JP2003319698A - Sensorless vector control inverter and rotating driver - Google Patents

Sensorless vector control inverter and rotating driver

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JP2003319698A
JP2003319698A JP2002122216A JP2002122216A JP2003319698A JP 2003319698 A JP2003319698 A JP 2003319698A JP 2002122216 A JP2002122216 A JP 2002122216A JP 2002122216 A JP2002122216 A JP 2002122216A JP 2003319698 A JP2003319698 A JP 2003319698A
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聡一 関原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform the quick sensorless detection of locking of a stator of a motor or the abnormal drop of the number of revolutions. <P>SOLUTION: An estimated value of angular frequency of the stator is attained by controlling the armature current of a permanent magnet motor independently while separating the current into a d-axis current and a q-axis current and converging the estimated value of a d-axis induced voltage at the same time. A decision is made that the number of revolutions is abnormal when the difference between the estimated value of angular frequency and the command value of angular frequency exceeds a specified level. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を回転子
に、電機子巻線を固定子に設けた永久磁石モータのセン
サレスベクトル制御用インバータ装置に関し、特にモー
タが外力等によりロックしたり回転速度が異常に低下し
たことを速やかに検出する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensorless vector control inverter device for a permanent magnet motor in which a permanent magnet is provided in a rotor and an armature winding is provided in a stator, and in particular, the motor is locked or rotated by an external force or the like. The present invention relates to a technique for promptly detecting an abnormal decrease in speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、エアコン等のコンプレッサ用モー
タやファン用モータ、電気自動車の駆動用モータに対し
ては、広範囲の可変速制御や電力消費量の低減、メンテ
ナンス性の改善等の要請が強まってきている。これに応
えるため永久磁石を回転子に使用した永久磁石モータ
を、回転子位置検出用のセンサを取り付けることなく、
インバータ装置を使用してベクトル制御する方式が多く
採用されるようになってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, for motors for compressors and fans for air conditioners, motors for fans, and drive motors for electric vehicles, there has been an increasing demand for variable speed control over a wide range, reduction of power consumption, and improvement of maintainability. Is coming. In order to respond to this, a permanent magnet motor using permanent magnets in the rotor, without installing a sensor for rotor position detection,
Vector control methods using an inverter device have been widely adopted.

【0003】ところが、例えばエアコンの室外機などに
使用されるファン用モータなどでは、モータが外力やモ
ータ自身の故障により完全にロックして回転しなくなっ
たり、回転速度が異常に低下するといった回転異常が発
生することがある。かかる場合、モータにホールIC等
のモータ回転子位置を検出できるセンサが取り付けられ
ていれば(例えば、特開平9−74790号公報参
照)、センサからの信号の有無等を検出することによ
り、回転異常が発生したことを確認することができる。
However, for example, in a fan motor used in an outdoor unit of an air conditioner, etc., the motor is completely locked due to an external force or a failure of the motor to stop rotating, or the rotation speed is abnormally reduced. May occur. In such a case, if a sensor such as a Hall IC that can detect the motor rotor position is attached to the motor (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-74790), rotation is detected by detecting the presence or absence of a signal from the sensor. It is possible to confirm that an abnormality has occurred.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、センサレスベ
クトル制御(例えば、特開平2−124199号報参
照)の場合には、回転子位置検出用のセンサを備えてい
ないために、モータの回転異常を検出することが困難で
ある。このため従来は、外力等によりロックする可能性
がある製品、例えばファン等へのセンサレスベクトル制
御の適用は難しかった。
However, in the case of sensorless vector control (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-124199), since a sensor for detecting the rotor position is not provided, abnormal rotation of the motor is detected. Difficult to detect. Therefore, conventionally, it has been difficult to apply the sensorless vector control to a product that may be locked by an external force or the like, such as a fan.

【0005】本発明は、かかる不都合を解消するために
なされたもので、センサレスベクトル制御により駆動さ
れている永久磁石モータに、外力等によるロックや回転
数低下などの回転異常が発生した場合に、これを速やか
に検出できるセンサレスベクトル制御用のインバータ装
置及び当該インバータ装置を備えた回転駆動装置を提供
することにある。
The present invention has been made in order to eliminate such inconvenience, and when a permanent magnet motor driven by sensorless vector control has a rotation abnormality such as a lock due to an external force or a decrease in rotation speed, An object of the present invention is to provide an inverter device for sensorless vector control that can detect this rapidly and a rotation drive device including the inverter device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、回転子に永久磁石を設けて
なる永久磁石モータの電流を、永久磁石が作る磁束と平
行なd軸電流とこれに直交するq軸電流とに分離してそ
れぞれを独立に制御すると同時に、d軸誘起電圧推定値
をゼロに収束させることにより回転子の角周波数を検出
するセンサレスベクトル制御用インバータ装置であっ
て、検出した角周波数と角周波数指令値との差が所定値
を超えた場合に、回転異常と判定することを特徴とする
ものである。これによればモータ角周波数をセンサレス
で検出でき、モータが回転異常を起こした場合には検出
した角周波数と角周波数指令値との差が大きくなるの
で、回転異常を速やかに検出することができる。
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is characterized in that the electric current of a permanent magnet motor in which a rotor is provided with a permanent magnet is d parallel to the magnetic flux generated by the permanent magnet. A sensorless vector control inverter device for detecting the angular frequency of the rotor by separating the axial current and the q-axis current orthogonal thereto and controlling each independently and at the same time converging the estimated d-axis induced voltage value to zero. In addition, when the difference between the detected angular frequency and the angular frequency command value exceeds a predetermined value, it is determined that the rotation is abnormal. According to this, the motor angular frequency can be detected without a sensor, and when the motor has an abnormal rotation, the difference between the detected angular frequency and the angular frequency command value becomes large, so that the abnormal rotation can be promptly detected. .

【0007】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、回転異常の判定を角周波数指令値から計
算したq軸誘起電圧と、q軸電圧方程式から計算したq
軸誘起電圧との差が所定値を超えたことで行うようにし
た。この場合も、モータの回転異常によりq軸電圧方程
式から計算したq軸誘起電圧が減少して周波数指令値か
ら計算したq軸誘起電圧との差が大きくなるので、回転
異常をセンサレスで速やかに検出することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the q-axis induced voltage calculated from the angular frequency command value is used to determine the abnormal rotation, and the q-axis voltage equation is used to calculate the q-axis induced voltage.
This is performed when the difference from the shaft induced voltage exceeds a predetermined value. Also in this case, the abnormal rotation of the motor reduces the q-axis induced voltage calculated from the q-axis voltage equation and increases the difference from the q-axis induced voltage calculated from the frequency command value. can do.

【0008】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
に記載の発明において、回転異常の判定がされた場合
に、永久磁石モータへの電流を停止することとした。回
転異常が発生した場合にモータへの過電流の供給が速や
かに停止されるので、モータの焼損、インバータ装置内
スイッチング素子の破損を防止できる効果がある。
According to the invention of claim 3, claim 1 or 2
In the invention described in (3), the current to the permanent magnet motor is stopped when the rotation abnormality is determined. When the rotation abnormality occurs, the supply of the overcurrent to the motor is promptly stopped, so that there is an effect that the burnout of the motor and the damage of the switching element in the inverter device can be prevented.

【0009】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
の何れかに記載の発明において、前記d軸誘起電圧推定
値は、前記永久磁石モータの電流実測値に基づいて計算
したd軸電流及びq軸電流と、d軸電圧指令値と、前記
角周波数推定値と、モータ回路定数とから求めることを
特徴とするものである。このような値から計算したd軸
誘起電圧推定値をゼロに収束させることにより、回転異
常判定に必要な回転子角周波数を回転子角度を検出する
センサを用いることなく検出することができる。
The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
In any one of the inventions, the d-axis induced voltage estimated value is a d-axis current and a q-axis current calculated based on a measured current value of the permanent magnet motor, a d-axis voltage command value, and the angular frequency. It is characterized by being obtained from an estimated value and a motor circuit constant. By converging the estimated value of the d-axis induced voltage calculated from such a value to zero, the rotor angular frequency required for the rotation abnormality determination can be detected without using a sensor that detects the rotor angle.

【0010】請求項5記載の発明は、請求項1ないし4
の何れかに記載の発明において、d軸誘起電圧推定値を
ゼロに収束させることには、前記d軸誘起電圧推定値を
比例積分演算器で演算した出力を、更に別の比例積分演
算器により演算した出力をq軸電流指令値として与える
手段を含むことを特徴とするものである。このような手
段を用いることにより、d軸誘起電圧推定値をゼロに収
束させることができ、回転異常判定に必要な回転子角周
波数を回転子角度を検出するセンサを用いることなく検
出することができる。
The invention as defined in claim 5 is defined by claim 1 through claim 4.
In any one of the inventions described above, in order to converge the d-axis induced voltage estimated value to zero, an output obtained by calculating the d-axis induced voltage estimated value by a proportional-plus-integral calculator is further calculated by another proportional-integral calculator. It is characterized in that it includes means for giving the calculated output as a q-axis current command value. By using such means, the estimated value of the d-axis induced voltage can be converged to zero, and the rotor angular frequency necessary for the rotation abnormality determination can be detected without using the sensor for detecting the rotor angle. it can.

【0011】請求項6記載の発明は、請求項1ないし5
の何れかに記載の発明において、永久磁石モータは、フ
ァン駆動用モータであることを特徴とするものである。
ファン駆動用モータは回転異常を起こし易いモータであ
るが、請求項1ないし5に記載の各インバータ装置は、
回転異常をセンサレスで速やかに検出できるので、安心
して適用することができる。
The invention according to claim 6 is defined by claims 1 to 5.
In any one of the inventions described above, the permanent magnet motor is a fan driving motor.
The fan drive motor is a motor that is prone to abnormal rotation, and each inverter device according to any one of claims 1 to 5,
Since abnormal rotation can be detected quickly without a sensor, it can be applied with confidence.

【0012】請求項7記載の発明は、前記永久磁石モー
タと該モータを駆動するインバータ装置とを備えた回転
駆動装置であって、前記インバータ装置として請求項1
ないし5の何れかに記載のインバータ装置を用いるもの
である。請求項1ないし5に記載の各インバータ装置
は、回転異常をセンサレスで速やかに検出できるので、
これを備えた回転駆動装置は、回転異常を起こし易い負
荷の駆動にも安心して適用できる効果がある。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a rotary drive device comprising the permanent magnet motor and an inverter device for driving the motor, wherein the inverter device is the rotary drive device.
The inverter device according to any one of 1 to 5 is used. Since each of the inverter devices according to claims 1 to 5 can quickly detect a rotation abnormality without a sensor,
A rotary drive device provided with this has an effect that it can be applied with confidence even to drive a load that is likely to cause abnormal rotation.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を実施
例にもとづき図面を参照して説明する。図1は、本発明
のセンサレスベクトル制御用インバータ装置(以下、本
インバータ装置という)を使用した三相永久磁石モータ
(以下、単にモータという)のセンサレスベクトル制御
装置の構成を機能ブロックで表したものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below based on examples with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a sensorless vector control device for a three-phase permanent magnet motor (hereinafter, simply referred to as a motor) using an inverter device for sensorless vector control (hereinafter, referred to as the present inverter device) of the present invention. Is.

【0014】負荷であるモータ1は、永久磁石を回転子
に、電機子巻線を固定子に設けた回転界磁型の三相永久
磁石モータである。回転子位置を検出するセンサは取り
付けられていないが、回転子位置に応じた電流がインバ
ータ装置から電機子巻線に供給され、それにより回転駆
動される。
The motor 1 as a load is a rotating field type three-phase permanent magnet motor in which a permanent magnet is provided in a rotor and an armature winding is provided in a stator. Although a sensor for detecting the rotor position is not attached, a current corresponding to the rotor position is supplied from the inverter device to the armature winding, and is thereby driven to rotate.

【0015】本インバータ装置は、電流制御手段2と回
転子速度・角度推定手段3と回転異常検出手段4の3つ
の手段で構成されている。電流制御手段2は、回転子位
置に応じて電機子に流す電流の位相と大きさを制御する
手段である。回転子速度・角度推定手段3は、回転子の
角周波数(回転速度)と回転子角度を推定する手段であ
って、回転子上に定めた回転座標系(以下、dq座標系
という)の、固定座標系(以下、αβ座標系という)に
対する角周波数と位相角を推定する手段である。回転異
常検出手段4は、回転子がロックしたこと又は回転速度
が異常に低下したことを検出するための手段である。
The inverter device is composed of three means, a current control means 2, a rotor speed / angle estimation means 3 and a rotation abnormality detection means 4. The current control unit 2 is a unit that controls the phase and magnitude of the current flowing through the armature according to the rotor position. The rotor speed / angle estimation means 3 is a means for estimating the angular frequency (rotation speed) of the rotor and the rotor angle, and has a rotational coordinate system (hereinafter referred to as dq coordinate system) defined on the rotor. It is means for estimating an angular frequency and a phase angle with respect to a fixed coordinate system (hereinafter referred to as αβ coordinate system). The rotation abnormality detecting means 4 is means for detecting that the rotor is locked or the rotation speed is abnormally reduced.

【0016】以下、各手段の構成及び動作を説明しなが
ら、ベクトル制御装置全体の動作を明らかにする。モー
タ1の電機子巻線に流れる三相電流は、シャント抵抗等
を用いた電流検出器5により検出される。検出された三
相の相電流Ia、Ib、Icは、abc/αβ変換器6の演
算により、αβ座標系で表した等価な二相電流Iα、I
βに変換される。変換された二相電流Iα、Iβは、引
き続きαβ/dq変換器7の演算によりdq座標系で表
した電流Id、Iqに変換される。この座標変換の演算に
際しては、後述する回転子速度・角度推定手段3により
推定された回転子角度推定値(d軸とα軸との位相角の
推定値)θestが用いられる。
Hereinafter, the operation of the entire vector control device will be clarified while explaining the configuration and operation of each means. The three-phase current flowing through the armature winding of the motor 1 is detected by the current detector 5 using a shunt resistor or the like. The detected three-phase currents Ia, Ib, and Ic are calculated by the abc / αβ converter 6 and equivalent two-phase currents Iα and Iα expressed in the αβ coordinate system.
converted to β. The converted two-phase currents Iα and Iβ are subsequently converted into currents Id and Iq expressed in the dq coordinate system by the operation of the αβ / dq converter 7. In the calculation of this coordinate conversion, a rotor angle estimated value (estimated value of the phase angle between the d axis and the α axis) θest estimated by the rotor speed / angle estimation means 3 described later is used.

【0017】ここでdq座標系とは、回転子上の永久磁
石が作り出す磁束方向をd軸とし、これより回転方向に
π/2進んだ方向をq軸に定めた座標系である。電流I
d、Iqは、それぞれd軸方向、q軸方向の電流成分を意
味する。
Here, the dq coordinate system is a coordinate system in which the direction of the magnetic flux produced by the permanent magnets on the rotor is the d axis, and the direction advanced by π / 2 in the rotational direction is the q axis. Current I
d and Iq mean current components in the d-axis direction and the q-axis direction, respectively.

【0018】このような座標変換により計算された電流
Id、Iqが、減算器8、9において、それぞれの電流指
令値Id-com、Iq-comから減算されて電流偏差ΔId、
ΔIqが計算される。求められた電流偏差ΔId、ΔIq
は、対応する比例積分演算器10、11で演算されて出
力にそれぞれd軸指令電圧Vd、q軸指令電圧Vqを発生
させる。出力の指令電圧Vd、Vqは、電機子電流を電流
指令値Id-com、Iq-comに近づけるために印加されるべ
きdq座標系で表した電機子電圧である。
The currents Id and Iq calculated by such coordinate conversion are subtracted from the respective current command values Id-com and Iq-com in the subtracters 8 and 9 to obtain the current deviation ΔId,
ΔIq is calculated. Obtained current deviation ΔId, ΔIq
Is calculated by the corresponding proportional-plus-integral calculators 10 and 11 to generate the d-axis command voltage Vd and the q-axis command voltage Vq at the outputs, respectively. The output command voltages Vd and Vq are armature voltages expressed in the dq coordinate system that should be applied to bring the armature current closer to the current command values Id-com and Iq-com.

【0019】この指令電圧Vd、Vqは、dq/αβ変換
器12により、αβ座標系上での指令電圧Vα、Vβに
変換される。この座標変換の演算の際にも、後述する回
転子角度推定値θestが用いられる。PWM形成器13
は、指令電圧Vα、Vβに基づいてPWMインバータ1
4内のスイッチング素子を駆動する信号を発生させる。
PWMインバータ14が、その信号に従ってスイッチン
グ動作を実行することにより、モータ1の電機子巻線に
電圧Vd、Vqに比例した電圧が印加され、モータ1が回
転駆動される。このようにしてモータ1の電機子電流I
d、Iqは、比例積分演算器10、11の調節動作により
電流指令値Id-com、Iq-comに一致するように制御され
る。
The command voltages Vd and Vq are converted by the dq / αβ converter 12 into command voltages Vα and Vβ on the αβ coordinate system. The rotor angle estimated value θest described later is also used in the calculation of the coordinate conversion. PWM former 13
Is the PWM inverter 1 based on the command voltages Vα and Vβ.
A signal for driving the switching element in 4 is generated.
The PWM inverter 14 performs a switching operation according to the signal, whereby a voltage proportional to the voltages Vd and Vq is applied to the armature winding of the motor 1, and the motor 1 is rotationally driven. In this way, the armature current I of the motor 1
The d and Iq are controlled by the adjusting operations of the proportional-plus-integral calculators 10 and 11 so as to match the current command values Id-com and Iq-com.

【0020】ここで電流Id-comは、磁束を作る成分
(励磁電流成分)の指令値であり、この値は外部より与
えられる。一方、電流Iq-comは、回転トルクを発生さ
せる成分(トルク電流成分)の指令値であり、モータ1
の回転速度に直接的に関係する量である。この電流指令
値Iq-comは、比例積分演算器15の出力として与えら
れる。
Here, the current Id-com is a command value of a component (exciting current component) that creates a magnetic flux, and this value is given from the outside. On the other hand, the current Iq-com is the command value of the component (torque current component) that generates the rotational torque, and the motor 1
It is a quantity that is directly related to the rotation speed of. This current command value Iq-com is given as the output of the proportional-plus-integral calculator 15.

【0021】比例積分演算器15は、減算器16と共に
モータ1の回転速度を調節する機能を果たすものであ
る。減算器16の+入力端子には、回転子の角周波数指
令値ωcomが、−入力端子には回転子速度・角度推定手
段3により推定されたモータ1の角周波数推定値ωest
が入力される。そして、その偏差が比例積分演算器15
にて演算され出力にq軸の電流指令値Iq-comを発生さ
せる。
The proportional-plus-integral calculator 15 functions together with the subtractor 16 to adjust the rotation speed of the motor 1. The + input terminal of the subtracter 16 has a rotor angular frequency command value ωcom, and the − input terminal has a rotor speed / angle estimation means 3 which estimates the angular frequency estimation value ωest of the motor 1.
Is entered. Then, the deviation is proportional to the proportional-plus-integral calculator 15.
The q-axis current command value Iq-com is generated in the output.

【0022】このように、励磁電流指令値Id-comとト
ルク電流指令値Iq-comが独立に与えられ、モータ1に
その指令値通りの電流が流れるためには、αβ/dq変
換器7及びdq/αβ変換器12での座標変換演算が正
確に行われる必要がある。そのためには、演算に必要な
回転子角度θが正確に把握される必要がある。本インバ
ータ装置では、この回転子角度θの値を、センサを用い
て検出するのでなく、dq座標系での電動機モデルを用
いた回転子速度・角度推定手段3にて推定演算して求め
ている。
As described above, in order that the exciting current command value Id-com and the torque current command value Iq-com are given independently and the current according to the command value flows in the motor 1, the αβ / dq converter 7 and the It is necessary for the dq / αβ converter 12 to accurately perform coordinate conversion calculation. For that purpose, it is necessary to accurately grasp the rotor angle θ required for the calculation. In the present inverter device, the value of the rotor angle θ is not detected by using a sensor, but is calculated by the rotor speed / angle estimating means 3 using the electric motor model in the dq coordinate system. .

【0023】d軸誘起電圧推定手段17は、回転子に取
り付けた永久磁石が作る磁束が回転することにより、電
機子巻線中に生ずる誘起電圧のd軸成分推定値Edを次
式により計算する。 Ed =Vd −(R+P・Ld)・Id +ωest・Lq・Iq (1)式 ここに、Rはモータ1の巻線抵抗、Ld、Lqはd軸、q
軸インダクタンス、ωestは回転子の角周波数推定値、
Pは微分演算子である。電流Id 、Iqには測定電流値
を座標変換して求めた値を用い、電圧VdにはPWMイ
ンバータ14の応答性が良いことから測定値の代わりに
指令値を用いている。
The d-axis induced voltage estimating means 17 calculates the d-axis component estimated value Ed of the induced voltage generated in the armature winding by the rotation of the magnetic flux generated by the permanent magnet attached to the rotor according to the following equation. . Ed = Vd− (R + P · Ld) · Id + ωest · Lq · Iq (1) where R is the winding resistance of the motor 1, Ld and Lq are d axes, and q
Axial inductance, ωest is the estimated angular frequency of the rotor,
P is a differential operator. For the currents Id and Iq, the values obtained by coordinate conversion of the measured current values are used, and for the voltage Vd, the command value is used instead of the measured values because the PWM inverter 14 has good responsiveness.

【0024】角周波数推定値ωestは、(1)式で求め
た誘起電圧のd軸成分Edを比例積分演算器18で演算
した結果を角周波数誤差推定値ωerrorとし、この値を
減算器19にて角周波数指令値ωcomから減算して次式
で求める。 ωest = ωcom −ωerror (2)式 回転子角度推定値θestは、上記角周波数推定値ωestを
積分器20にて積分して求める。
The angular frequency estimated value ωest is the angular frequency error estimated value ωerror obtained by calculating the d-axis component Ed of the induced voltage obtained by the equation (1) by the proportional-plus-integral calculator 18, and this value is sent to the subtracter 19. The angular frequency command value ωcom is subtracted from the angular frequency command value ωcom to obtain the following formula. ωest = ωcom−ωerror Equation (2) The rotor angle estimated value θest is obtained by integrating the angular frequency estimated value ωest by the integrator 20.

【0025】誘起電圧には(1)式で計算したd軸成分
Edの他にq軸成分Eqも存在する。また、角周波数誤差
推定値ωerrorは、d軸誘起電圧Edを比例積分演算器1
8で演算しただけの数値である。従って、上記の角周波
数誤差推定値ωerrorは、正確な角周波数誤差を表して
いる訳ではない。しかし(2)式で計算した角周波数推
定値ωest、及びこれを積分して求めた回転子角度推定
値θestを座標変換や誘起電圧推定演算に使用し、更に
調節器の助けを借りてd軸誘起電圧推定値Edをゼロに
収束させることができた場合を考えると、その時点で
は、誘起電圧の推定値はq軸成分のみである。この状態
では、回転子の永久磁石が作る磁束はd軸と平行である
と推定することができ、またこの時の回転子角度推定値
θestは、実際の回転子角度θに一致していると推定す
ることができる。
The induced voltage has a q-axis component Eq in addition to the d-axis component Ed calculated by the equation (1). In addition, the angular frequency error estimated value ω error is obtained by calculating the d-axis induced voltage Ed by the proportional-plus-integral calculator 1.
It is a value calculated only by 8. Therefore, the estimated angular frequency error ω error does not represent an accurate angular frequency error. However, the angular frequency estimated value ωest calculated by the equation (2) and the rotor angle estimated value θest obtained by integrating the same are used for coordinate conversion and induced voltage estimation calculation, and further with the help of the controller, the d-axis Considering the case where the induced voltage estimated value Ed can be converged to zero, the estimated value of the induced voltage is only the q-axis component at that time. In this state, the magnetic flux generated by the permanent magnet of the rotor can be estimated to be parallel to the d-axis, and the estimated rotor angle θest at this time is the same as the actual rotor angle θ. Can be estimated.

【0026】本インバータ装置では、比例積分演算器1
8が、比例積分演算器15、積分器20の助けを受け
て、誘起電圧Edをその目標とするゼロ値に収束させる
ように角周波数推定値ωest、回転子角度推定値θest及
びq軸電流指令値(トルク電流指令値)Iq-comの値を
調節する。一方、回転子の角周波数については、比例積
分演算器15が角周波数誤差推定値ωerrorをゼロに収
束させる調節動作を行う(比例積分演算器15の入力信
号は、ωerrorとなっている)。そしてこれらの調節動
作の結果として、d軸誘起電圧推定値Ed及び角周波数
誤差推定値ωerrorが共にゼロに収束する。こうしてEd
とωestとが共にゼロに収束した時点では、角周波数推
定値ωestは角周波数指令値ωcomに一致し、モータ1は
角周波数指令値ωcomで回転駆動される。即ち、この時
点の角周波数推定値ωestはモータ1の角周波数ωに等
しいと推定され、モータ1の角周波数ωがセンサを用い
ることなく検出されたことになる。
In the present inverter device, the proportional-plus-integral calculator 1
8 is an angular frequency estimated value ωest, a rotor angle estimated value θest, and a q-axis current command so that the induced voltage Ed is converged to its target zero value with the help of the proportional-plus-integral calculator 15 and the integrator 20. Adjust the value (torque current command value) Iq-com. On the other hand, with respect to the angular frequency of the rotor, the proportional-plus-integral calculator 15 performs an adjusting operation to converge the estimated angular-frequency error value ωerror to zero (the input signal of the proportional-plus-integral calculator 15 is ωerror). As a result of these adjustment operations, both the d-axis induced voltage estimated value Ed and the angular frequency error estimated value ω error converge to zero. Thus Ed
When both ωest and ωest converge to zero, the estimated angular frequency value ωest matches the angular frequency command value ωcom, and the motor 1 is rotationally driven at the angular frequency command value ωcom. That is, the angular frequency estimated value ωest at this time is estimated to be equal to the angular frequency ω of the motor 1, and the angular frequency ω of the motor 1 is detected without using a sensor.

【0027】このように回転子角周波数ωが外部からの
角周波数指令値ωcomに一致し、励磁電流Idも外部から
の励磁電流指令値Id-comに一致するように独立して調
節される制御は、一般にベクトル制御と呼ばれ、本イン
バータ装置の場合は回転子の回転角度検出にセンサを用
いていないことから、特にセンサレスベクトル制御と呼
ばれる。
In this way, the control is independently adjusted so that the rotor angular frequency ω matches the external angular frequency command value ωcom and the exciting current Id also matches the external exciting current command value Id-com. Is generally called vector control, and in the case of the present inverter device, a sensor is not used to detect the rotation angle of the rotor, and thus is particularly called sensorless vector control.

【0028】本インバータ装置では、上記のようにして
求めた角周波数推定値ωestを用い、回転異常検出手段
4にて、次のように回転異常の判定を行う。第1の判定
の態様は、角周波数指令値ωcomと角周波数推定値ωest
との差が所定値を超えた場合、即ち次式が成立した場合
に回転異常発生と判定する態様である。
In the present inverter device, using the angular frequency estimated value ωest obtained as described above, the rotation abnormality detecting means 4 determines the rotation abnormality as follows. The first mode of determination is that the angular frequency command value ωcom and the angular frequency estimated value ωest
When the difference between and exceeds a predetermined value, that is, when the following equation is satisfied, it is determined that the rotation abnormality has occurred.

【0029】 |ωcom − ωest|>X (3)式 ここにXは、PWMインバータ14やモータ1の仕様か
ら決まる所定の定数である。モータ1が外力等でロック
したり、回転速度が指令値から外れて低下したりする
と、角周波数推定値ωestが減少して(3)式が満足さ
れるようになるので、(3)式により回転異常を検出す
ることができる。この判定基準によれば、モータ1に回
転子角度を検出するセンサを取り付けることなく、回転
異常を速やかに検出できる効果がある。
| Ωcom−ωest |> X (3) Expression X is a predetermined constant determined by the specifications of the PWM inverter 14 and the motor 1. When the motor 1 is locked by an external force or the like, or the rotation speed deviates from the command value and decreases, the estimated angular frequency value ωest decreases and the equation (3) is satisfied. Abnormal rotation can be detected. According to this criterion, there is an effect that the rotation abnormality can be detected promptly without attaching a sensor for detecting the rotor angle to the motor 1.

【0030】第2の判定の態様は、誘起電圧のq軸成分
の大きさで判定する態様である。誘起電圧のq軸成分の
推定値 Eest1は、q軸についての電圧方程式より次の
ように計算される。 Eest1=Vq−(R+P・Lq)・Iq − ωest・Ld・Id (4)式 ここに、電圧Vqはq軸電圧指令値である。
The second determination mode is a mode in which it is determined by the magnitude of the q-axis component of the induced voltage. The estimated value Eest1 of the q-axis component of the induced voltage is calculated as follows from the voltage equation for the q-axis. Eest1 = Vq− (R + P · Lq) · Iq−ωest · Ld · Id (4) Equation (4) where the voltage Vq is a q-axis voltage command value.

【0031】他方、角周波数指令値ωcomに一致して回
転した場合の誘起電圧 Eest2は、モータ1の誘起電圧
定数をKeとすると次式で表せる。 Eest2=Ke・ωcom (5)式 モータ1がロックしたり回転数が低下すると、(4)式
で計算されるd軸誘起電圧推定値 Eest1が減少する。
従って、次式が成立した場合に回転異常発生と判定する
ことができる。 |Eest2 −Eest1|>Y (6)式 ここにYは、PWMインバータ14やモータ1の仕様か
ら決まる所定の定数である。制御系の応答性は良いの
で、この判定基準による場合も、モータ1に回転子角度
を検出するセンサを取り付けることなく、回転異常を速
やかに検出できる効果がある。
On the other hand, the induced voltage Eest2 when the motor rotates in conformity with the angular frequency command value ωcom can be expressed by the following equation when the induced voltage constant of the motor 1 is Ke. Eest2 = Ke · ωcom Equation (5) When the motor 1 locks or the rotational speed decreases, the d-axis induced voltage estimated value Eest1 calculated by Equation (4) decreases.
Therefore, it can be determined that the rotation abnormality has occurred when the following expression is established. | Eest2-Eest1 |> Y (6) Expression Y is a predetermined constant determined by the specifications of the PWM inverter 14 and the motor 1. Since the responsiveness of the control system is good, even in the case of this criterion, there is an effect that abnormal rotation can be detected promptly without attaching a sensor for detecting the rotor angle to the motor 1.

【0032】(3)式又は(6)式の基準により回転異
常と判定された場合には、PWMインバータ14のスイ
ッチング動作を停止させてモータ1への電流供給を停止
する。これにより、電機子巻線が焼損したり、PWMイ
ンバータ14のスイッチング素子が破壊したりすること
が防止される。
When it is determined that the rotation is abnormal according to the reference of the formula (3) or the formula (6), the switching operation of the PWM inverter 14 is stopped and the current supply to the motor 1 is stopped. This prevents the armature winding from being burnt out and the switching element of the PWM inverter 14 from being destroyed.

【0033】モータ1がファンを駆動するファン駆動用
モータである場合には、外力や逆風によりモータがロッ
クしたり回転速度が異常に低下することがあるが、上述
した回転異常検出手段を備えた本インバータ装置を使用
すれば、安心してセンサレスベクトル制御を適用するこ
とができる。
When the motor 1 is a fan driving motor for driving a fan, the motor may be locked or the rotation speed may be abnormally reduced due to external force or back wind. However, the above-described rotation abnormality detection means is provided. If this inverter device is used, sensorless vector control can be applied without anxiety.

【0034】また、永久磁石モータをインバータ制御す
る場合、制御を最適化するために永久磁石モータの各種
モータ定数を把握して、インバータ制御に反映させる必
要がある。このことから今日では、永久磁石モータとそ
れを駆動するインバータ装置とを一体化して回転駆動装
置として販売されることが多い。この場合にインバータ
装置として本インバータ装置が採用してあれば、ロック
や異常な回転数低下を起こしやすい負荷に対しても安心
して適用できる。
When the permanent magnet motor is inverter-controlled, it is necessary to grasp various motor constants of the permanent magnet motor in order to optimize the control and reflect them in the inverter control. For this reason, today, a permanent magnet motor and an inverter device for driving the same are integrated and often sold as a rotary drive device. In this case, if the present inverter device is adopted as the inverter device, it can be applied with peace of mind even to a load that is apt to cause a lock or an abnormal reduction in rotation speed.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明のセンサレスベクトル制御用インバータ装置によれ
ば、モータのロックや異常な回転数低下といった回転異
常を、回転子角度を検出するためのセンサを取り付ける
ことなく速やかに検出することができる。また回転異常
を検出した場合にモータへの電流供給を停止するように
することで、回転異常を起こし易い負荷駆動に対しても
安心して適用できる効果がある。
As can be understood from the above description, according to the sensorless vector control inverter device of the present invention, it is possible to detect the rotor angle by detecting the rotation abnormality such as the lock of the motor or the abnormal reduction of the rotation speed. It is possible to detect quickly without attaching a sensor. Further, by stopping the current supply to the motor when the rotation abnormality is detected, there is an effect that it can be applied with confidence even to the load drive in which the rotation abnormality is likely to occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示すベクトル制御インバ
ータ装置の電気的構成を機能ブロックにより示す図
FIG. 1 is a diagram showing functional blocks of an electrical configuration of a vector control inverter device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

図中、1は永久磁石モータ、2は電流制御手段、3は回
転子速度・ 角度推定手段、4は回転数異常検出手段、
10、11、15、18は比例積分演算器、17はd軸
誘起電圧推定手段、ωestは角周波数推定値、Edはd軸
誘起電圧推定値、Idはd軸電流、Iqはq軸電流を示
す。
In the figure, 1 is a permanent magnet motor, 2 is current control means, 3 is rotor speed / angle estimation means, 4 is rotation speed abnormality detection means,
10, 11, 15, and 18 are proportional-plus-integral calculators, 17 is d-axis induced voltage estimation means, ωest is an angular frequency estimated value, Ed is a d-axis induced voltage estimated value, Id is a d-axis current, and Iq is a q-axis current. Show.

フロントページの続き Fターム(参考) 5H560 AA01 BB04 BB12 DA14 DA19 DB14 DC01 DC12 EB01 JJ02 JJ05 XA04 XA12 XA15 5H576 AA08 BB06 BB09 DD02 DD07 EE01 EE11 EE19 GG02 HB01 LL14 LL22 LL34 LL35 LL39 MM05 Continued front page    F term (reference) 5H560 AA01 BB04 BB12 DA14 DA19                       DB14 DC01 DC12 EB01 JJ02                       JJ05 XA04 XA12 XA15                 5H576 AA08 BB06 BB09 DD02 DD07                       EE01 EE11 EE19 GG02 HB01                       LL14 LL22 LL34 LL35 LL39                       MM05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転子に永久磁石を設けてなる永久磁石
モータの電流を、永久磁石が作る磁束と平行なd軸電流
とこれに直交するq軸電流とに分離してそれぞれを独立
に制御すると同時に、d軸誘起電圧推定値をゼロに収束
させることにより回転子の角周波数を検出するセンサレ
スベクトル制御用インバータ装置であって、 検出した角周波数と角周波数指令値との差が所定値を超
えた場合に、回転異常と判定することを特徴とするセン
サレスベクトル制御用インバータ装置。
1. A current of a permanent magnet motor having a rotor provided with a permanent magnet is separated into a d-axis current parallel to a magnetic flux generated by the permanent magnet and a q-axis current orthogonal thereto, and each is independently controlled. At the same time, the sensorless vector control inverter device detects the angular frequency of the rotor by converging the estimated d-axis induced voltage value to zero, and the difference between the detected angular frequency and the angular frequency command value is a predetermined value. An inverter device for sensorless vector control, characterized in that when it exceeds, it is determined that the rotation is abnormal.
【請求項2】 前記判定に代えて、前記角周波数指令値
から計算したq軸誘起電圧と、q軸電圧方程式から計算
したq軸誘起電圧との差が所定値を超えた場合に、回転
異常と判定することを特徴とする請求項1記載のセンサ
レスベクトル制御用インバータ装置。
2. When the difference between the q-axis induced voltage calculated from the angular frequency command value and the q-axis induced voltage calculated from the q-axis voltage equation exceeds a predetermined value instead of the determination, abnormal rotation occurs. The sensorless vector control inverter device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記回転異常の判定がされた場合には、
前記永久磁石モータへの電流を停止することを特徴とす
る請求項1又は2に記載のセンサレスベクトル制御用イ
ンバータ装置。
3. When the rotation abnormality is determined,
The sensorless vector control inverter device according to claim 1 or 2, wherein the current to the permanent magnet motor is stopped.
【請求項4】 前記d軸誘起電圧推定値は、前記永久磁
石モータの電流実測値に基づいて計算したd軸電流及び
q軸電流と、d軸電圧指令値と、角周波数推定値と、モ
ータ回路定数とから求めることを特徴とする請求項1な
いし3の何れかに記載のセンサレスベクトル制御用イン
バータ装置。
4. The estimated value of the d-axis induced voltage is the d-axis current and the q-axis current calculated based on the measured current value of the permanent magnet motor, the d-axis voltage command value, the angular frequency estimated value, and the motor. The sensorless vector control inverter device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inverter device is obtained from a circuit constant.
【請求項5】 d軸誘起電圧推定値をゼロに収束させる
ことには、前記d軸誘起電圧推定値を比例積分演算器で
演算した出力を更に別の比例積分演算器に入力し、その
演算出力をq軸電流指令値として与える手段を含むこと
を特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載のセンサ
レスベクトル制御用インバータ装置。
5. The d-axis induced voltage estimated value is converged to zero by inputting the output obtained by calculating the d-axis induced voltage estimated value by a proportional-plus-integral calculator to another proportional-plus-integral calculator. 5. The sensorless vector control inverter device according to claim 1, further comprising means for giving an output as a q-axis current command value.
【請求項6】 前記永久磁石モータは、ファン駆動用モ
ータであることを特徴とする請求項1ないし5の何れか
に記載のセンサレスベクトル制御用インバータ装置。
6. The sensorless vector control inverter device according to claim 1, wherein the permanent magnet motor is a fan driving motor.
【請求項7】 前記永久磁石モータと該モータを駆動す
るインバータ装置とを備えた回転駆動装置であって、前
記インバータ装置は請求項1ないし5の何れかに記載の
センサレスベクトル制御用インバータ装置からなること
を特徴とする回転駆動装置。
7. A rotation drive device comprising the permanent magnet motor and an inverter device for driving the motor, wherein the inverter device is the inverter device for sensorless vector control according to any one of claims 1 to 5. A rotary drive device characterized by the following.
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