JP7480562B2 - Motor control device and method for controlling sensorless synchronous motor - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置及びセンサレス同期モータの制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a method for controlling a sensorless synchronous motor.
従来、センサレスでモータを起動するようにした装置では、速度推定処理部により位相調整を行った後、起動運転から定常運転へ移行している。例えば、モータ起動時に位相調整区間を設け、ロータの位置を推定しない同期運転からロータの位置を推定するベクトル制御に確実に移行するようにした方法(例えば、特許文献1参照。)が提案されている。また、モータの起動時に外力によってロータが逆転方向に回転している場合にロータを逆転方向に起動し、ロータを引き込んでから、正転方向に回転させる方法(例えば、特許文献2参照。)等も提案されている。 Conventionally, in devices that start a motor without a sensor, the speed estimation processing unit adjusts the phase before transitioning from startup operation to steady operation. For example, a method has been proposed in which a phase adjustment section is provided when the motor is started, ensuring a transition from synchronous operation, in which the rotor position is not estimated, to vector control, in which the rotor position is estimated (see, for example, Patent Document 1). Another method has been proposed in which, if the rotor is rotating in the reverse direction due to an external force when the motor is started, the rotor is started in the reverse direction, the rotor is pulled in, and then rotated in the forward direction (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記従来のモータの制御装置にあっては、センサレスであるため、回転磁界とロータとが同期したかどうか、つまり、モータの起動が成功したか否かを検出することができない。そのため、センサレスであっても、起動時に、モータの脱調検出を行うことの可能な方法が望まれていた。
本発明は、従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、起動時にモータの脱調検出を行うことの可能なモータ制御装置及びセンサレス同期モータの制御方法を提供することを目的としている。
However, in the above conventional motor control device, since it is sensorless, it is not possible to detect whether the rotating magnetic field and the rotor are synchronized, i.e., whether the motor has been successfully started. Therefore, a method capable of detecting loss of synchronism of the motor at start-up, even in a sensorless system, is desired.
The present invention has been made in response to the unresolved problems in the prior art, and aims to provide a motor control device and a control method for a sensorless synchronous motor that are capable of detecting loss of synchronism of a motor at startup.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータ制御装置は、起動時に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにした、センサレスの同期モータを制御するモータ制御装置であって、入力される電圧指令に応じて前記同期モータを駆動する駆動部と、起動時に所定の電圧指令を出力する同期電圧設定部と、前記同期モータに流れる電流に基づいて前記同期モータの脱調を判定する脱調判定部と、を備え、前記同期電圧設定部は、前記位相調整において、固定座標系における前記電流をγ-δ回転座標系における電流ベクトル(Iγ、Iδ)へ変換し、前記変換された電流ベクトルのγ成分Iγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωe‘を算出する演算部を備え、前記推定角速度に比例する電圧を前記γ-δ回転座標系における電圧ベクトル(Vγ、Vδ)のγ成分Vγの前記電圧指令として出力し、前記脱調判定部は、当該γ成分Vγの前記電圧指令に応じて前記同期モータが駆動されたときの当該同期モータに流れる電流が、設定されたしきい値以上であるとき脱調状態であると判定することを特徴とすることを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係るセンサレス同期モータの制御方法は、センサレスの同期モータを起動する際に、ロータの位置を推定しない同期運転を行い、位相調整を行った後、ロータの位置を推定する通常運転に移行するようにしたセンサレス同期モータの制御方法であって、前記モータに流れる、固定座標系における電流をγ-δ回転座標系における電流ベクトル(Iγ、Iδ)に変換し、当該電流ベクトルのγ成分Iγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωe‘を算出し、算出した推定角速度に基づいて前記同期モータを駆動して前記位相調整を行い、当該位相調整後の前記同期モータのモータ電流を検出し、当該モータ電流が、前記同期モータが起動に失敗したときの前記位相調整後の前記モータ電流に応じて設定されたしきい値以上であるとき、脱調していると判定することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a motor control device according to one aspect of the present invention is a motor control device that controls a sensorless synchronous motor, which performs synchronous operation without estimating a rotor position at start-up, and transitions to normal operation in which the rotor position is estimated after performing phase adjustment, and includes a drive unit that drives the synchronous motor in response to an input voltage command, a synchronous voltage setting unit that outputs a predetermined voltage command at start-up, and a step -out determination unit that determines step-out of the synchronous motor based on a current flowing through the synchronous motor, and the synchronous voltage setting unit determines step-out of the synchronous motor based on a current flowing through the synchronous motor during the phase adjustment, The present invention is characterized in that it comprises a calculation unit that converts the current into a current vector (Iγ, Iδ) in a γ-δ rotating coordinate system, and calculates an estimated angular velocity ωe' of a rotating magnetic field that sets the gamma component Iγ of the converted current vector to zero, and outputs a voltage proportional to the estimated angular velocity as the voltage command for the gamma component Vγ of the voltage vector (Vγ, Vδ) in the γ-δ rotating coordinate system, and the out-of-step determination unit determines that the synchronous motor is in an out-of-step state when the current flowing through the synchronous motor when the synchronous motor is driven in accordance with the voltage command for the gamma component Vγ is equal to or greater than a set threshold value .
In addition, a control method for a sensorless synchronous motor according to another aspect of the present invention is a control method for a sensorless synchronous motor in which, when starting a sensorless synchronous motor, synchronous operation is performed without estimating the rotor position , and after phase adjustment, the control method transitions to normal operation in which the rotor position is estimated , the control method comprising the steps of: converting a current in a fixed coordinate system flowing through the motor into a current vector (Iγ, Iδ) in a γ-δ rotating coordinate system; calculating an estimated angular velocity ωe' of a rotating magnetic field that makes the γ component Iγ of the current vector zero; driving the synchronous motor based on the calculated estimated angular velocity to perform the phase adjustment; detecting a motor current of the synchronous motor after the phase adjustment; and determining that the synchronous motor has lost synchronization when the motor current is equal to or greater than a threshold value set in accordance with the motor current after the phase adjustment when the synchronous motor has failed to start.
本発明の一態様によれば、センサレス同期モータの起動時の脱調を検出することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to detect loss of synchronism during start-up of a sensorless synchronous motor.
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。 In the following detailed description, certain specific configurations are described to provide a complete understanding of the embodiments of the present invention. However, it is clear that other embodiments can be implemented without being limited to such specific configurations. In addition, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, but include all combinations of the characteristic configurations described in the embodiments.
<モータ制御装置の構成>
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ここでは、本発明に係るモータ制御装置を、ファンモータM用の、センサレス同期モータ制御装置に適用した場合について説明する。ファンモータMは、空気調和機の室外機ファンを駆動するモータであって、複数相、例えば3相のセンサレス同期モータからなる。
<Configuration of the motor control device>
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same parts are given the same reference numerals. Here, a case will be described in which a motor control device according to the present invention is applied to a sensorless synchronous motor control device for a fan motor M. The fan motor M is a motor that drives an outdoor unit fan of an air conditioner, and is composed of a multi-phase, for example a three-phase, sensorless synchronous motor.
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサレス同期モータ制御装置(以下、単にモータ制御装置ともいう。)1の一例を示す構成図である。
モータ制御装置1は、特許文献1に記載の制御装置において、さらに脱調判定部と回転検出部とを備えたものである。
図1に示すように、モータ制御装置1は、駆動部10と、検出部20と、演算部30と、電圧出力部40と、積分部50と、第1の変換部60と、脱調判定部70と、制御部(CPU)80と、回転検出部81とを備える。演算部30と、電圧出力部40と、積分部50、及び第1の変換部60が同期電圧設定部に対応している。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a sensorless synchronous motor control device (hereinafter, also simply referred to as a motor control device) 1 according to an embodiment of the present invention.
The
1, the
駆動部10は、例えば、3相の交流信号U、V、WをファンモータMへ供給することにより、ファンモータMを駆動する。駆動部10の内部構成は、後述する。
検出部20は、少なくとも2組の電流の振幅を検出する。具体的には、検出部20は、ファンモータMのU相及びW相のステータコイルに流れるモータ電流を検出するU相W相電流検出回路(以下、単に電流検出回路ともいう。)21を含む。電流検出回路21は、U相のモータ電流(以下、単にU相電流ともいう。)Iuの振幅及びW相のモータ電流(以下、単にW相電流ともいう。)Iwの振幅を検出する。電流検出回路21で検出された、U相電流Iuの振幅及びW相電流Iwの振幅は、A/D変換器21aに入力され、U相電流Iuの振幅及びW相電流Iwの振幅はAD変換されてコンピュータで制御可能な信号として演算部30へ供給される。
The
The
演算部30は、駆動部10によりファンモータMを駆動する際の固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(Iu、Iw)を回転座標系(γ-δ座標系)における電流ベクトル(Iγ、Iδ)へ変換する。回転座標系(γ-δ座標系)は、互いに交差するδ軸とγ軸とを有する。演算部30は、変換された回転座標系における電流ベクトルのγ成分Iγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωe′を算出する。具体的には、演算部30は、第2の変換部(3相-2相変換器(UVW/γ-δ))31、及び速度推定処理部32を含む。
The
第2の変換部31は、U相電流Iuの振幅の検出値及びW相電流Iwの振幅の検出値を電流検出回路21から受ける。第2の変換部31は、例えば、次式(1)及び次式(2)により、固定座標系(UVW座標系)における電流ベクトル(Iu、Iw)を回転座標系(γ-δ座標系)における電流ベクトル(Iγ、Iδ)へ変換する。なお、ドライバ12がシャント抵抗を備える場合には、電流検出回路21の代わりにシャント抵抗から電流を検出するようにしてもよい。
Iγ
=(√2){Iu×cos(θe′+π/6)-Iw×sin(θe′)}
……(1)
Iδ
=-(√2){Iu×sin(θe′+π/6)+Iw×cos(θe′)}
……(2)
The
Iγ
= (√2) {Iu × cos(θe' + π/6) - Iw × sin(θe')}
… (1)
Iδ
= -(√2) {Iu × sin(θe' + π/6) + Iw × cos(θe')}
… (2)
第2の変換部31は、変換した回転座標系(γ-δ座標系)における電流ベクトルのγ成分、すなわちγ軸電流Iγを速度推定処理部32へ出力し、電流ベクトルのδ成分、すなわちδ軸電流Iδを電圧出力部40へ出力する。
速度推定処理部32は、γ軸電流Iγを第2の変換部31から受ける。速度推定処理部32は、受けたγ軸電流Iγに応じて、γ軸電流Iγをゼロにするような回転磁界の角速度ωeの推定値である推定角速度ωe′を算出する。速度推定処理部32は、算出された推定角速度ωe′を積分部50及び電圧出力部40へ供給する。
The
The speed
図2は、速度推定処理部32で実行される位相調整処理の伝達関数を表すブロック線図である。速度推定処理部32は、γ軸電流Iγに対して、乗算器32a及び乗算器32bでそれぞれ係数Ki、Kp、を乗算し、乗算器32aの出力を積分器32cで積分し、積分器32cの出力と乗算器32bの出力とを加算器32dで加算することで、推定角速度ωe′を算出する。
また、このとき、推定角速度ωe′を収束させるために、推定角速度ωe′を用いてVd(=Vγ)を計算する。γ軸電圧Vγの適切な値は、次式(3)で与えられる。
Vγ=-ωe′・Lq・Iδ ……(3)
なお、(3)式において、Lqは、q軸インダクタンス値である。Iδは代用値である。つまり、推定角速度ωe′が収束するときは、d軸とγ軸との位相差もゼロに収束するものとして、d-q値の代わりにγ-δ値を代用する。
2 is a block diagram showing a transfer function of the phase adjustment process executed by the
At this time, in order to converge the estimated angular velocity ωe′, Vd (=Vγ) is calculated using the estimated angular velocity ωe′. An appropriate value of the γ-axis voltage Vγ is given by the following equation (3).
Vγ=−ωe′·Lq·Iδ … (3)
In equation (3), Lq is the q-axis inductance value, and Iδ is a substitute value. In other words, when the estimated angular velocity ωe′ converges, the phase difference between the d-axis and the γ-axis also converges to zero, and the γ-δ value is substituted for the d-q value.
速度推定処理部32では、制御軸γ-δ軸上の電流IγをPI制御することで、電流Iγが0〔A〕となるように回転数を調整し、γ-δ座標軸をd-q座標軸に近づける。具体的には、δ軸電圧Vδを一定値とし、γ軸電流Iγを速度推定処理部32の入力として推定角速度ωe′を求め、積分器51により推定角速度ωe′を積分して推定回転角度θe′を求め、後述の推定電圧出力部42で(3)式によりγ軸電圧Vγを与えることにより、ファンモータMはδ軸電圧Vδと負荷とによって釣り合った回転数で、最適な同期運転として適切な運転状態に収束する。
In the speed
電圧出力部40は、回転座標系(γ-δ座標系)上で電圧ベクトルのγ成分Vγを、演算部30により算出された推定角速度ωe′に基づいて推定する。それとともに、電圧出力部40は、回転座標系(γ-δ座標系)上で電圧ベクトルのδ成分Vδを予め定められた値にする。
具体的には、電圧出力部40は、モータ印加電圧Vが入力され、固定電圧出力部41及び推定電圧出力部42を有する。
固定電圧出力部41は、Vδを予め定められた値(例えば、固定値)にし、その値をδ軸電圧指令Vδ*として第1の変換部60へ出力する。
The
Specifically, the
The fixed
例えば、電圧出力部40は、ファンモータMを起動する際に、起動電圧で、Vγ*=0、Vδ*=予め定められた値(例えば、固定値)で駆動を開始する。固定電圧出力部41に予め設定される起動電圧Vδ*は、負荷の変動分を考慮して高めの過電圧状態とするような値に予め定められている。モータ制御装置1では、このトルクを発生する電圧Vδ*と負荷とが適切にバランスするように回転磁界の角速度を調整する。
For example, when starting the fan motor M, the
推定電圧出力部42は、推定角速度ωe′を速度推定処理部32から受け、δ軸電流Iδを演算部30の第2の変換部31から受ける。推定電圧出力部42は、推定角速度ωe′とδ軸電流Iδとを用いて、電圧ベクトルのγ成分Vγを推定し、推定された値をγ軸電圧指令Vγ*として第1の変換部60へ出力する。
積分部50は、推定角速度ωe′を積分して推定回転角度θe′を求める。
具体的には、積分部50は、積分器51を有する。積分器51は、回転磁界の推定角速度ωe′を積分することにより、回転磁界と共に回転する回転座標系の位相角θeの推定値である推定回転角度θe′を算出する。積分器51は、算出された推定回転角度θe′を第1の変換部60及び演算部30へそれぞれ出力する。
The estimated
An
Specifically, the integrating
第1の変換部60は、積分部50により求められた推定回転角度θe′を用いて、電圧出力部40により推定された回転座標系(γ-δ座標系)上の電圧ベクトルを固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトルに変換する。
具体的には、第1の変換部60は、2相-3相変換器(γ-δ/UVW)61を有する。2相-3相変換器61は、γ軸電圧指令Vγ*及びδ軸電圧指令Vδ*、すなわち回転座標系(γ-δ座標系)における電圧ベクトル(Vγ、Vδ)を電圧出力部40から受ける。2相-3相変換器61は、推定回転角度θe′を積分部50から受ける。2相-3相変換器61は、例えば、次式(4)~次式(6)により、回転座標系(γ-δ座標系)における電圧ベクトル(Vγ、Vδ)を固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトル(Vu、Vv、Vw)へ変換する。
The
Specifically, the
Vu
=(√(2/3)){Vγ×cos(θe′)-Vδ×sin(θe′)}
……(4)
Vv
=(√(1/2)×Vγ+√(1/6)×Vδ)×sin(θe′)
+(√(1/2)×Vδ-√(1/6)×Vγ)×cos(θe′)
……(5)
Vw
=(√(1/6)×Vδ-√(1/2)×Vγ)×sin(θe′)
-(√(1/6)×Vγ+√(1/2)×vδ)×cos(θe′) ……(6)
Vu
= (√(2/3)) {Vγ × cos(θe′) − Vδ × sin(θe′)}
… (4)
Vv
= (√(1/2) × Vγ + √(1/6) × Vδ) × sin(θe′)
+ (√(1/2) × Vδ-√(1/6) × Vγ) × cos(θe′)
… (5)
Vw
= (√(1/6) × Vδ - √(1/2) × Vγ) × sin(θe′)
−(√(1/6)×Vγ+√(1/2)×vδ)×cos(θe′) …(6)
2相-3相変換器61は、変換した回転座標系(γ-δ座標系)における固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトル(Vu、Vv、Vw)を駆動部10へ出力する。なお、式(4)~(6)は、3相復調の式であるが、2相-3相変換器61は、2相変調を行って、電圧利用率を上げても良い。
駆動部10は、第1の変換部60により変換された電圧ベクトルに対応した電圧でファンモータMが動作するように、ファンモータMを駆動する。
The two-phase-to-three-
The
具体的には、駆動部10は、PWM変換器11及びドライバ12を有する。PWM変換器11は、固定座標系(UVW座標系)における電圧ベクトル(Vu、Vv、Vw)、すなわちU相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、W相電圧指令Vw*を第1の変換部60から受ける。PWM変換器11は、U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、W相電圧指令Vw*をPWM信号に変換してドライバ12へ供給する。これにより、PWM変換器11は、ドライバ12を介してファンモータMを駆動する。
Specifically, the
ドライバ12は、PWM信号をPWM変換器11から受ける。ドライバ12は、例えば図示しない複数のスイッチング素子を有し、PWM信号に従って複数のスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることで電力変換動作を行い、生成された3相の交流信号U、V、WをファンモータMへ供給することにより、ファンモータMを駆動する。
The
脱調判定部70は、図1に示すように、平滑処理部71と、コンパレータ72とを備える。平滑処理部71は、整流部71aとローパスフィルタ部(LPF)71bと、を備える。整流部71aは、電流検出回路21の例えばU相電流Iuの振幅を表す信号を入力し、全波整流又は半波整流した後、ローパスフィルタ部71bに出力する。ローパスフィルタ部71bは、整流部71aから整流した信号を受けて、ローパスフィルタ処理を行い、電流振幅又は実効値を取り出し、これをコンパレータ72に出力する。コンパレータ72は、平滑処理部71の出力である振幅信号を正入力端子で受け、コンパレータ72の負入力端子には、しきい値電圧Vthが入力される。しきい値電圧(以下、単に、しきい値ともいう。)の設定方法については後述する。
As shown in FIG. 1, the out-of-
コンパレータ72は、振幅信号としきい値電圧Vthとを比較し、比較結果を制御部(CPU)80に出力する。
制御部80は、コンパレータ72の出力信号を受けて、振幅信号がしきい値電圧Vthよりも低いとき、つまり、コンパレータ72の出力がLOWレベルであるときには、正常起動と判断する。振幅信号がしきい値電圧Vth以上であるとき、つまりコンパレータ72の出力がHIGHレベルであるときには、脱調状態であると判断する。
The
The
制御部80は、同期運転が成功したと判定されるときには、ファンモータMの運転モードを、起動運転モードから定常運転モードでの運転に切り替える。同期運転が失敗したと判定されたときには、複数回再起動を試み、所定回数再起動を試みた場合でも毎回同期運転が成功したと判定されないときには、ファンモータMが故障と判定し、アラームを発生させる等により故障通知を行う。
When the
回転検出部81は、ファンモータMの起動前に、ファンモータMの空転時の回転方向(以下では、「空転方向」と呼ぶことがある)と、ファンモータMの空転時の回転数(以下では「空転回転数」と呼ぶことがある)とを検出し、検出した空転方向及び空転回転数を制御部80へ出力する。例えば、回転検出部81は、ファンモータMのU相、V相、W相の各相の誘起電圧を用いて、空転方向及び空転回転数を検出する。例えば、回転検出部81は、U相の誘起電圧の立ち上がりエッジの次に検出される立ち上がりエッジがV相の誘起電圧の立ち上がりエッジである場合には、空転方向が正転方向であると判定し、U相の誘起電圧の立ち上がりエッジの次に検出される立ち上がりエッジがW相の誘起電圧の立ち上がりエッジである場合には、空転方向が逆転方向であると判定する。また、空転回転数が大きくなるほどファンモータMの誘起電圧の周期が小さくなるため、回転検出部52は、例えば、U相の誘起電圧の周期に基づいて空転回転数を検出する。
Before starting the fan motor M, the
そして、制御部80では、空転回転数が、正転方向の所定の回転数R1(以下では「正転R1」と呼ぶことがある)から逆転方向の所定の回転数R2(以下では「逆転R2」と呼ぶことがある)までの範囲にあるか否かを判定する。例えば、ファンモータMの巻き線抵抗値が60Ωである場合、正転方向をプラス、逆転方向をマイナスとして、正転R1=400rpm、逆転R2=-200rpmに予め設定される。空転回転数が正転R1から逆転R2までの範囲にある場合は正転同期運転を行い、空転回転数が正転R1から逆転R2までの範囲にない場合は逆転しているかを判定し、逆転しているときには逆転同期運転を行う。
Then, the
以上の構成により、空転方向が正転方向である場合には、ロータの位置決めをするための位置決め通電処理を行った後、電流をリセットし、その後、γ軸電流Iγをゼロにするような回転磁界の角速度ωe′を推定し、同期運転処理を行う。これに伴い、ファンモータMが回転すると、回転に伴い、電流検出回路21で検出されたU相電流Iuの振幅からなる信号が脱調判定部70に入力され、平滑処理後の振幅信号がしきい値電圧Vthと比較される。制御部80では、振幅信号としきい値電圧Vthとの比較結果を受けて、同期運転が成功したと判定されるときにはファンモータMの運転モードを起動運転モードから定常運転モードでの運転に切り替える。一方、同期運転が失敗したと判定された場合、所定回数再起動を試みる。そして所定回数再起動を試みても、毎回同期運転が成功しないときには、故障通知を行う。これにより、ユーザはファンモータMが故障したことを認識することができる。
一方、空転方向が逆転方向である場合には、逆転同期運転を行った後、正転同期運転に移行する。
With the above configuration, when the idling direction is the forward direction, a positioning current application process is performed to position the rotor, and then the current is reset. Then, the angular velocity ωe' of the rotating magnetic field that makes the γ-axis current Iγ zero is estimated, and a synchronous operation process is performed. As the fan motor M rotates, a signal consisting of the amplitude of the U-phase current Iu detected by the
On the other hand, when the idling direction is the reverse direction, the reverse synchronous operation is performed, and then the operation is shifted to the forward synchronous operation.
<コンパレータ72のしきい値電圧Vthの設定方法>
次に、コンパレータ72のしきい値電圧Vthの電圧値の設定方法を説明する。
速度推定処理部32では、制御軸γ-δ軸上の電流IγをPI制御することで、電流Iγを0〔A〕になるように回転数を調整し、γ-δ座標軸の位相をd-q座標軸の位相に近付ける。このとき、γ-δ座標軸の位相をd-q座標軸の位相に近付けることができれば、図3中の位相調整区間T3に示すように、U相電流Iuは、負荷に対して必要最低限の電流を流す方向に進み、電流の振幅は徐々に小さくなる。しかし、回転磁界とロータとが同期できずに脱調状態となった場合には、図4中の位相調整区間T3に示すように、電流の振幅は小さくならず、最終的にはファンモータMも回らない。その結果、誘起電圧が発生しないため、U相電流Iuは、Iu=(印加電圧)/(ファンモータMの巻線抵抗の大きさ)となる。したがって、この位相調整後の電流の大きさを検出することで、電流が小さいときには正常に起動し、電流が大きいときには脱調による起動失敗と判定することができる。なお、図3及び図4において、横軸は経過時間を表し、ファンモータM起動時における制御内容に応じて区分けされている。
<Method of Setting Threshold Voltage Vth of
Next, a method for setting the voltage value of the threshold voltage Vth of the
In the speed
以上から、しきい値電圧Vthは、例えば、図5に示すように、「起動成功時のファンモータMに最大負荷がかかっている場合に流れるであろう最大電流Iuo」(正常起動レベル)と「起動失敗時に流れるであろう電流Iux(印加電圧/ファンモータMの巻線抵抗の大きさ)」(脱調レベル)との間の値に相当する電圧値に設定すればよい。図5では、両者の中央値(Iux-Iuo)/2に相当する電圧値をしきい値電圧Vthとしている。 From the above, the threshold voltage Vth can be set to a voltage value equivalent to a value between "the maximum current Iuo that would flow when the fan motor M is under maximum load when startup is successful" (normal startup level) and "the current Iux (applied voltage/magnitude of winding resistance of fan motor M) that would flow when startup fails" (out-of-step level), as shown in Figure 5, for example. In Figure 5, the voltage value equivalent to the median value between the two (Iux-Iuo)/2 is set as the threshold voltage Vth.
ファンモータMにおける負荷と起動前回転数との関係は、例えば、図6に示す特性を有する。図6において、横軸は起動前の回転速度〔rpm〕、縦軸は、負荷である。図6に示すように、向い風で逆転している状態から正転方向に起動する場合は負荷が大きく、逆転時の回転速度が大きいときほど負荷は大きい。逆に正転している状態から起動する場合は、回転速度が大きいときほど必要な負荷は小さい。なお、風により、ファンモータMが高い回転速度で回転しているときには、正転している場合及び逆転している場合とも、熱交換器に風が十分に吹きつけているため、ファンを起動する必要はない。 The relationship between the load and pre-start rotation speed in the fan motor M has the characteristics shown in FIG. 6, for example. In FIG. 6, the horizontal axis is the rotation speed [rpm] before start, and the vertical axis is the load. As shown in FIG. 6, the load is large when starting in the forward direction from a state in which the motor is rotating in reverse due to headwind, and the load is larger the higher the rotation speed during reverse rotation. Conversely, when starting from a forward rotation state, the required load is smaller the higher the rotation speed. Note that when the fan motor M is rotating at a high rotation speed due to wind, there is sufficient wind blowing onto the heat exchanger whether the motor is rotating in the forward direction or in the reverse direction, so there is no need to start the fan.
<モータ制御装置における処理>
次に、ファンモータMを起動する際の、モータ制御装置1の処理手順の一例を、図7に示すフローチャートを伴って説明する。
まず、空転回転数が、正転方向の所定の回転数R1(以下では「正転R1」と呼ぶことがある)から逆転方向の所定の回転数R2(以下、「逆転R2」ともいう。)までの範囲にあるか否かを判定する(ステップS1)。例えば、ファンモータMの巻き線抵抗値が60Ωである場合、正転方向をプラス、逆転方向をマイナスとして、正転R1=400rpm、逆転R2=-200rpmに予め設定される。
<Processing in the motor control device>
Next, an example of a processing procedure of the
First, it is determined whether or not the idling rotation speed is within a range from a predetermined rotation speed R1 in the forward direction (hereinafter sometimes referred to as "forward rotation R1") to a predetermined rotation speed R2 in the reverse direction (hereinafter sometimes referred to as "reverse rotation R2") (step S1). For example, when the winding resistance value of the fan motor M is 60 Ω, the forward rotation direction is positive and the reverse rotation direction is negative, and the forward rotation R1 is preset to 400 rpm and the reverse rotation R2 is preset to -200 rpm.
空転回転数が正転R1から逆転R2までの範囲にある場合は、ステップS2からステップS6の処理は行われずに、ステップS7に進む。一方で、空転回転数が正転R1から逆転R2までの範囲にない場合は、ステップS2へ進む。
ステップS2では、空転回転数が、逆転R2から逆転方向の所定の回転数R3(以下、「逆転R3」ともいう。)までの範囲にあるか否かを判定する。但し「逆転R2>逆転R3」であり、例えば、ファンモータMの巻き線抵抗値が60Ωである場合、逆転R3=-400rpmに予め設定される。
If the idling speed is within the range from forward rotation R1 to reverse rotation R2, the process proceeds to step S7 without performing the processes from step S2 to step S6. On the other hand, if the idling speed is not within the range from forward rotation R1 to reverse rotation R2, the process proceeds to step S2.
In step S2, it is determined whether the idling rotation speed is within a range from reverse rotation R2 to a predetermined rotation speed R3 in the reverse direction (hereinafter also referred to as "reverse rotation R3"). However, if "reverse rotation R2>reverse rotation R3", for example, when the winding resistance value of the fan motor M is 60 Ω, reverse rotation R3 is preset to -400 rpm.
空転回転数が逆転R2から逆転R3までの範囲にない場合は、ステップ1へ戻る。一方で、空転回転数が逆転R2から逆転R3までの範囲にある場合は、ステップS2からステップS3に移行する。
ステップS3では、ファンモータMを逆転方向で同期運転(以下では「逆転同期運転」ともいう。)させる。
次いで、ステップS4では、ファンモータMの位相を調整する。
次いで、ステップS5に移行し、ファンモータMの運転モードをロータの位置を推定しない運転モード(同期運転モード)からロータの位置を推定する運転モード(ベクトル制御の運転モード(以下、ベクトル制御モードともいう。))に移行させ、ベクトル制御モードでファンモータMを駆動させる。
If the idling speed is not within the range from reverse rotation R2 to reverse rotation R3, the process returns to step 1. On the other hand, if the idling speed is within the range from reverse rotation R2 to reverse rotation R3, the process moves from step S2 to step S3.
In step S3, the fan motor M is synchronously operated in the reverse direction (hereinafter also referred to as "reverse synchronous operation").
Next, in step S4, the phase of the fan motor M is adjusted.
Next, the process proceeds to step S5, in which the operation mode of the fan motor M is changed from an operation mode in which the rotor position is not estimated (synchronous operation mode) to an operation mode in which the rotor position is estimated (vector control operation mode (hereinafter also referred to as vector control mode)), and the fan motor M is driven in the vector control mode.
次いで、ステップS6に移行し、ファンモータMの回転速度を徐々に減速させてファンモータMの回転方向を逆転方向から正転方向に反転させ、ファンモータMを正転方向で同期運転させる。つまり、ファンモータMの回転方向を逆転方向から正転方向に反転させる同期運転(以下、反転同期運転ともいう。)を行う。
そして、ステップS7に移行する。ステップS6からステップS7に直接移行した場合には、ステップS7では、ステップS6での正転方向での同期運転を継続する。また、ステップS1からステップS7に移行した場合には、ステップS7では、ファンモータMを正転方向で同期運転させる。
Next, the process proceeds to step S6, where the rotation speed of the fan motor M is gradually decelerated to reverse the rotation direction of the fan motor M from the reverse direction to the forward direction, and the fan motor M is synchronously operated in the forward direction. That is, a synchronous operation (hereinafter also referred to as reverse synchronous operation) is performed in which the rotation direction of the fan motor M is reversed from the reverse direction to the forward direction.
Then, the process proceeds to step S7. When the process proceeds directly from step S6 to step S7, the synchronous operation in the forward rotation direction in step S6 is continued in step S7. When the process proceeds from step S1 to step S7, the fan motor M is synchronously operated in the forward rotation direction in step S7.
続いて、ステップS8では、ファンモータMの位相を調整し、ステップS9に移行して、脱調判定を行う。すなわち、ファンモータMの起動が成功したか否かを判定する。そして、起動が成功したならば、ステップS10に移行し、ファンモータMの運転モードを同期運転モードからベクトル制御モードに移行させ、ベクトル制御モードでファンモータMを駆動させる。
そして、ステップS11に移行し、ステップS10でのベクトル制御モードでの駆動を引き続き行い、ベクトル制御でファンモータMを駆動する通常運転を行う。
Next, in step S8, the phase of the fan motor M is adjusted, and the process proceeds to step S9 to determine whether or not the fan motor M has been successfully started. If the fan motor M has been successfully started, the process proceeds to step S10 to switch the operation mode of the fan motor M from the synchronous operation mode to the vector control mode, and the fan motor M is driven in the vector control mode.
Then, the flow proceeds to step S11, where driving in the vector control mode in step S10 is continued, and normal operation is performed in which the fan motor M is driven by vector control.
図8は、脱調判定時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
モータ制御装置1では、まず、電流検出を行う(ステップS21)。具体的には、電流検出回路21でU相電流Iuを検出し、検出されたU相電流Iuの振幅を全波整流又は半波整流した後、ローパスフィルタ処理を行う。そして、ステップ22に移行しローパスフィルタ処理後の振幅信号がしきい値より大きいか否かを判定し、振幅信号がしきい値より小さいときには起動成功として、図7に戻りステップS10に移行する。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of a processing procedure for determining out-of-step.
In the
一方、ステップS22で振幅信号がしきい値以上であるときには、ステップS23に移行し、カウント数nをn+1に更新した後、ステップS24に移行し、カウント数nに応じて運転条件を変更して、再起動を試みる。すなわち、カウント数nがn≦n1であるときには、ステップS25に移行し、起動時の電圧(例えば、加速電圧V*h)を変更する。具体的には加速電圧V*hに対して所定の電圧値(ΔV)を加算する。そして、図7に戻りステップS1に移行する。 On the other hand, if the amplitude signal is equal to or greater than the threshold value in step S22, the process proceeds to step S23, where the count number n is updated to n+1, and then the process proceeds to step S24, where the operating conditions are changed according to the count number n, and restarting is attempted. That is, if the count number n is n≦n1, the process proceeds to step S25, where the voltage at startup (e.g., acceleration voltage V * h) is changed. Specifically, a predetermined voltage value (ΔV) is added to the acceleration voltage V * h. Then, the process returns to FIG. 7 and proceeds to step S1.
また、カウント数nがn1<n≦n2であるときには、ステップS26に移行し、起動時の回転数(例えば、加速回転数ω*eh)を変更する。具体的には加速回転数に対して所定の回転数(Δω)を加算する。このとき、加速電圧V*hは起動時の電圧に戻す。そして、図7に戻りステップS1に移行する。さらにカウント数nがn2<n≦n3であるときには、ステップS27に移行し、周波数(f=ω/2π)に対応した電圧(いわゆるV/f特性)を変更する。例えば、起動開始電圧V*sと加速電圧V*hと電圧値の変化を示す傾き((V*h-V*s)/T2s(T2sは、予め設定される正転同期運転区間の継続時間である。))をそれぞれ増加する。そして図7に戻りステップS1に移行する。さらに、カウント数nがn3<nであるときには、ステップS28に移行し、ファンモータMが故障と判定し、警報を発すること等によりユーザにファンモータMが故障していることを通知する。そして、図8に示す脱調判定処理を終了すると共に、図7に示すモータ起動処理を終了する。なお、カウント数nは、起動開始時には、初期値n=0に設定されている。ステップS25からステップS27の処理が運転条件変更部に対応している。 Also, when the count number n is n1<n≦n2, the process proceeds to step S26, where the rotation speed at the time of starting (for example, the acceleration rotation speed ω * eh) is changed. Specifically, a predetermined rotation speed (Δω) is added to the acceleration rotation speed. At this time, the acceleration voltage V * h is returned to the voltage at the time of starting. Then, the process returns to step S1 in FIG. 7. Furthermore, when the count number n is n2<n≦n3, the process proceeds to step S27, where the voltage corresponding to the frequency (f=ω/2π) (so-called V/f characteristics) is changed. For example, the start-up voltage V * s, the acceleration voltage V * h, and the slope indicating the change in the voltage value ((V * h-V * s)/T2s (T2s is the duration of the forward rotation synchronous operation section that is set in advance)) are each increased. Then, the process returns to step S1 in FIG. 7. Furthermore, when the count number n is n3<n, the process proceeds to step S28, where the fan motor M is determined to be broken, and the user is notified of the fact that the fan motor M is broken by issuing an alarm or the like. Then, the out-of-step determination process shown in Fig. 8 is terminated, and the motor startup process shown in Fig. 7 is terminated. Note that the count number n is set to an initial value n = 0 at the start of startup. The processes from step S25 to step S27 correspond to the operating condition changing section.
<ファンモータMの起動が正転回転から開始される場合の動作>
<起動成功時の動作>
次に、通常起動時、すなわち室外機ファンが逆転していない状態からファンモータMを起動する場合の動作の一例を、図9を伴って説明する。図9は、起動前から通常運転に移行するまでのファンモータMの回転数〔rad/s〕及びモータ印加電圧V〔V〕の変化を表したものであり、横軸は時間である。ファンモータMの運転区間は、図9に示すように、ステップS1の処理が行われる非通電区間T1、ステップS7の処理が行われる正転同期運転区間T2、ステップS8の処理が行われる位相調整区間T3、ステップS9の処理が行われる脱調判定区間T3′、ステップS10の処理が行われるモード移行区間T4、ステップS11の処理が行われる通常運転区間T5に区別される。
<Operation when fan motor M starts from normal rotation>
<Operation when startup is successful>
Next, an example of the operation when starting the fan motor M during normal start-up, i.e., when the outdoor unit fan is not rotating in reverse, will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 shows the change in the number of revolutions [rad/s] and the motor applied voltage V [V] of the fan motor M from before start-up until the transition to normal operation, with the horizontal axis representing time. As shown in Fig. 9, the operation sections of the fan motor M are divided into a non-energized section T1 where the process of step S1 is performed, a forward rotation synchronous operation section T2 where the process of step S7 is performed, a phase adjustment section T3 where the process of step S8 is performed, an out-of-step determination section T3' where the process of step S9 is performed, a mode transition section T4 where the process of step S10 is performed, and a normal operation section T5 where the process of step S11 is performed.
非通電区間T1では、ファンモータMは起動前の非通電状態にあり、回転検出部81が空転方向及び空転回転数を検出する。図9の場合、検出された空転方向及び空転回転数は、ステップS1の条件に合致し、ファンモータMの運転区間は非通電区間T1から正転同期運転区間T2に移行する。
正転同期運転区間T2では、十分な誘起電圧が得られる回転数までファンモータMを加速させるため、モータ印加電圧Vと回転数とを増加させながらファンモータMの回転を加速し、時間の経過と共に回転数を増加させる。
ファンモータMは、例えば、時間T2sの間に、回転数が、起動開始回転数ω*esから加速回転数ω*ehに収束するように駆動され、具体的には、次式(7)で表される特性で変化するように駆動される。
In the de-energized section T1, the fan motor M is in a de-energized state before startup, and the
In the forward rotation synchronous operation section T2, in order to accelerate the fan motor M to a rotation speed at which sufficient induced voltage can be obtained, the rotation of the fan motor M is accelerated while increasing the motor applied voltage V and the rotation speed, and the rotation speed is increased over time.
The fan motor M is driven, for example, so that the rotation speed converges from the startup rotation speed ω * es to the acceleration rotation speed ω * eh during a time T2s, and specifically, is driven so that the rotation speed changes according to the characteristics expressed by the following equation (7).
なお、時間T2s、起動開始回転数ω*es、加速回転数ω*ehは、予め行われる試験等によって決定される所定値である。また、tは、正転同期運転区間T2の開始時点、つまり、ファンモータMへの通電を開始した時点からの経過時間を示す。
また、ファンモータMは、例えば、モータ印加電圧Vが、時間T2sの間に、起動開始電圧Vs*から加速電圧Vh*に収束するように駆動され、具体的には、線形に増加するように駆動される。
The time T2s, the startup rotation speed ω * es, and the acceleration rotation speed ω * eh are predetermined values determined in advance by tests, etc. Furthermore, t indicates the elapsed time from the start of the forward rotation synchronous operation section T2, that is, from the start of the supply of current to the fan motor M.
Also, the fan motor M is driven, for example, so that the motor applied voltage V converges from the start-up voltage Vs * to the acceleration voltage Vh * during the time T2s, specifically so that the motor applied voltage V increases linearly.
ファンモータMを、例えば目標値まで加速したならば、位相調整区間T3に移行する。
位相調整区間T3では、正転同期運転区間T2で到達した加速電圧値Vh*に対して、現在の負荷状態に合わせて回転数を調整することにより、γ-δ座標系と、d-q座標系との位相差を一致させる。
つまり、ファンモータMは、モータ印加電圧Vが加速電圧Vh*を維持した状態で、時間T3sの間に、回転数が、加速回転数ω*ehから、γ軸電流Iγをゼロにし得る回転数ωe′に収束するように、制御される。時間T3sは、例えば、γ軸電流Iγがゼロに収束するまでに要する時間に設定される。
続く脱調判定区間T3′では、脱調判定が行われる。なお、脱調判定区間T3′では、脱調と判定されるまでは、位相調整区間T3でのファンモータMの駆動制御が引き続き行われる。
When the fan motor M is accelerated to, for example, a target value, the phase adjustment section T3 begins.
In the phase adjustment section T3, the phase difference between the γ-δ coordinate system and the dq coordinate system is matched by adjusting the rotation speed in accordance with the current load state for the acceleration voltage value Vh * reached in the forward rotation synchronous operation section T2.
In other words, the fan motor M is controlled so that the rotation speed converges from the acceleration rotation speed ω * eh to the rotation speed ωe′ that can make the γ-axis current Iγ zero during a time T3s while the motor applied voltage V is maintained at the acceleration voltage Vh*. The time T3s is set to, for example, the time required for the γ-axis current Iγ to converge to zero.
In the subsequent out-of-step determination section T3', out-of-step determination is performed. Note that in the out-of-step determination section T3', the drive control of the fan motor M in the phase adjustment section T3 continues to be performed until out-of-step is determined.
ファンモータMが正常に起動されたとき、位相調整区間T3におけるU相電流Iuは、図3に示すように、電流の振幅が徐々に小さくなるため、U相電流Iuの振幅はしきい値よりも小さくなる。そのため、脱調判定の結果、正常に起動したと判定され、モード移行が行われる。モード移行区間T4では、同期運転モードからベクトル制御の運転モード(以後、ベクトル制御モードともいう。)へ移行し、ファンモータMが一定の回転数で回転するように制御され、これに伴いモータ印加電圧Vも一定となるように制御される。
そして、続く通常運転区間T5では、モータ制御装置1の外部から入力される機械角速度指令値ωm_refに基づいて、ファンモータMは、速度及びトルク制御によりベクトル制御モードで駆動される。
When the fan motor M is started normally, the amplitude of the U-phase current Iu in the phase adjustment section T3 gradually decreases as shown in Fig. 3, so that the amplitude of the U-phase current Iu becomes smaller than the threshold value. Therefore, as a result of the out-of-step determination, it is determined that the fan motor M has started normally, and a mode transition is performed. In the mode transition section T4, the operation mode transitions from the synchronous operation mode to the vector control operation mode (hereinafter also referred to as the vector control mode), and the fan motor M is controlled to rotate at a constant rotation speed, and accordingly, the motor applied voltage V is controlled to be constant.
Then, in the subsequent normal operation section T5, the fan motor M is driven in vector control mode by speed and torque control based on the mechanical angular velocity command value ωm_ref input from outside the
<起動失敗時の動作>
一方、ファンモータMが正常に起動されないときには、位相調整区間T3におけるU相電流Iuは、図4に示すように、電流の振幅が小さくならない。そのため、図10に示すように、脱調判定区間T3′では、U相電流の振幅がしきい値以上となることから、起動に失敗したと判定される。ファンモータMは起動に失敗したことから、駆動が停止され、モータ印加電圧V及び回転数は共にゼロに収束し、非通電区間T1に移行する。
<Action when startup fails>
On the other hand, when the fan motor M is not started normally, the amplitude of the U-phase current Iu in the phase adjustment section T3 does not decrease, as shown in Fig. 4. Therefore, as shown in Fig. 10, in the out-of-step determination section T3', the amplitude of the U-phase current is equal to or greater than the threshold value, and it is determined that the fan motor M has failed to start. Since the fan motor M has failed to start, its drive is stopped, and both the motor applied voltage V and the rotation speed converge to zero, and the fan motor M moves to the non-energization section T1.
そして、起動に失敗したことから、起動時の条件が変更されて、再起動が試みられ、非通電区間T1から正転同期運転区間T2に移行し、上記と同様に同期運転が開始される。
そして、正転同期運転区間T2から位相調整区間T3に移行し、脱調判定区間T3′で再起動に失敗したときには、起動時の条件が変更されて再起動が試みられる。そして、所定回数起動時の条件を変更して駆動したとしても起動に失敗したときには、ファンモータMが故障したとして故障通知が行われる。そのため、ユーザはファンモータMが故障したことを認識することができる。
Then, since startup has failed, the startup conditions are changed and restart is attempted, the non-energized section T1 is shifted to the normal rotation synchronous operation section T2, and synchronous operation is started in the same manner as above.
Then, when the motor shifts from the forward rotation synchronous operation section T2 to the phase adjustment section T3 and restart fails in the out-of-step determination section T3', restart is attempted with the start-up conditions changed. If start-up fails even after driving with the start-up conditions changed a predetermined number of times, a fault notification is issued indicating that the fan motor M has broken down. This allows the user to recognize that the fan motor M has broken down.
<ファンモータMの起動が逆転同期運転から開始される場合の動作>
<起動成功時の動作>
次に、室外機ファンが、逆転している状態からファンモータMを起動する場合の動作の一例を図11を伴って説明する。図11は、起動前から通常運転に移行するまでのファンモータMの回転数〔rad/s〕及びモータ印加電圧V〔V〕の変化を表したものであり、横軸は時間である。ファンモータMの運転区間は、図11に示すように、ステップS1及びステップS2の処理が行われる非通電区間T11、ステップS3の処理が行われる逆転同期運転区間T12、ステップS4の処理が行われる位相調整区間T13、ステップS5の処理が行われるモード移行区間T14、ステップS6の処理が行われる反転同期運転区間T15、ステップS7の処理が行われる正転同期運転区間T16、ステップS8の処理が行われる位相調整区間T17、ステップS9の処理が行われる脱調判定区間T17′、ステップS10の処理が行われるモード移行区間T18、ステップS11の処理が行われる通常運転区間T19に区別される。また、反転同期運転区間T15は、減速運転区間T15aと、移行同期運転区間T15bとを含む。
<Operation when fan motor M starts from reverse synchronous operation>
<Operation when startup is successful>
Next, an example of the operation when the outdoor unit fan starts the fan motor M from a reverse rotation state will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 shows the change in the number of revolutions [rad/s] and the motor applied voltage V [V] of the fan motor M from before starting to the transition to normal operation, with the horizontal axis representing time. As shown in Fig. 11, the operation sections of the fan motor M are divided into a non-energized section T11 where the processes of steps S1 and S2 are performed, a reverse rotation synchronous operation section T12 where the process of step S3 is performed, a phase adjustment section T13 where the process of step S4 is performed, a mode transition section T14 where the process of step S5 is performed, a reverse rotation synchronous operation section T15 where the process of step S6 is performed, a forward rotation synchronous operation section T16 where the process of step S7 is performed, a phase adjustment section T17 where the process of step S8 is performed, a step-out determination section T17' where the process of step S9 is performed, a mode transition section T18 where the process of step S10 is performed, and a normal operation section T19 where the process of step S11 is performed. Further, the inverted synchronized operation section T15 includes a deceleration operation section T15a and a transition synchronized operation section T15b.
非通電区間T11では、ファンモータMは起動前の非通電状態にあり、回転検出部81が空転方向及び空転回転数を検出する。この場合、検出された空転方向及び空転回転数は、ステップS2の条件に合致し、ファンモータMの運転区間は非通電区間T11から逆転同期運転区間T12に移行する。
逆転同期運転区間T12では、ファンモータMは、例えば、時間T2gの間に、回転数が、逆転時の起動開始回転数ω*gesから加速回転数ω*gehに収束するように駆動され、具体的には、次式(8)で表される特性で変化するように駆動される。
In the de-energized section T11, the fan motor M is in a de-energized state before startup, and the
In the reverse synchronous operation section T12, the fan motor M is driven, for example, during time T2g, so that the rotation speed converges from the start rotation speed ω * ges during reverse rotation to the acceleration rotation speed ω * geh, and more specifically, is driven so that it changes according to the characteristics expressed by the following equation (8).
なお、時間T2g、逆転時の起動開始回転数ω*ges、加速回転数ω*gehは、予め行われる試験等によって決定される所定値である。また、tは、逆転同期運転区間T12の開始時点、つまり、ファンモータMへの通電が開始された時点からの経過時間を示す。
また、ファンモータMは、例えば、モータ印加電圧Vが、時間T2gの間に、逆転時の起動開始電圧Vgs*から加速電圧V*ghに収束するように駆動され、具体的には、線形に減少するように駆動される。
ファンモータMを、例えば目標値まで加速したならば、位相調整区間T13に移行する。
The time T2g, the start rotation speed ω * ges during reverse rotation, and the acceleration rotation speed ω * geh are predetermined values determined in advance by tests, etc. Furthermore, t indicates the elapsed time from the start of the reverse rotation synchronous operation section T12, that is, from the start of the supply of current to the fan motor M.
In addition, the fan motor M is driven, for example, so that the motor applied voltage V converges from the start voltage Vgs * at the time of reverse rotation to the acceleration voltage V * gh during the time T2g, specifically, so as to decrease linearly.
When the fan motor M is accelerated to, for example, a target value, the phase adjustment section T13 begins.
位相調整区間T13では、正転から起動する場合の位相調整区間T3と同様に、逆転時の同期運転区間で到達した加速電圧値V*ghに対して、現在の負荷状態に合わせて回転数を調整することにより、γ-δ座標系と、d-q座標系との位相差を一致させる。
つまり、ファンモータMは、モータ印加電圧Vが加速電圧V*ghを維持した状態で、時間T13sの間に、回転数が、加速回転数ω*ghから、γ軸電流Iγをゼロにし得る回転数ωe′に収束するように、制御される。時間T13sは、例えば、γ軸電流Iγがゼロに収束するまでに要する時間に設定される。
続くモード移行区間T14では、同期運転モードからベクトル制御の運転モードへ移行し、ファンモータMが一定の回転数で回転するように制御され、これに伴いモータ印加電圧Vも一定となるように制御される。
In the phase adjustment section T13, similar to the phase adjustment section T3 when starting from forward rotation, the phase difference between the γ-δ coordinate system and the d-q coordinate system is matched by adjusting the rotation speed in accordance with the current load condition for the acceleration voltage value V * gh reached in the synchronous operation section during reverse rotation.
In other words, the fan motor M is controlled so that the rotation speed converges from the acceleration rotation speed ω * gh to the rotation speed ωe′ that can make the γ-axis current Iγ zero during a time T13s while the motor applied voltage V is maintained at the acceleration voltage V * gh. The time T13s is set to, for example, the time required for the γ-axis current Iγ to converge to zero.
In the following mode transition section T14, the operation mode transitions from the synchronous operation mode to the vector control operation mode, and the fan motor M is controlled to rotate at a constant rotation speed, and accordingly the motor applied voltage V is also controlled to be constant.
そして、続く反転同期運転区間T15のうち、例えば、減速運転区間T15aでは、モード移行区間T14が終了する時点におけるファンモータMの回転数を同期起動開始回転数ω*gdとしたとき、回転数が同期起動開始回転数ω*gdから減速回転数ω*gegに収束するように駆動される。また、モード移行区間T14が終了する時点におけるd軸の電圧を同期起動開始電圧V*gdとしたとき、モータ印加電圧Vが、同期起動開始電圧V*gdから減速電圧V*gegに減速するように駆動される。続く移行同期運転区間T15bでは、ファンモータMは、ファンモータMの回転数が、時間T5g′の間に、減速回転数ω*gegから起動開始回転数ω*sesに収束するように駆動される。また、モータ印加電圧Vが、時間T5g′の間に、減速電圧V*gegから、起動開始電圧V*shに収束するように駆動される。このとき、減速運転区間T15aでは、時間T5gの間に、回転数が同期起動開始回転数ω*gdから起動開始回転数ω*sesに収束し、且つ、時間T5g′の間に、減速回転数ω*gegから起動開始回転数ω*sesに収束するように駆動される。同様に、減速運転区間T15aでは、時間T5gの間に、モータ印加電圧Vが、同期起動開始電圧V*gdから起動開始電圧V*shに収束し、且つ、時間T5g′の間に、減速電圧V*gegから起動開始電圧V*shに収束するように駆動される。 Then, in the subsequent reverse synchronous operation section T15, for example, in the deceleration operation section T15a, when the rotation speed of the fan motor M at the time when the mode transition section T14 ends is the synchronous start start rotation speed ω * gd, the rotation speed is driven so as to converge from the synchronous start start rotation speed ω * gd to the deceleration rotation speed ω * geg. Also, when the voltage of the d-axis at the time when the mode transition section T14 ends is the synchronous start start voltage V * gd, the motor applied voltage V is driven so as to decelerate from the synchronous start start voltage V * gd to the deceleration voltage V * geg. In the subsequent transition synchronous operation section T15b, the fan motor M is driven so that the rotation speed of the fan motor M converges from the deceleration rotation speed ω * geg to the start start rotation speed ω * ses during time T5g'. Also, the motor applied voltage V is driven so as to converge from the deceleration voltage V * geg to the start start voltage V * sh during time T5g'. At this time, in the deceleration operation section T15a, the motor is driven so that the rotation speed converges from the synchronous start-up rotation speed ω * gd to the start-up rotation speed ω * ses during time T5g, and converges from the deceleration rotation speed ω * geg to the start-up rotation speed ω * ses during time T5g'. Similarly, in the deceleration operation section T15a, the motor applied voltage V converges from the synchronous start-up voltage V * gd to the start-up voltage V * sh during time T5g, and converges from the deceleration voltage V * geg to the start-up voltage V * sh during time T5g'.
続く、正転同期運転区間T16では、正転回転から起動される場合の正転同期運転区間T2と同様に制御され、以後、位相調整区間T17、脱調判定区間T17′、モード移行区間T18、通常運転区間T19は、正転回転から起動される場合の位相調整区間T3、脱調判定区間T3′、モード移行区間T4、通常運転区間T5のそれぞれと同様に制御される。
つまり、図11の場合には、正転回転に移行した後、ファンモータMの起動は成功するため、脱調判定区間T17′では、起動成功と判定されて続いてモード移行し、ベクトル制御モードでの運転が行われる。
The subsequent forward rotation synchronized operation section T16 is controlled in the same manner as the forward rotation synchronized operation section T2 when started from forward rotation, and thereafter, the phase adjustment section T17, out-of-step determination section T17', mode transition section T18, and normal operation section T19 are controlled in the same manner as the phase adjustment section T3, out-of-step determination section T3', mode transition section T4, and normal operation section T5, respectively, when started from forward rotation.
In other words, in the case of FIG. 11, after the transition to forward rotation, the start of the fan motor M is successful, so in the out-of-step determination section T17', it is determined that the start is successful, and then a mode transition occurs, and operation is performed in the vector control mode.
<起動失敗時の動作>
一方、ファンモータMが正常に起動されないときには、図12に示す、位相調整区間T17におけるU相電流Iuは、図4に示すように、電流の振幅が小さくならない。そのため、脱調判定区間T17′では、U相電流の振幅がしきい値以上となることから、起動に失敗したと判定される。ファンモータMは起動に失敗したことから、駆動が停止され、モータ印加電圧V及び回転数は共にゼロとなり、非通電区間T11となる。
そして、起動に失敗したことから、ファンモータMの起動が逆転同期運転から改めて開始される。そして、起動時の条件を、所定回数変更して起動を試みたとしても毎回起動に失敗したときには、ファンモータMが故障したとして通知が行われる。そのため、ユーザはファンモータMが故障したことを認識することができる。
<Action when startup fails>
On the other hand, when the fan motor M is not started normally, the amplitude of the U-phase current Iu in the phase adjustment section T17 shown in Fig. 12 does not decrease as shown in Fig. 4. Therefore, in the out-of-step determination section T17', the amplitude of the U-phase current is equal to or greater than the threshold value, and it is determined that the fan motor M has failed to start. Since the fan motor M has failed to start, its drive is stopped, and both the motor applied voltage V and the rotation speed become zero, entering the non-energization section T11.
Since the start-up has failed, the fan motor M is restarted from reverse synchronous operation. If the start-up has failed every time the start-up conditions are changed a predetermined number of times, a notification is issued that the fan motor M has broken down. This allows the user to recognize that the fan motor M has broken down.
<効果>
以上説明したように、モータ制御装置1では、起動時に、脱調判定を行い、この脱調判定を、位相調整を行った後の、ファンモータMに供給される相電流のうちの一つであるU相の電流波形に基づいて行っている。そのため、ファンモータMのロータの位置を検出するセンサを設けなくとも、回転磁界とロータとが同期したかを判定することができる。したがって、センサレスの同期モータを用いる場合であっても、ファンモータMを、より確実に起動することができる。
また、ファンモータMの起動に失敗したと判定されるときには、複数回、起動条件を変更して再起動を試みるようにしているため、起動成功となる確率を高めることができると共に、複数回、起動条件を変更して起動を試みたとしても起動に失敗するときにはファンモータMが故障したと判定するため、ファンモータMの故障をソフト的に検出することができる。
また、ファンモータMが故障したと判定したときに、ファンモータMの駆動を停止することにより、ファンモータMが故障したことをハード的に検出する場合に比較してより早い段階で停止することができる。
<Effects>
As described above, the
In addition, when it is determined that the start-up of the fan motor M has failed, restart is attempted multiple times with different start-up conditions, thereby increasing the probability of successful start-up, and when start-up fails even after multiple attempts with different start-up conditions, it is determined that the fan motor M has failed, so that failure of the fan motor M can be detected by software.
In addition, by stopping the driving of the fan motor M when it is determined that the fan motor M has failed, it is possible to stop the fan motor M at an earlier stage than when the failure of the fan motor M is detected using hardware.
<変形例>
上記実施形態においては、正転同期運転後の位相調整のみで、脱調判定を行う場合について説明したが、これに限るものではなく、逆転同期運転後の位相調整においても脱調判定を行ってもよい。具体的には、位相調整区間T13で脱調判定を行ってもよい。
また、上記実施形態においては、起動に失敗したと判定されるときには、失敗した回数に応じて、起動開始電圧V*s、起動開始回転数ω*es、電圧上昇傾きVFのいずれか一つの条件を変更する場合について説明したが、これらのうちの複数を変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、起動時には、図9から図12に示すように回転数及びモータ印加電圧Vが変化するように駆動制御する場合について説明したが、これに限るものではなく、ファンモータMを起動する際に位相調整を行うようにした駆動方法であれば適用することができる。
<Modification>
In the above embodiment, the case where the out-of-step determination is performed only by the phase adjustment after the forward rotation synchronous operation has been described, but the present invention is not limited to this, and the out-of-step determination may also be performed in the phase adjustment after the reverse rotation synchronous operation. Specifically, the out-of-step determination may be performed in the phase adjustment section T13.
In addition, in the above embodiment, when it is determined that startup has failed, one of the conditions, the startup voltage V * s, the startup rotation speed ω * es, and the voltage rise slope VF, is changed depending on the number of failures. However, it is also possible to change more than one of these.
In the above embodiment, the case has been described where the drive control is performed so that the rotation speed and the motor applied voltage V change at the time of start-up as shown in Figures 9 to 12. However, the present invention is not limited to this, and any drive method in which phase adjustment is performed when starting the fan motor M can be applied.
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are merely examples of devices and methods for embodying the technical ideas of the present invention, and the technical ideas of the present invention do not specify the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components. The technical ideas of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.
1 センサレス同期モータ制御装置
10 駆動部
20 検出部
30 演算部
40 電圧出力部
50 積分部
60 第1の変換部
70 脱調判定部
80 制御部
81 回転検出部
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
入力される電圧指令に応じて前記同期モータを駆動する駆動部と、
起動時に所定の電圧指令を出力する同期電圧設定部と、
前記同期モータに流れる電流に基づいて前記同期モータの脱調を判定する脱調判定部と、
を備え、
前記同期電圧設定部は、
前記位相調整において、固定座標系における前記電流をγ-δ回転座標系における電流ベクトル(Iγ、Iδ)へ変換し、前記変換された電流ベクトルのγ成分Iγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωe‘を算出する演算部を備え、
前記推定角速度に比例する電圧を前記γ-δ回転座標系における電圧ベクトル(Vγ、Vδ)のγ成分Vγの前記電圧指令として出力し、
前記脱調判定部は、当該γ成分Vγの前記電圧指令に応じて前記同期モータが駆動されたときの当該同期モータに流れる電流が、設定されたしきい値以上であるとき脱調状態であると判定することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device for controlling a sensorless synchronous motor , which performs synchronous operation without estimating a rotor position at start-up, performs phase adjustment, and then transitions to normal operation in which the rotor position is estimated,
a drive unit that drives the synchronous motor in response to an input voltage command;
a synchronous voltage setting unit that outputs a predetermined voltage command at the time of startup;
a step-out determination unit that determines step-out of the synchronous motor based on a current flowing through the synchronous motor;
Equipped with
The synchronization voltage setting unit is
A calculation unit is provided for converting the current in a fixed coordinate system into a current vector (Iγ, Iδ) in a γ-δ rotating coordinate system in the phase adjustment, and calculating an estimated angular velocity ωe′ of a rotating magnetic field that makes the γ component Iγ of the converted current vector zero;
A voltage proportional to the estimated angular velocity is output as the voltage command for a γ component Vγ of a voltage vector (Vγ, Vδ) in the γ-δ rotating coordinate system;
The motor control device is characterized in that the out-of-step determination unit determines that the synchronous motor is in an out-of-step state when a current flowing through the synchronous motor when the synchronous motor is driven in accordance with the voltage command for the gamma component Vγ is equal to or greater than a set threshold value.
前記脱調判定部は、前記複数相のうちの少なくとも一つの相における前記ステータコイルを流れる電流に基づいて前記同期モータの脱調を判定することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The synchronous motor has a multi-phase stator coil,
2. The motor control device according to claim 1 , wherein the out-of-step determination unit determines the out-of-step of the synchronous motor based on a current flowing through the stator coil in at least one of the plurality of phases.
前記同期電圧設定部は、前記運転条件変更部で変更された運転条件に基づく前記電圧指令を前記駆動部に出力し、
当該駆動部は、前記変更された運転条件に基づく前記電圧指令に応じて前記同期モータの再起動を試みることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。 an operating condition changing unit that changes the predetermined voltage command when the out-of-step determining unit determines that out-of-step has occurred,
The synchronous voltage setting unit outputs the voltage command based on the operating conditions changed by the operating condition changing unit to the drive unit,
3. The motor control device according to claim 1 , wherein the drive unit attempts to restart the synchronous motor in response to the voltage command based on the changed operating condition.
前記同期モータに流れる、固定座標系における電流をγ-δ回転座標系における電流ベクトル(Iγ、Iδ)に変換し、当該電流ベクトルのγ成分Iγをゼロにする回転磁界の推定角速度ωe‘を算出し、
算出した推定角速度に基づいて前記同期モータを駆動して前記位相調整を行い、
当該位相調整後の前記同期モータのモータ電流を検出し、
当該モータ電流が、前記同期モータが起動に失敗したときの前記位相調整後の前記モータ電流に応じて設定されたしきい値以上であるとき、脱調していると判定することを特徴とするセンサレス同期モータの制御方法。 A method for controlling a sensorless synchronous motor, in which, when starting a sensorless synchronous motor, a synchronous operation is performed without estimating a rotor position , and then a phase adjustment is performed, after which a transition is made to a normal operation in which a rotor position is estimated , the method comprising the steps of:
A current in a fixed coordinate system flowing through the synchronous motor is converted into a current vector (Iγ, Iδ) in a γ-δ rotating coordinate system, and an estimated angular velocity ωe′ of a rotating magnetic field that makes the γ component Iγ of the current vector zero is calculated;
performing the phase adjustment by driving the synchronous motor based on the calculated estimated angular velocity;
Detecting a motor current of the synchronous motor after the phase adjustment;
A method for controlling a sensorless synchronous motor, comprising the steps of: determining that the synchronous motor is out of step when the motor current is equal to or greater than a threshold value set according to the motor current after the phase adjustment when the synchronous motor fails to start.
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