KR20050052348A - Control apparatus of ac electric motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 위치 검출 신호를 이용하지 않고 계자장착 동기 전동기를 전력 변환기에 의해 구동하는 시스템에 관한 것으로서, 전동기의 회전자 또는 가동자가 공전하고 있는 상태에서 전력 변환기를 기동하는 교류 전동기의 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for driving a field-mounted synchronous motor by a power converter without using a position detection signal. The present invention relates to a control device of an AC motor that starts a power converter in a state where a rotor or a rotor of the motor is idle. It is about.

Description

교류 전동기의 제어 장치{Control apparatus of AC electric motor} Control apparatus of an AC electric motor {Control apparatus of AC electric motor}

본 발명은, 위치 검출 신호를 이용하지 않고 계자장착 동기 전동기를 전력 변환기에 의해 구동하는 시스템에 있어서, 전동기의 회전자 또는 가동자가 공전하고 있는 상태로부터 전력 변환기를 기동하는 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for starting a power converter from a state in which a rotor or a mover of an electric motor is idle in a system for driving a field-mounted synchronous motor by a power converter without using a position detection signal.

(종래 기술)(Prior art)

도 15는 종래기술을 나타내는 것으로서, 전력 변환기(1)는, 스위칭 소자 및 수동 소자에 의해 구성되어 있고, 교류 또는 직류의 전원(4)으로부터 전력이 공급되고, 교류 전동기(3)에 전력을 공급하고 있다. 전력 변환기(1)는, 제어부(2)에 의해 제어되고 있다.FIG. 15 shows a prior art, wherein the power converter 1 is composed of a switching element and a passive element, and is supplied with electric power from an alternating current or direct current power source 4, and supplies electric power to the alternating-current motor 3. Doing. The power converter 1 is controlled by the control unit 2.

교류 전동기(3)는, 회전자에 계자극을 갖고 있고, 단자 개방의 상태에서 회전자를 회전시키면 유기 전압을 발생한다. 이와 같은 전동기를, 본원에서는 통합하여 계자가 장착된 동기 전동기라고 칭한다. 또한, 본원에서는 주로 회전하는 전동기에 관해 기술하지만, 리니어 모터의 경우에도, 회전자를 가동자, 회전을 이동이라고 바꾸어 읽으면 마찬가지로 생각할 수 있는 것은 주지하는 바이다.The AC motor 3 has a field magnetic pole in the rotor, and generates an induced voltage when the rotor is rotated in a terminal open state. Such an electric motor is collectively referred to herein as a synchronous motor equipped with a field. In addition, although the present application mainly describes a rotating motor, it is well known that in the case of a linear motor, the same can be considered if the rotor is read as a mover and a rotation as movement.

본원에서 취급하는 구성에서는, 교류 전동기(3)는 회전자의 위치 센서 및 단자 전압 센서를 갖지 않는다. 일반적으로, 계자장착 동기 전동기를 구동하기 위해서는, 회전자의 위치에 응한 전압 및 전류를 공급할 필요가 있다. 따라서, 상기 센서를 갖지 않는 경우에는, 회전자 위치를 어떠한 방법으로 추정할 필요가 있다.In the configuration handled herein, the AC motor 3 does not have a position sensor and a terminal voltage sensor of the rotor. In general, in order to drive the field-mounted synchronous motor, it is necessary to supply a voltage and a current corresponding to the position of the rotor. Therefore, in the absence of the sensor, it is necessary to estimate the rotor position in some way.

제어 연산기(22)는, 교류 전동기(3)에 전력을 공급하고 있는 상태에 있어서 회전자 위치를 추정하고, 변환기(1)가 공급하여야 할 전압 및 전류를 연산하고, 이것을 실현하기 위해 스위칭 소자에 부여하는 온·오프 신호를 출력한다. 제어 연산기(22)는, 모터의 전류 센서(5A 및 5B)로부터 얻어진 전류치를, 예를 들면 2상의 전류로부터 3상 전류를 합성하고 이것을 직교 회전 좌표로 변환한다는 처리를 행하고, 처리부(21)로부터 모터 전류에 관한 정보를 얻고, 이에 의거하여 필요한 연산을 행한다. 이와 같은, 소위 계자장착 동기 전동기의 위치 센서리스 구동 기술에 관해서는 과거에 다양한 제안이 되어 있고, 다시 말할것도 없기 때문에 여기서는 생략한다. 위치 센서리스 구동 기술에 관해 상세기술되어 있는 문헌으로서는 예를 들면 다음과 같은 것이 있다.The control calculator 22 estimates the rotor position in the state of supplying power to the AC motor 3, calculates the voltage and current to be supplied by the converter 1, and applies the switching element to the switching element to realize this. Outputs the on / off signal provided. The control calculator 22 performs a process of synthesizing the current value obtained from the current sensors 5A and 5B of the motor, for example, combining the three-phase current from the two-phase current and converting it into orthogonal rotational coordinates. Information about the motor current is obtained and necessary calculation is performed based on this. Such a so-called position sensorless drive technology of field-mounted synchronous motors has been proposed in the past and will not be described here since it will not be mentioned again. As literatures described in detail regarding the position sensorless driving technique, for example, there are the followings.

참고문헌 1 : Watannabe, et a1, "DC-Brushless Servo System without Rotor Position and Speed Sensor," Proceedings of IEEE Internatonal Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation 1987, vol.1, pp.228-234.(1987)Reference 1: Watannabe, et a1, "DC-Brushless Servo System without Rotor Position and Speed Sensor," Proceedings of IEEE Internatonal Conference on Industrial Electronics, Control, and Instrumentation 1987, vol. 1, pp. 228-234. (1987 )

그런데, 계자장착 동기 전동기의 위치 센서리스 구동에 있어서의 큰 과제의 하나는, 회전자가 공전하고 있는 상태에서 변환기를 기동하는 방법(프리 런 기동이라고 칭함)이다. 즉, 도 15에 도시한 바와 같이, 제어계에서는 전동기의 전류를 기초로 제어를 행하고 있기 때문에, 변환기가 정지하여 전류가 흐르지 않는 상태에서는 전동기의 정보를 전혀 얻을 수 없다.By the way, one of the big problems in the position sensorless drive of the field-mounted synchronous motor is the method of starting the transducer in the state where the rotor is idle (called free run start). That is, as shown in Fig. 15, since the control system performs control based on the electric current of the electric motor, no information of the electric motor can be obtained at all when the converter is stopped and no electric current flows.

회전자가 정지하고 있으면, 예를 들면 어느 위상에 전류가 통해 흐르도록 변환기의 출력 전압을 조정하고, 이로써 회전자의 위치를 정하고 나서 운전을 시작할 수 있다. 그러나, 회전자가 공전하고 있는 상태에서 변환기가 부적절한 전압을 출력하면, 전동기가 동적인 유기 전압을 발생하고 있기 때문에 전류 제어가 불능으로 되고 기동할 수 없거나, 최악의 경우에는 과전류에 의해 변환기의 스위칭 소자를 파손하거나, 또는 전동기에 영구 자석을 갖는 경우에는 역으로 감자(減磁)시키거나 할 위험이 있다.If the rotor is stationary, for example, the output voltage of the transducer can be adjusted so that a current flows through a phase, whereby the rotor can be positioned and then operation started. However, if the converter outputs an inappropriate voltage while the rotor is idle, current control is disabled because the motor is generating a dynamic induced voltage and cannot start, or in the worst case, the switching element of the converter due to overcurrent. If there is a permanent magnet in the motor or if the motor has a permanent magnet, there is a risk of demagnetization.

이와 같은 문제를 해결하는 수단으로서, 전동기의 권선을 변환기에 의해 순간적으로 단락시키고, 이 때 흐르는 전류에 의거하여 회전자 위치를 추정하여 변환기를 기동하는 방법이, 다음 문헌에 개시되어 있다.As a means for solving such a problem, a method of shorting the windings of the electric motor by means of a converter and estimating the rotor position based on the current flowing at this time is disclosed in the following document.

참고문헌 2 : 특개평11-75394 「교류 회전기용 전력 변환장치」Reference 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-75394 "Power Converter for AC Rotors"

상기 문헌의 청구항 1에는, 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자중 적어도 하나를 온 하고, 그 때에 흐르는 전류에 의거하여 회전자의 위치를 추정한다는 내용이 개시되어 있다. 이것은, 전동기의 권선을 단락한 때에 흐르는 전류가, 전동기의 회전자 위치와 속도 및 전동기의 회로 정수에 의해 일률적으로 정해지기 때문에, 이 전류를 해석함에 의해 회전자의 위치 및 속도를 계산할 수 있는 것을 지적한 것이다.Claim 1 of the said document discloses the content which turns on at least one of the switching elements which comprise a power converter, and estimates the position of a rotor based on the electric current which flows at that time. Since the current flowing when the winding of the motor is shorted is determined uniformly by the rotor position and speed of the motor and the circuit constant of the motor, it is possible to calculate the position and speed of the rotor by analyzing this current. It is pointed out.

도 15에서는, 프리 런 기동 연산부(23)가, 권선 단락을 위한 스위칭 소자로의 온/오프 신호의 생성, 처리부(21)로부터 얻어지는 전류 정보에 의거한 회전자 공전시의 회전자 위치 추정 연산 및 얻어진 회전자 정보에 의거한 기동 순서의 실행을 행하고 있다. 기동 후는, 통상 동작으로 이행하기 때문에, 스위치(24)에 의해 제어 연산부(22)로 처리가 전환된다. 이 전환은, 제어부(2)의 동작을 통괄하는 제어 전환부(25)가 맡고 있다. In Fig. 15, the free run start calculation section 23 generates the on / off signal to the switching element for winding short circuit, calculates the rotor position at the time of rotor idle based on the current information obtained from the processing section 21, and The starting procedure is executed based on the obtained rotor information. After the startup, the process shifts to the normal operation, so that the processing is switched to the control calculating section 22 by the switch 24. This switching is undertaken by the control switching unit 25 which controls the operation of the control unit 2.

그러나, 상기 특허문헌 에서는 청구항 2 이후에 있어서는 전동기의 모든 상 권선을 단락한 때의 거동에 대해 기술되어 있고, 일부의 상만 단락한 경우의 회전자 위치 추정의 구체적 방법에 관해서는 상세기술되어 있지 않다.However, in the above-mentioned patent document, after the claim 2, the behavior at the time of shorting all the phase windings of an electric motor is described, and the specific method of rotor position estimation when only a part of phase is short-circuited is not described in detail. .

나아가서는, 상전류(相電流)의 검출을 행하는 구성을 전제로 하고 있고, 상전류의 검출을 행하지 않는 구성에 대해서도 언급하고 있지 않다.Furthermore, it is presupposed that the structure which detects phase current is not assumed, and the structure which does not detect phase current is not mentioned.

본원은, 상기한 항목을 명확하게 하고, 보다 일반적인 프리 런 기동의 기술을 제공하는 것이다.The present application clarifies the above items and provides a more general free run start technique.

(과제를 해결하기 위한 수단) (Means to solve the task)

본 발명은, 다상(多相) 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전동기의 다상 중 복수상의 권선으로 이루어지는 그룹을 적어도 하나 설정하고, 상기 전동기의 공전시에, 상기 스위칭 소자를 동작시켜 상기 각 그룹에 대해 순번대로 해당 그룹에 속하는 상의 권선을 실질적으로 단락하고, 단락시에 흐르는 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하여 상기 전력 변환기를 기동하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.The present invention provides a power converter for an AC motor comprising a power converter for driving a multiphase AC motor and a control unit for generating and outputting an on / off signal for the switching element constituting the power converter. The control unit sets at least one group consisting of a plurality of windings of the polyphase of the electric motor, and when the motor is idle, the switching element is operated to substantially rotate the windings of the phases belonging to the group in turn for the respective groups. A short circuit is provided, and the power converter for AC motor is started based on the electric current flowing at the time of short circuit, and estimating the position of the rotor or the mover of the electric motor.

또한, 본 발명은, 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서, 상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고, 상기 제어부는,상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 하나에 온 신호를 부여한 경우의 전류 통류의 유무 및 전류가 흐르는 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.In addition, the present invention is a power converter for driving a multi-phase AC motor, and a power converter for an AC motor comprising a control unit for generating and outputting an on / off signal for the switching element constituting the power converter, the switching The device is configured by reversely connecting diodes to a plurality of self-extinguishing switching elements, respectively, and the control unit includes whether current flows and current flows when an ON signal is applied to one of the switching elements during idle of the motor. Provided is a power converter for an AC motor, characterized in that for estimating the position of the rotor or the mover of the motor based on the information on the image.

또한, 본 발명은, 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서, 상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고, 상기 제어부는, 상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 제 1 스위칭 소자에 온 신호를 부여하고, 이 때 상기 다이오드의 작용에 의해 전류가 통류하지 않는 경우에는 통류할 때까지 상기 온 신호를 계속 또는 단속하고, 전류가 통류하면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 1 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.In addition, the present invention is a power converter for driving a multi-phase AC motor, and a power converter for an AC motor comprising a control unit for generating and outputting an on / off signal for the switching element constituting the power converter, the switching The device is configured by reversely connecting diodes to a plurality of self-extinguishing switching elements, respectively, and the control unit gives an ON signal to the first switching element of the switching elements when the motor is idle. If the current does not flow by the action, the ON signal is continued or interrupted until it flows, and when the current flows, the first position of the rotor or the mover of the motor is estimated based on the information on the current flow. It provides a power converter for an AC motor, characterized in that.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 계속 또는 단속하여 부여하고, 전류가 무통류의 상태로부터 통류의 상태로 이행되면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 2 위치를 추정함과 함께 해당 전류 통류를 검출한 시각을 기록하고, 얻어진 제 1 및 제 2 각각의 전류 검출의 시각 및 회전자 또는 가동자의 위치로부터, 회전자 또는 가동자의 속도를 도출하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.Moreover, in the said structure, after recording the time when a current flow was detected, in this structure, all the switching elements of a power converter are turned off, the on-signal is continuously supplied or interrupted to a 2nd switching element newly, and a current does not flow. When the state of the current flows from the current flow to the current flow, the second position of the rotor or the motor of the electric motor is estimated based on the information on the current flow, and the time when the current flow is detected is recorded. A power converter for an AC motor is provided which derives the speed of the rotor or the mover from the time of the second current detection and the position of the rotor or the mover.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 부여하며, 그 직후의 전류 통류의 유무에 의해 회전자의 회전 방향을 특정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치를 제공한다.Moreover, in the said structure, after recording the time which detected current flow, in this structure, all the switching elements of a power converter are turned off, a new signal is given to a 2nd switching element, and the presence or absence of current flow immediately after that is A power converter for an AC motor is provided, characterized by specifying the rotation direction of the rotor.

또한, 본 발명은, 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와, 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기의 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우, 모든 상측 아암과 모든 하측 아암의 적어도 한쪽에 있어서 1상의 스위칭 소자군에만 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류(직류 입력 전류)를 검출하고, 그 검출치에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an n-phase inverter having a direct current voltage portion having a direct current voltage component, at least two switching elements connected in series and having n arm parts connected at both ends in parallel to the direct current voltage portion; An electric motor drive system comprising a field-mounted n-phase motor in which terminals are connected to connecting portions of switching elements in the n arm portions of the n-phase inverter, wherein the arm points are larger than the connection points of the terminals of the motor. When the switching element group on the positive electrode side of the direct current voltage portion is the upper arm and the switching element group on the negative electrode side is the lower arm, current flows only in the switching element group of one phase in at least one of all the upper arm and all the lower arm. In the state, the current (direct current input current) between the DC voltage section and the switching element group is detected, and the detected value is To provide a control device, characterized in that for estimating the rotor position of the mover or the electric motor.

또한, 본 발명은, 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와, 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 스위칭 소자는 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 병렬 접속하여 구성되어 있고, 상기 인버터에 있어서의 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 적어도 1회씩 부여한 경우, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류, 즉 직류 입력 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an n-phase inverter having a direct current voltage portion having a direct current voltage component, at least two switching elements connected in series and having n arm parts connected at both ends in parallel to the direct current voltage portion; In an electric motor drive system comprising a field-mounted n-phase motor in which a terminal is connected to a connection portion between switching elements in the n arm portions of the n-phase inverter, the switching element connects a diode to a self-extinguishing switching element in parallel. The rotor and the rotor of the electric motor based on the current between the DC voltage section and the switching element group, that is, the DC input current, Or it provides a control device, characterized in that for estimating the position of the mover.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 교대로 반복하여 부여하고, 각 오프 신호를 부여하고 있는 기간 중에 직류 입력 전류를 검출하고, 그 검출치가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.In addition, in the above-described configuration, the present invention alternately repeatedly applies an ON signal and an OFF signal to one of the switching elements, detects a DC input current during a period in which each OFF signal is applied, and the detected value is from zero. When it changes to a non-zero value, it provides the control apparatus characterized by determining that the rotor or the mover of the said electric motor passed through the predetermined position.

또한, 본 발명은, 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부와, 상기 각 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부 1점과 상기 직류 전압부의 정극 및 부극 각각과의 사이에, 상기 직류 전압부의 직류 전압을 저지하는 극성으로 다이오드를 접속하여 이루어지는 n상 인버터와, 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 상기 다이오드가 접속된 점에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, 상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우, 상기 인버터에 있어서의 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 부여한 경우, 해당 아암과 직류 전압부와의 사이의 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a DC voltage portion having a DC voltage component, at least two switching elements connected in series, n arm portions having both ends connected in parallel to the DC voltage portion, and each of the arm portions. An n-phase inverter formed by connecting a diode with a polarity that prevents a direct-current voltage of the direct-current voltage portion between one connection portion between the switching elements and each of the positive electrode and the negative electrode of the direct-current voltage portion; An electric motor drive system comprising a field-mounted n-phase motor in which terminals are connected to a point where the diodes in n arm parts are connected, wherein each arm part is located closer to the positive electrode side of the DC voltage part than a connection point of the motor terminal. If the switching element group is called the upper arm and the switching element group on the negative electrode side is called the lower arm, When the ON signal is applied to one of the upper and lower arms, the control device is characterized by estimating the position of the rotor or the mover of the motor based on the current between the arm and the direct current voltage unit. do.

또한, 본 발명은, 상기 구성에 있어서, 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 연속 또는 단속하여 부여하고, 온 신호를 부여하고 있는 동안의 해당 아암과 직류 전압부 사이의 전류가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다.In the present invention, in the above configuration, the on-signal is continuously or intermittently applied to one of the upper and lower arms, and the current between the arm and the direct-current voltage portion during application of the on-signal is zero to zero. When it is changed to a value other than, a control device characterized in that it is determined that the rotor or mover of the electric motor has passed a predetermined position.

또한, 본 발명은, 상기 구성들에 있어서, 스위칭 소자의 온 상태의 계속 또는 단속, 또는 온·오프의 반복을 소정 기간 반복하여도 전류 통류를 검출하지 않는 경우에는, 회전자의 속도가 소정치 이하라고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치를 제공한다. In addition, in the above structures, the speed of the rotor is a predetermined value when the current flow is not detected even if the on-state of the switching element is continued or interrupted or the on / off repetition is repeated for a predetermined period. The control apparatus characterized by the following is provided.

프리 런 기동을 행하기 위해서는, 인버터 기동시의 계자장착 동기 전동기의 유기 전압의 위상, 주파수, 상순(相順)을 추정 또는 검지하고, 이들과 거의 동등한 전압, 또는 이들을 기초로 도출된, 소정의 전류를 통류하기 위한 전압을, 인버터로부터 기동시에 출력할 필요가 있다. 또한, 계자장착 동기 전동기에서는, 유기 전압의 위상, 주파수 및 상순은, 회전자의 위치(전기각), 속도 및 회전 방향과 1대1로 대응하고 있기 때문에, 본원에서는 오해가 생기지 않는 한 이들의 용어를 구별 없이 이용한다.In order to perform free run, the phase, frequency, and phase sequence of the induced voltage of the field-mounted synchronous motor at the time of inverter startup are estimated or detected, and predetermined voltages derived from the voltages substantially equal to these or these are determined. It is necessary to output the voltage for passing current through the inverter at the start. In addition, in the field-mounted synchronous motor, the phase, frequency, and phase of the induced voltage correspond one-to-one with the position (electric angle), speed, and direction of rotation of the rotor. Therefore, unless misunderstanding occurs in the present application, Use terms without distinction.

(실시예)(Example)

제 1 실시예에 관해, 도 1을 이용하여 설명한다.A first embodiment will be described with reference to FIG. 1.

도 1은, 계자장착 동기 전동기와, 권선 단락 동작을 행하는 경우의 전력 변환기의 등가 회로를 도시한 것이다. 전동기는 다상(多相)이고, 각 상은 계자에 의한 유기 전압분(e)과 임피던스(Z)로 이루어진다.Fig. 1 shows an equivalent circuit of a field-mounted synchronous motor and a power converter when winding short-circuit operation is performed. The motor is multiphase, and each phase consists of an induced voltage component e and an impedance Z by the field.

각 상의 유기 전압은, 회전자의 위치 및 속도에 의해 일률적으로 정해지고, 또한 상 사이의 유기 전압의 위상차도 이미 알고 있다. 한편, 각 상의 임피던스는, 자기 포화의 영향이 작은 경우, 돌극성(突極性)이 없으면 일정, 돌극성이 있어도 회전자의 위치에 의해 일률적으로 정해진다.The induced voltage of each phase is determined uniformly by the position and speed of the rotor, and the phase difference of the induced voltage between the phases is already known. On the other hand, when the influence of magnetic saturation is small, the impedance of each phase is uniformly determined by the position of the rotor even if the polarity is constant and the polarity is constant.

따라서, 다상 중 몇개의 상의 권선을 단락한 경우에 흐르는 전류도, 회전자의 위치 및 속도에 의해 일률적으로 정해진다. 따라서, 이 전류를 해석함으로서 회전자의 위치 및 속도를 추정하는 것이 가능해진다.Therefore, the electric current which flows when the winding of several phases of a polyphase is short-circuited is also determined uniformly by the position and speed of a rotor. Therefore, by analyzing this current, it becomes possible to estimate the position and speed of the rotor.

구체적으로는, 단락 동작을 1회만 행하고, 흐르는 전류의 진폭과 위상의 정보로부터 회전자 위치와 속도를 추정하는 방법과, 단락 동작을 복수회 행하고, 흐르는 전류의 위상 및 각 단락 동작에 있어서의 전류 위상의 변화량으로부터 회전자 위치 및 회전 방향을 추정하는 방법이 있을 수 있다.Specifically, a method of estimating the rotor position and speed from the information of the amplitude and phase of a current flowing through only one short circuit operation, and performing a plurality of short circuit operations to perform the phase and current of each short circuit operation There may be a method of estimating the rotor position and the rotation direction from the amount of change in phase.

다음에, 직류 전압으로부터 임의의 주파수와 진폭의 교류 전압을 생성하는, 통상의 전압형 인버터를 이용한 프리 런 기동 기술의 원리가 되는 자연법칙 및 기술 사상에 관해 설명한다.Next, a description will be given of the natural law and the technical idea that constitute the principle of a free run start technique using a conventional voltage inverter, which generates an AC voltage having an arbitrary frequency and amplitude from a DC voltage.

도 2는, 통상의 3상 전압형 인버터의 대표적 형태를 도시하고 있다. 이 밖에도, 도 3에 도시한 바와 같은 다(多)레벨 인버터(1아암(arm) 분을 표시)도 존재하지만, 여기서 나타내는 자연법칙 및 기술 사상은 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 상 수는 임의이지만, 여기서는 3상의 경우에 관해 설명한다.2 shows a typical form of a conventional three-phase voltage inverter. In addition, there are also multi-level inverters (showing one arm) as shown in Fig. 3, but the natural law and the technical idea shown here can be similarly applied. In addition, although a constant is arbitrary, the case of three phase is demonstrated here.

도 2의 3상 전압형 인버터는, IGBT 등의 자기(自己) 소호형(消弧型) 스위칭 소자에 다이오드가 역병렬 접속된 것이, 2개 이상 직렬 접속되어 1상의 아암을 이루고, 각 상의 아암 양단이 직류 전압부에 접속되는 구성으로 되어 있다. 각 상 아암에 있어서, 스위칭 소자 끼리의 접속부에 부하인 계자장착 동기 전동기가 접속되어 있다. In the three-phase voltage inverter of Fig. 2, in which a diode is anti-parallel connected to a self-lowering switching element such as an IGBT, two or more are connected in series to form an arm of one phase. Both ends are connected to a DC voltage part. In each phase arm, a field-mounted synchronous motor serving as a load is connected to the connection between the switching elements.

여기서, 인버터의 모든 스위치가 오프되어 있고, 계자장착 동기 전동기가 공전하고 있는 상태에 관해 고려한다. 이 때, 계자장착 전동기는 도 4 또는 도 5에 도시한 바와 같은 유기 전압을 발생한다. 여기서는, 유기 전압이 정현파인 경우를 표시하고 있지만, 고조파 성분을 함유하는 것도 있다. 도 4, 도 5는 각각 정회전, 역회전의 경우를 도시하고 있고, 양자에서 상순이 다르다.Here, the state where all the switches of the inverter are off and the field-mounted synchronous motor is idle is considered. At this time, the field-mounted motor generates an induced voltage as shown in FIG. 4 or FIG. 5. Although the case where an induced voltage is a sine wave is shown here, there exist some which contain a harmonic component. 4 and 5 show the case of forward rotation and reverse rotation, respectively, and the upper order is different in both.

우선, 정회전의 경우, 즉 유기 전압이 도 4와 같은 경우에 관해 생각한다. 지금, 유기 전압의 위상이 3O° 내지 15O°의 사이에 있는 경우, U상의 유기 전압이 3상 중에서 가장 낮다. 이 상태에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이 U상 아래 아암의 스위치(Qx)만 온 하면, 그 등가 회로는 도 6과 같이 되고, 다이오드(Dy 및 Dz)의 작용에 의해, 어느 상에도 전류는 흐르지 않는다.First, the case of forward rotation, that is, the case where an induced voltage is as FIG. 4 is considered. Now, when the phase of an induced voltage is between 30 degrees and 15 degrees, the organic voltage of U phase is the lowest among three phases. In this state, as shown in FIG. 3, if only the switch Qx of the arm below the U phase is turned on, the equivalent circuit is as shown in FIG. 6, and the current is applied to any phase by the action of the diodes Dy and Dz. Does not flow.

또한, 유기 전압의 위상이 15O° 내지 210°, 또는 33O° 내지 3O°(390°)의 경우에는, U상 유기 전압은 V상과 W상의 중간에 있기 때문에, 전압이 최대로 되는 상에서는 다이오드(Dv 또는 Dz)의 작용에 의해 전류는 흐르지 않고, U상과 또다른 1상의 사이에 전류가 흐른다.In addition, when the phase of the induced voltage is 15 ° to 210 °, or 33 ° to 30 ° (390 °), since the U-phase induced voltage is in the middle of the V and W phases, the diode ( Under the action of Dv or Dz), no current flows, and a current flows between the U phase and another one phase.

또한, 유기 전압의 위상이 210° 내지 330°의 사이에 있는 경우에는, U상 전압이 최대이기 때문에 Dy와 Dz의 양자가 순(順)바이어스되고, 3상에 전류가 흐른다.When the phase of the induced voltage is between 210 ° and 330 °, since the U-phase voltage is maximum, both Dy and Dz are positively biased, and current flows in three phases.

즉, Qx를 온 함으로서, 전류가 흐르지 않는지, 2상에 흐르는지, 또는 3상에 흐르는지를 관측함으로서, 유기 전압의 위상이 존재하는 영역을 특정하는 것이 가능하게 된다. That is, by turning on Qx, it is possible to specify the region where the phase of the induced voltage exists by observing whether the current does not flow, flows in two phases, or flows in three phases.

역회전의 경우에도 마찬가지 것이 성립되고, 또한 다른 스위칭 소자를 조작한 경우에도 같은 현상이 생긴다.The same holds true in the case of reverse rotation, and the same phenomenon occurs when other switching elements are operated.

또한, 3상에 전류가 흐르는 경우에는, 문헌 2에 나타낸 방법을 이용하여, 회전자 위치를 추정하는 것도 가능하다.In addition, when electric current flows in three phases, it is also possible to estimate a rotor position using the method shown by the document 2.

따라서, 예를 들면 최초에 Qx를 온 하여 전류가 흐르지 않으면, U상 전압이 최소인 영역에 위상이 존재한다고 인정하고, 계속해서 Qx를 온 하여 전류가 2상에 흐르면, V상과 W상의 어느것에 전류가 통류하였는지를 봄에 의해 상순(회전 방향)을 특정하고, 재차 Qx를 온 하여 전류가 3상에 흐르면, 문헌 2에 나타낸 방법을 이용하여 회전자의 위치 내지 속도를 연산에 의해 구한다는 조작에 의해, 인버터 기동에 필요한 정보를 획득하는 것이 가능하다.Therefore, for example, if Qx is initially turned on and no current flows, it is recognized that a phase exists in the region where the U phase voltage is minimum, and if Qx is turned on and current flows in two phases, either V phase or W phase The operation is to determine the position or speed of the rotor by calculation using the method shown in Document 2 when the current flows through three phases by specifying whether the current flows through the current sequence. By this, it is possible to obtain information necessary for starting the inverter.

이어서, 보다 고정밀도의 위치 검출 방법을 이하에 나타낸다.Next, a more accurate position detection method is shown below.

정회전 상태에 있어서 유기 전압의 위상이 30° 내지 15O°의 사이에 있고, Qx만 온 상태를 계속한 경우를 생각한다. 이 경우, 이윽고 회전자의 회전에 의해 유기 전압의 위상이 150°를 초과하면, 도 4에 도시한 바와 같이 U상과 V상의 유기 전압의 대소 관계가 교체되기 때문에, 도 6에 있어서 다이오드(Dy)가 순바이어스되고, U상과 V상에 전류 통류가 시작한다.Consider the case where the phase of the induced voltage is in the range of 30 ° to 15 ° in the forward rotation state and only the Qx is in the on state. In this case, when the phase of the induced voltage exceeds 150 ° by the rotation of the rotor, the magnitude relationship between the induced voltage of the U phase and the V phase is reversed as shown in FIG. 4, so that the diode Dy in FIG. ) Is forward biased, and current flow begins in the U and V phases.

한편, 역회전의 경우에도, 도 5에 있어서 위상이 330° 내지 210°의 사이에 있는 경우에는, Qx만 온 하여도 전류는 흐르지 않는다. 단, 이 경우에는, 위상이 210°를 하회한 시점에서 도 5에 도시한 바와 같이 U상과 W상의 유기 전압이 교체되고, 다이오드(Dz)가 순바이어스되고 U상과 W상에 전류 통류가 시작한다. On the other hand, even in the case of reverse rotation, when the phase is between 330 ° and 210 ° in FIG. 5, no current flows even when only Qx is turned on. In this case, however, when the phase is less than 210 °, as shown in Fig. 5, the induced voltages of the U and W phases are replaced, the diode Dz is forward biased, and the current flow in the U and W phases. To start.

이상의 것으로부터, U상 아래 아암 Qx의 온 상태를 계속하고, 전류 무통류 상태로부터 전류 통류가 시작한 것을 검출하고, 또한 V상과 W상의 어느것에 전류가 흘렀는지를 판정함에 의해, 회전자의 위치와 회전 방향을 다음과 같이 판별할 수 있다.From the above, the position of the rotor is determined by continuing the on state of the arm Qx below the U phase, detecting that current flow has started from the current non-flow state, and determining which of the V phase and the W phase has flowed. The direction of rotation can be determined as follows.

V상에 전류 통류하였다면, 정회전이고, 위상은 150°If current flowed on V, it is forward rotation and phase is 150 °

W상에 전류 통류하였다면, 역회전이고, 위상은 210°If current flowed on W, reverse rotation, phase is 210 °

또한, 최초에 Qx를 온 한 때에 곧바로 전류가 흐른 경우에는, 한번 Qx를 오프하고, 재차 Qx를 온 하여 마찬가지로 전류 통류의 유무를 확인한다는 조작을 반복하면, 언젠가는 회전자의 회전에 의해 Qx를 온 하여도 곧바로 전류가 흐르지 않게 되기 때문에, 그로부터 상기한 조작을 시작하면 좋다.When the current flows immediately when the first Qx is turned on, if the Qx is turned off once, and the Qx is turned on again to check for the presence of current flow, the Qx may be rotated one day by rotating the rotor. Since the current does not flow immediately even when turned on, the above operation may be started therefrom.

또한, 상기한 바와 같은 현상 및 판별은, U상 아래 아암의 조작뿐만 아니라, 어느 스위치를 조작 하여도 마찬가지로 실현 가능한 것은 분명하다.In addition, it is clear that the above-described phenomenon and determination can be similarly realized by operating any switch as well as the operation of the U-bottom lower arm.

상기한 바와 같이 회전 방향과 위상을 판별하면, 「그 직후에 온 하여도 전류가 통류하지 않는 스위칭 소자」를 특정할 수 있다. 즉, 만약 정회전이며 위상이 150°라면, 도 2에 있어서 Qx를 오프 한 후 신속하게 Qy 또는 Qw를 온 하여도 전류는 곧바로 통류하지 않는다. 한편, 역회전이며 위상이 210°라면, Qx를 오프 한 후 신속하게 Qz 또는 Qv를 온 하여도 전류는 곧바로 통류하지 않는다.As described above, when the rotation direction and the phase are discriminated, it is possible to specify the "switching element in which current does not flow even if it is turned on immediately after". In other words, if the phase is 150 ° in forward rotation, even if Qy or Qw is turned on quickly after turning off Qx in FIG. 2, the current does not flow immediately. On the other hand, if it is reverse rotation and the phase is 210 °, even if Qz or Qv is turned on quickly after turning off Qx, current does not flow immediately.

따라서, Qx의 온 상태 계속에 의한 전류 통류를 검출하면, Qx를 오프하고, 상기한 바와 같이 특정된 스위칭 소자를 온 하면, 이윽고 방금전과 마찬가지로 유기 전압의 대소 관계가 교체되는 위상에서 전류 통류가 시작한다. Therefore, when current flow is detected by continuing the on state of Qx, when Qx is turned off and the specified switching element is turned on as described above, current flow starts in a phase in which the magnitude relationship of the induced voltage is replaced as before. do.

이 조작에 의해, 2개의 시각(t1, t2라고 한다)에서의 다른 유기 전압의 위상(θ1, θ2라고 한다)을 얻을 수 있기 때문에, 다음 식에 의해 유기 전압의 각 주파수(ω)를 얻을 수 있다.By this operation, the phases of different induced voltages (called θ 1 and θ 2 ) at two time points (called t 1 and t 2 ) can be obtained. ) Can be obtained.

ω=(θ2-θ1)/(t2-t1)ω = (θ 21 ) / (t 2 -t 1 )

이상으로, 유기 전압의 위상, 상순(회전 방향), 및 주파수가 판명되었기 때문에, 이들의 값에 의거하여 인버터를 기동하는 것이 가능해진다.As mentioned above, since the phase, phase order (rotation direction), and frequency of the induced voltage were known, the inverter can be started based on these values.

또한, 상기한 바와 같은 스위칭 소자의 조작을 3회 이상 행하고, 보다 긴 시간 간격에 있어서의 위상의 변화를 검출함에 의해, 속도의 산정 정밀도를 높일 수 있다. 이것은, 시각의 측정을 CPU 등을 이용한 이산 시간 제어에 있어서 제어 주기마다밖에 할 수 없는 경우에 특히 유효하다.In addition, the calculation accuracy of the speed can be improved by operating the switching element as described above three times or more and detecting the change of phase in a longer time interval. This is particularly effective when the time measurement can only be performed for each control period in discrete time control using a CPU or the like.

이상에 나타낸 동작을 플로우 차트로 도시하면, 도 7과 같이 된다.The operation shown above is shown in a flowchart, as shown in FIG.

또한, 상기한 수단은, 인버터의 상전류를 검출 가능한 경우를 상정하고 있지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 인버터의 아래 아암(윗 아암이라도 좋다)의 전류를 검출하는 구성에 있어서도 마찬가지로 적용 가능하다. In addition, although the said means assumes the case where the phase current of an inverter can be detected, it is similarly applicable also in the structure which detects the electric current of the lower arm (it may be an upper arm) of an inverter as shown in FIG.

즉, 본원에 나타내는 스위칭 소자의 조작에 있어서, 조작하는 스위칭 소자를 아래 아암(또는 윗 아암)에 속하는 소자로 한정함에 의해, 소자를 온 하고 있는 동안의 아래 아암(또는 윗 아암)을 흐르는 전류와 전동기의 상전류는 원리적으로 일치하기 때문이다. That is, in operation of the switching element shown in this application, by limiting the switching element to operate to the element which belongs to a lower arm (or upper arm), the current which flows through the lower arm (or upper arm) while turning on an element, This is because the phase current of the motor coincides in principle.

전류 통류를 검출한 후에 스위치를 오프 하면, 해당 스위치의 상의 전류는 검출할 수 없게 되지만, 타상의 전류는 해당 상의 아래 아암(또는 윗 아암)의 다이오드를 통과하여 계속 흐르기 때문에, 계속해서 검출할 수 있고, 그 전류가 제로로 된 것을 가지고, 스위치를 오프 한 상의 전류도 제로로 되었다고 간주할 수 있다.If the switch is turned off after the current flow is detected, the current on the switch cannot be detected, but the current on the other phase continues to flow through the diode of the lower arm (or upper arm) of the phase, so that it can continue to be detected. With the current being zero, it can be regarded that the current of the phase in which the switch is turned off is also zero.

이상과 같이, 스위치 오프 후에 전류가 제로로 된 것을 판별하는 방법에만 경미한 변경이 필요하지만, 그 이외의 순서나 판정에 관해서는, 전류 검출의 방법이 도 8에 도시한 방법으로도, 완전히 마찬가지로 이용할 수 있다.As described above, only a slight change is necessary for the method of determining that the current has become zero after the switch-off. However, for other procedures and determinations, the method of current detection can be used in the same manner as in the method shown in FIG. Can be.

그러나, 전류 검출의 방법이 도 9에 도시한 바와 같이, 자기 소호형 스위치에 다이오드가 역병렬로 접속되어 있는 스위칭 소자에 있어서, 다이오드를 바이패스하여 자기 소호형 스위치의 전류만을 검출하는 구성을 이용하는 경우, 상기한 방법을 일부 변경할 필요가 있다. However, as shown in Fig. 9, the current detection method uses a configuration in which a diode is bypassed to detect a current of the self-extinguishing type switch by bypassing the diode in the switching element in which the diodes are connected in anti-parallel to the self-extinguishing type switch. In this case, it is necessary to change some of the above methods.

우선, Qx를 온 한 경우의 전류는, 전류 검출기(Rsu)를 이용하여 검출할 수 있다. 그러나, 이 때 V상 또는 W상의 어느 하나에도 전류가 통류하는 것이고, 그 전류는 다이오드(Dy 또는 Dz)를 통과하여 흐르기 때문에, 전류 검출기(Rsv 및 Rsw)로는 검출할 수 없다. 따라서, 여기서의 전류 통류의 시작시에는, 회전 방향을 특정할 수 없게 된다.First, the current when Qx is turned on can be detected using the current detector Rsu. However, at this time, current flows through either the V phase or the W phase, and the current flows through the diode Dy or Dz, and thus cannot be detected by the current detectors Rsv and Rsw. Therefore, at the start of current flow through here, the direction of rotation cannot be specified.

이 문제는, 다음과 같이 행하여 해결할 수 있다. 즉, Qx 온에 의한 전류 통류의 시작을 검출한 후, Qx를 오프하고, 계속해서 신속하게 Qy 또는 Qz를 온 하고, 온 한 상의 아암의 전류를 감시한다. 이 때, 예를 들면 Qy를 온 하고, 그 직후에 전류가 흐르지 않은 경우에는, 그것은 V상의 유기 전압이 3상 중에서 최소로 되어 있는 것을 의미하기 때문에, 「정회전」이라고 판별할 수 있다. 역으로, Qy의 온에 의해 곧바로 전류가 흘렀다면, W상의 유기 전압이 최소라는 것으로 되기 때문에, 「역회전」이라고 판별할 수 있다. Qy 대신에 Qz를 온 한 경우에도 같은 판별이 가능하다.This problem can be solved as follows. That is, after detecting the start of current flow by Qx on, Qx is turned off, and then Qy or Qz is quickly turned on and the current of the arm of the on-phase is monitored. At this time, for example, when Qy is turned on and no current flows immediately thereafter, since it means that the induced voltage of the V phase is the minimum among the three phases, it can be determined as "forward rotation". Conversely, if the current flows immediately by turning on Qy, the induced voltage of the W phase becomes minimum, and therefore, it can be determined as "reverse rotation". The same determination can be made when Qz is turned on instead of Qy.

이와 같이 하여 회전 방향, 즉 상순을 판별하면, 그 후는 이미 기술한 순서에 의해 필요한 정보를 얻고, 인버터를 기동할 수 있다. 예를 들면, Qy의 온에 의해 곧 전류가 흐르지 않으면, 그대로 Qy의 온 상태를 계속하면 좋고, 역으로 Qy의 온에 의해 곧바로 전류가 흘렀다면, 신속하게 Qy를 오프하고 Qz를 온 하면 좋다.When the rotation direction, i.e., the upper order, is determined in this manner, the necessary information can be obtained after that by the procedure already described, and the inverter can be started. For example, if the current does not flow immediately by turning on Qy, the ON state of Qy may be continued as it is. On the contrary, if the current flows immediately by turning on Qy, Qy may be turned off quickly and on Qz.

이상에 나타낸 기술 사상은, 상전류, 또는 인버터에 있어서의 각 상 아암의 전류를 검출하는 구성에 관한 것이였다. 그러나, 상전류의 검출을 행하지 않고, 인버터의 직류 전압부와 스위치군과의 사이의 전류, 즉 인버터의 직류 입력 전류(이하, 단지 직류 입력 전류라고 칭하다)를 검출한다는 구성도 존재한다. 이 경우에는, 상전류의 정보가 직접은 얻어지지 않기 때문에, 별도의 궁리가 필요하다.The technical idea shown above was related with the structure which detects phase current or the current of each phase arm in an inverter. However, there is also a configuration in which the current between the DC voltage portion of the inverter and the switch group, i.e., the DC input current of the inverter (hereinafter referred to simply as DC input current) is detected without detecting the phase current. In this case, since the information of the phase current is not obtained directly, another devise is necessary.

도 10은, 3상 전압형 인버터에 있어서, 직류 입력 전류를 검출하는 구성을 도시하고 있다. 인버터의 부하는 계자장착 동기 전동기이고, 통상 운전시에 있어서 제어계는 직류 입력 전류의 검출치에 의거하여 전동기를 구동한다. 그 구체적 방식으로서는, 예를 들면 다음 문헌 3에 개시되어 있다.Fig. 10 shows a configuration for detecting a DC input current in a three-phase voltage inverter. The load of the inverter is a field-mounted synchronous motor. In normal operation, the control system drives the motor based on the detection value of the DC input current. As the specific method, it is disclosed by following Document 3, for example.

참고문헌 3 : 사토 기타 : 「인버터 직류 전류의 검출에 의한 PMSM의 안정화 V/f 제어 방식」 2004년 전기학회 산업응용부문 대회, No.1 내지 56Reference 3: Sato Miscellaneous: 「The Stabilization V / f Control Method of PMSM by Detection of Inverter DC Current」, The Korean Institute of Electrical Engineers 2004, No.1 to 56

그리고, 이와 같은 구성에 있어서 프리 런 기동을 행하는 경우의 일반적인 원리에 관해, 도 11을 이용하여 설명한다. 도 11은, n상 계자장착 전동기의 인버터에 의한 구동 시스템을 개념적으로 도시한 것이다. 전동기는 등가 회로로 나타내고 있고, 제 1상부터 제 3상까지를 표시하고, 각 상마다 유기 전압(e), 임피던스(Z)를, 상의 번호를 첨자로서 병기하여 기재하고 있다. 인버터의 전류 검출은 직류 입력 전류(idc)에 관해서만 실시하고 있다.In addition, the general principle in the case of performing a free run in such a structure is demonstrated using FIG. 11 conceptually illustrates a drive system by an inverter of an n-phase field-mounted motor. The motor is represented by an equivalent circuit, and displays the first to third phases, and describes the induced voltage (e) and the impedance (Z) for each phase, with the phase numbers as subscripts. Current detection of the inverter is performed only with respect to the DC input current idc.

도 11에서는, 인버터의 스위치(SIP, S2P, 및 S3N)를 온으로 하고, 그 밖의 스위치는 전부 오프로 한 경우의 예를 나타내고 있다. 즉, 인버터의 아래 아암에 관해서는 하나만 온 상태로 되어 있다. 이 상태에서는, idc는 전동기의 제 3상의 전류와 일치하고 있기 때문에, idc를 검출함에 의해 전동기의 제 3상의 상전류를 알 수 있다.In FIG. 11, the example of the case where the switch SIP, S2P, and S3N of an inverter is turned on and all other switches are turned off is shown. In other words, only one of the lower arms of the inverter is turned on. In this state, since idc coincides with the current of the third phase of the motor, the phase current of the third phase of the motor can be known by detecting idc.

여기서, 회전 속도가 거의 일정하다고 간주할 수 있는 경우, n상 계자장착 전동기의 x상의 유기 전압 기본파(ex)는 일반적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.Here, when the rotation speed can be considered to be substantially constant, the induced voltage fundamental wave ex of the x-phase of the n-phase field-mounted motor can be generally expressed as follows.

ex=ωΨsin{ωt+θx+θo}ex = ωΨsin {ωt + θx + θo}

여기서, ω ; 전기각 주파수, Ψ ; 계자에 의한 권선 자속 쇄교수, t ; 시간, θx ; x상 위상각(단 θ1=0으로 한다), θo ; 초기 위상각Where ω; Electrical angle frequency, Ψ; Winding flux chains by field, t; Time, θx; x phase phase angle (but θ1 = 0), θo; Initial phase angle

통상은, 0x는 각 상마다 다른 정수이고, 또 각 상의 0x의 값은 설계 사항이기 때문에 이미 알고 있다. 또한, 상기한 바와 같이 제 1상의 위상각 θ1=0으로 하였기 때문에, 초기 위상각(θo)은, 시간 t=0에 있어서의 제 1상의 유기 전압(e1)의 위상각이다. 또한, 전기각 주파수(ω)는 회전자의 회전 속도에 비례, 구체적으로는 자극수를 P라고 한다면Usually, 0x is an integer different for each phase, and the value of 0x of each phase is already known because it is a design matter. In addition, since the phase angle θ 1 = 0 of the first phase is set as described above, the initial phase angle θ o is the phase angle of the induced voltage e 1 of the first phase at time t = 0. Further, the electric angle frequency ω is proportional to the rotational speed of the rotor, specifically, if the number of poles is P

ω=(P/2)×2π×N/60(N은 회전자의 매분 회전 속도)ω = (P / 2) × 2π × N / 60 (N is the rotational speed of the rotor every minute)

의 관계가 항상 성립되어 있다. 또한, 회전 속도(N)가 거의 일정한 경우에 관해 논하고 있기 때문에, 여기서는 ω는 미지이지만 정수라고 하게 된다.Relationship is always established. In addition, since the case where the rotational speed N is almost constant is discussed, ω is unknown here, but it is called an integer.

또한, Ψ도 기지의 정수이다.Is also a known integer.

이상으로부터, 수학식 2에 있어서 미지수는 ω와 θo의 2개인 것을 알 수 있다. 또한, 이 2개의 값를 알 수 있으면, 각 상의 유기 전압(ex)이 판명된 것으로 되고, 이것에 상응한 전압을 인버터로부터 줌에 의해 시스템을 기동할 수 있게 된다.From the above, it is understood that the unknown in Equation 2 is two of? And? O. In addition, if these two values are known, the induced voltage ex of each phase is found out, and the system can be started by applying the voltage corresponding to this from the inverter.

한편, 각 상의 임피던스(Zx)는 자극 위치만의 함수로 되는, 즉 ω 및 θo에 의해 특정되는 값으로 되는 것이 알려져 있다.On the other hand, it is known that the impedance Zx of each phase becomes a function of only the magnetic pole position, that is, a value specified by ω and θo.

따라서, 회전자가 공전하고 있는 상태이고, ω 및 θo가 미지인 상태에 있어서, 도 1에 도시한 바와같이 스위치를 온 한 때에 흐르는 전류는, ω 및 θo에 의해 다른 값으로 되는 것을 알 수 있다.Therefore, in a state where the rotor is idle and ω and θo are unknown, it can be seen that the current flowing when the switch is turned on, as shown in FIG. 1, becomes different from ω and θo.

따라서, 이 때의 직류 입력 전류(idc), 도 11의 예에서는 전동기의 제 3상의 전류는, ω 및 θo의 정보를 포함하고 있고, idc의 검출치를 이용하여 ω 및 θo를 특정하는 것이 가능하다.Therefore, the DC input current idc at this time, and the current of the third phase of the motor in the example of FIG. 11 include information of ω and θo, and it is possible to specify ω and θo using the detection value of idc. .

구체적으로는, 미지수가 ω와 θo로 2종류, 얻어지는 정보가 idc뿐이기 때문에 1종류로 되고, 이것만으로는 ω와 θo는 특정할 수 없게 되지만, 도 11의 해당 스위치를 온 한 후의 2개 이상의 시각에서 idc를 검출하거나, 또는 해당 스위치의 온을 2회 이상 실시할 때마다 idc를 검출하거나, 나아가서는 1회째의 스위치 온 동작의 후, idc를 검출하고 전 스위치를 오프하고, 또다른 스위치군을 온 하여 idc를 검출하거나 함으로서, idc로서 2개 이상의 값을 얻을 수 있고, 그때마다 다른 회로 방정식을 얻을 수 있기 때문에, 2개의 미지수에 대해 방정식이 2개 이상 존재하기 때문에, 원리적으로 ω와 θo를 구할 수 있다.Specifically, since the unknown number is two types of ω and θo and only the information obtained is idc, it becomes one type, and ω and θo cannot be specified by this alone, but two or more times after turning on the corresponding switch in FIG. 11. Detects idc or detects idc every time the switch is turned on two or more times, or after the first switch-on operation, idc is detected and all switches are turned off and another switch group is By detecting idc by turning it on, two or more values can be obtained as idc, and different circuit equations can be obtained each time. Therefore, since two or more equations exist for two unknowns, in principle, ω and θo Can be obtained.

이상의 설명에서는 특정한 스위치(SIP, S2P, 및 S3N)를 온 한 경우의 동작을 예로 하였지만, 상기한 원리는 상 수 및 조작하는 스위치에 의하지 않고 성립된다. 단, 같은 상의 위아래 아암을 동시에 온 하면 인버터의 직류 전압부를 단락하여 버리기 때문에, 어디까지나 위아래 아암 중 적어도 한쪽에 대해, 하나의 상만 온 하고, 다른쪽에서는 그 밖의 상을 온 하는 것이 필요하다.In the above description, the operation in the case where the specific switches (SIP, S2P, and S3N) are turned on is taken as an example, but the above principle is established regardless of the constant and the operating switch. However, if the upper and lower arms of the same phase are turned on at the same time, the DC voltage section of the inverter is short-circuited. Therefore, it is necessary to turn on only one phase to at least one of the upper and lower arms and turn on the other phase to the other.

이상의 설명에서는, 위아래 아암의 적어도 한쪽에 대해 하나의 상 스위치를 온 하는 경우에 관해 기술하였지만, 위아래 양 아암에 대해 하나의 스위치만을 온 한 때의 idc를 이용함에 의해, 보다 애매함을 배제한 동작을 시킬 수 있다. 즉, 도 11의 상태에서는, 제 1상과 제 2상의 전류의 합계만 기지로 되고, 각각의 값은 미지라는 것으로 된다. 한편, 예를 들면 도 11에 있어서 제 1상의 윗 아암(S1P)과 제 3상의 아래 아암(S3N)만 온 한 경우에는, 제 1상 및 제 3상의 전류가 일치, 즉 양 값 함께 기지로 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 ω 및 Qo를 구하는 경우의 회로 방정식이 간단화되고 CPU의 계산 부하가 내려가기 때문에, 염가로 장치를 구성 할 수 있다.In the above description, the case where one phase switch is turned on for at least one of the upper and lower arms has been described. However, by using idc when only one switch is turned on for both the upper and lower arms, an operation that eliminates ambiguity can be performed. Can be. That is, in the state of FIG. 11, only the sum of the electric currents of a 1st phase and a 2nd phase is known, and each value is unknown. On the other hand, for example, in FIG. 11, when only the upper arm S1P of the first phase and the lower arm S3N of the third phase are turned on, the currents of the first and third phases coincide, that is, both values are known. . Therefore, since the circuit equation in the case of obtaining ω and Qo as described above is simplified and the calculation load of the CPU is reduced, the apparatus can be configured at low cost.

또한, 직류 입력 전류를 검출하는 구성으로서는, 도 1O에 도시한 구성 외에, 도 12에 도시한 바와 같이, 각 상 아래 아암(윗 아암이라도 좋다)의 다이오드를 바이패스한 전류를 검출하는 것이 있다. 도 12의 방식의 특징은, 도 10의 경우에 대해 편방향의 전류만 검출되는 것, 및 아래 아암 사이에 흐르는 환류 전류를 검출할 수 있는 것이다. 다만, 이상에 기술한 수법에 있어서는, 검출되는 전류는 도 10의 구성에서도 도 12의 구성에서도 동등하다. 따라서, 상술한 ω 및 θo의 도출 방식은, 도 12의 구성에서도 이용할 수 있다.As a configuration for detecting the DC input current, in addition to the configuration shown in FIG. 10, as shown in FIG. 12, a current that bypasses the diodes of the upper and lower arms (may be the upper arm) may be detected. The characteristic of the scheme of FIG. 12 is that only the current in one direction is detected, and the reflux current flowing between the lower arms, for the case of FIG. However, in the above-described method, the detected current is the same in both the configuration of FIG. 10 and the configuration of FIG. 12. Therefore, the above-described derivation method of ω and θo can also be used in the configuration of FIG. 12.

또한, 도 2부터 도 6을 이용하여 이미 설명한 기술 사상을 응용함에 의해, 직류 입력 전류의 검출치에 의거하여 더욱 간편한 프리 런 기동을 실현하는 것이 가능하고, 이하에 그것을 설명한다.Further, by applying the technical idea already described with reference to Figs. 2 to 6, it is possible to realize simpler free run starting based on the detection value of the DC input current, which will be described below.

도 13은, 도 10의 구성에 있어서, 프리 런 기동을 행할 때의 스위치의 조작법의 예를 도시하고 있다. 우선, 도 13(a)에 도시한 바와 같이, Qx만 온 한 경우에 관해 생각한다. 이 때 전류가 흐르면, 전류는 Qx, Dy 또는 Dz의 적어도 한쪽, 및 전동기의 사이를 순환하고, idch로서는 나타나지 않고, 따라서 전류 검출은 할 수 없다. FIG. 13 shows an example of a method of operating a switch at the time of performing a free run in the configuration of FIG. 10. First, as shown in Fig. 13A, the case where only Qx is turned on is considered. At this time, if a current flows, the current circulates between at least one of Qx, Dy, or Dz and the electric motor, and does not appear as idch, so current detection is not possible.

다음에, Qx를 오프로 하고, 전 스위치가 오프의 상태라고 한다. 이 경우, 전동기의 임피던스는 인덕턴스 성분을 갖기 때문에, 전류는 곧바로는 제로로는 되지 않고, U상 전류는 윗 아암의 다이오드(Du)를 통과하여 전원측으로 흐른다. 이렇게 하여, 직류 전원부, Dy 또는 Dz의 적어도 한쪽, 전동기, 및 Du의 경로로 전류가 흐르는 것으로 되고, idc가 나타난다. U상 전류가 감쇠하여 제로로 되면, 다이오드의 작용에 의해 전류가 차단되고, 전류 무통류 상태로 된다.Next, Qx is turned off, and all the switches are in the off state. In this case, since the impedance of the motor has an inductance component, the current does not immediately become zero, and the U-phase current flows through the diode Du of the upper arm and flows to the power supply side. In this way, an electric current flows in the path | route of the DC power supply part, Dy or Dz, an electric motor, and Du, and idc appears. When the U-phase current is attenuated to zero, the current is cut off by the action of the diode, and the current is in a non-current state.

따라서, Qx를 온 한 후 Qx를 오프하고, 이상적으로는 오프 한 직후에 idc를 검출함으로서, Qx의 온에 의해 전류가 흐르는지의 여부를 판별할 수 있다.Therefore, by turning off Qx after turning on Qx and ideally detecting idc immediately after turning it off, it is possible to determine whether current flows by turning on Qx.

즉, 상기한 조작에 의해, idc 검출에 의해, 유기 전압의 위상이 U상 전압이 최소로 되는 범위인지, 그 밖인지를 판별할 수 있다.That is, by the above operation, by idc detection, it is possible to determine whether the phase of the induced voltage is within a range where the U phase voltage is minimum or not.

또한, Qx에 온·오프 신호를 반복하여 부여하고, 각 오프 신호를 부여하고 있는 동안에 idc를 검출하고, 그 동작을 계속해서 idc가 제로로 되면, 유기 전압의 위상이, U상 유기 전압이 최소로 되는 범위(정회전의 경우 30° 내지 150°, 역회전의 경우에는 210° 내지 330°)에 들어갔다고 간주할 수 있다. 그 후, 다시 Qx의 온·오프 동작을 계속하고, 재차 idc가 제로로 없어졌다면, 회전자 위치가 전기각으로 150°(역회전의 경우에는 210°)를 통과하였다고 간주할 수 있다. 즉, U상 전류 통류 시작으로부터 idc≠0를 검출하기 까지의 지연은 있지만, 회전자 위치를 핀 포인트로 특정할 수 있다. 또한, Qx의 온·오프 동작을 고주파로 행하면, 상기 지연은 단축할 수 있고, 또는 시간 지연을 미리 예상하여 보정하는 것도 가능하다.Further, if the on / off signal is repeatedly applied to Qx, idc is detected while the respective off signals are applied, and idc becomes zero while the operation continues, the phase of the induced voltage is the minimum of the U phase induced voltage. It can be considered that it entered the range (30 degrees-150 degrees in the case of forward rotation, 210 degrees-330 degrees in the case of reverse rotation). After that, if the on / off operation of Qx is continued again and idc disappears again to zero, it can be considered that the rotor position has passed 150 ° (210 ° in the case of reverse rotation) at an electric angle. That is, although there is a delay from the start of the U-phase current flow to the detection of idc ≠ 0, the rotor position can be specified by the pin point. When the on / off operation of Qx is performed at a high frequency, the delay can be shortened, or the time delay can be predicted and corrected in advance.

또한, Qx의 온·오프 동작에 의해 상술한 바와 같이 특정한 위상각을 통과하였다고 판정하면, 그 직후에는 Qy 또는 Qz(Qv 또는 Qw라도 좋다)의 어느 하나의 스위치를 온·오프 하여도, idc=o로 된다. 이것은, 이미 설명한 바와 같이, 상기 위상각의 통과의 직후에는, 도 4와 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이 V상 또는 W상의 어느 하나의 상의 유기 전압이 최소로 되어 있고, 그 상의 아래 아암을 온 하여도 전류가 흐르지 않는 것에 의한다.Further, if it is determined that the specific phase angle has passed as described above by the on / off operation of Qx, immediately after that, even if one of Qy or Qz (which may be Qv or Qw) is turned on or off, idc = becomes o. As described above, immediately after the passage of the phase angle, as shown in FIGS. 4 and 5, the induced voltage of either phase of the V phase or the W phase is minimized, and the lower arm of the phase is turned on. Even if the current does not flow.

따라서, 상기 위상각의 통과 직후에, 예를 들면 Qy를 온·오프하고, 오프 한 직후의 idc를 검출하여, 검출치가 제로라면 정회전, 검출치가 제로가 아니면 역회전이라고 판정할 수 있다. 그 후는, 정회전이라면 Qy의 온·오프 조작과 idc의 검출을 계속하고, idc가 제로로 없어짐에 의해 유기 전압의 위상이 270°를 통과하였다고 판정할 수 있고, 역회전이라면 Qy 대신에 Qz의 온·오프 조작을 행하고, 마찬가지로 유기 전압의 위상이 90°를 통과하였다고 판정할 수 있다.Therefore, immediately after the passage of the phase angle, for example, Qy is turned on and off, and idc immediately after turning off is detected, and if the detected value is zero, it can be determined that the forward rotation is performed, and if the detected value is not zero, the reverse rotation. Subsequently, the on / off operation of Qy and the detection of idc are continued if the forward rotation is performed, and it can be determined that the phase of the induced voltage has passed 270 ° by idc disappearing to zero, and if the reverse rotation, Qz instead of Qy. The on / off operation of can be performed, and it can be judged similarly that the phase of the induced voltage passed 90 degrees.

이와 같이 하여, 유기 전압의 위상이 특정한 2점을 통과한 시각이 판명되기 때문에, 수학식 1에 의해 주파수를 계산할 수 있다.In this way, since the time when the phase of the induced voltage passes through two specific points is found out, the frequency can be calculated by the equation (1).

이상과 같이, 직류 입력 전류를 검출하는 방식에 있어서도, 도 2부터 도 6을 이용하고 이미 설명한 기술 사상을 응용함에 의해, 유기 전압의 위상, 상순, 및 주파수를 구할 수 있고, 따라서 프리 런 기동을 행하는 것이 가능해진다.As described above, also in the method of detecting the DC input current, the phase, phase, and frequency of the induced voltage can be obtained by applying the above-described technical ideas using Figs. Can be done.

한편, 직류 입력 전류의 검출부의 구성으로서, 이미 설명한 도 12의 구성을 이용하는 경우에는, 아래 아암을 환류하는 전류를 검출할 수 있기 때문에, 아래 아암의 스위치 중 하나를 온 함으로서 전류가 통류하는지의 여부를 직접 판별할 수 있다.On the other hand, when the configuration of FIG. 12 described above is used as the configuration of the detection unit of the DC input current, the current flowing back to the lower arm can be detected. Therefore, whether the current flows by turning on one of the switches of the lower arm. Can be determined directly.

도 14는, U상 아래 아암 스위치인 Qx를 온 한 경우의 전류의 경로의 일예를 도시하고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, Qx를 온 함에 의해 전동기에 전류가 흐르는 경우에는, 그 전류는 직류 입력 전류로서 검출할 수 있다.Fig. 14 shows an example of a path of current when the Qx which is an arm switch below the U phase is turned on. As can be seen from this figure, when current flows to the motor by turning on Qx, the current can be detected as a direct current input current.

따라서, 이상으로 설명하여 온 바와 같이, 예를 들면 Qx의 온 한 직후에 전류가 통류하지 않으면, 유기 전압의 위상이, U상 전압이 3상 중에서 최소로 되는 범위(정회전의 경우 30° 내지 150°, 역회전의 경우에는 210° 내지 330°)에 존재하는 것을 알 수 있고, 역으로 전류가 통유하였다면 그 밖의 범위에 있는 것을 알 수 있다.Therefore, as explained above, for example, if current does not flow immediately after turning on Qx, the phase of the induced voltage is within the range where the U-phase voltage becomes the minimum among the three phases (30 ° to the forward rotation). 150 ° and in the case of reverse rotation, 210 ° to 330 °), and if the current flows in reverse, it is found to be in another range.

또한, Qx의 온 상태를 계속하고, 전류가 제로로부터 제로가 아닌 상태로 이행하는 것으로써, 유기 전압의 위상이 150° 또는 210°를 통과하였다고 판정할 수 있다.In addition, it can be determined that the phase of the induced voltage has passed 150 ° or 210 ° by continuing the on state of Qx and shifting the current from zero to a non-zero state.

단, 도 10의 구성의 경우와 마찬가지로, V상과 W상의 어느것에 전류가 통류하였는지는 분명하지 않기 때문에, 곧바로는 회전 방향을 판별할 수 없다. 이 문제에 대해서는, 도 10의 구성의 경우와 마찬가지로, Qy 또는 Qz의 어느 하나를 온 하고, 이로써 전류가 통류하는지의 여부를 관측함에 의해, 회전 방향을 판별할 수 있다. 그 원리는 도 1O의 구성에 있어서의 수법과 마찬가지이다.However, as in the case of the configuration of Fig. 10, since it is not clear which current flows through either the V phase or the W phase, the direction of rotation cannot be immediately determined. As for the problem, as in the case of the configuration in Fig. 10, the direction of rotation can be determined by turning on either Qy or Qz and observing whether or not current flows through it. The principle is the same as the method in the structure of FIG.

또한, 그 후 정회전이라면 Qy의 온 상태를 계속하고, 역회전이라면 Qy 대신에 Qz의 온 상태를 계속하고, 재차 직류 입력 전류가 제로로부터 제로가 아닌 상태로 이행하는 것으로써, 유기 전압의 위상이 정회전이라면 270°, 역회전이라면 90°를 통과하였다고 판정할 수 있고, 따라서 수학식 1에 의해 주파수를 산정하는 것이 가능해진다.After that, if the forward rotation is continued, the on state of Qy is continued. If the reverse rotation is continued, the ON state of Qz is continued instead of Qy, and the DC input current shifts from zero to nonzero again, thereby providing a phase of the induced voltage. If it is this forward rotation, it can be judged that it passed 270 degrees, and if it is reverse rotation, 90 degrees, and it becomes possible to calculate a frequency by Formula (1).

그런데, 이상에 설명한 내용 중, 유기 전압의 위상을 검출하기 위해 이용하는 전류 통류가 전동기의 유기 전압에 의해 생기는 방법에 있어서는, 회전자의 회전 속도가 낮고, 즉 유기 전압의 진폭이 작은 경우에는, 흐르는 전류도 작아저서 검출되지 않는 경우가 있을 수 있다. 이것을 이용하여, 스위치의 조작을 시작하고 나서 소정 시간의 사이에 전류가 검출되지 않으면, 회전자의 회전 속도가 소정치 이하라고 판별할 수 있다. 그리고, 예를 들면 회전 속도가 낮은 경우의 처리로 이행하는 등의 대책이 가능해진다. By the way, in the above description, in the method in which the current flow used for detecting the phase of the induced voltage is caused by the induced voltage of the electric motor, when the rotation speed of the rotor is low, that is, the amplitude of the induced voltage is small, The current may also be small and not detected. By using this, if a current is not detected for a predetermined time after starting operation of the switch, it can be determined that the rotational speed of the rotor is equal to or less than a predetermined value. Then, for example, countermeasures such as shifting to processing when the rotational speed is low can be performed.

문헌 2에 나타낸 프리 런 기동법에서는, 전류의 진폭이나 위상을 이용한 연산에 의해 유기 전압 내지 회전자의 정보를 얻는데 대해, 본원에 나타낸 수단에서는, 전류의 유무만을 판정함에 의해 필요한 정보를 얻을 수 있기 때문에, 알고리즘이 단순하고, 또한 전류 검출 오차의 영향을 보다 받기 어렵다는 특징적 장점이 있다.In the free run starting method shown in Document 2, while the information of the induced voltage or the rotor is obtained by calculation using the amplitude or phase of the current, the means shown in the present application can obtain necessary information by determining only the presence or absence of the current. Therefore, there is a characteristic advantage that the algorithm is simple and more difficult to be affected by the current detection error.

이상의 설명에서는, 주로 회전기를 이용한 경우에 관해 기술하였지만, 회전기 대신에 리니어 모터를 이용한 경우에도 본원에 개시한 기술을 마찬가지로 적용할 수 있다. 이것은, 회전기와 리니어 모터의 전기적 유사성을 감안하면 명확하게 할 수 있다.In the above description, the case where a rotating machine is mainly used has been described, but the technique disclosed herein can be similarly applied to the case where a linear motor is used instead of the rotating machine. This can be made clear in view of the electrical similarity between the rotor and the linear motor.

또한, 주로 3상의 경우에 관해 기술하였지만, 본원에 개시한 기술은 임의의 다상 교류 전동기용 전력 변환장치에 마찬가지로 적용할 수 있다.In addition, although the three-phase case was mainly described, the technique disclosed in the present application can be similarly applied to any multi-phase AC electric power converter.

또한, 유기 전압 파형이 3상 평형 정현파인 것으로 하여 설명하였지만, 다소의 고조파가 함유되거나, 또는 3상 유기 전압에 실질적으로 존재하는 위상 어긋남이 있다고 하더라도, 본원에 있어서의 본질에는 영향은 없고, 마찬가지로 기술 적용이 가능하다.In addition, although the organic voltage waveform was explained as being a three-phase balanced sine wave, even if some harmonics are contained or there is a phase shift substantially present in the three-phase organic voltage, the essence in the present application is not affected. Technology can be applied.

또한, 상기한 기술이 전동기를 동력원으로 하는 경우에도 발전기로서 이용하는 경우에도 마찬가지로 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.It goes without saying that the above-described technique is similarly applicable to the case where the electric motor is used as a power source or when the motor is used as a generator.

또한, 회전자 또는 가동자가 위치 센서, 또는 전동기의 단자 전압의 센서를 갖는 장치에 있어서도, 그것들로부터 얻어지는 정보를 이용하지 않고 본원에 개시한 기술을 적용하는 것도 당연히 가능하다. 이와 같은 것은, 예를 들면 센서가 고장난 경우의 백업용의 기술로서 실시되는 것이 생각된다.Moreover, also in the apparatus in which a rotor or a mover has a position sensor or a sensor of a terminal voltage of an electric motor, it is naturally possible to apply the technique disclosed herein without using the information obtained from them. Such a thing is considered to be implemented as a technique for backup in the case of a sensor failure, for example.

또한, 이상의 설명에서는 권선을 단락한다고 기술하였지만, 실제로는 스위칭 소자에도 변환기와 전동기를 접속하는 케이블에도 전압 강하가 있다. 단, 그 전압 강하는 모터의 전기 정수에 비해 작으며, 실질적으로는 단락 상태로 간주할 수 있다. 또한, 이와 같은 작은 전압 강하도 회로 거동의 해석을 고려하면, 더욱 고정밀도의 회전자 위치 추정이 가능하게 된다.In addition, in the above description, the winding is short-circuited, but in reality, there is a voltage drop in the switching element and the cable connecting the converter and the motor. However, the voltage drop is small compared to the electric constant of the motor, and can be regarded as a short circuit state substantially. In addition, considering the analysis of such small voltage drop circuit behavior, more accurate rotor position estimation becomes possible.

또한, 인버터와 모터와의 사이에 필터 등의 수동 소자를 삽입한 경우에도, 그 임피던스를 고려하면, 이상에 나타낸 수법을 요지에 변경 없이 이용할 수 있다.In addition, even when a passive element such as a filter is inserted between the inverter and the motor, in view of the impedance, the above-described method can be used without changing the gist.

도 1은 계자장착 동기 전동기와, 권선 단락 동작을 행하는 경우의 전력 변환기의 등가 회로를 도시한 도.1 is a diagram showing an equivalent circuit of a field-mounted synchronous motor and a power converter when winding short-circuit operation is performed.

도 2는 통상의 3상 전압형 인버터의 대표적 형태를 도시한 도.2 shows a representative form of a conventional three-phase voltage inverter.

도 3은 다(多)레벨 인버터를 나타내는 도.3 illustrates a multilevel inverter.

도 4는 계자장착 전동기의 정회전시의 전기각의 변화방향을 나타내는 그래프.4 is a graph showing a change direction of an electric angle during forward rotation of a field-mounted motor.

도 5는 계자장착 전동기의 역회전시의 전기각의 변화의 방향을 나타내는 그래프.Fig. 5 is a graph showing the direction of change in electric angle during reverse rotation of the field-mounted motor.

도 6은 U상 아래 아암의 스위치(Qx)만 온 하였을때의 등가 회로도.Fig. 6 is an equivalent circuit diagram when only the switch Qx of the arm below the U phase is turned on.

도 7은 유기전압의 위상 및 주파수의 판명을 위한 동작 플로우 차트.7 is an operation flow chart for determining the phase and frequency of induced voltage.

도 8은 인버터의 상하아암의 전류 검출을 위한 구성 회로도.8 is a configuration circuit diagram for current detection of upper and lower arms of an inverter.

도 9는 인버터의 상하아암의 전류 검출의 또다른 구성 회로도.9 is another configuration circuit diagram of current detection of upper and lower arms of the inverter.

도 10은 직류 입력 전류를 검출하는 구성을 나타낸 구성 회로도.10 is a configuration circuit diagram illustrating a configuration of detecting a DC input current.

도 11은 전동기의 인버에 의한 구동시스템의 개념도.11 is a conceptual diagram of a drive system by an inver of an electric motor.

도 12는 직류 입력 전류를 검출하는 구성을 나타낸 또 다른 구성의 회로도. Fig. 12 is a circuit diagram of still another configuration showing the configuration of detecting a DC input current.

도 13은 도 10의 프리런 기동을 행할때의 스위치 조작예를 나타낸 도.FIG. 13 is a diagram showing an example of switch operation when the free-run start of FIG. 10 is performed;

도 14는 U상 아래 아암 스위치를 온한 경우의 전류 경로를 나타낸 도.14 is a diagram showing a current path when the arm switch below the U phase is turned on.

도 15는 종래의 예를 나타낸 도.15 shows a conventional example.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

1 : 변환기 2 : 제어부 1: converter 2: control unit

3 : 교류 전동기 4 : 전원3: AC motor 4: power

21 : 처리부 22 : 제어 연산부 21 processing unit 22 control operation unit

Claims (11)

다상(多相) 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서,In the power converter for an AC motor having a power converter for driving a multi-phase AC motor, and a control unit for generating and outputting an on / off signal for the switching element constituting the power converter, 상기 제어부는,The control unit, 상기 전동기의 다상 중 복수상의 권선으로 이루어지는 그룹을 적어도 하나 설정하고, 상기 전동기의 공전시에, 상기 스위칭 소자를 동작시켜 상기 각 그룹에 대해 순번대로 해당 그룹에 속하는 상의 권선을 실질적으로 단락하고, 단락시에 흐르는 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하여 상기 전력 변환기를 기동하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.At least one group consisting of windings of a plurality of phases of the polyphase of the motor is set, and when the motor is idle, the switching element is operated to substantially short-circuit the windings of the phases belonging to the group in sequence for the respective groups, and short-circuited. And a power converter for starting the power converter by estimating the position of the rotor or the mover of the motor on the basis of a current flowing in the city. 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서,In the power converter for AC motor having a power converter for driving a multi-phase AC motor, and a control unit for generating and outputting an on / off signal for the switching element constituting the power converter, 상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고,The switching element is configured by inversely connecting diodes to a plurality of self-extinguishing switching elements, respectively, 상기 제어부는,The control unit, 상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 하나에 온 신호를 부여한 경우의 전류 통류의 유무 및 전류가 흐르는 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.Characterized in that the position of the rotor or the mover of the electric motor is estimated based on the presence or absence of current flow in the case where an ON signal is applied to one of the switching elements when the motor is idle, Power inverter. 다상 교류 전동기를 운전하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 대한 온·오프 신호를 생성하여 출력하는 제어부를 구비한 교류 전동기용 전력 변환장치에 있어서,In the power converter for AC motor having a power converter for driving a multi-phase AC motor, and a control unit for generating and outputting an on / off signal for the switching element constituting the power converter, 상기 스위칭 소자는 복수의 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 각각 역병렬 접속하여 구성되고,The switching element is configured by inversely connecting diodes to a plurality of self-extinguishing switching elements, respectively, 상기 제어부는,The control unit, 상기 전동기의 공전시에 상기 스위칭 소자 중 제 1 스위칭 소자에 온 신호를 부여하고, 이 때 상기 다이오드의 작용에 의해 전류가 통류하지 않는 경우에는 통류할 때까지 상기 온 신호를 계속 또는 단속하고, 전류가 통류하면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 1 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.When the motor is idle, an ON signal is given to the first switching element of the switching elements, and if the current does not flow by the action of the diode, the ON signal is continued or interrupted until it flows. And flows, the first position of the rotor or the mover of the electric motor is estimated on the basis of the information on the current flowed. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 계속 또는 단속하여 부여하고, 전류가 무통류의 상태로부터 통류의 상태로 이행되면, 전류가 흐른 상의 정보에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 제 2 위치를 추정함과 함께 해당 전류 통류를 검출한 시각을 기록하고,After recording the time when the current flow is detected, if all switching elements of the power converter are turned off, and the ON signal is continuously supplied or interrupted to the second switching element, and the current transitions from the non-flow state to the flow state, Estimate the second position of the rotor or mover of the motor based on the information of the current flowed phase and record the time when the current flow was detected; 얻어진 제 1 및 제 2 각각의 전류 검출의 시각 및 회전자 또는 가동자의 위치로부터, 회전자 또는 가동자의 속도를 도출하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.A power converter for an AC motor, characterized in that the speed of the rotor or the mover is derived from the obtained time of the first and second current detection and the position of the rotor or the mover. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 전류 통류를 검출한 시각을 기록한 후, 전력 변환기의 모든 스위칭 소자를 오프하고, 새롭게 제 2 스위칭 소자에 온 신호를 부여하며, 그 직후의 전류 통류의 유무에 의해 회전자의 회전 방향을 특정하는 것을 특징으로 하는 교류 전동기용 전력 변환장치.After recording the time when the current flow was detected, turning off all the switching elements of the power converter, giving a new signal to the second switching element, and specifying the direction of rotation of the rotor by the presence or absence of current flow immediately thereafter. Power inverter for AC motor characterized in that. 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와,An n-phase inverter having a direct current voltage portion having a direct current voltage component and at least two switching elements connected in series and having n arm portions connected at both ends in parallel to the direct current voltage portion; 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서,In an electric motor drive system comprising a field-mounted n-phase motor in which a terminal is connected to a connection portion between switching elements in the n arm portions of the n-phase inverter, 상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기의 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우, 모든 상측 아암과 모든 하측 아암의 적어도 한쪽에 있어서 1상의 스위칭 소자군에만 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류(직류 입력 전류)를 검출하고, 그 검출치에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.In the arm parts, when the switching element group on the positive electrode side of the DC voltage portion is the upper arm and the switching element group on the negative electrode side is lower arm than the connection point of the terminal of the motor, all of the upper arm and all lower arm In a state in which a current flows in only one phase of the switching element group in at least one side, a current (direct current input current) between the DC voltage section and the switching element group is detected, and the rotor or the movable of the motor is based on the detected value. A control device for estimating the position of the ruler. 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부를 구비한 n상 인버터와,An n-phase inverter having a direct current voltage portion having a direct current voltage component and at least two switching elements connected in series and having n arm portions connected at both ends in parallel to the direct current voltage portion; 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서, In an electric motor drive system comprising a field-mounted n-phase motor in which a terminal is connected to a connection portion between switching elements in the n arm portions of the n-phase inverter, 상기 스위칭 소자는 자기 소호형 스위칭 소자에 다이오드를 병렬 접속하여 구성되어 있고,The switching element is configured by connecting a diode to a self-extinguishing switching element in parallel, 상기 인버터에 있어서의 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 적어도 1회씩 부여한 경우, 직류 전압부와 스위칭 소자군 사이의 전류, 즉 직류 입력 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.When at least one on signal and one off signal are applied to one of the switching elements in the inverter, the position of the rotor or the mover of the motor is set based on the current between the DC voltage portion and the switching element group, that is, the DC input current. A control device, characterized in that for estimating. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 스위칭 소자 중 하나에 온 신호, 오프 신호를 교대로 반복하여 부여하고, 각 오프 신호를 부여하고 있는 기간 중에 직류 입력 전류를 검출하고, 그 검출치가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.When an on signal and an off signal are alternately repeatedly given to one of the switching elements, and a direct current input current is detected during the period in which each off signal is applied, the detected value is changed from zero to a non-zero value. And determining that the rotor or mover of the electric motor has passed through the predetermined position. 직류 전압 성분을 갖는 직류 전압부와, 적어도 2개의 스위칭 소자를 직렬로 접속하여 이루어지고 그 양단이 상기 직류 전압부에 병렬 접속된 n개의 아암부와, 상기 각 아암부에 있어서의 스위칭 소자 끼리의 접속부 1점과 상기 직류 전압부의 정극 및 부극 각각과의 사이에, 상기 직류 전압부의 직류 전압을 저지하는 극성으로 다이오드를 접속하여 이루어지는 n상 인버터와,A DC voltage portion having a DC voltage component, at least two switching elements connected in series, and n arm portions whose both ends are connected in parallel to the DC voltage portion, and switching elements in the arm portions An n-phase inverter formed by connecting a diode between one connection portion and each of the positive electrode and the negative electrode of the DC voltage portion, with a polarity preventing the DC voltage of the DC voltage portion; 상기 n상 인버터의 상기 n개의 아암부에 있어서의 상기 다이오드가 접속된 점에 단자가 접속되는 계자장착 n상 전동기로 이루어지는 전동기 구동 시스템에 있어서,In an electric motor drive system comprising a field-mounted n-phase motor in which a terminal is connected to a point where the diodes in the n arm portions of the n-phase inverter are connected. 상기 각 아암부에 있어서 상기 전동기 단자의 접속점보다도 상기 직류 전압부의 정극측에 있는 스위칭 소자군을 상측 아암, 부극측에 있는 스위칭 소자군을 하측 아암이라고 한 경우,In each arm part, when the switching element group in the positive electrode side of the said DC voltage part rather than the connection point of the said electric motor terminal is made into the upper arm, and the switching element group in the negative electrode side is a lower arm, 상기 인버터에 있어서의 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 부여한 경우, 해당 아암과 직류 전압부와의 사이의 전류에 의거하여 상기 전동기의 회전자 또는 가동자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.When the ON signal is applied to one of the upper arm and the lower arm in the inverter, the position of the rotor or the mover of the electric motor is estimated based on the current between the arm and the DC voltage unit. Device. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상측 아암 내지 하측 아암 중 하나에 온 신호를 연속 또는 단속하여 부여하고, 온 신호를 부여하고 있는 동안의 해당 아암과 직류 전압부 사이의 전류가 제로로부터 제로가 아닌 값으로 변화한 경우에, 상기 전동기의 회전자 또는 가동자가 소정 위치를 통과하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.When the ON signal is continuously or intermittently applied to one of the upper arm and the lower arm, and the current between the corresponding arm and the DC voltage portion while applying the ON signal is changed from zero to a non-zero value, the electric motor And determining that the rotor or the mover has passed the predetermined position. 제 3항, 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 3, 7, and 9, 스위칭 소자의 온 상태의 계속 또는 단속, 또는 온·오프의 반복을 소정 기간 반복하여도 전류 통류를 검출하지 않는 경우에는, 회전자의 속도가 소정치 이하라고 판정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.The control apparatus characterized in that it determines that the speed of a rotor is below a predetermined value, when current flow is not detected, even if repeating a continuous period or interruption | interval of a switching element, or repeating ON / OFF for a predetermined period.
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