KR20100068218A

KR20100068218A - 자석 모터의 속도 제어 장치

Info

Publication number: KR20100068218A
Application number: KR1020090123000A
Authority: KR
Inventors: 가즈아끼 도바리; 야스오 노또하라; 와따루 하쯔세; 동셍 리; 겐따로 오이; 유지 후나야마
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 히다치 산키시스템
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-06-22
Also published as: US8344671B2; JP2010142031A; KR101108402B1; US20100148707A1; JP5256009B2; CN101902186A; EP2197103A3; CN101902186B; EP2197103A2; EP2197103B1

Abstract

본 발명은, 자석 모터의 속도 제어 방식에 관한 것으로, 모터의 한계 토크 부근에서도, 고안정ㆍ고효율ㆍ고응답의 제어 특성을 실현하는 자석 모터의 속도 제어 장치를 제공할 수 있다. 모터의 출력 가능한 토크 최대값(혹은 q축 전류)보다도 과대한 토크 명령값(혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우, q축의 전류 명령값이 리미트(제한)값까지 증가하지 않도록, 속도 제어의 입력을 제한한다. 본 발명에 따르면, 고안정, 고효율, 고응답의 특성을 갖는 자석 모터의 제어 장치를 제공할 수 있다.

자석 모터, 전력 변환기, 직류 전원, 전류 추정부, 좌표 변환부

Description

자석 모터의 속도 제어 장치{SPEED CONTROL APPARATUS OF MAGNETIC MOTOR}

본 발명은, 자석 모터의 속도 제어의 기술에 관한 것이다.

고속 회전 영역의 드라이브 기술로서는, 특허 문헌 1에 기재한 바와 같이, 자석 모터를 구동하는 전력 변환기에의 입력 전압과 자석 모터에의 전압 명령값으로부터 전압 포화의 정도인 전압 포화율을 연산하고, 이 전압 포화율이 전압 포화율 설정값보다도 작아질 때까지 외부로부터 주어지는 회전 속도 목표값을 내리는 보호 제어를 행하고 있는 방법이 기술되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-33957호 공보

특허 문헌 1에 기재된 방법은, 제어의 구성상, 전압 포화율이 전압 포화율 설정값보다도 작게 설정할 필요가 있어, 전압 포화율을 한계까지 다 쓸 수 없다. 즉, 모터에 전력 변환기의 최대 전압을 걸 수 없고, 그 결과, 모터의 한계 토크까지 다 쓸 수 없는 문제가 있었다.

이에 대해, 본 발명의 목적은, 전압 포화율을 최대까지 다 쓰고, 모터의 한 계 토크까지, 고안정ㆍ고효율ㆍ고응답을 실현할 수 있는 영구 자석 모터의 속도 제어 장치, 에어컨 및 스크류 압축기를 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 벡터 제어의 d축(자속축) 및 q축(토크축)의 전압 명령값의 위상각이 소정값 이상으로 된 경우에는, 속도 제어의 출력인 q축의 전류 명령값이 리미트(제한)값까지 증가하지 않도록, 속도 제어의 입력을 제한하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 0인 d축(자속축)의 전류 명령값 및 속도 명령값과 속도 검출값의 편차로부터 연산한 q축(토크축)의 전류 명령값과, d축 및 q축의 전류 검출값 및 속도 검출값(혹은 속도 추정값)에 기초하여, d축 및 q축의 전압 명령값을 연산하고, 그 연산값에 따라서, 영구 자석 모터를 구동하는 변환기의 출력 전압값을 제어하는 자석 모터의 속도 제어 장치로서, 모터의 출력 가능한 토크 최대값(혹은 q축 전류)보다도 과대한 토크 명령값(혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우, q축의 전류 명령값이 리미트(제한)값까지 증가하지 않도록, 속도 제어의 입력을 제한하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 0인 d축(자속축)의 전류 명령값 및 속도 명령값과 속도 검출값의 편차로부터 연산한 q축(토크축)의 전류 명령값과, d축 및 q축의 전류 검출값 및 속도 검출값(혹은 속도 추정값)에 기초하여, d축 및 q축의 전압 명령값을 연산하고, 자석 모터를 구동하는 전력 변환기의 출력 전압값이 제한된 경우에는, q축의 전류 명령값과 전류 검출값과의 편차에 의해, 위상 명령값을 수정하고, 변환기의 출력 전압값을 제어하는 벡터 제어 장치로서, 모터의 출력 가능한 토크 최대값(혹은 q축 전류)보다도 과대한 토크 명령값(혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우, q축의 전류 명령값이 리미트(제한)값까지 증가하지 않도록, 속도 제어의 입력을 제한하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자석 모터의 속도 제어 장치에서, 속도 제어의 입력의 제한을 위해, 속도 제어 연산에 입력하는 제2 속도 명령값이, 속도 검출값(혹은 속도 추정값)에 일치하도록 속도 보정량을 연산하고, 그 연산값을 상위로부터 주어지는 제1 속도 명령값으로부터 감산하여, 제2 속도 명령값을 작성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자석 모터의 속도 제어 장치에서, 속도 제어의 입력의 제한을 위해, 속도 제어 연산에 입력하는 제2 속도 검출값이, 제1 속도 명령값에 일치하도록 속도 보정량을 연산하고, 속도 검출값에 가산하여, 제2 속도 검출값을 작성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자석 모터의 속도 제어 장치에서, 속도 보정량은, 속도 제어 연산에 입력하는 제2 속도 명령값과 속도 검출값(혹은 속도 추정값)의 편차 혹은, 제2 속도 검출값과 제1 속도 명령값의 편차를, 비례ㆍ적분 연산에 의해 작성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자석 모터의 속도 제어 장치에서, 속도 입력의 제한을 위해, 속도 제어 연산의 적분 제어, 혹은 비례ㆍ적분 제어에 입력하는 속도 명령값과 속도 검출값(혹은 속도 추정값)의 편차의 플러스측을 0으로 제한하는 것을 특징으 로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자석 모터의 속도 제어 장치에서, 과대한 토크 명령값(혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우의 판정으로서, d축 및 q축의 전압 명령값의 위상각이 70도 이상으로 되는 경우인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 자석 모터의 속도 제어 장치에서, 전력 변환기의 출력 전압값이 제한된 경우의 판정으로서, 출력 전압값(혹은 전압 명령값)의 평균과 직류 전압값과의 비율이 「1」로 되는 경우인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 전술한 자석 모터의 속도 제어 장치를 에어컨에 적용한 것이다.

또한, 본 발명은 전술한 자석 모터의 속도 제어 장치를 스크류 압축기에 적용한 것이다.

본 발명은, 자석 모터의 속도 제어 방식에 관한 것으로, 모터의 한계 토크까지, 고안정ㆍ고효율ㆍ고응답을 실현할 수 있는 영구 자석 모터의 속도 제어 장치를 제공할 수 있다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

<제1 실시예>

도 1은, 본 발명의 일 실시예인 자석 모터의 속도 제어 장치의 구성예를 나타낸다.

자석 모터(1)는, 영구 자석의 자속에 의한 토크 성분과 전기자 권선의 인덕턴스에 의한 토크 성분을 합성한 모터 토크를 출력한다.

전력 변환기(2)는, 3상 교류의 전압 명령값 v_u*, v_v*, v_w*에 비례한 전압을 출력하고, 자석 모터(1)의 출력 전압과 회전수를 가변한다.

직류 전원(3)은, 전력 변환기(2)에 직류 전압 E_DC를 공급한다.

전류 추정부(4)는, 전력 변환기(2)의 과전류 검출용으로 부착되어 있는 원션트 저항 Rs에 흐르는 직류 전류 I_DC로부터, 3상의 교류 전류(i_u, i_v, i_w)를 재현하여, i_u^, i_v^, i_w^를 출력한다.

좌표 변환부(5)는, 상기 3상의 교류 전류의 재현값 i_u^, i_v^, i_w^와 위상 추정값 θ_dc를 이용하여, d축 및 q축의 전류 검출값 I_dc, I_qc를 연산하여, 출력한다.

축 오차 추정부(6)는, 전압 명령값 V_dc**, V_qc**, 속도 추정값 ω_1c, 전류 검출값 I_dc, I_qc 및 모터 상수에 기초하여, 위상 추정값 θ_dc와 모터의 위상값 θ_d와의 편차인 축 오차 Δθ의 추정 연산을 행하여, 추정값 Δθ_c를 출력한다.

속도 추정부(7)는, 「0」인 축 오차의 명령값 Δθ_c*와 축 오차의 추정값 Δθ_c와의 편차를 비례 연산 혹은 비례+적분 연산하여, 속도 추정값 ω_1c를 출력한다.

위상 추정부(8)는, 속도 추정값 ω_1c를 적분하여 위상 추정값 θ_dc를 출력한 다.

속도 제어 연산부(9)는, 제2 속도 명령값 ω*에 속도 추정값 ω_1c가 추종하도록, 비례ㆍ적분 연산을 행하여, q축의 전류 명령값 I_q*를 출력한다.

속도 명령 수정 연산부(10)는, 제2 속도 명령값 ω*와 속도 추정값 ω_1c의 속도 편차값 Δω와 전압 위상 제한 플래그 δlmt_flg에 기초하여, 속도 보정값 Δω*를 출력한다.

가산부(11)는, 상위로부터 주어지는 제1 속도 명령값 ω₀*에 속도 보정값 Δω*를 가산하여, 제2 속도 명령값 ω*를 출력한다.

d축 전류 제어 연산부(12)는, 조건에 따라 이하의 동작을 행한다. 전압값 제한 플래그 Vlmt_flg가 「0」인 경우 :

「0」인 제1 d축의 전류 명령값 I_d*에 d축의 전류 검출값 I_dc가 추종하도록 비례ㆍ적분 연산을 행하여 ΔI_d**를 연산하여, 제2 d축의 전류 명령값 I_d**로서 출력한다.

전압값 제한 플래그 Vlmt_flg가 「1」인 경우 :

ΔI_d**의 갱신을 행하지 않고 전회값을 유지하여, 출력한다.

q축 전류 제어 연산부(13)는, 조건에 따라 이하의 동작을 행한다.

전압값 제한 플래그 Vlmt_flg가 「0」인 경우 :

속도 제어 연산부(9)의 출력인 제1 q축의 전류 명령값 I_q*에 q축의 전류 검출값 I_qc가 추종하도록 비례ㆍ적분 연산을 행하여 ΔI_q**를 연산하고, I_q*에 가산하여, 제2 q축의 전류 명령값 I_q**를 출력한다.

전압값 제한 플래그 Vlmt_flg가 「1」인 경우 :

ΔI_q**의 갱신을 행하지 않고 전회값을 유지하고, I_q*에 가산하여, 제2 q축의 전류 명령값 I_q**를 출력한다.

위상 오차 명령 연산부(14)는, 조건에 따라 이하의 동작을 행한다.

전압값 제한 플래그 Vlmt_flg가 「0」인 경우 :

위상 오차의 명령값 Δθ_e*를 「0」으로서 출력한다.

전압값 제한 플래그 Vlmt_flg가 「1」인 경우 :

속도 제어 연산부(9)의 출력인 제1 축의 전류 명령값 I_q*에 q축의 전류 검출값 I_qc가 추종하도록 비례ㆍ적분 연산을 행하여, 위상 오차의 명령값 Δθ_e*를 출력한다.

벡터 제어 연산부(15)는, 자석 모터(1)의 전기 상수와 제2 전류 명령값 I_d**, I_q**, 속도 추정값 ω_1c, 위상 오차의 명령값 Δθ_e*에 기초하여, 전압 명령값 V_dc**, V_qc**를 연산하여, 출력한다.

전압 제한 검출부(16)는, d축 및 q축의 전압 명령값 V_dc**, V_qc**와 직류 전압값 E_DC에 기초하여, 전압값 제한 플래그 Vmt_flg와 전압 위상 제한 플래그 δmt_flg를 출력한다.

좌표 변환부(17)는, d축 및 q축의 전압 명령값 V_dc**, V_qc**와 위치 추정값 θ_dc를 이용하여, 3상 교류의 전압 명령값 v_u**, v_v**, v_w**를 출력한다.

다음으로, 기본으로 되는 벡터 제어 방식의 전압 제어와 위상 제어의 기본 동작에 대해 설명한다.

전압 제어의 기본 동작은,

도 1 중의 전압 제한 검출부(16)에서,

수학식 1에 의해, d축 및 q축의 전압 명령값 V_dc**, V_qc**를 이용하여, 전압값 V*를 연산한다.

또한，V*와 직류 전압값 E_DC를 이용하여, 수학식 2에 따라서, 전압값 제한 플래그 Vlmt_flg를 작성한다.

d축 전류 제어 연산부(12)와 q축 전류 제어 연산부(13)에서는, 수학식 3에 따라서, 제1 전류 명령값 I_d*, I_q*에, 전류 검출값 I_dc, I_qc가 추종하도록, 제2 전류 명령값 I_d**, I_q**를 출력한다.

벡터 제어 연산부(15)에서는, 제2 전류 명령값 I_d**, I_q**와 자석 모터(1)의 상수 및 속도 추정값 ω_1c를 이용하여, 전압 명령값 V_dc**, V_qc**를 수학식 4에 따라서 연산한다.

여기에,

R : 저항값

L_d: d축 인덕턴스값, L_q: q축 인덕턴스값

K_e: 유기 전압 계수 * : 설정값

또한, 상기 수학식 4와 위상 오차의 명령값 Δθ_e*를 이용하여, 새로운 전압 명령값인 V_dc**, V_qc**를 수학식 5에 따라서 연산하여, 전력 변환기(2)의 출력 전압 을 제어한다.

본 제어 방식은, 위상 오차의 명령값 Δθ_e*에 의해, I_d*를 「0」 설정한 채로, 고속 영역의 토크 범위를 확대한 「조금 약한 계자 제어 운전」을 행할 수 있다.

이 방법을 이용함으로써, 전압 포화율을 한계까지 사용할 수 있다.

한편, 종래의 위상 제어의 기본 동작에 대해서는, 축 오차 추정부(6)에서, 전압 명령값 V_dc**, V_qc**와 전류 검출값 I_dc, I_qc, 속도 추정값 ω_1c 및 자석 모터(1)의 상수를 이용하여, 위상 추정값 θ_dc와 모터 위상값 θ_d의 편차인 축 오차값 Δθ(=θ_dc-θ_d)의 추정 연산을 수학식 6에 의해 행한다.

또한, 속도 추정부(7)에서는, 축 오차의 추정값 Δθ_c가 「0」으로 되도록, 비례ㆍ적분 연산을 행하여, 속도 추정값 ω_1c를 제어하고 있다.

위상 추정부(8)에서는, 속도 추정값 ω_1c를 적분하여, 위상 추정값 θ_dc를 제 어한다.

이상이, 종래에서의 전압 제어와 위상 제어의 기본 동작이다.

다음으로, 본 발명의 「속도 명령 수정 연산부(10)」를 이용하지 않는 경우(Δω*=0)의 제어 특성에 대해서 설명한다.

도 2에, 사다리꼴파의 속도 명령값 ω*를 준 경우의 운전 특성을 나타낸다.

100％의 부하 토크를 준 상태에서, 가감속 운전을 행하고 있는 상태이다.

상단에, 제1 속도 명령값 ω₀*와 속도 추정값 ω_1c의 파형을, 하단에는, q축의 전류 명령값 I_q*의 파형을 나타내고 있다.

속도 명령값 ω₀*를 소정의 가속 레이트로, A점부터 C점까지 증가시키고 있지만, 가속 도중의 B점에서, 속도 ω는 정체되어 있다.

이것은, B점 이상의 속도 영역에서는, 부하 토크 100％를 걸지 않고, 자석 모터(1)의 출력이 한계 토크까지 도달하는 것을 의미하고 있다.

이 때문에, 속도 명령값 ω₀*를 감속시키면, 다시 속도 ω는 ω₀*에 추종하게 된다. 그러나, 자석 모터(1)의 출력이 한계 토크까지 도달하고 있는 기간에, 속도 편차값 Δω가 정상적으로 발생하고 있기 때문에, 속도 제어 연산부(9)의 적분 동작에 의해, I_q*는 제한값 I_q*_max까지 발산하게 된다. 이 때문에, D점 부근에서, 속도의 추종 특성이 열화되는 문제가 있다.

이에 의해, 속도 제어 연산부(9)의 제어 게인이 낮은 경우에는, 더욱 추종성 이 악화되어, 과전류 트립에 의한 운전 정지에 이르는 경우가 있다.

다음으로, 본 발명의 특징인 「속도 명령 수정 연산부(10)」, 「전압 제한 검출부(16)」에 대한 설명을 행한다.

이 2개를 추가함으로써, 자석 모터(1)가 한계 토크까지 도달한 경우에는, 신속하게 속도 명령값 ω₀*를 속도 ω까지 감소시켜, q축의 전류 명령값 I_q*의 발산을 방지할 수 있다.

도 3에 도시한 전압 제한 검출부(16)에 대해서 설명을 행한다.

d축 및 q축의 전압 명령값 V_dc**, V_qc**와 직류 전압값 E_DC를 이용하여,

(1) 조금 약한 계자 제어로의 절환에 이용하는 신호 : Vlmt_flg

Vlmt_flg=「0」: 통상의 전류 제어를 행한다. Vlmt_flg=「1」: 조금 약한 계자 제어를 행한다.

(2) 자석 모터(1)가 한계 토크에 도달하는 것을 검출하는 신호 : δlmt_flg

δlmt_flg=「0」: 한계 토크 미만, δlmt_flg=「1」: 한계 토크 도달을 작성한다.

전압 명령값 V_dc**, V_qc**는, 출력 전압 연산부(161)에 입력되고, 수학식 7에 따라서, 신호 V*가 연산된다.

이 신호 V*와 신호 E_DC는 비교부(162)에 입력되고, 전술한 수학식 1에 따라서, 「0」 혹은 「1」의 전압값 제한 플래그 Vlmt_flg를 출력한다.

또한, 전압 명령값 V_dc**, V_qc**는 참조 부호 163에도 입력되고, 수학식 8에 따라서, 전압 명령값 V_dc**, V_qc**의 위상각인 전압 위상 δ를 연산한다.

신호 δlmt(164)는, 한계 토크 시에서의 전압 위상의 값을 나타내는 것이다.

이 신호 δlmt(164)에 대해서 설명한다.

도 4에는, 모터 속도 ω와 한계 토크 및 전압 위상(한계 토크 시)의 관계를 나타낸다.

모터 속도가 커짐에 따라서, 한계 토크는 작아지고, 수학식 8로 나타내는 전압 위상은 커지는 것을 알 수 있다.

즉, 전압 위상 δ의 크기로, 자석 모터의 출력이 한계 토크에 도달하였는지 검출(추정)할 수 있다. 이 판정값이 신호 δlmt(164)이며, 수치 해석이나 실기 시험에 의해, 사전에 조사하여 설정하면 되는 것이다.

혹시, 직류 전압 E_dc의 크기가 대략 일정값이면, 최대 속도ㆍ한계 토크 시에서의 전압 위상의 값을 신호 δlmt로서 설정하여도 된다.

E_DC의 크기가 빈번하게 변화하는 경우에는, E_DC에 의해 신호 δlmt를 읽어내는 맵으로 하여, 출력하는 것도 좋다.

신호 δ와 신호 δlmt는 비교부(165)에 입력되고, 수학식 9에 따라서, 「0」 혹은 「1」의 전압 위상 제한 플래그 δlmt_flg를 출력한다.

도 5에 도시한 속도 명령 수정 연산부(10)에 대해 설명을 행한다.

속도 편차값 Δω와 전술한 전압 위상 제한 플래그 δlmt_flg는 절환부(101)에 입력되고, 수학식 10에 따라서 출력 신호가 선택된다.

절환부(101)의 출력 신호는, 비례 상수가 K_p인 비례 연산부(102)와 적분 상수가 K_i인 적분 연산부(103)에 입력되고, 참조 부호 102와 103의 출력 신호의 가산값이, 속도 보정값 Δω*로서 출력된다.

즉,

δlmt_flg= 「0」: 한계 토크 미만이므로, 속도 명령값의 수정 없음(Δω*=0)

δlmt_flg= 「1」: 한계 토크 도달이므로, 속도 명령값의 수정 있음(Δω*를 연산)을 행하고 있다.

가산부(11)에서, 제1 속도 명령값 ω₀*와 속도 보정값 Δω*를 이용하여, 수학식 11에 따라서, 제2 속도 명령값 ω*를 연산하여, 속도 제어 연산부(9)에의 입력 신호로 된다.

도 6에, 본 발명의 「속도 명령 수정 연산부(10)」, 「전압 제한 검출부(16)」를 이용한 경우의 제어 특성을 나타낸다.

도 2에 도시한 종래에서는, 가속 도중의 B점 이상에서는, 속도 ω가 정체되고, q축의 전류 명령값 I_q*가 발산하였지만, 본 발명에서는, 제1 속도 명령값 ω₀*를 제2 속도 명령값 ω*까지 감속시킴으로써, I_q*의 발산이 방지되고, 그 결과, D점 부근에서도 추종성이 좋은 특성을 실현할 수 있는 모습을 알 수 있다.

<제2 실시예>

제1 실시예에서는, 속도 보정값 Δω*를 이용하여, 제1 속도 명령값 ω₀*를 수정하는 방식이었지만, Δω*를 이용하여 속도 추정값 ω_1c의 수정을 행하여도 된다.

도 7에, 이 실시예를 나타낸다.

도면에서, 참조 부호 1∼10, 12∼17은, 도 1의 것과 동일물이다.

감산부(11a)는, 속도 추정값 ω_1c와 속도 보정값 Δω*를 이용하여, 수학식 12에 따라서, 제2 속도 추정값 ω_1c'를 출력한다.

이 제2 속도 추정값 ω_1c'를, 속도 제어 연산부(9)에의 입력 신호로서도, 상기 실시예와 마찬가지로 동작하고, 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 명백하다.

<제3 실시예>

도 8은, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.

제1, 제2 실시예에서는, 속도 보정값을 이용하여 제1 속도 명령값 혹은 속도 검출값을 수정하였지만, 본 실시예에서는, 전압 위상이 제한된 정보를 이용하여, 속도 제어 연산부의 입력 신호를 제한한다.

도면에서, 참조 부호 1∼8, 10∼17은, 도 1의 것과 동일물이다.

속도 제어 연산부(9a)는, 속도 편차값 Δω와 전압 위상 제한 플래그 δlim_flg를 이용하여, q축의 전류 명령값 I_q*를 출력한다.

다음으로, 도 9를 이용하여, 속도 제어 연산부(9a)를 설명한다.

속도 편차 제한부(9a1)에는, 속도 편차값 Δω가 입력되고, 수학식 13에 따라서, 신호가 출력된다.

속도 편차값 Δω와 신호 Δω' 및 전압 위상 제한 플래그 δlmt_flg는, 절환부(9a2)에 입력되고, 수학식 14에 따라서 출력 신호가 선택된다.

절환부(9a2)의 출력 신호는, 비례 상수가 K_p1인 비례 연산부(9a3)와 적분 상수가 K_i1인 적분 연산부(9a4)에 입력되고, 참조 부호 9a3과 9a4의 출력 신호의 가산값이, q축의 전류 명령값 I_q*로서 출력된다.

즉, 본 실시예에서는,

δlmt_flg=「0」: 한계 토크 미만이므로, I_q*의 수정 없음(제한 없음)

δlmt_flg=「1」: 한계 토크 도달이므로, I_q*의 수정 있음(플러스측의 입력을 제한)을 행하고 있다.

상기 실시예와 마찬가지로 동작하여, 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 명백하다.

또한, 본 실시예에서는, δlmt_flg=「1」의 경우, 비례 연산부(9a3)와 적분 연산부(9a4)의 양방에 입력되는 신호의 플러스측을 제한하고 있지만, 적분 연산 부(9a4)의 입력 신호만, 플러스측을 제한하여도 된다.

<제4 실시예>

도 10은, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.

본 실시예는, 에어컨에, 본 발명을 적용한 것이다.

도면에서, 구성 요소의 참조 부호 1∼17은, 도 1의 것과 동일물이다.

이하, 에어컨(18)의 구성에 대해서 설명한다.

에어컨(18)은, 실내기(181)와 실외기(182) 및 배관(183)으로 구성되어 있다.

실외기(182) 내에서는, 전력 변환기 컨트롤러(182a)에 의해 자석 모터(182b)를 제어하여, 냉매를 압축하는 압축기(182c)를 구동한다.

도 1의 참조 부호 1∼17까지의 구성 요소는, 소프트웨어, 하드 회로에 의해 실장되어 있다.

이와 같이, 본 발명을 에어컨에 적용하면, 고효율ㆍ고응답의 제어 특성을 실현할 수 있다.

<제5 실시예>

도 11은, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.

본 실시예는, 스크류 압축기에, 본 발명을 적용한 것이다.

스크류 압축기(19)의 구성에 대해서 설명한다.

자석 모터(1)를 포함하는 스크류 압축기(192)는, 조작 패널(191)로부터 속도 명령값 ω*가 입력되고, 전력 변환기 컨트롤러(193)에 의해 제어 구동된다.

이와 같이, 본 발명을 스크류 압축기에 적용하면, 고효율ㆍ고응답의 제어 특성을 실현할 수 있다.

또한, 여기까지는, 제1 내지 제3 실시예에서, 제1 전류 명령값 I_d*, I_q*와 전류 검출값 I_dc, I_qc로부터, 제2 전류 명령값 I_d**, I_q**를 작성하고, 이 제2 전류 명령값을 이용하여 벡터 제어 연산을 행하였지만, 제1 전류 명령값 I_d*, I_q*와 전류 검출값 I_dc, I_qc로부터, 전압 보정값 ΔV_d, ΔV_q를 작성하고, 이 전압 보정값과, 제1 전류 명령값 I_d*, I_q*, 속도 추정값 ω_1c, 자석 모터(1)의 상수를 이용하여, 수학식 15에 따라서 전압 명령값 V_dc**, V_qc**를 연산하는 벡터 제어 방식에도 적용할 수 있다.

또한, 제1 내지 제3 실시예에서는, 전력 변환기(2)의 과전류 검출용으로 부착하고 있는 원션트 저항 Rs에 흐르는 직류 전류 I_DC로부터, 3상의 모터 전류를 재현하고, 이 재현 전류 i_u^, i_v^, i_w^를 제어에 이용하였지만, 전류 검출기에서 직접 검출한 교류 전류 i_u∼i_w를 적용할 수도 있다.

또한, 제1 내지 제3 실시예에서는, 자석 모터(1)의 위치 정보를 생략한 위치 센서리스 제어를 이용하였지만, 직접 위치를 검출할 수 있는 인코더, 리졸버, 자극 위치 센서 등에서 검출한 위치 θ를 적용할 수도 있다.

이 경우, 속도 ω는, 수학식 16에 따라서 연산하면 된다.

본 발명에 따르면, 고안정, 고효율의 자석 모터를 제공하는 것을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 자석 모터의 속도 제어 장치의 구성도.

도 2는 본 발명을 이용하지 않는 경우의 가감속 운전의 특성도.

도 3은 본 발명의 특징인 전압 제한 검출부의 구성도.

도 4는 모터 속도와 한계 토크 및 전압 위상의 관계도.

도 5는 본 발명의 특징인 속도 명령 수정 연산부의 구성도.

도 6은 본 발명의 일 실시예를 이용한 경우의 가감속 운전의 특성도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 자석 모터의 속도 제어 장치의 구성도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 자석 모터의 속도 제어 장치의 구성도.

도 9는 본 발명의 특징인 속도 제어 연산부의 구성도.

도 10은 본 발명을 에어컨에 적용한 자석 모터의 속도 제어 장치의 구성도.

도 11은 본 발명을 스크류 압축기에 적용한 자석 모터의 속도 제어 장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 자석 모터

2 : 전력 변환기

3 : 직류 전원

4 : 전류 추정부

5, 17 : 좌표 변환부

6 : 축 오차 추정부

7 : 속도 추정부

8 : 위상 추정부

9 : 속도 제어 연산부

10 : 속도 명령 수정 연산부

11 : 가산부

11a : 감산부

12, 13 : 전류 제어 연산부

14 : 위상 오차 명령 연산부

15 : 벡터 제어 연산부

16 : 전압 제한 검출부

ω₀*, ω* : 속도 명령값

Δω* : 속도 보정값

ω_1c, ω_1c' : 속도 추정값

Δω : 속도 편차값

I_d*, I_d**, I_q*, I_q** : 전류 명령값

θ_dc : 위상 추정값

Δθ_e* : 위상 오차의 명령값

Δθ_c : 추정값

V_dc**, V_qc** : 전압 명령값

δlmt_flg : 전압 위상 제한 플러그

Vlmt_flg : 전압값 제한 플러그

Claims

0인 d축(자속축)의 전류 명령값 및 속도 명령값과 속도 검출값의 편차로부터 연산한 q축(토크축)의 전류 명령값과,

d축 및 q축의 전류 검출값 및 속도 검출값(혹은 속도 추정값)에 기초하여, d축 및 q축의 전압 명령값을 연산하고, 그 연산값에 따라서, 영구 자석 모터를 구동하는 변환기의 출력 전압값을 제어하는 자석 모터의 속도 제어 장치로서,

모터의 출력 가능한 토크 최대값(혹은 q축 전류)보다도 과대한 토크 명령값(혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우,

q축의 전류 명령값이 리미트(제한)값까지 증가하지 않도록, 속도 제어의 입력을 제한하는 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
0인 d축(자속축)의 전류 명령값 및 속도 명령값과 속도 검출값의 편차로부터 연산한 q축(토크축)의 전류 명령값과,

d축 및 q축의 전류 검출값 및 속도 검출값(혹은 속도 추정값)에 기초하여, d축 및 q축의 전압 명령값을 연산하고, 자석 모터를 구동하는 전력 변환기의 출력 전압값이 제한된 경우에는, q축의 전류 명령값과 전류 검출값과의 편차에 의해, 위상 명령값을 수정하고, 변환기의 출력 전압값을 제어하는 자석 모터의 속도 제어 장치로서,

모터의 출력 가능한 토크 최대값(혹은 q축 전류)보다도 과대한 토크 명령값 (혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우,

q축의 전류 명령값이 리미트(제한)값까지 증가하지 않도록, 속도 제어의 입력을 제한하는 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 속도 제어의 입력의 제한을 위해,

속도 제어 연산에 입력하는 제2 속도 명령값이, 속도 검출값(혹은 속도 추정값)에 일치하도록 속도 보정량을 연산하고, 그 연산값을 상위로부터 주어지는 제1 속도 명령값으로부터 감산하고, 제2 속도 명령값을 작성하는 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 속도 제어의 입력의 제한을 위해,

속도 제어 연산에 입력하는 제2 속도 검출값이, 제1 속도 명령값에 일치하도록 속도 보정량을 연산하고, 속도 검출값에 가산하여, 제2 속도 검출값을 작성하는 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제3항에 있어서,

상기 속도 보정량은,

속도 제어 연산에 입력하는 제2 속도 명령값과 속도 검출값(혹은 속도 추정 값)의 편차 혹은, 제2 속도 검출값과 제1 속도 명령값의 편차를,

비례ㆍ적분 연산에 의해 작성하는 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 속도 제어의 입력의 제한을 위해,

속도 제어 연산의 적분 제어, 혹은 비례ㆍ적분 제어에 입력하는 속도 명령값과 속도 검출값(혹은 속도 추정값)의 편차의 플러스측을 0으로 제한하는 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 과대한 토크 명령값(혹은 q축의 전류 명령값)이 요구된 경우의 판정으로서,

d축 및 q축의 전압 명령값의 위상각이 70도 이상으로 되는 경우인 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제2항에 있어서,

상기 전력 변환기의 출력 전압값이 제한된 경우의 판정으로서,

출력 전압값(혹은 전압 명령값)의 평균과 직류 전압값과의 비율이 「1」로 되는 경우인 것을 특징으로 하는 자석 모터의 속도 제어 장치.
제1항의 자석 모터의 속도 제어 장치를 적용한 것을 특징으로 하는 에어컨.
제1항의 자석 모터의 속도 제어 장치를 적용한 것을 특징으로 하는 스크류 압축기.