Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7532297B2 - Motor Drive Unit - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7532297B2 - Motor Drive Unit - Google Patents

Motor Drive Unit Download PDF

Info

Publication number
JP7532297B2
JP7532297B2 JP2021048335A JP2021048335A JP7532297B2 JP 7532297 B2 JP7532297 B2 JP 7532297B2 JP 2021048335 A JP2021048335 A JP 2021048335A JP 2021048335 A JP2021048335 A JP 2021048335A JP 7532297 B2 JP7532297 B2 JP 7532297B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
current
unit
motor
phase difference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021048335A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022147188A (en
Inventor
敏満 會澤
真一 小湊
直起 大村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2021048335A priority Critical patent/JP7532297B2/en
Publication of JP2022147188A publication Critical patent/JP2022147188A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7532297B2 publication Critical patent/JP7532297B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明の実施形態は、回転位置センサを用いることなくモータを制御する駆動装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a drive device that controls a motor without using a rotational position sensor.

近年省電力化が進む中、例えば、3相のブラシレスDCモータを駆動するための電力変換装置は、正負の直流電源線間にハーフブリッジ回路が3相分並列接続された構成となっている。ハーフブリッジ回路は、直流電源線間に直列に接続された一対の半導体スイッチング素子と、それら半導体スイッチング素子のそれぞれに逆並列接続された還流ダイオードとからなる。 In recent years, with the trend toward energy conservation, for example, power conversion devices for driving three-phase brushless DC motors are configured with three half-bridge circuits connected in parallel between the positive and negative DC power lines. The half-bridge circuit consists of a pair of semiconductor switching elements connected in series between the DC power lines, and freewheeling diodes connected in inverse parallel to each of the semiconductor switching elements.

上記構成の電力変換装置においては、各半導体スイッチング素子の駆動がPWM(Pulse Width Modulation)制御される。これにより、直流電源線から与えられる直流電力が3相の交流電力に変換され、モータの巻線に電流が通電される。ブラシレスDCモータを駆動する回路としては、特に始動トルクが必要な用途においては位置センサを使用するセンサ駆動が提案されている。しかしながら、低コスト化や小型化を実現するためには、位置センサを用いることなくモータを制御するモータ駆動装置が求められる。 In the power conversion device configured as above, the drive of each semiconductor switching element is controlled by PWM (Pulse Width Modulation). This converts the DC power provided from the DC power supply line into three-phase AC power, and current is passed through the motor windings. As a circuit for driving a brushless DC motor, sensor drive using a position sensor has been proposed, particularly for applications requiring starting torque. However, in order to achieve low cost and compact size, a motor drive device that controls a motor without using a position sensor is required.

例えば、ホール素子などの磁極センサでモータの回転位置を検出する代わりに、モータ巻線に発生する誘起電圧を利用して回転位置を検出し、これに基づいてモータ電圧を出力する方法がある。1相の通電電気角が120°の矩形波状の電圧を出力する120°矩形波駆動では、出力が停止する60°区間において誘起電圧を検出することができる。しかし、120°矩形波駆動は、正弦波状の電圧を出力する180°正弦波駆動に比較すると、騒音・振動が大きいという問題がある。 For example, instead of detecting the rotational position of the motor with a magnetic pole sensor such as a Hall element, there is a method of detecting the rotational position using the induced voltage generated in the motor windings and outputting the motor voltage based on this. In 120° rectangular wave drive, which outputs a rectangular wave voltage with an electrical angle of 120° for one phase, the induced voltage can be detected in the 60° section where the output stops. However, 120° rectangular wave drive has the problem of generating greater noise and vibration than 180° sine wave drive, which outputs a sine wave voltage.

一般的に、位置センサを用いることなく正弦波駆動する手法として、モータ電圧方程式に基づいて誘起電圧を算出し、その誘起電圧を用いて回転位置を推定するものがある。しかし、この手法は演算負荷が高く、高価なマイコンを使用せざるを得ないと共に、モータ定数等が必要となる。 A common method for sinusoidal wave drive without using a position sensor is to calculate the induced voltage based on the motor voltage equation and use that induced voltage to estimate the rotational position. However, this method imposes a high computational load, requires the use of an expensive microcomputer, and requires motor constants, etc.

一方、インバータから出力された電圧(V)と周波数(f)の比(V/f)を一定にするV/f制御という手法があり、この手法は演算負荷が少なく、回転位置の検出やモータ定数は不要となる。 On the other hand, there is a technique called V/f control, which keeps the ratio (V/f) of the voltage (V) output from the inverter to the frequency (f) constant. This technique has a low computational load and does not require detection of the rotational position or motor constants.

特開2009-124812号公報JP 2009-124812 A

しかしながら、V/f制御では、ロータの回転位置を把握していないため、負荷トルクが重くなり過ぎると周波数指令にモータの回転が追従できず、異常停止,つまり脱調してしまう。一方で、脱調を回避するため電圧指令を大きめに設定すると、効率が悪化してしまう。
そこで、高い効率と負荷変動に対するロバスト性との両立を実現できるモータ駆動装置を提供する。
However, because V/f control does not grasp the rotational position of the rotor, if the load torque becomes too heavy, the motor rotation cannot follow the frequency command, resulting in an abnormal stop, i.e., loss of synchronization. On the other hand, if the voltage command is set to a large value to avoid loss of synchronization, efficiency will decrease.
Therefore, the present invention provides a motor drive device that can achieve both high efficiency and robustness against load fluctuations.

本実施形態のモータ駆動装置は、
モータの固定子巻線に通電を行う通電部と、
前記固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流のピーク値を検出するピーク電流検出部と、
前記モータへの印加電圧と前記電流との位相差を検出する位相差検出部と、
前記印加電圧の大きさを、入力される周波数指令に基づいて算出する電圧算出部と、
前記ピーク電流を極力低下させるように前記印加電圧を補正する電圧補正部と、
前記位相差の下限値を設定する下限値設定部と、
前記位相差が前記下限値を下回ったことを判定すると、前記周波数指令を低下させると共に、前記電圧補正部に前記補正電圧を増加させる制御部とを備える。
The motor drive device of this embodiment includes:
an electric current supply unit that supplies electric current to a stator winding of the motor;
a current detection unit that detects a current flowing through the stator winding;
a peak current detection unit for detecting a peak value of the current;
a phase difference detection unit that detects a phase difference between a voltage applied to the motor and the current;
a voltage calculation unit that calculates the magnitude of the applied voltage based on an input frequency command;
a voltage correction unit that corrects the applied voltage so as to reduce the peak current as much as possible;
a lower limit setting unit that sets a lower limit value of the phase difference;
and a control unit that, when it is determined that the phase difference falls below the lower limit, reduces the frequency command and increases the correction voltage to be applied to the voltage correction unit.

一実施形態であり、モータ駆動装置の構成を示す機能ブロック図FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a motor drive device according to an embodiment. V/f制御時のベクトル図Vector diagram for V/f control 図2をグラフ化して示す図(その1)A graph showing Figure 2 (part 1) 図2をグラフ化して示す図(その2)A graph showing Figure 2 (part 2) デューティ90%でモータ回転数が2900rpm,3000rpm,3100rpmのときの電圧電流位相差とトルクとの関係を示す図FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the voltage/current phase difference and torque when the motor rotation speed is 2900 rpm, 3000 rpm, and 3100 rpm with a duty of 90%. 「速度指令調整なし」のときの負荷印加時の制御波形を示す図A diagram showing the control waveform when a load is applied without "speed command adjustment" 「速度指令調整あり」のときの負荷印加時の制御波形を示す図A diagram showing the control waveform when a load is applied with "speed command adjustment" 位相差の下限値を周波数指令に応じて変化させることを示す図A diagram showing how the lower limit of the phase difference is changed according to a frequency command. 出力電圧補正量算出部による効果を示す図FIG. 13 is a diagram showing the effect of the output voltage correction amount calculation unit. 本実施形態のV/f制御とベクトル制御との効率を比較した図A diagram comparing the efficiency of the V/f control and the vector control of this embodiment. 出力電圧補正が安定的に行われている状態を示す図A diagram showing the state in which output voltage correction is being performed stably. 図11に示す状態から、周波数指令が半分になった状態を示す図FIG. 12 shows a state in which the frequency command is halved from the state shown in FIG. 11 . 図12に示すケースにおいて、出力電圧の補正量を周波数指令に比例させた状態を示す図FIG. 13 is a diagram showing a state in which the correction amount of the output voltage is made proportional to the frequency command in the case shown in FIG. 12 . 周波数指令が調整されて出力電圧が低下した後に、周波数指令の加減速を繰り返す状態を示す図A diagram showing the state in which the frequency command is adjusted to reduce the output voltage, and then the frequency command is repeatedly accelerated and decelerated. 図14に示すケースに「出力電圧調整」を導入した場合の波形を示す図FIG. 15 is a diagram showing waveforms when “output voltage adjustment” is introduced into the case shown in FIG. 14 . 電圧電流位相差の変化態様に応じて行う脱調の判定を示す図FIG. 13 is a diagram showing a determination of out-of-step according to a change in the voltage-current phase difference. 制御のメインルーチンのフローチャートFlowchart of the main control routine 出力調整処理のフローチャートFlowchart of output adjustment process

以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、モータ駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。例えば永久磁石モータであるモータ1の各相巻線には、電力変換器であるインバータ2の各相出力端子が接続されている。インバータ2は、具体的には示さないが、正負の直流電源線間にハーフブリッジ回路が3相分並列に接続された構成である。ハーフブリッジ回路は、直流電源線間に直列に接続された一対の半導体スイッチング素子と、それら半導体スイッチング素子のそれぞれに逆並列接続された還流ダイオードとからなる。半導体スイッチング素子は、例えばNチャネルMOSFETなどである。 An embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of a motor drive device. Each phase output terminal of an inverter 2, which is a power converter, is connected to each phase winding of a motor 1, which is, for example, a permanent magnet motor. Although not specifically shown, the inverter 2 is configured with a half-bridge circuit connected in parallel for three phases between positive and negative DC power supply lines. The half-bridge circuit is composed of a pair of semiconductor switching elements connected in series between the DC power supply lines, and a free wheel diode connected in inverse parallel to each of the semiconductor switching elements. The semiconductor switching elements are, for example, N-channel MOSFETs.

周波数指令加減速制限部3には、外部より周波数指令ωrefが入力されるが、加減速制限部3は、その周波数指令ωrefについて必要に応じた加減速の制限を加え、減算器4を介してf/V変換部5に出力する。例えば、周波数指令ωrefがステップ状に急変した場合に、加減速制限部3は、その指令値が時間に比例して漸増するように変換する。f/V変換部5は、入力される周波数指令に応じて変換した電圧信号を、PWM制御におけるDuty指令として出力する。また、周波数指令は、積分器6により積分されることで位置指令に変換される。 The frequency command acceleration/deceleration limiting unit 3 receives a frequency command ωref from the outside, and applies acceleration/deceleration limits to the frequency command ωref as necessary, and outputs the limit to the f/V conversion unit 5 via the subtractor 4. For example, if the frequency command ωref suddenly changes in a step shape, the acceleration/deceleration limiting unit 3 converts the command value so that it increases gradually in proportion to time. The f/V conversion unit 5 outputs a voltage signal converted according to the input frequency command as a duty command in PWM control. The frequency command is also converted into a position command by being integrated by the integrator 6.

変調制御部7には、減算器8を介したDuty指令と位置指令とが入力され、変調制御部7は、3相PWM信号(U,V,W±)を生成して、インバータ2の各半導体スイッチング素子にゲート信号として出力する。 The duty command and position command are input via the subtractor 8 to the modulation control unit 7, which generates a three-phase PWM signal (U, V, W±) and outputs it as a gate signal to each semiconductor switching element of the inverter 2.

電圧電流位相差検出処理部9は、インバータ2の負電源側に1つのみ配置される1シャント抵抗,又は各相アームの負電源側に配置される3シャント抵抗等からの電圧より、モータ電流を検出する。電圧電流位相差検出処理部9では、変調制御部7より得られる電圧位相と、モータ電流位相との差を算出する。3シャント方式であれば電流のゼロクロス点での位相差を算出し、1シャント方式であれば、2相電流のクロスタイミングから残り1相の電流のゼロクロス点を求めることで位相差を算出する。 The voltage-current phase difference detection processing unit 9 detects the motor current from the voltage from a single shunt resistor placed only one on the negative power supply side of the inverter 2, or a triple shunt resistor placed on the negative power supply side of each phase arm. The voltage-current phase difference detection processing unit 9 calculates the difference between the voltage phase obtained from the modulation control unit 7 and the motor current phase. In the case of the triple shunt method, the phase difference is calculated at the zero crossing point of the current, and in the case of the single shunt method, the phase difference is calculated by finding the zero crossing point of the current of the remaining phase from the crossing timing of the two-phase current.

電流ピーク検出処理部10は、検出されたモータ電流からそのピークを求め、出力電圧補正量算出部11は、電流のピークが極力小さくなるように出力電圧を補正するための補正値を減算器8に出力する。制御部に相当する周波数指令補正量算出部12では、電圧電流位相差検出処理部9で検出された位相差が、下限値設定部14により入力される下限値以下になると、周波数指令を低下させる補正値を減算器4に出力すると共に、Duty指令を増大させる指令値を出力電圧補正量算出部11に出力する。 The current peak detection processing unit 10 finds the peak from the detected motor current, and the output voltage correction amount calculation unit 11 outputs a correction value to the subtractor 8 for correcting the output voltage so that the current peak is minimized. When the phase difference detected by the voltage-current phase difference detection processing unit 9 falls below the lower limit input by the lower limit setting unit 14, the frequency command correction amount calculation unit 12, which corresponds to the control unit, outputs a correction value to the subtractor 4 that reduces the frequency command, and outputs a command value to the output voltage correction amount calculation unit 11 that increases the duty command.

回転異常判定部に相当する脱調判定部13は、電圧電流位相差検出処理部9で検出された電圧電流位相差の変化に基づいて、モータ1が脱調したことを判定する。補正タイミング判定部15は、周波数指令ωrefと周波数指令加減速制限部3の出力とが一致した際に、出力電圧補正量算出部11に電圧補正処理を開始させる。以上が、モータ制御装置16を構成している。 The out-of-step determination unit 13, which corresponds to the rotation abnormality determination unit, determines that the motor 1 has gone out of step based on the change in the voltage-current phase difference detected by the voltage-current phase difference detection processing unit 9. The correction timing determination unit 15 causes the output voltage correction amount calculation unit 11 to start voltage correction processing when the frequency command ωref and the output of the frequency command acceleration/deceleration limiting unit 3 match. The above constitutes the motor control device 16.

図2は、V/f制御時のベクトル図を示す。負荷トルクが小さい場合、電流ベクトルIはd軸に近いが、負荷が大きくなると、トルクを増やすためにq軸に近づく。負荷が大きくなり過ぎると弱め界磁制御となり、電流が増えてトルクも増えるが、電圧位相が進み過ぎるとトルクが低下してしまい、脱調に至ることになる。 Figure 2 shows a vector diagram during V/f control. When the load torque is small, the current vector I is close to the d-axis, but as the load increases, it moves closer to the q-axis to increase the torque. If the load becomes too large, field-weakening control is performed, and the current increases, increasing the torque, but if the voltage phase advances too much, the torque decreases, resulting in loss of synchronization.

図3及び図4は、図2をグラフ化したもので、電圧と電流の位相差とトルク及び電流の関係を示している。PWMデューティが一定の場合、負荷が大きくなると磁極が遅れてd軸電流Idが負の値になり、電圧位相が進んで位相差が小さくなる。 Figures 3 and 4 are graphs of Figure 2, showing the relationship between the phase difference between the voltage and current and the torque and current. When the PWM duty is constant, as the load increases, the magnetic pole lags, the d-axis current Id becomes negative, the voltage phase advances, and the phase difference becomes smaller.

図5は、デューティ90%固定でモータ回転数が2900rpm,3000rpm,3100rpmのときの電圧電流位相差とトルクとの関係を示す。この関係から、本実施形態では、位相差が小さくなり0[deg]以下となった場合に、速度指令, つまり周波数速度指令を低下させて位相差を大きくする制御を追加した。 Figure 5 shows the relationship between the voltage-current phase difference and torque when the duty is fixed at 90% and the motor rotation speed is 2900 rpm, 3000 rpm, and 3100 rpm. Based on this relationship, in this embodiment, when the phase difference becomes small and falls below 0 [deg], a control is added to reduce the speed command, i.e., the frequency speed command, to increase the phase difference.

図6は「速度指令調整なし」、図7は「速度指令調整あり」のときの負荷印加時の制御波形を示す。速度指令調整なしのときはモータが脱調して停止してしまったが、速度指令調整ありのときは、図中に円で囲んで示している部分において速度指令を低下させることで、モータの脱調による停止を回避できた。また、位相差の下限値については、下限値設定部14が、例えば図8に示すように周波数指令ωrefに応じて上昇させるように変更することで、周波数指令ωrefが変化しても負荷変動に対するロバスト性を確保できるようになる。 Figure 6 shows the control waveforms when a load is applied "without speed command adjustment," and Figure 7 shows the control waveforms when "with speed command adjustment." Without speed command adjustment, the motor stepped out of step and stopped, but with speed command adjustment, the speed command is lowered in the area circled in the figure, so stopping due to the motor stepping out can be avoided. In addition, by changing the lower limit value of the phase difference so that it is increased in response to the frequency command ωref, for example as shown in Figure 8, the lower limit setting unit 14 can ensure robustness against load fluctuations even if the frequency command ωref changes.

図9は、出力電圧補正量算出部11による効果を示している。モータ電流のピーク値が低下するよう、電圧指令,つまりDuty指令が自動的に調整されている。出力電圧補正量算出部11の処理の詳細については、後述する制御フローチャートで説明する。 Figure 9 shows the effect of the output voltage correction amount calculation unit 11. The voltage command, i.e., the duty command, is automatically adjusted so that the peak value of the motor current is reduced. Details of the processing of the output voltage correction amount calculation unit 11 will be explained in the control flowchart described later.

図10は、本実施形態のV/f制御とベクトル制御との効率を比較したものである。ベクトル制御との効率差は1ポイント未満であり、本実施形態の制御によって、ベクトル制御と同等の性能を達成できている。 Figure 10 compares the efficiency of the V/f control of this embodiment with that of vector control. The efficiency difference with vector control is less than one percentage point, and the control of this embodiment achieves performance equivalent to that of vector control.

尚、出力電圧の補正量は、周波数指令に応じて変更する必要がある。図11から図13では、「電圧補正実行」において、波形がインパルス状に立ち上がっているタイミングで補正が実行されている。例えば、図11に示すように、出力電圧補正が安定的に行われている状態から、図12に示すように周波数指令が半分になると、補正量が大き過ぎるため制御が不安定となってしまい、電流ピーク値の抑制が困難になってしまう。これに対して、図13に示すように出力電圧の補正量を周波数指令に比例させることで、周波数指令が急激に低下した場合にも出力電圧の補正が良好に行われるようになり、制御が安定して電流ピーク値を適切に抑制できる。 The amount of output voltage correction must be changed according to the frequency command. In Figures 11 to 13, in "voltage correction execution," correction is performed at the timing when the waveform rises in an impulse shape. For example, if the frequency command is halved as shown in Figure 12 from a state in which output voltage correction is being performed stably as shown in Figure 11, the amount of correction becomes too large, making control unstable and making it difficult to suppress the current peak value. In contrast, by making the amount of output voltage correction proportional to the frequency command as shown in Figure 13, output voltage correction can be performed well even if the frequency command suddenly drops, and control is stable and the current peak value can be appropriately suppressed.

また、上述のように補正を行なうことで出力電圧は低下するが、図14に示すように、周波数指令が調整されて低下した後に、モータ1を加速するための出力電圧が不足して元の周波数指令に戻せなくなり、周波数指令の加減速を繰り返してしまう問題がある。そこで、本実施形態では、周波数指令を低下させた際に出力電圧を上昇させることで、V/f制御における高効率化を実現する「出力電圧調整」と、負荷変動に対応する「周波数指令調整」とを両立させている。図15は「出力電圧調整」を導入した場合の波形を示しており、周波数指令の加減速が繰り返される状態を回避できている。 Although the output voltage is reduced by performing the correction as described above, as shown in FIG. 14, after the frequency command is adjusted and reduced, there is a problem that the output voltage for accelerating the motor 1 is insufficient and the original frequency command cannot be restored, resulting in repeated acceleration and deceleration of the frequency command. Therefore, in this embodiment, by increasing the output voltage when the frequency command is reduced, both "output voltage adjustment" that realizes high efficiency in V/f control and "frequency command adjustment" that responds to load fluctuations are achieved. FIG. 15 shows the waveform when "output voltage adjustment" is introduced, and the state in which repeated acceleration and deceleration of the frequency command are avoided.

ここで、周波数指令を低下させた際に、出力電圧補正量算出部11で算出された補正電圧をそのまま使用すると、補正量が大き過ぎて出力電圧が負の値になってしまい、モータ1が駆動できなくなってしまう問題が生じる。この問題については、低下させる前の元の周波数指令に対して、低下させた周波数指令の割合に応じて電圧補正部で算出した補正電圧を低減すれば良い。これにより、出力電圧の過補正を防止して、モータ1が停止することを回避できる。 Here, if the correction voltage calculated by the output voltage correction amount calculation unit 11 is used as is when the frequency command is lowered, the correction amount will be too large, causing the output voltage to become a negative value, and the motor 1 will not be able to drive. To solve this problem, the correction voltage calculated by the voltage correction unit can be reduced in accordance with the proportion of the lowered frequency command relative to the original frequency command before the reduction. This prevents overcorrection of the output voltage and prevents the motor 1 from stopping.

また、V/f制御ではモータ1のロータ回転位置を検出していないため、負荷が急変して脱調したことを適切に検出することが求められる。本実施形態では、図16中に楕円で囲んだ部分に示すように、電圧電流位相差が正の値に大きく急変した場合に脱調と判定することで検出する。 In addition, because V/f control does not detect the rotor rotation position of motor 1, it is necessary to properly detect when a sudden change in the load causes a loss of synchronism. In this embodiment, as shown in the area surrounded by an ellipse in Figure 16, loss of synchronism is detected by determining that a loss of synchronism has occurred when the voltage-current phase difference suddenly changes significantly to a positive value.

図17は、制御のメインルーチンのフローチャートを示す。この処理は、例えば周波数が20kHz程度であるPWM周期毎に実行される。先ず、補正タイミング判定部15は、モータ1の回転周波数ωが、周波数指令ωrefに一致したか否かを判断する(S01)。回転周波数ωが周波数指令ωrefに一致していなければ(NO)、回転周波数の加減算が行われる(S02)。ここでの加減算は、周波数指令加減算部3に応じて行われるものである。 Figure 17 shows a flowchart of the main control routine. This process is executed for each PWM period, for example, with a frequency of about 20 kHz. First, the correction timing determination unit 15 determines whether the rotation frequency ω of the motor 1 matches the frequency command ωref (S01). If the rotation frequency ω does not match the frequency command ωref (NO), the rotation frequency is increased or decreased (S02). The increase or decrease here is performed according to the frequency command increase/decrease unit 3.

回転周波数ωが周波数指令ωrefに一致すると(S01;YES)出力電圧補正が開始され、電圧電流位相差検出処理部9及びピーク検出処理部10は電流値を取り込む。ピーク検出処理部10は、今回の電流値がホールドしているピーク値よりも大きい場合は更新した電流ピーク値をホールドする(S1)。 When the rotation frequency ω matches the frequency command ωref (S01; YES), output voltage correction is started, and the voltage-current phase difference detection processing unit 9 and the peak detection processing unit 10 capture the current value. If the current current value is greater than the held peak value, the peak detection processing unit 10 holds the updated current peak value (S1).

電圧電流位相差検出処理部9は、電流のゼロクロス点を検出すると(S2;YES)、モータ電気角1周期毎の処理を実行する。先ず、前回求めた電圧電流の位相差を保存してから(S3)今回の位相差を算出する(S4)。脱調判定部13は、前回と今回との位相差の変化量が閾値1よりも大きい場合は(S5;YES)脱調と判定する(S8)。今回の位相差が閾値2以下であれば(S6;YES)、モータ1の負荷が大きくなっているため、周波数指令を低減すると共に(S9)出力電圧を増加させる(S10)。今回の位相差が閾値2よりも大であれば(S6;NO)出力調整処理を行う(S7)。 When the voltage/current phase difference detection processing unit 9 detects the zero crossing point of the current (S2; YES), it executes processing for one motor electrical angle cycle. First, it saves the previously calculated voltage/current phase difference (S3) and then calculates the current phase difference (S4). If the amount of change in the phase difference between the previous and current phases is greater than threshold 1 (S5; YES), the out-of-step determination unit 13 determines that out-of-step has occurred (S8). If the current phase difference is equal to or less than threshold 2 (S6; YES), the load on the motor 1 is large, so the frequency command is reduced (S9) and the output voltage is increased (S10). If the current phase difference is greater than threshold 2 (S6; NO), output adjustment processing is performed (S7).

図18に示す出力調整処理では、電流ピーク値Ip又は電流ピーク値Ip及び周波数ωから指標εを算出すると共に、電流ピーク値又は指標εの積算値γaを算出する(S11)。周波数ωは周波数指令ωrefを用いる。ここで、積算値γaは、後述する処理によって、電流Iのαref周期毎にゼロにリセットされる。αrefは「2」以上の自然数である。したがって、積算値γaも電流Iの複数周期毎にゼロにリセットされる。 In the output adjustment process shown in FIG. 18, an index ε is calculated from the current peak value Ip or the current peak value Ip and the frequency ω, and an integrated value γa of the current peak value or the index ε is calculated (S11). The frequency ω uses the frequency command ωref. Here, the integrated value γa is reset to zero every αref cycles of the current I by the process described below. αref is a natural number equal to or greater than 2. Therefore, the integrated value γa is also reset to zero every several cycles of the current I.

n周期目の積算値γa(n)は、(1)式のようになる。
γa(n)=γa(n-1)+ε(n)=γa(n-1)+Ip/ω …(1)
Ip:n周期目に取得した電流ピーク値
ω:n周期目に取得した周波数
ε(n):n周期目の指標
γa(n-1):(n-1)周期目の積算値
The integrated value γa(n) in the nth period is expressed by equation (1).
γa(n)=γa(n-1)+ε(n)=γa(n-1)+Ip/ω...(1)
Ip: current peak value acquired in the nth period
ω: Frequency obtained in the nth period
ε(n): Index of the nth period γa(n-1): Integrated value of the (n-1)th period

次に、出力電圧補正量算出部11は、駆動電圧Vの出力調整状況が何れのStage(0~4)であるかを判断する(S12)。初回の判定では、例えばStage=0と判断される。
<Stage=0の場合:出力電圧を低下させる>
出力電圧補正量算出部11は、駆動電圧Vを所定の電圧量分減少させてから(S13)Stage=1に設定し(S14)、カウント値αをインクリメントする(S15)。カウント値αは、積算値γaを用いた前回の比較から電流Iの何周期分経過したかを示す。
Next, the output voltage correction amount calculation unit 11 judges which stage (0 to 4) the output adjustment situation of the drive voltage V is in (S12). In the first judgment, for example, it is judged that the stage is 0.
<When Stage=0: Decrease the output voltage>
The output voltage correction amount calculation unit 11 reduces the drive voltage V by a predetermined voltage amount (S13), sets Stage=1 (S14), and increments the count value α (S15). The count value α indicates how many periods of the current I have passed since the previous comparison using the integrated value γa.

<Stage=1の場合:出力電圧をそのまま保持する>
出力電圧補正量算出部11は、カウント値αが基準値αref以上であるか否かを判断する(S16)。基準値αrefは、積算値γaをゼロリセットする周期値である。カウント値αが基準値αrefより小さい場合は(NO)カウント値αをインクリメントして(S22)Stage=1を維持する。
<When Stage=1: The output voltage is maintained as is>
The output voltage correction amount calculation unit 11 judges whether the count value α is equal to or greater than a reference value αref (S16). The reference value αref is a periodic value for resetting the integrated value γa to zero. If the count value α is smaller than the reference value αref (NO), the count value α is incremented (S22) and Stage=1 is maintained.

一方、カウント値αが基準値αref以上の場合(S16;YES)、出力電圧補正量算出部11は、前回の比較から今回の比較までの積算値γaを、前々回の比較から前回の比較までの積算値γbと比較する(S17)。積算値γaが積算値γbより小さい場合は(S18;YES)Stage=0に設定する(S19)。一方、積算値γaが積算値γb以上の場合は(NO)Stage=2に設定する(S21)。それから、カウント値α及び積算値γaをゼロにリセットすると共に、積算値γaで積算値γbを更新する(S20)。 On the other hand, if the count value α is equal to or greater than the reference value αref (S16; YES), the output voltage correction amount calculation unit 11 compares the integrated value γa from the previous comparison to the current comparison with the integrated value γb from the comparison before last to the previous comparison (S17). If the integrated value γa is smaller than the integrated value γb (S18; YES), Stage is set to 0 (S19). On the other hand, if the integrated value γa is equal to or greater than the integrated value γb (NO), Stage is set to 2 (S21). Then, the count value α and the integrated value γa are reset to zero, and the integrated value γb is updated with the integrated value γa (S20).

<Stage=2の場合:出力電圧を上昇させる>
出力電圧補正量算出部11は、駆動電圧Vを所定の電圧量分増加させてから(S23)Stage=3に設定し(S24)、カウント値αをインクリメントする(S25)。
<When Stage=2: Increase the output voltage>
The output voltage correction amount calculation unit 11 increases the drive voltage V by a predetermined voltage amount (S23), sets Stage=3 (S24), and increments the count value α (S25).

<Stage=3の場合:出力電圧をそのまま保持する>
出力電圧補正量算出部11は、カウント値αが基準値αref以上であるか否かを判断する(S26)。カウント値αが基準値αrefより小さい場合は(NO)、カウント値αをインクリメントして(S32)Stage=3を維持する。一方、カウント値αが基準値αref以上の場合は(YES)積算値γaと積算値γbとを比較する(S27)。積算値γaが積算値γbより小さい場合は(YES)Stage=2に設定する(S29)。一方、積算値γaが積算値γb以上の場合は(NO)Stage=0に設定する(S31)。そして、ステップS20と同様の処理を行う(S30)。
<Stage=3: Maintain the output voltage as is>
The output voltage correction amount calculation unit 11 judges whether the count value α is equal to or greater than the reference value αref (S26). If the count value α is smaller than the reference value αref (NO), the count value α is incremented (S32) and Stage=3 is maintained. On the other hand, if the count value α is equal to or greater than the reference value αref (YES), the integrated value γa is compared with the integrated value γb (S27). If the integrated value γa is smaller than the integrated value γb (YES), Stage=2 is set (S29). On the other hand, if the integrated value γa is equal to or greater than the integrated value γb (NO), Stage=0 is set (S31). Then, the same process as in step S20 is performed (S30).

以上のように本実施形態によれば、モータ駆動装置16において、電流ピーク検出処理部10は、モータ1に通電される電流のピーク値を検出し、電圧電流位相差検出処理部9は、モータ1への出力電圧と前記電流との位相差を検出する。f/V変換部5は、入力される周波数指令ωrefに基づいて出力電圧Dutyを算出し、出力電圧補正量算出部11は、電流のピーク値を極力低下させるように出力電圧を補正する。そして、周波数指令補正量算出部12は、前記位相差が下限値を下回ったことを判定すると、周波数指令ωrefを低下させる補正を行うと共に、出力電圧補正量算出部11に補正を実行させる。 As described above, according to this embodiment, in the motor drive device 16, the current peak detection processing unit 10 detects the peak value of the current passed through the motor 1, and the voltage-current phase difference detection processing unit 9 detects the phase difference between the output voltage to the motor 1 and the current. The f/V conversion unit 5 calculates the output voltage Duty based on the input frequency command ωref, and the output voltage correction amount calculation unit 11 corrects the output voltage so as to reduce the peak value of the current as much as possible. Then, when the frequency command correction amount calculation unit 12 determines that the phase difference has fallen below the lower limit, it performs a correction to reduce the frequency command ωref and causes the output voltage correction amount calculation unit 11 to perform the correction.

このように構成すれば、周波数指令ωrefの補正によってモータ1の脱調を防止できると共に、出力電圧の補正によってモータ1の出力トルクが低下することを回避して、V/f制御を高い効率で行うことができる。 By configuring in this way, it is possible to prevent stepping out of motor 1 by correcting the frequency command ωref, and to avoid a decrease in the output torque of motor 1 by correcting the output voltage, thereby enabling V/f control to be performed with high efficiency.

また、補正タイミング判定部15は、モータ1への通電周波数が周波数指令ωrefに達した際に出力電圧補正量算出部11を機能させるので、適切なタイミングで出力電圧の補正を開始させることができる。この場合、出力電圧補正量算出部11は、補正電圧を増加させる値をモータ1への通電周波数に応じて変化させるので、周波数指令が急激に低下した場合でも出力電圧の補正が良好に行われるようになり、制御が安定して電流ピーク値を適切に抑制できる。 The correction timing determination unit 15 also activates the output voltage correction amount calculation unit 11 when the current supply frequency to the motor 1 reaches the frequency command ωref, so that the output voltage correction can be started at an appropriate timing. In this case, the output voltage correction amount calculation unit 11 changes the value by which the correction voltage is increased according to the current supply frequency to the motor 1, so that even if the frequency command suddenly drops, the output voltage is well corrected, and the control is stable and the current peak value can be appropriately suppressed.

更に、出力電圧補正量算出部11は、周波数指令ωrefを基準として補正電圧の値を調整するので、出力電圧の過補正を防止して、モータ1が停止することを回避できる。また、下限値設定部14は、位相差の下限値を周波数指令ωrefに応じて変化させるので、周波数指令ωrefが変化しても負荷変動に対するロバスト性を確保できる。 Furthermore, the output voltage correction amount calculation unit 11 adjusts the value of the correction voltage based on the frequency command ωref, thereby preventing overcorrection of the output voltage and preventing the motor 1 from stopping. In addition, the lower limit setting unit 14 changes the lower limit of the phase difference according to the frequency command ωref, ensuring robustness against load fluctuations even if the frequency command ωref changes.

加えて、脱調判定部13は、今回の位相差と前回の位相差との変化量が閾値を超えたことを判定すると、モータ1の回転異常,つまり脱調と判定するので、ロータ位置を検知しないV/f制御においても、モータ1の脱調を確実に判定できる。 In addition, when the out-of-step determination unit 13 determines that the amount of change between the current phase difference and the previous phase difference exceeds a threshold value, it determines that there is an abnormality in the rotation of the motor 1, i.e., out-of-step. Therefore, even in V/f control that does not detect the rotor position, it is possible to reliably determine out-of-step of the motor 1.

(その他の実施形態)
制御装置16を、モータドライバIC(集積回路)として構成しても良い。
位相差の下限値は、必ずしも周波数指令ωrefに応じて変化させる必要はなく、一定値であっても良い。
Other embodiments
The control device 16 may be configured as a motor driver IC (integrated circuit).
The lower limit value of the phase difference does not necessarily need to be changed in response to the frequency command ωref, and may be a constant value.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

図面中、1はモータ、2はインバータ、5はf/V変換部、9は電圧電流位相差検出処理部、10は電流ピーク検出処理部、11は出力電圧補正量算出部、12は周波数指令補正量算出部、13は脱調判定部、14は下限値設定部、15は補正タイミング判定部、16はモータ制御装置を示す。 In the drawing, 1 is a motor, 2 is an inverter, 5 is an f/V conversion unit, 9 is a voltage-current phase difference detection processing unit, 10 is a current peak detection processing unit, 11 is an output voltage correction amount calculation unit, 12 is a frequency command correction amount calculation unit, 13 is an out-of-step determination unit, 14 is a lower limit value setting unit, 15 is a correction timing determination unit, and 16 is a motor control device.

Claims (6)

モータの固定子巻線に通電を行う通電部と、
前記固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流のピーク値を検出するピーク電流検出部と、
前記モータへの印加電圧と前記電流との位相差を検出する位相差検出部と、
前記印加電圧の大きさを、入力される周波数指令に基づいて算出する電圧算出部と、
前記ピーク電流を極力低下させるように前記印加電圧を補正する電圧補正部と、
前記位相差の下限値を設定する下限値設定部と、
前記位相差が前記下限値を下回ったことを判定すると、前記周波数指令を低下させると共に、前記電圧補正部に前記補正電圧を増加させる制御部とを備えるモータ駆動装置。
an electric current supply unit that supplies electric current to a stator winding of the motor;
a current detection unit that detects a current flowing through the stator winding;
a peak current detection unit for detecting a peak value of the current;
a phase difference detection unit that detects a phase difference between a voltage applied to the motor and the current;
a voltage calculation unit that calculates the magnitude of the applied voltage based on an input frequency command;
a voltage correction unit that corrects the applied voltage so as to reduce the peak current as much as possible;
a lower limit setting unit that sets a lower limit value of the phase difference;
a control unit that, when it is determined that the phase difference falls below the lower limit, reduces the frequency command and increases the correction voltage to be applied to the voltage correction unit.
前記モータへの通電周波数が前記周波数指令に達した際に前記電圧補正部を機能させる補正タイミング判定部を備える請求項1記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1, further comprising a correction timing determination unit that activates the voltage correction unit when the current supply frequency to the motor reaches the frequency command. 前記制御部は、前記電圧補正部が前記補正電圧を増加させる値を、前記モータへの通電周波数に応じて変化させる請求項1又は2記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1 or 2, wherein the control unit changes the value by which the voltage correction unit increases the correction voltage depending on the frequency of current flow to the motor. 前記制御部は、前記周波数指令を基準として前記電圧補正部で算出した補正電圧の値を調整する請求項1から3の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit adjusts the value of the correction voltage calculated by the voltage correction unit based on the frequency command. 前記下限値設定部は、前記下限値を、前記周波数指令に応じて変化させる請求項1から4の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the lower limit setting unit changes the lower limit in response to the frequency command. 今回の位相差と前回の位相差との変化量が閾値を超えたことを判定すると、モータの回転異常と判定する回転異常判定部を備える請求項1から5の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a rotation abnormality determination unit that determines that the motor has a rotation abnormality when it is determined that the amount of change between the current phase difference and the previous phase difference exceeds a threshold value.
JP2021048335A 2021-03-23 2021-03-23 Motor Drive Unit Active JP7532297B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021048335A JP7532297B2 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Motor Drive Unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021048335A JP7532297B2 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Motor Drive Unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022147188A JP2022147188A (en) 2022-10-06
JP7532297B2 true JP7532297B2 (en) 2024-08-13

Family

ID=83462890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021048335A Active JP7532297B2 (en) 2021-03-23 2021-03-23 Motor Drive Unit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7532297B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025047271A1 (en) * 2023-08-30 2025-03-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor drive device, motor unit, fan unit, battery system, and mobile body

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000201495A (en) 1999-01-06 2000-07-18 Mitsubishi Electric Corp Motor system and motor drive
JP2009124812A (en) 2007-11-13 2009-06-04 Panasonic Corp Motor drive device
WO2015097734A1 (en) 2013-12-24 2015-07-02 株式会社日立産機システム Power conversion device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03226297A (en) * 1989-12-20 1991-10-07 Mitsubishi Electric Corp Controller for air-conditioner

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000201495A (en) 1999-01-06 2000-07-18 Mitsubishi Electric Corp Motor system and motor drive
JP2009124812A (en) 2007-11-13 2009-06-04 Panasonic Corp Motor drive device
WO2015097734A1 (en) 2013-12-24 2015-07-02 株式会社日立産機システム Power conversion device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022147188A (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101449456B (en) Electromotor driving device and compressor driving device
KR101685968B1 (en) Inverter apparatus
JP6672902B2 (en) Motor control device
WO2005093943A1 (en) Controller of permanent magnet synchronous motor
JP6241460B2 (en) Electric motor control device
CN108702115A (en) Motor control device and motor control method
WO2015129590A1 (en) Supercharger and ship
KR20080000001A (en) Sensorless BCD Motor Control Method
JP2013052065A (en) Electric washing machine
JP2024040616A (en) Control device
US20170237376A1 (en) Motor controller and method for controlling motor
JP7532297B2 (en) Motor Drive Unit
JP2009189146A (en) Control unit for electric motor
WO2021200389A1 (en) Motor control device, motor system, and motor control method
KR101979999B1 (en) Constant determination device and method of permanent magnet synchronization motor
US20250030364A1 (en) Motor drive device
JP2009273302A (en) Controller for electric motor
CN103166560A (en) motor control device
JP6949242B2 (en) Control device for AC rotating electric machine
JP4193120B2 (en) Motor control device
WO2016035434A1 (en) Motor drive device
WO2019082441A1 (en) Power conversion device and controlling method therefor
JP2008167630A (en) Control device for power converter
CN118355601A (en) Power conversion devices, motor drive devices, and refrigeration cycle application equipment
JP7843734B2 (en) Motor control device and motor drive system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240702

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240710

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240731

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7532297

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150