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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986001352A1
    申请号:PCT/JP1985/000452
    申请日:1985-08-15
    公开日:1986-02-27
    发明作者:Yoshiki Fujioka；Shinichi Kouno
    申请人:Fanuc Ltd.；
    IPC主号:H02P27-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 交流電動機の P W M制御方式
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は交流電動機の P W M制御方式 に関 し 、 特に複 数の ト ラ ン ジ ス タ に よ っ て構成される P W M回路に おい て 、 そ れ ら を タ ー ン · オ ン 、 タ ー ン · オ フ制御す る ノ ル ス信号 に ト ラ ン ジ ス タ の不感帯を設け、 電源 に対 し て直 列 に接続 された 2 つの ト ラ ン ジ ス タ が同時に導通 し て電 源が短絡す る の を防止 した交流電動機の P W M制御方式 の改良 に関す る 。
    [0005] =1ヒ 景 技 術
    [0006] 従来か ら知 られて い るノ、 *ヮ 一 ト ラ ンジ ス タ を 用 いて誘 導電動機な どの交流電動機を褽動制御す る P W M制御装 置は、 第 3 図 に示す よ う に、 電動機 Mに流れ る 電流 i u (あ る いは ϊ V , i w ) を直流電源 E o c に対 し て直列 接続 された 1 対の ト ラ ン ジ ス タ Τ Γ Ι , Τ Γ 2 の接続点
    [0007] (あ る いは Τ Γ 5 , T r 4 の接続点また は T r 5 , T r
    [0008] 6 の接続点） か ら取 り 出すよ う に してい る 。 す なわ ち 、 各相の ト ラ ン ジ ス タ の タ ー ン · オ ン 、 タ ー ン · オ フ 時間 がゲ— ト パ ル ス信号のパル ス輻に よ り 制御 され、 各 ト ラ ン ジ ス タ の接続点 U ， V ， wの電圧を ス ム ー ズ に変化 さ せれば電動機 Mに流れる電流をた と えば第 7 図 （ a ) に 示す よ う な理想的な正弦波に近ずけ る こ と がで き る 。 と こ ろ が ト ラ ン ジ ス タ が タ ー ン · オ ン し た リ タ ー ン · オ フ する と き 、 そ の立ち 上が リ 時間 （ t m ) 、 立 ち下が リ 時 間 （ t f ) 、 蓄積時間 （ t s t g ) な どの値の大 き さ が 回路の動作に 影響 し 、 第 4 図に示すょ ラ な理想的 な電流 I u 、 電圧 E u'波形 を得る こ とができ な い。 ま た、 ゲ 一 ト バ ス ル信号 B i ， B 2 も図示された よ う な理想的な矩 形波 と し ては入力 され得ないか ら、 ス イ ッ チ ン グ素子 と し て使用 されてい る 上下 2 つの ト ラ ンジ ス タ の短絡 を 防 止す る ため に は、 第 4 図に示すよ う に、 上側の ト ラ ン ジ ス タ に 印加す る ゲ ー ト パルス B 1 と下側 の ト ラ ン ジ ス タ に印加す る ゲ ー ト パ ル ス B 2 の間に不感帯 （ t p ) が設 け られ る 。
    [0009] こ の よ う に電動機 Mの負荷に応 じた正弦波状の電流 を 通電 し て駆動 し ょ う と する時、 前記上側 の ト ラ ン ジ ス タ に印加す る ゲ 一 ト バル ス B 1 と下側の ト ラ ン ジ ス タ に 印 加す る ゲ ー ト パ ル ス B 2 の間に設けた不惑帯 （ t 0 ：) の ため に実際に は電流が第 7 図 （ b ) に示す よ う に正弦波 と は な ら ず、 こ の た め ト ル ク リ ッ プルが生 じ る 。 電流方 向が逆転する タ イ ミ ン グ で ス イ ッ チ ン グ素子が同時に ォ フ す る 時、 電動機 Mの印加電圧が急激に変化す る ため で あ る 。
    [0010] 例え ば電動機 Mの U相について、 第 4 図乃至第 6 図 に よ り U 点での電圧 E u を調べる と 、 第 4 図で電流 I u が 正の場合、 パル ス幅変調 されるゲ - ト パ ル ス信号の 1 周 期 を T と し、 ト ラ ン ジ ス タ T r jL 、 ト ラ ン ジ ス タ T r 2 の オ ン時間を それぞれ t o n i , t 0 n 2 と す る と さ 、
    [0011] U 点の平均電圧 E u ほ次式で定ま る E = ( t o n i / T ) X E D c ( 1 )
    [0012] ただ し 、 T = t o n i + o n 2 + 2 X t D 、 また、 第 5 図で電流 I u が負の場合には、 ト ラ ン ジ ス タ T R 2 が タ ー ン · オ フ し てい る 間は U点に電圧 E D c が あ らわれ るため 、 U 点の平均電圧 E u は次式で块 ま る
    [0013] E u = { ( T - T o n 2 ) / } X E p c
    [0014] C 2 )
    [0015] = Τ ο η + 2 t ρ / Τ X Ε ρ c ( 2 ) 第 6 図は、 横軸に t O II JL Z Tに縦轴 に E u を と つ て U 点に おけ る 平均電圧 —u の変化の状態 を示 し た も の で あ り 、 1 0 11 1 /丁 <： 0 . 5 にぉぃて電流 1 11 は負、 t 0 n i / T > 0 . 5 に お い て電流 I u は正 で ぁ リ 、 上記 ( 1 ) 、 （ 2 ) 式か ら明 らかな よ う に、 ゲ ー ト パ ル ス 信 号の オ ン時間 t o n i が連続的に変化 し てい く と き 、 t o ii i Z T s O . 5 と なる タ イ ミ ングで Δ Ε ιι = 2 Τχ> • E p c Z T の変化がみ られる。
    [0016] 未発明は上記の事情に鑑みてなされた も の で 、 電流の 方向が変わ る と き に電動機の印加電圧を なめ ら か に変化 させ る た め 、 電流値零点のタ イ ミ ン グ でゲー ト パ ル ス信 号のパ ス ル幅 を不連続に変化させる よ う に し て 、 不感帯 を も つゲ ー ト パ ル ス信号に ょ リ 安定 した交流電動機の翳 動制御が行な える 交流電動機の P W M制御方式 を提供す る こ と を 目 的 と し てい る。
    [0017] 発 明 の 開 示
    [0018] *発 明 は 、 ゲ ー ト パ ル ス 信 号 に よ リ タ 一 ン · オ ン 、 タ ー ン · オ フ 制御 さ れ る 1 対の直列接続 された ト ラ ン ジ ス タ の接铳点か ら各相毎の電機子電流を取 リ 出 し駆動制 御 す る よ う に し た交流電動機 の P W M制御方式に おい て、 前記 1 対の ト ラ ン ジ ス タ を同時に オ フ す る 不感帯 を 設定す る手段 と 、 交流電動機を駆動制御す る電流値の零 点の タ ィ ミ ン グ で動作する側の ト ラ ン ジ ス タ のゲ ー ト バ ル ス信号のパ ル ス幅 を不連続的に拡大ま たは縮小する 手 段 と を具備す る も の で あ っ て 、 電流値が負か ら零を越 え て正に なる 時点で ト ラ ン ジ ス タ のゲ 一 ト パル ス信号の バ ル ス幅が拡げ られる か ら、 前記 （ 1 ) 式の平均電圧 f~ii を大 き く でき 、 電流値が正か ら零を越え て負に な る 時点 で ト ラ ン ジ ス タ のゲ一 ト パル ス信号のパ ル ス幅が拡げ ら れる か ら 、 前記 （ 2 ) 式の平均電圧 f l を小 さ く で き 、 第 6 図 に示す電圧値の ギ ャ ッ プを除去で き る 。
    [0019] 以上説明 し た よ う に 、 *発明に よれば、 不感帯を も つ ゲ 一 ト バル ス信号に よ っ て電流値零点 ク ロ ス時 に生 じ る 電圧値の急激 な変化 を阻止する こ と が で き 、 交流電動機 特に誘導電動機の安定 した運転を行なえ る よ う に し た交 流電動機の P W M制御方式を提供でき る 。
    [0020] 図面の箇単な説明
    [0021] 第 1 図が、 术発明 の一実施例を示すプ ロ ッ ク 図、 第 2 図は三相の誘導電動機の P W M制御方式 を示す プ ロ ツ ク 図、 第 3 図は 、 ト ラ ン ジ ス タ に よ る P W M回路 の 1 例 を 示す図、 第 4 図は、 電流値が正の場合の オ ン オ フ 制御状 態を示す タ イ ミ ン グ図、 第 5 図は、 電流値が負の場合の タ イ ミ ン グ図 、 第 6 図は、 従来方式での電圧値 の変化 を 示す図 、 第 7 図 （ a ) は理想的な正弦波電流波形を示す 図 、 第 7 図 （ b ) は従来装置 の正弦波電流波形を示す 図、 第 7 図 （ c ) は本発明に係る装置の正弦波電流波形 を示す図であ る 。
    [0022] 発明 を実施するための最良の形態 以下、 木発明の一実施例につき図面を参照 し て説明 す る 。
    [0023] 第 1 図は、 1 相分のゲー ト パル ス信号 ， B 2 を発 生 さ せ る 回路構成の一例を示すブロ ッ ク 図で、 鋸歯状発 生 器 （ 1 ) 、 加 減 算 回 路 （ 2 ) , ( 4 ) 、 増 幅 器 ( 3 ) 、 比較器 （ 5 ) 、 不感帯発生回路 （ 6 ) 等 に よ り 構成 されてい る 。
    [0024] 加減算回路 （ 2 ) の +入力端には正弦波の電流指令信 号が供給 され、 - 入力端には電動機電流 を検出 した電流 帰還信号が供給 され る 。 これ ら電流指今 と 電流帰還 と の 差信号は増幅器 （ 3 ) に よ り 増幅され誤差電圧信号 と し て加減算回路 （ 4 ) に入力する 。 こ の加減箕回路 （ 4 ) に は 、 シ フ ト 量が + Δ あ るいは一 Δ の不感帯補償信号が 供給 され、 かつ電動機電流の方向に よ っ て誤差電圧信号 に こ の シ フ ト 量 Δ を加算するか、 減算す る かを決定 し 、 切替え る ため の シ フ ト 信号が入力 してい る 。 不感帯補償 された誤差電圧信号 は 、 鋸歯状波発生器 （ 1 ) か ら の镰 送波 と の間で比較器 （ 5 ) に よ り 比較 され、 パ ル ス幅変 調 された信号 （ P W M信号） が形成され る 。 こ の P W M 信号は 、 不感帯発生回路 （ 6 ) において は不感帯 t D が 設定 される と も に互いに反転 した 1 対のゲ一 ト パル ス 信号 B i ， B 2 に変換 される。
    [0025] 第 2 図は、 3 相の電動機 Mを駆動する P W M制御回路 の全体 を示す ブ ロ ッ ク 図で、 電機子巻線 1 1 に供給 さ れ る電流 I u ， I v , I wは電流検出器 （ 1 2 u ) ( 1 2 V ) ( 1 2 w ) で検 出 され、 各相毎に電流値指令バ ス ル と の比較器 （ 1 3 u ) ( 1 3 V ) ( 1 3 w ) に フ ィ ー ド バ ッ ク される 。 （ 1 4 ) は電流方向判別回路で、 電流方 向が負の時は不感帯 を もたせるための遅廷パル ス を 反転 し て比較回路 （ 1 5 u ) ( 1 5 V ) ( 1 5 w ) に 印 加する よ う に し てい る 。 P W M回路 （ 1 6 ) は 、 前述 し た第 3 図示の よ う に 、 各相每にゲー ト パ ル ス信号に よ り タ ー ン · オ ン 、 タ ー ン · オ フ制御される 1 対の直列接繞 された ト ラ ン ジ ス タ か ら構成される。 （ 1 7 u ) ( 1 7 V ) ( 1 7 w ) は、 それぞれのゲー ト パ ル ス信号を増幅 する パ ル ス増幅器で あ る。
    [0026] こ の よ う に 構成 さ れた実施例装置 に おいて 、 増幅器 ( 3 ) か ら 出力 され る誤差電圧信号には シ フ ト 信号に も と づい て不感帯補償信号が加減算され、 電流値の零点近 傍でバ ル ス幅 を拡げ る方向で基準電圧を シ フ ト し 、 電動 機 M に 印 力 fl さ れ る 電 圧 を 滑 ら か に 変化 さ せ 、 第 7 図 ( c ) に示す よ う に理想に近い正弦波状の電流波形が得 られて電動機 Mを安定 して運転する こ と がで き る 。
    [0027] シ フ ト 信号は、 各相の電流値指今そ の も の を検出 し て 電流値零点の タ イ ミ ン グ で発生 さ せ る よ う に し て も よ い。 こ の場合は、 実際の電機子電流の値が電流値指令 に 追従 し てい る こ と が必要条件 と なる。
    [0028] また 、 電圧 レ ベ ル を シ フ ト さ せて パル ス幅を拡げる 期 間は P W Mの 回路の ¾動周期の 1 周期分 T に相当する タ ィ ミ ン グ と し たが、 こ の期間を数周期分 ま で延ば し 、 徐 々 に も と の電圧 レ べル まで上昇 させる よ う にすれば、 よ り 一層円滑な電圧値 の制御が可能であ る 。
    [0029] 業上の利用可能性
    [0030] 本発明は誘導電動機の制御に関する実施例に 限 らず、 同期電動機の制御に も適用でき る。 そ し て こ れ ら の交流 電動機は、 工作機械の主轴電動機 サー ボモ - タ な ど に 用いて有益であ る 。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . ゲ ー ト パ ル ス信号に よ リ タ ー ン · オ ン 、 タ ー ン * ォ フ制御 される 1 対の直列接続された ト ラ ン ジ ス タ の接続 点か ら各相毎の電機子電流を取 リ 出 し ¾動制御する よ う に し た交流電動機の P W M制御方式は次 を合む ：
    前記 1 対の ト ラ ン ジ ス タ を同時に タ ー ン 、 オ フ する 不 感帯を設定す る手段 と ；
    交流電動機 を駆動制御する電流値の零点の タ ィ ミ ン グ で動作す る 側 の ト ラ ン ジ ス タ のゲ一 ト ノ <ル ス信号のバル ス幅を変化す る 手段。 .
    2 . 前記 ト ラ ン ジ ス タ のゲ一 ト バル ス信号のバル ス幅 を 変化す る手段は少な く と も交流電動機の電流値が負か ら 正に変化 した と き 、 ゲ - ト バル ス の信号 巾 を拡大する こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 1 項記載の交流電動機の P W M制御方式。
    3 . 前記 ト ラ ン ジ ス タ のゲ一 ト パル ス信号のパル ス幅 を 変化す る手段は少な く と も交流電動機の電流値が正か ら 負に変化 し た と き 、 ゲ ー ト パル スの信号 巾 を縮小する こ と を特徵 と す る 請求の範囲第 1 項記載の交流電動機の p
    W M制御方式。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
    1986-02-27| AK| Designated states|Designated state(s): US |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    JP59170147A|JPS6149691A|1984-08-15|1984-08-15|Pwm control system of induction motor|DE8585904138A| DE3585736D1|1984-08-15|1985-08-15|Pulsbreitenmodulationssystem fuer wechselstrommotoren.|
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