JP2005171843A - Fan control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の巻線電流を検出してファン駆動用電動機をベクトル制御するファン制御装置に関する。 The present invention relates to a fan control device that detects a winding current of an electric motor and performs vector control of the electric motor for driving the fan.
空気調和機の室外ファンは、これを駆動していないときでも、屋外の風によって勝手に回転してしまう。この室外ファンの逆回転時、駆動電動機の回転状態を検出するためにホール素子を用いて永久磁石でなるロータの位置や回転数を検出しながら、電動機を停止させるような通電を行うことにより、電動機を一旦停止させた後、起動制御を実行するものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Even when the outdoor fan of the air conditioner is not driven, the outdoor fan rotates freely by the outdoor wind. By performing energization to stop the motor while detecting the position and rotation speed of the rotor made of a permanent magnet using a Hall element to detect the rotation state of the drive motor during the reverse rotation of this outdoor fan, There has been proposed one in which activation control is executed after the electric motor is temporarily stopped (see, for example, Patent Document 1).
一方、近年の電動機駆動においては、回転数を検出するホール素子などのセンサをなくし、部品点数を削減して部品故障による信頼性低下を抑制すると共に、コストダウンを図る方式が採用されてきている。この方式は、例えば、冷凍サイクルを構成する電動機駆動装置に適用した場合、2相分又は3相分の巻線に流れる電流を検出し、その電流値から回転数を算出すると同時に、ロータの位置をも推定して駆動するベクトル制御を採用したものである(例えば、特許文献2参照。)。
周知の如く、空気調和機の圧縮機駆動用電動機は回転方向が一方向で、かつ、屋外の風によって逆回転することがないため、電動機の巻線に流れる電流検出値に基づいての起動制御は比較的容易である。しかしながら、電動機巻線に流れる電流検出値から回転数を算出する構成では、屋外の風によって回転している電動機の位置検出が難しいため、ロータを停止させるべくロータ位置に対応した制動トルクをかけるための通電ができず、仮に、適当な通電を行うと電動機が脱調し、インバータを構成するスイッチング素子に過電流が流れて異常停止し、結局は正常な起動ができないという問題があった。また、ファンが低速回転しているときは、その回転数を正確に読み取ることができないため、起動制御ができ難いという問題もあった。 As is well known, the compressor driving motor of an air conditioner has a single direction of rotation and does not reversely rotate due to outdoor wind, so start-up control based on the detected current value flowing in the motor windings Is relatively easy. However, in the configuration in which the number of revolutions is calculated from the detected current value flowing in the motor winding, it is difficult to detect the position of the motor rotating by the outdoor wind, so that a braking torque corresponding to the rotor position is applied to stop the rotor. However, if appropriate energization is performed, the motor will step out, and an overcurrent will flow through the switching elements constituting the inverter, resulting in an abnormal stop, eventually failing to start normally. In addition, when the fan is rotating at a low speed, the number of rotations cannot be accurately read.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ファンを駆動する電動機の巻線電流の検出値に基づいてロータ位置を推定して速度制御するに当たり、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることのできるファン制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to estimate the rotor position based on the detected value of the winding current of the motor driving the fan and perform speed control before starting. Another object of the present invention is to provide a fan control device that can be reliably started even when the fan is rotating by an external force.
請求項1に係る発明は、直流を交流に変換してファン駆動用電動機に供給する電力変換部と、電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、推定された電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、起動前に電力変換部を起動させてロータ速度推定演算手段に電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、起動前に推定された電動機の回転数が所定の低速範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数及び電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、を備えたファン制御装置である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a power converter that converts direct current into alternating current and supplies the fan drive motor, current detection means for detecting a winding current of the motor, and a torque component of a voltage command value supplied to the motor. And a rotor speed estimation calculating means for estimating the rotation speed of the motor based on the excitation component and the detected winding current, and a voltage command so that the estimated rotation speed of the motor matches a preset target rotation speed. A waveform for generating a drive waveform signal for driving the power conversion unit based on the torque component and excitation component of the voltage command value, and the estimated rotation speed of the motor A generating means, a power converter before starting and a rotor speed estimating calculating means for estimating the rotational speed of the electric motor, and a rotational speed of the electric motor estimated before starting is a predetermined value. When in the speed range, this low speed range is divided into a plurality of sections, and at each section, at least one of the excitation component of the target rotation speed and voltage command value is set to a specific value at start-up and start control is executed. And a fan control device.
請求項5に係る発明は、直流を交流に変換してファン駆動用電動機に供給する電力変換部と、電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、推定された電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、起動前に電力変換部を起動させてロータ速度推定演算手段に電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、起動前に推定された電動機の回転数が所定の低速範囲にあり、かつ、回転が逆転方向で回転数が低速範囲の下限部に属するとき、電動機の回転数を0に近づける減速制御を含むように、目標回転数及び電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、を備えたファン制御装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a power converter that converts direct current into alternating current and supplies the fan drive motor, current detection means for detecting a winding current of the motor, and a torque component of a voltage command value supplied to the motor. And a rotor speed estimation calculating means for estimating the rotation speed of the motor based on the excitation component and the detected winding current, and a voltage command so that the estimated rotation speed of the motor matches a preset target rotation speed. A waveform for generating a drive waveform signal for driving the power conversion unit based on the torque component and excitation component of the voltage command value, and the estimated rotation speed of the motor A generating means, a power converter before starting and a rotor speed estimating calculating means for estimating the rotational speed of the electric motor, and a rotational speed of the electric motor estimated before starting is a predetermined value. When the rotational speed is in the reverse direction and the rotational speed belongs to the lower limit of the low speed range, the excitation component of the target rotational speed and voltage command value is included so as to include deceleration control that brings the rotational speed of the motor closer to zero. A fan control device comprising start control means for executing start control by setting at least one of them to a specific value at the time of start.
本発明は、上記のように構成したことにより、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることのできるファン制御装置が提供される。 According to the present invention configured as described above, a fan control device that can be reliably started even when the fan is rotated by an external force before the start is provided.
以下、本発明を図面に示す好適な実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the drawings.
図1は本発明を適用する空気調和機(以下、単に空調機ともいう)の室外機の主要部の構成を示す横断面図である。同図において、空調機の室外機1は、その正面(図面の下方から上方)から見て、左側部と後背部に室外熱交換器2が略直角に曲げて配置され、右側部に圧縮機3が配置されており、室外熱交換器2の内側にファン4Fをファン駆動電動機4Mが駆動する室外ファン4が装着され、A及びB矢印方向から外気を吸い込みC矢印方向に吐き出させることによって室外熱交換器2の熱交換を促進する構成になっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of an outdoor unit of an air conditioner (hereinafter also simply referred to as an air conditioner) to which the present invention is applied. In the figure, an outdoor unit 1 of an air conditioner is arranged with an
図2はこの室外ファン4を制御するファン制御装置の実施例1の構成を部分的にブロックで示した回路図である。このファン制御装置は、主に、インバータ主回路10とモータ制御部20Aとで構成されている。このうち、インバータ主回路10は、直流電源部11の正側及び負側の出力端子間に平滑コンデンサ12と電力変換部13とが並列に接続されている。電力変換部13は還流用のダイオードが逆並列接続された6個のスイッチング素子を3相ブリッジ接続したものでなり、正側のスイッチング素子と負側のスイッチング素子との相互接続点、すなわち、3相交流電圧の出力端にファン駆動電動機4Mの相巻線が接続されている。また、直流電源部11の負側と電力変換部13の3相分の負側アームとの間にそれぞれ抵抗14,15,16が接続され、さらに、平滑コンデンサ12に直流電圧検出部17が並列に接続されており、抵抗14,15,16に電圧として発生する電流検出値と、直流電圧検出部17によって検出される直流の電圧検出値とに基づいて、モータ制御部20Aが電力変換部13を構成するスイッチング素子をオン、オフ制御するようになっている。
FIG. 2 is a circuit diagram partially showing in block form the configuration of the first embodiment of the fan control device for controlling the
次に、モータ制御部20Aの詳細な構成について説明する。このモータ制御部20Aは、ロータの推定回転数ωestに基づいて、起動停止の指令を出力したり、時間の経過に従って大きさの異なる目標回転数ωref2を出力したりする目標回転数設定部21を備えている。この目標回転数設定部21に目標回転数選択部22が接続されている。目標回転数選択部22には外部からの目標回転数ωref1と、目標回転数設定部21の起動停止指令又は起動制御の目標回転数ωref2とが加えられ、このうち、起動制御時に目標回転数ωref2を選択して出力し、通常制御時に目標回転数ωref1を出力する機能と、後述する回転数検出指令Xが与えられたとき、その出力動作を一時的に停止する機能とを備えている。この目標回転数選択部22には、その出力を被減算入力とし、ロータの推定回転数ωestを減算入力とする減算器23が接続されている。なお、目標回転数設定部21及び目標回転数選択部22が本発明の起動制御手段を構成している。
Next, a detailed configuration of the motor control unit 20A will be described. The motor control unit 20A includes a target rotation
一方、抵抗14,15,16によってそれぞれ電圧に変換された電流検出値と、後述する電動機のロータ推定位置θestとに基づいて、ロータ軸上の座標に換算されたトルク成分電流Iqと励磁成分電流Idとを演算する電流検出部24を備えている。この電流検出部24にロータ速度推定演算部25が接続されている。ロータ速度推定演算部25は、直流電圧検出部17で検出された直流電圧と、電流検出部24で演算されたトルク成分電流Iq及び励磁成分電流Idと、後述する電圧指令値のd軸成分Vd及びq軸成分Vqとに基づいてロータの推定回転数ωest1を演算するものである。
On the other hand, torque component current Iq and excitation component current converted into coordinates on the rotor shaft based on current detection values converted into voltages by
このロータ速度推定演算部25の出力経路に、その推定回転数ωest1がある所定範囲(例えば、−100rpm〜+60rpm)に入った場合、それ以前の回転数から現在の回転数を推定して推定回転数ωest2を出力するロータ速度推定制御部27と、推定回転数ωest1がある値以下の範囲で、ロータ速度推定演算部25の推定回転数ωest1の代わりにロータ速度推定制御部27の推定回転数ωest2を選択してこれを現在の推定回転数ωestとして出力する速度選択部26とが接続されている。速度選択部26から出力される推定回転数ωestは前述した目標回転数設定部21、減算器23に加えられる。また、速度選択部26の出力経路に積分部28が接続されている。積分部28は推定回転数ωestを積分し、電動機のロータ推定位置θestとして電流検出部24及び波形合成部35に加えるものである。
When the estimated rotational speed ωest1 enters a predetermined range (for example, −100 rpm to +60 rpm) in the output path of the rotor speed
減算器23の出力端には、その出力、すなわち、目標回転数ωrefと推定回転数ωestとの差分を比例、積分することによってトルク成分電流の目標値Iqrefを出力するPI制御部29が接続されている。PI制御部29にはその出力を被減算入力、トルク成分電流Iqを減算入力とする減算器30が接続され、さらに、トルク成分電流の目標値Iqrefを励磁成分電流の目標値Idrefに変換する演算部31が接続されている。演算部31にはその出力を被減算入力、励磁成分電流の目標値Idrefを減算入力とする減算器32が接続されている。
Connected to the output terminal of the
減算器30にはPI制御部33が接続され、トルク成分電流の目標値Iqrefとトルク成分電流Iqとの差分を比例、積分演算することによって電圧指令値のq軸成分Vqが出力される。減算器32にはPI制御部34が接続され、電圧指令値の励磁成分電流の目標値Idrefと励磁成分電流Idとの差分を積分することによって電圧指令値のd軸成分Vdが出力される。そして、電圧指令値のq軸成分Vq及びd軸成分Vdと、前述した直流電圧検出部17の電圧検出値と、積分部28のロータ推定位置θestとが波形合成部35に加えられる。これらの入力に基づいて波形合成部35はファン駆動電動機4Mのステータ軸上の駆動電圧Vu,Vv,Vwを演算し、さらに、この駆動電圧に対応させて電力変換部13のスイッチング素子を駆動する駆動波形信号を生成するものである。
A
また、外力によって回転している室外ファン4の回転数を、起動制御を行う前に検出するために、短時間だけ回転数検出指令Xを出力する回転数検出指令部40を備えており、その回転数検出指令Xが目標回転数設定部21、目標回転数選択部22、速度選択部26及び波形合成部35に加えられる構成になっている。なお、回転数検出指令Xが加えられたとき、目標回転数設定部21及び目標回転数選択部22はその出力動作を停止し、速度選択部26はロータ速度推定演算部25から出力される推定回転数ωest1をそのまま推定回転数ωestとして出力し、波形合成部35は予め設定された電圧指令値のd軸成分Vd及びq軸成分Vqを用いて、ロータ速度推定演算部25がファン駆動電動機4Mの回転数を推定するのに必要な電流を電力変換部13に流すことになる。この回転数検出指令部40を含めた各機能が本発明の起動前速度推定手段に対応している。
Further, in order to detect the rotational speed of the
上記のように構成された実施例1の動作について以下に説明するが、以下の説明においては、ファン駆動電動機4Mの回転方向が正規の方向、例えば、正面から見て時計回りの場合に回転数を+と表し、逆転方向、例えば、正面から見て半時計回りの場合に−と表す。また、回転方向が+の向きにトルク電流を発生させる場合のトルク電流Iqを+と表し、逆転方向のトルクを発生させる電流を−と表す。さらに、ファン駆動電動機4Mの励磁を強める励磁電流Idを+と表し、弱める励磁電流を−と表すこととする。
The operation of the first embodiment configured as described above will be described below. In the following description, when the rotation direction of the
図2に示した実施例1は、制御動作として、最初にファン駆動電動機4Mの回転数を検出する起動前制御を行い、続いて、ファン駆動電動機4Mを正規の回転方向で、所定の回転数まで上昇させる起動制御を実行し、この所定の回転数から通常制御に移行するが、理解を容易にするために、始めに通常制御について説明する。
In the first embodiment shown in FIG. 2, as a control operation, first, the pre-startup control for detecting the rotation speed of the
インバータ主回路10において、直流電源部11から供給された電圧が平滑コンデンサ12で平滑されて電力変換部13に供給される。電力変換部13はモータ制御部20Aによって駆動され、直流を3相交流に変換してファン駆動電動機4Mに供給する。このとき、電力変換部13に供給される電圧が直流電圧検出部17によって検出され、ファン駆動電動機4Mの巻線電流が抵抗14,15,16を介して流れ、電流に対応する電圧が電流検出部24に加えられる。電流検出部24は、ロータ推定位置θestに応じて、3相分の電流をロータ軸上の座標で表されるトルク成分電流Iqと励磁成分電流Idとに変換して出力する。
In the inverter main circuit 10, the voltage supplied from the DC
このとき、モータ制御部20Aにおいては、外部から加えられる目標回転数ωref1が目標回転数選択部22によって選択され、目標回転数ωrefとして減算器23に加えられる。そして、減算器23によって目標回転数ωrefとフィードバック信号としての推定回転数ωestとの差分が演算される。続いて、この差分がPI制御部29によって比例、積分演算されてトルク成分電流の目標値Iqrefとして出力される。このトルク成分電流の目標値Iqrefは演算部31に入力され、ここで係数を乗算する等、所定の演算が行われ、励磁成分電流の目標値Idrefに変換される。
At this time, in the motor controller 20A, the target rotational speed ωref1 applied from the outside is selected by the target
次に、減算器30によってトルク成分電流の目標値Iqrefとトルク成分電流Iqとの差分が演算され、この差分がPI制御部33で比例、積分演算されて電圧指令値のq軸成分Vqとして出力される。また、減算器32によって励磁成分電流の目標値Idrefと励磁成分電流Idとの差分が演算され、この差分がPI制御部34で比例、積分演算されて電圧指令値のd軸成分Vdとして出力される。そして、これらq軸成分Vq及びd軸成分Vdがロータ速度推定演算部25及び波形合成部35に加えられる。
Next, the
波形合成部35においては電圧指令値のq軸成分Vq、d軸成分Vd、ロータ推定位置θest及び直流電圧Vdcに基づいて電動機4のステータ軸上の駆動電圧Vu,Vv,Vwを演算し、さらに、この駆動電圧に対応させて電力変換部3のスイッチング素子を駆動する駆動波形信号を生成する。
The
ここで、ロータ速度推定演算部25は電動機の巻線電流から電動機の回路方程式により電動機の推定回転数ωest1を演算する。この場合、電動機の回路方程式は次式で表される。
Here, the rotor speed
Vd=(R+PLd)×Id−ω×Lq×Iq …(1)
Vq=ω×Ld×Id+(R+PLq)×Iq+ω×φ …(2)
ただし、
P :微分演算子
R :巻線抵抗
Ld:d軸インダクタンス
Lq:q軸インダクタンス
ω :回転数
φ :誘起電圧係数
である。
Vd = (R + PLd) × Id−ω × Lq × Iq (1)
Vq = ω × Ld × Id + (R + PLq) × Iq + ω × φ (2)
However,
P: differential operator R: winding resistance Ld: d-axis inductance Lq: q-axis inductance ω: rotational speed φ: induced voltage coefficient.
速度選択部26はロータ速度推定演算部25による電動機の推定回転数ωest1を推定回転数ωestとして選択して減算器23及び積分部28に加える。積分部28はこの推定回転数ωestを積分することによって、電動機のロータ推定位置θestとして出力し、電流検出部24及び波形合成部35に加える。
The
以上、通常制御について説明したが、これらの制御に先だって行われるファン駆動電動機4Mの回転数を検出する起動前制御について以下に説明する。ロータ速度推定演算部25はロータの座標上における回路方程式、すなわち、励磁用の(1)式及びトルク発生用の(2)式を用いてωest1を推定したが、回転数ωが小さいとき、(1)式の右辺第2項、(2)式の右辺第1項と第3項の値は小さくなる。電動機の巻線抵抗はそれ自体の損失となるため、効率を高くするためにできるだけ小さく設計される。また、励磁成分電流Idは電動機の駆動に直接寄与しないので、効率を向上させるために小さな値となるように制御される。さらに、トルク成分電流Iqは電動機のトルクを発生する電流であり、電動機の回転数が低いときはその負荷も小さいので小さな値となる。特に、起動時の回転数検出ではトルクが0の状態で制御するので、トルク成分電流Iqは0になる。
The normal control has been described above, but the pre-startup control for detecting the rotational speed of the
一方、電流検出部24の誤差には、検出値に比例した成分(増幅回路のゲイン誤差等)と、検出値に依存しない成分(オフセット電圧等)とがあり、電流値が小さいと固定分のために相対的な誤差は大きくなる。
On the other hand, the error of the
実施例1では電流値から回転数ωを推定しているので、電流値の誤差が大きくなればなるほど回転数の誤差も大きくなる。そのため、起動時の回転数検出において、回転数が低い場合は回転数を精度よく検出できなかった。また、ロータの位置θは回転数ωに基づいて推定するため、ロータの推定位置にも大きな誤差が発生する。ベクトル制御ではロータの位置に対応した電圧を印加して電動機を回転させているため、ロータ位置の推定誤差が大きくなると、電動機を円滑にできなくなってしまう。 In the first embodiment, since the rotational speed ω is estimated from the current value, the larger the current value error, the larger the rotational speed error. For this reason, in the rotation speed detection at the time of activation, the rotation speed cannot be accurately detected when the rotation speed is low. Further, since the rotor position θ is estimated based on the rotational speed ω, a large error also occurs in the estimated position of the rotor. In the vector control, the motor is rotated by applying a voltage corresponding to the position of the rotor. Therefore, if the estimation error of the rotor position increases, the motor cannot be smoothly performed.
そこで、本実施例では回転数検出指令部40を設け、ファン駆動電動機4Mの回転自体に影響を及ぼさない程度の短期間だけ、回転数検出指令Xを出力して目標回転数設定部21、目標回転数選択部22、波形合成部35及び速度選択部26に加える。このとき、目標回転数設定部21及び目標回転数選択部22はその動作を停止し、速度選択部26はロータ速度推定演算部25の推定回転数ωest1をそのまま現在の推定回転数ωestとして積分部28に加え、波形合成部35は予め定めた電圧指令値のq軸成分Vq、d軸成分Vdに対応する通電波形を生成して電力変換部13を駆動する。これによって、抵抗14,15,16にファン駆動電動機4Mの回転に応じた電流が流れ、電流検出部24はロータ軸上の座標に換算されたトルク成分電流Iqと励磁成分電流Idを演算する。ロータ速度推定演算部25はこれらの電流値と電圧指令値のq軸成分Vq、d軸成分Vdとに基づいてロータ速度を推定して推定回転数ωest1を出力する。従って、回転数検出指令部40が回転数指令Xを出力することによって、起動制御前の回転数検出が行われる。
Therefore, in the present embodiment, the rotation speed
次に、起動前の回転数に応じた起動制御について説明する。目標回転数設定部21は外風による回転数が次の(a)〜(f)のいずれの範囲にあるかを判定する。
Next, activation control according to the rotation speed before activation will be described. The target rotational
(a)+400rpm以上
(b)+200rpm〜+400rpm
(c)+80rpm〜+200rpm
(d)−100〜+80rpm
(e)−400〜−100rpm
(f)−400rpm以下
目標回転数設定部21はこの判定結果に従って、起動停止の指令を出力したり、時間の経過に従って大きさが所定の割合で増大する目標回転数ωref2を出力したりする、以下、(a)〜(f)のそれぞれの場合における目標回転数設定部21の動作について、図3に示した図表をも参照して以下に説明する。
(A) +400 rpm or more (b) +200 rpm to +400 rpm
(C) +80 rpm to +200 rpm
(D) -100 to +80 rpm
(E) -400 to -100 rpm
(F) −400 rpm or less The target rotational
(a)又は(f)の場合:外風による影響が大き過ぎてファン駆動電動機4Mの制御ができないため、起動禁止の指令を出力する。そして、一定時間を経過した後に、回転数検出指令部40に回転数検出指令を出力する。回転数の絶対値が400rpm以下に降下したことが確認された場合には下記の制御を実行する。
In the case of (a) or (f): Since the influence of the external wind is too great to control the
(b)の場合:回転数が+200rpm以上であることの信号を目標回転数選択部22に加える。これに応じて、目標回転数選択部22は外部からの目標回転数ωref1を選択して目標回転数ωrefとして出力する。従って、特別な起動制御を行うことなく通常制御に移行する。
In the case of (b): A signal indicating that the rotational speed is +200 rpm or more is added to the target rotational
(c)の場合:検出した回転数が正規の方向で、通常制御に移行するには小さめであるため、検出された回転数を基準として所定の割合で+200rpmまで増加するような目標回転数ωref2を出力し、+200rpmまで到達したとき、回転数が+200rpm以上であることの信号を目標回転数選択部22に加える。これに応じて、目標回転数選択部22は始めに目標回転数ωref2を目標回転数ωrefとして出力し、回転数が+200rpm以上であることの信号が加えられたとき、外部からの目標回転数ωref1を選択して目標回転数ωrefとして出力する。従って、回転数が+200rpmに到達した段階で起動制御は停止されて通常制御に移行する。
In the case of (c): Since the detected rotational speed is in a normal direction and is too small to shift to normal control, the target rotational speed ωref2 increases to +200 rpm at a predetermined rate on the basis of the detected rotational speed. Is output, and when it reaches +200 rpm, a signal indicating that the rotational speed is +200 rpm or more is added to the target rotational
(d)の場合:0rpmを内部に含み、超低速で回転している。この状態では外力も弱いため、停止又はそれに近い回転数に制御してからその回転数を増大させることによって異常停止することがなくなる。そこで、目標回転数設定部21は基準回転数として目標回転数ωref2を1秒間だけ0rpmに固定し、その後、所定の割合で+200rpmまで増加するような目標回転数ωref2を出力し、+200rpmまで到達したとき、回転数が+200rpm以上であることの信号を目標回転数選択部22に加えて、(c)と同様にして通常制御に移行する。
In the case of (d): 0 rpm is included inside, and it rotates at an ultra-low speed. In this state, the external force is also weak, so that the abnormal stop does not occur by increasing the rotation speed after stopping or controlling the rotation speed close thereto. Therefore, the target rotational
(e)の場合:検出された回転数が(d)の場合よりも低い値にあるとき、検出した回転数を基準にして所定の割合で+200rpmまで増加するような目標回転数ωref2を出力し、+200rpmまで到達したとき、回転数が+200rpm以上であることの信号を目標回転数選択部22に加えて(c)と同様にして通常制御に移行する。
In the case of (e): When the detected rotational speed is lower than that in the case of (d), the target rotational speed ωref2 that increases up to +200 rpm at a predetermined rate on the basis of the detected rotational speed is output. When +200 rpm is reached, a signal indicating that the rotational speed is +200 rpm or more is added to the target rotational
ところで、上記(e)の制御において、逆回転中の電動機の速度を徐々に0に近づけて0の状態にし、その後に正規の方向に回転させてその回転数を増大する場合、回転数が0の近傍でロータ速度推定演算部25から出力される推定回転数ωest1が不安定になる。そのために、起動前制御を終了した段階で、速度選択部26が正常な動作をするように復帰させる。この結果、図4(a)に示すように、回転数ωが−100rpmから+60rpmになるまで、ロータ速度推定制御部27がそれ以前の回転数ω(<−100rpm)の時間変化率に基づいて次の時点での回転数ωを推定し、推定回転数ωest2を出力する。速度選択部26はこれらの回転数範囲で推定回転数ωest1の代わりに推定回転数ωest2を推定回転数ωestとして出力する。この間、PI制御部29から出力されるトルク成分電流の目標値Iqrefは一定に保たれる。
By the way, in the control of (e) above, when the speed of the reversely rotating electric motor is gradually brought close to 0 to 0 and then rotated in the normal direction to increase the rotational speed, the rotational speed is 0. The estimated rotational speed ωest1 output from the rotor speed
なお、起動前の回転数が(c)(d)(e)のいずれかの範囲にある場合、回転数の検出値が+200rpmになった時点で通常制御に移行したが、その代わりにトルク電流成分Iqが+200rpmに対応する一定値に到達した段階で通常制御に移行するようにしても、上述したと同様な制御をすることができる。 When the rotational speed before startup is in any of the ranges (c), (d), and (e), the control shifts to normal control when the detected rotational speed value reaches +200 rpm, but instead torque current Even if the control shifts to the normal control when the component Iq reaches a constant value corresponding to +200 rpm, the same control as described above can be performed.
かくして、実施例1によれば、起動前に推定されたファン駆動電動機4Mの回転数が所定の低速範囲、すなわち、−400rpm〜+200rpmの範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行するので、ファンを駆動する電動機の巻線電流の検出値に基づいてロータ位置を推定して速度制御するに当たり、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることができる。
Thus, according to the first embodiment, when the rotation speed of the
図5は本発明に係るファン制御装置の実施例2の構成を部分的にブロックで示した回路図である。図中、実施例1を示す図2と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したモータ制御部20Bは、ロータ速度推定演算部25又はロータ速度推定制御部27で推定されて速度選択部26から出力された電動機の推定回転数ωestが所定の範囲、例えば、−100rpm〜+60rpm又は−60rpm〜+60の範囲で、励磁成分電流の補正値ΔIdrefを出力する励磁補正制御部36と、この励磁補正制御部36から出力される励磁成分電流の補正値ΔIdrefを演算部31の出力に加えて減算器32の被減算入力とする加算器37と、ロータ速度推定演算部25による推定回転数ωest1の誤差が大きいとき、すなわち、速度選択部26がロータ速度推定制御部27の推定回転数ωest2を選択しているとき、PI制御部29から出力されていたそれ以前のトルク成分電流の目標値Iqref1の変化状態から現在のトルク成分電流の目標値Iqrefを推定しトルク電流成分の設定値Iqref2を出力するトルク成分電流目標値設定部39と、速度選択部26がロータ速度推定制御部27の出力を選択した場合、PI制御部29のトルク成分電流の目標値Iqref1の代わりにトルク成分電流目標値設定部39のトルク成分電流の目標値Iqref2を選択してこれを現在のトルク成分電流の目標値Iqrefとして減算器30の被減算入力として加えるトルク成分電流目標値選択部38とを備えた点が実施例1と構成を異にし、これ以外は実施例1と同一に構成されている。
FIG. 5 is a circuit diagram partially showing in block form the configuration of
上記のように構成された実施例2の動作について、特に、実施例1と構成を異にする点を中心にして、図6及び図7をも参照して以下に説明する。前述した如く、励磁成分電流Idは電動機の駆動に直接寄与しないので、効率を向上させるために小さな値となるように制御される。この実施例2では、起動前制御によって推定された電動機の回転数が前述した(d)の範囲にあるとき、+60rpmに到達するまで、励磁補正制御部36を動作させて励磁成分電流の補正値ΔIdrefを演算部31の出力に加算して電圧指令値のd軸成分Vdを大きくし、さらに、起動前制御によって推定された電動機の回転数が前述した(e)の範囲にあるとき、−60rpm〜+60rpmの範囲で、励磁補正制御部36を動作させて励磁成分電流の補正値ΔIdrefを演算部31の出力に加算して電圧指令値のd軸成分Vdを大きくする。図5はこれらの制御を加えた図3に対応する図表であり、図7はこのd軸成分Vdの増大分を(c)に示した図4に対応する線図である。この場合、励磁成分電流の補正値ΔIdrefは−100rpmから−60rpmまでt1時間に亘り一定の変化率で増大させ、さらに、+60rpmから+80rpmまでt2時間に亘り一定の変化率で減少させて制御の安定性を確保する。これによって、0回転を含む正、逆両方の低速回転範囲で安定に制御することができる。
The operation of the second embodiment configured as described above will be described below with reference to FIGS. 6 and 7, particularly focusing on differences from the first embodiment. As described above, since the excitation component current Id does not directly contribute to the driving of the electric motor, it is controlled to be a small value in order to improve the efficiency. In the second embodiment, when the rotation speed of the motor estimated by the pre-startup control is in the range of (d) described above, the excitation
一方、トルク成分電流目標値設定部39はPI制御部29から出力される現在のトルク成分電流の目標値Iqref1を監視し、その結果に基づいてそれ以降のトルク成分電流の目標値Iqrefを推定しトルク電流成分の設定値Iqref2を出力する。トルク成分電流目標値選択部38は、速度選択部26が、ロータ速度推定制御部27の推定回転数ωest2を選択して推定回転数ωestとして出力している場合、PI制御部29が出力しているトルク成分電流の目標値Iqref1の代わりに、トルク成分電流目標値設定部39のトルク成分電流の設定値Iqref2を選択してこれを現在のトルク成分電流の目標値Iqrefとして減算器30に加え、さらに、速度選択部26がロータ速度推定演算部25の推定回転数ωest1を選択したとき、トルク成分電流目標値設定部39のトルク電流成分の設定値Iqref2の選択を停止すると共に、PI制御部29のトルク電流成分の目標値Iqref1を選択してトルク電流成分の目標値Iqrefとして出力する。
On the other hand, the torque component current target
これにより、トルク電流成分の目標値Iqrefが安定し、発生トルクの変動を抑えることができるので、推定回転数ωestに推定回転数ωest2を使用した場合の精度を高め、電動機を安定して制御することができる。また、電動機の回転方向が正規の方向になるまで、できるだけ大きなトルク成分電流を設定することができるので、電動機の回転数を短時間で目標回転数ωrefに到達させることができるという効果も得られる。 As a result, the target value Iqref of the torque current component is stabilized and fluctuations in the generated torque can be suppressed. Therefore, the accuracy when the estimated rotational speed ωest2 is used as the estimated rotational speed ωest is improved, and the motor is stably controlled. be able to. Further, since the torque component current as large as possible can be set until the rotation direction of the motor becomes a normal direction, the effect that the rotation speed of the motor can reach the target rotation speed ωref in a short time can also be obtained. .
かくして、実施例2によれば、起動前に推定されたファン駆動電動機4Mの回転数が所定の低速範囲、すなわち、−400rpm〜+200rpmの範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に目標回転数を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行するので、ファンを駆動する電動機の巻線電流の検出値に基づいてロータ位置を推定して速度制御するに当たり、起動前に外力によってファンが回転している場合でも確実に起動させることができる。また、励磁補正制御部36を付加したことにより、0回転を含む正、逆両方の低速回転数でより安定に制御することができ、さらに、トルク成分電流目標値選択部38及びトルク成分電流目標値設定部39を付加したことにより、電動機の回転数を短時間で目標回転数ωrefに到達させることができるという効果も得られる。
Thus, according to the second embodiment, when the rotation speed of the
なお、上記の各実施例では電力変換部13の各負側アームと直列に抵抗を接続して電動機の巻線に流れる電流を検出したが、この代わりに、例えば、平滑コンデンサ12と電力変換部13との間の1つの電流経路に抵抗を接続し、電力変換部13の各スイッチング素子をオン状態にするタイミングで両端電圧を測定することによって電動機の巻線に流れる電流を検出することもできる。
In each of the above embodiments, a resistor is connected in series with each negative arm of the
1 空気調和機の室外機
4 室外ファン
11 直流電源部
13 電力変換部
14,15,16 抵抗
17 直流電圧検出部17
20A,20B モータ制御部
21 目標回転数設定部
22 目標回転数選択部
24 電流検出部24
25 ロータ速度推定演算部
26 速度選択部
27 ロータ速度推定制御部
28 積分部
35 波形合成部
36 励磁補正制御部
38 トルク成分電流目標値選択部
39 トルク成分電流目標値設定部
40 回転数検出指令部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outdoor unit of an
20A, 20B
25 Rotor speed
Claims (5)
前記電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて前記電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
推定された前記電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、
前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて前記電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、
起動前に前記電力変換部を起動させて前記ロータ速度推定演算手段に前記電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、
起動前に推定された前記電動機の回転数が所定の低速範囲にあるとき、この低速範囲を複数の区間に分け、この区間毎に前記目標回転数及び前記電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、
を備えたファン制御装置。 A power converter that converts direct current to alternating current and supplies it to the fan drive motor;
Current detection means for detecting the winding current of the motor;
Rotor speed estimation calculation means for estimating the rotational speed of the motor based on the torque component and excitation component of the voltage command value supplied to the motor, and the detected winding current;
A calculation unit that calculates a torque component and an excitation component of the voltage command value so that the estimated rotation number of the electric motor matches a preset target rotation number;
Waveform generation means for generating a drive waveform signal for driving the power converter based on the torque component and the excitation component of the voltage command value and the estimated rotation speed of the motor;
Pre-starting speed estimation means for starting the power converter before starting and causing the rotor speed estimation calculating means to estimate the number of revolutions of the motor;
When the rotation speed of the motor estimated before starting is in a predetermined low speed range, the low speed range is divided into a plurality of sections, and at least one of the target rotation speed and the excitation component of the voltage command value is divided for each section. Start control means for setting a specific value at start and executing start control;
Fan control device with
前記電動機の巻線電流を検出する電流検出手段と、
前記電動機に供給する電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに検出された巻線電流に基づいて前記電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
推定された前記電動機の回転数が予め設定された目標回転数に一致するように前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を演算する演算部と、
前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分、並びに推定された電動機の回転数に基づいて前記電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、
起動前に前記電力変換部を起動させて前記ロータ速度推定演算手段に前記電動機の回転数の推定をさせる起動前速度推定手段と、
起動前に推定された前記電動機の回転数が所定の低速範囲にあり、かつ、回転が逆転方向で回転数が低速範囲の下限部に属するとき、前記電動機の回転数を0に近づける減速制御を含むように、前記目標回転数及び前記電圧指令値の励磁成分の少なくとも一方を起動時に特有の値に設定して起動制御を実行する起動制御手段と、
を備えたファン制御装置。 A power converter that converts direct current to alternating current and supplies it to the fan drive motor;
Current detection means for detecting the winding current of the motor;
Rotor speed estimation calculation means for estimating the rotational speed of the motor based on the torque component and excitation component of the voltage command value supplied to the motor, and the detected winding current;
A calculation unit that calculates a torque component and an excitation component of the voltage command value so that the estimated rotation number of the electric motor matches a preset target rotation number;
Waveform generation means for generating a drive waveform signal for driving the power converter based on the torque component and the excitation component of the voltage command value and the estimated rotation speed of the motor;
Pre-starting speed estimation means for starting the power converter before starting and causing the rotor speed estimation calculating means to estimate the number of revolutions of the motor;
When the rotational speed of the electric motor estimated before start-up is in a predetermined low speed range, and when the rotational speed is in the reverse direction and the rotational speed belongs to the lower limit part of the low speed range, deceleration control is performed to bring the rotational speed of the motor close to zero. A starting control means for setting the at least one of the target rotational speed and the excitation component of the voltage command value to a specific value at the time of starting to execute the starting control,
Fan control device with
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