JP2001231293A - Synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源電圧の、
周波数及び電力変換を行なうインバータにより固定子の
界磁用巻き線の通電相を順次切り替えて回転子を回転さ
せる同期モータに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a commercial power supply voltage,
The present invention relates to a synchronous motor for rotating a rotor by sequentially switching an energized phase of a field winding of a stator by an inverter that performs frequency and power conversion.
【0002】[0002]
【従来の技術】永久磁石モータやリラクタンスモータな
どの同期モータは回転数に応じてモータへ印加する電源
周波数を変化させることが必要で、電源周波数がモータ
回転数と著しく異なる場合は同期はずれ、いわゆる脱調
状態となり起動できない。したがって同期モータは、電
源周波数を変化させる手段としてスイッチング動作を行
なう半導体素子からなるインバータを用いて駆動される
のが一般的である。 また、エンコーダやホール素子、
電流センサなどを用いてモータの回転子の位置検出を行
い、これに合わせてインバータのスイッチング周波数を
連続して変化させながら、起動や速度調整を行なう。さ
らに、回転位置を検出せずに起動する方法も提案されて
いる。例えば特開平5−68394号公報には、運転周
波数と加速時間に任意の関数を設けて、回転子の位置検
出のためのセンサ類を用いずにブラシレスモータを起動
する方法が開示されている。2. Description of the Related Art In a synchronous motor such as a permanent magnet motor or a reluctance motor, it is necessary to change the power supply frequency applied to the motor in accordance with the rotation speed. If the power supply frequency is significantly different from the motor rotation speed, synchronization is lost. Step-out state and cannot start. Therefore, the synchronous motor is generally driven using an inverter composed of a semiconductor element performing a switching operation as means for changing the power supply frequency. In addition, encoders and Hall elements,
The position of the rotor of the motor is detected using a current sensor or the like, and startup and speed adjustment are performed while continuously changing the switching frequency of the inverter in accordance with the detected position. Further, a method of starting without detecting a rotational position has been proposed. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 5-68394 discloses a method in which an arbitrary function is provided for an operating frequency and an acceleration time, and a brushless motor is started without using sensors for detecting a position of a rotor.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上に述べた回転子の位
置検出のためのセンサ類は、高価であるとともに衝撃や
熱などに弱く、また固定子に付加する必要があるため過
酷な環境で使用されるモータには信頼性の面から搭載は
困難であり、また制御も複雑となる。The above-mentioned sensors for detecting the position of the rotor are expensive, are vulnerable to shock or heat, and need to be added to the stator, so that they are required to be installed in a severe environment. It is difficult to mount the used motor in terms of reliability, and the control becomes complicated.
【0004】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、回転子の位置検出のためのセ
ンサ類を必要とせず、単純な制御で同期モータを起動す
ることができる同期モータを提供することを目的とす
る。The present invention has been made to solve the above-described problems, and does not require sensors for detecting the position of a rotor, and can start a synchronous motor by simple control. It is an object to provide a synchronous motor.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に係る同期モータ
は、商用電源の周波数及び電圧変換を行なうインバータ
を備え、少なくとも起動時から所定時間、インバータに
よりモータの固定子の界磁用の巻き線の通電相を順次切
替えることにより回転子を回転させること(インバータ
駆動)により、所定時間経過後は、インバータを介さず
商用電源から直接的に電力を供給することにより回転子
を回転させること(商用電源の直接的駆動)により駆動
する同期モータであり、モータ起動開始から所定時間に
おけるインバータに対する運転パターンをテーブルとし
て格納する記憶手段を備える。SUMMARY OF THE INVENTION A synchronous motor according to the present invention includes an inverter for converting the frequency and voltage of a commercial power supply. The rotor is rotated by sequentially switching the current-carrying phases (inverter drive), and after a lapse of a predetermined time, the rotor is rotated by supplying power directly from a commercial power supply without passing through an inverter (commercially available). It is a synchronous motor driven by a power supply (direct drive of a power supply), and includes storage means for storing an operation pattern for the inverter at a predetermined time from the start of the motor as a table.
【0006】上記テーブルには、運転パターンとして、
通電相の切替え周波数に対して、周波数の増加分、その
周波数で運転を保持する時間及びインバータのスイッチ
ング素子をPWM制御する際のデューティ比の情報が含
まれてもよい。[0006] In the above table, as an operation pattern,
The switching frequency of the current-carrying phase may include information on the increase in the frequency, the time during which the operation is maintained at the frequency, and the duty ratio when the switching element of the inverter is PWM-controlled.
【0007】また、上記テーブルでは、所定の周波数範
囲毎に運転パターンが設定されてもよい。[0007] In the table, an operation pattern may be set for each predetermined frequency range.
【0008】また、上記テーブルでは、モータの負荷ト
ルクに応じて運転パターンが設定されてもよい。In the above table, the operation pattern may be set according to the load torque of the motor.
【0009】また、上記運転パターンは、商用電源の位
相を参照しながら、商用周波数の分数周波数でステップ
的に周波数を増加させ、それに伴い電圧をステップ的に
上昇させ、周波数切替え時から所定時間経過後に一旦電
圧を降下させるようにインバータを制御する運転パター
ンであってもよい。上記テーブルには、上記の周波数切
替え時から電圧を降下させるまでの所定時間に関する情
報が含まれてもよい。[0009] In the above operation pattern, the frequency is increased stepwise at a fractional frequency of the commercial frequency while referring to the phase of the commercial power supply, and the voltage is increased stepwise accordingly. An operation pattern in which the inverter is controlled so as to temporarily lower the voltage later may be used. The table may include information on a predetermined time from when the frequency is switched to when the voltage is reduced.
【0010】また、上記運転パターンは、インバータ駆
動から商用電源の直接的駆動に切り替える際に、商用電
源の位相を参照した商用周波数のインバータ駆動を介し
て商用電源の直接的駆動に切替えることを前提にした運
転パターンであって、商用電源の位相を参照せずに任意
の位相で通電相の切替え周波数を連続的に商用周波数と
は一致しないその近傍の周波数まで上昇させるような運
転パターンであってもよい。Further, the above-mentioned operation pattern is based on the assumption that, when switching from the inverter drive to the direct drive of the commercial power supply, the drive is switched to the direct drive of the commercial power supply via the inverter drive of the commercial frequency with reference to the phase of the commercial power supply. An operation pattern in which the switching frequency of the energized phase is continuously increased to an adjacent frequency that does not match the commercial frequency at an arbitrary phase without referring to the phase of the commercial power supply. Is also good.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明に係る同期モータの実施の形態の詳細を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of an embodiment of a synchronous motor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0012】図1に本発明の実施の形態における同期モ
ータを示す。モータ7には突極型永久磁石埋め込みモー
タを使用する。図2はモータの回転子の断面図であり、
回転子は永久磁石8と鉄心(コア)9を有している。モー
タの諸元は、 容量:0.4kW 相数:3 極数:4 スロット数:6 回転子径:40mmφ コア幅:50mm 慣性モーメント:0.000012kg・m2 である。FIG. 1 shows a synchronous motor according to an embodiment of the present invention. As the motor 7, a salient pole type permanent magnet embedded motor is used. FIG. 2 is a sectional view of a rotor of the motor,
The rotor has a permanent magnet 8 and an iron core (core) 9. The specifications of the motor are as follows: Capacity: 0.4 kW Number of phases: 3 Number of poles: 4 Number of slots: 6 Rotor diameter: 40 mmφ Core width: 50 mm Moment of inertia: 0.000012 kg · m 2.
【0013】図1に戻り、同期モータはモータ7と、モ
ータ7を駆動するための駆動部とからなる。駆動部は、
DSP(デジタル信号処理器)を備える制御部2と、商
用電源1からの交流を整流して直流を得るための3相ブ
リッジの整流回路4と、整流後の直流を制御部2で制御
して任意の周波数の交流を得るためのIGBTスイッチ
で構成される電圧型のインバータ5と、モータ7に対し
て商用電源1またはインバータ5のいずれかを切替えて
接続する駆動電源切替え部6とからなる。Returning to FIG. 1, the synchronous motor comprises a motor 7 and a drive unit for driving the motor 7. The driving unit is
A control unit 2 having a DSP (digital signal processor), a rectifier circuit 4 of a three-phase bridge for rectifying an alternating current from the commercial power supply 1 to obtain a direct current, and controlling the rectified direct current by the control unit 2 It comprises a voltage type inverter 5 composed of an IGBT switch for obtaining an AC of an arbitrary frequency, and a drive power supply switching unit 6 for switching either the commercial power supply 1 or the inverter 5 to connect to the motor 7.
【0014】整流回路4、インバータ5および制御部2
はモジュール化されている。駆動電源切替え部6は、モ
ータ7への駆動電源を切替えるためのマグネットスイッ
チからなり、モータ7に対する駆動電源をインバータ5
または商用電源1に切替える。また、制御部2はインバ
ータ5に対する制御パラメータを格納するためのメモリ
10を有している。商用電源1には60Hzの商用3相
200Vを使用し、制御モジュールを介して電力が供給
される。Rectifier circuit 4, inverter 5 and control unit 2
Is modularized. The drive power switching unit 6 is a magnet switch for switching the drive power to the motor 7, and switches the drive power to the motor 7 to the inverter 5.
Or, switch to the commercial power supply 1. The control unit 2 has a memory 10 for storing control parameters for the inverter 5. A commercial three-phase 200 V of 60 Hz is used for the commercial power supply 1, and power is supplied through a control module.
【0015】以上のように構成される同期モータにおい
て、起動時の初期段階では、駆動電源切替え部6により
モータ7がインバータ5に接続され、インバータ5を駆
動電源としてモータ7が起動され、その後、モータ7が
同期回転に達すると、駆動電源切替え部6により駆動電
源がインバータ5から商用電源1へ切替えられ、商用電
源1を直接的に電源として使用してモータ7を駆動す
る。このように、起動後同期運転に達した後は、商用電
源1により直接的に駆動し、インバータ5の使用を停止
するため、インバータ5の消耗を低減でき、また、容量
の小さなインバータの使用が可能となる。以下、この同
期モータの動作を詳細に説明する。In the synchronous motor configured as described above, at an initial stage at the time of starting, the motor 7 is connected to the inverter 5 by the driving power supply switching unit 6, and the motor 7 is started using the inverter 5 as the driving power. When the motor 7 reaches the synchronous rotation, the driving power source is switched from the inverter 5 to the commercial power source 1 by the driving power source switching unit 6, and the motor 7 is driven using the commercial power source 1 directly as a power source. As described above, after reaching the synchronous operation after the start, the inverter is directly driven by the commercial power supply 1 and the use of the inverter 5 is stopped, so that the consumption of the inverter 5 can be reduced. It becomes possible. Hereinafter, the operation of the synchronous motor will be described in detail.
【0016】制御部2のDSPは、あらかじめC言語に
よって作成された制御プログラムがダウンロードされて
おり、このプログラムに基いた制御によりIGBTに対
するスイッチング命令をインバータ5に送る。これによ
り、モータ7の固定子の3相巻き線の通電相(U相、V
相、W相)を順次切り替え、固定子側の磁界を回転さ
せ、モータ7の回転子側の突極性と磁石との間の、リラ
クタンストルクと磁気トルクを利用して回転子を回転さ
せる。The DSP of the control unit 2 downloads a control program created in C language in advance, and sends a switching command for the IGBT to the inverter 5 by control based on this program. Thereby, the energized phases (U-phase, V-phase) of the three-phase winding of the stator of the motor 7 are
, W phase) is sequentially switched, the magnetic field on the stator side is rotated, and the rotor is rotated using the reluctance torque and the magnetic torque between the salient polarity on the rotor side of the motor 7 and the magnet.
【0017】モータ7起動において、通電相の切替えを
いきなり商用電源周波数の60Hzの周波数で行なって
も、回転子は回転せず、起動は失敗する。そこで、本同
期モータでは、起動時において、インバータ5により低
周波数から段階的に周波数を上昇させながらモータ7を
駆動し、60Hzでの安定した回転に達した後、商用電
源による直接駆動に切り替えるようにする。In starting the motor 7, even if the energized phase is suddenly switched at the commercial power supply frequency of 60 Hz, the rotor does not rotate and the start fails. Therefore, in the present synchronous motor, at the time of startup, the motor 7 is driven while increasing the frequency stepwise from a low frequency by the inverter 5, and after reaching a stable rotation at 60 Hz, is switched to the direct drive by the commercial power supply. To
【0018】具体的には、最初、駆動電源切替え部6に
よりモータ7とインバータ5が接続されており、インバ
ータ5により、10Hzの通電相の切替え周波数でモー
タ7を起動し、モータ7が10Hzで安定に回転する時
間(あらかじめ実験的に求めておいた時間)に到達後、
周波数を20Hzに切り替える。その後、同様に30、
40、50Hzと段階的に周波数を上昇させていく。こ
のように制御することにより、問題なく60Hzの同期
回転に到達することができる。60Hzの同期回転に達
した後、駆動電源切替え部6によりモータ7の駆動電源
をインバータ5から商用電源1に切替え、それ以後は、
モータ7は、商用電源1から直接的に電力が供給されて
60Hzで駆動される。Specifically, first, the motor 7 and the inverter 5 are connected by the drive power supply switching unit 6, and the motor 5 is started by the inverter 5 at the switching frequency of the energized phase of 10 Hz. After reaching the time for stable rotation (time previously determined experimentally),
Switch frequency to 20 Hz. Then, similarly, 30,
The frequency is gradually increased to 40 and 50 Hz. By performing such control, a synchronous rotation of 60 Hz can be reached without any problem. After the synchronous rotation of 60 Hz is reached, the drive power source of the motor 7 is switched from the inverter 5 to the commercial power source 1 by the drive power source switching unit 6, and thereafter,
The motor 7 is supplied with electric power directly from the commercial power supply 1 and is driven at 60 Hz.
【0019】通電相の切替え周波数を、10、20、3
0、40、50及び60Hzの各周波数に切替える場
合、図3に示すように商用電源1の電圧の位相とゼロク
ロス点が一致するところで周波数を切り替えて周波数を
順次上昇させていくことにより、周波数切替え時の脱調
が防止でき、また、最終的に60Hz(同期回転)に達
したときの位相が、商用電源1の電圧の位相と一致する
ようにしておくことが可能である。The switching frequencies of the energized phases are 10, 20, 3
When switching to each frequency of 0, 40, 50, and 60 Hz, the frequency is switched by sequentially switching the frequency where the voltage phase of the commercial power supply 1 and the zero-cross point coincide with each other as shown in FIG. It is possible to prevent loss of synchronism at the time, and to make the phase when the frequency finally reaches 60 Hz (synchronous rotation) coincide with the phase of the voltage of the commercial power supply 1.
【0020】起動時における上記のような通電相の切替
えは、制御部2により制御される。制御部2は制御に必
要な情報をメモリ10から読み出してインバータ5を制
御し、通電相の切替え周波数を切替える。したがって、
メモリ10には起動時におけるインバータ5のスイッチ
ング素子に対する制御パラメータを設定するための情報
(運転パターン)がテーブルとして格納されている。The switching of the current-carrying phase at the time of startup is controlled by the control unit 2. The control unit 2 reads information necessary for control from the memory 10 and controls the inverter 5 to switch the switching frequency of the energized phase. Therefore,
Information (operation patterns) for setting control parameters for the switching elements of the inverter 5 at the time of startup is stored in the memory 10 as a table.
【0021】図4に、メモリ10に格納される制御パラ
メータの設定テーブルの一例を示す。テーブルには、切
替え周波数、切替え時の周波数の増加分、インバータの
スイッチング素子をPWM制御する際のキャリア周波
数、デューティ比、一の周波数に運転を保持する時間
(保持時間)についての情報が関連付けられている。ま
た、図4に示すテーブルは推定トルク毎に設定されてお
り、つまり、推定トルク毎に順次切替えられる運転パタ
ーンが設定されている。ここで、推定トルクとは、モー
タ駆動電流の大きさからモータの負荷トルクを推定した
値を示す。モータ駆動電流は、過電流保護のために一般
的に設けられている過電流検出用のセンサ(図示せず)
を利用して容易に推定できる。設定テーブルに設定され
るデータは予め実験等により求めた値を使用する。FIG. 4 shows an example of a control parameter setting table stored in the memory 10. The table is associated with information on the switching frequency, the increase in the frequency at the time of switching, the carrier frequency when performing PWM control of the inverter switching element, the duty ratio, and the time (holding time) during which operation is maintained at one frequency. ing. The table shown in FIG. 4 is set for each estimated torque, that is, an operation pattern that is sequentially switched for each estimated torque is set. Here, the estimated torque indicates a value obtained by estimating the load torque of the motor from the magnitude of the motor drive current. The motor drive current is a sensor (not shown) for overcurrent detection generally provided for overcurrent protection.
It can be easily estimated using. As the data set in the setting table, values obtained in advance by experiments or the like are used.
【0022】制御部2はこのようなテーブルを参照して
例えば以下のように制御を行なう。モータ駆動電流から
推定した推定トルクが定格の20%以下の場合、最初、
運転パターンa−1で始動し、回転子の回転が成功すれ
ば、順次、a−2、a−3…へと運転パターンを切替え
ていく。最終的に運転パターンa−6により周波数60
Hzで80ミリ秒運転した後、駆動電源切替え部6により
駆動電源がインバータ5から商用電源1に切り替え、以
降、モータ7は商用電源1により駆動される。モータ始
動から駆動電源が商用電源1に切り替わるまでの始動時
間は保持時間の総計であり、この場合は約1.2秒とな
る。The control unit 2 performs control, for example, as follows with reference to such a table. If the estimated torque estimated from the motor drive current is 20% or less of the rating,
Starting with the operation pattern a-1, if the rotation of the rotor succeeds, the operation pattern is sequentially switched to a-2, a-3,. Finally, the frequency 60 is obtained according to the operation pattern a-6.
After operating at 80 Hz for 80 milliseconds, the driving power source is switched from the inverter 5 to the commercial power source 1 by the driving power source switching unit 6, and thereafter, the motor 7 is driven by the commercial power source 1. The start time from the start of the motor until the drive power supply is switched to the commercial power supply 1 is the total holding time, and in this case is about 1.2 seconds.
【0023】運転パターンa−1で始動が失敗した場合
は、次に大きい負荷トルクに対する運転パターンである
b−1で始動する。この運転パターンb−1でも始動が
失敗したときは、さらに大きい負荷トルクに対する運転
パターンであるc−1を使用する。以降、失敗が連続す
るときは、c−1、d−1、e−1へと運転パターンを
切替えていく。このように、負荷トルク値ごとに最適運
転条件のテーブルを作成し、始動が困難な場合には自動
的に運転パターンを変更するようにすることにより、始
動時の負荷が変化しても、位置センサを用いて位置情報
をフィードバックした方法を使用せずに、オープンルー
プで始動することが可能になり、確実な始動ができる。If the start fails in the operation pattern a-1, the engine is started in the operation pattern b-1 for the next largest load torque. If the start fails even in this operation pattern b-1, c-1 which is an operation pattern for a larger load torque is used. Thereafter, when failures continue, the operation pattern is switched to c-1, d-1, and e-1. In this way, by creating a table of the optimal operating conditions for each load torque value and automatically changing the operating pattern when starting is difficult, even if the load at the time of starting changes, the position can be changed. It is possible to start in an open loop without using a method of feeding back position information using a sensor, and it is possible to start reliably.
【0024】モータ駆動電流から推定した推定トルクが
定格の20%〜40%の場合は、最初に運転パターンb
−1で起動し、起動が成功すれば、順次、b−2からb
−12へと運転パターンを切替えていく。When the estimated torque estimated from the motor drive current is 20% to 40% of the rated value, the operation pattern b
−1, and if the activation is successful, b-2 to b
The operation pattern is switched to -12.
【0025】このように、モータ駆動電流から推定した
推定トルクに応じて運転パターンを切替えて起動する。As described above, the operation is started by switching the operation pattern according to the estimated torque estimated from the motor drive current.
【0026】ところで、モータ始動を商用電源1の電圧
位相を参照しながら、通電相の切替え周波数を所定のス
テップ状に上昇させ、最終的に60Hzまで上昇させる
場合、始動時から定格電圧(200V)に対して100
%の電圧を出力するのではなく、低周波数で起動してい
る段階では、IGBTのスイッチング動作をPWM制御
して通電パターン中にオフ時間を設けてインバータ出力
の平均電圧値を調整しながら、低い値から段階的に上昇
させていくのが好ましく、これらの制御条件も運転パタ
ーンに含めている。このように、周波数の切替えととも
に平均電圧をステップ状に上昇させていくことにより、
切替え時に瞬間的に発生する過電流を防止することがで
きる。When the motor start-up is performed by referring to the voltage phase of the commercial power supply 1 to raise the switching frequency of the energized phase in a predetermined step-like manner and finally to 60 Hz, the rated voltage (200 V) from the start-up 100 for
% At the time of starting at a low frequency, instead of outputting a voltage of%, the switching operation of the IGBT is PWM-controlled to provide an off-time during the energization pattern to adjust the average voltage value of the inverter output. It is preferable to gradually increase the values from the values, and these control conditions are also included in the operation pattern. In this way, by increasing the average voltage in a stepwise manner as the frequency is switched,
It is possible to prevent an overcurrent that occurs instantaneously at the time of switching.
【0027】また、低周波数領域ほど周波数の増加幅を
大きくし、保持時間を長くとり、高周波数領域に至るに
したがい、増加幅を小さく刻み、保持時間を短くするよ
うにテーブルの値を設定してもよい。これにより、低周
波数側の平均電圧調整のみでスムーズな始動を得ること
ができる。この場合は、図5に示すようにインバータ出
力電圧、周波数が設定される。このときの設定テーブル
は運転パターンa−1からa−6になる。このように、
インバータ5の制御において、テーブルの設定を変更す
るだけで容易に制御内容の変更ができる。さらに、図6
に示すように、通電相の周波数の切り替えにともない上
昇させたインバータ5の出力電圧(平均電圧)を、通電
相の周波数切替え時から所定時間(t2、t4、t6、t
8)経過後に一旦降下させるように運転パターンを設定
してもよい。このようにインバータ5の出力電圧を制御
することにより、周波数切替え前後のインバータの出力
電圧差を十分に大きく確保することができ、周波数の切
替え時においてより安定した運転が可能となる。このと
き、設定テーブルには、通電相の周波数切替え時から電
圧降下までの所定時間(t2、t4…)に関する情報がさ
らに含まれる。Further, the value of the table is set so that the increasing range of the frequency is increased in the low frequency region, the holding time is lengthened, and the increasing range is gradually reduced and the holding time is shortened in the high frequency region. You may. As a result, a smooth start can be obtained only by adjusting the average voltage on the low frequency side. In this case, the inverter output voltage and frequency are set as shown in FIG. The setting table at this time is the operation patterns a-1 to a-6. in this way,
In the control of the inverter 5, the control content can be easily changed only by changing the setting of the table. Further, FIG.
As shown in the figure, the output voltage (average voltage) of the inverter 5 increased with the switching of the frequency of the energized phase is changed for a predetermined time (t2, t4, t6, t6) from the time of switching the frequency of the energized phase.
8) The operation pattern may be set so as to drop once after the lapse. By controlling the output voltage of the inverter 5 in this manner, a sufficiently large difference between the output voltages of the inverter before and after the frequency switching can be ensured, and more stable operation can be performed at the time of frequency switching. At this time, the setting table further includes information on predetermined times (t2, t4,...) From the time of switching the frequency of the energized phase to the time of voltage drop.
【0028】また、使用する周波数すべてにおいてテー
ブルの値を作成してもよいが、例えば図4に示す運転パ
ターンc−1〜c−8、d−1〜d−8、e−1〜e−
8のように、周波数領域を定めて、その領域内で各条件
を設定するようにしてもよい。この場合、周波数毎にテ
ーブルの値を設定する場合に比して、テーブルのサイズ
を小さくすることができ、必要なメモリサイズも小さく
できる。The table values may be created for all the frequencies used. For example, the operation patterns c-1 to c-8, d-1 to d-8, and e-1 to e-8 shown in FIG.
As shown in FIG. 8, a frequency region may be determined, and each condition may be set within the frequency region. In this case, the size of the table can be reduced and the required memory size can be reduced as compared with the case where the value of the table is set for each frequency.
【0029】また、同期モータにおいては、一般的に非
定常動作が発生した場合のスイッチ保護のための過電流
検知用センサが設けられているため、電流のフィードバ
ックによるIGBTスイッチオフのループを設けても良
い。基本的には、最適化されたテーブルにより、設定さ
れた電流で始動する。In general, a synchronous motor is provided with an overcurrent detection sensor for protecting a switch when an unsteady operation occurs. Therefore, a loop for turning off the IGBT switch by current feedback is provided. Is also good. Basically, it starts with the current set by the optimized table.
【0030】また、図7に示すように同期モータは、商
用電源1の電圧の位相、周波数を検出し参照信号として
取りこむための参照信号入力部3を備えてもよい。これ
により、制御部2は商用電源1の電圧の位相、周波数を
検出し参照信号として取りこむことができ、図5や図6
に示すような制御を行なう際に、参照信号入力部3から
の入力信号に基いて商用電源1の位相を参照しながら、
商用電源の分数周波数でステップ的に周波数を増加させ
ていくことができる。Further, as shown in FIG. 7, the synchronous motor may include a reference signal input section 3 for detecting the phase and frequency of the voltage of the commercial power supply 1 and taking it in as a reference signal. As a result, the control unit 2 can detect the phase and frequency of the voltage of the commercial power supply 1 and take it in as a reference signal.
When performing the control as shown in (1), while referring to the phase of the commercial power supply 1 based on the input signal from the reference signal input unit 3,
The frequency can be increased stepwise at the fractional frequency of the commercial power supply.
【0031】また、図7に示す構成の同期モータにおい
て次のように起動制御を行なってもよい。すなわち、同
期モータを、始動から所定時間の間は商用電源1の電圧
位相を参照せずに任意の位相で周波数を小刻みに増加さ
せるような運転パターンに基いて起動する。切り替え周
波数が商用電源の周波数(60Hz)とは一致しないそ
の近傍の周波数(例えば60±1Hz)に達した後、一
旦、その周波数のインバータ出力の位相と商用電源1の
位相とが合致したポイントで商用電源1の位相を参照し
た商用周波数である60Hzのインバータ駆動(すなわ
ち、商用電源と位相を一致させた商用周波数のインバー
タ駆動)に切替え、その後、商用電源1による直接的駆
動に切替える。このように、商用電源1の位相を参照し
た商用周波数のインバータ駆動を介してインバータ駆動
から商用電源の直接的駆動に切り替えることにより、振
動を低減したスムーズな起動を実現することができる。In the synchronous motor having the structure shown in FIG. 7, the start-up control may be performed as follows. That is, the synchronous motor is started based on an operation pattern in which the frequency is gradually increased at an arbitrary phase without referring to the voltage phase of the commercial power supply 1 for a predetermined time from the start. After the switching frequency reaches a nearby frequency (for example, 60 ± 1 Hz) that does not match the frequency of the commercial power supply (60 Hz), once the phase of the inverter output at that frequency matches the phase of the commercial power supply 1 Switching to inverter driving at 60 Hz, which is the commercial frequency with reference to the phase of the commercial power supply 1 (that is, inverter driving at the commercial frequency in phase with the commercial power supply), and then switching to direct driving with the commercial power supply 1. As described above, by switching from the inverter drive to the direct drive of the commercial power supply via the inverter drive of the commercial frequency with reference to the phase of the commercial power supply 1, a smooth start-up with reduced vibration can be realized.
【0032】また、始動後のトルク変動が大きいような
用途においては、位置センサなどを設け、変動に追従で
きるような機能を追加して使用することも可能である。In applications where torque fluctuations after starting are large, it is possible to provide a position sensor or the like and additionally use a function capable of following the fluctuations.
【0033】以上のように本同期モータにおいては、メ
モリ10にテーブルとして格納された制御情報に基いて
モータ7を始動するため、スイッチングパターンを決定
するためのモータ7の回転子位置情報を得る必要がなく
なり、モータ7の回転子の位置を検出する角度位置検出
センサなどが不要となるため、信頼性が向上し、単純な
制御で起動可能な同期モータを実現できる。また、テー
ブルの設定を変更するだけで容易に制御の内容を変更す
ることができる。As described above, in this synchronous motor, since the motor 7 is started based on the control information stored in the memory 10 as a table, it is necessary to obtain the rotor position information of the motor 7 for determining the switching pattern. And the need for an angular position detection sensor or the like for detecting the position of the rotor of the motor 7 is eliminated, so that it is possible to improve the reliability and realize a synchronous motor that can be started by simple control. Further, the contents of the control can be easily changed only by changing the setting of the table.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明の同期モータによれば、メモリに
記憶した運転パターンに基いてインバータの制御を行な
うため、位置検出のためのセンサ等が不要となり、単純
な制御で起動できる同期モータを提供することができ
る。また、起動時から所定時間インバータにより固定子
の界磁用の巻き線の通電相を順次切替えて駆動して回転
子を回転させ、その後に商用電源により駆動する同期モ
ータにおいて、インバータの通電相切替え制御を行うた
めの参照信号を必要としないため、このような参照信号
を生成するための手段を必要とせず、同期モータを簡単
な構成で実現できる。また、テーブルの設定を変更する
だけで容易に制御内容を変更することができる。According to the synchronous motor of the present invention, since the inverter is controlled based on the operation pattern stored in the memory, a sensor or the like for detecting the position is not required, and the synchronous motor which can be started by simple control is provided. Can be provided. In addition, in the synchronous motor driven by the commercial power supply, the energized phase of the inverter is switched by sequentially switching the energized phase of the field winding of the stator by the inverter for a predetermined time from the start, and driving the rotor. Since a reference signal for performing control is not required, a means for generating such a reference signal is not required, and a synchronous motor can be realized with a simple configuration. Further, the control content can be easily changed only by changing the setting of the table.
【0035】また、テーブルは、運転パターンとして、
通電相の切替え周波数に対して、周波数の増加分、その
周波数で運転を保持する時間及びインバータのスイッチ
ング素子をPWM制御する際のデューティ比の情報を含
んでもよい。これらの情報によりインバータを自由に制
御できる。The table has the following operating patterns:
For the switching frequency of the energized phase, the information may include information on the increase in the frequency, the time during which the operation is maintained at that frequency, and the duty ratio when the switching element of the inverter is subjected to PWM control. With this information, the inverter can be controlled freely.
【0036】また、好ましくは、テーブルにおいて、所
定の周波数範囲毎に運転パターンを設定してもよく、こ
れにより、テーブルサイズを低減できる。Preferably, an operation pattern may be set for each predetermined frequency range in the table, so that the table size can be reduced.
【0037】さらに、テーブルにおいて、モータの負荷
トルクに応じて運転パターンを設定してもよく、これに
より、負荷トルクが大きい場合であっても、負荷トルク
に応じた運転パターンに切替えることにより、より確実
なモータ始動が可能となる。Further, in the table, the operation pattern may be set in accordance with the load torque of the motor, so that even if the load torque is large, the operation pattern can be switched to the operation pattern in accordance with the load torque to further improve the operation pattern. Reliable motor starting is possible.
【0038】また、通電相の周波数の切替えにともない
上昇させたインバータの出力電圧を、次の通電相の周波
数の切替え前に一旦降下させるように制御するようにし
てもよく、周波数切替え前後のインバータの出力電圧差
を十分に大きく確保することができ、周波数の切替え時
においてより安定した運転が可能となる。Further, the output voltage of the inverter which has been increased in accordance with the switching of the frequency of the energized phase may be controlled so as to temporarily decrease before the frequency of the next energized phase is switched. Can be ensured sufficiently large, and more stable operation can be performed at the time of frequency switching.
【0039】また、インバータ駆動から商用電源の直接
的駆動に切り替える際に、商用電源の位相を参照した商
用周波数のインバータ駆動を介して商用電源の直接的駆
動に切替えてもよく、これにより振動を低減したスムー
ズな起動が可能となる。Further, when switching from the inverter drive to the direct drive of the commercial power supply, the drive may be switched to the direct drive of the commercial power supply via the inverter drive of the commercial frequency with reference to the phase of the commercial power supply. Reduced smooth startup is possible.
【図1】 本発明に係る同期モータの構成を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a synchronous motor according to the present invention.
【図2】 同期モータの回転子の一例の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a rotor of a synchronous motor.
【図3】 起動時の周波数の切替え動作を説明するため
の図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a frequency switching operation at the time of startup.
【図4】 制御部のメモリ内に格納されるインバータの
IGBTに対する制御パラメータの設定テーブルを示す
図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a control parameter setting table for an inverter IGBT stored in a memory of a control unit;
【図5】 通電相の切替え周波数の上昇にしたがい、ス
テップ状に変化させるインバータ出力電圧(平均電圧)
を説明した図である。FIG. 5: Inverter output voltage (average voltage) that changes stepwise as the switching frequency of the energized phase increases
FIG.
【図6】 インバータ出力電圧を通電相の切替え周波数
の切替後、一旦、出力電圧を低下させながらステップ状
に上昇させる様子を説明した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the inverter output voltage is stepwise increased while the output voltage is once decreased after the switching frequency of the energized phase is switched.
【図7】 本発明に係る同期モータの別の構成を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing another configuration of the synchronous motor according to the present invention.
1 商用電源、 2 制御部、 3 参照信号入力部、
4 整流回路、 5インバータ、 6 駆動電源切替
え部、 7 モータ、 8 鉄心(コア)、9 磁石、
10 メモリ。1 commercial power supply, 2 control unit, 3 reference signal input unit,
4 rectifier circuit, 5 inverter, 6 drive power switching unit, 7 motor, 8 iron core, 9 magnet,
10 memory.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 正哉 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5H001 AA01 AB12 AC04 AD01 AE01 5H576 BB06 CC05 CC09 DD02 DD07 DD09 EE11 EE18 EE19 EE21 FF01 GG04 HA04 HB02 JJ03 KK06 LL22 LL38 LL39 LL53 MM09 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Masaya Inoue 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation F-term (reference) 5H001 AA01 AB12 AC04 AD01 AE01 5H576 BB06 CC05 CC09 DD02 DD07 DD09 EE11 EE18 EE19 EE21 FF01 GG04 HA04 HB02 JJ03 KK06 LL22 LL38 LL39 LL53 MM09
Claims (6)
換するインバータを備え、少なくとも起動時から所定時
間、上記インバータによりモータの固定子の界磁用の巻
き線の通電相を順次切替えることにより回転子を回転さ
せるインバータ駆動により、上記所定時間経過後は、上
記インバータを介さず商用電源から直接的に電力を供給
することにより回転子を回転させる商用電源の直接駆動
により駆動する同期モータであって、 モータ起動開始から上記所定時間における上記インバー
タに対する運転パターンをテーブルとして格納する記憶
手段を備えたことを特徴とする同期モータ。An inverter for converting a frequency and a voltage of a commercial power supply to a predetermined value is provided, and at least for a predetermined time from start-up, the inverter sequentially switches the energizing phase of a field winding of a stator of a motor. After the lapse of the predetermined time, the synchronous motor is driven by the direct drive of the commercial power supply for rotating the rotor by supplying power directly from the commercial power supply without passing through the inverter after the predetermined time has elapsed by the inverter drive for rotating the rotor. And a storage means for storing, as a table, an operation pattern for the inverter at the predetermined time from the start of the motor as a table.
て、通電相の切替え周波数に対して、周波数の増加分、
その周波数で運転を保持する時間及びインバータのスイ
ッチング素子をPWM制御する際のデューティ比の情報
を含むことを特徴とする請求項1記載の同期モータ。2. The table according to claim 1, wherein the operation pattern includes the following:
2. The synchronous motor according to claim 1, further comprising information on a time during which the operation is maintained at the frequency and a duty ratio when the switching element of the inverter is subjected to PWM control.
上記運転パターンが設定されていることを特徴とする請
求項1または請求項2記載の同期モータ。3. The synchronous motor according to claim 1, wherein the operation pattern is set for each predetermined frequency range in the table.
応じて上記運転パターンが設定されていることを特徴と
する請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の同
期モータ。4. The synchronous motor according to claim 1, wherein the operation pattern is set in the table according to a load torque of the motor.
参照しながら、商用周波数の分数周波数でステップ的に
周波数を増加させ、それに伴い電圧をステップ的に上昇
させ、周波数切替え時から所定時間経過後に一旦電圧を
降下させるようにインバータを制御する運転パターンで
あり、上記テーブルは、上記の周波数切替え時から電圧
を降下させるまでの所定時間に関する情報を含むことを
特徴とする請求項1記載の同期モータ。5. The operation pattern according to claim 1, wherein the frequency is increased stepwise at a fractional frequency of the commercial frequency while referring to the phase of the commercial power supply, and the voltage is increased stepwise in accordance with the frequency. 2. The synchronization pattern according to claim 1, wherein the operation pattern is for controlling the inverter to temporarily lower the voltage once, and the table includes information on a predetermined time from when the frequency is switched to when the voltage is reduced. motor.
ら商用電源の直接的駆動に切り替える際に、商用電源の
位相を参照した商用周波数のインバータ駆動を介して商
用電源の直接的駆動に切替えることを前提とした運転パ
ターンであって、商用電源の位相を参照せずに任意の位
相で通電相の切替え周波数を連続的に商用周波数とは一
致しないその近傍の周波数まで上昇させるような運転パ
ターンであることを特徴とする請求項1記載の同期モー
タ。6. The above operation pattern is based on the assumption that, when switching from inverter drive to direct drive of commercial power, the drive is switched to direct drive of commercial power via inverter drive at a commercial frequency with reference to the phase of the commercial power. The operation pattern shall be such that the switching frequency of the energized phase is continuously increased at an arbitrary phase to a frequency near the commercial frequency that does not match the commercial frequency without referring to the phase of the commercial power supply. The synchronous motor according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000036528A JP2001231293A (en) | 2000-02-15 | 2000-02-15 | Synchronous motor |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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