JP2022064817A - Motor drive device and refrigerator - Google Patents

Motor drive device and refrigerator Download PDF

Info

Publication number
JP2022064817A
JP2022064817A JP2021080189A JP2021080189A JP2022064817A JP 2022064817 A JP2022064817 A JP 2022064817A JP 2021080189 A JP2021080189 A JP 2021080189A JP 2021080189 A JP2021080189 A JP 2021080189A JP 2022064817 A JP2022064817 A JP 2022064817A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
current
inverter
permanent magnet
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021080189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
東昇 李
Tosho Ri
励 笠原
Rei Kasahara
和弘 上田
Kazuhiro Ueda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Original Assignee
Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc filed Critical Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority to JP2021080189A priority Critical patent/JP2022064817A/en
Publication of JP2022064817A publication Critical patent/JP2022064817A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022Compressor control arrangements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18Estimation of position or speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/32Determining the initial rotor position
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device capable of precisely calculating a state of a rotor without passing an excessive short circuit current, and a refrigerator employing the same.
SOLUTION: A motor drive device comprises: an inverter 2 to output, to a permanent magnet synchronous motor 3, an AC power converted from an input DC power; and a control unit 5 to control operation of the inverter 2. When the permanent magnet synchronous motor 3 is in a free-run state, the control unit 5 calculates a state of a rotor of the permanent magnet synchronous motor 3 in the free-run state on the basis of a motor current of the permanent magnet synchronous motor 3 detected by turning on PWM control performed by the inverter 2, and controls the inverter 2 such that the permanent magnet synchronous motor 3 starts rotation from the free-run state on the basis of the calculated state of the rotor.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータが空転している状態から再始動する手段を備えるモータ駆動装置およびそれを用いる冷凍機器に関する。 The present invention relates to a motor drive device provided with means for restarting a motor from a state in which it is idling, and a refrigerating device using the motor drive device.

直流を交流に変換するインバータと永久磁石同期モータから構成されるモータ駆動システムが家電製品や産業機器分野において広く普及している。特に、冷凍機器などの分野では、このようなモータ駆動システムにより機器の高効率化が図られている。 Motor drive systems consisting of an inverter that converts direct current to alternating current and a permanent magnet synchronous motor are widely used in the fields of home appliances and industrial equipment. In particular, in fields such as refrigeration equipment, such motor drive systems are used to improve the efficiency of equipment.

一般的に、永久磁石同期モータを高効率駆動するために、モータの回転子位置情報が必要となる。モータの回転子位置は、エンコーダなどの位置検出器を用いて直接的に検出することができるが、コストと信頼性の問題がある。そこで、近年、位置検出器を用いることなく永久磁石同期モータの回転子位置を検出する位置センサレス制御が、提案され、様々な製品に適用されている。 Generally, in order to drive a permanent magnet synchronous motor with high efficiency, rotor position information of the motor is required. The rotor position of the motor can be directly detected using a position detector such as an encoder, but there are problems in cost and reliability. Therefore, in recent years, position sensorless control for detecting the rotor position of a permanent magnet synchronous motor without using a position detector has been proposed and applied to various products.

永久磁石同期モータの位置センサレス制御における課題の一つは、回転子が空転している状態から再始動する方法(「フリーラン起動」と呼ぶ)である。例えば、ファンなどの駆動モータは、負荷の慣性や外力(外風)により、起動前に既に回転している場合がある。空転状態の回転子位置、回転速度および回転方向などの情報が無ければ、モータが停止するまで待つか、強制的にブレーキ制御をかけて回転を停止させ、その後停止状態から再起動しなければならないため、再起動までの時間が長くなる。 One of the problems in the position sensorless control of the permanent magnet synchronous motor is a method of restarting the rotor from a state where it is idling (referred to as "free run start"). For example, a drive motor such as a fan may have already rotated before starting due to the inertia of the load or an external force (outside wind). If there is no information such as the rotor position, rotation speed and rotation direction in the idling state, it is necessary to wait until the motor stops or forcibly apply brake control to stop the rotation and then restart from the stopped state. Therefore, it takes a long time to restart.

これに対し、モータ空転時に発生する誘起電圧を利用して、モータの巻線をインバータによって瞬間的に短絡させ、このときに流れる電流に基づき回転子の位置などを算出する技術が、特許文献1および特許文献2に記載されている。 On the other hand, Patent Document 1 is a technique for instantaneously short-circuiting the windings of a motor by an inverter using an induced voltage generated when the motor idles, and calculating the position of a rotor based on the current flowing at this time. And patent document 2.

特許文献1に記載の技術では、モータ駆動用インバータを構成するスイッチング素子のうち、三つの下アーム素子を同時にオンにして、モータ巻線に短絡電流を流して、三相のモータ電流の検出情報に基づいて回転子の位置と回転速度を算出する。 In the technique described in Patent Document 1, three lower arm elements among the switching elements constituting the motor drive inverter are turned on at the same time, a short-circuit current is passed through the motor winding, and three-phase motor current detection information is obtained. The position and rotation speed of the rotor are calculated based on.

特許文献2に記載の技術では、モータ駆動用インバータの2相分の異なるアームの素子を同時にオンオフ動作させて、インバータの直流側の母線(シャント)電流を検出して、モータの回転子位置と回転速度を算出する。 In the technique described in Patent Document 2, elements of different arms for two phases of a motor driving inverter are simultaneously turned on and off, and the bus current on the DC side of the inverter is detected to determine the rotor position of the motor. Calculate the rotation speed.

特許第4103051号公報Japanese Patent No. 4103051 特開2018-170928号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-170928

特許文献1に記載の技術においては、モータ巻線の短絡電流を検出するために、電流センサを用いて、少なくとも2相分のモータ電流を検出する必要があり、回路コストがかかる。 In the technique described in Patent Document 1, in order to detect the short-circuit current of the motor winding, it is necessary to detect the motor current for at least two phases by using a current sensor, which requires a circuit cost.

特許文献2に記載の技術においては、母線(シャント)抵抗に流す電流の検出により、各相電流を検出する電流センサが不要になるが、特殊なPWM制御モードと電流検出処理を使うため、モータの回転子位置と回転速度を算出する演算が複雑になり、推定結果に誤差が発生しやすい。 In the technique described in Patent Document 2, the detection of the current flowing through the bus resistance eliminates the need for a current sensor for detecting each phase current, but since a special PWM control mode and current detection processing are used, the motor is used. The calculation for calculating the rotor position and rotation speed of the is complicated, and an error is likely to occur in the estimation result.

そこで、本発明は、母線(シャント)抵抗に流す電流を検出方式に対応でき、特殊なPWM制御モードや電流検出処理を使用せず、モータ回転子の位置と速度を高精度に算出できるモータ駆動装置およびそれを用いる冷凍機器を提供する。 Therefore, the present invention can support a detection method for the current flowing through a bus resistor, and can calculate the position and speed of the motor rotor with high accuracy without using a special PWM control mode or current detection processing. The device and the refrigerating equipment using the device are provided.

上記課題を解決するために、本発明によるモータ駆動装置は、
入力された直流電力から変換した交流電力を永久磁石同期モータに出力するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記永久磁石同期モータが空転状態である場合に、前記インバータによるPWM制御をオン状態とすることで検出される前記永久磁石同期モータのモータ電流に基づいて、前記空転状態における前記永久磁石同期モータの回転子の状態を算出し、
算出された前記回転子の状態に基づいて、前記永久磁石同期モータが前記空転状態から回転を開始するように前記インバータを制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the motor drive device according to the present invention is
It is equipped with an inverter that outputs AC power converted from the input DC power to a permanent magnet synchronous motor, and a control unit that controls the operation of the inverter.
The control unit
When the permanent magnet synchronous motor is in the idling state, the permanent magnet synchronous motor in the idling state is based on the motor current of the permanent magnet synchronous motor detected by turning on the PWM control by the inverter. Calculate the state of the rotor and
It is characterized in that the inverter is controlled so that the permanent magnet synchronous motor starts rotation from the idling state based on the calculated state of the rotor.

本発明によれば、空転中のモータの回転位相を検出するセンサや誘起電圧検出回路などが不要になることにより、回路コスト、基板面積およびマイコンのA/Dポート使用数の削減ができる。また、回転子位置と回転速度を算出する期間に過大なモータ電流を流すことなく、高精度に回転子の状態を算出できる。したがって、モータ駆動装置およびそれを用いる冷凍機器の起動制御の信頼性が向上する。 According to the present invention, the circuit cost, the board area, and the number of A / D ports used by the microcomputer can be reduced by eliminating the need for a sensor for detecting the rotation phase of the idling motor, an induced voltage detection circuit, and the like. Further, the state of the rotor can be calculated with high accuracy without passing an excessive motor current during the period for calculating the rotor position and the rotation speed. Therefore, the reliability of the start control of the motor drive device and the refrigeration equipment using the motor drive device is improved.

上記した以外の課題、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。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.

本発明の実施例1であるモータ駆動装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the motor drive device which is Embodiment 1 of this invention. 制御部の制御構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control composition of a control part. 位相と速度算出の構成図である。It is a block diagram of phase and velocity calculation. 位相と速度算出時のPWM信号とシャント抵抗電流の時間波形図である。It is a time waveform diagram of a PWM signal and a shunt resistance current at the time of phase and speed calculation. 空転時におけるモータ駆動装置の運転状態の遷移を示す状態遷移図である。It is a state transition diagram which shows the transition of the operating state of a motor drive device at the time of idling. モータ起動時の電流指令値と回転速度指令値を示す概略波形図である。It is a schematic waveform diagram which shows the current command value and the rotation speed command value at the time of motor start. モータ起動時の電流指令値と回転速度指令値を示す概略波形図である。It is a schematic waveform diagram which shows the current command value and the rotation speed command value at the time of motor start. 本発明の実施例2である冷凍機器の構成図である。It is a block diagram of the refrigerating apparatus which is Example 2 of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

<装置構成>
図1は、本発明の実施例1であるモータ駆動装置の全体構成図である。図1に示すモータ駆動装置は、直流電源1と、直流電源1からの直流電力を交流電力に変換するインバータ2と、駆動対象となる永久磁石同期モータ3と、永久磁石同期モータ3によって駆動される機械的なモータ負荷4と、インバータ2を制御する制御部5と、直流電源1とインバータ2の間にあるシャント抵抗6およびシャント抵抗6の信号を増幅する増幅器7とを備える。なお、本実施例において、モータ負荷4は冷凍機器用のファンである。
<Device configuration>
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention. The motor drive device shown in FIG. 1 is driven by a DC power supply 1, an inverter 2 that converts DC power from the DC power supply 1 into AC power, a permanent magnet synchronous motor 3 to be driven, and a permanent magnet synchronous motor 3. It includes a mechanical motor load 4, a control unit 5 that controls the inverter 2, and an amplifier 7 that amplifies the signals of the shunt resistance 6 and the shunt resistance 6 between the DC power supply 1 and the inverter 2. In this embodiment, the motor load 4 is a fan for refrigerating equipment.

直流電源1としては、図示されない商用交流電源などの交流電源から受電する交流電力を直流電力に変換する電力変換装置(例えば、ダイオード整流器や安定化電源など)もしくは電池などが適用される。 As the DC power supply 1, a power conversion device (for example, a diode rectifier, a regulated power supply, etc.) or a battery that converts AC power received from an AC power source such as a commercial AC power supply (not shown) into DC power is applied.

インバータ2においては、半導体スイッチング素子(本実施例ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))とダイオードが逆並列に接続される二つのアーム回路、すなわち上アームと下アームが直列に接続される直列接続回路が、直流電源1の一対の正負端子間に接続される。インバータ2は、3相インバータであるため、このような直列接続回路を交流の相数分すなわち3個備えている。ここで、上アームおよび下アームは、それぞれ、直流電源1の高電位側および低電位側に接続される。上下アームの直列接続点は交流端子に接続され、交流端子には永久磁石同期モータ3が接続される。 In the inverter 2, two arm circuits in which a semiconductor switching element (in this embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)) and a diode are connected in antiparallel, that is, a series connection circuit in which an upper arm and a lower arm are connected in series. Is connected between the pair of positive and negative terminals of the DC power supply 1. Since the inverter 2 is a three-phase inverter, it is provided with three such series connection circuits for the number of AC phases, that is, three. Here, the upper arm and the lower arm are connected to the high potential side and the low potential side of the DC power supply 1, respectively. The series connection points of the upper and lower arms are connected to the AC terminal, and the permanent magnet synchronous motor 3 is connected to the AC terminal.

インバータ2の低電位側の母線は、電流検出用のシャント抵抗6を介して直流電源1の負端子に接続される。シャント抵抗6によって検出される電流検出信号は、増幅器7を介して制御部5に入力される。ここで、シャント抵抗6に代えて、電流センサなどの他の電流検出手段を用いても良い。なお、制御部5におけるデジタル演算のために、増幅器7の出力信号は、サンプリングおよびホールド回路とA/D変換器などにより、デジタル信号に変換される。 The bus on the low potential side of the inverter 2 is connected to the negative terminal of the DC power supply 1 via the shunt resistor 6 for current detection. The current detection signal detected by the shunt resistor 6 is input to the control unit 5 via the amplifier 7. Here, instead of the shunt resistor 6, another current detection means such as a current sensor may be used. The output signal of the amplifier 7 is converted into a digital signal by the sampling and hold circuit, the A / D converter, and the like for the digital calculation in the control unit 5.

制御部5としては、マイクロコンピュータもしくはDSP(デジタルシグナルプロセッサ)などの半導体演算装置が用いられる。 As the control unit 5, a semiconductor arithmetic unit such as a microcomputer or a DSP (digital signal processor) is used.

なお、本実施例においては、後述するように制御部5が、位置検出器を用いることなく永久磁石同期モータの回転子位置を検出して同期を行い、位置センサレス制御を実行するため、永久磁石同期モータ3には、回転子や回転軸の位置を検出するホール素子などの磁極位置検出手段は設けていない。 In this embodiment, as will be described later, the control unit 5 detects and synchronizes the rotor position of the permanent magnet synchronization motor without using a position detector, and executes position sensorless control. Therefore, the permanent magnet is used. The synchronous motor 3 is not provided with a magnetic pole position detecting means such as a Hall element for detecting the position of the rotor or the rotating shaft.

<全体制御の説明>
図2は、本実施例1における制御部5の制御構成を示すブロック図である。制御部5は、半導体演算装置が所定のプログラムを実行することにより、各ブロックが示す各機能を備える。
<Explanation of overall control>
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the control unit 5 in the first embodiment. The control unit 5 has each function indicated by each block by executing a predetermined program by the semiconductor arithmetic unit.

制御部5は、d-q軸ベクトル制御により、モータに印加する電圧指令信号を演算し、インバータのPWM(Pulse Width Modulation)制御信号を生成するものである。制御部5は、速度制御器10と、d軸電流指令発生器11と、電圧制御器12と、2軸/3相変換器13と、速度および位相推定器14と、3相/2軸変換器15と、電流再現演算器16と、空転状態算出器17と、電圧指令切替器18と、PWM制御器19とを備える。なお、空転時における起動制御に関連する機能については後述する。 The control unit 5 calculates a voltage command signal applied to the motor by dq-axis vector control, and generates a PWM (Pulse Width Modulation) control signal of the inverter. The control unit 5 includes a speed controller 10, a d-axis current command generator 11, a voltage controller 12, a 2-axis / 3-phase converter 13, a speed and phase estimator 14, and 3-phase / 2-axis conversion. It includes a device 15, a current reproduction calculator 16, an idling state calculator 17, a voltage command switch 18, and a PWM controller 19. The functions related to the start control at the time of idling will be described later.

電流再現演算器16は、増幅器7から出力される電流検出信号(ish)と、三相電圧指令(v ,v ,v )を用いてインバータ2からの三相モータ電流(i,i,i)を再現する。シャント抵抗の電流信号から三相モータ電流を再現する方法は公知であるため、ここでの詳細説明は省略する。なお、図1では、コスト低減のために、シャント抵抗6によって検出される電流検出信号(ish)から三相電流を再現する方式を採用しているが、特に実施形態を限定するものではない。したがって、シャント抵抗6に代えて電流センサなどの電流検出手段を用いてインバータ回路2の出力である交流電流を検出しても良く、この場合は、その電流検出手段が検出した三相電流を3相/2軸変換器15に入力すれば良い。 The current reproduction calculator 16 uses the current detection signal (i sh ) output from the amplifier 7 and the three-phase voltage command (v u * , v v * , v w * ) to generate the three-phase motor current from the inverter 2. Reproduce (i u , i v , i w ). Since a method for reproducing a three-phase motor current from a current signal of a shunt resistor is known, detailed description thereof will be omitted here. In addition, in FIG. 1, in order to reduce the cost, a method of reproducing the three-phase current from the current detection signal ( ish ) detected by the shunt resistor 6 is adopted, but the embodiment is not particularly limited. .. Therefore, instead of the shunt resistance 6, an AC current which is an output of the inverter circuit 2 may be detected by using a current detecting means such as a current sensor. In this case, the three-phase current detected by the current detecting means is 3 It may be input to the phase / 2-axis converter 15.

3相/2軸変換器15は、再現された三相出力電流(i,i,i)と、速度および位相推定器14によって推定された位相情報θdcとに基づいて、dc軸電流(idc)とqc軸電流(iqc)とを数式1および数式2に基づいて演算する。数式1は、いわゆる3相/2軸変換を表し、数式2は回転座標系への変換を表す。 The 3-phase / 2-axis converter 15 has a dc-axis based on the reproduced three-phase output currents (i u , iv , i w ) and the velocity and phase information θ dc estimated by the phase estimator 14. The current (i dc ) and the qc axis current (i qc ) are calculated based on Equation 1 and Equation 2. Equation 1 represents a so-called three-phase / two-axis transformation, and Equation 2 represents a transformation to a rotating coordinate system.

Figure 2022064817000002
Figure 2022064817000002

Figure 2022064817000003
Figure 2022064817000003

dc-qc軸は、推定位置情報に基づくベクトル制御系の推定軸、d-q軸はモータ回転子軸であり、ここではd-q軸とdc-qc軸との軸誤差はΔθcと定義する。 The dc-qc axis is the estimation axis of the vector control system based on the estimated position information, and the d-q axis is the motor rotor axis. Here, the axis error between the dq axis and the dc-qc axis is defined as Δθc. ..

図2において、速度制御器10は、外部からの速度指令値(ω*)に基づいて、速度指令値と、速度および位相推定器14によって推定される推定速度との偏差を0に近づけるように、すなわち推定速度を速度指令値に近づけるように、qc軸電流指令値(iqc )を作成する。また、モータ電流を最小化するために、電流指令発生器11は、dc軸電流指令値(idc )を発生する。 In FIG. 2, the speed controller 10 brings the deviation between the speed command value and the speed and the estimated speed estimated by the phase estimator 14 close to 0 based on the speed command value (ω * ) from the outside. That is, the qc axis current command value (i qc * ) is created so that the estimated speed approaches the speed command value. Further, in order to minimize the motor current, the current command generator 11 generates a dc -axis current command value (idc * ).

図2における電圧制御器12は、電流指令発生器11から与えられるdc軸電流指令値idc *と、速度制御器10から与えられるqc軸電流指令値iqc *と、3相/2軸変換器15から与えられるdc軸電流検出値idcおよびqc軸電流検出値iqcと、速度指令値ω*およびモータ定数を用いて、dc軸電圧指令値vdc *およびqc軸電圧指令値vqc *を演算して出力する。 The voltage controller 12 in FIG. 2 has a dc-axis current command value i dc * given by the current command generator 11, a qc-axis current command value i qc * given by the speed controller 10, and a three-phase / two-axis conversion. Using the dc-axis current detection value i dc and qc-axis current detection value i qc given by the device 15, the dc-axis voltage command value v dc * and the qc-axis voltage command value v qc using the speed command value ω * and the motor constant. * Is calculated and output.

2軸/3相変換器13は、電圧制御器12によって算出されたdc-qc軸の電圧指令(vdc ,vqc )と速度および位相推定器14からの位相情報(θdc)を用いて、数式3および数式4に基づいて、三相電圧指令(v ,v ,v )を算出して出力する。なお、数式3は、回転座標系から固定座標系への変換を表す。また、数式4は、いわゆる2軸/3相変換を表す。 The 2-axis / 3-phase converter 13 outputs the voltage command (v dc * , v qc * ) of the dc-qc axis calculated by the voltage controller 12 and the phase information (θ dc ) from the speed and phase estimator 14. Using, the three-phase voltage command (v u * , v v * , v w * ) is calculated and output based on the formulas 3 and 4. The mathematical formula 3 represents a conversion from a rotating coordinate system to a fixed coordinate system. Further, the mathematical formula 4 represents a so-called two-axis / three-phase transformation.

Figure 2022064817000004
Figure 2022064817000004

Figure 2022064817000005
Figure 2022064817000005

なお、速度および位相推定器14は、dc軸電流検出値(idc)およびqc軸電流検出値(iqc)と、dc-qc軸の電圧指令(vdc ,vqc )とを用いて、回転子の位置や回転速度を推定し、位相情報(θdc)および推定速度(ω)として出力する。 The speed and phase estimator 14 uses the dc-axis current detection value (i dc ) and the qc-axis current detection value (i qc ) and the dc-qc-axis voltage command (v dc * , v qc * ). Then, the position and rotation speed of the rotor are estimated and output as phase information (θ dc ) and estimated speed (ω).

これにより、本実施例1では、位置センサレス制御が可能になり、駆動システム全体のコストが低減できる。なお、速度および位相推定器14における具体的な推定手段は公知であるため、ここでの詳細説明は省略する。 As a result, in the first embodiment, position sensorless control becomes possible, and the cost of the entire drive system can be reduced. Since the specific estimation means in the velocity and phase estimator 14 is known, detailed description thereof will be omitted here.

<空転時の位相検出の説明>
永久磁石同期モータ3が空転状態から再始動する場合、永久磁石同期モータ3の回転速度によっては、回転子位置と回転速度情報を取得しなければ、図2に示した制御によるモータ起動が難しくなる。
<Explanation of phase detection during idling>
When the permanent magnet synchronous motor 3 restarts from the idling state, depending on the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor 3, it becomes difficult to start the motor by the control shown in FIG. 2 unless the rotor position and the rotational speed information are acquired. ..

これに対し、本実施例1は、永久磁石同期モータ3が空転状態での回転子位置と回転速度を算出する手段を備えている。以下では、その手段について説明する。 On the other hand, the first embodiment includes means for calculating the rotor position and the rotation speed in the idle state of the permanent magnet synchronous motor 3. The means thereof will be described below.

永久磁石同期モータ3が空転すると巻線から誘起電圧を生じる。誘起電圧は、永久磁石同期モータ3とインバータの接続部であるU相、V相、W相の交流端子に印加される。永久磁石同期モータ3の電気位相(θ)の基準をU相巻線位置とし、また、永久磁石同期モータ3の三相巻線の中性点を基準電位とすれば、U相、V相、W相の相誘起電圧(e,e,e)は、数式5で表される。数式5のωはモータ速度であり、Keはモータ誘起電圧定数である。 When the permanent magnet synchronous motor 3 idles, an induced voltage is generated from the winding. The induced voltage is applied to the U-phase, V-phase, and W-phase AC terminals that are the connection between the permanent magnet synchronous motor 3 and the inverter. If the reference of the electric phase (θ d ) of the permanent magnet synchronous motor 3 is the U-phase winding position and the neutral point of the three-phase winding of the permanent magnet synchronous motor 3 is the reference potential, the U-phase and V-phase are used. The phase-induced voltage (eu, ev , e w ) of the W phase is expressed by Equation 5. In Equation 5, ω is the motor speed, and Ke is the motor-induced voltage constant.

Figure 2022064817000006
Figure 2022064817000006

図3は、空転状態の永久磁石同期モータの回転子位置と回転速度を算出する空転状態算出器17の構成図である。空転状態算出器17は、オンオフ信号生成器20と、電流位相演算器21と、速度演算器22と、モータ位相演算器23と、電圧指令生成器24と、から構成される。 FIG. 3 is a configuration diagram of an idling state calculator 17 that calculates the rotor position and the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor in the idling state. The idling state calculator 17 includes an on / off signal generator 20, a current phase calculator 21, a speed calculator 22, a motor phase calculator 23, and a voltage command generator 24.

オンオフ信号生成器20では、PWM信号の有無を制御する制御信号を生成して、インバータのPWM動作をオン状態とする区間(以下、「オン状態区間」として参照する)とオフ状態とする区間(以下、「オフ状態区間」として参照する)を設定する。PWM動作のオン状態においては、インバータの全ての構成素子がPWM信号にしたがってオン・オフの切り替え動作をして、電圧指令生成器24からの電圧指令値は、電圧指令切替器18を通して、インバータ2から電圧(v,v,v)を出力する。本状態では、インバータ2の出力電圧と各相の誘起電圧との電圧差が永久磁石同期モータ3の各固定子巻線に印加される。このとき、巻線のインダクタンス(L)と巻線抵抗(R)があるため、モータ電流は0から増加する。ここで、一般的に巻線抵抗の影響がインダクタンスより十分に小さいため、その影響を無視すれば、数式6によりモータ電流とインバータ2の出力電圧(v,v,v)および誘起電圧(e,e,e)の関係が表される。 The on / off signal generator 20 generates a control signal for controlling the presence / absence of a PWM signal, and turns the PWM operation of the inverter on (hereinafter referred to as “on state section”) and off state (hereinafter referred to as “on state section”). Hereinafter referred to as "off state section") is set. In the ON state of the PWM operation, all the constituent elements of the inverter perform an on / off switching operation according to the PWM signal, and the voltage command value from the voltage command generator 24 is transmitted to the inverter 2 through the voltage command switch 18. Outputs the voltage (v u , v v , v w ) from. In this state, the voltage difference between the output voltage of the inverter 2 and the induced voltage of each phase is applied to each stator winding of the permanent magnet synchronous motor 3. At this time, since there is a winding inductance (L) and a winding resistance (R), the motor current increases from 0. Here, since the influence of the winding resistance is generally sufficiently smaller than the inductance, if the influence is ignored, the motor current, the output voltage of the inverter 2 (v u , v v , v w ) and the induced voltage are according to Equation 6. The relationship of ( eu , e v , e w ) is expressed.

Figure 2022064817000007
Figure 2022064817000007

上記のように、最初のモータ電流が0の状態であれば、インバータ2のPWM動作のオン状態区間(t_on)中にインバータ2の出力電圧(v,v,v)と誘起電圧(e,e,e)がほぼ一定と仮定すると、PWM動作のオン状態区間が終了時のモータ電流(i,i,i)は数式7によって表わされる。 As described above, if the initial motor current is 0, the output voltage (v u , v v , v w ) and induced voltage (v u, v v, v w) of the inverter 2 and the induced voltage (v u, v v, v w) during the on-state section (t_on) of the PWM operation of the inverter 2 Assuming that e u , e v , e w ) is almost constant, the motor current (i u , iv , i w ) at the end of the on-state section of the PWM operation is expressed by Equation 7.

Figure 2022064817000008
Figure 2022064817000008

数式7により、PWM動作のオン状態が終了時のモータ電流(i,i,i)はオン区間の時間幅(t_on)と比例関係にある。 According to the equation 7, the motor current (i u , iv , i w ) at the end of the on state of the PWM operation is proportional to the time width (t _on ) of the on section.

<PWMオンオフ動作とオン状態区間調整>
また、上述したように、PWM動作のオン状態のモータ電流は誘起電圧と関係もあることから、空転速度が高い場合には誘起電圧が高くなるため、過大なモータ電流が発生して、半導体スイッチング素子あるいはダイオードが破壊される恐れがある。一方、空転速度が低い場合には、誘起電圧が低くなるため、モータ電流も小さくなり、十分な精度でモータ電流を検出することが難しくなる。
<PWM on / off operation and on state section adjustment>
Further, as described above, since the motor current in the ON state of the PWM operation is related to the induced voltage, the induced voltage becomes high when the idling speed is high, so that an excessive motor current is generated and semiconductor switching is performed. The element or diode may be destroyed. On the other hand, when the idling speed is low, the induced voltage is low, so that the motor current is also small, and it becomes difficult to detect the motor current with sufficient accuracy.

そこで、本実施例1において、オンオフ信号生成器20は、インバータ2のPWM動作のオン状態区間(t_on)を調整することで、広い範囲の空転速度に対応する。具体的には、PWM動作のオン状態区間において、電流再現演算器16を用いて三相モータ電流を再現する。オンオフ信号生成器20で三相電流の再現値を用いて、PWM動作のオン状態区間の時間幅を調整する。一例として、電流再現演算器16から再現されたモータ電流が事前に設定した電流レベル値との比較により、オンオフ信号を制御する。ここでの電流レベル値は、電流検出値の検出誤差やノイズの影響を低減するため、定格電流の約20%以上80%以下の範囲が好ましい。PWM動作のオン区間の電流検出値が電流レベル値を超えたら、全てのPWM信号をオフにして、オフ状態区間へ移行する。 Therefore, in the first embodiment, the on / off signal generator 20 corresponds to a wide range of idling speeds by adjusting the on-state section (t _on ) of the PWM operation of the inverter 2. Specifically, the three-phase motor current is reproduced by using the current reproduction calculator 16 in the on-state section of the PWM operation. The on / off signal generator 20 adjusts the time width of the on-state section of the PWM operation by using the reproduced value of the three-phase current. As an example, the on / off signal is controlled by comparing the motor current reproduced from the current reproduction calculator 16 with a preset current level value. The current level value here is preferably in the range of about 20% or more and 80% or less of the rated current in order to reduce the detection error of the current detection value and the influence of noise. When the current detection value in the on section of the PWM operation exceeds the current level value, all the PWM signals are turned off and the operation shifts to the off state section.

PWM動作のオフ状態区間において、モータ電流は、オフしている半導体スイッチング素子に逆並列に接続されるダイオードを通って、直流電源へ還流する。このとき、直流電源電圧も各固定子巻線に印加されるため、モータ電流が0まで減衰する。また、PWM動作のオフ状態区間幅は、毎回、モータ電流が0に戻るように設定する。オン状態区間を経過した後に、再びPWM動作のオン状態区間に移行し、再度モータ電流を0から発生させる。このようにしてPWM動作にオフ状態区間を設けることで、過電流を防止することができる。 In the OFF state section of the PWM operation, the motor current returns to the DC power supply through the diode connected in antiparallel to the semiconductor switching element that is turned off. At this time, since the DC power supply voltage is also applied to each stator winding, the motor current is attenuated to 0. Further, the width of the OFF state section of the PWM operation is set so that the motor current returns to 0 each time. After the on-state section has elapsed, the PWM operation shifts to the on-state section again, and the motor current is generated from 0 again. By providing the OFF state section in the PWM operation in this way, overcurrent can be prevented.

図4は、上記PWM動作のオン状態区間とオフ状態区間の各相の下アームのPWM信号(30、31、32)とシャント抵抗電流波形(33)の時間波形図である。図4に示されない各相の上アーム素子のPWM信号は、PWM動作のオン状態区間では、対応する下アームのPWM信号(30、31、32)の逆相信号であり、PWM動作のオフ状態区間では、下アームと同じオフ信号である。また、図4下部の時間拡大図に示すように、PWM動作のオン状態区間において、三相のPWM信号は、各相の立ち上がりおよび立ち下がりのタイミングがずれるようにするため、PWM信号のレベル変化(ハイレベルからローレベルもしくは、ローレベルからハイレベルへ転換)する時点付近に、シャント抵抗電流波形(33)が発生する。 FIG. 4 is a time waveform diagram of the PWM signals (30, 31, 32) and the shunt resistance current waveform (33) of the lower arm of each phase of the on state section and the off state section of the PWM operation. The PWM signal of the upper arm element of each phase not shown in FIG. 4 is a reverse phase signal of the corresponding lower arm PWM signal (30, 31, 32) in the on state section of the PWM operation, and is an off state of the PWM operation. In the section, it is the same off signal as the lower arm. Further, as shown in the time enlarged view at the lower part of FIG. 4, in the on-state section of the PWM operation, the PWM signal of the three-phase changes in the level of the PWM signal in order to shift the rising and falling timings of each phase. A shunt resistance current waveform (33) is generated near the time point (conversion from high level to low level or from low level to high level).

<電流から位相算出>
電流位相演算器21では、オンオフ信号生成器20からのオンオフ信号がオンからオフに変化する際に、三相モータ電流の最後の再現値(i,i,i)から、数式8を用いて電流位相(θi)を演算する。
<Phase calculation from current>
In the current phase calculator 21, when the on / off signal from the on / off signal generator 20 changes from on to off, the equation 8 is calculated from the final reproduction value (i u , iv , i w ) of the three-phase motor current. Use to calculate the current phase (θi).

Figure 2022064817000009
Figure 2022064817000009

<位相差から速度演算>
また、電流位相(θi)演算の2回目以降は、数式9に示すように、前後の電流位相の演算結果の差分と時間差(Δt)から、速度演算器22で初期回転速度(ω0)を演算する。
<Speed calculation from phase difference>
Further, after the second and subsequent current phase (θi) calculations, as shown in Equation 9, the initial rotation speed (ω 0 ) is calculated by the speed calculator 22 from the difference between the calculation results of the previous and next current phases and the time difference (Δt). Calculate.

Figure 2022064817000010
Figure 2022064817000010

さらに、回転速度の正負から、モータの回転方向を判定して、数式10を用いて、モータ位相演算器23でモータ回転子の初期位相θdcを演算する。 Further, the rotation direction of the motor is determined from the positive and negative of the rotation speed, and the initial phase θdc of the motor rotor is calculated by the motor phase calculator 23 using the equation 10.

Figure 2022064817000011
Figure 2022064817000011

また、回転速度の演算精度向上のため、複数回の演算結果を平均化するなど、各種の統計的な処理をしても良い。 Further, in order to improve the calculation accuracy of the rotation speed, various statistical processes such as averaging the calculation results of a plurality of times may be performed.

速度演算器22とモータ位相演算器23からの初期回転速度とモータ回転子の初期位相は、図2にある速度&位相推定器14の初期値に設定して、図2の制御を起動する。 The initial rotation speed from the speed calculator 22 and the motor phase calculator 23 and the initial phase of the motor rotor are set to the initial values of the speed & phase estimator 14 shown in FIG. 2, and the control of FIG. 2 is activated.

また、電圧指令生成器では、オン状態区間の三相電圧指令値を生成する。理論上は、三相電圧指令がインバータ出力できる範囲の任意値でも良い。一般的に、演算処理を便利のため、三相電圧指令を0もしくは同一値にすればよい。但し、シャント電流から三相電流を再現するために、三相電圧指令値に、三角波のキャリア波の上り坂と下り坂にシフト量を加算と減算など処理を行う。シャント電流から三相電流の再現技術は公知であるため、ここでの詳細説明は省略する。 Further, the voltage command generator generates a three-phase voltage command value in the on-state section. Theoretically, any value within the range in which the three-phase voltage command can be output by the inverter may be used. Generally, for convenience of arithmetic processing, the three-phase voltage command may be set to 0 or the same value. However, in order to reproduce the three-phase current from the shunt current, processing such as adding and subtracting the shift amount to the uphill and downhill of the carrier wave of the triangular wave is performed to the three-phase voltage command value. Since the technique of reproducing the three-phase current from the shunt current is known, detailed description thereof is omitted here.

<起動シーケンス>
図5は、空転時に永久磁石同期モータ3を再起動する際のモータ駆動装置の運転状態の遷移を示す状態遷移図である。
<Startup sequence>
FIG. 5 is a state transition diagram showing a transition of the operating state of the motor drive device when the permanent magnet synchronous motor 3 is restarted at the time of idling.

空転状態では上述したように回転子情報(回転子位相、回転速度と回転方向)が算出され、算出された回転速度ωに応じて運転状態が遷移する。回転子が逆転している場合は、例えば、回転速度の大きさが事前に設定した位置センサレス最低速度値を超えれば、算出された回転子位相と速度を速度および位相推定器14の初期値に設定して、図2の制御を起動して、逆転位置センサレス運転モード、逆転同期運転モード、正転同期運転モード、正転位置センサレス運転モードの順で、図中の矢印が示すように、逐次、運転状態が遷移する。 In the idling state, rotor information (rotor phase, rotation speed and rotation direction) is calculated as described above, and the operating state transitions according to the calculated rotation speed ω. When the rotor is reversed, for example, if the magnitude of the rotation speed exceeds the preset position sensorless minimum speed value, the calculated rotor phase and speed are set to the initial values of the speed and phase estimator 14. After setting, the control in FIG. 2 is activated, and the reverse rotation position sensorless operation mode, the reverse rotation synchronous operation mode, the normal rotation synchronous operation mode, and the normal rotation position sensorless operation mode are sequentially performed as shown by the arrows in the figure. , The operating state changes.

例えば、空転状態にあるモータが、第1の閾値ωth1以上の回転速度ωで逆回転していると算出された場合には、逆転位置センサレス運転モードに遷移し、その後順次他の運転モードに遷移する。 For example, if it is calculated that the motor in the idling state is rotating in the reverse direction at a rotation speed ω equal to or higher than the first threshold value ω th1 , the mode is changed to the reverse position sensorless operation mode, and then the other operation modes are sequentially changed. Transition.

また、空転状態にあるモータが、第2の閾値ωth2よりも大きく、第1の閾値ωth1よりも小さい回転速度ωで逆回転していると算出された場合には、逆転同期運転モードに遷移し、その後順次他の運転モードに遷移する。 Further, when it is calculated that the motor in the idling state is rotating in the reverse direction at a rotation speed ω larger than the second threshold value ωth2 and smaller than the first threshold value ωth1, the mode is changed to the reverse synchronous operation mode. Then, the operation mode is sequentially changed to another operation mode.

また、空転状態にあるモータが、第2の閾値ωth2よりも大きく、第1の閾値ωth1よりも小さい回転速度ωで正回転していると算出された場合には、正転同期運転モードに遷移し、その後順次他の運転モードに遷移する。 Further, when it is calculated that the motor in the idling state is rotating forward at a rotation speed ω larger than the second threshold value ωth2 and smaller than the first threshold value ωth1, the normal rotation synchronous operation mode is set. It transitions and then sequentially transitions to another operation mode.

また、空転状態にあるモータが、第1の閾値ωth1以上の回転速度ωで正回転していると算出された場合には、正転位置センサレス運転モードに遷移する。図6は、モータが正転中に算出された回転速度が位置センサレス最低速度値を超える場合に対応するモータ起動時の電流指令値と回転速度指令値を示す概略波形図である。空転状態の回転速度が位置センサレス最低速度値を超える場合、図6に示すように、空転状態算出モードから正転位置センサレス運転モードに遷移する。このとき、dc軸電流指令値Idc は0で推移し、正転位置センサレス運転モードに移行するとdc軸電流指令値Idc が与えられ、モータは所定の回転速度で回転する。 Further, when it is calculated that the motor in the idling state is rotating in the normal direction at a rotation speed ω equal to or higher than the first threshold value ω th1 , the mode shifts to the normal rotation position sensorless operation mode. FIG. 6 is a schematic waveform diagram showing a current command value and a rotation speed command value at the time of starting the motor corresponding to the case where the rotation speed calculated during the normal rotation of the motor exceeds the position sensorless minimum speed value. When the rotation speed in the idling state exceeds the position sensorless minimum speed value, as shown in FIG. 6, the mode transitions from the idling state calculation mode to the normal rotation position sensorless operation mode. At this time, the dc-axis current command value I dc * changes at 0, and when the normal rotation position sensorless operation mode is entered, the dc-axis current command value I dc * is given, and the motor rotates at a predetermined rotation speed.

また、算出された回転速度が設定した最低レベル(第2の閾値ωth2)以下である場合(例えば空転状態における回転速度が正転・逆転を問わずほぼゼロである場合など)には、運転状態は、まず位置決めモードに遷移し、その後、正転同期運転モード、正転位置センサレス運転モードの順に遷移する。図7は、このケースのモータ起動時の電流指令値と回転速度指令値を示す概略波形図である。図7に示すように、運転モードは、所定のモータ巻線に流れるdc軸電流指令値Idc を徐々に増加することにより、回転子を所定の回転位置に固定させる位置決めモードと、所定のdc軸電流指令値Idc と回転速度指令値ω1とにしたがって永久磁石同期モータ3に印加する印加電圧を制御する同期運転モードと、dc軸電流指令値Idc は0へ減衰させ、軸誤差Δθcが所定値になるようにqc軸電流指令値Iqc とインバータ周波数とを調整する位置センサレスモードとの3種類の運転モードが、この順に設定され実行される。 Further, when the calculated rotation speed is equal to or lower than the set minimum level (second threshold value ω th2 ) (for example, when the rotation speed in the idling state is almost zero regardless of whether the rotation speed is normal or reverse), the operation is performed. The state first transitions to the positioning mode, and then transitions to the normal rotation synchronous operation mode and the normal rotation position sensorless operation mode in this order. FIG. 7 is a schematic waveform diagram showing the current command value and the rotation speed command value at the time of starting the motor in this case. As shown in FIG. 7, the operation modes include a positioning mode in which the rotor is fixed in a predetermined rotation position by gradually increasing the dc-axis current command value I dc * flowing in the predetermined motor winding, and a predetermined mode. The synchronous operation mode that controls the applied voltage applied to the permanent magnet synchronous motor 3 according to the dc-axis current command value I dc * and the rotation speed command value ω1 * , and the dc-axis current command value I dc * are attenuated to 0. Three types of operation modes, a position sensorless mode for adjusting the qc axis current command value I qc * and the inverter frequency so that the axis error Δθc becomes a predetermined value, are set and executed in this order.

以上説明したように、本実施例1によれば、空転中の位相検出時に、PWM動作のオン状態区間とオフ状態空間を設けて、オン状態区間の調整により、電流検出に十分な大きさのモータ電流を流しつつ、モータ電流の大きさを抑制することができる。したがって、過大な電流を流すことなく、センサレスで高精度に回転子の回転状態を算出できる。また、算出された回転子の状態に基づいて、インバータを制御することで、永久磁石同期モータは、効率的に空転状態から回転を開始できる。 As described above, according to the first embodiment, the on-state section and the off-state space of the PWM operation are provided at the time of phase detection during idling, and the on-state section is adjusted to have a sufficient size for current detection. The magnitude of the motor current can be suppressed while the motor current is flowing. Therefore, the rotational state of the rotor can be calculated with high accuracy without a sensor without passing an excessive current. Further, by controlling the inverter based on the calculated rotor state, the permanent magnet synchronous motor can efficiently start rotation from the idling state.

また、本実施例1においては、空転時起動制御のために、PWM制御信号発生および回転子情報推定機能を加える程度の小規模の機能追加(プログラム追加)がなされるだけであり、大幅な回路追加を要しない。したがって、装置サイズやコストの増大を伴うことなく、起動性能を向上することができる。 Further, in the first embodiment, only a small-scale function addition (program addition) is performed to add a PWM control signal generation and a rotor information estimation function for idling start control, which is a large circuit. No addition required. Therefore, the start-up performance can be improved without increasing the device size and cost.

図8は、本発明の実施例2である冷凍機器の構成図である。ここで、冷凍機器は、温度を調和する装置であり、空気調和機や冷凍機などである。本実施例2においては、上述した実施例1によるモータ駆動装置によって、ファンモータが駆動される。 FIG. 8 is a block diagram of a freezing device according to a second embodiment of the present invention. Here, the refrigerating equipment is a device that harmonizes the temperature, such as an air conditioner or a refrigerator. In the second embodiment, the fan motor is driven by the motor drive device according to the first embodiment described above.

図8に示すように、冷凍機器300は、熱交換器301および302と、これらの熱交換器への送風を行うためのファン303および304と、ファン304を駆動するファンモータ305と、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機306と、熱交換器301と熱交換器302との間、および圧縮機306と熱交換器301および302との間に配設され、冷媒が流れる配管307と、モータ駆動装置308から構成されている。ファン303,304を回転駆動するファンモータ305として、永久磁石同期モータが用いられる。モータ駆動装置308は、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換する直流電源回路、この直流電源回路からの直流電力を交流電力に変換してファンモータ305に供給するモータ駆動用インバータ、を備えている。 As shown in FIG. 8, the refrigerating equipment 300 includes heat exchangers 301 and 302, fans 303 and 304 for blowing air to these heat exchangers, a fan motor 305 for driving the fan 304, and a refrigerant. A compressor 306 that compresses and circulates, a pipe 307 that is arranged between the heat exchanger 301 and the heat exchanger 302, and between the compressor 306 and the heat exchangers 301 and 302, through which the refrigerant flows, and a motor. It is composed of a drive device 308. A permanent magnet synchronous motor is used as the fan motor 305 that rotationally drives the fans 303 and 304. The motor drive device 308 includes a DC power supply circuit that converts AC power from a commercial AC power supply into DC power, and a motor drive inverter that converts DC power from this DC power supply circuit into AC power and supplies it to the fan motor 305. I have.

本実施例2においては、モータ駆動装置308におけるファンモータ駆動用インバータが実施例1による制御部5によって制御される。 In the second embodiment, the fan motor driving inverter in the motor driving device 308 is controlled by the control unit 5 according to the first embodiment.

本実施例2によれば、ファンモータが外部の風などにより空転していても、位置センサを設けることなく確実にモータを再始動ができるので、冷凍機器の信頼性が向上する。なお、上述した本実施例2の形態は、冷凍機器への適用に限られない。したがって、冷凍機器以外の永久磁石同期モータを使用する機器に対して、本実施例2を適用してもよい。 According to the second embodiment, even if the fan motor is idling due to an external wind or the like, the motor can be reliably restarted without providing a position sensor, so that the reliability of the refrigerating equipment is improved. The above-mentioned embodiment of the second embodiment is not limited to the application to the freezing equipment. Therefore, the second embodiment may be applied to an apparatus using a permanent magnet synchronous motor other than the refrigeration apparatus.

以上、説明した本発明の実施形態によれば、過大な短絡電流を流すことなく、高精度に回転子の状態を算出できるモータ駆動装置およびそれを用いた冷凍機器を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention described above, it is possible to provide a motor drive device capable of calculating the state of the rotor with high accuracy without passing an excessive short-circuit current and a refrigerating device using the motor drive device.

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the present invention has been described above with embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as long as the present invention exerts its actions and effects within the range of embodiments that can be inferred by those skilled in the art. , Is included in the scope of the present invention.

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述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、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications. For example, the above-mentioned examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

例えば、電流検出手段は、シャント抵抗に代えて、電流トランス(CT)によって検出しても良い。この場合、電流検出箇所をインバータ出力部としても良い。また、永久磁石同期モータは、埋め込み磁石型でも良いし、表面磁石型でも良い。 For example, the current detecting means may detect by a current transformer (CT) instead of the shunt resistor. In this case, the current detection point may be the inverter output unit. Further, the permanent magnet synchronous motor may be an embedded magnet type or a surface magnet type.

1…直流電源、
2…インバータ、
3…永久磁石同期モータ、
4…モータ負荷、
5…制御部、
6…シャント抵抗、
7…増幅器、
10…速度制御器、
11…d軸電流指令発生器、
12…電圧制御器、
13…2軸3相変換器、
14…速度および位相推定器、
15…3相2軸変換器、
16…電流再現演算器、
17…空転状態算出器、
18…電圧指令切替器、
19…PWM制御器、
20…オンオフ信号生成器、
21…電流位相演算器、
22…速度演算器、
23…モータ位相演算器、
24…電圧指令生成器、
30…U相下アーム素子のPWM信号、
31…V相下アーム素子のPWM信号、
32…W相下アーム素子のPWM信号、
33…シャント抵抗電流波形、
40…dc軸電流指令波形、
41…qc軸電流指令波形、
42…回転速度指令波形、
300…冷凍機器、
301,302…熱交換器、
303,304…ファン、
305…ファンモータ、
306…圧縮機、
307…配管、
308…モータ駆動装置
1 ... DC power supply,
2 ... Inverter,
3 ... Permanent magnet synchronous motor,
4 ... Motor load,
5 ... Control unit,
6 ... Shunt resistance,
7 ... Amplifier,
10 ... Speed controller,
11 ... d-axis current command generator,
12 ... Voltage controller,
13 ... 2-axis 3-phase converter,
14 ... Velocity and phase estimator,
15 ... 3-phase 2-axis converter,
16 ... Current reproduction calculator,
17 ... Idling state calculator,
18 ... Voltage command switch,
19 ... PWM controller,
20 ... On / off signal generator,
21 ... Current phase calculator,
22 ... Speed calculator,
23 ... Motor phase calculator,
24 ... Voltage command generator,
30 ... PWM signal of U-phase lower arm element,
31 ... PWM signal of V-phase lower arm element,
32 ... PWM signal of W phase lower arm element,
33 ... Shunt resistance current waveform,
40 ... dc-axis current command waveform,
41 ... QC axis current command waveform,
42 ... Rotation speed command waveform,
300 ... Refrigeration equipment,
301, 302 ... Heat exchanger,
303, 304 ... Fan,
305 ... Fan motor,
306 ... Compressor,
307 ... plumbing,
308 ... Motor drive device

Claims (5)

入力された直流電力から変換した交流電力を永久磁石同期モータに出力するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御部とを備えるモータ駆動装置において、
前記制御部は、
前記永久磁石同期モータが空転状態である場合に、前記インバータによるPWM制御をオン状態とすることで検出される前記永久磁石同期モータのモータ電流に基づいて、前記永久磁石同期モータが前記空転状態から回転を開始するように前記インバータを制御し、
前記モータ電流の値が所定の閾値を超えた場合に、前記インバータによるPWM制御をオフ状態に切り替えることを特徴とする、モータ駆動装置。
In a motor drive device including an inverter that outputs AC power converted from input DC power to a permanent magnet synchronous motor and a control unit that controls the operation of the inverter.
The control unit
When the permanent magnet synchronous motor is in the idling state, the permanent magnet synchronous motor is released from the idling state based on the motor current of the permanent magnet synchronous motor detected by turning on the PWM control by the inverter. Control the inverter to start rotation,
A motor drive device comprising switching the PWM control by the inverter to an off state when the value of the motor current exceeds a predetermined threshold value.
前記制御部は、
前記インバータによるPWM制御をオフ状態とする際に、前記モータ電流が0に減衰するように制御することを特徴とする、請求項1に記載のモータ駆動装置。
The control unit
The motor drive device according to claim 1, wherein the motor current is controlled to be attenuated to 0 when the PWM control by the inverter is turned off.
前記制御部は、
前記回転子の状態として前記回転子の位置を算出することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
The control unit
The motor drive device according to claim 1 or 2, wherein the position of the rotor is calculated as the state of the rotor.
前記制御部は、
異なる時点において算出された前記回転子の位置の差分に基づいて、前記回転子の回転速度または回転方向を算出することを特徴とする、請求項3に記載のモータ駆動装置。
The control unit
The motor drive device according to claim 3, wherein the rotation speed or the rotation direction of the rotor is calculated based on the difference in the positions of the rotors calculated at different time points.
熱交換器と、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機と、前記熱交換器への送風を行うファンと、前記ファンを駆動する永久磁石同期モータと、請求項1~4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置と、を備える冷凍機器。
The heat exchanger, the compressor that compresses and circulates the refrigerant, the fan that blows air to the heat exchanger, the permanent magnet synchronous motor that drives the fan, and any one of claims 1 to 4. The motor drive device described, and the refrigeration equipment provided with.
JP2021080189A 2020-10-14 2021-05-11 Motor drive device and refrigerator Pending JP2022064817A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021080189A JP2022064817A (en) 2020-10-14 2021-05-11 Motor drive device and refrigerator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020173412A JP6884916B1 (en) 2020-10-14 2020-10-14 Motor drive and refrigeration equipment
JP2021080189A JP2022064817A (en) 2020-10-14 2021-05-11 Motor drive device and refrigerator

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020173412A Division JP6884916B1 (en) 2020-10-14 2020-10-14 Motor drive and refrigeration equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022064817A true JP2022064817A (en) 2022-04-26

Family

ID=76218211

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020173412A Active JP6884916B1 (en) 2020-10-14 2020-10-14 Motor drive and refrigeration equipment
JP2021080189A Pending JP2022064817A (en) 2020-10-14 2021-05-11 Motor drive device and refrigerator

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020173412A Active JP6884916B1 (en) 2020-10-14 2020-10-14 Motor drive and refrigeration equipment

Country Status (3)

Country Link
JP (2) JP6884916B1 (en)
KR (1) KR102580148B1 (en)
CN (1) CN114374349B (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7034368B1 (en) * 2021-12-06 2022-03-11 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 Motor drive control device, drive control method and refrigeration air conditioner

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5893127B2 (en) * 2012-03-07 2016-03-23 三菱電機株式会社 Air conditioner
JP6580899B2 (en) * 2015-08-26 2019-09-25 株式会社東芝 Drive system and inverter device
JP6953763B2 (en) 2017-03-30 2021-10-27 株式会社富士通ゼネラル Motor control device
JP6800810B2 (en) * 2017-06-06 2020-12-16 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 Air conditioner and control method of air conditioner

Also Published As

Publication number Publication date
CN114374349B (en) 2024-04-09
KR20220049458A (en) 2022-04-21
KR102580148B1 (en) 2023-09-20
CN114374349A (en) 2022-04-19
JP2022064662A (en) 2022-04-26
JP6884916B1 (en) 2021-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4729356B2 (en) Motor controller, washing machine, air conditioner and electric oil pump
JP4625116B2 (en) Motor control apparatus, motor control system, motor control module, and refrigeration apparatus
JP4053968B2 (en) Synchronous motor driving device, refrigerator and air conditioner
JP4406552B2 (en) Electric motor control device
JP2013106424A (en) Motor controller
JP6800810B2 (en) Air conditioner and control method of air conditioner
EP1792392A1 (en) Power converter controlling apparatus and method applying a fault protection scheme in a motor drive system
JP2009077503A (en) Motor controller and controller for air conditioner
JP5778045B2 (en) Synchronous motor drive device, refrigeration apparatus, air conditioner, refrigerator, and synchronous motor drive method using the same
JP6463966B2 (en) Motor driving device, motor driving module and refrigeration equipment
JP2013207973A (en) Synchronous motor driving device and air blowing device using the same
JP6884916B1 (en) Motor drive and refrigeration equipment
JP2008306906A (en) Control method of and controller of brushless dc motor
JP5250603B2 (en) Motor control device
JP2009153247A (en) Motor drive controller, motor drive control method and coordinate conversion method, and ventilation fan, liquid pump, blower, refrigerant compressor, air conditioner and refrigerator
JP4791319B2 (en) Inverter device, compressor drive device and refrigeration / air-conditioning device
JP2004064902A (en) Controller for synchronous motor, and apparatus using it
JP2007282496A (en) Synchronous motor control device and apparatus using it
JP2007110781A (en) Motor controller
JP2011172382A (en) Device and method for driving of brushless motor
JP7150186B2 (en) Motor drive device, motor drive system and refrigeration cycle device
JP2022161101A (en) Motor drive device and motor drive method
JP7473440B2 (en) Motor drive device and refrigeration equipment using the same
JP2013225979A (en) Motor driving device, compressor driving device employing the same, and heat exchanger equipped with the same
WO2022180746A1 (en) Electric motor drive device and refrigeration cycle application device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230920