JP2014079032A - モータ制御装置、およびそれを用いた冷凍機 - Google Patents
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Abstract
駆動中にインバータの直流電圧が変化した場合においても、過電流保護などによってモータが停止すること無く、安定にモータを駆動することが可能なモータ制御装置、およびそれを用いた冷凍機を提供する。
【解決手段】
直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路を駆動するドライブ信号を出力する制御器と、前記電力変換回路の直流電圧に応じて出力電圧指令値を調整する自動電圧調整器と、前記電力変換回路によって駆動される電動機と、前記電動機に接続される負荷とを備え、前記電動機の3相巻線のうち通電する2相を選択してパルス状電圧を印加し、非通電相起電圧に基づいて位相および速度推定を行うモータ制御装置において、電圧パルスの電圧値とパルス幅の積が所定の値に達した場合、パルス幅を所定の最大値に固定する。
【選択図】 図1
Description
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路を駆動するドライブ信号を出力する制御器と、前記電力変換回路の直流電圧に応じて出力電圧指令値を調整する自動電圧調整器と、前記電力変換回路によって駆動される電動機と、前記電動機に接続される負荷とを備え、前記電動機の3相巻線のうち通電する2相を選択してパルス状電圧を印加し、非通電相起電圧に基づいて位相および速度推定を行うモータ制御装置において、電圧パルスの電圧値とパルス幅の積が所定の値に達した場合、パルス幅を所定の最大値に固定する。
上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本実施例は、モータ6として、回転子に永久磁石を有する永久磁石同期モータを用いた例である。そのため、制御軸の位置と回転子の位置は、基本的に同期しているとして説明する。なお、実際は加減速時や負荷変動時の過渡状態において、制御軸の位置と回転子の位置にズレ(軸誤差)が生じる場合がある。軸誤差が生じた場合、モータが実際に発生するトルクが減少したり、電流歪みや跳ね上がりが生じたりすることもある。
図1は、本実施例におけるモータ制御装置の構成図の例である。モータ制御装置1は、大きく分け、交流電力を出力する電力変換回路5と、その電力変換回路5によって駆動されるモータ(電動機)6と、モータ6に機械的あるいは磁気的に接続されている負荷500と、モータ6に流れる電流またはモータ6の位置あるいは速度を直接的あるいは間接的に検出しモータ6へ印加する電圧指令値を演算する制御部2、等から構成される。なお、負荷500は、例えば圧縮機構部である。
スイッチング素子22は、制御部2で生成されるドライブ信号を基にゲートドライバ回路23が出力するパルス状のゲート信号(24a〜24f)に応じてスイッチング動作をする。直流電圧源20をスイッチングして電圧を出力することで、任意の周波数の3相交流電圧をモータ6に印加することができ、これによってモータを可変速駆動する。
次に、電力変換回路5をスイッチング動作させるためのドライブ信号の生成方法について、通電方式と共に説明する。
制御部2は、電圧を印加しない非通電相(開放相)の起電圧(端子電圧)を入力し、回転子の推定回転角度位置および推定回転速度を出力する120度用位置推定手段40と、電圧指令値演算手段34と、電圧指令制限器35と、印加電圧調整器36と、電圧変調率制限器37と、通電モード決定器38と、電圧変調率指令値を入力しドライブ信号を出力するPWM信号作成器33と、等から構成される。
電圧指令制限器35でモータ6に流れる電流を使用する場合、電流検出手段7を用いて、モータ6または電力変換回路5に流れる3相の交流電流の内、U相とW相に流れる電流を検出する。電流検出手段の構成例を図4に示す。例えば、CT(Current Transformer)等で構成できる。この構成を採用した場合、電力変換回路5のスイッチング状態を気にせず、任意のタイミングで電流検出できるという利点がある。
開放相電圧検出手段の構成図の例を図8に示す。モータ6の端子電圧を検出する場合、例えば、開放相電圧検出手段60を用いる。多くの場合、モータ6の端子電圧が制御部の電源電圧(例えば、5Vや3.3V)を超えるため、分圧抵抗(61および62)を用いる。その後、オペアンプで増幅したり、制御部の保護を目的として、バッファ回路63を入れたりする。もちろん、モータ6の端子電圧を直接制御部2に入力しても構わない。
以下、各構成要素の詳細を説明する。まず、モータ6を120度用位置推定手段40の動作について説明し、次に電圧指令値演算手段34の動作について説明する。その後、開放相起電圧に基づいた位置推定の120度通電方式で駆動する際の課題について説明する。
以下の説明を実現する120度用位置推定手段40の構成例を図23に示す。
q軸電流指令値は、上位制御系などから得てもよいが、速度指令値への追従性を良くするため速度制御器14を用いる。図14は速度制御器の例である。
図17は電流制御器の構成図の例である。d軸およびq軸電流指令値への追従性を上げるため、電流制御を行う。d軸およびq軸電流値(Id*およびIq*)とd軸およびq軸電流検出値との差をそれぞれ減算器(17cおよび17d)で求め、これらに乗算器(18eおよび18f)で比例ゲイン(Kp_dacrおよびKp_qdacr)を乗じて比例制御した演算結果と、乗算器(18gおよび18h)で積分ゲイン(Ki_dacrおよびKi_qacr)を乗じ積分器(15dおよび15e)で積分し積分制御した演算結果とを加算器(16cおよび16d)で加算し、第2のd軸およびq軸電流指令値(Id**およびIq**)を出力する。
電圧指令値作成器3は、速度制御器14や電流制御器12が出力するd軸およびq軸電流指令値(Id**およびIq**)と、回転角速度指令値ω*または後述するインバータ周波数指令値ω1とを電圧指令値作成器3に入力し、次式の様にベクトル演算を行い、d軸電圧指令値Vd*とq軸電圧指令値Vq*を得る。
過電流保護判定値まで電流が上昇しないようにするために、電圧指令制限器35を追加する構成とする。電圧指令制限器35は入力したdq軸電圧指令値(Vd*およびVq*)がdq軸電圧指令値制限値(Vd_limおよびVq_lim)を超えたら、dq軸電圧指令値制限値を制限後のdq軸電圧指令値(Vd**およびVq**)として出力する。dq軸電圧指令値制限値未満の場合は、入力値をそのまま出力する。
図1に示した構成例のように、印加電圧調整器36がある構成においては、電圧指令制限器35で電圧指令を制限しても、過電流となる場合があるという課題がある。
図22は、電圧変調率制限器37に関する処理のみを抽出している。そのため、他の処理、例えば、直流電圧検出処理などは省略している。従って、条件判定後の分岐処理の戻り先や処理順序は、必ずしも図22の通りで無くても良い。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
2 制御部
3 電圧指令値作成器
5 電力変換回路
6 モータ(電動機)
35 電圧指令制限器
37 電圧変調率制限器
40 120度用位置推定手段
301 冷蔵庫
500 負荷(圧縮機構部)
502 シャフト
Claims (5)
- 直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路を駆動するドライブ信号を出力する制御器と、前記電力変換回路の直流電圧に応じて出力電圧指令値を調整する自動電圧調整器と、前記電力変換回路によって駆動される電動機と、前記電動機に接続される負荷とを備え、前記電動機の3相巻線のうち通電する2相を選択してパルス状電圧を印加し、非通電相起電圧に基づいて位相および速度推定を行うモータ制御装置において、
電圧パルスの電圧値とパルス幅の積が所定の値に達した場合、パルス幅を所定の最大値に固定することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1において、
前記パルス幅が最大値以下になった後、再度、電圧パルスの電圧値とパルス幅の積が所定の値に達した場合、その時点のパルス幅を最大値として固定することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1又は2において、
前記パルス幅の最大値は、前記電力変換回路の直流電圧に比例することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1又は2において、
前記電力変換回路の直流電圧を可変する直流電圧源を備え、前記直流電圧源の直流電圧をある値に設定し、電圧パルスの電圧値とパルス幅の積が所定の値に達した時、その時点のパルス幅を最大値としてパルス幅を固定し、前記直流電圧源の直流電圧を別のある値に設定し、電圧パルスの電圧値とパルス幅の積が所定の値に達した時、その時点のパルス幅を最大値としてパルス幅を固定することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1又は2のモータ制御装置を備えたことを特徴とする冷凍機。
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