JP5424250B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
この発明はモータ制御装置に関し、例えば複数相のコイルを備えた同期モータをセンサを用いることなく駆動できるようなモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, for example, a motor control device that can drive a synchronous motor including a plurality of phase coils without using a sensor.
空気調和機の室外ファン等は、ファンモータを駆動していない状態において自然風によって回転する。 An outdoor fan or the like of an air conditioner rotates by natural wind when the fan motor is not driven.
従来、ブラシレス直流モータを用いたファン駆動装置においては、ホール素子等のロータの回転位置を検出するセンサが設けられていた。そして、ファンの起動時にはこのセンサの出力信号に基づいてロータの回転位置を検出し、この回転位置に合わせてインバータを構成する各スイッチング素子への通電を制御する方式が採用されていた。そして、ファンを一旦停止させてモータを位置決めした後、起動を開始していた。この際、自然風で回転しているファンの回転数が高い場合にはファンの起動制御をせずにそのまま圧縮機を駆動していた。 Conventionally, a fan driving device using a brushless DC motor has been provided with a sensor for detecting the rotational position of a rotor such as a Hall element. Then, when the fan is started, a method of detecting the rotational position of the rotor based on the output signal of this sensor and controlling the energization to each switching element constituting the inverter in accordance with this rotational position has been adopted. Then, after the fan is temporarily stopped and the motor is positioned, starting is started. At this time, when the rotational speed of the fan rotating in the natural wind is high, the compressor is driven as it is without starting control of the fan.
近年、モータを駆動するに当たり、モータの回転位置を検出するホール素子などのセンサをなくし、部品点数を削減して部品故障による信頼性低下を抑制すると共に、コストダウンを図るセンサレス方式のモータ制御方式が採用されてきている。 In recent years, when driving a motor, a sensorless motor control system that eliminates sensors such as Hall elements that detect the rotational position of the motor, reduces the number of parts, reduces reliability due to component failure, and reduces costs. Has been adopted.
しかし、上述したファンモータの場合、圧縮機とは異なりファンそのものの負荷が軽いため、運転の停止中も自然風によって勝手に回転してしまう。このようなモータにセンサレスのモータを採用しようとすると、起動後においてはモータに流れる電流値から回転数を推定することができるが、起動前にはファンの回転状態が全く分からない状態から起動制御を実行することになる。 However, in the case of the fan motor described above, unlike the compressor, the load of the fan itself is light, so that it rotates freely by natural wind even when the operation is stopped. If you try to use a sensorless motor for such a motor, you can estimate the number of rotations from the value of the current flowing through the motor after startup, but before starting, control the startup from a state where the rotation state of the fan is not known at all Will be executed.
その場合、自然風が強く、ファンが高速で回転しているときにモータの起動を開始すると、モータ巻線に生じている誘起電圧により巻線及びインバータを構成するスイッチング素子に過大な電流が流れ、ロータの永久磁石が減磁されたり、スイッチング素子が破壊されたりするというような問題があり一旦モータを停止させる必要がある。 In that case, when the motor starts when the natural wind is strong and the fan is rotating at a high speed, an excessive current flows through the switching elements constituting the winding and the inverter due to the induced voltage generated in the motor winding. There is a problem that the permanent magnet of the rotor is demagnetized or the switching element is destroyed, and it is necessary to stop the motor once.
そこで、起動時あるいは起動制御に入る前に、インバータにおいて、スイッチング素子としてFETやIGBTが使用される場合、正側(以下、上相とも称する)アームを構成する3相分のスイッチング素子の駆動電源として負側(以下、下相とも称する)アームを構成するスイッチング素子をオン状態にして、モータを短絡状態としてブレーキング動作(回生制動)を実行する方式が採用されている。 Therefore, when an FET or IGBT is used as a switching element in the inverter at the time of starting or before entering the start-up control, the driving power supply for the switching element for three phases constituting the positive side (hereinafter also referred to as the upper phase) arm. As described above, a system is employed in which a switching element constituting a negative side (hereinafter also referred to as a lower phase) arm is turned on, and a braking operation (regenerative braking) is performed with the motor short-circuited.
特開2005−124330号公報においては、当該短絡状態とする際に素子に流れる電流を検出して、保護レベルを超える場合には、負側アームを構成するスイッチング素子をオフ状態に戻して、起動を停止させる方式が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-124330, the current flowing through the element when detecting the short circuit state is detected, and if the protection level is exceeded, the switching element constituting the negative arm is returned to the off state to start A method for stopping is disclosed.
しかしながら、上記の方式においては、仮に台風時の強風等で高速で回転している場合には、インバータの負側アームを形成する3相分のスイッチング素子をオン状態にした瞬間に、急激に大きな電流が流れるためモータの減磁や、駆動ICの保護を行うためには高速なCPUや、別途コンパレータが必要となりコストがかかるという問題がある。 However, in the above method, if the typhoon is rotating at a high speed due to strong winds or the like during the typhoon, the switching element for the three phases forming the negative arm of the inverter is suddenly turned on at the moment. Since current flows, there is a problem that a high-speed CPU and a separate comparator are required to demagnetize the motor and protect the drive IC, which is costly.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって簡易な方式でかつ、低コストで、モータの減磁や、駆動ICの保護することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a motor control device capable of demagnetizing a motor and protecting a drive IC at a low cost with a simple method. The purpose is to do.
本発明に係るモータ制御装置は、センサレスの多相モータと、スイッチング素子が3相ブリッジ接続され、モータに三相交流電力を供給するインバータと、多相モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、インバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、起動動作時にアーム短絡とするためにインバータの負側アームを形成する3相分のスイッチング素子をオン状態とするパルス信号を出力する。電流検出手段により検出された電流値に従ってインバータの負側アームを形成する3相分のスイッチング素子をオン状態とするパルス信号のデューティ比を調整する。 A motor control device according to the present invention includes a sensorless multi-phase motor, an inverter in which switching elements are connected in a three-phase bridge, and supplies three-phase AC power to the motor, and current detection means for detecting a current flowing through the multi-phase motor. And a control device for controlling the inverter. The control device outputs a pulse signal that turns on the switching elements for three phases that form the negative arm of the inverter in order to short-circuit the arm during the starting operation. According to the current value detected by the current detection means, the duty ratio of the pulse signal for turning on the switching elements for three phases forming the negative arm of the inverter is adjusted.
好ましくは、制御装置は、電流検出手段による多相モータのモータ相電流のゼロクロス周期を検出し、ゼロクロス周期に応じたモータ回転数が所定値以上である場合には、起動動作を終了する。 Preferably, the control device detects a zero cross cycle of the motor phase current of the multiphase motor by the current detection means, and ends the start-up operation when the motor rotation speed corresponding to the zero cross cycle is equal to or greater than a predetermined value.
本発明に係るモータ制御装置は、電流検出手段により検出された電流値に従ってインバータの負側に印加するパルス信号のデューティ比を調整するため起動動作の際の過電流を抑制してモータの減磁や、駆動ICを保護することができる。また、安全な電流レベルであると判断した場合にのみ、徐々にパルス信号のデューティ比を上昇させ、最終的には100%オン状態にすることで確実なブレーキング動作を実行することが可能となる。 The motor control device according to the present invention suppresses overcurrent at the start-up operation and adjusts the duty ratio of the pulse signal applied to the negative side of the inverter according to the current value detected by the current detection means, thereby demagnetizing the motor. In addition, the driving IC can be protected. Also, only when it is determined that the current level is safe, the duty ratio of the pulse signal is gradually increased, and finally it is possible to execute a reliable braking operation by turning it on 100%. Become.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を附してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1を用いて、本発明の実施の形態1に従うファン制御システムの全体構成について説明する。
(Embodiment 1)
The overall configuration of the fan control system according to the first embodiment of the present invention will be described using FIG.
図1を参照して、ここでは、ファン制御システムの一例として冷凍サイクル装置の構成が示されている。 Referring to FIG. 1, here, a configuration of a refrigeration cycle apparatus is shown as an example of a fan control system.
具体的には、交流電源51にインバータ52が接続されている。インバータ52は、交流を整流、平滑し、得られた直流を可変電圧可変周波数の交流に変換して出力する。そして、インバータ52に冷凍サイクルを構成する圧縮機53が接続されている。
Specifically, an
冷凍サイクルは、圧縮機53、四方弁54、室外熱交換器55、膨張弁56、室内熱交換器57、室外ファン58及び室内ファン59によって構成されている。
The refrigeration cycle includes a
室外ファン58は後述するようにファン8Fとモータ8Mとでなり、モータ8Mを制御するためのインバータ110を備えている。
As will be described later, the
インバータ110はモータ8Mの巻線電流を検出する電流検出回路111を付帯している。
The
また、室内ファン59の速度を制御するために速度制御回路112が設けられている。さらに、上述したインバータ52及び110を制御し、速度制御回路112に速度指令を与える制御部113を備え、この制御部113にはリモコン装置116からの信号を受信する受光部114と、異常を表示するための異常表示部115とが接続されている。制御部113はマイクロコンピュータユニット(以下、MCUと略称する)を含み、後述する演算処理を実行する。
A
図2を用いて、室外機117の主要部の構成について説明する。
図2を参照して、室外熱交換器55が配置され、右側部に圧縮機53が配置されており、室外熱交換器55の内側にファン8Fをモータ8Mが駆動する室外ファン8が装着され、A及びB矢印方向から外気を吸い込みC矢印方向に吐出することによって室外熱交換器55の熱交換を促進するように構成されている。
The configuration of the main part of the outdoor unit 117 will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 2, an
図3を用いて、本発明の実施の形態に従うモータ制御装置の概略構成について説明する。 A schematic configuration of the motor control device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3を参照して、モータ8Mと接続されるインバータ110とインバータ110を駆動する制御部113とにより構成されるモータ制御装置について説明する。
With reference to FIG. 3, a motor control device including an
交流電源4は、コンバータ回路3と接続される。コンバータ回路3は、交流を整流、平滑し直流電圧をインバータユニット2に供給する。インバータユニット2は、例えば、IGBTでなる6個のスイッチング素子Q1〜Q6が3相ブリッジ接続されている。すなわち、スイッチング素子Q1,Q4の直列接続回路と、スイッチング素子Q2,Q5の直列接続回路と、スイッチング素子Q3,Q6の直列接続回路とが並列接続され、その一端がコンバータ回路3の正極に接続され、他端がコンバータ回路3の負極に接続されている。
また、スイッチング素子Q4,Q5,Q6とコンバータ回路3の負極との間には、抵抗R1〜R3がそれぞれ設けられている。
Resistors R1 to R3 are provided between the switching elements Q4, Q5, Q6 and the negative electrode of the
モータ8Mの各相巻線に流れる電流を検出するために、スイッチング素子Q4,Q5のエミッタとコンバータ回路3の負極との間に設けられた抵抗R1〜R3に基づいてスイッチング素子Q4,Q5側に発生する電圧をそれぞれ増幅するオペアンプAP1,AP2が設けられる。
In order to detect the current flowing through each phase winding of the
このオペアンプAP1,AP2と抵抗R1〜R3とに基づいて電流検出回路111が構成されている。
A
このうち、スイッチング素子Q1〜Q3が上相アームを構成し、スイッチング素子Q4〜Q6が下相アームを構成している。 Among these, the switching elements Q1 to Q3 constitute an upper phase arm, and the switching elements Q4 to Q6 constitute a lower phase arm.
また、スイッチング素子Q1,Q4の相互接続点、スイッチング素子Q2,Q5の相互接続点、スイッチング素子Q3,Q6の相互接続点が、星形接続されたモータ8MのU,V,W相の外部接続導線に接続されている。
Further, the external connection of the U, V, and W phases of the
スイッチング素子Q1〜Q6のゲートには、後述するがMPU113で作成されたスイッチング素子のオン、オフ制御信号であるPWM信号(PWMパルスとも称する)が入力される。
As will be described later, a PWM signal (also referred to as a PWM pulse) that is an on / off control signal of the switching element created by the
電流検出回路111は、スイッチング素子Q4,Q5がオンしている期間にU,V相の電流が抵抗R1,R2にそれぞれに流れることにより発生する電圧V1、V2を検出する。
The
制御部113は、3相PWM制御部15と、PWM作成部17とを含む。
3相PWM制御部15は、オペアンプAP1,AP2を介して入力される電圧V1,V2に基づいて3相電流であるU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを算出する。W相電流Iwは、U相電流Iu、V相電流Ivに基づいて算出される。W相電流Iwは−(Iu+Iv)で算出される。
The three-phase
3相PWM制御部15は、起動、停止命令や、回転数指令などを受け取り、それに応じたPWMパルス幅(DUTY比)の指令をPWM作成部17へ送る。起動、停止命令、回転数指令等については、例えば、リモコン装置116から受光部114が受信した信号に基づいて図示しない制御部113の命令生成部により生成されるものである。あるいは、起動命令については、リモコン装置116等によらず、ファン制御システムの起動の際に制御部113が不揮発性記憶装置に記憶されたデータを読み込んだ際に当該命令等が与えられる場合であってもよい。
The three-phase
PWM作成部17は受け取った各相のPWMパルス幅(DUTY比)に応じたPWM信号を出力する。本例においては、一例として、PWMパルス周期として50μs(PWMパルス周波数20kHz)とする。
The
制御部113のPWM作成部17からのPWM信号によりスイッチング素子Q1〜Q6をスイッチングすることで、適度な駆動電圧がモータへ印加され、モータ8Mを所望の回転数に設定することができる。
By switching the switching elements Q1 to Q6 by the PWM signal from the
上記のように構成された本実施形態について、その起動時の動作について説明する。
室外ファンが停止状態にあればモータの相巻線に電圧は誘起されないので、インバータのスイッチング素子の電流は0である。
Regarding the present embodiment configured as described above, the operation at the time of activation will be described.
If the outdoor fan is in a stopped state, no voltage is induced in the phase winding of the motor, so the current of the inverter switching element is zero.
したがって、停止状態であればすぐに起動しても問題がないが、自然風によって室外ファンが回転している場合にはモータの巻線に電圧が誘起され、スイッチング素子をオン状態にすれば、モータの相巻線に正弦波電流が流れ、過電流が流れる場合には、モータの減磁や、駆動ICが破壊される可能性がある。 Therefore, if it is stopped, there is no problem even if it starts immediately, but if the outdoor fan is rotating by natural wind, a voltage is induced in the winding of the motor, and if the switching element is turned on, When a sine wave current flows through the phase winding of the motor and an overcurrent flows, the motor may be demagnetized or the drive IC may be destroyed.
図4を用いて、本発明の実施の形態1に従う起動時の動作について説明する。
まず、ファン停止状態から外部より起動命令を受け取ることで、3相PWM制御部15は、外部の風などによりフリーランしているモータ8Mにブレーキをかける動作を開始する。以下に示す処理は、主に制御部113の3相PWM制御部15およびPWM作成部17において実行される処理である。
With reference to FIG. 4, the operation at the time of startup according to the first embodiment of the present invention will be described.
First, by receiving an activation command from the outside in the fan stop state, the three-phase
具体的には、ステップS2において、3相PWM制御部15は、下相アームを構成するスイッチング素子Q4〜Q6へPWMパルスの出力を開始する。具体的には、それぞれ同値で適度なDUTY比、一例として初期値としてDUTY比が10%のPWMパルスをゲートに印加するようにPWM作成部17に指示する。
Specifically, in step S2, the three-phase
これにより、PWM作成部17は、下相アームを構成するスイッチング素子Q4〜Q6のゲートに例えばDUTY比が10%のPWMパルスを印加する。後述するが最終的には、DUTY比が100%のPWMパルスを印加する。本例においては、一例として、PWMパルス周期として50μs(PWMパルス周波数20kHz)であるためDUTY比が10%の場合には、一例としてスイッチング素子がオンする「H」レベル期間が5μsのPWMパルスが印加される。
As a result, the
これに伴い、スイッチング素子Q4〜Q6が非常に短い期間オン状態となり、モータは短絡状態となるためブレーキング動作(回生制動)が実行される。 Accordingly, switching elements Q4 to Q6 are turned on for a very short period of time, and the motor is short-circuited, so that a braking operation (regenerative braking) is performed.
そして、次に、3相PWM制御部15は、所定期間待機する(ステップS4)。
例えば、所定期間としては一例として3ms程度に設定する。
Next, the three-phase
For example, the predetermined period is set to about 3 ms as an example.
そして、次に、所定期間待機後において、3相PWM制御部15は、各相電流の絶対値が閾値、例えば1Aを超えるかどうかを判断する(ステップS6)。
Then, after waiting for a predetermined period, the three-phase
そして、3相PWM制御部15は、各相電流の絶対値がしきい値を超えないと判断した場合(ステップS6においてYES)には、次のステップS8に進む。
When the three-phase
一方、3相PWM制御部15は、各相電流の絶対値がしきい値を越えると判断した場合(ステップS6においてNO)には、再びステップS4に戻り、DUTY比を維持した状態で上記処理を繰り返す。
On the other hand, if the three-phase
次に、ステップS8において、3相PWM制御部15は、現在のDUTY比が100%になったかどうかを判断する。
Next, in step S8, the three-phase
そして、ステップS8において、3相PWM制御部15は、現在のDUTY比が100%となった場合には、ブレーキング動作を終了する(エンド)。
In step S8, when the current DUTY ratio reaches 100%, the three-phase
一方、ステップS8において、3相PWM制御部15は、現在のDUTY比が100%となっていない場合には、3相PWM制御部15は、DUTY比を+1%上昇させて、ステップS2に戻り、3相PWM制御部15の指示に従ってPWM作成部17は、下相アームを構成するスイッチング素子Q4〜Q6のゲートにPWMパルスを印加する。そして、上記の処理を繰り返す。
On the other hand, in step S8, if the current DUTY ratio is not 100%, the three-phase
したがって、PWMパルスを印加した場合に、各相電流の絶対値が閾値を超えない場合には、徐々にDUTY比が上昇することになる。 Accordingly, when the PWM pulse is applied and the absolute value of each phase current does not exceed the threshold value, the DUTY ratio gradually increases.
そして、DUTY比が100%となった場合に、ブレーキング動作が終了する。
なお、ステップS6での各相電流の絶対値と比較する閾値については、本例においては1Aを設定したが、これに限られずモータの減磁電流や駆動ICの最大定格値から十分余裕を確保した値に設定する。
Then, when the DUTY ratio reaches 100%, the braking operation ends.
The threshold value to be compared with the absolute value of each phase current in step S6 is set to 1A in this example, but is not limited to this, and a sufficient margin is secured from the demagnetizing current of the motor and the maximum rated value of the driving IC. Set the value to
また、初期のDUTY比、上昇させるDUTY比の割合および、ステップS4における所定期間については、起こりうる逆風による回転数、モータ定数により適切な値に設定する。 Further, the initial DUTY ratio, the ratio of the DUTY ratio to be increased, and the predetermined period in step S4 are set to appropriate values depending on the number of revolutions caused by the headwind and the motor constant.
当該処理により、初期において、スイッチング素子Q4〜Q6は非常に短い期間オン状態となり、モータに流れる電流は、DUTY比が100%の場合の1/10程度となる。 By this processing, initially, the switching elements Q4 to Q6 are turned on for a very short period, and the current flowing through the motor is about 1/10 of the case where the DUTY ratio is 100%.
そして、モータは短絡状態となるためブレーキング動作を実行するとともに、仮に短絡状態における各相電流の値が大きい場合には、低いDUTY比を維持したPWMパルスが印加されるため短絡状態において過大な電流がモータに流れてモータを減磁させたり、駆動IC等の回路素子を破壊してしまうことを回避することが可能となり、安全な起動動作を実行することが可能となる。 Since the motor is in a short-circuited state, a braking operation is performed, and if each phase current value in the short-circuited state is large, a PWM pulse that maintains a low DUTY ratio is applied, so that the motor is excessive in the short-circuited state. It is possible to avoid a current flowing through the motor to demagnetize the motor or to destroy a circuit element such as a driving IC, and a safe starting operation can be performed.
(実施の形態2)
上記の実施の形態1においては、起動動作で実行されるブレーキ動作において、印加するPWMパルスのDUTY比を徐々に上昇させる方式について説明したが、本例においては、ブレーキ動作中においてモータの回転数を検出する場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment described above, the method of gradually increasing the DUTY ratio of the PWM pulse to be applied in the braking operation executed in the starting operation has been described. However, in this example, the rotational speed of the motor during the braking operation is described. The case of detecting the will be described.
図5を用いて、本発明の実施の形態2に従うU相電流の波形について説明する。
図5を参照して、例えば、ブレーキ動作開始後、U相電流の最初のゼロクロスから次のゼロクロスまでの周期T1(s)をマイコン内部のタイマにより計測する。そして、仮にモータが相対数4極であればモータの回転数は次式で示される。
The waveform of the U-phase current according to the second embodiment of the present invention will be described using FIG.
Referring to FIG. 5, for example, after the braking operation is started, a cycle T1 (s) from the first zero cross of the U-phase current to the next zero cross is measured by a timer inside the microcomputer. If the motor has a relative number of 4 poles, the rotational speed of the motor is expressed by the following equation.
N(rpm)=60/(2×4×T1)
これにより、ゼロクロスの周期T1に基づいてモータの回転数を把握することが可能となる。
N (rpm) = 60 / (2 × 4 × T1)
As a result, the rotational speed of the motor can be grasped based on the zero-cross cycle T1.
なお、本例においては、検出する電流相はU相である場合について説明するが、特に、U相に限られずV,Wいずれの相であってもよい。 In this example, the case where the current phase to be detected is the U phase will be described. However, the phase is not limited to the U phase, and may be either the V phase or the W phase.
また、ブレーキ動作開始後、最初のゼロクロスを検出した相を使用すれば最も早く回転数を検出することが可能である。 In addition, if the phase in which the first zero cross is detected is used after the start of the braking operation, it is possible to detect the rotational speed earliest.
また、モータの磁気ヒステリシス特性よる相電流波形の歪みの影響を回避するため、最初のゼロクロスではなく、2回目あるいは3回目のゼロクロス周期から算出するようにしても良い。 Further, in order to avoid the influence of the distortion of the phase current waveform due to the magnetic hysteresis characteristic of the motor, the calculation may be performed not from the first zero cross but from the second or third zero cross period.
図6を用いて、本発明の実施の形態2に従う起動時の動作について説明する。
まず、ファン停止状態から外部より起動命令を受け取ることで、3相PWM制御部15は、外部の風などによりフリーランしているモータ8Mにブレーキをかける動作を開始する。
Using FIG. 6, the operation at the time of startup according to the second embodiment of the present invention will be described.
First, by receiving an activation command from the outside in the fan stop state, the three-phase
具体的には、ステップS12において、3相PWM制御部15は、下相アームを構成するスイッチング素子Q4〜Q6へPWMパルスの出力を開始する。具体的には、それぞれ同値で適度なDUTY比、一例として初期値としてDUTY比が10%のPWMパルスをゲートに印加するようにPWM作成部17に指示する。
Specifically, in step S12, the three-phase
これにより、PWM作成部17は、下相アームを構成するスイッチング素子Q4〜Q6のゲートに例えばDUTY比が10%のPWMパルスを印加する。後述するが最終的には、DUTY比が100%のPWMパルスを印加する。
As a result, the
これに伴い、スイッチング素子Q4〜Q6が非常に短い期間オン状態となり、モータは短絡状態となるためブレーキング動作(回生制動)が実行される。また、回転数検出フラグをクリア(OFF)に設定する。 Accordingly, switching elements Q4 to Q6 are turned on for a very short period of time, and the motor is short-circuited, so that a braking operation (regenerative braking) is performed. Further, the rotation speed detection flag is set to clear (OFF).
そして、次に、3相PWM制御部15は、インターバルタイマをクリア(初期化)して、タイマをスタートさせる(ステップS14)。
Then, the three-phase
次に、3相PWM制御部15は、回転数検出フラグがオン(ON)になっているかどうかを判断する(ステップS15)。ステップS15において回転数検出フラグがオン(ON)となっていないすなわちオフ(OFF)であると判断した場合(ステップS15においてNO)には、次のステップS16に進む。
Next, the three-phase
一方、回転数検出フラグがオン(ON)であると判断した場合(ステップS15においてYES)には、ステップS28に進む。 On the other hand, when it is determined that the rotation speed detection flag is ON (YES in step S15), the process proceeds to step S28.
そして、次に、3相PWM制御部15は、回転数検出フラグがオン(ON)でない、すなわちオフ(OFF)であると判断した場合には、次に、ゼロクロス周期を検出したかどうかを判断する(ステップS16)。
Then, when the three-phase
ゼロクロス周期を検出したと判断した場合には、次のステップS18に進み、ゼロクロス周期を検出しないと判断した場合には、ステップS28に進む。 If it is determined that the zero-cross cycle has been detected, the process proceeds to the next step S18. If it is determined that the zero-cross cycle has not been detected, the process proceeds to step S28.
ゼロクロス周期を検出したと判断した場合(ステップS16においてYES)には、短絡状態におけるゼロクロス周期に従って回転数を算出するとともに、回転数検出フラグをオン(ON)に設定する(ステップS18)。回転数検出フラグをオンに設定することにより一度ゼロクロス周期に従って回転数を算出した場合には、次回以降はステップS15において回転数検出フラグがオンであるため回転数の算出を行うことなくステップS28に進む。本例における回転数の算出は、異常な回転か否かを判定するために用いるものであり、一度回転数を算出して異常な回転か否かを判断できれば十分だからである。そして、当該処理により、次回以降は、回転数の算出を省略することによりDUTY比の調整を高速に実行することが可能である。 If it is determined that the zero-cross cycle has been detected (YES in step S16), the rotational speed is calculated according to the zero-cross cycle in the short-circuit state, and the rotational speed detection flag is set to ON (step S18). When the rotation speed is once calculated according to the zero cross cycle by setting the rotation speed detection flag to ON, the rotation speed detection flag is turned on in step S15 and the process proceeds to step S28 without calculating the rotation speed. move on. The calculation of the rotation speed in this example is used to determine whether or not the rotation is abnormal, and it is sufficient if the rotation speed is once calculated to determine whether or not the rotation is abnormal. With this process, it is possible to adjust the duty ratio at a high speed by omitting the calculation of the rotation speed from the next time onward.
そして、3相PWM制御部15は、次に、回転数が200rpmを越えるかどうかを判断する(ステップS20)。
Then, the three-phase
3相PWM制御部15は、回転数が200rpmを越えると判断した場合には、ステップS22に進む。
If the three-phase
そして、ステップS22において、3相PWM制御部15は、下相アームを構成するスイッチング素子Q4〜Q6へのPWMパルスの印加を停止する。例えば、PWM作成部17に指示してPWMパルスの作成の停止を指示する。あるいは、スイッチング素子をオフする信号を出力するように指示する。
In step S22, the three-phase
そして、所定期間待機する(ステップS24)。例えば、所定期間は、システムに応じて数秒程度に設定することが可能である。 Then, it waits for a predetermined period (step S24). For example, the predetermined period can be set to about several seconds depending on the system.
そして、所定期間待機後、再び、ステップS12に戻り、初期状態から上記したのと同様の処理を繰り返す。 Then, after waiting for a predetermined period, the process returns to step S12 again, and the same processing as described above is repeated from the initial state.
すなわち、ブレーキング動作開始後、回転数を算出して、所定の回転数以上である場合には、無理な起動には適さないと判断して、しばらく待機する。そして、所定期間が経過した後、再起動を実行するものである。 That is, after starting the braking operation, the rotational speed is calculated. If the rotational speed is equal to or higher than the predetermined rotational speed, it is determined that it is not suitable for an unreasonable start-up and waits for a while. Then, after a predetermined period has elapsed, restart is executed.
一方、ステップS20において、回転数が200rpmを越えないと判断した場合には、次に、インターバルタイマが3msを越えたかどうかを判断する(ステップS28)。 On the other hand, if it is determined in step S20 that the rotational speed does not exceed 200 rpm, it is next determined whether or not the interval timer has exceeded 3 ms (step S28).
インターバルタイマが3msを越えたと判断した場合には、次のステップS30に進む。一方、インターバルタイマが3msを越えないと判断した場合には、ステップS15に戻り、上記で説明した処理を繰り返す。 If it is determined that the interval timer has exceeded 3 ms, the process proceeds to the next step S30. On the other hand, if it is determined that the interval timer does not exceed 3 ms, the process returns to step S15 and the above-described processing is repeated.
そして、インターバルタイマが3msを越えた場合に、各相電流の絶対値が閾値、例えば1Aを超えるかどうかを判断する(ステップS30)。 Then, when the interval timer exceeds 3 ms, it is determined whether or not the absolute value of each phase current exceeds a threshold, for example, 1A (step S30).
そして、各相電流の絶対値がしきい値を超えないと判断された場合には、次のステップS32に進む。 When it is determined that the absolute value of each phase current does not exceed the threshold value, the process proceeds to the next step S32.
一方、各相電流の絶対値がしきい値を越えると判断された場合には、再びステップS14に戻り、DUTY比を維持した状態で上記処理を繰り返す。すなわち、インターバルタイマをクリアするとともに、タイマをスタートさせる。 On the other hand, if it is determined that the absolute value of each phase current exceeds the threshold value, the process returns to step S14, and the above process is repeated with the DUTY ratio maintained. That is, the interval timer is cleared and the timer is started.
ステップS32において、現在のDUTY比が100%になったかどうかを判断する。
そして、ステップS32において、現在のDUTY比が100%となった場合には、ブレーキング動作を終了する(エンド)。
In step S32, it is determined whether or not the current DUTY ratio has reached 100%.
In step S32, when the current DUTY ratio becomes 100%, the braking operation is ended (END).
一方、ステップS32において、現在のDUTY比が100%となっていない場合には、3相PWM制御部15は、DUTY比を+1%上昇させる(ステップS34)。そして、再び、ステップS14に戻り、インターバルタイマをクリアにするとともに、DUTY比を1%上昇させたPWMパルスが出力されて上記と同様の動作を繰り返す。
On the other hand, if the current DUTY ratio is not 100% in step S32, the three-phase
なお、ステップS30での各相電流の絶対値と比較する閾値については、本例においては1Aを設定したが、これに限られずモータの減磁電流や駆動ICの最大定格値から十分余裕を確保した値に設定する。 The threshold value to be compared with the absolute value of each phase current in step S30 is set to 1A in this example, but is not limited to this, and a sufficient margin is secured from the demagnetizing current of the motor and the maximum rated value of the driving IC. Set the value to
また、初期のDUTY比、上昇させるDUTY比の割合および、ステップS28におけるインターバルタイマ等については、起こりうる逆風による回転数、モータ定数により適切な値に設定する。 The initial DUTY ratio, the ratio of the DUTY ratio to be increased, the interval timer in step S28, and the like are set to appropriate values depending on the number of rotations caused by the headwind and the motor constant.
すなわち、上記で説明したPWMパルスのDUTY比の調整の前に回転数を計測して、DUTY比の調整に適さない程の高回転でモータが逆回転あるいは順回転しているような場合には、無理な起動をしてモータに高負荷を掛けることを防止し、回転が収まるまで待機する適切な処置を取ることが可能となる。 That is, when the rotational speed is measured before the adjustment of the DUTY ratio of the PWM pulse described above, the motor is rotating backward or forward at a high speed that is not suitable for the adjustment of the DUTY ratio. Therefore, it is possible to prevent the motor from being overloaded and to apply a high load to the motor, and to take appropriate measures to wait until the rotation is settled.
本発明の実施の形態2において、ファンなど起動時に逆風などの影響で、逆回転フリーラン状態であっても、急激にモータ電流が流れることを抑えることができ、過電流によるモータ減磁や駆動ICの破壊などを回避できる。
In
また、安全な電流レベルだと判断した場合にのみ、徐々にそのスイッチングのDUTY比を上昇させ、最終的には100%オン状態にすることで確実なブレーキングも可能となる。 Further, only when it is determined that the current level is safe, the switching DUTY ratio is gradually increased, and finally, 100% ON state is achieved, so that reliable braking is possible.
さらに、モータ相電流のゼロクロス周期を検出することにより、回転数を推測することもでき、無理な起動およびブレーキングを素早く抑止することができる。 Furthermore, by detecting the zero-crossing period of the motor phase current, the rotational speed can be estimated, and excessive starting and braking can be quickly suppressed.
そして、上記の機能を、モータ位置センサや誘起電圧検知回路、高速なCPUを使用せず、安価に実現することが可能である。 The above functions can be realized at low cost without using a motor position sensor, an induced voltage detection circuit, or a high-speed CPU.
なお、上記の各実施形態においては、冷凍サイクル装置としての空気調和機について説明したが、空気調和機に限らず主要部がこれと同様に構成された給湯機等、他の冷凍サイクル装置にも適用することが可能である。 In each of the above-described embodiments, the air conditioner as a refrigeration cycle apparatus has been described. However, the present invention is not limited to an air conditioner, but may be applied to other refrigeration cycle apparatuses such as a water heater whose main part is similarly configured. It is possible to apply.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
8M モータ、2 インバータユニット、3 コンバータ回路、4,51 交流電源、8F ファン、15 3相PWM制御部、17 PWM作成部、52,110 インバータ、53 圧縮機、54 四方弁、55 室外熱交換器、56 膨張弁、57 室内熱交換器、58 室外ファン、59 室内ファン、111 電流検出回路、112 速度制御回路、113 制御部、114 受光部、115 異常表示部、116 リモコン装置。 8M motor, 2 inverter unit, 3 converter circuit, 4, 51 AC power supply, 8F fan, 15 3-phase PWM control unit, 17 PWM creation unit, 52, 110 inverter, 53 compressor, 54 four-way valve, 55 outdoor heat exchanger , 56 expansion valve, 57 indoor heat exchanger, 58 outdoor fan, 59 indoor fan, 111 current detection circuit, 112 speed control circuit, 113 control unit, 114 light receiving unit, 115 abnormality display unit, 116 remote control device.
Claims (2)
スイッチング素子が3相ブリッジ接続され、前記モータに三相交流電力を供給するインバータと、
前記多相モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記インバータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
起動動作時にアーム短絡とするために前記インバータの負側アームを形成する3相分のスイッチング素子をオン状態とする所定のデューティ比のパルス信号を出力し、
その後所定期間経過毎に、前記電流検出手段により検出された電流値が所定値未満となるまで前記所定のデューティ比のパルス信号を出力し、所定値未満となった場合に前記パルス信号のデューティ比を調整する、モータ制御装置。 Sensorless multi-phase motor,
An inverter having a switching element connected in a three-phase bridge and supplying three-phase AC power to the motor;
Current detection means for detecting current flowing in the multiphase motor;
A control device for controlling the inverter,
The control device includes:
Outputting a pulse signal having a predetermined duty ratio for turning on the switching elements for three phases forming the negative arm of the inverter in order to short-circuit the arm at the start-up operation;
After that, every time a predetermined period elapses, a pulse signal of the predetermined duty ratio is output until the current value detected by the current detection means becomes less than the predetermined value, and when the current value is less than the predetermined value, the duty ratio of the pulse signal Adjust the motor control device.
前記電流検出手段による前記多相モータのモータ相電流のゼロクロス周期を検出し、
前記ゼロクロス周期に応じたモータ回転数が所定値以上である場合には、前記起動動作を終了する、請求項1記載のモータ制御装置。 The control device includes:
Detecting a zero-cross cycle of the motor phase current of the multiphase motor by the current detection means;
The motor control device according to claim 1, wherein when the motor rotation speed corresponding to the zero cross cycle is equal to or greater than a predetermined value, the start-up operation is terminated.
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