WO1986005042A1 - Revolution number control apparatus for motors - Google Patents

Description

明 細 書 .

発明の名称

モータの回転数制御装置

技術分野

本発明はモータの回転数を下げた状態でトルクが変動しても 可能な限 D回転数を安定化させることができるモータの回転数 制御装置に関するものである。

背景技術

従来のこの種のモータの回転数制御装置は第 7図に示すよ う な回路構成となつていた。 すなわち、 交流電源¹ の両端に接続 された全波整流器²の直流出力に直流モータ ³とサイ リ スク ⁴ が接続されている。 このサイ リ ^タ ⁴の両端に直列に抵抗 ⁵と ά ンデンサ 6が接続されてお ]) 、 サイ リスク' 4がオフ している と、 コ ンデンサ 6は抵抗⁵を介して充電され、 所定の電圧に ¾ ると コ ンデンサ 6の一端とサイ リスタ 4のゲート間に接続され ているダイ ア ック 7を介して、 コンデンサ ⁶の電荷は放電され る

すなわち、 第 8図のよ うに、 サイ リ スタ 4のアノ ー ドの Α点 の電圧がほぼサイ ン波形に準ずる波形で印加されると、 コ ンデ ンサ 6の電圧 B点は徐々に増加し、 ダイ ア ック 7のブレーク電 圧を V _{B 1}とすると、 電源電圧の零点から ^の時間で、 ダイァ ック 7がオンし、 かつサイ リ スタ 4もオンして、 モータ 3を位 相制御することになる。

このよ うにモータ 3の回転数を下げた状態でモータ 3の ト ル クが変動しても、 コ ンデンサ 6の充電電圧を、 電源電圧からモ ータ 3の逆起電圧を引いたものにすることによ 、 回転数を一 定化しよ'うとする回路構成と ¾つている。

しかしながら、 このよ う 従来の回路においては、 上記の列 よ ]? もさ らに回転数を下げよ うとすると、 回転数が不安定に

5 るという問題点が生じる。 すなわち、 回転数を下げるために、 第 8図に示すよ うにダイ アック 7のブレーク電圧を V _B 1から

V_B 2に上げると、 B点の電圧の上昇率は徐々に減ってゆくため、 V_B 2が少し変動するだけで T ₂の時間が大巾に変動するもので、 これはモータ 3の回転数の不安定 ¾動作につながるものである。 i o また交流電圧の電圧が変動した時の動作を考えた場合、 電源 電圧が高くなると、 第 S図における Α点の電圧が高く るため、 充電時間も早くなって 'ト リガされる時間が早くなる。 するわち、 モータ 3の回転数が上がる方向 'になつてその回転数が.変 ©する と う問題点も有していた。

1 5 発明の開示

本発明のモータの回転数制御装置は、 モータの通電回路中に このモータを位相制御することによ つて回転数を制御するサイ リ スタを設け、 前記モータの回転数を下げるためにサイ リ スタ の実際の ト リガ時間が電源電圧の零点よ ])相当遅くなつた場合 0 のサイ リ スクの ト リ ガタ イ ミ ングの決定を、 電源電圧における モータの回転数の変更前から変更後までの遅延時間の分だけ早 い時点で行 ¾うよ うにしたもので、 この構成によれば、 モータ の回転数を下げるためにサイ リ スタを実際にト リガする時間が 電源電圧の零点よ ]?相当遅く なつても、 サイ リスクのト リガタ

25 ィ ミ ングの決定が遅延時間の分だけ早い時点で ¾されるため、 モータの回転数を下げた場合でも 、 安定したモータの回転数制 御を行 ¾ うことができるものである。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の一実施列を示すモータの回転数制御装置の 回路図、 第 2図は同制御装置の各部の電圧波形図、 第³図は本 発明の他の実施列を示すモータの回転数制御装置の回路図、 第 4図は同制御装置の各部の電圧波形図、 第⁵図は本発明のさら に他の実施列を示すモータの回転数制御装置の回路図、 第⁶図 は同制御装置の各部の電圧波形図、 第了図は従来のモータの回 転数制御装置の回路図、 第 8図は同制御装置の各部の電圧波形 図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実.施列を添付図面にもとづいて説明する。 第 1 図は本発明のモータの回転数制御装置の一実施列における 回路図を示したもので、 この第 1 図において、 1 1 は交流電源 で、 この交流電源 1 1 の両端には全波整流器 1 2が接続され、 かっこの全波整流器 ¹ 2の直流出力には直流モータ ¹ 3 とサイ リ スタ 1 4が直列に接続されている。

前記サイ リ スタ 1 4の両端に直列に接続されたダイ オー ド 1 5 と抵抗 ¹ 6を介した第 ¹ のコ ンデンサ ¹ 7は、 サイ リ スク ^{1 4} がオフしているとき、 電源電圧からモータ 1 3の逆起電力を引 いた電 Eによ ])充電される。 この第 1 のコ ンデンサ 1 7の電圧 が、 抵抗 1 8 ， 1 9で決定される所定の基準電圧になると、 第 1 の比較器 2 Oの出力が L o vrから H i ghにかわ 、 ト リ ガのタ ィ ミ ングを決定する。 , この第¹ の比較器 ² Οの出力が Highになると、 抵抗^{2 1} を 介して第²のコンデンサ ^{2 2}が充電を開始し、 そしてこの第² のコンデンサ 2 2の電圧が、 抵抗 2 3 , 2 4によ ]5決定される 所定の基準電圧よ ])高く なると、 第 2の比較器 ² 5の出力は Lowカゝら Highに変化する。 この変化するまでの時間が遅延時 間である。

この第 2の比較器 2 5の出力が LOWから Highにかわると、 ト リガ回路 2 6が駆動され、 サイ リ スタ 1 4がト リガされる。 すなわち、 第²の比較器^{2 5}の出力が LOWから Highにかわる と、 抵抗 2 7 ，抵抗 ^{2 8}を介してサイ リ スタ ¹ 4のゲートに

+ Vcc よ 電流が流れ、 サイ リ スタ ^{1 4}がト リガされる。 この サイ リ スタ 1 4力 ト リガされると第 1 のコンデンサ 1 7の電荷 はダイオー ド 2 9を介して.放電され、 次の電源サイクルにおけ る位相制御動作に対して待機する。

この時の各部の電圧を第²図に示すが、 第¹ のコ ンデンサ ¹ァ の電圧が所定の電圧 VD よ ])高くなると、 第 2のコンデンサ 22 の充電が開始され、 この電圧が所定の電圧 V_E よ 高くなると サイ リ スタ 1 4を ト リガする。 このト リガ時点では、 G点の電 圧は下降してお 、 D点の電圧はほとんど上昇していないので、 この D点でト リガを決定すると、 モータ 1 3の回転数制御動作 は不安定になるが、 本発明においては、 も つと早い時点、 すな わち C点の電圧がまだ上昇して る時点でト リガタイ ミ ングを 決定しているため、 非常に安定した制御動作を得ることができ o

また、 第 1 のコンデンサ 1 7を充電させる電圧は、 電源電圧 からモータ ¹ 3の逆起電力を引いた電圧になっているため、 モ —タ 1 3のトルク変動による影響も少なく なるものである。

第 3図は本発明のモ ータの回転数制御装置の他の実施判にお ける回路図を示したもので、 この第 3図において、 3 0は交流 電源で、 この交流電源 3 Oの両端には全波整流器 3 ¹ が接続さ れ、 かっこの全波整流器 3 1 の直流出力には直流モータ ^{3 2} と サイ リ スタ 3 3が直列に接続されている。

前記サイ リ スタ 3 3の両端に直列に接続されたダイ ォ一 ド ³⁴ と抵抗 ³ 5を介した第 ¹ のコ ンデンサ ^{3 6}は、 サイ リ スタ ^{3 3} がオ フ し ているとき 、 電源電圧からモータ ^{3 2}の逆起電力を 引いた電圧によ ])充電される。 この第¹ のコ ンデンサ ^{3 6}の電 圧が、 抵抗 3 7 , 3 8で決定される所定の基準電圧になると、 第 1 の比較器 39の出力力 S Lovr力 ら Highにかわ ]Τ、 ト リ ガの タイ ミ ングを決定する。

この第 1 の比較器 3 9の出力が Highに ¾ると、 抵抗 4 Oを 介して第 2のコ ンデンサ 4 1 が充電を開始し、 そしてこの第 2 のコ ンデンサ 4 1 の電圧が、 抵抗 4 2 , 4 3によ j 决定される 所定の基準電圧よ ])高くなると、 第 2の比較器 4 4の出力は

High力 ら LOWに変化する。 この変化するまでの時間が遅延時 間である。

この第²の比較器 4 4の出力が Highから Lowにかわると、 抵抗 4 5を介してスィ ッチング手段（以下ト ラ ンジスタと称す） 4 6が駆動され、 第 ¹ のコンデンサ 3 6の電荷が抵抗 4 7を介 してサイ リ スタ 3 3のゲートに供給されて、 サイ リ スタ 3 3を ト リガすると同時に、 ダイ オー ド 4 8を介して基準電圧可変手 段（以下ッヱナ—ダイォ—ドと称す） 4 9によ！？、 第 1 の基準 電圧であるところの柢抗 3 7 ， 3 8の分圧比で決定される電圧 をツ エナ一電圧まで下げる。

そして、 第¹ のコ ンデンサ 3 6の電荷が放電することによ 、 ッ ェナーダイ ォー ド 4 9のッヱ ナ一電圧まで第 1 のコ ンデンサ

3 6の電圧が降下すると、 サイ リ スタ 3 3のト リガは停止され、 次の電源サイクルにおける位相制御動作に対して待機する。

この時の各部の電圧を第 4図に示すが、 第 1のコ ンデンサ ³⁶ の電圧が所定の抵抗 3ァ ， 3 8の分圧電圧よ 1?高くなると、 第 2のコ ンデンサ 4 1 の充電が開始され、 この電圧が所定の抵抗

4 2 , 4 3の分圧電圧よ ]?高くなるとサイ リスタ 3 3を ト リガ する。 このト リガ時点では、 G点の電圧は下降してお J)、 D点 の電圧はほとんど上昇してい ¾いので、 この. D点でト リガを決 定すると、 動作は不安定に ¾るが、 本発明においては、 も っと 早い時点、 すなわち G点の電圧がまだ上昇している時点でト リ ガタイ ミ ングを決定しているため、 非常に安定した制御動作を 得ることができる。

また、 第 1 のコ ンデンサ 3 6を充電させる電圧は、 電源電圧 からモータ 3 2の逆起電力を引いた電圧に ¾つているため、 モ ータ 3 2のトルク変動による影響も少なくなるものである。

また、 サイ リ スタ 3 3 ©ト リガ電流は数十 m A と大き ので、 直流電源 + Vccからとると、 直流電源にとつては大きな負担と なってしま う。 そこでト リガタイ ミ ングを決定する第¹ のコン デンサ 3 6の電荷を次サイ クルまでに放電させなければ ¾ らな こと と考え合わせ、 この第¹ のコンデンサ ^{3 6}の放電電流を • サイ リ スタ 3 3のト リガ電流として利用するよ うにしているた め、 回路構成を簡単にすることができるとと もに、 サイ リ スク 3 3のゲート回路の電源負担も軽減させることができるもので

¾ o

5 第 5図は本発明のモータの回転数制御装置の他の実施列にお ける回路図を示したもので、 この第⁵図において、 5 0は交流 電源で、 この交流電源 5 Oの両端には全波整流器^{5 1} が接続さ れ、 かっこの全波整流器 5 1 の直流出力には直流モータ ^{5 2}と サイ リスタ 5 3が直列に接続されている。

前記サイ リスク ^{5 3}の両端に直列に接続されたダイォ―ド ⁵⁴ と抵抗⁵ 5を介した第¹ のコンデンサ ^{5 6}は、 サイ リ スク ^{5 3} がオフ しているとき、 電源電圧からモータ 5 2の逆起電力を引 .いた電圧によ ])充電される。 この第¹ のコンデンサ ^{5 6}の電圧 が、 抵抗 5 7 ， 5 8で決定される所定の基準電圧になると、 第S 1 の比較器 5 9の出力が Lowから Highにかわ]?、 ト リ ガのタ ィ ミ ングを決定する。

この第 1 の比較器 5 9の出力が Lowから Highになると、 抵 抗 6 Oを介して第²のコンデンサ 6 1 が充電を開始する。 一方， 電源電圧比列回路 6 2は、 全波整流 5 1 の出力を抵抗 6 3 ，0 6 4 ， 6 5及びコンデンサ 6 6で平滑す よ うに構成されてい るため、 電源電圧が高くなると、 抵抗 6 4 ， 6 5の接続点の電 圧は高く ¾る。

⁶了はこの接続点の電圧と、 第 2のコンデンサ 6 1 の電圧を 比較する第²の比較器で、 前記第 2のコンデンサ 6 1 の電圧が⁵ 高く ¾ると （所定の遅延時間が経過すると ） 、 第 2の比較器 ⁶ァ • の出力が LOW T^ら Highに ¾ j?、抵抗 6 8 ， 6 9を介してサイ リ スタ 5 3がト リガされる。 す わち抵抗 6 8 , 6 9はト リガ 回路 7 0を構成して る。 そしてサイ リ スク ^{5 3}がオンすると、 第 1 のコ ンデンサ 5 6の電荷はダイ オー ドァ ¹ を介して放電さ れ、 次の電源サイ クルにおける位相制御動作に対して待機する。

この時の各部の電圧を第 6図に示すが、 第¹ のコ ンデンサ 56 の電 EEが所定の電圧 V_Dよ ])高く ると、 第²のコ ンデンサ ⁶¹ の充電が開始され、 この電圧が所定の電圧 V_E よ ]?高くなると サイ リ スタ 5 3をト リガする。 この ト リガ時点では、 C点の電 圧は下降してお]?、 D点の電圧はほとんど上昇していないので、 この D点でト リガを決定すると、 動作は不安定になるが、 本発 ' 明においては、 もつと.早い時点、 すなわち G点の電圧がまだ上 •昇している時点でト リガタイ ミ ングを決定しているた'め、 非常' に安定した制御動作を得ることができる。

また電源電圧が高くなると、 電源電圧比列回路 6 ²の電圧が 高くなるので、 遅延時間は長くな D、 かっこれによ J?、 ト リガ 時間が遅く なつて回転数を一定にするよ うに動作する。

また第 1 のコ ンデンサ 5 6を充電させる電圧は、 電源電圧か らモータ 5 2の逆起電力を引いた電圧に ¾つているため、 モー タ 5 2の トルク変動による影響も少なく なる ものである。

産業上の利用可能性

上記実施列から明らかなように、 本発明のモータの回転数制 御装置は、 モータの通電回路中にこのモータを位相制御するこ とによ つて回転数を制御するサイ リ スタを設け、 前記モータの 回転数を下げるためにサイ リ スタの実際のト リ ガ時間が電源電 圧の零点よ 相当遅く ¾ つた場合のサイ リ スタのト リガタイ ミ ングの決定を、 電源電圧におけるモータの回転数の変更前から

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変更後までの遅延時間の分だけ早い時点で行な うよ うにしたも ので、 この構成によれば、 モータの回転数を下げるためにサイ

5 リ スタを実際にト リガする時間が電源電圧の零点よ 相当遅く なっても、 サイ リ スタのト リ ガタイ ミ ングの決定が遅延時間の 分だけ早い時点でなされるため、 モータの回転数を下げた場合 でも、 安定したモータの回転数制御を行な うことができる。

また本発明のモータの回転数制御装置は、 交流電源の両端に 接続され交流を直流に変換する全波整流器と、 この全波整流器 の直流出力端子の両端に直列に接続されたモータ及びサイ リ ス タと、 このサイ リ スタの両端に印加される ¾圧によ ]?充電され る第 1 のコ ンデンサと、 この第 1 のコ ンデンサの電圧と所定の 第 1 の基準電圧とを比較する第 1 の比較器と、 この第 1 の比較

1 5 器の出力によ 充電が開始される第 2のコンデンサと、 この第

2のコンデンサの電圧と所定の第 2の基準電圧とを比較する第 2の比較器と、 この第 2の比較器の出力に接続され前記サイ リ スタのゲート をト リガする ト リガ回路とを備えたもので、 モ一 タの回転数を下げるためにサイ リ スタを実際にト リガする時間

20 が電源電圧の零点よ ]?相当遅く な っても、 サイ リ スタの ト リガ タ イ ミ ングの決定は遅延時間の分だけ早い時点でなされるため モータの回転数を下げた場合でも、 安定したモータの回転数制 御を行な うことができる。

さ らに前記ト リガ回路は、 第 2の比較器の出力に接続された

25 スィ ツチング手段によ つて第 ¹ のコ ンデンサの電荷を抵抗を介 • してサイ リ スタのゲートに放電することによ ])、 サイ リ スタを ト リガする、 す ¾わち第 1 の コ ンデンサの放電電流をサイ リ ス タの ト リガ電流として利用するよ うにしているため、 回路構成 の簡略化がはかれるとともに、 サイ リ スタのゲート回路の電源

5 負担も軽減させることができる。

さ らにまた前記第 2の基準電圧は交流電源を整流して電源電 圧に比例した電圧を発生する電源電圧比列回路によ Ϊ)構成して いるため、 電源電圧の変動があっても、 この電源電圧の変動に 応じて遅延時間が変化することにな ]?、 これによ ]?サイ リ スク i o のト リガ時間も変化してモータの回転数を一定にするよ うに動 作させることができる。

1 5

0

5

Claims

5E 求 の

1 . モータの通電回路中にこのモータを位相制御することによ つて回転数を制御するサイ リ スタを設け、 前記モータの回転数 を下げるためにサイ リ スタの実際のト リガ時間が電源電圧の零

5 点よ！)相当遅く ¾ つた場合のサイ リ スタの ト リガタ イ ミ ングの 決定を、 電源電圧におけるモータの回転数の変更前から変更後 までの遅延時間の分だけ早い時点で行 ¾ うよ うにしたモータの 回転数制御装置。

2 . 交流電源の両端に接続され交流を直流に変換する全波整流 i o 器と、 この全波整流器の直流出力端子の両端に直列に接続され たモータ及びサイ リ スク と、 このサイ リ スクの両端に印加され る電圧によ 充電される第 1 のコ ンデンサと、 この第 ¹ のコン デ.ンサの電圧と所定の第 1 の基準電圧とを比較する第.1 の比較 器と、 この第 ¹ の比較器の出力によ！）充電が開始される第²の

1 5 コ ンデンサと 、 この第 2のコンデンサの電圧と所定の第 2の基 準電圧とを比較する第 2の比較器と、この第 2の比較器の出力に 接続され前記サイ リ スタのゲートをト リガする ト リ ガ回路とを 備えたモータの回転数制御装置。

3 . 請求の範囲第 2項において、 前記ト リガ回路は、 第 2の^

20 較器の出力に接続されたスィ ッチング手段によ つて第 1 のコ ン デンサの電荷を抵抗を介してサイ リ スクのゲートに放電するこ とによ ])、 サイ リ スタを ト リ ガするとともに、 第 1 の基準電圧 を基準電圧可変手段によ 可変するように構成したことを特徴 とするモータの回転数制御装置。

25 ⁴ . 請求の範囲第²項において、 前記第²の基準電圧は、 交流 電源を整流して電源電圧に比例した電圧を発生する電源電圧比 例回路によ 構成したことを特徴とするモータの回転数制御装