KR830001119Y1 - Motor driving device using pulse width modulated inverter - Google Patents

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히로시 이시다
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후지쓰 패낵크 가부시끼 가이샤
이바나 세이우 에몽
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Description

펄스폭 변조 인버터를 이용한 전동기 구동장치Motor driving device using pulse width modulated inverter

제1a도 및 제1b도는 본 고안에 따른 일 실시예로서의 전동기 구동장치에 이용되는 전동기 구동회로의 개략도.1A and 1B are schematic diagrams of an electric motor driving circuit used in an electric motor driving device as one embodiment according to the present invention.

제2도는 제1a도에 도시된 신호발생 회로의 상세도.2 is a detailed view of the signal generation circuit shown in FIG.

제3도는 제1b도에 도시된 인버터출력 파형을 설명하는 도면.3 is a view for explaining the inverter output waveform shown in FIG.

제4도는 두 영역에 있어서의 전동기 구동특성을 도시한 도면.4 is a diagram showing motor driving characteristics in two regions.

제5도는 비교기의 작동에 관한 파형을 도시한 도면.5 shows waveforms relating to the operation of a comparator.

제6(a)도은 전압대 주파수 변환기에 공급되는 모터의 지령속도에 대응하는 아나로그 전압S(1)의 파형도.6 (a) is a waveform diagram of the analog voltage S (1) corresponding to the command speed of the motor supplied to the voltage-to-frequency converter.

제6(b)도는 주파수변환기로부터 발생되는 것으로서 아나로그 전압 S(1)에 비례하는 펄스신호 S(2)의 파형도.6 (b) is a waveform diagram of a pulse signal S (2) generated from a frequency converter and proportional to the analog voltage S (1).

제6(c)도은 카운터에 의해 계수된 펄스신호 S(2)의 파형도.6 (c) is a waveform diagram of pulse signal S (2) counted by a counter.

제6(d)도 및 제6(e)도는 디지탈 대 아나로그 변환기들로부터 생성되는 신호 및 결과의 아나로그 전압의 파형도.Figures 6 (d) and 6 (e) are waveform diagrams of signals and resulting analog voltages generated from digital to analog converters.

제7도는 지령속도신호 S(1)에 대응하는 함수발생기의 출력인 아나로그 값신호 S(4)를 도시한 것으로서 모터의 특성에 따른 변화를 도시한 도면.FIG. 7 shows analog value signal S (4) which is an output of a function generator corresponding to command speed signal S (1) and shows a change according to the characteristics of a motor.

본 고안은 펄스폭 변조 인버터(PWM inverter)를 이용하여 교류전동기를 구동하는 전동기 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive device for driving an AC motor using a pulse width modulation inverter (PWM inverter).

교류 전동기의 운전방식으로서는 기본속도를 경계로 하여 기본속도 이하 영역(A영역)과 기본속도 이상영역(B영역)으로 나누어 A, B 각 영역에 있어서 제각기 구동하게 하는것이 알려져 있기는 하나, A, B각 영역에 있어서의 구동 특성이 필히 만족되리라고는 할 수 없다.It is known that the AC motor is operated in each of the A and B areas by dividing it into the area below the base speed (area A) and the area above the base speed (area B) with the basic speed as its boundary. The driving characteristics in each of the B regions are not necessarily satisfied.

따라서 본 고안의 목적은 교류전동기의 구동전원으로서 펄스폭 변조 인버터를 이용하여 전동기를 A영역에서는 정현파적으로 B영역에서는 구형파적으로 구동시킬 수 있다는 착상에 의거해서 양호한 교류전동기 구동특성을 얻는 것에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to obtain a good AC motor driving characteristic based on the idea that a pulse width modulated inverter as a driving power source of an AC motor can drive a sine wave in the A region and a square wave in the B region. .

본 고안에 있어서는 전류원에 접속된 펄스폭 변조 인버터에 의해 교류전동기를 가변속운전하여, 기본속도 이하 영역(A영역)에 있어서는 전동기의 토오크(torque)를 일정값에 제한하고, 기본속도 이상영역(B영역)에 있어서는 출력 파우워(power)를 일정값에 제한하되, A영역에 있어서는 PWM을 이용한 의사정현파에 의해 전동기를 구동시키고, B영역에 있어서는 PWM을 이용한 구형파에 의해 전동기를 구동시킨다.In the present invention, the AC motor is variably driven by a pulse width modulated inverter connected to a current source. In the area below the basic speed (area A), the torque of the motor is limited to a constant value, and the area above the basic speed is not limited to (B). In the region), the output power is limited to a constant value. In the region A, the motor is driven by a pseudo sine wave using PWM, and in the region B, the motor is driven by a square wave using PWM.

이하 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하겠다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1a도 및 제1b도에서는 본 고안에 따른 일실시예로서의 전동기 구동장치에 이용되는 전동기 구동회로가 도시되어 있다. 교류전동기(33)는 직류원(34)에 접속된 트랜지스터등의 스위칭소자(21), (22)(23), (24), (24), (26) 및 정류기(27), (28), (29), (30), (31), (32)로 이루어진 인버터회로를 통해 구동된다. 트랜지스터(21), (22), (23), (24), (25), (26)의 베이스(b21), (b22), (b23), (b24), (b25), (b26)에는 제1a도에 도시된 신호발생회로의 출력이 인가되는데, 상기 신호발생회로는 주파수 및 진폭이 가변인 졍현파 발생회로(35), 톱니파 발생회로(8), 비교기(9), (10), (11), 반전기 (12), (13), (14)로 이루어진다.1A and 1B show an electric motor driving circuit used in an electric motor driving apparatus as an embodiment according to the present invention. The AC motor 33 includes switching elements 21, 22, 23, 24, 24, 26 and rectifiers 27, 28, such as transistors connected to a DC source 34. It is driven by the inverter circuit consisting of (29), (30), (31) and (32). The bases (b21), (b22), (b23), (b24), (b25) and (b26) of the transistors 21, 22, 23, 24, 25, and 26 are provided. The output of the signal generating circuit shown in FIG. 1A is applied, which includes a wave-wave generating circuit 35, sawtooth wave generating circuit 8, comparator 9, and 10 having a variable frequency and amplitude. (11), inverters (12), (13), and (14).

정현파 발생회로(35)로 부터의 주파수 f인 정현파 출력 ei의 톱니파 발생회로(8)로 부터의 주파수 f'인 톱니파출력 Vc는 비교기(9), (10), (11)에서 비교되는데, Vc<ei일 경우에는 비교기의 출력이 고레벨, Vc>ei일 경우에는 비교기의 출력이 저레벨로 된다. 따라서 비교기의 출력이 고레벨에 있게되는 기간중에, 고레벨의 신호를 베이스 신호로서 수신하는 트랜지스터는 도통상태로 된다.The sawtooth output Vc at the frequency f 'from the sawtooth wave generating circuit 8 of the sinusoidal wave output ei, which is the frequency f from the sinusoidal wave generating circuit 35, is compared in the comparators 9, 10, and 11, Vc. In the case of <ei, the output of the comparator is at a high level, and in the case of Vc> ei, the output of the comparator is at a low level. Therefore, during the period in which the output of the comparator is at the high level, the transistor that receives the high level signal as the base signal is in a conductive state.

PWM인버터에 있어서, 부하로서의 전동기에 인가되는 전압은 상측 트랜지스터(직류전원의 정극성 단자쪽에 접속됨)와, 하측 트랜지스터(직류전원의 부극성 단자쪽에 접속됨)가 동시에 도통상태에 있게되는 기간에 의해서 정해진다. 즉, 트랜지스터가 도통상태에 있는 시간(t)과 쵸퍼(chopper) 주기(T)의 비율(t/T)을 변화시키면, 이에 응하여 전동기에 인가되는 전압이 직선적으로 변한다. 본 고안은 이같은 특성을 이용한다.In a PWM inverter, the voltage applied to the motor as a load is in a period in which the upper transistor (connected to the positive terminal side of the DC power supply) and the lower transistor (connected to the negative terminal side of the DC power supply) are in the conduction state at the same time. Determined by That is, when the ratio t / T of the time t in which the transistor is in the conduction state and the chopper period T is changed, the voltage applied to the motor changes linearly in response. The present invention takes advantage of this feature.

제2도에는 제1a도에 도시된 신호발생회로의 상세도이다. 정현파 발생회로는 전압대 주파수 변환기(2), 카운터(3), 함수발생기(4), 디지탈대 아나로그(D/A) 변환기(5)(6), (7)로 구성되는데, 전압대 주파수 변환기(2)에는 제6(a)도에 도시한 바와같은 모터의 지령신호에 대응하는 아나로그 전압S(1)이 인가되고, 이 전압대 주파수 변환기(2)로 부터는 아나로그전압 S(1)에 비례하는 제6(b)도에 도시된 펄스신호 S(2)가 생성성된다. 이 펄스신호S(2)는 제6(c)도에 도시한 바와같이 카운터(3)에 의해 계수된다. 카운터(3)의 계수들은 디지탈대 아나로그 변환기(5)(6), (7)에 대한 어드레스 신호로서 사용되고, 이 어드레스 신호에 대응하는 데이타가 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)에 저장된다. 이같이 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)에 저장된 데이타가 선정되고 제6(d)도에 도시한 바와같은 정현파신호 S(5), S(6), S(7) 및 그 결과의 아나로그 전압 S'(5), S'(6), S'(7)이 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)에서 생성된다. 한편 함수발생기(4)에는 제6(a)도에 도시한 바와같은 지령속도신호 S(1)가 인가되고 함수발생기(4)는 제7도에 실선으로 도시한 바와같이 수신된 지령속도신호 S(1)에 대응하는 아나로그 값의 신호 S(4)를 생성한다. 이 아나로그 값의 신호 S(4)는 모터의 특성에 따라 점선으로 도시한 S'(4) 또는 S"(4)의 신호로 대체될 수도 있다. 아나로그 값의 신호 S(4)는 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)에 인가되며, 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)에서는 아나로그 전압 S'(5), S'(6), S'(7)과 아나로그 값의 신호 S(4)의 승산이 행해진다. 따라서, 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)로 부터는 제3도에 도시한 바와같은 정현파 신호 ei가 생성된다. 이같이 정현파 신호 ei의 진폭은 함수 함수발생기(4)로 부터의 신호 S4의 아나로그 값에 의해 결정된다. 비교기(9), (10), (11)는 디지탈대 아나로그 변환기(5), (6), (7)로부터의 출력ei를 제1입력신호로서 수신하며, 톱니파 발생회(8)로 부터의 출력 Vc를 제2입력 신호로서 수신한다. 비교기(9), (10), (11)의 출력은 구동기(15), (17), (19)를 통해 트랜지스터(21)(23), (25)의 베이스(b21), (b23), (b25)에 공급되며, 또한 반전기(12), (13), (14) 및 구동기(16), (18), (20)를 통해 트랜지스터(22), (24), (26)의 베이스(b22), (b24), (b26)에 공급된다.2 is a detailed view of the signal generation circuit shown in FIG. 1A. The sinusoidal wave generation circuit consists of a voltage-to-frequency converter (2), a counter (3), a function generator (4), and a digital-to-analog (D / A) converter (5) (6) and (7). The converter 2 is supplied with the analog voltage S 1 corresponding to the command signal of the motor as shown in FIG. 6 (a), and the analog voltage S (1) is supplied from the voltage-to-frequency converter 2. Pulse signal S (2) shown in FIG. This pulse signal S (2) is counted by the counter 3 as shown in FIG. 6 (c). The coefficients of the counter 3 are used as address signals for the digital-to-analog converters 5, 6, and 7, and data corresponding to the address signals is used for the digital-to-analog converters 5, 6, Stored in (7). As such, the data stored in the digital-to-analog converters 5, 6, and 7 are selected and sinusoidal signals S (5), S (6), and S (7) as shown in FIG. And the resulting analog voltages S '(5), S' (6) and S '(7) are generated in the digital to analog converters 5, 6 and 7. On the other hand, the command speed signal S (1) is applied to the function generator 4 as shown in FIG. 6 (a) and the function generator 4 receives the command speed signal S as shown by the solid line in FIG. The signal S (4) of the analog value corresponding to (1) is generated. This analog value signal S (4) may be replaced by the signal of S '(4) or S "(4) shown by dashed lines, depending on the characteristics of the motor. The analog value signal S (4) may be digital. To analog converters (5), (6) and (7), and analog to analog converters (5), (6) and (7), analog voltages S '(5) and S' (6). Is multiplied by S '(7) with the analog value of signal S (4), and therefore from digital to analog converters 5, 6, and 7, as shown in FIG. A sinusoidal signal ei is generated, thus the amplitude of the sinusoidal signal ei is determined by the analog value of the signal S4 from the function function generator 4. The comparators 9, 10 and 11 are digital versus ana The output ei from the log converters 5, 6, and 7 is received as the first input signal, and the output Vc from the sawtooth wave generating circuit 8 is received as the second input signal. , (10), (11) outputs via transistors (15), (17), (19) Supplied to the bases b21, b23, and b25 of (21) (23) and (25), and also the inverters (12), (13), (14) and drivers (16) and (18). , 20 is supplied to the bases b22, b24, and b26 of the transistors 22, 24, and 26.

제2도에 있어서, 주파수 f의 정현파 신호 ei와 주파수 f의 톱니파 신호 Vc는 비교기(9), (10), (11)에 의해 비교되어 제5도에 도시된 바와같이 펄스화되며, 이같은 펄스파형에 응동하여 트랜지스터가 선택적으로 도통된다. 이경우, 상기 정현파 신호 ei의 비교치는 함수발생기(4)에 있어 주파수 f에 응하여 변한다.In FIG. 2, the sinusoidal signal ei of frequency f and the sawtooth signal Vc of frequency f are compared by comparators 9, 10 and 11 and pulsed as shown in FIG. The transistor is selectively conducted in response to the waveform. In this case, the comparison value of the sinusoidal signal ei changes in response to the frequency f in the function generator 4.

제3도는 제2도의 회로를 이용하여 제1b도의 PWM인버터를 작동시키는 경우, 정현파 ei의 파형과 이에 상응한 PWM인버터의 출력파형을 도시한 것이다. ei(1), ei(2)는 A영역에 있어서의 입력정현파 파형으로서 진폭이 작으며, 이에 상응하는 인버터 출력파형 PWM(1), PWM(2)에 의해 전동기가 구동된다. 반면, ei(3), ei(4)는 B영역에 있어서의 입력정현파 파형으로 진폭이 크며, 이에 상응하는 인버터출력 파형PWM(3), PWM(4)에 의해 전동기가 구동된다.FIG. 3 shows the waveform of the sinusoidal wave ei and the corresponding output waveform of the PWM inverter when the PWM inverter of FIG. 1B is operated using the circuit of FIG. ei (1) and ei (2) are input sinusoidal waveforms in the area A, the amplitude of which is small, and the motor is driven by the corresponding inverter output waveforms PWM (1) and PWM (2). On the other hand, ei (3) and ei (4) are input sinusoidal waveforms in the region B and have a large amplitude, and the motor is driven by the corresponding inverter output waveforms PWM (3) and PWM (4).

이와 같이, 본 고안의 실시예에 의하면, A영역에서는 PWM을 이용한 의사정현파가 전동기에 인가되기때문에 저속에 있어서의 원활한 전동기 회전이 성취되며, B영역에서는 PWM을 이용한 구형파가 전동기에 인가되기 때문에 고속에 있어서의 전원이용률을 저하시키지 않는 전동기의 구동방식이 성취된다. 또한 A, B영역간의 전환을 원만하게 행할 수 있어 A, B영역 전체에 걸쳐 연속제어를 확실하게 할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, since the pseudo sine wave using the PWM is applied to the motor in the area A, smooth motor rotation at low speed is achieved, and the square wave using the PWM is applied to the motor in the B area, The driving method of the electric motor which does not reduce the power utilization rate in the motor is achieved. In addition, the switching between the A and B areas can be performed smoothly, and the continuous control can be ensured over the entire A and B areas.

Claims (1)

펄스폭 변조 인버터를 이용한 전동기 구동장치가 정현파 신호 ei를 발생하는 회로와, 톱니파 신호 Vc를 발생하는 회로와, 정현파 신호 ei 및 톱니파 신호 Vc를 수신하여 비교하는 비교기와, 비교기로부터의 신호에 응동하여 전동기를 구동하는 펄스폭 변조인버터를 구비하여, 전동기의 기본속도 이하의 영역에서는 의사정현파 전압에 상당하는 펄스폭변조 파형에 의해서 전동기가 구동되게 하고, 기본속도 이상의 영역에서는 구형파에 의해 전동기가 구동되게 함에 있어서, 상기 정현파 신호 발생회로는 전동기의 지령속도에 대응하는 신호를 수신하는 전압대 주파수 변환기(12)와, 전압대 주파수 변환기로부터의 펄스신호를 계수하는 카운터(3)와, 속도지령신호를 수신하는 함수발생기(4)와, 상기 카운터(3) 및 함수발생기(4)로 부터의 신호에 응동하여 정현파 신호를 발행해서 비교기(9, 10, 11)에 인가하는 디지탈 대 아나로그 변환기(5, 6, 7)로 구성되는 펄스폭변조 인버터를 이용한 전동기 구동장치.The motor driving apparatus using the pulse width modulation inverter responds to a circuit for generating a sinusoidal signal ei, a circuit for generating a sawtooth wave signal Vc, a comparator for receiving and comparing a sinusoidal signal ei and a sawtooth wave signal Vc, and a signal from the comparator. A pulse width modulation inverter for driving an electric motor is provided so that the motor is driven by a pulse width modulated waveform corresponding to a pseudo sine wave voltage in the region below the basic speed of the motor, and the motor is driven by a square wave in the region above the basic speed. The sinusoidal signal generating circuit includes a voltage-to-frequency converter 12 for receiving a signal corresponding to the command speed of the motor, a counter 3 for counting pulse signals from the voltage-to-frequency converter, and a speed command signal. Sine in response to the function generator 4 receiving and the signals from the counter 3 and the function generator 4 Issued by the comparator (9, 10, 11) for a digital analogue converter motor drive system using a pulse width modulation inverter consisting of (5, 6, 7) to be applied to the signal.
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