JP5326736B2 - Control device for three-phase AC motor - Google Patents
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Description
本発明は、回転磁石形三相交流モータの制御装置および制御方法に関し、より詳細には、モータ始動時の始動電流を低減する制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a rotary magnet type three-phase AC motor, and more particularly to a control device and a control method for reducing a starting current at the time of starting the motor.
ロータに永久磁石を設けステータにコイルを設けた回転磁石形交流モータに、インバータを制御してコイル電流を通電する制御装置が知られている。インバータを用いれば、コイル電流の周波数ならびに通電位相を制御することができ、パルス幅変調方式を始めとする制御方式が実用化されている。また、高い制御性を確保するために、必要とされる要求トルクに応じて電気入力を制御するだけでなく、ロータの回転位置およびコイル電流を逐次検出してフィードバック制御することが行われている。例えば、非特許文献1などに解説されている二軸理論では、ロータ上の永久磁石のN極の向きをd軸とし、d軸から電気角90度だけ回転した向きをq軸とし、ロータの回転位置を基にして三相のコイル電流ベクトルをdq座標軸上の2軸電流に変換し、dq座標軸上で演算を行って制御量を求め、逆変換することで三相領域上の制御量を求めている。
2. Description of the Related Art A control device is known that controls an inverter and supplies a coil current to a rotary magnet type AC motor having a permanent magnet on a rotor and a coil on a stator. If an inverter is used, the frequency of the coil current and the energization phase can be controlled, and a control system such as a pulse width modulation system has been put into practical use. In order to ensure high controllability, not only the electric input is controlled according to the required torque required, but also the rotational position of the rotor and the coil current are sequentially detected and feedback controlled. . For example, in the biaxial theory described in
二軸理論を用いた運転制御方式には、最大トルク/電流制御、力率1制御、最大効率制御などがある。各制御方式には得失があるので、通常は、モータの用途などを考慮して制御方式を取捨選択する(非特許文献1のp32〜33など)。このうち、最大トルク/電流制御は、同一実効値のコイル電流に対して発生トルクを最大にできる電流位相に通電する制御方式で、電流が限られている場合に効果的とされており、多用されている。
The operation control method using the biaxial theory includes maximum torque / current control,
ところで、二軸理論を用いて最大トルク/電流制御により三相交流モータを制御する場合、モータに要求される要求トルクおよびロータの回転位置から2軸電流が求められ、これを変換した三相のコイル電流が一意に決まる。この最大トルク/電流制御方式は、要求トルクを満たす電流実効値を最小とすることができるが、始動時に特別な配慮は為されていなかった。したがって、モータ始動時のロータの回転位置などに依存して、始動電流瞬時値が一相に集中するおそれがあった。加えて、始動トルク自体が大きい条件や、突入電流が重畳する条件などが重なると、ステータコイルの一相に過大な始動電流が流れて、発熱などによるダメージを受けるおそれがある。また、一相への電流集中は電源側のインバータにも生じるので、半導体パワースイッチ素子がダメージを受けるおそれもある。 By the way, when a three-phase AC motor is controlled by the maximum torque / current control using the two-axis theory, a two-axis current is obtained from the required torque required for the motor and the rotational position of the rotor, and a three-phase converted from this is obtained. The coil current is uniquely determined. This maximum torque / current control method can minimize the effective current value that satisfies the required torque, but no special consideration has been given at the start. Therefore, depending on the rotational position of the rotor at the time of starting the motor, the instantaneous value of the starting current may be concentrated in one phase. In addition, if a condition where the starting torque itself is large or a condition where an inrush current is superimposed, an excessive starting current flows in one phase of the stator coil, which may cause damage due to heat generation. Further, current concentration in one phase also occurs in the inverter on the power supply side, so that the semiconductor power switch element may be damaged.
このような、モータ始動時の一相への電流集中およびそれに伴うダメージのおそれは、最大トルク/電流制御方式にしたがって始動する限りは回避することができない。また、他の運転制御方式においても、同様のおそれが内包されている。 Such a current concentration in one phase at the time of starting the motor and the risk of damage accompanying it cannot be avoided as long as the starting is performed according to the maximum torque / current control method. In addition, similar fears are included in other operation control methods.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、回転磁石形三相交流モータを始動する際に、始動電流が一相に集中することを緩和できるモータの制御装置および制御方法を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a motor control device and a control method capable of mitigating the concentration of a starting current in one phase when starting a rotary magnet type three-phase AC motor. Is a problem to be solved.
上記課題を解決する請求項1に係る三相交流モータの制御装置の発明は、永久磁石を有するロータおよびステータコイルを有するステータを備えた三相交流モータの前記ステータコイルに、インバータを制御してコイル電流を通電する三相交流モータの制御装置であって、前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記コイル電流を検出する電流検出手段と、前記三相交流モータに要求される要求トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき所定の運転制御方式にしたがい制御出力信号を演算して前記インバータに送出する運転制御手段と、前記三相交流モータを始動する際に、要求される始動トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき、前記所定の運転制御方式に代えて三相の始動電流瞬時値中の最大値を最小とする始動電流最小条件を満たす制御方式にしたがい前記制御出力信号を演算して前記インバータに送出する始動制御手段と、を備えることを特徴とする。
The invention of a control device for a three-phase AC motor according to
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記始動制御手段は、前記始動電流最小条件を満たす前記始動電流瞬時値のデータセットを、前記始動トルクおよび前記回転位置をパラメータとする始動電流マップにあらかじめ保持し、該始動電流マップを用いて前記制御出力信号を演算することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the start control unit includes a start current map in which the start current instantaneous value data condition that satisfies the start current minimum condition is used as parameters of the start torque and the rotational position. And the control output signal is calculated using the starting current map.
請求項3に係る発明は、請求項2において、前記運転制御手段および前記始動制御手段は、前記ロータ上の前記永久磁石の向きを基準とするdq座標軸を用いて演算を行い、前記始動電流マップは、まず特定始動トルクを満たす対称三相のコイル電流の電流位相と実効値との関係を多数組求め、該電流位相および該実効値を前記dq座標軸上の2軸電流値に変換し、次に前記ロータが特定回転位置にある条件で前記2軸電流値を三相のコイル電流の電流位相および始動電流瞬時値に逆変換し、三相の該始動電流瞬時値中の最大値が最小となる電流位相を特定電流位相として求め、最後に該特定電流位相における2軸電流値を前記特定始動トルクおよび前記特定回転位置での前記始動電流瞬時値の前記データセットとする手順により作成されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the operation control unit and the start control unit perform an operation using a dq coordinate axis with reference to the direction of the permanent magnet on the rotor, and the start current map First, obtain a large number of relations between the current phase and effective value of a symmetrical three-phase coil current satisfying a specific starting torque, convert the current phase and effective value into a biaxial current value on the dq coordinate axis, The two-axis current value is inversely converted into the current phase of the three-phase coil current and the starting current instantaneous value under the condition that the rotor is at a specific rotational position, and the maximum value of the three-phase instantaneous starting current value is minimum. The current phase is determined as a specific current phase, and finally, a biaxial current value in the specific current phase is generated as a data set of the specific starting torque and the starting current instantaneous value at the specific rotational position. And wherein the door.
請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれか一項において、前記所定の運転制御方式は、同一実効値の前記コイル電流に対して発生トルクを最大にできる電流位相に通電する最大トルク/電流制御方式であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method according to any one of the first to third aspects, the predetermined operation control method is a maximum of energizing a current phase that can maximize a generated torque with respect to the coil current having the same effective value. It is a torque / current control system.
上記課題を解決する請求項5に係る交流モータの制御方法の発明は、永久磁石を有するロータおよびステータコイルを有するステータを備えた三相交流モータの前記ステータコイルに、インバータを制御してコイル電流を通電する三相交流モータの制御方法であって、前記ロータの回転位置および前記コイル電流を検出する検出ステップと、前記三相交流モータに要求される要求トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき所定の運転制御方式にしたがい制御出力信号を演算して前記インバータに送出する運転制御ステップと、前記三相交流モータを始動する際に、要求される始動トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき、前記所定の運転制御方式に代えて三相の始動電流瞬時値中の最大値を最小とする始動電流最小条件を満たす制御方式にしたがい前記制御出力信号を演算して前記インバータに送出する始動制御ステップと、を有することを特徴とする。 The invention of a method for controlling an AC motor according to claim 5 that solves the above-described problem is a coil current obtained by controlling an inverter to the stator coil of a three-phase AC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a stator coil. A detection step of detecting the rotational position of the rotor and the coil current, a required torque required for the three-phase AC motor, and the detected rotational position and coil An operation control step of calculating a control output signal in accordance with a predetermined operation control method based on the current and sending it to the inverter; and the rotational position detected when starting the three-phase AC motor and the required starting torque And based on the coil current, the maximum value among the three-phase starting current instantaneous values is minimized instead of the predetermined operation control method. And calculates the control output signal in accordance with the starting current minimum conditions are satisfied control method characterized by having a, a starting control step of transmitting to said inverter.
請求項1に係る発明では、三相交流モータを始動する際に、所定の運転制御方式にしたがう運転制御手段に代えて、始動制御手段が三相の始動電流瞬時値中の最大値を最小とする始動電流最小条件を満たす制御方式で始動制御する。したがって、始動電流の一相への集中が緩和され、三相の始動電流瞬時値中の最大値が低減されて、ステータコイルやインバータの半導体パワースイッチ素子などがダメージを受けるおそれがなくなる。
In the invention according to
請求項2に係る発明では、始動制御手段は、始動電流最小条件を満たす始動電流瞬時値のデータセットを始動電流マップにあらかじめ保持している。したがって、始動制御手段は、始動トルクおよび回転位置の条件に適合した始動電流瞬時値を始動電流マップ上から容易に探し出すことができる。これにより、制御出力信号を演算するための演算所要時間が短縮され、短いサイクルタイムで始動制御を行うことができる。
In the invention according to
請求項3に係る発明では、運転制御手段および始動制御手段はdq座標軸を用いて演算を行う。このため、三相/dq軸変換およびdq軸/三相変換を併用することにより、特定始動トルクおよび特定回転位置での始動電流最小条件を満たす始動電流瞬時値のデータセットを求めることができる。この手順を、特定回転位置を変更して繰り返し、さらに特定始動トルクを変更して繰り返し行うことにより、あらゆる始動条件における始動電流瞬時値のデータセットを求め、始動電流マップを作成することができる。
In the invention which concerns on
請求項4に係る発明では、運転制御手段がしたがう所定の運転制御方式は、最大トルク/電流制御方式とされている。したがって、始動制御手段は、三相交流モータを始動する際に、最大トルク/電流制御方式に代えて始動電流最小条件を満たす制御方式にしたがい制御出力信号を演算してインバータに送出する、これにより、始動電流の一相への集中が緩和され、三相の始動電流瞬時値中の最大値が低減される。
In the invention according to
請求項5に係る方法の発明では、所定の運転制御方式に代えて、三相の始動電流瞬時値中の最大値を最小とする始動電流最小条件を満たす制御方式で三相交流モータを始動制御する。したがって、始動時のコイル電流の一相への集中が緩和され、三相の始動電流瞬時値中の最大値が低減されて、ステータコイルやインバータの半導体パワースイッチ素子などがダメージを受けるおそれがなくなる。 In the invention of the method according to claim 5, in place of the predetermined operation control method, the three-phase AC motor is controlled to start by a control method that satisfies the minimum starting current condition that minimizes the maximum value among the three-phase starting current instantaneous values. To do. Therefore, the concentration of the coil current at the time of starting is reduced in one phase, the maximum value among the instantaneous values of the three-phase starting current is reduced, and there is no possibility that the stator coil, the semiconductor power switch element of the inverter, etc. are damaged. .
本発明を実施するための形態を、図1〜図6を参考にして説明する。図1は本発明の実施形態の三相交流モータの制御装置を説明する全体構成図である。図示されるように、実施形態の制御装置1は、三相交流モータ91およびインバータ92を制御するものであり、電子制御装置部2、ドライバ部3、回転位置センサ4、2個の電流センサ5U、5V、で構成されている。本発明では、センサ4、5U、5Vも、制御装置1の構成要素として考える。
The form for implementing this invention is demonstrated with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating a control device for a three-phase AC motor according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the
三相交流モータ91は、永久磁石を有する図略のロータと、スター結線されたステータコイルU、V、Wを有するステータと、で構成されている。永久磁石の極対数や、コイルU、V、Wの結線および極数に特別な制約はない。三相交流モータ91にコイル電流を通電するために、インバータ92と直流電源93が配されている。インバータ92は、制御装置1のドライバ部3から出力される三相のパルス幅制御信号U1、U2、V1、V2、W1、W2により制御され、直流電源93の直流電圧DVを断続して各コイルU、V、Wに印加するようになっている。インバータ92には、周知の回路構成を用いることができる。
The three-
三相交流モータ91のロータの回転位置を検出する位置検出手段として、レゾルバ41およびR/D変換器42からなる回転位置センサ4が配設されている。レゾルバ41は、ロータ上の永久磁石に形成された磁界を検出し、磁界に比例する連続的なアナログ量を出力するものである。R/D変換器42は、レゾルバ41の出力を回転位置に比例したディジタル量の電気角に相当する位置信号θに変換し、電子制御装置部2に出力するようになっている。また、U相およびV相のステータコイルU、Vに流れるコイル電流IU、IVを検出する電流検出手段として、2個の電流センサ5U、5Vが配設されている。さらに、三相交流モータ91に要求される要求トルクTRが、図略の上位制御装置から電子制御装置部2に指令されるようになっている。
As position detecting means for detecting the rotational position of the rotor of the three-
電子制御装置部2は、制御ロジック部21、メモリ部22、入力部23、出力部24などにより構成されている。制御ロジック部21は、マイクロコンピュータを有してソフトウェアで動作し、ロータとともに回転するdq座標軸上で内部演算を行うようになっている。メモリ部22には、後述の始動電流マップなどが格納されている。入力部23には、前述の位置信号θ、コイル電流IU、IV、要求トルクTRが入力されている。出力部24は、ドライバ部3に三相電圧指令u1,u2、v1、v2、w1、w2を出力している。
The
次に、電子制御装置部2内部の詳細な処理機能について、図2を参考にして説明する。図2は、電子制御装置部2の処理機能を説明する機能ブロック図である。電子制御装置部2は、回転数演算部61、三相/dq軸変換部62、トルク/dq軸電流変換部63、電流制御演算部64、dq軸/三相変換部65の各機能部で構成されている。電子制御装置部2は、運転制御手段および始動制御手段を兼ね、トルク/dq軸電流変換部63での処理内容が始動制御部63Sおよび運転制御部63Dで異なり、他の機能部61、62、64、65では共通の処理が行われるようになっている。
Next, detailed processing functions inside the
回転数演算部61は、回転位置センサ4の位置信号θを時間微分(差分)してロータの回転数Rpsを求め、トルク/dq軸電流変換部63に送出する。三相/dq軸変換部62は、まず、電流センサ5U、5Vで検出され伝送されたコイル電流IU、IVを用い、電流ベクトル和がゼロであることから三相目のコイル電流IWを演算する。次いで、位置信号θを含んだ変換公式により、三相領域のコイル電流IU、IV、IWを、ロータとともに回転するdq座標軸上の2軸電流id、iqに変換し、電流制御演算部64に送出する。
The rotational
トルク/dq軸電流変換部63は、要求トルクTRに基づき、必要とされる要求2軸電流idR、iqRを求めて、電流制御演算部64に送出する。このとき、ロータの回転数Rpsがあらかじめ設定しておいた微少回転数R0に達していなければ始動時と判定し、達していれば運転時と判定して、処理内容を選択する。始動時には、始動制御部63Sが、始動電流最小条件を満たす制御方式にしたがって始動電流マップから要求2軸電流idR、iqRを求める。運転時には、運転制御部63Dが、最大トルク/電流制御方式にしたがって発生トルクを最大にできる電流位相から要求2軸電流idR、iqRを求める。トルク/dq軸電流変換部63における始動時および運転時の処理内容については、後で詳細に説明する。
The torque / dq axis
電流制御演算部64は、まず、指令に基づいた要求2軸電流idR、iqRから検出に基づいた2軸電流id、iqを差し引いて電流偏差ed、eqを求める。次に、電流偏差ed、eqを小さくするように制御する電圧指示量vd、vqをdq座標軸上で求めてdq軸/三相変換部65に送出する。dq軸/三相変換部65は、位置信号θを含んだ変換公式により、電圧指示量vd、vqを三相領域に逆変換して三相電圧指令u1、u2、v1、v2、w1、w2を求め、ドライバ部3に出力する。
First, the current
ドライバ部3は、パルス幅変調回路を主要部としており、電子制御装置部2から指令された三相電圧指令u1〜w2に基づき、パルス幅制御信号U1〜W2を生成して、インバータ92に送出する。ドライバ部3には、周知の回路構成を用いることができる。
The
次に、上述のように構成された本発明の実施形態の交流モータの制御装置1の動作、処理内容について、図3を参考にして説明する。図3は、実施形態の制御装置1を用いた三相交流モータの制御フローを説明するフローチャートである。
Next, the operation and processing contents of the AC
図3の制御フロー中のステップS1で、まず電子制御装置部2に要求トルクTRの指令が入力される。次にステップS2で、電流センサ5U、5Vで検出されたコイル電流IU、IVが電子制御装置部2に入力される。電子制御装置部2は、電流ベクトル和がゼロであることから、三相目のW相コイル電流IWを自動演算する。ステップS3では、回転位置センサ4で検出された回転位置θが電子制御装置部2に入力される。ステップS4では、回転数演算部61で回転数Rpsが演算される。ステップ5では、三相/dq軸変換部62で、三相のコイル電流IU、IV、IWがdq座標軸上の2軸電流id、iqに変換される。
In step S1 in the control flow of FIG. 3, first, a command for the required torque TR is input to the
次のステップS6では、トルク/dq軸電流変換部63で、回転数Rpsが微少回転数R0と比較され、始動時であればステップS7に進み、運転時であればステップS8に進む。ステップS7では、始動制御部63Sにより、始動電流マップから要求2軸電流idR、iqRが求められる。図4は、電子制御装置部2のメモリ部22に格納された始動電流マップのイメージを説明する図である。図示されるように、始動電流マップは、始動トルクTRおよび回転位置θをパラメータとして、始動電流最小条件を満たす電流位相φおよび要求2軸電流idR、iqRを表形式にマッピングしたものである。したがって、始動制御部63Sは、始動時に指令された始動トルク(要求トルク)TRと検出された回転位置θの条件に適合する要求2軸電流idR、iqRを容易に選択できる。この後、ステップS9に進む。
In the next step S6, the torque / dq-
一方、ステップS8では、運転制御部63Dにより、最大トルク/電流制御方式にしたがって要求2軸電流idR、iqRが求められる。図5は、三相交流モータ91のトルク−電流特性図の一例であり、この図を用いて最大トルク/電流制御方式を説明する。図中の横軸は三相交流モータ91のロータに対するコイル電流の電流位相φ(電気角)、縦軸はモータ91の出力トルクTQを示している。また、10本のグラフは、コイル電流実効値Iを50Armsピッチのパラメータとする実測された特性である。この特性は、コイル電流実効値Iを一定に保ちつつ電流位相φを変えていったときの出力トルクTQの変化を示しており、山形状のグラフのピークで最大の出力トルクTQが得られることがわかる。
On the other hand, in step S8, the requested biaxial currents idR and iqR are obtained by the operation control unit 63D according to the maximum torque / current control method. FIG. 5 is an example of a torque-current characteristic diagram of the three-
逆に、図5に例示されるように、要求トルクTRxを満たす最小の電流実効値Ixおよび電流位相φxを求めることができ、これが最大トルク/電流制御方式の原理である。三相領域で求められた電流実効値Ixおよび電流位相φxは、dq座標軸上の要求2軸電流idR、iqRに変換される。この後、ステップS9に合流する。 Conversely, as illustrated in FIG. 5, the minimum current effective value Ix and current phase φx that satisfy the required torque TRx can be obtained, and this is the principle of the maximum torque / current control method. The effective current value Ix and the current phase φx obtained in the three-phase region are converted into required biaxial currents idR and iqR on the dq coordinate axis. Then, it merges to step S9.
ステップS9では、電流制御演算部64で、まずステップS7またはステップS8で求められた要求2軸電流idR、iqRからステップ5で求められた2軸電流id、iqが差し引かれて電流偏差ed、eqが求められる。次に、電流偏差ed、eqを小さくするように制御する電圧指示量vd、vqがdq座標軸上で求められる。ステップ10では、dq軸/三相変換部65で、電圧指示量vd、vqが三相領域の電圧指示量vU、vV、vWに逆変換され、さらに三相電圧指令u1〜w2が求められる。
In step S9, the current
最後のステップ11では、ドライバ部3で、三相電圧指令u1〜w2が内部の基準三角波形と比較され、前者が後者を超過している位相で通電するパルス幅制御信号U1〜W2が生成され、インバータ92に送出される。これにより、インバータ92が駆動され、直流電圧DVが断続されて各コイルU、V、Wに印加される。
In the
以上説明したステップ1〜ステップ11までの処理が、所定のサイクルタイムで繰り返される。三相交流モータ91を始動する際には、始めはロータの回転数RpsがゼロであるためステップS7で始動制御部63Sが機能し、ステップS8は行われない。その後、ロータの回転数Rpsが微少回転数R0に達した時点で、ステップS7に代わりステップ8で運転制御部63Dが機能する。
The processes from
次に、図4に示されステップS7で用いられる始動電流マップの作成手順について、図6を参考にして説明する。図6は、始動電流マップの作成手順を説明する図であり、(1)は2軸電流値一覧表、(2)は三相始動電流瞬時値一覧表である。始動電流マップの作成は、要求された特定始動トルクTRmを満たす2軸電流値idm、iqmを多数組リストアップする第1プロセス、ロータの回転位置θnを定めて2軸電流値idm、iqmを三相始動電流瞬時値IUmn、IVmn、IWmnに逆変換し、この瞬時値IUmn、IVmn、IWmn中の最大値Imaxが最小となる特定電流位相φmnを求める第2プロセス、特定電流位相φmnにおける2軸電流値idmn、iqmnを始動電流マップのデータセットとする第3プロセス、により行うことができる、 Next, the procedure for creating the starting current map shown in FIG. 4 and used in step S7 will be described with reference to FIG. FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a procedure for creating a starting current map, where (1) is a two-axis current value list and (2) is a three-phase starting current instantaneous value list. The starting current map is created by a first process of listing a large number of sets of two-axis current values idm and iqm that satisfy the required specific starting torque TRm, and determining the rotational position θn of the rotor and setting the two-axis current values idm and iqm to three. Phase conversion current instantaneous values IUmn, IVmn, IWmn are inversely converted, and a second process for obtaining a specific current phase φmn that minimizes the maximum value Imax among the instantaneous values IUmn, IVmn, IWmn, biaxial current in the specific current phase φmn A third process with values idmn, iqmn as the starting current map data set,
第1プロセスでは、まず、図5のトルク−電流特性図において、要求された始動トルクTRmを満たす対称三相のコイル電流の電流位相φiと実効値Iiの組を漏れなくリストアップする。次に、電流位相φiと実効値Iiの組をそれぞれ、dq軸上の2軸電流値idi、iqiに変換する。以上の手順を行うと、図6(1)に示される2軸電流値一覧表が得られる。 In the first process, first, in the torque-current characteristic diagram of FIG. 5, a set of current phases φi and effective values Ii of symmetrical three-phase coil currents that satisfy the required starting torque TRm is listed without omission. Next, the set of current phase φi and effective value Ii is converted into biaxial current values idi and iqi on the dq axis, respectively. When the above procedure is performed, a biaxial current value list shown in FIG. 6A is obtained.
次の第2プロセスでは、まず、ロータの回転位置θnを定め、2軸電流値一覧表中の多数組の2軸電流値idi、iqiを三相始動電流瞬時値IUi、IVi、IWiに逆変換する。これにより、図6(2)に示される三相始動電流瞬時値一覧表が得られる。次に、三相始動電流瞬時値一覧表の各段の電流位相φiごとに、三相始動電流瞬時値IUi、IVi、IWiのうちの最大値Imaxを求める。その次に、各段の最大値Imaxを大小比較して最小となっている段を見つけ、その段の電流位相φiを特定電流位相φmnとする。 In the next second process, first, the rotational position θn of the rotor is determined, and multiple sets of two-axis current values idi, iqi in the two-axis current value list are inversely converted into three-phase starting current instantaneous values IUi, IVi, IWi. To do. Thereby, a three-phase starting current instantaneous value list shown in FIG. 6B is obtained. Next, the maximum value Imax among the three-phase starting current instantaneous values IUi, IVi, and IWi is obtained for each current phase φi of each stage of the three-phase starting current instantaneous value list. Next, the maximum value Imax of each stage is compared in magnitude to find the minimum stage, and the current phase φi of that stage is set as the specific current phase φmn.
第3プロセスでは、図6(1)の2軸電流値一覧表に戻り、特定電流位相φmnにおける2軸電流値idmn、iqmnをピックアップする。そして、図4に示されるように、特定電流位相φmnおよび2軸電流値idmn、iqmnを、始動トルクTRmおよび回転位置θnでの始動電流マップのデータセットとする。 In the third process, returning to the biaxial current value list of FIG. 6A, the biaxial current values idmn and iqmn in the specific current phase φmn are picked up. Then, as shown in FIG. 4, the specific current phase φmn and the biaxial current values idmn and iqmn are used as a data set of the starting current map at the starting torque TRm and the rotational position θn.
この後、ロータの回転位置θnを変更してステップ2およびステップ3を繰り返すことにより、あらゆる回転位置θの条件で始動電流マップを作成できる。さらに、始動トルクTRmを変更してステップ1〜ステップ3を繰り返すことにより、あらゆる始動トルクTRおよび回転位置θを組み合わせた全ての始動条件に対応した図4の始動電流マップを作成できる。
Thereafter, by changing the rotational position θn of the rotor and repeating
上記の手順は、結局、要求された始動トルクTRmおよびロータの回転位置θnを満たす三相始動電流瞬時値の組み合わせを漏れなくリストアップし、その中から始動電流最小条件に適合した組み合わせを選択していることになる。 The above procedure eventually lists the combinations of the instantaneous values of the three-phase starting current that satisfy the required starting torque TRm and the rotational position θn of the rotor, and selects the combination that meets the minimum starting current condition. Will be.
次に、実施形態の制御装置1の作用、効果について、図5に示される特性の三相交流モータ91を始動する場合を例にして説明する。例として、ロータが回転位置θ=30°で停止した状態で、要求トルクTR=TA(Nm)が指令されて始動する場合を考える。始動制御部63Sを有しない従来の制御装置では、始動時も最大トルク/電流制御方式にしたがった制御が行われる。つまり、ロータの回転位置θ=30°に関係なく、図5で出力トルクTQ=TA(Nm)のライン上で.コイル電流実効値Iを最小とする動作点Bが求められて、電流制御演算以降の処理が行われる。動作点Bにおける電流位相φB=28°、実効値IB=250Armsである。これを換算した三相始動電流瞬時値はIUB=−242A、IVB=−190A、IWB=432Aとなり、最大値ImaxB=IWB=432Aとなる。
Next, the operation and effect of the
一方、本実施形態で求めた始動電流マップを用いる始動制御部63Sによれば、電流位相φC=15°、電流実効値IC=266Armsで始動することになる。これを換算した三相始動電流瞬時値はIUC=−398A、IVC=0A、IWC=398Aとなり、最大値ImaxC==IUC=IWC=398Aとなる。つまり、本実施形態によれば、始動の瞬間のコイル電流の実効値は250Aから266Aへ増加するが、電流瞬時値の最大値は432Aから398Aへと8%低減される。したがって、始動電流の一相への集中が緩和され、ステータコイルU、V、Wやインバータ92の半導体パワースイッチ素子に流れる電流が低減され、発熱などのストレスが減少しダメージを受けるおそれがなくなる。
On the other hand, according to the
なお、電流瞬時値の低減効果の比率は上記の例では8%であり、この比率は始動トルクTRmおよび回転位置θnに依存して変化する。 The ratio of the current instantaneous value reduction effect is 8% in the above example, and this ratio varies depending on the starting torque TRm and the rotational position θn.
また、本実施形態では、始動制御部63Sは始動電流マップを用いるようにしているので、始動制御に際して煩雑な演算処理を行う必要がなく、短いサイクルタイムで図3の制御フローを繰り返すことができる。
In the present embodiment, the
1:三相交流モータの制御装置
2:電子制御装置部
21:制御ロジック部 22:メモリ部 23:入力部 24:出力部
61:回転数演算部 62:三相/dq軸変換部
63:トルク/dq軸電流変換部 63S:始動制御部 63D:運転制御部
64:電流制御演算部 65:dq軸/三相変換部
3:ドライバ部
4:回転位置センサ
5U、5V:電流センサ
91:三相交流モータ U、V、W:ステータコイル
92:インバータ 93:直流電源
θ:回転位置 Rps:回転数 R0:微少回転数
IU、IV、IW:コイル電流
TR:要求トルク、始動トルク
idR、iqR:dq座標軸上の要求2軸電流
id、iq:dq座標軸上の2軸電流
ed、eq:電流偏差
vd、vq:電圧指示量
u1、u2、v1、v2、w1、w2:三相電圧指令
U1、U2、V1、V2、W1、W2:パルス幅制御信号
φ:電流位相 TQ:出力トルク I:コイル電流の実効値
1: Control device for three-phase AC motor 2: Electronic control device unit 21: Control logic unit 22: Memory unit 23: Input unit 24: Output unit 61: Rotational speed calculation unit 62: Three-phase / dq axis conversion unit 63: Torque / Dq axis
Claims (5)
前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記コイル電流を検出する電流検出手段と、
前記三相交流モータに要求される要求トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき所定の運転制御方式にしたがい制御出力信号を演算して前記インバータに送出する運転制御手段と、
前記三相交流モータを始動する際に、要求される始動トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき、前記所定の運転制御方式に代えて三相の始動電流瞬時値中の最大値を最小とする始動電流最小条件を満たす制御方式にしたがい前記制御出力信号を演算して前記インバータに送出する始動制御手段と、
を備えることを特徴とする三相交流モータの制御装置。 A control device for a three-phase AC motor that controls an inverter and supplies a coil current to the stator coil of a three-phase AC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a stator coil,
Position detecting means for detecting the rotational position of the rotor;
Current detection means for detecting the coil current;
Operation control means for calculating a control output signal in accordance with a predetermined operation control method based on the required torque required for the three-phase AC motor and the detected rotational position and the coil current, and sending the control output signal to the inverter;
When starting the three-phase AC motor, based on the required starting torque, the detected rotational position and the coil current, the maximum value among the instantaneous values of the three-phase starting current instead of the predetermined operation control method Starting control means for calculating the control output signal and sending it to the inverter according to a control method that satisfies the minimum starting current condition;
A control device for a three-phase AC motor, comprising:
前記ロータの回転位置および前記コイル電流を検出する検出ステップと、
前記三相交流モータに要求される要求トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき所定の運転制御方式にしたがい制御出力信号を演算して前記インバータに送出する運転制御ステップと、
前記三相交流モータを始動する際に、要求される始動トルクと検出した前記回転位置および前記コイル電流とに基づき、前記所定の運転制御方式に代えて三相の始動電流瞬時値中の最大値を最小とする始動電流最小条件を満たす制御方式にしたがい前記制御出力信号を演算して前記インバータに送出する始動制御ステップと、
を有することを特徴とする三相交流モータの制御方法。 A control method for a three-phase AC motor in which a coil current is supplied by controlling an inverter to the stator coil of a three-phase AC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a stator coil,
A detection step of detecting a rotational position of the rotor and the coil current;
An operation control step of calculating a control output signal in accordance with a predetermined operation control method based on the required torque required for the three-phase AC motor, the detected rotational position and the coil current, and sending the control output signal to the inverter;
When starting the three-phase AC motor, based on the required starting torque, the detected rotational position and the coil current, the maximum value among the instantaneous values of the three-phase starting current instead of the predetermined operation control method Starting control step of calculating the control output signal and sending it to the inverter according to the control method that satisfies the minimum starting current condition;
A control method for a three-phase AC motor, comprising:
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