KR100709816B1 - 영구자석식 동기 모터의 제어장치 - Google Patents

Abstract

평방근이나 복잡한 계산식을 이용할 필요가 없는 간단한 구성으로, 모터 정수의 변동에 대해서도 정확하게 모터의 단자전압의 억제를 실시할 수 있는 영구자석식 동기 모터의 제어장치를 얻을 수 있다. 모터의 단자전압의 억제는 인버터의 최대 출력전압이 영구자석식 동기 모터의 단자전압을 넘지 않게 d축으로 부의(negative) 전류를 흘리는 것에 의해서 행해진다. d축전류 성분의 크기는 인버터에 입력되는 전압 지령치와 상기 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치(역치)를 비교하고, 상기 전압 지령치가 단자전압 상한치를 넘었을 경우에 d축전류 성분을 부의 방향으로 증대하는 방향으로 변환하고, 전압 지령치가 단자전압 상한치 이하의 경우에는 d축전류 성분을 부의 방향으로 감소시킬 방향으로 변환하는 것에 의해 조정한다. 이것에 의해서, 모터의 단자전압이 인버터의 최대 출력전압을 넘지 않게 모터의 제어를 한다.

Description

영구자석식 동기 모터의 제어장치{CONTROLLER OF PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR}

본 발명은 영구자석식 동기 모터의 제어장치에 관한 것이다.

영구자석식 동기 모터는 회전에 의해 생기는 유기(induced) 전압이나 전기자 반작용에 의해 역기전압이 생기기 때문에, 이것이 인버터의 최대 출력전압을 넘지 않게 운전을 실시할 필요가 있다.

특히 정격 속도를 넘는 고속 회전 영역이나 정격 토크보다 큰 부하가 걸렸을 때에, 모터의 단자전압이 인버터의 최대 출력전압을 넘지 않도록 해야 한다. 또, 인버터의 직류 전원 전압이 저하했을 경우에는 최대 출력전압도 저하하기 때문에, 이와 같은 경우에 대해서도 모터의 단자전압이 인버터의 최대 출력전압을 넘지 않게 아울러 고려해야 한다.

해결법으로서 인버터의 출력전압을 올리는 것도 하나의 방법이지만, 장치가 대형화하기도 하기 때문에, 전기자 반작용을 이용한 약한 계자제어(field-weakening control)가 이용되는 경우가 많다.

종래의 영구자석식 동기 모터의 약한 계자제어에 대해서는, 예를 들면, 일본특허공개 2OOO-278982호 공보가 알려져 있다. 이 명세서에는 전압 센서에 의해 인 버터 직류 전압치를 검출하고, 모터의 유기 전압이 인버터 직류 전압치를 넘지 않도록, 계자방향의 전류(d축전류)를 인버터에 입력되는 직류 전압, 모터의 토크, 모터의 회전 속도와의 관계에 근거한 d축전류 성분의 지령치에 추종 제어하는 방법이 제안되고 있다.

그러나, 종래의 영구자석식 동기 모터의 제어장치에서는 인버터의 직류 전원 전압이 저하했을 때나 모터의 고속 운전시 등, 모터의 단자전압을 내릴 필요가 있을 때는 모터 회전수나 토크 전류(q축전류) 지령, 및 모터 정수로부터 평방근이나 제산(除算)을 포함한 복잡한 계산식을 이용하여 d축전류 지령치를 계산하고 있기 때문에, 염가의 프로세서, 예를 들면 마이크로컴퓨터 등에서는 연산하지 못하고, 실장할 수 없는 문제점이 있었다. 또, 모터 정수는 모터의 부하 상태나 온도에 의해서 변화하기 때문에, 그러한 영향으로 d축전류 지령치의 오차가 발생하고, 그 때문에 약한 계자제어가 충분히 행해지지 않았다. 또, 필요이상으로 d축전류를 흘린다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 평방근이나 복잡한 계산식을 이용하지 않는 간단한 구성으로, 모터 정수의 변동에 대해서도 정확하게 모터의 단자전압의 억제를 실시할 수 있는 영구자석식 동기 모터의 제어장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 모터의 단자전압의 억제는 인버터의 최대 출력전압이 영구자석식 동기 모터의 단자전압을 넘지 않게 d축으로 부의(negative) 전류를 흘리는 것에 의해서 행해진다. 이 발명에서는 d축전류 성분의 크기는 인버터에 입력되는 전압 지령치와 상기 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치(역치)를 비교하고, 상기 전압 지령치가 단자전압 상한치를 넘었을 경우에 d축전류 성분을 부의 방향으로 증대하는 방향으로 변환하고, 전압 지령치가 단자전압 상한치 이하의 경우에는 d축전류 성분을 부의 방향으로 감소시킬 방향으로 변환하는 것에 의해 조정한다. 또, 정의(positive) d축전류는 흘리지 않는다. 이와 같이 d축전류 지령치의 증감량을 제어하는 것으로써 d축전류의 크기를 조절하고, 전압 지령치가 역치에 제어된다. 이것에 의해서, 모터의 단자전압이 인버터의 최대 출력전압을 넘지 않게 모터의 제어를 한다.

도 1는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치의 구성을 나타내는 블럭도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치에 이용하는 d축전류 지령 장치의 구성예를 나타내는 블럭도.

도 3는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치의 특성을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치의 특성을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치에 이용하는 d축전류 지령 장치의 구성예를 나타내는 블럭도.

이 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해서, 첨부한 도면에 따라서 이것을 설명한다.

< 실시예 1 >

도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치를 나타내는 블럭도이다. 도 1에 있어서, 영구자석식 동기 모터의 제어장치는 교류전원(1), 컨버터(2), 평활 콘덴서(3), 인버터(4), 전류 검출기(5), 영구자석식 동기모터(6), 모터 위치 검출기(7), 모터 속도 검출기(8), PWM 펄스 발생장치(9), 변조파 발생 장치(10), 전류 제어장치(12), q축전류 지령장치(13), 속도 제어장치(14), 및 속도 지령장치(15)로 구성되어 있다. 교류전원(1)은 컨버터(2)에 입력된다. 컨버터(2)는 직류 전압을 출력하고, 그것이 평활 콘덴서(3)에서 평활화되어 인버터(4)에 입력된다. 인버터(4)는 PWM 펄스 발생장치(9)에 의해 스위칭을 실시하는 것으로 가변 전압·가변 주파수의 교류 전압을 출력하고, 영구자석식 동기모터(6)를 구동한다.

모터 위치 검출기(7) 및 모터 속도 검출기(8)는 각각 영구자석식 동기모터(6)의 자극 위치θ, 및 모터 속도ω를 검출하고, 그것들은 모터의 구동 제어에 이용된다. 속도 지령장치(15)는 속도 지령 신호ω^*를 생성하고, 속도 제어장치(14)가 상기 모터 속도ω를 상기 속도 지령 신호ω^*에 추종시키기 위한 토크 지령치 T를 출력한다. q축전류 지령장치(13)는 상기 토크 지령치 T^*를 모터의 발생 토크에 상당하 는 전류 성분 (q축전류)의 지령치 iq^*로 변환한다. 전류 검출기(5)는 영구자석식 동기모터(6)에 흐르는 모터 전류를 검출한다.

전류 제어장치(12)는 상기 모터 전류를 상기 자극 위치θ를 이용하여 d축 및 q축전류 성분으로 분해하고, 그것들이 d축전류 지령장치(11)에 의해서 생성된 d축전류 지령치 id^*와 q축전류 지령치 iq^*에 각각 추종하도록 제어를 실시한다. 이때 모터의 단자에 전압을 인가하는 인버터(4)의 전압 지령치를 d-q축으로 변환한 값인 vd^*와 vq^*를 출력한다. d축전류 지령장치(11)는 상기 전압 지령치 vd^* 및 vq^*를 입력으로 하고, d축전류 지령치 id^*를 출력한다. 이 동작의 자세한 내용은 후술한다. 변조파 발생 장치(10)는 상기 전압 지령치 vd^*, vq^*를 상기 자극 위치θ를 이용하여 d-q축으로부터 3상 교류 성분의 전압 지령치로 변환하고, PWM 펄스 발생장치(9)로 출력한다. PWM 펄스 발생장치(9)는 상기 3상 교류 성분의 전압 지령치를 인버터(4)를 구동하기 위한 PWM 신호로 변환하고, 인버터(4)로 출력한다.

도 2는 본 발명의 영구자석식 동기 모터의 제어장치에 이용하는 d축전류 지령 장치의 구성예를 나타내는 것으로, 이 실시예 1에서는 d축전류치의 크기를 저역통과필터를 이용하여 조정하는 방법에 대해 설명한다.

d축전류 지령장치(11)는 모터의 단자전압을 추정하는 단자전압 추정수단(21) 과, 인버터(4)의 출력전압의 상한치를 설정하는 전압 상한 설정수단(22)과, d축전류량을 설정하는 입력전류치 설정수단(23)과, 저역통과필터로의 입력을 전환하여 약한 계자제어를 실시하는 입력 전환수단(24)과 저역통과필터(25)로 구성되고, 영구자석식 동기모터(6)의 단자전압이 인버터(4)의 직류 전압 설정치로부터 계산되는 인버터(4)의 최대 출력전압을 넘지 않도록 하는 d축전류 지령을 생성하는 것이다. 이하 그 동작에 대해 설명한다.

단자전압 추정수단(21)은 전류 제어장치(12)로부터 출력된 전압 지령치 vd^*와 vq^*로부터 영구자석식 동기모터(6)의 단자전압을 추정한다. 일례로서 수식 1과 같은 추정된 단자전압 va2이 생긴다.

(수식 1)

전압 상한 설정수단(22)은 인버터(4)의 최대 출력전압치를 기초로 영구자석식 동기모터(6)의 단자전압의 상한을 수식 1에 대응시켜 변환한 단자전압 상한치(역치) Vmax2를 설정한다. 수식 1의 경우에 대해서는 모터의 선간 전압 진폭치가

에 상당하는 것으로부터, 이 상한치가 인버터(4)의 최대 출력전압이 되도록 설정하면 좋다. 따라서 인버터(4)의 최대 출력전압을 Vdc로 하면, 수식 2로 계산되는 값으로 설정하면 좋다.

(수식 2)

이와 같이 설정하는 것으로 영구자석식 동기모터(6)의 단자전압이 인버터(4) 의 최대 출력전압을 넘지 않게 제한된다. 또한, 전압의 여유를 갖게하여 수식 2의 값보다 작은 값으로 설정해도 괜찮다. 또한, 수식 1 및 수식 2 대신에,

,

로 해도 좋지만, 추정된 단자전압 va2 는 온라인으로 연산하기 때문에, 연산량이 적은 수식 1 및 수식 2를 채용하는 것이 바람직하다.

다음에 약한 계자제어를 실시하는 입력 전환수단(24)는 단자전압 추정수단(21)에 의해 추정된 단자전압 va2와 전압 상한 설정수단(22)에 의해서 설정된 단자전압 상한치(역치) Vmax2를 비교하고, va2>Vmax2 라면 모터의 단자전압이 인버터의 최대 출력전압을 넘고 있으므로 d축전류치를 부의 방향으로 증대시킬 필요가 있다고 판단한다. 이때, 본 실시예에서는 1을 출력한다. 또, va2=Vmax2 또는 va2<Vmax2 일 때에는 d축전류를 부의 방향으로 감소시킬 필요가 있다고 판단하고, 영을 출력한다.

입력전류치 설정수단(23)은 d축전류 지령의 임시 입력치 Idcst를 설정한다. 임시 입력치 Idcst는 부의 정수치로 하고, 예를 들면 그 절대치는 허용되는 d축전류치의 최대치로 설정한다.

저역통과필터(25)로의 입력은 약한 계자제어를 실시하는 입력 전환수단(24)과 입력전류치 설정수단(23)의 출력치를 곱셈한 값이 입력된다. 즉, va2>Vmax2 라면 Idcst가, va2=Vmax2 또는 va2<Vmax2라면 영이 입력되게 되어, 입력 신호는 펄스상이 된다.

저역통과필터(25)는 이 실시예 1에서는 1차 필터로 하고, Tfid로 차단 주파수가 설정되어 있다. Tfid를 크게 하면 대역이 좁아지므로 출력 신호의 응답은 늦어지지만, 파형은 매끄럽게 된다. 반대로, Tfid를 작게 하면 대역이 넓어지기 때문에, 출력 신호의 응답은 빨라지지만 그 파형은 입력 신호인 펄스 신호의 영향이 남기 쉬워진다. 상기 저역통과필터(25)는 수식 3으로 나타내지고,‘s'는 laplace 연산자를 나타낸다.

(수식 3)

상기 저역통과필터(25)는 전술한 것과 같이 펄스 상의 신호가 입력되고 그 입력 신호를 평활화하여 출력하므로, d축전류 지령치 id^*는 Idcst로부터 영까지의 영역 내에서 매끄러운 신호로서 출력된다.

이상의 조작에 의해, d축전류 지령치 id^*는 va2>Vmax2 라면 부의 방향으로 증대하고, va2=Vmax2 또는 va2<Vmax2 일 때에는 부의 방향으로 감소하므로, 약한 계자제어를 하고 있을 때는 전압 지령치가 인버터(4)의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치와 일치하도록(va2=Vmax2) 제어된다. 전압 지령치는 대체로 모터의 단자전압과 동일하기 때문에, 모터의 단자전압이 단자전압 상한치와 일치하도록 제어된다.

도 3은 본 실시예 1에 의한 약한 계자제어의 동작을 나타내고 있다. 각각 상 단은 모터 속도, 중단은 모터 전압 지령치, 하단은 d축전류를 나타낸다. 모터 속도ω는 가속-일정속-감속정지와 같은 형상이며, 예를 들면 승강기 등에서는 이와 같은 형상이 된다. 시각 t1에 있어서, 단자전압 추정치 va2가 단자전압 상한치 Vmax2와 동일해지면, va2가 Vmax2를 넘지 않게 d축전류량이 제어된다. 또, 시각 t2 에서는 모터의 회전 속도가 감속되어 모터의 단자전압이 Vmax2이하가 되므로 d축전류가 영이 된다.

이상에 의해 본 발명에서는, 전압 지령치의 크기를 기초로 약한 계자제어를 실시하는지 실시하지 않는지의 판단을 실시하고, d축전류 지령치의 증감을 일정치 및 영의 값을 가지는 펄스 상의 신호에 저역통과필터(25)를 이용해 평활화하도록 결정했으므로, d축전류 지령치의 연산을 모터 정수를 이용하는 일 없이 간단하게 계산할 수 있어 염가의 프로세서로 실현될 수 있다.

또, d축전류 지령치의 연산은 모터 정수를 이용하지 않기 때문에, 모터에의 부하 상태의 변화나 온도 변화 등에 의해서 모터 정수가 변화했을 경우에도, 그 영향을 받는 일 없이 d축전류가 적절한 값에 조정되어 약한 계자제어를 한다. 따라서, 모터 정수의 변화의 영향에 기인하여 d축전류량에 오차가 발생하고, 거기에 따라 모터의 단자전압이 인버터(4)의 최대 출력전압을 넘어 운전 불능에 빠지거나 또 필요 이상으로 많은 d축전류를 흘려 모터 효율을 내리는 현상이 발생하지 않게 된다.

더욱이, 이 발명에서는, 교류전원(1)의 전압이 저하했을 때 등, 인버터(4)의 직류 전원 전압(평활 콘덴서(3)의 전압과 동일하다)이 저하하고, 또한 따라서 인버터(4)의 최대 출력전압이 저하했을 경우에도 모터의 단자전압이 이것을 넘는 일이 없고 적절히 약한 계자제어를 한다고 하는 효과도 달성한다. 이것에 대해 도 4를 이용하여 설명한다.

도 4에 있어서, 시각 t1에 인버터(4)의 직류 전원 전압이 저하했다고 한다.이때, 전압 지령치가 변화하지 않는 경우에 대해서도 인버터(4)의 출력전압이 저하한다. 따라서 전류 제어장치(12)에 의해서 인버터(4)의 출력전압이 저하하지 않게 제어를 하고 전압 지령치가 증가한다. 즉, 전압 지령치가 실제의 모터의 단자전압보다 커진다. 따라서, 추정된 단자전압 va2가 상승하고, 이것이 역치인 Vmax2에 이르면(시각 t2), 전술한 것처럼 d축전류가 흘러 약한 계자제어를 실시하고 모터의 단자전압을 내려서 인버터(4)의 최대 출력전압을 넘지 않게 제어된다. 이상과 같이 교류전원(1)의 전압이 저하했을 때에는 그 저하량에 따르고, 전압이 저하하지 않는 통상의 경우보다 모터의 단자전압이 낮은 상태로 약한 계자제어로 이행하기 위해, 저하한 인버터의 최대 출력전압을 넘지 않게 제어를 한다.

반대로, 회생 운전으로 인버터(4)의 직류 전원 전압이 상승하고, 거기에 따라 인버터(4)의 최대 출력전압이 상승했을 경우에는 전압 지령치가 변화하지 않는 경우에 대해도 인버터(4)의 출력전압이 평활 콘덴서(3)의 전압 상승량에 따라 증가한다. 따라서 전류 제어장치(12)에 의해 전압 지령치가 저하하고, 실제의 모터의 단자전압보다 전압 지령치가 작아진다. 따라서, 평활 콘덴서(3)의 전압이 상승하지 않는 통상의 경우와 비교하여, 모터 단자전압이 높은 상태로 약한 계자제어로 이행하기 위해 필요 이상으로 많은 d축전류를 흘려 모터 효율을 내리는 일도 없어진다.

또한, 인버터(4)의 직류 전원 전압을 검출하는 전압 센서를 설치하고, 전압 검출치를 Vdc로 하여 수식 2에서 상시 Vmax2를 갱신하는 것도 좋다. 이것에 의해, 인버터(4)의 최대 출력전압이 보다 정확하게 평가할 수 있기 때문에, 보다 효율이 좋은 약한 계자제어를 실시할 수 있다. 또, 모터의 단자전압을 전압 센서 등에 의해 측정하고, 그 측정치를 이용하여 va2를 구해도 괜찮다. 그것에 의해, 모터의 단자전압을 정확하게 검출할 수 있고, 단자전압 추정수단(21)이 불필요해진다.

또한, 본 실시예 1에서는 저역통과필터(25)는 1 차 필터로 했지만, 2 차 필터 등의 고차의 필터로 해도 좋다.

< 실시예 2 >

상기 실시예 1에서는 d축전류 지령장치(11)를 도 2와 같이 구성했지만, 도 5와 같이 구성해도 좋고, 이와 같은 구성에 의해서도 같은 동작을 실시하게 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 영구자석식 동기 모터의 제어장치에 이용하는 d축전류 지령 장치의 구성예를 나타내는 것이다.

본 실시예 2에서는 새롭게 전류 리미터(26)와 적분 조작 수단(27)과 약한 계자제어를 실시하는 입력 전환수단(24) 대신에 처리 내용이 다른 약한 계자제어를 실시하는 입력 전환 수단(28)을 갖추고 있다. 또한, 도 5에 있어서 도 2와 같은 부호로 나타내고 있는 구성요소는 실시예 1과 같은 동작을 실시한다.

다른 약한 계자제어를 실시하는 입력 전환 수단(28)은 단자전압 추정수단(21)에 의해 추정된 단자전압 va2와 전압 상한 설정수단(22)에 의해서 설정된 단자 전압 상한치 Vmax2를 비교하고, va2>Vmax2 라면 모터의 단자전압이 인버터의 최대 출력전압을 넘고 있으므로 d축전류치를 부의 방향으로 증대시킬 필요가 있다고 판단한다. 이때 본 실시예에서는 1을 출력한다. 또, va2=Vmax2 또는 va2<Vmax2 일 때에는 d축전류를 부의 방향으로 감소시킬 필요가 있다고 판단하고, -1을 출력한다. 따라서, 실시예 1과는 달리, d축전류를 부의 방향으로 감소시킬 경우에는 저역통과필터(25)의 입력에 -Idcst가 입력된다. 이것에 의해, d축전류를 부의 방향으로 감소시키는 경우의 응답 속도를 빠르게 할 수 있어 제어성이 향상된다.

다음에 전류 리미터(26)는 저역통과필터(25)로부터 출력된 신호 idin^*를 미리 설정한 상한치 및 하한치 내에 제한하여 id^*를 출력한다. 예를 들면 상한을 영, 하한을 -Idmax(다만 Idmax>0)로 지정하면, idin^*>0 이라면 id^*=0을 출력하고, idin^*=O 또는 -Idmax<idin^*<0 라면 id^*=idin^*을 출력하고, id^*=-Idmax 또는 id^*<- Idmax 이라면 id^*=-Idmax를 출력한다. 이것에 의해 정의(positive) d축전류 지령치가 출력되는 것을 막고, 한편 d축전류를 미리 지정한 범위 내에 세울 수 있다.

적분 조작 수단(27)은 저역통과필터(25)를 구성하고 있는 적분기의 적분 동작을 조작하는 수단이며, 상기 전류 리미터(26)로 설정된 범위 외의 idin^*가 출력되었을 때에 적분기의 출력을 보유하고, idin^*가 전류 리미터(26)의 범위 내로 돌아왔을 때에는 적분기의 적분 동작을 재개하도록 동작한다. 이것에 의해, 전류 리미터 (26)로 설정된 범위 외의 idin^*가 출력되었을 때에도 idin^*를 리미터 설정치 부근 으로 유지하고, id^*가 리미터 설정치로부터 리미터 설정치 내에 돌아올 때의 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.

이상에 의해 본 발명에서는 d축전류 지령치를 부의(negative) 방향으로 감소시킬 때, 저역통과필터(25)의 입력치를 정의(positive) 값으로 하는 것, 및 d축전류 지령치가 전류 리미터의 설정 범위를 넘었을 때에 저역통과필터(25) 내의 적분 동작을 조작하는 것으로써, d축전류 지령치의 응답 속도를 올릴 수 있어 제어성을 보다 향상시킬 수 있다.

본 실시예 2에서는 저역통과필터(25)로의 입력치 Idcst를 고정치로 했지만, d축전류 지령치의 값에 따라 가변으로 해도 좋다. 이와 같이 하는 것으로 저역통과필터(25)의 출력의 변화량을 조정할 수 있으므로 d축전류 지령치의 변화량을 조절할 수 있다. 예를 들면 d축전류 지령치가 작을 때에는 Idcst를 작게 해 두고, d축전류 지령치가 클 때에는 Idcst를 크게 해 두는 것으로 d축전류 지령치의 크기에 의하지 않고, d축전류 지령치의 변화량을 거의 일정하게 할 수 있다.

더욱이 모터의 부하 상태, 및 모터의 회전 속도에 따라 Idcst를 가변으로 해도 좋다. 이와 같이 하는 것으로써 모터의 부하 상태나 회전 속도에 따라 저역통과필터의 출력의 변화량, 즉 d축전류 지령치의 변화량을 조정할 수 있다. Idcst를 크게 하는 것으로 d축전류 지령치의 변화량을 크게 할 수 있어 Idcst의 크기를 작게 하는 것으로 변화량을 작게 할 수 있다. 특히 급격하게 부하가 걸리는 경우나, 모 터의 회전 속도가 커질 때 등 모터의 단자전압이 크게 상승하는 경우에 Idcst의 크기를 크게 설정하는 것으로 d축전류 지령치의 변화량을 크게 하고, 모터의 단자전압의 억제를 재빠르게 실시할 수 있다. 이것은 특히 승강기 등, 모터의 속도 패턴이나 그때의 모터에 걸리는 부하 상태가 어느 정도 정해져 있는 모터 제어장치일 때 유효하다. 승강기 등에서는 역행 운전시에는 가속으로부터 일정 속도가 되는 근처에서 부하와 속도가 함께 최대가 되므로 모터의 단자전압의 상승 속도와 단자전압이 가장 커진다. 이때에 Idcst의 크기를 큰 값으로 설정하는 것에 의해, 모터의 단자전압의 억제가 보다 신속하게 실시할 수 있다. Idcst의 크기는 부하 상태와 모터의 회전 속도를 변수로 하는 함수값으로 해도 좋고, 부하 상태와 모터의 회전 속도에 따라 테이블화하여 있어도 좋다. 또한 모터의 부하 상태는 q축전류치 또는 그 지령치를 지표로서 이용할 수 있다. 이와 같이 저역통과필터의 차단 주파수 Tfid의 결정을 모터의 부하 상태나 회전 속도에 따라 가변으로 해도 좋고, 이것에 의해서도 d축전류 지령치의 변화량을 조절할 수 있다. 저역통과필터의 차단 주파수를 크게 함으로써 d축전류 지령치의 변화량을 크게 할 수 있고, 차단 주파수를 작게 설정 함으로써 d축전류 지령치의 변화량을 작게 할 수 있으므로, 전술의 Idcst를 가변으로 했을 경우와 유사한 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 단자전압 상한치 Vmax2를 고정값으로 했지만, 모터의 부하 상태, 및 모터의 회전 속도에 따라 가변으로 해도 좋다. 예를 들면, 역행 운전에서는 인버터의 직류 전원 전압(평활 콘덴서의 전압)이 저하하므로 Vmax2를 작게 설정해 두고, 회생 운전시에는 반대로 인버터의 직류 전원 전압이 상승하므로 큰 값으 로 설정해 두면, 보다 적절한 타이밍에 약한 계자제어로 변환 하는 것이 가능하다. 또, 승강기 등에서는 역행시의 가속 중 및 일정속도 주행 중에는 모터의 부하가 크기 때문에 인버터의 직류 전원 전압이 저하하므로, 그때에는 Vmax2를 작게 설정해 두면 좋다. 또 회생 운전시로의 가속 중 및 일정속도 주행 중에는 직류 전원 전압이 상승하므로 Vmax2를 큰 값으로 설정해 두면 좋다. 주행 속도는 모터의 회전 속도를 계측하는 것으로 검출할 수 있고, 역행 및 회생 상태는 모터의 회전 방향과 모터의 부하 상태(q축전류 또는 q축전류 지령치)를 계측하는 것으로써 판단할 수 있다. Vmax2는 부하 상태와 모터의 회전 속도를 변수로 하는 함수값으로 해도 좋고, 부하 상태와 모터의 회전 속도에 따라 테이블화해 있어도 좋다.

본 발명은 이상 설명한 것처럼, 인버터로의 전압 지령치의 크기와 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치(역치)를 비교하고, 상기 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치를 넘고 있을 때는 상기 d축전류 지령치를 부의 방향으로 증대시키고, 상기 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치 이하인 때에는 d축전류 지령치를 부의 방향으로 감소시키도록 했으므로, 평방근이나 복잡한 계산식을 이용할 필요가 없는 간단한 구성으로, 모터 정수의 변동에 대해서도 정확하게 모터의 단자전압의 억제를 실시할 수 있는 모터의 제어장치를 얻을 수 있다. 특히 승강기 등, 모터의 속도 패턴이나 그때의 모터에 걸리는 부하 상태가 어느 정도 정해져 있는 모터 제어장치일 때 유효하다.

Claims (6)

1. 직류 전압을 입력으로 하고, 가변 전압·가변 주파수를 출력하는 인버터에 의해서 영구자석식 동기 모터를 구동하는 모터의 제어장치로서, 상기 모터의 자계와 동일 방향의 d축전류 성분을 흘리는 것으로 약한 계자제어를 실시하는 모터의 제어장치에 있어서,

   상기 인버터로의 전압 지령치의 크기와, 상기 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치를 비교하고, 상기 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치를 넘고 있을 때는 상기 d축전류 성분의 전류 지령치를 부의 방향으로 증대시키고, 상기 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치 이하인 때에는 상기 d축전류 성분의 전류 지령치를 부의 방향으로 감소시킴으로써 상기 모터의 단자전압의 상승을 억제하는 d축전류 지령 장치를 구비하고,

   상기 d축전류 지령 장치는, 모터의 단자전압을 추정하는 단자전압 추정수단과, 인버터의 출력전압의 상한치를 설정하는 전압 상한 설정수단과, d축전류량을 설정하는 입력전류치 설정수단과, 저역통과필터로의 입력을 전환하여 약한 계자제어를 수행하는 입력 전환수단과, 저역통과필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석식 동기 모터의 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 d축전류 지령 장치는,

   상기 저역통과필터의 입력을, 인버터로의 전압 지령치가 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치를 넘고 있을 때는 부의 일정치로 하고, 인버터로의 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치 이하인 때는 영으로 하고, 상기 저역통과필터의 출력을 d축전류 지령치로 함으로써 상기 모터의 단자전압의 상승을 억제하는 것을 특징으로 하는 영구자석식 동기 모터의 제어장치.
3. 직류 전압을 입력으로 하고, 가변 전압·가변 주파수를 출력하는 인버터에 의해서 영구자석식 동기 모터를 구동하는 모터의 제어장치로서, 상기 모터의 자계와 동일 방향의 d축전류 성분을 흘리는 것으로 약한 계자제어를 실시하는 모터의 제어장치에 있어서,

   상기 인버터로의 전압 지령치의 크기와, 상기 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치를 비교하고, 상기 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치를 넘고 있을 때는 상기 d축전류 성분의 전류 지령치를 부의 방향으로 증대시키고, 상기 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치 이하인 때에는 상기 d축전류 성분의 전류 지령치를 부의 방향으로 감소시킴으로써 상기 모터의 단자전압의 상승을 억제하는 d축전류 지령 장치를 구비하고,

   상기 d축전류 지령 장치는, 모터의 단자전압을 추정하는 단자전압 추정수단과, 인버터의 출력전압의 상한치를 설정하는 전압 상한 설정수단과, d축전류량을 설정하는 입력전류치 설정수단과, 저역통과필터로의 입력을 전환하여 약한 계자제어를 수행하는 입력 전환수단과, 저역통과필터와, 전류 지령치를 제한하는 전류 리미터와, 상기 저역통과필터의 적분을 조작하는 적분 조작 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영구자석식 동기 모터의 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 d축전류 지령 장치는,

   상기 저역통과필터의 입력을, 인버터로의 전압 지령치가 인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치를 넘고 있을 때는 부의 일정치로 하고, 인버터로의 전압 지령치가 상기 단자전압 상한치 이하인 때는 정의 일정치로 하고, 상기 저역통과필터의 출력을 상기 전류 리미터로 제한한 값을 d축전류 지령치로 하고, 상기 저역통과필터의 출력이 상기 전류 리미터로 제한된 범위 외 일 때는 상기 저역통과필터의 적분 동작을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 영구자석식 동기 모터의 제어장치.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서,

   상기 저역통과필터의 입력치 및 차단 주파수를, d축전류 지령치, 모터의 부하 상태, 및 모터의 회전 속도에 따라 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 영구자석식 동기 모터의 제어장치.
6. 제2항 또는 제4항에 있어서,

   인버터의 최대 출력전압을 기초로 설정된 단자전압 상한치를, 모터의 부하 상태 및 모터의 회전 속도에 따라 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 영구자석식 동기 모터의 제어장치.

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