JP3685122B2 - 電動機の制御装置及びそれを用いた製品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機の電流に基づいてベクトル制御する交流電流検出・制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ベクトル制御を伴うインバータ付きの電動機の回転数制御は、まず、負荷に対応した電動機の回転数を決め、この決めた回転数に対応した出力電圧を演算し、この演算結果の出力電圧と検出電流から演算した出力電圧とを比較し、この比較結果に基づいて、検出電流から演算した出力電圧が回転数に対応した出力電圧となるように制御する。
【０００３】
なお、この時、電動機の各相電流を検出し、この検出結果をもとにして出力電圧を演算し、この演算結果に基いて電動機のベクトル制御を行う。
従って、以上説明したように、制御を正確に行うためには、電動機の相電流値を精度良く検出する必要がある。
【０００４】
次に、このような検出電流からベクトル制御を行う従来の交流電流検出装置及びそれを用いたシステムについて説明する。
まず、従来例の１つとしては、電動機の電流値を、ホール効果を利用した高価な電流センサで検出し、この検出結果に基いて電動機のベクトル制御をするものがある。
【０００５】
しかし、このものは低周波から高周波まで幅広く周波数が変化しても対応できるものの、ホール効果を利用して検出するための基板回路が必要となり、そのため、その基板回路パータの影響によるノイズが発生し、ノイズによる各種トラブルが生じる。
【０００６】
また、この他の従来の交流電流検出装置としては、図１６に示すように、特開２００１−３３４９４号公報のようなものもあり、このようなものでは、商用電源周波数用カレントトランス（ＡＣＣＴ）を用いているため、このトランスの１次巻線に生じた磁束が２次巻線に影響を与えることとなる。
【０００７】
従って、この影響を除去する目的で補助巻線を２次巻線と直列に接続し、かつ、１次巻線とはコアを介して並列となるように構成し、しかも、この補助巻線の電圧を演算増幅器（ＩＣＩ）で増幅してから２次巻線へ印加し、この２次巻線への印加によって生じる２次巻線の磁束で１次巻線の磁束をキヤンセルし、１次巻線の磁束影響を防止するようにする。
【０００８】
しかし、このような構成にしたとしても、周波数が徐々に低下し、電流が増加すると、磁束変化の割合が低下し、磁気飽和状態へ近づいて行くため、電流を正確に検出できなくなるので、精度の良い制御ができなくなり、例えば、電動機やトランスのスペックにもよるが、１０Hz以下で、１０Aを超えるような大電流になると、前述したように、磁束変化がほとんど無くなり、磁気飽和状態となり、その磁気影響によってモータ電流を正確に検出できなくなるため、その結果、精度の良い制御ができなくなる。
【０００９】
従って、このようなものでは、制御周波数領域、特に低周波数領域でも精度良く検出できるようにするために、前述したように、トランスに補助巻線を設けたり、トランスの出力電圧を増幅するための高価な演算増幅回路（ＩＣＩ）も必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の交流電流検出・制御システムでは、構成部品が多く、コストが高くなるという問題があった。
【００１１】
また、基板回路ノイズによるトラブルが発生するという問題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、構成部品が少なく、安価で、精度良く電流を検出してベクトル制御する経済的な交流電流検出・制御システムを得ることを目的とする。
【００１３】
また、低周波数領域でも精度良く電流を検出して制御する信頼性の高い交流電流検出・制御システムを得ることを目的とする。
【００１４】
また、初期残留磁束を除去してベクトル制御する信頼性の高い交流電流検出・制御システムを得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、インバータ装置と、このインバータ装置に接続され、該装置の出力電圧に応じて回転する電動機と、この電動機と前記インバータ装置との間に設けられ、前記電動機の電流を検出するためのカレントトランスと、このカレントトランスの２次側に接続され、該２次側電流から該１次側電流を予測し、この予測結果に基づいて前記出力電圧を制御するマイコンと、を備え、前記マイコンが前記インバータ装置からの前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とから前記２次側電流を補正し、この補正結果に基づいて前記１次側電流を予測すると共に、前記マイコン前記インバータ装置により前記カレントトランスの１次巻線に消磁電流を流し、前記トランスコアの残留磁束を除去してから制御するものである。
【００１６】
また、前記マイコンが、前記トランスコアの残留磁束を除去した後の設定時間後に前記出力電圧を制御するものである。
【００１７】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを結ぶ直線で補正するものである。
【００１８】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを前記電動機へ供給する電流波形結に沿って結び、この結んだ線に基づいて補正するものである。
【００１９】
また、前記２次巻線のインダクタンス（ｍＨ）が、該２次巻線の巻線抵抗（Ω）よりも大きいものである。
【００２０】
また、前記マイコンが、前記１次側電流の周波数が２０Ｈｚ以上となるように前記出力電圧を制御するものである。
【００２１】
また、前記製品が、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５および請求項６のいずれかを利用したものである。
【００２２】
また、前記製品が、空調装置等の冷却装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態１について説明する。
なお、図1は、この実施の形態１の概略回路構成図であり、図２はこの図１の商用電源カレンストランスの詳細構成である。
【００２５】
これらの図２において、１はインバータ装置、２は商用電源カレントトランスで、このトランス２は、インバータ装置１の出力電圧で駆動する電動機の実電流（被検出電流）が流れる１次巻線２ａと、磁界を発生させるためのコア２ｂと、このコア２ｂを介して１次巻線２ａと磁気的に結合されている２次巻線２ｃとで構成され、電動機の電流を予測するためのものである。
【００２６】
また、３は２次巻線２ｃと並列に接続された検出抵抗（Ｒｆ）、４はこの検出抵抗３のいずれか一方の一端に接続され、該検出抵抗の電流を読み込んで、インバータ装置が制御する電動機の電流、即ち、この被検出電流（実電流）を検出電流から演算し、この演算結果に基づいて圧縮機等の電動機の回転速度を制御するマイコン（ＤＳＰ含む）、５は電動機である。
【００２７】
次に、この図１において、被検出電流すなわち１次巻線１に流れる電流をInとし、１次巻線２ａの巻数をL1、２次巻線２ｃの巻数をL2、検出抵抗３の抵抗値をＲｆ、この検出抵抗３から出力されてマイコン４へ入力される検出電流の検出電圧信号をOut１、この検出電圧Out１をマイコン４により補正した検出補正電圧信号をOut２とすると、これらの互いの関係は下記の通りとなる。
【００２８】
即ち、漏れインダクタンスや鉄損等が無い理想的なトランスの場合、Out１は、１次側の被検出電流Inに対する１次側と２次側の巻数比L1／L2で出力された電流値に検出抵抗Ｒｆを加味した両端電圧として出力されるから、下記の通りとなる。
Out1＝In×（L1／L2）×Ｒｆ ・・・・（１）
【００２９】
従って、この時、Ｒｆ、L1、L2の値は、トランス２や検出抵抗３の仕様が決まれば決まり、既知となっているので、検出抵抗３に対する電圧Out１を検出すれば、上記（１）式より、被検出電流Inを求めることができる。
【００３０】
しかも、この時、５０Hzあるいは６０Hzの商用電源ラインの入力電流を検出するカレントトランス２により、５０Hz又は６０Hz付近（プラス・マイナス１０％以内）の商用電源電流に関しては、磁気の影響が無く、実電流値と検出電流値との差が無くなるので、精度良く被検出電流を求めることができる。
【００３１】
しかし、５０Hzより低い周波数の電流に関しては、コアが磁気飽和し、その影響により、電流の位相やレベルが入力側（１次側）と出力側（２次側）で異なるようになり、電流を精度良く検出できなくなるため、その結果、正確な被検出電流を求めることができなくなるので、対策が必要となる。
【００３２】
なお次に、この対策を説明する前に、検出電流及び被検出電流を正確に検出できなくなる動作について詳細に説明する。
まず、インバータ装置１の出力電圧のベクトル量を回転数と負荷に応じてベクトル制御を行うために、図３に示すように、時刻0からｔ0までの間、モータ位置を固定するための直流電流を流す。しかし、この直流電流を流している間は、電流値が変化せずに一定であるから、その結果、検出電流はゼロとなり、検出抵抗３の両端電圧もゼロボルトとなる。
【００３３】
しかし、実際には、前述したように、電動機の位置を固定するために、Ｉ0アンペアの直流電流を流しているのであるから、検出電流及び被検出電流がゼロアンペアの値を検出するのは誤りであるから、検出電流及び被検出電流を正確に検出できないことになる。
【００３４】
また、この時刻ｔ0以降においても、切替後の交流電流周波数が商用電源周波数以上まで変化するものであれば、一般的に、検出電流は切替え時（ｔ0以降）から徐々に実電流（被検出電流）に近づき、図３に示すように、基準電流値のゼロアンペア（ｔ0）通過後の立下り時の最大値（時刻ｔ2）あるいは立上がり時の最小値では実電流（被検出電流）とほぼ同じとなるものの、それまでの時刻ｔ0からｔ2までの間は、検出電流と実電流（被検出電流）とは異なった動作をするから、検出電流から被検出電流を正確に求めることができない。
【００３５】
即ち、時刻ｔ0で直流から交流電流に切替えて検出電流から実電流（被検出電流）を検出するようにしたとしても、前述したように、検出電流は直ちに被検出電流に一致するわけではないから、検出電流から被検出電流を正確に求めることができないので、後述するように、検出電流を補正し、この補正した電流値から被検出電流を求め、この求めた結果でインバ−タの出力電圧を制御し、電動機５の回転数を制御するようにする。
【００３６】
言い換えれば、この実施の形態１においては、まず、予め設定された直流電流を所定時間モータ巻線に通電し、その直流電流と対応した角度にモータを強制的に固定してモータの位置を決め、この初期位置が決められた後、その固定角度から任意の設定周波数で運転を始めて制御するものである。
なお、この時の運転電流波形は、図４に示すように、３相の各位相を各々120度づつズラした正弦波、即ち、電動機の現在角度位置がわかれば電流波形が決まる3相電流波形の理想的パターンとしているので、容易に予測検出することができる。
【００３７】
また、この時のモータ巻線抵抗値をＲ、モータインダクタンス成分をＬ、初期固定のための出力電圧をＶすると、この時のモータを固定させる直流電流はインダクタンス成分を無視することができるので、その時の直流電流値はＶ／Ｒから求めることができる。
【００３８】
しかも、この時、前述したように、直流から交流電流へ切替えた時の運転周波数と初期固定角度は既知であり、また、ｔ0時の直流電流値Ｉ0アンペア（図５ではＩ0＜０）、言い換えれば、初期の被検出電流（実電流値）も既知であり、更に、起動後の最大電流値あるいは最小電流値に至るまでの時刻（図３のｔ0からｔ2までの時間）も算出できるので、その結果、図５に示すように、各検出電流に対する各補正値も求めることができる。
【００３９】
即ち、例えば、初期角度が0度で、運転周波数が1Ｈｚであれば、１秒で１周期となり、１周期で0度から360度まで変化するので、図４の３相電流のＵ相について考えて見ると、電流ゼロ通過後の最大値あるいは最小値は（図４のＵ相においては最小値）180度となり、その角度になるまでの時間、言い換えれば、実電流が検出電流とほぼ一致するまでの時間は0.5秒と算出され、しかも、前述したように、モータ位置を決めるために与えられた初期電流値Ｉ0も既知であるから、図５に示すように、各検出電流に対する各補正電流値ｈを求めることができる。
【００４０】
なお、以上説明したことは、その他の各相においても同じであるから、同じように各相の補正値ｈをそれぞれ求めることができる。
【００４１】
従って、この図の任意の座標を(t，I)とした時、直流から交流への切替えタイミング点は(t0，I0)となり、電流ゼロ通過後の最大値あるいは最小値点は(t2，0)となるので、これらの点を結んだ直線の電流値（補正値）を検出電流に加算して補正し、ほぼ実電流（被検出電流）へ近づけて、ほぼ正確に実電流（被検出電流）を求めて電動機の回転数を制御するようにする。
【００４２】
即ち、図７に示したように、検出電流Ｉｋ（図２のＯｕｔ１に相当）に補正電流ｈをプラスした電流値を補正検出電流Ｉｈとすると、Ｉｈ = Ｉｋ + ｈ となり、この式へ既知である検出電流ＩＫと補正電流ｈを代入して補正検出電流Ｉｈを求め、この求めた結果から下記（２）式によりほぼ実電流Ｉｒに近い被検出電流Ｉｎを求めて制御する。
【００４３】
即ち、前述の（１）式において、検出電流ＩＫ（図２のＯｕｔ１）の換わりに、補正検出電流Ｉｈを代入して（２）式とし、この（２）式から被検出電流Ｉｎを求め、この結果に基いて制御する。
Ｉｈ＝Ｉｎ×（L1／L2）×Ｒｆ ・・・・（２）
なお、図７のＩｋは検出電流、Ｉｒは実電流（被検出電流）、ｈは補正電流、Ｉｈは補正検出電流を示す。
【００４４】
以上説明したように、電動機の位置を固定する直流から交流電流へ切替える時の各相の切替電流が予め設定され、既知であり、しかも、検出電流が被検出電流とほぼ一致する時刻（各相の最大又は最小電流値）、言い換えれば、補正を必要としない時刻が予測され、その補正を必要としない基準電流（ゼロ電流値）が既知となるから、これらの設定電流値、及び検出電流が被検出電流とほぼ一致し、補正を必要としない基準電流（ゼロ電流値）とから補正電流値を求め、この求めた補正電流値を検出電流に加算することにより、被検出電流をほぼ正確に求めることができるので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を検出して制御する経済的で、信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００４５】
また、以上の説明では、インバータ装置からの電動機の回転位置を決める電流値と、該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とを結ぶ直線、即ち点１（t0 、I0）と点2（t2 、０）を結ぶ直線により２次電流を補正するようにしたが、さらに、電流を精度良く予測・検出するためのやり方について説明する。
【００４６】
まず、図５に示すように、時刻０からt0までは電動機回転子を所定の角度に固定するための電流I0を流す。
なお、この時の電流I0が図４のV相0度の電流とすると、それと対応したU相の電流は最大となり、その時の角度は0度となる。
【００４７】
次に、このV相を図４と図５とを対比しながら動作を追うと、時刻t0における回転子は角度０度であり、電流ゼロのゼロクロスポイント時刻ｔ１においは30度に移動し、電流ピークポイントの時刻ｔ2においては120度へ移動する。
なお、この詳細波形を図６に示す
【００４８】
次に、この図６を用いて詳細動作を説明する。
まず、波形のピーク値を１とすると、前述したように、補正線の端点における電動機回転子の角度が既知であるから、図６のI0（図においてI0 < ０）を算出でき、この算出結果I0からΔI（ΔI = １− I0 ）を求めておく。
【００４９】
次に、電動機の回転数は指令通りに回転し、この回転数ｆは既知となるから、ある任意の時刻ｔにおける回転子の角度θは、θ＝∫f dｔ から予測することができる。
従って、この予測された角度から、図６の任意の時刻ｔにおける電流レベルＩ(t)、言い換えれば、電流波形を求めることができる。
【００５０】
次に、この求めた電流波形を利用して補正電流ｈを下記（３）式から求める。（なお、この時、‐1< I< １である）
h＝I（|I0|／ΔI）＋I0 …（３）
次に、この求めた式（３）のhをＩｈ = Ｉｋ + ｈの式へ代入し、補正後の電流Ｉｈを求め、この求めた電流Ｉｈを前述の式（２）へ代入して、被検出電流Ｉｒ（実電流）を求め、この求めた結果に基いて制御する。
なお、その結果、図８の如く、補正後の電流Ｉｈはほぼ実電流Ｉｒと同じ値となるので、信頼性の高い制御ができるようになる。
【００５１】
なお、以上の説明では、電流ゼロクロス後の電流ピークポイント時刻ｔ２（図３参照）の電流値ゼロ（電流基準値）を補正関数の終点（ｔ２ 、0）としたが、図５のように、電流ゼロクロス通過前にピーク電流が出現する場合は、第一の電流ピークポイント時刻t2を補正関数の終点を（ｔ２ 、０）としても良い。
また、このことは直線で補正する場合も同じである。
【００５２】
以上説明したように、補正関数を直線から曲線ヘ、即ち、電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とを電動機へ供給する電流波形に沿って結び、この結んだ線に基づいて図８のように補正すると、実電流（１次電流）を更に精度良く検出して制御するようになるので、更に信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００５３】
実施の形態２．
この実施の形態２について図９を用いて説明する。
なお、図７はこの実施の形態２のタイムチャート図であり、この図に示す通り、
この実施の形態２においては、実施の形態１の図１のカレントトランスの残留磁気を消磁するための、消磁シーケンスを追加したものである。
また、図中の通常シーケンスとは、消磁シーケンス以降、即ち、起動運転以降で、交流電流が流された初期運転状態を指す。
【００５４】
次に、この消磁シーケンス、即ち、通常運転前にカレントトランスの残留磁束を消磁させる動作について、図１０から図１２を用いて説明する。
まず、一般的に、カレントトランス２の巻線に電流を流すと、磁化力Hが生じ、この磁化力Hによりコアの磁束密度Bは変化する。
なお、この磁束密度Bの変化は、図１０の実線で示すように、磁化力Hと比例せずに、コア特性（透磁率）に応じて、ヒステリシスループに沿って変化し、この変化がカレントトランスの定格範囲内であれば、図中の実使用領域内で、あるヒステリシスを持ちながら変化することとなる。
【００５５】
従って、図１又は図１６に示したように、インバータシステム内のインバータ出力とモータ入力との間にカレントトランスが配置されている装置においては、インバータ装置１を停止し、カレントトランスに流れる電流をゼロにしても、停止時点の電流に対応した磁束がヒステリシスとして残留し、この残留している状態で通常シーケンスに入ると、種々の問題を起すこととなる。
【００５６】
言い換えれば、図１０のイに示したように、インバータの誤動作により定格範囲を超えた過電流I−ｏｖｅｒが発生し、その発生した状態、即ち、残留磁束レベルが実使用領域を越え、残留磁束レベルがイの点まで跳ね上がった状態で通常シーケンスに入ると、この大きな残留磁束の磁気飽和の影響を受けて、検出電流は被検出電流値を大きく離れる。その結果、検出電流から被検出電流を精度良く検出することができないこととなる。
【００５７】
そこで、過電流が発生した場合でも、精度良く電流を検出できるように、運転起動前に消磁シーケンスを設け、次ぎのように残留磁束の処理をする。
【００５８】
まず、図１１に示すように、インバータ装置１から各カレントトランス２に流す電流をプラス／マイナスとなるように変化させながら徐々に小さくし、図１２のようなヒステリシスを描かせながら磁束を変化させて、最終的に電流がゼロとなるように減衰させ、ヒステリシスが小さくなるようにして、残留磁束量をゼロへ近づけるようにする。
【００５９】
即ち、残留磁束を消磁させるためには、１次側と２次側の巻数比や消磁サイクル数にもよるが、消磁サイクル数を５サイクルとした時、一般的に、電流レベルＡ／周波数Ｈｚ＝０．２５以上となるようにして消磁する。
従って、今仮に、電流が１０Ａの時は、０．２５以上となるように４０Ｈｚ以下の例えば、２０Ｈｚで、消磁サイクルとしては５サイクルの程度の消磁動作を行うようにして、無駄な消磁時間を抑えながら制御するようにする。
【００６０】
また、このように各カレントトランスの残留磁束をゼロにまで減衰できるのは、図４に示したように、3相のある1相の交流電流がゼロの時、他の２相はゼロとならないから、同時に消磁させることができるからである。
【００６１】
なお、この時の消磁シーケンスの波形としては、図１１に示したように、シーケンス１とシーケンス２を合わせた消磁シーケンスで行うようにしても良い。
【００６２】
以上説明したように、インバータ装置１を有するシステムにおいて、消磁を行うために必要な電流波形、即ち、徐々に減衰してゆく電流波形を、マイコン４によりインバータ装置１で容易に作り出して流すため、消磁シーケンスを作り出す特別な手段を設けることなく、コアの残留磁束や磁気飽和の影響を防止する経済的な電動機の制御装置が得られる。
【００６３】
また、圧縮機等の電動機において、消磁シーケンスを実施する時、圧縮機の動作を停止しても、吐出圧力（高圧）と吸入圧力（低圧）との圧力差が直ぐにバランスせず、圧力差が生じ、この圧力差に応じた負荷（トルク）が起動時に必要となり、起動性が低下する。
そのため、このような電動機においては、消磁シーケンスと通常シーケンスの間に、圧力差がほぼ無くなるまで、休止時間ｔ（例えば３分間の休止時間）を設けると、起動性が良くなるので好ましい。
【００６４】
また、このような電動機以外で、例えば、電動機回転子のイナーシャが大きいものにおいても、残留磁束の消磁が終了し、消磁シーケンスが終了しても、回転子の回転による磁気の影響が生じる恐れがあるものは、消磁シーケンスと通常シーケンスの間に休止時間ｔを設け、回転子の回転による磁気影響を防止するようにすると、制御性が良くなる。
【００６５】
実施の形態３．
この実施の形態３について図１３で説明する。
なお、この図１２は電動機の起動ステップを表した起動ステップ図であり、この図に示すように、この実施の形態３においては、実施の形態１、２に所定の周波数（例えば、２０Ｈｚ）からステップ起動させる起動ステップ手段を追加し、この起動ステップ手段によって直流電流後（時刻t0以降）の速度（周波数）を制御するようにしたものである。
【００６６】
以下に、この動作について説明する。
まず、従来の時刻t0以降の運転速度は、図１７に示すように、ゼロから徐々に回転速度を上げ、加速して行くために、このようなものでは、運転速度を制御するためのモータ電流を、カレントトランス２を介して検出し、この検出結果に基いて回転速度を制御しているため、従来技術でも説示したように、特に低周波数領域で、検出電流と実電流が相違し、精度が悪くなるため、制御できなくなったり、システムの運転が不安定になるという問題が発生する。
【００６７】
従って、この実施の形態３においては、図１３に示すように、運転開始速度を制御する時、ステップ手段により所定の回転速度f0（例えば２０Ｈｚ）から回転し始めるように、言い換えれば、余り低い周波数で開始しなようにステップ制御し、磁気飽和の影響を受けないようにして、精度良く、安定した運転をするようにする。
【００６８】
なお、このf0は下記式（４）からも解るように、カレントトランスの仕様、特に、２次側巻線のインダクタンスＬ2（ｍＨ）と巻線抵抗Ｒ2（Ω）の比によって異なったり、或いはコアの透磁率によっても異なったりするが、電流を精度良く検出できる速度、例えば２０Ｈｚ程度以上から開始するようにすると、図１４に示すように、コアの透磁率のグレードを余り上げずに、低コストでほぼ良好な結果が得られる。
【００６９】
【００７０】
また、一般的に、１次電流と２次電流の位相ズレはコア材と巻数比等で変化し、しかも、この位相ズレが大きいほどトランスは磁気飽和しやすいので、図１５にに示すように、低周波領域（ｆ0以下）において位相ズレが小さくなるように巻数比にも配慮する必要がある。
【００７１】
また、この図に示すように、２次側トランスのインダクタンスＬ2（ｍＨ）と巻線抵抗Ｒ2（Ω）の比が大きくなると、言い換えれば、インダクタンスＬ2（ｍＨ）が巻線抵抗Ｒ2（Ω）より大きくなると、磁気飽和の影響を受け難く、精度良く低周波領域の電流を検出し、制御するようになるため、信頼性の高い制御装置が得られることとなる。
なお、目安としてＬ2／Ｒ2 ＞１のものを選定すると、コストパーフォーンスの関係から経済的な制御装置が得られる。
【００７２】
また、この２０Ｈｚからスタートするステップ制御は、圧縮機ヘの油返りを考えた時、油返りを維持する冷媒速度のほぼ下限値に相当し、さらに、圧縮機の実回転数としても起動時を除いて２０Hz以下で運転することはないから、特に、冷凍機分野に用いると経済的で、信頼性の高い交流電流検出システムが得られる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明は、インバータ装置と、このインバータ装置に接続され、該装置の出力電圧に応じて回転する電動機と、この電動機と前記インバータ装置との間に設けられ、前記電動機の電流を検出するためのカレントトランスと、このカレントトランスの２次側に接続され、該２次側電流から該１次側電流を予測し、この予測結果に基づいて前記出力電圧を制御するマイコンと、を備え、前記マイコンが前記インバータ装置からの前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とから前記２次側電流を補正し、この補正結果に基づいて前記１次側電流を予測すると共に、前記マイコン前記インバータ装置により前記カレントトランスの１次巻線に消磁電流を流し、前記トランスコアの残留磁束を除去してから制御するので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出するとともに、コアの残留磁束や磁気飽和の影響を防止して制御する経済的で、信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００７４】
また、前記マイコンが、前記トランスコアの残留磁束を除去した後の設定時間後に前記出力電圧を制御するので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出するとともに、コアの残留磁束や磁気飽和の影響を防止するようになるので、更に、信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００７５】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを結ぶ直線で補正するので、簡単に、検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出できるようになるため、スピーディに予測・検出して制御する電動機の制御装置が得られる。
【００７６】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを前記電動機へ供給する電流波形に沿って結び、この結んだ線に基づいて補正するので、実電流（１次電流）を更に精度良く検出してするようになるため、更に信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００７７】
また、 前記２次巻線のインダクタンス（ｍＨ）が、該２次巻線の巻線抵抗（Ω）よりも大きいので、磁気飽和の影響を余り受けずに、低周波領域でも制度良く検出電流から実電流を検出するようになるため、利用範囲の広い電動機の制御装置が得られる。
【００７８】
また、 前記マイコンが、前記１次側電流の周波数が２０Ｈｚ以上となるように前記出力電圧を制御するので、低周波領域でも磁気飽和の影響を受けず、精度良く検出電流から実電流を検出するようになるため、利用範囲も広く、特に、空調装置等の冷却装置に利用すると、圧縮機への油返りの下限値冷媒速度も確保でき、また更に、コアの透磁率のグレードを余り上げずに、低コストでほぼ良好な制御をする経済的な電動機の制御装置が得られる。
【００７９】
また、製品が前記請求項１、請求項３、請求項４、請求項５および請求項６のいずれかを利用したので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出して制御する経済的で信頼性の高い製品が得られる。
【００８０】
また、前記製品が空調装置等の冷却装置であるので、圧縮機への油返りの下限冷媒速度も確保しながら精度良く制御する冷却装置がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係わる実施の形態１から３までの概略構成図である。
【図２】 この発明に係わる実施の形態１から３までのカレントトランスの概略回路図である。
【図３】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流波形、直線補正波形、及び実電流波形との関係図である。
【図４】 この発明に係わる実施の形態１又は３における正弦電流波形駆動図である。
【図５】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流波形、曲線補正波形、及び実電流波形との関係図である。
【図６】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流波形の詳細図である。
【図７】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流、直線補正電流値、検出補正電流の波形関係図である。
【図８】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流、曲線補正電流値、検出補正電流の波形関係図である。
【図９】 この発明に係わる実施の形態２のインバータ装置による駆動時のシーケンス図である。
【図１０】 この発明に係わる実施の形態２のカレントトランスの実用領域図である。
【図１１】 この発明に係わる実施の形態２の消磁シーケンスの１例図である
【図１２】 この発明に係わる実施の形態２のカレントトランスの磁束変化図である。
【図１３】 この発明に係わる実施の形態３の周波数の変化図である。
【図１４】 この発明に係わる実施の形態３のカレントトランスのコア材における透磁率、位相ズレ、及びコストの関係を示す図である。
【図１５】 この発明に係わる実施の形態３のトランスインダクタンスＬ2（ｍＨ）と巻線抵抗Ｒ2（Ω）の関係を示した図である。
【図１６】 従来の技術における周波数の変化図である。
【図１７】 従来の技術の周波数変化図である。
【符号の説明】
１ インバータ装置、 ２ カレントトランス、 ２ａ １次巻線、 ２ｂ コア、 ２ｃ ２次巻線、 ３ 検出抵抗、 ４ マイコン、 ５ 電動機。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機の電流に基づいてベクトル制御する交流電流検出・制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ベクトル制御を伴うインバータ付きの電動機の回転数制御は、まず、負荷に対応した電動機の回転数を決め、この決めた回転数に対応した出力電圧を演算し、この演算結果の出力電圧と検出電流から演算した出力電圧とを比較し、この比較結果に基づいて、検出電流から演算した出力電圧が回転数に対応した出力電圧となるように制御する。
【０００３】
なお、この時、電動機の各相電流を検出し、この検出結果をもとにして出力電圧を演算し、この演算結果に基いて電動機のベクトル制御を行う。
従って、以上説明したように、制御を正確に行うためには、電動機の相電流値を精度良く検出する必要がある。
【０００４】
次に、このような検出電流からベクトル制御を行う従来の交流電流検出装置及びそれを用いたシステムについて説明する。
まず、従来例の１つとしては、電動機の電流値を、ホール効果を利用した高価な電流センサで検出し、この検出結果に基いて電動機のベクトル制御をするものがある。
【０００５】
しかし、このものは低周波から高周波まで幅広く周波数が変化しても対応できるものの、ホール効果を利用して検出するための基板回路が必要となり、そのため、その基板回路パータの影響によるノイズが発生し、ノイズによる各種トラブルが生じる。
【０００６】
また、この他の従来の交流電流検出装置としては、図１６に示すように、特開２００１−３３４９４号公報のようなものもあり、このようなものでは、商用電源周波数用カレントトランス（ＡＣＣＴ）を用いているため、このトランスの１次巻線に生じた磁束が２次巻線に影響を与えることとなる。
【０００７】
従って、この影響を除去する目的で補助巻線を２次巻線と直列に接続し、かつ、１次巻線とはコアを介して並列となるように構成し、しかも、この補助巻線の電圧を演算増幅器（ＩＣＩ）で増幅してから２次巻線へ印加し、この２次巻線への印加によって生じる２次巻線の磁束で１次巻線の磁束をキヤンセルし、１次巻線の磁束影響を防止するようにする。
【０００８】
しかし、このような構成にしたとしても、周波数が徐々に低下し、電流が増加すると、磁束変化の割合が低下し、磁気飽和状態へ近づいて行くため、電流を正確に検出できなくなるので、精度の良い制御ができなくなり、例えば、電動機やトランスのスペックにもよるが、１０Hz以下で、１０Aを超えるような大電流になると、前述したように、磁束変化がほとんど無くなり、磁気飽和状態となり、その磁気影響によってモータ電流を正確に検出できなくなるため、その結果、精度の良い制御ができなくなる。
【０００９】
従って、このようなものでは、制御周波数領域、特に低周波数領域でも精度良く検出できるようにするために、前述したように、トランスに補助巻線を設けたり、トランスの出力電圧を増幅するための高価な演算増幅回路（ＩＣＩ）も必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の交流電流検出・制御システムでは、構成部品が多く、コストが高くなるという問題があった。
【００１１】
また、基板回路ノイズによるトラブルが発生するという問題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、構成部品が少なく、安価で、精度良く電流を検出してベクトル制御する経済的な交流電流検出・制御システムを得ることを目的とする。
【００１３】
また、低周波数領域でも精度良く電流を検出して制御する信頼性の高い交流電流検出・制御システムを得ることを目的とする。
【００１４】
また、初期残留磁束を除去してベクトル制御する信頼性の高い交流電流検出・制御システムを得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、インバータ装置と、このインバータ装置に接続され、該装置の出力電圧に応じて回転する電動機と、この電動機と前記インバータ装置との間に設けられ、前記電動機の電流を検出するためのカレントトランスと、このカレントトランスの２次側に接続され、該２次側電流から該１次側電流を予測し、この予測結果に基づいて前記出力電圧を制御するマイコンと、を備え、前記マイコンが前記インバータ装置からの前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とから前記２次側電流を補正し、この補正結果に基づいて前記１次側電流を予測すると共に、前記マイコン前記インバータ装置により前記カレントトランスの１次巻線に消磁電流を流し、前記トランスコアの残留磁束を除去してから制御するものである。
【００１６】
また、前記マイコンが、前記トランスコアの残留磁束を除去した後の設定時間後に前記出力電圧を制御するものである。
【００１７】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを結ぶ直線で補正するものである。
【００１８】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを前記電動機へ供給する電流波形結に沿って結び、この結んだ線に基づいて補正するものである。
【００１９】
また、前記２次巻線のインダクタンス（ｍＨ）が、該２次巻線の巻線抵抗（Ω）よりも大きいものである。
【００２０】
また、前記マイコンが、前記１次側電流の周波数が２０Ｈｚ以上となるように前記出力電圧を制御するものである。
【００２１】
また、前記製品が、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５および請求項６のいずれかを利用したものである。
【００２２】
また、前記製品が、空調装置等の冷却装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態１について説明する。
なお、図1は、この実施の形態１の概略回路構成図であり、図２はこの図１の商用電源カレンストランスの詳細構成である。
【００２５】
これらの図２において、１はインバータ装置、２は商用電源カレントトランスで、このトランス２は、インバータ装置１の出力電圧で駆動する電動機の実電流（被検出電流）が流れる１次巻線２ａと、磁界を発生させるためのコア２ｂと、このコア２ｂを介して１次巻線２ａと磁気的に結合されている２次巻線２ｃとで構成され、電動機の電流を予測するためのものである。
【００２６】
また、３は２次巻線２ｃと並列に接続された検出抵抗（Ｒｆ）、４はこの検出抵抗３のいずれか一方の一端に接続され、該検出抵抗の電流を読み込んで、インバータ装置が制御する電動機の電流、即ち、この被検出電流（実電流）を検出電流から演算し、この演算結果に基づいて圧縮機等の電動機の回転速度を制御するマイコン（ＤＳＰ含む）、５は電動機である。
【００２７】
次に、この図１において、被検出電流すなわち１次巻線１に流れる電流をInとし、１次巻線２ａの巻数をL1、２次巻線２ｃの巻数をL2、検出抵抗３の抵抗値をＲｆ、この検出抵抗３から出力されてマイコン４へ入力される検出電流の検出電圧信号をOut１、この検出電圧Out１をマイコン４により補正した検出補正電圧信号をOut２とすると、これらの互いの関係は下記の通りとなる。
【００２８】
即ち、漏れインダクタンスや鉄損等が無い理想的なトランスの場合、Out１は、１次側の被検出電流Inに対する１次側と２次側の巻数比L1／L2で出力された電流値に検出抵抗Ｒｆを加味した両端電圧として出力されるから、下記の通りとなる。
Out1＝In×（L1／L2）×Ｒｆ ・・・・（１）
【００２９】
従って、この時、Ｒｆ、L1、L2の値は、トランス２や検出抵抗３の仕様が決まれば決まり、既知となっているので、検出抵抗３に対する電圧Out１を検出すれば、上記（１）式より、被検出電流Inを求めることができる。
【００３０】
しかも、この時、５０Hzあるいは６０Hzの商用電源ラインの入力電流を検出するカレントトランス２により、５０Hz又は６０Hz付近（プラス・マイナス１０％以内）の商用電源電流に関しては、磁気の影響が無く、実電流値と検出電流値との差が無くなるので、精度良く被検出電流を求めることができる。
【００３１】
しかし、５０Hzより低い周波数の電流に関しては、コアが磁気飽和し、その影響により、電流の位相やレベルが入力側（１次側）と出力側（２次側）で異なるようになり、電流を精度良く検出できなくなるため、その結果、正確な被検出電流を求めることができなくなるので、対策が必要となる。
【００３２】
なお次に、この対策を説明する前に、検出電流及び被検出電流を正確に検出できなくなる動作について詳細に説明する。
まず、インバータ装置１の出力電圧のベクトル量を回転数と負荷に応じてベクトル制御を行うために、図３に示すように、時刻0からｔ0までの間、モータ位置を固定するための直流電流を流す。しかし、この直流電流を流している間は、電流値が変化せずに一定であるから、その結果、検出電流はゼロとなり、検出抵抗３の両端電圧もゼロボルトとなる。
【００３３】
しかし、実際には、前述したように、電動機の位置を固定するために、Ｉ0アンペアの直流電流を流しているのであるから、検出電流及び被検出電流がゼロアンペアの値を検出するのは誤りであるから、検出電流及び被検出電流を正確に検出できないことになる。
【００３４】
また、この時刻ｔ0以降においても、切替後の交流電流周波数が商用電源周波数以上まで変化するものであれば、一般的に、検出電流は切替え時（ｔ0以降）から徐々に実電流（被検出電流）に近づき、図３に示すように、基準電流値のゼロアンペア（ｔ0）通過後の立下り時の最大値（時刻ｔ2）あるいは立上がり時の最小値では実電流（被検出電流）とほぼ同じとなるものの、それまでの時刻ｔ0からｔ2までの間は、検出電流と実電流（被検出電流）とは異なった動作をするから、検出電流から被検出電流を正確に求めることができない。
【００３５】
即ち、時刻ｔ0で直流から交流電流に切替えて検出電流から実電流（被検出電流）を検出するようにしたとしても、前述したように、検出電流は直ちに被検出電流に一致するわけではないから、検出電流から被検出電流を正確に求めることができないので、後述するように、検出電流を補正し、この補正した電流値から被検出電流を求め、この求めた結果でインバ−タの出力電圧を制御し、電動機５の回転数を制御するようにする。
【００３６】
言い換えれば、この実施の形態１においては、まず、予め設定された直流電流を所定時間モータ巻線に通電し、その直流電流と対応した角度にモータを強制的に固定してモータの位置を決め、この初期位置が決められた後、その固定角度から任意の設定周波数で運転を始めて制御するものである。
なお、この時の運転電流波形は、図４に示すように、３相の各位相を各々120度づつズラした正弦波、即ち、電動機の現在角度位置がわかれば電流波形が決まる3相電流波形の理想的パターンとしているので、容易に予測検出することができる。
【００３７】
また、この時のモータ巻線抵抗値をＲ、モータインダクタンス成分をＬ、初期固定のための出力電圧をＶすると、この時のモータを固定させる直流電流はインダクタンス成分を無視することができるので、その時の直流電流値はＶ／Ｒから求めることができる。
【００３８】
しかも、この時、前述したように、直流から交流電流へ切替えた時の運転周波数と初期固定角度は既知であり、また、ｔ0時の直流電流値Ｉ0アンペア（図５ではＩ0＜０）、言い換えれば、初期の被検出電流（実電流値）も既知であり、更に、起動後の最大電流値あるいは最小電流値に至るまでの時刻（図３のｔ0からｔ2までの時間）も算出できるので、その結果、図５に示すように、各検出電流に対する各補正値も求めることができる。
【００３９】
即ち、例えば、初期角度が0度で、運転周波数が1Ｈｚであれば、１秒で１周期となり、１周期で0度から360度まで変化するので、図４の３相電流のＵ相について考えて見ると、電流ゼロ通過後の最大値あるいは最小値は（図４のＵ相においては最小値）180度となり、その角度になるまでの時間、言い換えれば、実電流が検出電流とほぼ一致するまでの時間は0.5秒と算出され、しかも、前述したように、モータ位置を決めるために与えられた初期電流値Ｉ0も既知であるから、図５に示すように、各検出電流に対する各補正電流値ｈを求めることができる。
【００４０】
なお、以上説明したことは、その他の各相においても同じであるから、同じように各相の補正値ｈをそれぞれ求めることができる。
【００４１】
従って、この図の任意の座標を(t，I)とした時、直流から交流への切替えタイミング点は(t0，I0)となり、電流ゼロ通過後の最大値あるいは最小値点は(t2，0)となるので、これらの点を結んだ直線の電流値（補正値）を検出電流に加算して補正し、ほぼ実電流（被検出電流）へ近づけて、ほぼ正確に実電流（被検出電流）を求めて電動機の回転数を制御するようにする。
【００４２】
即ち、図７に示したように、検出電流Ｉｋ（図２のＯｕｔ１に相当）に補正電流ｈをプラスした電流値を補正検出電流Ｉｈとすると、Ｉｈ = Ｉｋ + ｈ となり、この式へ既知である検出電流ＩＫと補正電流ｈを代入して補正検出電流Ｉｈを求め、この求めた結果から下記（２）式によりほぼ実電流Ｉｒに近い被検出電流Ｉｎを求めて制御する。
【００４３】
即ち、前述の（１）式において、検出電流ＩＫ（図２のＯｕｔ１）の換わりに、補正検出電流Ｉｈを代入して（２）式とし、この（２）式から被検出電流Ｉｎを求め、この結果に基いて制御する。
Ｉｈ＝Ｉｎ×（L1／L2）×Ｒｆ ・・・・（２）
なお、図７のＩｋは検出電流、Ｉｒは実電流（被検出電流）、ｈは補正電流、Ｉｈは補正検出電流を示す。
【００４４】
以上説明したように、電動機の位置を固定する直流から交流電流へ切替える時の各相の切替電流が予め設定され、既知であり、しかも、検出電流が被検出電流とほぼ一致する時刻（各相の最大又は最小電流値）、言い換えれば、補正を必要としない時刻が予測され、その補正を必要としない基準電流（ゼロ電流値）が既知となるから、これらの設定電流値、及び検出電流が被検出電流とほぼ一致し、補正を必要としない基準電流（ゼロ電流値）とから補正電流値を求め、この求めた補正電流値を検出電流に加算することにより、被検出電流をほぼ正確に求めることができるので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を検出して制御する経済的で、信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００４５】
また、以上の説明では、インバータ装置からの電動機の回転位置を決める電流値と、該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とを結ぶ直線、即ち点１（t0 、I0）と点2（t2 、０）を結ぶ直線により２次電流を補正するようにしたが、さらに、電流を精度良く予測・検出するためのやり方について説明する。
【００４６】
まず、図５に示すように、時刻０からt0までは電動機回転子を所定の角度に固定するための電流I0を流す。
なお、この時の電流I0が図４のV相0度の電流とすると、それと対応したU相の電流は最大となり、その時の角度は0度となる。
【００４７】
次に、このV相を図４と図５とを対比しながら動作を追うと、時刻t0における回転子は角度０度であり、電流ゼロのゼロクロスポイント時刻ｔ１においは30度に移動し、電流ピークポイントの時刻ｔ2においては120度へ移動する。
なお、この詳細波形を図６に示す
【００４８】
次に、この図６を用いて詳細動作を説明する。
まず、波形のピーク値を１とすると、前述したように、補正線の端点における電動機回転子の角度が既知であるから、図６のI0（図においてI0 < ０）を算出でき、この算出結果I0からΔI（ΔI = １− I0 ）を求めておく。
【００４９】
次に、電動機の回転数は指令通りに回転し、この回転数ｆは既知となるから、ある任意の時刻ｔにおける回転子の角度θは、θ＝∫f dｔ から予測することができる。
従って、この予測された角度から、図６の任意の時刻ｔにおける電流レベルＩ(t)、言い換えれば、電流波形を求めることができる。
【００５０】
次に、この求めた電流波形を利用して補正電流ｈを下記（３）式から求める。（なお、この時、‐1< I< １である）
h＝I（|I0|／ΔI）＋I0 …（３）
次に、この求めた式（３）のhをＩｈ = Ｉｋ + ｈの式へ代入し、補正後の電流Ｉｈを求め、この求めた電流Ｉｈを前述の式（２）へ代入して、被検出電流Ｉｒ（実電流）を求め、この求めた結果に基いて制御する。
なお、その結果、図８の如く、補正後の電流Ｉｈはほぼ実電流Ｉｒと同じ値となるので、信頼性の高い制御ができるようになる。
【００５１】
なお、以上の説明では、電流ゼロクロス後の電流ピークポイント時刻ｔ２（図３参照）の電流値ゼロ（電流基準値）を補正関数の終点（ｔ２ 、0）としたが、図５のように、電流ゼロクロス通過前にピーク電流が出現する場合は、第一の電流ピークポイント時刻t2を補正関数の終点を（ｔ２ 、０）としても良い。
また、このことは直線で補正する場合も同じである。
【００５２】
以上説明したように、補正関数を直線から曲線ヘ、即ち、電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とを電動機へ供給する電流波形に沿って結び、この結んだ線に基づいて図８のように補正すると、実電流（１次電流）を更に精度良く検出して制御するようになるので、更に信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００５３】
実施の形態２．
この実施の形態２について図９を用いて説明する。
なお、図７はこの実施の形態２のタイムチャート図であり、この図に示す通り、
この実施の形態２においては、実施の形態１の図１のカレントトランスの残留磁気を消磁するための、消磁シーケンスを追加したものである。
また、図中の通常シーケンスとは、消磁シーケンス以降、即ち、起動運転以降で、交流電流が流された初期運転状態を指す。
【００５４】
次に、この消磁シーケンス、即ち、通常運転前にカレントトランスの残留磁束を消磁させる動作について、図１０から図１２を用いて説明する。
まず、一般的に、カレントトランス２の巻線に電流を流すと、磁化力Hが生じ、この磁化力Hによりコアの磁束密度Bは変化する。
なお、この磁束密度Bの変化は、図１０の実線で示すように、磁化力Hと比例せずに、コア特性（透磁率）に応じて、ヒステリシスループに沿って変化し、この変化がカレントトランスの定格範囲内であれば、図中の実使用領域内で、あるヒステリシスを持ちながら変化することとなる。
【００５５】
従って、図１又は図１６に示したように、インバータシステム内のインバータ出力とモータ入力との間にカレントトランスが配置されている装置においては、インバータ装置１を停止し、カレントトランスに流れる電流をゼロにしても、停止時点の電流に対応した磁束がヒステリシスとして残留し、この残留している状態で通常シーケンスに入ると、種々の問題を起すこととなる。
【００５６】
言い換えれば、図１０のイに示したように、インバータの誤動作により定格範囲を超えた過電流I−ｏｖｅｒが発生し、その発生した状態、即ち、残留磁束レベルが実使用領域を越え、残留磁束レベルがイの点まで跳ね上がった状態で通常シーケンスに入ると、この大きな残留磁束の磁気飽和の影響を受けて、検出電流は被検出電流値を大きく離れる。その結果、検出電流から被検出電流を精度良く検出することができないこととなる。
【００５７】
そこで、過電流が発生した場合でも、精度良く電流を検出できるように、運転起動前に消磁シーケンスを設け、次ぎのように残留磁束の処理をする。
【００５８】
まず、図１１に示すように、インバータ装置１から各カレントトランス２に流す電流をプラス／マイナスとなるように変化させながら徐々に小さくし、図１２のようなヒステリシスを描かせながら磁束を変化させて、最終的に電流がゼロとなるように減衰させ、ヒステリシスが小さくなるようにして、残留磁束量をゼロへ近づけるようにする。
【００５９】
即ち、残留磁束を消磁させるためには、１次側と２次側の巻数比や消磁サイクル数にもよるが、消磁サイクル数を５サイクルとした時、一般的に、電流レベルＡ／周波数Ｈｚ＝０．２５以上となるようにして消磁する。
従って、今仮に、電流が１０Ａの時は、０．２５以上となるように４０Ｈｚ以下の例えば、２０Ｈｚで、消磁サイクルとしては５サイクルの程度の消磁動作を行うようにして、無駄な消磁時間を抑えながら制御するようにする。
【００６０】
また、このように各カレントトランスの残留磁束をゼロにまで減衰できるのは、図４に示したように、3相のある1相の交流電流がゼロの時、他の２相はゼロとならないから、同時に消磁させることができるからである。
【００６１】
なお、この時の消磁シーケンスの波形としては、図１１に示したように、シーケンス１とシーケンス２を合わせた消磁シーケンスで行うようにしても良い。
【００６２】
以上説明したように、インバータ装置１を有するシステムにおいて、消磁を行うために必要な電流波形、即ち、徐々に減衰してゆく電流波形を、マイコン４によりインバータ装置１で容易に作り出して流すため、消磁シーケンスを作り出す特別な手段を設けることなく、コアの残留磁束や磁気飽和の影響を防止する経済的な電動機の制御装置が得られる。
【００６３】
また、圧縮機等の電動機において、消磁シーケンスを実施する時、圧縮機の動作を停止しても、吐出圧力（高圧）と吸入圧力（低圧）との圧力差が直ぐにバランスせず、圧力差が生じ、この圧力差に応じた負荷（トルク）が起動時に必要となり、起動性が低下する。
そのため、このような電動機においては、消磁シーケンスと通常シーケンスの間に、圧力差がほぼ無くなるまで、休止時間ｔ（例えば３分間の休止時間）を設けると、起動性が良くなるので好ましい。
【００６４】
また、このような電動機以外で、例えば、電動機回転子のイナーシャが大きいものにおいても、残留磁束の消磁が終了し、消磁シーケンスが終了しても、回転子の回転による磁気の影響が生じる恐れがあるものは、消磁シーケンスと通常シーケンスの間に休止時間ｔを設け、回転子の回転による磁気影響を防止するようにすると、制御性が良くなる。
【００６５】
実施の形態３．
この実施の形態３について図１３で説明する。
なお、この図１２は電動機の起動ステップを表した起動ステップ図であり、この図に示すように、この実施の形態３においては、実施の形態１、２に所定の周波数（例えば、２０Ｈｚ）からステップ起動させる起動ステップ手段を追加し、この起動ステップ手段によって直流電流後（時刻t0以降）の速度（周波数）を制御するようにしたものである。
【００６６】
以下に、この動作について説明する。
まず、従来の時刻t0以降の運転速度は、図１７に示すように、ゼロから徐々に回転速度を上げ、加速して行くために、このようなものでは、運転速度を制御するためのモータ電流を、カレントトランス２を介して検出し、この検出結果に基いて回転速度を制御しているため、従来技術でも説示したように、特に低周波数領域で、検出電流と実電流が相違し、精度が悪くなるため、制御できなくなったり、システムの運転が不安定になるという問題が発生する。
【００６７】
従って、この実施の形態３においては、図１３に示すように、運転開始速度を制御する時、ステップ手段により所定の回転速度f0（例えば２０Ｈｚ）から回転し始めるように、言い換えれば、余り低い周波数で開始しなようにステップ制御し、磁気飽和の影響を受けないようにして、精度良く、安定した運転をするようにする。
【００６８】
なお、このf0は下記式（４）からも解るように、カレントトランスの仕様、特に、２次側巻線のインダクタンスＬ2（ｍＨ）と巻線抵抗Ｒ2（Ω）の比によって異なったり、或いはコアの透磁率によっても異なったりするが、電流を精度良く検出できる速度、例えば２０Ｈｚ程度以上から開始するようにすると、図１４に示すように、コアの透磁率のグレードを余り上げずに、低コストでほぼ良好な結果が得られる。
【００６９】
また、一般的に、１次電流と２次電流の位相ズレはコア材と巻数比等で変化し、しかも、この位相ズレが大きいほどトランスは磁気飽和しやすいので、図１５にに示すように、低周波領域（ｆ0以下）において位相ズレが小さくなるように巻数比にも配慮する必要がある。
【００７１】
また、この図に示すように、２次側トランスのインダクタンスＬ2（ｍＨ）と巻線抵抗Ｒ2（Ω）の比が大きくなると、言い換えれば、インダクタンスＬ2（ｍＨ）が巻線抵抗Ｒ2（Ω）より大きくなると、磁気飽和の影響を受け難く、精度良く低周波領域の電流を検出し、制御するようになるため、信頼性の高い制御装置が得られることとなる。
なお、目安としてＬ2／Ｒ2 ＞１のものを選定すると、コストパーフォーンスの関係から経済的な制御装置が得られる。
【００７２】
また、この２０Ｈｚからスタートするステップ制御は、圧縮機ヘの油返りを考えた時、油返りを維持する冷媒速度のほぼ下限値に相当し、さらに、圧縮機の実回転数としても起動時を除いて２０Hz以下で運転することはないから、特に、冷凍機分野に用いると経済的で、信頼性の高い交流電流検出システムが得られる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明は、インバータ装置と、このインバータ装置に接続され、該装置の出力電圧に応じて回転する電動機と、この電動機と前記インバータ装置との間に設けられ、前記電動機の電流を検出するためのカレントトランスと、このカレントトランスの２次側に接続され、該２次側電流から該１次側電流を予測し、この予測結果に基づいて前記出力電圧を制御するマイコンと、を備え、前記マイコンが前記インバータ装置からの前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とから前記２次側電流を補正し、この補正結果に基づいて前記１次側電流を予測すると共に、前記マイコン前記インバータ装置により前記カレントトランスの１次巻線に消磁電流を流し、前記トランスコアの残留磁束を除去してから制御するので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出するとともに、コアの残留磁束や磁気飽和の影響を防止して制御する経済的で、信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００７４】
また、前記マイコンが、前記トランスコアの残留磁束を除去した後の設定時間後に前記出力電圧を制御するので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出するとともに、コアの残留磁束や磁気飽和の影響を防止するようになるので、更に、信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００７５】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを結ぶ直線で補正するので、簡単に、検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出できるようになるため、スピーディに予測・検出して制御する電動機の制御装置が得られる。
【００７６】
また、前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを前記電動機へ供給する電流波形に沿って結び、この結んだ線に基づいて補正するので、実電流（１次電流）を更に精度良く検出してするようになるため、更に信頼性の高い電動機の制御装置が得られる。
【００７７】
また、 前記２次巻線のインダクタンス（ｍＨ）が、該２次巻線の巻線抵抗（Ω）よりも大きいので、磁気飽和の影響を余り受けずに、低周波領域でも制度良く検出電流から実電流を検出するようになるため、利用範囲の広い電動機の制御装置が得られる。
【００７８】
また、 前記マイコンが、前記１次側電流の周波数が２０Ｈｚ以上となるように前記出力電圧を制御するので、低周波領域でも磁気飽和の影響を受けず、精度良く検出電流から実電流を検出するようになるため、利用範囲も広く、特に、空調装置等の冷却装置に利用すると、圧縮機への油返りの下限値冷媒速度も確保でき、また更に、コアの透磁率のグレードを余り上げずに、低コストでほぼ良好な制御をする経済的な電動機の制御装置が得られる。
【００７９】
また、製品が前記請求項１、請求項３、請求項４、請求項５および請求項６のいずれかを利用したので、少ない構成部品で精度良く検出電流から実電流（被検出電流）を予測・検出して制御する経済的で信頼性の高い製品が得られる。
【００８０】
また、前記製品が空調装置等の冷却装置であるので、圧縮機への油返りの下限冷媒速度も確保しながら精度良く制御する冷却装置がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係わる実施の形態１から３までの概略構成図である。
【図２】 この発明に係わる実施の形態１から３までのカレントトランスの概略回路図である。
【図３】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流波形、直線補正波形、及び実電流波形との関係図である。
【図４】 この発明に係わる実施の形態１又は３における正弦電流波形駆動図である。
【図５】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流波形、曲線補正波形、及び実電流波形との関係図である。
【図６】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流波形の詳細図である。
【図７】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流、直線補正電流値、検出補正電流の波形関係図である。
【図８】 この発明に係わる実施の形態１の検出電流、曲線補正電流値、検出補正電流の波形関係図である。
【図９】 この発明に係わる実施の形態２のインバータ装置による駆動時のシーケンス図である。
【図１０】 この発明に係わる実施の形態２のカレントトランスの実用領域図である。
【図１１】 この発明に係わる実施の形態２の消磁シーケンスの１例図である
【図１２】 この発明に係わる実施の形態２のカレントトランスの磁束変化図である。
【図１３】 この発明に係わる実施の形態３の周波数の変化図である。
【図１４】 この発明に係わる実施の形態３のカレントトランスのコア材における透磁率、位相ズレ、及びコストの関係を示す図である。
【図１５】 この発明に係わる実施の形態３のトランスインダクタンスＬ2（ｍＨ）と巻線抵抗Ｒ2（Ω）の関係を示した図である。
【図１６】 従来の技術における周波数の変化図である。
【図１７】 従来の技術の周波数変化図である。
【符号の説明】
１ インバータ装置、 ２ カレントトランス、 ２ａ １次巻線、 ２ｂ コア、 ２ｃ ２次巻線、 ３ 検出抵抗、 ４ マイコン、 ５ 電動機。
Claims (8)
- インバータ装置と、このインバータ装置に接続され、該装置の出力電圧に応じて回転する電動機と、この電動機と前記インバータ装置との間に設けられ、前記電動機の電流を検出するためのカレントトランスと、このカレントトランスの２次側に接続され、該２次側電流から該１次側電流を予測し、この予測結果に基づいて前記出力電圧を制御するマイコンと、を備え、前記マイコンが前記インバータ装置からの前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の波形変極点の基準電流値とから前記２次側電流を補正し、この補正結果に基づいて前記１次側電流を予測すると共に、前記マイコン前記インバータ装置により前記カレントトランスの１次巻線に消磁電流を流し、前記トランスコアの残留磁束を除去してから制御することを特徴とする電動機の制御装置。
- 前記マイコンが、前記トランスコアの残留磁束を除去した後の設定時間後に前記出力電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
- 前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを結ぶ直線で補正することを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
- 前記マイコンが、前記２次側電流を補正する時、前記電動機の回転位置を決める電流値と該電動機へ供給する電流波形の初期変極点の基準電流値とを前記電動機へ供給する電流波形に沿って結び、この結んだ線に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
- 前記２次巻線のインダクタンス（ｍＨ）が、該２次巻線の巻線抵抗（Ω）よりも大きいことを特徴とする請求項１、請求項３および４のいずれかに記載の電動機の制御装置。
- 前記マイコンが、前記１次側電流の周波数が２０Ｈｚ以上となるように前記出力電圧を制御することを特徴とする請求項１、請求項３および４のいずれかに記載の電動機の制御装置。
- 製品が前記請求項１、請求項３、請求項４、請求項５および請求項６のいずれかを利用したことを特徴とする製品。
- 前記製品が空調装置等の冷却装置であることを特徴とする請求項７に記載の製品。
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