JP2010124584A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単相交流電源から三相モータを可変速で駆動できるモータ制御装置におけるモータの起動に関するものである。 The present invention relates to starting a motor in a motor control device capable of driving a three-phase motor at a variable speed from a single-phase AC power source.
従来、この種のモータ起動は起動不良を発生させないために位置決め処理後にモータ駆動を開始させる(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, since this type of motor activation does not cause a start-up failure, motor driving is started after positioning processing (see, for example, Patent Document 1).
図6は、上記特許文献1に記載された従来のモータ制御装置のブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of a conventional motor control device described in
図6に示すように、従来のモータ制御装置は、交流電源1と、交流電圧から直流電圧に変換する整流回路2と、整流回路の出力を平滑するためのコンデンサ4と、ブラシレス・センサレスDCモータ7と、複数個の半導体スイッチとダイオードをブリッジ結線し、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路3と、ロータの磁極位置を検出する位置検出手段13と、インバータ回路を駆動する転流手段14と、ブラシレス・センサレスDCモータを起動する起動手段15と、位置検出手段および起動手段などの信号を基に交流電源の通電制御、あるいはインバータ回路への通電制御を行い、ブラシレス・センサレスDCモータの運転あるいは回転数を制御する制御手段16から構成されている。
As shown in FIG. 6, a conventional motor control device includes an
以下、図7を参照しながら起動動作について説明を行う。 Hereinafter, the starting operation will be described with reference to FIG.
ブラシレス・センサレスDCモータを起動させる際、モータ制御装置へ通電開始されるとブラシレス・センサレスDCモータのY字結線された2相間に位置決め電流を通電後、更に該通電した2相間とは異なるY字結線された2相間に位置決め電流を通電して、モータ始動を行う。
しかしながら、前記従来の構成によるモータ起動では、インバータ回路に印加される電圧が変動するような場合、モータ起動に必要なトルクを得るために必要となる電圧未満においてモータ起動を行うことで起動不良を発生させるという課題を有していた。 However, when the voltage applied to the inverter circuit fluctuates in the motor start-up with the conventional configuration, the start-up failure is caused by starting the motor below the voltage required to obtain the torque required for motor start-up. It had the problem of generating.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータ回路に印加される電圧が変動する場合でも、インバータ回路に印加される電圧値や電源位相により起動タイミングを調整することで安定した起動を実現させるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and even when the voltage applied to the inverter circuit fluctuates, stable start-up can be achieved by adjusting the start-up timing according to the voltage value applied to the inverter circuit and the power supply phase. An object is to provide a motor control device to be realized.
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、単相交流電源からの交流電源出力を双方向に電流制御を行うことができる双方向スイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるインバータ主回路と、前記インバータ主回路のスイッチング素子のオン、オフ制御を行う駆動制御部と、前記駆動制御部により前記モータを停止状態から駆動させる起動部を備えたモータ制御装置において、前記インバータ主回路に印加される電圧値を検出する電圧検出部と交流電源位相を演算する位相演算部の少なくとも一方と、前記電圧検出部からの検出値、前記位相演算部から演算値の少なくとも一方の検出結果を用いて前記起動部により前記モータを起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部を備えたものであ
る。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the motor control device of the present invention includes a bidirectional switching element capable of bidirectionally controlling an AC power supply output from a single-phase AC power supply, and directly switches bidirectionally. The inverter main circuit that drives the motor by the AC output of the variable voltage / variable frequency obtained in this way, the drive control unit that performs on / off control of the switching element of the inverter main circuit, and the motor is stopped by the drive control unit In a motor control device including an activation unit that is driven from a state, at least one of a voltage detection unit that detects a voltage value applied to the inverter main circuit, a phase calculation unit that calculates an AC power supply phase, and the voltage detection unit Detection value of at least one of the detection value of the phase calculation unit and the detection result of the phase calculation unit. Those having a start timing determination unit for determining a ring.
これによりインバータ主回路へ変動する電圧が印加されるモータ制御装置において電圧不足、トルク異常による起動不良の発生を抑制することができる。 As a result, in the motor control device to which a varying voltage is applied to the inverter main circuit, it is possible to suppress the occurrence of starting failure due to voltage shortage and torque abnormality.
本発明のモータ制御装置は、交流電源を直接インバータ主回路へ入力する場合であっても電圧不足、トルク異常による起動不良の発生を抑制することができる。 The motor control device of the present invention can suppress the occurrence of starting failure due to voltage shortage and torque abnormality even when AC power is directly input to the inverter main circuit.
第1の発明は、単相交流電源と、該交流電源出力を双方向に電流制御を行うことができる双方向スイッチング素子を備え、直接双方向にスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータを駆動させるインバータ主回路と、前記インバータ主回路と前記単相交流電源間に設置されるフィルタ部と、前記インバータ主回路のスイッチング素子のオン、オフ制御を行う駆動制御部と、前記駆動制御部により前記モータを停止状態から駆動させる起動部を備えたモータ制御装置において、
前記インバータ主回路に印加される電圧値を検出する電圧検出部と交流電源位相を演算する位相演算部の少なくとも一方を備え、その検出、演算結果を用いて前記起動部により前記モータを起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部を備えることにより、インバータ主回路に印加される電圧が交流電源半周期で脈動する場合でも脈動に合わせ、モータ起動失敗を起こさないタイミングでモータ起動を行うことができる。
A first invention includes a single-phase AC power supply and a bidirectional switching element capable of bidirectionally controlling the AC power supply output in a bidirectional manner, and a variable voltage / variable frequency alternating current obtained by direct bidirectional switching. An inverter main circuit for driving a motor by an output; a filter unit installed between the inverter main circuit and the single-phase AC power supply; a drive control unit for performing on / off control of a switching element of the inverter main circuit; In a motor control device comprising an activation unit that drives the motor from a stopped state by a drive control unit,
Timing at which the motor is activated by the activation unit using at least one of a voltage detection unit for detecting a voltage value applied to the inverter main circuit and a phase calculation unit for calculating an AC power supply phase using the detection and calculation results By providing the start timing determining unit for determining the motor, even when the voltage applied to the inverter main circuit pulsates in a half cycle of the AC power source, the motor can be started at a timing that does not cause the motor start failure.
第2の発明は、第1の発明のモータ制御装置において、前記位相演算部は、交流電源出力におけるゼロ電圧からゼロ電圧間、ゼロ電圧と最大電圧値または最小電圧値間、最大電圧値から最大電圧値間、最小電圧値から最小電圧値間、最大電圧値と最小電圧値間のそれぞれの複数回平均時間の少なくとも1つを用いて交流電源位相演算を行うことで、交流電源電圧歪みによる電源位相演算への影響を抑制できる。 According to a second aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, the phase calculation unit includes a zero voltage to zero voltage, a zero voltage and a maximum voltage value or a minimum voltage value, and a maximum voltage value to a maximum in the AC power supply output. Power supply due to AC power supply voltage distortion by performing AC power supply phase calculation using at least one of the average times between the voltage values, between the minimum voltage value and the minimum voltage value, and between the maximum voltage value and the minimum voltage value. The influence on the phase calculation can be suppressed.
第3の発明は、第1の発明のモータ制御装置において、前記起動タイミング決定部は、前記電圧検出部より検出される電圧値の絶対値があらかじめ設定された電圧値範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることで、モータ起動に最低限必要な電圧が前記インバータ主回路に印加された状態でモータ起動を行うことができる。 According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, the start timing determining unit is configured such that the absolute value of the voltage value detected by the voltage detection unit is within a preset voltage value range. By setting the timing to start the motor, it is possible to start the motor in a state where the minimum voltage required for starting the motor is applied to the inverter main circuit.
第4の発明は、第1の発明のモータ制御装置において、前記起動タイミング決定部は、前記位相検出部より検出される電源位相があらかじめ設定された範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることで、前記電圧検出部による電圧検出周期が長く前記インバータ主回路へ印加される電圧が常時変動する状態において、所定の電圧範囲内を検出できないような場合でも、最もモータへトルクを与えられるタイミングでモータ起動を行うことができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device of the first aspect, the activation timing determination unit is configured to activate the motor when the power supply phase detected by the phase detection unit is within a preset range. As a result, in the state where the voltage detection period by the voltage detection unit is long and the voltage applied to the inverter main circuit is constantly fluctuating, even if it is not possible to detect within the predetermined voltage range, the most torque is given to the motor. The motor can be started at the timing.
第5の発明は、第1の発明のモータ制御装置において、前記起動タイミング決定部は、前記位相演算部より算出される電源位相があらかじめ設定された範囲内において前記電圧検出部より検出される電圧値の絶対値があらかじめ設定された電圧値範囲内のときに前記モータを起動させるタイミングとすることで、前記インバータ主回路へ印加される電圧が常時変動する状態においても、前記電圧検出部を用いたより少ない電圧検出回数でモータ起動に最低限必要な電圧が前記インバータ主回路に印加された状態でモータ起動を行うことができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the motor control device of the first aspect, the start timing determination unit is a voltage detected by the voltage detection unit within a range in which the power supply phase calculated by the phase calculation unit is set in advance. Even when the voltage applied to the inverter main circuit constantly fluctuates by using the timing for starting the motor when the absolute value of the value is within a preset voltage value range, the voltage detector is used. The motor can be started in a state where the minimum voltage necessary for starting the motor is applied to the inverter main circuit with a smaller number of voltage detections.
第6の発明は、第1から第5のいずれかのモータ制御装置において、前記起動部は、位置決めの後、前記起動タイミング決定部により決定されたタイミングにてモータ駆動を開
始させることで、より確実なモータ起動を実現することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth motor control devices, the starter starts driving the motor at a timing determined by the start timing determining unit after positioning. A reliable motor start can be realized.
第7の発明は、第1から第6のいずれかのモータ制御装置において、前記インバータ主回路が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも1つの特徴を有するGaNで構成されることにより、前記インバータ主回路における導通損失低減、高速スイッチングによる高効率化、装置の信頼性向上を図ることができる。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth motor control devices, the bidirectional switching element provided in the inverter main circuit is made of GaN having at least one of a normally-off type and a double gate type. Therefore, it is possible to reduce conduction loss in the inverter main circuit, increase efficiency by high-speed switching, and improve device reliability.
第8の発明は、第1から第7のいずれかのモータ制御装置において、前記フィルタ部は前記交流電源と前記インバータ主回路間の少なくとも片側のラインに直列接続されたリアクタと、そのリアクタのインバータ主回路側ライン間に並列接続されたコンデンサで構成され、その共振周波数が交流電源周波数の40倍以上になるようにキャパシタンス値とリアクタンス値を決めることで、入力電流の電源高調波特性の高性能化を実現することができる。 According to an eighth invention, in any one of the first to seventh motor control devices, the filter unit is connected in series to at least one line between the AC power source and the inverter main circuit, and an inverter of the reactor It is composed of capacitors connected in parallel between the main circuit side lines, and the capacitance value and reactance value are determined so that the resonance frequency is 40 times or more of the AC power supply frequency, thereby improving the power supply harmonic characteristics of the input current. Performance can be realized.
第9の発明は、第1から第8のいずれかのモータ制御装置を空気調和機に具備することにより、整流回路を持たない安価で高効率な装置において起動不良のない高信頼性を実現することができる。 According to a ninth aspect of the present invention, by providing any one of the first to eighth motor control devices in the air conditioner, high reliability without starting failure is realized in an inexpensive and high-efficiency device having no rectifier circuit. be able to.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の構成図を示したものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a motor control device according to an embodiment of the present invention.
図1のモータ制御装置は、単相交流電源1より電力を供給され、供給された交流電圧をダイオードブリッジで構成された整流回路2を介さずに双方向スイッチングを備え直接所望の可変電圧・可変周波数の交流出力に変換するインバータ主回路3と、前記インバータ主回路3と前記単相交流電源1間に設置されるコンデンサ4とリアクタ5で構成されるフィルタ部6と、前記インバータ主回路3の出力により駆動されるモータ7と、前記インバータ主回路3の双方向スイッチング素子のオン・オフ制御を行うマイコン等で構成される駆動制御部8と、前記駆動制御部8により前記モータを停止状態から駆動させる起動部9と、前記インバータ主回路3に印加される電圧値を検出する電圧検出部10と、交流電源位相を演算する位相演算部11と、その検出、演算結果を用いて前記起動部9により前記モータ7を起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部12を有している。
The motor control device of FIG. 1 is supplied with electric power from a single-phase
ここで、交流電源1とインバータ主回路3との間に接続される前記フィルタ部6は、共振周波数が交流電源周波数の40倍以上になるように設定された、インバータ主回路3より生じるスイッチングノイズの入力側(交流電源1)への流出を防止するために直列接続されたリアクタ5と、インバータ主回路3のスナバとして並列接続されたコンデンサ4を有している。該コンデンサ4は前記リアクタ5よりインバータ主回路3側に接続される。
Here, the filter unit 6 connected between the
以上のように構成されたモータ制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。図4、図5は、本実施の形態における各部の動作波形である。 About the motor control apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. FIG. 4 and FIG. 5 are operation waveforms of each part in the present embodiment.
まず、交流電源1に交流電源周波数fac=50Hzあるいは60Hzの商用電源を用いた場合、その出力電圧波形は図4(a)に示すように周期Tac=20msecあるいは16.7msecの正弦波状の波形となる。この出力電圧を共振周波数が交流電源周波数の40倍以上に設定されたリアクタ5とコンデンサ4(例えばリアクタンス値0.5mH、キャパスタンス値10μF、共振周波数fc=1/(2π*√(LC)=2250Hz>40*fac(=50Hz))を介してインバータ主回路3へ供給する。
First, when a commercial power supply with an AC power supply frequency fac = 50 Hz or 60 Hz is used as the
ここでインバータ主回路3への入力電流波形は図4(b)に示すようにスイッチング波形が重畳した電流波形となる。このため交流電源1とインバータ主回路3の間にリアクタ5を直列接続することで交流電源1(入力)側の電流波形は図4(c)となりスイッチング成分が除去された電流波形となる。またコンデンサ4との共振周波数を交流電源周波数の40倍以上に設定することで入力電流について電源高調波電流規制の国際規格に対する高性能化を実現することができる。
Here, the input current waveform to the inverter
更に、インバータ主回路3の寄生容量をC0とし、波高値V0の異常な電圧サージが印加された場合(図5(a))と比較し、容量C(C>>C0)のコンデンサ4をインバータ主回路3に並列接続することで急峻な電圧サージを吸収しV0*C0/Cへ低下させることができ(図5(b))、スナバとしてインバータ主回路3の破壊を防止することができる。
Further, the parasitic capacitance of the inverter
次にモータ停止状態から駆動させる起動について図2、図3を用いて説明する。交流電源1より供給される電圧を整流、平滑することなく直接スイッチングしてモータ駆動を行う場合、インバータ主回路3に印加される電圧は図2に示すように交流電源周期で変動する。そのためモータ制御装置に通電を開始301後に、位置決めのため2相間(例えばU−W間)に位置決め電流を通電302し、更に該2相間とは異なる2相間(例えばU−V間)に位置決め電流の通電303後、モータ始動を行う際に位相演算部11による電源位相θが所定の電源位相範囲内(D1≦θ≦D2、D3≦θ≦D4)であるかを判断304する。
Next, the start to drive from the motor stop state will be described with reference to FIGS. When the motor is driven by directly switching the voltage supplied from the
所定の電源位相範囲外の場合は位置決め動作を継続する。所定の電源位相範囲内である場合は、電圧検出部10からの電圧検出値Vrsの絶対値が所定の範囲内(Va≦abs(Vrs)≦Vb)であるかを判断305する。所定の電圧値範囲外の場合は位置決め動作を継続する。所定の電圧値範囲内である場合、モータ起動306を行うタイミングであると起動タイミング決定部12により決定し、起動部9および駆動制御部8によるモータ起動を開始する。
If it is out of the predetermined power supply phase range, the positioning operation is continued. If it is within the predetermined power supply phase range, it is determined 305 whether or not the absolute value of the voltage detection value Vrs from the
つまり図2に示すような電圧がインバータ主回路3に印加される場合、起動タイミング決定部12は電源位相D1a≦θ≦D2a、D3a≦θ≦D4aの範囲内をモータ起動開始タイミングとする。
That is, when a voltage as shown in FIG. 2 is applied to the inverter
尚、起動タイミング決定部12により決定される起動タイミングは、位相演算部11より算出される交流電源位相のみ、あるいは電圧検出部10より検出される電圧値のみにより決定されてもよい。
Note that the activation timing determined by the activation
ただし、電圧検出部10により検出される電圧値により起動タイミングを決定する場合、所定の期間(例えば交流電源1周期)所定の範囲内の電圧値を検出できなかった場合はモータ起動を行わない。
However, when the start timing is determined based on the voltage value detected by the
また、インバータ主回路3が備える双方向スイッチング素子はノーマリオフ型、ダブルゲート型の少なくとも1つの特徴を有するGaNで構成されることにより、インバータ主回路3における動作抵抗低減による導通損失低減、高速スイッチングによるスイッチング損失低減、装置の信頼性向上を図ることができる。
Further, the bidirectional switching element included in the inverter
以上のように本実施の形態においてはインバータ主回路3に印加される交流電圧の位相を演算する位相演算部11と、印加される電圧値を検出する電圧検出部10と、この演算値、検出値をもとに停止したモータ7を起動させるタイミングを決定する起動タイミング
決定部12を備えることにより、整流回路2を備えないことによる装置全体の小型化、低コスト化、高効率化を実現と、確実なモータ起動を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、整流回路を必要としないため、装置の小型化、低コスト化、高効率化の実現と、センサレスでのモータ起動が求められる圧縮機などの起動動作を確実に行うことができるため、空気調和機など圧縮機を備えたあらゆる機器への適用が可能である。 As described above, since the motor control device according to the present invention does not require a rectifier circuit, such as a compressor that requires reduction in size, cost, and efficiency of the device and motor start without a sensor. Since the start-up operation can be performed reliably, it can be applied to any device equipped with a compressor such as an air conditioner.
1 交流電源
2 整流回路
3 インバータ主回路
4 コンデンサ
5 リアクタ
6 フィルタ部
7 モータ
8 駆動制御部
9 起動部
10 電圧検出部
11 位相演算部
12 起動タイミング決定部
13 位置検出部
14 転流手段
15 起動手段
16 制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記インバータ主回路に印加される電圧値を検出する電圧検出部と交流電源位相を演算する位相演算部の少なくとも一方を備え、その検出、演算結果を用いて前記起動部により前記モータを起動させるタイミングを決定する起動タイミング決定部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 Inverter with a bi-directional switching element capable of bi-directionally controlling the AC power output from a single-phase AC power source, and driving the motor with AC output of variable voltage and variable frequency obtained by direct bi-directional switching A main circuit; a filter unit installed between the inverter main circuit and the single-phase AC power supply; a drive control unit that performs on / off control of switching elements of the inverter main circuit; and the motor by the drive control unit. A motor control device including an activation unit that is driven from a stopped state,
Timing at which the motor is activated by the activation unit using at least one of a voltage detection unit for detecting a voltage value applied to the inverter main circuit and a phase calculation unit for calculating an AC power supply phase using the detection and calculation results A motor control device comprising a start timing determining unit for determining
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