JP4186750B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
この発明はモータ制御に係り、特に、トルク脈動を有する負荷を駆動するインバータに関するものである。 The present invention relates to motor control, and more particularly to an inverter that drives a load having torque pulsation.
従来のモータ制御装置としては、軽負荷時に振動・騒音を低減するためのトルク制御を行い、過負荷時には電流ピークを抑制するよう制御するものが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional motor control device, a device that performs torque control for reducing vibration and noise at light load and controls to suppress a current peak at overload is disclosed (for example, see Patent Document 1). .
解決しようとする課題は、トルク脈動に応じて流れる脈動電流によるモータ効率の効率低下であった。電流に含まれる脈動成分はモータの出力(回転数×トルクの時間平均)には寄与せず電流の実効値のみを増加させるため、効率を低下させる大きな要因となっていた。 The problem to be solved was a reduction in the efficiency of the motor due to the pulsating current flowing according to the torque pulsation. The pulsating component included in the current does not contribute to the output of the motor (rotation speed × torque time average) and increases only the effective value of the current, which is a major factor for reducing the efficiency.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は電流脈動を抑制し効率を改善をすることができるモータ制御装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object thereof is to obtain a motor control device capable of suppressing current pulsation and improving efficiency.
この発明に係るモータ制御装置は、回転に応じて周期的に負荷トルクが変化する脈動負荷を駆動するモータと、このモータを可変速駆動するインバータと、このインバータへ制御信号を出力する制御手段と、を有するモータ制御装置であって、制御手段が、モータに流れる電流の振幅が一定となるよう、負荷トルクが大であるときには、インバータの出力周波数を低下させ、負荷トルクが小であるときには、インバータの出力周波数を上昇させるようにインバータの出力周波数を補正する制御を行うものである。 The motor control apparatus according to the present invention, a motor for driving the pulsating load response Ji periodically load torque to the rotation is changed, an inverter for variable speed drives this motor, control for outputting a control signal to the inverter a motor control apparatus that Yusuke means, a control means, such that the amplitude of the current flowing through the motor is constant, when the load torque is large reduces the output frequency of the inverter, the load torque is small when it is intended to perform control to correct the output frequency of the inverter to increase the output frequency of the inverter.
この発明のモータ制御装置は、制御手段が、モータに流れる電流の振幅が一定となるよう、負荷トルクが大であるときには、インバータの出力周波数を低下させ、負荷トルクが小であるときには、インバータの出力周波数を上昇させるようにインバータの出力周波数を補正する制御を行うので、モータの電流脈動を抑制してモータの実効電流を低減させモータ効率を改善することができる効果が得られる。 In the motor control device of the present invention, the control means reduces the output frequency of the inverter when the load torque is large so that the amplitude of the current flowing through the motor is constant, and when the load torque is small, since the control for correcting the output frequency of the inverter to raise the output frequency, Ru effect is obtained it is possible to suppress the current ripple of the motor improves the motor efficiency and reducing the effective current of the motor.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の構成を示すものである。図において、直流電源1の出力側に可変速駆動させるインバータ2が電気的に接続され、さらにインバータ2の出力側にはこのインバータ2により可変速駆動するモータ3が電気的に接続されている。モータ3には機械的に接続される、例えば圧縮機等の脈動負荷(以降脈動負荷と称す)4が接続される。この脈動負荷4は回転に応じて負荷トルクが周期的に変化する特性を持ち、例えば図6に示す様な負荷トルクパターンとなっている。インバータ2とモータ3の接続線には、前記接続線に流れる電流情報を制御手段6に出力する電流検出手段5が設けられている。制御手段6は、前記電流検出手段5からの電流情報と、外部より与えられる速度指令f、および直流電源1の電源電圧情報Vdcの各入力部と、インバータ2への制御信号の出力部を有し、内部には出力トルク脈動検出手段7、補正ゲイン調整手段8、脈動補正手段9、駆動制御手段10がそれぞれ設けられている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows the configuration of a motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, an
出力トルク脈動検出手段7は、モータ3に流れる電流情報を電流検出手段5を介して取得し、出力トルク脈動を演算し脈動補正手段9に出力する。補正ゲイン調整手段8は、速度指令fが所定以下の場合にあるときに補正割合を大きくするような脈動補正ゲインを脈動補正手段9に出力する。図7に速度指令fと脈動補正ゲインの関係図の一例を示す。脈動補正手段9は、前記脈動補正ゲインおよび出力トルク脈動を入力し、前記出力トルク脈動を抑制するようインバータ2の出力する電圧および周波数の補正量又はインバータ2の出力する電圧又は周波数の補正量の少なくとも一つを補正する。駆動制御手段9は、前記速度指令f、前記電圧及び周波数の補正量、前記電源電圧情報Vdcおよび電流情報に基づき、モータにあたえる電圧の振幅および周波数を逐次計算しインバータ2を発生する制御信号に変換して出力する。
上記において、モータ3および脈動負荷4は例えば圧縮機等で構成される。また制御手段6は例えばマイクロコンピュータ等で構成される。
The output torque pulsation detecting means 7 acquires current information flowing through the
In the above, the
次に動作について図10に示す制御フローに基づき説明する。制御手段6は外部からの速度指令fに基づき、インバータ2にモータ3を所定周波数で駆動するための制御信号を逐次出力する。インバータ2は前記制御信号に基づき内部のスイッチング素子をON・OFFし、モータ3に交流電圧を供給する。これに応じてモータ3は回転し、脈動負荷4を駆動する(ステップ1)。
Next, the operation will be described based on the control flow shown in FIG. The control means 6 sequentially outputs a control signal for driving the
脈動負荷4は前述のように回転に同期した脈動トルク特性を有するため、モータの回転速度は脈動し、電流は脈動した電流波形となる。この時の電流波形の一例を図3に示す。一般にモータ3の回転速度はトルク偏差(出力トルクー負荷トルク)の時間積分に比例し、モータ電流の脈動量は前記速度変動の時間積分に依存するため、前記脈動トルクの周波数が低下するほど回転速度の変動量が増加し、電流の脈動も増大する。すなわち前述の脈動負荷4を駆動する場合、これにより生じる電流脈動の大きさは回転速度の2乗にほぼ反比例するような特性となり、低速において電流脈動は急増する。出力トルク脈動検出手段7は、電流脈動が発生すると所定の演算に基づきトルク脈動量を演算する(ステップ2)。
Since the
トルク脈動の演算方法としては例えば、モータの磁束方向と位相が一致する直交2軸の回転座標を求め、検出したモータ電流を前記座標系に変換し、トルク電流成分と励磁電流成分を求め、この時のトルク電流成分の大きさにトルク定数を乗じて出力トルクを得、さらにはその出力トルクの時間平均値を求めると共に、出力トルク瞬時値と出力トルク平均値の差分よりトルク脈動量を求める、等の方法がある。
次に、補正ゲイン調整手段8は、速度指令fを逐次入力し読み込み、速度指令fに変更ないかを判断し、それに応じた脈動補正ゲインを出力する(ステップ3〜5)。
As a calculation method of torque pulsation, for example, the rotation coordinates of two orthogonal axes whose phases coincide with the magnetic flux direction of the motor are obtained, the detected motor current is converted into the coordinate system, the torque current component and the excitation current component are obtained, Multiplying the magnitude of the torque current component by the torque constant to obtain the output torque, further obtaining the time average value of the output torque, and obtaining the torque pulsation amount from the difference between the output torque instantaneous value and the output torque average value, There are methods.
Next, the correction gain adjusting means 8 sequentially inputs and reads the speed command f, determines whether there is no change to the speed command f, and outputs a pulsation correction gain corresponding thereto (
次に上記の様にして求められたトルク脈動量および脈動補正ゲインに基づき脈動補正手段9はインバータの出力する周波数の補正値及び電圧の補正値を計算する(ステップ6)。 Next, based on the torque pulsation amount and the pulsation correction gain obtained as described above, the pulsation correction means 9 calculates a correction value for the frequency and a correction value for the voltage output from the inverter (step 6).
ここで周波数補正値及び電圧補正値は出力トルク脈動量に脈動補正ゲインを乗じた後、周波数・電圧それぞれに対してあらかじめ決定されている所定の正の定数をそれぞれ乗じて求められる。 Here, the frequency correction value and the voltage correction value are obtained by multiplying the output torque pulsation amount by the pulsation correction gain and then multiplying each of the frequency and voltage by a predetermined positive constant.
次に駆動制御手段10は、速度指令f・モータ電流からモータに出力する電圧および周波数の基準値を演算すると共に、前記で求められた周波数の補正量及び電圧の補正量を前記基準値から減算し、電圧指令の瞬時値を求め(ステップ7)、さらに、前記電源電圧情報Vdcより、インバータ2内のスイッチング素子のPWM制御信号を生成し出力する(ステップ8)。
Next, the drive control means 10 calculates the voltage and frequency reference values to be output to the motor from the speed command f / motor current, and subtracts the frequency correction amount and voltage correction amount obtained above from the reference value. Then, an instantaneous value of the voltage command is obtained (step 7), and a PWM control signal for the switching element in the
以上説明したステップ2〜ステップ8の動作を繰り返し実施すことにより、図4および図5にこの発明の実施の形態1における出力トルクが一定である場合の出力トルク・負荷トルクの時間波形の特性図、及び出力トルクが一定である場合のモータ電流の時間波形の特性図に示すように、負荷トルクが大であるときには、インバータ出力周波数が低下し、次のタイミングにおける出力トルクが減少する。
FIG. 4 and FIG. 5 are characteristic diagrams of time waveforms of output torque and load torque when the output torque in Embodiment 1 of the present invention is constant by repeatedly performing the operations of
また負荷トルクが小であるときにはインバータ出力周波数が上昇し、次のタイミングにおける出力トルクが増加するよう動作する。また、参考までに周波数及び電圧の補正を行わない場合(従来)のトルク及び電流の時間波形を図2および図3に示す。 The Noboru Ue the inverter output frequency when the load torque is small, it operates so that the output torque is increased at the next timing. For reference, FIGS. 2 and 3 show time waveforms of torque and current when the frequency and voltage are not corrected (conventional).
次に運転周波数が高速の場合と低速の場合における動作の違いについて説明する。前述の様に低速の場合は高速の場合に比べ、モータ3の速度変動量が増加するため電流脈動が増加するが、モータの速度起電力が小さくなるため、上記の脈動補正ゲインに運転周波数に依らず一定とすると、電流脈動が十分抑制されない。ただし、この発明においては補正ゲイン調整手段8が運転周波数に応じて脈動補正ゲインを変化し、低速となるほど脈動補正ゲインを大きくするよう動作するので、電流脈動は高速時と同様に抑制される。図8に補正ゲイン調整手段の有無と電流脈動の関係を示す。また冒頭に述べたように電流脈動は効率の低下要因であることから、上記の様に電流脈動を抑制することで低速運転時の効率低下が小さくなり効率を改善することができる。
Next, the difference in operation when the operating frequency is high and low is described. As described above, when the speed is low, the current pulsation increases because the speed fluctuation amount of the
図9に補正ゲイン調整を行った場合(制御有り)と、行わない場合(制御無し)とにおけるモータ電流の比率に関する計測例を示す。ここで、脈動負荷は圧縮機でありトルク脈動周波数は前記トルク脈動周期内のモータ電流振幅を一定とする運転周波数と一致している仕様のものを使用している。計測結果に依れば脈動周波数40(Hz)以下の条件において制御による電流低減の効果が大きくなる。 FIG. 9 shows a measurement example relating to the ratio of the motor current when the correction gain adjustment is performed (with control) and when it is not performed (without control). Here, the pulsation load is a compressor, and the torque pulsation frequency is the same as the operating frequency that makes the motor current amplitude constant within the torque pulsation cycle. According to the measurement result, the effect of current reduction by the control increases under the condition of a pulsation frequency of 40 (Hz) or less.
なお、インバータおよびモータにはそれぞれ最大電流定格があり、これを越える電流が流れる条件では使用できないが、補正ゲイン調整が行われない場合、低速では電流脈動により電流ピークが増加し運転不能となっていた。一方、本発明によれば、電流脈動が抑制されるため、より低速まで運転範囲を拡大することができる等の効果がある。 Each inverter and motor has a maximum current rating and cannot be used under conditions where a current exceeding this value flows. However, if correction gain adjustment is not performed, the current peak increases due to current pulsation at low speeds and operation is not possible. It was. On the other hand, according to the present invention, since current pulsation is suppressed, there is an effect that the operating range can be expanded to a lower speed.
この発明の活用例として、冷凍空調用の圧縮機インバータの高効率化が挙げられる。冷蔵庫および家庭用エアコン等では負荷トルク脈動の大きいシングルロータリ型或いはレシプロ型の圧縮機が用いられる。これらの機器は、家庭内消費電力の30%以上を占めるため、機器の省エネルギー化に対する要求も高い。また、これらの機器の圧縮機は、通常定格周波数よりも低い運転周波数で長時間運転されるため、低速での効率改善は省エネルギーに対して寄与率が高くなる。本発明は、これらの期待に応える有効な手段となる。 As an application example of the present invention, there is an increase in efficiency of a compressor inverter for refrigeration and air conditioning. A single rotary type or reciprocating type compressor having a large load torque pulsation is used in refrigerators and home air conditioners. Since these devices account for 30% or more of household power consumption, there is a high demand for energy saving of the devices. In addition, since the compressors of these devices are operated for a long time at an operating frequency lower than the rated frequency, the efficiency improvement at low speed contributes to energy saving. The present invention is an effective means to meet these expectations.
1 直流電源、 2 インバータ、 3 モータ、 4 脈動負荷、 5 電流検出手段、 6 制御手段、 7 出力トルク脈動検出手段、 8 補正ゲイン調整手段、 9 脈動補正手段、 10 駆動制御手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply, 2 Inverter, 3 Motor, 4 Pulsating load, 5 Current detection means, 6 Control means, 7 Output torque pulsation detection means, 8 Correction gain adjustment means, 9 Pulsation correction means, 10 Drive control means
Claims (4)
前記制御手段が、
前記モータに流れる電流の振幅が一定となるよう、前記負荷トルクが大であるときには、前記インバータの出力周波数を低下させ、前記負荷トルクが小であるときには、前記インバータの出力周波数を上昇させるように前記インバータの出力周波数を補正する制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。 A motor for driving the pulsating load changes periodically load torque in response to the rotation, an inverter for variable speed drives the motor, and a control means for outputting a control signal to the inverter, met motor controller having And
The control means is
When the load torque is large, the output frequency of the inverter is decreased so that the amplitude of the current flowing through the motor is constant. When the load torque is small, the output frequency of the inverter is increased. motor control device and performs control for correcting the output frequency of the inverter.
前記モータに流れる電流情報を取得する電流検出手段と、
この電流検出手段が取得した電流から、前記モータの出力トルク脈動を演算する出力トルク脈動検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記インバータの出力周波数の補正を、前記出力トルク脈動検出手段が演算した出力トルク脈動に基づいて行うことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 The control means is
Current detection means for acquiring current information flowing in the motor;
Output torque pulsation detecting means for calculating the output torque pulsation of the motor from the current acquired by the current detection means,
2. The motor control device according to claim 1 , wherein the control means corrects the output frequency of the inverter based on the output torque pulsation calculated by the output torque pulsation detecting means .
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