JP5517851B2 - Refrigeration equipment having a motor control device and a compressor drive device using the motor control device - Google Patents

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Description

本発明は、モータ制御装置、モータ制御装置を用いた圧縮機駆動装置を備えた冷凍機器に関する。
The present invention, a motor control device, a refrigeration apparatus including a compressor driving apparatus using the motor controller.

従来のモータ制御装置として、以下の方式が知られている。   The following methods are known as conventional motor control devices.

位置決めモードとして、特定の相に電流を通電することにより回転子の位置決めを行う。次に、同期運転モードとして、永久磁石モータの回転角度位置の情報を用いずに同期モータを駆動して、インバータの出力周波数を徐々に高めて、上記位置決め状態からある回転数まで加速する。次に、上記回転数にて運転モードを位置フィードバック運転モードに移行し、磁極位置の推定値もしくは磁極位置センサ等による回転角度位置の情報を用いて運転する。   As a positioning mode, the rotor is positioned by passing a current through a specific phase. Next, as a synchronous operation mode, the synchronous motor is driven without using information on the rotational angle position of the permanent magnet motor, and the output frequency of the inverter is gradually increased to accelerate from the positioning state to a certain rotational speed. Next, the operation mode is shifted to the position feedback operation mode at the number of rotations, and the operation is performed using the estimated value of the magnetic pole position or the information on the rotation angle position by the magnetic pole position sensor or the like.

また、負荷トルクによらず一様な加速特性を実現するための技術として、特開2007−37352号公報(特許文献1)に記載の以下の方式が知られている。   Further, as a technique for realizing uniform acceleration characteristics regardless of load torque, the following method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-37352 (Patent Document 1) is known.

同期運転モード中に永久磁石モータのトルクに比例する値の推定演算を行い、前記トルクに比例する値を基に制御定数を設定し、前記位置フィードバック運転モードに移行する。次に、同期運転モード中に、位置決め時に通電した電流位相における第1の電流と、回転方向に90度進んだ位相での第2の電流との比率を順次変えていき、位置フィードバック運転モード移行時には、第1の電流及び第2の電流指令値に一定の初期値を設定する。   During the synchronous operation mode, an estimation calculation of a value proportional to the torque of the permanent magnet motor is performed, a control constant is set based on the value proportional to the torque, and the mode shifts to the position feedback operation mode. Next, during the synchronous operation mode, the ratio of the first current in the current phase energized during positioning and the second current in the phase advanced by 90 degrees in the rotation direction is sequentially changed to shift to the position feedback operation mode. Sometimes, a fixed initial value is set for the first current and the second current command value.

特開2007−37352号公報JP 2007-33752 A

特許文献1に記載の制御方式は、同期運転モード中に電流指令値を変化させ、位置フィードバック運転モードに切り替えた際の速度変動を抑制するものであり、位置フィードバック運転中に負荷トルクが大きく変化した場合に発生する速度変動への対策法については記載がない。   The control method described in Patent Document 1 changes the current command value during the synchronous operation mode and suppresses the speed fluctuation when switching to the position feedback operation mode, and the load torque changes greatly during the position feedback operation. There is no description on how to deal with the speed fluctuations that occur.

従来のモータ制御方式では、その制御ループの構成上、自動速度制御器(Automatic Speed Regulator。以下、「ASR」という。)の応答周波数は、自動電流制御器(Automatic Current Regulator。以下、「ACR」という。)よりも十分に低く設定する必要がある。   In the conventional motor control system, due to the configuration of the control loop, the response frequency of the automatic speed regulator (hereinafter referred to as “ASR”) is the automatic current regulator (hereinafter referred to as “ACR”). It is necessary to set it sufficiently lower than.

そのため、従来のモータ制御方式では、位置フィードバック運転モード中に、負荷トルクと加速トルクの和から求まるモータを回転させるために必要な出力トルク(以下、必要トルクとする)が大きく変化した場合、ASRの応答がその変化に追従しきれず制御が不安定となる。   Therefore, in the conventional motor control system, when the output torque (hereinafter referred to as required torque) required to rotate the motor obtained from the sum of the load torque and the acceleration torque greatly changes during the position feedback operation mode, The response cannot follow the change and the control becomes unstable.

そこで本発明は、位置フィードバック運転モード中に必要トルクが急激かつ大きく変化した場合に発生する速度変動を抑制し、必要トルクの変化に対して一様な安定性を持つ制御構成を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a control configuration that suppresses speed fluctuations that occur when the required torque changes suddenly and greatly during the position feedback operation mode, and that has uniform stability against changes in the required torque. Objective.

前記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、永久磁石モータのトルクに係る電気量である電流指令値又は電流指令値に係る値を演算する演算手段と、前記電流指令値又は電流指令値に係る値を入力とする電流制御器と、前記電流制御器の出力を入力とする電圧指令値作成器と、前記電圧指令値作成器の出力に従って前記永久磁石モータに電圧を印加する電力変換回路とを備えたモータ制御装置において、位置フィードバック運転モード中に前記永久磁石モータのトルクが急激に変化あるいは変動が安定するタイミングをトリガとし、前記トルクが急激に小さくなるタイミングのトリガに合わせて、q軸電流指令値又は速度制御器の積分項を、変化後の必要トルクを出力するのに必要なq軸電流値に設定する、または、前記トルクの変動が安定するタイミングのトリガに合わせて、q軸電流指令値の下限値を下限リミット値に制限する下限リミット機能をOFFにする、または、前記トルクの変動が安定するタイミングのトリガに合わせて、q軸電流指令値に、q軸検出電流とqc軸電流加算判定値との差分を加算する加算機能をOFFにする、ことを特徴する。 In order to solve the problem, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problem. To give an example, a calculation means for calculating a current command value that is an electric quantity related to the torque of the permanent magnet motor or a value related to the current command value ; a current controller which receives the value of the said current command value or current command value, a voltage command value generator which receives the output of the current controller, the permanent magnet motor according to an output of said voltage command value generator In a motor control device having a power conversion circuit for applying a voltage to the motor, the torque is suddenly reduced by using a timing when the torque of the permanent magnet motor suddenly changes or fluctuates during the position feedback operation mode as a trigger. The q-axis current command value or the integral term of the speed controller is set to the q-axis current value necessary to output the necessary torque after the change according to the timing trigger. Alternatively, the lower limit function for limiting the lower limit value of the q-axis current command value to the lower limit value is turned OFF or the timing at which the torque fluctuation becomes stable is synchronized with the trigger of the timing at which the torque fluctuation becomes stable. According to the trigger, the addition function for adding the difference between the q-axis detection current and the qc-axis current addition determination value to the q-axis current command value is turned off .

本発明によれば、位置フィードバック運転モード中に必要トルクが急激かつ大きく変化した場合に発生する速度変動を抑制し、必要トルクの変化に対して一様な安定性を持つ制御構成を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a control configuration that suppresses speed fluctuations that occur when the required torque changes suddenly and greatly during the position feedback operation mode, and that has uniform stability against changes in the required torque. Can do.

本発明の一実施例に係わるモータ制御装置の制御構成図である。It is a control block diagram of the motor control apparatus concerning one Example of this invention. 電力変換回路の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of a power converter circuit. d軸及びq軸電流制御器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a d-axis and q-axis current controller. 速度制御器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a speed controller. 各運転モードへの遷移と特徴を説明するための簡略図である。It is a simplified diagram for explaining transition to each operation mode and features. 位置フィードバック運転中に必要トルクが急激に小さくなった場合の試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result when required torque becomes small rapidly during position feedback driving | operation. 本発明における速度制御器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the speed controller in this invention. 本発明による効果を示す試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result which shows the effect by this invention. 本発明の一実施例に係わるモータ制御装置の制御構成図である。It is a control block diagram of the motor control apparatus concerning one Example of this invention. 本発明における速度制御器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the speed controller in this invention. レシプロ式圧縮機における、負荷トルクの変動現象を説明するための一例を示す図である。It is a figure which shows an example for demonstrating the fluctuation phenomenon of the load torque in a reciprocating compressor. 本発明が解決しようとする課題の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the subject which this invention tends to solve. 本発明による効果を示す試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result which shows the effect by this invention. 本発明の一実施例に係わるモータ制御装置の制御構成図である。It is a control block diagram of the motor control apparatus concerning one Example of this invention. 本発明における速度制御器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the speed controller in this invention. 本発明による効果を示す試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result which shows the effect by this invention. 本発明の一実施例に係わるモータ制御装置の制御構成図である。It is a control block diagram of the motor control apparatus concerning one Example of this invention. 本発明における速度制御器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the speed controller in this invention. 本発明による効果を示す試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result which shows the effect by this invention. 本発明による効果を示す試験結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the test result which shows the effect by this invention. 本発明を冷蔵庫の圧縮機駆動用モータの制御装置に適用した際の冷蔵庫の模式図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the schematic diagram of a refrigerator at the time of applying this invention to the control apparatus of the compressor drive motor of a refrigerator.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例では、位置フィードバック運転モードの位置情報は、モータ電圧指令とモータ電流情報から得る位置センサレス制御を行うものとして、永久磁石モータの回転子の磁束方向の位置をd軸、それから回転方向に90度進んだq軸からなるd−q軸実回転座標系(モータ軸)に対して、制御上の仮想回転子位置dc軸と、それから回転方向に90度進んだ制御上の位置qc軸からなる制御上のdc−qc制御回転座標系での制御を基本としている。なお、これ以降dc−qc座標軸を単に制御軸と呼ぶ。   In this embodiment, the position information in the position feedback operation mode is the position sensorless control obtained from the motor voltage command and the motor current information, and the position of the permanent magnet motor rotor in the magnetic flux direction is set to the d axis and then to the rotation direction. With respect to the dq-axis real rotation coordinate system (motor axis) consisting of the q-axis advanced by 90 degrees, from the control virtual rotor position dc-axis and from the control position qc-axis advanced by 90 degrees in the rotation direction. The control based on the dc-qc control rotating coordinate system is based on the following control. Hereinafter, the dc-qc coordinate axis is simply referred to as a control axis.

また、モータとしてd−q軸インダクタンスの差が小さい非突極型永久磁石モータを例に挙げ、リラクタンストルクの発生はないものとして説明するが、本実施例の内容は非突極型永久磁石モータに限られるものではない。   In addition, a non-salient pole type permanent magnet motor having a small difference in dq axis inductance will be described as an example of the motor, and it will be described that no reluctance torque is generated. It is not limited to.

以下、本発明の第1の実施形態について、図を用いて説明する。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係るモータ制御装置の制御構成図である。モータ制御装置1は大きく分けて、電流検出手段2と、制御部4と電力変換回路5によって構成される。   FIG. 1 is a control configuration diagram of a motor control device according to the present invention. The motor control device 1 is roughly divided into a current detection unit 2, a control unit 4, and a power conversion circuit 5.

電流検出手段2は、モータに流れる3相の交流電流の内、U相およびW相に流れる電流IuとIwを検出するモータ電流検出手段6a,6bから構成される。   The current detection means 2 includes motor current detection means 6a and 6b for detecting currents Iu and Iw flowing in the U phase and the W phase among the three-phase AC current flowing in the motor.

モータ電流検出手段6a,6bの一つの例として、シャント抵抗を用いて電流を電圧に変換する方法がある。この場合、シャント抵抗を2つ使用する2シャント電流検出あるいはインバータ20の直流側に付加したシャント抵抗を1つ使用する1シャント電流検出のどちらの方法を用いても良い。   As an example of the motor current detection means 6a, 6b, there is a method of converting a current into a voltage using a shunt resistor. In this case, either of two shunt current detection using two shunt resistors or one shunt current detection using one shunt resistor added to the DC side of the inverter 20 may be used.

制御部4は、主に、軸誤差演算器8,PLL制御器10,速度制御器12a,電流制御器15aおよび15b、電圧指令値作成器16,dq/3相変換器17,3相/dq変換器7から構成される。   The control unit 4 mainly includes an axis error calculator 8, a PLL controller 10, a speed controller 12a, current controllers 15a and 15b, a voltage command value generator 16, a dq / 3-phase converter 17, and a three-phase / dq. It is composed of a converter 7.

3相/dq変換器7は、モータ電流検出手段6a,6bと検出したモータ電流を推定磁極位置θdcを入力とし、3相軸から制御軸へと座標変換してd軸検出電流Idcおよびq軸検出電流Iqcを出力する。   The three-phase / dq converter 7 receives the motor current detection means 6a, 6b and the estimated magnetic pole position θdc as an input, and performs coordinate conversion from the three-phase axis to the control axis to convert the d-axis detection current Idc and the q-axis. The detection current Iqc is output.

軸誤差演算器8は、d軸検出電流Idcおよびq軸検出電流Iqcと、d軸およびq軸電圧指令値(Vd*およびVq*)と、インバータ周波数指令値ω1*または周波数指令値ω*を入力とし、永久磁石モータ6の回転子の実回転位置(実回転座標軸)と仮想回転位置(制御軸)との位置誤差(軸誤差Δθc)を出力する。 The axis error calculator 8 calculates the d-axis detection current Idc and the q-axis detection current Iqc, the d-axis and q-axis voltage command values (Vd * and Vq * ), the inverter frequency command value ω1 * or the frequency command value ω * . As an input, a position error (axis error Δθc) between the actual rotation position (actual rotation coordinate axis) of the rotor of the permanent magnet motor 6 and the virtual rotation position (control axis) is output.

PLL制御器10は、軸誤差Δθcと軸誤差指令値Δθ*(通常はゼロ)との差を減算器9aで求め、これがゼロになるようにインバータ周波数指令値ω1*を出力する。 The PLL controller 10 obtains the difference between the shaft error Δθc and the shaft error command value Δθ * (usually zero) by the subtractor 9a, and outputs the inverter frequency command value ω1 * so that it becomes zero.

速度制御器12aは、図4に示すように、周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*を入力とし、これらの差を減算器9eで求め、差分がゼロになるようにPI制御器によって、q軸電流指令値Iq*を出力する。なお、q軸電流指令値Iq*は次式によって求まる。 As shown in FIG. 4, the speed controller 12a receives the frequency command value ω * and the inverter frequency command value ω1 * as input, obtains the difference between them by the subtractor 9e, and uses the PI controller so that the difference becomes zero. , Q-axis current command value Iq * is output. The q-axis current command value Iq * is obtained by the following equation.

〔数1〕
Iq*=(ω*−ω1*)×(Kps+Kis/S)・・・(式1)
ここで、Kpsは比例ゲイン、Kisは積分ゲインである。
[Equation 1]
Iq * = (ω * −ω1 * ) × (Kps + Kis / S) (Equation 1)
Here, Kps is a proportional gain, and Kis is an integral gain.

なお、Iq*が(式1)によって出力されるのは制御切替スイッチ11bがB側にあるときであり、制御切替スイッチ11bがA側にあるときはIq*の値は上位コントローラなどの他から与えられるq軸電流指令値Iq*0となる。 It should be noted that Iq * is output according to (Equation 1) when the control switch 11b is on the B side, and when the control switch 11b is on the A side, the value of Iq * is obtained from others such as the host controller. The q-axis current command value Iq * 0 is given.

電流制御器15aおよび15bは、図3に示すように、d軸およびq軸電流指令値(Id*およびIq*)と、d軸検出電流Idcおよびq軸検出電流Iqcを入力とし、それぞれの差分を減算器9c,9dで求め、差分がゼロになるように第2の電流指令値Id**およびIq**を出力する。なお、第2の電流指令値Id**およびIq**は次式によって求まる。 As shown in FIG. 3, the current controllers 15a and 15b receive the d-axis and q-axis current command values (Id * and Iq * ), the d-axis detection current Idc, and the q-axis detection current Iqc as inputs. Is calculated by the subtractors 9c and 9d, and the second current command values Id ** and Iq ** are output so that the difference becomes zero. The second current command values Id ** and Iq ** are obtained by the following equations.

〔数2〕
Id**=(Id*−Idc)×(Kpd+Kid/S)・・・(式2)
Iq**=(Iq*−Iqc)×(Kpq+Kiq/S)・・・(式3)
ここで、KpdおよびKpqは比例ゲイン、KidおよびKiqは積分ゲインである。
[Equation 2]
Id ** = (Id * −Idc) × (Kpd + Kid / S) (Formula 2)
Iq ** = (Iq * −Iqc) × (Kpq + Kiq / S) (Formula 3)
Here, Kpd and Kpq are proportional gains, and Kid and Kiq are integral gains.

電圧指令値作成器16は、第2の電流指令値(Id**およびIq**)とインバータ周波数指令値ω1*を入力とし、ベクトル演算を行いd軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を出力する。なお、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*は次式によって求まる。 The voltage command value generator 16 receives the second current command value (Id ** and Iq ** ) and the inverter frequency command value ω1 * as input, performs a vector operation, and performs a d-axis voltage command value Vd * and a q-axis voltage command. The value Vq * is output. The d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are obtained by the following equations.

〔数3〕
Vd*=R×Id**−ω1*×Lq×Iq**・・・(式4)
Vq*=R×Iq**+ω1*×Ld×Id**+ω1*×Ke・・・(式5)
ここで、(式4)(式5)において、Rは永久磁石モータ3の一次巻線抵抗値、Ldはd軸のインダクタンス、Lqはq軸のインダクタンス、Keは誘起電圧定数である。
[Equation 3]
Vd * = R × Id ** − ω1 * × Lq × Iq ** (Formula 4)
Vq * = R × Iq ** + ω1 * × Ld × Id ** + ω1 * × Ke (Formula 5)
Here, in (Expression 4) and (Expression 5), R is the primary winding resistance value of the permanent magnet motor 3, Ld is the d-axis inductance, Lq is the q-axis inductance, and Ke is the induced voltage constant.

dq/3相変換器17は、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を入力とし、制御軸から3相軸へ座標変換して永久磁石モータ3に印加する3相電圧指令値(Vu*,Vv*,Vw*)を出力する。 The dq / 3-phase converter 17 receives the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * as input, converts the coordinate from the control axis to the three-phase axis, and applies it to the permanent magnet motor 3. The values (Vu * , Vv * , Vw * ) are output.

電力変換回路5は図2に示すように、インバータ20と直流電圧源21とドライバ回路22によって構成される。なお、前記インバータ20はIGBTやパワーMOSFET等のスイッチング素子で構成される。インバータ20はドライバ回路22から出力されるパルス信号23a,23b,23cに応じてスイッチング動作を行い、任意の周波数の交流電圧を永久磁石モータへ印加してモータを駆動する。   As shown in FIG. 2, the power conversion circuit 5 includes an inverter 20, a DC voltage source 21, and a driver circuit 22. The inverter 20 is composed of a switching element such as an IGBT or a power MOSFET. The inverter 20 performs a switching operation in accordance with the pulse signals 23a, 23b, and 23c output from the driver circuit 22, and drives the motor by applying an AC voltage having an arbitrary frequency to the permanent magnet motor.

永久磁石モータ3を起動する際の基本動作について説明する。図5は、永久磁石モータ3を起動する際の各運転モードの遷移を示した簡略図である。運転モードは、任意の相のモータ巻線に、徐々に直流電流を流して永久磁石モータ3の回転子をある位置に固定する位置決めモードと、d軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*と周波数指令ω*にしたがって永久磁石モータ3に印加する電圧を決定する同期運転モードと、軸誤差Δθcがゼロになるようにインバータ周波数指令値ω1*を調整する位置フィードバック運転モード、の3つがある。 The basic operation when starting the permanent magnet motor 3 will be described. FIG. 5 is a simplified diagram showing transition of each operation mode when starting the permanent magnet motor 3. The operation mode includes a positioning mode in which a DC current is gradually passed through a motor winding of an arbitrary phase to fix the rotor of the permanent magnet motor 3 at a certain position, a d-axis current command value Id *, and a q-axis current command value. A synchronous operation mode that determines the voltage to be applied to the permanent magnet motor 3 according to Iq * and the frequency command ω *, and a position feedback operation mode that adjusts the inverter frequency command value ω1 * so that the axis error Δθc becomes zero. There is one.

これらの運転モードは、d軸電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*,インバータ周波数指令値ω1*のうちいずれかを変更あるいは、制御部4a内の制御切替スイッチ11a,11bを切り替えることによって別の運転モードへ遷移する。なお、制御切替スイッチ11a,11bは、特に断りがない限り2つ同時に切り替わる。 In these operation modes, any one of the d-axis current command value Id * , the q-axis current command value Iq * , and the inverter frequency command value ω1 * is changed, or the control changeover switches 11a and 11b in the control unit 4a are switched. Makes a transition to another operation mode. Note that the two control change-over switches 11a and 11b are simultaneously switched unless otherwise specified.

同期運転モードでは、周波数指令ω*を徐々に増加させ、それに応じて永久磁石モータ3の速度も増加する。位置フィードバック運転が可能になる周波数になった時点で、制御切替スイッチ11a,11bをB側にして位置フィードバック運転モードへ遷移する。これにより、軸誤差Δθcと軸誤差指令値Δθ*(通常はゼロ)との差がゼロになるようにPLL制御器10がインバータ周波数指令値ω1*を調整すると共に、周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*との差がゼロになるように速度制御器12がq軸電流指令値Iq*を調整する。Iq*は、加速トルク分と負荷トルク分の和である必要トルク分に相当する値になり、永久磁石モータ3は加速する。その後一定速になると、q軸電流指令値Iq*は必要トルク(=負荷トルク)分に相当する値で一定となる。また、d軸電流指令値Id*の値は、永久磁石モータが非突極型としているので、位置フィードバック運転モード中はゼロに設定する。 In the synchronous operation mode, the frequency command ω * is gradually increased, and the speed of the permanent magnet motor 3 is increased accordingly. When the frequency at which the position feedback operation can be performed is reached, the control changeover switches 11a and 11b are set to the B side to shift to the position feedback operation mode. As a result, the PLL controller 10 adjusts the inverter frequency command value ω1 * so that the difference between the shaft error Δθc and the shaft error command value Δθ * (usually zero) is zero, and the frequency command value ω * and the inverter The speed controller 12 adjusts the q-axis current command value Iq * so that the difference from the frequency command value ω1 * becomes zero. Iq * becomes a value corresponding to the required torque which is the sum of the acceleration torque and the load torque, and the permanent magnet motor 3 is accelerated. Thereafter, when the speed becomes constant, the q-axis current command value Iq * becomes constant at a value corresponding to the required torque (= load torque). The value of the d-axis current command value Id * is set to zero during the position feedback operation mode because the permanent magnet motor is of a non-salient type.

上記位置フィードバック運転中に必要トルクが変化しさらにその変化量が大きい場合、速度制御器の応答(=q軸電流指令値Iq*の変化)が間に合わず、周波数指令値ω*と永久磁石モータの実際の回転周波数ωrにズレが生じる。 If the required torque changes during the position feedback operation and the amount of change is large, the response of the speed controller (= change in the q-axis current command value Iq * ) is not in time, and the frequency command value ω * and the permanent magnet motor Deviation occurs in the actual rotational frequency ωr.

例えば図6に示すように、位置フィードバック運転中に速度制御器の応答(=q軸電流指令値Iq*の変化)が間に合わないほど急激に必要トルクが小さくなると、周波数指令値ω*に対して永久磁石モータの実際の回転周波数ωrは大きくオーバーシュートし、制御が不安定となる場合や、モータ制御装置1の用途によっては、設計された最大回転数を超える場合もあり問題となる。 For example, as shown in FIG. 6, if the required torque is suddenly reduced so that the response of the speed controller (= change in the q-axis current command value Iq * ) is not in time during the position feedback operation, the frequency command value ω * The actual rotational frequency ωr of the permanent magnet motor greatly overshoots, resulting in a problem that the control becomes unstable or the designed maximum rotational speed may be exceeded depending on the application of the motor control device 1.

また、必要トルクが急激に大きくなると、周波数指令値ω*に対して永久磁石モータの実際の回転周波数ωrは減少し、この変化に速度制御器12aの応答(=q軸電流指令値Iq*の変化)が間に合わない場合、モータが停止するため問題となる。 Further, when the required torque increases rapidly, the actual rotational frequency ωr of the permanent magnet motor decreases with respect to the frequency command value ω * , and the response of the speed controller 12a (= q-axis current command value Iq * If the change is not in time, the motor stops, which is a problem.

また、一般的に速度制御器12aはアウターループとして用いられるため、インナーループの制御器(ACRなど)に比べて応答周波数等の設定に制限を受けやすく、応答性を上げることが困難な場合がある。   Further, since the speed controller 12a is generally used as an outer loop, there are cases in which it is more difficult to increase the responsiveness because it is more easily limited by the setting of the response frequency and the like than an inner loop controller (such as ACR). is there.

このような問題を解決するために、速度制御器12aの積分項の値あるいは電流指令値を、必要トルクが変化するタイミングに合わせて変化後の必要トルクに対して適切な値に調節し、必要トルクが急激かつ大きく変化する際に発生する速度変動を抑制することが本発明の目的である。   In order to solve such a problem, the value of the integral term or the current command value of the speed controller 12a is adjusted to an appropriate value with respect to the necessary torque after the change in accordance with the timing when the necessary torque changes. It is an object of the present invention to suppress speed fluctuations that occur when the torque changes suddenly and greatly.

上記の目的を実現するための方法について述べる。   A method for realizing the above object will be described.

必要トルクは先述のように、加速トルクと負荷トルクの和である。また、回転数N1[rpm]から回転数N2[rpm]まで時間T[s]で加速するときの加速トルクτaは次式で求めることができる。   The necessary torque is the sum of the acceleration torque and the load torque as described above. Further, the acceleration torque τa when accelerating from the rotational speed N1 [rpm] to the rotational speed N2 [rpm] in the time T [s] can be obtained by the following equation.

〔数4〕
τa=(Jm+JL)×2×π×(N2−N1)/60/T・・・(式6)
ここで、Jmはモータのイナーシャであり、JLはモータに機械的に接続された負荷のイナーシャである。
[Equation 4]
τa = (Jm + JL) × 2 × π × (N2-N1) / 60 / T (Expression 6)
Here, Jm is the inertia of the motor, and JL is the inertia of the load mechanically connected to the motor.

また、負荷トルクτLを求める方法の一例としては、トルク電流Iqとの関係を用いて次式で求めることができる。
〔数5〕
τL={(3/2)×Pm×Ke}×Iq・・・(式7)
ここで、Pmはモータ極対数、Keは誘起電圧定数であり、いずれも定数であることから、モータが一定速で回転しているとき(=加速トルクはゼロ)のモータ電流を測定すれば、そのときの負荷トルクτLを知ることができる。
Further, as an example of a method for obtaining the load torque τL, it can be obtained by the following equation using the relationship with the torque current Iq.
[Equation 5]
τL = {(3/2) × Pm × Ke} × Iq (Expression 7)
Here, Pm is the number of motor pole pairs, Ke is an induced voltage constant, and since both are constants, if the motor current when the motor is rotating at a constant speed (= acceleration torque is zero) is measured, The load torque τL at that time can be known.

上記の方法はあくまで一例であり、変化後の負荷トルクを求める方法に特に制限はない。   The above method is merely an example, and there is no particular limitation on the method for obtaining the load torque after the change.

(式6)および(式7)あるいは他の方法によって変化後の必要トルクを求めることができればそれに相当するq軸電流値Iqsetを(式7)より求めることが出来る。   If the required torque after the change can be obtained by (Expression 6) and (Expression 7) or other methods, the corresponding q-axis current value Iqset can be determined from (Expression 7).

必要トルクが変化あるいは安定するタイミングをトリガとして、速度制御器12aの積分項あるいはq軸電流指令値に上記で求めたq軸電流設定値Iqsetを設定する。これにより、速度制御器12aが応答周波数等の設定に制約を受けた場合でも速度変動を抑制でき、安定に永久磁石モータ3を駆動できる。   Using the timing at which the required torque changes or stabilizes as a trigger, the q-axis current set value Iqset obtained above is set in the integral term of the speed controller 12a or the q-axis current command value. Thereby, even when the speed controller 12a is restricted by the setting of the response frequency or the like, the speed fluctuation can be suppressed and the permanent magnet motor 3 can be driven stably.

また、上記以外の方法として、速度制御器12aの代わりに速度制御器12bを用いる方法がある。   As another method, there is a method of using the speed controller 12b instead of the speed controller 12a.

速度制御器12bは、図7に示すように、通常動作時に用いるPI制御器33aと、予めq軸電流設定値Iqsetが設定されたPI制御器33bと、それらPI制御器を切り替えるPI制御器切替スイッチ32aおよび32bを備え、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングで、PI制御器切替スイッチ32aおよび32bによって、PI制御器33aからPI制御器33bに切り替える。また、備えるPI制御器の個数は2つである必要はなく、複数用意しても良い。これにより、速度制御器12bでも同様に、応答周波数等の設定に制約を受けた場合でも速度変動を抑制でき、安定に永久磁石モータ3を駆動できる。また、PI制御器を複数用意することで、複数の負荷状態において最適な制御を選択することが可能になる。   As shown in FIG. 7, the speed controller 12b includes a PI controller 33a used during normal operation, a PI controller 33b in which a q-axis current set value Iqset is set in advance, and a PI controller switching for switching between these PI controllers. Switches 32a and 32b are provided, and the PI controller changeover switches 32a and 32b are used to switch from the PI controller 33a to the PI controller 33b when the required torque changes or stabilizes. The number of PI controllers provided is not necessarily two, and a plurality of PI controllers may be prepared. As a result, similarly in the speed controller 12b, even when the setting of the response frequency or the like is restricted, the speed fluctuation can be suppressed and the permanent magnet motor 3 can be driven stably. In addition, by preparing a plurality of PI controllers, it is possible to select optimal control in a plurality of load states.

必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガの例として、インバータ周波数指令値ω1*を用いる場合について説明する。 A case where the inverter frequency command value ω1 * is used will be described as an example of a trigger at the timing when the required torque changes or stabilizes.

インバータ周波数指令値ω1*は、PLL制御器10の出力から得られる、速度変動に応じて変化する値である。図8に示すように、モータの必要トルクの変動により速度変動が発生した場合、このインバータ周波数指令値ω1*を観測しておくことによって速度変動の発生タイミングとその変動量Dltω1(例えば、周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*の差分)を知ることができる。よって、トリガ判定値にインバータ周波数指令値ω1*の変動量を用いれば、速度変動量に制限を持たせることができる。すなわち、インバータ周波数指令値ω1*が減少に転じた場合、モータの必要トルクも減少しているため、このタイミングをトリガとして速度制御器12aの積分項の値あるいは電流指令値を変更すれば良い。 The inverter frequency command value ω <b > 1 * is a value that is obtained from the output of the PLL controller 10 and changes according to the speed fluctuation. As shown in FIG. 8, when a speed change occurs due to a change in the required torque of the motor, the speed change occurrence timing and its change amount Dltω1 (for example, the frequency command ) are observed by observing the inverter frequency command value ω1 *. The difference between the value ω * and the inverter frequency command value ω1 * ). Therefore, if the fluctuation amount of the inverter frequency command value ω1 * is used as the trigger determination value, the speed fluctuation amount can be limited. That is, when the inverter frequency command value ω1 * starts to decrease, the required torque of the motor also decreases. Therefore, the value of the integral term or the current command value of the speed controller 12a may be changed using this timing as a trigger.

本実施例によれば、位置フィードバック運転中に必要トルクが変化しさらにその変化量が大きく、速度制御器の応答(=q軸電流指令値Iq*の変化)が間に合わない場合であっても、速度制御器12aあるいは12bの積分項は変化後の必要トルクに相当する値に設定されるため、必要トルクが急激かつ大きく変化する際に発生する速度変動を抑制することができる。 According to the present embodiment, even when the required torque changes during the position feedback operation and the change amount is large and the response of the speed controller (= change of the q-axis current command value Iq * ) is not in time, Since the integral term of the speed controller 12a or 12b is set to a value corresponding to the required torque after the change, it is possible to suppress speed fluctuations that occur when the required torque changes suddenly and greatly.

本発明に係わるモータ制御装置の第2の実施形態について説明する。なお、本実施例におけるモータ制御装置の構成について図9に示す。既に説明した図1に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。   A motor control device according to a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the motor control device in this embodiment is shown in FIG. The description of the components having the same functions as those shown in FIG. 1 already described with reference to FIG. 1 is omitted.

図9は、制御部4b,電力変換回路5,位置センサ34から構成される。   FIG. 9 includes a control unit 4b, a power conversion circuit 5, and a position sensor 34.

位置センサ入力変換器35は、例えば、ホールICやエンコーダ等の位置センサ34からの入力をモータ回転子の実際の回転周波数ωrに変換して出力する。   The position sensor input converter 35 converts, for example, an input from the position sensor 34 such as a Hall IC or an encoder into an actual rotation frequency ωr of the motor rotor, and outputs the actual rotation frequency ωr.

制御部4bは、速度制御器12c,電圧指令値作成器16,dq/3相変換器17,位置センサ入力変換器35,タイマ36から構成される。   The control unit 4b includes a speed controller 12c, a voltage command value generator 16, a dq / 3 phase converter 17, a position sensor input converter 35, and a timer 36.

速度制御器12cは、速度制御器12aと同様に周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*を入力とし、比例制御器および積分制御器によってq軸電流指令値Iq*を出力する。 Similar to the speed controller 12a, the speed controller 12c receives the frequency command value ω * and the inverter frequency command value ω1 * , and outputs a q-axis current command value Iq * by the proportional controller and the integral controller.

速度制御器12aと異なる点として、速度制御器12cは、図10に示すように、PI制御器33cと、PI制御器33cとは応答周波数の異なるPI制御器33dと、それらを切り替えるPI制御器切替スイッチを備え、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングをトリガとして、PI制御器33cからPI制御器33dを切り替える。なお、備えるPI制御器の個数は2つである必要はなく、複数用意しても良い。   As shown in FIG. 10, the speed controller 12c is different from the speed controller 12a in that a PI controller 33c, a PI controller 33d having a response frequency different from that of the PI controller 33c, and a PI controller for switching between them. A changeover switch is provided, and the PI controller 33d is switched from the PI controller 33c with a timing at which the required torque changes or stabilizes as a trigger. The number of PI controllers provided is not necessarily two, and a plurality of PI controllers may be prepared.

ここで、圧縮機やポンプのような負荷トルクが周期的に変化するような機械の駆動用モータに、特許文献1に記載のモータ制御装置を用いる場合に生じる問題についてレシプロ式圧縮機を例に説明する。   Here, a reciprocating compressor is taken as an example of a problem that occurs when the motor control device described in Patent Document 1 is used for a drive motor for a machine such as a compressor or a pump whose load torque changes periodically. explain.

レシプロ式圧縮機は、ピストンにより圧縮工程と膨張工程を圧縮機駆動用モータの回転周期に応じて繰り返している。このときモータの負荷トルクは、通常、膨張工程よりも圧縮工程のほうが大きくなる。つまり、負荷トルクは大小交互にかつ周期的に変動する。   In a reciprocating compressor, a compression process and an expansion process are repeated by a piston in accordance with a rotation period of a compressor driving motor. At this time, the load torque of the motor is usually larger in the compression process than in the expansion process. That is, the load torque varies alternately and periodically.

また、図11に示すように、圧縮機には圧縮機の入力と出力側の圧力差がほとんどない均圧状態や圧力差がある差圧状態がある。差圧状態でモータを起動すると、均圧状態での起動に比べ、圧縮・膨張工程での負荷変動幅が大きくなる。ただし、どちらの圧力状態でモータを起動しても、ある時間が経過すれば負荷変動の幅は小さくなり定常状態となる。   Further, as shown in FIG. 11, the compressor has a pressure equalization state in which there is almost no pressure difference between the input and output sides of the compressor and a differential pressure state in which there is a pressure difference. When the motor is started in the differential pressure state, the load fluctuation range in the compression / expansion process is larger than that in the pressure equalization state. However, regardless of the pressure state, the load fluctuation width becomes smaller and a steady state is reached after a certain period of time.

図12に示すように、位置フィードバック運転中に負荷トルクが大小交互に変動を起こした場合について考える。負荷トルクが小さく変動するタイミングでは、速度制御器12cはq軸電流指令値Iq*を瞬時には調整できないため、一時的にモータ回転子の回転周波数ωrが大きくなる。速度制御器12cは、インバータ周波数指令値ω1*を周波数指令値ω*に一致させるためにq軸電流指令値Iq*を小さく調整する。一方、負荷トルクが大きくなるタイミングでは、逆の現象となり、モータ回転子の回転周波数ωrが小さくなり、q軸電流指令値Iq*は大きくなる。 As shown in FIG. 12, a case is considered where the load torque fluctuates alternately in magnitude during the position feedback operation. At the timing when the load torque fluctuates small, the speed controller 12c cannot instantaneously adjust the q-axis current command value Iq * , so the rotational frequency ωr of the motor rotor temporarily increases. The speed controller 12c adjusts the q-axis current command value Iq * to be small in order to make the inverter frequency command value ω1 * coincide with the frequency command value ω * . On the other hand, at the timing when the load torque increases, the reverse phenomenon occurs, the rotational frequency ωr of the motor rotor decreases, and the q-axis current command value Iq * increases.

周波数指令値ω*の値は目標回転数に達するまで、一様に増加を続ける。そのため、一時的にモータ回転子の回転周波数ωrが小さくなった際に、周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*の差が大きくなり、制御が不安定になる場合がある。 The value of the frequency command value ω * continues to increase uniformly until the target rotational speed is reached. For this reason, when the rotational frequency ωr of the motor rotor temporarily decreases, the difference between the frequency command value ω * and the inverter frequency command value ω1 * increases, and the control may become unstable.

また、モータ起動時(特に差圧がある状態でモータを起動した場合)は、負荷トルクの変化幅が大きいためモータの速度変動幅も大きくなり、負荷トルクが大きくなった際にモータ回転子の回転周波数ωrが小さくなり、モータが停止する場合がある。   In addition, when the motor is started (especially when the motor is started in a state where there is a differential pressure), the variation range of the load torque is large, so the speed fluctuation range of the motor is also large. In some cases, the rotational frequency ωr decreases and the motor stops.

この課題を解決するため、本実施例では、図13に示すように、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガとして速度制御器12cのPI制御器の応答周波数を切り替える。負荷トルク変動が大きい間は速度制御器12cのPI制御器の応答周波数を低い側へ切り替え、負荷トルク変動により生じる、モータ回転子の速度変動によるq軸電流指令値Iq*の変動を抑制する。言い換えると、周波数指令値ω*への追従性は維持しつつ、負荷トルク変動分に対しては必要以上にq軸電流指令値Iq*を変動させないことができる。例えば、起動時の速度指令が負荷によらず毎回同じ割合で増加する場合などには、特に有効となる。 In order to solve this problem, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the response frequency of the PI controller of the speed controller 12c is switched as a trigger for the timing at which the required torque changes or stabilizes. While the load torque fluctuation is large, the response frequency of the PI controller of the speed controller 12c is switched to the lower side to suppress the fluctuation of the q-axis current command value Iq * caused by the fluctuation of the motor rotor speed caused by the load torque fluctuation. In other words, the q-axis current command value Iq * can be prevented from fluctuating more than necessary for the load torque fluctuation while maintaining the followability to the frequency command value ω * . For example, this is particularly effective when the speed command at startup increases at the same rate every time regardless of the load.

本実施例において、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガの例として、タイマを用いる場合について説明する。   In the present embodiment, a case where a timer is used will be described as an example of a trigger at which the required torque changes or stabilizes.

先述の圧縮機のように、一定の時間経過によりトルクが変化あるいは安定するような系の場合、それまでに要する時間を予め設定値(図の場合TrigOnTimeが設定値)として用意しておき、タイマによってカウントを行い判定する。カウント値が設定値を超えたときをトリガとして用いる。これにより、常に一定のタイミングでPI制御器の応答周波数を切り替えることができ、安定した制御システムを得ることができる。また、タイマに設定する経過時間は、モータ起動時からカウントしてもよいし、運転途中からカウントしてもよい。さらに、起動時の圧縮機の入力と出力側の圧力条件や温度条件によって、設定時間を複数用意しておき、適切な設定値を用いることで、様々な負荷条件での起動においても安定した起動特性を得ることができる。   In the case of a system in which the torque changes or stabilizes over a certain period of time as in the above-described compressor, the time required until that time is prepared in advance as a set value (TrigOnTime in the figure is a set value), and a timer To determine by counting. A trigger is used when the count value exceeds the set value. As a result, the response frequency of the PI controller can always be switched at a constant timing, and a stable control system can be obtained. Further, the elapsed time set in the timer may be counted from the time of starting the motor, or may be counted from the middle of operation. In addition, by preparing multiple set times according to the pressure and temperature conditions on the compressor input and output side at start-up and using appropriate set values, stable start-up can be achieved even under various load conditions. Characteristics can be obtained.

次に、本実施例において、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガの例として、モータ回転子の実際の回転周波数ωrを用いる場合について説明する。   Next, in the present embodiment, a case where the actual rotational frequency ωr of the motor rotor is used as an example of a trigger at the timing when the required torque changes or stabilizes will be described.

図9に示すように位置センサを備えた制御構成の場合、その位置センサの出力からモータ回転子の実際の回転周波数ωrを得ることができる。回転周波数ωrは、モータのトルク変動が発生するとそれに応じて変動する。そのため、この回転周波数ωrの変動を観測することによって、つまり、回転周波数ωrの変動幅がある判定値よりも小さくなった、あるいは回転周波数ωrの変動幅の変化量がある判定値よりも小さくなった、という判定を基に、必要トルクが変化あるいは安定したかを推測することが可能である。   In the case of a control configuration including a position sensor as shown in FIG. 9, the actual rotation frequency ωr of the motor rotor can be obtained from the output of the position sensor. The rotational frequency ωr changes in response to the occurrence of motor torque fluctuation. Therefore, by observing the fluctuation of the rotation frequency ωr, that is, the fluctuation width of the rotation frequency ωr is smaller than a certain determination value, or the variation amount of the fluctuation width of the rotation frequency ωr is smaller than a certain determination value. It is possible to estimate whether the required torque has changed or stabilized based on the determination that

よって、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガとして、回転周波数ωrを用いれば、不規則なタイミングでトルク変動が発生するような装置に本実施例のモータ制御装置を用いても適切なタイミングでPI制御器の応答周波数を切り替えることができ、制御の安定性を保つことが可能になる。   Therefore, if the rotational frequency ωr is used as a trigger for the timing at which the required torque changes or stabilizes, the motor control device of this embodiment can be used at an appropriate timing even when the torque fluctuation occurs at an irregular timing. The response frequency of the PI controller can be switched, and control stability can be maintained.

以上より、本実施例によれば、位置フィードバック運転中に負荷トルクが周期的に変動するような場合であってもモータ回転子の回転周波数ωrの減少を抑制することができ、モータの起動性能が向上する。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the rotational frequency ωr of the motor rotor even when the load torque periodically fluctuates during the position feedback operation. Will improve.

本発明に係わるモータ制御装置の第3の実施形態について説明する。なお、本実施例におけるモータ制御装置の構成について図14に示す。既に説明した図1に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。   A third embodiment of the motor control device according to the present invention will be described. The configuration of the motor control device in this embodiment is shown in FIG. The description of the components having the same functions as those shown in FIG. 1 already described with reference to FIG. 1 is omitted.

図14における速度制御器12dの構成を図15に示す。
速度制御器12dは、速度制御器12aと同様に周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*を入力とし、比例制御器および積分制御器によってq軸電流指令値を求める。
The configuration of the speed controller 12d in FIG. 14 is shown in FIG.
Similarly to the speed controller 12a, the speed controller 12d receives the frequency command value ω * and the inverter frequency command value ω1 * as input, and obtains a q-axis current command value by the proportional controller and the integral controller.

速度制御器12aと異なる点として、速度制御器12dは、q軸電流指令下限リミット値IqStarLimitを用いてq軸電流指令値のリミット判定処理を行い、q軸電流指令値Iq*を出力する。また、q軸電流指令値のリミット判定処理は、負荷トルク変動が定常状態になるまで行い、定常状態になった場合はリミット判定処理を行わない。なお、リミット判定処理の切り替えは制御切替スイッチを用いて行う。 As a difference from the speed controller 12a, the speed controller 12d uses the q-axis current command lower limit value IqStarLimit to perform a q-axis current command value limit determination process and outputs a q-axis current command value Iq * . The limit determination process for the q-axis current command value is performed until the load torque fluctuation reaches a steady state, and the limit determination process is not performed when the steady state is reached. The limit determination process is switched using a control switch.

本実施例では、図16に示すように、q軸電流指令値に下限リミット値IqStarLimitを設け、q軸電流指令値をリミットする。これにより、負荷トルク変動により必要トルクが小さくなる期間においてもq軸電流指令値Iq*の減少量に制限を設けることができ、リミット判定処理実行中(図16中のリミット機能ONの期間)はq軸電流指令下限リミット値IqStarLimit以上のトルクを得ることができる。これにより、一定以上の加速性能を得ることができる。そのため、例えば、起動時間を短くしたい場合に、特に有効となる。 In this embodiment, as shown in FIG. 16, a lower limit value IqStarLimit is provided for the q-axis current command value to limit the q-axis current command value. As a result, even during a period in which the required torque is reduced due to load torque fluctuation, it is possible to limit the amount of decrease in the q-axis current command value Iq * , and during the limit determination processing (the period during which the limit function is ON in FIG. 16). Torque equal to or greater than the q-axis current command lower limit value IqStarLimit can be obtained. Thereby, acceleration performance above a certain level can be obtained. Therefore, for example, it is particularly effective when it is desired to shorten the activation time.

本実施例において、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガとして、周波数指令値ω*を用いる場合について説明する。 In the present embodiment, a case where the frequency command value ω * is used as a trigger for timing when the required torque changes or stabilizes will be described.

周波数指令値ω*は、図16に示すようにある一定の傾きで目標回転数まで増加する。そこで、負荷トルク変動が定常状態になるときの周波数指令値ω*を予めトリガとして設定することによって、常に一定のタイミングで、q軸電流指令値のリミット判定処理機能のON/OFFを行うことができる。もちろん、リミット判定処理機能のON/OFFは、本実施例のモータ制御装置に接続される他の制御装置から行っても良い。 The frequency command value ω * increases to the target rotational speed with a certain inclination as shown in FIG. Therefore, by setting the frequency command value ω * when the load torque fluctuation is in a steady state as a trigger in advance, the limit determination processing function for the q-axis current command value can be turned ON / OFF at a constant timing. it can. Of course, the ON / OFF of the limit determination processing function may be performed from another control device connected to the motor control device of this embodiment.

本実施例によれば、位置フィードバック運転中に負荷トルクが周期的に変動するような場合であってもモータ回転子の回転周波数ωrの減少を抑制することができ、一定以上の加速性能を得ることができる。   According to the present embodiment, even when the load torque fluctuates periodically during position feedback operation, it is possible to suppress a decrease in the rotational frequency ωr of the motor rotor, and to obtain acceleration performance above a certain level. be able to.

本発明に係わるモータ制御装置の第4の実施形態について説明する。なお、本実施例におけるモータ制御装置の構成について図17に示す。既に説明した図1に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。   A motor control device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 shows the configuration of the motor control device in this embodiment. The description of the components having the same functions as those shown in FIG. 1 already described with reference to FIG. 1 is omitted.

図15における速度制御器12eの構成を図18に示す。速度制御器12eは、速度制御器12aと同様に周波数指令値ω*とインバータ周波数指令値ω1*を入力とし、比例制御器および積分制御器によってq軸電流指令値を求める。 The configuration of the speed controller 12e in FIG. 15 is shown in FIG. As with the speed controller 12a, the speed controller 12e receives the frequency command value ω * and the inverter frequency command value ω1 * as input, and obtains a q-axis current command value using a proportional controller and an integral controller.

速度制御器12aと異なる点として、速度制御器12eは、q軸検出電流Iqcとqc軸電流加算判定値IqcLimitとの差分DltIqcをPI制御器の出力値に加算し、q軸電流指令値Iq*を出力する。また、DltIqcの加算処理の実行は、トリガによって判定する。つまり、負荷トルク変動が定常状態になるまで行い、定常状態になった場合は加算処理を行わない。なお、加算処理の切り替えは制御切替スイッチ11dを用いて行う。 The speed controller 12e is different from the speed controller 12a in that the speed controller 12e adds a difference DltIqc between the q-axis detection current Iqc and the qc-axis current addition determination value IqcLimit to the output value of the PI controller, and the q-axis current command value Iq * Is output. Further, the execution of the DltIqc addition process is determined by a trigger. That is, the process is performed until the load torque fluctuation reaches a steady state, and when the steady state is reached, the addition process is not performed. The addition process is switched using the control switch 11d.

周波数指令値ω*の値はある一定の傾きで目標回転数に達するまで増加するため、負荷トルクが急激に変化した場合には、周波数指令値ω*と回転周波数ωrの差が大きくなり制御が不安定となり、モータが停止する場合がある。 Since the value of the frequency command value ω * increases with a certain slope until the target rotational speed is reached, when the load torque changes suddenly, the difference between the frequency command value ω * and the rotational frequency ωr increases and control is performed. It may become unstable and the motor may stop.

本実施例では、図19に示すように、q軸電流指令値にq軸検出電流とqc軸電流加算判定値IqcLimitとの差分DltIqcを加算することにより、設計値通りの応答周波数による制御を行いつつ、トルク変動により生じるq軸電流指令値の不足分を補償することができる。軸誤差Δθcが発生している場合は、軸誤差Δθcの大きさによってはモータのq軸に流れる電流の一部はd軸検出電流Idcと検出されるため、見かけ上q軸検出電流Iqcが小さく検出される場合がある。しかし、本実施例のように、qc軸電流加算判定値IqcLimitを設けることで、モータのq軸には一定以上の電流が流れてその分に応じたトルクを得ることができる。これにより、一定以上の加速性能を得ることができる。そのため、例えば、モータのイナーシャが小さく軸誤差Δθcが発生しやすい装置においても起動時間を短くしたい場合に、特に有効となる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 19, the control with the response frequency as designed is performed by adding the difference DltIqc between the q-axis detected current and the qc-axis current addition determination value IqcLimit to the q-axis current command value. However, the shortage of the q-axis current command value caused by torque fluctuation can be compensated. When the shaft error Δθc occurs, a part of the current flowing through the q-axis of the motor is detected as the d-axis detection current Idc depending on the magnitude of the shaft error Δθc, so that the q-axis detection current Iqc is apparently small. May be detected. However, as in the present embodiment, by providing the qc-axis current addition determination value IqcLimit, a certain current or more flows through the q-axis of the motor, and a torque corresponding to that amount can be obtained. Thereby, acceleration performance above a certain level can be obtained. Therefore, for example, this is particularly effective when it is desired to shorten the start-up time even in a device in which the inertia of the motor is small and the shaft error Δθc is likely to occur.

本実施例において、必要トルクが変化あるいは安定するタイミングのトリガとして、軸誤差Δθcを用いる場合について説明する。   In the present embodiment, a description will be given of a case where the axis error Δθc is used as a trigger for timing when the required torque changes or stabilizes.

必要トルクが急激に増加した場合、制御器(PLL制御器10や速度制御器12cなど)はインバータ周波数指令値ω1*やq軸電流指令値Iq*を瞬時には調整できないため、一時的にモータ回転子の回転周波数ωrが小さくなる。この時のモータ軸と制御軸の関係は、モータ軸が制御軸に対してモータの回転が遅れることになる。つまり、軸誤差Δθcはプラス方向に変化する。反対に必要トルクが急激に減少した場合やインバータ周波数指令値ω1*にオーバーシュートが発生した場合、軸誤差Δθcはマイナス方向に変化する。また、負荷トルク変動が定常状態になり、制御が安定すると、PLL制御器10により軸誤差Δθcの値はゼロあるいはゼロ近辺で安定する。 When the required torque increases rapidly, the controller (PLL controller 10 or speed controller 12c, etc.) cannot adjust the inverter frequency command value ω1 * or the q-axis current command value Iq * instantaneously. The rotational frequency ωr of the rotor is reduced. The relationship between the motor shaft and the control shaft at this time is that the motor shaft is delayed in the rotation of the motor with respect to the control shaft. That is, the axis error Δθc changes in the positive direction. On the other hand, when the necessary torque is suddenly reduced or when an overshoot occurs in the inverter frequency command value ω1 * , the shaft error Δθc changes in the negative direction. Further, when the load torque fluctuation is in a steady state and the control is stabilized, the value of the axis error Δθc is stabilized by the PLL controller 10 at or near zero.

したがって、軸誤差Δθcの変化を観測すれば、トルクの変化あるいは安定するタイミングを知ることができる。方法の一例としては、図19に示すように、軸誤差Δθcの値が判定値以内で安定すれば負荷トルク変動が定常状態になったと判定できる。   Therefore, by observing the change in the axis error Δθc, it is possible to know the torque change or the stable timing. As an example of the method, as shown in FIG. 19, if the value of the axis error Δθc is stabilized within the determination value, it can be determined that the load torque fluctuation has become a steady state.

本実施例によれば、位置フィードバック運転中に負荷トルクが周期的に変動するような場合であってもモータ回転子の回転周波数ωrの減少を抑制することができ、設計値通りの応答周波数を保持したまま、トルク変動によるq軸電流指令値Iq*の不足分を補償することができる。 According to the present embodiment, even when the load torque periodically changes during the position feedback operation, it is possible to suppress a decrease in the rotation frequency ωr of the motor rotor, and to achieve a response frequency as designed. The deficiency of the q-axis current command value Iq * due to torque fluctuation can be compensated for while being held.

本発明に係わるモータ制御装置の第5の実施形態について説明する。本発明によるモータ制御装置を冷蔵庫に適用した場合について図を用いて説明する。冷蔵庫は、図21に示すように、熱交換器24,送風機25,圧縮機26,圧縮機駆動用モータ27,冷蔵庫制御装置28により構成される。   A motor control device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. A case where the motor control device according to the present invention is applied to a refrigerator will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 21, the refrigerator includes a heat exchanger 24, a blower 25, a compressor 26, a compressor driving motor 27, and a refrigerator control device 28.

また、冷蔵庫制御装置28は、各種センサ情報により送風機や庫内灯などを制御する庫内制御装置29とモータ制御装置1から構成され、モータ制御装置1は制御部4aと電力変換回路5から構成される。   The refrigerator control device 28 includes an internal control device 29 that controls a blower, an internal lamp, and the like based on various sensor information, and the motor control device 1. The motor control device 1 includes a control unit 4 a and a power conversion circuit 5. Is done.

なお、圧縮機はピストン運動により冷媒を圧縮・膨張させるレシプロ式圧縮機として説明する。   The compressor will be described as a reciprocating compressor that compresses and expands the refrigerant by piston movement.

このような構成において、圧縮機には、圧縮機の入力と出力側の圧力差がほとんどない均圧状態や圧力差がある差圧状態がある。差圧状態でモータを起動すると、均圧状態での起動に比べ、圧縮・膨張工程での負荷トルクの変動幅が大きくなる。また、この負荷トルクの変動は圧縮・膨張工程の繰り返しにより周期的に発生する。   In such a configuration, the compressor has a pressure equalization state in which there is almost no pressure difference between the input and output sides of the compressor and a differential pressure state in which there is a pressure difference. When the motor is started in the differential pressure state, the fluctuation range of the load torque in the compression / expansion process becomes larger than that in the pressure equalization state. Further, the fluctuation of the load torque is periodically generated by repeating the compression / expansion process.

また、冷蔵庫においては圧縮機停止状態から起動を行う場合において、圧縮機内の油を吸い上げるために高加速で起動する増速運転モードと、冷凍サイクルへの負担を減らすために低加速で運転する通常運転モードがある。増速運転モードと通常運転モードはどちらも位置フィードバック運転で行われ、増速運転モードによりある所定の回転数まで達したところで、通常運転モードに切り替える。   In addition, in a refrigerator, when starting from a compressor stopped state, a speed increasing operation mode that starts at high acceleration in order to suck up oil in the compressor, and a normal operation that operates at low acceleration to reduce the burden on the refrigeration cycle There is an operation mode. Both the speed increase operation mode and the normal operation mode are performed by position feedback operation, and when the speed reaches a predetermined rotation speed by the speed increase operation mode, the operation mode is switched to the normal operation mode.

そのため、差圧状態において圧縮機を停止状態から起動する(以下、差圧起動とする)場合、起動時には差圧による負荷トルクが大きく、その上増速運転モード中は加速トルクも大きいため、モータの必要トルクが大きい。   Therefore, when the compressor is started from a stopped state in the differential pressure state (hereinafter referred to as differential pressure startup), the load torque due to the differential pressure is large at the time of startup, and the acceleration torque is also large during the acceleration operation mode. The required torque is large.

しかし、時間がある程度経過すると差圧による負荷トルクは小さくなりある定常の負荷トルクで安定する。また、通常運転モードに切り替わると低加速になるため加速トルクも小さくなる。   However, when a certain amount of time elapses, the load torque due to the differential pressure decreases and stabilizes at a steady load torque. Further, since the acceleration becomes low when the mode is switched to the normal operation mode, the acceleration torque becomes small.

よって、冷蔵庫において差圧起動を行うと、起動時は必要トルクが大きくかつ周期的に変動し、位置フィードバック運転中に必要トルクが急激に小さくなるという現象が発生する。   Therefore, when the differential pressure activation is performed in the refrigerator, a phenomenon occurs in which the necessary torque is large and periodically fluctuates during the activation, and the necessary torque is rapidly reduced during the position feedback operation.

そのため、モータ起動時はモータ回転子の回転周波数ωrの速度変動が大きく、q軸電流指令値Iq*が不安定となる上、必要トルクが急激に小さくなるタイミングでインバータ周波数指令値ω1*に対する永久磁石モータの実際の回転周波数ωrのオーバーシュートが発生する。よって、制御が不安定になりモータが停止する場合がある。このような理由から、冷蔵庫において差圧起動は解決すべき課題の1つとなる。 Therefore, when the motor is started, the speed fluctuation of the rotational frequency ωr of the motor rotor is large, the q-axis current command value Iq * becomes unstable, and the permanent torque with respect to the inverter frequency command value ω1 * becomes permanent at the timing when the required torque decreases rapidly. An overshoot of the actual rotational frequency ωr of the magnet motor occurs. Therefore, control may become unstable and the motor may stop. For this reason, differential pressure activation is one of the problems to be solved in the refrigerator.

図20に示すように、本発明を用いれば、位置フィードバック運転中に周期的な負荷トルク変動がある場合であっても応答周波数を切り替えることにより、q軸電流指令値Iq*を安定させることができる。速度制御器12の応答周波数が低い場合は、負荷トルク変動分に対して必要以上にq軸電流指令値Iq*を変動させないことになる。そのため、負荷トルク変動によって必要以上にq軸電流指令値Iq*が減ることを避けられ、一定以上の加速性能を得ることができる。 As shown in FIG. 20, according to the present invention, the q-axis current command value Iq * can be stabilized by switching the response frequency even when there is a periodic load torque fluctuation during the position feedback operation. it can. When the response frequency of the speed controller 12 is low, the q-axis current command value Iq * is not changed more than necessary with respect to the load torque fluctuation. Therefore, the q-axis current command value Iq * can be avoided from being reduced more than necessary due to load torque fluctuations, and a certain level of acceleration performance can be obtained.

また、必要トルクが小さくなるタイミングをトリガとして、速度制御器の積分項にq軸電流値Iqsetを設定することにより、発生するインバータ周波数指令値ω1*に対する永久磁石モータの実際の回転周波数ωrのオーバーシュートの抑制も可能である。通常、速度制御器の積分項の変化量は速度制御器の応答周波数に応じて決まる。そのため、必要トルクに相当する値よりも大きな値をq軸電流指令値Iq*に設定し、かつ速度制御器の応答周波数を低く設定した場合には、インバータ周波数指令値ω1*が周波数指令値ω*に近い値になっても速度制御器の積分項の減りが遅いため、オーバーシュートが発生する場合がある。したがって、あるトリガによって速度制御器の積分項にq軸電流値Iqsetを設定することで、そのオーバーシュートを抑制できる。この方法は、例えば、起動時の負荷トルクの変化幅が大きいため、起動失敗を避けるために最大負荷に合わせてq軸電流指令値Iq*を大きめに設定せざるを得ない場合などに、特に有効となる。また、図20では、速度制御器の応答周波数がトリガによって高い値に設定する場合を示したが、逆に、トリガによって高い値から低い値に設定する場合も考えられる。例えば、起動時間が非常に短い、つまり、加速トルクが大きいが、通常の負荷トルクは小さくその変化幅も小さい場合は、起動時のみ速度制御器の応答周波数を高く設定する。これにより、短時間での起動と通常運転時の安定を実現できる。 In addition, by setting the q-axis current value Iqset in the integral term of the speed controller using the timing at which the required torque becomes small as a trigger, the actual rotational frequency ωr of the permanent magnet motor exceeds the generated inverter frequency command value ω1 * . Shooting can also be suppressed. Usually, the amount of change in the integral term of the speed controller is determined according to the response frequency of the speed controller. Therefore, when a value larger than the value corresponding to the required torque is set as the q-axis current command value Iq * and the response frequency of the speed controller is set low, the inverter frequency command value ω1 * becomes the frequency command value ω. Even if the value is close to * , the decrease in the integral term of the speed controller is slow, so overshoot may occur. Therefore, the overshoot can be suppressed by setting the q-axis current value Iqset in the integral term of the speed controller by a certain trigger. This method is particularly effective when, for example, the change width of the load torque at the time of start-up is large and the q-axis current command value Iq * must be set to a large value in accordance with the maximum load in order to avoid start-up failure. It becomes effective. Further, FIG. 20 shows the case where the response frequency of the speed controller is set to a high value by the trigger, but conversely, the case where the response controller is set from a high value to a low value by the trigger is also conceivable. For example, when the start-up time is very short, that is, the acceleration torque is large, but the normal load torque is small and the change width is small, the response frequency of the speed controller is set high only at the time of start-up. Thereby, the start-up in a short time and the stability at the time of normal operation are realizable.

必要トルクが小さくなるタイミングのトリガとして、必要トルクの推定値を用いる場合について説明する。   The case where the estimated value of the required torque is used as a trigger for the timing at which the required torque becomes small will be described.

負荷トルクの値を推定する方法の一例として、q軸検出電流値Iqcを観測することで先述した(式7)から負荷トルクの値を推定する方法がある。よって、q軸電流検出値Iqcから負荷トルクの値を推定し、その推定値τaが判定値以下となったときをトリガとすればよい。また、冷蔵庫制御装置28で、送風機25の回転数、庫内や冷蔵庫の周囲の温度から、圧縮機の負荷トルクを推定し、トリガをモータ制御装置に与えてもよい。   As an example of a method for estimating the value of the load torque, there is a method of estimating the value of the load torque from (Equation 7) described above by observing the q-axis detection current value Iqc. Therefore, the load torque value is estimated from the q-axis current detection value Iqc, and the trigger may be used when the estimated value τa is equal to or less than the determination value. Further, the refrigerator control device 28 may estimate the load torque of the compressor from the number of rotations of the blower 25 and the temperature inside the refrigerator or the refrigerator, and give a trigger to the motor control device.

本実施例によれば、冷蔵庫の圧縮機において位置フィードバック運転中に必要トルクが急変するような場合(例えば圧縮機に差圧がある状態での起動)であっても一様な加速特性を得ることができ、スムーズな起動が実現できるようになる。   According to this embodiment, uniform acceleration characteristics are obtained even when the required torque changes suddenly during position feedback operation in the refrigerator compressor (for example, when the compressor has a differential pressure). And smooth start-up can be realized.

また、実施例1〜5では説明のために速度制御器12について述べたが、制御器の構成を考えれば、本発明の内容が電流制御器15に対しても適用可能であり、電流制御器に適用した場合も同様の効果を得ることができることは容易に想像できる。   In the first to fifth embodiments, the speed controller 12 has been described for the sake of explanation. However, considering the configuration of the controller, the contents of the present invention can be applied to the current controller 15 as well. It can be easily imagined that the same effect can be obtained when applied to.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるわけではない。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成と置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, a part of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

また、上記の各構成,機能,処理部,処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成,機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。   Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.

1,28 モータ制御装置
2,6a,6b 電流検出手段
3 永久磁石モータ
4,4a,4b,4c,4d 制御部
5 電力変換回路
7 3相/dq変換器
8 軸誤差演算器
9a,9b,9c,9d,9e,9f 減算器
10 PLL制御器
11a,11b,11c,11d 制御切替スイッチ
12a,12b,12c,12d,12e 速度制御器
13 負荷推定器
14 積分項初期値演算部
15a,15b 電流制御器
16 電圧指令作成器
17 dq/3相変換器
18 積分器
20 インバータ
21 直流電圧源
22 ドライバ回路
23a,23b,23c PWMパルス信号
24 熱交換器
25 送風機
26 圧縮機
27 圧縮機駆動用モータ
28 冷蔵庫制御装置
29 庫内制御装置
30 加算器
31a,31b 応答周波数切替スイッチ
32a,32b PI制御器切替スイッチ
33a,33b,33c,33d PI制御器
34 位置センサ
35 位置センサ入力変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,28 Motor control apparatus 2,6a, 6b Current detection means 3 Permanent magnet motor 4,4a, 4b, 4c, 4d Control part 5 Power conversion circuit 7 3 phase / dq converter 8 Axis error calculator 9a, 9b, 9c , 9d, 9e, 9f Subtractor 10 PLL controllers 11a, 11b, 11c, 11d Control change-over switches 12a, 12b, 12c, 12d, 12e Speed controller 13 Load estimator 14 Integral term initial value calculator 15a, 15b Current control 16 Voltage command generator 17 dq / 3-phase converter 18 Integrator 20 Inverter 21 DC voltage source 22 Driver circuits 23a, 23b, 23c PWM pulse signal 24 Heat exchanger 25 Blower 26 Compressor 27 Compressor drive motor 28 Refrigerator Control device 29 Internal control device 30 Adder 31a, 31b Response frequency changeover switch 32a, 32b PI controller changeover switch Pitch 33a, 33b, 33c, 33d PI controller 34 position sensor 35 position sensor input transducer

Claims (3)

永久磁石モータのトルクに係る電気量である電流指令値又は電流指令値に係る値を演算する演算手段と、前記電流指令値又は電流指令値に係る値を入力とする電流制御器と、前記電流制御器の出力を入力とする電圧指令値作成器と、前記電圧指令値作成器の出力に従って前記永久磁石モータに電圧を印加する電力変換回路とを備えたモータ制御装置において、
位置フィードバック運転モード中に前記永久磁石モータのトルクが急激に変化あるいは変動が安定するタイミングをトリガとし、
前記トルクが急激に小さくなるタイミングのトリガに合わせて、q軸電流指令値又は速度制御器の積分項を、変化後の必要トルクを出力するのに必要なq軸電流値に設定する、
または、前記トルクの変動が安定するタイミングのトリガに合わせて、q軸電流指令値の下限値を下限リミット値に制限する下限リミット機能をOFFにする、
または、前記トルクの変動が安定するタイミングのトリガに合わせて、q軸電流指令値に、q軸検出電流とqc軸電流加算判定値との差分を加算する加算機能をOFFにする、
ことを特徴するモータ制御装置。
A calculating means for calculating a value relating to the current command value or a current command value is a quantity of electricity according to the torque of the permanent magnet motor, and a current controller which receives the value of the said current command value or current command value, the current the motor control apparatus having a voltage command value generator which receives the output of the controller, and a power conversion circuit for applying a voltage to the permanent magnet motor according to an output of said voltage command value generator,
Torque of the permanent magnet motor is abruptly changed, or change a trigger timing for stable during position feedback operation mode,
The q-axis current command value or the integral term of the speed controller is set to the q-axis current value necessary to output the necessary torque after the change in accordance with the trigger of the timing when the torque suddenly decreases.
Alternatively, the lower limit function for limiting the lower limit value of the q-axis current command value to the lower limit value is turned OFF in accordance with the trigger of the timing when the torque fluctuation is stabilized.
Alternatively, in accordance with the trigger of the timing when the torque fluctuation is stabilized, the addition function for adding the difference between the q-axis detected current and the qc-axis current addition determination value to the q-axis current command value is turned OFF.
A motor control device characterized by that.
請求項1において、前記モータのトルクが急激に変化するタイミングもしくは前記モータのトルク変動が安定するタイミングのトリガとして、
インバータ周波数指令値が減少に転じた場合、
タイマによってカウントを行いカウント値が設定値を超えた場合、
回転周波数の変動幅が判定値よりも小さくなったか、回転周波数の変動幅の変化量が判定値よりも小さくなった場合、
負荷トルク変動が定常状態になるときの予め設定した周波数指令値となった場合、
軸誤差の値が判定値以内の場合、
q軸検出電流値から負荷トルクの値を推定して、該推定した負荷トルクの値が判定値以下となった場合、
のいずれかを用いることを特徴とするモータ制御装置。
In claim 1, as a trigger of the timing when the torque of the motor suddenly changes or the timing when the torque fluctuation of the motor is stabilized,
If the inverter frequency command value starts to decrease,
When the timer counts and the count value exceeds the set value,
When the fluctuation width of the rotation frequency is smaller than the judgment value or the variation amount of the fluctuation width of the rotation frequency is smaller than the judgment value,
If the load torque fluctuation reaches the preset frequency command value when the steady state is reached,
If the axis error value is within the judgment value,
When the load torque value is estimated from the q-axis detected current value, and the estimated load torque value is equal to or less than the determination value,
Any one of the above is used.
請求項1又は2に記載のモータ制御装置を用いた圧縮機駆動装置を備えたことを特徴とする冷凍機器。 A refrigeration apparatus comprising a compressor driving device using the motor control device according to claim 1 .
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