JP5125167B2 - 同期モータの制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
ロータの位置を検出するための位置センサを用いることなく、複数相からなるステータコイルに印加する電圧指令を出力して、負荷(11)を駆動するための同期モータ(12)を運転制御する同期モータの制御方法であって、
ロータの位置に係らず、ステータコイルに通電する電流の振幅を絞ることなく、所定の電圧振幅・周波数指令によってステータコイルに電圧を印加する他制運転により前記同期モータの運転を開始する他制運転ステップ(101)と、
他制運転ステップ(101)の後、ロータの推定位置に基づく電圧振幅・電圧位相指令によってステータコイルに電圧を印加し、ステータコイルに流れる電流ベクトルを制御する自制運転により同期モータの運転を継続する自制運転ステップ(107)と、
他制運転時に、電流ベクトルの位相がロータの磁極軸に対する位相角度を増加する方向に進行している状態にあることを検出したときに、他制運転から自制運転へ運転制御を切り替える運転切替ステップ(102〜106)とを備えることを特徴としている。
自制運転ステップ(107)は、
ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、ステータコイルに電圧を印加する定常運転を行う定常運転ステップ(107C)と、
運転切替ステップ(102〜106)で自制運転への運転制御切り替えが行なわれた時点におけるステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させるために、定常運転ステップ(107C)の前に実行する移行運転ステップ(107A)とからなり、
移行運転ステップ(107A)は、移行運転目標電流位相を設定し、ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が移行運転目標電流位相に一致するようにステータコイルに電圧を印加する移行運転を行うものであって、
移行運転ステップ(107A)では、移行運転目標電流位相を、定常運転目標電流位相に向かって段階的に変化するように設定することを特徴としている。
自制運転ステップ(107)は、
ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、ステータコイルに電圧を印加する定常運転を行う定常運転ステップ(107C)と、
運転切替ステップ(102〜106)で自制運転への運転制御切り替えが行なわれた時点におけるステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させるために、定常運転ステップ(107C)の前に実行する移行運転ステップ(107B)とからなり、
移行運転ステップ(107B)は、移行運転目標電流位相を設定し、ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が移行運転目標電流位相に一致するようにステータコイルに電圧を印加する移行運転を行うものであって、
移行運転ステップ(107B)では、移行運転の開始当初から、定常運転目標電流位相を、移行運転目標電流位相として設定することを特徴としている。
ロータの位置を検出するための位置センサを用いることなく、複数相からなるステータコイルに印加する電圧指令を出力して、負荷(11)を駆動するための同期モータ(12)を運転制御する同期モータの制御装置であって、
ロータの位置に係らず、ステータコイルに通電する電流の振幅を絞ることなく、所定の電圧振幅・周波数指令を出力してステータコイルに電圧を印加する他制運転制御により、同期モータ(12)を運転する他制運転制御手段(22)と、
ロータの推定位置に基づく電圧振幅・電圧位相指令を出力してステータコイルに電圧を印加し、ステータコイルに流れる電流ベクトルを制御する自制運転制御により、同期モータ(12)を運転する自制運転制御手段(23)と、
他制運転制御手段(22)による他制運転により同期モータ(12)の運転を開始した後に、電流ベクトルの位相がロータの磁極軸に対する位相角度を増加する方向に進行している状態にあることを検出したときに、同期モータ(12)の運転制御を、他制運転制御手段(22)による他制運転制御から自制運転制御手段(23)による自制運転制御へと切り替える運転制御切替手段(24、25)とを備えることを特徴としている。
自制運転制御手段(23)は、
ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、ステータコイルに電圧を印加して定常運転を行う定常運転制御手段(107C)と、
運転制御切替手段(24、25)が自制運転への運転制御切り替えを行った時点におけるステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させる移行運転を行う移行運転制御手段(107A)とを備え、
移行運転制御手段(107A)は、移行運転目標電流位相を設定し、ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が移行運転目標電流位相に一致するようにステータコイルに電圧を印加して移行運転を行うものであって、
移行運転制御手段(107A)は、移行運転目標電流位相を、定常運転目標電流位相に向かって段階的に変化するように設定することを特徴としている。
自制運転制御手段(23)は、
ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、ステータコイルに電圧を印加して定常運転を行う定常運転制御手段(107C)と、
運転制御切替手段(24、25)が自制運転への運転制御切り替えを行った時点におけるステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させる移行運転を行う移行運転制御手段(107B)とを備え、
移行運転制御手段(107B)は、移行運転目標電流位相を設定し、ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が移行運転目標電流位相に一致するようにステータコイルに電圧を印加して移行運転を行うものであって、
移行運転制御手段(107B)は、移行運転の開始当初から、定常運転目標電流位相を、移行運転目標電流位相として設定することを特徴としている。
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における同期モータの位置センサレス運転制御装置である電動圧縮機10の同期モータ12の制御装置20の概略構成を示すブロック図である。
(数1)
θc=tan−1(iq/id)
ステップ103において電流位相θcの瞬時値を算出したら、この値から電流位相のローパスフィルタ値を算出する(ステップ104)。ここでは、ステップ103で算出した瞬時電流位相値に加え直前の複数回に亘って算出した瞬時電流位相値をローパス処理して高周波成分を除去し、その時点における平均的な電流位相を算出する。
次に、第2の実施形態について図9ないし図11に基づいて説明する。
(数2)
τ≒Kt×ia×sinθc
ここでは、トルク式の右辺をマグネットトルクのみで表しリアクタンストルク項を省略しているため、数式1では両辺を「≒」で結んでいる。
上記各実施形態では、図4に示したように、ロータの回転方向を反時計回り方向とした場合について説明したが、ロータの回転方向が時計回り方向の場合であってもよいことはもちろんである。
11 圧縮機構(負荷)
12 同期モータ
16 インバータ回路
20 制御装置
22 他制制御部(他制運転制御手段)
23 自制制御部(自制運転制御手段)
24 制御切替条件算出部(運転制御切替手段の一部)
25 制御切替部(運転制御切替手段の一部)
Claims (14)
- ロータの位置を検出するための位置センサを用いることなく、複数相からなるステータコイルに印加する電圧指令を出力して、負荷(11)を駆動するための同期モータ(12)を運転制御する同期モータの制御方法であって、
前記ロータの位置に係らず、前記ステータコイルに通電する電流の振幅を絞ることなく、所定の電圧振幅・周波数指令によって前記ステータコイルに電圧を印加する他制運転により前記同期モータの運転を開始する他制運転ステップ(101)と、
前記他制運転ステップ(101)の後、前記ロータの推定位置に基づく電圧振幅・電圧位相指令によって前記ステータコイルに電圧を印加し、前記ステータコイルに流れる電流ベクトルを制御する自制運転により前記同期モータの運転を継続する自制運転ステップ(107)と、
前記他制運転時に、前記電流ベクトルの位相が前記ロータの磁極軸に対する位相角度を増加する方向に進行している状態にあることを検出したときに、前記他制運転から前記自制運転へ運転制御を切り替える運転切替ステップ(102〜106)とを備えることを特徴とする同期モータの制御方法。 - 前記運転切替ステップ(102〜106)では、前記電流ベクトルの位相角度をローパス処理したローパス処理値を算出し、前記電流ベクトルの位相角度が前記ローパス処理値に対し同等以上である場合に、前記他制運転から前記自制運転へ運転制御を切り替えることを特徴とする請求項1に記載の同期モータの制御方法。
- 前記運転切替ステップ(102〜106)では、前記電流ベクトルの位相角度が前記ローパス処理値を追い越した際に、前記他制運転から前記自制運転へ運転制御を切り替えることを特徴とする請求項2に記載の同期モータの制御方法。
- 前記運転切替ステップ(102〜106)では、前記電流ベクトルの前記磁極軸方向の成分および前記磁極軸に直交する方向の成分の少なくともいずれかに基づいて、前記電流ベクトルの位相の進行状態を検出することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の同期モータの制御方法。
- 前記負荷(11)は、ヒートポンプサイクル中に循環する冷媒を圧縮するための圧縮機構(11)であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の同期モータの制御方法。
- 前記自制運転ステップ(107)は、
前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、前記ステータコイルに電圧を印加する定常運転を行う定常運転ステップ(107C)と、
前記運転切替ステップ(102〜106)で前記自制運転への運転制御切り替えが行なわれた時点における前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から前記定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させるために、前記定常運転ステップ(107C)の前に実行する移行運転ステップ(107A)とからなり、
前記移行運転ステップ(107A)は、移行運転目標電流位相を設定し、前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が前記移行運転目標電流位相に一致するように前記ステータコイルに電圧を印加する移行運転を行うものであって、
前記移行運転ステップ(107A)では、前記移行運転目標電流位相を、前記定常運転目標電流位相に向かって段階的に変化するように設定することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の同期モータの制御方法。 - 前記自制運転ステップ(107)は、
前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、前記ステータコイルに電圧を印加する定常運転を行う定常運転ステップ(107C)と、
前記運転切替ステップ(102〜106)で前記自制運転への運転制御切り替えが行なわれた時点における前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から前記定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させるために、前記定常運転ステップ(107C)の前に実行する移行運転ステップ(107B)とからなり、
前記移行運転ステップ(107B)は、移行運転目標電流位相を設定し、前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が前記移行運転目標電流位相に一致するように前記ステータコイルに電圧を印加する移行運転を行うものであって、
前記移行運転ステップ(107B)では、前記移行運転の開始当初から、前記定常運転目標電流位相を、前記移行運転目標電流位相として設定することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の同期モータの制御方法。 - ロータの位置を検出するための位置センサを用いることなく、複数相からなるステータコイルに印加する電圧指令を出力して、負荷(11)を駆動するための同期モータ(12)を運転制御する同期モータの制御装置であって、
前記ロータの位置に係らず、前記ステータコイルに通電する電流の振幅を絞ることなく、所定の電圧振幅・周波数指令を出力して前記ステータコイルに電圧を印加する他制運転制御により、前記同期モータ(12)を運転する他制運転制御手段(22)と、
前記ロータの推定位置に基づく電圧振幅・電圧位相指令を出力して前記ステータコイルに電圧を印加し、前記ステータコイルに流れる電流ベクトルを制御する自制運転制御により、前記同期モータ(12)を運転する自制運転制御手段(23)と、
前記他制運転制御手段(22)による他制運転により前記同期モータ(12)の運転を開始した後に、前記電流ベクトルの位相が前記ロータの磁極軸に対する位相角度を増加する方向に進行している状態にあることを検出したときに、前記同期モータ(12)の運転制御を、前記他制運転制御手段(22)による他制運転制御から前記自制運転制御手段(23)による自制運転制御へと切り替える運転制御切替手段(24、25)とを備えることを特徴とする同期モータの制御装置。 - 前記運転制御切替手段(24、25)は、前記電流ベクトルの位相角度をローパス処理したローパス処理値を算出し、前記電流ベクトルの位相角度が前記ローパス処理値に対し同等以上である場合に、前記他制運転制御手段(22)による他制運転制御から前記自制運転制御手段(23)による自制運転制御へ運転制御を切り替えることを特徴とする請求項8に記載の同期モータの制御装置。
- 前記運転制御切替手段(24、25)は、前記電流ベクトルの位相角度が前記ローパス処理値を追い越した際に、前記他制運転制御手段(22)による他制運転制御から前記自制運転制御手段(23)による自制運転制御へ運転制御を切り替えることを特徴とする請求項9に記載の同期モータの制御装置。
- 前記運転制御切替手段(24、25)は、前記電流ベクトルの前記磁極軸方向の成分および前記磁極軸に直交する方向の成分の少なくともいずれかに基づいて、前記電流ベクトルの位相の進行状態を検出することを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれかに記載の同期モータの制御装置。
- 前記負荷(11)は、ヒートポンプサイクル中に循環する冷媒を圧縮するための圧縮機構(11)であることを特徴とする請求項8ないし請求項11のいずれかに記載の同期モータの制御装置。
- 前記自制運転制御手段(23)は、
前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、前記ステータコイルに電圧を印加して定常運転を行う定常運転制御手段(107C)と、
前記運転制御切替手段(24、25)が前記自制運転への運転制御切り替えを行った時点における前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から前記定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させる移行運転を行う移行運転制御手段(107A)とを備え、
前記移行運転制御手段(107A)は、移行運転目標電流位相を設定し、前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が前記移行運転目標電流位相に一致するように前記ステータコイルに電圧を印加して前記移行運転を行うものであって、
前記移行運転制御手段(107A)は、前記移行運転目標電流位相を、前記定常運転目標電流位相に向かって段階的に変化するように設定することを特徴とする請求項8ないし請求項12のいずれかに記載の同期モータの制御装置。 - 前記自制運転制御手段(23)は、
前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が、モータ効率もしくはその関連値またはモータトルクもしくはその関連値に基づいて定まる定常運転目標電流位相に一致する状態が継続するように、前記ステータコイルに電圧を印加して定常運転を行う定常運転制御手段(107C)と、
前記運転制御切替手段(24、25)が前記自制運転への運転制御切り替えを行った時点における前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相から前記定常運転目標電流位相まで電流ベクトルの位相を移行させる移行運転を行う移行運転制御手段(107B)とを備え、
前記移行運転制御手段(107B)は、移行運転目標電流位相を設定し、前記ステータコイルに流れる電流ベクトルの位相が前記移行運転目標電流位相に一致するように前記ステータコイルに電圧を印加して前記移行運転を行うものであって、
前記移行運転制御手段(107B)は、前記移行運転の開始当初から、前記定常運転目標電流位相を、前記移行運転目標電流位相として設定することを特徴とする請求項8ないし請求項12のいずれかに記載の同期モータの制御装置。
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