JP3700576B2

JP3700576B2 - Motor control device

Info

Publication number: JP3700576B2
Application number: JP2000357281A
Authority: JP
Inventors: 貴史福榮
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: KR20020040615A; CN1356767A; CN1216453C; KR100800901B1; JP2002165482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相交流電源から三相モータを可変速で駆動できるモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のモータ制御装置について説明する。従来のこの種のモータ制御装置としては、特開平１０-１５０７９５号公報、および特開２０００-８３３９７号公報などに開示された手段がある。
【０００３】
まず、特開平１０−１５０７９５号公報に記載された内容について図面を参照しながら説明する。図４に示したように、単相交流電源１の出力を全波整流する整流回路２と、整流回路２の整流出力をスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力により三相モータ３を駆動するインバータ主回路４と、インバータ主回路４を制御する制御手段５と、三相モータ３の回転子位置の情報を与える位置センサ６とを備え、前記制御手段５は、電圧指令値に基づいて前記インバータ主回路４内のスイッチング素子をオンオフさせるためのＰＷＭ信号を発生する信号発生手段を備えている。
【０００４】
上記構成において、制御手段５は、電源リプルに対応して前記信号発生手段により常に所望のインバータ出力電圧を得ることができるようにＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御を行い、最大パルス幅において所望のインバータ出力を得ることができない飽和状態となった場合には、前記ＰＷＭ信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませて所望のインバータ出力を得ることを可能にしている。
【０００５】
つぎに、特開２０００−８３３９７号公報に記載された内容について図面を参照しながら説明する。図５に示したように、単相交流電源１の出力を全波整流する整流回路２と、整流回路２の整流出力をスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力により三相モータ３を駆動するインバータ主回路４と、インバータ主回路４を制御する制御手段５とを備え、制御手段５は、同一相におけるスイッチング素子のデッドタイム期間中の三相モータ３の端子電圧を検出する相電圧検出手段５ａと、相電圧検出手段５ａにより検出された前記端子電圧から相電流の符号が変化したタイミングを検出する相電流符号変化検出手段５ｂと、前記相電流符号変化タイミングと相印加電圧との位相差に基づいてＰＷＭ信号を発生するスイッチング素子変調手段５ｃとを備えている。
【０００６】
上記構成において、スイッチング素子のデッドタイム期間中の三相モータ３の端子電圧を相電圧検出手段５ａにより検出することにより相電流の符号を検出し、この相電流の符号変化を相電流符号変化検出手段５ｂにより検出する。検出された相電流符号変化タイミングより三相モータ３の回転子位置を推定し、スイッチング素子変調手段５ｃにより、この相電流符号変化タイミングと相印加電圧との位相差制御を行う。
【０００７】
また、平滑用および回生電流用として十分大きな容量のコンデンサ７を備えたコンデンサ入力型の整流回路２では、図６に示したように、抵抗８ａとリレー８ｂとにより構成される突入電流防止回路８が備えられている。これは電源投入直後の少しの間は抵抗８ａを介してコンデンサ７を充電し、その後、リレー８ｂをオンとすることにより電源投入時に大きな充電電流(突入電流)が流れて単相交流電源１としての商用電源の電圧が一瞬低下することによる周辺機器の誤動作を防止している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のモータ制御装置において、上記の特開平１０−１５０７９５号公報に開示されたモータ制御装置では、モータ駆動に必要不可欠な三相モータ３の回転子位置情報を位置センサ６により検出しているため、この位置センサ６が過酷な温度・圧力条件にさらされる圧縮機などのような密閉状態での駆動を実現させることができない。また、上記の特開２０００−８３３９７号公報などが開示している従来の位置センサレス駆動手段を用いると、コンデンサ７の小容量化に伴うインバータ主回路４の出力補正に相電流が増加する弱め界磁制御を用いる前記モータ制御装置において、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角の影響が大きくなるため、三相モータ３の相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定する従来の技術では、位置検出誤差が大きくなると言う問題があった。
【０００９】
また、単相交流電源１を整流したのちの電源リプルは電源周波数の２倍の周波数となるため、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの電源リプルをＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および弱め界磁制御により補正する必要がある。これらの補正による効果が実際にモータの駆動に作用するまでにはある期間が必要となる。このためリアルタイムにこれらの補正を行う上記制御方法では、駆動対象である三相モータ３の回転数変動やこれに伴う振動、騒音を十分に抑制できないと言う問題があった。
【００１０】
さらに、整流回路２の出力端子間に接続されたコンデンサ７の容量が十分大きな場合、電源投入時にコンデンサ７を充電するために流れる突入電流を防止するために突入電流防止回路８を挿入する必要があり、部品点数が多くなると言う問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するもので、コンデンサ７の容量を少なくする、またはなくすことにより、突入電流防止回路８を不要とし、さらに、三相モータ３の相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定する手法において、モータ電流に依存した電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を考慮した回転子位置推定を行うことで正確な回転子位置推定を行い、また、コンデンサ７の小容量化に伴う電源リプルを予測してＰＷＭ信号パルス幅増減制御および弱め界磁制御を行うことで、回転数変動およびこれに伴う振動、騒音などを抑制して安定な駆動を行うモータ制御装置を提供すること目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係わる本発明は、単相交流電源の出力を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力端子間に接続されて駆動対象であるモータからの回生電流を流すための小容量のコンデンサと、前記コンデンサに印加される電圧をスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力により前記モータを駆動するインバータ主回路と、全体の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電圧指令値に基づいて前記インバータ主回路内のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ信号のパルス幅増減制御と、前記ＰＷＭ信号のパルス幅の増大制御で前記電圧指令値に相当したインバータ出力電圧が得られない飽和状態となったときには前記ＰＷＭ信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる弱め界磁制御とを行い、かつ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および前記弱め界磁制御は、前記コンデンサの小容量化に伴い発生する電源リプルの前記単相交流電源の周期ごとにおけるＡ／Ｄサンプリングデータを用いて行われ、前記モータの電流量に依存する電機子反作用を考慮した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定して位置センサレス駆動を行うようにしたモータ制御装置である。
【００１３】
本発明により、モータの電流量に依存する電機子反作用の影響を補正した推定回転子位置により、位置センサレスで安定に駆動することができる。
【００１４】
また、本発明により、整流回路に接続するコンデンサの容量を小さくしたりなくしたとき、それに伴う電源リプルの影響を的確に補正して安定に駆動することができる。
【００１５】
請求項２に係わる本発明は、整流回路の出力端子間電圧とＰＷＭ信号のパルス幅とモータ回転数とからモータの電流量を推定し、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を前記推定した電流量により補正し、補正した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定するようにした請求項１に係わるモータ制御装置である。
【００１６】
本発明により、電流センサなしてモータの電流量を推定して回転子位置の補正に用いることができる。
【００１７】
請求項３に係わる本発明は、電源投入時に整流回路の出力端子間に接続されたコンデンサを充電するために流れる突入電流から周辺機器の回路を保護する突入電流防止回路を備えない構成とした請求項１に係わるモータ制御装置である。
【００１８】
本発明により、全体の構成を簡単にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
請求項１に係わる本発明は、単相交流電源の出力を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力端子間に接続されて駆動対象であるモータからの回生電流を流すための小容量のコンデンサと、前記コンデンサに印加される電圧をスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力により前記モータを駆動するインバータ主回路と、全体の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電圧指令値に基づいて前記インバータ主回路内のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ信号のパルス幅増減制御と、前記ＰＷＭ信号のパルス幅の増大制御で前記電圧指令値に相当したインバータ出力電圧が得られない飽和状態となったときには前記ＰＷＭ信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる弱め界磁制御とを行い、かつ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および前記弱め界磁制御は、前記コンデンサの小容量化に伴い発生する電源リプルの前記単相交流電源の周期ごとにおけるＡ／Ｄサンプリングデータを用いて行われ、前記モータの電流量に依存する電機子反作用を考慮した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定して位置センサレス駆動を行うようにしたモータ制御装置とする。
【００２０】
本発明において、制御手段は、位置センサなしで相誘起電圧と相電流符号変化とから回転子位置を推定するとき、電流量に依存する電機子反作用が相誘起電圧に与える影響を補正し、補正した相誘起電圧を用いて回転子位置を推定する。
【００２１】
また、本発明において、制御手段は、整流回路の出力端子間に接続されたコンデンサの小容量化に伴う電源リプルの、単相交流電源の周期ごとにおける半周期前のＡ／Ｄサンプリングデータを用いて、ＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および弱め界磁制御を行う。これにより、リアルタイム処理を行うために必要なＡ／Ｄサンプリング速度が高速でかつ処理能力の速い高性能マイコンを不要とし、また、電源リプルを半周期前のＡ／Ｄサンプリングデータから予測することにより、モータ駆動に作用するまでの遅延を考慮した制御を行うこととなる。
【００２２】
請求項２に係わるモータ制御装置は、整流回路の出力端子間電圧とＰＷＭ信号のパルス幅とモータ回転数とからモータの電流量を推定し、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を前記推定した電流量により補正し、補正した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定するようにした請求項１記載のモータ制御装置とする。
【００２３】
本発明において、制御手段は、整流回路の出力端子間電圧とＰＷＭ信号のパルス幅とモータ回転数とからモータの電流量を推定し、推定した電流量を用いて相誘起電圧の電機子反作用による進み位相角を補正し、補正した相誘起電圧を用いて回転子位置を推定する。
【００２４】
請求項３に係わるモータ制御装置は、電源投入時に整流回路の出力端子間に接続されたコンデンサを充電するために流れる突入電流から周辺機器の回路を保護する突入電流防止回路を備えない構成とした請求項１に係わるモータ制御装置とする。
【００２５】
本発明において、モータ制御装置は、整流回路の出力端子間に接続されたコンデンサの容量を小さく、またはコンデンサを設けない構成とし、これにより電源投入時の突入電流を小さく、またはなくし、突入電流防止回路を不要としている。
【００２６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明のモータ制御装置の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施例の構成を示すブロック図、図２は、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を示す波形図、図３は、電源リプルと補正のタイミングとを示す波形図である。なお、図６に示した従来例と同じ構成要素には同一符号を付与している。
【００２９】
上記構成において、まず、単相交流電源１を整流回路２により整流し、整流回路２の出力端子間に駆動対象である三相モータ３からの回生電流を流すための小容量のコンデンサ７を接続し、コンデンサ７の端子に印加される電圧をインバータ主回路４により可変電圧・可変周波数の交流出力に変換し、三相モータ３を駆動する構成となっている。本実施例のモータ制御装置では、電源投入時の突入電流による周辺機器の誤動作を防止するための突入電流防止回路は組み込まれていない。
【００３０】
本実施例のモータ制御装置において、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を考慮した位相制御を、相電圧検出手段５ａと相電流符号変化検出手段５ｂとスイッチング素子変調手段５ｃと電流値推定手段５ｄとにより行い、また、ＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および弱め界磁制御を、モータ駆動に作用するまでの遅延を考慮して、前記スイッチング素子変調手段５ｃと相電流符号変化検出手段５ｂと電源周波数検出手段５ｅとにより行う。
【００３１】
上記モータ制御において、スイッチング素子変調手段５ｃからの相印加電圧指令の符号が変化するタイミングと、相電圧検出手段５ａと相電流符号変化検出手段５ｂとにより検出された相電流の符号が変化するタイミングとの位相差を任意に設定する位相差制御については従来の技術と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３２】
まず、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を考慮した制御について説明する。無通電時の相誘起電圧は図２（ａ）に示したようになる。しかし、実際に三相モータ３を駆動している通電時では電機子反作用により図２（ｃ）に示したような電圧が重畳されて相誘起電圧は図２（ｂ）に示すようになる。ただし、ここでは説明を簡単にするため電機子反作用で発生する電圧を矩形波状に示している。このように電機子反作用の影響を受けると相誘起電圧のゼロクロスポイントは無通電時の相誘起電圧に比べて進むことになる。また、この電機子反作用による影響はモータ電流に依存するため、電流量が増加すると相誘起電圧のゼロクロスポイントの進み具合もθ１＜θ２と大きくなる。したがって、相電圧検出手段５ａおよび相電流符号変化検出手段５ｂによる相電流符号変化ポイントから三相モータ３の回転子位置を推定する位相制御では回転子位置情報を正しく検出することができない。
【００３３】
そこで、電流量により電機子反作用による影響を考慮するため、相電流符号変化検出手段５ｂから得る回転子位置情報を補正して位相制御を行う。ここで、電流値推定手段５ｄは、電機子反作用による影響の大小を判断する電流量を、整流回路２の出力端子間電圧Ｖｄｃ、ＰＷＭ信号のパルス幅、および三相モータ３の回転数から推定する。このように、電流量に依存する電機子反作用の影響を考慮して相誘起電圧の進み位相角θを補正することにより、電流量に伴う位置検出誤差をなくした位相制御を行うことができる。
【００３４】
つぎに、ＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および弱め界磁制御を、モータ駆動に作用するまでの遅延を考慮して行うことについて説明する。これらの制御は整流回路２の出力端子間に接続されたコンデンサ７の小容量化またはコンデンサ７をなくしたことにより生じる電源リプルに起因する回転数変動を抑制している。
【００３５】
ここで、前記電源リプルの周期は、図３に示したように、単相交流電源１の周期の半分となる。したがって、図３に示した期間ｔ１において単相交流電源１の半周期がわかれば補正すべき電源リプルの周期が明確になる。さらに、図３の期間ｔ１に電源リプルをＡ／Ｄサンプリングし、このサンプリング値をもとに期間ｔ２においてパルス幅の増減制御および弱め界磁制御を行うことで、前記パルス幅増減制御および弱め界磁制御のタイミングと三相モータ３への作用のタイミングの遅延を考慮した補正制御を行うことができる。このように、単相交流電源１の半周期前に対応する電源リプルのＡ／Ｄサンプリング値をもとに電源リプル補正を行うことでリアルタイムに補正制御を行った場合より確実に回転数変動を抑制することができる。
【００３６】
なお、上記遅延時間はステップ応答などによりあらかじめ測定した値を用いてもよい。
【００３７】
つぎに、電源投入時の突入電流から周辺機器の誤動作を防止するための突入電流防止回路が不要になった理由について説明する。本実施例のモータ制御装置において、整流回路２の出力端子間に接続するコンデンサ７の容量を小さくする、またはコンデンサ７を不要にした場合、電源投入時にコンデンサ７を充電する電流は微小なものになる。このため、突入電流防止回路を設けなくても周辺機器が誤動作を起こすと言うことはなくなる。
【００３８】
以上のように本実施例によれば、位置センサを用いないため、圧縮機などのような密閉状態となる過酷な温度・圧力条件のもとでの駆動を実現させることができる。
【００３９】
さらに、コンデンサ７の小容量化に伴うインバータ主回路４の出力補正にモータ電流を増加させる弱め界磁制御を用いるモータ制御装置において、モータ電流量に依存する電機子反作用の影響を考慮した回転子位置検出を行うことで、位置検出誤差をなくした安定な駆動を実現できる。このとき、三相モータ３の回転数、ＰＷＭ信号パルス幅、および整流回路２の出力端子間電圧からモータ電流量を推定することで電流センサを用いることなく位置検出誤差を補正することができる。また、電源リプルの影響の補正に必要なＡ／Ｄサンプリングデータについては、単相交流電源周期ごとに半周期前のＡ／Ｄサンプリングデータを用いることにより、Ａ／Ｄサンプリング速度が高速、かつ処理能力の速い高性能マイコンを使用することなく電源リプルを予測して制御することができる。
【００４０】
さらに、コンデンサ７を小容量化することにより、従来必要とされていた突入電流防止回路が不要となり、部品点数を削減することができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に係わる本発明は、単相交流電源の出力を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力端子間に接続されて駆動対象であるモータからの回生電流を流すための小容量のコンデンサと、前記コンデンサに印加される電圧をスイッチングして得た可変電圧・可変周波数の交流出力により前記モータを駆動するインバータ主回路と、全体の動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、電圧指令値に基づいて前記インバータ主回路内のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ信号のパルス幅増減制御と、前記ＰＷＭ信号のパルス幅の増大制御で前記電圧指令値に相当したインバータ出力電圧が得られない飽和状態となったときには前記ＰＷＭ信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる弱め界磁制御とを行い、かつ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅の増減制御および前記弱め界磁制御は、前記コンデンサの小容量化に伴い発生する電源リプルの前記単相交流電源の周期ごとにおけるＡ／Ｄサンプリングデータを用いて行われ、前記モータの電流量に依存する電機子反作用を考慮した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定して位置センサレス駆動を行うようにしたモータ制御装置とすることにより、モータ電流に依存した電機子反作用の相誘起電圧に対する影響を補正し、補正した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定して、位置センサレスの構成としながら安定な駆動を実現することができる。
【００４２】
また、整流回路の出力端子間に接続されるコンデンサの小容量化に伴う電源リプルに起因する回転数変動、振動、および騒音を抑制することができる。
【００４３】
請求項２に係わる本発明は、整流回路の出力端子間電圧とＰＷＭ信号のパルス幅とモータ回転数とからモータの電流量を推定し、電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を前記推定した電流量により補正し、補正した相誘起電圧に基づいて回転子位置を推定するようにした請求項１に係わるモータ制御装置とすることにより、電流センサを用いずに、モータ電流に依存する電機子反作用の相誘起電圧への影饗を補正することができる。
【００４４】
請求項３に係わる本発明は、電源投入時に整流回路のコンデンサを充電するために流れる突入電流から周辺機器の回路を保護する突入電流防止回路を備えない構成とした請求項１に係わるモータ制御装置とすることにより、従来必要とされた突入電流防止回路が不要となるため、全体の構成を簡略にし、部品点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ制御装置の一実施例の構成を示すブロック図
【図２】電機子反作用による相誘起電圧の進み位相角を示す波形図
【図３】電源リプルと補正のタイミングとを示す波形図
【図４】従来の電源リプル補正制御を行うモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図５】従来の位置センサレス駆動を行うモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図６】従来例における突入電流防止回路の構成を示す回路図
【符号の説明】
１単相交流電源
２整流回路
３三相モータ（モータ）
４インバータ主回路
５制御手段
５ａ相電圧検出手段
５ｂ相電流符号変化検出手段
５ｃスイッチング素子変調手段
５ｄ電流値推定手段
５ｅ電源周波数検出手段
６位置センサ
７コンデンサ
８突入電流防止回路
８ａ抵抗
８ｂリレー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device that can drive a three-phase motor at a variable speed from a single-phase AC power source.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, a conventional motor control device will be described. As this type of conventional motor control device, there are means disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-150795 and 2000-83397.
[0003]
First, the contents described in JP-A-10-150795 will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 4, a three-phase motor 3 by a rectifier circuit 2 for full-wave rectification of the output of the single-phase AC power source 1 and an AC output of variable voltage and variable frequency obtained by switching the rectified output of the rectifier circuit 2. An inverter main circuit 4 for driving the inverter, a control means 5 for controlling the inverter main circuit 4, and a position sensor 6 for giving information on the rotor position of the three-phase motor 3, the control means 5 having a voltage command value Based on this, signal generating means for generating a PWM signal for turning on and off the switching element in the inverter main circuit 4 is provided.
[0004]
In the above configuration, the control means 5 performs the increase / decrease control of the pulse width of the PWM signal so that the signal generating means can always obtain a desired inverter output voltage corresponding to the power supply ripple, and the desired pulse output width is set to a desired value. When a saturation state is reached in which an inverter output cannot be obtained, the output timing of the PWM signal is advanced to advance the phase of the inverter output voltage to obtain a desired inverter output.
[0005]
Next, the contents described in JP 2000-83397 A will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 5, a three-phase motor 3 is obtained by a rectifier circuit 2 that performs full-wave rectification on the output of the single-phase AC power supply 1 and an AC output of variable voltage and variable frequency obtained by switching the rectified output of the rectifier circuit 2. And a control means 5 for controlling the inverter main circuit 4. The control means 5 is a phase for detecting the terminal voltage of the three-phase motor 3 during the dead time period of the switching element in the same phase. A voltage detection means 5a, a phase current sign change detection means 5b for detecting a timing at which the sign of the phase current is changed from the terminal voltage detected by the phase voltage detection means 5a, the phase current sign change timing and the phase applied voltage, Switching element modulation means 5c for generating a PWM signal based on the phase difference between the two.
[0006]
In the above configuration, the sign of the phase current is detected by detecting the terminal voltage of the three-phase motor 3 during the dead time period of the switching element by the phase voltage detecting means 5a, and the sign change of this phase current is detected. Detect by means 5b. The rotor position of the three-phase motor 3 is estimated from the detected phase current sign change timing, and the phase difference control between the phase current sign change timing and the phase applied voltage is performed by the switching element modulation means 5c.
[0007]
Further, in the capacitor input type rectifier circuit 2 provided with a capacitor 7 having a sufficiently large capacity for smoothing and regenerative current, as shown in FIG. 6, an inrush current preventing circuit 8 constituted by a resistor 8a and a relay 8b. Is provided. This is because the capacitor 7 is charged via the resistor 8a for a short time immediately after the power is turned on, and then a large charging current (rush current) flows when the power is turned on by turning on the relay 8b. This prevents the malfunction of peripheral equipment caused by a momentary drop in the commercial power supply voltage.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional motor control device, in the motor control device disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 10-150795, the position sensor 6 detects the rotor position information of the three-phase motor 3 that is indispensable for driving the motor. Therefore, the position sensor 6 cannot be driven in a sealed state such as a compressor exposed to severe temperature and pressure conditions. Further, when the conventional position sensorless driving means disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 2000-83397 is used, field-weakening control in which the phase current increases for output correction of the inverter main circuit 4 due to the reduction in the capacity of the capacitor 7. In the motor control apparatus using the motor, the influence of the leading phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction becomes large. Therefore, in the conventional technique for estimating the rotor position based on the phase induced voltage of the three-phase motor 3, position detection is performed. There was a problem that the error increased.
[0009]
Further, since the power ripple after rectifying the single-phase AC power source 1 has a frequency twice the power frequency, it is necessary to correct the power ripple of 100 Hz or 120 Hz by increasing / decreasing the pulse width of the PWM signal and field weakening control. . A certain period is required until the effect of these corrections actually acts on the drive of the motor. For this reason, the above-described control method that performs these corrections in real time has a problem that the rotational speed fluctuation of the three-phase motor 3 that is a driving target, vibrations and noises associated therewith cannot be sufficiently suppressed.
[0010]
Furthermore, when the capacity of the capacitor 7 connected between the output terminals of the rectifier circuit 2 is sufficiently large, it is necessary to insert an inrush current prevention circuit 8 in order to prevent an inrush current flowing to charge the capacitor 7 when the power is turned on. There was a problem that the number of parts increased.
[0011]
The present invention solves the above-mentioned problem, and eliminates the inrush current prevention circuit 8 by reducing or eliminating the capacity of the capacitor 7. Further, the rotor is based on the phase induced voltage of the three-phase motor 3. In the position estimation method, accurate rotor position estimation is performed by estimating the rotor position in consideration of the leading phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction that depends on the motor current. To provide a motor control device that performs stable driving by suppressing fluctuations in the rotational speed and vibrations and noises associated therewith by predicting a power supply ripple accompanying control and performing PWM signal pulse width increase / decrease control and field weakening control Objective.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 is a rectifier circuit that full-wave rectifies the output of a single-phase AC power supply, and a small capacity that is connected between the output terminals of the rectifier circuit to flow a regenerative current from a motor to be driven. Capacitor, an inverter main circuit for driving the motor by an AC output of variable voltage / variable frequency obtained by switching the voltage applied to the capacitor, and control means for controlling the overall operation, the control The means outputs a pulse width increase / decrease control of the PWM signal for turning on / off the switching element in the inverter main circuit based on the voltage command value, and an inverter output voltage corresponding to the voltage command value by the pulse width increase control of the PWM signal. line and field-weakening control to advance the phase of the inverter output voltage by advancing the output timing of the PWM signal when the obtained not become saturated And the increase and decrease control and the field weakening control of the pulse width of the PWM signal is performed using the A / D sampling data at each period of said single-phase AC power supply ripple that occurs due to the small capacity of the capacitor The motor control device is configured to perform position sensorless driving by estimating the rotor position based on the phase induced voltage in consideration of the armature reaction depending on the current amount of the motor.
[0013]
According to the present invention, it is possible to drive stably without a position sensor by the estimated rotor position in which the influence of the armature reaction depending on the current amount of the motor is corrected.
[0014]
Further, according to the present invention, when the capacitance of the capacitor connected to the rectifier circuit is reduced or eliminated, the influence of the power supply ripple associated therewith can be accurately corrected and driven stably.
[0015]
According to the second aspect of the present invention, the current amount of the motor is estimated from the voltage between the output terminals of the rectifier circuit, the pulse width of the PWM signal, and the motor speed, and the lead phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction is estimated. The motor control device according to claim 1, wherein the rotor position is estimated based on the corrected phase induction voltage and corrected based on the corrected current amount.
[0016]
According to the present invention, the current amount of the motor can be estimated and used for correcting the rotor position without a current sensor .
[0017]
The present invention according to claim 3 is configured not to include an inrush current prevention circuit that protects a peripheral device circuit from an inrush current that flows to charge a capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit when the power is turned on. A motor control device according to item 1.
[0018]
According to the present invention, the overall configuration can be simplified.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention according to claim 1 is a rectifier circuit that full-wave rectifies the output of a single-phase AC power supply, and a small capacity that is connected between the output terminals of the rectifier circuit to flow a regenerative current from a motor to be driven. Capacitor, an inverter main circuit for driving the motor by an AC output of variable voltage / variable frequency obtained by switching the voltage applied to the capacitor, and control means for controlling the overall operation, the control The means outputs a pulse width increase / decrease control of the PWM signal for turning on / off the switching element in the inverter main circuit based on the voltage command value, and an inverter output voltage corresponding to the voltage command value by the pulse width increase control of the PWM signal. line and field-weakening control to advance the phase of the inverter output voltage by advancing the output timing of the PWM signal when the obtained not become saturated And the increase and decrease control and the field weakening control of the pulse width of the PWM signal is performed using the A / D sampling data at each period of said single-phase AC power supply ripple that occurs due to the small capacity of the capacitor The motor control device is configured to perform position sensorless driving by estimating the rotor position based on the phase induced voltage in consideration of the armature reaction depending on the current amount of the motor.
[0020]
In the present invention, when the rotor position is estimated from the phase induced voltage and the phase current sign change without a position sensor, the control means corrects the influence of the armature reaction that depends on the amount of current on the phase induced voltage. The rotor position is estimated using the phase induced voltage.
[0021]
Further, in the present invention, the control means uses A / D sampling data of a half cycle before each cycle of the single-phase AC power source of the power ripple accompanying the reduction in the capacity of the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit. Thus, increase / decrease control of the pulse width of the PWM signal and field weakening control are performed. This eliminates the need for a high-performance microcomputer with a high A / D sampling speed and high processing capacity required for real-time processing, and predicts power supply ripple from A / D sampling data before half a cycle. Therefore, the control is performed in consideration of the delay until the motor is driven.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, the motor control device estimates the amount of current of the motor from the voltage between the output terminals of the rectifier circuit, the pulse width of the PWM signal, and the motor rotation speed, and determines the advance phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction. The motor control device according to claim 1, wherein the motor position is corrected based on the estimated current amount, and the rotor position is estimated based on the corrected phase induced voltage.
[0023]
In the present invention, the control means estimates the current amount of the motor from the voltage between the output terminals of the rectifier circuit, the pulse width of the PWM signal, and the motor speed, and uses the estimated current amount based on the armature reaction of the phase induced voltage. The lead phase angle is corrected, and the rotor position is estimated using the corrected phase induced voltage .
[0024]
The motor control device according to claim 3 is configured not to include an inrush current prevention circuit that protects a peripheral device circuit from an inrush current that flows to charge a capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit when the power is turned on. A motor control device according to claim 1 is provided.
[0025]
In the present invention, the motor control device has a configuration in which the capacitance of the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit is small or no capacitor is provided, thereby reducing or eliminating the inrush current when the power is turned on, thereby preventing the inrush current. The circuit is unnecessary.
[0026]
Examples of the present invention will be described below.
[0027]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of a motor control device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present embodiment, FIG. 2 is a waveform diagram showing a leading phase angle of a phase induced voltage due to armature reaction, and FIG. 3 is a waveform diagram showing power supply ripple and correction timing. is there. The same components as those in the conventional example shown in FIG.
[0029]
In the above configuration, first, the single-phase AC power source 1 is rectified by the rectifier circuit 2 and a small-capacitance capacitor 7 for flowing a regenerative current from the three-phase motor 3 to be driven is connected between the output terminals of the rectifier circuit 2. Then, the voltage applied to the terminal of the capacitor 7 is converted into the variable voltage / variable frequency AC output by the inverter main circuit 4 to drive the three-phase motor 3. In the motor control device of the present embodiment, an inrush current prevention circuit for preventing malfunction of peripheral devices due to an inrush current at power-on is not incorporated.
[0030]
In the motor control apparatus of the present embodiment, phase control in consideration of the leading phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction is performed by phase voltage detection means 5a, phase current sign change detection means 5b, switching element modulation means 5c, and current value estimation. The switching element modulating means 5c, the phase current sign change detecting means 5b and the power supply are controlled by the means 5d in consideration of the delay until the PWM signal pulse width increase / decrease control and field weakening control are applied to the motor drive. This is performed by the frequency detection means 5e.
[0031]
In the motor control described above, the timing at which the sign of the phase applied voltage command from the switching element modulating means 5c changes and the timing at which the sign of the phase current detected by the phase voltage detecting means 5a and the phase current sign change detecting means 5b changes. Since the phase difference control for arbitrarily setting the phase difference is the same as that of the prior art, detailed description thereof is omitted here.
[0032]
First, the control in consideration of the lead phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction will be described. The phase induced voltage when no current is supplied is as shown in FIG. However, during energization that actually drives the three-phase motor 3, the voltage shown in FIG. 2C is superimposed by the armature reaction, and the phase induced voltage becomes as shown in FIG. 2B. However, in order to simplify the explanation, the voltage generated by the armature reaction is shown as a rectangular wave. In this way, when affected by the armature reaction, the zero cross point of the phase induced voltage advances compared to the phase induced voltage when no current is applied. In addition, since the influence of this armature reaction depends on the motor current, the progress of the zero cross point of the phase induced voltage increases as θ1 <θ2 as the amount of current increases. Therefore, the rotor position information cannot be correctly detected in the phase control in which the rotor position of the three-phase motor 3 is estimated from the phase current sign change point by the phase voltage detection means 5a and the phase current sign change detection means 5b.
[0033]
Therefore, in order to consider the influence of the armature reaction depending on the amount of current, the rotor position information obtained from the phase current sign change detecting means 5b is corrected to perform phase control. Here, the current value estimating means 5d estimates the amount of current for judging the magnitude of the influence due to the armature reaction from the voltage Vdc between the output terminals of the rectifier circuit 2, the pulse width of the PWM signal, and the rotation speed of the three-phase motor 3. To do. In this way, by correcting the advance phase angle θ of the phase induced voltage in consideration of the effect of the armature reaction depending on the amount of current, it is possible to perform phase control that eliminates the position detection error associated with the amount of current.
[0034]
Next, a description will be given of performing increase / decrease control of the pulse width of the PWM signal and field weakening control in consideration of a delay until the motor is driven. These controls suppress fluctuations in the rotational speed caused by power supply ripple caused by reducing the capacity of the capacitor 7 connected between the output terminals of the rectifier circuit 2 or eliminating the capacitor 7.
[0035]
Here, the cycle of the power supply ripple is half of the cycle of the single-phase AC power supply 1 as shown in FIG. Therefore, if the half cycle of the single-phase AC power supply 1 is known in the period t1 shown in FIG. 3, the cycle of the power supply ripple to be corrected becomes clear. Further, A / D sampling of the power supply ripple is performed in the period t1 in FIG. 3, and the pulse width increase / decrease control and the field weakening control are performed in the period t2 based on the sampled value. Thus, correction control can be performed in consideration of the delay in the timing of the action on the three-phase motor 3. As described above, the power supply ripple correction is performed based on the A / D sampling value of the power supply ripple corresponding to the half cycle before the single-phase AC power supply 1, so that the rotational speed fluctuation can be more reliably performed than when the correction control is performed in real time. Can be suppressed.
[0036]
The delay time may be a value measured in advance by a step response or the like.
[0037]
Next, the reason why the inrush current prevention circuit for preventing the malfunction of the peripheral device from the inrush current at the time of turning on the power becomes unnecessary will be described. In the motor control device of this embodiment, when the capacity of the capacitor 7 connected between the output terminals of the rectifier circuit 2 is reduced or the capacitor 7 is not required, the current for charging the capacitor 7 when the power is turned on is very small. Become. For this reason, even if an inrush current prevention circuit is not provided, peripheral devices will not malfunction.
[0038]
As described above, according to the present embodiment, since the position sensor is not used, it is possible to realize driving under severe temperature / pressure conditions in which the compressor is sealed.
[0039]
Further, in a motor control device using field-weakening control for increasing the motor current for output correction of the inverter main circuit 4 due to the reduction in the capacity of the capacitor 7, the rotor position detection in consideration of the effect of the armature reaction depending on the motor current amount By performing the above, stable driving with no position detection error can be realized. At this time, the position detection error can be corrected without using a current sensor by estimating the motor current amount from the rotation speed of the three-phase motor 3, the PWM signal pulse width, and the voltage between the output terminals of the rectifier circuit 2. As for the A / D sampling data necessary for correcting the influence of the power ripple, the A / D sampling speed is high and the processing is performed by using the A / D sampling data before half a cycle for each single-phase AC power cycle. The power ripple can be predicted and controlled without using a high-performance microcomputer with high capacity.
[0040]
Furthermore, by reducing the capacity of the capacitor 7, the conventionally required inrush current prevention circuit becomes unnecessary, and the number of parts can be reduced.
[0041]
【The invention's effect】
The present invention according to claim 1 is a rectifier circuit that full-wave rectifies the output of a single-phase AC power supply, and a small capacity that is connected between the output terminals of the rectifier circuit to flow a regenerative current from a motor to be driven. Capacitor, an inverter main circuit for driving the motor by an AC output of variable voltage / variable frequency obtained by switching the voltage applied to the capacitor, and control means for controlling the overall operation, the control The means outputs a pulse width increase / decrease control of the PWM signal for turning on / off the switching element in the inverter main circuit based on the voltage command value, and an inverter output voltage corresponding to the voltage command value by the pulse width increase control of the PWM signal. line and field-weakening control to advance the phase of the inverter output voltage by advancing the output timing of the PWM signal when the obtained not become saturated And the increase and decrease control and the field weakening control of the pulse width of the PWM signal is performed using the A / D sampling data at each period of said single-phase AC power supply ripple that occurs due to the small capacity of the capacitor An electric motor that depends on the motor current by estimating the rotor position based on the phase induced voltage in consideration of the armature reaction that depends on the current amount of the motor and performing position sensorless driving. The influence of the child reaction on the phase induced voltage is corrected, and the rotor position is estimated based on the corrected phase induced voltage, so that stable driving can be realized with a position sensorless configuration.
[0042]
In addition, it is possible to suppress rotational speed fluctuations, vibrations, and noise caused by power supply ripple accompanying the reduction in the capacity of the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit.
[0043]
According to the second aspect of the present invention, the current amount of the motor is estimated from the voltage between the output terminals of the rectifier circuit, the pulse width of the PWM signal, and the motor speed, and the lead phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction is estimated. The motor control device according to claim 1, wherein the rotor position is estimated based on the corrected phase induced voltage, and the electric motor that depends on the motor current without using a current sensor. The influence of the child reaction on the phase induced voltage can be corrected .
[0044]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a motor control device according to the first aspect, wherein the motor control device does not include an inrush current prevention circuit that protects a peripheral device circuit from an inrush current that flows to charge a capacitor of the rectifier circuit when the power is turned on. As a result, the conventionally required inrush current prevention circuit becomes unnecessary, so that the entire configuration can be simplified and the number of parts can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a motor control device of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram showing a leading phase angle of a phase induced voltage due to an armature reaction. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a conventional motor control device that performs power supply ripple correction control. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a conventional motor control device that performs position sensorless driving. Schematic diagram showing the configuration of the inrush current prevention circuit in the example.
1 Single-phase AC power supply 2 Rectifier circuit 3 Three-phase motor (motor)
4 Inverter main circuit 5 Control means 5a Phase voltage detection means 5b Phase current sign change detection means 5c Switching element modulation means 5d Current value estimation means 5e Power frequency detection means 6 Position sensor 7 Capacitor 8 Inrush current prevention circuit 8a Resistance 8b Relay

Claims

A rectifier circuit that full-wave rectifies the output of a single-phase AC power supply, a small-capacitance capacitor that is connected between the output terminals of the rectifier circuit and flows a regenerative current from a motor to be driven, and applied to the capacitor An inverter main circuit that drives the motor by an AC output of variable voltage and variable frequency obtained by switching the voltage to be controlled, and control means for controlling the overall operation, the control means based on the voltage command value When the PWM signal pulse width increase / decrease control for turning on / off the switching element in the inverter main circuit and the PWM signal pulse width increase control result in a saturation state where the inverter output voltage corresponding to the voltage command value cannot be obtained. said early output timing of the PWM signal subjected to the field-weakening control to advance the phase of the inverter output voltage, and the PWM signal Decreasing control and the field weakening control of the pulse width is performed using the A / D sampling data in each of the periods of the single-phase AC power source of the power supply ripple that occurs due to the small capacity of the capacitor, the current amount of the motor A motor control device that performs position sensorless driving by estimating a rotor position based on a phase induced voltage in consideration of a dependent armature reaction.

The amount of motor current is estimated from the voltage between the output terminals of the rectifier circuit, the pulse width of the PWM signal, and the motor speed, and the phase angle of the phase induced voltage due to the armature reaction is corrected by the estimated amount of current. The motor control device according to claim 1, wherein the rotor position is estimated based on the phase induced voltage.

The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is configured not to include an inrush current prevention circuit that protects a peripheral device circuit from an inrush current that flows to charge a capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit when the power is turned on.