JP3622666B2 - Synchronous motor control method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御する同期モータ制御方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御する同期モータ制御装置が提案されている。
【0003】
そして、このような同期モータ制御装置として、
(1)過変調を行うとともに、電圧制御および電圧位相制御を併用してインバータを制御し、インバータ出力電圧を供給することにより同期モータを制御するもの、
(2)過変調を行わず、電流制御および電流位相制御を併用してインバータを制御し、インバータ出力電圧を供給することにより同期モータを制御するもの、
(3)電圧制御と電流制御とを切り替えてインバータを制御し、インバータ出力波形を供給することにより同期モータを制御するもの
が提案されている。また、
(4)(2)の同期モータ制御装置において、電流位相制御により制御される電流位相の最大値を適当な値で制限するもの
も提案されている。例えば、特開平8−322279号公報に示されたブラシレスDCモータ制御装置においては、必要なトルクに合わせて最大位相を設定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記(1)の同期モータ制御装置を採用した場合には、インバータの出力電圧を最大限利用することができるが、過負荷の時に電流トリップが発生するので、インバータ出力電流を最大限利用することができないという不都合がある。
【0005】
前記(2)の同期モータ制御装置を採用した場合には、電流トリップの発生を未然に防止することができるが、インバータ出力電圧を最大限利用することができないという不都合がある。換言すれば、効率を十分には高めることができないという不都合がある。
【0006】
前記(3)の同期モータ制御装置を採用した場合には、切り替えに応じて(1)の同期モータ制御装置を採用した場合の不都合、(2)の同期モータ制御装置を採用した場合の不都合が発生するとともに、電圧制御を行うための構成および電流制御を行うための構成が必要であり、構成が複雑化するという不都合もある。
【0007】
前記(4)の同期モータ制御装置を採用した場合には、電流位相の最大値を適当な値で制限しているだけであるから、同期モータ、インバータの能力を最大限には活用することができないという不都合がある。さらに説明する。
【0008】
同期モータを最大トルクを発生できる状態にすることができないので、同期モータを必要以上に大型化することが必要になる。また、高速回転を行わせる場合には誘起電圧を低く抑えたモータを採用する必要があるので、駆動電流が増加し、同期モータによって圧縮機を駆動する場合には圧縮機定格(中速域)効率が低下してしまう。さらに、電流位相を適切には制限していないので、電流位相が真の限界値を越えると同期モータが失速し、トリップの発生、または効率の大幅な低下、運転範囲未達成などの不都合を生じてしまう。
【0009】
さらに説明する。
【0010】
従来から、同期モータの制御を行うに当たって、電圧拘束の下での最大トルク条件は全く示されておらず、また、サーボ用途においては、速度垂下制御を行うことは許されず、電圧や電流に余裕を持たせるマージン設計が基本であったので、最大トルク条件での同期モータの制御を行うことは全く不可能であった。サーボ以外の用途においてもマージン設計が常識になっているので、最大トルク条件での同期モータの制御を行うことは全く不可能であった。換言すれば、最大加速、最大トルクなどのように同期モータの最大能力を利用することは不可能であった。このためマージンを超えた場合には、同期モータが失速し、ひいてはトリップ、効率低下、運転範囲未達をもたらしてしまう。
【0011】
また、インバータ出力電圧がモータ誘起電圧に比して十分に高い場合にはモータ電流によってトルク制御を行い、高速回転時にモータ誘起電圧に起因してモータ電圧を増すことができなくなった場合には電流位相を進めて磁束を弱め、モータ電流を増加させることでさらに高速回転を行わせることが知られている。しかし、これらを用いてモータの最大能力を引き出す方法は全く提案されていないだけでなく、瞬間的に能力以上の指令が与えられた場合に制御系の発散を防止する方法も全く提案されていない。したがって、良好な制御性(高い応答速度、高い効率)を維持しつつモータインバータの能力いっぱいを使い切ることは不可能である。
【0012】
さらに、インバータ出力電圧が限界値に達すると電流制御系が発散すると考えられているので、インバータ出力電圧を限界値付近まで利用する場合には、電流制御を行うことができず、この結果、トリップ、制御系の発散などの不都合を生じてしまう。
【0013】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、同期モータの能力を最大限に活用することができ、高い制御性を確保しつつインバータの能力を最大限に活用することができ、しかもインバータ出力電圧を最大限利用しつつトリップレス、電流制御を行うことができる同期モータ制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定する方法である。
【0015】
請求項2の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定する方法である。
【0016】
請求項3の同期モータ制御方法は、電流位相の上限値を、少なくとも回転数に応答して変化させる方法である。
【0017】
請求項4の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定する方法である。
【0018】
請求項5の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の制限値を、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相、および最小位相、もしくはこれらの近傍に設定する方法である。
【0019】
請求項6の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、各瞬時毎に、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相もしくはその近傍に設定される上限値のうち、最も小さい上限値を選択する方法である。
【0020】
請求項7の同期モータ制御方法は、電流位相の下限値を、効率またはトルクを最大とする電流位相、もしくはこれらの近傍に設定し、所用トルクを出力できる電流位相のうち最も小さい電流位相で同期モータを駆動する方法である。
【0021】
請求項8の同期モータ制御方法は、前記同期モータにより空気調和機用圧縮機を駆動する方法である。
【0022】
請求項9の同期モータ制御方法は、前記同期モータとして永久磁石モータを採用し、電流位相の上限値を略60度〜80度に設定する方法である。
【0023】
請求項10の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するに当たって、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度垂下制御を行う方法である。
【0024】
請求項11の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するに当たって、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度制御手段の内部状態を限界値到達直前の状態に保持する方法である。
【0025】
請求項12の同期モータ制御方法は、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に対して余裕があるとき、インバータから所望の電圧波形を出力し、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に接近することに応答してインバータからの出力電圧波形を電圧利用率の高い出力電圧波形に近づける方法である。
【0026】
請求項13の同期モータ制御方法は、前記所望の電圧波形として正弦波を採用する方法である。
【0027】
請求項14の同期モータ制御方法は、前記電圧利用率の高い出力電圧波形として矩形波を採用する方法である。
【0028】
請求項15の同期モータ制御方法は、永久磁石モータにより圧縮機を駆動する方法である。
【0029】
請求項16の同期モータ制御方法は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ出力電圧振幅が制限されている場合に、モータ電流を制御する方法である。
【0030】
請求項17の同期モータ制御方法は、前記モータ電流の制御を、モータ電流が少ないことに応答してモータ端子電圧指令値を増加させ、モータ電流が多いことに応答してモータ端子電圧指令値を減少させることにより行う方法である。
【0031】
請求項18の同期モータ制御方法は、前記電圧制限に起因するトルクの減少を補償すべくインバータを制御する方法である。
【0032】
請求項19の同期モータ制御方法は、前記トルクの減少の補償を、電圧制限による相電圧指令の基本波成分の振幅の減少を補償することにより行う方法である。
【0033】
請求項20の同期モータ制御方法は、電圧利用率を高める過変調の度合いが所定の値を越えたことに応答して、過変調の度合いが所定の値になるように電流位相を制御する方法である。
【0034】
請求項21の同期モータ制御方法は、前記同期モータとして、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなる永久磁石モータを採用する方法である。
【0035】
請求項22の同期モータ制御方法は、前記同期モータにより圧縮機を駆動する方法である。
【0036】
請求項23の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するものにおいて、電流位相の上限値を、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するインバータ制御手段を含むものである。
【0037】
請求項24の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するものにおいて、電流位相の上限値を、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するインバータ制御手段を含むものである。
【0038】
請求項25の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、電流位相の上限値を、少なくとも回転数に応答して変化させるものを採用するものである。
【0039】
請求項26の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するものにおいて、電流位相の上限値を、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するインバータ制御手段を含むものである。
【0040】
請求項27の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するものにおいて、電流位相の制限値を、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相、および最小位相、もしくはこれらの近傍に設定するインバータ制御手段を含むものである。
【0041】
請求項28の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するものにおいて、電流位相の上限値を、各瞬時毎に、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相もしくはその近傍に設定される上限値のうち、最も小さい上限値を選択するインバータ制御手段を含むものである。
【0042】
請求項29の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、電流位相の下限値を、効率またはトルクを最大とする電流位相、もしくはこれらの近傍に設定し、所用トルクを出力できる電流位相のうち最も小さい電流位相で同期モータを駆動すべくインバータを制御するものを採用するものである。
【0043】
請求項30の同期モータ制御装置は、前記同期モータとして、空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用するものである。
【0044】
請求項31の同期モータ制御装置は、前記同期モータとして永久磁石モータを採用し、前記インバータ制御手段として、電流位相の上限値を略60度〜80度に設定するものを採用するものである。
【0045】
請求項32の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するものにおいて、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度垂下制御を行うインバータ制御手段を含むものである。
【0046】
請求項33の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するものにおいて、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度制御手段の内部状態を限界値到達直前の状態に保持するインバータ制御手段を含むものである。
【0047】
請求項34の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に対して余裕があるとき、インバータから所望の電圧波形を出力し、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に接近することに応答してインバータからの出力電圧波形を電圧利用率の高い出力電圧波形に近づけるものを採用するものである。
【0048】
請求項35の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、正弦波を前記所望の電圧波形とするものを採用するものである。
【0049】
請求項36の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、矩形波を前記電圧利用率の高い出力電圧波形とするものを採用するものである。
【0050】
請求項37の同期モータ制御装置は、前記永久磁石モータとして圧縮機を駆動するものを採用するものである。
【0051】
請求項38の同期モータ制御装置は、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するものにおいて、インバータ出力電圧振幅が制限されている場合に、モータ電流を制御すべくインバータを制御するインバータ制御手段を含むものである。
【0052】
請求項39の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、前記モータ電流の制御を、モータ電流が少ないことに応答してモータ端子電圧指令値を増加させ、モータ電流が多いことに応答してモータ端子電圧指令値を減少させることにより行うものを採用するものである。
【0053】
請求項40の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、前記電圧制限に起因するトルクの減少を補償すべくインバータを制御するものを採用するものである。
【0054】
請求項41の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、前記トルクの減少の補償を、電圧制限による相電圧指令の基本波成分の振幅の減少を補償することにより行うものを採用するものである。
【0055】
請求項42の同期モータ制御装置は、前記インバータ制御手段として、過変調の度合いが所定の値を越えたことに応答して、過変調の度合いが所定の値になるように電流位相を制御するものを採用するものである。
【0056】
請求項43の同期モータ制御装置は、前記同期モータとして、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなる永久磁石モータを採用するものである。
【0057】
請求項44の同期モータ制御装置は、前記同期モータとして圧縮機を駆動するものを採用するものである。
【0058】
【作用】
請求項1の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するのであるから、最大回転速度を引き上げるために電流位相を進め、または速度を制御するために電圧位相もしくは電流位相を操作するとき、同期モータが発生できる最大トルク付近での運転を行うことができる。この結果、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0059】
請求項2の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するのであるから、速度毎に設定された電流位相の上限値を用いて同期モータを制御することができ、高速時の弱め界磁制御時の電流位相を上限値以下に保持することができる。この結果、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0060】
請求項3の同期モータ制御方法であれば、電流位相の上限値を、少なくとも回転数に応答して変化させるのであるから、請求項1または請求項2と同様の作用を達成することができる。
【0061】
請求項4の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するのであるから、処理を簡単化して、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0062】
請求項5の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の制限値を、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相、および最小位相、もしくはこれらの近傍に設定するのであるから、トルク低下を防止し、しかも電流位相を最大限に制御することができる。この結果、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0063】
請求項6の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、電流位相の上限値を、各瞬時毎に、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相もしくはその近傍に設定される上限値のうち、最も小さい上限値を選択するのであるから、選択された上限値によって電流位相を制限することによって、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0064】
請求項7の同期モータ制御方法であれば、電流位相の下限値を、効率またはトルクを最大とする電流位相、もしくはこれらの近傍に設定し、所用トルクを出力できる電流位相のうち最も小さい電流位相で同期モータを駆動するのであるから、電流位相を下限値と上限値との間の位相に制御することができるほか、請求項1から請求項6の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0065】
請求項8の同期モータ制御方法であれば、前記同期モータにより空気調和機用圧縮機を駆動するのであるから、冷媒によって弱め界磁制御時に発熱が大きくなる同期モータを冷却することができ、同期モータの放熱を特に考慮することなく、請求項1から請求項7の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0066】
請求項9の同期モータ制御方法であれば、前記同期モータとして永久磁石モータを採用し、電流位相の上限値を略60度〜80度に設定するのであるから、永久磁石モータの最大能力を引き出して良好な運転特性を実現することができ、しかも請求項8と同様の作用を達成することができる。
【0067】
請求項10の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するに当たって、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度垂下制御を行うのであるから、電流限界、位相限界以下で永久磁石モータを駆動して制御系の発散を防止することができる。そして、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0068】
請求項11の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するに当たって、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度制御手段の内部状態を限界値到達直前の状態に保持するのであるから、速度制御系の発散を防止することができる。そして、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0069】
請求項12の同期モータ制御方法であれば、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に対して余裕があるとき、インバータから所望の電圧波形を出力し、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に接近することに応答してインバータからの出力電圧波形を電圧利用率の高い出力電圧波形に近づけるのであるから、電圧波形を適宜調整すれば低速域において静音化を達成することができるとともに、高速運転範囲の拡大を達成することができるほか、請求項10または請求項11と同様の作用を達成することができる。
【0070】
請求項13の同期モータ制御方法であれば、前記所望の電圧波形として正弦波を採用するのであるから、高調波による騒音、振動を簡単に抑制することができるほか、請求項12と同様の作用を達成することができる。
【0071】
請求項14の同期モータ制御方法であれば、前記電圧利用率の高い出力電圧波形として矩形波を採用するのであるから、高速運転範囲の十分な拡大を達成することができるほか、請求項12または請求項13と同様の作用を達成することができる。
【0072】
請求項15の同期モータ制御方法であれば、永久磁石モータにより圧縮機を駆動するのであるから、騒音、振動を低減することができるとともに、高速まで駆動することができるほか、請求項10から請求項14の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0073】
請求項16の同期モータ制御方法であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ出力電圧振幅が制限されている場合に、モータ電流を制御するのであるから、電圧制限時に外乱などにより電流が増加する場合にもモータ電流を制御することができる。そして、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0074】
請求項17の同期モータ制御方法であれば、前記モータ電流の制御を、モータ電流が少ないことに応答してモータ端子電圧指令値を増加させ、モータ電流が多いことに応答してモータ端子電圧指令値を減少させることにより行うのであるから、請求項16と同様の作用を達成することができる。
【0075】
請求項18の同期モータ制御方法であれば、前記電圧制限に起因するトルクの減少を補償すべくインバータを制御するのであるから、電流制限前のトルクを保持し続けることができるほか、請求項16または請求項17と同様の作用を達成することができる。
【0076】
請求項19の同期モータ制御方法であれば、前記トルクの減少の補償を、電圧制限による相電圧指令の基本波成分の振幅の減少を補償することにより行うのであるから、請求項18と同様の作用を達成することができる。
【0077】
請求項20の同期モータ制御方法であれば、電圧利用率を高める過変調の度合いが所定の値を越えたことに応答して、過変調の度合いが所定の値になるように電流位相を制御するのであるから、過変調の度合いが大きくなりすぎることを防止することができるほか、請求項16から請求項19の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0078】
請求項21の同期モータ制御方法であれば、前記同期モータとして、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなる永久磁石モータを採用するのであるから、弱め界磁作用を効果的に利用することができるほか、請求項9から請求項20の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0079】
請求項22の同期モータ制御方法であれば、前記同期モータにより圧縮機を駆動するのであるから、急激な負荷増大が起こった場合であっても同期モータ、インバータの破損をもたらす過電流を防止することができるほか、請求項16から請求項21の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0080】
請求項23の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、電流位相の上限値を、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定することができる。
【0081】
したがって、最大回転速度を稼ぐために電流位相を進め、または速度制御を行うために電圧位相もしくは電流位相を制御するに当たって、同期モータの発生できる最大トルクでの制御を行うことができる。この結果、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0082】
請求項24の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、電流位相の上限値を、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定することができる。
【0083】
したがって、速度毎に設定された電流位相の上限値を用いて同期モータを制御することができ、高速時の弱め界磁制御時の電流位相を上限値以下に保持することができる。この結果、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0084】
請求項25の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、電流位相の上限値を、少なくとも回転数に応答して変化させるものを採用するのであるから、請求項23または請求項24と同様の作用を達成することができる。
【0085】
請求項26の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、電流位相の上限値を、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定することができる。
【0086】
したがって、最大電圧、最大電流位相時の過渡変化のみに対して電流位相を制限することができる。この結果、構成を簡単化して、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0087】
請求項27の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、電流位相の制限値を、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相、および最小位相、もしくはこれらの近傍に設定することができる。
【0088】
したがって、トルク低下を防止し、しかも電流位相を最大限に制御することができる。この結果、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0089】
請求項28の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、電流位相の上限値を、各瞬時毎に、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相もしくはその近傍に設定される上限値のうち、最も小さい上限値を選択することができる。
【0090】
したがって、選択された上限値によって電流位相を制限することによって、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0091】
請求項29の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、電流位相の下限値を、効率またはトルクを最大とする電流位相、もしくはこれらの近傍に設定し、所用トルクを出力できる電流位相のうち最も小さい電流位相で同期モータを駆動すべくインバータを制御するものを採用するのであるから、電流位相を下限値と上限値との間の位相に制御することができるほか、請求項23から請求項28の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0092】
請求項30の同期モータ制御装置であれば、前記同期モータとして、空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用するのであるから、冷媒によって同期モータを冷却することができ、同期モータの放熱を特に考慮することなく、請求項23から請求項29の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0093】
請求項31の同期モータ制御装置であれば、前記同期モータとして永久磁石モータを採用し、前記インバータ制御手段として、電流位相の上限値を略60度〜80度に設定するものを採用するのであるから、永久磁石モータの最大能力を引き出して平坦なトルク特性を実現することができ、しかも請求項30と同様の作用を達成することができる。
【0094】
請求項32の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度垂下制御を行うことができる。
【0095】
したがって、電流限界、位相限界以下で永久磁石モータを駆動して制御系の発散を防止することができる。そして、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0096】
請求項33の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、回転数の増加に伴ってインバータの出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度制御手段の内部状態を限界値到達直前の状態に保持することができる。
【0097】
したがって、速度制御系の発散を防止することができる。そして、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0098】
請求項34の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に対して余裕があるとき、インバータから所望の電圧波形を出力し、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に接近することに応答してインバータからの出力電圧波形を電圧利用率の高い出力電圧波形に近づけるものを採用するのであるから、低速域において静音化を達成することができるとともに、高速運転範囲の拡大を達成することができるほか、請求項32または請求項33と同様の作用を達成することができる。
【0099】
請求項35の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、正弦波を前記所望の電圧波形とするものを採用するのであるから、高調波による騒音、振動を簡単に抑制することができるほか、請求項34と同様の作用を達成することができる。
【0100】
請求項36の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、矩形波を前記電圧利用率の高い出力電圧波形とするものを採用するのであるから、高速運転範囲の十分な拡大を達成することができるほか、請求項34または請求項35と同様の作用を達成することができる。
【0101】
請求項37の同期モータ制御装置であれば、前記永久磁石モータとして圧縮機を駆動するものを採用するのであるから、騒音、振動を低減することができるとともに、高速まで駆動することができるほか、請求項32から請求項36の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0102】
請求項38の同期モータ制御装置であれば、インバータの出力電圧を同期モータに供給することにより同期モータを制御するに当たって、インバータ制御手段によって、インバータ出力電圧振幅が制限されている場合に、モータ電流を制御すべくインバータを制御することができる。
【0103】
したがって、電圧制限時に外乱などにより電流が増加する場合にもモータ電流を制御することができる。そして、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができる。
【0104】
請求項39の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、前記モータ電流の制御を、モータ電流が少ないことに応答してモータ端子電圧指令値を増加させ、モータ電流が多いことに応答してモータ端子電圧指令値を減少させることにより行うものを採用するのであるから、請求項38と同様の作用を達成することができる。
【0105】
請求項40の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、前記電圧制限に起因するトルクの減少を補償すべくインバータを制御するものを採用するのであるから、電流制限前のトルクを保持し続けることができるほか、請求項38または請求項39と同様の作用を達成することができる。
【0106】
請求項41の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、前記トルクの減少の補償を、電圧制限による相電圧指令の基本波成分の振幅の減少を補償することにより行うものを採用するのであるから、請求項40と同様の作用を達成することができる。
【0107】
請求項42の同期モータ制御装置であれば、前記インバータ制御手段として、過変調の度合いが所定の値を越えたことに応答して、過変調の度合いが所定の値になるように電流位相を制御するものを採用するのであるから、過変調の度合いが大きくなりすぎることを防止することができるほか、請求項38から請求項41の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0108】
請求項43の同期モータ制御装置であれば、前記同期モータとして、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなる永久磁石モータを採用するのであるから、弱め界磁作用を効果的に利用することができるほか、請求項31から請求項42の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0109】
請求項44の同期モータ制御装置であれば、前記同期モータとして圧縮機を駆動するものを採用するのであるから、急激な負荷増大が起こった場合であっても同期モータ、インバータの破損をもたらす過電流を防止することができるほか、請求項38から請求項43の何れかと同様の作用を達成することができる。
【0110】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の同期モータ制御方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【0111】
図1はこの発明の同期モータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【0112】
この同期モータ制御装置は、交流電源1を入力として直流電力を出力するコンバータ1aと、直流電力を入力として交流電力を出力し、同期モータ3に供給するインバータ2と、モータ電流を検出する電流検出部3aと、モータ電圧を検出する電圧検出部3bと、モータ電流、モータ電圧に基づいて同期モータ3の回転子の回転位置(以下、ロータ位置と称する)および回転子の回転速度(以下、単に速度と称する)を出力する位置・速度検出部4と、位置・速度検出部4からの速度および外部から与えられる速度指令を入力として速度制御を行い、電流指令を出力する速度制御部5と、速度制御部5からの電流指令および外部から与えられる位相指令を入力として位相制御を行って電流振幅指令を出力する位相制御部6と、位相制御部6からの電流振幅指令、モータ電流、およびロータ位置(θ)を入力として電流制御を行って電圧指令を出力し、インバータ2に供給する電流制御部7と、位置・速度検出部4からの速度および電流制御部7からの電圧指令を入力として、予め設定されている最大電流位相(モータ出力電圧、回転数に対応して予め設定されている最大電流位相)のうち、該当する最大電流位相を出力する最大位相テーブル8と、位相制御部6に供給されるべく位相指令を最大電流位相に基づいて制限する位相リミット部9とを有している。
【0113】
前記同期モータ3としては、例えば、回転子の内部に永久磁石を配置してなる永久磁石モータ{以下、埋込永久磁石モータ(IPM)と称する}が例示できるが、従来公知の他の構成のものを採用することが可能である。
【0114】
前記最大位相テーブル8としては、関数の形で最大電流位相を保持するものであってもよい。
【0115】
前記位置・速度検出部4としては、無通電区間における誘起電圧に基づいてロータ位置、速度を検出するものであってもよいが、同期モータ3に位置検出機構を設けておいて位置検出結果からロータ位置、速度を出力するようにしてもよい。もちろん、モータモデルに基づく演算を行ってロータ位置、速度を出力するものであってもよい。
【0116】
また、前記各構成部分の構成は従来公知であるから詳細な説明を省略する。
【0117】
先ず、IPMの電流位相−トルク特性を説明する。
【0118】
図2はモータ電流固定時のIPMの電流位相−トルク特性を示す図である。
【0119】
IPMでは磁石トルクの他にリラクタンストルクが発生するため、電流位相0度よりも進め位相で最大トルクを発生する。この時IPMに印加する電圧は、電流位相を進めるほど、永久磁石の界磁を弱める弱め界磁状態となるため低下していく。
【0120】
そして、電圧固定時の電流位相−トルク特性を示す図3中(a)(b)から分かるように、IPMの印加電圧を一定とした場合、電流位相を進めることにより、モータ電流は増加するがモータ電流に対するトルク発生量は減少する。そして、図3の評価に用いたIPMでは、電流位相が70〜80度の場合に最大トルクを発生する。
【0121】
上記の構成の同期モータ制御装置の作用は次のとおりである。
【0122】
インバータ2の出力電圧を印加して同期モータ3を運転している間に、電流検出部3aによりモータ電流を検出するとともに、電圧検出部3bによりモータ電圧を検出し、モータ電流およびモータ電圧を位置・速度検出部4に供給することによりロータ位置および速度を検出する。
【0123】
そして、検出された速度および外部から与えられる速度指令に基づいて速度制御部5によって速度制御を行って電流指令を生成する。
【0124】
また、外部から与えられる位相指令は位相リミット部9に供給され、電圧指令および速度に基づいて最大位相テーブル8から出力される最大電流位相を越えないように位相指令を制限する。もちろん、位相指令が最大電流位相よりも小さい場合には、位相指令をそのまま出力する。
【0125】
速度制御部5からの電流指令および位相リミット部9からの位相指令に基づいて位相制御部6において位相制御を行うことにより電流振幅指令(および電流位相)を出力する。
【0126】
この電流振幅指令、モータ電流およびロータ位置に基づいて電流制御部7により電流制御を行って、モータ電流の大きさ、位相を指令値に合わせるべく電圧指令を出力し、インバータ2に供給する。
【0127】
したがって、最大回転速度を稼ぐために電流位相を進める処理を行うとともに、速度制御を行うに当たって、電圧値ではなく、電流位相を制御する処理を行い、しかも同期モータ3の発生できる最大トルクでの制御を行うことができる。
【0128】
なお、上記の構成の同期モータ制御装置において、電流制御部7を省略し、速度制御部5において直接電圧振幅を生成し、位相制御部6において電圧位相制御を行うとともに、ロータ位置に合わせたインバータへの電圧指令を生成するように構成することが可能である。
【0129】
図4はこの発明の同期モータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【0130】
この同期モータ制御装置が図1の同期モータ制御装置と異なる点は、最大位相テーブル8として、各速度に対する最大電流位相を保持するものを採用した点のみである。
【0131】
したがって、この場合には、位置・速度検出部4からの速度に基づいて最大位相テーブル8から該当する最大電流位相を出力し、位相リミット部9に供給することができる。
【0132】
この結果、図1の同期モータ制御装置と同様に、最大回転速度を稼ぐために電流位相を進める処理を行うとともに、速度制御を行うに当たって、電圧値ではなく、電流位相を制御する処理を行い、しかも同期モータ3の発生できる最大トルクでの制御を行うことができる。
【0133】
また、この実施態様においては、最大位相テーブル8を定数に置きかえることができる。
【0134】
通常、電流制御ループを持つ同期モータ制御装置では、トルクが必要になった場合にモータ電流値を増加させる処理が行われ、電流位相を大きく動かすことはない。このため、電流位相の制限が必要になるのは、高速時の弱め界磁制御時のみの場合が多い。したがって、この実施態様の同期モータ制御装置を採用することにより、真に必要な場合にのみ電流位相の制限を行うことができる。
【0135】
図5はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【0136】
この同期モータ制御装置が図1の同期モータ制御装置と異なる点は、最大位相テーブル8に代えて、最大位相保持部8’を採用した点のみである。
【0137】
この最大位相保持部8’は、最高回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする最大電流位相が予め設定されたものである。
【0138】
したがって、この場合には、最大位相保持部8’からの最大電流位相に基づいて位相リミット部9により位相指令を制限するほか、図1の同期モータ制御装置と同様の作用を達成することができる。
【0139】
この結果、最大位相テーブル8と比較して最大位相保持部8’の構成を簡単化することができる。
【0140】
また、通常、電圧が足りている場合には電流振幅でトルクを制御する。そして、高速回転になり電圧が足りなくなった場合には、電流位相を進め、弱め界磁制御を行うため、最大負荷の時、最大電圧、最大位相になる。したがって、最大電圧、最大位相時の過渡変化に対して位相の制限が行われれば問題のない用途は多く、これらの用途にこの実施態様の同期モータ制御装置を適用することによって、最大電圧、最大位相時の過渡変化に対してのみ位相の制限を行うことができる。
【0141】
図6はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【0142】
この同期モータ制御装置が図1の同期モータ制御装置と異なる点は、最大位相テーブル8として、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限値となる直前の最大電流位相および最小電流位相が予め格納されたものを採用した点、および電流振幅と電流位相とから出力トルクを推定して最大位相テーブル8に供給するトルク推定部10をさらに含む点のみである。
【0143】
したがって、この場合には、トルク推定部10によって、電流振幅と電流位相とから出力トルクを推定して最大位相テーブル8に供給し、最大位相テーブル8から、そのトルクでの出力電流が制限される電流位相を読み出す。そして、位相リミット部9がその電流位相によって位相指令を制限することによって、電流位相の行き過ぎにより電流制限が働くことで出力トルクが低下するという不都合を防止することができる。
【0144】
この結果、トルク低下を防止しつつ最大限に位相を制御することができる。
【0145】
図7はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【0146】
この同期モータ制御装置が図1の同期モータ制御装置と異なる点は、最大位相テーブル8を設ける代わりに、電流制御部7として、出力電流が限界を越える場合に出力電流を制限する機能と、出力電流の制限を行ったことを示すフラグを出力する機能を有するものを採用した点のみである。
【0147】
したがって、この場合には、出力電流が制限値に達したことを示す電流制御部7からのフラグを位相リミット部9に供給することによって、電流位相がそれ以上はみ出すことを禁止し、電流位相の行き過ぎより電流制限が働くことで出力トルクが低下するという不都合を防止することができる。
【0148】
この結果、トルク低下を防止しつつ最大限に位相を制御することができる。
【0149】
図8は電圧および電流制限時のトルク−電流位相特性を示す図である。
【0150】
なお、この特性は、最大電圧を200V、最大電流を20A、最大回転速度を120rpsとしたIPMについて得られたものである。
【0151】
そして、図4の同期モータ制御装置(請求項2)では、120rps時▲1▼、70rps時▲2▼を通る線が最大電流位相となり、図1の同期モータ制御装置(請求項1)では、各電圧毎に図4の同期モータ制御装置の電流位相を求めたものとなり、図5の同期モータ制御装置(請求項4)では、▲1▼を通る垂直なラインが最大電流位相となり、図6または図7の同期モータ制御装置(請求項5)では、電流制限20Armsのライン外側が制限される電流位相の範囲となる。
【0152】
また、これらの最大電流位相を求め、これらのうち、小さい方の最大電流位相を選択して位相指令を制限することが好ましく、位相指令が必要以上に大きくなることを防止することができる。
【0153】
図9はIPMの動作位相を説明する図である。
【0154】
低速回転中でインバータ出力電圧に余裕がある場合には、トルクの増加に伴って、▲1▼→▲2▼→▲3▼の順に電流位相を変化させる。
【0155】
高速回転中で▲1▼→▲2▼→▲3▼の動作点ではインバータ出力電圧が十分に電流を流すに至らなくなってくると、位相を進めることで弱め界磁を行い、電流値を増加させることでさらにトルクを発生させる。例えば、70rpsの場合には▲2▼→▲3▼の動作点をとることができないので、▲1▼→▲2▼→▲4▼の順に電流位相を制御することで、IPMの持つ最大のトルクを引き出すことができる。
【0156】
さらに高速な領域では、電流位相を進めることによって、逆にトルクが減少していく領域が電流制限値未満の領域で発生する(120rpsの▲6▼の右側参照)。この領域ではトルクを出そうとして位相を進めると逆にトルクが減少するため、IPMの最大能力を発揮することができない。
【0157】
そこで、この領域の入らないように、各回転数毎に▲5▼→▲6▼で示す最大電流位相を持たせればよく、IPMの持つ最大トルクを引き出すことができる。
【0158】
なお、以上には、電流位相の下限値を最大トルクラインに設定しているが、最高効率ラインに設定することが可能である。ただし、最高効率はほぼ40度近辺にあるので、電流位相の下限値を直線(定数)に設定することもでき、構成を簡単化することができる。
【0159】
図10はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【0160】
この同期モータ制御装置が図6の同期モータ制御装置と異なる点は、トルク推定部10からの出力トルクを入力とする最小位相テーブル11をさらに含む点、最大位相テーブル8としてトルク推定部10からの出力トルクおよび検出された速度を入力として最大電流位相を出力するものを採用する点、位相リミット部9に代えて、最大位相テーブル8からの最大電流位相、最小位相テーブル11からの最小電流位相、および電流制御部7からの電圧指令を入力として電流位相を算出し、位相指令として出力する位相算出部9’を採用する点、速度制御部5として電流振幅指令を出力するものを採用した点、および位相制御部6として電流指令を出力するものを採用した点のみである。
【0161】
前記最小位相テーブル11は、最小電流位相を出力すべくトルク−最小電流位相曲線を保持しているので、トルクが与えられることにより、該当する最小電流位相を出力する。具体的には、図9の▲1▼→▲2▼→▲3▼で表されるトルク−最小電流位相曲線を保持している。ただし、一定値で代用することもできる。
【0162】
前記最大位相テーブル8は、電流制限による最大電流位相、および電圧拘束の下での各回転数毎の最大電流位相を保持し、トルクが与えられることにより適宜小さい方の最大電流位相を出力する。具体的には、図9の▲3▼→▲4▼→▲5▼で表される電流制限による最大電流位相、および▲5▼→▲6▼で表される電圧拘束の下での各回転数毎の最大電流位相を保持している。
【0163】
前記位相算出部9’は、電圧指令が最大電圧に達していない場合に位相指令を遅相制御し、最大電圧に達してる場合に位相指令を進相制御するものである。そして、遅相制御の結果、最小位相テーブル11からの最小電流位相になった場合には遅相制御を中止して最小位相テーブル11からの最小電流位相を位相指令とする。逆に、進相制御の結果、最大位相テーブル8からの最大電流位相になった場合には進相制御を中止して最大位相テーブル8からの最大電流位相を位相指令とする。
【0164】
したがって、この場合には、電流指令に基づいてトルク推定部10によって出力トルクを推定し、最大位相テーブル8および最小位相テーブル11に供給することによって、最大位相テーブル8からの最大電流位相および最小位相テーブル11からの最小電流位相を位相算出部9’に供給する。
【0165】
この位相算出部9’においては、最大電流位相と最小電流位相との間において、電圧指令が最大電圧に達しているか否かに対応して進相制御もしくは遅相制御を行って位相指令を出力する。
【0166】
そして、出力される位相指令に基づいて図6の同期モータ制御装置と同様の作用を達成することができる。
【0167】
この結果、電流位相を最大電流位相と最小電流位相との間の値に設定して同期モータを制御することができる。
【0168】
図11はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【0169】
この同期モータ制御装置が図10の同期モータ制御装置と異なる点は、最大位相テーブル8として検出された速度のみを入力として最大電流位相を出力するものを採用する点、および位相算出部9’として最大位相テーブル8からの最大電流位相、最小位相テーブル11からの最小電流位相、位相制御部6からの電流指令、および電流制御部7からの電圧指令を入力として電流位相を算出し、位相指令として出力するものを採用する点のみである。
【0170】
前記最大位相テーブル8は、電圧拘束の下での各回転数毎の最大電流位相のみを保持している。
【0171】
前記位相算出部9’は、最大電流位相による電流位相の制限時に遅相制御を行うほか、図10の位相算出部9’と同様の作用を達成する。
【0172】
したがって、この場合にも、電流位相を最大電流位相と最小電流位相との間の値に設定して同期モータを制御することができる。
【0173】
前記の何れかの同期モータ制御装置により制御される同期モータにより空気調和機用圧縮機を駆動することが好ましい。
【0174】
この場合には、冷媒によって同期モータが冷却され、しかも著しく高い冷却効率を達成することができる。したがって、同期モータの放熱を特に考慮することなく同期モータの能力の限界を引き出すことができる。
【0175】
また、IPMによって空気調和機用圧縮機を駆動する場合には、電流位相の上限を略60〜80度に設定することが好ましい。
【0176】
図12は空気調和機用圧縮機の運転エリアを示す図である。
【0177】
空気調和機用圧縮機では、極低速での運転と高速高負荷での運転が必要なく、それ以外の回転数では一定のトルクが求められる。このため、低速運転時には最大電流制限にかかることがない。また、中速回転時に最大トルク電流位相にかかることもない。
【0178】
したがって、電流位相の上限を最高回転数付近の最大トルク電流位相に設定することによって、IPMの最大能力を引き出して空気調和機用圧縮機を運転することができる。
【0179】
図13はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【0180】
この同期モータ制御装置が図11の同期モータ制御装置と異なる点は、位相算出部9’として電流限界、位相限界に達したことを条件として速度を垂下させる指令を出力する機能をさらに有するものを採用した点、および外部から与えられる速度指令から速度垂下指令を減算して速度制御部5に供給する減算部5aをさらに含む点のみである。
【0181】
この場合には、電流限界、位相限界に達したことを条件として位相算出部9’から速度垂下指令を出力し、減算部5aによって速度指令を減少させることができる。
【0182】
そして、減少させられた速度指令に基づいて図11の同期モータ制御装置と同様の作用を達成することができる。
【0183】
この結果、電流限界、位相限界以下で同期モータを駆動し、制御系の発散を防止することができる。
【0184】
さらに説明する。
【0185】
速度垂下制御を全く行わない場合には、一瞬だけ電流限界、位相限界に達して電流、位相が制限されるだけであれば何ら不都合なく同期モータを駆動することができる可能性がある。しかし、定常的に電流、位相が制限される状況であれば、位相誤差、電流誤差がPI制御器などの制御器の内部状態に蓄積してPI制御器の発散などの不都合を生じる。また、速度制御系が要求する所用トルクを発生させることができないことに起因して速度制御系の制御器も発散するという不都合を生じる。
【0186】
しかし、図13の同期モータ制御装置を採用すれば、速度垂下制御を行って電流、位相が制限されることを未然に防止することができ、制御器の発散をも防止することができる。
【0187】
図14はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【0188】
この同期モータ制御装置は、外部から与えられる速度指令と検出速度との差を入力としてPI制御演算を行い、電流振幅指令を出力する速度制御部5と、電流振幅指令を入力として位相制御を行い、電流指令を出力する位相制御部6と、電流指令を入力として電流制限を行う電流リミッタ部23と、電流リミッタ部23からの電流指令とモータ電流との差を入力としてPI制御演算を行い、電圧指令を出力する電流制御部7と、この電圧指令を入力として非干渉処理を行ってd軸電圧指令およびq軸電圧指令を出力する非干渉部25と、d軸電圧指令およびq軸電圧指令を入力としてロータ位置に基づいて3相電圧指令に変換するd−q→3相変換部26と、3相電圧指令を入力としてデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部27と、デッドタイム補償後の3相電圧指令を入力としてデューティー制限を行って3相電圧指令を出力するデューティーリミット部28と、デューティーリミット部28からの3相電圧指令を制御信号とし、3相交流電圧を生成して同期モータ3に印加するインバータ2と、デューティーリミット部28からの3相電圧指令を入力としてロータ位置に基づいて電圧を検出する電圧検出部3bと、ロータ位置に基づいてモータ電流を検出する電流検出部3aと、検出された電圧およびモータ電流を入力として、予め設定されたモータモデルに基づいてロータ位置および速度を推定する位置・速度検出部4とを含んでいる。
【0189】
前記デューティーリミット部28は、インバータ2の出力電圧が限界に達すると定数K2部34により定数K2が乗算されて進相指令として位相制御部6に供給すべく電圧オーバー値を出力する。
【0190】
前記電流リミッタ23は、電流指令が電流限界以上か否かを判定し、電流限界以上の電流指令が供給されたことに応答して、電流指令の位相を保持したまま電流値を電流限界まで削減し、しかも速度制御部5の内部状態積分項(以下、I項と称する)を電流指令が上限に達する前の値に固定すべくI項制限指令を出力する。
【0191】
前記位相制御部6は、進相指令が供給されたことに応答して電流位相を進相制御し、電流位相が上限に達すると進相を停止させ、速度制御部5の内部状態I項を電流位相が上限に達する前の値に固定すべくI項制限指令を出力する。
【0192】
図15は位相制御部の構成を詳細に示すブロック図である。
【0193】
進相指令に基づいて進相制御を行うとともに、進相指令が供給されていないことに応答して遅相制御を行って位相指令を出力する位相制御部22aと、位相指令が位相下限値に達したことを検出して遅相制御停止指令を位相制御部22aに供給する位相下限部22bと、位相指令が位相上限値に達したことを検出して進相制御停止指令を位相制御部22aに供給するとともに、I項制限指令を出力する位相上限部22cと、位相指令のcos成分を得るcos部22dと、位相指令のsin成分を得るsin部22eと、cos成分と電流振幅指令とを乗算してq軸電流指令を出力する第1乗算部22fと、sin成分と電流振幅指令とを乗算してd軸電流指令を出力する第2乗算部22gとを有している。
【0194】
上記の構成の同期モータ制御装置の作用は次のとおりである。
【0195】
同期モータ3の回転数増加に伴ってインバータ2の出力電圧が限界に達するまでの間は、速度制御、位相制御、電流制御などを行ってインバータ2を制御し、同期モータ3の回転数を増加させる。
【0196】
そして、同期モータ3の回転数増加に伴ってインバータ2の出力電圧が限界に達した場合には、デューティーリミット部28から位相制御部6に進相指令を供給するので、位相制御部6において進相制御を行って電流位相を進める。
【0197】
電流位相が上限に達した場合には、位相上限部22cから進相制御停止指令を出力して進相制御を停止させるとともに、I項制限指令を出力して速度制御部5における内部状態のうちI項(積分項)を電流位相が上限に達する直前の値に固定する。
【0198】
また、電流指令が電流限界以上になった場合には、電流リミッタ部23において、電流位相を保持したまま電流値を電流限界まで削減するとともに、I項制限指令を出力して速度制御部5における内部状態のうちI項を電流値が電流限界に達する直前の値に固定する。
【0199】
この結果、速度制御部の発散を防止して、同期モータの安定な制御を実現することができる。
【0200】
図16はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【0201】
この同期モータ制御装置が図13の同期モータ制御装置と異なる点は、位置・速度検出部4としてモータモデルを用いてロータ位置および速度を検出するものを採用する点、位相制御部6に代えて、ロータ位置に応じて任意の調波成分を重畳した波形パターンを発生する波形発生部12および電流指令と波形パターンとを乗算して電流制御部7に供給すべき電流指令を出力する乗算部12aを採用する点、および電流制御部7からの電圧指令をインバータ出力限界電圧でクリップする電圧リミッタ13をさらに含む点のみである。
【0202】
この同期モータ制御装置であれば、ロータ位置に応じて波形発生部12が任意の調波成分を重畳した波形パターンを出力するので、電流指令と重畳して電流制御部7に供給することにより、電圧指令を出力する。
【0203】
この電圧指令がインバータ出力限界電圧以下であればそのままインバータ3に供給することができるが、インバータ出力限界電圧よりも大きければ電圧リミッタ13によりインバータ出力限界電圧でクリップされてインバータ3に供給される。
【0204】
そして、電圧指令がクリップされれば、出力電圧が矩形波に近づき、同じ出力限界電圧であっても基本波成分を大きくすることができ、高速回転を可能とすることができる。このような高速域においては、モータノイズよりもメカノイズが大きくなり、モータの静音化は余り意味を持たなくなる。
【0205】
この実施態様において、電圧波形を矩形波に近づけるために、出力限界電圧に漸近する特性を持たせることも可能である。また、矩形波以外の波形であっても、電圧利用率が高い波形を採用することによって同様の作用を達成することができる。
【0206】
さらに、任意の調波成分を重畳して自由な波形とすることができるので、低速域において静音化などを達成することができる(ブラシレスDCモータにおける電流波形最適化法」、千切他、平成7年電気学会産業応用部門全国大会参照)。ここで、この波形を正弦波に設定すれば、調波成分が基本波のみになるので、高調波による騒音や振動を簡単に抑えることができる。
【0207】
図17中(A)は電圧指令をインバータ出力限界電圧以下に設定した状態を示す図であり、基本波成分もインバータ出力限界電圧以下になっている。
【0208】
これに対して、図17中(B)は電圧指令をインバータ出力限界電圧よりも大きく設定した状態を示す図であり、電圧指令を電圧リミッタ13によりクリップすることによって矩形波に近い出力電圧波形とする。この結果、図17中(A)の場合と比較して基本波成分を大きくすることができる。
【0209】
なお、図17中(A)(B)は共に、説明の簡単化のために、単相の場合を示しているが、3相の場合にも同様に表すことができる。
【0210】
図18は図16の同期モータ制御装置による運転範囲の実測結果{(A)参照}、図16の同期モータ制御装置による運転範囲のシミュレーション結果{(B)参照}、および電圧リミッタを用いない同期モータ制御装置による運転範囲のシミュレーション結果{(C)参照}を示す図である。
【0211】
図18から分かるように、電圧リミッタを設けることによって運転範囲を高速側に拡大することができる。
【0212】
図13から図16の同期モータ制御装置により制御される同期モータによって圧縮機を駆動することができる。
【0213】
一般に、圧縮機は騒音、振動が問題となり、しかも高速まで駆動する必要があるが、図13から図16の同期モータ制御装置を採用することによって、騒音、振動を低減することができるとともに、高速まで駆動することができる。
【0214】
図19はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【0215】
この同期モータ制御装置は、外部から与えられる速度指令と検出速度との差を入力としてPI制御演算を行い、電流振幅指令を出力する速度制御部5と、電流振幅指令を入力として位相制御を行い、電流指令(d軸電流指令およびq軸電流指令)を出力するとともに、位相オーバー値(限界位相を基準とするオーバー値)を出力する位相制御部6と、電流指令とモータ電流との差を入力としてPI制御演算を行い、電圧指令(d軸電圧指令およびq軸電圧指令)を出力する電流制御部7と、この電圧指令を入力として電圧超過状態を検出する電圧超過検出器35と、d軸電圧指令およびq軸電圧指令を入力としてロータ位置に基づいて3相電圧指令に変換するd−q→3相変換部26と、3相電圧指令を入力としてデューティー制限を行って3相電圧指令を出力するデューティーリミット部28と、デューティーリミット部28からの3相電圧指令を制御信号とし、3相交流電圧を生成して同期モータ3に印加するインバータ2と、デューティーリミット部28からの3相電圧指令を入力としてロータ位置に基づいて電圧を検出する電圧検出部3bと、ロータ位置に基づいてモータ電流を検出する電流検出部3aと、検出された電圧およびモータ電流を入力としてロータ位置および速度を推定する位置検出部33’とを含んでいる。
【0216】
前記デューティーリミット部28としては、過渡的な大電流につぃして電流制御部7の発散を防止するために、デューティー制限を行ったことに応答して、電流制御部7の内部状態I項を電圧指令が上限に達する前の値に固定すべくI項制限指令を出力するよう構成することが可能である。
【0217】
前記位相制御部6は、位相オーバー値(限界位相を基準とするオーバー値)をも出力し、定数K3部36によって定数K3を乗算された値を減算部37に供給することにより、外部から与えられる速度指令を減少させる。したがって、進相制御によって電流位相が限界位相を越えた場合に、位相オーバー値に定数K3を乗算して速度指令から減算させ、制御系の発散を防止することができる。
【0218】
上記の構成の同期モータ制御装置においては、速度差に基づいて速度制御21によって電流振幅指令を生成し、位相制御部6によって位相制御を行って電流指令を生成する。
【0219】
そして、位相制御部6からの電流指令と検出されたモータ電流との差に基づいて電流制御部7によって電圧指令を生成し、モータ出力電圧を制御する。
【0220】
回転速度が増大し、モータ誘起電圧が上昇してインバータ出力限界電圧に達すると、電流制御部7が出力する電圧指令をインバータ2は完全には出力することができず、出力電圧のピークではデューティーが100%を越えて、出力電圧がクランプされる。
【0221】
しかし、出力電圧のピークのみがクランプされ、デューティーが100%を越えない場合には電圧制御が可能である。このことから、電流制御部7はすぐに発散することはなく、出力電圧が矩形波状になっても平均的には電流制御を行うことができる。
【0222】
この結果、インバータ出力電圧の振幅が大きくなり、電圧クランプが起こった場合であっても、モータ電流を制御することができる。
【0223】
図19の同期モータ制御装置と対比すべく、従来の同期モータ制御装置を図20に示す。
【0224】
図20の同期モータ制御装置は、交流電源1を入力として直流電力を出力するコンバータ1aと、直流電力を入力として交流電力を出力し、同期モータ3に供給するインバータ2と、モータ電流を検出する電流検出部3aと、モータ電圧を検出する電圧検出部3bと、モータ電流およびモータ電圧を入力としてロータ位置および速度を検出する位置・速度検出部4と、外部から与えられる速度指令と、位置・速度検出部4からのロータ位置、速度を入力として速度制御を行って電流指令または電圧指令を出力する速度制御部5と、速度制御部5からの電流指令およびモータ電流を入力として電流制御を行って電圧指令を出力する電流制御部7と、速度制御部5からの電圧指令または電流制御部7からの電圧指令を選択する選択部15と、選択部15により選択された電圧指令を入力として、インバータ出力限界電圧でクリップするとともに、電圧飽和信号を出力する電圧リミッタ13と、電圧飽和信号を入力として切換判定を行い、切換信号を速度制御部5および選択部15に供給する切換判定部14とを含んでいる。
【0225】
この同期モータ制御装置においては、電流制御ループを持っているとともに、インバータ出力電圧いっぱいまで利用し、電圧クランプが起こる制御を行うに当たって、電圧クランプ時には電流制御マイナーループの動作を止めて電圧制御を行う。
【0226】
したがって、電圧クランプが起こった場合にはモータ電流を制御することができない。この結果、電圧クランプ時に外乱などにより電流が増加する場合には、電流制御を行うことができず、同期モータやインバータを破壊することになるという不都合が生じる。
【0227】
図20の同期モータ制御装置と対比することにより分かるように、図19の同期モータ制御装置を採用することにより、電圧クランプ時に外乱などにより電流が増加した場合であっても、電流制御を行うことができ、同期モータやインバータの破壊を防止することができる。
【0228】
図21はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【0229】
この同期モータ制御装置は、外部から与えられる速度指令と検出速度との差を入力としてPI制御演算を行い、電流振幅指令を出力する速度制御部5と、電流振幅指令を入力として位相制御を行い、電流指令を出力する位相制御部6と、電流指令を入力として電流超過状態を検出し、電流オーバー値を出力する電流超過検出器38と、電流超過検出器38からの電流指令を入力として該当する場合に電流を制限する電流リミッタ23と、電流リミッタ部23からの電流指令とモータ電流との差を入力としてPI制御演算を行い、電圧指令を出力する電流制御部7と、この電圧指令を入力として非干渉処理を行ってd軸電圧指令およびq軸電圧指令を出力する非干渉部25と、d軸電圧指令およびq軸電圧指令を入力として電圧超過状態を検出し、電圧オーバー値を出力する電圧超過検出器35と、電圧超過検出器35からのd軸電圧指令およびq軸電圧指令を入力として過変調ゲインに基づく補正を行う過変調ゲイン補正部39と、過変調ゲイン補正部39からのd軸電圧指令およびq軸電圧指令を入力としてロータ位置に基づいて3相電圧指令に変換するd−q→3相変換部26と、3相電圧指令を入力としてデッドタイム補償を行うデッドタイム補償部27と、デッドタイム補償後の3相電圧指令を入力としてデューティー制限を行って3相電圧指令を出力するデューティーリミット部28と、デューティーリミット部28からの3相電圧指令を制御信号とし、3相交流電圧を生成して同期モータ3に印加するインバータ2と、デューティーリミット部28からの3相電圧指令を入力としてロータ位置に基づいて電圧を検出する電圧検出部3bと、ロータ位置に基づいてモータ電流を検出する電流検出部3aと、検出された電圧およびモータ電流を入力として、予め設定されたモータモデルに基づいてロータ位置および速度を推定する位置・速度検出部4とを含んでいる。
【0230】
前記電圧超過検出器35は、過変調の度合い(例えば、クランプ前の相電圧指令/クランプ後の相電圧)を検出して、定数K2部34により定数K2が乗算されて進相指令として位相制御部6に供給すべく電圧オーバー値を出力する。
【0231】
前記電流リミッタ23は、電流指令が電流限界以上か否かを判定し、電流限界以上の電流指令が供給されたことに応答して、電流指令の位相を保持したまま電流値を電流限界まで削減し、しかも速度制御部5の内部状態I項を電流指令が上限に達する前の値に固定すべくI項制限指令を出力する。
【0232】
前記デューティーリミット部28は、デューティーが制限されたこと(例えば、デューティーが100%に達したこと)に応答して電流制御部7の内部状態I項を電圧が上限に達する前の値に固定すべくI項制限指令を出力する。
【0233】
前記位相制御部6は、進相指令が供給されたことに応答して電流位相を進相制御し、電流位相が上限に達すると進相を停止させ、定数K3部36により定数K3が乗算されて減速指令として減算部37に供給すべく位相オーバー値を出力する。具体的には、例えば、図15に示す構成により位相制御部6を構成する。
【0234】
前記電流超過検出器38は、電流超過状態を検出したことに応答して定数K1部40により定数K1が乗算されて減速指令として減算部37に供給すべく電流オーバー値を出力する。
【0235】
この構成の同期モータ制御装置を採用した場合には、速度制御部5による速度制御、位相制御部6による位相制御、および電流制御部7による電流制御を行ってインバータ2を制御し、同期モータ3を駆動している間において、インバータ出力限界電圧を越える電圧指令がデューティーリミット部28に供給された場合に、電圧指令をクランプするので、出力される電圧指令が低下する。しかし、この同期モータ制御装置においては、過変調ゲイン補正部39によって、クランプによる電圧指令の低下を補償すべく電圧振幅を増幅するのであるから、電圧指令の低下を補償することができ、ひいては、電圧指令の低下に起因するトルクの減少を補償することができる。
【0236】
前記過変調ゲイン補正部39における電圧補正係数は、例えば、クランプ前の出力波形が正弦波である場合に、図22に示すように設定される。例えば、テーブルとして電圧補正係数を持たせてもよいが、電圧補正係数を表す式を持たせてもよい。
【0237】
したがって、指令電圧に応じて電圧補正係数を選択し、指令電圧に乗算することにより、補正後の電圧指令を得ることができる。
【0238】
なお、図22に示す電圧補正係数は単相の場合に対応するものであり、指令電圧の基本波とクランプ後の基本波との比をプロットすることにより得られる。もちろん、3相の場合についても同様にして容易に算出することができる。
【0239】
図23はこの発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【0240】
この同期モータ制御装置が図21の同期モータ制御装置と異なる点は、非干渉部25、過変調ゲイン補正部39,およびデッドタイム補償部27を省略した点、およびオブザーバー部33に代えて、モータ電流およびモータ電圧を入力としてロータ位置および速度を検出する位置検出部33’を採用した点のみである。
【0241】
この構成の同期モータ制御装置を採用した場合には、速度制御部5による速度制御、位相制御部6による位相制御、および電流制御部7による電流制御を行ってインバータ2を制御し、同期モータ3を駆動している間において、電圧超過検出器35によって過変調の度合いを検出し、定数K2部34を通して位相制御部6にフィードバックする。
【0242】
そして、位相制御部6においては、過変調の度合いが所定の値よりも低い場合に電流位相を遅らせ、最終的に最大効率や最大トルクなどに対応する電流位相など、所望の電流位相を指令し、逆に過変調の度合いが所定の値以上の場合に電流位相を進め、弱め界磁制御によりモータ誘起電圧を下げ、過変調の度合いを下げることにより、過変調の度合いを所望の値にすることができる。
【0243】
また、図19、図21、または図23の同期モータ制御装置により制御される同期モータとしてIPMを採用することが好ましい。この場合には、IPMのインダクタンスが大きく、弱め界磁制御を効果的に行うことができる。
【0244】
さらに、図19、図21、または図23の同期モータ制御装置により制御される同期モータによって圧縮機を駆動することが好ましい。
【0245】
従来から圧縮機においては、効率を重視するためインバータ出力電圧を限界まで利用したいという要求がある。このため、従来は電圧制御によって同期モータを駆動していた。
【0246】
一般に、空気調和機用や冷蔵庫用の圧縮機では、液冷媒の吸入などにより急激な負荷増大が起こる。そして、この時、電流制御を行っていなければ、過大な電流によって同期モータやインバータが破損されてしまうという危険性が高い。このような不都合を解消するために、従来は、ハードウエアによる保護が行われているが、この場合には、過電流時に圧縮機が完全に停止してしまい、再起動に時間がかかり、その間は温度調節などができないため快適性などが損なわれてしまう。
【0247】
しかし、図23の同期モータ制御装置を採用すれば、上述のような場合にも電流制御を行うことができ、この結果、同期モータ、インバータの破損を防止しつつインバータ電圧を限界まで利用して同期モータを駆動することができるので、圧縮機の停止による快適性などの低下を未然に防止することができる。
【0248】
【発明の効果】
請求項1の発明は、最大回転速度を引き上げるために電流位相を進め、または速度を制御するために電圧位相もしくは電流位相を操作するとき、同期モータが発生できる最大トルク付近での制御を行うことができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0249】
請求項2の発明は、速度毎に設定された電流位相の上限値を用いて同期モータを制御することができ、高速時の弱め界磁制御時の電流位相を上限値以下に保持することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0250】
請求項3の発明は、請求項1または請求項2と同様の効果を奏する。
【0251】
請求項4の発明は、処理を簡単化して、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0252】
請求項5の発明は、トルク低下を防止し、しかも電流位相を最大限に制御することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0253】
請求項6の発明は、選択された上限値によって電流位相を制限することによって、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0254】
請求項7の発明は、電流位相を下限値と上限値との間の位相に制御することができるほか、請求項1から請求項6の何れかと同様の効果を奏する。
【0255】
請求項8の発明は、冷媒によって弱め界磁制御時に発熱が大きくなる同期モータを冷却することができ、同期モータの放熱を特に考慮することなく、請求項1から請求項7の何れかと同様の効果を奏する。
【0256】
請求項9の発明は、永久磁石モータの最大能力を引き出して良好な制御性を実現することができ、しかも請求項8と同様の効果を奏する。
【0257】
請求項10の発明は、電流限界、位相限界以下で永久磁石モータを駆動して制御系の発散を防止することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0258】
請求項11の発明は、速度制御系の発散を防止することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0259】
請求項12の発明は、電圧波形を適宜調整することによって低速域において静音化を達成することができるとともに、高速運転範囲の拡大を達成することができるほか、請求項10または請求項11と同様の効果を奏する。
【0260】
請求項13の発明は、高調波による騒音、振動を簡単に抑制することができるほか、請求項12と同様の効果を奏する。
【0261】
請求項14の発明は、高速運転範囲の十分な拡大を達成することができるほか、請求項12または請求項13と同様の効果を奏する。
【0262】
請求項15の発明は、騒音、振動を低減することができるとともに、高速まで駆動することができるほか、請求項10から請求項14の何れかと同様の効果を奏する。
【0263】
請求項16の発明は、電圧制限時に外乱などにより電流が増加する場合にもモータ電流を制御することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0264】
請求項17の発明は、請求項16と同様の効果を奏する。
【0265】
請求項18の発明は、電流制限前のトルクを保持し続けることができるほか、請求項16または請求項17と同様の効果を奏する。
【0266】
請求項19の発明は、請求項18と同様の効果を奏する。
【0267】
請求項20の発明は、過変調の度合いが大きくなりすぎることを防止することができるほか、請求項16から請求項19の何れかと同様の効果を奏する。
【0268】
請求項21の発明は、弱め界磁作用を効果的に利用することができるほか、請求項9から請求項20の何れかと同様の効果を奏する。
【0269】
請求項22の発明は、急激な負荷増大が起こった場合であっても同期モータ、インバータの破損をもたらす過電流を防止することができるほか、請求項16から請求項21の何れかと同様の効果を奏する。
【0270】
請求項23の発明は、最大回転速度を引き上げるために電流位相を進め、または速度を制御するために電圧位相もしくは電流位相を操作するとき、同期モータが発生できる最大トルク付近での制御を行うことができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0271】
請求項24の発明は、速度毎に設定された電流位相の上限値を用いて同期モータを制御することができ、高速時の弱め界磁制御時の電流位相を上限値以下に保持することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0272】
請求項25の発明は、請求項23または請求項24と同様の効果を奏する。
【0273】
請求項26の発明は、構成を簡単化して、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0274】
請求項27の発明は、トルク低下を防止し、しかも電流位相を最大限に制御することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0275】
請求項28の発明は、選択された上限値によって電流位相を制限することによって、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0276】
請求項29の発明は、電流位相を下限値と上限値との間の位相に制御することができるほか、請求項23から請求項28の何れかと同様の効果を奏する。
【0277】
請求項30の発明は、冷媒によって同期モータを冷却することができ、同期モータの放熱を特に考慮することなく、請求項23から請求項29の何れかと同様の効果を奏する。
【0278】
請求項31の発明は、永久磁石モータの最大能力を引き出して良好な運転特性を実現することができ、しかも請求項30と同様の効果を奏する。
【0279】
請求項32の発明は、電流限界、位相限界以下で永久磁石モータを駆動して制御系の発散を防止することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0280】
請求項33の発明は、速度制御系の発散を防止することができ、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有のこうかを奏する。
【0281】
請求項34の発明は、電圧波形を適宜調整することによって低速域において静音化を達成することができるとともに、高速運転範囲の拡大を達成することができるほか、請求項32または請求項33と同様の効果を奏する。
【0282】
請求項35の発明は、高調波による騒音、振動を簡単に抑制することができるほか、請求項34と同様の効果を奏する。
【0283】
請求項36の発明は、高速運転範囲の十分な拡大を達成することができるほか、請求項34または請求項35と同様の効果を奏する。
【0284】
請求項37の発明は、騒音、振動を低減することができるとともに、高速まで駆動することができるほか、請求項32から請求項36の何れかと同様の効果を奏する。
【0285】
請求項38の発明は、電圧制限時に外乱などにより電流が増加する場合にもモータ電流を制御することができ、しかも、トリップの発生を未然に防止できるとともに、電圧、電流を最大限に利用することができ、ひいては、同期モータの小型化、および最適チューニングによる最大効率を実現することができるという特有の効果を奏する。
【0286】
請求項39の発明は、請求項38と同様の効果を奏する。
【0287】
請求項40の発明は、電流制限前のトルクを保持し続けることができるほか、請求項38または請求項39と同様の効果を奏する。
【0288】
請求項41の発明は、請求項40と同様の効果を奏する。
【0289】
請求項42の発明は、過変調の度合いが大きくなりすぎることを防止することができるほか、請求項38から請求項41の何れかと同様の効果を奏する。
【0290】
請求項43の発明は、弱め界磁作用を効果的に利用することができるほか、請求項31から請求項42の何れかと同様の効果を奏する。
【0291】
請求項44の発明は、急激な負荷増大が起こった場合であっても同期モータ、インバータの破損をもたらす過電流を防止することができるほか、請求項38から請求項43の何れかと同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の同期モータ制御装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図2】モータ電流固定時のIPMの電流位相−トルク特性を示す図である。
【図3】電圧固定時の電流位相−トルク特性を示す図である。
【図4】この発明の同期モータ制御装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【図5】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図6】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図7】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図8】電圧および電流制限時のトルク−電流位相特性を示す図である。
【図9】IPMの動作位相を説明する図である。
【図10】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図11】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図12】空気調和機用圧縮機の運転エリアを示す図である。
【図13】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様を示すブロック図である。
【図14】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【図15】位相制御部の構成を詳細に示すブロック図である。
【図16】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【図17】電圧指令をインバータ出力限界電圧以下に設定した状態を示す図、および電圧指令をインバータ出力限界電圧よりも大きく設定した状態を示す図である。
【図18】図16の同期モータ制御装置による運転範囲の実測結果、図16の同期モータ制御装置による運転範囲のシミュレーション結果、および電圧リミッタを用いない同期モータ制御装置による運転範囲のシミュレーション結果を示す図である。
【図19】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【図20】従来の同期モータ制御装置を示すブロック図である。
【図21】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【図22】電圧補正係数−指令電圧特性の一例を示す図である。
【図23】この発明の同期モータ制御装置のさらに他の実施態様の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
2 インバータ 3 同期モータ
5 速度制御部 5a 減算部
6 位相制御部 7 電流制御部
8 最大位相テーブル 8’ 最大位相保持部
9 位相リミット部 9’ 位相算出部
11 最小位相テーブル 12 波形発生部
12a 乗算部 13 電圧リミッタ
35 電圧超過検出器 39 過変調ゲイン補正部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a synchronous motor control method and apparatus for controlling a synchronous motor by supplying an output voltage of an inverter to the synchronous motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a synchronous motor control device for controlling a synchronous motor by supplying an output voltage of an inverter to the synchronous motor has been proposed.
[0003]
And as such a synchronous motor control device,
(1) In addition to overmodulation, the inverter is controlled using voltage control and voltage phase control together, and the synchronous motor is controlled by supplying the inverter output voltage.
(2) Without controlling overmodulation, controlling the inverter using current control and current phase control together, and controlling the synchronous motor by supplying the inverter output voltage,
(3) Controlling an inverter by switching between voltage control and current control and controlling a synchronous motor by supplying an inverter output waveform
Has been proposed. Also,
(4) In the synchronous motor control device of (2), the maximum value of the current phase controlled by the current phase control is limited to an appropriate value.
Has also been proposed. For example, in the brushless DC motor control device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-322279, the maximum phase is set according to the required torque.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the synchronous motor control device of (1) is adopted, the inverter output voltage can be used to the maximum, but a current trip occurs during an overload, so the inverter output current must be used to the maximum. There is an inconvenience that cannot be done.
[0005]
When the synchronous motor control device (2) is employed, the occurrence of a current trip can be prevented in advance, but there is a disadvantage that the inverter output voltage cannot be utilized to the maximum extent. In other words, there is a disadvantage that the efficiency cannot be sufficiently increased.
[0006]
When the synchronous motor control device of (3) is adopted, there are inconveniences when the synchronous motor control device of (1) is adopted according to switching, and inconveniences when the synchronous motor control device of (2) is adopted. In addition to being generated, a configuration for performing voltage control and a configuration for performing current control are necessary, and there is a disadvantage that the configuration becomes complicated.
[0007]
When the synchronous motor control device of (4) is adopted, the maximum value of the current phase is only limited by an appropriate value, so that the capacity of the synchronous motor and inverter can be utilized to the maximum. There is inconvenience that we cannot do it. Further explanation will be given.
[0008]
Since the synchronous motor cannot be brought into a state where maximum torque can be generated, it is necessary to enlarge the synchronous motor more than necessary. In addition, when high-speed rotation is performed, it is necessary to use a motor with a low induced voltage, so the drive current increases, and when the compressor is driven by a synchronous motor, the compressor rating (medium speed range) Efficiency will decrease. Furthermore, since the current phase is not properly limited, if the current phase exceeds the true limit value, the synchronous motor will stall, causing inconveniences such as trips or a significant decrease in efficiency and inability to achieve the operating range. End up.
[0009]
Further explanation will be given.
[0010]
Conventionally, when controlling a synchronous motor, the maximum torque condition under voltage constraint has not been shown at all, and in a servo application, speed droop control is not allowed, and there is a margin in voltage and current. Since the margin design that provides the basic torque was fundamental, it was impossible to control the synchronous motor under the maximum torque condition. Since the margin design is common sense in applications other than servos, it has been impossible to control the synchronous motor under the maximum torque condition. In other words, it has been impossible to use the maximum capacity of the synchronous motor such as maximum acceleration and maximum torque. For this reason, when the margin is exceeded, the synchronous motor stalls, resulting in a trip, a reduction in efficiency, and a lack of the operating range.
[0011]
When the inverter output voltage is sufficiently higher than the motor induced voltage, torque control is performed with the motor current. When the motor voltage cannot be increased due to the motor induced voltage at high speed rotation, the current is It is known to further rotate at a higher speed by advancing the phase to weaken the magnetic flux and increase the motor current. However, no method has been proposed to extract the maximum capacity of the motor using them, and no method has been proposed to prevent the divergence of the control system when a command exceeding the capacity is instantaneously given. . Therefore, it is impossible to use up the full capacity of the motor inverter while maintaining good controllability (high response speed, high efficiency).
[0012]
Furthermore, since the current control system is considered to diverge when the inverter output voltage reaches the limit value, current control cannot be performed when the inverter output voltage is used near the limit value. Inconvenience such as divergence of the control system occurs.
[0013]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the above-described problems, can make the most of the ability of the synchronous motor, can make the most of the ability of the inverter while ensuring high controllability, Moreover, it is an object of the present invention to provide a synchronous motor control method and apparatus capable of performing tripless and current control while making maximum use of an inverter output voltage.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the synchronous motor control method according to claim 1, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to a phase that maximizes the motor torque at each instantaneous inverter output voltage. Or it is the method of setting to the vicinity.
[0015]
In the synchronous motor control method according to claim 2, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to the motor torque at the inverter maximum output voltage for each rotation speed. This is a method of setting the phase to be maximized or the vicinity thereof.
[0016]
The synchronous motor control method according to claim 3 is a method of changing the upper limit value of the current phase in response to at least the rotational speed.
[0017]
In the synchronous motor control method according to claim 4, when the synchronous motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to the maximum motor torque at the maximum output voltage of the inverter at the highest speed rotation. This is a method of setting at or near the phase.
[0018]
In the synchronous motor control method according to the fifth aspect, when the synchronous motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the limit value of the current phase is limited to the inverter output current for each required torque. This is a method of setting the maximum phase, the minimum phase, or the vicinity thereof.
[0019]
In the synchronous motor control method according to claim 6, when the synchronous motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to the motor torque at each instantaneous inverter output voltage. The maximum value set in the vicinity or the upper limit value set in the vicinity thereof, the maximum value set in the vicinity of the motor torque at the inverter maximum output voltage or the upper limit value set in the vicinity thereof at each rotation speed, the inverter maximum at the maximum speed rotation The smallest of the phase that maximizes the motor torque at the output voltage or the upper limit value that is set in the vicinity thereof, the maximum phase that limits the inverter output current for each required torque, or the upper limit value that is set in the vicinity thereof This is a method of selecting an upper limit value.
[0020]
In the synchronous motor control method according to claim 7, the lower limit value of the current phase is set at or near the current phase that maximizes the efficiency or the torque, and is synchronized with the smallest current phase that can output the required torque. This is a method of driving a motor.
[0021]
The synchronous motor control method of claim 8 is a method of driving an air conditioner compressor by the synchronous motor.
[0022]
The synchronous motor control method according to claim 9 is a method in which a permanent magnet motor is employed as the synchronous motor, and the upper limit value of the current phase is set to approximately 60 to 80 degrees.
[0023]
In the synchronous motor control method according to claim 10, in controlling the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, the output voltage of the inverter has reached a limit value as the number of rotations increases. In this method, the current phase is advanced in response, and the speed drooping control is performed in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value.
[0024]
In the synchronous motor control method according to claim 11, when the permanent magnet motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, the output voltage of the inverter reaches a limit value as the number of rotations increases. In response, the current phase is advanced, and in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value, the internal state of the speed control means is held in a state immediately before reaching the limit value.
[0025]
The synchronous motor control method according to claim 12 outputs a desired voltage waveform from the inverter when the inverter output voltage has a margin with respect to the output voltage limit value, and responds to the inverter output voltage approaching the output voltage limit value. In this way, the output voltage waveform from the inverter is brought closer to the output voltage waveform having a high voltage utilization rate.
[0026]
A synchronous motor control method according to a thirteenth aspect employs a sine wave as the desired voltage waveform.
[0027]
A synchronous motor control method according to a fourteenth aspect is a method of adopting a rectangular wave as the output voltage waveform having a high voltage utilization rate.
[0028]
The synchronous motor control method according to claim 15 is a method of driving the compressor by a permanent magnet motor.
[0029]
A synchronous motor control method according to a sixteenth aspect is a method of controlling the motor current when the inverter output voltage amplitude is limited in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor.
[0030]
In the synchronous motor control method according to claim 17, the motor current is controlled by increasing the motor terminal voltage command value in response to a small motor current and increasing the motor terminal voltage command value in response to a large motor current. It is a method performed by decreasing.
[0031]
A synchronous motor control method according to claim 18 is a method of controlling an inverter to compensate for a decrease in torque caused by the voltage limitation.
[0032]
A synchronous motor control method according to a nineteenth aspect is a method in which the decrease in the torque is compensated by compensating for the decrease in the amplitude of the fundamental wave component of the phase voltage command due to voltage limitation.
[0033]
21. The synchronous motor control method according to claim 20, wherein the current phase is controlled so that the degree of overmodulation becomes a predetermined value in response to the degree of overmodulation increasing the voltage utilization rate exceeding a predetermined value. It is.
[0034]
A synchronous motor control method according to a twenty-first aspect is a method in which a permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor is adopted as the synchronous motor.
[0035]
A synchronous motor control method according to a twenty-second aspect is a method of driving a compressor by the synchronous motor.
[0036]
The synchronous motor control device according to claim 23 controls the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor. The upper limit value of the current phase is set to maximize the motor torque at each instantaneous inverter output voltage. Inverter control means for setting at or near the phase is included.
[0037]
The synchronous motor control device according to claim 24 controls the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor. The upper limit value of the current phase is set to the motor torque at the inverter maximum output voltage for each rotation speed. Inverter control means for setting the phase to the maximum or the vicinity thereof is included.
[0038]
The synchronous motor control apparatus according to claim 25 employs, as the inverter control means, one that changes the upper limit value of the current phase in response to at least the rotational speed.
[0039]
The synchronous motor control device according to claim 26 controls the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor. The upper limit value of the current phase is set to the motor torque at the maximum output voltage of the inverter at the highest speed rotation. Inverter control means set at or near the maximum phase is included.
[0040]
The synchronous motor control device according to claim 27 controls the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, and the inverter output current is limited for each required torque with the current phase limit value. Inverter control means for setting the maximum phase and the minimum phase, or the vicinity thereof are included.
[0041]
The synchronous motor control device according to claim 28 controls the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor. The upper limit value of the current phase is set to the motor at each instantaneous inverter output voltage. Phase at which torque is maximized or an upper limit value set in the vicinity thereof, and the phase at which motor torque is maximized at the inverter maximum output voltage or an upper limit value set in the vicinity thereof at each rotation speed, inverter at maximum speed Of the maximum output voltage, the maximum value set in or near the phase that maximizes the motor torque, the maximum phase that will limit the inverter output current for each required torque, or the maximum value set in the vicinity thereof Inverter control means for selecting a small upper limit value is included.
[0042]
In the synchronous motor control device according to claim 29, as the inverter control means, the lower limit value of the current phase is set to the current phase that maximizes the efficiency or the torque, or the vicinity thereof, and the current phase that can output the required torque is selected. The one that controls the inverter to drive the synchronous motor with the smallest current phase is adopted.
[0043]
A synchronous motor control device according to a thirty-third aspect employs a motor that drives a compressor for an air conditioner as the synchronous motor.
[0044]
A synchronous motor control device according to a thirty-first aspect employs a permanent magnet motor as the synchronous motor, and employs an inverter control means that sets an upper limit value of a current phase to approximately 60 degrees to 80 degrees.
[0045]
The synchronous motor control device according to claim 32 controls the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, and the output voltage of the inverter has reached a limit value as the rotational speed increases. Inverter control means for advancing the current phase in response to the above and performing speed droop control in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value.
[0046]
The synchronous motor control device according to claim 33 controls the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, and the output voltage of the inverter has reached a limit value as the rotational speed increases. And an inverter control means for holding the internal state of the speed control means in a state immediately before reaching the limit value in response to reaching the predetermined current phase limit value or the current limit value.
[0047]
The synchronous motor control device according to claim 34 outputs, as the inverter control means, a desired voltage waveform from the inverter when the inverter output voltage has a margin with respect to the output voltage limit value, and the inverter output voltage is the output voltage limit value. The output voltage waveform from the inverter is approximated to the output voltage waveform having a high voltage utilization rate in response to approaching.
[0048]
A synchronous motor control device according to a thirty-fifth aspect employs a sine wave having the desired voltage waveform as the inverter control means.
[0049]
A synchronous motor control device according to a thirty-sixth aspect employs, as the inverter control means, a rectangular wave having an output voltage waveform having a high voltage utilization rate.
[0050]
A synchronous motor control apparatus according to a thirty-seventh aspect employs a motor that drives a compressor as the permanent magnet motor.
[0051]
The synchronous motor control device according to claim 38 controls the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, and when the inverter output voltage amplitude is limited, the inverter is controlled to control the motor current. Inverter control means for controlling is included.
[0052]
The synchronous motor control device according to claim 39, as the inverter control means, controls the motor current by increasing a motor terminal voltage command value in response to a small motor current and in response to a large motor current. What is performed by decreasing the motor terminal voltage command value is adopted.
[0053]
In a synchronous motor control device according to a forty-fourth aspect, as the inverter control means, one that controls an inverter to compensate for a decrease in torque caused by the voltage limitation is adopted.
[0054]
The synchronous motor control device according to claim 41 employs, as the inverter control means, one that compensates for the decrease in torque by compensating for the decrease in the amplitude of the fundamental component of the phase voltage command due to voltage limitation. is there.
[0055]
The synchronous motor control apparatus according to claim 42, as the inverter control means, controls the current phase so that the degree of overmodulation becomes a predetermined value in response to the degree of overmodulation exceeding a predetermined value. The thing is adopted.
[0056]
A synchronous motor control device according to a forty-third aspect employs a permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor as the synchronous motor.
[0057]
A synchronous motor control device according to a 44th aspect employs a device that drives a compressor as the synchronous motor.
[0058]
[Action]
According to the synchronous motor control method of claim 1, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to the maximum motor torque at each instantaneous inverter output voltage. When the voltage phase or current phase is operated to increase the maximum rotation speed, or the voltage phase or current phase is controlled to control the speed, it is set near the maximum torque that can be generated by the synchronous motor. Can be operated. As a result, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0059]
According to the synchronous motor control method of claim 2, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to the motor at the inverter maximum output voltage for each rotation speed. Since the torque is set at the maximum phase or in the vicinity thereof, the synchronous motor can be controlled using the upper limit value of the current phase set for each speed, and the upper limit of the current phase during field-weakening control at high speed. Can be kept below the value. As a result, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimum tuning.
[0060]
According to the synchronous motor control method of the third aspect, since the upper limit value of the current phase is changed at least in response to the rotational speed, the same operation as that of the first or second aspect can be achieved.
[0061]
According to the synchronous motor control method of claim 4, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set to the motor torque at the maximum output voltage of the inverter at the highest speed rotation. Is set at or near the phase that maximizes the frequency, which simplifies the process and prevents trips from occurring, and maximizes the use of voltage and current. And maximum efficiency through optimization and tuning.
[0062]
According to the synchronous motor control method of claim 5, when controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the limit value of the current phase is limited to the inverter output current for each required torque. Therefore, the torque phase can be prevented from decreasing and the current phase can be controlled to the maximum. As a result, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimum tuning.
[0063]
According to the synchronous motor control method of claim 6, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is determined for each instantaneous inverter output voltage. Phase at which motor torque is maximized or an upper limit value set in the vicinity thereof, for each rotation speed, phase at which motor torque is maximized at the inverter maximum output voltage, or upper limit value set in the vicinity thereof, at maximum speed Of the maximum inverter output voltage, the phase that maximizes the motor torque or the upper limit value set in the vicinity thereof, the maximum phase that the inverter output current is limited for each required torque, or the upper limit value set in the vicinity thereof, Since the smallest upper limit value is selected, the current phase is limited by the selected upper limit value. With a trip of occurrence can be prevented, voltage, current can be fully utilized, and therefore, it is possible to reduce the size of the synchronous motor, and the maximum efficiency by optimally tuning realized.
[0064]
According to the synchronous motor control method of claim 7, the lower limit value of the current phase is set at or near the current phase that maximizes the efficiency or torque, and the smallest current phase among the current phases that can output the required torque. Since the synchronous motor is driven in this way, the current phase can be controlled to a phase between the lower limit value and the upper limit value, and the same operation as any one of claims 1 to 6 can be achieved. .
[0065]
According to the synchronous motor control method of claim 8, since the compressor for an air conditioner is driven by the synchronous motor, the synchronous motor that generates a large amount of heat during field weakening control can be cooled by the refrigerant. The effect similar to any one of claims 1 to 7 can be achieved without particularly considering heat dissipation.
[0066]
According to the synchronous motor control method of claim 9, since a permanent magnet motor is adopted as the synchronous motor and the upper limit value of the current phase is set to about 60 degrees to 80 degrees, the maximum capacity of the permanent magnet motor is extracted. In addition, good operating characteristics can be realized, and the same effect as in the eighth aspect can be achieved.
[0067]
In the synchronous motor control method according to claim 10, in controlling the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, the output voltage of the inverter has reached a limit value as the number of rotations increases. In response to this, the current phase is advanced, and the speed drooping control is performed in response to reaching the predetermined current phase limit value or current limit value, so the permanent magnet motor is driven below the current limit and phase limit. Thus, the divergence of the control system can be prevented. The occurrence of trips can be prevented and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0068]
According to the synchronous motor control method of claim 11, in controlling the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, the output voltage of the inverter has reached a limit value as the number of rotations increases. In response to this, the current phase is advanced, and in response to reaching the predetermined current phase limit value or current limit value, the internal state of the speed control means is held in the state immediately before reaching the limit value. System divergence can be prevented. The occurrence of trips can be prevented and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0069]
According to the synchronous motor control method of claim 12, when the inverter output voltage has a margin with respect to the output voltage limit value, a desired voltage waveform is output from the inverter, and the inverter output voltage approaches the output voltage limit value. In response to this, the output voltage waveform from the inverter is brought close to the output voltage waveform with a high voltage utilization rate, so if the voltage waveform is adjusted appropriately, noise reduction can be achieved in the low speed range and the high speed operation range can be expanded. In addition, it is possible to achieve the same effects as those of the tenth or eleventh aspect.
[0070]
According to the synchronous motor control method of claim 13, since a sine wave is adopted as the desired voltage waveform, noise and vibration due to harmonics can be easily suppressed, and the same effect as in claim 12 can be obtained. Can be achieved.
[0071]
According to the synchronous motor control method of claim 14, since a rectangular wave is adopted as the output voltage waveform having a high voltage utilization rate, a sufficiently high speed operation range can be achieved. An effect similar to that of the thirteenth aspect can be achieved.
[0072]
According to the synchronous motor control method of the fifteenth aspect, since the compressor is driven by a permanent magnet motor, noise and vibration can be reduced and the compressor can be driven to a high speed. The same effect as any one of Item 14 can be achieved.
[0073]
According to the synchronous motor control method of the sixteenth aspect, the motor current is controlled when the inverter output voltage amplitude is limited in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor. Therefore, the motor current can be controlled even when the current increases due to disturbance or the like when the voltage is limited. The occurrence of trips can be prevented and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0074]
According to the synchronous motor control method of claim 17, the motor current control is performed by increasing the motor terminal voltage command value in response to a small motor current and in response to a large motor current. Since the operation is performed by decreasing the value, the same effect as that of the sixteenth aspect can be achieved.
[0075]
According to the synchronous motor control method of claim 18, since the inverter is controlled so as to compensate for the decrease in torque caused by the voltage limitation, the torque before the current limitation can be maintained, and Alternatively, an effect similar to that of the seventeenth aspect can be achieved.
[0076]
According to the synchronous motor control method of claim 19, the torque reduction is compensated by compensating for the amplitude reduction of the fundamental wave component of the phase voltage command due to voltage limitation. The action can be achieved.
[0077]
21. The synchronous motor control method according to claim 20, wherein the current phase is controlled so that the degree of overmodulation becomes a predetermined value in response to the degree of overmodulation increasing the voltage utilization rate exceeding a predetermined value. Therefore, it is possible to prevent the degree of overmodulation from becoming too large, and to achieve the same effect as any one of claims 16 to 19.
[0078]
According to the synchronous motor control method of claim 21, since the permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in the rotor is adopted as the synchronous motor, it is possible to effectively use the field weakening action. In addition, the same effect as any one of claims 9 to 20 can be achieved.
[0079]
According to the synchronous motor control method of claim 22, since the compressor is driven by the synchronous motor, overcurrent that causes damage to the synchronous motor and the inverter is prevented even when a sudden load increase occurs. In addition, the same action as any one of claims 16 to 21 can be achieved.
[0080]
In the synchronous motor control device according to claim 23, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the inverter control means sets the upper limit value of the current phase in each instantaneous inverter output voltage. It can be set at or near the phase that maximizes the motor torque.
[0081]
Therefore, when the current phase is advanced to increase the maximum rotation speed, or the voltage phase or the current phase is controlled for speed control, control with the maximum torque that can be generated by the synchronous motor can be performed. As a result, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0082]
In the synchronous motor control device according to claim 24, when the synchronous motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the inverter control means sets the upper limit value of the current phase for each rotation speed. It can be set at or near the phase that maximizes the motor torque at the maximum output voltage.
[0083]
Therefore, the synchronous motor can be controlled using the upper limit value of the current phase set for each speed, and the current phase during field-weakening control at high speed can be kept below the upper limit value. As a result, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimum tuning.
[0084]
In the synchronous motor control device according to claim 25, the inverter control means employs a device that changes the upper limit value of the current phase in response to at least the rotational speed. Similar effects can be achieved.
[0085]
In the synchronous motor control device according to claim 26, when the synchronous motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the upper limit value of the current phase is set by the inverter control means to the maximum value of the inverter at the maximum speed rotation. The output voltage can be set at or near the phase at which the motor torque is maximized.
[0086]
Therefore, the current phase can be limited only to the transient change at the maximum voltage and maximum current phase. As a result, the configuration can be simplified and trips can be prevented, voltage and current can be used to the maximum, and synchronous motors can be miniaturized and maximum efficiency can be achieved through optimal tuning. Can do.
[0087]
In the synchronous motor control device according to claim 27, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the inverter control means sets the limit value of the current phase to the inverter output current for each required torque. Can be set at or near the maximum and minimum phases that will be limited.
[0088]
Therefore, torque reduction can be prevented and the current phase can be controlled to the maximum. As a result, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimum tuning.
[0089]
In the synchronous motor control device according to claim 28, in controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, the inverter control means sets the upper limit value of the current phase for each moment. In the inverter output voltage, the phase that maximizes the motor torque or an upper limit value set in the vicinity thereof, for each rotation speed, the phase that maximizes the motor torque in the inverter maximum output voltage or the upper limit value set in the vicinity thereof, At the maximum inverter output voltage at the highest speed, the phase that maximizes the motor torque or an upper limit value set in the vicinity thereof, the maximum phase at which the inverter output current is limited for each required torque, or the vicinity thereof is set Among the upper limit values, the smallest upper limit value can be selected.
[0090]
Therefore, by limiting the current phase according to the selected upper limit value, it is possible to prevent the occurrence of trips and to maximize the use of voltage and current. As a result, the synchronous motor can be reduced in size and optimally tuned. Can achieve maximum efficiency.
[0091]
30. The synchronous motor control device according to claim 29, wherein the inverter control means sets the lower limit value of the current phase to a current phase that maximizes efficiency or torque, or the vicinity thereof, and outputs a desired torque. 24. Since the inverter is controlled to drive the synchronous motor with the smallest current phase, the current phase can be controlled to a phase between the lower limit value and the upper limit value. An effect similar to that of any of the twenty-eighth aspects can be achieved.
[0092]
If it is a synchronous motor control apparatus of Claim 30, since the thing which drives the compressor for air conditioners is employ | adopted as said synchronous motor, a synchronous motor can be cooled with a refrigerant | coolant, and heat radiation of a synchronous motor is carried out. The action similar to that of any of claims 23 to 29 can be achieved without particular consideration.
[0093]
If it is a synchronous motor control apparatus of Claim 31, a permanent magnet motor is employ | adopted as said synchronous motor, and what sets the upper limit of an electric current phase to about 60 to 80 degree | times is employ | adopted as said inverter control means. Therefore, the maximum capacity of the permanent magnet motor can be extracted to achieve a flat torque characteristic, and the same effect as that of the thirty-third aspect can be achieved.
[0094]
In the synchronous motor control device according to the thirty-second aspect, in controlling the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, the output voltage of the inverter is increased by the inverter control means as the rotational speed increases. The current phase is advanced in response to reaching the limit value, and the speed drooping control can be performed in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value.
[0095]
Therefore, the permanent magnet motor can be driven below the current limit and phase limit to prevent the control system from diverging. The occurrence of trips can be prevented and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0096]
In the synchronous motor control device according to claim 33, when the permanent magnet motor is controlled by supplying the output voltage of the inverter to the permanent magnet motor, the inverter control means causes the output voltage of the inverter to increase as the rotational speed increases. In response to reaching the limit value, the current phase is advanced, and in response to reaching the predetermined current phase limit value or current limit value, the internal state of the speed control means is held in the state immediately before reaching the limit value. Can do.
[0097]
Accordingly, the divergence of the speed control system can be prevented. The occurrence of trips can be prevented and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0098]
In the synchronous motor control device according to claim 34, as the inverter control means, when the inverter output voltage has a margin with respect to the output voltage limit value, a desired voltage waveform is output from the inverter, and the inverter output voltage is the output voltage. In response to approaching the limit value, the output voltage waveform from the inverter is closer to the output voltage waveform with a high voltage utilization rate. The expansion of the range can be achieved, and the same effect as that of claim 32 or claim 33 can be achieved.
[0099]
If it is a synchronous motor control apparatus of Claim 35, since what uses a sine wave as said desired voltage waveform as said inverter control means is employ | adopted, the noise and vibration by a harmonic can be suppressed easily. In addition, the same effect as that of the 34th aspect can be achieved.
[0100]
According to the synchronous motor control device of claim 36, since the inverter control means adopts a rectangular wave as the output voltage waveform having a high voltage utilization rate, sufficient expansion of the high-speed operation range is achieved. In addition, the same effect as in the thirty-fourth or thirty-fifth aspect can be achieved.
[0101]
If it is a synchronous motor control device of Claim 37, since it uses what drives a compressor as said permanent magnet motor, while being able to reduce noise and vibration, it can drive to high speed, The same effect as in any one of claims 32 to 36 can be achieved.
[0102]
In the synchronous motor control device according to claim 38, when controlling the synchronous motor by supplying the output voltage of the inverter to the synchronous motor, when the inverter output voltage amplitude is limited by the inverter control means, the motor current The inverter can be controlled to control
[0103]
Therefore, the motor current can be controlled even when the current increases due to disturbance or the like when the voltage is limited. The occurrence of trips can be prevented and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be realized by optimal tuning.
[0104]
In the synchronous motor control device according to claim 39, as the inverter control means, the control of the motor current is performed by increasing the motor terminal voltage command value in response to a small motor current and responding to a large motor current. Thus, since the operation performed by decreasing the motor terminal voltage command value is adopted, the same operation as that of the 38th aspect can be achieved.
[0105]
In the synchronous motor control device according to claim 40, since the inverter control means employs a device that controls the inverter to compensate for a decrease in torque caused by the voltage limitation, the torque before the current limitation is maintained. In addition, the same action as that of claim 38 or claim 39 can be achieved.
[0106]
In the synchronous motor control device according to claim 41, the inverter control means that compensates for the decrease in torque by compensating for the decrease in the amplitude of the fundamental component of the phase voltage command due to voltage limitation is adopted. Therefore, the same effect as in the 40th aspect can be achieved.
[0107]
In the synchronous motor control device according to claim 42, as the inverter control means, in response to the degree of overmodulation exceeding a predetermined value, the current phase is adjusted so that the degree of overmodulation becomes a predetermined value. Since what is to be controlled is adopted, it is possible to prevent the degree of overmodulation from becoming too large, and to achieve the same effect as any one of claims 38 to 41.
[0108]
According to the synchronous motor control device of claim 43, since the permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in the rotor is adopted as the synchronous motor, it is possible to effectively use the field weakening action. In addition, the same effect as any one of claims 31 to 42 can be achieved.
[0109]
The synchronous motor control device according to claim 44 employs a device that drives a compressor as the synchronous motor, so that even if a sudden load increase occurs, the synchronous motor and the inverter may be damaged. In addition to preventing current, the same action as in any one of claims 38 to 43 can be achieved.
[0110]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a synchronous motor control method and apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0111]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a synchronous motor control device of the present invention.
[0112]
This synchronous motor control device includes a converter 1a that outputs AC power with an AC power supply 1 as an input, an inverter 2 that outputs AC power with DC power as an input and supplies the AC power to the synchronous motor 3, and current detection that detects motor current. Part 3a, voltage detection part 3b for detecting the motor voltage, the rotational position of the rotor of the synchronous motor 3 (hereinafter referred to as the rotor position) and the rotational speed of the rotor (hereinafter simply referred to as the motor position) A position / velocity detection unit 4 that outputs a speed), a speed control unit 5 that performs a speed control by inputting a speed from the position / velocity detection unit 4 and a speed command given from outside, and outputs a current command; A phase control unit 6 that performs phase control by inputting a current command from the speed control unit 5 and a phase command given from the outside and outputs a current amplitude command; Current amplitude command, motor current, and rotor position (θ) are input to control the current and output a voltage command to supply the inverter 2 with the speed and current from the position / speed detector 4. The voltage command from the control unit 7 is input, and the corresponding maximum current phase is output from the preset maximum current phase (the preset maximum current phase corresponding to the motor output voltage and the rotation speed). A maximum phase table 8 and a phase limit unit 9 that limits the phase command based on the maximum current phase to be supplied to the phase control unit 6 are provided.
[0113]
Examples of the synchronous motor 3 include a permanent magnet motor {hereinafter referred to as an embedded permanent magnet motor (IPM)} in which a permanent magnet is disposed inside a rotor. Can be used.
[0114]
The maximum phase table 8 may hold the maximum current phase in the form of a function.
[0115]
The position / speed detector 4 may detect the rotor position and speed based on the induced voltage in the non-energized section. However, the position detection mechanism is provided in the synchronous motor 3 and the position detection result is obtained. The rotor position and speed may be output. Of course, a calculation based on the motor model may be performed to output the rotor position and speed.
[0116]
Further, since the configuration of each of the components is conventionally known, detailed description thereof is omitted.
[0117]
First, the current phase-torque characteristics of the IPM will be described.
[0118]
FIG. 2 is a diagram showing the current phase-torque characteristics of the IPM when the motor current is fixed.
[0119]
Since IPM generates reluctance torque in addition to magnet torque, maximum torque is generated in a phase that is ahead of the current phase of 0 degrees. At this time, as the current phase is advanced, the voltage applied to the IPM decreases because the field is weakened to weaken the field of the permanent magnet.
[0120]
As can be seen from FIGS. 3A and 3B showing the current phase-torque characteristics when the voltage is fixed, when the applied voltage of the IPM is constant, the motor current increases by advancing the current phase. The torque generation amount with respect to the motor current decreases. The IPM used for the evaluation in FIG. 3 generates a maximum torque when the current phase is 70 to 80 degrees.
[0121]
The operation of the synchronous motor control apparatus having the above configuration is as follows.
[0122]
While the synchronous motor 3 is operated by applying the output voltage of the inverter 2, the motor current is detected by the current detector 3a, the motor voltage is detected by the voltage detector 3b, and the motor current and the motor voltage are positioned. The rotor position and speed are detected by supplying to the speed detector 4.
[0123]
Based on the detected speed and a speed command given from the outside, the speed control unit 5 performs speed control to generate a current command.
[0124]
Also, a phase command given from the outside is supplied to the phase limiter 9 to limit the phase command so as not to exceed the maximum current phase output from the maximum phase table 8 based on the voltage command and speed. Of course, when the phase command is smaller than the maximum current phase, the phase command is output as it is.
[0125]
The phase control unit 6 performs phase control based on the current command from the speed control unit 5 and the phase command from the phase limit unit 9 to output a current amplitude command (and current phase).
[0126]
Based on the current amplitude command, the motor current, and the rotor position, current control is performed by the current control unit 7, and a voltage command is output so as to match the magnitude and phase of the motor current with the command value and supplied to the inverter 2.
[0127]
Therefore, the process of advancing the current phase is performed in order to increase the maximum rotation speed, and the process of controlling the current phase, not the voltage value, is performed for the speed control, and the control with the maximum torque that can be generated by the synchronous motor 3 is performed. It can be performed.
[0128]
In the synchronous motor control device having the above-described configuration, the current control unit 7 is omitted, the voltage control unit 5 directly generates voltage amplitude, the phase control unit 6 performs voltage phase control, and an inverter that matches the rotor position. Can be configured to generate a voltage command to.
[0129]
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0130]
This synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 1 only in that a maximum phase table 8 that retains the maximum current phase for each speed is employed.
[0131]
Therefore, in this case, the corresponding maximum current phase can be output from the maximum phase table 8 based on the velocity from the position / velocity detector 4 and supplied to the phase limiter 9.
[0132]
As a result, similar to the synchronous motor control device of FIG. 1, the process of advancing the current phase to increase the maximum rotation speed and the process of controlling the current phase instead of the voltage value when performing the speed control, In addition, control with the maximum torque that can be generated by the synchronous motor 3 can be performed.
[0133]
In this embodiment, the maximum phase table 8 can be replaced with a constant.
[0134]
Usually, in a synchronous motor control device having a current control loop, when torque is required, a process of increasing the motor current value is performed, and the current phase is not moved greatly. For this reason, it is often the case that current phase limitation is required only during field-weakening control at high speed. Therefore, by adopting the synchronous motor control device of this embodiment, the current phase can be limited only when it is really necessary.
[0135]
FIG. 5 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0136]
This synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 1 only in that a maximum phase holding unit 8 ′ is employed instead of the maximum phase table 8.
[0137]
The maximum phase holding unit 8 ′ is preset with a maximum current phase that maximizes the motor torque at the maximum output voltage of the inverter at the maximum rotation.
[0138]
Therefore, in this case, the phase command is limited by the phase limit unit 9 based on the maximum current phase from the maximum phase holding unit 8 ′, and the same operation as that of the synchronous motor control device of FIG. 1 can be achieved. .
[0139]
As a result, the configuration of the maximum phase holding unit 8 ′ can be simplified as compared with the maximum phase table 8.
[0140]
Normally, when the voltage is sufficient, the torque is controlled by the current amplitude. When the rotation speed becomes high and the voltage becomes insufficient, the current phase is advanced and field weakening control is performed. Therefore, the maximum voltage and the maximum phase are obtained at the maximum load. Therefore, there are many applications where there is no problem if the phase is limited with respect to the maximum voltage and the transient change at the maximum phase. By applying the synchronous motor control device of this embodiment to these applications, the maximum voltage, the maximum It is possible to limit the phase only to a transient change during the phase.
[0141]
FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0142]
The synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 1 in that the maximum current phase and the minimum current phase immediately before the inverter output current becomes the limit value are stored in advance as the maximum phase table 8 for each required torque. The point which employ | adopted the thing and the point which further includes the torque estimation part 10 which estimates output torque from a current amplitude and a current phase, and supplies it to the maximum phase table 8 are only.
[0143]
Therefore, in this case, the torque estimation unit 10 estimates the output torque from the current amplitude and current phase and supplies the estimated output torque to the maximum phase table 8, and the output current at that torque is limited from the maximum phase table 8. Read the current phase. And the phase limit part 9 restrict | limits a phase instruction | command with the electric current phase, and it can prevent the problem that an output torque falls because an electric current restriction | limiting acts by the overshooting of an electric current phase.
[0144]
As a result, the phase can be controlled to the maximum while preventing a decrease in torque.
[0145]
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0146]
This synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 1 in that instead of providing the maximum phase table 8, the current control unit 7 functions to limit the output current when the output current exceeds the limit, The only thing that has been adopted is the one having a function of outputting a flag indicating that the current is limited.
[0147]
Therefore, in this case, by supplying a flag from the current control unit 7 indicating that the output current has reached the limit value to the phase limit unit 9, it is prohibited that the current phase protrudes further. It is possible to prevent the disadvantage that the output torque is reduced due to the current limit acting more than excessively.
[0148]
As a result, the phase can be controlled to the maximum while preventing a decrease in torque.
[0149]
FIG. 8 is a diagram showing torque-current phase characteristics when the voltage and current are limited.
[0150]
This characteristic was obtained for an IPM having a maximum voltage of 200 V, a maximum current of 20 A, and a maximum rotation speed of 120 rps.
[0151]
In the synchronous motor control device of FIG. 4 (Claim 2), the line passing through (1) at 120 rps and (2) at 70 rps becomes the maximum current phase, and in the synchronous motor control device (Claim 1) of FIG. The current phase of the synchronous motor control device of FIG. 4 is obtained for each voltage. In the synchronous motor control device of FIG. 5 (Claim 4), the vertical line passing (1) is the maximum current phase, and FIG. Alternatively, in the synchronous motor control device of FIG. 7 (Claim 5), the current phase is limited within the line outside the current limit 20 Arms.
[0152]
Further, it is preferable to obtain these maximum current phases and select a smaller maximum current phase among them to limit the phase command, and it is possible to prevent the phase command from becoming larger than necessary.
[0153]
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation phase of the IPM.
[0154]
When there is a margin in the inverter output voltage during low-speed rotation, the current phase is changed in the order of (1) → (2) → (3) as the torque increases.
[0155]
If the inverter output voltage does not flow sufficiently at the operating point (1) → (2) → (3) during high-speed rotation, the field is weakened by advancing the phase and the current value is increased. To generate more torque. For example, in the case of 70 rps, the operating point of (2) → (3) cannot be taken, so by controlling the current phase in the order of (1) → (2) → (4), the maximum IPM has Torque can be extracted.
[0156]
In a further high-speed region, a region where the torque decreases conversely by advancing the current phase occurs in a region below the current limit value (see the right side of (6) of 120 rps). In this region, if the phase is advanced to generate torque, the torque decreases conversely, so that the maximum capability of the IPM cannot be exhibited.
[0157]
Therefore, the maximum current phase indicated by (5) → (6) may be provided for each rotation speed so as not to enter this region, and the maximum torque of the IPM can be extracted.
[0158]
In the above, the lower limit value of the current phase is set to the maximum torque line, but it can be set to the maximum efficiency line. However, since the maximum efficiency is around 40 degrees, the lower limit value of the current phase can be set to a straight line (constant), and the configuration can be simplified.
[0159]
FIG. 10 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0160]
The synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 6 in that it further includes a minimum phase table 11 that receives the output torque from the torque estimation unit 10 and a maximum phase table 8 from the torque estimation unit 10. A point that uses the output torque and the detected speed as an input and outputs a maximum current phase, instead of the phase limit unit 9, a maximum current phase from the maximum phase table 8, a minimum current phase from the minimum phase table 11, And a point that employs a phase calculation unit 9 ′ that calculates a current phase by inputting a voltage command from the current control unit 7 and outputs the current phase, and a point that outputs a current amplitude command as the speed control unit 5, And only the point which adopted what outputs a current command as phase control part 6 is adopted.
[0161]
Since the minimum phase table 11 holds a torque-minimum current phase curve to output the minimum current phase, when the torque is given, the corresponding minimum current phase is output. Specifically, the torque-minimum current phase curve represented by (1) → (2) → (3) in FIG. 9 is held. However, a fixed value can be substituted.
[0162]
The maximum phase table 8 holds the maximum current phase due to current limitation and the maximum current phase for each rotation speed under voltage constraint, and outputs the smaller maximum current phase as appropriate when torque is applied. Specifically, each rotation under the maximum current phase due to current limitation represented by (3) → (4) → (5) in FIG. 9 and the voltage constraint represented by (5) → (6). The maximum current phase for each number is retained.
[0163]
The phase calculation unit 9 ′ performs phase-lag control of the phase command when the voltage command does not reach the maximum voltage, and performs phase-advance control of the phase command when the voltage command reaches the maximum voltage. If the minimum current phase from the minimum phase table 11 is reached as a result of the slow phase control, the slow phase control is stopped and the minimum current phase from the minimum phase table 11 is used as the phase command. Conversely, when the phase advance control results in the maximum current phase from the maximum phase table 8, the phase advance control is stopped and the maximum current phase from the maximum phase table 8 is used as the phase command.
[0164]
Therefore, in this case, the output torque is estimated by the torque estimation unit 10 based on the current command and supplied to the maximum phase table 8 and the minimum phase table 11, so that the maximum current phase and the minimum phase from the maximum phase table 8 are obtained. The minimum current phase from the table 11 is supplied to the phase calculator 9 ′.
[0165]
The phase calculation unit 9 ′ outputs a phase command by performing a phase advance control or a phase delay control corresponding to whether or not the voltage command reaches the maximum voltage between the maximum current phase and the minimum current phase. To do.
[0166]
Based on the output phase command, the same operation as that of the synchronous motor control device of FIG. 6 can be achieved.
[0167]
As a result, the synchronous motor can be controlled by setting the current phase to a value between the maximum current phase and the minimum current phase.
[0168]
FIG. 11 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0169]
This synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 10 in that only the speed detected as the maximum phase table 8 is input and the maximum current phase is output, and the phase calculation unit 9 ′ The current phase is calculated by inputting the maximum current phase from the maximum phase table 8, the minimum current phase from the minimum phase table 11, the current command from the phase control unit 6, and the voltage command from the current control unit 7 as a phase command. It is only the point which adopts what is output.
[0170]
The maximum phase table 8 holds only the maximum current phase for each rotation speed under voltage constraint.
[0171]
The phase calculation unit 9 ′ performs the phase delay control when the current phase is limited by the maximum current phase, and achieves the same operation as the phase calculation unit 9 ′ of FIG.
[0172]
Therefore, also in this case, the synchronous motor can be controlled by setting the current phase to a value between the maximum current phase and the minimum current phase.
[0173]
It is preferable that the compressor for an air conditioner is driven by a synchronous motor controlled by any one of the synchronous motor control devices.
[0174]
In this case, the synchronous motor is cooled by the refrigerant, and extremely high cooling efficiency can be achieved. Therefore, the limit of the capacity of the synchronous motor can be drawn without particularly considering the heat radiation of the synchronous motor.
[0175]
Moreover, when driving the compressor for air conditioners by IPM, it is preferable to set the upper limit of the current phase to approximately 60 to 80 degrees.
[0176]
FIG. 12 is a diagram showing an operation area of the air conditioner compressor.
[0177]
The compressor for an air conditioner does not require operation at extremely low speed and operation at high speed and high load, and constant torque is required at other rotational speeds. For this reason, the maximum current limit is not applied during low-speed operation. Also, the maximum torque current phase is not applied during medium speed rotation.
[0178]
Therefore, by setting the upper limit of the current phase to the maximum torque current phase in the vicinity of the maximum rotational speed, the maximum capacity of the IPM can be extracted and the air conditioner compressor can be operated.
[0179]
FIG. 13 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0180]
The synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 11 in that the phase calculation unit 9 ′ further has a function of outputting a command to drop the speed on condition that the current limit and the phase limit are reached. It is only the point which further includes the subtraction part 5a which subtracted the speed drooping command from the point employ | adopted and the speed command given from the outside, and supplies to the speed control part 5.
[0181]
In this case, on the condition that the current limit and the phase limit are reached, a speed drooping command can be output from the phase calculation unit 9 ′, and the subtraction unit 5a can decrease the speed command.
[0182]
Based on the reduced speed command, the same operation as that of the synchronous motor control device of FIG. 11 can be achieved.
[0183]
As a result, the synchronous motor can be driven below the current limit and the phase limit, and the divergence of the control system can be prevented.
[0184]
Further explanation will be given.
[0185]
When speed droop control is not performed at all, there is a possibility that the synchronous motor can be driven without any inconvenience as long as the current limit and phase limit are reached for a moment and the current and phase are limited. However, if the current and phase are constantly limited, the phase error and current error accumulate in the internal state of the controller such as the PI controller, causing inconveniences such as divergence of the PI controller. In addition, the speed control system controller also diverges because the required torque required by the speed control system cannot be generated.
[0186]
However, if the synchronous motor control device of FIG. 13 is employed, it is possible to prevent the current and phase from being limited by performing the speed droop control, and to prevent the controller from diverging.
[0187]
FIG. 14 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0188]
This synchronous motor control device performs PI control calculation using the difference between the speed command given from outside and the detected speed as input, and performs phase control using the current amplitude command as input. , A phase control unit 6 that outputs a current command, a current limiter unit 23 that performs current limitation using the current command as an input, and performs a PI control calculation using the difference between the current command from the current limiter unit 23 and the motor current as an input, A current control unit 7 that outputs a voltage command; a non-interference unit 25 that outputs a d-axis voltage command and a q-axis voltage command by performing non-interference processing using the voltage command as an input; and a d-axis voltage command and a q-axis voltage command Dq → three-phase conversion unit 26 that converts a three-phase voltage command based on the rotor position as an input, a dead time compensation unit 27 that performs a dead time compensation by receiving a three-phase voltage command, The duty limit unit 28 that outputs the three-phase voltage command by limiting the duty by receiving the three-phase voltage command after compensation of the dtime, and the three-phase voltage command from the duty limit unit 28 is used as a control signal to generate a three-phase AC voltage. The inverter 2 to be applied to the synchronous motor 3, the voltage detection unit 3 b that detects the voltage based on the rotor position with the input of the three-phase voltage command from the duty limit unit 28, and the motor current based on the rotor position It includes a current detection unit 3a and a position / speed detection unit 4 that receives the detected voltage and motor current as input and estimates the rotor position and speed based on a preset motor model.
[0189]
When the output voltage of the inverter 2 reaches the limit, the duty limit unit 28 multiplies the constant K2 by the constant K2 unit 34 and outputs a voltage over value to be supplied to the phase control unit 6 as a phase advance command.
[0190]
The current limiter 23 determines whether or not the current command is over the current limit, and reduces the current value to the current limit while maintaining the phase of the current command in response to the supply of the current command over the current limit. In addition, an I term limit command is output to fix the internal state integral term (hereinafter referred to as I term) of the speed control unit 5 to a value before the current command reaches the upper limit.
[0191]
The phase control unit 6 performs phase advance control of the current phase in response to the phase advance command being supplied, stops the phase advance when the current phase reaches the upper limit, and sets the internal state I term of the speed control unit 5 to An I term restriction command is output to fix the current phase to a value before reaching the upper limit.
[0192]
FIG. 15 is a block diagram showing in detail the configuration of the phase control unit.
[0193]
A phase control unit 22a that performs phase advance control based on the phase advance command and performs phase control in response to the fact that the phase advance command is not supplied and outputs the phase command, and the phase command is set to the phase lower limit value. A phase lower limit unit 22b that detects that the phase command has been reached and supplies a phase control stop command to the phase control unit 22a, and detects that the phase command has reached the phase upper limit value and issues a phase advance control stop command to the phase control unit 22a. And a phase upper limit unit 22c for outputting an I term restriction command, a cos unit 22d for obtaining a cos component of the phase command, a sin unit 22e for obtaining a sin component of the phase command, a cos component and a current amplitude command. A first multiplication unit 22f that multiplies and outputs a q-axis current command, and a second multiplication unit 22g that multiplies the sin component and the current amplitude command to output a d-axis current command.
[0194]
The operation of the synchronous motor control apparatus having the above configuration is as follows.
[0195]
Until the output voltage of the inverter 2 reaches the limit as the rotational speed of the synchronous motor 3 increases, the inverter 2 is controlled by performing speed control, phase control, current control, etc., and the rotational speed of the synchronous motor 3 is increased. Let
[0196]
When the output voltage of the inverter 2 reaches the limit as the rotational speed of the synchronous motor 3 increases, a phase advance command is supplied from the duty limit unit 28 to the phase control unit 6. Phase control is performed to advance the current phase.
[0197]
When the current phase reaches the upper limit, a phase advance control stop command is output from the phase upper limit unit 22c to stop the phase advance control, and an I term limit command is output to output the internal state in the speed control unit 5 The I term (integral term) is fixed to a value just before the current phase reaches the upper limit.
[0198]
When the current command exceeds the current limit, the current limiter unit 23 reduces the current value to the current limit while maintaining the current phase, and outputs an I term limit command to output the current command in the speed control unit 5. Of the internal states, the I term is fixed to a value just before the current value reaches the current limit.
[0199]
As a result, divergence of the speed control unit can be prevented and stable control of the synchronous motor can be realized.
[0200]
FIG. 16 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0201]
The synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 13 in that a position / speed detection unit 4 that uses a motor model to detect the rotor position and speed is employed, instead of the phase control unit 6. A waveform generator 12 that generates a waveform pattern in which an arbitrary harmonic component is superimposed according to the rotor position, and a multiplier 12a that multiplies the current command by the waveform pattern and outputs a current command to be supplied to the current controller 7. And a point that further includes a voltage limiter 13 that clips the voltage command from the current control unit 7 with the inverter output limit voltage.
[0202]
In this synchronous motor control device, since the waveform generator 12 outputs a waveform pattern in which an arbitrary harmonic component is superimposed according to the rotor position, it is superimposed on the current command and supplied to the current controller 7. Outputs voltage command.
[0203]
If this voltage command is less than or equal to the inverter output limit voltage, it can be supplied to the inverter 3 as it is, but if it is greater than the inverter output limit voltage, it is clipped at the inverter output limit voltage by the voltage limiter 13 and supplied to the inverter 3.
[0204]
If the voltage command is clipped, the output voltage approaches a rectangular wave, the fundamental wave component can be increased even at the same output limit voltage, and high-speed rotation can be achieved. In such a high speed range, the mechanical noise becomes larger than the motor noise, and the noise reduction of the motor becomes less meaningful.
[0205]
In this embodiment, in order to approximate the voltage waveform to a rectangular wave, it is possible to have a characteristic that gradually approaches the output limit voltage. Moreover, even if it is a waveform other than a rectangular wave, the same effect | action can be achieved by employ | adopting a waveform with a high voltage utilization factor.
[0206]
Furthermore, since arbitrary harmonic components can be superimposed to obtain a free waveform, it is possible to achieve noise reduction in a low speed region (current waveform optimization method in a brushless DC motor), Chikiri et al., 1995. (Refer to the annual conference of the Industrial Application Division of the Institute of Electrical Engineers of Japan). Here, if this waveform is set to a sine wave, the harmonic component becomes only the fundamental wave, so that noise and vibration due to harmonics can be easily suppressed.
[0207]
FIG. 17A is a diagram showing a state in which the voltage command is set to the inverter output limit voltage or lower, and the fundamental wave component is also lower than the inverter output limit voltage.
[0208]
On the other hand, (B) in FIG. 17 is a diagram showing a state in which the voltage command is set to be larger than the inverter output limit voltage. By clipping the voltage command by the voltage limiter 13, an output voltage waveform close to a rectangular wave is obtained. To do. As a result, the fundamental wave component can be increased as compared with the case of FIG.
[0209]
17A and 17B both show a single-phase case for simplification of description, but can also be similarly expressed in the case of three phases.
[0210]
18 shows the actual measurement result of the operation range {see (A)} by the synchronous motor control device of FIG. 16, the simulation result of the operation range by the synchronous motor control device of FIG. 16 (see (B)), and the synchronization without using the voltage limiter. It is a figure which shows the simulation result {refer (C)} of the driving range by a motor control apparatus.
[0211]
As can be seen from FIG. 18, by providing a voltage limiter, the operating range can be expanded to the high speed side.
[0212]
The compressor can be driven by a synchronous motor controlled by the synchronous motor control device shown in FIGS.
[0213]
In general, a compressor has a problem of noise and vibration and needs to be driven to a high speed. However, by adopting the synchronous motor control device shown in FIGS. 13 to 16, noise and vibration can be reduced and high speed can be achieved. Can be driven up to.
[0214]
FIG. 19 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0215]
This synchronous motor control device performs PI control calculation using the difference between the speed command given from outside and the detected speed as input, and performs phase control using the current amplitude command as input. The phase control unit 6 that outputs a current command (d-axis current command and q-axis current command) and outputs a phase over value (over value based on the limit phase), and the difference between the current command and the motor current A current control unit 7 that performs a PI control calculation as an input and outputs a voltage command (d-axis voltage command and q-axis voltage command); an overvoltage detector 35 that detects an overvoltage condition using the voltage command as input; and d The dq → three-phase converter 26 that converts the shaft voltage command and the q-axis voltage command as inputs and converts them into a three-phase voltage command based on the rotor position; From the duty limit unit 28 that outputs a phase voltage command, the inverter 2 that generates a three-phase AC voltage by using the three-phase voltage command from the duty limit unit 28 as a control signal, and applies it to the synchronous motor 3, and the duty limit unit 28 The voltage detector 3b detects the voltage based on the rotor position with the three-phase voltage command as input, the current detector 3a detects the motor current based on the rotor position, and the rotor with the detected voltage and motor current as input. And a position detector 33 ′ for estimating the position and speed.
[0216]
In order to prevent the current control unit 7 from diverging with respect to a transient large current, the duty limit unit 28 responds to the duty limitation in response to the internal state I term of the current control unit 7. Can be configured to output an I-term limit command to fix the voltage command to a value before the voltage command reaches the upper limit.
[0217]
The phase control unit 6 also outputs a phase over value (over value with reference to the limit phase), and supplies the value obtained by multiplying the constant K3 by the constant K3 unit 36 to the subtracting unit 37, so that it is given from the outside. Decrease the speed command. Therefore, when the current phase exceeds the limit phase by the phase advance control, the phase over value can be multiplied by the constant K3 and subtracted from the speed command to prevent the control system from diverging.
[0218]
In the synchronous motor control device configured as described above, a current amplitude command is generated by the speed control 21 based on the speed difference, and a phase control is performed by the phase control unit 6 to generate a current command.
[0219]
Then, based on the difference between the current command from the phase control unit 6 and the detected motor current, the current control unit 7 generates a voltage command to control the motor output voltage.
[0220]
When the rotational speed increases and the motor induced voltage rises and reaches the inverter output limit voltage, the inverter 2 cannot output the voltage command output from the current control unit 7 completely. Exceeds 100%, the output voltage is clamped.
[0221]
However, if only the peak of the output voltage is clamped and the duty does not exceed 100%, voltage control is possible. For this reason, the current control unit 7 does not diverge immediately, and can perform current control on average even when the output voltage becomes a rectangular wave shape.
[0222]
As a result, the amplitude of the inverter output voltage is increased, and the motor current can be controlled even when voltage clamping occurs.
[0223]
A conventional synchronous motor control device is shown in FIG. 20 for comparison with the synchronous motor control device of FIG.
[0224]
The synchronous motor control device in FIG. 20 detects a motor current, a converter 1a that outputs DC power with an AC power supply 1 as an input, an inverter 2 that outputs AC power with DC power as an input, and supplies the AC power to the synchronous motor 3. A current detection unit 3a, a voltage detection unit 3b for detecting the motor voltage, a position / speed detection unit 4 for detecting the rotor position and speed by inputting the motor current and the motor voltage, a speed command given from the outside, The speed control unit 5 that performs speed control by inputting the rotor position and speed from the speed detection unit 4 and outputs a current command or voltage command, and performs current control by inputting the current command and motor current from the speed control unit 5 A current control unit 7 that outputs a voltage command, a selection unit 15 that selects a voltage command from the speed control unit 5 or a voltage command from the current control unit 7, and a selection The voltage command selected by 15 is input and clipped at the inverter output limit voltage, and the voltage limiter 13 that outputs the voltage saturation signal and the voltage saturation signal are input to perform switching determination, and the switching signal is sent to the speed control unit 5 and The switching determination part 14 supplied to the selection part 15 is included.
[0225]
In this synchronous motor control device, the current control loop is used and the inverter output voltage is used to the full to control the voltage clamp to occur. At the time of voltage clamp, the current control minor loop is stopped and the voltage control is performed. .
[0226]
Therefore, the motor current cannot be controlled when voltage clamping occurs. As a result, when the current increases due to disturbance or the like at the time of voltage clamping, current control cannot be performed, and there arises a disadvantage that the synchronous motor and the inverter are destroyed.
[0227]
As can be seen by comparing with the synchronous motor control device of FIG. 20, by adopting the synchronous motor control device of FIG. 19, current control is performed even when the current increases due to disturbance or the like during voltage clamping. And the destruction of the synchronous motor and the inverter can be prevented.
[0228]
FIG. 21 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0229]
This synchronous motor control device performs PI control calculation using the difference between the speed command given from outside and the detected speed as input, and performs phase control using the current amplitude command as input. The current control is output as a phase control unit 6; the current command is input to detect a current excess state; the current excess value is output; and the current command from the current excess detector 38 is input. The current limiter 23 for limiting the current when the current limiter 23 is input, the difference between the current command from the current limiter unit 23 and the motor current is input to perform the PI control calculation, and the voltage control unit 7 outputs the voltage command. A non-interference unit 25 that performs non-interference processing as an input and outputs a d-axis voltage command and a q-axis voltage command, and detects an overvoltage state using the d-axis voltage command and the q-axis voltage command as inputs. An overvoltage detector 35 that outputs a voltage overvalue, an overmodulation gain correction unit 39 that performs correction based on an overmodulation gain using the d-axis voltage command and the q-axis voltage command from the overvoltage detector 35 as inputs, A dq → three-phase conversion unit 26 that converts the d-axis voltage command and the q-axis voltage command from the modulation gain correction unit 39 into inputs and converts them into a three-phase voltage command based on the rotor position; A dead time compensation unit 27 that performs time compensation, a duty limit unit 28 that outputs a three-phase voltage command by performing a duty limit by inputting a three-phase voltage command after the dead time compensation, and a three-phase voltage from the duty limit unit 28 Using the command as a control signal, the inverter 2 that generates a three-phase AC voltage and applies it to the synchronous motor 3, and the three-phase voltage command from the duty limit unit 28 A voltage detector 3b that detects a voltage based on the rotor position as an input, a current detector 3a that detects a motor current based on the rotor position, and a motor model that is set in advance using the detected voltage and motor current as inputs. And a position / speed detector 4 for estimating the rotor position and speed based on the above.
[0230]
The overvoltage detector 35 detects the degree of overmodulation (for example, phase voltage command before clamping / phase voltage after clamping), and the constant K2 unit 34 multiplies the constant K2 to control the phase as a phase advance command. The voltage over value is output to be supplied to the unit 6.
[0231]
The current limiter 23 determines whether or not the current command is over the current limit, and reduces the current value to the current limit while maintaining the phase of the current command in response to the supply of the current command over the current limit. In addition, an I term limit command is output to fix the internal state I term of the speed control unit 5 to a value before the current command reaches the upper limit.
[0232]
The duty limit unit 28 fixes the internal state I term of the current control unit 7 to a value before the voltage reaches the upper limit in response to the duty being limited (for example, the duty has reached 100%). Therefore, an I term restriction command is output.
[0233]
The phase control unit 6 performs phase advance control of the current phase in response to the supply of the phase advance command, stops phase advance when the current phase reaches the upper limit, and is multiplied by the constant K3 by the constant K3 unit 36. Then, a phase over value is output to be supplied to the subtraction unit 37 as a deceleration command. Specifically, for example, the phase control unit 6 is configured by the configuration shown in FIG.
[0234]
In response to detecting an overcurrent state, the overcurrent detector 38 multiplies the constant K1 by the constant K1 unit 40 and outputs an overcurrent value to be supplied to the subtraction unit 37 as a deceleration command.
[0235]
When the synchronous motor control device having this configuration is adopted, the inverter 2 is controlled by performing speed control by the speed control unit 5, phase control by the phase control unit 6, and current control by the current control unit 7, and the synchronous motor 3. When the voltage command exceeding the inverter output limit voltage is supplied to the duty limit unit 28 while driving the voltage command, the voltage command is clamped, so that the output voltage command is lowered. However, in this synchronous motor control device, the overmodulation gain correction unit 39 amplifies the voltage amplitude so as to compensate for the decrease in the voltage command due to the clamp, so that it is possible to compensate for the decrease in the voltage command. It is possible to compensate for a decrease in torque due to a decrease in voltage command.
[0236]
For example, when the output waveform before clamping is a sine wave, the voltage correction coefficient in the overmodulation gain correction unit 39 is set as shown in FIG. For example, the voltage correction coefficient may be given as a table, but an expression representing the voltage correction coefficient may be given.
[0237]
Therefore, a corrected voltage command can be obtained by selecting a voltage correction coefficient according to the command voltage and multiplying the command voltage.
[0238]
The voltage correction coefficient shown in FIG. 22 corresponds to the case of a single phase, and is obtained by plotting the ratio between the fundamental wave of the command voltage and the fundamental wave after clamping. Of course, it can be easily calculated in the same manner for the case of three phases.
[0239]
FIG. 23 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[0240]
The synchronous motor control device is different from the synchronous motor control device of FIG. 21 in that the non-interference unit 25, the overmodulation gain correction unit 39, and the dead time compensation unit 27 are omitted, and the observer unit 33 is replaced with a motor. The only difference is that a position detector 33 ′ that detects the rotor position and speed using the current and motor voltage as inputs is employed.
[0241]
When the synchronous motor control device having this configuration is adopted, the inverter 2 is controlled by performing speed control by the speed control unit 5, phase control by the phase control unit 6, and current control by the current control unit 7, and the synchronous motor 3. During the driving, the degree of overmodulation is detected by the voltage excess detector 35 and fed back to the phase controller 6 through the constant K2 unit 34.
[0242]
Then, the phase controller 6 delays the current phase when the degree of overmodulation is lower than a predetermined value, and finally commands a desired current phase such as a current phase corresponding to maximum efficiency, maximum torque, etc. Conversely, when the degree of overmodulation is greater than or equal to a predetermined value, the current phase is advanced, the motor induced voltage is lowered by field weakening control, and the degree of overmodulation is lowered, thereby making the degree of overmodulation a desired value. it can.
[0243]
Moreover, it is preferable to employ IPM as a synchronous motor controlled by the synchronous motor control device of FIG. 19, FIG. 21, or FIG. In this case, the inductance of the IPM is large and field weakening control can be performed effectively.
[0244]
Furthermore, it is preferable to drive the compressor by a synchronous motor controlled by the synchronous motor control device of FIG. 19, FIG. 21, or FIG.
[0245]
Conventionally, in a compressor, there is a demand for using the inverter output voltage to the limit in order to place importance on efficiency. For this reason, the synchronous motor was conventionally driven by voltage control.
[0246]
In general, in a compressor for an air conditioner or a refrigerator, a sudden load increase occurs due to suction of liquid refrigerant. At this time, if current control is not performed, there is a high risk that an excessive current will damage the synchronous motor and the inverter. In order to eliminate such inconvenience, conventionally, protection by hardware is performed, but in this case, the compressor is completely stopped at the time of overcurrent, and it takes time to restart. Because the temperature can not be adjusted, comfort and so on will be impaired.
[0247]
However, if the synchronous motor control device of FIG. 23 is adopted, current control can be performed even in the above-described case. As a result, the inverter voltage is utilized to the limit while preventing damage to the synchronous motor and the inverter. Since the synchronous motor can be driven, it is possible to prevent a decrease in comfort due to the stop of the compressor.
[0248]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when the current phase is advanced to increase the maximum rotation speed, or the voltage phase or the current phase is operated to control the speed, the control is performed near the maximum torque that can be generated by the synchronous motor. In addition, it is possible to prevent the occurrence of trips and to maximize the use of voltage and current, and to achieve maximum efficiency by miniaturizing the synchronous motor and optimal tuning. There is an effect.
[0249]
The invention of claim 2 can control the synchronous motor using the upper limit value of the current phase set for each speed, and can maintain the current phase at the time of field weakening control at high speed below the upper limit value. In addition, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by optimal tuning. Play.
[0250]
The invention of claim 3 has the same effect as that of claim 1 or claim 2.
[0251]
The invention of claim 4 can simplify the process and prevent the occurrence of trips, and can maximize the use of voltage and current. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by optimal tuning. There is a specific effect that can be realized.
[0252]
The invention of claim 5 can prevent a torque drop and can control the current phase to the maximum, and can prevent the occurrence of a trip, and can make maximum use of voltage and current. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0253]
According to the invention of claim 6, by limiting the current phase by the selected upper limit value, it is possible to prevent the occurrence of trip and to make maximum use of the voltage and current. And a special effect that the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0254]
The invention of claim 7 can control the current phase to a phase between the lower limit value and the upper limit value, and has the same effect as any one of claims 1 to 6.
[0255]
The invention of claim 8 can cool the synchronous motor that generates a large amount of heat during field-weakening control by the refrigerant, and has the same effect as any one of claims 1 to 7 without particularly considering the heat dissipation of the synchronous motor. Play.
[0256]
According to the ninth aspect of the present invention, the maximum capacity of the permanent magnet motor can be extracted to achieve good controllability, and the same effect as the eighth aspect can be achieved.
[0257]
According to the invention of claim 10, the permanent magnet motor can be driven below the current limit and the phase limit to prevent the control system from diverging, and the occurrence of trip can be prevented and the voltage and current can be maximized. Therefore, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0258]
The invention of claim 11 can prevent the divergence of the speed control system, can prevent the occurrence of trip, and can make maximum use of the voltage and current. And a special effect that the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0259]
The invention of claim 12 can achieve noise reduction in a low speed range by adjusting a voltage waveform as appropriate, and can achieve an expansion of a high-speed operation range, and is similar to claim 10 or claim 11. The effect of.
[0260]
The invention of claim 13 has the same effect as that of claim 12 in addition to being able to easily suppress noise and vibration due to harmonics.
[0261]
The invention of claim 14 can achieve a sufficient expansion of the high-speed operation range, and has the same effect as that of claim 12 or claim 13.
[0262]
The invention of claim 15 can reduce noise and vibration and can be driven to a high speed, and has the same effect as any of claims 10 to 14.
[0263]
The invention of claim 16 can control the motor current even when the current increases due to a disturbance or the like when the voltage is limited, and can prevent the occurrence of a trip, and make maximum use of the voltage and current. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0264]
The invention of claim 17 has the same effect as that of claim 16.
[0265]
The invention of claim 18 can maintain the torque before the current limit, and has the same effect as that of claim 16 or claim 17.
[0266]
The invention of claim 19 has the same effect as that of claim 18.
[0267]
The invention of claim 20 can prevent the degree of overmodulation from becoming too large, and has the same effect as any of claims 16 to 19.
[0268]
The invention of claim 21 can effectively use the field-weakening action, and has the same effect as any one of claims 9 to 20.
[0269]
The invention of claim 22 can prevent an overcurrent that causes damage to the synchronous motor and the inverter even when a sudden load increase occurs, and has the same effect as any of claims 16 to 21. Play.
[0270]
The invention according to claim 23 controls the vicinity of the maximum torque that can be generated by the synchronous motor when the current phase is advanced to increase the maximum rotation speed or the voltage phase or the current phase is manipulated to control the speed. In addition, it is possible to prevent trips from occurring and to maximize the use of voltage and current, and to achieve maximum efficiency by miniaturization of synchronous motors and optimal tuning. There is an effect.
[0271]
The invention of claim 24 can control the synchronous motor using the upper limit value of the current phase set for each speed, and can maintain the current phase at the time of field-weakening control at high speed below the upper limit value. In addition, the occurrence of trips can be prevented, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by optimal tuning. Play.
[0272]
The invention of claim 25 has the same effect as that of claim 23 or claim 24.
[0273]
According to the invention of claim 26, the configuration can be simplified to prevent the occurrence of a trip, and the voltage and current can be utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning. There is a specific effect that can be realized.
[0274]
According to the invention of claim 27, it is possible to prevent torque reduction and to control the current phase as much as possible, to prevent the occurrence of a trip in advance and to make maximum use of voltage and current. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0275]
According to the invention of claim 28, by limiting the current phase by the selected upper limit value, it is possible to prevent the occurrence of trip and to make maximum use of voltage and current, and in turn, the size of the synchronous motor can be reduced. And a special effect that the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0276]
The invention of claim 29 can control the current phase to a phase between the lower limit value and the upper limit value, and has the same effect as any of claims 23 to 28.
[0277]
The invention of claim 30 can cool the synchronous motor with the refrigerant, and has the same effect as any of claims 23 to 29 without particularly considering the heat radiation of the synchronous motor.
[0278]
The invention of claim 31 can bring out the maximum performance of the permanent magnet motor to realize good operation characteristics, and has the same effect as that of claim 30.
[0279]
According to the invention of claim 32, the permanent magnet motor can be driven below the current limit and the phase limit to prevent the control system from diverging, and the occurrence of trip can be prevented and the voltage and current can be maximized. Therefore, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0280]
The invention of claim 33 can prevent divergence of the speed control system, can prevent the occurrence of trip, and can make maximum use of the voltage and current, and further downsize the synchronous motor. In addition, there is a characteristic that the maximum efficiency can be realized by the optimum tuning.
[0281]
The invention of claim 34 can achieve noise reduction in a low speed range by adjusting the voltage waveform as appropriate, and can achieve an expansion of the high speed operation range, and is similar to claim 32 or claim 33. The effect of.
[0282]
The invention of claim 35 has the same effect as that of claim 34 in addition to being able to easily suppress noise and vibration due to harmonics.
[0283]
The invention of claim 36 can achieve a sufficient expansion of the high-speed operation range, and has the same effect as that of claim 34 or claim 35.
[0284]
The invention of claim 37 can reduce noise and vibration and can be driven to a high speed, and has the same effects as any of claims 32 to 36.
[0285]
According to the invention of claim 38, the motor current can be controlled even when the current increases due to disturbance or the like when the voltage is limited, and the occurrence of trip can be prevented and the voltage and current are utilized to the maximum. As a result, the synchronous motor can be miniaturized and the maximum efficiency can be achieved by the optimum tuning.
[0286]
The invention of claim 39 has the same effect as that of claim 38.
[0287]
The invention of claim 40 has the same effect as that of claim 38 or claim 39 in addition to being able to keep the torque before the current is limited.
[0288]
The invention of claim 41 has the same effect as that of claim 40.
[0289]
The invention of claim 42 can prevent the degree of overmodulation from becoming too large, and has the same effect as any of claims 38 to 41.
[0290]
The invention of claim 43 can effectively use the field-weakening action and has the same effect as any of claims 31 to 42.
[0291]
The invention of claim 44 can prevent an overcurrent that causes damage to the synchronous motor and the inverter even when a sudden load increase occurs, and has the same effect as any of claims 38 to 43. Play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a current phase-torque characteristic of an IPM when a motor current is fixed.
FIG. 3 is a diagram showing current phase-torque characteristics when the voltage is fixed.
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing torque-current phase characteristics when voltage and current are limited.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation phase of IPM.
FIG. 10 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an operation area of an air conditioner compressor.
FIG. 13 is a block diagram showing still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing in detail the configuration of a phase control unit.
FIG. 16 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the voltage command is set to be equal to or lower than the inverter output limit voltage, and a diagram illustrating a state in which the voltage command is set to be greater than the inverter output limit voltage.
18 shows the actual measurement result of the operation range by the synchronous motor control device of FIG. 16, the simulation result of the operation range by the synchronous motor control device of FIG. 16, and the simulation result of the operation range by the synchronous motor control device without using the voltage limiter. FIG.
FIG. 19 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a conventional synchronous motor control device.
FIG. 21 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of voltage correction coefficient-command voltage characteristics;
FIG. 23 is a block diagram showing a main part of still another embodiment of the synchronous motor control device of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Inverter 3 Synchronous motor
5 Speed control unit 5a Subtraction unit
6 Phase controller 7 Current controller
8 Maximum phase table 8 'Maximum phase holding section
9 Phase limit part 9 'Phase calculation part
11 Minimum phase table 12 Waveform generator
12a Multiplier 13 Voltage limiter
35 Overvoltage detector 39 Overmodulation gain correction unit

Claims (44)

インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御方法において、
電流位相の上限値を、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
A synchronous motor control method, wherein an upper limit value of a current phase is set at or near a phase that maximizes motor torque at each instantaneous inverter output voltage.
インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御方法において、
電流位相の上限値を、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
A synchronous motor control method, wherein an upper limit value of a current phase is set at or near a phase at which a motor torque is maximized at an inverter maximum output voltage for each rotation speed.
電流位相の上限値を、少なくとも回転数に応答して変化させる請求項1または請求項2に記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to claim 1 or 2, wherein the upper limit value of the current phase is changed in response to at least the rotational speed. インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御方法において、
電流位相の上限値を、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
A synchronous motor control method characterized in that the upper limit value of the current phase is set at or near the phase at which the motor torque is maximum at the maximum output voltage of the inverter at the highest speed rotation.
インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御方法において、
電流位相の制限値を、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相、および最小位相、もしくはこれらの近傍に設定することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
A synchronous motor control method, characterized in that a current phase limit value is set at a maximum phase and a minimum phase at which an inverter output current is limited for each required torque, or in the vicinity thereof.
インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御方法において、
電流位相の上限値を、各瞬時毎に、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相もしくはその近傍に設定される上限値のうち、最も小さい上限値を選択することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Set the upper limit value of the current phase for each moment, the phase at which the motor torque is maximized at the inverter output voltage at each moment, or the upper limit value set in the vicinity thereof, and the motor torque at the inverter maximum output voltage for each rotation speed. The maximum phase set in the vicinity or the upper limit value set in the vicinity, the phase that maximizes the motor torque at the maximum inverter output voltage at the highest speed or the upper limit set in the vicinity thereof, and the inverter output current is limited for each required torque A synchronous motor control method, wherein the smallest upper limit value is selected from among the maximum phases to be set or the upper limit values set in the vicinity thereof .
電流位相の下限値を、効率またはトルクを最大とする電流位相、もしくはこれらの近傍に設定し、所用トルクを出力できる電流位相のうち最も小さい電流位相で同期モータを駆動する請求項1から請求項6の何れかに記載の同期モータ制御方法。The lower limit value of the current phase is set at or near the current phase that maximizes the efficiency or torque, and the synchronous motor is driven with the smallest current phase that can output the required torque. The synchronous motor control method according to any one of claims 6 to 7. 前記同期モータ(3)により空気調和機用圧縮機を駆動する請求項1から請求項7の何れかに記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to any one of claims 1 to 7, wherein a compressor for an air conditioner is driven by the synchronous motor (3). 前記同期モータ(3)は永久磁石モータであり、電流位相の上限値を略60度〜80度に設定する請求項8に記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to claim 8, wherein the synchronous motor (3) is a permanent magnet motor, and an upper limit value of a current phase is set to approximately 60 to 80 degrees. インバータ(2)の出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御する同期モータ制御方法において、
回転数の増加に伴ってインバータ(2)の出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度垂下制御を行うことを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter (2) to the permanent magnet motor,
As the number of revolutions increases, the current phase is advanced in response to the output voltage of the inverter (2) reaching a limit value, and the speed droops in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value. A synchronous motor control method characterized by performing control.
インバータ(2)の出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御する同期モータ制御方法において、
回転数の増加に伴ってインバータ(2)の出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度制御手段の内部状態を限界値到達直前の状態に保持することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter (2) to the permanent magnet motor,
As the number of revolutions increases, the current phase is advanced in response to the output voltage of the inverter (2) reaching a limit value, and the speed is controlled in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value. A synchronous motor control method, characterized in that the internal state of the means is maintained in a state immediately before reaching the limit value.
インバータ出力電圧が出力電圧限界値に対して余裕があるとき、インバータ(2)から所望の電圧波形を出力し、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に接近することに応答してインバータ(2)からの出力電圧波形を電圧利用率の高い出力電圧波形に近づける請求項10または請求項11に記載の同期モータ制御方法。When the inverter output voltage has a margin with respect to the output voltage limit value, a desired voltage waveform is output from the inverter (2), and in response to the inverter output voltage approaching the output voltage limit value, the inverter (2) The synchronous motor control method according to claim 10 or 11, wherein the output voltage waveform is made closer to an output voltage waveform having a high voltage utilization rate. 前記所望の電圧波形として正弦波を採用する請求項12に記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to claim 12, wherein a sine wave is adopted as the desired voltage waveform. 前記電圧利用率の高い出力電圧波形として矩形波を採用する請求項12または請求項13に記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to claim 12 or 13, wherein a rectangular wave is adopted as the output voltage waveform having a high voltage utilization rate. 永久磁石モータにより圧縮機を駆動する請求項10から請求項14の何れかに記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to any one of claims 10 to 14, wherein the compressor is driven by a permanent magnet motor. インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御方法において、
インバータ出力電圧振幅が制限されている場合に、モータ電流を制御することを特徴とする同期モータ制御方法。
In the synchronous motor control method for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
A synchronous motor control method, wherein a motor current is controlled when an inverter output voltage amplitude is limited.
前記モータ電流の制御は、モータ電流が少ないことに応答してモータ端子電圧指令値を増加させ、モータ電流が多いことに応答してモータ端子電圧指令値を減少させる請求項16に記載の同期モータ制御方法。17. The synchronous motor according to claim 16, wherein the motor current control increases the motor terminal voltage command value in response to a small motor current and decreases the motor terminal voltage command value in response to a large motor current. Control method. 前記電圧制限に起因するトルクの減少を補償すべくインバータ(2)を制御する請求項16または請求項17に記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to claim 16 or 17, wherein the inverter (2) is controlled to compensate for a decrease in torque caused by the voltage limitation. 前記トルクの減少の補償を、電圧制限による相電圧指令の基本波成分の振幅の減少を補償することにより行う請求項18に記載の同期モータ制御方法。19. The synchronous motor control method according to claim 18, wherein the torque reduction is compensated by compensating for a decrease in amplitude of a fundamental wave component of a phase voltage command due to voltage limitation. 電圧利用率を高める過変調の度合いが所定の値を越えたことに応答して、過変調の度合いが所定の値になるように電流位相を制御する請求項16から請求項19の何れかに記載の同期モータ制御方法。20. The current phase is controlled such that the degree of overmodulation becomes a predetermined value in response to the degree of overmodulation increasing the voltage utilization rate exceeding a predetermined value. The synchronous motor control method as described. 前記同期モータ(3)は、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなる永久磁石モータである請求項9から請求項20の何れかに記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to any one of claims 9 to 20, wherein the synchronous motor (3) is a permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. 前記同期モータ(3)により圧縮機を駆動する請求項16から請求項21の何れかに記載の同期モータ制御方法。The synchronous motor control method according to any one of claims 16 to 21, wherein a compressor is driven by the synchronous motor (3). インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御装置において、
電流位相の上限値を、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するインバータ制御手段(6)(7)(8)(8’)(9)(9’)(11)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Inverter control means (6) (7) (8) (8 ') (9) (9') for setting the upper limit value of the current phase at or near the phase at which the motor torque is maximized at each instantaneous inverter output voltage A synchronous motor control device comprising (11).
インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御装置において、
電流位相の上限値を、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するインバータ制御手段(6)(7)(8)(8’)(9)(9’)(11)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Inverter control means (6) (7) (8) (8 ') (9) for setting the upper limit value of the current phase at or near the phase at which the motor torque is maximized at the inverter maximum output voltage for each rotational speed (9 ′) A synchronous motor control device including (11).
前記インバータ制御手段(8)は、電流位相の上限値を、少なくとも回転数に応答して変化させるものである請求項23または請求項24に記載の同期モータ制御装置。The synchronous motor control device according to claim 23 or 24, wherein the inverter control means (8) changes the upper limit value of the current phase in response to at least the rotational speed. インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御装置において、
電流位相の上限値を、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定するインバータ制御手段(6)(7)(8)(8’)(9)(9’)(11)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Inverter control means (6) (7) (8) (8 ') (9) (9) (9) (9) (9) (9) (9) (9) 9 ') A synchronous motor control device including (11).
インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御装置において、
電流位相の制限値を、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相、および最小位相、もしくはこれらの近傍に設定するインバータ制御手段(6)(7)(8)(9)(9’)(11)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Inverter control means (6) (7) (8) (9) for setting the limit value of the current phase at the maximum phase and the minimum phase at which the inverter output current is limited for each required torque, or in the vicinity thereof (9 ′) A synchronous motor control device including (11).
インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御装置において、
電流位相の上限値を、各瞬時毎に、各瞬時のインバータ出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、各回転数毎に、インバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、最高速回転時のインバータ最大出力電圧においてモータトルクを最大とする位相もしくはその近傍に設定される上限値、所用トルク毎にインバータ出力電流が制限されることになる最大位相もしくはその近傍に設定される上限値のうち、最も小さい上限値を選択するインバータ制御手段を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Set the upper limit value of the current phase for each moment, the phase that maximizes the motor torque at the inverter output voltage at each moment, or the upper limit value set in the vicinity thereof, and the motor torque at the inverter maximum output voltage for each rotation speed. The maximum phase set in the vicinity or the upper limit value set in the vicinity, the phase that maximizes the motor torque at the maximum inverter output voltage at the highest speed or the upper limit set in the vicinity thereof, and the inverter output current is limited for each required torque A synchronous motor control device comprising inverter control means for selecting the smallest upper limit value among the maximum phase to be set or the upper limit value set in the vicinity thereof .
前記インバータ制御手段(6)(7)(8)(9’)(11)は、電流位相の下限値を、効率またはトルクを最大とする電流位相、もしくはこれらの近傍に設定し、所用トルクを出力できる電流位相のうち最も小さい電流位相で同期モータを駆動すべくインバータ(2)を制御するものである請求項23から請求項28の何れかに記載の同期モータ制御装置。The inverter control means (6), (7), (8), (9 ′), and (11) set the lower limit value of the current phase to the current phase that maximizes the efficiency or torque, or the vicinity thereof, and set the required torque. The synchronous motor control device according to any one of claims 23 to 28, wherein the inverter (2) is controlled so as to drive the synchronous motor with the smallest current phase that can be output. 前記同期モータ(3)は、空気調和機用圧縮機を駆動するものである請求項23から請求項29の何れかに記載の同期モータ制御装置。The synchronous motor control device according to any one of claims 23 to 29, wherein the synchronous motor (3) drives a compressor for an air conditioner. 前記同期モータ(3)は永久磁石モータであり、前記インバータ制御手段(6)(7)(8)(9)は、電流位相の上限値を略60度〜80度に設定するものである請求項30に記載の同期モータ制御装置。The synchronous motor (3) is a permanent magnet motor, and the inverter control means (6) (7) (8) (9) sets the upper limit value of the current phase to approximately 60 degrees to 80 degrees. Item 31. The synchronous motor control device according to Item 30. インバータ(2)の出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御する同期モータ制御装置において、
回転数の増加に伴ってインバータ(2)の出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度垂下制御を行うインバータ制御手段(5)(5a)(6)(7)(8)(9’)(10)(11)(13)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device that controls the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter (2) to the permanent magnet motor,
As the rotation speed increases, the current phase is advanced in response to the output voltage of the inverter (2) reaching the limit value, and the speed droops in response to reaching the predetermined current phase limit value or current limit value. The synchronous motor control apparatus characterized by including the inverter control means (5) (5a) (6) (7) (8) (9 ') (10) (11) (13) which performs control.
インバータ(2)の出力電圧を永久磁石モータに供給することにより永久磁石モータを制御する同期モータ制御装置において、
回転数の増加に伴ってインバータ(2)の出力電圧が限界値に達したことに応答して電流位相を進め、所定の電流位相限界値もしくは電流限界値に達したことに応答して速度制御手段(5)の内部状態を限界値到達直前の状態に保持するインバータ制御手段(5)(6)(7)(8)(9)(13)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device that controls the permanent magnet motor by supplying the output voltage of the inverter (2) to the permanent magnet motor,
As the number of revolutions increases, the current phase is advanced in response to the output voltage of the inverter (2) reaching a limit value, and the speed is controlled in response to reaching a predetermined current phase limit value or current limit value. A synchronous motor control device comprising inverter control means (5) (6) (7) (8) (9) (13) for maintaining the internal state of the means (5) in a state immediately before reaching the limit value.
前記インバータ制御手段(5)(7)(12)(12a)(13)は、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に対して余裕があるとき、インバータ(2)から所望の電圧波形を出力し、インバータ出力電圧が出力電圧限界値に接近することに応答してインバータ(2)からの出力電圧波形を電圧利用率の高い出力電圧波形に近づけるものである請求項32または請求項33に記載の同期モータ制御装置。The inverter control means (5) (7) (12) (12a) (13) outputs a desired voltage waveform from the inverter (2) when the inverter output voltage has a margin with respect to the output voltage limit value, 34. The synchronization according to claim 32 or 33, wherein the output voltage waveform from the inverter (2) is brought close to an output voltage waveform having a high voltage utilization factor in response to the inverter output voltage approaching the output voltage limit value. Motor control device. 前記インバータ制御手段(5)(7)(12)(12a)(13)は、前記所望の電圧波形として正弦波を採用するものである請求項34に記載の同期モータ制御装置。The synchronous motor control device according to claim 34, wherein the inverter control means (5) (7) (12) (12a) (13) employs a sine wave as the desired voltage waveform. 前記インバータ制御手段(5)(7)(12)(12a)(13)は、前記電圧利用率の高い出力電圧波形として矩形波を採用するものである請求項34または請求項35に記載の同期モータ制御装置。36. The synchronization according to claim 34 or claim 35, wherein the inverter control means (5) (7) (12) (12a) (13) employs a rectangular wave as the output voltage waveform having a high voltage utilization rate. Motor control device. 前記永久磁石モータは圧縮機を駆動するものである請求項32から請求項36の何れかに記載の同期モータ制御装置。37. The synchronous motor control device according to claim 32, wherein the permanent magnet motor drives a compressor. インバータ(2)の出力電圧を同期モータ(3)に供給することにより同期モータ(3)を制御する同期モータ制御装置において、
インバータ出力電圧振幅が制限されている場合に、モータ電流を制御すべくインバータ(2)を制御するインバータ制御手段(6)(7)(35)(39)を含むことを特徴とする同期モータ制御装置。
In the synchronous motor control device for controlling the synchronous motor (3) by supplying the output voltage of the inverter (2) to the synchronous motor (3),
Synchronous motor control comprising inverter control means (6) (7) (35) (39) for controlling the inverter (2) to control the motor current when the inverter output voltage amplitude is limited apparatus.
前記インバータ制御手段(6)(7)(35)(39)は、前記モータ電流の制御を、モータ電流が少ないことに応答してモータ端子電圧指令値を増加させ、モータ電流が多いことに応答してモータ端子電圧指令値を減少させることにより行うものである請求項38に記載の同期モータ制御装置。The inverter control means (6) (7) (35) (39) controls the motor current to increase the motor terminal voltage command value in response to a small motor current and to respond to a large motor current. The synchronous motor control device according to claim 38, wherein the synchronous motor control device is performed by decreasing the motor terminal voltage command value. 前記インバータ制御手段(6)(35)(39)は、前記電圧制限に起因するトルクの減少を補償すべくインバータ(2)を制御するものである請求項38または請求項39に記載の同期モータ制御装置。40. The synchronous motor according to claim 38 or 39, wherein the inverter control means (6) (35) (39) controls the inverter (2) to compensate for a decrease in torque caused by the voltage limitation. Control device. 前記インバータ制御手段(6)(35)(39)は、前記トルクの減少の補償を、電圧制限による相電圧指令の基本波成分の振幅の減少を補償することにより行うものである請求項40に記載の同期モータ制御装置。41. The inverter control means (6) (35) (39) performs compensation for the decrease in the torque by compensating for the decrease in the amplitude of the fundamental component of the phase voltage command due to voltage limitation. The synchronous motor control device described. 前記インバータ制御手段(6)(35)は、過変調の度合いが所定の値を越えたことに応答して、過変調の度合いが所定の値になるように電流位相を制御するものである請求項38から請求項41の何れかに記載の同期モータ制御装置。The inverter control means (6) (35) controls the current phase so that the degree of overmodulation becomes a predetermined value in response to the degree of overmodulation exceeding a predetermined value. Item 42. The synchronous motor control device according to any one of Items 38 to 41. 前記同期モータ(3)は、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなる永久磁石モータである請求項31から請求項42の何れかに記載の同期モータ制御装置。The synchronous motor control device according to any one of claims 31 to 42, wherein the synchronous motor (3) is a permanent magnet motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. 前記同期モータ(3)は圧縮機を駆動するものである請求項38から請求項43の何れかに記載の同期モータ制御装置。The synchronous motor control device according to any one of claims 38 to 43, wherein the synchronous motor (3) drives a compressor.
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