JP2014231823A - Pump device - Google Patents

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健太 塚越
Kenta Tsukagoshi
健太 塚越
正和 駒井
Masakazu Komai
正和 駒井
希美 畑林
Kimi Hatabayashi
希美 畑林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pump device capable of smoothly starting a freely rotating motor without deceleration, and preventing application of an induced voltage of the motor to an inverter.SOLUTION: A pump device includes a pump P, a motor M connected to the pump P, an inverter 10 driving the motor M, a motor state detecting portion 50 detecting a rotating speed of the freely rotating motor M from an induced voltage generated on the motor M, a pump control portion 60 creating a speed command value of the motor M to minimize the difference between a discharge pressure of the pump P and a prescribed target pressure, and an inverter control portion 16 calculating a voltage command value necessary for the motor M to rotate under the speed command value. The pump control portion 60 uses the rotating speed of the motor M detected by the motor state detecting portion 50 as an initial value of the speed command value.

Description

本発明は、液体を移送するポンプ装置に関するものである。   The present invention relates to a pump device for transferring a liquid.

永久磁石同期モータは、高効率かつメンテナンスフリーであることから、ポンプを駆動するモータとして広く使用されている。建物に水を供給する給水装置では、ポンプの吐出し圧力が所定の目標圧力に維持されるように、インバータを介してモータがポンプ制御部によって制御される。より具体的には、ポンプ制御部は、現在の吐出し圧力と目標圧力との差分を最小とするための速度指令値を算出し、これをインバータ制御部に送る。インバータ制御部は、モータが速度指令値で回転するために必要な電圧指令値を算出し、この電圧指令値をインバータに送信する。さらに、インバータは電圧指令値に対応する電圧をモータに印加し、これによりポンプの吐出し圧力が所定の目標圧力に維持されるようにモータが回転される。   Permanent magnet synchronous motors are widely used as motors for driving pumps because they are highly efficient and maintenance-free. In a water supply apparatus that supplies water to a building, a motor is controlled by a pump control unit via an inverter so that a discharge pressure of the pump is maintained at a predetermined target pressure. More specifically, the pump control unit calculates a speed command value for minimizing the difference between the current discharge pressure and the target pressure, and sends this to the inverter control unit. The inverter control unit calculates a voltage command value necessary for the motor to rotate at the speed command value, and transmits the voltage command value to the inverter. Further, the inverter applies a voltage corresponding to the voltage command value to the motor, thereby rotating the motor so that the discharge pressure of the pump is maintained at a predetermined target pressure.

モータの始動時には、通常、速度指令値の初期値として0[min−1またはHzまたはω]がインバータ制御部に入力される。モータは、停止状態から速度指令値の増加に従って徐々に増速していく。しかしながら、モータを始動する状況には、停止している状態のモータを始動する場合のみならず、慣性または外部エネルギーにより自由回転しているモータを始動する場合も含まれる。例えば、モータに電力が供給されていないときであっても、ポンプ内を流れる液体により羽根車が水車としてモータを回転させることがある。モータの自由回転は、瞬間的な停電の直後にも起こる。すなわち、モータがインバータにより駆動されている最中に瞬間的な停電が起こると、モータに電力が供給されていなくても、モータは慣性によりしばらくの間は回転し続ける。 When starting the motor, 0 [min −1 or Hz or ω] is normally input to the inverter control unit as the initial value of the speed command value. The motor gradually increases from the stopped state as the speed command value increases. However, the situation of starting the motor includes not only the case of starting the motor in a stopped state but also the case of starting the motor that is freely rotated by inertia or external energy. For example, even when no electric power is supplied to the motor, the impeller may rotate the motor as a water wheel by the liquid flowing in the pump. Free rotation of the motor also occurs immediately after a momentary power failure. That is, when a momentary power failure occurs while the motor is being driven by the inverter, the motor continues to rotate for a while due to inertia even if no power is supplied to the motor.

モータが自由回転している状態で速度指令値0がインバータ制御部に入力されると、モータは一旦減速してから目標圧力に向かって加速することになる。さらに、インバータの出力電圧がモータの誘起電圧よりも低い場合には、モータの誘起電圧がインバータに印加され、最悪の場合には、インバータに内蔵されたコンデンサを破壊することもありうる。   When the speed command value 0 is input to the inverter control unit while the motor is freely rotating, the motor is once decelerated and then accelerated toward the target pressure. Furthermore, when the output voltage of the inverter is lower than the induced voltage of the motor, the induced voltage of the motor is applied to the inverter, and in the worst case, the capacitor built in the inverter may be destroyed.

国際公開WO2012/133887号International Publication WO2012 / 133878 特開2004−159500号公報JP 2004-159500 A 特開2005−137106号公報JP 2005-137106 A 特開2011−019348号公報JP 2011-019348 A

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、自由回転しているモータを減速させることなく滑らかに始動させることができ、かつモータの誘起電圧がインバータに印加されることを防止することができるポンプ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can smoothly start a freely rotating motor without decelerating, and the induced voltage of the motor is applied to the inverter. An object of the present invention is to provide a pump device that can be prevented.

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ポンプと、前記ポンプに連結されたモータと、前記モータを駆動するインバータと、前記モータに発生した誘起電圧から、自由回転する前記モータの回転速度を検出するモータ状態検出部と、前記ポンプの吐出し圧力と所定の目標圧力との差分を最少とするための前記モータの速度指令値を生成するポンプ制御部と、前記モータが前記速度指令値で回転するために必要な電圧指令値を算出し、該電圧指令値を前記インバータに送信するインバータ制御部とを備え、前記ポンプ制御部は、前記モータ状態検出部によって検出された前記モータの回転速度を前記速度指令値の初期値として使用することを特徴とするポンプ装置である。
本発明の好ましい態様は、前記モータ状態検出部は、前記モータから発生する誘起電圧から、自由回転する前記モータの回転方向をさらに検出することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, one aspect of the present invention provides a pump, a motor connected to the pump, an inverter that drives the motor, and the motor that freely rotates from an induced voltage generated in the motor. A motor state detection unit that detects the rotation speed of the pump, a pump control unit that generates a speed command value of the motor for minimizing a difference between a discharge pressure of the pump and a predetermined target pressure, and the motor An inverter control unit that calculates a voltage command value required to rotate at a speed command value and transmits the voltage command value to the inverter, wherein the pump control unit is detected by the motor state detection unit The pump device is characterized in that the rotational speed of the motor is used as an initial value of the speed command value.
In a preferred aspect of the present invention, the motor state detection unit further detects a rotation direction of the motor that freely rotates from an induced voltage generated from the motor.

本発明によれば、モータは、自由回転している現在の回転速度から徐々に加速される。したがって、モータが一旦減速したり、モータの誘導電圧がインバータに印加されることが防止される。   According to the present invention, the motor is gradually accelerated from the current rotational speed of free rotation. Therefore, it is possible to prevent the motor from decelerating once and the induced voltage of the motor from being applied to the inverter.

本発明のポンプ装置の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the pump apparatus of this invention. ポンプおよびモータが正方向に自由回転しているときの三相電圧を示す図である。It is a figure which shows a three-phase voltage when a pump and a motor are freely rotating in the positive direction. ポンプおよびモータが逆方向に自由回転しているときの三相電圧を示す図である。It is a figure which shows a three-phase voltage when a pump and a motor are freely rotating in the reverse direction. モータ状態検出部の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a motor state detection part. 自由回転しているモータの回転速度(角周波数)を算出するフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart which calculates the rotational speed (angular frequency) of the motor which is rotating freely. パルスエッジの位相を示す図である。It is a figure which shows the phase of a pulse edge. 図1に示すインバータの詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the inverter shown in FIG. インバータ制御部のブロック図である。It is a block diagram of an inverter control part.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明のポンプ装置の一実施形態を示す模式図である。図1に示すように、ポンプ装置は、液体が流れる配管3に接続されたポンプPと、このポンプPに連結されたモータMと、このモータMに可変周波数の電圧を印加してモータMを駆動するインバータ10と、インバータ10からモータMに印加される電圧を測定する電圧測定器21とを備えている。インバータ10は、商用電源などの交流電源1に接続されている。ポンプPは羽根車(図示せず)を備えており、モータMによって回転される羽根車により配管3内の液体を矢印で示す方向に移送する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the pump device of the present invention. As shown in FIG. 1, the pump device includes a pump P connected to a pipe 3 through which a liquid flows, a motor M connected to the pump P, and a variable frequency voltage applied to the motor M so that the motor M The inverter 10 to drive and the voltage measuring device 21 which measures the voltage applied to the motor M from the inverter 10 are provided. The inverter 10 is connected to an AC power source 1 such as a commercial power source. The pump P includes an impeller (not shown), and the liquid in the pipe 3 is transferred in the direction indicated by the arrow by the impeller rotated by the motor M.

ポンプ装置は、さらに、インバータ10を制御するインバータ制御部16と、インバータ制御部16にモータMの速度指令値を送信するポンプ制御部60と、ポンプPの吐出し圧力を測定する圧力センサ(圧力測定器)4とを備えている。圧力センサ4は、配管3に取り付けられている。圧力センサ4はポンプ制御部60に接続されており、吐出し圧力の測定値はポンプ制御部60に送られるようになっている。   The pump device further includes an inverter control unit 16 that controls the inverter 10, a pump control unit 60 that transmits a speed command value of the motor M to the inverter control unit 16, and a pressure sensor (pressure) that measures the discharge pressure of the pump P Measuring instrument) 4. The pressure sensor 4 is attached to the pipe 3. The pressure sensor 4 is connected to the pump control unit 60, and the discharge pressure measurement value is sent to the pump control unit 60.

ポンプ制御部60は、吐出し圧力の測定値と予め設定された目標圧力との差分を算出し、この差分を最小にするためのモータMの速度指令値を算出する。インバータ制御部16は、ポンプ制御部60から速度指令値を受信し、モータMがこの速度指令値で回転するために必要な電圧指令値を生成する。インバータ10は、この電圧指令値を受信し、この電圧指令値で示される電圧を生成し、モータMに印加する。このようにして、モータMはポンプPを回転させて、目標圧力を達成する。   The pump control unit 60 calculates a difference between the measured value of the discharge pressure and a preset target pressure, and calculates a speed command value of the motor M for minimizing this difference. The inverter control unit 16 receives the speed command value from the pump control unit 60, and generates a voltage command value necessary for the motor M to rotate at this speed command value. The inverter 10 receives this voltage command value, generates a voltage indicated by this voltage command value, and applies it to the motor M. In this way, the motor M rotates the pump P to achieve the target pressure.

モータMが停止しているときに配管3内を液体が流れると、ポンプPが液体の流れにより回転し、ポンプPに連結されているモータMも回転する。さらに、モータMがインバータ10により駆動されている最中に瞬間的な停電が起こると、モータMに電力が供給されていなくても、モータMのロータは慣性によりしばらくの間は回転し続ける。本明細書では、モータMが電力の供給を受けずに、外部の運動エネルギーまたは慣性により回転している状態を「自由回転」という。   When the liquid flows in the pipe 3 while the motor M is stopped, the pump P is rotated by the flow of the liquid, and the motor M connected to the pump P is also rotated. Further, if a momentary power failure occurs while the motor M is being driven by the inverter 10, even if no power is supplied to the motor M, the rotor of the motor M continues to rotate for a while due to inertia. In this specification, the state in which the motor M is rotated by external kinetic energy or inertia without being supplied with electric power is referred to as “free rotation”.

自由回転しているモータMは、誘起電圧を発生する。このモータMに発生した誘起電圧は、電圧測定器21によって測定される。ポンプ装置は、モータMの誘起電圧からモータMの回転速度および回転方向を決定するモータ状態検出部50をさらに備えている。このモータ状態検出部50は、モータMに誘起される三相電圧、すなわちU相電圧、V相電圧、およびW相電圧の位相の時間変化から、自由回転しているモータMの回転速度を検出し、さらにU相電圧、V相電圧、およびW相電圧の相順からモータMの回転方向を検出する。   The freely rotating motor M generates an induced voltage. The induced voltage generated in the motor M is measured by the voltage measuring device 21. The pump device further includes a motor state detection unit 50 that determines the rotation speed and rotation direction of the motor M from the induced voltage of the motor M. This motor state detection unit 50 detects the rotational speed of the motor M that is freely rotating from the three-phase voltage induced in the motor M, that is, the phase change of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage. Further, the rotational direction of the motor M is detected from the phase order of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage.

図2はポンプPおよびモータMが正方向に自由回転しているときの三相電圧を示す図であり、図3はポンプPおよびモータMが逆方向に自由回転しているときの三相電圧を示す図である。図2に示すように、ポンプPが正方向に回転しているとき、U相電圧、V相電圧、およびW相電圧は、この順に120度の位相差をもって生成される。液体の逆流によりポンプPが逆方向に回転しているときは、図3に示すように、U相電圧、W相電圧、およびV相電圧は、この順に120度の位相差をもって生成される。このように、ポンプPの回転方向、すなわち、モータMの回転方向によって、モータMの誘起電圧の相順が異なる。モータ状態検出部50は、モータMの誘起電圧の相順からモータMの回転方向を決定する。   FIG. 2 is a diagram showing a three-phase voltage when the pump P and the motor M are freely rotating in the forward direction, and FIG. 3 is a three-phase voltage when the pump P and the motor M are freely rotating in the opposite direction. FIG. As shown in FIG. 2, when the pump P rotates in the positive direction, the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage are generated with a phase difference of 120 degrees in this order. When the pump P rotates in the reverse direction due to the reverse flow of the liquid, as shown in FIG. 3, the U-phase voltage, the W-phase voltage, and the V-phase voltage are generated in this order with a phase difference of 120 degrees. Thus, the phase order of the induced voltage of the motor M differs depending on the rotation direction of the pump P, that is, the rotation direction of the motor M. The motor state detection unit 50 determines the rotation direction of the motor M from the phase sequence of the induced voltage of the motor M.

図4は、モータ状態検出部50の一例を示すブロック図である。モータ状態検出部50は、V相電圧とU相電圧との差にしたがって第1のパルス信号PUVを生成する第1の電圧比較器51Aと、W相電圧とV相電圧との差にしたがって第2のパルス信号PVWを生成する第2の電圧比較器51Bと、第1のパルス信号PUVのパルスエッジを検出する第1のパルスエッジ検出部52Aと、第2のパルス信号PVWのパルスエッジを検出する第2のパルスエッジ検出部52Bと、第1のパルス信号PUVのパルスエッジと第2のパルス信号PVWのパルスエッジの時間変化および順序からモータMの回転速度および回転方向を決定する状態決定部55とを備えている。 FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the motor state detection unit 50. Motor state detecting section 50, a first voltage comparator 51A for generating a first pulse signal P UV according to the difference between the V-phase voltage and the U-phase voltage, according to the difference between the W-phase voltage and the V-phase voltage A second voltage comparator 51B that generates a second pulse signal P VW , a first pulse edge detector 52A that detects a pulse edge of the first pulse signal P UV , and a second pulse signal P VW The rotation speed and direction of rotation of the motor M from the second pulse edge detection unit 52B for detecting the pulse edge, the time change and the order of the pulse edge of the first pulse signal P UV and the pulse edge of the second pulse signal P VW And a state determining unit 55 for determining

第1の電圧比較器51Aは、U相の電圧とV相の電圧とを比較して、図2および図3に示すようなパルス信号PUVを生成する。具体的には、V相の電圧がU相の電圧よりも高いときは高位信号を発生し、V相の電圧がU相の電圧よりも低いときは低位信号を発生する。同様に、第2の電圧比較器51Bは、V相の電圧とW相の電圧とを比較して、パルス信号PVWを生成する。すなわち、W相の電圧がV相の電圧よりも高いときは高位信号を発生し、W相の電圧がV相の電圧よりも低いときは低位信号を発生する。 The first voltage comparator 51A compares the U-phase voltage and the V-phase voltage to generate a pulse signal PUV as shown in FIGS. Specifically, a high-level signal is generated when the V-phase voltage is higher than the U-phase voltage, and a low-level signal is generated when the V-phase voltage is lower than the U-phase voltage. Similarly, the second voltage comparator 51B compares the V-phase voltage and the W-phase voltage to generate the pulse signal PVW . That is, a high-level signal is generated when the W-phase voltage is higher than the V-phase voltage, and a low-level signal is generated when the W-phase voltage is lower than the V-phase voltage.

図2および図3から分かるように、パルス信号PUVの立ち上がりエッジE1および立ち下がりエッジE2は、U相の電圧とV相の電圧とが交差する点で現れ、パルス信号PVWの立ち上がりエッジE3および立ち下がりエッジE4は、V相の電圧とW相の電圧とが交差する点で現れる。 As can be seen from FIGS. 2 and 3, the pulse signal P UV rising edge E1 and the falling edge E2 is manifested in that the voltage of the U-phase voltage and the V-phase crossing, a rising edge of the pulse signal P VW E3 The falling edge E4 appears at the point where the V-phase voltage and the W-phase voltage intersect.

電圧比較器51A,51Bで生成されたパルス信号PUVおよびパルス信号PVWは、それぞれ第1のパルスエッジ検出部52Aおよび第2のパルスエッジ検出部52Bに送られる。第1のパルスエッジ検出部52Aは、パルス信号PUVの立ち上がりエッジE1および立ち下がりエッジE2を検出し、これら立ち上がりエッジE1および立ち下がりエッジE2が検出されるたびに、パルスエッジ検出信号を状態決定部55に送る。同様に、第2のパルスエッジ検出部52Bは、パルス信号PVWの立ち上がりエッジE3および立ち下がりエッジE4を検出し、これら立ち上がりエッジE3および立ち下がりエッジE4が検出されるたびに、パルスエッジ検出信号を状態決定部55に送る。以下、これらパルス信号PUVおよびパルス信号PVWの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを、総称してパルスエッジと呼ぶ。図2および図3から、モータMの誘起電圧の1周期内には、4つのパルスエッジE1,E2,E3,E4が現れることが分かる。 The pulse signal P UV and the pulse signal P VW generated by the voltage comparators 51A and 51B are sent to the first pulse edge detector 52A and the second pulse edge detector 52B, respectively. First pulse edge detection unit 52A, each time detects the pulse signal P UV rising edge E1 and the falling edge E2, these rising edges E1 and falling edge E2 is detected, the state determines the pulse edge detection signal Send to part 55. Similarly, the second pulse edge detector 52B detects the rising edge E3 and the falling edge E4 of the pulse signal PVW , and each time the rising edge E3 and the falling edge E4 are detected, the pulse edge detection signal Is sent to the state determination unit 55. Hereinafter, the rising edge and falling edge of the pulse signal P UV and the pulse signal P VW are collectively referred to as a pulse edge. 2 and 3, it can be seen that four pulse edges E1, E2, E3, and E4 appear within one cycle of the induced voltage of the motor M. FIG.

図2から、モータMが正方向に回転しているとき、モータMの誘起電圧の1周期内には、4つのパルスエッジE3,E2,E4,E1がこの順に現れることが分かる。これに対して、モータMが逆方向に回転しているとき、モータMの誘起電圧の1周期内には、4つのパルスエッジE1,E4,E2,E3がこの順に現れることが図3から分かる。したがって、状態決定部55は、パルス信号PUV,PVWのパルスエッジが現れる順序から、モータMの回転方向を決定することができる。すなわち、状態決定部55は、パルスエッジE3,E2,E4,E1がこの順に現れたときは、モータMが正方向に回転していることを示す回転方向信号を出力し、パルスエッジE1,E4,E2,E3がこの順に現れたときは、モータMが逆方向に回転していることを示す回転方向信号を出力する。回転方向信号は、ポンプ制御部60に送られる。 From FIG. 2, it can be seen that when the motor M rotates in the positive direction, four pulse edges E3, E2, E4, and E1 appear in this order within one cycle of the induced voltage of the motor M. In contrast, when the motor M rotates in the reverse direction, it can be seen from FIG. 3 that four pulse edges E1, E4, E2, and E3 appear in this order within one cycle of the induced voltage of the motor M. . Therefore, the state determination unit 55 can determine the rotation direction of the motor M from the order in which the pulse edges of the pulse signals P UV and P VW appear. That is, when the pulse edges E3, E2, E4, and E1 appear in this order, the state determination unit 55 outputs a rotation direction signal indicating that the motor M is rotating in the positive direction, and the pulse edges E1, E4 , E2, and E3 appear in this order, a rotation direction signal indicating that the motor M is rotating in the reverse direction is output. The rotation direction signal is sent to the pump control unit 60.

状態決定部55は、上述したように、パルスエッジの順序からモータMの回転方向を決定する。さらに、状態決定部55は、第1のパルスエッジ検出部52Aまたは第2のパルスエッジ検出部52Bからのパルスエッジ検出信号を受けると、以下に説明するように、モータMの位相の特定および角周波数(すなわち回転速度のスカラー量)の計算を開始する。   As described above, the state determination unit 55 determines the rotation direction of the motor M from the order of the pulse edges. Further, upon receiving the pulse edge detection signal from the first pulse edge detection unit 52A or the second pulse edge detection unit 52B, the state determination unit 55 specifies the phase of the motor M and the angle as described below. Start calculating the frequency (ie, the scalar quantity of the rotational speed).

図5は、自由回転しているモータMの回転速度(角周波数)を算出するフローチャートを示す図である。状態決定部55は、パルスエッジ検出信号を受けると、現在の時刻tを取得する。次に、状態決定部55は、検出されたパルスエッジの位相(角度)θを特定し、時刻tにおけるモータMの位相θをインバータ制御部16に送る。位相θは、誘起電圧の1周期内に現れるパルスエッジごとに予め設定されている。すなわち、図6に示すように、パルスエッジE1の位相は5/6π、パルスエッジE2の位相は−1/6π、パルスエッジE3の位相は−1/2π、パルスエッジE4の位相は1/2πに設定されている。 FIG. 5 is a diagram showing a flowchart for calculating the rotational speed (angular frequency) of the motor M that is freely rotating. When receiving the pulse edge detection signal, the state determination unit 55 acquires the current time t n . Next, the state determination unit 55 identifies the phase (angle) theta n of the detected pulse edge, and sends the phase theta n of the motor M at time t n to the inverter control unit 16. The phase θ n is set in advance for each pulse edge that appears within one cycle of the induced voltage. That is, as shown in FIG. 6, the phase of the pulse edge E1 is 5 / 6π, the phase of the pulse edge E2 is −1 / 6π, the phase of the pulse edge E3 is −1 / 2π, and the phase of the pulse edge E4 is 1 / 2π. Is set to

図5に示すように、状態決定部55は、現在の位相θと、前回パルスエッジが検出されたときの位相θn−1と、前回パルスエッジを検出してから現在のパルスエッジを検出するまでの経過時間Δt(=t−tn−1)とから、自由回転しているモータMの回転速度ωを次のように決定する。

Figure 2014231823
このようにして、モータ状態検出部50は、自由回転しているモータMの位相θ、回転速度ω、および回転方向を決定する。したがって、モータ状態検出部50は、自由回転するモータMの誘導電圧からモータMの速度を検出する速度検出部として機能する。このようにして検出されたモータMの回転速度および回転方向はポンプ制御部60に送られ、モータMの位相はインバータ制御部16に送られる。 As shown in FIG. 5, the state determination unit 55 detects the current phase θ n after detecting the current phase θ n , the phase θ n−1 when the previous pulse edge was detected, and the previous pulse edge. From the elapsed time Δt (= t n −t n−1 ) until the rotation, the rotational speed ω n of the freely rotating motor M is determined as follows.
Figure 2014231823
In this way, the motor state detection unit 50 determines the phase θ n , the rotation speed ω n , and the rotation direction of the freely rotating motor M. Therefore, the motor state detection unit 50 functions as a speed detection unit that detects the speed of the motor M from the induced voltage of the freely rotating motor M. The rotation speed and direction of the motor M detected in this way are sent to the pump control unit 60, and the phase of the motor M is sent to the inverter control unit 16.

ポンプ制御部60は、圧力センサ4から送られてくる吐出し圧力の測定値と、ポンプ制御部60に記憶されている所定の目標圧力とを比較し、吐出し圧力の測定値と目標圧力との差分を最小にするための速度指令値を算出し、その速度指令値をインバータ制御部16に送信する。モータMを始動させるとき、モータ状態検出部50によって検出された回転速度は、速度指令値の初期値として使用される。この初期値は、モータMの始動時のモータMの状態によって変わる。すなわち、モータMが停止している場合は初期値は0であり、モータMが自由回転している場合は初期値は0以外の値となる。   The pump control unit 60 compares the measured value of the discharge pressure sent from the pressure sensor 4 with a predetermined target pressure stored in the pump control unit 60, and compares the measured value of the discharge pressure with the target pressure. A speed command value for minimizing the difference is calculated, and the speed command value is transmitted to the inverter control unit 16. When starting the motor M, the rotational speed detected by the motor state detection unit 50 is used as an initial value of the speed command value. This initial value varies depending on the state of the motor M when the motor M is started. That is, the initial value is 0 when the motor M is stopped, and the initial value is a value other than 0 when the motor M is freely rotating.

このようにモータ状態検出部50によって検出された回転速度を速度指令値の初期値として使用することで、ポンプ制御部60は、自由回転しているモータMの回転速度に基づいて最適な速度指令値を決定することができる。したがって、モータMは、自由回転している現在の回転速度からスムーズに増速することができる。   Thus, by using the rotation speed detected by the motor state detection unit 50 as the initial value of the speed command value, the pump control unit 60 can determine the optimum speed command based on the rotation speed of the freely rotating motor M. The value can be determined. Therefore, the motor M can smoothly increase the speed from the current rotational speed that is freely rotating.

モータMの始動時にモータMが逆回転している場合は、モータMを逆回転で始動し、その後、モータMを正方向に徐々に加速させる。これは、逆回転しているモータMに正方向に回転させる回転磁界を発生させると、逆位相の電圧をモータMに印加することになり、モータMが脱調しインバータ10に過電流が流れてしまうことがあるからである。本実施形態では、上述したように、自由回転しているモータMの回転方向が検出されるので、モータMが逆回転している場合におけるインバータ10への過電流を防止することができる。さらに、時計周りを正方向とするモータ、および反時計回りを正方向とするモータのいずれのタイプのモータも使用することが可能となる。   If the motor M is rotating in the reverse direction when the motor M is started, the motor M is started in the reverse rotation, and then the motor M is gradually accelerated in the forward direction. This is because when a rotating magnetic field that rotates in the forward direction is generated in the reversely rotating motor M, a reverse-phase voltage is applied to the motor M, and the motor M steps out and an overcurrent flows through the inverter 10. It is because it may end up. In the present embodiment, as described above, since the rotation direction of the freely rotating motor M is detected, an overcurrent to the inverter 10 when the motor M is rotating in the reverse direction can be prevented. Furthermore, it is possible to use any type of motor, a motor having a clockwise direction as a positive direction and a motor having a counterclockwise direction as a positive direction.

図7は、図1に示すインバータ10の詳細を示すブロック図である。図7に示すように、インバータ10は、コンバータ回路11、インバータ回路12、ゲートドライブ回路13を有している。コンバータ回路11は整流回路を有しており、交流電源1から供給される三相の交流電力を直流電力に変換するように構成されている。インバータ回路12は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などのスイッチング素子を有しており、コンバータ回路11によって変換された直流電力から三相の交流電力を生成する。ゲートドライブ回路13は、インバータ回路12の各スイッチング素子を開閉するためのゲートドライブ信号を生成する。インバータ回路12のスイッチング素子は、ゲートドライブ回路13からのゲートドライブ信号に従って駆動され、これによりインバータ回路12は可変周波数の交流電力を出力する。   FIG. 7 is a block diagram showing details of the inverter 10 shown in FIG. As shown in FIG. 7, the inverter 10 includes a converter circuit 11, an inverter circuit 12, and a gate drive circuit 13. The converter circuit 11 has a rectifier circuit, and is configured to convert three-phase AC power supplied from the AC power source 1 into DC power. The inverter circuit 12 includes a switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and generates three-phase AC power from the DC power converted by the converter circuit 11. The gate drive circuit 13 generates a gate drive signal for opening and closing each switching element of the inverter circuit 12. The switching element of the inverter circuit 12 is driven in accordance with a gate drive signal from the gate drive circuit 13, and the inverter circuit 12 thereby outputs AC power having a variable frequency.

電流測定器20は、インバータ回路12から出力される三相電流を測定して、三相電流の測定値(出力電流信号)をインバータ制御部16に送る。インバータ制御部16は、電流測定器20から送られる測定値、およびポンプ制御部60から送られる速度指令値に基づいて、モータMの回転速度を制御する。すなわち、インバータ制御部16は、速度指令値をポンプ制御部60から受け、電流測定器20からの測定信号に基づいてPWM信号を生成する。このPWM信号はゲートドライブ回路13に送られる。ゲートドライブ回路13は、PWM信号に基づいて、インバータ回路12のスイッチング素子を駆動するためのゲートドライブ信号を生成する。インバータ回路12のスイッチング素子は、ゲートドライブ回路13からのゲートドライブ信号に従って駆動され、これによりインバータ回路12は可変周波数の交流電力を出力する。   The current measuring device 20 measures the three-phase current output from the inverter circuit 12 and sends a measured value (output current signal) of the three-phase current to the inverter control unit 16. The inverter control unit 16 controls the rotational speed of the motor M based on the measurement value sent from the current measuring device 20 and the speed command value sent from the pump control unit 60. That is, the inverter control unit 16 receives the speed command value from the pump control unit 60 and generates a PWM signal based on the measurement signal from the current measuring device 20. This PWM signal is sent to the gate drive circuit 13. The gate drive circuit 13 generates a gate drive signal for driving the switching element of the inverter circuit 12 based on the PWM signal. The switching element of the inverter circuit 12 is driven in accordance with a gate drive signal from the gate drive circuit 13, and the inverter circuit 12 thereby outputs AC power having a variable frequency.

図8はインバータ制御部16のブロック図である。インバータ制御部16は、モータMに供給する電流をトルク電流成分と磁化電流成分とに分解してこれらを独立に制御するベクトル制御部である。   FIG. 8 is a block diagram of the inverter control unit 16. The inverter control unit 16 is a vector control unit that decomposes the current supplied to the motor M into a torque current component and a magnetizing current component and independently controls them.

インバータ10の三相の出力電流は、電流測定器20により測定される。測定された三相電流Iu,Iv,Iwは、3/2相変換部32、静止/回転座標変換部33により、回転座標系上の二相電流Id,Iqに変換された後、磁化電圧制御部34およびトルク電圧制御部35に入力される。磁化電圧制御部34は、磁化電流Idと磁化電流指令値Id*との偏差を最小とする磁化電圧指令値Vd*をPI演算により求める。磁化電流指令値Id*は、モータMモデルを用いて算出された理想的な磁化電流である。トルク電圧制御部35は、トルク電流Iqとトルク電流指令値Iq*との偏差を最小とするトルク電圧指令値Vq*をPI演算により求める。   The three-phase output current of the inverter 10 is measured by the current measuring device 20. The measured three-phase currents Iu, Iv, and Iw are converted into two-phase currents Id and Iq on the rotating coordinate system by the 3 / 2-phase converting unit 32 and the stationary / rotating coordinate converting unit 33, and then the magnetization voltage control is performed. Is input to the unit 34 and the torque voltage control unit 35. The magnetization voltage control unit 34 obtains a magnetization voltage command value Vd * that minimizes the deviation between the magnetization current Id and the magnetization current command value Id * by PI calculation. The magnetizing current command value Id * is an ideal magnetizing current calculated using the motor M model. The torque voltage control unit 35 obtains a torque voltage command value Vq * that minimizes the deviation between the torque current Iq and the torque current command value Iq * by PI calculation.

目標トルク電流決定部37は、ポンプ制御部60から入力された速度指令値ω*と現在の速度ωとの偏差を最小するためのトルク電流指令値Iq*を決定する。現在の回転速度ωは、電圧指令値Vd*,Vq*に基づき、軸誤差推定器(PLL)38によって求められる。さらに、積分器39により回転速度ωから位相θが求められる。得られた位相θは、静止/回転座標変換部33および回転/静止座標変換部40に送られる。電圧指令値Vd*,Vq*は、回転/静止座標変換部40および2/3相変換部41を経て固定座標系上の三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に変換される。   The target torque current determination unit 37 determines a torque current command value Iq * for minimizing a deviation between the speed command value ω * input from the pump control unit 60 and the current speed ω. The current rotational speed ω is obtained by an axis error estimator (PLL) 38 based on the voltage command values Vd * and Vq *. Furthermore, the phase θ is obtained from the rotational speed ω by the integrator 39. The obtained phase θ is sent to the stationary / rotational coordinate converter 33 and the rotational / static coordinate converter 40. The voltage command values Vd * and Vq * are converted into three-phase voltage command values Vu *, Vv * and Vw * on the fixed coordinate system via the rotation / stationary coordinate conversion unit 40 and the 2/3 phase conversion unit 41.

インバータ制御部16は、これら三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に対応したPWM信号を生成し、このPWM信号をゲートドライブ回路13に送る。ゲートドライブ回路13は、三相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に対応するPWM信号に基づいてゲートドライブ回路PWM信号を生成し、スイッチング素子は、ゲートドライブ回路PWM信号に基づいて動作(オン、オフ)される。このように、インバータ10はインバータ制御部16からの三相電圧指令値に基づいた電圧を生成し、これをモータMに印加する。   The inverter control unit 16 generates a PWM signal corresponding to these three-phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *, and sends this PWM signal to the gate drive circuit 13. The gate drive circuit 13 generates a gate drive circuit PWM signal based on the PWM signal corresponding to the three-phase voltage command values Vu *, Vv *, Vw *, and the switching element operates based on the gate drive circuit PWM signal ( On, off). Thus, the inverter 10 generates a voltage based on the three-phase voltage command value from the inverter control unit 16 and applies it to the motor M.

モータMが自由回転している状態でモータMを始動させるときは、モータ状態検出部50からモータMの位相θが積分器39に入力される。上述したように、パルスエッジE1の位相は5/6π、パルスエッジE2の位相は−1/6π、パルスエッジE3の位相は−1/2π、パルスエッジE4の位相は1/2πに設定されている。したがって、状態決定部55によって検出されたパルスエッジがパルスエッジE1であれば、状態決定部55はモータMの位相θとして5/6πを積分器39に送る。同様に、検出されたパルスエッジがパルスエッジE2であれば、状態決定部55はモータMの位相θとして−1/6πを積分器39に送る。検出されたパルスエッジがパルスエッジE3であれば、状態決定部55はモータMの位相θとして−1/2πを積分器39に送る。検出されたパルスエッジがパルスエッジE4であれば、状態決定部55はモータMの位相θとして1/2πを積分器39に送る。 When the motor M is started in a state where the motor M is freely rotating, the phase θ n of the motor M is input from the motor state detection unit 50 to the integrator 39. As described above, the phase of the pulse edge E1 is set to 5 / 6π, the phase of the pulse edge E2 is set to −1 / 6π, the phase of the pulse edge E3 is set to −1 / 2π, and the phase of the pulse edge E4 is set to 1 / 2π. Yes. Therefore, if the pulse edge detected by the state determination unit 55 is the pulse edge E1, the state determination unit 55 sends 5 / 6π to the integrator 39 as the phase θ n of the motor M. Similarly, if the detected pulse edge at the pulse edge E2, the state determination unit 55 sends a -1 / 6? As the phase theta n of the motor M to the integrator 39. If the detected pulse edge is a pulse edge E3, the state determination unit 55 sends a -1 / 2 [pi to the integrator 39 as the phase theta n of the motor M. If the detected pulse edge is a pulse edge E4, the state determination unit 55 sends the 1/2 [pi to the integrator 39 as the phase theta n of the motor M.

位相θが入力されると、積分器39は位相θを位相θにリセットし(位相θを位相θに置き換え)、位相θを静止/回転座標変換部33および回転/静止座標変換部40に送る。このように、自由回転しているモータMの位相θに基づいてベクトル制御が開始されるので、インバータ制御部16はモータMの脱調を防ぎつつモータMを始動させることができる。 When the phase theta n is input, the integrator 39 resets the phase theta phase theta n (replacing the phase theta phase theta n), the phase theta n stationary / rotating coordinate conversion section 33 and a rotating / stationary coordinate converter Send to part 40. As described above, since the vector control is started based on the phase θ n of the freely rotating motor M, the inverter control unit 16 can start the motor M while preventing the motor M from stepping out.

本実施形態におけるインバータ制御部16は、ベクトル制御方法によってインバータを制御するように構成されているが、本発明はこの例に限らず、インバータ制御部16は、V/f制御方法によってインバータを制御するように構成されていてもよい。   The inverter control unit 16 in the present embodiment is configured to control the inverter by a vector control method, but the present invention is not limited to this example, and the inverter control unit 16 controls the inverter by a V / f control method. It may be configured to.

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。   The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the widest scope according to the technical idea defined by the claims.

1 交流電源
3 配管
4 圧力センサ
10 インバータ
11 コンバータ回路
12 インバータ回路
13 ゲートドライブ部
16 インバータ制御部
20 電流測定部
21 電圧測定部
50 モータ状態検出部
51A,51B 電圧比較器
52A,52B パルスエッジ検出部
55 状態決定部
60 ポンプ制御部
P ポンプ
M モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 3 Piping 4 Pressure sensor 10 Inverter 11 Converter circuit 12 Inverter circuit 13 Gate drive part 16 Inverter control part 20 Current measurement part 21 Voltage measurement part 50 Motor state detection part 51A, 51B Voltage comparator 52A, 52B Pulse edge detection part 55 State determination unit 60 Pump control unit P Pump M Motor

Claims (2)

ポンプと、
前記ポンプに連結されたモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記モータに発生した誘起電圧から、自由回転する前記モータの回転速度を検出するモータ状態検出部と、
前記ポンプの吐出し圧力と所定の目標圧力との差分を最少とするための前記モータの速度指令値を生成するポンプ制御部と、
前記モータが前記速度指令値で回転するために必要な電圧指令値を算出し、該電圧指令値を前記インバータに送信するインバータ制御部とを備え、
前記ポンプ制御部は、前記モータ状態検出部によって検出された前記モータの回転速度を前記速度指令値の初期値として使用することを特徴とするポンプ装置。
A pump,
A motor coupled to the pump;
An inverter for driving the motor;
A motor state detector that detects the rotational speed of the motor that freely rotates from the induced voltage generated in the motor;
A pump controller for generating a speed command value of the motor for minimizing a difference between a discharge pressure of the pump and a predetermined target pressure;
An inverter control unit that calculates a voltage command value necessary for the motor to rotate at the speed command value, and transmits the voltage command value to the inverter;
The pump device, wherein the pump control unit uses the rotation speed of the motor detected by the motor state detection unit as an initial value of the speed command value.
前記モータ状態検出部は、前記モータから発生する誘起電圧から、自由回転する前記モータの回転方向をさらに検出することを特徴とする請求項1に記載のポンプ装置。   The pump device according to claim 1, wherein the motor state detection unit further detects a rotation direction of the motor that freely rotates from an induced voltage generated from the motor.
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