JP2012165582A - Motor controller - Google Patents

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Hiroyuki Kameyama
浩幸 亀山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-power-factor motor controller which can drive a synchronous motor with less vibration and low noise even for large load torque variations, and can suppress a direct current voltage increase due to regenerative energy.SOLUTION: In a motor controller 10, a reference value calculation section 29 calculates a first reference value corresponding to amplitude of a motor voltage on the basis of a phase difference between the motor voltage and a motor current flowing through a stator of a synchronous motor 2. A correction section 24 compares a line voltage between DC wiring HL and LL and a predetermined upper limit value, and outputs a second reference value that is a value obtained by adding a correction value according to the dimension of a load torgue to the first reference value when the line voltage is the upper limit value or less, and outputs a third reference value that is a value obtained by adding the correction value after being subjected to reduction to the first reference value when the line voltage exceeds the upper limit value. A control signal generation section 25 generates a control signal for controlling an inverter device 12 on the basis of the second or third reference value outputted from the correction section.

Description

この発明は同期モータを駆動制御するモータ制御装置に関し、特に同期モータのトルク制御を行なうモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that drives and controls a synchronous motor, and more particularly to a motor control device that performs torque control of a synchronous motor.

空気調和機の圧縮機などに用いられる同期モータでは、圧縮機の内部が高温、高圧となるのでロータ(回転子:rotor)の位置を検出するためのホール素子などのセンサを設けることが困難である。このため、位置センサを有しないセンサレス駆動方式の同期モータが一般的に用いられる。たとえば、特開2001−112287号公報(特許文献1)に記載のモータ制御装置は、モータ電圧を基準とする2個所の位相期間におけるモータ電流の面積をモータ電流検出アンプでそれぞれ検出する。そして、この文献のモータ制御装置は、検出した2個所のモータ電流面積の比を制御マイコンで計算してこれを位相差情報とし、この位相差情報によってモータ駆動電圧を制御し、所定周期の正弦波をモータコイルに印加することで、正弦波通電をはじめとする180°駆動を可能とする。   In synchronous motors used in compressors of air conditioners, it is difficult to provide sensors such as Hall elements to detect the position of the rotor (rotor) because the internal temperature of the compressor is high and high pressure. is there. For this reason, a sensorless drive type synchronous motor having no position sensor is generally used. For example, a motor control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-112287 (Patent Document 1) detects motor current areas in two phase periods with a motor voltage as a reference by using a motor current detection amplifier. Then, the motor control device of this document calculates the ratio of the detected motor current areas at two locations by the control microcomputer and uses this as phase difference information, controls the motor drive voltage based on this phase difference information, and determines the sine of a predetermined cycle By applying a wave to the motor coil, 180 ° drive including sine wave energization is enabled.

上記文献のモータ制御装置では、位相差情報を得るためにU,V,W相のうちの特定相のモータ電流を検出するための交流電流センサが設けられる。このように交流電流センサによってモータ電流を直接検出する方法に代えて、インバータ回路の入力側の直流母線に流れる直流電流を検出し、この直流電流の検出値に基づいてモータ電流を推定する方法も知られている(たとえば、特開平8−19263号公報(特許文献2)参照)。   In the motor control device of the above document, an AC current sensor for detecting a motor current of a specific phase among U, V, and W phases is provided to obtain phase difference information. Instead of directly detecting the motor current by the AC current sensor in this way, there is also a method of detecting the DC current flowing in the DC bus on the input side of the inverter circuit and estimating the motor current based on the detected value of the DC current. It is known (see, for example, JP-A-8-19263 (Patent Document 2)).

圧縮機用の同期モータの他の問題点としては、吸入、圧縮、および吐出の工程ごとに冷媒ガスの圧力が変化するので、負荷トルクが周期的に変動することが挙げられる。このため、モータの振動や騒音を抑制するためには、負荷トルクの変動に合致するようにモータのトルクを変動させるトルク制御を行なう必要がある。たとえば、特開2004−274841号公報(特許文献3)に記載の技術では、ロータの機械角に対応して予め設定された補正量によって、PWM(Pulse Width Modulation)方式のインバータ回路におけるデューティ比が補正される。このときの補正量は、モータ1回転中の負荷トルクの変動パターンに応じて定められる。   Another problem of the synchronous motor for the compressor is that the load torque varies periodically because the pressure of the refrigerant gas changes for each of the suction, compression, and discharge processes. For this reason, in order to suppress the vibration and noise of the motor, it is necessary to perform torque control for changing the motor torque so as to match the fluctuation of the load torque. For example, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-274841 (Patent Document 3), the duty ratio in a PWM (Pulse Width Modulation) type inverter circuit is set by a correction amount set in advance corresponding to the mechanical angle of the rotor. It is corrected. The correction amount at this time is determined according to the variation pattern of the load torque during one rotation of the motor.

近年、高調波電流による電力障害を防止するために、商用電源に接続される電子機器には力率改善回路が設けられる例が増えてきている。同期モータの制御装置の場合には、力率改善を図るとともに装置サイズを小型化するために、全波整流回路の出力側に設けられたコンデンサを大幅に小容量化する(すなわち、全波整流回路の出力電圧を平滑化するための大容量コンデンサを設けない)試みがなされている(たとえば、特開2002−51589号公報(特許文献4)参照)。   In recent years, in order to prevent power failure due to harmonic current, an example in which a power factor correction circuit is provided in an electronic device connected to a commercial power supply is increasing. In the case of a synchronous motor control device, in order to improve the power factor and reduce the size of the device, the capacitor provided on the output side of the full-wave rectifier circuit is significantly reduced in capacity (that is, full-wave rectification). Attempts have been made (without providing a large-capacitance capacitor for smoothing the output voltage of the circuit) (see, for example, JP-A-2002-51589 (Patent Document 4)).

特開2005−124278号公報(特許文献5)は、このように平滑化用の大容量コンデンサを設けない場合において、モータの高速回転時における回生エネルギーによってインバータ回路の部品が破壊されるのを防止するための技術を開示する。具体的に、この文献に記載のモータ制御装置は、インバータ回路の直流母線間の電圧検出値が予め設定された閾値電圧以上のときにモータの速度指令値を一時的に低下させる。   Japanese Patent Laid-Open No. 2005-124278 (Patent Document 5) prevents the parts of the inverter circuit from being destroyed by regenerative energy during high-speed rotation of the motor when the large-capacitance capacitor for smoothing is not provided. The technique for doing is disclosed. Specifically, the motor control device described in this document temporarily decreases the motor speed command value when the detected voltage value between the DC buses of the inverter circuit is equal to or higher than a preset threshold voltage.

特開2001−112287号公報JP 2001-112287 A 特開平8−19263号公報JP-A-8-19263 特開2004−274841号公報JP 2004-274841 A 特開2002−51589号公報JP 2002-51589 A 特開2005−124278号公報JP 2005-124278 A

上記の特開2004−274841号公報(特許文献3)に記載の方法でトルク制御を行なった場合に、負荷トルクの変動パターンが予め想定したパターンからずれてしまうと、PWM信号のデューティ比の補正が適切に行なえないので負荷トルクとモータトルクとに差が生じる。この結果、同期モータの振動および騒音が増える。特に、負荷トルクに比べてモータトルクが増加した場合には、モータの回転数が増加する結果、回生エネルギーが増大する。このとき、特開2002−51589号公報(特許文献4)に記載のように平滑化用のコンデンサを設けない場合には、回生エネルギーの増加を平滑コンデンサによって吸収できないので、インバータの直流母線間の電圧が大きく上昇することになる。この結果、インバータ回路に設けられた半導体スイッチング素子に耐電圧を超える電圧が印加されてしまう可能性がある。   When torque control is performed by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-274841 (Patent Document 3), if the load torque fluctuation pattern deviates from a previously assumed pattern, the duty ratio of the PWM signal is corrected. Cannot be performed properly, so that a difference occurs between the load torque and the motor torque. As a result, the vibration and noise of the synchronous motor increase. In particular, when the motor torque is increased compared to the load torque, the regenerative energy increases as a result of the increase in the number of rotations of the motor. At this time, if a smoothing capacitor is not provided as described in JP-A-2002-51589 (Patent Document 4), an increase in regenerative energy cannot be absorbed by the smoothing capacitor. The voltage will rise greatly. As a result, a voltage exceeding the withstand voltage may be applied to the semiconductor switching element provided in the inverter circuit.

この発明は上記の問題点を考慮してなされたものである。この発明の目的は、平滑化用の大容量コンデンサを有しないモータ制御装置によって同期モータを駆動する場合において、同期モータに接続された負荷のトルクがモータの回転に伴って変動する場合であっても、低振動かつ低騒音で同期モータを駆動するとともに、回生エネルギーによる直流電圧の上昇を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することである。   The present invention has been made in consideration of the above problems. An object of the present invention is when a synchronous motor is driven by a motor control device that does not have a large-capacitance capacitor for smoothing, and the torque of a load connected to the synchronous motor varies with the rotation of the motor. Another object of the present invention is to provide a motor control device that can drive a synchronous motor with low vibration and low noise and suppress an increase in DC voltage due to regenerative energy.

この発明は一局面において、負荷装置に接続された同期モータを駆動制御するモータ制御装置であって、整流回路と、インバータ装置と、電圧検出部と、第1の基準値算出部と、補正部と、制御信号生成部とを含む。ここで、負荷装置の負荷トルクは、同期モータのロータの機械角に対応して変動する。整流回路は、入力された単相交流電圧を全波整流する。インバータ装置は、整流回路の出力電圧を制御信号に応じた振幅を有する多相交流電圧に変換して同期モータにモータ電圧として出力する。電圧検出部は、整流回路とインバータ装置とを接続する直流配線間の線間電圧を検出する。第1の基準値算出部は、モータ電圧と同期モータのステータを流れるモータ電流との位相差に基づいて、モータ電圧の振幅に対応する第1の基準値を算出する。補正部は、線間電圧と単相交流電圧のピーク値以上の値である予め定める上限値とを比較し、線間電圧が上限値以下の場合には、同期モータの機械角に対応した補正値を第1の基準値に加算した値である第2の基準値を出力し、線間電圧が上限値を超える場合には、縮小された補正値を第1の基準値に加算した値である第3の基準値を出力する。制御信号生成部は、補正部から出力された第2または第3の基準値に基づいて制御信号を生成する。上記の補正値は、同期モータの機械角に対応した第1の補正係数を第1の基準値に乗算した値である。第1の補正係数は、同期モータの1回転中で負荷トルクが最大のとき正の値になり、負荷トルクが最小のとき負の値になるように負荷トルクの大きさに応じて予め設定される。   In one aspect, the present invention is a motor control device that drives and controls a synchronous motor connected to a load device, and includes a rectifier circuit, an inverter device, a voltage detection unit, a first reference value calculation unit, and a correction unit. And a control signal generator. Here, the load torque of the load device varies in accordance with the mechanical angle of the rotor of the synchronous motor. The rectifier circuit performs full-wave rectification on the input single-phase AC voltage. The inverter device converts the output voltage of the rectifier circuit into a multiphase AC voltage having an amplitude corresponding to the control signal, and outputs it as a motor voltage to the synchronous motor. A voltage detection part detects the line voltage between the DC wiring which connects a rectifier circuit and an inverter apparatus. The first reference value calculation unit calculates a first reference value corresponding to the amplitude of the motor voltage based on the phase difference between the motor voltage and the motor current flowing through the stator of the synchronous motor. The correction unit compares the line voltage with a predetermined upper limit value that is greater than or equal to the peak value of the single-phase AC voltage, and if the line voltage is less than or equal to the upper limit value, the correction corresponding to the mechanical angle of the synchronous motor When the second reference value, which is a value obtained by adding the value to the first reference value, is output and the line voltage exceeds the upper limit value, the reduced correction value is added to the first reference value. A third reference value is output. The control signal generation unit generates a control signal based on the second or third reference value output from the correction unit. The correction value is a value obtained by multiplying the first reference value by the first correction coefficient corresponding to the mechanical angle of the synchronous motor. The first correction coefficient is set in advance according to the magnitude of the load torque so that it becomes a positive value when the load torque is maximum during one rotation of the synchronous motor and becomes a negative value when the load torque is minimum. The

好ましくは、補正部は、線間電圧が上限値を超える場合には、線間電圧が上限値以下となるまでの間、上記の第1の補正係数を徐々に縮小することによって上記の補正値を徐々に縮小する。   Preferably, when the line voltage exceeds the upper limit value, the correction unit gradually reduces the first correction coefficient until the line voltage becomes equal to or lower than the upper limit value. Reduce gradually.

好ましくは、第1の基準値算出部は、第2の基準値算出部と第3の基準値算出部とを含む。第2の基準値算出部は、モータ電圧とモータ電流との位相差が予め定める目標位相差に一致するように位相差に対して演算処理を行なうことによって第4の基準値を算出する。第3の基準値算出部は、第4の基準値を線間電圧の大きさに応じて補正することによって第1の基準値を算出する。第1の基準値は、第4の基準値に第2の補正係数を乗算した値である。上記の第2の補正係数は、単相交流電圧のピーク値未満の値である予め定める電圧基準値よりも線間電圧が大きい場合に1より小さく、電圧基準値よりも線間電圧が小さい場合に1より大きい。第2の補正係数は、電圧基準値に対する線間電圧の比率が大きいほど小さい。   Preferably, the first reference value calculation unit includes a second reference value calculation unit and a third reference value calculation unit. The second reference value calculation unit calculates the fourth reference value by performing arithmetic processing on the phase difference so that the phase difference between the motor voltage and the motor current matches a predetermined target phase difference. The third reference value calculation unit calculates the first reference value by correcting the fourth reference value according to the magnitude of the line voltage. The first reference value is a value obtained by multiplying the fourth reference value by the second correction coefficient. The second correction coefficient is smaller than 1 when the line voltage is larger than a predetermined voltage reference value that is less than the peak value of the single-phase AC voltage, and when the line voltage is smaller than the voltage reference value. Greater than 1. The second correction coefficient is smaller as the ratio of the line voltage to the voltage reference value is larger.

好ましくは、上記の上限値は、インバータ装置の耐圧に基づいて予め設定される。
好ましくは、上記の上限値は、同期モータが停止している状態で検出された線間電圧に基づいて予め設定される。
Preferably, the upper limit value is set in advance based on the breakdown voltage of the inverter device.
Preferably, the upper limit value is set in advance based on a line voltage detected in a state where the synchronous motor is stopped.

好ましくは、モータ制御装置は、整流回路とインバータ装置とを接続する直流配線間に設けられたコンデンサをさらに含む。コンデンサの容量値が整流回路の出力電圧を平滑化するのに必要な値よりも小さな値であることによって、線間電圧の値は整流回路に入力された単相交流電圧の絶対値に応じて変動する。   Preferably, the motor control device further includes a capacitor provided between DC wirings connecting the rectifier circuit and the inverter device. Since the capacitance value of the capacitor is smaller than the value necessary for smoothing the output voltage of the rectifier circuit, the value of the line voltage depends on the absolute value of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit. fluctuate.

この発明によれば、補正部によってモータ電圧の振幅に対応する第1の基準値を補正することによって、低振動かつ低騒音で同期モータを回転させることができるとともに、回生エネルギーによる直流電圧の上昇を抑制することができる。   According to the present invention, by correcting the first reference value corresponding to the amplitude of the motor voltage by the correction unit, the synchronous motor can be rotated with low vibration and low noise, and the DC voltage rises due to regenerative energy. Can be suppressed.

この発明の実施の一形態による空気調和機1の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the air conditioner 1 by one Embodiment of this invention. モータ1回転中での負荷トルク、モータトルク、およびロータ角速度の関係を示す図である(補正係数K=0の場合)。It is a figure which shows the relationship between the load torque in 1 rotation of a motor, a motor torque, and a rotor angular velocity (when correction coefficient K = 0). 補正係数Kによって振幅基準値Aを補正した場合のモータ電圧振幅およびモータトルクを示す図である。It is a figure which shows the motor voltage amplitude at the time of correct | amending the amplitude reference value A with the correction coefficient K, and a motor torque. モータ1回転中での負荷トルク、モータトルク、およびロータ角速度の関係を示す図である(補正係数Kによって振幅基準値を補正した場合)。It is a figure which shows the relationship between the load torque in 1 rotation of a motor, a motor torque, and a rotor angular velocity (when an amplitude reference value is correct | amended with the correction coefficient K). 圧縮機3の負荷トルクの変動パターンを示す図である。It is a figure which shows the fluctuation pattern of the load torque of the compressor. 図1のマイクロコンピュータ20によるモータ制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the motor control procedure by the microcomputer 20 of FIG. 同期モータ2が停止中のときにモータ制御装置10の各部で観測される電圧波形および電流波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform and current waveform which are observed in each part of the motor control apparatus 10 when the synchronous motor 2 is stopped. 同期モータ2が動作中のときにモータ制御装置10の各部で観測される電圧波形および電流波形を示す図である(補正係数Kを初期設定値に固定した場合)。It is a figure which shows the voltage waveform and current waveform which are observed in each part of the motor control apparatus 10 when the synchronous motor 2 is operating (when the correction coefficient K is fixed to an initial set value). 同期モータ2が動作中のときにモータ制御装置10の各部で観測される電圧波形および電流波形を示す図である(線間電圧に応じて補正係数Kを縮小した場合)。It is a figure which shows the voltage waveform and electric current waveform which are observed in each part of the motor control apparatus 10 when the synchronous motor 2 is operating (when the correction coefficient K is reduced according to the line voltage).

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

[空気調和機およびモータ制御装置の構成]
図1は、この発明の実施の一形態による空気調和機1の構成を示す機能ブロック図である。以下では、空気調和機1を例に挙げて説明するが、冷凍機などのように冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用する機器などに対してこの発明を適用することができる。
[Configuration of air conditioner and motor control device]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of an air conditioner 1 according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the air conditioner 1 will be described as an example, but the present invention can be applied to a device that uses a refrigeration cycle (heat pump cycle) such as a refrigerator.

図1を参照して、空気調和機1は、同期モータ2と、同期モータ2に接続された負荷装置としての圧縮機3と、同期モータ2を駆動制御するモータ制御装置10とを含む。モータ制御装置10は、商用電源などの交流電源4から受けた単相交流電圧を所望の周波数および振幅を有する三相交流電圧に変換して同期モータ2のステータ(固定子:stator)に供給する。これによって、同期モータ2が可変速駆動される。   Referring to FIG. 1, an air conditioner 1 includes a synchronous motor 2, a compressor 3 as a load device connected to the synchronous motor 2, and a motor control device 10 that drives and controls the synchronous motor 2. The motor control device 10 converts a single-phase AC voltage received from an AC power source 4 such as a commercial power source into a three-phase AC voltage having a desired frequency and amplitude, and supplies it to a stator (stator) of the synchronous motor 2. . As a result, the synchronous motor 2 is driven at a variable speed.

同期モータ2によって駆動される圧縮機3は、たとえば、空気調和機や冷凍機などによく用いられるシングルロータリ型圧縮機である。シングルロータリ型圧縮機の特徴は、構造が簡単で製造コストが安価であるという反面、モータ1回転中での負荷トルク変動が非常に大きいことである。シングルロータリ型圧縮機では、モータ1回転中に冷媒の吸入、圧縮、吐出という圧縮サイクルを順次繰返していく。したがって、吐出直前は冷媒が圧縮されるので負荷トルクとして大きくなり、吐出直後は冷媒が抜けるので負荷トルクが小さくなる。このようにシングルロータリ型圧縮機の負荷トルクは同期モータの回転と同期して(すなわち、モータ1回転中の機械角に対応して)変動する。   The compressor 3 driven by the synchronous motor 2 is a single rotary type compressor often used for an air conditioner or a refrigerator, for example. The feature of the single rotary compressor is that the structure is simple and the manufacturing cost is low, but the load torque fluctuation during one rotation of the motor is very large. In a single rotary compressor, a compression cycle of refrigerant suction, compression, and discharge is sequentially repeated during one rotation of the motor. Therefore, since the refrigerant is compressed immediately before the discharge, the load torque is increased. Immediately after the discharge, the refrigerant is discharged, so the load torque is reduced. Thus, the load torque of the single rotary compressor fluctuates in synchronization with the rotation of the synchronous motor (that is, corresponding to the mechanical angle during one rotation of the motor).

なお、空気調和機1は、図1に示した構成の他に少なくとも室内熱交換器、室外熱交換器、膨張弁、およびこれらを接続する冷媒配管を含む。冷媒配管に設けた四方弁の切り替えにより、冷房運転を行なうときには圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、および圧縮機の順に冷媒が流れ、暖房運転を行なうときには圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、および圧縮機の順に冷媒が流れる。   The air conditioner 1 includes at least an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, an expansion valve, and a refrigerant pipe that connects them in addition to the configuration shown in FIG. By switching the four-way valve provided in the refrigerant pipe, the refrigerant flows in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the expansion valve, the indoor heat exchanger, and the compressor when performing the cooling operation, and when performing the heating operation, the compressor, the indoor The refrigerant flows in the order of the heat exchanger, the expansion valve, the outdoor heat exchanger, and the compressor.

以下、モータ制御装置10の構成を詳しく説明する。モータ制御装置10は、整流回路11と、インバータ回路12と、コンデンサC1と、電圧検出部13と、電流センサ14と、アンプ15と、マイクロコンピュータ20とを含む。   Hereinafter, the configuration of the motor control device 10 will be described in detail. The motor control device 10 includes a rectifier circuit 11, an inverter circuit 12, a capacitor C 1, a voltage detection unit 13, a current sensor 14, an amplifier 15, and a microcomputer 20.

整流回路11は、ダイオードD1〜D4を含み、交流電源4から受けた単相交流電圧を全波整流する。   The rectifier circuit 11 includes diodes D1 to D4, and full-wave rectifies the single-phase AC voltage received from the AC power supply 4.

インバータ回路12は、整流回路11の出力電圧を三相交流電圧(U相、V相、W相)に変換して同期モータ2にステータ巻線に供給する。インバータ回路12は、三相ブリッジ接続されたスイッチング素子Qu,Qv,Qw,Qx,Qy,Qzと、これらのスイッチング素子にそれぞれ対応し、各々が対応のスイッチング素子と逆バイアス方向に並列接続されたフリーホイールダイオードDu,Dv,Dw,Dx,Dy,Dzとを含む。図1に示すインバータ回路12では、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が例示される。マイクロコンピュータ20から出力されたPWM信号に従ってスイッチング素子Qu〜Qw,Qx〜Qzがスイッチングすることによって、インバータ回路12は、制御信号に応じた振幅および周波数を有する三相交流電圧を同期モータ2に出力する。   The inverter circuit 12 converts the output voltage of the rectifier circuit 11 into a three-phase AC voltage (U phase, V phase, W phase) and supplies it to the synchronous motor 2 to the stator winding. The inverter circuit 12 corresponds to the switching elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy, and Qz connected in a three-phase bridge, and these switching elements are respectively connected in parallel to the corresponding switching elements in the reverse bias direction. Including freewheel diodes Du, Dv, Dw, Dx, Dy, and Dz. In the inverter circuit 12 shown in FIG. 1, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is exemplified as the switching element. When the switching elements Qu to Qw and Qx to Qz are switched according to the PWM signal output from the microcomputer 20, the inverter circuit 12 outputs a three-phase AC voltage having an amplitude and a frequency according to the control signal to the synchronous motor 2. To do.

コンデンサC1は、整流回路11とインバータ回路12とを接続する高電圧側の直流配線HLと低電圧側の直流配線LLとの間に接続される。コンデンサC1は、主として、インバータ回路12におけるパルス幅変調(PWM)の際のキャリア信号を遮断するためのものであり、整流回路11の出力電圧を平滑化するためのものではない。したがって、コンデンサC1の容量値は、整流回路11の出力電圧を平滑化するのに必要な値に比べてかなり小さな値である。コンデンサC1の容量値は、たとえば、10μFであり、従来のダイオード全波整流回路用の平滑コンデンサの1/100程度である。この結果、同期モータ2の駆動中における直流配線HL,LL間の電圧は、整流回路11の入力電圧の絶対値に依存して、すなわち、交流電源4の2倍の周波数で脈動する。直流配線HL,LL間の電圧の極大値は極小値の10倍以上になる。このように、直流配線HL,LL間の電圧を脈動させることによって、整流回路11への入力電流波形を正弦波に近付けて力率を改善することができる。   The capacitor C1 is connected between the high voltage side DC wiring HL and the low voltage side DC wiring LL connecting the rectifier circuit 11 and the inverter circuit 12. The capacitor C1 is mainly for cutting off a carrier signal at the time of pulse width modulation (PWM) in the inverter circuit 12, and is not for smoothing the output voltage of the rectifier circuit 11. Therefore, the capacitance value of the capacitor C1 is considerably smaller than the value necessary for smoothing the output voltage of the rectifier circuit 11. The capacitance value of the capacitor C1 is, for example, 10 μF, which is about 1/100 of a smoothing capacitor for a conventional diode full-wave rectifier circuit. As a result, the voltage between the DC wires HL and LL during driving of the synchronous motor 2 depends on the absolute value of the input voltage of the rectifier circuit 11, that is, pulsates at a frequency twice that of the AC power supply 4. The maximum value of the voltage between the DC wirings HL and LL is 10 times or more the minimum value. Thus, by pulsating the voltage between the DC wirings HL and LL, the input current waveform to the rectifier circuit 11 can be brought close to a sine wave to improve the power factor.

電圧検出部13は、直流配線HL,LL間の電圧(線間電圧)を検出する。検出された線間電圧はマイクロコンピュータ20に入力される。たとえば、電圧検出部13は、直流配線HL,LL間に直列接続された複数の抵抗素子(図示省略)を含む。これらの抵抗素子によって分圧された電圧は、マイクロコンピュータ20に入力され、A/D(Analog to Digital)変換器(図示省略)によってデジタルデータに変換される。   The voltage detector 13 detects a voltage (line voltage) between the DC wirings HL and LL. The detected line voltage is input to the microcomputer 20. For example, the voltage detection unit 13 includes a plurality of resistance elements (not shown) connected in series between the DC wirings HL and LL. The voltage divided by these resistance elements is input to the microcomputer 20 and converted into digital data by an A / D (Analog to Digital) converter (not shown).

電流センサ14は、同期モータ2のU,V,W相のステータ巻線のうち特定相(図1の場合はU相)のステータ巻線に流れる電流を検出する。電流センサ14として、コイルとホール素子で構成されたセンサや、カレントトランスなどを用いることができる。電流センサ14によって検出された信号は、アンプ15によって増幅およびオフセット加算がなされた後、マイクロコンピュータ20に入力され、A/D変換器(図示省略)によってデジタルデータに変換される。   The current sensor 14 detects a current flowing in a stator winding of a specific phase (in the case of FIG. 1, U phase) among the U, V, and W phase stator windings of the synchronous motor 2. As the current sensor 14, a sensor constituted by a coil and a Hall element, a current transformer, or the like can be used. The signal detected by the current sensor 14 is amplified and offset added by the amplifier 15 and then input to the microcomputer 20 and converted into digital data by an A / D converter (not shown).

マイクロコンピュータ20は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random-Access Memory)、ROM(Read-Only Memory)、A/D変換器、およびD/A(Digital to Analog)変換器を含む(いずれも不図示)。マイクロコンピュータ20は、電圧検出部13および電流センサ14によって検出された信号に基づいて、インバータ回路12を制御するためのPWM信号を生成する。生成されたPWM信号は、D/A変換器によってアナログ信号に変換された後、インバータ回路12に出力される。   The microcomputer 20 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random-Access Memory), a ROM (Read-Only Memory), an A / D converter, and a D / A (Digital to Analog) converter. Not shown). The microcomputer 20 generates a PWM signal for controlling the inverter circuit 12 based on the signals detected by the voltage detector 13 and the current sensor 14. The generated PWM signal is converted into an analog signal by the D / A converter and then output to the inverter circuit 12.

本実施の形態による同期モータ2の速度制御方式は、他制運転(速度オープンループ運転)方式である。すなわち、マイクロコンピュータ20による制御によって、インバータ回路12は、回転数指令値に対応した強制励磁角周波数を有するモータ電圧を同期モータ2の各相のステータ巻線に印加する。このとき、マイクロコンピュータ20は、モータ電圧と各相のステータ巻線を流れるモータ電流Iu,Iv,Iwとの位相差を検出し、検出された位相差が目標位相差となるようにフィードバック制御する。このような位相差制御は、同期モータ2のロータとステータとの相対位置を直接検出するものではないが、位相差とロータ・ステータの相対位置とはほぼ比例関係にあるので、位相差を制御することによって間接的にロータ・ステータの相対位置を制御することができる。この結果、同期モータ2の高効率駆動のために適切なタイミングでモータに通電することができる。   The speed control method of the synchronous motor 2 according to the present embodiment is a separate operation (speed open loop operation) method. That is, under the control of the microcomputer 20, the inverter circuit 12 applies a motor voltage having a forced excitation angular frequency corresponding to the rotational speed command value to the stator windings of each phase of the synchronous motor 2. At this time, the microcomputer 20 detects the phase difference between the motor voltage and the motor currents Iu, Iv, Iw flowing through the stator windings of each phase, and performs feedback control so that the detected phase difference becomes the target phase difference. . Such phase difference control does not directly detect the relative position between the rotor and the stator of the synchronous motor 2, but the phase difference and the relative position between the rotor and the stator are substantially proportional to each other, so the phase difference is controlled. By doing so, the relative position of the rotor-stator can be controlled indirectly. As a result, the motor can be energized at an appropriate timing for highly efficient driving of the synchronous motor 2.

[マイクロコンピュータ20によるモータ制御の詳細]
図1に示すマイクロコンピュータ20は、機能的には、位相差制御部(振幅基準値算出部)21と、電圧補正部22と、機械角検出部23と、トルク制御部24と、PWM信号生成部25とを含む。これらの各機能ブロックは、マイクロコンピュータ20がプログラムに従って動作することによって実現される。
[Details of motor control by microcomputer 20]
The microcomputer 20 shown in FIG. 1 functionally includes a phase difference control unit (amplitude reference value calculation unit) 21, a voltage correction unit 22, a mechanical angle detection unit 23, a torque control unit 24, and a PWM signal generation. Part 25. Each of these functional blocks is realized by the microcomputer 20 operating according to a program.

位相差制御部21は、PWM信号生成部25から出力されたモータ電圧信号と電流センサ14から出力されたモータ電流信号とを受けて、これらの信号間の位相差を表わす量(位相差情報と称する)を算出し、この位相差情報に基づいてモータ電圧の振幅に対応する振幅基準値Aを算出する。ここで、モータ電圧信号はPWM信号生成部25で作成するので、同期モータ2の特定相(図1の場合U相)のモータ電圧を直接検出する必要はない。モータ電圧信号のゼロクロス点とモータ電流信号のゼロクロス点との時間差に基づいて算出された位相差を位相差情報として用いてもよいし、特開2001−112287号公報(特許文献1)に記載の方法に従って位相差情報を求めてもよい。後者の方法では、位相差制御部21は、電流センサ14で検出されたモータ電流を用いて、モータ電圧を基準とする2個所の位相期間におけるモータ電流の面積を検出し、2個所のモータ電流面積の比を計算してこれを位相差情報とする。   The phase difference control unit 21 receives the motor voltage signal output from the PWM signal generation unit 25 and the motor current signal output from the current sensor 14 and receives an amount (phase difference information and the phase difference information) between these signals. And an amplitude reference value A corresponding to the amplitude of the motor voltage is calculated based on the phase difference information. Here, since the motor voltage signal is generated by the PWM signal generation unit 25, it is not necessary to directly detect the motor voltage of the specific phase of the synchronous motor 2 (the U phase in FIG. 1). The phase difference calculated based on the time difference between the zero cross point of the motor voltage signal and the zero cross point of the motor current signal may be used as phase difference information, or described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-112287 (Patent Document 1). The phase difference information may be obtained according to a method. In the latter method, the phase difference control unit 21 uses the motor current detected by the current sensor 14 to detect the area of the motor current in two phase periods with reference to the motor voltage, and the two motor currents. An area ratio is calculated and used as phase difference information.

位相差制御部21は、上述のようにして算出した位相差情報が目標の位相差情報に一致するように、PI(比例積分)制御などによって振幅基準値Aを算出する。算出された振幅基準値Aは同期モータ2のロータの機械角によらない一定の値になる。ここで、目標の位相差情報として、実験やシミュレーションなどによって同期モータ2を高効率に駆動するために適した値が、モータの回転条件(モータの回転数またはモータ電流の振幅)ごとに予め定められる。   The phase difference control unit 21 calculates the amplitude reference value A by PI (proportional integration) control or the like so that the phase difference information calculated as described above matches the target phase difference information. The calculated amplitude reference value A is a constant value independent of the mechanical angle of the rotor of the synchronous motor 2. Here, as the target phase difference information, a value suitable for driving the synchronous motor 2 with high efficiency is determined in advance for each motor rotation condition (motor rotation speed or motor current amplitude) by experiments or simulations. It is done.

電圧補正部22は、電圧検出部13によって検出された直流配線HL,LL間の線間電圧と予め設定された直流電圧基準値との相違の程度(線間電圧と直流電圧基準値との差、または、線間電圧と直流電圧基準値との比率)に応じて振幅基準値Aを補正する。補正後の振幅基準値A’は、線間電圧が直流電圧基準値より大きい場合には元の振幅基準値Aよりも小さな値であり、線間電圧が直流電圧基準値より小さい場合には元の振幅基準値Aよりも大きな値である。この結果、負荷トルクが一定値の場合(すなわち機械角に応じて変化しない場合)には、平滑用の大容量コンデンサが設けられていない場合でもインバータ回路12から出力される三相交流電圧の振幅が一定になるように制御することができる。ここで、直流電圧基準値は、整流回路11に入力される単相交流電圧のピーク値未満の正の値に設定される。たとえば、単相交流電圧の実効値が220Vであり、ピーク値が311Vのとき、直流電圧基準値は280Vに設定される。   The voltage correction unit 22 determines the degree of difference between the line voltage between the DC wirings HL and LL detected by the voltage detection unit 13 and a preset DC voltage reference value (difference between the line voltage and the DC voltage reference value). Or the ratio of the line voltage and the DC voltage reference value), the amplitude reference value A is corrected. The corrected amplitude reference value A ′ is smaller than the original amplitude reference value A when the line voltage is larger than the DC voltage reference value, and the original value when the line voltage is smaller than the DC voltage reference value. The value is larger than the amplitude reference value A. As a result, when the load torque is a constant value (that is, when the load torque does not change according to the mechanical angle), the amplitude of the three-phase AC voltage output from the inverter circuit 12 even when a smoothing large-capacity capacitor is not provided. Can be controlled to be constant. Here, the DC voltage reference value is set to a positive value less than the peak value of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11. For example, when the effective value of the single-phase AC voltage is 220V and the peak value is 311V, the DC voltage reference value is set to 280V.

具体的に本実施の形態の場合には、電圧補正部22は、位相差制御部21から出力された振幅基準値Aに補正係数αを乗算した値(A’=α×A)を出力する。電圧検出部13によって検出された線間電圧をVd、直流電圧基準値をVsとしたとき、補正係数αは、
α=Vs/(Vd+δ) …(1)
によって与えられる。上式(1)において、δは、線間電圧Vdが0になったときにαがオーバーフローすることを防止するために設定された微小項である。微小項δに代えてαの上限値を設け、Vdが所定の値以下の場合にはαの上限値に設定してもよい。上式(1)によれば、補正係数αは、直流電圧基準値Vsよりも線間電圧Vdが大きい場合に1より小さく、直流電圧基準値Vsよりも線間電圧Vd(正確にはVd+δ)が小さい場合に1より大きい。補正係数αは、直流電圧基準値Vsに対する線間電圧Vdの比率(Vd/Vs)が大きいほど小さい。
Specifically, in the case of the present embodiment, the voltage correction unit 22 outputs a value (A ′ = α × A) obtained by multiplying the amplitude reference value A output from the phase difference control unit 21 by the correction coefficient α. . When the line voltage detected by the voltage detector 13 is Vd and the DC voltage reference value is Vs, the correction coefficient α is
α = Vs / (Vd + δ) (1)
Given by. In the above equation (1), δ is a minute term set to prevent α from overflowing when the line voltage Vd becomes zero. An upper limit value of α may be provided instead of the minute term δ, and may be set to the upper limit value of α when Vd is a predetermined value or less. According to the above equation (1), the correction coefficient α is smaller than 1 when the line voltage Vd is larger than the DC voltage reference value Vs, and the line voltage Vd (exactly Vd + δ) is smaller than the DC voltage reference value Vs. Greater than 1 when is small. The correction coefficient α decreases as the ratio of the line voltage Vd to the DC voltage reference value Vs (Vd / Vs) increases.

機械角検出部23は、現在のロータの機械角を検出する。U相のモータ電圧を基準にした電気角θと機械角Θとの関係は、機械角0°がU相の電気角0°に対応する場合に、
Θ=θ/p …(2)
で表わされる。ただし、モータの極数を2p(極対数p)としている。したがって、4極3相モータの場合には、機械角0°〜360°が電気角0°〜720°に対応する。このとき、電気角に基づいてロータの機械的位置を判定するためには、ロータが機械角0°(電気角0°)から機械角180°(電気角360°)の範囲にあるのか、機械角180°(電気角360°)から機械角360°(電気角720°)の範囲にあるのかを判別する必要がある。機械角検出部23は、負荷トルクの変動に起因したU相モータ電流の振幅の変動を利用してロータの機械角を検出する。具体的には、機械角検出部23は、機械角で180°位相がずれたモータ電流の大小比較を行なうことによってロータの機械的位置を判定する。ロータの機械角の検出を一度行なえばその後は電気角のみによって同期モータの制御を行なうことができる。
The mechanical angle detector 23 detects the current mechanical angle of the rotor. The relationship between the electrical angle θ and the mechanical angle Θ on the basis of the U-phase motor voltage is as follows when the mechanical angle 0 ° corresponds to the U-phase electrical angle 0 °:
Θ = θ / p (2)
It is represented by However, the number of poles of the motor is 2p (the number of pole pairs p). Therefore, in the case of a four-pole three-phase motor, a mechanical angle of 0 ° to 360 ° corresponds to an electrical angle of 0 ° to 720 °. At this time, in order to determine the mechanical position of the rotor based on the electrical angle, whether the rotor is in the range of mechanical angle 0 ° (electrical angle 0 °) to mechanical angle 180 ° (electrical angle 360 °) It is necessary to determine whether the angle is in the range of 180 ° (electrical angle 360 °) to mechanical angle 360 ° (electrical angle 720 °). The mechanical angle detection unit 23 detects the mechanical angle of the rotor by using the fluctuation of the amplitude of the U-phase motor current caused by the fluctuation of the load torque. Specifically, the mechanical angle detector 23 determines the mechanical position of the rotor by comparing the magnitudes of motor currents that are 180 degrees out of phase with the mechanical angle. Once the rotor mechanical angle is detected, the synchronous motor can be controlled only by the electrical angle.

トルク制御部24は、モータ1回転中の負荷トルクの変動に合わせて、電圧補正部22による補正後の振幅基準値A’をさらに補正する。具体的には、機械角Θに対応して周期的に変化するように設定された補正係数Kを用いて振幅基準値A’を補正する。補正係数Kは、機械角Θの関数F(Θ)として表わされる周期関数であり、モータ1回転での平均値が0であり、負荷トルクが最大のとき正の値になり、負荷トルクが最小のとき負の値になる。凡その傾向として、補正係数Kは負荷トルクの増加に伴って増加し、負荷トルクの減少に伴って減少する。   The torque control unit 24 further corrects the amplitude reference value A ′ corrected by the voltage correction unit 22 in accordance with the variation of the load torque during one rotation of the motor. Specifically, the amplitude reference value A ′ is corrected using the correction coefficient K set so as to change periodically corresponding to the mechanical angle Θ. The correction coefficient K is a periodic function expressed as a function F (Θ) of the mechanical angle Θ, the average value at one rotation of the motor is 0, and becomes a positive value when the load torque is maximum, and the load torque is minimum. When it is, it becomes a negative value. As a general tendency, the correction coefficient K increases as the load torque increases, and decreases as the load torque decreases.

ただし、補正係数Kによる振幅基準値A’の補正量K×A’は、電圧検出部13によって検出された直流配線HL,LL間の電圧が、インバータ回路12の耐電圧に応じて予め定められた上限値を超えている場合には縮小される。すなわち、パラメータβ(0<β≦1)を用いることによって、負荷トルクに応じた補正量は、β×K×A’によって与えられる。パラメータβは初期状態では1に設定され、直流配線HL,LL間の電圧(線間電圧)が上限値を超えている場合には、線間電圧が上限値を超えなくなるまで徐々に縮小される。最終的に、トルク制御部24からPWM信号生成部25に出力される補正後の振幅基準値は、
(1+β×K)×α×A …(3)
のように与えられる。上記のようにパラメータβによって振幅基準値の補正量K×A’を縮小する理由は次のとおりである。
However, the correction amount K × A ′ of the amplitude reference value A ′ by the correction coefficient K is determined in advance by the voltage between the DC wirings HL and LL detected by the voltage detector 13 according to the withstand voltage of the inverter circuit 12. If the upper limit is exceeded, it is reduced. That is, by using the parameter β (0 <β ≦ 1), the correction amount corresponding to the load torque is given by β × K × A ′. The parameter β is set to 1 in the initial state, and when the voltage between the DC wirings HL and LL (line voltage) exceeds the upper limit value, the parameter β is gradually reduced until the line voltage does not exceed the upper limit value. . Finally, the corrected amplitude reference value output from the torque control unit 24 to the PWM signal generation unit 25 is
(1 + β × K) × α × A (3)
Is given as follows. The reason why the amplitude reference value correction amount K × A ′ is reduced by the parameter β as described above is as follows.

モータ1回転中での負荷トルクの変動パターンが予め想定したパターン(すなわち、予め設定された補正係数K)からずれてしまうと、負荷トルクとモータトルクとに差が生じる。このとき、負荷トルクに比べてモータトルクが増加した場合には、同期モータ2の回転数が増加し、この結果、回生エネルギーが増大する。モータ制御装置10に設けられたコンデンサC1は平滑化用の大容量コンデンサではないので、コンデンサC1によってはこの回生エネルギーの増大を吸収しきれない。このため、直流配線HL,LL間の電圧が上昇し、この結果、インバータ回路12を構成するスイッチング素子Qu〜Qw,Qx〜Qzが耐電圧を超える可能性がある。そこで、直流配線HL,LL間の電圧に上限値を設け、線間電圧が上限値を超えないようにパラメータβによって補正係数Kを調整している。   If the variation pattern of the load torque during one rotation of the motor deviates from a pattern assumed in advance (that is, a preset correction coefficient K), a difference occurs between the load torque and the motor torque. At this time, when the motor torque increases compared to the load torque, the rotational speed of the synchronous motor 2 increases, and as a result, the regenerative energy increases. Since the capacitor C1 provided in the motor control device 10 is not a large-capacitance capacitor for smoothing, the increase in regenerative energy cannot be absorbed by the capacitor C1. For this reason, the voltage between the DC wirings HL and LL rises. As a result, the switching elements Qu to Qw and Qx to Qz constituting the inverter circuit 12 may exceed the withstand voltage. Therefore, an upper limit value is provided for the voltage between the DC wirings HL and LL, and the correction coefficient K is adjusted by the parameter β so that the line voltage does not exceed the upper limit value.

上限値は、整流回路11に入力される単相交流電圧のピーク値以上の値であり、かつ、スイッチング素子Qu〜Qw,Qx〜Qzの各々にかかる電圧が耐電圧以下となるような値に設定される。たとえば、整流回路11に入力される単相交流電圧の実効値を220V(ピーク値311V)とし、インバータ回路12の耐電圧を500Vとしたとき、上限値は311V以上500V以下の値に設定される。マイクロコンピュータ20の制御誤差や制御遅れを考慮して、耐電圧よりも十分に小さな値(たとえば、400V)に上限値を設定するのが望ましい。   The upper limit value is a value that is equal to or greater than the peak value of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11, and is set to a value such that the voltage applied to each of the switching elements Qu to Qw and Qx to Qz is less than the withstand voltage. Is set. For example, when the effective value of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11 is 220 V (peak value 311 V) and the withstand voltage of the inverter circuit 12 is 500 V, the upper limit value is set to a value of 311 V or more and 500 V or less. . In consideration of control error and control delay of the microcomputer 20, it is desirable to set the upper limit value to a value sufficiently smaller than the withstand voltage (for example, 400V).

整流回路11に入力される単相交流電圧のピーク値は、同期モータ2の停止中に電圧検出部13で検出される直流配線HL,LL間の電圧に等しい。したがって、この値をマイクロコンピュータ20のメモリに保持しておき上限値として用いてもよい。すなわち、トルク制御部24は、モータ駆動中に電圧検出部13で検出された直流電圧が、モータ停止中に電圧検出部13で検出された直流電圧よりも大きくなった場合には、補正係数Kを縮小するようにしてもよい。   The peak value of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11 is equal to the voltage between the DC wires HL and LL detected by the voltage detector 13 while the synchronous motor 2 is stopped. Therefore, this value may be stored in the memory of the microcomputer 20 and used as the upper limit value. That is, when the DC voltage detected by the voltage detector 13 while the motor is driven becomes larger than the DC voltage detected by the voltage detector 13 while the motor is stopped, the torque controller 24 corrects the correction coefficient K. May be reduced.

PWM信号生成部25は、同期モータ2の周波数設定値(強制励磁角周波数)とトルク制御部24から受けた補正後の振幅基準値とに基づいてPWM信号を生成してインバータ回路12を構成する各スイッチング素子のゲート電極に制御信号として出力する。具体的には、PWM信号生成部25は、設定周波数を有する単位振幅の正弦波を生成し、生成した単位振幅の正弦波に(3)式で表わされる補正後の振幅基準値を乗算することによってモータ電圧信号を生成する。PWM信号生成部25は、生成したモータ電圧信号と三角波のキャリア信号とを比較することによってPWM信号を生成する。   The PWM signal generation unit 25 generates a PWM signal based on the frequency setting value (forced excitation angular frequency) of the synchronous motor 2 and the corrected amplitude reference value received from the torque control unit 24 to configure the inverter circuit 12. A control signal is output to the gate electrode of each switching element. Specifically, the PWM signal generation unit 25 generates a unit amplitude sine wave having a set frequency, and multiplies the generated unit amplitude sine wave by the corrected amplitude reference value expressed by Equation (3). To generate a motor voltage signal. The PWM signal generation unit 25 generates a PWM signal by comparing the generated motor voltage signal with a triangular carrier signal.

上記の説明において、位相差制御部21がこの発明の第2の基準値算出部に対応し、電圧補正部22が第3の基準値算出部に対応し、位相差制御部21と電圧補正部22と併せた部分29がこの発明の第1の基準値算出部に対応する。トルク制御部24がこの発明の補正部に対応し、PWM信号生成部25が制御信号生成部に対応する。α×Aがこの発明の第1の基準値に対応し、(1+βK)×αAが第2の基準値(β=1)および第3の基準値(β<1)に対応し、振幅基準値Aが第4の基準値に対応する。補正係数Kがこの発明の第1の補正係数に対応し、αが第2の補正係数に対応する。   In the above description, the phase difference control unit 21 corresponds to the second reference value calculation unit of the present invention, the voltage correction unit 22 corresponds to the third reference value calculation unit, and the phase difference control unit 21 and the voltage correction unit The portion 29 combined with 22 corresponds to the first reference value calculation unit of the present invention. The torque control unit 24 corresponds to the correction unit of the present invention, and the PWM signal generation unit 25 corresponds to the control signal generation unit. α × A corresponds to the first reference value of the present invention, (1 + βK) × αA corresponds to the second reference value (β = 1) and the third reference value (β <1), and the amplitude reference value A corresponds to the fourth reference value. The correction coefficient K corresponds to the first correction coefficient of the present invention, and α corresponds to the second correction coefficient.

[モータ制御の具体例]
(コンデンサC1が大容量の平滑コンデンサの場合)
上記で説明したモータ制御を図2〜図9に示した電圧波形図およびフローチャートを参照してさらに具体的に説明する。まず、本実施の形態の前提として、コンデンサC1が大容量の平滑コンデンサの場合について説明する。この場合、式(3)において、α=β=1に設定される。
[Specific example of motor control]
(When capacitor C1 is a large-capacity smoothing capacitor)
The motor control described above will be described more specifically with reference to voltage waveform diagrams and flowcharts shown in FIGS. First, as a premise of the present embodiment, the case where the capacitor C1 is a large-capacity smoothing capacitor will be described. In this case, α = β = 1 is set in Equation (3).

図2は、モータ1回転中での負荷トルク、モータトルク、およびロータ角速度の関係を示す図である。図2では、モータ電圧振幅を一定にした場合(すなわち、式(3)で、機械角によらず補正係数Kを常に0にした場合)の関係が示される。図2の上段の実線のグラフは負荷トルクとロータの機械角との関係を示し、破線のグラフはモータトルクと機械角との関係を示し、一点鎖線のグラフはロータの角速度と機械角との関係を示す。図2の下段のグラフはモータ電圧振幅と機械角との関係を示す。   FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship among load torque, motor torque, and rotor angular velocity during one rotation of the motor. FIG. 2 shows the relationship when the motor voltage amplitude is constant (that is, when the correction coefficient K is always 0 regardless of the mechanical angle in the equation (3)). The solid line graph in the upper part of FIG. 2 shows the relationship between the load torque and the mechanical angle of the rotor, the broken line graph shows the relationship between the motor torque and the mechanical angle, and the dashed line graph shows the relationship between the angular velocity of the rotor and the mechanical angle. Show the relationship. The lower graph of FIG. 2 shows the relationship between the motor voltage amplitude and the mechanical angle.

図2の場合、モータ1回転中で負荷トルクが変動するのに対して、モータ電圧の振幅を一定に制御しているのでモータトルクは機械角に対して一定の値になる。この結果、負荷トルクに応じてモータの回転数が変化することになり、図2に示すようにロータ角速度が振動する。したがって、ロータの角速度を一定に制御するためには、負荷トルクとモータトルクとがほぼ等しくなるようにモータ電圧振幅を制御する必要がある。   In the case of FIG. 2, the load torque fluctuates during one rotation of the motor, whereas the amplitude of the motor voltage is controlled to be constant, so that the motor torque has a constant value with respect to the mechanical angle. As a result, the rotational speed of the motor changes according to the load torque, and the rotor angular velocity vibrates as shown in FIG. Therefore, in order to control the angular velocity of the rotor to be constant, it is necessary to control the motor voltage amplitude so that the load torque and the motor torque are substantially equal.

図3は、補正係数Kによって振幅基準値Aを補正した場合のモータ電圧振幅およびモータトルクを示す図である。図3では、上から順にモータ1回転中での補正係数K、振幅基準値、モータ電圧振幅、およびモータトルクが示される。図3に示す正弦波状の補正係数Kによって、振幅基準値Aが(1+K)×Aに補正される。そして、補正後の振幅基準値によって、実際に同期モータ2に印加されるモータ電圧振幅が制御され、そのモータ電圧振幅に応じてモータトルクが変化する。   FIG. 3 is a diagram illustrating the motor voltage amplitude and the motor torque when the amplitude reference value A is corrected by the correction coefficient K. In FIG. 3, the correction coefficient K, the amplitude reference value, the motor voltage amplitude, and the motor torque during one rotation of the motor are shown in order from the top. The amplitude reference value A is corrected to (1 + K) × A by the sinusoidal correction coefficient K shown in FIG. Then, the motor voltage amplitude actually applied to the synchronous motor 2 is controlled by the corrected amplitude reference value, and the motor torque changes according to the motor voltage amplitude.

図4は、モータ1回転中での負荷トルク、モータトルク、およびロータ角速度の関係を示す図である。図4では、モータ電圧振幅を負荷トルクに応じて変化させた場合が示される。図4の上段の実線のグラフは負荷トルクとロータの機械角との関係を示し、破線のグラフはモータトルクと機械角との関係を示し、一点鎖線のグラフはロータの角速度と機械角との関係を示す。図4の下段のグラフはモータ電圧振幅と機械角との関係を示す。   FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship among load torque, motor torque, and rotor angular speed during one rotation of the motor. FIG. 4 shows a case where the motor voltage amplitude is changed according to the load torque. The solid line graph in the upper part of FIG. 4 shows the relationship between the load torque and the mechanical angle of the rotor, the broken line graph shows the relationship between the motor torque and the mechanical angle, and the dashed line graph shows the relationship between the angular speed of the rotor and the mechanical angle. Show the relationship. The lower graph of FIG. 4 shows the relationship between the motor voltage amplitude and the mechanical angle.

図4の場合、補正係数Kを用いてモータ電圧の振幅の基準値Aが補正されることによって、モータトルクはモータ1回転中の負荷トルクの変動に一致する。これによって、ロータの角速度はほぼ一定に制御されるので、同期モータ2および圧縮機3の振動および騒音が抑制される。   In the case of FIG. 4, the correction value K is used to correct the motor voltage amplitude reference value A, so that the motor torque matches the fluctuation of the load torque during one rotation of the motor. As a result, the angular velocity of the rotor is controlled to be substantially constant, so that vibration and noise of the synchronous motor 2 and the compressor 3 are suppressed.

(圧縮機3の負荷トルクの変動パターンについて)
図5は、圧縮機3の負荷トルクの変動パターンを示す図である。図5において横軸は、ロータの機械角[度]であり、縦軸は負荷トルク[N・m]を示す。図5に示すように、
負荷トルクは機械角に対応して変動する。この理由は、モータ1回転中の吸入、圧縮、吐出の工程ごとに冷媒ガスの圧力が変化するからである。圧縮工程で負荷トルクが大きくなり、吐出工程で負荷トルクが小さくなる。さらに、負荷トルクの最大値は、吸入圧力値、吐出圧力値、および冷媒流量などの条件に応じて変化する。図5に示す例では、A〜Dの順で負荷トルクの最大値が増加し、負荷トルクの最大値が増加するにつれて、負荷トルクの最大値に対応する機械角も変化している。
(Regarding fluctuation pattern of load torque of compressor 3)
FIG. 5 is a diagram illustrating a variation pattern of the load torque of the compressor 3. In FIG. 5, the horizontal axis represents the rotor mechanical angle [degree], and the vertical axis represents the load torque [N · m]. As shown in FIG.
The load torque varies according to the mechanical angle. The reason for this is that the pressure of the refrigerant gas changes for each of the suction, compression, and discharge processes during one rotation of the motor. The load torque increases in the compression process, and the load torque decreases in the discharge process. Furthermore, the maximum value of the load torque varies depending on conditions such as the suction pressure value, the discharge pressure value, and the refrigerant flow rate. In the example shown in FIG. 5, the maximum value of the load torque increases in the order of A to D, and the mechanical angle corresponding to the maximum value of the load torque changes as the maximum value of the load torque increases.

上記のように負荷トルクの変動パターンが圧縮機の運転条件に応じて変化すると、予め設定された補正係数K(K=F(Θ))を用いた制御では、モータトルクを負荷トルクに一致させることができない。この結果、モータトルクが負荷トルクに比べて大きくなると、モータ回転数が増加するために回生電流も大きくなる。図1で説明したように小容量のコンデンサC1が設けられている場合には、この回生電流の増加を吸収しきれないので直流配線HL,LL間の電圧が上昇してインバータ回路12の耐電圧を超えてしまう。この直流電圧上昇の問題に対処するために、本実施の形態のトルク制御部24は、直流配線HL,LL間の電圧が所定の上限値を超えないように、補正係数Kを調整している。   As described above, when the variation pattern of the load torque changes according to the operating condition of the compressor, the motor torque is matched with the load torque in the control using the preset correction coefficient K (K = F (Θ)). I can't. As a result, when the motor torque is larger than the load torque, the motor rotation speed is increased and the regenerative current is also increased. As described with reference to FIG. 1, when the small-capacitance capacitor C1 is provided, the increase in the regenerative current cannot be absorbed, so the voltage between the DC wirings HL and LL rises and the withstand voltage of the inverter circuit 12 is increased. Will be exceeded. In order to deal with the problem of the DC voltage rise, the torque control unit 24 of the present embodiment adjusts the correction coefficient K so that the voltage between the DC wirings HL and LL does not exceed a predetermined upper limit value. .

(コンデンサC1が小容量のコンデンサの場合(本実施の形態))
図6は、図1のマイクロコンピュータ20によるモータ制御手順を示すフローチャートである。以下、図1、図6を参照して、これまでの説明を総括して、マイクロコンピュータ20によるモータ制御手順について説明する。
(When the capacitor C1 is a small-capacitance capacitor (this embodiment))
FIG. 6 is a flowchart showing a motor control procedure by the microcomputer 20 of FIG. Hereinafter, the motor control procedure by the microcomputer 20 will be described with reference to FIGS.

図6の制御手順の開始時点において、前述の式(3)におけるパラメータβはβ=1に初期化されているとする。まず、ステップS1で、マイクロコンピュータ20は、電流センサ14によって検出されたモータ電流の検出値を取得する。   It is assumed that the parameter β in the above equation (3) is initialized to β = 1 at the start of the control procedure of FIG. First, in step S <b> 1, the microcomputer 20 acquires a detected value of the motor current detected by the current sensor 14.

次のステップS2で、マイクロコンピュータ20(位相差制御部21)は、モータ電圧とモータ電流との位相差を表わす量(位相差情報)を算出する。   In the next step S2, the microcomputer 20 (phase difference control unit 21) calculates an amount (phase difference information) representing the phase difference between the motor voltage and the motor current.

次のステップS3で、マイクロコンピュータ20(位相差制御部21)は、算出した位相差情報と目標の位相差情報との偏差に対してPI演算を行なうことによって振幅基準値Aを算出する。   In the next step S3, the microcomputer 20 (phase difference control unit 21) calculates the amplitude reference value A by performing PI calculation on the deviation between the calculated phase difference information and the target phase difference information.

次のステップS4で、マイクロコンピュータ20は、電圧検出部13によって検出された直流配線HL,LL間の電圧値を取得する。   In next step S <b> 4, the microcomputer 20 acquires the voltage value between the DC wirings HL and LL detected by the voltage detection unit 13.

次のステップS5で、マイクロコンピュータ20(電圧補正部22)は、直流配線HL,LL間の検出電圧と所定の直流電圧基準値との比率に基づいて振幅基準値Aを補正する。具体的には、前述の式(1)に従って算出されたαが振幅基準値Aに乗算される。   In the next step S5, the microcomputer 20 (voltage correction unit 22) corrects the amplitude reference value A based on the ratio between the detected voltage between the DC wirings HL and LL and a predetermined DC voltage reference value. Specifically, the amplitude reference value A is multiplied by α calculated according to the above equation (1).

ステップS6で、マイクロコンピュータ20(トルク制御部24)は、現在の機械角Θに対応する補正係数Kを、機械角Θと補正係数Kとの関係を示すテーブルを記憶するメモリから読み出す。   In step S <b> 6, the microcomputer 20 (torque control unit 24) reads the correction coefficient K corresponding to the current mechanical angle Θ from a memory that stores a table indicating the relationship between the mechanical angle Θ and the correction coefficient K.

次のステップS7で、マイクロコンピュータ20(トルク制御部24)は、電圧検出部13によって検出された直流配線HL,LL間の電圧(線間電圧)の値が所定の上限値を超えているか否かを判定する。線間電圧の検出値が上限値を超えている場合には(ステップS7でYES)、マイクロコンピュータ20(トルク制御部24)は、パラメータβを現在の値よりも1%減少させた値に変更する(ステップS8)。その後、処理はステップS9に進む。線間電圧の検出値が上限値以下の場合には(ステップS7でNO)、マイクロコンピュータ20(トルク制御部24)は、パラメータβを現在の値のまま変更せずに、処理を次のステップS9に進める。   In the next step S7, the microcomputer 20 (torque control unit 24) determines whether the value of the voltage (line voltage) between the DC wirings HL and LL detected by the voltage detection unit 13 exceeds a predetermined upper limit value. Determine whether. If the detected value of the line voltage exceeds the upper limit value (YES in step S7), the microcomputer 20 (torque control unit 24) changes the parameter β to a value that is reduced by 1% from the current value. (Step S8). Thereafter, the process proceeds to step S9. If the detected value of the line voltage is equal to or lower than the upper limit value (NO in step S7), the microcomputer 20 (torque control unit 24) does not change the parameter β to the current value and proceeds to the next step. Proceed to S9.

ステップS9で、マイクロコンピュータ20(トルク制御部24)は、現在の機械角に対応する補正係数Kおよびパラメータβを用いて振幅基準値Aをさらに補正する。具体的には、マイクロコンピュータ20(トルク制御部24)は、前述の式(3)に従って補正後の振幅基準値を算出する。   In step S9, the microcomputer 20 (torque controller 24) further corrects the amplitude reference value A using the correction coefficient K and parameter β corresponding to the current mechanical angle. Specifically, the microcomputer 20 (torque control unit 24) calculates the corrected amplitude reference value according to the above-described equation (3).

次のステップS10で、マイクロコンピュータ20(PWM信号生成部25)は、ステップS9で算出された補正後の振幅基準値と周波数設定値(強制励磁角周波数)とに基づいてPWM信号を生成し、生成したPWM信号をインバータ回路12に出力する。その後、処理はステップS1に戻り、以下ステップS1〜S10が繰返される。線間電圧の検出値が上限値を超えている状態が続いている間、ステップS8によってパラメータβが徐々に縮小し、それによって振幅基準値の補正量(すなわち、β×K×α×A)は徐々に縮小することになる。   In the next step S10, the microcomputer 20 (PWM signal generation unit 25) generates a PWM signal based on the corrected amplitude reference value and frequency setting value (forced excitation angular frequency) calculated in step S9. The generated PWM signal is output to the inverter circuit 12. Thereafter, the process returns to step S1, and steps S1 to S10 are repeated thereafter. While the state in which the detected value of the line voltage exceeds the upper limit value continues, the parameter β is gradually reduced in step S8, thereby correcting the amplitude reference value (ie, β × K × α × A). Will gradually shrink.

図7は、同期モータ2が停止中のときにモータ制御装置10の各部で観測される電圧波形および電流波形を示す図である。図7では、上から順に、図1の整流回路11に入力される単相交流電圧の波形、直流配線HL,LL間の電圧(直流電圧)の波形、および低電圧側の直流配線LLに流れる直流電流Idの波形が示される。単相交流電圧の実効値は220Vで、周波数は50Hzである。直流配線HL,LL間には、単相交流電圧のピーク値に等しい311Vの平滑化された直流電圧が生じる。   FIG. 7 is a diagram illustrating a voltage waveform and a current waveform observed in each part of the motor control device 10 when the synchronous motor 2 is stopped. In FIG. 7, the waveform of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11 of FIG. 1, the waveform of the voltage (DC voltage) between the DC wirings HL and LL, and the DC wiring LL on the low voltage side are sequentially flowed from the top. The waveform of the direct current Id is shown. The effective value of the single-phase AC voltage is 220V, and the frequency is 50 Hz. A smoothed DC voltage of 311 V that is equal to the peak value of the single-phase AC voltage is generated between the DC wirings HL and LL.

図8は、同期モータ2が動作中のときにモータ制御装置10の各部で観測される電圧波形および電流波形を示す図である。ただし、図1の直流配線HL,LL間の電圧に上限値が設けられておらず、補正係数Kは初期設定のままであり、パラメータβによって縮小されないものとする。図8では、上から順に、補正係数Kの時間変化、図1の整流回路11に入力される単相交流電圧の波形、直流配線HL,LL間の電圧(直流電圧)の波形、および低電圧側の直流配線LLに流れる直流電流Idの波形が示される。単相交流電圧の実効値は220Vで、周波数は50Hzである。測定時の同期モータ2の回転数は1500rpmである。   FIG. 8 is a diagram illustrating a voltage waveform and a current waveform observed in each part of the motor control device 10 when the synchronous motor 2 is operating. However, no upper limit is set for the voltage between the DC wirings HL and LL in FIG. 1, and the correction coefficient K remains at the initial setting and is not reduced by the parameter β. In FIG. 8, in order from the top, the time variation of the correction coefficient K, the waveform of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11 in FIG. 1, the waveform of the voltage (DC voltage) between the DC wirings HL and LL, and the low voltage The waveform of the direct current Id flowing through the side DC wiring LL is shown. The effective value of the single-phase AC voltage is 220V, and the frequency is 50 Hz. The rotation speed of the synchronous motor 2 at the time of measurement is 1500 rpm.

図8を参照して、時刻t1から時刻t2の間は、補正係数Kはモータ1回転中の負荷トルクの変化量に見合った最適の値になっているので、直流配線HL,LL間の電圧(直流電圧)は、単相交流電圧のピーク値(311V)にほぼ等しい。コンデンサC1が小容量のため、コンデンサC1に充電されたエネルギーはほとんど全て同期モータ2によって消費されるので、直流電圧は時刻t1およびt2のときほとんど0Vまで低下する。   Referring to FIG. 8, from time t1 to time t2, the correction coefficient K is an optimum value corresponding to the amount of change in the load torque during one rotation of the motor, so the voltage between the DC wirings HL and LL. (DC voltage) is substantially equal to the peak value (311 V) of the single-phase AC voltage. Since the capacitor C1 has a small capacity, almost all of the energy charged in the capacitor C1 is consumed by the synchronous motor 2, so that the DC voltage drops to almost 0 V at times t1 and t2.

時刻t3から時刻t4の間は、補正係数Kが、モータ1回転中の負荷トルクの大きさに見合った値となっていない。モータトルクが負荷トルクよりも増大した結果、大きな回生電流が発生している(すなわち、図1の直流電流Idが逆方向に流れる)。この回生電流は小容量のコンデンサC1によっては吸収できないので、結果として、時刻t4付近において直流電圧が約420Vまで上昇し、補正係数Kが最適な場合の311Vに比べて100V以上上昇している。直流配線HL,LL間の電圧がインバータ回路12の耐電圧を超えると、スイッチング素子Qu〜Qw,Qx〜Qzが破損する可能性がある。   From time t3 to time t4, the correction coefficient K is not a value commensurate with the magnitude of the load torque during one rotation of the motor. As a result of the motor torque increasing above the load torque, a large regenerative current is generated (that is, the direct current Id in FIG. 1 flows in the reverse direction). Since this regenerative current cannot be absorbed by the small-capacitance capacitor C1, as a result, the DC voltage rises to about 420V in the vicinity of time t4, and rises by 100V or more compared to 311V when the correction coefficient K is optimum. If the voltage between the DC wirings HL and LL exceeds the withstand voltage of the inverter circuit 12, the switching elements Qu to Qw and Qx to Qz may be damaged.

図9は、同期モータ2が動作中のときにモータ制御装置10の各部で観測される電圧波形および電流波形を示す図である。ただし、図1の直流配線HL,LL間の電圧に上限値UL(図9の場合、311V)が設定され、パラメータβによって補正係数Kの大きさが調整される。図9では、上から順に、補正後の補正係数β×Kの時間変化、図1の整流回路11に入力される単相交流電圧の波形、直流配線HL,LL間の電圧(直流電圧)の波形、および低電圧側の直流配線LLに流れる直流電流Idの波形が示される。単相交流電圧の実効値は220Vで、周波数は50Hzである。測定時の同期モータ2の回転数は1500rpmである。   FIG. 9 is a diagram showing a voltage waveform and a current waveform observed in each part of the motor control device 10 when the synchronous motor 2 is in operation. However, an upper limit UL (311 V in the case of FIG. 9) is set to the voltage between the DC wirings HL and LL in FIG. 1, and the magnitude of the correction coefficient K is adjusted by the parameter β. In FIG. 9, in order from the top, the time variation of the corrected correction coefficient β × K, the waveform of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit 11 in FIG. 1, and the voltage (DC voltage) between the DC wirings HL and LL. A waveform and a waveform of the DC current Id flowing through the DC wiring LL on the low voltage side are shown. The effective value of the single-phase AC voltage is 220V, and the frequency is 50 Hz. The rotation speed of the synchronous motor 2 at the time of measurement is 1500 rpm.

図9を参照して、直流電圧が上限値ULを超えないようにパラメータβによって補正係数Kが修正されるので、回線電流の発生(負の直流電流Id)が抑制され、この結果、直流電圧が上限値UL以下に抑えられる。   Referring to FIG. 9, since correction coefficient K is corrected by parameter β so that the DC voltage does not exceed upper limit UL, the generation of line current (negative DC current Id) is suppressed, and as a result, DC voltage Is suppressed below the upper limit UL.

以上のとおり、本実施の形態のモータ制御装置によれば、電圧検出部13による電圧検出値が所定の上限値ULを超えないように補正係数Kが縮小されるので、低振動かつ低騒音で同期モータの回転を維持しながら、回生エネルギーによる直流電圧の上昇を抑制することができる。   As described above, according to the motor control device of the present embodiment, the correction coefficient K is reduced so that the voltage detection value by the voltage detection unit 13 does not exceed the predetermined upper limit value UL. While maintaining the rotation of the synchronous motor, an increase in DC voltage due to regenerative energy can be suppressed.

[変形例]
図1に示したモータ制御装置10では、位相差情報を得るためにU,V,W相のうち特定相(U相)のモータ電流を、交流電流センサ14を用いて直接検出していた。交流電流センサ14に代えて図1の低電圧側の直流配線LLに抵抗素子を挿入し、抵抗素子によって直流電流Idを検出することによって、特開平8−19263号(特許文献2)に記載の方法と同様の方法で各相のモータ電流を推定することもできる。具体的には、PWM信号生成部25が生成するPWM信号に基づいて、インバータ回路12を構成する各スイッチング素子がスイッチングする直前と直後における直流電流値Idの変化分を求め、求めた変化分に基づいてモータ電流Iu,Iv,Iwを推定する。
[Modification]
In the motor control device 10 shown in FIG. 1, the motor current of a specific phase (U phase) among the U, V, and W phases is directly detected using the AC current sensor 14 in order to obtain phase difference information. A resistance element is inserted in the low-voltage side DC wiring LL in FIG. 1 in place of the AC current sensor 14, and the DC current Id is detected by the resistance element, so that it is described in JP-A-8-19263 (Patent Document 2). The motor current of each phase can also be estimated by a method similar to the method. Specifically, based on the PWM signal generated by the PWM signal generation unit 25, the change amount of the direct current value Id immediately before and immediately after each switching element constituting the inverter circuit 12 is switched is obtained. Based on this, the motor currents Iu, Iv, Iw are estimated.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 空気調和機、2 同期モータ、3 圧縮機、4 交流電源、10 モータ制御装置、11 整流回路、12 インバータ回路、13 電圧検出部、14 電流センサ、15 アンプ、20 マイクロコンピュータ、21 位相差制御部、22 電圧補正部、23 機械角検出部、24 トルク制御部、25 PWM信号生成部、C1 コンデンサ、HL,LL 直流配線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air conditioner, 2 Synchronous motor, 3 Compressor, 4 AC power supply, 10 Motor control apparatus, 11 Rectifier circuit, 12 Inverter circuit, 13 Voltage detection part, 14 Current sensor, 15 Amplifier, 20 Microcomputer, 21 Phase difference control Unit, 22 voltage correction unit, 23 mechanical angle detection unit, 24 torque control unit, 25 PWM signal generation unit, C1 capacitor, HL, LL DC wiring.

Claims (6)

負荷装置に接続された同期モータを駆動制御するモータ制御装置であって、
前記負荷装置の負荷トルクは、前記同期モータのロータの機械角に対応して変動し、
前記モータ制御装置は、
入力された単相交流電圧を全波整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を制御信号に応じた振幅を有する多相交流電圧に変換して前記同期モータにモータ電圧として出力するインバータ装置と、
前記整流回路と前記インバータ装置とを接続する直流配線間の線間電圧を検出する電圧検出部と、
前記モータ電圧と前記同期モータのステータを流れるモータ電流との位相差に基づいて、前記モータ電圧の振幅に対応する第1の基準値を算出する第1の基準値算出部と、
前記線間電圧と前記単相交流電圧のピーク値以上の値である予め定める上限値とを比較し、前記線間電圧が前記上限値以下の場合には、前記同期モータの機械角に対応した補正値を前記第1の基準値に加算した値である第2の基準値を出力し、前記線間電圧が前記上限値を超える場合には、縮小された前記補正値を前記第1の基準値に加算した値である第3の基準値を出力する補正部と、
前記補正部から出力された前記第2または第3の基準値に基づいて前記制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
前記補正値は、前記同期モータの機械角に対応した第1の補正係数を前記第1の基準値に乗算した値であり、
前記第1の補正係数は、前記同期モータの1回転中で前記負荷トルクが最大のとき正の値になり、前記負荷トルクが最小のとき負の値になるように前記負荷トルクの大きさに応じて予め設定される、モータ制御装置。
A motor control device that drives and controls a synchronous motor connected to a load device,
The load torque of the load device varies according to the mechanical angle of the rotor of the synchronous motor,
The motor control device
A rectifier circuit for full-wave rectification of the input single-phase AC voltage;
An inverter device that converts the output voltage of the rectifier circuit into a multiphase AC voltage having an amplitude according to a control signal and outputs it as a motor voltage to the synchronous motor;
A voltage detector for detecting a line voltage between DC wirings connecting the rectifier circuit and the inverter device;
A first reference value calculation unit that calculates a first reference value corresponding to the amplitude of the motor voltage based on a phase difference between the motor voltage and a motor current flowing through the stator of the synchronous motor;
The line voltage is compared with a predetermined upper limit value that is a value equal to or higher than the peak value of the single-phase AC voltage, and when the line voltage is equal to or lower than the upper limit value, it corresponds to the mechanical angle of the synchronous motor. A second reference value that is a value obtained by adding a correction value to the first reference value is output, and when the line voltage exceeds the upper limit value, the reduced correction value is used as the first reference value. A correction unit that outputs a third reference value that is a value added to the value;
A control signal generation unit that generates the control signal based on the second or third reference value output from the correction unit;
The correction value is a value obtained by multiplying the first reference value by a first correction coefficient corresponding to a mechanical angle of the synchronous motor,
The first correction coefficient has a value that is positive when the load torque is maximum during one rotation of the synchronous motor and negative when the load torque is minimum. A motor control device that is preset in accordance with this.
前記補正部は、前記線間電圧が前記上限値を超える場合には、前記線間電圧が前記上限値以下となるまでの間、前記第1の補正係数を徐々に縮小することによって前記補正値を徐々に縮小する、請求項1に記載のモータ制御装置。   When the line voltage exceeds the upper limit value, the correction unit gradually reduces the first correction coefficient until the line voltage becomes equal to or lower than the upper limit value. The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is gradually reduced. 前記第1の基準値算出部は、
前記モータ電圧と前記モータ電流との位相差が予め定める目標位相差に一致するように前記位相差に対して演算処理を行なうことによって第4の基準値を算出する第2の基準値算出部と、
前記第4の基準値を前記線間電圧の大きさに応じて補正することによって前記第1の基準値を算出する第3の基準値算出部とを含み、
前記第1の基準値は、前記第4の基準値に第2の補正係数を乗算した値であり、
前記第2の補正係数は、前記単相交流電圧のピーク値未満の値である予め定める電圧基準値よりも前記線間電圧が大きい場合に1より小さく、前記電圧基準値よりも前記線間電圧が小さい場合に1より大きく、
前記第2の補正係数は、前記電圧基準値に対する前記線間電圧の比率が大きいほど小さい、請求項1または2に記載のモータ制御装置。
The first reference value calculation unit includes:
A second reference value calculation unit for calculating a fourth reference value by performing arithmetic processing on the phase difference so that a phase difference between the motor voltage and the motor current matches a predetermined target phase difference; ,
A third reference value calculation unit that calculates the first reference value by correcting the fourth reference value according to the magnitude of the line voltage,
The first reference value is a value obtained by multiplying the fourth reference value by a second correction coefficient,
The second correction coefficient is smaller than 1 when the line voltage is larger than a predetermined voltage reference value that is less than the peak value of the single-phase AC voltage, and the line voltage is smaller than the voltage reference value. Greater than 1 when is small,
The motor control device according to claim 1, wherein the second correction coefficient is smaller as a ratio of the line voltage to the voltage reference value is larger.
前記上限値は、前記インバータ装置の耐圧に基づいて予め設定される、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 1, wherein the upper limit value is set in advance based on a withstand voltage of the inverter device. 前記上限値は、前記同期モータが停止している状態で検出された前記線間電圧に基づいて予め設定される、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 1, wherein the upper limit value is set in advance based on the line voltage detected in a state where the synchronous motor is stopped. 前記モータ制御装置は、前記整流回路と前記インバータ装置とを接続する直流配線間に設けられたコンデンサをさらに備え、
前記コンデンサの容量値が前記整流回路の出力電圧を平滑化するのに必要な値よりも小さな値であることによって、前記線間電圧の値は前記整流回路に入力された前記単相交流電圧の絶対値に応じて変動する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
The motor control device further includes a capacitor provided between DC wirings connecting the rectifier circuit and the inverter device,
Since the capacitance value of the capacitor is smaller than a value necessary for smoothing the output voltage of the rectifier circuit, the value of the line voltage is the value of the single-phase AC voltage input to the rectifier circuit. The motor control device according to claim 1, which varies according to an absolute value.
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