WO2019207678A1 - インバータ制御装置およびインバータの制御方法 - Google Patents

インバータ制御装置およびインバータの制御方法 Download PDF

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照佳 村松
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/20—Estimation of torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to an inverter control device that controls an inverter that drives a synchronous motor, and an inverter control method.
  • Patent Document 1 An example of a conventional inverter control device that controls an inverter that drives a synchronous motor is described in Patent Document 1.
  • the inverter control device described in Patent Literature 1 includes a target rotational speed, a detected value of a current flowing through a coil of each phase of a motor that is a synchronous motor, an estimated value of a motor torque, and a rotational speed of a three-phase AC synchronous motor. Based on the estimated value, a control signal for controlling each switching element constituting the inverter is generated.
  • an upper limit is set to the target rotation speed based on the estimated value of the motor torque.
  • the estimated value of the motor torque used for control is based on the number of pole pairs of the motor, the linkage flux by the permanent magnet of the motor, the D axis inductance of the motor, the Q axis inductance of the motor, and the like. To calculate.
  • the values of the D-axis inductance and the Q-axis inductance vary depending on the current flowing through the motor, and the induced voltage constant varies depending on the temperature inside the motor. For this reason, the inverter control device described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to estimate the motor torque with high accuracy and the operation of the motor becomes unstable. For example, when at least one of the temperature inside the motor and the current flowing through the motor fluctuates and the calculated estimated value of the motor torque is smaller than the actual motor torque, the motor stops due to overcurrent interruption or the like.
  • the upper limit value of the motor rotation speed that can be used is restricted to a value that is smaller than expected, and the range of rotation speed that can be used is limited. Narrow. If the upper limit value of the motor rotational speed is restricted to a value smaller than expected, when the motor is used in an air conditioner, the performance of heating and cooling deteriorates and the comfort deteriorates.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an inverter control device capable of improving the estimation accuracy of a motor torque used in inverter control.
  • the present invention is an inverter control device that controls an inverter that drives a synchronous motor, and that is calculated based on a detected value of a current flowing through the synchronous motor.
  • the load torque is calculated based on the current and the ⁇ -axis current, the induced voltage constant of the synchronous motor corresponding to the temperature of the synchronous motor, and the d-axis inductance and q-axis inductance of the synchronous motor corresponding to the value of the current flowing through the synchronous motor.
  • a torque calculation unit for performing the operation is performed.
  • the inverter control device includes a control signal generation unit that generates a control signal for driving the inverter based on the load torque, the rotational speed of the synchronous motor, and the target rotational speed of the synchronous motor.
  • the inverter control device has an effect that it is possible to improve the estimation accuracy of the motor torque used in the control of the inverter.
  • the figure which shows the structural example of the inverter control apparatus concerning embodiment The figure which shows an example of the temperature-induced voltage constant conversion table which the inverter control apparatus concerning embodiment hold
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inverter control device according to an embodiment of the present invention.
  • the inverter 1 controlled by the inverter control device 3 and the motor 2 driven by the inverter 1 are also shown.
  • the motor 2 is a synchronous motor.
  • the inverter 1 converts DC power supplied from a DC power supply (not shown) and generates AC power for driving the motor 2.
  • a current detector 4 for detecting a DC current Idc flowing from the DC power supply to the inverter 1 and the motor 2 is provided.
  • the inverter control device 3 includes a phase current conversion unit 31, a current coordinate conversion unit 32, a filter processing unit 33, a torque calculation unit 34, a rotation speed calculation unit 35, a regulated rotation speed calculation unit 36, a command rotation speed calculation unit 37, and an output voltage.
  • a calculation unit 38 and a PWM (Pulse Width Modulation) drive signal generation unit 39 are provided.
  • the inverter control device 3 estimates the position of the rotor of the motor 2 based on the DC current Idc detected by the current detector 4, and based on the estimation result, a plurality of switching units that are not shown in the drawing and constitute the inverter 1. Control the element.
  • the regulated rotation speed calculation unit 36, the command rotation speed calculation unit 37, the output voltage calculation unit 38, and the PWM drive signal generation unit 39 constitute a control signal generation unit.
  • the phase current converter 31 converts the DC current Idc detected by the current detector 4 from the inverter 1 to the motor 2, that is, the current of each phase, that is, the u-phase current Iu, the v-phase current Iv, and the w-phase current. Convert to Iw.
  • the phase current conversion unit 31 analyzes a PWM signal output from a PWM drive signal generation unit 39, which will be described later, determines in which phase the current is flowing, and based on the determination result, converts the DC current Idc into a current. Convert to Iu, Iv and Iw.
  • the current coordinate conversion unit 32 converts the currents Iu, Iv and Iw of each phase output from the phase current conversion unit 31 based on the phase ⁇ calculated by the output voltage calculation unit 38, which will be described later, to the control axis of the rotating coordinate system.
  • the current values I ⁇ and I ⁇ on the ( ⁇ - ⁇ axis) are converted.
  • the current value I ⁇ is a current value on the ⁇ axis
  • the current value I ⁇ is a current value on the ⁇ axis.
  • the phase ⁇ indicates the position of the rotor of the motor 2.
  • the current value I ⁇ is referred to as a ⁇ -axis current I ⁇
  • the current value I ⁇ is referred to as a ⁇ -axis current I ⁇ .
  • the filter processing unit 33 is a first-order lag filter, performs filter processing on the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ input from the current coordinate conversion unit 32, and inputs the ⁇ -axis current input to the torque calculation unit 34.
  • the amount of change in I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ is suppressed.
  • the filter processing unit 33 suppresses a sudden change in the ⁇ -axis current I ⁇ and the ⁇ -axis current I ⁇ , the load torque calculated by the torque calculation unit 34 greatly fluctuates and the operation of the motor 2 becomes unstable. Can be prevented.
  • the ⁇ -axis current I ⁇ output from the filter processing unit 33 is referred to as a ⁇ -axis current filter value I ⁇ _fil, and the ⁇ -axis current I ⁇ output from the filter processing unit 33 is referred to as a ⁇ -axis current filter value I ⁇ _fil.
  • the torque calculation unit 34 includes a filter value I ⁇ _fil for the ⁇ -axis current, a filter value I ⁇ _fil for the ⁇ -axis current, and an induced voltage constant of the motor 2 corresponding to a detected temperature that is a temperature detected by a temperature detector (not shown).
  • the load torque T is calculated based on the d-axis inductance and the q-axis inductance corresponding to the current value detected by the current detector 4. Specifically, the torque calculator 34 calculates the load torque T [N ⁇ m] according to the following equation (1).
  • T Pm ⁇ ⁇ f ′ ⁇ I ⁇ _fil + Pm ⁇ (Lq′ ⁇ Ld ′) ⁇ I ⁇ _fil ⁇ I ⁇ _fil (1)
  • Equation (1) Pm is the number of pole pairs of the motor, and the inverter control device 3 holds this information in advance.
  • ⁇ f ′ is a motor induced voltage constant [Vrms / rad / s] for each temperature, and corresponds to the above-described “induced voltage constant of the motor 2 corresponding to the temperature”.
  • Ld ′ is the motor d-axis inductance [H] for each current
  • Lq ′ is the motor q-axis inductance [H] for each current, which corresponds to the above-mentioned “d-axis inductance and q-axis inductance corresponding to the current value”.
  • the torque calculation unit 34 acquires the motor-induced voltage constant ⁇ f ′ for each temperature from the temperature-induced voltage constant conversion table.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a temperature-induced voltage constant conversion table held by the inverter control device 3 according to the embodiment.
  • the temperature-induced voltage constant conversion table is a table showing a correspondence relationship between the temperature and the induced voltage constant ⁇ f, the horizontal axis shows the temperature, and the vertical axis shows the induced voltage constant.
  • the torque calculator 34 obtains an induced voltage constant ⁇ f corresponding to the input detected temperature from the temperature-induced voltage constant conversion table, and sets this as ⁇ f ′.
  • the temperature-induced voltage constant conversion table is prepared based on the measurement result by previously measuring the temperature and the induced voltage when the motor 2 is used.
  • the temperature-induced voltage constant characteristic of the magnet used for the rotor exists, it may be used.
  • the “temperature” shown on the horizontal axis in FIG. 2 includes the temperature of the magnet constituting the rotor of the motor 2, the temperature of the winding of the motor 2, the temperature of the surface of a part (such as a compressor) incorporating the motor 2, and the like 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a current-dq axis inductance conversion table held by the inverter control device 3 according to the embodiment.
  • the current-dq axis inductance conversion table is a table showing a correspondence relationship between the current, the motor d axis inductance Ld, and the motor q axis inductance Lq, the horizontal axis indicates the current, and the vertical axis indicates the current. Indicates inductance.
  • the torque calculator 34 When calculating the load torque T, the torque calculator 34 obtains the motor d-axis inductance Ld and the motor q-axis inductance Lq corresponding to the current detected by the current detector 4 from the current-dq-axis inductance conversion table, and these are obtained.
  • Ld ′ and Lq ′ For example, when the motor 2 is used, the current-dq axis inductance conversion table is prepared based on the measurement result by measuring in advance the current flowing through the motor 2, the motor d axis inductance, and the motor q axis inductance. Alternatively, if there is a current-dq axis inductance characteristic of the motor used for the motor 2, it may be used.
  • the “current” shown on the horizontal axis in FIG. 3 may be an effective value of the phase current.
  • the inverter control device 3 includes a current detector for measuring the phase current, and the torque calculation unit 34 calculates the load torque T using Ld and Lq corresponding to the current detection result of the current detector. calculate.
  • the torque calculation unit 34 calculates the load torque T using the filter value I ⁇ _fil of the ⁇ -axis current and the filter value I ⁇ _fil of the ⁇ -axis current.
  • the inverter control device 3 includes a filter processing unit 33 and filters the ⁇ -axis current and the ⁇ -axis current.
  • the inverter control device 3 can regulate the rotation speed while maintaining the calculation accuracy of the load torque, and can prevent the motor 2 from being stepped out and stopping.
  • the rotation speed calculation unit 35 calculates the rotation speed F of the motor 2 based on the ⁇ -axis current I ⁇ calculated by the current coordinate conversion unit 32.
  • the restricted rotation speed calculator 36 calculates the upper limit value and the lower limit value of the rotation speed of the motor 2. calculate.
  • the regulated rotational speed calculation unit 36 obtains the upper limit value and the lower limit value of the rotational speed of the motor 2 that are the regulated rotational speed corresponding to the load torque T calculated by the torque calculating unit 34 from the restricted rotational speed-torque correspondence table.
  • the restricted rotational speed-torque correspondence table is a table showing the correspondence between the restricted rotational speed and the load torque. The table for calculating the upper limit value of the rotational speed of the motor 2 and the lower limit value of the rotational speed of the motor 2 are shown. There are two types of tables for calculation.
  • the regulated rotational speed calculation unit 36 reads the regulated rotational speed corresponding to the load torque T, that is, the upper limit value and the lower limit value of the rotational speed of the motor 2 from the restricted rotational speed-torque correspondence table and outputs them.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation in which the regulated rotation speed calculation unit 36 of the inverter control device 3 according to the embodiment calculates the lower limit value of the rotation speed of the motor 2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a regulated rotation speed-torque correspondence table held by the inverter control device 3 according to the embodiment. The table illustrated in FIG. 5 is a regulated rotation speed-torque correspondence table used when calculating the lower limit value of the rotation speed of the motor 2, the horizontal axis indicates the motor rotation speed, and the vertical axis indicates the load torque.
  • step S1 when the restriction rotation speed calculation unit 36 starts calculation of the restriction rotation speed (step S1), it checks whether or not the load torque T is smaller than T3 (step S2). When T ⁇ T3 is not satisfied (step S2: No), the regulated rotational speed calculation unit 36 determines the regulated rotational speed indicating the lower limit value of the rotational speed of the motor 2 as F3, and outputs F3 to the command rotational speed computing unit 37. (Step S3).
  • step S2 the regulated rotation speed calculation unit 36 checks whether or not the load torque T is smaller than T2 (step S4).
  • T ⁇ T2 is not satisfied (step S4: No)
  • step S4 the regulated rotational speed calculation unit 36 determines the regulated rotational speed indicating the lower limit value of the rotational speed of the motor 2 as F3, and outputs F3 to the command rotational speed computing unit 37. (Step S5).
  • step S4 Yes
  • the regulated rotation speed calculation unit 36 checks whether or not the load torque T is smaller than T1 (step S6).
  • step S6 No
  • the restriction rotation speed calculation unit 36 determines the restriction rotation speed indicating the lower limit value of the rotation speed of the motor 2 as F2, and outputs F2 to the command rotation speed calculation part 37. (Step S7).
  • the regulated rotational speed calculation unit 36 determines the regulated rotational speed indicating the lower limit value of the rotational speed of the motor 2 as F1, and outputs F1 to the command rotational speed computing unit 37. (Step S8).
  • the load torque and the regulated rotational speed are set to 3 points, respectively, but the number of points may be made fine to increase the accuracy.
  • the regulated rotation speed calculation unit 36 calculates the lower limit value of the rotation speed of the motor 2
  • the operation in the case of calculating the upper limit value of the rotation speed of the motor 2 is the same.
  • the command rotational speed calculator 37 calculates a command rotational speed ⁇ * for the motor 2 based on the regulated rotational speed calculated by the restricted rotational speed calculator 36 and the requested rotational speed indicating the target rotational speed of the motor 2. .
  • the requested rotation speed is input from the outside.
  • the command rotational speed calculation unit 37 compares the regulated rotational speed (lower limit value of the rotational speed of the motor 2) calculated by the regulated rotational speed computation unit 36 with the requested rotational speed, and the regulated rotational speed ⁇ the requested rotational speed. In this case, the command rotational speed is output as the required rotational speed.
  • the command rotational speed calculation unit 37 outputs the lower limit value of the rotational speed as the command rotational speed ⁇ *, and the requested rotational speed
  • the upper limit value of the rotation speed is output as the command rotation speed ⁇ *, and in other cases, the requested rotation speed is set as the command rotation speed ⁇ *. Output as.
  • the inverter control device 3 can regulate the lower limit and the upper limit of the rotational speed of the motor 2 according to the load torque T, and can prevent the operation of the motor 2 from becoming unstable.
  • the output voltage calculation unit 38 calculates the output voltage based on the command rotation speed ⁇ * calculated by the command rotation speed calculation unit 37 and the ⁇ -axis current I ⁇ and ⁇ -axis current I ⁇ calculated by the current coordinate conversion unit 32. calculate. Specifically, the output voltage calculation unit 38 determines in advance the ⁇ -axis voltage V ⁇ indicating the voltage value on the ⁇ -axis, the ⁇ -axis voltage V ⁇ indicating the voltage value on the ⁇ -axis, and the position of the rotor of the motor 2. A phase ⁇ indicating the relationship with the obtained reference position is calculated.
  • the procedure in which the output voltage calculation unit 38 calculates the ⁇ -axis voltage V ⁇ , the ⁇ -axis voltage V ⁇ , and the phase ⁇ based on the command rotational speed ⁇ *, the ⁇ -axis current I ⁇ , and the ⁇ -axis current I ⁇ is a general device that controls an inverter. This is the same as the case of calculating these.
  • the output voltage calculator 38 may calculate the ⁇ -axis voltage V ⁇ , the ⁇ -axis voltage V ⁇ , and the phase ⁇ using a known method.
  • the PWM drive signal generation unit 39 generates a PWM signal that is a pulse width modulation signal for driving the inverter 1 based on the ⁇ -axis voltage V ⁇ , the ⁇ -axis voltage V ⁇ , and the phase ⁇ calculated by the output voltage calculation unit 38.
  • a PWM signal that is a pulse width modulation signal for driving the inverter 1 based on the ⁇ -axis voltage V ⁇ , the ⁇ -axis voltage V ⁇ , and the phase ⁇ calculated by the output voltage calculation unit 38.
  • Up is a control signal for turning on / off the switching element on the upper arm side of the U phase
  • Un is a control signal for turning on / off the switching element on the lower arm side of the U phase.
  • Vp is a control signal for turning on / off the switching element on the upper arm side of the V phase
  • Vn is a control signal for turning on / off the switching element on the lower arm side of the V phase
  • Wp is turned on / off of the switching element on the upper arm side of the W phase
  • the control signal Wn is a control signal for turning on and off the switching element on the lower arm side of the W phase.
  • the inverter control device 3 considers the temperature characteristics for the induced voltage constant of the motor 2 and takes into account the current characteristics for the d-axis inductance and the q-axis inductance of the motor 2. Calculate the torque. That is, the inverter control device 3 calculates the load torque based on the induced voltage constant corresponding to the temperature of the motor 2 and the d-axis inductance and the q-axis inductance corresponding to the value of the current flowing through the motor 2. This makes it possible to improve the accuracy of the calculated load torque, which is caused by the difference between the actual load torque and the calculated load torque. Can be prevented.
  • the inverter control device 3 since the inverter control device 3 according to the present embodiment calculates the load torque after filtering the d-axis current and the q-axis current used for calculation of the load torque, the load torque on the low rotational speed side is calculated. Can be calculated with high accuracy. Since the inverter control device 3 regulates the rotation speed of the motor 2 based on the load torque obtained by the process with higher calculation accuracy, the motor stops being stepped out even when the load torque increases in the low rotation speed region. It becomes possible to drive without making it.
  • the inverter control device 3 As an example of a device on which the inverter control device 3 according to the present embodiment is mounted, there is an inverter control board that drives a compressor motor and a fan motor mounted on devices such as an air conditioner and a refrigerator.
  • an inverter control board that drives a compressor motor and a fan motor mounted on devices such as an air conditioner and a refrigerator.
  • the upper limit value and the lower limit value of the rotational speed vary depending on the temperature and the value of the current flowing through the winding.
  • the motor 2 is a motor whose induced voltage constant decreases when the temperature is high
  • the lower limit value of the regulated rotational speed is lower when the temperature of the motor 2 is higher than when the temperature of the motor 2 is lower under the same load torque and motor current values.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of hardware that realizes the inverter control device 3 according to the embodiment.
  • the inverter control device 3 can be realized by hardware including the processor 101 and the memory 102 shown in FIG.
  • the processor 101 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the memory 102 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable ROM), or the like.
  • the unit 38 and the PWM drive signal generation unit 39 can be realized by the processor 101 reading out and executing the corresponding program from the memory 102.
  • the memory 102 also stores various information such as the above-described temperature-induced voltage constant conversion table, current-dq axis inductance conversion table, and regulated rotational speed-torque correspondence table. Hold.
  • the inverter control device 3 is realized by the general-purpose processor 101 and the memory 102 has been described, it may be realized by dedicated hardware. For example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a processor programmed in parallel, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof, the inverter control device 3 May be realized. Further, a configuration may be adopted in which some components of the inverter control device 3 are realized by the general-purpose processor 101 and the memory 102, and the remaining components are realized by dedicated hardware.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

同期電動機であるモータ（２）を駆動するインバータ（１）を制御するインバータ制御装置（３）であって、同期電動機に流れる電流の検出値に基づいて算出されたδ軸電流およびγ軸電流と、同期電動機の温度に対応する同期電動機の誘起電圧定数と、同期電動機に流れる電流の値に対応する同期電動機のｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとに基づいて負荷トルクを算出するトルク算出部（３４）と、負荷トルクと、同期電動機の回転数と、同期電動機の目標回転数とに基づいて、インバータ（１）を駆動させるための制御信号を生成する制御信号生成部（規制回転数演算部（３６），指令回転数演算部（３７），出力電圧演算部（３８），ＰＷＭ駆動信号生成部（３９））と、を備える。

Description

インバータ制御装置およびインバータの制御方法
　本発明は、同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータ制御装置およびインバータの制御方法に関する。
　同期電動機を駆動するインバータを制御する従来のインバータ制御装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のインバータ制御装置は、目標回転速度と、同期電動機であるモータの各相のコイルに流れる電流の検出値と、モータトルクの推定値と、３相交流同期モータの回転速度の推定値とに基づいて、インバータを構成する各スイッチング素子を制御する制御信号を生成する。また、特許文献１に記載のインバータ制御装置は、低消費電力モードで動作する場合、モータトルクの推定値に基づいて、目標回転速度に上限を設定する。
特開２００９－２６１１８４号公報
　特許文献１に記載のインバータ制御装置は、制御に用いるモータトルクの推定値を、モータの極対数、モータの永久磁石による鎖交磁束、モータのＤ軸インダクタンス、モータのＱ軸インダクタンス、などに基づいて算出する。
　ここで、上記のＤ軸インダクタンスおよびＱ軸インダクタンスはモータに流れる電流により値が変動し、誘起電圧定数はモータ内部の温度により値が変動する。そのため、特許文献１に記載のインバータ制御装置は、モータトルクを高精度に推定するのが難しく、モータの動作が不安定になるという問題があった。例えば、モータ内部の温度およびモータに流れる電流の少なくとも一方が変動し、算出したモータトルクの推定値が実際のモータトルクよりも小さい場合、過電流遮断などでモータが停止してしまう。これとは逆に、算出したモータトルクの推定値が実際のモータトルクよりも大きい場合、使用できるモータ回転数の上限値を想定よりも小さい値に規制してしまい、使用できる回転数の範囲が狭くなる。モータ回転数の上限値を想定よりも小さい値に規制すると、モータが空気調和機に用いられている場合、暖房および冷房の性能が悪くなり快適性が悪くなる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータの制御で使用するモータトルクの推定精度を向上させることが可能なインバータ制御装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータ制御装置であって、同期電動機に流れる電流の検出値に基づいて算出されたδ軸電流およびγ軸電流と、同期電動機の温度に対応する同期電動機の誘起電圧定数と、同期電動機に流れる電流の値に対応する同期電動機のｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとに基づいて負荷トルクを算出するトルク算出部を備える。また、インバータ制御装置は、負荷トルクと、同期電動機の回転数と、同期電動機の目標回転数とに基づいて、インバータを駆動させるための制御信号を生成する制御信号生成部を備える。
　本発明にかかるインバータ制御装置は、インバータの制御で使用するモータトルクの推定精度を向上させることができる、という効果を奏する。
実施の形態にかかるインバータ制御装置の構成例を示す図 実施の形態にかかるインバータ制御装置が保持する温度－誘起電圧定数変換テーブルの一例を示す図 実施の形態にかかるインバータ制御装置が保持する電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルの一例を示す図 実施の形態にかかるインバータ制御装置の規制回転数演算部がモータの回転数の下限値を算出する動作の一例を示すフローチャート 実施の形態にかかるインバータ制御装置が保持する規制回転数－トルク対応テーブルの一例を示す図 実施の形態にかかるインバータ制御装置を実現するハードウェアの構成例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかるインバータ制御装置およびインバータの制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかるインバータ制御装置の構成例を示す図である。なお、図１においては、インバータ制御装置３が制御するインバータ１およびインバータ１によって駆動されるモータ２も併せて記載している。モータ２は同期電動機である。インバータ１は、図示を省略した直流電源から供給される直流電力を変換し、モータ２の駆動用の交流電力を生成する。直流電源とインバータ１との間には、直流電源からインバータ１およびモータ２へ流れる直流電流Ｉｄｃを検出する電流検出器４が設けられている。
　インバータ制御装置３は、相電流変換部３１、電流座標変換部３２、フィルタ処理部３３、トルク算出部３４、回転数算出部３５、規制回転数演算部３６、指令回転数演算部３７、出力電圧演算部３８およびＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）駆動信号生成部３９を備える。インバータ制御装置３は、電流検出器４で検出された直流電流Ｉｄｃに基づきモータ２の回転子の位置を推定し、推定結果に基づいて、インバータ１を構成している図示を省略した複数のスイッチング素子を制御する。以下、インバータ制御装置３の各部が実行する処理について説明する。なお、規制回転数演算部３６、指令回転数演算部３７、出力電圧演算部３８およびＰＷＭ駆動信号生成部３９は制御信号生成部を構成する。
　相電流変換部３１は、電流検出器４で検出された直流電流Ｉｄｃを、インバータ１からモータ２に流れる各相の電流、すなわち、ｕ相の電流Ｉｕ、ｖ相の電流Ｉｖおよびｗ相の電流Ｉｗに変換する。相電流変換部３１は、後述するＰＷＭ駆動信号生成部３９から出力されるＰＷＭ信号を解析してどの相に電流が流れている状態かを判定し、判定結果に基づいて、直流電流Ｉｄｃを電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗに変換する。
　電流座標変換部３２は、後述する出力電圧演算部３８で算出される位相θに基づいて、相電流変換部３１から出力される各相の電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを、回転座標系の制御軸（γ－δ軸）上の電流値ＩδおよびＩγに変換する。電流値Ｉδはδ軸上の電流値、電流値Ｉγはγ軸上の電流値である。位相θはモータ２の回転子の位置を示す。以下、電流値Ｉδをδ軸電流Ｉδと称し、電流値Ｉγをγ軸電流Ｉγと称する。
　フィルタ処理部３３は、１次遅れフィルタであり、電流座標変換部３２から入力されるδ軸電流Ｉδおよびγ軸電流Ｉγに対してフィルタ処理を行い、トルク算出部３４に入力されるδ軸電流Ｉδおよびγ軸電流Ｉγの変化量を抑制する。フィルタ処理部３３がδ軸電流Ｉδおよびγ軸電流Ｉγが急激に変化するのを抑制することにより、トルク算出部３４で算出される負荷トルクが大きく変動してモータ２の動作が不安定になるのを防止できる。以下、フィルタ処理部３３が出力するδ軸電流Ｉδをδ軸電流のフィルタ値Ｉδ_filと称し、フィルタ処理部３３が出力するγ軸電流Ｉγをγ軸電流のフィルタ値Ｉγ_filと称する。
　トルク算出部３４は、δ軸電流のフィルタ値Ｉδ_filと、γ軸電流のフィルタ値Ｉγ_filと、図示を省略した温度検出器で検出された温度である検出温度に対応するモータ２の誘起電圧定数と、電流検出器４で検出された電流値に対応するｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスと、に基づいて負荷トルクＴを算出する。トルク算出部３４は、具体的には、以下の式（１）に従って負荷トルクＴ［Ｎ・ｍ］を算出する。
　Ｔ＝Ｐｍ×φｆ’×Ｉδ_fil＋Ｐｍ×（Ｌｑ’－Ｌｄ’）×Ｉδ_fil×Ｉγ_fil　…（１）
　式（１）において、Ｐｍはモータの極対数であり、インバータ制御装置３はこの情報を予め保持している。φｆ’は温度毎のモータ誘起電圧定数［Ｖrms/rad/s］であり、上述した「温度に対応するモータ２の誘起電圧定数」に相当する。また、Ｌｄ’は電流毎のモータｄ軸インダクタンス［Ｈ］、Ｌｑ’は電流毎のモータｑ軸インダクタンス［Ｈ］であり、上述した「電流値に対応するｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンス」に相当する。
　トルク算出部３４は、温度毎のモータ誘起電圧定数φｆ’を温度－誘起電圧定数変換テーブルから取得する。図２は、実施の形態にかかるインバータ制御装置３が保持する温度－誘起電圧定数変換テーブルの一例を示す図である。図２に示したように、温度－誘起電圧定数変換テーブルは、温度と誘起電圧定数φｆとの対応関係を示すテーブルであり、横軸は温度を示し、縦軸は誘起電圧定数を示す。トルク算出部３４は、負荷トルクＴを算出する際、入力される検出温度に対応する誘起電圧定数φｆを温度－誘起電圧定数変換テーブルから求め、これをφｆ’とする。温度－誘起電圧定数変換テーブルは、例えば、モータ２を用いた場合の温度および誘起電圧を事前に測定し、測定結果に基づいて作成する。または、回転子に使用する磁石の温度－誘起電圧定数特性が存在する場合はそれを使用するようにしてもよい。図２の横軸に示す「温度」には、モータ２の回転子を構成する磁石の温度、モータ２の巻線の温度、モータ２を組み込む部品（圧縮機など）の表面の温度など、モータ２の動作状態に応じて変化する温度を使用する。すなわち、検出温度を出力する温度検出器は、これらの温度のいずれかを検出可能な位置に設けられる。なお、温度検出器が設けられる位置は、温度－誘起電圧定数変換テーブルを作成する際の温度の検出位置と同じとする。
　また、トルク算出部３４は、電流毎のモータｄ軸インダクタンスＬｄ’および電流毎のモータｑ軸インダクタンスＬｑ’を電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルから取得する。図３は、実施の形態にかかるインバータ制御装置３が保持する電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルの一例を示す図である。図３に示したように、電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルは、電流とモータｄ軸インダクタンスＬｄおよびモータｑ軸インダクタンスＬｑとの対応関係を示すテーブルであり、横軸は電流を示し、縦軸はインダクタンスを示す。トルク算出部３４は、負荷トルクＴを算出する際、電流検出器４で検出される電流に対応するモータｄ軸インダクタンスＬｄおよびモータｑ軸インダクタンスＬｑを電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルから求め、これらをＬｄ’およびＬｑ’とする。電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルは、例えば、モータ２を用いた場合にモータ２に流れる電流、モータｄ軸インダクタンスおよびモータｑ軸インダクタンスを事前に測定し、測定結果に基づいて作成する。または、モータ２に使用するモータの電流－ｄｑ軸インダクタンス特性が存在する場合はそれを使用するようにしてもよい。図３の横軸に示す「電流」は、相電流の実効値などとしてもよい。この場合、インバータ制御装置３は、相電流を測定するための電流検出器を備え、この電流検出器での電流検出結果に対応するＬｄおよびＬｑを使用してトルク算出部３４は負荷トルクＴを算出する。
　ここで、トルク算出部３４がδ軸電流のフィルタ値Ｉδ_filおよびγ軸電流のフィルタ値Ｉγ_filを使用して負荷トルクＴを計算する理由について説明する。負荷トルクが大きい領域では、回転数が小さい方がモータに流れる電流であるモータ電流の変動が大きくなる傾向にある。算出する負荷トルクの変動が大きくなってしまうと、後述する規制回転数の変動も大きくなってしまい、運転が不安定になる課題がある。そのため、インバータ制御装置３は、フィルタ処理部３３を備え、γ軸電流およびδ軸電流にフィルタをかける。これにより、低回転数の領域などモータ電流の変動が大きくなる状態においても、算出する負荷トルクの変動を抑えることができる。よって、インバータ制御装置３は、負荷トルクの算出精度を維持したまま回転数を規制することができ、脱調してモータ２が停止してしまうのを防止できる。
　回転数算出部３５は、電流座標変換部３２で算出されたδ軸電流Ｉδに基づいて、モータ２の回転数Ｆを算出する。
　規制回転数演算部３６は、トルク算出部３４で算出された負荷トルクＴと、回転数算出部３５で算出された回転数Ｆとに基づいて、モータ２の回転数の上限値および下限値を算出する。規制回転数演算部３６は、トルク算出部３４で算出された負荷トルクＴに対応する規制回転数であるモータ２の回転数の上限値および下限値を規制回転数－トルク対応テーブルから求める。規制回転数－トルク対応テーブルは、規制回転数と負荷トルクとの対応関係を示すテーブルであり、モータ２の回転数の上限値を算出するためのテーブルと、モータ２の回転数の下限値を算出するためのテーブルとの２種類が存在する。規制回転数演算部３６は、負荷トルクＴに対応する規制回転数すなわちモータ２の回転数の上限値および下限値を規制回転数－トルク対応テーブルから読み出して出力する。
　一例として、規制回転数演算部３６がモータ２の回転数の下限値を算出する動作を説明する。図４は、実施の形態にかかるインバータ制御装置３の規制回転数演算部３６がモータ２の回転数の下限値を算出する動作の一例を示すフローチャートである。図５は、実施の形態にかかるインバータ制御装置３が保持する規制回転数－トルク対応テーブルの一例を示す図である。図５に例示したテーブルは、モータ２の回転数の下限値を算出する際に用いられる規制回転数－トルク対応テーブルであり、横軸はモータの回転数、縦軸は負荷トルクを示す。
　図４に示したように、規制回転数演算部３６は、規制回転数の演算を開始すると（ステップＳ１）、負荷トルクＴがＴ３よりも小さいか否かを確認する（ステップＳ２）。Ｔ＜Ｔ３ではない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、規制回転数演算部３６は、モータ２の回転数の下限値を示す規制回転数をＦ３に決定し、Ｆ３を指令回転数演算部３７に出力する（ステップＳ３）。
　Ｔ＜Ｔ３の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、規制回転数演算部３６は、負荷トルクＴがＴ２よりも小さいか否かを確認する（ステップＳ４）。Ｔ＜Ｔ２ではない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、規制回転数演算部３６は、モータ２の回転数の下限値を示す規制回転数をＦ３に決定し、Ｆ３を指令回転数演算部３７に出力する（ステップＳ５）。
　Ｔ＜Ｔ２の場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、規制回転数演算部３６は、負荷トルクＴがＴ１よりも小さいか否かを確認する（ステップＳ６）。Ｔ＜Ｔ１ではない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、規制回転数演算部３６は、モータ２の回転数の下限値を示す規制回転数をＦ２に決定し、Ｆ２を指令回転数演算部３７に出力する（ステップＳ７）。
　Ｔ＜Ｔ１の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、規制回転数演算部３６は、モータ２の回転数の下限値を示す規制回転数をＦ１に決定し、Ｆ１を指令回転数演算部３７に出力する（ステップＳ８）。
　なお、図４および図５に示した例では負荷トルクと規制回転数をそれぞれ３ポイント設定しているが、ポイント数を細かくして精度を上げてもよい。規制回転数演算部３６がモータ２の回転数の下限値を算出する場合の動作を説明したが、モータ２の回転数の上限値を算出する場合の動作も同様である。
　指令回転数演算部３７は、規制回転数演算部３６で算出された規制回転数と、モータ２の目標回転数を示す要求回転数とに基づいて、モータ２に対する指令回転数ω＊を算出する。要求回転数は外部から入力される。例えば、指令回転数演算部３７は、規制回転数演算部３６で算出された規制回転数（モータ２の回転数の下限値）と要求回転数とを比較し、規制回転数＜要求回転数の場合、指令回転数＝要求回転数として出力する。一方、規制回転数≧要求回転数の場合、指令回転数演算部３７は、指令回転数＝規制回転数として出力する。モータ２の回転数の下限値を規制する場合について説明したが、モータ２の回転数の上限値を規制する場合も同様である。すなわち、指令回転数演算部３７は、要求回転数が、規制回転数が示すモータ２の回転数の下限値よりも小さい場合、回転数の下限値を指令回転数ω＊として出力し、要求回転数が、規制回転数が示すモータ２の回転数の上限値よりも大きい場合、回転数の上限値を指令回転数ω＊として出力し、これら以外の場合は要求回転数を指令回転数ω＊として出力する。
　これにより、インバータ制御装置３は、負荷トルクＴに応じてモータ２の回転数の下限および上限を規制することができ、モータ２の動作が不安定になるのを防止できる。
　出力電圧演算部３８は、指令回転数演算部３７で算出された指令回転数ω＊と、電流座標変換部３２で算出されたδ軸電流Ｉδおよびγ軸電流Ｉγとに基づいて、出力電圧を算出する。具体的には、出力電圧演算部３８は、δ軸上の電圧値を示すδ軸電圧Ｖδと、γ軸上の電圧値を示すγ軸電圧Ｖγと、モータ２の回転子の位置と予め定められた基準位置との関係を示す位相θとを算出する。出力電圧演算部３８が指令回転数ω＊、δ軸電流Ｉδおよびγ軸電流Ｉγに基づいてδ軸電圧Ｖδ、γ軸電圧Ｖγおよび位相θを算出する手順は、インバータを制御する一般的な装置においてこれらを算出する場合と同様である。出力電圧演算部３８は、公知の手法を用いてδ軸電圧Ｖδ、γ軸電圧Ｖγおよび位相θを算出すればよい。
　ＰＷＭ駆動信号生成部３９は、出力電圧演算部３８で算出されたδ軸電圧Ｖδ、γ軸電圧Ｖγおよび位相θに基づいて、インバータ１を駆動させるためのパルス幅変調信号であるＰＷＭ信号を生成する。なお、ＵｐはＵ相の上アーム側のスイッチング素子をオンオフさせる制御信号、ＵｎはＵ相の下アーム側のスイッチング素子をオンオフさせる制御信号である。同様に、ＶｐはＶ相の上アーム側のスイッチング素子をオンオフさせる制御信号、ＶｎはＶ相の下アーム側のスイッチング素子をオンオフさせる制御信号、ＷｐはＷ相の上アーム側のスイッチング素子をオンオフさせる制御信号、ＷｎはＷ相の下アーム側のスイッチング素子をオンオフさせる制御信号である。ＰＷＭ駆動信号生成部３９がδ軸電圧Ｖδ、γ軸電圧Ｖγおよび位相θに基づいてＰＷＭ信号（Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎ）を生成する手順は、インバータを制御する一般的な装置においてＰＷＭ信号を生成する場合と同様である。ＰＷＭ駆動信号生成部３９は、公知の手法を用いてＰＷＭ信号を生成すればよい。
　以上のように、本実施の形態にかかるインバータ制御装置３は、モータ２の誘起電圧定数については温度特性を考慮し、モータ２のｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスについては電流特性を考慮して負荷トルクを算出する。すなわち、インバータ制御装置３は、モータ２の温度に対応する誘起電圧定数と、モータ２に流れる電流の値に対応するｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとに基づいて負荷トルクを算出する。これにより、算出する負荷トルクの精度を改善することが可能となり、実際の負荷トルクと算出した負荷トルクのずれにより引き起こされる、過電流遮断による停止、使用可能な回転数が制限されることによる性能の低下などを防止できる。
　また、本実施の形態にかかるインバータ制御装置３は、負荷トルクの計算に用いるｄ軸電流およびｑ軸電流にフィルタをかけてから負荷トルクを算出するようにしたので、低回転数側の負荷トルクの算出を精度良く行うことができる。インバータ制御装置３は、算出精度を高めた処理により求めた負荷トルクに基づいてモータ２の回転数規制を実施するため、低回転数の領域において負荷トルクが大きくなった場合でもモータを脱調停止させることなく、駆動させることが可能となる。
　本実施の形態にかかるインバータ制御装置３を搭載する装置の一例として、空気調和機および冷蔵庫といった機器などに搭載される圧縮機モータ、ファンモータを駆動させるインバータ制御基板が挙げられる。本実施の形態にかかるインバータ制御装置３を搭載することにより、運転範囲の拡大、動作品質の向上、脱調によるモータ停止の防止が可能となり、高能力で品質の高い空気調和機、冷蔵庫などを実現できる。
　本実施の形態にかかるインバータ制御装置３により駆動されるモータ２は、温度、巻線に流れる電流の値によって回転数の上限値および下限値が変化する。例えば、モータ２が、温度が高いと誘起電圧定数が小さくなるモータだとすると、負荷トルクおよびモータ電流値が同じ条件下において、モータ２の温度が高い方が低い方に比べて規制回転数の下限値を拡大できる。そのため、空気調和機などの温度調節機能が働いてモータが停止する際の停止直前のモータの回転数の値は、モータの温度が高い方が小さい値とすることができる。
　次に、インバータ制御装置３を実現するハードウェアの構成について説明する。図６は、実施の形態にかかるインバータ制御装置３を実現するハードウェアの構成例を示す図である。
　インバータ制御装置３は、図６に示したプロセッサ１０１およびメモリ１０２を備えたハードウェアにより実現できる。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）などである。また、メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　ＲＯＭ）などである。
　インバータ制御装置３の相電流変換部３１、電流座標変換部３２、フィルタ処理部３３、トルク算出部３４、回転数算出部３５、規制回転数演算部３６、指令回転数演算部３７、出力電圧演算部３８およびＰＷＭ駆動信号生成部３９は、それぞれに対応するプログラムをプロセッサ１０１がメモリ１０２から読み出して実行することにより実現できる。
　なお、メモリ１０２は、プロセッサ１０１で実行される上記のプログラムに加えて、上述した温度－誘起電圧定数変換テーブル、電流－ｄｑ軸インダクタンス変換テーブルおよび規制回転数－トルク対応テーブル、などの各種情報も保持する。
　インバータ制御装置３を汎用のプロセッサ１０１およびメモリ１０２により実現する場合について説明したが、専用のハードウェアで実現してもよい。例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）、又はこれらを組み合わせたものでインバータ制御装置３を実現してもよい。また、インバータ制御装置３の一部の構成要素を汎用のプロセッサ１０１およびメモリ１０２で実現し、残りの構成要素を専用のハードウェアで実現する構成であっても構わない。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　インバータ、２　モータ、３　インバータ制御装置、４　電流検出器、３１　相電流変換部、３２　電流座標変換部、３３　フィルタ処理部、３４　トルク算出部、３５　回転数算出部、３６　規制回転数演算部、３７　指令回転数演算部、３８　出力電圧演算部、３９　ＰＷＭ駆動信号生成部。

Claims (4)

  1. 　同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
    　前記同期電動機に流れる電流の検出値に基づいて算出されたδ軸電流およびγ軸電流と、前記同期電動機の温度に対応する前記同期電動機の誘起電圧定数と、前記同期電動機に流れる電流の値に対応する前記同期電動機のｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとに基づいて負荷トルクを算出するトルク算出部と、
    　前記負荷トルクと、前記同期電動機の回転数と、前記同期電動機の目標回転数とに基づいて、前記インバータを駆動させるための制御信号を生成する制御信号生成部と、
    　を備えるインバータ制御装置。
  2. 　前記トルク算出部に入力される前記δ軸電流および前記γ軸電流の変化量を抑制するフィルタ処理部、
    　を備える請求項１に記載のインバータ制御装置。
  3. 　前記制御信号生成部は、
    　前記負荷トルクおよび前記同期電動機の回転数に基づいて、前記同期電動機に対する指令回転数の上限値および下限値を算出する規制回転数演算部、
    　を備え、
    　前記目標回転数が前記下限値未満の値を示す場合は前記同期電動機の回転数が前記下限値となるよう前記制御信号を生成し、前記目標回転数が前記上限値よりも大きい値を示す場合は前記同期電動機の回転数が前記上限値となるよう前記制御信号を生成し、前記目標回転数が前記下限値以上前記上限値以下の範囲内の値を示す場合は前記同期電動機の回転数が前記目標回転数となるよう前記制御信号を生成する、
    　請求項１または２に記載のインバータ制御装置。
  4. 　同期電動機を駆動するインバータを制御するインバータの制御方法であって、
    　インバータ制御装置が、前記同期電動機に流れる電流の検出値に基づいてδ軸電流およびγ軸電流を算出するステップと、
    　前記インバータ制御装置が、前記δ軸電流および前記γ軸電流と、前記同期電動機の温度に対応する前記同期電動機の誘起電圧定数と、前記同期電動機に流れる電流の値に対応する前記同期電動機のｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスとに基づいて負荷トルクを算出するステップと、
    　前記インバータ制御装置が、前記負荷トルクと、前記同期電動機の回転数と、前記同期電動機の目標回転数とに基づいて、前記インバータを駆動させるための制御信号を生成するステップと、
    　を含むインバータの制御方法。
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