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KR20120036246A - Motor control system - Google Patents

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KR20120036246A
KR20120036246A KR1020110013948A KR20110013948A KR20120036246A KR 20120036246 A KR20120036246 A KR 20120036246A KR 1020110013948 A KR1020110013948 A KR 1020110013948A KR 20110013948 A KR20110013948 A KR 20110013948A KR 20120036246 A KR20120036246 A KR 20120036246A
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KR
South Korea
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phase
control signal
pwm
control system
inverter
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KR1020110013948A
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Korean (ko)
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겐지 다무라
치에 우노꼬
유우지 후나야마
마사히로 다무라
아쯔시 오꾸야마
쯔또무 구로까와
도시히로 이와끼
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히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 2상 이상의 스위칭 소자의 턴온을 동기시키는 일 없이, 항상 1상으로 함으로써 다이오드에 흐르는 리커버리 전류의 피크 전류를 1상분으로 억제하여, 소자나 탑재되는 구성 부품의 신뢰성, 저손실, 저소음, 저노이즈를 비교적 저렴한 구성으로 실현할 수 있는 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템, 모터 제어 모듈을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
PWM 제어기는, 인버터를 구동하기 위한 PWM 제어 신호를 연산하는 PWM 제어 신호 변환기와, PWM 제어 신호 변환기로부터 각 상의 제어 신호를 받아, 당해 각 상의 제어 신호가 각각 소정 시간의 간격을 두고 있지 않은 경우에는, 소정 시간의 간격을 두도록 적어도 하나의 상의 제어 신호를 보정하는 PWM 제어 신호 보정기를 갖는 모터 제어 시스템.
An object of the present invention is to always maintain the one-phase peak current of the recovery current flowing through the diode by one phase without synchronizing the turn-on of two or more switching elements, thereby reducing the reliability, low loss, and low noise of the device and the mounted components. It is an object of the present invention to provide a motor control device, a motor control system, and a motor control module that can realize low noise in a relatively inexpensive configuration.
The PWM controller receives a control signal of each phase from a PWM control signal converter for calculating a PWM control signal for driving an inverter and a PWM control signal converter, and when the control signals of the respective phases do not have a predetermined time interval, respectively. And a PWM control signal corrector for correcting the control signal of the at least one phase to space the predetermined time.

Description

모터 제어 시스템{MOTOR CONTROL SYSTEM}Motor Control System {MOTOR CONTROL SYSTEM}

본 발명은, 모터의 제어 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a motor control technique.

최근, 영구 자석 동기 모터(이하 「모터」로 함.)의 위치 센서리스 구동 장치는, 고효율적인 운전이 요구되고 있고, 모터에 인가하는 전압과 전류 정보로부터 모터 회전자축과 제어계축의 축 오차를 추정해, 추정된 축 오차를 소정치로 제어하도록 모터에 인가하는 전압과 전류를 조정하면서 속도 지령인 주파수에 기초하여 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 PWM 제어함으로써 최적의 제어를 행하고 있다. 또한 인버터를 구성하는 스위칭 소자에는 절연 게이트형 바이폴라의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 전계 효과 트랜지스터의 금속 산화막형 M0SFET(Metal Oxide Semiconductor)가 있고(이하, 스위칭 소자로 약기함.), 스위칭 소자의 콜렉터 및 에미터 사이에 다이오드를 접속(병렬 접속)하여 구성하는 것이 일반적이다.In recent years, the position sensorless driving device of a permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as a "motor") is required to operate with high efficiency, and the shaft error between the motor rotor shaft and the control shaft is determined from voltage and current information applied to the motor. Optimum control is performed by PWM-controlling the switching element which comprises an inverter based on the frequency which is a speed command, adjusting the voltage and electric current applied to a motor so that an estimated axis error may be controlled to predetermined value. In addition, the switching elements constituting the inverter include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) of an insulated gate type bipolar or a metal oxide film type metal oxide semiconductor (M0SFET) of a field effect transistor (hereinafter abbreviated as a switching element). It is common to configure a diode by connecting (parallel connection) between a collector and an emitter.

스위칭 소자의 동작 온도 특성에 관해서는 소자 자신의 스위칭 손실에 의한 발열을 제한할 필요가 있고, 출력시에도 리플 전류가 많이 잔존하므로 운전 효율의 저하나 소음이 발생하는 등의 문제점이 있었다.As for the operating temperature characteristic of the switching element, it is necessary to limit the heat generation due to the switching loss of the element itself, and since a large amount of ripple current remains during the output, there is a problem such as deterioration of operating efficiency or noise.

또한, 다이오드에 관해서는, 스위칭 소자가 오프되어 있는 기간에 리커버리 전류(Irr)나 역 회복 전류(Trr)로 불리는 전류(이하, 리커버리 전류로 약기함.)가 흐르므로, 이것에 의한 손실이나 전류에 포함되는 고조파 전류(리플 전류)나, 그것에 기인하여 노이즈가 발생한다는 문제가 있었다.As for the diode, a current called a recovery current Irr or a reverse recovery current Trr (hereinafter abbreviated as recovery current) flows in a period in which the switching element is turned off. There was a problem that a harmonic current (ripple current) included in the noise and noise were generated due to it.

스위칭 소자의 스위칭 손실에 관해서는, 특허 문헌 1에 「경부하로 운전되는 경우에서의 스위칭 손실 저감」을 목적으로 하고, 실리콘 카바이드(SiC)를 적용하는 방법이 개시되어 있고, 최근에는 고효율화, 소형화를 목적으로 초접합 구조(SJ)를 채용한 스위칭 소자도 개발되어 있다.Regarding the switching loss of the switching element, Patent Document 1 discloses a method of applying silicon carbide (SiC) for the purpose of "reducing switching loss when operated at light load", and in recent years, high efficiency and miniaturization have been proposed. For the purpose, a switching element employing a superjunction structure (SJ) has also been developed.

다이오드에 흐르는 리커버리 전류에 관해서는, 특허 문헌 2에 「리커버리 전류를 억제하여, 스위칭 소자와 다이오드의 보호나 비용 저감」을 목적으로 2상 이상의 스위칭 소자의 턴온 타이밍을 동기시키는 방법이 개시되어 있다.Regarding the recovery current flowing through the diode, Patent Document 2 discloses a method of synchronizing the turn-on timing of two or more switching elements for the purpose of "suppressing the recovery current to protect the switching element and the diode and reducing the cost".

일본 특허 출원 공개 제2010?115110호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2010-115110 일본 특허 출원 공개 제2004?215357호 공보Japanese Patent Application Publication No. 2004-215357

특허 문헌 1의 기술에서는, 스위칭 소자의 손실은, 일반적인 트랜지스터와 마찬가지로 「Vce×Ic」의 크기에 의해 결정되고, Vce가 거의 일정치로 추이하는 경부하 영역에서의 운전 효율(인버터 효율)의 개선이 곤란하다는 문제점으로부터, 스위칭 소자에 실리콘 카바이드(SiC)를 적용하고, 공기 조화 장치에 있어서의 경부하 영역에서의 손실 저감을 가능하게 하는 것이 기재되어 있지만, 소음에 관한 개선 내용은 기재되어 있지 않고, 또한 소자 자체가 고가이다. 또한, 스위칭 소자가 오프되어 있는 기간에 다이오드에 흐르는 리커버리 전류에 포함되는 고조파 전류(리플 전류)나, 그것에 의한 노이즈의 저감에 관해서는 고려되어 있지 않다.In the technique of Patent Literature 1, the loss of the switching element is determined by the size of "Vce x Ic" similarly to a general transistor, and the improvement of the operating efficiency (inverter efficiency) in the light load region where Vce changes to a constant value is almost constant. From this difficulty, it has been described that silicon carbide (SiC) is applied to the switching element and that the loss can be reduced in the light load region of the air conditioner. However, the improvement regarding noise is not described. In addition, the device itself is expensive. In addition, the harmonic current (ripple current) included in the recovery current flowing through the diode in the period in which the switching element is turned off and the reduction of noise due to it are not considered.

특허 문헌 2의 기술에서는, 2상 이상의 스위칭 소자의 턴온 타이밍을 동기시켜, 다이오드에 대한 리커버리 전류를 동시 발생시킴으로써 부유 인덕턴스를 증가시켜, 각 상의 리커버리 전류 피크치를 저감한다고 기재되어 있다. 이에 의해, 각 상의 스위칭 소자나 다이오드에 대한 전류 용량의 증가는 억제할 수 있지만, 직류 전원 장치측으로 복귀되는 리커버리 전류의 피크 전류는 1상 시의 배(2상의 합계)로 되므로, 전원 장치의 전류 용량의 증가나 부품 추가가 필요해져 비용이 증대될 우려가 있다.In the technique of Patent Document 2, it is described that the floating inductance is increased by simultaneously generating the recovery current for the diode by synchronizing the turn-on timing of two or more switching elements, thereby reducing the recovery current peak value of each phase. As a result, an increase in the current capacity of the switching element and the diode of each phase can be suppressed, but since the peak current of the recovery current returned to the DC power supply side is doubled in one phase (total of two phases), the current of the power supply device. Increasing capacity or adding parts may increase costs.

본 발명의 목적은, 리커버리 전류의 피크를 저감하는 것에 있다.An object of the present invention is to reduce the peak of the recovery current.

본 발명의 목적은,The object of the present invention,

PWM 제어기로부터 인버터에 PWM 제어 신호를 출력하는 모터 제어 시스템에 있어서,In a motor control system for outputting a PWM control signal from the PWM controller to the inverter,

상기 PWM 제어기는,The PWM controller,

상기 인버터를 구동하기 위한 상기 PWM 제어 신호를 연산하는 PWM 제어 신호 변환기와,A PWM control signal converter for calculating the PWM control signal for driving the inverter;

상기 PWM 제어 신호 변환기로부터 각 상의 제어 신호를 받아, 당해 각 상의 제어 신호가 각각 소정 시간의 간격을 두고 있지 않은 경우에는, 소정 시간의 간격을 두도록 적어도 하나의 상의 제어 신호를 보정하는 PWM 제어 신호 보정기를 갖는 모터 제어 시스템에 의해 달성된다.A PWM control signal corrector for receiving control signals of each phase from the PWM control signal converter and correcting the control signals of the at least one phase so as to space the predetermined time when the control signals of the respective phases do not have a predetermined time interval. It is achieved by a motor control system having a.

또한, 상기 본 발명의 목적은,In addition, the object of the present invention,

영구 자석 동기 모터의 회전 속도가 속도 지령치에 일치하도록 인버터를 통해 제어하는 제어 장치를 구비하는 모터 제어 시스템에 있어서,A motor control system having a control device for controlling through a inverter such that the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor matches the speed command value,

상용 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(정류기)나 배터리로 인버터의 직류측에 전력을 제공하는 직류 전원과, 6개의 스위칭 소자를 직렬로 2개 접속한 병렬 배치(3상)로 하여, 각각의 스위칭 소자의 콜렉터 및 에미터에 접속되어 있는 다이오드를 구비하고 있는 인버터와, 마이크로 컴퓨터 혹은 DSP(디지털 시그날 프로세서) 등의 반도체 연산 소자를 사용하여, 직류 전압 검출기와 직류 전류 검출기의 검출 신호를 입력하고, 속도 지령 ωi에 기초하여 상기 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 구동하는 제어 장치를 구비하고,Converter (rectifier) which converts AC power supplied from commercial power supply into DC power, DC power supply which supplies electric power to DC side of inverter with battery, and parallel arrangement (three phases) in which two switching elements are connected in series By using an inverter including a diode connected to the collector and the emitter of each switching element, and using a semiconductor computing element such as a microcomputer or a digital signal processor (DSP), a DC voltage detector and a DC current detector A control device for inputting a detection signal and driving a switching element constituting the inverter based on the speed command ω i,

상기 제어 장치는, 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 2상 이상이 동기한 턴온 제어로 하는 일 없이 항상 1상만으로 하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 시스템에 의해 달성된다.The said control apparatus is achieved by the motor control system characterized by always making only one phase, without making the switching element in the said inverter turn-on control which synchronized two or more phases.

본 발명에 따르면, 리커버리 전류의 피크를 저감할 수 있다.According to the present invention, the peak of the recovery current can be reduced.

도 1은 모터 제어 시스템의 구성도.
도 2는 제1 실시 형태인 제어 장치의 기능 블록 구성도.
도 3은 제1 실시 형태인 모터 제어 시스템의 제어계 추정축 및 회전자축을 설명하기 위한 도면.
도 4는 제1 실시 형태인 모터 제어 장치의 전압 지령 제어기의 구성도.
도 5는 종래의 모터 제어 시스템의 PWM 제어기를 설명하기 위한 도면.
도 6은 제1 실시 형태인 모터 제어 시스템의 PWM 제어 신호 보정기를 설명하기 위한 도면.
도 7은 PWM 제어 신호 보정기의 처리 플로우를 설명하기 위한 도면.
도 8은 PWM 제어 신호 변환 방식에 있어서의 변조율과 각 상 전압의 도면.
도 9는 PWM 제어 신호 보정을 필요로 하지 않는 경우의 도면.
도 10은 PWM 제어 신호 보정을 필요로 하는 경우의 도면.
도 11a는 스위칭 소자의 구동과 다이오드의 전류를 도시하는 도면(1상).
도 11b는 스위칭 소자의 구동과 다이오드의 전류를 도시하는 도면(2상).
도 12는 리커버리 전류의 억제 결과를 도시하는 실 동작 파형도.
도 13은 리커버리 전류의 억제 결과를 도시하는 실 동작 파형도.
도 14는 제2 실시 형태인 제어 장치의 기능 블록 구성도.
도 15는 제3 실시 형태인 모터 제어 시스템의 구성도.
도 16은 제4 실시 형태인 모터 제어 장치에 사용되는 모듈의 외관도.
1 is a configuration diagram of a motor control system.
2 is a functional block diagram of a control device according to a first embodiment.
3 is a diagram for explaining a control system estimation axis and a rotor axis of the motor control system according to the first embodiment.
4 is a configuration diagram of a voltage command controller of the motor control device according to the first embodiment.
5 is a view for explaining a PWM controller of a conventional motor control system.
FIG. 6 is a diagram for explaining a PWM control signal corrector of the motor control system according to the first embodiment. FIG.
7 is a diagram for explaining a processing flow of a PWM control signal corrector;
8 is a diagram of modulation rates and respective phase voltages in the PWM control signal conversion method.
Fig. 9 is a diagram when PWM control signal correction is not required.
10 is a diagram when PWM control signal correction is required.
Fig. 11A is a diagram showing the driving of the switching element and the current of the diode (phase 1).
Fig. 11B is a diagram showing the driving of the switching element and the current of the diode (two phases).
12 is a real operation waveform diagram showing a suppression result of a recovery current;
13 is a real operation waveform diagram showing a suppression result of a recovery current;
14 is a functional block diagram of a control device according to a second embodiment.
15 is a configuration diagram of a motor control system according to a third embodiment.
16 is an external view of a module used in the motor control device according to the fourth embodiment.

이하, 도면을 사용하여 설명한다.Hereinafter, description will be given using the drawings.

[제1 실시예][First Embodiment]

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 모터 제어 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a motor control system according to a first embodiment of the present invention.

모터 제어 시스템(100)은, 영구 자석 동기 모터(1)와, 직류 전원(2)과, 직류 전력을 교류 전력 변환하는 인버터(3)와, 직류 전원(2)의 전압을 검출하는 직류 전압 검출기(6)와, 인버터(3)의 직류측 전류를 검출하는 직류 전류 검출기(7)와, 제어 장치(8)를 구비한다.The motor control system 100 includes a permanent magnet synchronous motor 1, a DC power supply 2, an inverter 3 for converting DC power to AC power, and a DC voltage detector for detecting voltages of the DC power supply 2. (6), a direct current detector 7 for detecting the direct current side current of the inverter 3, and a control device 8 are provided.

모터(1)는, 영구 자석 동기 모터이다. 직류 전원(2)은, 상용 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(정류기)나 배터리이며, 인버터(3)의 직류측에 전력을 제공한다. 인버터(3)는, 스위칭 소자(4)인 6개의 스위칭 소자와, 각각의 스위칭 소자의 콜렉터 및 에미터에 접속되어 있는 다이오드(5)를 구비하고 있다.The motor 1 is a permanent magnet synchronous motor. The DC power supply 2 is a converter (rectifier) or a battery that converts AC power supplied from a commercial power source into DC power, and provides electric power to the DC side of the inverter 3. The inverter 3 is provided with six switching elements which are the switching elements 4, and the diode 5 connected to the collector and emitter of each switching element.

또한, 제어 장치(8)는, 마이크로 컴퓨터 혹은 DSP(디지털 시그널 프로세서) 등의 반도체 연산 소자로 구성된다. 제어 장치(8)에는, 직류 전압 검출기(6)와 직류 전류 검출기(7)의 검출 신호가 입력되고, 또한, 속도 지령 ωi가 입력되어, 제어 장치(8)는 이들에 기초하여 PWM 제어 신호(9)를 연산, 인버터(3)에 출력한다. PWM 제어 신호(9)는, 인버터(3)를 구성하는 반도체 파워 소자인 스위칭 소자를 온/오프 제어하기 위한 신호이다.In addition, the control apparatus 8 is comprised with semiconductor arithmetic elements, such as a microcomputer or a digital signal processor (DSP). The detection signals of the DC voltage detector 6 and the DC current detector 7 are input to the control device 8, and the speed command ω i is input, so that the control device 8 uses the PWM control signal ( 9) is calculated and output to the inverter 3. The PWM control signal 9 is a signal for ON / OFF control of a switching element which is a semiconductor power element constituting the inverter 3.

도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태인 도 1의 제어 장치(8)(8a)의 기능 블록 구성도이며, 각 기능은 컴퓨터인 CPU(Central Processing Unit) 및 프로그램에 의해 실현된다.Fig. 2 is a functional block diagram of the control device 8 (8a) of Fig. 1 which is the first embodiment of the present invention, and each function is realized by a CPU (Central Processing Unit) and a program which is a computer.

제어 장치(8a)는, dq 좌표계 벡터 제어에 의해, 속도 지령 ωi에 기초하여PWM 제어 신호를 생성하고, 인버터를 제어하는 것이다. 제어 장치(8a)는, dq 벡터 제어부(60)와, 위상 연산기(10)와, PLL 제어기(11)와, 속도 제어기(13)와, 가산기(14)와, d축 전류 지령 발생기(15)와, 축 오차 연산기(16)를 구비한다.The control device 8a generates a PWM control signal based on the speed command ω i and controls the inverter by dq coordinate system vector control. The control device 8a includes a dq vector control unit 60, a phase calculator 10, a PLL controller 11, a speed controller 13, an adder 14, and a d-axis current command generator 15. And an axis error calculator 16.

dq 벡터 제어부(60)는, 전압 지령 제어기(12)와, 2축 3상 변환기(17)와, PWM 제어기(18)와, 3상 2축 변환기(19)와, 전류 재현 연산기(20)를 구비하고, 전류 지령치(dc축 전류 지령치 Idc*, qc축 전류 지령치 Iqc*) 및 제어축의 위상 θdc를 사용하여 PWM 제어 신호를 연산한다.The dq vector control unit 60 controls the voltage command controller 12, the two-axis three-phase converter 17, the PWM controller 18, the three-phase two-axis converter 19, and the current reproduction calculator 20. And a PWM control signal using a current command value (dc axis current command value Idc *, qc axis current command value Iqc *) and the phase? Dc of the control shaft.

전류 재현 연산기(20)는, 직류 전류 검출기(7)(도 1)가 출력하는 모선 전류 Ish와, 3상 전압 지령치 Vu*, Vv*, Vw*를 사용하여 3상 모터 전류 Iu, Iv, Iw를 재현한다.The current reproduction calculator 20 uses the bus current Ish output by the DC current detector 7 (FIG. 1), and the three-phase motor currents Iu, Iv, and Iw using the three-phase voltage command values Vu *, Vv *, and Vw *. To reproduce.

3상 2축 변환기(19)는, 재현된 3상 모터 전류 Iu, Iv, Iw와, 추정된 제어축의 위상 θdc에 기초하여, dc축 전류 검출치 Idc 및 qc축 전류 검출치 Iqc를 수학식 1에 기초하여 연산한다. 또한, dc?qc축은 제어계축으로 정의하고, d?q축은 모터(1)의 회전자축으로 정의하고, dc?qc 축과 d?q축의 축 오차는 Δθc로 정의한다(도 3 참조).The three-phase two-axis converter 19 calculates the dc-axis current detection value Idc and qc-axis current detection value Iqc based on the reproduced three-phase motor currents Iu, Iv, Iw and the estimated phase θdc of the control shaft. Calculate based on In addition, the dc? Qc axis is defined as the control axis, the d? Q axis is defined as the rotor axis of the motor 1, and the axis errors of the dc? Qc axis and the d? Q axis are defined as Δθc (see FIG. 3).

Figure pat00001
Figure pat00001

전압 지령 제어기(12)는, d축 전류 지령 발생기(15)에 의해 연산된 dc축 전류 지령치 Idc*와, 속도 제어기(13)에 의해 연산된 qc축 전류 지령치 Iqc*와, 3상 2축 변환기(19)에 의해 연산된 dc축 전류 검출치 Idc 및 qc축 전류 검출치 Iqc와, 속도 지령 ωi와, 도시하고 있지 않은 모터 상수 설정치(r*, Ld*, Lq*, Ke*)를 사용하여, dc축 전압 지령치 Vdc* 및 qc축 전압 지령치 Vqc*을 연산한다.The voltage command controller 12 includes a dc axis current command value Idc * calculated by the d-axis current command generator 15, a qc axis current command value Iqc * calculated by the speed controller 13, and a three-phase two-axis converter. Using dc-axis current detection value Idc and qc-axis current detection value Iqc calculated by (19), speed command ωi, and motor constant set values (r *, Ld *, Lq *, Ke *, not shown) The dc axis voltage command value Vdc * and the qc axis voltage command value Vqc * are calculated.

도 4는, 전압 지령 제어기(12)(도 2)의 상세 기능 블록 구성도이다. 전압 지령 제어기(12)는, 가산기(24, 25)와, 전류 제어기(21, 22)와 벡터 연산기(23)를 구비한다.4 is a detailed functional block diagram of the voltage command controller 12 (FIG. 2). The voltage command controller 12 includes adders 24 and 25, current controllers 21 and 22, and a vector operator 23.

전류 제어기(21)는, 가산기(24)의 출력(dc축 전류 지령치 Idc*와 dc축 전류 검출치 Idc의 편차)에 기초하여, 제2 dc축 전류 지령치 Idc**를 연산한다.The current controller 21 calculates the second dc axis current command value Idc ** based on the output of the adder 24 (deviation between the dc axis current command value Idc * and the dc axis current detection value Idc).

전류 제어기(22)는, 가산기(25)의 출력(qc축 전류 지령치 Iqc*와 qc축 전류 검출치 Iqc의 편차)에 기초하여, 제2 qc축 전류 지령치 Iqc**를 연산한다.The current controller 22 calculates the second qc axis current command value Iqc ** based on the output of the adder 25 (deviation of qc axis current command value Iqc * and qc axis current detection value Iqc).

벡터 연산기(23)에서는, 제2 dc축 전류 지령치 Idc**과, 제2 qc축 전류 지령치 Iqc**와, 속도 지령 ωi 및 모터 상수 설정치를 사용하여, 수학식 2에 나타낸 바와 같이, dc축 전압 지령치 Vdc* 및 qc축 전압 지령치 Vqc*를 연산하여, 2축 3상 변환기(17)에 출력한다.In the vector calculator 23, as shown in equation (2) using the second dc axis current command value Idc **, the second qc axis current command value Iqc **, the speed command ω i and the motor constant setting value, The voltage command value Vdc * and the qc-axis voltage command value Vqc * are calculated and output to the 2-axis three-phase converter 17.

수학식 2에서, r*은 제어계의 모터 권선 저항 설정치, Ld*는 모터의 d축 인덕턴스 설정치, Lq*는 모터의 q축 인덕턴스 설정치, Ke*는 제어계의 모터 유기 전압 상수 설정치이며, ωi는 속도 지령이다.In Equation 2, r * is the motor winding resistance setting of the control system, Ld * is the d-axis inductance setting of the motor, Lq * is the q-axis inductance setting of the motor, Ke * is the motor induced voltage constant setting of the control system, and ωi is the speed It is order.

Figure pat00002
Figure pat00002

2축 3상 변환기(17)는, dc축 전압 지령치 Vdc* 및 qc축 전압 지령치 Vqc*, 추정된 제어축의 위상 θdc에 기초하여, 수학식 3으로부터 모터(1)의 3상 전압 지령치 Vu*, Vv*, Vw*를 출력한다.The two-axis three-phase converter 17, based on the dc-axis voltage command value Vdc * and qc-axis voltage command value Vqc *, the estimated phase θdc of the control shaft, from the equation (3) three-phase voltage command value Vu *, Outputs Vv * and Vw *.

Figure pat00003
Figure pat00003

다음에, 위치 센서리스 제어를 실현하기 위한 속도 및 위상 추정 방법에 대해 설명한다.Next, a velocity and phase estimation method for realizing position sensorless control will be described.

축 오차 연산기(16)는, dc축 전압 지령치 Vdc*, qc축 전압 지령치 Vqc*, dc축 전류치 Idc, qc축 전류치 Iqc 및 모터 상수의 설정치로부터 수학식 4를 사용하여 축 오차 Δθc를 연산한다.The axis error calculator 16 calculates an axis error Δθc from the dc axis voltage command value Vdc *, the qc axis voltage command value Vqc *, the dc axis current value Idc, the qc axis current value Iqc, and the set value of the motor constant.

Figure pat00004
Figure pat00004

PLL 제어기(11)는, 축 오차 연산기(16)가 출력하는 축 오차 Δθc와 축 오차 지령치 Δθc*의 편차를 PI 제어기를 사용하여 처리하고, 모터 회전 속도의 추정치 ω1*을 출력하는 것이다. 축 오차 지령치 Δθc*는, PLL 제어기(11)가 보유 지지하고 있는 정보로, 통상은 0 근방으로 설정되어 있다.The PLL controller 11 processes the deviation between the axis error [Delta] [theta] c and the axis error command value [Delta] [theta] c * output by the axis error calculator 16 by using the PI controller, and outputs an estimated value? 1 * of the motor rotational speed. Axis error command value (DELTA) (theta) c * is the information which the PLL controller 11 hold | maintains, and is normally set to 0 vicinity.

여기서, PI 제어기는, 모터(1)의 회전자축(d?q축)과 제어계축(dc?qc축)의 추정축 오차 Δθc를 축 오차 지령치 Δθc*(통상은 0 근방)에 일치하도록 제어하는 것이다.Here, the PI controller controls the estimated axis error Δθc between the rotor axis d? Q axis and the control system axis dc? Qc axis of the motor 1 so as to coincide with the axis error command value Δθc * (normally near 0). will be.

위상 연산기(10)에서는, 추정된 모터 회전 속도 ω1*을 적분하여, 제어계축의 위상 θdc를 연산한다.In the phase calculator 10, the estimated motor rotational speed ω 1 * is integrated to calculate the phase θ dc of the control axis.

도 5는, 종래의 PWM 제어기(18a)[예를 들어, 도 2의 PWM 제어기(18)에 대응]의 상세 기능 블록 구성을 도시하는 도면이다. PWM 제어기(18a)는, 전압 변조율 연산기(26)와 PWM 제어 신호 변환기(27)를 구비하고 있다. 전압 변조율 연산기(26)에서는, 2축 3상 변환기(17)로부터 출력된 3상 전압 지령치(Vu*, Vv*, Vw*)와, 직류 전압(Vd)의 관계 비율을 나타내는 전압 변조율(khu*, khv*, khw*)을 수학식 5에 의해 연산하고, PWM 제어 신호 변환기(27)에 출력한다.FIG. 5 is a diagram showing a detailed functional block configuration of a conventional PWM controller 18a (for example, corresponding to the PWM controller 18 in FIG. 2). The PWM controller 18a includes a voltage modulation rate calculator 26 and a PWM control signal converter 27. In the voltage modulation rate calculator 26, a voltage modulation rate (expressed as a ratio of the relationship between the three-phase voltage command values Vu *, Vv *, Vw * output from the two-axis three-phase converter 17 and the DC voltage Vd ( khu *, khv *, khw *) are calculated by the equation (5), and output to the PWM control signal converter 27.

Figure pat00005
Figure pat00005

PWM 제어 신호 변환기(27)는, PWM 주파수에 있어서의 PWM 1주기(1/PWM 주파수) 당의 시간과 전압 변조율 연산기(26)에 의해 연산된 전압 변조율(khu*, khv*, khw*)을 수학식 6과 같이 PWM 제어 신호의 온 시간으로 변환하여, PWM 제어 신호(9)를 연산한다.The PWM control signal converter 27 includes the time per PWM cycle (1 / PWM frequency) at the PWM frequency and the voltage modulation rate (khu *, khv *, khw *) calculated by the voltage modulation rate calculator 26. Is converted to the on time of the PWM control signal as shown in Equation 6, and the PWM control signal 9 is calculated.

연산된 PWM 제어 신호(9)를 인버터(3)에 탑재하는 스위칭 소자(4)인 스위칭 소자를 온/오프 제어하고, 모터에 전력을 공급한다. 이때, PWM 제어 신호(9)의 각 상에 대응하는 정보에 대해서는 아무런 관계를 갖게 하고 있지 않다. 이 점에 대해서는 후술한다.The switching element which is the switching element 4 which mounts the computed PWM control signal 9 in the inverter 3 is controlled ON / OFF, and electric power is supplied to a motor. At this time, no relationship is given to the information corresponding to each phase of the PWM control signal 9. This point is mentioned later.

Figure pat00006
Figure pat00006

이상이, 본 실시 형태의 제어 장치에서의 위치 센서리스 운전의 기본 동작이다. 다음에 리커버리 전류에 대해 설명한다.The above is the basic operation of the position sensorless operation in the control device of the present embodiment. Next, the recovery current will be described.

도 11a에 도시하는 바와 같이, 스위칭 소자를 온/오프함으로써 모터에 전력을 공급하는 장치 등은, 인버터(3) 내의 직렬로 접속되는 스위칭 소자의 PWM 제어 신호 온(U상 상부 아암, V상 하부 아암)에 의해 전류를 흘리고, 일단 PWM 제어 신호를 오프(U상 하부 아암측의 다이오드의 순방향으로 전류가 흐름)로 하여, 다시, PWM 제어 신호 온(턴온)으로 한 경우, U상 하부 아암의 다이오드에 리커버리 전류가 흐른다. 이 리커버리 전류는, 다이오드 관 내부에 발생하는 캐리어가 소멸되므로 발생하는 것으로, 전류의 크기는 다이오드의 구조에 의해, 어느 정도 결정되는 성질인 것이다.As shown in Fig. 11A, a device for supplying electric power to a motor by turning on / off a switching element, etc., has a PWM control signal on (upper U phase arm, lower V phase) of a switching element connected in series in the inverter 3. Arm), and once the PWM control signal is turned off (current flows in the forward direction of the diode on the U-phase lower arm side) and the PWM control signal is turned on again (turn-on), the U-phase lower arm Recovery current flows through the diode. This recovery current is generated because the carriers generated inside the diode tube disappear. The magnitude of the current is determined to some extent by the structure of the diode.

종래의 PWM 제어기(18a)(도 5)에서는, 전술한 바와 같이, PWM 제어 신호(9)의 각 상에 대응하는 정보에 대해서는 아무런 관계를 갖게 하고 있지 않다. 즉, 3상의 PWM 제어 신호의 관계를 감시하고 있지 않다. 이로 인해, 각 상의 스위칭 소자 출력이 동시 온/오프로 되는 경우가 있다.In the conventional PWM controller 18a (FIG. 5), as described above, no relationship is given to information corresponding to each phase of the PWM control signal 9. In other words, the relationship between the three-phase PWM control signals is not monitored. For this reason, the switching element output of each phase may turn on / off simultaneously.

도 11b는, 상부 아암 2상(U상, V상), 하부 아암, 1상(W상) 온에 의해 전류를 흘리고, 일단 정지(하부 아암의 다이오드의 순방향으로 전류가 흐름)시켜, 다시, 출력(턴온)시킨 경우의 도면이다.11B shows a current flowing by turning on the upper arms two phases (U phase, V phase), the lower arm, and the first phase (W phase), and once stopped (current flows in the forward direction of the diode of the lower arm), again, It is a figure in the case of output (turning on).

도 12는, 도 11b에 대응하는 도면이다.FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 11B.

도 12의 (1)은, 상부 아암의 스위칭 소자가 동시 2상 온으로 되는 경우이며, 리커버리 전류의 피크치가 매우 높아진다. 종래의 PWM 제어기(18a)(도 5)에서는, 이와 같은 상태이어도 스위칭 소자나 다이오드가 파손되지 않는 전류 용량 소자 등을 선정해 적용하고 있었다.12 (1) shows a case where the switching elements of the upper arm are turned on at the same time in two phases, and the peak value of the recovery current becomes very high. In the conventional PWM controller 18a (FIG. 5), even in such a state, a current-capacitance element or the like in which the switching element or the diode is not damaged is selected and applied.

이하 상술하지만, 도 12의 (2)는, 상부 아암의 스위칭 소자를 동시 2상 온으로 하지 않고, 타이밍을 소정 시간 어긋나게 하여 동시 2상 온을 회피한 경우이다. 이렇게 함으로써, 도 12의 (1)에 비하여 리커버리 전류의 피크치를 저감할 수 있다. (1)의 피크는 2상분이 중첩적으로 한번에 발생하고 있는 것에 대해, (2)의 피크(극대치)는 소정 시간 어긋나 2회 발생하고 있다. 즉, 리커버리 전류의 피크 전류(최대치)는 1상분으로 저감되게 된다.12 (2) shows a case where simultaneous two-phase on is avoided by shifting the timing for a predetermined time without turning on the switching element of the upper arm at the same time. By doing in this way, the peak value of a recovery current can be reduced compared with FIG. The peak of (1) is generated two times at the same time, whereas the peak (maximum value) of (2) is shifted by a predetermined time and is generated twice. That is, the peak current (maximum value) of the recovery current is reduced to one phase.

도 6에 피크 전류를 저감하는 구조를 도시한다. 그 구조는, PWM 제어 신호 보정기(28)를 구비한 PWM 제어기(18b)[예를 들어, 도 2의 PWM 제어기(18)에 대응]이다. 여기에서의 전압 변조율 연산기(26)와 PWM 제어 신호 변환기(27)의 기능은, 전술한 종래의 PWM 제어기(18a)와 동일하다. PWM 제어 신호 보정기(28)는, PWM 제어 신호 변환기(27)에 의해 연산된 PWM 제어 신호(PWMu*, PWMv*, PWMw*)를 기초로 PWM 제어 신호를 보정하여 2상 동기의 턴온을 회피하는 구조를 구비하고 있다.6 shows a structure for reducing peak current. The structure is a PWM controller 18b (for example, corresponding to the PWM controller 18 in FIG. 2) provided with the PWM control signal corrector 28. As shown in FIG. The functions of the voltage modulation rate calculator 26 and the PWM control signal converter 27 are the same as those of the conventional PWM controller 18a described above. The PWM control signal corrector 28 corrects the PWM control signal based on the PWM control signals PWMu *, PWMv *, and PWMw * calculated by the PWM control signal converter 27 to avoid turn-on of two-phase synchronization. It has a structure.

도 7에 PWM 제어 신호 보정기(28)의 처리 플로우를 도시한다.7 shows the processing flow of the PWM control signal corrector 28.

처리(29)에서, 중간상을 기준으로 한 각 PWM 제어 신호의 편차를 연산한다. 최대상에 있어서는,In process 29, the deviation of each PWM control signal with respect to the intermediate phase is calculated. In the maximum phase,

ΔP_max=최대상-중간상ΔP_max = maximum phase-intermediate phase

을 연산하고, 최소상에 있어서는,Is computed and for the minimum phase,

ΔP_min=최소상-중간상ΔP_min = Minimum to Medium Phase

을 연산한다.Calculate

다음에 판정(30)에서, 3상이 접근 상태인지 여부를 판단한다. ΔP_max 및 ΔP_min이 모두 어느 소정 시간 P_lmt 미만인 경우, 3상이 접근하고 있는 상태로 판단한다. 이 경우, 즉 판정(30)에서 예 판정으로 되는 경우에는, 중간상의 온 타이밍을 일정 시간(P_lmt) 어긋나게 하는 보정을 실행하지 않고 처리 종료로 된다.Next, in decision 30, it is determined whether the three phases are in an approaching state. When both ΔP_max and ΔP_min are less than any predetermined time P_lmt, it is determined that the three phases are approaching. In this case, namely, in the case where the judgment is made in the judgment 30, the processing ends without performing the correction for shifting the on timing of the intermediate phase by a predetermined time (P_lmt).

실제로는, 도 8의 PWM 제어 신호 변환 방식과 각 상 전압의 관계에 도시하는 바와 같이, 3상 변조, 2상 변조(최대/최소상 기준), 하부 아암 기준의 2상 변조 방식에서의 전압 변조율이 낮은 경우이어도 최대상과 최소상이 서로 접근하는 케이스는 거의 없어, 실기 동작 상에서는 판정(30)에서 예 판정되는 케이스는 매우 적다고 생각된다. 또한, 인가 전압이 낮기 때문에 스위칭 소자에 흐르는 전류도 작으므로 후술하는 보정 처리를 실행하지 않아도 문제없다고 생각된다.In practice, as shown in the relationship between the PWM control signal conversion method and the respective phase voltages in FIG. Even in the case where the tuning is low, there are few cases in which the maximum phase and the minimum phase approach each other, and it is considered that very few cases are determined in the judgment 30 on the practical operation. In addition, since the current flowing through the switching element is small because the applied voltage is low, it is considered that there is no problem even if the correction process described later is not executed.

ΔP_max 혹은 ΔP_min이 어느 소정 시간 P_lmt 이상인 경우, 즉 판정(30)에서 아니오 판정의 경우, 보정 처리가 실행 가능하므로, PWM 제어 신호 보정이 실행 가능하다고 판단하여 다음 행정으로 진행한다.If ΔP_max or ΔP_min is equal to or greater than a predetermined time P_lmt, that is, in the case of a determination of NO in the decision 30, the correction process is executable, and it is determined that the PWM control signal correction is feasible and proceeds to the next step.

판정(31)에서는, 최대상과 중간상이 접근 상태인지 여부를 판단하여, ΔP_max가 P_lmt 미만(예 판정)인 경우에는 접근 상태로 판단하여 중간상의 온 타이밍을 소정 시간 P_lmt로 되도록 보정 처리(32)에 의해 보정한다(P_max=ΔP_max?P_lmt). 반대로 접근하고 있지 않는(아니오 판정) 경우에는, 다음 행정으로 진행한다.In the determination 31, it is determined whether the maximum phase and the intermediate phase are in the approaching state, and when ΔP_max is less than P_lmt (YES), the determination is made as the approaching state so that the on timing of the intermediate phase is the predetermined time P_lmt so as to be corrected. Correction is performed by using P_max =? P_max? P_lmt. If no access is made (no judgment), the process proceeds to the next step.

판정(33)에서는, 최소상과 중간상이 접근 상태인지 여부를 판단하여, ΔP_max가 ?P_lmt 미만(예 판정)인 경우에는 접근 상태로 판단하여 중간상의 온 타이밍을 소정 시간?P_lmt로 되도록 보정 처리(34)에 의해 보정한다(P_min=ΔP_min+P_lmt). 접근하고 있지 않는(아니오 판정) 경우는, 최대상, 최소상 모두 중간상에 접근하고 있지 않으므로 아무것도 하지 않고 처리를 종료한다.In the determination 33, it is determined whether the minimum phase and the intermediate phase are in an approaching state, and when ΔP_max is less than? P_lmt (Yes determination), the determination is made as the approaching state and the correction process is performed so that the on timing of the intermediate phase is a predetermined time? P_lmt. 34) (P_min = ΔP_min + P_lmt). If it is not approaching (no judgment), since the maximum phase and the minimum phase are not approaching the intermediate phase, the process ends without doing anything.

도 9에 삼각파 PWM 제어 방식에서 중간상을 기준으로 한 PWM 신호 온 타이밍이 접근하지 않는 경우를 도시한다. 최대상, 최소상이 모두 중간상과 어느 소정 시간(±P_lmt) 이상 확보되어 있으므로 보정이 필요 없다.9 illustrates a case where the PWM signal on timing based on the intermediate phase does not approach in the triangular wave PWM control scheme. Since both the maximum phase and the minimum phase are secured for more than a predetermined time (± P_lmt) with the intermediate phase, no correction is necessary.

도 10에 온 타이밍이 접근하고 있는 경우를 도시한다. 도 10의 (1)은, 최대상과 중간상이 접근 상태(P_max<P_lmt)로 보정이 필요, 최소상과 중간상은 어느 소정 시간 이상(P_min≥?P_lmt)의 편차가 있어 보정이 필요없는 경우이다. 따라서, 도 1O의 (2)와 같이 최대상과 중간상의 편차를 어느 소정 시간(P_lmt)만큼 확보하도록 중간상의 온 타이밍을 보정시키고 있다.10 illustrates a case where the on timing approaches. FIG. 10 (1) shows a case where the maximum phase and the intermediate phase need correction in the approach state (P_max <P_lmt), and the minimum phase and the intermediate phase have a deviation of more than a predetermined time (P_min ≧? P_lmt) and do not need correction. . Therefore, as shown in (2) of FIG. 10, the ON timing of the intermediate phase is corrected so as to secure the deviation of the maximum phase and the intermediate phase for a predetermined time period P_lmt.

도 13은, 도 6 기재의 PWM 제어 신호 보정기(28)에서 2상 동기의 턴온을 회피한 PWM 제어 신호의 회피 시간을 변화시킨 경우의 리커버리 전류를 도시한다. 파형을 보아도 알 수 있는 바와 같이, 소정 시간을 크게 취함에 따라 피크 전류가 2상으로 분할되어져 저감되어 가는 것을 알 수 있다. 0.2us까지 크게 하면 분할된 각 상의 리커버리 전류가 거의 동일해진다. 실험 검토에 따르면, 이 값은 0.2us 내지 0.3us 정도이다. 따라서 적용하는 스위칭 소자나 다이오드에 맞추어 2상 동기의 턴온 회피 시간을 0.2 내지 0.3us 정도로 조정함으로써 리커버리 전류의 피크 전류를 동일하게 하는 것이 가능하다.FIG. 13 shows the recovery current when the avoidance time of the PWM control signal in which the PWM control signal corrector 28 described in FIG. 6 avoids turning-on of two-phase synchronization is changed. As can be seen from the waveform, it can be seen that the peak current is divided into two phases and reduced as the predetermined time is taken large. If it is increased to 0.2us, the recovery currents of each divided phase are almost the same. According to experimental examination, this value is about 0.2us to 0.3us. Therefore, the peak current of the recovery current can be made the same by adjusting the turn-on avoidance time of the two-phase synchronization to about 0.2 to 0.3 us in accordance with the switching element and the diode to be applied.

[제2 실시예]Second Embodiment

제2 실시예의 모터 제어 장치 구성은, 도 1에 도시한 것과 마찬가지이지만, 제어 장치(8) 내부의 벡터 제어 방법이 다르다.Although the structure of the motor control apparatus of the second embodiment is the same as that shown in FIG. 1, the vector control method inside the control apparatus 8 is different.

도 14는, 제2 실시예의 형태인 제어 장치(8)(8b) 내부의 기능 블록 구성도이다. 또한, 도 2와 동일 부호인 것은 동일 동작을 하는 것이다.14 is a functional block diagram of the control device 8 (8b) in the form of the second embodiment. In addition, the same code | symbol as FIG. 2 performs the same operation.

도 2와 다른 부분은, 위치 센서리스 모드의 qc축 전류 지령치 Iqc*가 로우 패스 필터(52)로부터 연산되는 것과, 모터(1)의 회전 속도 ω1*의 추정 처리를 행하는 PLL 제어기(11)(도 2)가, 속도 오차를 연산하는 속도 오차 연산기(50)와, 속도 오차와 속도 지령의 합을 행하는 가산기(51)로 변경된 것이다.A part different from FIG. 2 is a PLL controller 11 which calculates the qc axis current command value Iqc * in the position sensorless mode from the low pass filter 52 and estimates the rotational speed ω1 * of the motor 1 ( 2) is changed to the speed error calculator 50 that calculates the speed error, and the adder 51 that adds the speed error and the speed command.

즉, 속도 오차 연산기(50)는, 축 오차 연산기(16)가 연산한 축 오차 Δθc를 비례 연산하여 속도 오차 Δωm을 연산하고, 가산기(51)가 속도 지령 ωi와 속도 오차 Δωm을 가산하여, 가산 결과가 위상 연산기(10)에 입력된다.That is, the speed error calculator 50 calculates the speed error Δωm by proportionally calculating the axis error Δθc calculated by the axis error calculator 16, and the adder 51 adds the speed command ω i and the speed error Δωm and adds it. The result is input to the phase calculator 10.

이에 의해, 전압 지령 제어기(12a) 내의 연산 처리는, 수학식 7과 같이 간략화된다.As a result, the arithmetic processing in the voltage command controller 12a is simplified as in equation (7).

Figure pat00007
Figure pat00007

전류 재현과 축 오차 연산 및 위상 연산 처리는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 행한다.Current reproduction, axis error calculation, and phase calculation processing are performed in the same manner as in the first embodiment.

본 실시예는, 전류 재현 연산기(20)와 3상 2축 변환기(19)에 의해 재현된 qc축 전류 검출치 Iqc를 로우 패스 필터(52)를 통해 qc축 전류 지령치 Iqc*(관측된 전류 평균)로 함으로써, 도 2의 제어 장치(8a) 중에서의 속도를 제어하는 연산기[속도 제어기(13), 가산기(14), PLL 제어기(11)]의 간소화를 도모한 것이다. 이에 의해, 연산기 내에서의 게인 등의 파라미터수의 삭감을 할 수 있어 실용(범용)성의 향상을 도모할 수 있다.In this embodiment, the qc-axis current detection value Iqc reproduced by the current reproduction calculator 20 and the three-phase two-axis converter 19 is passed through the low pass filter 52 to the qc-axis current command value Iqc * (observed current average. ), The arithmetic unit (speed controller 13, adder 14, PLL controller 11) for controlling the speed in the control device 8a of FIG. 2 is simplified. Thereby, the number of parameters, such as a gain, in an arithmetic machine can be reduced, and the practicality (universal) can be improved.

[제3 실시예]Third Embodiment

도 15는, 제3 실시예의 모터 제어 시스템의 구성도이며, 제1 실시예의 인버터(3)에 탑재되는 스위칭 소자의 직렬 2개 접속의 병렬 배치(3상) 중의 상측 3개를 절연 게이트형 바이폴라의 IGBT, 하측 3개를 고효율화, 소형화를 목적으로 한 초접합 구조(SJ)의 금속 산화막형 SJ?MOS를 실장한 경우의 예이다. 또한, 구성도 내의 동일 부호는 도 1과 동일한 동작을 하는 것이며, 제어 장치에 대해서는 제2 실시예의 모터 제어 장치 구성을 사용해도 된다.Fig. 15 is a configuration diagram of the motor control system of the third embodiment, in which the upper three in parallel arrangements (three phases) of two series connection of switching elements mounted on the inverter 3 of the first embodiment are insulated gate bipolars. Is an example of a metal oxide film type SJMOS having a superjunction structure (SJ) for the purpose of high efficiency and miniaturization of the IGBT and the lower three. In addition, the same code | symbol in a block diagram performs the same operation | movement as FIG. 1, and you may use the motor control apparatus structure of 2nd Example with respect to a control apparatus.

SJ?MOS는 저전류시의 효율이 높은 반면, 기생 다이오드의 역 회복 시간이 느리므로 환류 다이오드를 통해 흐르는 Irr이 커지는 것이 알려져 있다. 따라서, 도 8의 (3)에 도시하는 「하부 아암을 기준으로 한 2상 변조」와 조합하면, 저전류시는 하부 아암이 중심으로 되어 스위칭 동작함으로써 고효율화를 도모할 수 있다. 고전류시에서는 상부 아암의 IGBT의 스위칭 동작률이 높아져, 하부 아암측의 운전율이 낮아지므로 효율 변화를 억제할 수 있다.SJ-MOS has high efficiency at low current, while the reverse recovery time of the parasitic diode is slow, so that the Irr flowing through the reflux diode is known to be large. Therefore, in combination with the "two-phase modulation based on the lower arm" shown in FIG. 8 (3), the lower arm is centered at the time of low current, and switching can be achieved with high efficiency. At high current, the switching operation rate of the IGBT of the upper arm is increased, and the operation rate of the lower arm side is lowered, so that the change in efficiency can be suppressed.

[제4 실시예][Example 4]

도 16은, 제4 실시예의 모터 구동 장치용 모듈(200)의 외관도이며, 최종 제품의 일 형태를 도시한다.FIG. 16: is an external view of the motor drive module 200 of a 4th Example, and shows one form of a final product.

모듈(200)은, 제어부 기판(201)에 반도체 소자(202)가 탑재된 모터 제어 장치용의 모듈로, 제어부 기판(201)은, 도 1에 기재된 직류 전류 검출기(7), 직류 전압 검출기(5) 및 제어 장치(8)가 직접 실장되고, 인버터(3)가 1칩화된 반도체 소자(202)로서 실장되어 있다. 모듈화에 의해서, 소형화가 달성되고, 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 모듈이라 함은 「규격화된 구성 단위」라는 의미로, 분리 가능한 하드웨어/소프트웨어의 부품으로 구성되어 있는 것이다. 또한, 제조상, 동일 기판 상에서 구성되어 있는 것이 바람직하지만, 동일 기판으로 한정되지는 않는다. 이로부터, 동일 하우징에 내장된 복수의 회로 기판 상에 구성되어도 된다.The module 200 is a module for a motor control apparatus in which the semiconductor element 202 is mounted on the control board 201. The control board 201 includes a DC current detector 7 and a DC voltage detector (see FIG. 1). 5) and the control device 8 are directly mounted, and the inverter 3 is mounted as a semiconductor element 202 having a single chip. By modularization, miniaturization can be achieved and the apparatus cost can be reduced. In addition, a module means "standardized structural unit", and is comprised from the component of detachable hardware / software. In addition, although it is preferable to be comprised on the same board | substrate in manufacture, it is not limited to the same board | substrate. From this, you may be comprised on the some circuit board built in the same housing.

이상 각 실시예에 따르면, 2상 이상의 스위칭 소자의 턴온을 동기시키는 일 없이, 항상 1상으로 함으로써 다이오드에 흐르는 리커버리 전류의 피크 전류를 1상분으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 소자나 탑재되는 구성 부품의 신뢰성, 저손실, 저소음, 저노이즈를 비교적 저렴한 구성으로 실현할 수 있다.According to the above embodiments, the peak current of the recovery current flowing through the diode can be suppressed to one phase by always making it into one phase without synchronizing the turn-on of two or more switching elements. As a result, the reliability, low loss, low noise, and low noise of the element and the component to be mounted can be realized with a relatively inexpensive configuration.

1 : 모터(영구 자석 동기 모터, 압축기용 모터)
2 : 직류 전원
3 : 인버터
4, 4b : 스위칭 소자
5 : 다이오드
6 : 직류 전압 검출기
7 : 직류 전류 검출기
8, 8a, 8b : 제어 장치
9 : PWM 제어 신호
10 : 위상 연산기
11 : PLL 제어기
12 : 전압 지령 제어기
13 : 속도 제어기
14, 24, 25, 51 : 가산기
15 : d축 전류 지령 발생기
16 : 축 오차 연산기
17 : 2축 3상 변환기
18 : PWM 제어기
19 : 3상 2축 변환기
20 : 전류 재현 연산기
21, 22 : 전류 제어기
23 : 벡터 연산기
26 : 전압 변조율 연산기
27 : PWM 제어 신호 변환기
28 : PWM 제어 신호 보정기
50 : 속도 오차 연산기
52 : 로우 패스 필터
60 : 벡터 제어부
100, 10Ob : 모터 제어 시스템
200 : 모듈
201 : 제어부 기판
202 : 반도체 소자(파워 모듈)
1: Motor (permanent magnet synchronous motor, compressor motor)
2: DC power
3: inverter
4, 4b: switching element
5: diode
6: DC voltage detector
7: DC current detector
8, 8a, 8b: control unit
9: PWM control signal
10: phase calculator
11: PLL Controller
12: voltage command controller
13: speed controller
14, 24, 25, 51: adder
15: d-axis current command generator
16: axis error calculator
17: 2-axis 3-phase converter
18: PWM controller
19: 3-phase 2-axis converter
20: current reproduction calculator
21, 22: current controller
23: vector operator
26: voltage modulation rate calculator
27: PWM control signal converter
28: PWM control signal compensator
50: speed error calculator
52: low pass filter
60: vector control unit
100, 10Ob: Motor Control System
200: module
201: control board
202: semiconductor device (power module)

Claims (8)

PWM 제어기로부터 인버터에 PWM 제어 신호를 출력하는 모터 제어 시스템에 있어서,
상기 PWM 제어기는,
상기 인버터를 구동하기 위한 상기 PWM 제어 신호를 연산하는 PWM 제어 신호 변환기와,
상기 PWM 제어 신호 변환기로부터 각 상의 제어 신호를 받아, 당해 각 상의 제어 신호가 각각 소정 시간의 간격을 두고 있지 않은 경우에는, 소정 시간의 간격을 두도록 적어도 하나의 상의 제어 신호를 보정하는 PWM 제어 신호 보정기를 갖는, 모터 제어 시스템.
In a motor control system for outputting a PWM control signal from the PWM controller to the inverter,
The PWM controller,
A PWM control signal converter for calculating the PWM control signal for driving the inverter;
A PWM control signal corrector for receiving control signals of each phase from the PWM control signal converter and correcting the control signals of the at least one phase so as to space the predetermined time when the control signals of the respective phases do not have a predetermined time interval. Having a motor control system.
제1항에 있어서, 최대상과 중간상의 사이에서 소정의 간격을 두고 있지 않은 경우에는, 소정 시간의 간격을 두도록 최대상의 제어 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.The motor control system according to claim 1, wherein when there is no predetermined interval between the maximum phase and the intermediate phase, the control signal of the maximum phase is corrected so as to have a predetermined time interval. 제1항에 있어서, 최소상과 중간상의 사이에서 소정의 간격을 두고 있지 않은 경우에는, 소정 시간의 간격을 두도록 최소상의 제어 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.The motor control system according to claim 1, wherein when there is no predetermined interval between the minimum phase and the intermediate phase, the control signal of the minimum phase is corrected so as to have a predetermined time interval. 영구 자석 동기 모터의 회전 속도가 속도 지령치에 일치하도록 인버터를 통해 제어하는 제어 장치를 구비하는 모터 제어 시스템에 있어서,
상용 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(정류기)나 배터리에 의해 인버터의 직류측에 전력을 제공하는 직류 전원과, 6개의 스위칭 소자를 직렬로 2개 접속의 병렬 배치(3상)로 하고, 각각의 스위칭 소자의 콜렉터 및 에미터에 접속되어 있는 다이오드를 구비하고 있는 인버터와, 마이크로 컴퓨터 혹은 DSP(디지털 시그널 프로세서) 등의 반도체 연산 소자를 사용하여, 직류 전압 검출기와 직류 전류 검출기의 검출 신호를 입력하고, 속도 지령 ωi에 기초하여 상기 인버터를 구성하는 스위칭 소자를 구동하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 인버터 내의 스위칭 소자를 2상 이상이 동기한 턴온 제어로 하는 일 없이 항상 1상만으로 하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.
A motor control system having a control device for controlling through a inverter such that the rotational speed of the permanent magnet synchronous motor matches the speed command value,
Parallel arrangement of two connections in series with a DC power supply that supplies power to the DC side of the inverter by a converter (rectifier) or a battery that converts AC power supplied from commercial power to DC power, and six switching elements in series (three-phase A DC voltage detector and a DC current detector using an inverter including a diode connected to the collector and emitter of each switching element, and a semiconductor computing element such as a microcomputer or a digital signal processor (DSP). And a control device for inputting a detection signal of the device and driving a switching element constituting the inverter based on the speed command ωi.
The control device is a motor control system, characterized in that the switching device in the inverter is always in one phase without turning-on control in which two or more phases are synchronized.
제4항에 있어서, 상기 제어 장치는, 삼각파에 기초하여 스위칭 소자를 구동하는 PWM 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.The motor control system according to claim 4, wherein the control device generates a PWM control signal for driving the switching element based on the triangular wave. 제4항에 있어서, 상기 1상만으로 하는데 있어서, 1상으로 하는 시간을 임의로 조정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.5. The motor control system according to claim 4, wherein in one phase only, the time for one phase can be arbitrarily adjusted. 제6항에 있어서, 임의의 시간이 제어 장치 내에 탑재되는 마이크로 컴퓨터 혹은 DSP(디지털 시그널 프로세서) 등의 반도체 연산 소자의 외부 단자 혹은 외부 기억 장치에 의해 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.7. The motor control system according to claim 6, wherein any time can be adjusted by an external terminal or an external storage device of a semiconductor computing element such as a microcomputer or a digital signal processor (DSP) mounted in the control device. 제4항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 콜렉터 및 에미터에 다이오드를 접속하는 것을 특징으로 하는, 모터 제어 시스템.The motor control system according to claim 4, wherein a diode is connected to the collector and the emitter of the switching element.
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