JP6207953B2 - Power conversion device and power conversion method - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device and a power conversion method.
本技術分野の背景技術として、特開平11−75394号公報(特許文献1)がある。この公報には、「永久磁石同期電動機等の電動機を運転するインバータと、電動機の巻線電流を所定値に制御するためにインバータを構成する半導体スイッチング素子に対するオン・オフ信号を生成して出力する制御装置とを備えた電動機駆動装置等の交流回転機用電力変換装置に関する。電動機の回転子空転時に、空転再起動制御部によりインバータの半導体スイッチング素子のうち少なくとも一つをオンさせて電動機の巻線を短絡させ、その際に流れる巻線電流に基づき回転子の位置を推定して、インバータを介し電動機を再起動する。」と記載されている(要約参照)。 As a background art of this technical field, there is JP-A-11-75394 (Patent Document 1). In this publication, “on / off signals are generated and output for an inverter that operates a motor such as a permanent magnet synchronous motor and a semiconductor switching element that constitutes the inverter in order to control the winding current of the motor to a predetermined value. The present invention relates to a power conversion device for an AC rotating machine such as an electric motor driving device provided with a control device, and at the time of the rotor idling of the electric motor, at least one of the semiconductor switching elements of the inverter is turned on by the idling restart control unit. The line is short-circuited, and the position of the rotor is estimated based on the winding current flowing at that time, and the motor is restarted via the inverter. "(See summary).
前記特許文献1には、電動機の再起動方法について記載されている。しかし、特許文献1に開示の再起動方法では、例えば、ファン用途に誘導電動機を用いている場合に、外力(風等)により誘導電動機が空転中に巻線を短絡させたとしても電流は流れず、回転子位置、周波数を推定することができない。また、例えば、永久磁石同期電動機においても回転子空転中の回転周波数が低速時、巻線を短絡させた時の電流値が低いため精度よく回転子位置、周波数を推定することができない。
そこで、本発明は、特許文献1に開示の発明を始めとする従来の技術と比較して、巻線を短絡させた時に電流が流れない場合や回転周波数が低速時においても、空転中の回転子位置、周波数の推定が可能な電力変換装置を提供する。
Therefore, the present invention, compared with the prior art including the invention disclosed in
上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。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
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、半導体スイッチング素子を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せにより直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から該交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、該交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、前記制御装置は、該交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を該交流電動機に印加し、該交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき該交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、該導出した誘起電圧周波数・位相を用いて該交流電動機を再起動する電力変換装置である。 The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, an AC motor including a semiconductor switching element and converting a DC voltage into an arbitrary voltage by a combination of ON and OFF of the semiconductor switching element. A power converter that drives the power converter, a control device that controls a semiconductor switching element of the power converter and applies an arbitrary voltage to the AC motor from the power converter, and detects a current flowing through the AC motor Or an estimation current detector, and the control device applies an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor when the AC motor idles or stops, and applies a current and a voltage flowing through the AC motor. The induced voltage frequency / phase of the AC motor is derived based on the determined time, and the AC motor is restarted using the derived induced voltage frequency / phase. It is a conversion apparatus.
本発明によれば、回転子空転中に巻線を短絡させた時に電流が流れない場合や回転周波数が低速時においても、空転中の回転子位置、周波数を推定し、再起動可能な電力変換装置を提供することができる。 According to the present invention, even when no current flows when the winding is short-circuited during idling of the rotor or when the rotational frequency is low, the rotor position and frequency during idling are estimated, and restartable power conversion is possible. An apparatus can be provided.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明の実施例について、図を用いながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例では、空転中の交流電動機の回転子位置・周波数の推定が可能な電力変換装置の構成の一例を説明する。 In the present embodiment, an example of the configuration of a power conversion device capable of estimating the rotor position and frequency of an AC motor that is idling will be described.
図1は、実施例1における電力変換装置の構成図の一例である。 FIG. 1 is an example of a configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment.
永久磁石同期電動機105を駆動する電力変換装置101は、平滑コンデンサ102と電力変換器103と電流検出器104と制御装置106を有する。
A
平滑コンデンサ102は、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサであるが、平滑させずに直流電圧を直接入力してもよい。電力変換器103は、半導体スイッチング素子のオン・オフの組み合わせに応じて、直流電圧を任意の電圧に変換する。
The
電流検出器104は、例えばシャント抵抗やホールCTであって、電力変換器103の3相出力電流を検出する。2相のみを検出し、3相交流の総和が零であることから、残りの1相を算出してもよい。また、電力変換器103の入力の正極または負極にシャント抵抗を配置し、シャント抵抗に流れる電流から3相出力電流を推定してもよい。
The
制御装置106は、交流電動機制御部107と再起動制御部108とゲート信号制御部109を有する。
The
交流電動機制御部107は、永久磁石同期電動機105の速度またはトルクを任意に制御するために、3相出力電流に基づいた電圧指令を出力する。 再起動制御部108は、遮断レベル設定値、交流電動機定数設定値、電流検出器104にて検出した3相出力電流を受け付け、周波数、位相、回転方向を交流電動機制御部107に、また遮断指令をゲート信号制御部109に出力する。
The AC
ゲート信号制御部109は、交流電動機制御部107より電圧指令を受け取り、永久磁石同期電動機105に電圧指令に基づいた電圧が印加されるように、半導体スイッチング素子のオン・オフを制御する。また、ゲート信号制御部109は、再起動制御部108より遮断指令を受け取ると、永久磁石同期電動機105に対して電圧印加を中断するように、半導体スイッチング素子をすべてオフする。
The gate
ここで、任意の電圧印加時に流れる電流により永久磁石同期電動機105の磁極位置及び回転角速度を推定する方法を説明する。永久磁石同期電動機105の空転状態から再起動を行うためには、過電流状態等になり正常に再起動ができないため、再起動時に電力変換器103の出力電圧の振幅、位相、周波数を永久磁石同期電動機105の誘起電圧のそれらとほぼ同等の値にする必要がある。また、永久磁石同期電動機105の回転方向も知る必要がある。
Here, a method for estimating the magnetic pole position and the rotational angular velocity of the permanent magnet
図2は、図1に示した電力変換装置の再起動制御部の一例である。再起動制御部108に例えば3相出力電流iu、iv、iwが入力されている場合、ピーク電流生成部201にてピーク電流を生成する。このとき電圧印加処理部202では生成されたピーク電流が電流遮断レベルを下回っていた場合、任意の電圧を印加する。任意の電圧を印加する事で流れた電流から生成したピーク電流が電流遮断レベルを上回った場合、過電流回避のため任意の電圧印加を中断する。
FIG. 2 is an example of a restart control unit of the power conversion apparatus illustrated in FIG. For example, when three-phase output currents i u , i v , i w are input to the restart control unit 108, the peak
図3は、実施例1における電力変換装置の構成図の変形例である。 FIG. 3 is a modification of the configuration diagram of the power conversion device according to the first embodiment.
図3のように電力変換装置301に直流電圧を検出する直流電圧検出器310を備え、この直流電圧検出器310を用いて検出した直流電圧を制御装置306内の再起動制御部308に入力する。
As shown in FIG. 3, the
図4は、実施例1における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 FIG. 4 is an example of a restart control unit of the power conversion device according to the first embodiment.
図4に示したように電圧印加処理部402は、再起動制御部308に入力された直流電圧をもとに過電圧回避をするよう、任意の電圧印加及び中断を判断することができる。
As shown in FIG. 4, the voltage application processing unit 402 can determine arbitrary voltage application and interruption so as to avoid overvoltage based on the DC voltage input to the
図5は、実施例1における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 FIG. 5 is an example of a restart control unit of the power conversion device according to the first embodiment.
図5に示すように、ピーク電流、直流電圧の両方を用いて任意の電圧印加及び中断を判断してもよい。 As shown in FIG. 5, any voltage application and interruption may be determined using both peak current and DC voltage.
周波数・位相推定処理部203は、3相出力電流、交流電動機定数を入力とし、周波数、位相、回転方向を出力する。
The frequency / phase
周波数・位相推定処理部203の内部処理として、例えば、まず微分演算部204にて検出した3相出力電流の今回値と前回値から電流の差分値を演算する。次に、各相の電流差分値とあらかじめ知られている交流電動機定数から誘起電圧推定処理部205にて各相誘起電圧瞬時値を演算する。次いで、推定した各相誘起電圧瞬時値から周波数演算処理部206にて周波数を、位相演算処理部207にて位相を演算し、また、回転方向判定処理部208にて位相から回転方向を推定する。推定した周波数・位相・回転方向を交流電動機制御部107に出力し、これらに基づいて制御する事で、電力変換装置101の再起動が実行される。
As an internal process of the frequency / phase
図6は、実施例1における電力変換装置から印加する任意の交流電圧の一例である。 FIG. 6 is an example of an arbitrary AC voltage applied from the power conversion device according to the first embodiment.
本実施例において、例えば任意の直流電圧印加時に流れる電流に基づいて周波数・位相を推定する方法について説明するが印加する電圧は、図6のような任意の交流電圧でもよい。交流電圧であることにより、各半導体スイッチング素子の負荷を均一にすることができる。 In this embodiment, for example, a method for estimating the frequency and phase based on the current flowing when an arbitrary DC voltage is applied will be described. However, the applied voltage may be an arbitrary AC voltage as shown in FIG. By using an alternating voltage, the load of each semiconductor switching element can be made uniform.
まず、誘起電圧瞬時値の推定方法について説明する。回転子の空転中に例えば任意の直流電圧を印加する事で流れる電流は、3相電流として検出または推定される。u、v、w各相の電流をそれぞれiu、iv、iwとすると各相の誘起電圧瞬時値eu、ev、ewは、電圧方程式から数1によって求める事ができる。なお、数1においてvは、任意の印加電圧、Rは永久磁石同期電動機105の巻線抵抗、Lは永久磁石同期電動機105の巻線インダクタンス、添字のu、v、wは各量のu軸、v軸、w軸成分である。
First, a method for estimating an induced voltage instantaneous value will be described. For example, a current that flows when an arbitrary DC voltage is applied during idling of the rotor is detected or estimated as a three-phase current. Assuming that the current of each phase of u, v, and w is i u , i v , and i w , the induced voltage instantaneous values e u , e v , and e w of each phase can be obtained from the voltage equation according to
ここで、電圧印加時間が極めて短いと仮定すると、Rを無視できることから、数2を得ることができる。
Here, assuming that the voltage application time is extremely short, since R can be ignored, Equation 2 can be obtained.
なお、少なくとも数1または数2どちらか一方を用いて、各相の誘起電圧瞬時値eu、ev、ewを算出すればよい。また、数1及び数2は3相分を算出しているが、2相のみを算出し、3相交流の総和が零であることから、残りの1相を算出してもよい。
Note that using either at least several 1 or Formula 2, each phase of the induced voltage instantaneous value e u, e v, may be calculated e w. Further, although
数2からも分かるように、誘起電圧瞬時値を推定するには電流の時間微分が必要となる。例えばソフトウェアで行う場合には、電流のサンプリング時間Δtあたりの電流増分値Δiを取得することで演算する。 As can be seen from Equation 2, time differentiation of the current is required to estimate the induced voltage instantaneous value. For example, in the case of software, the calculation is performed by obtaining the current increment value Δi per current sampling time Δt.
図7は実施例1における電力変換装置に任意の直流電圧を印加した時における電流検出タイミングと電流変化の一例である。例えば任意の直流電圧を印加後、電流が成長し遮断レベルに到達したら、電圧印加を中断する。その間、任意のサンプリング間隔で電流を取得し、数3のように前回取得した電流値との差をとって電流の増分値を求める。このため最低2点の電流サンプリングが必要となる。
FIG. 7 is an example of current detection timing and current change when an arbitrary DC voltage is applied to the power conversion device according to the first embodiment. For example, after an arbitrary DC voltage is applied, when the current grows and reaches a cutoff level, the voltage application is interrupted. In the meantime, the current is acquired at an arbitrary sampling interval, and an incremental value of the current is obtained by taking the difference from the previously acquired current value as shown in
なお、添字のnは電圧印加1回当たりの電流サンプリング回数を表しており、n>0である。
Note that the subscript n represents the number of times of current sampling per voltage application, and n> 0.
電流サンプリング時間Δtとすると、数2は数4のように表すことができる。
Assuming that the current sampling time is Δt, Expression 2 can be expressed as
次に、誘起電圧周波数の推定方法について説明する。ωを角速度とすると、誘起電圧定数Keと誘起電圧振幅値E1には数5の関係がある。
Next, a method for estimating the induced voltage frequency will be described. Assuming that ω is an angular velocity, the induced voltage constant Ke and the induced voltage amplitude value E 1 have a relationship of
誘起電圧周波数をfとするとω=2πfより数5は数6のように表すことができる。
When the induced voltage frequency is f,
また、誘起電圧瞬時値を用いると、誘起電圧振幅値は数7で求められる。
Further, when the induced voltage instantaneous value is used, the induced voltage amplitude value can be obtained by Equation 7.
数6及び数7より、推定した各相の誘起電圧瞬時値eu、ev、ewから誘起電圧周波数を導出する事ができる。
From the equations 6 and 7, the induced voltage frequency can be derived from the estimated induced voltage instantaneous values e u , e v , e w of each phase.
以上のように、少なくとも2点の電流を検出することにより、永久磁石同期電動機105の誘起電圧周波数を導出可能である。
As described above, the induced voltage frequency of the permanent
次いで、誘起電圧位相の推定方法について説明する。 Next, a method for estimating the induced voltage phase will be described.
まず、数1より導出した各相の誘起電圧瞬時値eu、ev、ewに対して数8による座標変換を行い、2相固定座標系に置き換えた誘起電圧瞬時値eα、eβを導出する。
First, the induced voltage instantaneous values e α , e β obtained by converting the instantaneous induced voltage values e u , e v , e w of each phase derived from Eq. Is derived.
誘起電圧位相θはこの誘起電圧瞬時値eα、eβより数9で求められる。
The induced voltage phase θ is obtained by the following equation (9) from the induced voltage instantaneous values e α and e β .
最後に、永久磁石同期電動機105の回転方向推定方法について説明する。角速度ωと誘起電圧位相θの関係は数10で表される。
Finally, a method for estimating the rotation direction of the permanent
永久磁石同期電動機105の回転方向は、角速度ωの符号で判別が可能、つまり、数9で得た位相の単位時間当たりの増分方向で、回転方向の推定が可能となる。
The rotational direction of the permanent
なお、永久磁石同期電動機105の回転方向は、タイミングによっては、精確に推定できない場合がある。図8は実施例1における電力変換装置の回転方向推定タイミングの一例である。例えば、図8のようにT1のタイミングの位相を基準とした時、t秒後のT2タイミングの位相を用いることで回転方向を正しく推定できるが、t´秒後のT2´タイミングの位相を用いて回転方向を推定してしまうと誤推定してしまう。
Note that the rotation direction of the permanent
しかし、本願においては、前記したように少なくとも2点の電流を検出することにより、永久磁石同期電動機105の誘起電圧周波数を導出可能であるため、導出した周波数を用いて誘起電圧位相θの導出タイミングを決定すれば、精確な回転方向推定が可能である。
However, in the present application, since the induced voltage frequency of the permanent
さらに本願においては、図9は実施例1における電力変換装置の再始動制御部の一例である。図9の交流電動機状態判断部909にて遮断指令時間、すなわち電圧印加中断時間によって、永久磁石同期電動機105が停止中または低速回転中であるか否かを判断することも可能である。交流電動機状態判断部909では、遮断指令時間と任意に設定された停止判断時間もしくは低速判断時間とを比較し、遮断指令時間が停止判断時間もしくは低速判断時間を超えた場合に、停止中もしくは低速中と判断する。なお、停止判断と低速判断は同時に行ってもよい。また、停止判断時間や低速判断時間は、各々個別に設定されてもよい。
Furthermore, in this application, FIG. 9 is an example of the restart control unit of the power conversion device according to the first embodiment. It is also possible to determine whether or not the permanent
永久磁石同期電動機105が低速回転中と判断した場合に、永久磁石同期電動機105に対して任意の直流電圧を印加し永久磁石同期電動機105に対して制動をかけ停止させることで、永久磁石同期電動機105をスムーズに再起動することも可能である。なお、永久磁石同期電動機105を制動させる際に印加する直流電圧は、零電圧でもよい。
When it is determined that the permanent
以上、任意の直流電圧を印加することで得られる各相電流と既知の交流電動機定数から、誘起電圧の周波数・位相・回転方向を推定することができる。 As described above, the frequency, phase, and rotation direction of the induced voltage can be estimated from each phase current obtained by applying an arbitrary DC voltage and a known AC motor constant.
本実施例では、実施例1と共通する部分については、同様の符号を用いて説明し、異なる部分について詳細に説明するものとする。 In the present embodiment, portions common to the first embodiment will be described using the same reference numerals, and different portions will be described in detail.
図10は、実施例2における電力変換装置の構成図の一例である。 FIG. 10 is an example of a configuration diagram of the power conversion device according to the second embodiment.
永久磁石同期電動機105を駆動する電力変換装置1001は、平滑コンデンサ102と電力変換器103と電流検出器104と制御装置1006を有する。
A
制御装置1006は、交流電動機制御部107と再起動制御部1008とゲート信号制御部109を有する。
The
再起動制御部1008は、遮断レベル設定値、交流電動機定数設定値、3相出力電流を受け付け、周波数、位相、回転方向を交流電動機制御部107に、また遮断指令をゲート信号制御部109に出力する。
The restart control unit 1008 receives a cutoff level setting value, an AC motor constant setting value, and a three-phase output current, and outputs a frequency, a phase, and a rotation direction to the AC
図11は、実施例2における電力変換装置の再起動制御部の一例である。 FIG. 11 is an example of a restart control unit of the power conversion device according to the second embodiment.
周波数・位相推定処理部1103内にある回転方向判定処理部1108では、各回で導出した少なくとも2相の誘起電圧瞬時値の関係より回転方向を推定することができる。
、 図12は、実施例2における電力変換装置から印加する任意の直流電圧の一例である。
The rotation direction
FIG. 12 is an example of an arbitrary DC voltage applied from the power conversion device according to the second embodiment.
本実施例において、例えば図12のように任意の直流電圧を徐々に印加した時に流れる電流に基づいて永久磁石同期電動機105の誘起電圧周波数・位相を推定する。任意の直流電圧を徐々に印加する事で、永久磁石同期電動機105が例えば高回転数で空転していた場合、電流の急成長を抑えることができる。また、永久磁石同期電動機105が発生する誘起電圧が非常に小さい場合すなわち永久磁石同期電動機105が低回転数で空転していた場合、徐々に電圧を印加する事で電流の成長を緩やかにすることができる、つまり、永久磁石同期電動機105の回転数を落とさずに推定する事ができる。
In this embodiment, for example, the induced voltage frequency / phase of the permanent
図13は、実施例2における電力変換装置から印加する任意の交流電圧の振幅を徐々に上昇させた一例である。 FIG. 13 is an example in which the amplitude of an arbitrary AC voltage applied from the power converter in Example 2 is gradually increased.
図13のような交流電圧を徐々に印加しても、同様の効果が得られる。 Similar effects can be obtained by gradually applying an AC voltage as shown in FIG.
電圧印加し始める値としては、交流電動機定数の巻線抵抗と電流遮断レベル値の関係から電圧印加する値を決定してもよい。また、永久磁石同期電動機105の定格電圧の半分の値から電圧印加を開始することで、永久磁石同期電動機105が発生する誘起電圧瞬時値との最大電位差を最小に抑えることができる。さらには、例えば図7のように電流サンプリングを複数回行う場合、前回の電流サンプリング時に推定した永久磁石同期電動機105の誘起電圧周波数もしくは誘起電圧振幅値から次回に印加する電圧値を決定してもよい。
As a value at which voltage application starts, a value to which voltage is applied may be determined from the relationship between the winding resistance of the AC motor constant and the current interruption level value. Moreover, by starting voltage application from a value that is half the rated voltage of the permanent
本実施例において、永久磁石同期電動機105の誘起電圧周波数・位相の推定方法については実施例1と同様であるので省略する。
図14は、実施例2における電力変換装置の2相の誘起電圧の一例である。
In the present embodiment, the method for estimating the induced voltage frequency / phase of the permanent
FIG. 14 is an example of two-phase induced voltages of the power conversion device according to the second embodiment.
図14のTaは、u相誘起電圧が正から負に変化するタイミングである。もう一方の誘起電圧はv相誘起電圧である。このタイミングにおいて、次に導出する2相誘起電圧の増加方向により回転方向を推定する。Taの場合、例えばu相誘起電圧が負側に増加し、v相誘起電圧が正側に増加したら正転と判定し、逆にu相誘起電圧が正側に増加し、v相誘起電圧が負側に増加したら逆転と判定する。 Ta in FIG. 14 is a timing at which the u-phase induced voltage changes from positive to negative. The other induced voltage is a v-phase induced voltage. At this timing, the rotational direction is estimated from the direction of increase of the two-phase induced voltage derived next. In the case of Ta, for example, if the u-phase induced voltage increases to the negative side and the v-phase induced voltage increases to the positive side, it is determined as normal rotation. Conversely, the u-phase induced voltage increases to the positive side, and the v-phase induced voltage increases. If it increases to the negative side, it is determined to be reverse.
図14のTbは、u相誘起電圧が振幅最大値(負側)のタイミングである。このタイミングにおいて、v相誘起電圧が負側に増加したら正転と判定し、逆に、v相誘起電圧が正側に増加したら逆転と判定する。 Tb in FIG. 14 is timing when the u-phase induced voltage is the maximum amplitude value (negative side). At this timing, if the v-phase induced voltage increases to the negative side, it is determined as normal rotation, and conversely, if the v-phase induced voltage increases to the positive side, it is determined to be reverse.
図14のTcは、u相誘起電圧が負から正に変化するタイミングである。このタイミングにおいて、u相誘起電圧が正側に増加し、v相誘起電圧が負側に増加したら正転と判定し、逆にu相誘起電圧が負側に増加し、v相誘起電圧が正側に増加したら逆転と判定する。 Tc in FIG. 14 is a timing at which the u-phase induced voltage changes from negative to positive. At this timing, if the u-phase induced voltage increases to the positive side and the v-phase induced voltage increases to the negative side, it is determined as normal rotation. Conversely, the u-phase induced voltage increases to the negative side, and the v-phase induced voltage is positive. If it increases to the side, it is determined as reverse rotation.
図14のTdは、u相誘起電圧が振幅最大値(正側)のタイミングである。このタイミングにおいて、v相誘起電圧が正側に増加したら正転と判定し、逆に、v相誘起電圧が負側に増加したら逆転と判定する。 Td in FIG. 14 is the timing when the u-phase induced voltage is the maximum amplitude value (positive side). At this timing, if the v-phase induced voltage increases to the positive side, it is determined to be normal rotation. Conversely, if the v-phase induced voltage increases to the negative side, it is determined to be reverse.
なお、本回転方向判定方法は、判定タイミングによっては、精確に推定できない場合があるが、実施例1記載の回転方向判定方法と同様に、導出した周波数を用いて回転方向判定タイミングを決定すれば、精確な回転方向の判定が可能である
なお、上記実施形態では永久磁石同期電動機に適用した場合につき説明したが、例えば誘導電動機や回転子に永久磁石を用いない同期電動機のような、誘起電圧が発生していない状態で、外力で回転もしくは停止している電動機に適用可能である。
Although this rotational direction determination method may not be accurately estimated depending on the determination timing, as in the rotational direction determination method described in the first embodiment, if the rotational direction determination timing is determined using the derived frequency. In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a permanent magnet synchronous motor is described. However, for example, an induction voltage such as an induction motor or a synchronous motor that does not use a permanent magnet for a rotor is described. The present invention is applicable to an electric motor that is rotating or stopped by an external force in a state where no is generated.
本願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ものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に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。 The present application is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. 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. Further, a part of the configuration 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よい。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。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 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. 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. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
101…電力変換装置、102…平滑コンデンサ、103…電力変換器、104…電流検出器、105…永久磁石同期電動機、106…制御装置、107…交流電動機制御部、108…再起動制御部、109…ゲート信号制御部、201…ピーク電流生成部、202…電圧印加処理部、203…周波数・位相推定処理部、204…微分演算部、205…誘起電圧推定処理部、206…周波数演算処理部、207…位相演算処理部、208…回転方向判定処理部、301…電力変換装置、306…制御装置、308…再起動制御部、310…直流電圧検出器、402…電圧印加処理部、502…電圧印加処理部、909…交流電動機状態判断部、1001…電力変換装置、1006…制御装置、1008…再起動制御部、1103…周波数・位相推定処理部、1108…回転方向判定処理部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、
前記制御装置は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、
前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を上回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、または、前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を下回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を再開し、
前記交流電動機に対して電圧印加と電圧印加中断の組み合わせを少なくとも1回行い、現在までに導出した前記交流電動機の誘起電圧周波数の内少なくとも1つを用いて、次回までの電圧印加中断時間を決定することを特徴とする電力変換装置。 A power converter that includes a semiconductor switching element, converts a DC voltage into an arbitrary voltage by a combination of ON and OFF of the semiconductor switching element, and drives an AC motor;
And a control device, wherein the controlling the semiconductor switching elements of the power converter is controlled to apply an arbitrary voltage to the AC motor from the power converter,
And a current detector for detecting or estimating the current flowing through the AC motor,
Wherein the controller, an arbitrary voltage from the power converter during idle or stopping of the AC motor is applied to the AC motor, the induced voltage frequency of the AC motor based on the current flowing through the AC motor and time of applying a voltage and phase derives, restart the AC motor using the induced voltage frequency and phase that the derived,
The voltage application to the AC motor is interrupted when the current flowing through the AC motor exceeds a predetermined current value, or the voltage application to the AC motor is performed when the current flowing through the AC motor falls below a predetermined current value. Resume
The combination of voltage application and voltage application interruption is performed at least once for the AC motor, and the voltage application interruption time until the next time is determined using at least one of the induced voltage frequencies of the AC motor derived so far. The power converter characterized by doing .
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、A power converter that converts a DC voltage into an arbitrary voltage and drives an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、A control device that controls a semiconductor switching element of the power converter and controls the application of an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、A current detector for detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御装置は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、The control device applies an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on the current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記電力変換器に入力される直流電圧を検出する直流電圧検出器を備え、A DC voltage detector for detecting a DC voltage input to the power converter;
前記検出した直流電圧が所定の電圧値を上回った場合に、前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、When the detected DC voltage exceeds a predetermined voltage value, the voltage application to the AC motor is interrupted,
前記検出した直流電圧が所定の電圧値を下回った場合に、前記交流電動機に対する電圧印加を再開し、When the detected DC voltage falls below a predetermined voltage value, voltage application to the AC motor is resumed,
前記交流電動機に対して電圧印加と電圧印加中断の組み合わせを少なくとも1回行い、現在までに導出した前記交流電動機の誘起電圧周波数の内少なくとも1つを用いて、次回までの電圧印加中断時間を決定することを特徴とする電力変換装置。The combination of voltage application and voltage application interruption is performed at least once for the AC motor, and the voltage application interruption time until the next time is determined using at least one of the induced voltage frequencies of the AC motor derived so far. The power converter characterized by doing.
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、A power converter that converts a DC voltage into an arbitrary voltage and drives an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、A control device that controls a semiconductor switching element of the power converter and controls the application of an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、A current detector for detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御装置は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、The control device applies an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on the current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を上回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、または、前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を下回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を再開し、The voltage application to the AC motor is interrupted when the current flowing through the AC motor exceeds a predetermined current value, or the voltage application to the AC motor is performed when the current flowing through the AC motor falls below a predetermined current value. Resume
前記交流電動機に対しての電圧印加を中断するまでの時間によって、前記交流電動機は停止中または低速回転中と判断することを特徴とする電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the AC motor is determined to be stopped or rotating at a low speed according to a time until voltage application to the AC motor is interrupted.
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換器と、A power converter that converts a DC voltage into an arbitrary voltage and drives an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御装置と、A control device that controls a semiconductor switching element of the power converter and controls the application of an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出器と、を備え、A current detector for detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御装置は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、The control device applies an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on the current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記電力変換器に入力される直流電圧を検出する直流電圧検出器を備え、A DC voltage detector for detecting a DC voltage input to the power converter;
前記検出した直流電圧が所定の電圧値を上回った場合に、前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、When the detected DC voltage exceeds a predetermined voltage value, the voltage application to the AC motor is interrupted,
前記交流電動機に対しての電圧印加を中断するまでの時間によって、前記交流電動機は停止中または低速回転中と判断することを特徴とする電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the AC motor is determined to be stopped or rotating at a low speed according to a time until voltage application to the AC motor is interrupted.
前記交流電動機が低速回転中と判断した場合に、前記交流電動機に対して任意の直流電圧を印加し制動をかけることを特徴とする電力変換装置。When it is determined that the AC motor is rotating at a low speed, an arbitrary DC voltage is applied to the AC motor for braking.
前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換器から前記交流電動機に印加する電圧は、電圧値を徐々に大きくする任意周波数の電圧であることを特徴とする電力変換装置。The voltage applied to the AC motor from the power converter when the AC motor is idling or stopped is a voltage of an arbitrary frequency that gradually increases the voltage value.
各回で導出した前記交流電動機の誘起電圧位相の内少なくとも1つを用いて前記交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換装置。 A power converter according to any one of claims 1 to 4,
Power conversion apparatus and estimates the direction of rotation of the AC motor using at least one of the induced voltage phase of the derived the AC motor each time.
前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧瞬時値を導出し、各回で導出した前記交流電動機の誘起電圧瞬時値の内少なくとも2相を用いて前記交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換装置。 A power converter according to any one of claims 1 to 4,
Wherein based on the current flowing to the AC motor and time voltage is applied to derive an induced voltage instantaneous value of the ac motor, with at least two phases of the induced voltage instantaneous value of the AC motor derived in each time of the AC motor A power converter characterized by estimating a rotation direction.
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換工程と、A power conversion process for converting a DC voltage into an arbitrary voltage and driving an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御工程と、A control step of controlling the semiconductor switching element of the power converter, and controlling to apply an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出工程と、を備え、A current detection step of detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御工程は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、In the control step, an arbitrary voltage is applied to the AC motor from the power conversion step when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on a current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を上回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、または、前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を下回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を再開し、The voltage application to the AC motor is interrupted when the current flowing through the AC motor exceeds a predetermined current value, or the voltage application to the AC motor is performed when the current flowing through the AC motor falls below a predetermined current value. Resume
前記交流電動機に対して電圧印加と電圧印加中断の組み合わせを少なくとも1回行い、現在までに導出した前記交流電動機の誘起電圧周波数の内少なくとも1つを用いて、次回までの電圧印加中断時間を決定することを特徴とする電力変換方法。The combination of voltage application and voltage application interruption is performed at least once for the AC motor, and the voltage application interruption time until the next time is determined using at least one of the induced voltage frequencies of the AC motor derived so far. A power conversion method characterized by:
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換工程と、A power conversion process for converting a DC voltage into an arbitrary voltage and driving an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御工程と、A control step of controlling the semiconductor switching element of the power converter, and controlling to apply an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出工程と、を備え、A current detection step of detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御工程は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、In the control step, an arbitrary voltage is applied to the AC motor from the power conversion step when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on a current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記電力変換工程に入力される直流電圧を検出する直流電圧検出工程を備え、A DC voltage detection step of detecting a DC voltage input to the power conversion step;
前記検出した直流電圧が所定の電圧値を上回った場合に、前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、 When the detected DC voltage exceeds a predetermined voltage value, the voltage application to the AC motor is interrupted,
前記検出した直流電圧が所定の電圧値を下回った場合に、前記交流電動機に対する電圧印加を再開し、When the detected DC voltage falls below a predetermined voltage value, voltage application to the AC motor is resumed,
前記交流電動機に対して電圧印加と電圧印加中断の組み合わせを少なくとも1回行い、現在までに導出した前記交流電動機の誘起電圧周波数の内少なくとも1つを用いて、次回までの電圧印加中断時間を決定することを特徴とする電力変換方法。The combination of voltage application and voltage application interruption is performed at least once for the AC motor, and the voltage application interruption time until the next time is determined using at least one of the induced voltage frequencies of the AC motor derived so far. A power conversion method characterized by:
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換工程と、A power conversion process for converting a DC voltage into an arbitrary voltage and driving an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御工程と、A control step of controlling the semiconductor switching element of the power converter, and controlling to apply an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出工程と、を備え、A current detection step of detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御工程は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、In the control step, an arbitrary voltage is applied to the AC motor from the power conversion step when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on a current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を上回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、または、前記交流電動機に流れる電流が所定の電流値を下回った場合に前記交流電動機に対する電圧印加を再開し、The voltage application to the AC motor is interrupted when the current flowing through the AC motor exceeds a predetermined current value, or the voltage application to the AC motor is performed when the current flowing through the AC motor falls below a predetermined current value. Resume
前記交流電動機に対しての電圧印加を中断するまでの時間によって、前記交流電動機は停止中または低速回転中と判断することを特徴とする電力変換方法。The power conversion method according to claim 1, wherein the AC motor is determined to be stopped or rotating at a low speed according to a time until voltage application to the AC motor is interrupted.
より直流電圧を任意の電圧に変換し交流電動機を駆動する電力変換工程と、A power conversion process for converting a DC voltage into an arbitrary voltage and driving an AC motor;
前記電力変換器の半導体スイッチング素子を制御し、前記電力変換器から前記交流電動機に任意の電圧を印加するよう制御する制御工程と、A control step of controlling the semiconductor switching element of the power converter, and controlling to apply an arbitrary voltage from the power converter to the AC motor;
前記交流電動機に流れる電流を検出または推定する電流検出工程と、を備え、A current detection step of detecting or estimating a current flowing through the AC motor,
前記制御工程は、前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から任意の電圧を前記交流電動機に印加し、前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧周波数・位相を導出し、前記導出した誘起電圧周波数・位相を用いて前記交流電動機を再起動し、In the control step, an arbitrary voltage is applied to the AC motor from the power conversion step when the AC motor is idling or stopped, and an induced voltage frequency of the AC motor is based on a current and voltage applied to the AC motor. Deriving the phase, restarting the AC motor using the derived induced voltage frequency and phase,
前記電力変換工程に入力される直流電圧を検出する直流電圧検出工程を備え、A DC voltage detection step of detecting a DC voltage input to the power conversion step;
前記検出した直流電圧が所定の電圧値を上回った場合に、前記交流電動機に対する電圧印加を中断し、When the detected DC voltage exceeds a predetermined voltage value, the voltage application to the AC motor is interrupted,
前記交流電動機に対しての電圧印加を中断するまでの時間によって、前記交流電動機は停止中または低速回転中と判断することを特徴とする電力変換方法。The power conversion method according to claim 1, wherein the AC motor is determined to be stopped or rotating at a low speed according to a time until voltage application to the AC motor is interrupted.
前記交流電動機が低速回転中と判断した場合に、前記交流電動機に対して任意の直流電圧を印加し制動をかけることを特徴とする電力変換方法。A power conversion method comprising applying an arbitrary DC voltage to the AC motor and applying braking when it is determined that the AC motor is rotating at a low speed.
前記交流電動機の空転または停止時に前記電力変換工程から前記交流電動機に印加する電圧は、電圧値を徐々に大きくする任意周波数の電圧であることを特徴とする電力変換方法。The voltage applied to the AC motor from the power conversion step when the AC motor is idling or stopped is a voltage of an arbitrary frequency that gradually increases the voltage value.
各回で導出した前記交流電動機の誘起電圧位相の内少なくとも1つを用いて前記交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換方法。A power conversion method, wherein the rotational direction of the AC motor is estimated using at least one of the induced voltage phases of the AC motor derived each time.
前記交流電動機に流れる電流と電圧を印加した時間に基づき前記交流電動機の誘起電圧瞬時値を導出し、各回で導出した前記交流電動機の誘起電圧瞬時値の内少なくとも2相を用いて前記交流電動機の回転方向を推定することを特徴とする電力変換方法。An induced voltage instantaneous value of the AC motor is derived based on a time during which the current and voltage flowing to the AC motor are applied, and at least two phases of the induced voltage instantaneous values of the AC motor derived at each time are used. A power conversion method characterized by estimating a rotation direction.
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