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JP4136104B2 - Control device for permanent magnet synchronous motor - Google Patents
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JP4136104B2 - Control device for permanent magnet synchronous motor - Google Patents

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JP4136104B2
JP4136104B2 JP24343698A JP24343698A JP4136104B2 JP 4136104 B2 JP4136104 B2 JP 4136104B2 JP 24343698 A JP24343698 A JP 24343698A JP 24343698 A JP24343698 A JP 24343698A JP 4136104 B2 JP4136104 B2 JP 4136104B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式同期モータの制御装置に係わり、特に、エレベータ等の機械装置の駆動源として利用される永久磁石式同期モータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、小型で強力な永久磁石を界磁に使用した同期モータを利用することにより、同期モータおよび同期モータを含む駆動装置の小型化および効率の向上が図られ、永久磁石式同期モータを利用したエレベータ装置等の各種の機械装置への適用が進みつつある。
【0003】
通常、同期モータのトルクを制御するには、電流の大きさを制御するだけでなく、同期モータの磁極位置に対応し、電流位相を制御するために同期モータの磁極位置(回転角度)を把握することが必須である。磁極位置の検出には、実用的に磁極位置検出器が用いられる。これをエレベータに応用したものとしては特開平10−80188号公報がある。しかし、磁極位置の検出に、磁極位置検出器を用いると、モータ端に磁極位置検出器を設けなければならず、取り付けのためにモータに構造上の制約が生じたり、磁極位置検出器の取り付け時にモータ軸と検出軸の位置合わせが必要となる。この問題をなくすため、磁極位置センサレス駆動が研究されてきており、例えば、平成10年電気学会全国大会「NO、883 永久磁石同期モータ簡易磁極位置センサレス方式の性能評価」がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の磁極位置センサレス駆動は、モータが突極型でなければ、利用できず、また、場合によってはモータからトルクリプルが出るおそれがある。
【0005】
本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑みて、永久磁石式同期モータの形式にかかわらず、磁極位置検出器を設けることなく、磁極位置の検出を可能にした永久磁石式同期モータの制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【0007】
電力変換装置から出力される可変電圧および可変周波数によって制御される永久磁石式同期モータ、および該永久磁石式同期モータによって駆動される機械装置における永久磁石式同期モータの制御装置において、前記機械装置の運転時、前記永久磁石式同期モータの回転角度に従ったパルス信号を積分して得た磁極位置に基づいて、前記電力変換装置を制御し、前記積分して得た磁極位置は、前記永久磁石式同期モータの回転時に誘起される電圧または電圧指令信号を演算して得られる磁極位相により修正されるとともに前記電力変換装置から前記可変電圧および前記可変周波数を出力しない状態において、前記機械装置の停止を保持するブレーキ装置を解除し、該解除に伴う前記永久磁石式同期モータの回転時に誘起される電圧に基づいて前記磁極位置の初期値を検出する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図1から図5を用いて説明する。
【0015】
図1は、本実施形態に係わる永久磁石式同期モータの制御装置を適用したエレベータ装置の一例を示す図である。
【0016】
同図において、11は乗りかご、12はカウンタウエイト、13は両端に乗りかご11とカウンタウエイト12が吊り下げられるロープ、51は永久磁石式同期モータ、52,53,54はそれぞれ永久磁石式同期モータ51の回転軸に接続されるシーブ,ブレーキドラム,エンコーダ、21はブレーキドラム53を制御するブレーキ装置31にブレーキ信号を出力し、またエンコーダ54によって永久磁石式同期モータ51の回転角度を検出して永久磁石式同期モータ51への速度制御信号を出力する制御装置である。
【0017】
このエレベータ装置は、永久磁石式同期モータ51が駆動されると、シーブ52が回転し、ロープ13を介してかご11、カウンタウエイト12が図示されていない昇降路内を昇降する。制御装置21からの指令によりブレーキ装置31のコイルに電流が流れると、ブレーキドラム53を押し付けているブレーキシューが解放され、ブレーキが解放された状態になる。エンコーダ54は永久磁石式同期モータ51の回転角度に従ったパルスを出力し、その周波数は永久磁石式同期モータ51の回転速度に比例する。
【0018】
なお、同図において、エンコーダ54は永久磁石式同期モータ51の軸端に接続したが、モータの回転角度に比例したパルス信号を検出することができればよいので、軸端にこだわる必要はない。例えば、エンコーダをシーブ52の周りに沿わせて装着し、シーブ52の回転に合わせて信号を得たり、かご11やカウンタウエイト12に装着して、その動きに合わせて信号を得てもよい。即ち、エンコーダの信号は、モータの回転角度の絶対値に比例しなくとも、相対的な動きがわかればよく、このため、エンコーダ54の設置の自由度は増す。
【0019】
図2は、図1に示す制御装置21の構成の概要を示すブロック図である。
【0020】
同図において、22は交流電源、211は電流制御演算部214からの制御信号によってPMW制御により交流電源22からの電力を変換して永久磁石式同期モータ51に可変電圧および可変周波数を出力するインバータ、212は速度指令、213は速度指令212による速度指令信号とエンコーダ54からの回転速度信号との偏差に応じてトルク指令信号を出力する速度制御演算部、214は、後に詳述するように、速度制御演算部213からの速度指令信号、エンコーダ54からの回転速度信号、電流検出器217によって検出される電機子電流信号、および磁極位置推定部215によって検出される磁極位置信号の各信号に基づいて、インバータ211に所定の制御信号を出力する電流制御演算部、215は後に詳述するように、電流検出器217によって検出される電機子電流信号および電圧検出器216によって検出された永久磁石式同期モータ51の端子電圧信号に基づいて磁極位置を演算し、エンコーダ54によって検出される磁極位置を修正する磁極位置推定部である。上記のごとく、速度制御を行うには、磁極位置の推定が不可欠である。
【0021】
なお、上記の磁極位置信号を基準にして永久磁石式同期モータの速度をベクトル制御することは、例えば、「中野道雄他著:サーボ技術とパワーエレクトロニクス(共立出版1994年9月発行)136頁〜137頁」や、「中野孝良著:交流モータのベクトル制御(日刊工業新聞社1996年3月発行)58頁〜59頁」に記載されているように周知であるので、詳細な動作説明を省略する。
【0022】
次に、磁極位置の推定の原理について説明する。
【0023】
永久磁石式同期モータ51の端子電圧(相電圧)をet 、永久磁石式同期モータ51における誘起電圧(相電圧)をe0 、同期インダクタンスをL、電機子電流をiとすると、下式の関係がある。
【0024】
0 =et −L(di/dt) (数1)
なお、この式では、電機子抵抗はある速度以上では、相対的に小さいので無視しているが、精度を上げるために考慮してもよい。
【0025】
モータの磁束Φは、数式1から下式のように求められる。
【0026】
Φ=∫e0 dt=∫et dt−Li (数2)
数式2から理解されるように、端子電圧et 、同期インダクタンスL、および電機子電流iを知ることにより、モータの磁束Φの磁極位置を演算によって求めることができる。
【0027】
図3は、図2に示す磁極位置推定部215の構成を示すブロック図である。
【0028】
同図において、2151は電圧検出器216によって検出された永久磁石式同期モータ51の端子電圧et を積分する積分器、2152は電流検出器217によって検出された電機子電流iに同期インダクタンスLをかけ算するゲイン設定器、2153は、数式2に従って磁束Φを演算する加算器、2154は演算された磁束Φが零クロスする磁極位相の零点を検出する比較器、2155は永久磁石式同期モータ51の磁極位置の推定に適した回転速度にあるかを判定する速度判定部、2156は磁極位置の推定に適した回転速度に達したら、速度判定部2155からの指令により閉成されるスイッチ、2157はエンコーダ54からの回転角度に従ったパルス信号を積分して磁極位置信号を出力するとともに、比較器2154からの零クロス信号が出力される毎に、積分値を修正して磁極位置信号を修正する積分器である。
【0029】
上記のごとく、速度判定部2155およびスイッチ2156を設けることによって、誘起電圧e0 が十分でない低速域での修正動作を停止して精度の向上を図るようにしている。
【0030】
なお、上記の磁極位置の修正は零点ではなく、そのときの磁束信号そのものを利用してもよい。
【0031】
また、磁極位置推定部215をハード回路で構成して説明したが、無論、マイコンなどによってソフト的に行なってもよい。さらに、端子電圧et の検出を主回路の端子電圧を検出して行なうようにしたが、インバータ211を制御する信号から得ることもできる。即ち、電流制御演算部214からインバータ211への制御信号は後述するように電圧指令信号であり、この信号は端子電圧et に比例するので、インバータ211への制御信号を用いてもよい。
【0032】
次に、電源投入直後の磁極位置推定について図4に示すフローチャートを用いて説明する。
【0033】
ステップ1において、電源22を投入し、制御電源、主回路電源を確立する。次に、ステップ2において、電源投入直後の磁極位置推定を行うモードであることを知る初期位置推定モードとする。この時の永久磁石式同期モータ51の電機子電流iは零に保つ。そのため、インバータ211のゲート回路を停止させたり、または、電流制御演算部214からの電流指令を零にする。次いで、ステップ3において、図示していない指令によりブレーキ装置31によるブレーキドラム53のブレーキを解放する。ブレーキの解放により、乗りかご11はその重力により自然昇降する。電源投入直後は乗りかご11には人や荷物が載っていないことが多く、その時は、乗りかご11の重量よりカウンタウエイト12の重量が重いので、乗りかご11はこの重量差により上昇する。逆に、乗りかご11が定格荷重時は下降する。万一、乗りかご11とカウンタウエイト12の重量がバランスしているときは、乗りかご11に追加の錘を載せればよい。いずれにしても、乗りかご11とカウンタウエイト12との重量差で自然昇降させる。次いで、ステップ4において、永久磁石式同期モータ51が所定速度に達したかを判定する。ここで速度の判定を行うのは測定誤差を回避するためのである。通常、例えば定格回転速度の5%速度以上まで加速すれば、永久磁石式同期モータの誘起電圧e0 は十分に得られる。永久磁石式同期モータ51が所定速度に達すると、ステップ5において、その時の永久磁石式同期モータ51の誘起電圧e0 を数式1に従って測定する。なお、ここでは誘起電圧e0 は端子電圧et に等しい。磁誘起電圧e0 は磁極位置に対応して変化するので、誘起電圧e0 から磁極位相を検出することができる。例えば、正弦波状の誘起電圧波形の零クロス点を測定し、磁極位相を検出してもよい(図3を参照)。または、3相交流であることを利用し、3つの電圧の互いの大きさから位相を測定してもよい。ステップ6において、誘起電圧位相は永久磁石式同期モータ51の磁極位相と1:1に対応するので、電圧位相から磁極位置を演算する。ここで磁極位置が推定できると、直ちにこの磁極位置の値を初期値として記憶する。それ以降は、ステップ7において、この記憶された磁極位置を初期値としてエンコーダ54からのパルス信号を回転方向によって積分(加算または減算)してその時の磁極位置を推定し続ける。この演算は、永久磁石式同期モータ51の回転角度に対応させた演算であるので磁極位置と等価である。次いで、ステップ8において、初期位置推定モードをオフにして、速度指令によって電流の指令が与えられる通常運転モードに設定し、ステップ7の磁極位置推定を継続し、制御装置21の運転制御を行う。
【0034】
なお、ステップ2の初期位置推定モードの設定は、電源の投入直後であることを認識し、自動的に行って磁極位置推定させることができる。また、これとは別に、初期位置推定モードの設定は、保守員等によりマニュアルによって行ってもよい。例えば、初期位置推定モードであることを認識させるため、釦などでそれを押している間だけ初期位置推定を実行させ、釦を離すと直ちにブレーキ装置31が動作して、かご11を停止させてもよい。また、ステップ7の演算後は、その時の指令に従って、運転を継続してもよいし、一旦停止後、再度、指令に従って運転を行なってもよい。
【0035】
このように、本実施形態によれば、磁極位置検出器なしに、電源投入直後の永久磁石式同期モータ51の磁極位置推定を行うことができ、またエンコーダ54からのパルス信号の積分値と永久磁石式同期モータ51の回転角度、即ち、磁極位置は1:1に対応するので、磁極位置は、エンコーダ54からのパルスを積分することによって得ることができる。その結果、極低速度から定格速度まで、速度に無関係に磁極位置の演算ができる。
【0036】
また、エレベータ装置の停止時は、これまでパルスを積分してきた値を記憶すればよい。次の起動時には、この記憶した値を磁極位相に対応させて運転を開始することができる。従って、電源投入直後の磁極位置の推定は、積分した値が保持されなくなった時だけ行なえばよい。このため、例えば、エレベータの運転を休止する時、主回路電源だけを遮断し、積分を行なう回路を活かしておけばよい。さらに、長期間停止するときなどは、積分した値だけを不揮発メモリに記憶しておき、次に運転するときこの値を利用すればよい。
【0037】
次に、磁極位置の初期位置の推定後の運転中における磁極位置修正について図3を用いて説明する。
【0038】
図4に示したフローチャートにおいて説明したように、ステップ7において磁極位置の初期位置が推定されても、磁極位置の推定後のエンコーダ54からのパルス信号の積分演算を行なうとき、エンコーダ54からのパルス信号にノイズなどが混入し、それを誤積分すると磁極位相演算に誤差が生じるおそれがある。
【0039】
そこで本実施形態では、エレベータ装置の運転中は、図3の積分器2157において、エンコーダ54からのパルス信号の積分値から得た磁極位置を、比較器2154から得られる磁束Φの磁極位相の零点で常時修正し、修正された磁極位置に基づいて運転制御を行う。
【0040】
次に、図2に示す電流制御演算部214の構成および動作を図5を用いて説明する。
【0041】
図5は電流制御演算部214の具体的構成の一例を示す図であり、この基本構成は周知であり、例えば、電気学会論文誌D、117巻、5号(1997年5月)、539頁、図5に記載されている。
【0042】
同図において、2141は電流検出器217により検出された3相の電機子電流iu,iv,iwを磁極位置推定部215において推定された磁極位置に基づいて、電機子電流の磁束方向軸成分Idと磁束方向軸成分Idとの直交成分Iqとを演算するId/Iq演算部、2142は速度制御演算部213から出力された電流指令成分Iq* と直交成分Iqとの偏差を演算する加算器、2143は電流指令成分Id* と磁束方向軸成分Idとの偏差を演算する加算器、2144は偏差増幅器(ACR−q)、2145は偏差増幅器(ACR−d)、2146は電流指令成分Iq* とエンコーダ54から得られるモータの回転速度(電気的回転角周波数)ωとの掛算器、2147は電流指令成分Id* とエンコーダ54から得られるモータの回転速度(電気的回転角周波数)ωとの掛算器、2148および2149はそれぞれ同期インダクタンスLに相当するゲインを設定するゲイン設定器、2150は磁束Φに相当するゲインを設定するゲイン設定器、2151は、電流偏差Iq* −Iqと、電流偏差Iq* −Iqを補償するためのゲイン設定器2149,2150からの出力とを加算し、インバータ211に電圧指令信号Eq* を出力する加算器、2152は、電流偏差Id* −Idと、電流偏差Id* −Idを補償するためのゲイン設定器2148からの出力とを加算し、インバータ211に電圧指令信号Ed* を出力する加算器である。
【0043】
上記のごとく、この電流制御演算は、電機子電流をd、q軸成分に分けて制御するのが特徴である。
【0044】
なお、上記の電流指令成分Id* は通常は零であるが、モータの力率制御を行なうため、所要力率が得られるようにId* を与えてもよい。
【0045】
また、先に説明した電源投入直後の磁極位置検出時の電流が零であるモードは、電流指令Id* 、Iq* を零とすれば、モータに電流を流さないようにできる。
【0046】
また、インバータ211のPWM制御を実行する際、正弦波の瞬時値電圧指令信号が必要なときは、演算部2141の逆演算を行えばよい。この演算は周知なので省略する。
【0047】
上記の電流制御演算部214はハード回路で説明したが、マイクロコンピュータなどを利用してソフト的に行なってもよいのは言うまでもない。
【0048】
さらに、本発明はエレベータのみならず、ブレーキを解放したとき、負荷からの反力によりモータが自然運動する他の機器、例えば、ホイストなどの機械などにも応用できる。
【0049】
以上説明したように、本発明によれば、磁極位置検出器を使用することなく、磁極位置を推定ができるので、エレベータ装置を円滑に運転することができる。
【0050】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、永久磁石式同期モータの制御に必要な磁極位置の検出に、磁極位置検出器を使用しないので、モータ、マシンの設計の自由度が大きくなり、また、磁極位置検出器を使用しないため、メンテナンスが容易となり、コストの低減も可能となる。さらに、起動時に容易に磁極位置を検出できるとともに、運転中は磁極位置を修正する機能を設けたので高精度の磁極位置の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係わる永久磁石式同期モータの制御装置を適用したエレベータ装置の一例を示す図である。
【図2】図1に示す制御装置21の構成の概要を示すブロック図である。
【図3】図2に示す磁極位置推定部215の構成を示すブロック図である。
【図4】電源投入直後の磁極位置推定の処理手順を示すフローチャートである。
【図5】図2に示す電流制御演算部214の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
21 制御装置
211 インバータ
212 速度指令
213 速度制御演算部
214 電流制御演算部
2141 Id/Iq演算部
215 磁極位置推定部
2151 積分器
2152 レベル設定器
2153 加算器
2154 比較器
2155 速度判定部
2157 積分器
22 電源
31 ブレーキ装置
51 永久磁石式同期モータ
53 ブレーキドラム
54 エンコーダ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a permanent magnet type synchronous motor, and more particularly to a control device for a permanent magnet type synchronous motor used as a drive source for a mechanical device such as an elevator.
[0002]
[Prior art]
In recent years, by using a synchronous motor that uses a small and powerful permanent magnet as a field, the synchronous motor and the drive device including the synchronous motor have been reduced in size and improved in efficiency. Application to various machine devices such as an elevator device is being advanced.
[0003]
Normally, to control the torque of a synchronous motor, not only the magnitude of the current but also the magnetic pole position (rotation angle) of the synchronous motor is grasped to control the current phase corresponding to the magnetic pole position of the synchronous motor. It is essential to do. For detection of the magnetic pole position, a magnetic pole position detector is practically used. Japanese Patent Laid-Open No. 10-80188 discloses an application of this to an elevator. However, if a magnetic pole position detector is used to detect the magnetic pole position, a magnetic pole position detector must be provided at the end of the motor. Sometimes it is necessary to align the motor shaft and the detection shaft. In order to eliminate this problem, magnetic pole position sensorless driving has been studied. For example, there is the 1998 National Institute of Electrical Engineers of Japan “NO, 883 Permanent magnet synchronous motor simple magnetic pole position sensorless system performance evaluation”.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional magnetic pole position sensorless drive cannot be used unless the motor is a salient pole type, and in some cases, torque ripple may be generated from the motor.
[0005]
In view of the above-described various problems, an object of the present invention is to provide a permanent magnet type synchronous motor that can detect a magnetic pole position without providing a magnetic pole position detector regardless of the type of the permanent magnet type synchronous motor. It is to provide a control device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0007]
A permanent magnet synchronous motor controlled by a variable voltage and a variable frequency output from a power converter, and a control device for a permanent magnet synchronous motor in a mechanical device driven by the permanent magnet synchronous motor. During operation, the power converter is controlled based on the magnetic pole position obtained by integrating the pulse signal according to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor, and the magnetic pole position obtained by the integration is the permanent magnet together it is modified by the magnetic pole phase obtained by calculating the voltage or the voltage command signal is induced during the rotation of the formula synchronous motor, in a state of not outputting the variable voltage and the variable frequency from the power converter, the mechanical device The brake device that holds the stop is released, and based on the voltage induced during the rotation of the permanent magnet synchronous motor accompanying the release. Detecting the initial value of the magnetic pole position Te.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0015]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an elevator apparatus to which a control device for a permanent magnet type synchronous motor according to the present embodiment is applied.
[0016]
In the figure, 11 is a passenger car, 12 is a counterweight, 13 is a rope on which the passenger car 11 and the counterweight 12 are suspended at both ends, 51 is a permanent magnet synchronous motor, and 52, 53 and 54 are permanent magnet synchronous. The sheave, the brake drum, and the encoder 21 connected to the rotation shaft of the motor 51 output a brake signal to the brake device 31 that controls the brake drum 53, and the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor 51 is detected by the encoder 54. This is a control device that outputs a speed control signal to the permanent magnet type synchronous motor 51.
[0017]
In this elevator apparatus, when the permanent magnet type synchronous motor 51 is driven, the sheave 52 rotates, and the car 11 and the counterweight 12 are moved up and down in the hoistway (not shown) via the rope 13. When a current flows through the coil of the brake device 31 in response to a command from the control device 21, the brake shoe pressing the brake drum 53 is released, and the brake is released. The encoder 54 outputs a pulse according to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor 51, and its frequency is proportional to the rotation speed of the permanent magnet type synchronous motor 51.
[0018]
In the figure, the encoder 54 is connected to the shaft end of the permanent magnet type synchronous motor 51. However, it is only necessary to be able to detect a pulse signal proportional to the rotation angle of the motor, so there is no need to stick to the shaft end. For example, an encoder may be mounted along the sheave 52 and a signal may be obtained in accordance with the rotation of the sheave 52, or may be mounted on the car 11 or the counterweight 12 to obtain a signal in accordance with its movement. That is, even if the encoder signal is not proportional to the absolute value of the rotation angle of the motor, it is only necessary to know the relative movement, so that the degree of freedom of installation of the encoder 54 is increased.
[0019]
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the configuration of the control device 21 shown in FIG.
[0020]
In the figure, 22 is an AC power source, 211 is an inverter that converts the power from the AC power source 22 by PMW control according to a control signal from the current control calculation unit 214 and outputs a variable voltage and a variable frequency to the permanent magnet synchronous motor 51. , 212 is a speed command, 213 is a speed control calculation unit that outputs a torque command signal in accordance with the deviation between the speed command signal based on the speed command 212 and the rotational speed signal from the encoder 54, and 214, as described in detail later. Based on the speed command signal from the speed control calculation unit 213, the rotation speed signal from the encoder 54, the armature current signal detected by the current detector 217, and the magnetic pole position signal detected by the magnetic pole position estimation unit 215. Thus, a current control calculation unit 215 that outputs a predetermined control signal to the inverter 211 is a power control unit, as will be described in detail later. The magnetic pole position is calculated based on the armature current signal detected by the detector 217 and the terminal voltage signal of the permanent magnet type synchronous motor 51 detected by the voltage detector 216, and the magnetic pole position detected by the encoder 54 is corrected. It is a magnetic pole position estimation part. As described above, estimation of the magnetic pole position is indispensable for speed control.
[0021]
The vector control of the speed of the permanent magnet type synchronous motor based on the above magnetic pole position signal is, for example, “Michio Nakano et al .: Servo Technology and Power Electronics (issued September 1994), pages 136- 137 ”and“ Nakano Takayoshi: Vector control of AC motor (published in Nikkan Kogyo Shimbun, March 1996) pages 58-59 ”, detailed description of the operation is omitted. To do.
[0022]
Next, the principle of estimating the magnetic pole position will be described.
[0023]
Assuming that the terminal voltage (phase voltage) of the permanent magnet type synchronous motor 51 is e t , the induced voltage (phase voltage) in the permanent magnet type synchronous motor 51 is e 0 , the synchronous inductance is L, and the armature current is i, the following equation There is a relationship.
[0024]
e 0 = e t -L (di / dt) ( number 1)
In this equation, the armature resistance is relatively small at a certain speed and is ignored because it is relatively small. However, it may be taken into account in order to increase accuracy.
[0025]
The magnetic flux Φ of the motor can be obtained from Equation 1 as follows:
[0026]
Φ = ∫e 0 dt = ∫e t dt-Li ( Number 2)
As understood from Equation 2, by knowing the terminal voltage et , the synchronous inductance L, and the armature current i, the magnetic pole position of the magnetic flux Φ of the motor can be obtained by calculation.
[0027]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the magnetic pole position estimation unit 215 shown in FIG.
[0028]
In the figure, 2151 is an integrator for integrating the terminal voltage e t of the voltage detector permanent magnet detected by 216 the synchronous motor 51, 2152 synchronous inductance L to the armature current i detected by the current detector 217 A gain setting unit for multiplication, 2153 is an adder for calculating the magnetic flux Φ in accordance with Equation 2, 2154 is a comparator for detecting the zero point of the magnetic pole phase where the calculated magnetic flux Φ crosses zero, and 2155 is the permanent magnet type synchronous motor 51. A speed determination unit 2156 that determines whether the rotation speed is suitable for estimation of the magnetic pole position, and a switch 2157 that is closed by a command from the speed determination unit 2155 when the rotation speed suitable for estimation of the magnetic pole position is reached. The pulse signal according to the rotation angle from the encoder 54 is integrated to output a magnetic pole position signal, and the zero cross from the comparator 2154 No. every time is output, an integrator for correcting the magnetic pole position signal to modify the integral value.
[0029]
As described above, by providing the speed determination unit 2155 and the switch 2156, the correction operation in the low speed region where the induced voltage e 0 is not sufficient is stopped to improve the accuracy.
[0030]
The correction of the magnetic pole position described above is not the zero point, and the magnetic flux signal at that time may be used.
[0031]
Moreover, although the magnetic pole position estimation part 215 was comprised and comprised with the hardware circuit, of course, you may carry out by software, such as a microcomputer. Furthermore, although the detection of the terminal voltage e t as performed by detecting the terminal voltage of the main circuit, can also be obtained from a signal for controlling the inverter 211. That is, the control signal from the current control calculation unit 214 to the inverter 211 is a voltage command signal as will be described later, since the signal is proportional to the terminal voltage e t, it may be used a control signal to the inverter 211.
[0032]
Next, magnetic pole position estimation immediately after power-on will be described using the flowchart shown in FIG.
[0033]
In step 1, the power source 22 is turned on to establish a control power source and a main circuit power source. Next, in step 2, an initial position estimation mode is established in which it is known that the magnetic pole position is estimated immediately after the power is turned on. At this time, the armature current i of the permanent magnet type synchronous motor 51 is kept at zero. Therefore, the gate circuit of the inverter 211 is stopped or the current command from the current control calculation unit 214 is set to zero. Next, in Step 3, the brake of the brake drum 53 by the brake device 31 is released by a command not shown. By releasing the brake, the car 11 naturally moves up and down by its gravity. Immediately after the power is turned on, there are often no people or luggage on the car 11, and at that time, the weight of the counterweight 12 is heavier than the weight of the car 11, so the car 11 rises due to this weight difference. Conversely, the car 11 is lowered when the rated load is applied. If the weights of the car 11 and the counterweight 12 are balanced, an additional weight may be placed on the car 11. In any case, the vehicle is raised and lowered naturally by the weight difference between the car 11 and the counterweight 12. Next, in step 4, it is determined whether the permanent magnet type synchronous motor 51 has reached a predetermined speed. Here, the speed is determined in order to avoid measurement errors. Normally, for example, if the acceleration is accelerated to 5% or more of the rated rotational speed, the induced voltage e 0 of the permanent magnet synchronous motor can be sufficiently obtained. When the permanent magnet type synchronous motor 51 reaches a predetermined speed, the induced voltage e 0 of the permanent magnet type synchronous motor 51 at that time is measured in accordance with Equation 1 in step 5. Here, the induced voltage e 0 is equal to the terminal voltage e t. Since磁誘electromotive voltage e 0 is changed to correspond to the magnetic pole position, it is possible to detect the magnetic pole phase from the induced voltage e 0. For example, a zero cross point of a sinusoidal induced voltage waveform may be measured to detect the magnetic pole phase (see FIG. 3). Or you may measure a phase from the mutual magnitude | size of three voltages using the thing of 3 phase alternating current. In step 6, since the induced voltage phase corresponds to the magnetic pole phase of the permanent magnet synchronous motor 51, the magnetic pole position is calculated from the voltage phase. If the magnetic pole position can be estimated here, the value of the magnetic pole position is immediately stored as an initial value. Thereafter, in step 7, the stored magnetic pole position is used as an initial value, and the pulse signal from the encoder 54 is integrated (added or subtracted) depending on the rotation direction, and the magnetic pole position at that time is continuously estimated. Since this calculation corresponds to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor 51, it is equivalent to the magnetic pole position. Next, in step 8, the initial position estimation mode is turned off and set to a normal operation mode in which a current command is given by a speed command, the magnetic pole position estimation in step 7 is continued, and the operation control of the control device 21 is performed.
[0034]
It should be noted that the setting of the initial position estimation mode in step 2 can be performed automatically after recognizing that it is immediately after the power is turned on to estimate the magnetic pole position. In addition, the initial position estimation mode may be set manually by a maintenance staff or the like. For example, in order to recognize that it is the initial position estimation mode, the initial position estimation is executed only while the button is pressed, and the brake device 31 operates immediately after the button is released, and the car 11 is stopped. Good. In addition, after the calculation in step 7, the operation may be continued according to the command at that time, or after being temporarily stopped, the operation may be performed again according to the command.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, the magnetic pole position of the permanent magnet type synchronous motor 51 immediately after the power is turned on can be estimated without the magnetic pole position detector, and the integral value of the pulse signal from the encoder 54 and the permanent value can be estimated. Since the rotation angle of the magnetic synchronous motor 51, that is, the magnetic pole position corresponds to 1: 1, the magnetic pole position can be obtained by integrating the pulse from the encoder 54. As a result, the magnetic pole position can be calculated regardless of the speed from the extremely low speed to the rated speed.
[0036]
Further, when the elevator apparatus is stopped, a value obtained by integrating pulses so far may be stored. At the next start-up, the stored value can be made to correspond to the magnetic pole phase and the operation can be started. Therefore, the estimation of the magnetic pole position immediately after power-on may be performed only when the integrated value is no longer maintained. For this reason, for example, when the operation of the elevator is suspended, only the main circuit power supply may be shut off and a circuit that performs integration may be utilized. Furthermore, when the operation is stopped for a long period of time, only the integrated value is stored in the nonvolatile memory, and this value may be used in the next operation.
[0037]
Next, correction of the magnetic pole position during operation after estimation of the initial position of the magnetic pole position will be described with reference to FIG.
[0038]
As described in the flowchart shown in FIG. 4, even if the initial position of the magnetic pole position is estimated in step 7, when the integration calculation of the pulse signal from the encoder 54 after estimation of the magnetic pole position is performed, the pulse from the encoder 54 If noise or the like is mixed in the signal and it is misintegrated, an error may occur in the magnetic pole phase calculation.
[0039]
Therefore, in this embodiment, during operation of the elevator apparatus, the integrator 2157 of FIG. 3 uses the magnetic pole position obtained from the integrated value of the pulse signal from the encoder 54 as the zero point of the magnetic pole phase of the magnetic flux Φ obtained from the comparator 2154. Is always corrected, and operation control is performed based on the corrected magnetic pole position.
[0040]
Next, the configuration and operation of the current control calculation unit 214 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
[0041]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the current control calculation unit 214. This basic configuration is well-known, for example, IEEJ Transaction D, Vol. 117, No. 5 (May 1997), page 539. This is described in FIG.
[0042]
In the figure, reference numeral 2141 denotes a three-phase armature current iu, iv, iw detected by the current detector 217 based on the magnetic pole position estimated by the magnetic pole position estimation unit 215, and the magnetic flux direction axis component Id of the armature current. Id / Iq calculation unit 2142 that calculates a quadrature component Iq between the magnetic flux direction axis component Id and an adder that calculates a deviation between the current command component Iq * output from the speed control calculation unit 213 and the orthogonal component Iq, 2143 is an adder for calculating a deviation between the current command component Id * and the magnetic flux direction axis component Id, 2144 is a deviation amplifier (ACR-q), 2145 is a deviation amplifier (ACR-d), and 2146 is a current command component Iq * . A multiplier 2147 for the motor rotational speed (electrical rotational angular frequency) ω obtained from the encoder 54, 2147 is the motor rotational speed obtained from the current command component Id * and the encoder 54. Multipliers of degrees (electric rotation angular frequency) ω, 2148 and 2149 are gain setters for setting a gain corresponding to the synchronous inductance L, 2150 is a gain setter for setting a gain corresponding to the magnetic flux Φ, and 2151 The adder 2152 adds the current deviation Iq * −Iq and the output from the gain setting devices 2149 and 2150 for compensating the current deviation Iq * −Iq, and outputs the voltage command signal Eq * to the inverter 211. The current deviation Id * −Id and the output from the gain setting device 2148 for compensating the current deviation Id * −Id are added, and the voltage command signal Ed * is output to the inverter 211.
[0043]
As described above, this current control calculation is characterized in that the armature current is controlled by being divided into d and q axis components.
[0044]
The current command component Id * is normally zero, but Id * may be given so as to obtain a required power factor in order to perform power factor control of the motor.
[0045]
In the above-described mode in which the current at the time of detecting the magnetic pole position immediately after the power is turned on is zero, if the current commands Id * and Iq * are set to zero, the current can be prevented from flowing through the motor.
[0046]
Further, when the PWM control of the inverter 211 is executed, if a sine wave instantaneous voltage command signal is required, the calculation unit 2141 may perform the reverse calculation. Since this calculation is well known, it will be omitted.
[0047]
Although the above-described current control calculation unit 214 has been described as a hardware circuit, it goes without saying that the current control calculation unit 214 may be performed in software using a microcomputer or the like.
[0048]
Furthermore, the present invention can be applied not only to an elevator, but also to other devices in which a motor naturally moves due to a reaction force from a load when a brake is released, for example, a machine such as a hoist.
[0049]
As described above, according to the present invention, since the magnetic pole position can be estimated without using the magnetic pole position detector, the elevator apparatus can be operated smoothly.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the magnetic pole position detector is not used for detecting the magnetic pole position necessary for the control of the permanent magnet type synchronous motor, the degree of freedom in designing the motor and the machine is increased. Since no position detector is used, maintenance is easy and costs can be reduced. Further, the magnetic pole position can be easily detected at the time of start-up, and the function of correcting the magnetic pole position is provided during operation, so that the magnetic pole position can be detected with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an elevator apparatus to which a controller for a permanent magnet type synchronous motor according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of a configuration of a control device 21 shown in FIG.
3 is a block diagram showing a configuration of a magnetic pole position estimation unit 215 shown in FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure for magnetic pole position estimation immediately after power-on.
5 is a block diagram showing a configuration of a current control calculation unit 214 shown in FIG.
[Explanation of symbols]
21 control device 211 inverter 212 speed command 213 speed control calculation unit 214 current control calculation unit 2141 Id / Iq calculation unit 215 magnetic pole position estimation unit 2151 integrator 2152 level setter 2153 adder 2154 comparator 2155 speed determination unit 2157 integrator 22 Power supply 31 Brake device 51 Permanent magnet type synchronous motor 53 Brake drum 54 Encoder

Claims (3)

電力変換装置から出力される可変電圧および可変周波数によって制御される永久磁石式同期モータ、および該永久磁石式同期モータによって駆動される機械装置における永久磁石式同期モータの制御装置において、
前記機械装置の運転時、前記永久磁石式同期モータの回転角度に従ったパルス信号を積分して得た磁極位置に基づいて、前記電力変換装置を制御し、
前記積分して得た磁極位置は、前記永久磁石式同期モータの回転時に誘起される電圧または電圧指令信号を演算して得られる磁極位相により修正されるとともに
前記電力変換装置から前記可変電圧および前記可変周波数を出力しない状態において、前記機械装置の停止を保持するブレーキ装置を解除し、該解除に伴う前記永久磁石式同期モータの回転時に誘起される電圧に基づいて前記磁極位置の初期値を検出することを特徴とする永久磁石式同期モータの制御装置。
In a permanent magnet synchronous motor controlled by a variable voltage and a variable frequency output from a power converter, and a control device for a permanent magnet synchronous motor in a mechanical device driven by the permanent magnet synchronous motor,
During operation of the mechanical device, based on the magnetic pole position obtained by integrating the pulse signal according to the rotation angle of the permanent magnet type synchronous motor, the power converter is controlled,
Magnetic pole position obtained by the integration, with is modified by the magnetic pole phase obtained by calculating the voltage or the voltage command signal is induced during rotation of the permanent magnet type synchronous motor,
In a state where the variable voltage and the variable frequency are not output from the power conversion device, the brake device that holds the stop of the mechanical device is released, and the voltage induced when the permanent magnet synchronous motor rotates due to the release is released. An initial value of the magnetic pole position is detected based on the permanent magnet type synchronous motor control device.
請求項において、前記磁極位置の前記初期値の検出は、前記検出された誘起電圧を演算して磁束を求め、該磁束の零クロス位置から求めることを特徴とする永久磁石式同期モータの制御装置。2. The control of a permanent magnet synchronous motor according to claim 1 , wherein the initial value of the magnetic pole position is detected by calculating the detected induced voltage to obtain a magnetic flux and obtaining the magnetic flux position from a zero cross position of the magnetic flux. apparatus. 請求項ないし請求項のいずれか1つの請求項において、前記磁極位置の前記初期値の検出は、前記回転時の速度が所定速度に達した時に行なうことを特徴とする永久磁石式同期モータの制御装置。In any one of claims 1 to claim 2, wherein the detection of the initial value of the magnetic pole position, the permanent magnet type speed during the rotation and carrying out upon reaching a predetermined speed synchronous motor Control device.
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