JPS62233069A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （作用） この発明は、インバータを備えた電動機の一制御装置、
特に力率を改善した装置に関するものである。

〔従来の技術〕

この柚の電動機の制御装置としては従来第６図に示すよ
うなものがある（　１９８４年１ｎＬｃｒｎａＬｉｏｎ
ａ１１：ｏｎｆｅｒｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｎｄｕｃｔｒｉａ
ｌ　ＥＩｃｃＬｒｏｎｉｃｓ、Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄ　
　ＩｎｓＬｒｕｍｅｎＬａＬｉｏｎ　　　”ＡＣ−ｉｎ
ｐｕＬ　Ｂｒｕｓｈｌｃｓｓ　　ＤＣＭｏＬｏｒ、Ｓ＋
ｎｏｏｔｈｉｎｇＣａｐａｃｉｏｒ、　′参照）。図は
その回路構成を示したものであり、入力端は商用電源に
接続され、出力側は負荷に接続されている。図において
、１は単相交流電源、２はその交流を直流に変換する単
相整流器で、ダイオードブリッジにより構成されている
。３はサージ電圧を吸収するためのスナバ−回路、４は
後述する制御回路に電源を供給するための制御電源回路
、５は整流器２により変換された直流を任意周波数の３
相交流に変換するトランジスタインバータで、制御回路
によってＰＷＭ　（パルス幅変調）制御される。６はイ
ンバータ５の出力により駆動するブラシレスＤＣ（直ｆ
ｔ）モータ、７はこのモータ６の回転子位置を検出する
回転子位置検出回路、８はトランジスタインバータ５を
制御する萌述の制御回路、９はインバータ５の各トラン
ジスタを駆動するベースアンプ回路、１０は負荷である
ト記モータ６の電流のリップルを一定に制御する電流制
御回路、１１はモータ６に流れる直流電流を検出する抵
抗器（分流姿）である。

次に動作について説明する。単相交流電＠１の電圧波形
は第７図（ａ）の実線（イ）で示す波形となるが、これ
を整流器２で整流すると３ｎ線（０）で示す波形となる
（平滑コンデンサを有していないので全波整流した波形
のままである）。そして、この整流された直流をインバ
ータ５により再び交流に変換してモータ６に供給し、モ
ータ６を駆動する。この時、モータ６に流れる負荷電流
の波形は第７図（ｂ）に示すようになり、Ｅ配電源電圧
Ｖが低下した時点（Ｑ）で落ちこみがある。又、単相交
流電源１から流れる電源電流！は、モータ６の外相に流
れる電流の総量であり、第７図（Ｃ）に示すような電流
波形となる。この電源電流は、第７図（ｄ）の曲線（八
）で示される通常のコンデンサインプット形の整流回路
に流れる電流に比べて、曲線（イ）の交流電圧が引加さ
れている各位相に平均して流れるので、′電源力率が高
くなるという特長をイｆしている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の電動機の制御装置は以、Ｆのように構成されてお
り、整流回路に平滑コンデンサを使用することなく電源
力率を高めようとしているが、第７図（ｂ）で示したよ
うに″￥；、ＹＩＪ電肚が低ト°シた時点（（１）でモ
ータ６に流れる負荷電流は電源１からのエネルギーの供
給がないので零になり、トルクリップルが多く電動機の
速度制御を高速で行うことができないという問題点かあ
フた。即ち、モータ６の発生トルクＴはＴ＝Ｂｊｌｉ　
（Ｂ：空隙母連密度、Ｉｌ：固定子導体の長さ、ｉ：負
荷電流）で表わされるので、負６；Ｉ電流ｉが零になる
とモータ６の発生トルクＴも零となり、トルクリップル
の多いものとなる。又、負荷電流の総量が電源電流とな
るので、電ａ電流はＩＥ弦波状とはならず、−・定の矩
形波状の電流となり、電源力率は完全に１．０とは成り
得ない。従って、モータ６の速度ｉｌｌ　＃を高速で行
うことができないという問題点があフた。

この発明は、このような問題点を解消するためになされ
たもので、トルクリップルがなく、電源力率が高く、電
動機の速度制御を高速で行うことが１ｒ丁能な電動機の
制御装置を得ることを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明の電動機の制御装置は、直列接続された一対の
スイッチング素子をイｆしその接続点である中性点に四
相交流電源の−・端が接続された第１の電力変換器と、
この第１の電力変換器により変換された直流を任、徴用
波数の交流に変換して負荷である電動機に出力する第２
の電力変換器とを備え、第１の電力変換器の正負の直流
出力端と中性点との間にそれぞれ平滑コンデンサを接続
すると共に、各々の・ト滑コンデンサに正の電位Ｈ向と
逆並列にダイオードを接続し、前記第１及び第２の電力
変換器をパルス幅変調制御する一Ｊｍ回路を具備したも
のである。

（作用〕 交流電源を直流電源に変換する第１の電力変換器は、単
相交流電源と複数の直列接続された平滑用コンデンサと
の間に接続されているので、その一対のスイッチ、ング
素子−は各々別個にＰＷＭ　（パルス幅変調）制御され
る。そのため、四相交流電源と電動機の相互間のエネル
ギー（パワー）の授受が高速に行われ、結果として電源
率が±１．０に保たれ、電動機の位置及び高速制御を高
速に行わせることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明のｉｆ実施例を示す回路構成図であり
、図、において、１は四相交流電源、５はトランジスタ
インバータ（第２の電力交換器）。

６は負荷であるブラシレスＤＣモータで、２相構成の永
久磁石式の電動機である。７はその回転子位置検出回路
、８はインバータ５をベースアンプ回路９を介してＰＷ
Ｍ制御する制御回路で、回転子位置検出回路７からの検
出信号が人力される。

１２は直列接続された一対のスイッチング素子゛（ここ
ではトランジスタの例を示す）を有し交流電源１からの
交流を直流に変換する整流器（第１の電力変換器）で、
トランジスタの接続点にｍ相交流電源１の−４が交流リ
アクトル１３を介して接続されており、各トランジスタ
にはダイオードが逆並列に接続されている。１４．１４
は！！！流器１２の正負の直流出力端と中性点との間に
それぞれ接続された平滑コンデンサ、１５．１５は平滑
コンデンサ１４．１４の！■の電位方向と逆並列にそれ
ぞれ接続されたダイオード、１６は整流器１２の各トラ
ンジスタを駆動するベースアンプ回路、１７は平滑コン
デンサ１４．１４の両端の直流電圧を検出する直流電圧
検出器、１８は単相交流型［１の電源位相を検出する電
圧位相検出回路で、絶縁変換器１９からのイス号が人力
される。２０〜２３は電源１の電圧位相に対して位相同
１１Ｈループを構成する位相コンパレータ、ローパスフ
ィルタ、電圧制御発生器（ＶＣＯ）及び分周器で。

分周器２３から得られた電源電圧位相は制御回路８に送
られる。

なお、平滑コンデンサ１４．１４の接続点には、単相交
流電源１の他端及びモータ６の入力端子の一端が接続さ
れている。モータ６の入力端ｔはそれぞれ１本ずつがイ
ンバータ５に接続され、残り２本が整流器１２の直流出
力端子に接続されている。又、制御回路８は、モータ６
の回転ｆ−粒位置検出信号、電源電圧位相の検出信号及
び直流電圧検出器１７の検出信号を受けてＰＷＭ信号を
演算し、整流器１２のベースアンプ回路１６及びインバ
ータ５のベースアンプ回路９に出力する。

次に、第２図に示す各部の波形図及び第３図のブロック
図を用いて動作を説明する。

単相交流型［１の電圧波形は第２図（ｃ）に示す様に正
弦波であり、この電源電圧を絶縁変換器１９を通して電
圧位相検出回路１８に人力すると第２図（ｃ）の様な電
圧位相信号が得られる。この電圧位相を位相コンパレー
タ２０．ローパスフィルタ２１．電圧制御発掘器２２及
び分周器２３で構成される位相周＋１７１ループに人力
すると、分周器２３からは第２図（ｄ）で示す様な入力
された電圧位相に同期した位相信号が出力される。

他方、ＩＩＪ１回路８は分周器２３から出力される位相
信号をもとに、内蔵している第３図のｓｉｎ関数デープ
ル２４よりｓｉｎθの関数を発生する。又、直流電圧検
出器１７で検出された直流電圧ＤＣＰ、ＤＣＮ　（第２
図（ａ）、（ｂ）参照）を直流電圧指令値ＤＣｒｅｆよ
り引き去り、その引き入った値に再び上記直流電圧指令
値ＤＣｒｅｆを加算する。そして、加算さ九た信号Ｄｅ
ｃに上記ｓｉｎθ関数を乗算し乗算した値と三角波発生
部２５で発生した三角波と比較器２６で比較する。この
比較して得られたＰＷＭ信号をベースアンプ回路１６に
送って整流器１２のトランジスタをスイッチングさせる
と、単相交流電源ｌから流れる正の電流は第２図（ａ）
に示す様になり、電源電圧ＶＡＣＰに同期した電流ＩＡ
ＣＰが流ねる。この時、負荷電流も同様に第２図に示す
様に流れる。従って、単相交流電源１から流れる電流は
、第２図（ｆ）の様に完全に電１ｙ′Ｘ電圧に同期し正
弦波電流が流れる。又、ＰＷＭ信号の振幅値は面述の様
に直流′１゛ニ圧をフィードホワードして制御している
ので、１Ｆ、負側電圧とも−・定に保たれる。インバー
タ５は整流器１２で一制御される正。

ｆｌの直流電源て駆動されるので、電源電圧変動にまっ
た＜ｊＫＭを受けない。

このように、単相交流電源１の−・端が接続された第１
の電力変換器である整流＠１２の直流出力端の市電圧点
から中性点と、この中性点から負電圧点にそわぞれ平滑
コンデンサ１４．１４を接続し、又各々のコンデンサ１
４．１４に正の電流方向と逆並にダイオード１５．１５
を接続し、整流器１２を単相交流電源ｌの電圧値相に同
期してＰＷ　Ｍ　＊Ｊ御しているので、一対のスイッチ
ング素子を有した整流器１２の振幅値が各々の平滑コン
デンサ１４．１４の２組の端子電圧で別個に制御される
。このため、単相交流電源ｌとそ一夕６の相互間のエネ
ルギー（パワー）の授受が高速に行われ、その結果とし
て電源力率±１．０に保つことができ、モータ６の位置
及び速度制御を高速で行うことが可能となる。

第４図はこの発明の第２実施例を示す回路構成図である
。この実施例はインバータ５を３相構成したもので、負
荷として３相誘専電動２７が接続されており、平滑用コ
ンデンサ１４．１４の接続点である直流側中性点は負側
と接続されていない。又、第５図はこの発明の第３実施
例を示したものであり、これはインバータ５を単相構成
とし、単相負荷２８に接続したものである。これらの第
４図、第５図に示した構成であっても、１１１述した７
Ａｆ実施例と同様の効果が得られ、何れも電動機の高速
制御がｔｉｒ能である。

〔発明の効果〕

以−ヒ説明したように、この発明によれば、直列接続さ
れたスイッチング素子をイｊし交流を直流に変換する第
１の電力変換器と、その直流を１ｒ＃び交流に変換する
第２の電力変換器を備え、第１の電力変換器の正負の直
流出力端と中性点の間にそれぞれコンデンサとダイオー
ドの並列回路を接続して第１及び第２の電力変換器をＰ
ＷＭ制御するようにしたため、単相交流電源と電動機の
相互間のエネルギー（パワー）の授受を高速に行わせる
ことができ、その結果として電源率を±１．０に保つこ
とができ、トルクリップルがなく、電動機の制御を高速
で行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す回路構成図、第２
図は第１図の各部の信号波形図、第３図は第１図のｌ＋
Ｊ御回路の要部を示すブロック図、第４図はこの発明の
第２実施例を示す回路構成図、第５図はこの発明の第３
実施例を示す回路構成図、第６図は従来の電動機の制御
装置を示す回路構成図、第７図は第６図の各部のイ３号
波形図である。 １　・・・・・・・・・・・・　四相交流電源５　・・
・・・・−・・・・・　トランジスタインバータ（第２
の電力変換器） ６　・・・・・・・・・・・・　ブラシレスＤＣモータ
（電動機）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）直列接続された一対のスイッチング素子を有しそ
   の接続点である中性点に単相交流電源の一端が接続され
   た第１の電力変換器と、この第１の電力変換器により変
   換された直流を任意周波数の交流に変換して負荷である
   電動機に出力する第２の電力変換器とを備え、第１の電
   力変換器の正負の直流出力端と中性点との間にそれぞれ
   平滑コンデンサを接続すると共に、各々の平滑コンデン
   サに正の電位方向と逆並列にダイオードを接続し、前記
   第１及び第２の電力変換器をパルス幅変調制御する制御
   回路を具備したことを特徴とする電動機の制御装置。
2. （２）平滑コンデンサの接続点である中性点に電動機の
   負荷端子の一端を接続したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電動機の制御装置。
3. （３）制御回路は、第１の電力変換器の一方のスイッチ
   ング素子を中性点から正電圧点の間の直流電圧、他方の
   スイッチング素子を負電圧点から中性点の間の直流電圧
   に応じてそれぞれ入出力電流制御を行い、各々の直流電
   圧を所定値に制御することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の電動機の制御装置。
4. （４）制御回路は、第１の電力変換器の一方のスイッチ
   ング素子を負電圧点より正電圧点の間の直流電圧から負
   電圧点より中性点の間の直流電圧を減算した電圧、他方
   のスイッチング素子を負電圧点より中性点の間の電圧に
   応じてそれぞれ入出力電流の制御を行い、各々の直流電
   圧を所定値に制御することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の電動機の制御装置。