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JP3959617B2 - AC motor constant measuring method and control device - Google Patents

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JP3959617B2
JP3959617B2 JP2002076735A JP2002076735A JP3959617B2 JP 3959617 B2 JP3959617 B2 JP 3959617B2 JP 2002076735 A JP2002076735 A JP 2002076735A JP 2002076735 A JP2002076735 A JP 2002076735A JP 3959617 B2 JP3959617 B2 JP 3959617B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベクトル制御等で制御定数として使用される交流電動機の一次及び二次の合成抵抗(R1+R2)及び漏れインダクタンス(l=l1+l2)の測定方法に関し、詳しくは、交流電動機を可変制御するインバータ装置を用いて、交流電動機の合成抵抗(R1+R2)、及び漏れインダクタンス(l=l1+l2)を測定する方法および交流電動機の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来技術として、交流電動機を停止したままの状態で、交流電動機の合成抵抗(R1+R2)と漏れインダクタンス(l=l1+l2)を測定する方法は、例えば、特開平06−98595号に開示されている「交流電動機の定数測定方法および制御装置」が知られている。
図11は従来の交流電動機の定数測定装置の構成図であり、通常の運転時は、インバータ入力電圧Vdcをインバータ104によりPWM制御することで交流電圧を作り、誘導電動機105を可変速制御している。
また、1チップマイコン等を用いた制御回路106により、通常運転時には速度指令ωrに追従するように速度センサレスベクトル制御処理107を行い、ゲート回路108にPWM信号を発生する。この場合、1次抵抗測定値r1や、二次抵抗値r2、漏れインダクタンス測定値(l1+l2)や、他のモータ定数設定値及びモータ電流検出器109の出力を基に速度及びトルク制御を行っている。
【0003】
従って、合成抵抗値(r1+r2)、漏れインダクタンス(l1+l2)といった定数測定は運転前に行われる。先ず、単相交流励磁処理110で測定用の正弦波変調信号を作り、これによりゲート回路108を介してインバータ104を動作させ、交流励磁電圧により電動機105に交流電流を流して測定を行うもので、電動機105を停止状態のままで、有効パワー電流Iq無効パワー電流Id演算処理回路111では、測定用の1次周波数指令ω1を積分した交流励磁電圧のベクトルの回転位相をθとすると、sinθ、−cosθとU相の電動機電流iuを基に、Iq、Idを演算する。
次に、抵抗・インダクタンス演算処理回路112で、Iq、Id演算値と励磁電圧指令の大きさVc1から、(r1+r2)、(l1+l2)を演算する。
【0004】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、上記従来例では、パワー素子のオン電圧降下によるインバータ出力電圧誤差の補正を行うことで、励磁電圧指令の大きさと電動機の瞬時電流検出値のみから、合成抵抗(r1+r2)、漏れインダクタンス(l1+l2)を精度良く演算測定するようにしているので、このうちパワー素子のオン電圧降下による出力電圧誤差は、出力電流の大きさで変化するため、制御周期毎に出力電流の瞬時値に対するオン電圧降下を補正する必要があった。このために、定数測定のソフトが複雑になることと、事前に精度良くパワー素子のオン電圧降下を設定しておくことが必要になるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、パワー半導体素子のオン電圧降下による振幅誤差及び位相誤差を、測定後の電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正することで、瞬時値に対する制御周期毎のオン電圧降下の補正、及び精度の良いパワー素子のオン電圧降下特性の設定が不要となる合成抵抗(R1+R2)および漏れインダクタンス(l=l1+l2)の高精度な演算方法と、その測定値を用いた交流電動機の制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、交流電動機の定数測定方法に係り、出力電圧の大きさ、周波数および位相の制御が可能なパワー半導体素子から構成される電力変換器を介して供給される一次電流を、該交流電動機の磁束と平行な成分(励磁電流)とこれに直交する成分(トルク電流)とに分離して各々を独立に調整し、交流電動機の各相に流れる出力電流を検出する電流検出器を有、インバータ装置は前記交流電動機の回転を停止させた状態で、正弦波発生器により交番磁束が発生するように電圧位相を予め設定された任意の値に固定し、周波数fhの正弦波の電圧指令を与え、電圧指令値は出力電流の大きさが所定値になるように調整した後、所定時間経過後に前記電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび出力電流の絶対値の平均値I_aveおよび前記電圧指令と出力電流の位相差θ_difを測定し、前記V_aveとI_aveとの比のcos成分から一次および二次の合成抵抗(R1+R2)を演算測定し、前記V_aveとI_aveとの比のsin成分から演算測定するか、
または次式、
【数1】

Figure 0003959617
より、漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定する交流電動機の定数測定方法において、出力電圧誤差のうち少なくともパワー半導体素子のオン電圧降下による振幅および位相差誤差を、測定した電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正した後、一次および二次の合成抵抗(R1+R2)と漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定することを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の交流電動機の定数測定方法において、電流の関数としたパワー半導体素子のオン電圧降下量を内蔵し、少なくとも測定交流電流のピーク値におけるパワー半導体素子のオン電圧降下量を用いて前記振幅誤差と前記位相差誤差を補正することを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、交流電動機の制御装置に係り、出力電圧の大きさ、周波数および位相の制御が可能なパワー半導体素子から構成される電力変換器を介して供給される一次電流を、該交流電動機の磁束と平行な成分(励磁電流)とこれに直交する成分(トルク電流)とに分離して各々を独立に調整し、交流電動機の各相に流れる出力電流を検出する電流検出器を有し、インバータ装置は、前記交流電動機の回転を停止させた状態で、正弦波発生器により交番磁束が発生するように電圧位相を予め設定された任意の値に固定し、周波数fhの正弦波の電圧指令を与える手段と、電圧指令値は出力電流の大きさが所定値になるように調整した後、所定時間経過後に前記電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび出力電流の絶対値の平均値I_aveおよび前記電圧指令と出力電流の位相差θ_difを測定する手段を具備し、前記V_aveとI_aveとの比のcos成分から一次および二次の合成抵抗(R1+R2)を演算測定し、前記V_aveとI_aveとの比のsin成分から演算測定するか、
あるいは次式、
【数2】
Figure 0003959617
より漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定する交流電動機の制御装置において、出力電圧誤差のうち少なくともパワー半導体素子のオン電圧降下による振幅および位相差誤差を、測定した電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相 差θ_difに補正する手段を具備し、これら補正したV_aveおよびθ_aveを用いて一次および二次の合成抵抗(R1+R2)と漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定し、これらの測定値を基に交流電動機を制御することを特徴としている。
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の交流電動機の制御装置において、前記測定した電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正する手段は、電流の関数としたパワー半導体素子のオン電圧降下量を内蔵し、少なくとも測定交流電流のピーク値におけるパワー半導体素子のオン電圧降下量を用いて前記振幅誤差と前記位相差誤差を補正することを特徴としている。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る電圧形インバータの回路構成図である。
図2は図1に示すインバータ制御装置の詳細回路図である。
図3は図1に示す平均値・位相差演算器の詳細回路図である。
図4は図1に示す電動機の等価回路図である。
図5は図1に示す電圧形インバータの動作のフローチャーチャートである。
図6は図4に示す等価回路のインピーダンスのベクトル図である。
図7は図3に示す平均的・位相差演算器の電圧指令値・電流検出値のタイムチャートである。
図1において、1は電圧形インバータ、2は交流電動機、3は電流検出器、4は比較器、5は発振器、6は加算器、7はゲート回路、8はインバータ制御装置、 9はデッドバンド補償器、10は直流電源、11は速度指令回路、14は速度検出器、27は平均値・位相演算器である。
同図において、電圧形インバータ1は直流電源10から加えられる直流電圧をPWM制御方式により任意の周波数と電圧の交流に変換する。電圧形インバータ1はトランジスタやIGBT等のパワー半導体素子からなるスイッチング素子TUP、TVP、…TWNと各スイッチング素子に逆並列接続された帰還ダイオードDUP、DVP、…DWNとから構成される。
【0008】
電圧形インバータ1の各相U、V、Wの交流出力端に交流電動機2が接続されている。交流電動機2のU相、V相、W相の1次電流Iu、Iv、Iwは電流検出器3u、3v、3wによって検出される。また、速度検出器14により交流電動機2の回転速度を検出する。
インバータ制御装置8には、速度指令回路11で作成された速度指令値ωr*と、電流検出器3u、3v、3wにより検出した交流電動機2のU相、V相、W相の1次電流Iu、Iv、Iwと、速度検出器14からの速度検出値ωrが加えられ、120°位相差のU、V、Wの各相の電圧指令パターン信号(Vu*、Vv*、Vw*)と、デッドバンドによる電圧誤差を補償するデッドバンド補償器9u、9v、9wに位相γを出力する。デッドバンド補償器9u、9v、9Wは位相γを引数として電圧誤差補償値を加算器6u、6v、6wに出力する。
【0009】
また、加算器6u、6v、6wは、電圧パターン信号Vu*、Vv*、Vw*と、デッドバンド補償器9u、9v、9wの出力値を加算し、加算値を比較器4u、4v、4wに送出する。PWM制御のための搬送波信号を発生する発振器5の出力信号も比較器4u、4v、4wへ送出され、比較器4u、4v、4wは加算器6u、6v、6wの出力信号と搬送波信号を比較し、電圧形インバータ1を構成するスイッチング素子TUP、TVP、TWNをオン/オフするためのPWMパルスを発生する。
ゲート回路7は比較器4u、4v、4wの出力するPWMパルスに応じてスイッチング素子TUP、TVP、…TWNにゲート信号を与える。
【0010】
図2において、8はインバータ制御装置、12は励磁電流指令回路、15は3相/2相変換器、16は2相/3相変換器、17は一次角周波数演算回路、18は速度制御回路、19はトルク電流制御回路、20は励磁電流制御回路、21は電圧指令補償回路、22は加算器、23は積算器、24は位相計算器、25はチューニング処理部、26は電流振幅演算器である。
同図において、インバータ制御装置8には、交流電動機2への一次電流Iu、Iv、Iwを検出して座標変換を行ったトルク電流帰還値Iqfbと、励磁電流帰還値Idfbを送出する3相/2相変換器15が設けられている。速度指令回路11からの速度指令値ωr*と、速度検出器14からの速度検出値ωrが一致するように設けられた速度制御回路ASR18の出力値をトルク電流指令値Iqrefとし、このIqrefと3相/2相変換器15が出力するトルク電流帰還値Iqfbとが一致するように制御するためのトルク電流制御回路ACRq19と、励磁電流指令回路12からの励磁電流指令値Idrefと、3相/2相変換器15からの励磁電流帰還値Idfbとが一致するように、励磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路ACRd20が設けられている。
【0011】
また、交流電動機2の磁束で発生し、誘導起電力係数による誘起電圧と一次抵抗R1による逆起電力のトルク電流方向成分の電圧と、交流電動機2の漏れインダクタンス(l=l1+l2)や一次抵抗R1による逆起電力の励磁電流方向成分の電圧を出力する電圧指令補償回路21を有している。電圧指令補償回路21の出力のうちトルク電流方向成分の電圧は、トルク電流制御回路19の出力と、加算器22Aで加算されトルク電流方向電圧指令値Vqrefを生成し、励磁電流方向成分の電圧は、励磁電流制御回路20の出力と加算器22Bで加算され励磁電流方向電圧指令値Vdrefを生成する。
更に、トルク電流方向電圧指令値Vqrefと、励磁電流方向電圧指令値Vdrefとから、120°位相差のU、V、Wの各相の電圧指令パターン信号(Vu*、Vv*、Vw*)を生成して出力する2相/3相変換器16が設けられている。
【0012】
なお、3相/2相変換器15、2相/3相変換器16は、夫々次の(1)式、(2)式で演算される。
【数5】
Figure 0003959617
また、インバータ制御装置8は、Idref、Iqrefと設定された二次抵抗R2から、すべり周波数指令値ωs*を求め、速度検出器14からの速度検出値ωrとから一次角周波数ω1*を演算して出力する一次角周波数指令演算回路17を有し、一次角周波数指令演算回路17からの一次角周波数ω1*は、積算器23により積算され、3相/2相変換器15と2相/3相変換器16へ、位相θとして出力される。
また、位相θは位相計算回路24の出力であるtan-1(Iqfb/Idfb)と加算器22cで加算され、位相γとしてデッドバンド補償器9u、9v、9wへ出力される。
【0013】
図2のインバータ制御装置中、本発明の中核部分を構成するチューニング処理は、実運転前の合成抵抗、漏れインダクタンス測定動作をコントロールするチューニング処理部25と、チューニング処理部25からの切替信号Cswにより実運転と定数測定動作を切替えられるスイッチ回路13A、13B、13Cを設けて、実運転前の定数測定時にはb端子側へ切替え、スイッチ回路13Aではトルク電流方向電圧指令値Vqrefは0に切替え、スイッチ回路13Bでは励磁電流方向電圧指令値Vdrefは、チューニング処理部25で定数測定用に設定したチューニング電圧指令値V_refに切替え、スイッチ回路13Cでは位相θを設定値(固定値)に切替える処理を行う。
従って、定数測定時のチューニング処理部25の出力としては、スイッチ切替信号Csw、定数測定用信号として設定されたチューニング電圧指令値V ref、および同じ位相θhを出力し、スイッチ13Cにより位相θに任意の固定値に設定する処理を行う。
また、電流振幅演算器26はトルク電流帰還値Iqfbと励磁電流帰還値Idfbを入力として、出力電流の振幅値I_fbを演算出力する。
【0014】
図3において、27は平均値・位相演算器、28はLPF、29はHPF、30は絶対値回路、31は乗算器、32は減算器、33は正弦波発生器である。
同図において、平均値・位相差演算器27は、インバータ制御装置8からの定数測定時の信号V_ref、I_fb、位相θhを入力して、両信号の位相差θ_difと、各信号の絶対値の平均値V_ave、I_aveを演算するものであり、直流分を除去するハイパスフィルターHPF29A、29Bと、sin、cosを出力する正弦波発生器33と、HPF29の出力とsinθh、cosθhを乗算する乗算回路31A〜Dと、平均値処理を行うローパスフィルタLPF28A〜Fと、絶対値演算回路(ABS)30A、30Bと、位相計算回路24B、24Cを有している。
【0015】
以上の図1に示した電圧形インバータ1と、図2に示したインバータ制御装置8と、図3に示した平均値・位相差演算器27による、定数測定処理の概略は、先ず、図2に示すインバータ制御装置8において、実運転前に、チューニング処理部25より切替信号Cswによりスイッチ13A、13B、13Cを測定用のb端子側へ切替えて、Vqrefは0に、Vdrefは定数測定用の電圧指令値V_refに、位相θは固定値に設定して、定数測定時の電動機停止状態での電圧指令パターン信号Vu*〜Vw*を出力して、図1に示す電圧形インバータにより交流電動機2を駆動し、定数測定時の一次電流Iu、Iv、Iwを検出する。定数測定用電圧指令V_refと同位相θhと、電流振幅Ifbを図3の平均値・位相差演算器27へ出力する。
平均値・位相差演算器27では、V_ref、θh、Ifb信号より位相差θ_difと、平均値V_ave、I_aveを演算し、定数演算器(図示していない)により合成抵抗(R1+R2)、漏れインダクタンス(l1+l2)を求めて記憶する。
定数測定が終了したら、図2のスイッチ13A、13B、13Cを切替え、実運転用のa端子側に戻し、求めた電動機定数を用いて、図1に示すインバータ1を制御し実運転を行うものである。
【0016】
つぎに図5を参照して本発明の定数測定方法について説明する。
定数測定時(チューニング時)には、インバータ制御装置8のチューニング処理部25において、チューニング時に流す定数測定用の交流電流の大きさと周波数fhを決める(S100)。
この場合の交流電流の大きさは、電圧形インバータ1と交流電動機2の定格電流値を基に、例えば、2つの定格電流値のうち小さい方の50%〜100%程度とし、周波数fhは、2π・fh ・M≫R2が成立する周波数とする。
図4(a)は交流電動機のT−1型等価回路であり、R1、R2、l=l1+l2、Mはそれぞれ1次抵抗、2次抵抗、漏れインダクタンス、相互インダクタンスであるが、定数測定用fhのように印加する運転周波数が高いと、ωM≫R2となるので、Mには殆ど電流は流れず等価回路は図4(b)のようになる。
また、この時の電圧と電流の位相差θ_difと、(R1+R2)、(l1+l2)×2πfh、Z、の関係は図6のようになる。
【0017】
次に、チューニング処理部25は、定数測定時には切替信号Cswにより、スイッチ回路13AではVqrefを0に、13Bではチューニング電圧指令値V_refに、13Cでは位相θを固定値に設定する(S101)。
ここでV_ref=Vamp・sin(2πfh・t)、であり、Vampの初期値は0として測定運転を開始する。
その後、電流検出値の絶対値の平均値I_aveが、S100で決めた所定の電流値になるように、Vamp(V_refの振幅)を増加させる。そしてI_aveの値が所定値に達したら、平均値・位相差演算器27内のLPF28A〜28Fの出力が安定するまで、所定時間の経過を待つ(S102)。
【0018】
なお、電流平均値I_aveは、図3に示す平均値・位相差演算器27において、I_fb入力から絶対値回路30Bと平均値処理回路LPF28Fにより演算している。V_aveは絶対値回路30AとLPF28Eにより求めている。また、基本信号と各信号の位相差θv´、θi´を位相計算回路24B、24Cの出力として求め、その差θv´−θi´を減算器32出力θ_difとして求めている。
次に、求めた電圧平均値V_ave、電流平均値I_ave、位相差θ_difの値をそれぞれメモリに保存して、運転を停止する(S103)。
この時の電圧指令V_refと、電流検出値I_fbの変化の様子を図7に示す。図7(a)には、LPFの出力が時間tの経過と共に安定する様子が、図7(b)にはその時のV_refとI_fbと位相差θ_difの関係図が示されている。
【0019】
V_ave、I_ave、θ_difが求められたら、次の(3)式、(4)式、(5)式により、
【数6】
Figure 0003959617
(R1+R2)、(l1+l2)を求める(S104)。
また、(3)式、(4)式、(5)式は、図6から、回路のインピーダンスをZ=(V_ave/√3)/I_ave、Zと実軸Reとのなす角をθ_difとすれば、図示の関係から求められる。
【0020】
以上の第1の実施の形態によれば、ここまでVampの初期値を0として測定開始するように説明したが、実際運転時には、流れる電流値を交流電動機のV/f特性値から予測し、予めいくらかの値を設定して、そこから加減することにより時間短縮することも可能である。
また、図3において各信号の平均値V_ave、I_aveをLPF28E、28Fによって求めているが、移動平均によって求めてもよいし、V_ave、位相θV´は、チューニング電圧指令値V_refの振幅、周波数、及びLPF28Eの時定数が自明なので、演算で求めることもできる。
更に、チューニング電圧指令値V_aveにオフセット値V_ref_ofsを加えたものを電圧指令値とすると、オフセット分の電圧は直流として出力されるので、この直流分から同時に一次抵抗R1を求めることもできる。R1が求まれば、(R1+R2)よりR2を求めることは容易である。
また、本実施の形態では、1種類の振幅、周波数の交流信号V_refで合成抵抗、漏れインダクタンスを測定したが、複数の条件で測定を行い、測定結果の平均を取ったり、オフセット量の影響を避けるために差分量を用いて演算する等しても本発明は実施できる。
【0021】
次に、本発明の第2の実施の形態について図を参照して説明する。
図8は本発明の第2の実施の形態に係る電圧形インバータの動作のフローチャートである。
図9は図8に示す電圧形インバータのオン電圧降下量を示す図である。
図10は図8に示すオン電圧降下量による補正処理の説明図である。
第1の実施の形態では、パワー半導体素子の電圧降下の補正を行っていないために、測定したV_ave、θ_difに誤差が生じる場合があるので、第2の実施の形態では、V_aveとθ_difの値の補正手段(図示していない)を平均値・位相差演算器27内に設けて、図8に示すように、第1の実施の形態の処理に、S105、S106の補正処理を追加している。
【0022】
なお、図8において、S100〜S104の処理は第1の実施の形態そのままなので、重複する説明は省略する。
先ず、S100〜S103の処理により測定したV_aveの補正を行う(S105)。
具体的には、測定交流電流のピーク値Ipkを電流の平均値×π/2として、電流の位相がθ_difの時の瞬時電流値をIpk×sinθ_dif、として求める。次に、各電流値でのパワー半導体素子のオン電圧降下量の平均値Von_aveを次の(6)式で演算し、V_aveからVon_aveを減じて、新たなV_aveとする。
【0023】
Figure 0003959617
なお、Von(I)は、電流Iが流れている時のパワー半導体素子のオン電圧降下量を示し、図9に示すようにスイッチング素子による降下量とダイオードによる降下量との平均値として求め、電流Iの関数として平均値・位相演算器27に内蔵されている。
【0024】
次に、位相差θ_difの補正を行う(S106)。具体的には、位相補正量θcmpを次の(7)式で演算し、θ_difにθcmpを加算して新たなθ_difとする。
θcmp=K×4/3×Von(Ipk)
/V_ave×θ_dif/90 …(7)
なお、(7)式中のKは、電圧指令値V_aveとピーク電流値Ipkの時のオン電圧降下量4/3×Von(Ipk)との比で決定される、位相角度の補正のための比例係数である。
【0025】
上の(6)式、(7)式の、(90−θ_dif)/90、とθ_dif/90は、パワー半導体素子のオン電圧降下の影響が平均することで相殺される残りの部分を位相90°単位で平均していることを示している。
図10にこの関係を示している。図10(a)のA1とA2、図10(b)のB1とB2の領域での影響は相殺されること、A1の領域はθ_difと一致すること、B1の領域は90−θ_difと一致することが分かる。
また、図10(a)から分かるように、電流0付近の電圧誤差の影響は相殺されてしまうために、微小電流でのオン電圧降下量の特性を知る必要が無く、オン電圧分の影響を補正することが可能になる。
最後に、S104でオン電圧量により補正された制御定数を演算して、測定を終了する(S104)。
【0026】
このように本発明によれば、測定した合成抵抗、漏れインダクタンス測定値と、事前に設定された1次抵抗R1の値から、R2及び(l=l1+l2)を求め、一次角周波数演算回路17と、電圧指令補償回路21に設定して、実運転時にはスイッチ回路13A〜13Cをa端子側に戻し切替えることで、測定した抵抗、漏れインダクタンス等の制御定数によって、ベクトル制御を行うことができる。
また、ここまでは実施対象を速度検出器付きの誘導電動機により説明したが、速度検出器無しの誘導電動機や、同期機を用いても適用可能である。すなわち、速度検出器の代りに速度推定器や速度指令値から周波数指令を作成したり、すべり周波数指令値ωs*の補償をしない等で実施可能であり、速度推定器に測定した抵抗、漏れインダクタンスの制御定数を設定することもできる。なお、本発明により開示された合成抵抗、漏れインダクタンス測定方法は、実運転時の制御方法が異なっても、何等問題なく使用できることは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、合成抵抗(R1+R2)、漏れインダクタンス(l=l1+l2)等の制御定数を測定する場合に、インバータの出力電圧検出器が不要で、且つ、電動機を停止した状態で合成抵抗及び漏れインダクタンスの測定演算が可能であって、特に、パワー半導体素子のオン電圧降下の影響を電圧指令の平均値V_ave、及び電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正することで、制御周期毎のオン電圧降下の瞬時補正、精度を考慮したパワー素子のオン電圧降下特性の設定なしでも、簡単に高精度な制御定数の測定演算が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る電圧形インバータの回路構成図である。
【図2】図1に示すインバータ制御装置の詳細回路図である。
【図3】図1に示す平均値・位相差演算器の詳細回路図である。
【図4】図1に示す交流電動機の等価回路図である。
【図5】図1に示す電圧形インバータの動作のフローチャートである。
【図6】図4に示す等価回路のインピーダンスのベクトル図である。
【図7】図3に示す平均値・位相差演算器の電圧指令値・電流検出値のタイムチャートである。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係る電圧形インバータの動作のフローチャートである。
【図9】図8に示す電圧形インバータのオン電圧降下量を示す図である。
【図10】図8に示すオン電圧降下量による補正処理の説明図である。
【図11】従来の交流電動機の定数測定装置の構成図である。
【符号の説明】
1 電圧形インバータ
2 交流電動機
3 電流検出器
4 比較器
5 発振器
6 加算器
7 ゲート回路
8 インバータ制御装置
9 デッドバンド補償器
10 直流電源
11 速度指令回路
12 励磁電流指令回路
13 スイッチ回路
14 速度検出器
15 3相/2相変換器
16 2相/3相変換器
17 一次角周波数演算回路
18 速度制御回路
19 トルク電流制御回路
20 励磁電流制御回路
21 電圧指令補償回路
22 加算器
23 積算器
24 位相計算器
25 チューニング処理部
26 電流振幅演算器
27 平均値・位相演算器
28 LPF
29 HPF
30 絶対値回路
31 乗算器
32 減算器
33 正弦波発生器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring a primary and secondary combined resistance (R1 + R2) and leakage inductance (l = l1 + l2) of an AC motor used as a control constant in vector control or the like, and more specifically, an inverter that variably controls the AC motor. The present invention relates to a method for measuring a combined resistance (R1 + R2) and a leakage inductance (l = l1 + l2) of an AC motor and a control device for the AC motor.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, a method for measuring the combined resistance (R1 + R2) and leakage inductance (l = l1 + l2) of an AC motor while the AC motor is stopped is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 06-98595. An AC motor constant measuring method and control apparatus "are known.
FIG. 11 is a block diagram of a conventional AC motor constant measuring device. During normal operation, the inverter input voltage Vdc is PWM controlled by the inverter 104 to generate an AC voltage, and the induction motor 105 is controlled at a variable speed. Yes.
In addition, the control circuit 106 using a one-chip microcomputer or the like performs a speed sensorless vector control process 107 so as to follow the speed command ωr during normal operation, and generates a PWM signal in the gate circuit 108. In this case, speed and torque control is performed based on the primary resistance measurement value r1, the secondary resistance value r2, the leakage inductance measurement value (l1 + l2), other motor constant setting values, and the output of the motor current detector 109. Yes.
[0003]
Accordingly, constant measurements such as the combined resistance value (r1 + r2) and the leakage inductance (l1 + l2) are performed before operation. First, a sine wave modulation signal for measurement is generated by the single-phase AC excitation processing 110, and the inverter 104 is operated via the gate circuit 108, and an AC current is supplied to the motor 105 by the AC excitation voltage for measurement. In the effective power current Iq reactive power current Id calculation processing circuit 111 while the motor 105 is stopped, if the rotational phase of the AC excitation voltage vector obtained by integrating the primary frequency command ω1 for measurement is θ, sin θ, Based on −cos θ and the U-phase motor current iu, Iq and Id are calculated.
Next, the resistance / inductance calculation processing circuit 112 calculates (r1 + r2) and (l1 + l2) from the Iq and Id calculation values and the magnitude Vc1 of the excitation voltage command.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, by correcting the inverter output voltage error due to the on-voltage drop of the power element, the combined resistance (r1 + r2) and leakage inductance (l1 + l2) are calculated from only the magnitude of the excitation voltage command and the instantaneous current detection value of the motor. ) Is calculated and measured with high accuracy, and the output voltage error due to the drop in the on-voltage of the power element varies depending on the magnitude of the output current. Therefore, the on-voltage drop with respect to the instantaneous value of the output current every control cycle. It was necessary to correct. For this reason, there are problems that the constant measurement software becomes complicated and that it is necessary to set the on-voltage drop of the power element with high accuracy in advance.
[0005]
Therefore, the present invention corrects the amplitude error and phase error due to the ON voltage drop of the power semiconductor element to the average value V_ave of the absolute value of the voltage command after measurement and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current, thereby instantaneously. A highly accurate calculation method of the combined resistance (R1 + R2) and the leakage inductance (l = l1 + l2) that eliminates the need to correct the on-voltage drop for each control cycle with respect to the value and to set the on-voltage drop characteristic of the power element with high accuracy; It aims at providing the control apparatus of the alternating current motor using the measured value.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 relates to a constant measuring method of an AC motor, and through a power converter composed of a power semiconductor element capable of controlling the magnitude, frequency and phase of an output voltage. The primary current supplied is separated into a component parallel to the magnetic flux of the AC motor (excitation current) and a component orthogonal to the component (torque current), and each is adjusted independently to flow through each phase of the AC motor Has a current detector to detect the output currentShiThe inverter device fixes the voltage phase to an arbitrary value set in advance so that an alternating magnetic flux is generated by the sine wave generator while the rotation of the AC motor is stopped, and a voltage command of a sine wave of frequency fh And the voltage command value is adjusted so that the magnitude of the output current becomes a predetermined value, and then the average value V_ave of the absolute value of the voltage command, the average value I_ave of the absolute value of the output current and the voltage after a predetermined time elapses The phase difference θ_dif between the command and the output current is measured, the primary and secondary combined resistance (R1 + R2) is calculated from the cos component of the ratio of V_ave and I_ave, and is calculated from the sin component of the ratio of V_ave and I_ave Measure or
  Or
[Expression 1]
Figure 0003959617
From the above, in the constant measuring method of the AC motor for calculating and measuring the leakage inductance l = l1 + l2,Among the output voltage errors, at least the amplitude and phase difference error due to the ON voltage drop of the power semiconductor element are corrected to the average value V_ave of the absolute value of the measured voltage command and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current, and then the primary and second Calculation measurement of the next combined resistance (R1 + R2) and leakage inductance l = l1 + l2It is characterized by doing.
  The invention described in claim 2 is the constant measuring method for an AC motor according to claim 1,An on-voltage drop amount of the power semiconductor element as a function of current is incorporated, and the amplitude error and the phase difference error are corrected using at least the on-voltage drop amount of the power semiconductor element at the peak value of the measured alternating current. It is said.
  The invention according to claim 3 relates to an AC motor control device,The primary current supplied via a power converter composed of power semiconductor elements capable of controlling the magnitude, frequency and phase of the output voltage is divided into a component (excitation current) parallel to the magnetic flux of the AC motor. The inverter device has a current detector that detects the output current flowing in each phase of the AC motor by independently adjusting each component separately from the orthogonal component (torque current), and the inverter device stops the rotation of the AC motor. In this state, the voltage phase is fixed to an arbitrary value set in advance so that an alternating magnetic flux is generated by the sine wave generator, and a voltage command value of a sine wave having a frequency fh is provided. After adjusting the magnitude to be a predetermined value, the absolute value V_ave of the absolute value of the voltage command, the average value I_ave of the absolute value of the output current, and the phase difference θ_ between the voltage command and the output current after a predetermined time elapses. comprising means for measuring if, the primary and secondary combined resistance from cos component of the ratio (R1 + R2) of the V_ave and I_ave calculated measure, computed measuring the sin component of the ratio of the V_ave and I_aveOr,
Or
[Expression 2]
Figure 0003959617
In the control apparatus for an AC motor that calculates and measures the leakage inductance l = l1 + l2, at least the amplitude and the phase difference error due to the on-voltage drop of the power semiconductor element among the output voltage errors are measured as the average value V_ave of the absolute values of the measured voltage commands and Voltage command and output current phase Means for correcting the difference θ_dif, and using these corrected V_ave and θ_ave, the primary and secondary combined resistance (R1 + R2) and the leakage inductance l = l1 + l2 are calculated and measured, and the AC motor is configured based on these measured values. ControlIt is characterized by that.
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for an AC motor according to the third aspect,The means for correcting the absolute value V_ave of the measured voltage command and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current incorporates an on-voltage drop amount of the power semiconductor element as a function of the current, and at least the measured AC current The amplitude error and the phase difference error are corrected using the on-voltage drop amount of the power semiconductor element at the peak value.It is characterized by that.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a voltage source inverter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the inverter control device shown in FIG.
FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the average value / phase difference calculator shown in FIG.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the electric motor shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart of the operation of the voltage source inverter shown in FIG.
FIG. 6 is a vector diagram of the impedance of the equivalent circuit shown in FIG.
FIG. 7 is a time chart of voltage command values and current detection values of the average / phase difference calculator shown in FIG.
In FIG. 1, 1 is a voltage source inverter, 2 is an AC motor, 3 is a current detector, 4 is a comparator, 5 is an oscillator, 6 is an adder, 7 is a gate circuit, 8 is an inverter control device, and 9 is a dead band. Compensator 10 is a DC power supply, 11 is a speed command circuit, 14 is a speed detector, and 27 is an average value / phase calculator.
In the figure, a voltage source inverter 1 converts a DC voltage applied from a DC power source 10 into an AC having an arbitrary frequency and voltage by a PWM control method. The voltage source inverter 1 includes switching elements TUP, TVP,... TWN made of power semiconductor elements such as transistors and IGBTs, and feedback diodes DUP, DVP,... DWN connected in antiparallel to the switching elements.
[0008]
The AC motor 2 is connected to the AC output terminals of the phases U, V, and W of the voltage source inverter 1. The primary currents Iu, Iv, and Iw of the U-phase, V-phase, and W-phase of the AC motor 2 are detected by current detectors 3u, 3v, and 3w. Further, the rotational speed of the AC motor 2 is detected by the speed detector 14.
The inverter control device 8 includes the speed command value ωr * created by the speed command circuit 11 and the U-phase, V-phase, and W-phase primary currents Iu detected by the current detectors 3u, 3v, and 3w. , Iv, Iw and the speed detection value ωr from the speed detector 14 are added, and the voltage command pattern signal (Vu) of each phase of U, V, W with 120 ° phase difference is added.*, Vv*, Vw*) And the phase γ is output to the dead band compensators 9u, 9v, and 9w that compensate the voltage error due to the dead band. The dead band compensators 9u, 9v, 9W output the voltage error compensation values to the adders 6u, 6v, 6w with the phase γ as an argument.
[0009]
The adders 6u, 6v, 6w are connected to the voltage pattern signal Vu.*, Vv*, Vw*Then, the output values of the dead band compensators 9u, 9v, 9w are added, and the added values are sent to the comparators 4u, 4v, 4w. The output signal of the oscillator 5 that generates a carrier wave signal for PWM control is also sent to the comparators 4u, 4v, and 4w. The comparators 4u, 4v, and 4w compare the output signals of the adders 6u, 6v, and 6w with the carrier wave signal. Then, a PWM pulse for turning on / off the switching elements TUP, TVP, TWN constituting the voltage source inverter 1 is generated.
The gate circuit 7 gives a gate signal to the switching elements TUP, TVP,... TWN according to the PWM pulse output from the comparators 4u, 4v, 4w.
[0010]
In FIG. 2, 8 is an inverter control device, 12 is an excitation current command circuit, 15 is a 3-phase / 2-phase converter, 16 is a 2-phase / 3-phase converter, 17 is a primary angular frequency calculation circuit, and 18 is a speed control circuit. , 19 is a torque current control circuit, 20 is an excitation current control circuit, 21 is a voltage command compensation circuit, 22 is an adder, 23 is an integrator, 24 is a phase calculator, 25 is a tuning processing unit, and 26 is a current amplitude calculator. It is.
In the figure, the inverter control device 8 detects the primary currents Iu, Iv, Iw to the AC motor 2 and performs coordinate transformation to send the torque current feedback value Iqfb and the excitation current feedback value Idfb. A two-phase converter 15 is provided. Speed command value ωr from speed command circuit 11*And the output value of the speed control circuit ASR18 provided so that the speed detection value ωr from the speed detector 14 coincides with the torque current command value Iqref, and this Iqref and the torque output from the three-phase / 2-phase converter 15 Torque current control circuit ACRq19 for controlling the current feedback value Iqfb to match, the excitation current command value Idref from the excitation current command circuit 12, and the excitation current feedback value Idfb from the three-phase / two-phase converter 15 Is provided with an exciting current control circuit ACRd20 for controlling the exciting current direction voltage.
[0011]
Further, an induced voltage generated by the magnetic flux of the AC motor 2, an induced voltage due to the induced electromotive force coefficient, a voltage of the counter electromotive force due to the primary resistance R1, a torque current direction component voltage, a leakage inductance (l = l1 + l2) of the AC motor 2, and a primary resistance R1. The voltage command compensation circuit 21 outputs the voltage of the excitation current direction component of the back electromotive force due to. The voltage of the torque current direction component of the output of the voltage command compensation circuit 21 is added to the output of the torque current control circuit 19 and the adder 22A to generate a torque current direction voltage command value Vqref, and the voltage of the excitation current direction component is The output of the excitation current control circuit 20 and the adder 22B are added to generate an excitation current direction voltage command value Vdref.
Further, from the torque current direction voltage command value Vqref and the excitation current direction voltage command value Vdref, voltage command pattern signals (Vu) for each phase of U, V, and W with a phase difference of 120 ° are obtained.*, Vv*, Vw*) Is generated and output, a two-phase / three-phase converter 16 is provided.
[0012]
The 3-phase / 2-phase converter 15 and the 2-phase / 3-phase converter 16 are calculated by the following equations (1) and (2), respectively.
[Equation 5]
Figure 0003959617
Further, the inverter control device 8 determines the slip frequency command value ωs from the secondary resistance R2 set as Idref and Iqref.*And the primary angular frequency ω1 from the detected speed value ωr from the speed detector 14.*The primary angular frequency ω1 from the primary angular frequency command computing circuit 17 is provided.*Are integrated by the integrator 23 and output to the 3-phase / 2-phase converter 15 and the 2-phase / 3-phase converter 16 as the phase θ.
Further, the phase θ is an output of the phase calculation circuit 24 tan-1(Iqfb / Idfb) is added by the adder 22c, and is output to the dead band compensators 9u, 9v, 9w as the phase γ.
[0013]
In the inverter control device of FIG. 2, the tuning process constituting the core part of the present invention is performed by a tuning processing unit 25 that controls the combined resistance and leakage inductance measurement operation before actual operation, and a switching signal Csw from the tuning processing unit 25. Switch circuits 13A, 13B, and 13C that can switch between actual operation and constant measurement operation are provided. When the constant is measured before actual operation, the circuit is switched to the b terminal side. In the switch circuit 13A, the torque current direction voltage command value Vqref is switched to 0. In the circuit 13B, the excitation current direction voltage command value Vdref is switched to the tuning voltage command value V_ref set for constant measurement by the tuning processing unit 25, and in the switch circuit 13C, processing for switching the phase θ to a set value (fixed value) is performed.
Accordingly, as the output of the tuning processing unit 25 at the time of constant measurement, the switch switching signal Csw, the tuning voltage command value V ref set as a constant measurement signal, and the same phase θh are output, and the phase θ is arbitrarily set by the switch 13C. Perform processing to set to a fixed value.
The current amplitude calculator 26 receives the torque current feedback value Iqfb and the excitation current feedback value Idfb, and calculates and outputs the output current amplitude value I_fb.
[0014]
In FIG. 3, 27 is an average value / phase calculator, 28 is an LPF, 29 is an HPF, 30 is an absolute value circuit, 31 is a multiplier, 32 is a subtractor, and 33 is a sine wave generator.
In the figure, an average value / phase difference calculator 27 receives signals V_ref, I_fb and phase θh at the time of constant measurement from the inverter control device 8, and calculates the phase difference θ_dif of both signals and the absolute value of each signal. Average values V_ave and I_ave are calculated, high-pass filters HPA 29A and 29B for removing DC components, a sine wave generator 33 for outputting sin and cos, and a multiplier circuit 31A for multiplying the output of HPF 29 by sin θh and cos θh. To D, low-pass filters LPF 28A to F for performing average value processing, absolute value calculation circuits (ABS) 30A and 30B, and phase calculation circuits 24B and 24C.
[0015]
The outline of the constant measurement process by the voltage source inverter 1 shown in FIG. 1, the inverter control device 8 shown in FIG. 2, and the average value / phase difference calculator 27 shown in FIG. In the inverter control device 8 shown in FIG. 4, before the actual operation, the tuning processor 25 switches the switches 13A, 13B, and 13C to the b terminal side for measurement by the switching signal Csw, Vqref is 0, and Vdref is for constant measurement. The voltage θ is set to a fixed value in the voltage command value V_ref, and the voltage command pattern signal Vu in the motor stop state at the time of constant measurement*~ Vw*, And the AC motor 2 is driven by the voltage source inverter shown in FIG. 1 to detect the primary currents Iu, Iv, Iw at the time of constant measurement. The constant measurement voltage command V_ref and the same phase θh and the current amplitude Ifb are output to the average value / phase difference calculator 27 of FIG.
The average value / phase difference calculator 27 calculates the phase difference θ_dif and the average values V_ave and I_ave from the V_ref, θh, and Ifb signals, and a constant calculator (not shown) for the combined resistance (R1 + R2), leakage inductance ( l1 + l2) is determined and stored.
When the constant measurement is completed, switches 13A, 13B, and 13C in FIG. 2 are switched and returned to the a terminal side for actual operation, and the inverter 1 shown in FIG. 1 is controlled to perform actual operation using the obtained motor constant. It is.
[0016]
Next, the constant measuring method of the present invention will be described with reference to FIG.
At the time of constant measurement (at the time of tuning), the tuning processing unit 25 of the inverter control device 8 determines the magnitude and frequency fh of the alternating current for constant measurement that flows during tuning (S100).
The magnitude of the alternating current in this case is, for example, about 50% to 100% of the smaller of the two rated current values based on the rated current values of the voltage source inverter 1 and the AC motor 2, and the frequency fh is The frequency at which 2π · fh · M >> R2 is established.
FIG. 4A is a T-1 type equivalent circuit of an AC motor, where R1, R2, l = l1 + l2, and M are primary resistance, secondary resistance, leakage inductance, and mutual inductance, respectively. When the operating frequency to be applied is high, ωM >> R2, so that almost no current flows through M and the equivalent circuit is as shown in FIG.
Further, the relationship between the phase difference θ_dif between the voltage and current at this time and (R1 + R2), (l1 + l2) × 2πfh, Z is as shown in FIG.
[0017]
Next, the tuning processing unit 25 sets Vqref to 0 in the switch circuit 13A, to the tuning voltage command value V_ref in 13B, and to the phase θ as a fixed value in 13C by the switching signal Csw during constant measurement (S101).
Here, V_ref = Vamp · sin (2πfh · t), and the initial value of Vamp is set to 0, and the measurement operation is started.
Thereafter, Vamp (the amplitude of V_ref) is increased so that the average value I_ave of the absolute values of the current detection values becomes the predetermined current value determined in S100. When the value of I_ave reaches a predetermined value, the passage of a predetermined time is waited until the outputs of the LPFs 28A to 28F in the average value / phase difference calculator 27 are stabilized (S102).
[0018]
The average current value I_ave is calculated by the absolute value circuit 30B and the average value processing circuit LPF28F from the I_fb input in the average value / phase difference calculator 27 shown in FIG. V_ave is obtained by the absolute value circuit 30A and the LPF 28E. Further, the phase differences θv ′ and θi ′ between the basic signal and each signal are obtained as outputs of the phase calculation circuits 24B and 24C, and the difference θv′−θi ′ is obtained as the subtractor 32 output θ_dif.
Next, the obtained average voltage value V_ave, average current value I_ave, and phase difference θ_dif are stored in the memory, and the operation is stopped (S103).
FIG. 7 shows how the voltage command V_ref and the current detection value I_fb change at this time. FIG. 7A shows how the output of the LPF stabilizes with the lapse of time t, and FIG. 7B shows a relationship diagram of V_ref, I_fb, and phase difference θ_dif at that time.
[0019]
When V_ave, I_ave, and θ_dif are obtained, the following equations (3), (4), and (5) are used.
[Formula 6]
Figure 0003959617
(R1 + R2) and (l1 + l2) are obtained (S104).
In addition, from equations (3), (4) and (5), the impedance of the circuit is Z = (V_ave / √3) / I_ave, and the angle between Z and the real axis Re is θ_dif. For example, it is obtained from the illustrated relationship.
[0020]
According to the first embodiment described above, it has been described so far that the measurement is started with the initial value of Vamp set to 0. However, during actual operation, the flowing current value is predicted from the V / f characteristic value of the AC motor, It is also possible to shorten the time by setting some value in advance and adjusting it from there.
Further, in FIG. 3, the average values V_ave and I_ave of the respective signals are obtained by the LPFs 28E and 28F. However, the average values V_ave and the phase θV ′ may be obtained by a moving average. Since the time constant of the LPF 28E is self-explanatory, it can be obtained by calculation.
Furthermore, if the voltage command value is obtained by adding the offset value V_ref_ofs to the tuning voltage command value V_ave, the offset voltage is output as a direct current, and the primary resistance R1 can be obtained simultaneously from this direct current component. If R1 is obtained, it is easy to obtain R2 from (R1 + R2).
In the present embodiment, the combined resistance and the leakage inductance are measured with the AC signal V_ref having one kind of amplitude and frequency. However, the measurement is performed under a plurality of conditions, the measurement result is averaged, and the influence of the offset amount is affected. In order to avoid this, the present invention can be implemented even by calculating using the difference amount.
[0021]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a flowchart of the operation of the voltage source inverter according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an on-voltage drop amount of the voltage source inverter shown in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the correction processing based on the on-voltage drop amount shown in FIG.
In the first embodiment, since the voltage drop of the power semiconductor element is not corrected, an error may occur in the measured V_ave and θ_dif. Therefore, in the second embodiment, the values of V_ave and θ_dif are The correction means (not shown) is provided in the average value / phase difference calculator 27, and the correction processing of S105 and S106 is added to the processing of the first embodiment as shown in FIG. Yes.
[0022]
In FIG. 8, the processing of S100 to S104 is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
First, the V_ave measured by the processes of S100 to S103 is corrected (S105).
Specifically, the peak value Ipk of the measured alternating current is determined as the average value of current × π / 2, and the instantaneous current value when the current phase is θ_dif is determined as Ipk × sin θ_dif. Next, the average value Von_ave of the ON voltage drop amount of the power semiconductor element at each current value is calculated by the following equation (6), and Von_ave is subtracted from V_ave to obtain new V_ave.
[0023]
Figure 0003959617
Von (I) represents the amount of on-voltage drop of the power semiconductor element when the current I is flowing, and is obtained as an average value of the amount of drop by the switching element and the amount of drop by the diode as shown in FIG. The average value / phase calculator 27 is built in as a function of the current I.
[0024]
  Next, the phase difference θ_dif is corrected (S106). Specifically, the phase correction amount θcmp is calculated by the following equation (7), and θcmp is added to θ_dif to obtain a new θ_dif.
  θcmp= K × 4/3 × Von (Ipk)
            / V_ave × θ_dif / 90 (7)
  Note that K in the equation (7) is determined by a ratio of the voltage command value V_ave and the on-voltage drop amount 4/3 × Von (Ipk) at the time of the peak current value Ipk for correcting the phase angle. Proportional coefficient.
[0025]
In the above formulas (6) and (7), (90−θ_dif) / 90 and θ_dif / 90 represent the remaining portion which is canceled out by averaging the influence of the on-voltage drop of the power semiconductor element. It shows that it is averaged by °.
FIG. 10 shows this relationship. The effects in the areas A1 and A2 in FIG. 10A and the areas B1 and B2 in FIG. 10B are canceled out, the area A1 matches θ_dif, and the area B1 matches 90−θ_dif. I understand that.
Further, as can be seen from FIG. 10A, since the influence of the voltage error near the current 0 is canceled out, it is not necessary to know the characteristics of the on-voltage drop amount at a minute current, and the influence of the on-voltage is reduced. It becomes possible to correct.
Finally, the control constant corrected by the on-voltage amount in S104 is calculated, and the measurement ends (S104).
[0026]
As described above, according to the present invention, R2 and (l = l1 + l2) are obtained from the measured combined resistance and leakage inductance measured value and the value of the primary resistance R1 set in advance, and the primary angular frequency calculation circuit 17 By setting the voltage command compensation circuit 21 and switching the switch circuits 13A to 13C back to the a terminal side during actual operation, vector control can be performed based on control constants such as measured resistance and leakage inductance.
In addition, although the implementation target has been described with an induction motor with a speed detector, the present invention can also be applied using an induction motor without a speed detector or a synchronous machine. That is, it can be implemented without creating a frequency command from the speed estimator or speed command value instead of the speed detector, or without compensating the slip frequency command value ωs *, and the resistance and leakage inductance measured by the speed estimator You can also set the control constant. Needless to say, the combined resistance and leakage inductance measuring method disclosed by the present invention can be used without any problems even if the control method during actual operation is different.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when measuring control constants such as the combined resistance (R1 + R2) and leakage inductance (l = l1 + l2), the output voltage detector of the inverter is unnecessary and the motor is stopped. It is possible to measure and calculate the combined resistance and leakage inductance in this state. In particular, the influence of the ON voltage drop of the power semiconductor element is corrected to the average value V_ave of the voltage command and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current. Thus, there is an effect that it is possible to easily perform highly accurate control constant measurement calculation without instantaneous correction of the on-voltage drop for each control cycle and without setting the on-voltage drop characteristic of the power element in consideration of accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a voltage source inverter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the inverter control device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a detailed circuit diagram of the average value / phase difference calculator shown in FIG. 1;
4 is an equivalent circuit diagram of the AC motor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a flowchart of the operation of the voltage source inverter shown in FIG. 1;
6 is a vector diagram of impedance of the equivalent circuit shown in FIG. 4;
7 is a time chart of a voltage command value and a current detection value of the average value / phase difference calculator shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 8 is a flowchart of the operation of the voltage source inverter according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an on-voltage drop amount of the voltage source inverter shown in FIG. 8;
10 is an explanatory diagram of a correction process using an on-voltage drop amount shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 11 is a configuration diagram of a constant measuring apparatus for a conventional AC motor.
[Explanation of symbols]
1 Voltage type inverter
2 AC motor
3 Current detector
4 comparator
5 Oscillator
6 Adder
7 Gate circuit
8 Inverter controller
9 Deadband compensator
10 DC power supply
11 Speed command circuit
12 Excitation current command circuit
13 Switch circuit
14 Speed detector
15 3-phase / 2-phase converter
16 2-phase / 3-phase converter
17 Primary angular frequency arithmetic circuit
18 Speed control circuit
19 Torque current control circuit
20 Excitation current control circuit
21 Voltage command compensation circuit
22 Adder
23 Accumulator
24 Phase calculator
25 Tuning processing section
26 Current amplitude calculator
27 Average / phase calculator
28 LPF
29 HPF
30 Absolute value circuit
31 multiplier
32 Subtractor
33 Sine wave generator

Claims (4)

出力電圧の大きさ、周波数および位相の制御が可能なパワー半導体素子から構成される電力変換器を介して供給される一次電流を、該交流電動機の磁束と平行な成分(励磁電流)とこれに直交する成分(トルク電流)とに分離して各々を独立に調整し、交流電動機の各相に流れる出力電流を検出する電流検出器を有し、インバータ装置は前記交流電動機の回転を停止させた状態で、正弦波発生器により交番磁束が発生するように電圧位相を予め設定された任意の値に固定し、周波数fhの正弦波の電圧指令を与え、電圧指令値は出力電流の大きさが所定値になるように調整した後、所定時間経過後に前記電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび出力電流の絶対値の平均値I_aveおよび前記電圧指令と出力電流の位相差θ_difを測定し、前記V_aveとI_aveとの比のcos成分から一次および二次の合成抵抗(R1+R2)を演算測定し、前記V_aveとI_aveとの比のsin成分から演算測定するか、
または次式、
Figure 0003959617
より、漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定する交流電動機の定数測定方法において、
出力電圧誤差のうち少なくともパワー半導体素子のオン電圧降下による振幅および位相差誤差を、測定した電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正した後、一次および二次の合成抵抗(R1+R2)と漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定することを特徴とする交流電動機の定数測定方法。
The primary current supplied via a power converter composed of power semiconductor elements capable of controlling the magnitude, frequency and phase of the output voltage is divided into a component (excitation current) parallel to the magnetic flux of the AC motor. is separated into the orthogonal components (torque current) was adjusted independently, have a current detector for detecting an output current flowing through each phase of AC motor and the inverter device stops the rotation of the AC motor In this state, the voltage phase is fixed to an arbitrary value set in advance so that an alternating magnetic flux is generated by the sine wave generator, and a sine wave voltage command with a frequency fh is given. After adjusting to a predetermined value, the average value V_ave of the absolute value of the voltage command, the average value I_ave of the absolute value of the output current, and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current are measured after a predetermined time has elapsed. Or to, said primary from cos component of the ratio of the V_ave and I_ave and secondary combined resistance of (R1 + R2) calculated measured, calculates measured from sin component of the ratio of the V_ave and I_ave,
Or
Figure 0003959617
From the above, in the constant measuring method of the AC motor for calculating and measuring the leakage inductance l = l1 + l2 ,
Among the output voltage errors, at least the amplitude and phase difference error due to the ON voltage drop of the power semiconductor element are corrected to the average value V_ave of the absolute value of the measured voltage command and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current, and then the primary and second A constant measuring method for an AC motor, characterized in that the following combined resistance (R1 + R2) and leakage inductance l = l1 + l2 are calculated and measured .
請求項1記載の交流電動機の定数測定方法において、
電流の関数としたパワー半導体素子のオン電圧降下量を内蔵し、
少なくとも測定交流電流のピーク値におけるパワー半導体素子のオン電圧降下量を用いて前記振幅誤差と前記位相差誤差を補正することを特徴とする交流電動機の定数測定方法。
In the alternating current motor constant measurement method according to claim 1,
Built-in power semiconductor element on-voltage drop as a function of current,
A constant measuring method for an AC motor, wherein the amplitude error and the phase difference error are corrected using at least an on-voltage drop amount of a power semiconductor element at a peak value of a measured AC current .
出力電圧の大きさ、周波数および位相の制御が可能なパワー半導体素子から構成される電力変換器を介して供給される一次電流を、該交流電動機の磁束と平行な成分(励磁電流)とこれに直交する成分(トルク電流)とに分離して各々を独立に調整し、交流電動機の各相に流れる出力電流を検出する電流検出器を有し、インバータ装置は、前記交流電動機の回転を停止させた状態で、正弦波発生器により交番磁束が発生するように電圧位相を予め設定された任意の値に固定し、周波数fhの正弦波の電圧指令を与える手段と、電圧指令値は出力電流の大きさが所定値になるように調整した後、所定時間経過後に前記電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび出力電流の絶対値の平均値I_aveおよび前記電圧指令と出力電流の位相差θ_difを測定する手段を具備し、前記V_aveとI_aveとの比のcos成分から一次および二次の合成抵抗(R1+R2)を演算測定し、前記V_aveとI_aveとの比のsin成分から演算測定するか、
あるいは次式、
Figure 0003959617
より漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定する交流電動機の制御装置において、
出力電圧誤差のうち少なくともパワー半導体素子のオン電圧降下による振幅および位相差誤差を、測定した電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正する手段を具備し、これら補正したV_aveおよびθ_aveを 用いて一次および二次の合成抵抗(R1+R2)と漏れインダクタンスl=l1+l2を演算測定し、これらの測定値を基に交流電動機を制御することを特徴とする交流電動機の制御装置。
The primary current supplied via a power converter composed of power semiconductor elements capable of controlling the magnitude, frequency and phase of the output voltage is divided into a component (excitation current) parallel to the magnetic flux of the AC motor. The inverter device has a current detector that detects the output current flowing in each phase of the AC motor by independently adjusting each component separately from the orthogonal component (torque current), and the inverter device stops the rotation of the AC motor. In this state, the voltage phase is fixed to an arbitrary value set in advance so that an alternating magnetic flux is generated by the sine wave generator, and a voltage command value of a sine wave having a frequency fh is provided. After adjusting the magnitude to be a predetermined value, the absolute value V_ave of the absolute value of the voltage command, the average value I_ave of the absolute value of the output current, and the phase difference θ_ between the voltage command and the output current after a predetermined time elapses. a means for measuring if, wherein the primary and secondary combined resistance (R1 + R2) is calculated from the cos component of the ratio of V_ave and I_ave, and is calculated from the sin component of the ratio of V_ave and I_ave. ,
Or
Figure 0003959617
In the control device for an AC motor that calculates and measures the leakage inductance l = l1 + l2,
Means for correcting at least the amplitude and phase difference error due to the on-voltage drop of the power semiconductor element among the output voltage errors to the average value V_ave of the absolute value of the measured voltage command and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current; Using the corrected V_ave and θ_ave, primary and secondary combined resistance (R1 + R2) and leakage inductance l = l1 + l2 are calculated and measured, and the AC motor is controlled based on these measured values . Control device.
請求項3記載の交流電動機の制御装置において、
前記測定した電圧指令の絶対値の平均値V_aveおよび電圧指令と出力電流の位相差θ_difに補正する手段は、電流の関数としたパワー半導体素子のオン電圧降下量を内蔵し、
少なくとも測定交流電流のピーク値におけるパワー半導体素子のオン電圧降下量を用いて前記振幅誤差と前記位相差誤差を補正することを特徴とする交流電動機の制御装置。
In the control apparatus for an AC motor according to claim 3,
The means for correcting the average value V_ave of the absolute value of the measured voltage command and the phase difference θ_dif between the voltage command and the output current incorporates an on-voltage drop amount of the power semiconductor element as a function of current,
A control apparatus for an AC motor, wherein the amplitude error and the phase difference error are corrected using at least an on-voltage drop amount of a power semiconductor element at a peak value of a measured AC current .
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