KR20140114737A

KR20140114737A - 인버터 제어 장치

Info

Publication number: KR20140114737A
Application number: KR1020137031648A
Authority: KR
Inventors: 미츠오 가와지
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-09-29
Also published as: JP2013143878A; EP2804311B1; CN103563243B; CN103563243A; WO2013105173A1; EP2804311A4; ES2654860T3; EP2804311A1

Abstract

용량의 콘덴서(32)로 구성된 인버터 제어 장치에 있어서의 구동 제어부(6)는, 리액턴스 토크의 비율의 높은 전동기(5)의 전기자 전류에 근거하여, 전동기(5)의 쇄교자속을 추정하는 자속 추정부(17)와, 전동기(5)가 발생하는 유기 전압에 대한 전류의 위상차를 조정하는 전류 위상차 조정부(14)를 포함하고, 자속 추정부(17)에서 추정된 쇄교자속 추정치가 소정의 설정치 이하이고, 또한 전동기(5)에 인가하는 전류 지령치의 평균치, 전기자 전류의 실효치의 평균치, 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성되어 있다.

Description

인버터 제어 장치{INVERTER CONTROL DEVICE}

본 발명은, 정류 수단의 출력 단자에 현저하게 소용량의 콘덴서로 구성되는 평활 수단을 접속하여, 출력 전압이 교류 전원 주파수의 2배 주파수로 크게 맥동하도록 하는 인버터 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 브러시리스 DC 모터 등의 전동기를 임의의 회전수로 구동하는 인버터 제어 장치에 관한 것이다.

일반적인 전동기를 구동하는 인버터 제어 장치는, 교류 전원을 정류하고, 정류 후의 직류 전력을 평활 콘덴서에서 평활하고, 평활 후의 직류 전력을 인버터에서 임의의 회전수, 전압의 교류 전력으로 변환하여, 그 교류 전력을 전동기에 공급하는 것이다.

상기와 같은 구성의 경우, 평활 콘덴서가 필수로 되기 때문에, 이 평활 콘덴서가 종래의 인버터 제어 장치에 있어서의 대형화, 비용 상승의 요인이 되고 있었다. 그러나, 평활 콘덴서를 불요 혹은 대폭으로 소용량화했을 경우에는, 정류 후의 직류 전압에 교류 전원과 동기한 맥동이 발생하여, 전동기에 토크 맥동의 증대나 구동 효율의 저하 등의 악영향을 미치는 것이 알려져 있다.

그래서, 이 평활 콘덴서를 불요 혹은 대폭으로 소용량화했을 경우의 직류 전압의 맥동에 의한 전동기에의 악영향을 경감하기 위해, 전동기에 대한 전압 지령치에 상당하는 인버터 출력 전압을 얻을 수 없는 포화 상태가 되었을 때에, PWM 신호의 출력 타이밍을 앞당겨 인버터 출력 전압의 위상을 빠르게 하는 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).

특허 문헌 1의 방법은, 인버터에 인가되는 직류 전압이 맥동에 의해 저하하는 경우에는, 전동기의 계자자속을 약하게 함으로써 전동기의 인가 전압을 제한하는 것이다(소위 약한 계자 제어에 상당함).

그러나, 특허 문헌 1의 방법에서는, 전동기의 계자자속을 약하게 하기 위해 전기자 전류를 흘릴 필요가 있어, 전기자 전류의 증가나 전동기의 구동 효율의 저하 등의 악영향이 우려된다.

그 때문에, 평활 콘덴서를 불요 혹은 대폭으로 소용량화한 구성의 인버터 제어 장치에 있어서, 전동기의 인가 전압을 제한하는 경우에, 전동기의 총 자속량을 일정하게 유지하도록 전류 제어함으로써 약한 계자 동작이 자연스럽게 행해지도록 하고, 전동기의 전기자 전류를 최소한으로 억제하여 전동기의 구동 효율의 저하를 경감하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조).

특허 문헌 2의 방법은, 전동기의 인가 전압과 전동기의 코일 저항에 의한 전압 강하분(코일 저항치×전류치)의 전압 차분을 적분함으로써 전동기의 총 자속(고정자측으로부터 발생하는 자속과 회전자측으로부터 발생하는 자속의 합성 벡터)의 양을 연산하고, 자속 지령과 총 자속 연산치의 자속 차분에 근거하여 비례 적분 제어를 실시하여, 총 자속 연산치가 일정치(자속 지령)로 되도록, 전동기의 인가 전압의 변화에 따라 약한 계자 동작에 작용하는 성분(직교 2축 좌표계)의 전류를 제어하는 것이다.

또한, 특허 문헌 2에 있어서는, 고속 회전 영역에서는 약한 계자 제어의 효과를 높이기 위해서, 전동기의 회전 속도가 상승함에 따라 자속 지령을 저감시킴으로써, 이에 따라 일정하게 유지하는 총 자속량도 저하시키는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허 문헌 2의 인버터 제어 장치에서는, 전동기로부터의 회생 에너지에 의해, 교류 전원으로부터의 입력 전류에 불통류 기간이 발생함으로써, 입력 전류의 고조파 성분이 증가하는 현상에의 대책에 대해서도 기재되어 있다. 이 대책으로서는, 교류 전원 전압의 제로 크로스점에 상당하는 위상에 있어서, 약한 계자 동작에 작용하는 성분(직교 2축 좌표계)의 전류 지령치를 저감함으로써, 교류 전원 전압의 제로 크로스 부근에 있어서의 회생 동작 방향의 전류를 억제하는 방법이나, 매립 자석 계자형의 동기 전동기(IPM 모터)에 있어서, 계자자석에 의해 발생하는 유기 전압의 영향을 경감하여 리액턴스 토크의 비율을 높인 사양의 전동기를 이용하는 방법이 기재되어 있고, 어떠한 방법에서도 회생 에너지를 저감함으로써, 입력 전류의 고조파 성분을 억제하는 효과가 제시되어 있다.

또한, 전동기의 전기자 전류를 최소한으로 억제하여 전동기의 구동 효율의 저하를 경감하는 다른 방법으로서, 전동기의 인가 전압의 제한치로부터 구해지는 「약한 계자 제어」의 전류 지령치와, 동일 토크를 발생시키는 전류 벡터 중에서 전동기의 전기자 전류의 진폭이 최소로 되도록 하는 전류 위상에서 구해지는 「최대 토크 제어」의 전류 지령치를 이용하는 방법이 비특허 문헌 1에 제안되어 있다. 비특허 문헌 1에는, 각각의 전류 지령치로부터 구해진 전동기의 유기 전압을 비교하여, 유기 전압이 보다 작아지는 전류 지령치(약한 계자 제어 또는 최대 토크 제어 중 어느 하나)를 선택하여 전류 제어함으로써, 전동기의 안정 구동을 실현하면서, 전동기의 구동 효율의 저하를 경감하는 방법이 제시되어 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

특허 문헌 1 : 일본 특개평 제10－150795호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 제4693904호 공보

(비특허 문헌)

비특허 문헌 1 : 니시하라 타츠야, 모리모토 시게오, 사나다 마사유키 저술 「IPMSM 속도 제어 시스템에 있어서의 전해 콘덴사리스화의 영향」 평성 21년 전기 학회 전국 대회, 4－067, P.116∼117(제 4 분책)

상기와 같이 종래 구성의 인버터 제어 장치에 있어서는, 약한 계자 동작을 필요 최소한으로 함으로써 전동기의 전기자 전류를 최소한으로 억제하여, 전동기의 구동 효율의 저하를 경감하는 구성, 혹은 회생 동작 방향의 전류를 제어하는 것이나 계자자석에 의해 발생하는 유기 전압의 영향을 경감하여 리액턴스 토크의 비율을 높인 사양의 전동기를 이용함으로써, 전동기로부터의 회생 에너지를 저감하여, 교류 전원으로부터의 입력 전류의 고조파 성분을 억제하는 구성이 있다. 그러나, 이러한 구성에서는, 인버터 제어 장치에 제어 대상인 전동기를 포함한 전동기 구동 시스템에 있어서의 시스템 전체적으로의 효율을 최적으로 할 수 없다고 하는 과제를 갖고 있었다.

본 발명은, 상기의 종래 구성의 인버터 제어 장치에 있어서의 과제를 해결하는 것으로, 소용량 콘덴서로 구성된 인버터 제어 장치에 있어서, 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기를 활용하여, 그 전동기로부터의 회생 에너지를 제어함으로써 전동기 구동 시스템에 있어서의 시스템 전체의 효율의 최적화를 도모하는 것을 목적으로 한다.

상기 종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 인버터 제어 장치는,

계자자속 및 전기자 전류에 따라 발생하는 자석 토크와, 전기자 코일의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 리액턴스 토크를 병용하여 이용해서, 그 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기를 구동하는 인버터 제어 장치로서,

교류 전원을 입력으로 하는 정류부와,

상기 정류부의 출력 전압이 교류 전원 주파수의 대략 2배 주파수로 맥동하도록 콘덴서의 값을 설정한 평활부와,

상기 전동기를 구동하기 위해 상기 평활부로부터의 평활 전압을 소망하는 교류 전압으로 변환하는 직교 변환부와,

상기 평활 전압에 대응한 전동기 구동을 행하기 위한 정보를 상기 직교 변환부에 전달하는 구동 제어부와,

상기 전동기의 전기자 전류를 검출하는 전류 검출부를 구비하며,

상기 구동 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류에 근거하여 상기 전동기의 쇄교자속을 추정하는 자속 추정부와, 상기 전동기가 발생하는 유기 전압에 대한 전기자 전류의 위상차를 조정하는 전류 위상차 조정부를 포함하고,

상기 자속 추정부에서 추정된 쇄교자속 추정치가 미리 설정된 쇄교자속 설정치 이하이고, 또한 상기 전동기에 인가하는 토크 지령치 또는 전류 지령치의 평균치, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류의 실효치의 평균치, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소치로 되도록 상기 전류 위상차 조정부에 있어서 위상 조정을 행하도록 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 인버터 제어 장치는, 전동기로부터의 회생 에너지를 소정치 이하로 제어함으로써 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율 최적화를 도모하여, 전동기의 전기자 전류를 최소한으로 억제함으로써 전동기 효율의 저하를 경감하여, 시스템 전체의 효율의 최적화를 도모할 수 있다.

발명의 신규 특징은 첨부된 청구의 범위에 특히 기재한 것과 동등하지만, 구성 및 내용의 양쪽에 관해서 본 발명은, 다른 목적이나 특징과 더불어 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 읽음으로써, 보다 잘 이해되고 평가될 것이다.

본 발명의 인버터 제어 장치에 의하면, 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기를 활용하여, 그 전동기로부터의 회생 에너지를 제어함으로써 전동기를 포함하는 전동기 구동 시스템에 있어서의 시스템 전체의 효율을 최적으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치의 시스템 구성도
도 2는 본 발명에 따른 실시 형태 2의 인버터 제어 장치의 시스템 구성도
도 3은 본 발명에 따른 실시 형태 3의 인버터 제어 장치의 시스템 구성도
도 4는 전동기의 상전류 상태의 시간적 변화의 일례를 나타내는 도면
도 5는 PWM 신호의 변화의 일례를 나타내는 도면
도 6은 도 5에 있어서의 PWM 신호에 의한 구동시에 전동기 및 직교 변환부에 흐르는 전류 상태를 나타내는 도면
도 7은 PWM 신호의 변화의 일례를 나타내는 도면
도 8은 도 7에 있어서의 PWM 신호에 의한 구동시에 전동기 및 직교 변환부에 흐르는 전류 상태를 나타내는 도면
도 9(a) 본 발명의 인버터 제어 장치의 제 1 동작 특성도, 도 9(b)는 본 발명의 인버터 제어 장치의 제 1 동작 특성도
도 10(a)는 본 발명의 인버터 제어 장치의 제 2 동작 특성도, 도 10(b)는 본 발명의 인버터 제어 장치의 제 2 동작 특성도
도 11은 본 발명의 인버터 제어 장치에 있어서의 회생 에너지 총량과 전동기 쇄교자속의 일 특성도
도 12(a)는 본 발명의 인버터 제어 장치에 있어서의 회생 에너지 총량과 컨버터(정류부＋평활부) 효율의 특성도, 도 12(b)는 회생 에너지 총량과 인버터(직교 변환부) 효율의 특성도, 도 12(c)는 회생 에너지 총량과 총 효율의 특성도
도 13은 본 발명의 인버터 제어 장치에 있어서의 전동기 출력 토크의 일 특성도
도 14는 본 발명의 인버터 제어 장치에 있어서의 제 1 처리 흐름의 개략도
도 15는 본 발명의 인버터 제어 장치에 있어서의 제 2 처리 흐름의 개략도
도 16은 본 발명의 인버터 제어 장치에 있어서의 전류 위상차와 전기자 전류의 일 특성도

본 발명에 따른 제 1 형태의 인버터 제어 장치는,

교류 전원을 입력으로 하는 정류부와,

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 1 형태의 인버터 제어 장치는, 전동기로부터의 회생 에너지를 소정치 이하로 제어함으로써, 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율 최적화를 도모하여, 전동기의 전기자 전류를 최소한으로 억제함으로써 전동기 효율의 저하를 경감하여, 시스템 전체의 효율을 최적화할 수 있다.

본 발명에 따른 제 2 형태의 인버터 제어 장치에 있어서, 상기의 제 1 형태에 있어서의 상기 구동 제어 수단은, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하는 회생 기간 계측부를 더 포함하고,

상기 자속 추정부에서 추정된 쇄교자속 추정치가 미리 설정된 쇄교자속 설정치 이하이고, 또한 상기 회생 기간 계측부에서 계측된 회생 기간 계측치가 미리 설정된 회생 기간 설정치 이하이고, 또한 상기 전동기에 인가하는 토크 지령치 또는 전류 지령치의 평균치, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전기자 전류의 실효치의 평균치, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소치로 되도록 상기 전류 위상차 조정부에 있어서 위상 조정을 행하도록 구성해도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 2 형태의 인버터 제어 장치는, 전동기로부터의 회생 에너지 및 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 각각 소정치 이하로 제어함으로써, 교류 전원으로부터의 입력 전류의 불통류 기간을 확실하게 소정치 이하로 억제하면서 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율 최적화를 도모하여, 전동기의 전기자 전류를 최소한으로 억제함으로써 전동기 효율의 저하를 경감하여, 시스템 전체의 효율을 최적화할 수 있다.

본 발명에 따른 제 3 형태의 인버터 제어 장치에 있어서, 상기의 제 1 또는 제 2 형태에 있어서의 상기 자속 추정부는, 미리 설정된 상기 전동기의 제원치와, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류에 근거하여, 직교 2축 좌표계의 쇄교자속을 산출하여 추정하도록 구성해도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 3 형태의 인버터 제어 장치는, 연산에 의해 전동기의 쇄교자속을 산출할 수 있기 때문에, 센서 등을 새롭게 마련할 필요가 없어 비용면에서 유리하게 된다.

본 발명에 따른 제 4 형태의 인버터 제어 장치는, 상기의 제 2 또는 제 3 형태에 있어서, 상기 교류 전원의 전압을 검출하는 교류 전압 검출부와, 상기 교류 전압 검출부에 의해 검출된 교류 전압 검출치의 절대치를 산출하는 절대치 변환부와, 상기 평활 전압을 검출하는 평활 전압 검출부를 더 구비하며,

상기 회생 기간 계측부는, 상기 절대치 변환부에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치와, 상기 평활 전압 검출부에서 검출된 평활 전압 검출치의 대소 관계에 근거하여, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하도록 구성해도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 4 형태의 인버터 제어 장치는, 교류 전원의 전압왜, 및/또는 전원 주파수가 변동했을 경우에도 확실하게 전동기로부터 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측할 수 있다.

본 발명에 따른 제 5 형태의 인버터 제어 장치에 있어서, 상기의 제 2 또는 제 3 형태에 있어서의 상기 전류 검출부는, 상기 직교 변환부의 직류측의 모선 전류를 직접 검출하고, 그 모선 전류의 검출치로부터 간접적으로 상기 전동기에 흐르는 전기자 전류를 검출하도록 구성되고,

상기 회생 기간 계측부는, 상기 모선 전류의 검출치에 근거하여 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하도록 구성되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 5 형태의 인버터 제어 장치는, 전동기에 흐르는 전기자 전류의 검출을 병용할 수 있기 때문에, 센서 등을 새롭게 마련할 필요가 없어 비용면에서 유리하게 된다.

본 발명에 따른 제 6 형태의 인버터 제어 장치는, 상기의 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 5 형태에 있어서, 상기 평활 전압을 검출하는 평활 전압 검출부를 더 구비하며, 상기 평활 전압 검출부에서 검출된 평활 전압 검출치가 임의의 설정치 미만인 경우에만, 상기 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 6 형태의 인버터 제어 장치는, 마이크로컴퓨터 및 시스템 LSI 등의 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 제 7 형태의 인버터 제어 장치는, 상기의 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 5 형태에 있어서, 상기 교류 전원의 전압을 검출하는 교류 전압 검출부와, 상기 교류 전압 검출부에서 검출된 교류 전압 검출치의 절대치를 산출하는 절대치 변환부를 더 구비하며,

상기 절대치 변환부에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치가 임의의 설정치 미만인 경우에만, 상기 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 7 형태의 인버터 제어 장치는, 마이크로컴퓨터 및 시스템 LSI 등의 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 제 8 형태의 인버터 제어 장치는, 상기의 제 4 형태에 있어서, 상기 평활 전압 검출부에서 검출된 평활 전압 검출치, 및 상기 절대치 변환부에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치 중 적어도 어느 하나의 값이 임의의 설정치 미만인 경우에만, 상기 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 8 형태의 인버터 제어 장치는, 마이크로컴퓨터 및 시스템 LSI 등의 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 제 9 형태의 인버터 제어 장치에 있어서, 상기의 제 1 내지 제 8 형태 중 어느 한 형태에 있어서의 상기 평활부는, 콘덴서 및 리액터로 구성되고, 상기 콘덴서 및 리액터에 의해 구해지는 공진 주파수를, 교류 전원 주파수의 40배 이상이 되도록 설정하도록 구성되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 9 형태의 인버터 제어 장치는, 교류 전원으로부터의 입력 전류에 있어서의 전원 고조파 특성의 고성능화를 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 제 10 형태의 인버터 제어 장치에 있어서, 상기의 제 1 내지 제 9 형태 중 어느 한 형태에 있어서의 상기 쇄교자속 설정치는, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 충전되는 회생 에너지가 제로로 되는 경우의 쇄교자속의 2.5배 이하로 되도록 설정되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 10 형태의 인버터 제어 장치는, 전동기로부터의 회생 에너지를 소정치 이하로 확실하게 제어함으로써, 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율의 최적화를 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 제 11 형태의 인버터 제어 장치는, 상기의 제 1 내지 제 10 형태 중 어느 한 형태에 있어서의 소정의 회전수 및 부하 토크에 있어서, 상기 구동 제어부에서 제어되는 상기 전동기의 쇄교자속이, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 충전되는 회생 에너지가 제로로 되는 경우의 쇄교자속의 2.5배 이하로 되도록 상기 전동기의 사양을 결정하도록 구성되어도 좋다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제 11 형태의 인버터 제어 장치는, 전동기로부터의 회생 에너지를 소정치 이하로 확실하게 억제함으로써, 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율의 최적화를 도모할 수 있다.

이하, 본 발명의 인버터 제어 장치에 따른 실시 형태에 있어서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명의 인버터 제어 장치는, 이하의 실시 형태에 기재한 인버터 제어 장치의 구성으로 한정되는 것은 아니며, 이하의 실시 형태에 있어서 설명하는 기술적 사상과 동등한 기술적 사상에 근거하여 구성되는 인버터 제어 장치를 포함하는 것이다.

(실시 형태 1)

도 1은, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 1의 인버터 제어 장치는, 단상교류 전원인 상용 전원 등의 교류 전원(1)에 의해 전력이 공급되고, 공급된 교류 전원(1)을 전파 정류하는 다이오드 브리지로 구성된 정류 수단인 정류부(2)와, 정류부(2)로부터의 출력 전압이 교류 전원(1)의 전원 주파수의 대략 2배 주파수로 크게 맥동하도록 콘덴서(32)의 값이 설정된 평활 수단인 평활부(3)와, 평활부(3)로부터의 평활 전압을 소망하는 주파수, 전압치의 교류 전압으로 변환하는 직교 변환 수단인 직교 변환부(4)와, 평활 전압에 대응한 전동기 구동을 행하기 위한 정보를 직교 변환부(4)에 전달하는 구동 제어 수단인 구동 제어부(6)를 구비한다.

인버터 제어 장치에 의해 구동 제어되는 전동기(5)는, 중성점을 중심으로 Y선 연결된 3개의 전기자 코일(51u, 51v, 51w)이 장착된 고정자(51)와, 자석이 장착되어 있는 회전자(52)로 구성된다. 전동기(5)에 있어서는, 회전자(52)의 자석에 의한 계자자속 및 고정자(51)의 전기자 코일(51u, 51v, 51w)에 흐르는 전기자 전류에 따라 발생하는 자석 토크와, 전기자 코일(51u, 51v, 51w)의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 리액턴스 토크를 병용하여 이용해서, 그 리액턴스 토크의 비율을 높이고 있다.

직교 변환부(4)는, 한 쌍의 스위칭 소자로 이루어지는 하프 브리지 회로를 U상용, V상용, W상용으로서 3상분 구비한다. 하프 브리지 회로의 한 쌍의 스위칭 소자는, 콘덴서(32)의 고압측단과 저압측단의 사이에 직렬 접속되고, 하프 브리지 회로에 콘덴서(32)의 양단의 평활 전압이 인가된다. U상용의 하프 브리지 회로는, 고압측의 스위칭 소자(41u) 및 저압측의 스위칭 소자(41x)에 의해 구성된다. V상용의 하프 브리지 회로는, 고압측의 스위칭 소자(41v) 및 저압측의 스위칭 소자(41y)에 의해 구성된다. W상용의 하프 브리지 회로는, 고압측의 스위칭 소자(41w) 및 저압측의 스위칭 소자(41z)에 의해 구성된다. 또한, 각 스위칭 소자(41u∼41z)와 병렬로 환류 다이오드(42u∼42z)가 접속되어 있다. 즉, 상측 암에는 스위칭 소자(41u, 41v, 41w)와 환류 다이오드(42u, 42v, 42w)가 설치되어 있고, 하측 암에는 스위칭 소자(41x, 41y, 41z)와 환류 다이오드(42x, 42y, 42z)가 설치되어 있다.

직교 변환부(4)에 인가되어 있는 평활 전압은, 전술한 직교 변환부(4)내의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 3상의 교류 전압으로 변환되고, 그와 같이 변환된 교류 전압에 의해 전동기(5)가 구동된다. 또한, 직교 변환부(4)의 직류측의 모선에는 모선 전류를 검출하는 전류 검출 수단인 전류 검출부(7)가 설치되어 있다.

평활부(3)는, LC 공진 주파수가 교류 전원(1)의 전원 주파수의 40배 이상이 되도록 설정되어 있고, 소용량의 콘덴서(32)에의 돌입 충방전 전류의 피크치를 경감하기 위한 리액터(31)를 구비하고 있다.

구동 제어부(6)는, 마이크로컴퓨터 및/또는 시스템 LSI 등에 의해 구성 가능한 것으로, 베이스 드라이버(10), PWM 신호 생성부(12), 전류 제어부(13), 전류 위상차 조정부(14), 상전류 변환부(15), 회전자 위치 속도 추정부(16), 자속 추정부(17)의 각 기능 블록을 구비하고 있다.

상전류 변환부(15)는, 전류 검출부(7)에 흐르는 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류를 관찰하여, 그 모선 전류를 전동기(5)의 전기자 전류로 변환한다. 상전류 변환부(15)는 실제로는 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류가 변환했을 때로부터 소정 기간 동안에만 전류를 검출한다.

회전자 위치 속도 추정부(16)는, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전동기(5)의 전기자 전류와, PWM 신호 생성부(12)에서 연산되는 출력 전압과, 평활 전압 검출부(8)에서 검출되는 평활 전압의 정보에 의해, 전동기(5)의 회전자 자극 위치와 회전 속도를 추정한다.

전류 제어부(13)에서는, 전류 위상차 조정부(14)로부터 주어지는 전류 위상차와, 회전자 위치 속도 추정부(16)에서 추정된 전동기(5)의 회전 속도와, 외부로부터 인가되는 속도 지령치의 편차 정보에 근거하여 전동기(5)의 회전 속도가 속도 지령치에 일치하도록 전류 지령치를 PI 연산 등을 이용하여 도출한다.

PWM 신호 생성부(12)는, 전류 제어부(13)에 의해 도출되는 전류 지령치와, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전동기(5)의 전기자 전류와, 회전자 위치 속도 추정부(16)로부터 추정되는 전동기(5)의 회전자 자극 위치의 정보에 의해, 전동기(5)를 구동하기 위한 PWM 신호를 생성한다.

PWM 신호 생성부(12)에 있어서의 PWM 신호의 생성은, 예를 들면, 직교 변환부(4)에 인가되는 평활 전압이 200V인 상황에 있어서, U상의 지시 전압이 150V, V상의 지시 전압이 100V, W상의 지시 전압이 0V이었을 경우, 각 상의 PWM 신호의 듀티(PWM 신호의 캐리어 주기에 있어서의 상측 암 스위칭 소자가 온인 상태의 시간 비율)는, U상이 75%, V상이 50%, W상이 0%로 된다.

즉, 각 상의 지시 전압을 평활 전압으로 제산한 결과가 PWM 신호의 듀티로 된다. 또한, 각 상의 지시 전압이 평활 전압을 상회히는 경우에는, PWM 신호의 듀티는 100%가 된다.

전술과 같이 구해진 PWM 신호는, 최종적으로 베이스 드라이버(10)에 출력되고, 각 스위칭 소자(41u∼41z)는 PWM 신호에 따라 구동되어, 정현파 형상의 교류를 생성한다. 이와 같이 실시 형태 1에 있어서는, 정현파 형상의 전기자 전류를 흘림으로써, 전동기(5)의 정현파 구동을 실현하고 있다.

다음에, 도 4∼도 8을 이용하여 직교 변환부(4)의 직류측의 모선에 흐르는 모선 전류에 있어서 전동기(5)의 전기자 전류가 나타나는 형태에 대해 설명한다.

도 4는, 전동기(5)의 전기자 코일에 흐르는 전기자 전류 상태와, 60°마다의 전기각의 각 구간에 있어서의 각 상의 전기자 코일에 흐르는 전류의 방향을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 전기각 0∼60°의 구간에 있어서는, U상 코일(51u)과 W상 코일(51w)에는 비결선단으로부터 중성점을 향해, V상 코일(51v)에는 중성점으로부터 비결선단을 향해 전류가 흐르고 있다. 또한, 전기각 60∼120°의 구간에 있어서는, U상 코일(51u)에는 비결선단으로부터 중성점을 향해, V상 코일(51v)과 W상 코일(51w)에는 중성점으로부터 비결선단을 향해 전류가 흐르고 있다. 이후, 전기각 60°마다 각 상의 코일에 흐르는 상전류 상태가 변화하여 가는 형태가 도시되어 있다.

예를 들면, 도 4에 있어서 전기각 30°인 때에 PWM 신호 생성부(12)에서 생성된 반캐리어 주기분의 PWM 신호가 도 5와 같이 변화하는 경우를 생각한다.

여기서, 도 5에 있어서, 신호 U는 스위칭 소자(41u)를 동작시키는 신호, 신호 V는 스위칭 소자(41v)를 동작시키는 신호, 신호 W는 스위칭 소자(41w)를 동작시키는 신호, 신호 X는 스위칭 소자(41x)를 동작시키는 신호, 신호 Y는 스위칭 소자(41y)를 동작시키는 신호, 및 신호 Z는 스위칭 소자(41z)를 동작시키는 신호를 나타낸다.

이러한 신호는 액티브·하이로 기재하고 있다. 이 경우, 직교 변환부(4)의 직류측의 모선에는 도 6에 나타낸 바와 같이, 타이밍 1에서는 전류가 나타나지 않고, 타이밍 2에서는 W상 코일(51w)에 흐르는 전기자 전류(W상전류)가 나타나고, 타이밍 3에서는 V상 코일(51v)에 흐르는 전기자 전류(V상전류)가 나타난다.

다른 예로서, 도 4에 있어서 전기각 30°인 때에 PWM 신호 생성부(12)에서 생성된 반캐리어 주기의 PWM 신호가 도 7과 같이 변화하는 경우를 생각한다. 이 경우, 직교 변환부(4)의 직류측의 모선에는 도 8에 나타낸 바와 같이, 타이밍 1에서는 전류가 나타나지 않고, 타이밍 2에서는 U상 코일(51u)에 흐르는 전기자 전류(U상전류)가 나타나고, 타이밍 3에서는 W상 코일(51w)에 흐르는 전기자 전류(W상전류)가 나타난다.

여기서, 도 8에 나타내는 타이밍 3에 있어서의 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류는, 콘덴서(32)의 저압측단으로부터 직교 변환부(4)를 거쳐서 콘덴서(32)의 고압측단으로 흐르는 방향이며, 전동기(5)에서 발생한 전기 에너지가 콘덴서(32)에 되돌려지는 회생 상태를 나타내고 있다(이하, 이 전기 에너지를 회생 에너지라고 기재).

상기와 같이, 직교 변환부(4)의 모선상에 스위칭 소자(41u∼41z)의 온 오프 상태에 따른 전동기(5)의 상전류가 나타나는 것을 알 수 있다.

구체적으로는, 상측 암의 스위칭 소자(41u, 41v, 41w) 중 어느 하나가 온하고 있는 상태 시에 있어서, 그 온한 상(相)의 전기자 전류가 직교 변환부(4)의 모선상에 나타나거나, 혹은 하측 암의 스위칭 소자(41 x, 41 y, 41z) 중 어느 하나가 온하고 있는 상태 시에 있어서, 그 온한 상의 전기자 전류가 직교 변환부(4)의 모선상에 나타난다고 하는 관계성이 성립된다.

전술과 같이 캐리어 주기내의 근접한 타이밍에서 2상분의 전류를 판단할 수 있으면, 하기의 (식 1)의 관계로부터 각 상의 전기자 전류(iu, iv, iw)가 구해지는 것은 명백하다.

[수 1]

또한, 타이밍 4과 타이밍 5는, 스위칭 소자(41u∼41z)의 동작 지연에 의해 직교 변환부(4)의 상하 암이 단선하는 것을 방지하기 위한 데드 타임 기간이다. 이 데드 타임 기간에 있어서의 직교 변환부(4)의 모선 전류는, 각 상의 전기자 전류가 흐르는 방향에 의해 부정(不定)이다.

도 9는, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치의 제 1 동작 특성도이다. 도 9의 (a)는, 교류 전원(1)의 교류 전압 절대치(도 9(a)의 파선부)와, 직교 변환부(4)에 인가되는 평활 전압(도 9(a)의 실선부)을 도시하고 있다. 또한, 도 9의 (b)는, 전류 검출부(7)에 흐르는 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류의 파형을 나타내고 있다.

본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 있어서의 콘덴서(32)의 용량은, 현저하게 작은 것을 이용하고 있기 때문에, 전동기(5)에 전류가 흐르면 직교 변환부(4)에 인가되는 평활 전압은, 교류 전원(1)의 전원 주파수 fs의 대략 2배 주파수로 크게 맥동한다.

도 9의 (b)에 있어서, 전류 검출부(7)에 흐르는 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류의 파형은, 직교 변환부(4)로부터 콘덴서(32)의 저압측단으로 흐르는 방향을 양으로 하고, 반대로 콘덴서(32)의 저압측단으로부터 직교 변환부(4)로 흐르는 방향을 음으로 하여 표시하고 있다. 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 모선 전류는 직교 변환부(4)에 있어서의 각 스위칭 소자(41u∼41z)의 동작에 따른 펄스 형상의 파형으로 되어 있다.

소용량의 콘덴서(32)로 구성된 인버터 제어 장치에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류가 음이 되는 기간(이하, 회생 기간과 기재)이 교류 전원(1)의 전원 전압의 제로 크로스 부근에서 발생하는 것이 있어, 이 회생 기간에서는 전동기(5)로부터의 회생 에너지가 콘덴서(32)에 충전된다.

이 콘덴서(32)에 충전되는 회생 에너지의 총량 Ereg는, 이하에 나타내는 (식 2)와 같이, 직교 변환부(4)에 인가되는 평활 전압 Vdc와 교류 전원(1)의 교류 전압 절대치｜Vac｜의 차분을 적분함으로써 구할 수 있다. 즉, 이 회생 에너지의 총량 Ereg는, 도 9의 (a)에 있어서의 사선부 면적에 상당한다.

[수 2]

이 회생 에너지 총량 Ereg는, 교류 전원(1)의 교류 전압치, 평활부(3)의 리액터(31), 콘덴서(32)의 용량 이외에, 전동기(5)의 사양, 전동기(5)의 부하 조건(회전수, 부하 토크, 환경 온도 등) 등에 크게 관계한다. 특히, 본 발명자는 전동기(5)가 발생하는 유기 전압에 기여하는 쇄교자속(d축 쇄교자속), 및 전동기(5)를 구동하기 위해서 필요한 인가 전압에 기여하는 쇄교자속(1차 쇄교자속)이 회생 에너지 총량 Ereg에 관계하는 것을 주목했다.

도 11은, 상기한 2개의 부하 조건(A, B)에 있어서 회생 에너지 총량 Ereg와 구동 제어부(6)에서 제어되고 있는 전동기(5)의 쇄교자속(d축 쇄교자속/1차 쇄교자속)의 특성을 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 전동기(5)의 쇄교자속(d축 쇄교자속/1차 쇄교자속)이 커짐에 따라 회생 에너지 총량 Ereg가 증가하는 단조 증가의 관계성이 있다.

또한, 도 12의 (a)는, 회생 에너지 총량 Ereg와 컨버터(정류부(2)＋평활부(3))의 효율의 특성을 나타내고, 도 12의 (b)는, 인버터(직교 변환부(4))의 효율의 특성을 나타내고, 도 12의 (c)는, 회생 에너지 총량 Ereg와 총 효율(컨버터＋인버터)의 특성을 나타낸 도면이다. 도 12의 (c)에 나타낸 바와 같이, 회생 에너지 총량 Ereg가 과대하게 되면 「컨버터(정류부(2)＋평활부(3))＋인버터(직교 변환부(4))」의 총 효율이 저하한다. 이 때문에, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에서는 필요 최저한(미리 설정한 효율 목표치)의 총 효율을 실현하기 위해서, 회생 에너지 총량 Ereg에 제한치를 마련하여, 전동기(5)로부터의 회생 에너지 총량 Ereg를 제한치 이하로 제어하는 것이다.

회생 에너지 총량 Ereg를 제한치 이하로 제어했을 경우의 동작의 일례로서 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10은, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치의 제 2 동작 특성도이며, 도 9와 마찬가지로 교류 전원(1)의 교류 전압 절대치(도 10의 (a)의 파선부)와, 직교 변환부(4)에 인가되는 평활 전압(도 10의 (a)의 실선부)과, 전류 검출부(7)에 흐르는 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류(도 10의 (b))의 파형을 나타내고 있다. 도 9에 있어서 도 10에서는, 회생 에너지 총량 Ereg 뿐만이 아니라 회생 기간도 감소하고 있다. 그 결과, 전동기(5)로부터 콘덴서(32)에 충전되는 회생 에너지에 기인하는 무효 전력을 감소시킬 수 있다.

이 회생 에너지 총량 Ereg를 간접적으로 검출하기 위해, 도 11의 단조 증가의 관계성을 근거로 하여, 구동 제어부(6)에서 제어되고 있는 전동기(5)의 쇄교자속(d축 쇄교자속/1차 쇄교자속)을 추정하는 방법을 채용하여, 회생 에너지 총량 Ereg의 제한치에 상당하는 전동기(5)의 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치)를 마련하고 있다.

단, 도 11에 나타낸 바와 같이, 전동기(5)의 쇄교자속은 부하 조건(회전수, 부하 토크, 환경 온도 등)에도 의존하기 때문에, 실제 기기 시험 결과나 시뮬레이션 해석 결과 등을 근거로 하여, 예를 들면, 미리 회전수마다의 테이블 데이터로서 복수의 쇄교자속 설정치를 마련해 둔다. 도 11에서는 상이한 2개의 부하 조건(A, B)에 대해서, 각각의 쇄교자속 설정치(λAset, λBset)를 마련하고 있다.

또한, 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치)에 있어서는, 실제 기기 시험 결과나 시뮬레이션 해석 결과 등을 근거로 하여, 전동기(5)로부터 콘덴서(32)에 충전되는 회생 에너지가 제로로 되는 경우의 쇄교자속의 2.5배 이하로 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 11의 부하 조건 A인 경우, 전동기(5)로부터의 회생 에너지가 제로로 되는 경우의 쇄교자속을 λA0로 하면, 쇄교자속 설정치 λAset는 하기 (식 3)의 조건을 만족하도록 설정한다.

[수 3]

그래서, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에서는, 자속 추정부(17)에서 전동기(5)의 쇄교자속을 추정하여, 그 쇄교자속 추정치가 미리 설정된 쇄교자속 설정치 이하이고, 또한 전류 제어부(13)에 있어서의 전동기(5)에 인가하는 전류 지령치의 평균치, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전기자 전류의 실효치의 평균치, 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소로 되도록, 전동기(5)가 발생하는 유기 전압에 대한 전류의 위상차를 전류 위상차 조정부(14)에서 위상 조정하는 것이다.

이하, 도 14를 이용하여 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치의 특징인 자속 추정부(17), 전류 위상차 조정부(14)의 구체적인 동작에 대해 설명한다.

도 14는, 실시 형태 1의 인버터 제어 장치의 제 1 처리 흐름의 개략을 나타낸 도면이며, 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 있어서의 평활부(3)의 콘덴서(32)의 용량은 현저하게 작은 것을 이용하고 있고, 전동기(5)의 전기자 전류는 크게 맥동한다. 이 때문에, 자속 추정부(17)에 있어서의 전동기(5)의 쇄교자속의 추정에 앞서, 외부로부터 인가되는 속도 지령치를 일정하게 하고, 전동기(5)를 소정 회전수, 예를 들면, 전술의 테이블 데이터의 복수의 회전수 중 하나에 고정한다(S101).

다음에, 자속 추정부(17)에서는, 하기 (식 4)와 같이, 우선 처음에 미리 설정한 소정 시간 Ta마다, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia를 산출한다(S102).

[수 4]

여기서, id： d축 전류 검출치, iq： q축 전류 검출치, id＾2： id의 2승치, iq＾2： iq의 2승치이며, 전기자 전류는 3상 교류 좌표계(iu, iv, iw)로부터 회전 좌표계(id, iq)로 좌표 변환을 실시하고 있다.

또한, 소정 시간 Ta에 대해서는 평활 전압의 변동 주기의 정수배를 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 산출된 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia와, 미리 설정된 전동기(5)의 제원치(d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq, 기전력 계수 Λ)에 근거하여 직교 2축 좌표계의 쇄교자속을 산출한다(S103).

[수 5]

[수 6]

[수 7]

[수 8]

[수 9]

여기서, ida： d축 전류 평균치, iqa： q축 전류 평균치, βT： 전류 위상차 설정치, λda： d축 쇄교자속 평균치, λqa： q축 쇄교자속 평균치, λda＾2： λda의 2승치, λqa＾2： λqa의 2승치, λ1a： 1차 쇄교자속 평균치이다.

상기와 같이, 자속 추정부(17)에서는, (식 4)∼(식 9)의 연산에 의해 전동기(5)의 쇄교자속을 산출할 수 있기 때문에, 쇄교자속의 검출에 있어서, 센서 등을 새롭게 마련할 필요가 없어 비용면에서 유리하게 된다.

또한, d축 쇄교자속 평균치 λda만으로 충분한 제어 성능을 확보할 수 있는 경우에는, 마이크로컴퓨터나 시스템 LSI 등의 처리 시간의 단축을 도모하는 등의 목적으로, q축 쇄교자속 평균치 λqa나 1차 쇄교자속 평균치 λ1a 등의 연산 처리는 할애해도 좋다.

다음에, 전류 위상차 조정부(14)에서는, 우선 자속 추정부(17)에서 추정된 쇄교자속 추정치(d축 쇄교자속 평균치 λda/1차 쇄교자속 평균치 λ1a)가 미리 설정된 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치) 이하인지 여부를 판별한다(S104). 쇄교자속 추정치가 쇄교자속 설정치를 넘고 있는 경우에는, 쇄교자속 추정치(d축 쇄교자속 평균치 λda/1차 쇄교자속 평균치 λ1a)가 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치) 이하로 될 때까지, 전류 위상차 βT를 소정의 변화폭 Δβ1씩 단조 증가시켜 약한 계자 동작을 행한다(S106). 이와 같이, 전동기(5)로부터의 회생 에너지의 총량 Ereg를 소정의 제한치 이하로 제어할 수 있다.

다음에, 쇄교자속 추정치(d축 쇄교자속 평균치 λda/1차 쇄교자속 평균치 λ1a)가 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치) 이하로 된 후의 전류 위상차 조정부(14)의 동작으로서, 전류 위상차 βT를 소정의 변화폭 Δβ2(Δβ1보다 변화폭이 작음)만큼 변화시켜, 전류 위상차 βT의 변화 전후의 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia((식 4)로 산출)의 변화에 근거하여 Ia의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정한다(S105).

구체적으로는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 전류 위상차 βT에 대한 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia는 최소치를 갖는 2차 함수로 변화한다. 이 때문에, 우선 전류 위상차 βT를 변화량 Δβ2만큼 증가시키고, 전류 위상차 βT의 변화 전후에서 평균치 Ia의 변화가 감소 방향이 되는 경우에는, 전류 위상차 βT를 Δβ2만큼 더 증가시킨다. 반대로 전류 위상차 βT의 변화 전후에서 평균치 Ia의 변화가 증가 방향이 되는 경우에는, 전류 위상차 βT를 Δβ2만큼 감소시킨다. 이와 같이, 전류 위상차 βT를 변화했을 경우의 평균치 Ia의 값의 변화가 감소 방향으로부터 증가 방향이 되도록 전류 위상차 βT를 조정함으로써, 평균치 Ia가 최소치로 되는 값을 탐색하여, 평균치 Ia를 최소치로 할 수 있다.

전술과 같이 전동기(5)로부터의 회생 에너지를 소정치 이하로 제어함으로써, 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율 최적화(필요 최저한(미리 설정한 효율 목표치)의 총 효율을 실현)을 도모하면서, 전동기(5)의 전기자 전류를 최소한으로 억제함으로써, 전동기 효율의 저하를 경감하여, 시스템 전체의 효율 최적화를 도모할 수 있다.

또한, 전술의 설명에서는, 자속 추정부(17)에 있어서, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia를 이용하여, 쇄교자속 추정치를 산출하고 있지만, 하기 식(4a)과 같이, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전기자 전류의 피크치의 평균치 Ipa를 이용해도 좋다.

[수 10]

이 경우에는, 하기의 식(8a) 및 식(9a)을 이용하여 d축 전류 평균치 ida, q축 전류 평균치 iqa를 산출하여, 전술의 식(5)∼식(7의) 연산에 의해 쇄교자속 추정치를 산출하면 좋다.

[수 11]

[수 12]

또한, 전류 위상차 조정부(14)에 있어서, 식(4b)과 같이, 전류 위상차 βT의 변화 전후의 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia의 변화에 근거하여 평균치 Ia의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정하도록 하고 있지만, 자속 추정부(17)에 있어서 전기자 전류의 피크치의 평균치 Ipa를 이용하는 경우에는, 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia 대신에 전기자 전류의 피크치의 평균치 Ipa를 이용해서, 이 평균치 Ipa의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정하도록 하면 좋다.

또한, 다른 방법으로서, 자속 추정부(17)에 있어서, 하기 식(4b)에서 나타내는, 전류 제어부(13)에서 설정되는 전류 지령치의 평균치 Ia*(전기자 전류의 실효치의 평균치에 상당)를 이용해도 좋다.

[수 13]

여기서, id*： d축 전류 지령치, iq*： q축 전류 지령치, id*＾2： id*의 2승치, iq*＾2： iq*의 2승치이며, 이 경우에는, (식 8), (식 9)의 평균치 Ia 대신에 전류 지령치의 평균치 Ia*를 이용하여, 쇄교자속 추정치를 산출하면 좋다.

또한, 전류 위상차 조정부(14)에 있어서, 전류 위상차 βT의 변화 전후의 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia의 변화에 근거하여, 이 평균치 Ia의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정하도록 하고 있지만, 자속 추정부(17)에 있어서 전류 지령치의 평균치 Ia*를 이용하는 경우에는, 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia 대신에 전류 지령치의 평균치 Ia*를 이용해서, 이 평균치 Ia*의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정하도록 하면 좋다.

이하, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 따른 소용량의 리액터(31)와 소용량의 콘덴서(32)의 사양 결정에 관한 구체적인 방법에 대해 설명한다.

실시 형태 1의 인버터 제어 장치에서는, 교류 전원(1)으로부터의 입력 전류의 고조파 성분을 억제하여 IEC 규격을 클리어하기 위해서, 리액터(31)와 콘덴서(32)의 공진 주파수 fLC를 전원 주파수 fs의 40배 이상이 되도록 (fLC≥(40×fs)의 제약 조건을 만족하도록) 리액터(31)와 콘덴서(32)의 조합을 결정하는 것이다.

여기서, 리액터의 용량을 L1[H], 콘덴서(32)의 용량을 C1[F]로 하면, 공진 주파수 fLC는 하기 (식 10)과 같이 나타내어진다.

[수 14]

예를 들면, 전원 주파수를 50Hz, 콘덴서(32)의 용량을 10μF로 하면, 전술의 제약 조건과 (식 14)로부터, L1≤0.633[mH]의 범위에서 리액터(31)의 용량을 선정하게 된다.

이와 같이, 소용량의 리액터(31)와 소용량의 콘덴서(32)의 조합을 결정함으로써, 교류 전원(1)으로부터의 입력 전류에 있어서의 전원 고조파 특성의 고성능화를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 따른 전동기(5)의 사양 결정에 관한 구체적인 방법에 대해 설명한다.

실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 따른 전동기(5)는, 회전자(52)의 자석에 의한 계자자속 및 고정자(51)의 전기자 코일(51u, 51v, 51w)에 흐르는 전기자 전류에 따라 발생하는 자석 토크와, 전기자 코일(51u, 51v, 51w)의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 리액턴스 토크를 병용하여 이용해서, 그 리액턴스 토크의 비율을 높인 사양이며, 도 13을 이용하여 종래의 자석 토크 주체의 전동기 사양의 차이에 대해 설명한다.

도 13은, 종래의 자석 토크 주체의 전동기 사양(1)과 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 따른 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기 사양(2)에 있어서의 전동기 출력 토크(자석 토크와, 리액턴스 토크의 합성 토크)의 특성을 나타낸 도면이다. 도 13에 있어서, 종래의 자석 토크 주체의 전동기 사양(1)의 특성 곡선을 파선으로 도시하고, 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기 사양(2)의 특성 곡선을 실선으로 도시한다. 도 13에 나타내는 특성 곡선은, 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia가 동일 조건하에 있어서, 최대 출력 토크 Tmax가 동일, 또한 최대 출력 토크 Tmax를 얻을 수 있을 때의 전류 위상차 βT가 전동기 사양(1)의 βs1로부터 전동기 사양(2)의 βs2로 증가하도록 전동기의 사양이 결정되어 있다. 또한, βs2가 취할 수 있는 범위는, βs1＜βs2≤45[deg]로 한다.

전술과 같이 자속 추정부(17) 및 전류 위상차 조정부(14)에 있어서는, 전동기(5)의 쇄교자속을 추정함으로써, 전동기(5)로부터의 회생 에너지 총량 Ereg를 간접적으로 검출하고, 그 쇄교자속 추정치가 미리 설정한 쇄교자속 이하로 되도록 전류 위상차 βT를 조정함으로써, 회생 에너지 총량 Ereg가 제한치 이하로 되도록 제어하고 있다. 그러나, 다음과 같이 전동기(5)의 사양을 결정함으로써, 확실하게 회생 에너지 총량 Ereg가 제한치 이하로 되도록 제어할 수 있다.

구체적으로는, 소정의 회전수, 부하 토크에 있어서, 구동 제어부(6)에서 제어되는 전동기의 실제의 쇄교자속(d축 쇄교자속/1차 쇄교자속)이, 전동기로부터 콘덴서(32)에 충전되는 회생 에너지가 제로로 되는 경우의 쇄교자속의 2.5배 이하로 되도록 전동기의 사양을 결정한다(쇄교자속에 따른 전동기의 제원은, d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq, 기전력 계수 Λ이다).

상기와 같이, 본 발명에 따른 실시 형태 1의 인버터 제어 장치에 있어서는, 전동기로부터의 회생 에너지를 소정치 이하로 확실하게 억제함으로써, 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율 최적화(필요 최저한(미리 설정한 효율 목표치)의 총 효율을 실현)를 확실하게 도모할 수 있다.

(실시 형태 2)

도 2는, 본 발명에 따른 실시 형태 2의 인버터 제어 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 2에 있어서, 전술의 실시 형태 1의 인버터 제어 장치(도 1)와 동일한 기능, 구성을 갖는 것에는 동일 부호를 부여하고, 그 동작이 동일한 경우에는, 설명이 중복하므로 생략하고, 상이한 사항에 대해 설명한다.

실시 형태 2의 인버터 제어 장치에 있어서, 실시 형태 1의 인버터 제어 장치와 상이한 점은, 구성요소로서, 전류 검출부(7)에 의해 검출된 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류 검출치에 근거하여, 평활 전압의 변동 주기마다 전동기(5)로부터 콘덴서(32)에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하는 회생 기간 계측부(18)를 새롭게 마련한 점이다. 실시 형태 2의 인버터 제어 장치에 있어서의 전류 위상차 조정부(14)에서는, 자속 추정부(17)에서 추정된 쇄교자속 추정치가 미리 설정된 쇄교자속 설정치 이하, 한편 회생 기간 계측부(18)에서 계측된 회생 기간 계측치가 미리 설정된 회생 기간 설정치 이하이고, 또한 전류 제어부(13)에 있어서의 전동기(5)에 인가하는 전류 지령치의 평균치, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전기자 전류의 실효치의 평균치, 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소치로 되도록, 전동기(5)가 발생하는 유기 전압에 대한 전류의 위상차를 조정하는 것이다.

이하, 도 15를 이용하여 본 발명에 따른 실시 형태 2의 인버터 제어 장치의 특징인 자속 추정부(17), 회생 기간 계측부(18), 전류 위상차 조정부(14)의 구체적인 동작에 대해 설명한다.

도 15는, 실시 형태 2의 인버터 제어 장치에 있어서의 제 2 처리 흐름의 개략을 나타낸 도면이다. 전술의 실시 형태 1의 인버터 제어 장치와 마찬가지로, 실시 형태 2의 인버터 제어 장치에 있어서는, 평활부(3)의 콘덴서(32)의 용량은 현저하게 작은 것을 이용하고 있고, 전동기(5)의 전기자 전류는 크게 맥동한다. 이 때문에, 자속 추정부(17)에 있어서의 전동기(5)의 쇄교자속의 추정에 앞서, 외부로부터 인가되는 속도 지령치를 일정하게 하여, 전동기(5)를 소정 회전수, 예를 들면, 전술의 실시 형태 1에 있어서 설명한 바와 같이 테이블 데이터의 복수의 회전수 중 하나에 고정한다(S201).

다음에, 회생 기간 계측부(18)에서는, 미리 설정한 소정 시간 Ta마다, 전류 검출부(7)에 의해 검출된 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류 검출치가 부가되는 기간을 계측한다(S202).

구체적으로는, 전류 검출부(7)에서는 캐리어 주기 Ts마다 모선 전류를 검출하고 있기 때문에, 카운터 등에서 모선 전류 검출치가 소정치(±δ, 노이즈 등의 영향을 감안하여 설정) 미만이 되는 회수를 카운트하고, 소정 시간 Ta(평활 전압의 변동 주기의 정수배를 설정, M배로 함)의 동안에 카운트한 회수를 N회로 하면, 평활 전압의 변동 주기마다의 회생 기간 계측치 Treg는 하기 (식 11)에 의해 산출할 수 있다.

[수 15]

이와 같이, 회생 기간 계측부(18)에서는, 전동기(5)에 흐르는 전기자 전류의 검출치를 상전류 변환부(15)와 병용할 수 있기 때문에, 실시 형태 2의 구성에서는 센서 등을 새롭게 마련할 필요가 없어, 비용면에서 유리하게 된다.

다음에, 자속 추정부(17)에서는, 우선 처음에 미리 설정한 소정 시간 Ta마다, 상전류 변환부(15)에 의해 변환된 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia를 (식 4)로부터 산출한다(S203).

또한, 자속 추정부(17)는, 산출한 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia와, 미리 설정된 전동기(5)의 제원치(d축 인덕턴스 Ld, q축 인덕턴스 Lq, 기전력 계수 Λ)에 근거하여 직교 2축 좌표계의 쇄교자속을 (식 5)∼(식 9)에 의해 산출한다(S204).

다음에, 전류 위상차 조정부(14)에서는, 우선 자속 추정부(17)에서 추정된 쇄교자속 추정치(d축 쇄교자속 평균치 λda/1차 쇄교자속 평균치 λ1a)가 미리 설정된 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치) 이하인지 여부를 판별한다(S205). 쇄교자속 추정치가 쇄교자속 설정치를 넘고 있는 경우에는, 쇄교자속 추정치(d축 쇄교자속 평균치 λda/1차 쇄교자속 평균치 λ1a)가 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치) 이하로 될 때까지, 소정 시간 Ta마다 전류 위상차 βT를 소정의 변화폭 Δβ1씩 단조 증가시켜 약한 계자 동작을 행한다(S209). 이와 같이, 전동기(5)로부터의 회생 에너지의 총량 Ereg를 소정의 제한치 이하로 제어할 수 있다.

다음에, S205에 있어서 쇄교자속 추정치(d축 쇄교자속 평균치 λda/1차 쇄교자속 평균치 λ1a)가 쇄교자속 설정치(d축 쇄교자속 설정치/1차 쇄교자속 설정치) 이하로 된 후의 전류 위상차 조정부(14)의 동작으로서, 우선 회생 기간 계측부(18)에서 계측된 회생 기간 계측치 Treg가 미리 설정된 회생 기간 설정치 이하인지 여부를 판별한다(S206). 회생 기간 계측치 Treg가 회생 기간 설정치를 넘고 있는 경우에는, 회생 기간 계측치 Treg가 회생 기간 설정치 이하로 될 때까지, 소정 시간 Ta마다 전류 위상차 βT를 소정의 변화폭 Δβ3(Δβ1보다 변화폭이 작고, Δβ2보다 변화폭이 큼； Δβ2＜Δβ3＜Δβ1)씩 단조 증가시켜 약한 계자 동작을 행하여, 회생 기간의 최적화를 실시한다(S208).

마지막으로, S206에 있어서 회생 기간 계측치 Treg가 회생 기간 설정치 이하로 된 후의 전류 위상차 조정부(14)의 동작으로서, 전류 위상차 βT를 소정의 변화폭 Δβ2(Δβ1 및Δβ3보다 변화폭이 작음； Δβ2＜Δβ3＜Δβ1)만큼 변화시켜, 전류 위상차 βT의 변화 전후의 전기자 전류의 실효치의 평균치 Ia(수식 4에서 산출)의 변화에 근거하여 Ia의 값이 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정한다(S207).

전술과 같이, 전동기(5)로부터의 회생 에너지 및 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 각각 소정치 이하로 제어함으로써, 교류 전원(1)으로부터의 입력 전류의 불통류 기간을 확실하게 소정치 이하로 억제하면서 「컨버터(정류부＋평활부)＋인버터(직교 변환부)」의 효율 최적화(필요 최저한(미리 설정한 효율 목표치)의 총 효율을 실현)를 도모하여, 전동기(5)의 전기자 전류를 최소한으로 억제함으로써 전동기 효율의 저하를 경감하여, 시스템 전체의 효율 최적화를 도모할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 3은, 본 발명에 따른 실시 형태 3의 인버터 제어 장치의 시스템 구성을 나타내는 도면이다. 실시 형태 3에 있어서, 전술의 실시 형태 1의 인버터 제어 장치(도 1) 및 실시 형태 2의 인버터 제어 장치(도 2)와 동일한 기능, 구성을 갖는 것에는 동일 부호를 부여하고, 그 동작이 동일한 경우에는, 설명이 중복하므로 생략하며, 상이한 사항에 대해 설명한다.

실시 형태 3의 인버터 제어 장치(도 3)에 있어서, 실시 형태 2의 인버터 제어 장치(도 2)와 상이한 점은, 구성요소로서, 교류 전원(1)의 전압을 검출하는 교류 전압 검출 수단인 교류 전압 검출부(9)와, 교류 전압 검출부(9)에 의해 검출된 교류 전압 검출치 Vac의 절대치를 산출하는 절대치 변환부(19)를 새롭게 마련한 점이다. 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서의 회생 기간 계측부(18)에서는, 절대치 변환부(19)에 의해 얻어진 교류 전압 검출치의 절대치｜Vac｜와, 평활 전압 검출부(8)에 의해 검출된 평활 전압 검출치 Vdc의 대소 관계에 근거하여, 전동기(5)로부터 콘덴서(32)에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측한다. 또한, 교류 전압 검출치 Vac와 평활 전압 검출치 Vdc를 검출하는 빈도는 동일하고, 그들을 검출하는 타이밍은 비교적 가까운 것이 바람직하다.

구체적으로는, 교류 전류 검출치 Vac와 평활 전압 검출치 Vdc의 검출 주기를 Tsmp로 하고, 회생 기간 계측부(18)에서는, 카운터 등으로 「Vdc＞｜Vac｜±δ2(δ2는 노이즈 등의 영향을 감안하여 설정)」를 만족하는 경우의 회수를 카운트하여, 소정 시간 Ta(평활 전압의 변동 주기의 정수배를 설정, M2배로 함)의 동안에 카운트한 회수를 N2회로 하면, 평활 전압의 변동 주기마다의 회생 기간 계측치 Treg2는 하기 (식 12)에 의해 산출할 수 있다.

[수 16]

그 외의 구성요소의 동작에 대해서는, 전술의 실시 형태 2의 인버터 제어 장치와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

이와 같이, 실시 형태 3의 인버터 제어 장치는, 교류 전압 검출치의 절대치｜Vac｜와 평활 전압 검출치 Vdc의 대소 관계에 근거하여, 전동기(5)로부터 콘덴서(32)에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하도록 구성되어 있다. 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서는, 교류 전원(1)의 전압 왜곡이나 전원 주파수가 변동했을 경우에도 확실하게 전동기(5)로부터 콘덴서(32)에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측할 수 있다.

또한, 실시 형태 1 내지 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서는, 전류 위상차 조정부(14)로부터 주어진 전류 위상차와, 회전자 위치 속도 추정부(16)에서 추정된 전동기(5)의 회전 속도와, 외부로부터 주어진 속도 지령치의 편차 정보에 근거하여, 전동기(5)의 회전 속도가 속도 지령치에 일치하도록 전류 지령치를 도출하는 전류 제어부(13)를 구비하는 구성으로 설명했다. 그러나, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치로서는, 전류 지령치 대신에 토크 지령치 Tq*를 도출하는 토크 제어부를 구비하는 구성으로 하여, 전류 위상차 조정부(14)에 있어서, 소정 시간 Ta마다의 토크 지령치 Tq*의 평균치 Tqa*가 최소치로 되도록 전류 위상차 βT를 조정하도록 구성해도 좋다. 예를 들면, 전류 지령치 I*에 이득 K를 곱하여 「Tq*=K×I*」와 같이 토크 지령치 Tq*를 도출한다.

실시 형태 1 내지 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서는, 전동기(5)의 회전자 자극 위치와 회전 속도를 추정하는 회전자 위치 속도 추정부(16)를 구비하는 구성으로 설명했지만, 회전자 위치 속도 추정부(16) 대신에 인코더나 리졸버(resolver) 등의 회전자의 자극 위치를 검출하는 위치 센서를 사용해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

실시 형태 1 및 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서의 전류 검출 수단(전류 검출부(7))으로서는, 직교 변환부(4)의 직류측의 모선 전류를 직접 검출하여, 그 모선 전류의 검출치로부터 간접적으로 전동기(5)에 흐르는 전기자 전류를 검출하는 구성으로 설명했다. 그러나, 본 발명에 따른 인버터 제어 장치로서는, 전류 검출 수단으로서 DC－CT 등의 전류 센서를 사용해도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 단, 이 경우에는, 직접 전기자 전류를 검출할 수 있기 때문에, 상전류 변환부(15)가 불필요해진다.

또한, 실시 형태 1 내지 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서는, 평활 전압 검출부(8)에서 검출된 평활 전압 검출치가 임의의 설정치 미만인 경우에만, 전류 위상차 조정부(14)에서 위상 조정을 행함으로써, 마이크로컴퓨터나 시스템 LSI 등의 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다. 여기서, 임의의 설정치는, 전동기(5)로부터의 회생 에너지에 의한 콘덴서(32)의 충전 전압의 최대치∼평활 전압 최대치의 범위내에서, 교류 전원(1)의 교류 전압치, 평활부(3)의 리액터(31) 및 콘덴서(32)의 용량 등도 고려하여 설정된다.

또한, 실시 형태 3의 인버터 제어 장치에 있어서, 절대치 변환부(19)에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치가 임의의 설정치 미만인 경우에만, 전류 위상차 조정부(14)에서 위상 조정을 행함으로써, 마이크로컴퓨터나 시스템 LSI 등의 처리 시간의 단축을 도모할 수 있다. 여기서, 임의의 설정치는, 전동기(5)로부터의 회생 에너지에 의한 콘덴서(32)의 충전 전압의 최대치∼교류 전압 검출치의 절대치의 최대치의 범위내에서, 교류 전원(1)의 교류 전압치, 평활부(3)의 리액터(31) 및 콘덴서(32)의 용량 등도 고려하여 설정된다.

본 개시 내용을 어느 정도의 상세함을 갖고 각 실시 형태에 있어서 설명했지만, 이러한 실시 형태의 개시 내용은 구성의 세부에 있어서 변화할 수도 있는 것으로, 각 실시 형태에 있어서의 요소의 조합이나 순서의 변화는 청구된 본 개시의 범위 및 사상을 일탈하는 일 없이 실현될 수 있는 것이다.

(산업상의 이용 가능성)

이상과 같이, 본 발명의 인버터 제어 장치는, 소용량의 콘덴서로 구성된 인버터 제어 장치에 대응하여 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기를 활용하여, 그 전동기로부터의 회생 에너지를 제어함으로써, 전동기 구동 시스템의 효율 최적화를 도모하는 것이 가능해지기 때문에, 에어콘 등의 공기 조화기, 냉동 냉장고, 청소기 등의 전동기를 구동하는 용도에 적용할 수 있다.

1 : 교류 전원
2 : 정류부
3 : 평활부
4 : 직교 변환부
5 : 전동기
6 : 구동 제어부
7 : 전류 검출부
8 : 평활 전압 검출부
9 : 교류 전압 검출부
10 : 베이스 드라이버
12 : PWM 신호 생성부
13 : 전류 제어부
14 : 전류 위상차 조정부
15 : 상전류 변환부
16 : 회전자 위치 속도 추정부
17 : 자속 추정부
18 : 회생 기간 계측부
19 : 절대치 변환부
31 : 리액터
32 : 콘덴서
41u∼41z : 스위칭 소자
42u∼42z : 환류 다이오드
51 : 고정자
51u∼51w : 전기자 코일
52 : 회전자

Claims

계자자속 및 전기자 전류에 따라 발생하는 자석 토크와, 전기자 코일의 인덕턴스 변화 및 전기자 전류에 따라 발생하는 리액턴스 토크를 병용하여 이용해서, 그 리액턴스 토크의 비율을 높인 전동기를 구동하는 인버터 제어 장치로서,
교류 전원을 입력으로 하는 정류부와,
상기 정류부의 출력 전압이 교류 전원 주파수의 대략 2배 주파수로 맥동하도록 콘덴서의 값을 설정한 평활부와,
상기 전동기를 구동하기 위해서 상기 평활부로부터의 평활 전압을 소망하는 교류 전압으로 변환하는 직교 변환부와,
상기 평활 전압에 대응한 전동기 구동을 행하기 위한 정보를 상기 직교 변환부에 전달하는 구동 제어부와,
상기 전동기의 전기자 전류를 검출하는 전류 검출부를 구비하며,
상기 구동 제어부는, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류에 근거하여 상기 전동기의 쇄교자속을 추정하는 자속 추정부와, 상기 전동기가 발생하는 유기 전압에 대한 전기자 전류의 위상차를 조정하는 전류 위상차 조정부를 포함하고,
상기 자속 추정부에서 추정된 쇄교자속 추정치가 미리 설정된 쇄교자속 설정치 이하이고, 또한 상기 전동기에 인가하는 토크 지령치 또는 전류 지령치의 평균치, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류의 실효치의 평균치, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소치로 되도록 상기 전류 위상차 조정부에 있어서 위상 조정을 행하도록 구성된
인버터 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 제어 수단은, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하는 회생 기간 계측부를 더 포함하고,
상기 자속 추정부에서 추정된 쇄교자속 추정치가 미리 설정된 쇄교자속 설정치 이하이고, 또한 상기 회생 기간 계측부에서 계측된 회생 기간 계측치가 미리 설정된 회생 기간 설정치 이하이고, 또한 상기 전동기에 인가하는 토크 지령치 또는 전류 지령치의 평균치, 상기 전류 검출 수단에 의해 검출된 전기자 전류의 실효치의 평균치, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류의 피크치의 평균치 중 적어도 어느 하나의 값이 최소치로 되도록 상기 전류 위상차 조정부에 있어서 위상 조정을 행하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 자속 추정부는, 미리 설정된 상기 전동기의 제원치와, 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전기자 전류에 근거하여, 직교 2축 좌표계의 쇄교자속을 산출하여 추정하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 교류 전원의 전압을 검출하는 교류 전압 검출부와, 상기 교류 전압 검출부에 의해 검출된 교류 전압 검출치의 절대치를 산출하는 절대치 변환부와, 상기 평활 전압을 검출하는 평활 전압 검출부를 더 구비하며,
상기 회생 기간 계측부는, 상기 절대치 변환부에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치와, 상기 평활 전압 검출부에서 검출된 평활 전압 검출치의 대소 관계에 근거하여, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 전류 검출부는, 상기 직교 변환부의 직류측의 모선 전류를 직접 검출하고, 그 모선 전류의 검출치로부터 간접적으로 상기 전동기에 흐르는 전기자 전류를 검출하도록 구성되고,
상기 회생 기간 계측부는, 상기 모선 전류의 검출치에 근거하여 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 회생 전류가 흐르고 있는 기간을 계측하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평활 전압을 검출하는 평활 전압 검출부를 더 구비하며, 상기 평활 전압 검출부에서 검출된 평활 전압 검출치가 임의의 설정치 미만인 경우에만, 상기 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교류 전원의 전압을 검출하는 교류 전압 검출부와, 상기 교류 전압 검출부에서 검출된 교류 전압 검출치의 절대치를 산출하는 절대치 변환부를 더 구비하며,
상기 절대치 변환부에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치가 임의의 설정치 미만인 경우에만, 상기 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 평활 전압 검출부에서 검출된 평활 전압 검출치, 및 상기 절대치 변환부에서 변환된 교류 전압 검출치의 절대치 중 적어도 어느 하나의 값이 임의의 설정치 미만인 경우에만, 상기 전류 위상차 조정부에서 위상 조정을 행하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평활부는, 콘덴서 및 리액터로 구성되고, 상기 콘덴서 및 리액터에 의해 구해지는 공진 주파수를, 교류 전원 주파수의 40배 이상이 되도록 설정하도록 구성된 인버터 제어 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 쇄교자속 설정치는, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 충전되는 회생 에너지가 제로(zero)가 되는 경우의 쇄교자속의 2.5배 이하로 되도록 설정된 인버터 제어 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
소정의 회전수 및 부하 토크에 있어서, 상기 구동 제어부에서 제어되는 상기 전동기의 쇄교자속이, 상기 전동기로부터 상기 콘덴서에 충전되는 회생 에너지가 제로로 되는 경우의 쇄교자속의 2.5배 이하로 되도록 상기 전동기의 사양을 결정하도록 구성된 인버터 제어 장치.