JP2010022184A - Apparatus and method for controlling plural pmsms (permanent magnet synchronous motor) - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のＰＭＳＭ（Permanent Ｍagnet Ｓynchronous Ｍotor＝永久磁石同期電動機）の制御装置および制御方法に関し、詳しくは単一のインバータにより複数のＰＭＳＭを運転する時に、最小限の電流センサの利用によって複数のＰＭＳＭの同期状態を検知して、乱調および脱調を防止するようにしたＰＭＳＭの制御装置および制御方法に関するものである。 The present invention relates to a control apparatus and a control method for a plurality of PMSMs (Permanent Magnet Synchronous Motors), and more specifically, when a plurality of PMSMs are operated by a single inverter, a plurality of PMSMs are used by using a minimum current sensor. The present invention relates to a PMSM control device and a control method for detecting the synchronization state of PMSMs to prevent turbulence and step-out.
並列運転するＰＭＳＭに何らかの原因で乱調現象が発生し、ついには脱調して同期を外れてまうとインバータ制御が難しくなるという問題点がある。 There is a problem that a turbulence phenomenon occurs in PMSMs operating in parallel for some reason, and finally it becomes difficult to control the inverter if it goes out of synchronization and goes out of synchronization.
このような現象を防止するためには複数のＰＭＳＭの同期状態を監視して、乱調または脱調発生時に並列運転の対象となるＰＭＳＭの電気的な回転角度が一致するようにしなければならない。このような場合に並列運転の対象となるＰＭＳＭの同期状態を監視する方法にはいくつかの方法がある。
以下図１および図２を参照して、１台のインバータで複数台のＰＭＳＭの並列運転時の同期状態を監視するための従来の装置および方法を説明する。
In order to prevent such a phenomenon, it is necessary to monitor the synchronization state of a plurality of PMSMs so that the electrical rotation angles of the PMSMs to be subjected to parallel operation coincide with each other when turbulence or step-out occurs. In such a case, there are several methods for monitoring the synchronization state of PMSMs that are targets of parallel operation.
Hereinafter, a conventional apparatus and method for monitoring the synchronization state of a plurality of PMSMs in parallel operation with one inverter will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図１は従来の複数のＰＭＳＭを制御する制御装置の１例を示す概略的な構成図であって、複数のＰＭＳＭの制御装置は常用交流電源（１０）、コンバータ部（２０）、キャパシター（３０）、インバータ部（４０）、制御部（５０）および位置センサ部（６０／６１，６２，・・・６０＋Ｎ）にて構成されており、このような制御装置は複数のＰＭＳＭ（Ｍ1〜ＭN）に接続している。
位置センサ部（６０）は複数の位置センサ（６１〜６０＋Ｎ）で構成され、各位置センサは各ＰＭＳＭ毎に接続して、各ＰＭＳＭの運転状態を監視している。この時、位置センサとしてはホール（Ｈａｌｌ）センサまたは光センサを利用して、ＰＭＳＭ毎に各３個のホールセンサまたは光センサが使用され、ロータの位置を検知することによって同期状態を監視するようにしている。
このような従来技術によると、複数のＰＭＳＭの同期状態を監視するために各ＰＭＳＭ毎に３個づつのホールセンサまたは光センサが必要となるため、インバータと各ＰＭＳＭ間にセンサケーブルを接続しなければならないので構造が複雑となる。また、センサケーブルの長さにより生ずる影響によって信頼性が低下するという問題点も発生する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional control device for controlling a plurality of PMSMs. The control devices for a plurality of PMSMs are a common AC power source (10), a converter unit (20), a capacitor (30 ), An inverter unit (40), a control unit (50), and a position sensor unit (60/61, 62,... 60 + N), and such a control device includes a plurality of PMSMs (M 1 to M N ) is connected.
The position sensor unit (60) includes a plurality of position sensors (61 to 60 + N), and each position sensor is connected to each PMSM to monitor the operating state of each PMSM. At this time, a Hall sensor or an optical sensor is used as the position sensor, and three Hall sensors or optical sensors are used for each PMSM, and the synchronization state is monitored by detecting the position of the rotor. I have to.
According to such a conventional technique, three Hall sensors or optical sensors are required for each PMSM in order to monitor the synchronization state of a plurality of PMSMs, and therefore a sensor cable must be connected between the inverter and each PMSM. The structure becomes complicated because it must be done. Moreover, the problem that reliability falls by the influence which arises with the length of a sensor cable also generate | occur | produces.
図２は従来技術の他の例による複数のＰＭＳＭの制御装置の概略的な構成図を示すものであって、複数のＰＭＳＭの制御装置は位置センサにかえて電流センサ（７０）を使う方式のものである。
複数のＰＭＳＭの制御装置は常用交流電源（１０）、コンバータ部（２０）、キャパシター（３０）、インバータ部（４０）、制御部（５０）および電流センサ（７０／７１，７２，・・・７０＋Ｎ）にて構成される。インバータ部（４０）より分岐した出力ラインは各ＰＭＳＭ（Ｍ1，Ｍ2，・・・ＭN）に接続し、各出力ライン毎に電流センサ（７１，７２，・・・７０＋Ｎ）を設置して、該電流センサによりインバータ部（４０）から各ＰＭＳＭに供給される出力電流の波形をそれぞれ検知することで複数のＰＭＳＭの同期状態を監視するようにしている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a plurality of PMSM control devices according to another example of the prior art. The plurality of PMSM control devices use a current sensor (70) instead of a position sensor. Is.
A plurality of PMSM control devices include a common AC power source (10), a converter unit (20), a capacitor (30), an inverter unit (40), a control unit (50), and a current sensor (70/71, 72, ... 70 + N). ). The output line branched from the inverter section (40) is connected to each PMSM (M 1 , M 2 ,... M N ), and a current sensor (71, 72,... 70 + N) is installed for each output line. Thus, by detecting the waveform of the output current supplied from the inverter unit (40) to each PMSM by the current sensor, the synchronization state of a plurality of PMSMs is monitored.
この方式では、各ＰＭＳＭの３相、すなわちＵ相、Ｖ相およびＷ相の各電流を検知しなければならないため、各ＰＭＳＭへの３相の出力ラインそれぞれに電流センサを設置しなければならない。その結果、Ｎ個のＰＭＳＭ運転時、３×Ｎ台の電流センサが必要となって多くの費用が必要となる。
また、電流センサの数に相当するアナログ／デジタル変換用ポートも必要となるので、ＰＭＳＭの個数が増加すればするほど構造が非常に複雑となり実現が不可能な場合も生ずることとなる。
In addition, since analog / digital conversion ports corresponding to the number of current sensors are required, the structure becomes very complex and impossible to implement as the number of PMSMs increases.
本発明は前記したような従来の問題点を克服するものであって、本発明が解決しようとする課題は、複数のＰＭＳＭの運転時に、１台のインバータによる効率的な方式で複数のＰＭＳＭの同期状態を監視するようにした制御装置および制御方法を提供することにある。 The present invention overcomes the conventional problems as described above, and the problem to be solved by the present invention is that when a plurality of PMSMs are operated, a plurality of PMSMs can be efficiently operated by a single inverter. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method that monitor a synchronization state.
本発明は、複数のＰＭＳＭの制御装置として、常用交流電源を直流電源に整流するコンバータ部；該コンバータ部から出力する直流電源を平滑にする平滑回路部；該平滑回路部から出力する直流電源を３相交流電源に変換するインバータ部；該インバータ部より複数のＰＭＳＭに供給する３相交流電源のうち選択された相互に異なる相間の出力電流の合成を検知する電流センサ；および該電流センサの検知結果により前記インバータ部の駆動を制御する制御部を含む複数のＰＭＳＭの制御装置とその制御方法にある。 The present invention provides, as a plurality of PMSM control devices, a converter unit that rectifies a common AC power source into a DC power source; a smoothing circuit unit that smoothes a DC power source output from the converter unit; a DC power source output from the smoothing circuit unit An inverter unit for converting to a three-phase AC power source; a current sensor for detecting a synthesis of output currents between different phases selected from among the three-phase AC power sources supplied to the plurality of PMSMs from the inverter unit; and detection of the current sensor As a result, a plurality of PMSM control devices including a control unit for controlling driving of the inverter unit and a control method thereof are provided.
前記複数のＰＭＳＭは２台または３台単位でグループ化し、前記電流センサは該グループ内の各ＰＭＳＭに接続する出力ライン中の各１相または２相の出力ラインにそれぞれ接続し、且つ該電流センサを接続した各出力ラインは相互に異なる相であることを特徴とする。 The plurality of PMSMs are grouped in units of two or three units, and the current sensor is connected to each one-phase or two-phase output line in an output line connected to each PMSM in the group, and the current sensor The output lines connected to each other are characterized by being in mutually different phases.
先づ複数のＰＭＳＭが２台の単位でグループ化されている場合、電流センサは該グループ内の第１のＰＭＳＭに接続した出力ラインの２相と第２のＰＭＳＭに接続した出力ラインの１相に接続するものであり、該電流センサの接続された各出力ラインは相互に異なる相であることを特徴とする。 When a plurality of PMSMs are grouped in units of two, the current sensor has two phases of output lines connected to the first PMSM and one phase of output lines connected to the second PMSM in the group. The output lines connected to the current sensor are in different phases from each other.
また、複数のＰＭＳＭが２台単位でグループ化された第１グループと、３台単位でグループ化された第２グループとにて構成される場合、第１グループの電流センサは該第１グループ内の第１のＰＭＳＭに接続した出力ラインの２相と第２のＰＭＳＭに接続した出力ラインの１相に接続し、且つ第２グループの電流センサは該第２グループ内の各ＰＭＳＭに接続した出力ライン中の１相の出力ラインにそれぞれ接続し、前記の第１グループと第２グループの各電流センサを接続した出力ラインは各グループ内にて相互に異なる相であることを特徴とする。 In addition, when a plurality of PMSMs are configured by a first group that is grouped in units of two and a second group that is grouped in units of three, the current sensors of the first group are included in the first group. The output of the second group of current sensors is connected to each of the PMSMs in the second group, and the second group of current sensors is connected to each of the PMSMs in the second group. The output lines connected to the one-phase output lines in the line and connected to the current sensors of the first group and the second group are different phases in each group.
前記電流センサは単一の電流センサであり、該単一の電流センサは各ＰＭＳＭに接続した出力ラインの１相または２相の出力ラインに接続し、且つ該単一の電流センサに接続する出力ラインは同じ本数の第１相あるいは第３相の出力ラインにて構成されることを特徴とする。 The current sensor is a single current sensor, and the single current sensor is connected to one or two phase output lines of output lines connected to each PMSM, and an output connected to the single current sensor. The line is composed of the same number of first-phase or third-phase output lines.
制御部は前記電流センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換させるアナログ／デジタル変換部；および該アナログ／デジタル変換部の出力信号により前記複数のＰＭＳＭの同期状態を判断する同期判断部を含むものである。 The control unit includes an analog / digital conversion unit that converts an analog signal output from the current sensor into a digital signal; and a synchronization determination unit that determines a synchronization state of the plurality of PMSMs based on an output signal of the analog / digital conversion unit. It is a waste.
本発明の他の実施例は、複数のＰＭＳＭの制御方法であって、３相交流電源を前記複数のＰＭＳＭに供給する段階；それぞれのＰＭＳＭに供給出力される３相交流電源のうちより選択された相互に異なる相間の出力電流の合成を電流センサを利用して検知する段階；該電流センサの出力値により該複数のＰＭＳＭの同期状態を判断する段階；およびその判断の結果、同期から離脱した場合には前記複数のＰＭＳＭの同期化を遂行する段階及び電源遮断を含む複数のＰＭＳＭの制御方法を提供するものである。 Another embodiment of the present invention is a method for controlling a plurality of PMSMs, the step of supplying a three-phase AC power source to the plurality of PMSMs; selected from among the three-phase AC power sources supplied to and output from each PMSM. Detecting a combination of output currents between different phases using a current sensor; determining a synchronization state of the plurality of PMSMs based on an output value of the current sensor; In some cases, a method for controlling a plurality of PMSMs including a step of performing synchronization of the plurality of PMSMs and a power shutdown is provided.
本発明は、インバータ部からそれぞれのＰＭＳＭに供給する３相交流の零相電流を検知することによって、複数のＰＭＳＭの同期状態を監視することができるという効果を生ずる。 The present invention produces an effect that the synchronization state of a plurality of PMSMs can be monitored by detecting a zero-phase current of a three-phase alternating current supplied to each PMSM from the inverter unit.
従来方式に較べて電流センサの数を減らすことを可能としたことで製造コストを大幅に節減することができるという効果を生ずる。 Since the number of current sensors can be reduced as compared with the conventional method, the manufacturing cost can be greatly reduced.
また、ＰＭＳＭの同期状態を簡単な方式で監視することができ、しかも位置センサを利用する場合に必要であったセンサケーブルを省略することができることによって装置の信頼性が格段に向上するという効果を生ずる。 In addition, the PMSM synchronization state can be monitored by a simple method, and the sensor cable that is necessary when using the position sensor can be omitted, thereby greatly improving the reliability of the apparatus. Arise.
本発明は、複数のＰＭＳＭの制御装置および制御方法に関するものであって、常用交流電源を直流電源に整流するコンバータ部と、コンバータ部から出力される直流電圧を平滑にする平滑回路部と、該平滑回路部から出力される直流電源を３相交流電源に変換するインバータ部と、該インバータ部からそれぞれのＰＭＳＭに供給出力される３相交流電源のうちより選択された各々のインバータの相の出力電流の合成を検知する電流センサおよび電流センサの検知結果によりインバータ部の駆動を制御する制御部を含む複数のＰＭＳＭの制御装置および制御方法にある。 The present invention relates to a plurality of PMSM control devices and control methods, and includes a converter unit that rectifies a normal AC power source into a DC power source, a smoothing circuit unit that smoothes a DC voltage output from the converter unit, Output of the phase of each inverter selected from an inverter unit that converts a DC power source output from the smoothing circuit unit to a three-phase AC power source, and a three-phase AC power source that is output from the inverter unit to each PMSM There are a plurality of PMSM control devices and control methods including a current sensor that detects a combination of currents and a control unit that controls driving of the inverter unit based on the detection result of the current sensor.
以下添付図面に基づいて、本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
図３は本発明の制御装置の第１実施例を示す概略的な構成図であって、複数のＰＭＳＭの制御装置はコンバータ部（２００）、平滑回路部（３００）、インバータ部（４００）、制御部（５００）および電流センサ（６００）とからなり、コンバータ部（２００）は常用交流電源（１００）に接続して、インバータ部（４００）には複数のＰＭＳＭ（７００）を接続する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the control device of the present invention. The plurality of PMSM control devices include a converter unit (200), a smoothing circuit unit (300), an inverter unit (400), It consists of a control unit (500) and a current sensor (600). The converter unit (200) is connected to a common AC power source (100), and the inverter unit (400) is connected to a plurality of PMSMs (700).
コンバータ部（２００）は常用交流電源（１００）に接続し、常用交流電源（１００）から供給される交流電源を直流電源に変換するもので、該コンバータ部（２００）はブリッジダイオードにて構成することができる。
平滑回路部（３００）はコンバータ部（２００）の出力部に接続するキャパシタにて構成され、コンバータ部（２００）から出力される直流電源を平滑にして出力する。
インバータ部（４００）は平滑回路部（３００）から出力される直流電源を３相交流電源に変換するもので、該インバータ部（４００）は複数のスイッチング素子にて構成され、平滑回路部（３００）より出力される平滑な直流電源を３相交流電源に変換する。
The converter unit (200) is connected to the common AC power source (100), and converts the AC power supplied from the common AC power source (100) into a DC power source. The converter unit (200) is configured by a bridge diode. be able to.
The smoothing circuit unit (300) is composed of a capacitor connected to the output unit of the converter unit (200), and smoothes and outputs the DC power output from the converter unit (200).
The inverter unit (400) converts a DC power output from the smoothing circuit unit (300) into a three-phase AC power source. The inverter unit (400) is configured by a plurality of switching elements, and the smoothing circuit unit (300 ) To convert the smooth DC power output from the output into a three-phase AC power.
各ＰＭＳＭに供給される３相交流電源の出力電流の合成値は交流条件により０であり、複数のＰＭＳＭの同期が一致するときは並列運転するそれぞれのＰＭＳＭの３相間の出力電流の合計もやはり０となる。
その条件としては各ＰＭＳＭの負荷は略等しく、各相の電流も等しいこと、即ち
ＬU1≒ＬU2≒ＬU3・・・・・ 、ＬV1≒ＬV2≒ＬV3・・・・・ 、ＬW1≒ＬW2≒ＬW3・・・・・
となる場合が以下に説明する方式で零相電流が発生する条件となる。
The combined value of the output currents of the three-phase AC power supplies supplied to each PMSM is 0 depending on the AC conditions, and when the synchronization of a plurality of PMSMs coincides, the total output current between the three phases of each PMSM that operates in parallel is also used. 0.
The condition is that the load of each PMSM is substantially equal, and the current of each phase is also equal.
L U1 ≒ L U2 ≒ L U3 ..., L V1 ≒ L V2 ≒ L V3 ..., L W1 ≒ L W2 ≒ L W3 ...
This is a condition for generating a zero-phase current by the method described below.
したがって、この原理を利用して、電流センサ（６００）はインバータ部（４００）から出力され、それぞれのＰＭＳＭに供給される３相交流電流で選択された相互に異なる相の出力電流の合計を検知するようにしたのである。このように、各別ＰＭＳＭにて選択された相互に異なる相の３相間の出力電流の合計を電流センサ（６００）を利用して検知することによって、各ＰＭＳＭの同期状態を把握するのである。 Therefore, using this principle, the current sensor (600) detects the sum of output currents of different phases selected from the three-phase alternating currents output from the inverter unit (400) and supplied to each PMSM. I tried to do that. In this way, the total state of the output currents among the three different phases selected by the different PMSMs is detected by using the current sensor (600) to grasp the synchronization state of each PMSM.
制御部（５００）は電流センサ（６００）の出力部に接続して、前記した電流センサ（６００）の検知結果より複数のＰＭＳＭの同期状態を判断し、インバータ部（４００）の駆動を制御する。制御部（５００）は電流センサ（６００）より出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換させるアナログ／デジタル変換部（５１０）と、アナログ／デジタル変換部（５１０）より出力される出力信号により複数のＰＭＳＭの同期状態を判断する同期判断部（５３０）を含むものである。 The control unit (500) is connected to the output unit of the current sensor (600), determines the synchronization state of the plurality of PMSMs based on the detection result of the current sensor (600), and controls the drive of the inverter unit (400). . The control unit (500) converts an analog signal output from the current sensor (600) into a digital signal, and a plurality of output signals output from the analog / digital conversion unit (510). A synchronization determination unit (530) for determining the synchronization state of the PMSM is included.
図３に示された複数のＰＭＳＭの制御装置の構成をより詳細に説明すると、Ｎ台のＰＭＳＭ（７００：Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3 〜 ＭN）は３台単位でグループ化する。 第１グループは３台のＰＭＳＭ（Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3）で構成されて、それ以外の記載されていない各グループも第１グループと同じように３台のＰＭＳＭにて構成する。 The configuration of a plurality of PMSM control devices shown in FIG. 3 will be described in more detail. N PMSMs (700: M 1 , M 2 , M 3 to M N ) are grouped in units of three. The first group is composed of three PMSMs (M 1 , M 2 , M 3 ), and other groups not described are also composed of three PMSMs in the same manner as the first group.
インバータ部（４００）から出力される３相交流電流をＮ台のＰＭＳＭに供給するため、Ｎ台用の出力ライン（Ｌ1〜ＬN）がインバータ部（４００）で分岐されてＮ台それぞれのＰＭＳＭに接続する。この際、各出力ラインは３相すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力電流をＰＭＳＭに供給するために３相出力ラインにて構成する。例をあげれば、第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）に接続する第１出力ラインは３本の出力ラインすなわち第１Ｕ相出力ライン（ＬU1）、第１Ｖ相出力ライン（ＬV1）および第１Ｗ相出力ライン（ＬW1）にて構成するのである。 In order to supply the three-phase AC current output from the inverter unit (400) to the N PMSMs, the output lines (L 1 to L N ) for N units are branched by the inverter unit (400) to Connect to PMSM. At this time, each output line is constituted by a three-phase output line in order to supply three-phase, that is, U-phase, V-phase, and W-phase output currents to the PMSM. For example, the first output line connected to the first PMSM (M 1 ) has three output lines, namely a first U-phase output line (L U1 ), a first V-phase output line (L V1 ), and a first W-phase. The output line (L W1 ) is used.
電流センサ（６００）と出力ライン間の接続関係は、第１電流センサ（ＣＴ1）は、第１から第３のＰＭＳＭ（Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3）の同期状態を検知するために、第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）のＵ相出力電流と、第２のＰＭＳＭ（Ｍ2）のＶ相出力電流および第３のＰＭＳＭ（Ｍ3）のＷ相出力電流の合成を検知する。
第１電流センサ（ＣＴ1）には、第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）に接続した第１出力ライン中の第１Ｕ相出力ライン（ＬU1）と、第２のＰＭＳＭ（Ｍ2）に接続した第２出力ライン中の第２Ｖ相出力ライン（ＬV2）および第３のＰＭＳＭ（Ｍ3）に接続した第３出力ライン中の第３Ｗ相出力ライン（ＬW3）を接続する。図示してない他の電流センサ（・ ・ ・ＣＴN））も第１電流センサ（ＣＴ1）と同じ形態で設置するのである。
The connection relationship between the current sensor (600) and the output line is that the first current sensor (CT 1 ) detects the synchronization state of the first to third PMSMs (M 1 , M 2 , M 3 ). A combination of the U-phase output current of the first PMSM (M 1 ), the V-phase output current of the second PMSM (M 2 ), and the W-phase output current of the third PMSM (M 3 ) is detected.
The first current sensor (CT 1 ) is connected to the first U-phase output line (L U1 ) in the first output line connected to the first PMSM (M 1 ) and the second PMSM (M 2 ). The second V-phase output line (L V2 ) in the second output line and the third W-phase output line (L W3 ) in the third output line connected to the third PMSM (M 3 ) are connected. Other current sensors (···· CT N ) not shown are also installed in the same form as the first current sensor (CT 1 ).
なお、以上の内容は説明の理解のために例示したものであって、各電流センサと出力ライン間の接続関係はこの例に限定されるものではなく、多様な形態で形成することができる。すなわち、各電流センサは各グループ内の各ＰＭＳＭに接続した出力ライン中いずれか一つの相の出力ラインに各々接続して、各電流センサを接続した各出力ラインは相互に異なる相であるように配置することさえできれば電流センサと出力ライン間の接続関係は多様に形成することができる。
前記の実施例通りに構成すれば、ＰＭＳＭがＮ個時、全体のモータグループはＮ／３個になって、電流センサはモータグループの個数と同一にＮ／３個にて構成される。電流センサの個数を減らすことによってコストの軽減は勿論のこと、構造をより単純化することができることとなる。構造が単純となることによって製品の信頼性も向上することができることとなる。
In addition, the above content was illustrated for understanding of description, and the connection relationship between each current sensor and the output line is not limited to this example, and can be formed in various forms. That is, each current sensor is connected to one of the output lines connected to each PMSM in each group, and each output line connected to each current sensor is in a different phase. As long as it can be arranged, the connection relationship between the current sensor and the output line can be variously formed.
According to the above-described embodiment, when there are N PMSMs, the total number of motor groups is N / 3, and the number of current sensors is N / 3, which is the same as the number of motor groups. By reducing the number of current sensors, not only the cost can be reduced, but also the structure can be simplified. By simplifying the structure, the reliability of the product can be improved.
図４は複数のＰＭＳＭの制御装置の他の実施例の概略的な構成図を示すもので、 図４に示す実施例は図３に示した実施例と比較して、グループ内のＰＭＳＭの台数と電流センサの接続関係とが異なっているものであるが、その他の構成は同じなので、以下では異なる構成部分を中心にして説明する。 FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of another embodiment of a plurality of PMSM control devices, and the embodiment shown in FIG. 4 is different from the embodiment shown in FIG. 3 in the number of PMSMs in the group. The connection relationship between the current sensor and the current sensor is different, but the other configurations are the same, so the following description will focus on the different components.
先づＮ台のＰＭＳＭ（７００：Ｍ1、Ｍ2 〜 ＭN）を２台単位でグループ化する。 第１グループは第１および第２のＰＭＳＭ（Ｍ1、Ｍ2）にて構成され、図示してない残りの各グループも同様に２台のＰＭＳＭにて構成する。 First, N PMSMs (700: M 1 , M 2 to M N ) are grouped in units of two. The first group is constituted by the first and second PMSMs (M 1 and M 2 ), and the remaining groups not shown are similarly constituted by two PMSMs.
インバータ部（４００）より出力される３相交流電源をＮ台のＰＭＳＭに供給するため、Ｎ台のＰＭＳＭ用の出力ライン（Ｌ1 〜 ＬN）がインバータ部（４００）で分岐されて各ＰＭＳＭに接続する。この際、各出力ラインは３相すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力電流をＰＭＳＭに供給するために３相出力ラインにて構成される。
電流センサ（６００）と出力ライン間の接続関係は、第１電流センサ（ＣＴ1）は第１および第２のＰＭＳＭ（Ｍ1、Ｍ2）の同期状態を検知するために、第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）のＵ相およびＶ相の出力電流と、第２のＰＭＳＭ（Ｍ2）のＷ相の出力電流に接続して、その合成を検知するようにする。
このため、第１電流センサ（ＣＴ1）には第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）に接続した第１出力ライン中の第１Ｕ相出力ライン（ＬU1）と、第１Ｖ相出力ライン（ＬV1）および第２のＰＭＳＭ（Ｍ2）に接続した第２出力ライン中の第２Ｗ相出力ライン（ＬW2）を接続する。図示されてない残りの各電流センサも第１電流センサ（ＣＴ1）と同様の形態にて接続する。
In order to supply the three-phase AC power output from the inverter unit (400) to N PMSMs, N PMSM output lines (L 1 to L N ) are branched by the inverter unit (400). Connect to. At this time, each output line is constituted by a three-phase output line in order to supply three-phase, that is, U-phase, V-phase, and W-phase output currents to the PMSM.
The connection relationship between the current sensor (600) and the output line is that the first current sensor (CT 1 ) detects the synchronization state of the first and second PMSMs (M 1 , M 2 ), so that the first PMSM It is connected to the output current of the U-phase and V-phase of (M 1 ) and the output current of the W-phase of the second PMSM (M 2 ) to detect the combination.
Therefore, the first current sensor (CT 1 ) includes a first U-phase output line (L U1 ) in the first output line connected to the first PMSM (M 1 ) and a first V-phase output line (L V1 ). And a second W-phase output line (L W2 ) in the second output line connected to the second PMSM (M 2 ). The remaining current sensors (not shown) are also connected in the same manner as the first current sensor (CT 1 ).
なお、以上の内容は説明の理解のために例示したものであって、各電流センサと出力ライン間の接続関係はこの例に限定されるものではなく、多様な形態にて形成することができる。すなわち、各電流センサはグループ内の第１のＰＭＳＭに接続した出力ラインの中の２本と第２のＰＭＳＭに接続した出力ラインの中の１本に接続して、電流センサの接続した各出力ラインが相互に異なった相とする範疇内で電流センサと出力ライン間の接続関係を多様に変形することもできる。 In addition, the above content was illustrated for understanding of description, and the connection relationship between each current sensor and the output line is not limited to this example, and can be formed in various forms. . That is, each current sensor is connected to two of the output lines connected to the first PMSM in the group and one of the output lines connected to the second PMSM, and each output connected to the current sensor is connected. The connection relationship between the current sensor and the output line can be variously modified within the range in which the lines are in different phases.
この実施例通りに構成すれば、ＰＭＳＭがＮ台の時、全体のモータグループはＮ／２個になって、電流センサもモータグループの台数と同じＮ／２個にて構成することができる。 According to this embodiment, when there are N PMSMs, the total number of motor groups is N / 2, and the number of current sensors can be N / 2, which is the same as the number of motor groups.
前記した各実施例では複数のＰＭＳＭを２台または３台を単位としてグループ化し、電流センサを接続した後、各グループ内の複数のＰＭＳＭの同期状態を検知する方式を説明したが、さらに２台単位のグループと３台単位のグループを組み合わせた方式も可能である。その際、各グループと電流センサ間の接続関係は前記の実施例、つまり図３および図４に図示された実施例を利用することができる。すなわち、ＰＭＳＭを２台単位でグループ化した第１グループと３台単位でグループ化した第２グループの組合せで構成する。この際第１グループの電流センサは第１グループ内の第１のＰＭＳＭに接続した出力ライン中の２相と第２のＰＭＳＭに接続した出力ライン中の１相に接続し、第２グループの電流センサは第２グループ内の各ＰＭＳＭに接続した出力ライン中の１本の出力ラインに各々接続して、第１および第２グループの電流センサを接続した出力ラインが相互に異なる相を持つようにするのである。 In each of the above-described embodiments, a method has been described in which a plurality of PMSMs are grouped in units of two or three units, a current sensor is connected, and a synchronization state of a plurality of PMSMs in each group is detected. A method in which a unit group and a group of three units are combined is also possible. In this case, the connection relationship between each group and the current sensor can use the above-described embodiment, that is, the embodiment shown in FIGS. That is, the PMSM is composed of a combination of a first group grouped in units of two and a second group grouped in units of three. At this time, the current sensor of the first group is connected to two phases in the output line connected to the first PMSM in the first group and one phase in the output line connected to the second PMSM. The sensors are connected to one output line among the output lines connected to each PMSM in the second group so that the output lines connected to the current sensors of the first and second groups have different phases. To do.
図５は複数のＰＭＳＭの制御装置の他の実施例の概略的な構成図を示すものである。図５に示された複数のＰＭＳＭの制御装置の構成では、Ｎ台のＰＭＳＭ（７００：Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3 〜 ＭN）を単一の電流センサ（ＣＴ）に接続している。
インバータ部（４００）より出力される３相交流電源をＮ台のＰＭＳＭに供給するために、Ｎ台用の出力ライン（Ｌ1 〜 ＬN）がインバータ部（４００）で分岐されてＮ台の各ＰＭＳＭに接続する。この際、各出力ラインは３相すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相出力電流をＰＭＳＭに供給するために３相出力ラインにて構成する。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of another embodiment of a plurality of PMSM control devices. In the configuration of a plurality of PMSM control devices shown in FIG. 5, N PMSMs (700: M 1 , M 2 , M 3 to M N ) are connected to a single current sensor (CT).
In order to supply three PM AC power output from the inverter unit (400) to N PMSMs, N output lines (L 1 to L N ) are branched by the inverter unit (400) and Connect to each PMSM. At this time, each output line is constituted by a three-phase output line to supply three-phase, that is, U-phase, V-phase, and W-phase output currents to the PMSM.
電流センサ（６００）と出力ライン間の接続関係を説明すると、単一の電流センサ（ＣＴ）は、第１から第ＮのＰＭＳＭ（Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3、〜 ＭN）の同期状態を検知するために、第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）のＵ相出力電流と、第２のＰＭＳＭ（Ｍ2）のＶ相出力電流および第３のＰＭＳＭ（Ｍ3）のＷ相出力電流と、第Ｎ-2のＰＭＳＭ（ＭN-2）のＵ相出力電流と、第Ｎ-１のＰＭＳＭ（ＭN-1）のＶ相出力電流および第ＮのＰＭＳＭ（ＭN）のＷ相の出力電流のそれぞれの合成を検知する。仮にＮを６とするならば、単一の電流センサ（ＣＴ）には第１のＰＭＳＭ（Ｍ1）に接続した第１出力ライン中の第１Ｕ相出力ライン（ＬU1）、第２のＰＭＳＭ（Ｍ2）に接続した第２出力ライン中の第２Ｖ相出力ライン（ＬV2）、第３のＰＭＳＭ（Ｍ3）に接続した第３出力ライン中の第３Ｗ相出力ライン（ＬW3）、第４のＰＭＳＭ（Ｍ4）に接続した第４出力ライン中の第４Ｕ相出力ライン（ＬU4）、第５のＰＭＳＭ（Ｍ5）に接続した第５出力ライン中の第５Ｖ相出力ライン（ＬV5）および第６のＰＭＳＭ（Ｍ6）に接続した第６出力ライン中の第６Ｗ相出力ライン（ＬW6）を接続するのである。 To describe a current sensor (600) the connection relationship between the output lines, a single current sensor (CT) is of the first to N PMSM (M 1, M 2 , M 3, ~ M N) of the synchronous state To detect the U-phase output current of the first PMSM (M 1 ), the V-phase output current of the second PMSM (M 2 ), and the W-phase output current of the third PMSM (M 3 ), a U-phase output currents of the PMSM (M N-2) of the N -2, W phase of the output of the PMSM the V-phase output currents and the N of PMSM (M N-1) of the N -1 (M N) Detect each combination of currents. If N is 6, a single current sensor (CT) includes a first U-phase output line (L U1 ) in the first output line connected to the first PMSM (M 1 ), a second PMSM. A second V-phase output line (L V2 ) in the second output line connected to (M 2 ), a third W-phase output line (L W3 ) in the third output line connected to the third PMSM (M 3 ), A fourth U-phase output line (L U4 ) in the fourth output line connected to the fourth PMSM (M 4 ), and a fifth V-phase output line in the fifth output line connected to the fifth PMSM (M 5 ) ( The sixth W-phase output line (L W6 ) in the sixth output line connected to L V5 ) and the sixth PMSM (M 6 ) is connected.
なお、前記した内容は説明の理解のために例示したものであって、各電流センサと出力ライン間の接続関係はこの例に限定されるものではない。このほかの多様な形態にて形成することもできる。すなわち、単一の電流センサは各ＰＭＳＭに接続した出力ライン中の１相または２相の出力ラインに接続して、且つ該電流センサに接続する出力ラインは第１から第３相の出力ラインのそれぞれを各同数にすることで構成することができる。 In addition, the above-mentioned content was illustrated for understanding of description, and the connection relationship between each current sensor and the output line is not limited to this example. It can also be formed in various other forms. That is, a single current sensor is connected to one-phase or two-phase output line in an output line connected to each PMSM, and the output line connected to the current sensor is a first to third-phase output line. It can be configured by making each the same number.
図６は本発明の実施例による複数のＰＭＳＭの制御方法を表したフローチャートである。
図６では先づ、常用交流電源を直流電源に整流する過程を遂行する（Ｓ６１０）。次に直流電源を３相交流電源に変換（Ｓ６２０）した後、３相交流電源を複数のＰＭＳＭに供給出力する過程（Ｓ６３０）を遂行する。
それぞれのＰＭＳＭに供給される３相交流電源中より選択した相互に異なる相の出力電流の合成を電流センサを利用して検知するため、複数のＰＭＳＭに接続した出力ライン中の相互に異なるＵ相出力ライン、Ｖ相出力ラインおよびＷ相出力ラインを選択する過程を遂行する（Ｓ６４０）。
次いで、選択されたＵ相出力ライン、Ｖ相出力ラインおよびＷ相出力ラインに電流センサを接続する（Ｓ６５０）。
電流センサより出力される相互に異なる相の出力電流の合成を検知する過程を遂行する（Ｓ６６０）。
電流センサの出力値が０かどうかを判断（Ｓ６７０）し、０ならば電流センサに接続した複数のＰＭＳＭは同期が一致した状態なので、別途の同期化過程を進行しない。
もし電流センサの出力値が０でなければ、電流センサの出力値が許容誤差範囲以内に属するのか、許容誤差範囲をオーバーするのか判断する過程を遂行する（Ｓ６７５）。さらに、もし許容誤差範囲をオーバーして複数のＰＭＳＭが同期からはずれた脱調状態と判断されたときは複数のＰＭＳＭに供給される３相交流電源を遮断（Ｓ６８０）した後に、複数のＰＭＳＭを再起動することによって各ＰＭＳＭを同期化させる（Ｓ６９０）。
FIG. 6 is a flowchart showing a method for controlling a plurality of PMSMs according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 6, first, the process of rectifying the regular AC power source to the DC power source is performed (S610). Next, after converting the DC power source into a three-phase AC power source (S620), a process of supplying and outputting the three-phase AC power source to a plurality of PMSMs (S630) is performed.
In order to detect a combination of output currents of different phases selected from the three-phase AC power supplied to each PMSM using a current sensor, different U phases in output lines connected to a plurality of PMSMs A process of selecting an output line, a V-phase output line, and a W-phase output line is performed (S640).
Next, a current sensor is connected to the selected U-phase output line, V-phase output line, and W-phase output line (S650).
A process of detecting the synthesis of output currents of different phases output from the current sensor is performed (S660).
It is determined whether or not the output value of the current sensor is 0 (S670). If the output value is 0, a plurality of PMSMs connected to the current sensor are in synchronization with each other, and therefore, a separate synchronization process does not proceed.
If the output value of the current sensor is not 0, a process of determining whether the output value of the current sensor falls within the allowable error range or exceeds the allowable error range is performed (S675). Furthermore, if it is determined that the step-out state is out of synchronization because the allowable error range is exceeded, the three-phase AC power supplied to the plurality of PMSMs is shut off (S680), and then the plurality of PMSMs are turned off. Each PMSM is synchronized by restarting (S690).
図７は本発明の複数のＰＭＳＭの制御方法の他の実施例を示したフローチャートである。
図７は、それぞれのＰＭＳＭに供給される３相交流電源のうちで選択された相互に異なる相の出力電流の合成を電流センサを利用して検知するために、先づ複数のＰＭＳＭに接続した出力ライン中の相互に異なるＵ相出力ライン、Ｖ相出力ラインおよびＷ相出力ラインを選択する過程を遂行する（Ｓ７１０）。
次に、選択したＵ相出力ライン、Ｖ相出力ラインおよびＷ相出力ラインに電流センサを接続する（Ｓ７２０）。
電流センサにて出力ラインの相互に異なる相の出力電流の合成を検知する過程を遂行する（Ｓ７３０）。
電流センサの出力値が０かどうかを判断（Ｓ７４０）し、０ならば電流センサに接続した複数のＰＭＳＭは同期が一致した状態なので、別途の同期化過程を進行しない。
もし電流センサの出力値が０でなければ、電流センサの出力値が許容誤差範囲以内に属するのか、許容誤差範囲をオーバーするのか判断する過程を遂行する（Ｓ７５０）。さらに許容誤差範囲をオーバーして、ＰＭＳＭが同期からはずれて脱調した状態と判断されたときは複数のＰＭＳＭを低速で回転させながら各ＰＭＳＭを同期させる（Ｓ７６０）。この時の低速の範囲は停止も含めてＰＭＳＭの定格回転速度の１％以内であることを意味するものであるが、必ずしもこの値に限定されるものではない。
FIG. 7 is a flowchart showing another embodiment of the method for controlling a plurality of PMSMs of the present invention.
FIG. 7 shows a case where a combination of output currents of different phases selected from among the three-phase AC power supplies supplied to each PMSM is connected to a plurality of PMSMs in advance in order to detect a combination of output currents using current sensors. A process of selecting different U-phase output lines, V-phase output lines, and W-phase output lines in the output lines is performed (S710).
Next, a current sensor is connected to the selected U-phase output line, V-phase output line, and W-phase output line (S720).
A process of detecting the synthesis of output currents of different phases of the output lines by the current sensor is performed (S730).
It is determined whether or not the output value of the current sensor is 0 (S740). If the output value is 0, a plurality of PMSMs connected to the current sensor are in synchronization with each other, and therefore, a separate synchronization process does not proceed.
If the output value of the current sensor is not 0, a process of determining whether the output value of the current sensor falls within the allowable error range or exceeds the allowable error range is performed (S750). Further, when it is determined that the PMSM is out of synchronization and stepped out after exceeding the allowable error range, the PMSMs are synchronized while rotating at a low speed (S760). The low speed range at this time means that it is within 1% of the rated rotational speed of the PMSM including the stop, but is not necessarily limited to this value.
以上の説明は、本発明の複数のＰＭＳＭの制御装置および制御方法の代表的な実施例を示すものであって、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、特許請求範囲の技術的範囲において、本発明が属する技術分野の当業者による変更実施が容易に可能な範囲を当然に含むものである。 The above description shows typical embodiments of a plurality of PMSM control apparatuses and control methods of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments, and the technology of the claims It should be understood that the scope of the present invention includes a range that can be easily changed by those skilled in the art to which the present invention pertains.
本発明は、単一のインバータで運転する複数のＰＭＳＭの同期状態の監視を最小限の電流センサを用いて行うことで乱調および脱調を防止することができるＰＭＳＭの制御装置および制御方法として広く利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is widely used as a PMSM control device and control method capable of preventing turbulence and step-out by monitoring the synchronization state of a plurality of PMSMs operated by a single inverter using a minimum current sensor. Can be used.
１００は常用交流電源
２００はコンバータ部
３００は平滑回路部
４００はインバータ部
５００は制御部
５１０はアナログ／デジタル変換部
５３０は同期判断部
６００は電流センサ
７００はＰＭＳＭ（永久磁石同期電動機）
100 is a common
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