JP2010011638A - 永久磁石同期モータ駆動装置及びそれを用いたモータ駆動用モジュール及び冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
永久磁石同期モータの制御定数自動設定により高い制御性能を実現する。
【解決手段】
永久磁石同期モータと、直流電源に接続され永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段を備えたモータ駆動装置において、制御手段は、モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、電圧指令制御部は、モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を具備し、定数同定演算部において、補償値を用いてモータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1実施形態と第2実施形態のモータ駆動装置の構成図である。
(1)図7に示す電流指令波形のように、(t2)時点から(t3)時点までにおいて、dc軸電流指令値(Idc *)を0に設定して、電流指令値の偏差(Idc **−Idc *)を入力切替器30を経由して、積分器32bに入力し、モータ誘起電圧定数誤差ΔKeを出力する。ここで、qc軸電流指令値(Iqc *)は負荷トルクに対応した電流値が出力されていることを示している。
(2)加算器35で、誘起電圧定数の誤差ΔKeをモータ誘起電圧定数初期設定値ΔKe*0に加算して、ベクトル演算器42に使うモータ誘起電圧定数設定値Ke*を調整する。
(3)所定時間が経つ後((t3)時点)、積分器32bの出力を定数保存器33bに記憶して、モータ誘起電圧定数初期設定値Ke*0と加算し、モータ誘起電圧定数設定値Ke*を出力する。
(4)続いて、(t3)時点から(t4)時点まで、dc軸電流指令値(Idc *)を所定値Idc_at *に設定して、電流指令値の偏差(Idc **−Idc *)を入力切替器30を経由して、積分器32cに入力し、モータ仮想インダクタンス誤差ΔL*を出力する。なお、制御系の不安定を引き起こさないように、dc軸電流指令値(Idc *)を緩やかに変動させたほうが良い。
(5)加算器36で、モータ仮想インダクタンス誤差ΔL*をモータ仮想インダクタンスの初期値L**0に加算して、ベクトル演算器42に使うモータ仮想インダクタンス設定値L**を調整する。同時に、(数14)式に示すように、調整された仮想インダクタンス設定値を用いて、電流制御器39,40の制御ゲインなども調整すれば良い。
(7)同定精度をさらに向上する場合、(1)〜(6)の同定動作を数回繰り替えば良い。
本発明の第2実施形態のモータ制御装置の構成は、図1に示すものと同じである。ただし、制御器6内部のベクトル制御方法は異なる。
図12〜図15を用いて、第3実施形態を説明する。
本発明の第4実施形態と第3実施形態に相違する部分は、制御器6内部のベクトル制御である。
図16は、本発明の第5実施形態のモータ駆動装置用モジュール200の外観図であり、最終製品の一形態を示す。
図17は、本発明の第6実施形態の前記モータ駆動装置を用いた空気調和機や冷凍機などの冷凍装置の構成図である。
2 直流電源
3 インバータ
4 母線電流検出器
5 直流電圧検出器
6 制御器(制御手段)
10 速度制御器
11 d軸電流指令発生器
12 電圧指令制御器
13 モータ定数同定器
14 2軸3相変換器
15 速度&位相推定器
16 3相2軸変換器
17 電流再現演算器
18 PWM制御器
19,23,37,38,41,105 減算器
20 軸誤差演算器
21 速度推定器
22 位相演算器
30 入力切替器
31 同定制御部
32a,32b,32c,32d,32e 積分器
33a,33b,33c,33d,33e 定数保存器
34,35,36,43,44,103,104 加算器
39,40 電流制御器
42 ベクトル演算器
50 dc軸電流指令波形
51 qc軸電流指令波形
60 起動時のdc軸電流指令波形
61 起動時の第2のdc軸電流指令波形
62 起動時のqc軸電流指令波形
63 モータ巻線抵抗同定値
64 モータ巻線抵抗定数
65 モータ電流波形
66 モータ誘起電圧定数
67 誘起電圧定数同定値
68 モータ仮想インダクタンス定数
69 モータ仮想インダクタンス同定値
101 位置センサ
102 速度&位相演算器
200 モジュール
201 制御部基板
202 半導体素子(パワーモジュール)
300 冷凍装置
301,302 熱交換器
303,304 ファン
305 圧縮機
306 配管
307 モータ駆動装置
308 圧縮機用モータ
Ish 母線電流
Vu *,Vv *,Vw * 三相電圧指令値
Iu,Iv,Iw 三相モータ電流
θdc 制御軸の位相
Δθc 軸誤差
d,q モータ回転子軸
dc,qc 制御軸
do,qo モータ最大トルク軸
Idc,Iqc dc−qc軸電流検出値
Idc *,Iqc * dc−qc軸電流指令値
Idc **,Iqc ** 第2のdc−qc軸電流指令値
Vdc *,Vqc * dc−qc軸電圧指令値
ΔVdc,ΔVqc dc−qc軸電圧指令補償値
r モータ巻線抵抗
L* モータ仮想インダクタンス
Ld モータd軸インダクタンス
Lq モータq軸インダクタンス
Ke モータ誘起電圧定数
r* モータ巻線抵抗設定値
L** モータ仮想インダクタンス設定値
Ld * モータd軸インダクタンス設定値
Lq * モータq軸インダクタンス設定値
Ke* モータ誘起電圧定数設定値
r*0 モータ巻線抵抗初期設定値
L**0 モータ仮想インダクタンス初期設定値
Ld *0 モータd軸インダクタンス初期設定値
Lq *0 モータq軸インダクタンス初期設定値
Ke*0 モータ誘起電圧定数設定値
Δr モータ巻線抵抗誤差
ΔL* モータ仮想インダクタンス誤差
ΔLd モータd軸インダクタンス誤差
ΔLq モータq軸インダクタンス誤差
ΔKe モータ誘起電圧定数誤差
Idc_at * L*もしくはLd同定時の電流指令所定値
ωm モータ回転速度検出値もしくは推定値
ω1 * モータ回転速度指令値
Claims (15)
- 永久磁石同期モータと、直流電源に接続され前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段を備えたモータ駆動装置において、
前記制御手段は、
モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、
前記モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように前記永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、
前記電圧指令制御部は、前記モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を備え、
前記定数同定演算部において、前記補償値を用いて前記モータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1記載のモータ駆動装置において、
前記電圧指令制御部は、
前記モータ電流検出値と前記モータ電流指令値との偏差から演算した第2の電流指令値と、モータ回転数指令値もしくはモータ回転数検出値と、モータ定数設定値とを用いて、モータ電圧方程式より前記電圧指令値を算出し、
前記定数同定演算部は、前記第2の電流指令値と、前記モータ電流指令値又は前記モータ電流検出値との偏差から、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1記載のモータ駆動装置において、
前記電圧指令制御部は、
前記モータ電流指令値又は前記モータ電流検出値と、モータ回転数指令値又はモータ回転数検出値と、モータ定数設定値とを用いて、モータ電圧方程式より算出する電圧指令演算値と、
前記モータ電流指令値と前記モータ電流検出値との偏差から算出する電圧指令補償値と、の加算より前記電圧指令値を算出する構成であり、
前記定数同定演算部は、前記電圧指令補償値から、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項2に記載のモータ駆動装置において、
モータ起動前の所定時間に、モータ回転数指令値を0、d軸の電流指令値を所定値、q軸の電流指令値を0に設定し、
d軸の第2の電流指令値と前記d軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはd軸の電圧指令補償値から、モータ巻線抵抗設定値の誤差を演算して、モータ巻線抵抗設定値に加算することにより、モータ巻線抵抗と制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項2に記載のモータ駆動装置において、
前記モータが回転している状態の所定時間に、d軸の電流指令値を0に設定し、
d軸の第2の電流指令値と前記d軸の電流指令値もしくはd軸の電流検出値との偏差若しくはq軸の電圧指令補償値から、モータ誘起電圧定数設定値の誤差を演算し、モータ誘起電圧定数設定値に加算することにより、モータ誘起電圧定数と制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項2に記載のモータ駆動装置において、
前記電圧指令値と、前記モータ電流検出値もしくは前記モータ電流指令値と、モータ巻線抵抗設定値と、モータ仮想インダクタンス設定値とに基づいて、制御系軸とモータ最大トルク軸との軸誤差を演算し、前記軸誤差を0に制御する手段を備え、
前記モータが回転している状態において、モータ誘起電圧定数の同定終了後所定時間に、d軸の電流指令値を0以外の所定値に設定し、
d軸の第2の電流指令値と、前記d軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはq軸の電圧指令補償値と、から、モータ仮想インダクタンス設定値の誤差を演算し、モータ仮想インダクタンス設定値に加算することにより、モータ仮想インダクタンスと制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項2に記載のモータ駆動装置において、
前記モータ駆動装置は位置センサを有しており、
前記モータが回転している状態において、モータ誘起電圧定数の同定終了後所定時間に、d軸の電流指令値を0以外の所定値に設定し、
d軸の第2の電流指令値と前記d軸の電流指令値又はd軸の電流検出値との偏差若しくはq軸の電圧指令補償値から、モータ仮想インダクタンス設定値の誤差を演算し、モータ仮想インダクタンス設定値に加算することにより、モータd軸インダクタンスと制御定数とを同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項2に記載のモータ駆動装置において、
前記モータは駆動装置は位置センサを有しており、
前記モータが回転している状態において、
q軸の第2の電流指令値とq軸の電流指令値又はq軸の電流検出値との偏差若しくはd軸の電圧指令補償値から、モータq軸インダクタンス設定値の誤差を演算し、モータq軸インダクタンス設定値に加算することにより、モータq軸インダクタンスと制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載のモータ駆動装置において、
前記モータ定数と制御定数の同定を複数回繰り返すことを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載のモータ駆動装置において、
前記モータ定数と制御定数の同定演算に、積分器もしくは比例積分器を使用することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載のモータ駆動装置において、
前記モータ定数と制御定数の同定結果は、半導体メモリなど装置に記憶し、運転状況に応じて読み出して使用することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項5に記載のモータ駆動装置において、
前記モータが回転している状態において、モータ回転数指令値又はモータ回転数検出値と、モータ電流指令値又はモータ電流検出値と、いづれかの変動が所定値を超える場合に、モータ誘起電圧定数と、モータ仮想インダクタンスと、モータd軸インダクタンスと、モータq軸インダクタンスの定数について、少なくとも一つの同定を再実行することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項4に記載のモータ駆動装置において、
前記モータ定数の同定結果と、前記モータ定数の定格値、初期設定値又は事前設定値との偏差が所定値以上になる場合を、前記モータ制御装置が故障していると判定することを特徴とするモータ駆動装置。 - 永久磁石同期モータと、直流電源に接続され前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段と、を備えたモータ駆動用モジュールにおいて、
前記制御手段は、
モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、
前記モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように前記永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、
前記電圧指令制御部は、前記モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を備え、
前記定数同定演算部が、前記補償値を用いて前記モータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とするモータ駆動用モジュール。 - 永久磁石同期モータと、直流電源に接続され前記永久磁石同期モータを駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流もしくは直流側の母線電流からモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、モータ電流検出値を用いて前記永久磁石同期モータの回転数を制御する制御手段と、を備えたモータ駆動用モジュールにおいて、
前記制御手段は、
モータ定数設定値及び制御定数を調整する定数同定演算部と、
前記モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように前記永久磁石同期モータへ印加する電圧指令値を算出する電圧指令制御部を備え、
前記電圧指令制御部は、前記モータ電流検出値がモータ電流指令値に一致するように補償値を出力する電流制御部を備え、
前記定数同定演算部が、前記補償値を用いて前記モータ定数設定値の誤差を演算し、モータ定数と制御定数を同定することを特徴とする冷凍装置。
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