[go: up one dir, main page]

JP2022147188A - Motor drive device - Google Patents

Motor drive device Download PDF

Info

Publication number
JP2022147188A
JP2022147188A JP2021048335A JP2021048335A JP2022147188A JP 2022147188 A JP2022147188 A JP 2022147188A JP 2021048335 A JP2021048335 A JP 2021048335A JP 2021048335 A JP2021048335 A JP 2021048335A JP 2022147188 A JP2022147188 A JP 2022147188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
current
motor
phase difference
correction
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.)
Granted
Application number
JP2021048335A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7532297B2 (en
Inventor
敏満 會澤
Toshimitsu Aizawa
真一 小湊
Shinichi Kominato
直起 大村
Naoki Omura
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)

Abstract

To provide a motor drive device capable of achieving both of a high efficiency and robustness against a load fluctuation.SOLUTION: A motor drive device of a present embodiment, comprises: an electric conduction part that performs a power conduction to a stator winding of a motor; a current detection part that detects a current flowing in the stator winding; a peak current detection part that detects a peak value of the current; a phase difference detection part that detects a phase difference of an applied voltage to the motor and the current; a voltage calculation part that calculates the magnitude of the applied voltage on the basis of an input frequency command; a voltage correction part that corrects the applied voltage so as to reduce the peak current as possible; a lower limit setting part that sets a lower limit of the phase difference; and a control part that reduces the frequency command and increases the correction voltage by the voltage correction part when it is determined that the phase difference is smaller than the lower limit.SELECTED DRAWING: Figure 1

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。 Embodiments of the present invention relate 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。 As power saving progresses in recent years, for example, a power conversion device for driving a three-phase brushless DC motor has a configuration in which half-bridge circuits for three phases are connected in parallel between positive and negative DC power lines. A half-bridge circuit is composed of a pair of semiconductor switching elements connected in series between DC power supply lines, and free wheel diodes connected in anti-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 having the above configuration, the driving of each semiconductor switching element is PWM (Pulse Width Modulation) controlled. As a result, the DC power supplied from the DC power supply line is converted into three-phase AC power, and current is applied to the windings of the motor. As a circuit for driving a brushless DC motor, a sensor drive using a position sensor has been proposed especially for applications that require starting torque. However, in order to achieve cost reduction and miniaturization, there is a demand for a motor drive device that controls a motor without using a position sensor.

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 the 120° square wave drive that outputs a square wave voltage with a 120° energization electrical angle for one phase, the induced voltage can be detected in the 60° section where the output stops. However, the 120° rectangular wave drive has the problem that noise and vibration are greater than the 180° sinusoidal wave drive that outputs a sinusoidal 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。 Generally, as a method of sinusoidal driving without using a position sensor, there is a method of calculating an induced voltage based on a motor voltage equation and estimating the rotational position using the induced voltage. However, this method requires a high calculation load, requires the use of an expensive microcomputer, and requires a motor constant.

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 method called V/f control that makes the ratio (V/f) of the voltage (V) output from the inverter and the frequency (f) constant. No constants are required.

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, in the V/f control, since the rotational position of the rotor is not grasped, if the load torque becomes too heavy, the rotation of the motor cannot follow the frequency command, resulting in an abnormal stop, that is, loss of synchronism. On the other hand, if the voltage command is set to a large value in order to avoid step-out, the efficiency will deteriorate.
Therefore, a motor drive device capable of achieving both high efficiency and robustness against load fluctuations is provided.

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 driving device of this embodiment is
an energizing unit that energizes the stator windings of the motor;
a current detection unit that detects a current flowing through the stator winding;
a peak current detection unit that detects the peak value of the current;
a phase difference detection unit that detects a phase difference between the 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 value setting unit for setting a lower limit value of the phase difference;
and a control unit that reduces the frequency command and causes the voltage correction unit to increase the correction voltage when it is determined that the phase difference has fallen below the lower limit value.

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1 is a functional block diagram showing a configuration of a motor drive device according to an embodiment; FIG. V/f制御時のベクトル図Vector diagram during V/f control 図2をグラフ化して示す図(その1)Diagram showing FIG. 2 as a graph (part 1) 図2をグラフ化して示す図(その2)Diagram showing FIG. 2 as a graph (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. 4 is a diagram showing the relationship between the voltage-current phase difference and the torque when the duty is 90% and the motor rotation speed is 2900 rpm, 3000 rpm, and 3100 rpm. 「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Diagram showing control waveforms when load is applied with "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Diagram showing that the lower limit of the phase difference is changed according to the frequency command 出力電圧補正量算出部による効果を示す図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 V/f control and vector control of the present embodiment. 出力電圧補正が安定的に行われている状態を示す図Diagram showing a 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A diagram showing a state in which the frequency command is halved from the state shown in FIG. 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. 12 is a diagram showing a state in which the output voltage correction amount is proportional to the frequency command in the case shown in FIG. 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 a state in which the acceleration and deceleration of the frequency command are repeated after the frequency command is adjusted and the output voltage drops. 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Diagram showing waveforms when "output voltage adjustment" is introduced in the case shown in FIG. 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. 11 is a diagram showing step-out determination performed according to a change mode of voltage-current phase difference; 制御のメインルーチンのフローチャートControl main routine flow chart 出力調整処理のフローチャートFlowchart of output adjustment processing

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. For example, each phase winding of a motor 1, which is a permanent magnet motor, is connected to each phase output terminal of an inverter 2, which is a power converter. Although not specifically shown, the inverter 2 has a configuration in which half bridge circuits for three phases are connected in parallel between positive and negative DC power supply lines. A half-bridge circuit is composed of a pair of semiconductor switching elements connected in series between DC power supply lines, and free wheel diodes connected in anti-parallel to each of the semiconductor switching elements. A semiconductor switching element is, for example, an N-channel MOSFET or the like.

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。 A frequency command ωref is input to the frequency command acceleration/deceleration limiting unit 3 from the outside. Output to the f/V converter 5 . For example, when the frequency command ωref suddenly changes stepwise, the acceleration/deceleration limiting unit 3 converts the command value so that it gradually increases in proportion to time. The f/V converter 5 outputs a voltage signal converted according to the input frequency command as a duty command in PWM control. Also, the frequency command is integrated by the integrator 6 to be converted into a position command.

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。 A duty command and a position command via a subtractor 8 are input to the modulation control unit 7, and the modulation control unit 7 generates three-phase PWM signals (U, V, W±) to It is output as a gate signal to the semiconductor switching element.

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 the one-shunt resistor arranged only on the negative power supply side of the inverter 2 or the three-shunt resistor arranged on the negative power supply side of each phase arm. to detect The voltage-current phase difference detection processor 9 calculates the difference between the voltage phase obtained from the modulation controller 7 and the motor current phase. In the case of the three-shunt method, the phase difference at the zero-cross point of the current is calculated, and in the case of the one-shunt method, the phase difference is calculated by obtaining the zero-cross point of the remaining one-phase current from the cross 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。 A current peak detection processing unit 10 obtains the peak from the detected motor current, and an output voltage correction amount calculation unit 11 calculates a correction value for correcting the output voltage so that the current peak becomes as small as possible. output to When the phase difference detected by the voltage-current phase difference detection processing unit 9 becomes equal to or less than the lower limit value input by the lower limit value setting unit 14, the frequency command correction amount calculation unit 12 corresponding to the control unit lowers the frequency command. While outputting the correction value to the subtractor 4 , a command value for increasing the Duty command is output to the output voltage correction amount calculator 11 .

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。 A step-out determination unit 13 corresponding to a rotational abnormality determination unit determines that the motor 1 has stepped out 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 matches the output of the frequency command acceleration/deceleration limiter 3 . 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。 FIG. 2 shows a vector diagram during V/f control. When the load torque is small, the current vector I approaches the d-axis, but when the load increases, it approaches the q-axis in order to increase the torque. If the load becomes too large, the field-weakening control is performed, and the current increases and the torque also increases.

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。 3 and 4 are graphs of FIG. 2, showing the relationship between the phase difference between voltage and current, torque and current. When the PWM duty is constant, as the load increases, the magnetic pole delays, the d-axis current Id becomes negative, the voltage phase advances, and the phase difference decreases.

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。 FIG. 5 shows the relationship between the voltage-current phase difference and the 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 the present embodiment, when the phase difference becomes smaller and becomes 0 [deg] or less, control is added to increase the phase difference by decreasing the speed command, that is, the frequency speed command.

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。 FIG. 6 shows control waveforms when a load is applied when "no speed command adjustment" and FIG. 7 "with speed command adjustment". Without speed command adjustment, the motor stepped out and stopped. It was possible to avoid stopping due to step-out. In addition, the lower limit value of the phase difference is changed by the lower limit setting unit 14 so as to be increased according to the frequency command ωref as shown in FIG. Robustness can be ensured.

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。 FIG. 9 shows the effect of the output voltage correction amount calculator 11. FIG. A voltage command, that is, a duty command is automatically adjusted so that the peak value of the motor current is lowered. Details of the processing of the output voltage correction amount calculator 11 will be described later with reference to a control flowchart.

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。 FIG. 10 compares the efficiency of the V/f control and vector control of this embodiment. The difference in efficiency from the vector control is less than 1 point, and the control of this embodiment achieves performance equivalent to that of the 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。 It should be noted that the correction amount of the output voltage must be changed according to the frequency command. In FIGS. 11 to 13, in "execution of voltage correction", correction is executed at the timing when the waveform rises in an impulse shape. For example, when the frequency command is halved as shown in FIG. 12 from the state in which the output voltage is corrected stably as shown in FIG. 11, the control becomes unstable because the correction amount is too large. , it becomes difficult to suppress the current peak value. On the other hand, by making the correction amount of the output voltage proportional to the frequency command as shown in FIG. The current peak value can be stably suppressed appropriately.

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。 Also, although the output voltage is reduced by performing the correction as described above, as shown in FIG. There is a problem that it becomes impossible to return to the frequency command, and acceleration/deceleration of the frequency command is repeated. Therefore, in this embodiment, by increasing the output voltage when the frequency command is lowered, "output voltage adjustment" that achieves high efficiency in V/f control and "frequency command adjustment" that responds to load fluctuations. ” is compatible with. FIG. 15 shows waveforms when the "output voltage adjustment" is introduced, and a state in which acceleration and deceleration of the frequency command are repeated can be 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 calculator 11 is used as it is when the frequency command is lowered, the correction amount is too large and the output voltage becomes a negative value. There is a problem that it becomes impossible to drive. This problem can be solved by reducing the correction voltage calculated by the voltage correction unit in accordance with the ratio of the lowered frequency command to the original frequency command before the decrease. As a result, the overcorrection of the output voltage can be prevented, and the stop of the motor 1 can be avoided.

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, since the rotor rotation position of the motor 1 is not detected in the V/f control, it is required to appropriately detect a step-out caused by a sudden load change. In this embodiment, as shown in the portion surrounded by an ellipse in FIG. 16, when the voltage-current phase difference suddenly changes significantly to a positive value, step-out is detected by determining that it is out of step.

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。 FIG. 17 shows a flow chart of the main control routine. This processing is executed, for example, in each PWM cycle whose frequency is approximately 20 kHz. First, the correction timing determination unit 15 determines whether or not the rotation frequency ω of the motor 1 matches the frequency command ωref (S01). If the rotational frequency ω does not match the frequency command ωref (NO), the rotational frequency is added or subtracted (S02). The addition/subtraction here is performed according to the frequency command addition/subtraction 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 section 9 and the peak detection processing section 10 take in current values. 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 each cycle of the motor electrical angle. First, the voltage-current phase difference obtained last time is stored (S3), and then the current phase difference is calculated (S4). If the amount of change in the phase difference between the previous time and the current time is greater than the threshold value 1 (S5; YES), the step-out determination unit 13 determines that there is a step-out (S8). If the current phase difference is equal to or less than the threshold value 2 (S6; YES), the load on the motor 1 is increased, 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, the index ε is calculated from the current peak value Ip or the current peak value Ip and the frequency ω, and the integrated value γa of the current peak value or the index ε is calculated (S11). A frequency command ωref is used for the frequency ω. Here, the integrated value γa is reset to zero every αref cycle of the current I by a process described later. αref is a natural number equal to or greater than "2". Therefore, the integrated value γa is also reset to zero every multiple 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) of the n-th period is given by the formula (1).
γa(n)=γa(n−1)+ε(n)=γa(n−1)+Ip/ω (1)
Ip: current peak value obtained in the n-th cycle
ω: frequency acquired in the n-th cycle
ε(n): n-th cycle index γa(n-1): integrated value of (n-1)th cycle

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 calculator 11 determines which stage (0 to 4) the output adjustment status of the driving voltage V is (S12). In the first determination, it is determined that Stage=0, for example.
<When Stage=0: Decrease the output voltage>
After decreasing the driving voltage V by a predetermined amount (S13), the output voltage correction amount calculator 11 sets Stage=1 (S14) and increments the count value α (S15). The count value α indicates how many cycles of the current I have elapsed 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: Hold the output voltage as it is>
The output voltage correction amount calculator 11 determines whether or not the count value α is greater than or equal to the 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 greater than or equal to the reference value αref (S16; YES), the output voltage correction amount calculator 11 calculates the integrated value γa from the previous comparison to the current comparison to It is compared with the integrated value γb (S17). If the integrated value γa is smaller than the integrated value γb (S18; YES), Stage=0 is set (S19). On the other hand, when the integrated value γa is greater than or equal to 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>
After increasing the drive voltage V by a predetermined amount (S23), the output voltage correction amount calculator 11 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)。
<When Stage=3: Hold the output voltage as it is>
The output voltage correction amount calculator 11 determines whether or not the count value α is greater than or equal to 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, when the count value α is equal to or greater than the reference value αref (YES), the integrated value γa and the integrated value γb are compared (S27). If the integrated value γa is smaller than the integrated value γb (YES), Stage=2 is set (S29). On the other hand, when the integrated value γa is greater than or equal to the integrated value γb, (NO) Stage is set to 0 (S31). Then, the same processing 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 the present embodiment, in the motor drive device 16, the current peak detection processing unit 10 detects the peak value of the current supplied to the motor 1, and the voltage-current phase difference detection processing unit 9 detects the The phase difference between the output voltage to 1 and the current is detected. The f/V converter 5 calculates the output voltage Duty based on the input frequency command ωref, and the output voltage correction amount calculator 11 corrects the output voltage so as to reduce the current peak value as much as possible. Then, when determining that the phase difference has fallen below the lower limit value, the frequency command correction amount calculator 12 performs correction to lower the frequency command ωref and causes the output voltage correction amount calculator 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。 With this configuration, it is possible to prevent step-out of the motor 1 by correcting the frequency command ωref, and to avoid a decrease in the output torque of the motor 1 by correcting the output voltage, thereby performing V/f control with high efficiency. It can be carried out.

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。 Further, the correction timing determination unit 15 causes the output voltage correction amount calculation unit 11 to function when the frequency of the current applied to the motor 1 reaches the frequency command ωref, so that the correction of the output voltage can be started at an appropriate timing. . In this case, the output voltage correction amount calculator 11 changes the value by which the correction voltage is increased according to the energization frequency of the motor 1. Therefore, even if the frequency command suddenly drops, the output voltage is corrected satisfactorily. As a result, the control is stable and the current peak value can be suppressed appropriately.

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, since the output voltage correction amount calculator 11 adjusts the value of the correction voltage based on the frequency command ωref, it is possible to prevent overcorrection of the output voltage and stop the motor 1 . Further, since the lower limit value setting unit 14 changes the lower limit value of the phase difference according to the frequency command ωref, it is possible to ensure 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 determining unit 13 determines that the amount of change between the current phase difference and the previous phase difference exceeds the threshold value, it determines that the motor 1 is abnormal in rotation, that is, out of step. Even in V/f control in which detection is not performed, step-out of the motor 1 can be reliably determined.

(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 have to be changed according 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。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope 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 described in the claims and equivalents thereof.

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, and 12 is a frequency command. 13 is a step-out 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 energizing unit that energizes the stator windings of the motor;
a current detection unit that detects a current flowing through the stator winding;
a peak current detection unit that detects the peak value of the current;
a phase difference detection unit that detects a phase difference between the 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 value setting unit for setting a lower limit value of the phase difference;
A motor driving device comprising: a control section that reduces the frequency command and causes the voltage correction section to increase the correction voltage when it is determined that the phase difference is below the lower limit value.
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。 2. The motor drive device according to claim 1, further comprising a correction timing determination section that causes the voltage correction section to function when the frequency of the current applied 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。 3. The motor drive device according to claim 1, wherein the control unit changes the value by which the voltage correction unit increases the correction voltage according to the frequency of the current supplied 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。 4. The motor drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control section adjusts the correction voltage value calculated by the voltage correction section 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 value setting section changes the lower limit value according 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。 6. The motor according to any one of claims 1 to 5, comprising a rotation abnormality determination unit that determines that the motor rotation abnormality occurs when it is determined that the amount of change between the current phase difference and the previous phase difference exceeds a threshold. drive.
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 true JP2022147188A (en) 2022-10-06
JP7532297B2 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)

Cited By (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

Family Cites Families (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 driving device
JP4735638B2 (en) 2007-11-13 2011-07-27 パナソニック株式会社 Motor drive device
CN105814790B (en) 2013-12-24 2018-10-02 株式会社日立产机系统 Power inverter

Cited By (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

Also Published As

Publication number Publication date
JP7532297B2 (en) 2024-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2034605B1 (en) Electric motor driving device, and compressor driving device
US9698713B2 (en) Apparatus for correcting offset of current sensor
US9431933B2 (en) Inverter apparatus
KR100791814B1 (en) Sensorless BCD Motor Control Method
WO2005093943A1 (en) Controller of permanent magnet synchronous motor
WO2015129590A1 (en) Supercharger and ship
JP6241460B2 (en) Electric motor control device
JP7357204B2 (en) Power tools, control methods, programs
JPWO2019207754A1 (en) Electric motor control device
US20150211533A1 (en) Electric compressor
CN113169695A (en) motor control device
JP7532297B2 (en) Motor Drive Unit
KR101979999B1 (en) Constant determination device and method of permanent magnet synchronization motor
WO2015083449A1 (en) Electric motor control device and control method
JP2008167630A (en) Control device for power converter
WO2019093064A1 (en) Induction electric motor drive device and drive method
JP3691269B2 (en) Motor control device
WO2019082441A1 (en) Power conversion device and controlling method therefor
JP2017188968A (en) Motor drive device
JP7206679B2 (en) Drives for electric motors and electric pump devices
US20250030364A1 (en) Motor drive device
JP2010130731A (en) Motor controller
KR102509725B1 (en) Motor drive apparatus
JP2024040616A (en) Control device
JP2024170168A (en) Power conversion device and control method

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