JP2009124869A - V/f control system for synchronous electric motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a V/f control system for a synchronous electric motor, capable of eliminating the need for a high-speed A/D converter and complex software computations, and which can stably perform control of low to high speed. <P>SOLUTION: In the V/f control system, a shunt resistor 7 detects a current of a D/C bus bar of a PWM inverter 4, and a controller 8 allows a low-pass filter to apply averaging processing on a DC current detected by the shunt resistor, and corrects a speed command value of the synchronous electric motor 1 so as to suppress ripple components (frequency variation components) contained in the averaged DC current. Alternatively, the controller 8 multiplies the average DC current of the inverter by a DC voltage detection value to obtain average DC power, and corrects the speed command value so as to suppress the ripple components (frequency variation components) contained in the average DC power. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、同期電動機のＶ／ｆ制御装置に係り、特に、永久磁石同期電動機のＶ／ｆ安定化制御に関する。   The present invention relates to a synchronous motor V / f control device, and more particularly, to a V / f stabilization control of a permanent magnet synchronous motor.

同期電動機は、通常、回転子の磁極位置情報を位置センサで検出する必要があるが、使用環境によっては位置センサの取り付けが困難、あるいは低コスト化や位置センサ故障回避のために、位置センサがなくても駆動できるセンサレス制御法が数多く提案されている。   Synchronous motors usually require the position sensor to detect the magnetic pole position information of the rotor. However, depending on the usage environment, it may be difficult to install the position sensor, or the position sensor may be used to reduce costs or avoid position sensor failure. Many sensorless control methods have been proposed that can be driven without the need.

Ｖ／ｆ制御法は、電動機の一次電圧を回転数に合わせて一定に制御する手法であり、基本的に位置センサや電流センサを用いないオープンループ構成となる。しかし、Ｖ／ｆ制御法を同期電動機の駆動装置に適用した場合は、磁極位置を検出していないために負荷の急変などによって不安定な制御状態を招き、場合によっては脱調する可能性が高い。   The V / f control method is a method of controlling the primary voltage of the motor to be constant according to the rotation speed, and basically has an open loop configuration in which no position sensor or current sensor is used. However, when the V / f control method is applied to a synchronous motor drive device, the magnetic pole position is not detected, so that an unstable control state is caused by a sudden change in the load, and there is a possibility of stepping out in some cases. high.

図７は、一般的な電圧形ＰＷＭインバータによる同期電動機の駆動装置である。この装置をＶ／ｆ制御法で制御する場合に脱調なく安定化を図るために、同期電動機１の２相の電流を交流電流センサ２で検出し、このモータ電流に含まれる脈動成分をコントローラ３で抽出することでＰＷＭインバータ４の制御位相を補正する。５はＰＷＭインバータ４の直流電圧源、６は平滑コンデンサである。   FIG. 7 shows a driving apparatus for a synchronous motor using a general voltage source PWM inverter. In order to stabilize the apparatus without step-out when this apparatus is controlled by the V / f control method, the two-phase current of the synchronous motor 1 is detected by the AC current sensor 2, and the pulsation component included in the motor current is detected by the controller. 3, the control phase of the PWM inverter 4 is corrected. 5 is a DC voltage source of the PWM inverter 4, and 6 is a smoothing capacitor.

このＶ／ｆ制御における安定化手法として、モータ電流検出値をインバータ電圧基準のγδ座標（インバータの電圧ベクトル方向をδ軸として、δ軸より９０度遅れた位相をγ軸とするインバータの直交座標）に変換し、γ軸電流の脈動成分を速度指令値にフィードバックして安定化する手法がある（例えば、非特許文献１参照）。この手法では電流をフィードバックすることで負荷変動にも対応できる。   As a stabilization method in this V / f control, the motor current detection value is the inverter voltage reference γδ coordinate (the inverter voltage vector direction is the δ axis, and the orthogonal coordinate of the inverter with the phase delayed 90 degrees from the δ axis as the γ axis) ), And the pulsation component of the γ-axis current is fed back to the speed command value and stabilized (for example, see Non-Patent Document 1). This method can cope with load fluctuations by feeding back current.

図８の（ａ）は、非特許文献１等で提案される同期電動機のＶ／ｆ安定化制御の構成図である。Ｖ／ｆ制御装置になるコントローラ３は、基本的にはｆ／Ｖ変換器３１では速度指令値ω*から所望の電圧振幅値になる電圧指令Ｖ*を求める。このｆ／Ｖ変換は、駆動する同期電動機の定格速度と定格電圧の比率を用いる。積分器３２は速度指令値ω*の積分によってインバータ電圧指令値の位相θを求める。これら電圧指令Ｖ*（ｖδ*）と位相θおよびγ軸成分の電圧指令ｖγ*から座標変換器３３がＰＷＭインバータ４の３相電圧指令値に変換する。ＰＷＭインバータ４は、各種ＰＷＭ手法、例えば一般的な三角波比較ＰＷＭ方式などによってインバータをＰＷＭ制御する。 (A) of FIG. 8 is a block diagram of the V / f stabilization control of the synchronous motor proposed in Non-Patent Document 1 and the like. The controller 3 that becomes the V / f control device basically obtains the voltage command V * that becomes a desired voltage amplitude value from the speed command value ω * in the f / V converter 31. This f / V conversion uses the ratio between the rated speed and the rated voltage of the driven synchronous motor. The integrator 32 obtains the phase θ of the inverter voltage command value by integrating the speed command value ω * . The coordinate converter 33 converts the voltage command V * (vδ * ) and the voltage command vγ * of the phase θ and γ-axis components into a three-phase voltage command value of the PWM inverter 4. The PWM inverter 4 performs PWM control of the inverter by various PWM methods, for example, a general triangular wave comparison PWM method.

Ｖ／ｆ安定化制御手段として、座標変換器３４は電流センサ２で検出するモータ電流ｉu，ｉwを、ＰＷＭインバータの一次電圧の位相情報θを基に座標変換してγ、δ軸の電流ｉγ，ｉδに変換し、安定化処理部３５は座標変換器３４からのδ軸電流ｉδを用いて補正周波数Δωを求め、補正周波数Δωで速度指令値ω*をω１*に補正する。安定化処理部３５は、例えば、図８の（ｂ）に示す構成とし、ハイパスフィルタ３５Ａで直流に近い成分をカットして脈動成分（補正周波数Δω）のみを抽出し、安定化ゲイン設定器３５Ｂで補正ゲインＫiを決定する。 As the V / f stabilization control means, the coordinate converter 34 converts the motor currents i u and i w detected by the current sensor 2 into coordinates based on the phase information θ of the primary voltage of the PWM inverter and converts the γ and δ axes. The current is converted into currents iγ and iδ, and the stabilization processing unit 35 obtains the correction frequency Δω using the δ-axis current iδ from the coordinate converter 34 and corrects the speed command value ω * to ω1 * with the correction frequency Δω. For example, the stabilization processing unit 35 is configured as shown in FIG. 8B, and a high-pass filter 35A cuts a component close to direct current to extract only a pulsation component (correction frequency Δω), and a stabilization gain setting unit 35B. in determining the correction gain K i.

上記の同期電動機のＶ／ｆ安定化手法を低慣性のＰＭモータに適用した場合、フィードバックループに積分器が入るため、負荷変動や速度変動に対し、オーバーシュートや振動成分が残り、静定にも時間がかかる。この現象を改善する他のＶ／ｆ安定化制御方法として、ｑ軸トルク電流の脈動成分をインバータｄ軸電圧に直接フィードバックして（比例項）、応答の速い安定化制御を実現する方法も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。   When the above-mentioned synchronous motor V / f stabilization method is applied to a low-inertia PM motor, an integrator is inserted in the feedback loop, so overshoot and vibration components remain for load fluctuations and speed fluctuations. It takes time. As another V / f stabilization control method that improves this phenomenon, a method is also proposed in which the pulsation component of the q-axis torque current is directly fed back to the inverter d-axis voltage (proportional term) to achieve a quick response stabilization control. (For example, see Non-Patent Document 2).

なお、モータ電流を検出するセンサを不要にする手法として、インバータの直流電流をシャント抵抗等で検出し、この直流電流からモータ電流を演算する手法もある（例えば、非特許文献３参照）。
伊東、豊崎、大沢「永久磁石同期電動機のＶ／ｆ制御の高性能化」、電学論Ｄ，１２２巻３号、２００２年 山本、小野「低慣性ＰＭモータに適応するＶ／ｆ制御方式」、電気学会産業応用部門大会、１−５６、２００５年 福本、渡邉、濱根、林「三相ＰＷＭインバータの直流電流検出による交流電流演算の一手法」、電学論Ｄ，１２７巻２号、２００７年 As a technique for eliminating the need for a sensor for detecting the motor current, there is a technique for detecting the DC current of the inverter with a shunt resistor or the like and calculating the motor current from this DC current (see Non-Patent Document 3, for example).
Ito, Toyosaki, Osawa “Performance improvement of V / f control of permanent magnet synchronous motor”, D. Theory, Vol. 122, No. 3, 2002 Yamamoto, Ono “V / f control method for low-inertia PM motors”, IEEJ Industrial Application Conference, 1-56, 2005 Fukumoto, Watanabe, Sone, and Hayashi “A Method of AC Current Calculation by Detecting DC Current in a Three-Phase PWM Inverter”, Electrical Engineering D, 127, 2, 2007

同期電動機のＶ／ｆ制御装置において、前記の非特許文献１や２の手法では、モータ電流（少なくとも２相分）を検出して脈動成分を抽出し、その脈動を打ち消す方向に速度指令値や電圧指令値を調整するフィードバック制御を行っている。このＶ／ｆ制御には交流電流センサが必要となるが、実用上はモータの過電流保護などの安全装置にもつ交流電流センサを利用することができる。しかし、低コストおよび小型化重視の用途では交流電流センサがコスト高の要因となるし、実装スペースの問題も発生する。   In the V / f control device for a synchronous motor, in the methods of Non-Patent Documents 1 and 2, the motor current (at least for two phases) is detected to extract a pulsation component, and a speed command value or Feedback control is performed to adjust the voltage command value. This V / f control requires an AC current sensor, but in practice, an AC current sensor in a safety device such as a motor overcurrent protection can be used. However, in applications where low cost and downsizing are important, an alternating current sensor becomes a cause of high cost, and a problem of mounting space also occurs.

この点、非特許文献３の手法は、インバータの直流電流を１つのシャント抵抗で検出し、この直流電流から３相のモータ電流を再現することができ、３相電流を再現した後は非特許文献１あるいは２の手法を用いて、図８のようなブロック構成にしたＶ／ｆ安定化制御が考えられる。また、交流電流センサが不要となるため、低コスト化が実現できる。さらに、シャント抵抗器の両端電圧を直流電流情報として過電流保護を行っている場合にはシャント抵抗の追加が不要となる。   In this respect, the method of Non-Patent Document 3 detects the DC current of the inverter with a single shunt resistor, and can reproduce the three-phase motor current from this DC current. V / f stabilization control with the block configuration as shown in FIG. 8 using the technique of Document 1 or 2 can be considered. In addition, since an AC current sensor is not required, cost reduction can be realized. Furthermore, when overcurrent protection is performed using the voltage across the shunt resistor as DC current information, no additional shunt resistor is required.

ここで、ＰＷＭインバータの直流電流は図９のようにＰＷＭパルスを含んだ波形となる。この瞬時のパルス電流値は、交流電流のいずれの相の情報を持っているので、ＰＷＭインバータの通電パターンから把握できる。そこで、非特許文献３ではパルス電流値を入手できるタイミングでＡ／Ｄ変換して、その瞬時電流値を基にモータの交流電流値を推定・再現している。このため、ＰＷＭインバータの直流電流からモータの交流３相電流を再現するには、高速のＡ／Ｄ変換器および複雑なソフトウェア演算処理が必要となる。   Here, the direct current of the PWM inverter has a waveform including a PWM pulse as shown in FIG. Since this instantaneous pulse current value has information of any phase of the alternating current, it can be grasped from the energization pattern of the PWM inverter. Therefore, in Non-Patent Document 3, A / D conversion is performed at a timing at which the pulse current value can be obtained, and the AC current value of the motor is estimated and reproduced based on the instantaneous current value. For this reason, in order to reproduce the AC three-phase current of the motor from the DC current of the PWM inverter, a high-speed A / D converter and complicated software calculation processing are required.

特に、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高くする用途、あるいは高速回転駆動を必要とする用途では、Ａ／Ｄ変換処理も高速に行う必要があり、コストアップの要因となるし、モータ電流の再現が困難となることが予測される。   In particular, in applications that increase the carrier frequency of PWM control or applications that require high-speed rotation drive, A / D conversion processing must also be performed at high speed, which increases costs and makes it difficult to reproduce motor current. It is predicted that

本発明の目的は、高速のＡ／Ｄ変換器や複雑なソフトウェア演算を不要にし、かつ低速から高速まで安定に制御できる同期電動機のＶ／ｆ制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a V / f control device for a synchronous motor that eliminates the need for a high-speed A / D converter and complicated software operation and that can be stably controlled from low speed to high speed.

本発明は、前記の課題を解決するため、インバータの直流母線の検出電流をローパスフィルタで平均化処理し、この平均直流電流に含まれる脈動成分（周波数変動分）を抑制するように速度指令値を補正、またはインバータの平均直流電流に直流電圧検出値を乗じて平均直流電力を求め、周波数で除算したトルク推定値の脈動成分（周波数変動分）を抑制するように速度指令値を補正するもので、以下の構成を特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention averages the detected current of the DC bus of the inverter with a low-pass filter and suppresses the pulsation component (frequency variation) included in the average DC current. , Or by multiplying the average DC current of the inverter by the DC voltage detection value to obtain the average DC power and correcting the speed command value so as to suppress the pulsation component (frequency fluctuation) of the estimated torque value divided by the frequency Thus, it is characterized by the following configuration.

（１）同期電動機を電圧型インバータで駆動し、同期電動機の速度指令値ω*に対応した電圧指令Ｖ*をインバータ電圧指令値とし、速度指令値ω*の積分によってインバータ電圧指令値の位相θから前記インバータの３相電圧指令Ｖ*を求めるＶ／ｆ制御装置において、
前記インバータの直流母線の検出電流をローパスフィルタで平均化処理するフィルタ平均処理部と、
前記フィルタ平均処理部に得る平均直流電流に含まれる脈動成分を抑制するように前記速度指令値ω*を補正する安定化処理部と、
を備えたことを特徴とする。 (1) The synchronous motor is driven by a voltage type inverter, the voltage command V * corresponding to the speed command value ω * of the synchronous motor is set as the inverter voltage command value, and the phase θ of the inverter voltage command value is integrated by the speed command value ω *. In the V / f control device for obtaining the three-phase voltage command V * of the inverter from
A filter average processing unit for averaging the detected current of the DC bus of the inverter with a low-pass filter;
A stabilization processing unit that corrects the speed command value ω * so as to suppress a pulsation component included in the average DC current obtained in the filter average processing unit;
It is provided with.

（２）同期電動機を電圧型インバータで駆動し、同期電動機の速度指令値ω*に対応した電圧指令Ｖ*をインバータ電圧指令値とし、速度指令値ω*の積分によってインバータ電圧指令値の位相θから前記インバータの３相電圧指令Ｖ*を求めるＶ／ｆ制御装置において、
前記インバータの直流母線の検出電流をローパスフィルタで平均化処理するフィルタ平均処理部と、
前記フィルタ平均処理部で平均化処理した平均直流電流に前記インバータの直流電圧検出値を乗じて平均直流電力を求め、前記平均直流電力に含まれる脈動成分を抑制するように前記速度指令値ω*を補正する安定化処理部と、
を備えたことを特徴とする。 (2) The synchronous motor is driven by a voltage type inverter, the voltage command V * corresponding to the speed command value ω * of the synchronous motor is set as the inverter voltage command value, and the phase θ of the inverter voltage command value is integrated by the speed command value ω *. In the V / f control device for obtaining the three-phase voltage command V * of the inverter from
A filter average processing unit for averaging the detected current of the DC bus of the inverter with a low-pass filter;
The average DC current averaged by the filter average processing unit is multiplied by a DC voltage detection value of the inverter to obtain an average DC power, and the speed command value ω * so as to suppress a pulsation component included in the average DC power . A stabilization processing unit for correcting
It is provided with.

（３）前記安定化処理部は、
前記平均直流電流または前記平均直流電力から直流に近い成分をカットして前記脈動成分を抽出するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタで抽出する脈動成分のゲインＫiを設定する安定化ゲイン設定器と、
前記安定化ゲイン設定器の出力を、速度指令値ω*が高くなるほど低くした補正値Δωを求める演算器を備えたことを特徴とする。 (3) The stabilization processing unit
A high-pass filter that extracts a pulsating component by cutting a component close to direct current from the average direct current or the average direct current power;
And stabilization gain setter for setting a gain K i of the pulsating component extracted by the high-pass filter,
An arithmetic unit is provided for obtaining a correction value Δω in which the output of the stabilization gain setter is decreased as the speed command value ω * increases.

（４）前記安定化処理部は、
前記平均直流電流または平均直流電力の検出値を速度指令値ω*で除算してトルク推定値を求める割り算器と、
前記割り算器で求めるトルク推定値から直流に近い成分をカットして前記脈動成分を抽出するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタで抽出する脈動成分のゲインＫiを設定する安定化ゲイン設定器を備えたことを特徴とする。 (4) The stabilization processing unit
A divider that obtains a torque estimated value by dividing the detected value of the average DC current or average DC power by the speed command value ω * ;
A high-pass filter that extracts a pulsating component by cutting a component close to a direct current from a torque estimated value obtained by the divider;
Characterized by comprising a stabilizing gain setter for setting a gain K i of the pulsating component extracted by the high-pass filter.

以上のとおり、本発明によれば、インバータの直流母線の検出電流をローパスフィルタで平均化処理し、この平均直流電流に含まれる脈動成分（周波数変動分）を抑制するように速度指令値を補正、またはインバータの平均直流電流に直流電圧検出値を乗じて平均直流電力を求め、この平均直流電力に含まれる脈動成分（周波数変動分）を抑制するように前記速度指令値を補正するため、高速のＡ／Ｄ変換器や複雑なソフトウェア演算を不要にし、かつ低速から高速まで安定に制御できる。   As described above, according to the present invention, the detected current of the DC bus of the inverter is averaged by the low-pass filter, and the speed command value is corrected so as to suppress the pulsation component (frequency fluctuation) included in the average DC current. Or, by multiplying the average DC current of the inverter by the DC voltage detection value, the average DC power is obtained, and the speed command value is corrected so as to suppress the pulsation component (frequency fluctuation) included in the average DC power. This eliminates the need for A / D converters and complicated software operations, and enables stable control from low speed to high speed.

具体的には、
（１）インバータ直流母線の電流からローパスフィルタ等を用いて平均化処理し、この平均直流電流に含まれる有効電流分を検出するため、非特許文献３による交流電流検出方式に比べて、高速Ａ／Ｄ変換処理や複雑なソフトウェア演算を必要としない。 In particular,
(1) Since the current of the inverter DC bus is averaged using a low-pass filter or the like, and the effective current included in the average DC current is detected, the high-speed A is compared with the AC current detection method disclosed in Non-Patent Document 3. / D conversion processing and complicated software operations are not required.

（２）インバータの直流電流だけでなく直流電圧も検出することで、平均直流電力の脈動を抑制することができる。   (2) By detecting not only the DC current of the inverter but also the DC voltage, pulsation of the average DC power can be suppressed.

（３）運転速度領域が広い同期電動機に適用する場合などに、安定化ゲインを速度に応じて自動的に変化させることで、低速から高速まで安定に制御することができる。   (3) When the present invention is applied to a synchronous motor having a wide operating speed range, the stabilization gain is automatically changed according to the speed, so that it can be stably controlled from a low speed to a high speed.

（４）直流電流・直流電圧検出値および速度指令値からトルク推定値を演算して、そのトルク脈動成分を抑制するように速度指令値を補正するので、同期電動機のトルク変動に応じて全速度／全負荷領域で安定な制御を実現できる。   (4) The estimated torque value is calculated from the DC current / DC voltage detection value and the speed command value, and the speed command value is corrected so as to suppress the torque pulsation component. / Stable control can be realized in the full load range.

（実施形態１）
図１は、本実施形態を示す同期電動機のＶ／ｆ制御装置の基本構成図である。同図が図７と異なる部分は、更なる低コスト化を実現するために、モータ１の交流電流センサ（×２個分）を省略し、その代わりとして、過電流防止用に設けられるシャント抵抗器７でＰＷＭインバータの直流母線の平均電流を検出し、コントローラ８が平均直流電流に含まれる脈動成分を抑制するように速度指令値を補正する点にある。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a synchronous motor V / f control device according to the present embodiment. 7 is different from FIG. 7 in order to realize further cost reduction, the AC current sensor (x2) of the motor 1 is omitted, and a shunt resistor provided for preventing overcurrent is used instead. The controller 7 detects the average current of the DC bus of the PWM inverter, and the controller 8 corrects the speed command value so as to suppress the pulsation component included in the average DC current.

なお、直流電圧源５は、バッテリ等の直流電源や三相交流電源を整流した直流電源など、その形態は問わない。また、シャント抵抗器７はインバータの下側（基準電位側）に介挿する場合を示すが、直流母線の上側（プラス電位側）で検出しても良い。   The DC voltage source 5 may be in any form such as a DC power source such as a battery or a DC power source rectified from a three-phase AC power source. Moreover, although the shunt resistor 7 shows the case where it is inserted under the inverter (reference potential side), it may be detected on the upper side (plus potential side) of the DC bus.

図１の構成とする本実施形態では、シャント抵抗器７などから検出されるパルス状の電圧情報（シャント抵抗値で除算すれば電流情報となる）から、ＰＷＭパルスのキャリア周波数成分を除去するローパスフィルタ回路を介した後に、コントローラ８に取り込み、この電流情報でＶ／ｆ安定化制御を行う。図２は、ローパスフィルタ回路を介した直流電流波形を示し、この電流はインバータ直流母線の電流平均値、すなわちＰＷＭインバータ４から同期電動機１に供給する有効電流値に相当する。   In the present embodiment configured as shown in FIG. 1, a low-pass that removes the carrier frequency component of the PWM pulse from the pulsed voltage information detected from the shunt resistor 7 or the like (divided by the shunt resistance value becomes current information). After passing through the filter circuit, the data is taken into the controller 8 and V / f stabilization control is performed using this current information. FIG. 2 shows a DC current waveform through the low-pass filter circuit, and this current corresponds to the current average value of the inverter DC bus, that is, the effective current value supplied from the PWM inverter 4 to the synchronous motor 1.

図３の（ａ）は、コントローラ８のブロック構成図である。同図が図８と異なる部分は、シャント抵抗器７で検出する直流母線電流に比例した電圧ｖshからフィルタ平均処理部（ローパスフィルタ）３６で平均化処理した平均化電流ｉdcを求める点にある。 FIG. 3A is a block configuration diagram of the controller 8. 8 differs from FIG. 8 in that an average current i dc averaged by a filter average processing unit (low-pass filter) 36 is obtained from a voltage v sh proportional to the DC bus current detected by the shunt resistor 7. is there.

なお、安定化処理部３５は、図３の（ｂ）に示すように、図８の構成と同様に、ハイパスフィルタ３５Ａと安定化ゲイン設定器３５Ｂで構成するが、この入力電流をフィルタ平均処理部３６からの平均化電流ｉdcとする。また、３相電圧指令値生成部３７は、図８の座標変換器３３と同様に、電圧指令Ｖmと位相θからＰＷＭインバータ４の３相電圧指令Ｖ*を生成する。この演算式は下記のようになる。 As shown in FIG. 3B, the stabilization processing unit 35 includes a high-pass filter 35A and a stabilization gain setting unit 35B as in the configuration of FIG. The averaged current i dc from the unit 36 is assumed. Further, the three-phase voltage command value generation unit 37 generates the three-phase voltage command V * of the PWM inverter 4 from the voltage command V m and the phase θ, similarly to the coordinate converter 33 of FIG. This arithmetic expression is as follows.

Figure 2009124869
Figure 2009124869

図３の構成において、シャント抵抗器７の電流検出手段から得られたパルス状の電流をフィルタ平均処理部（ローパスフィルタ）３６で平均処理する。平均化した直流電流値を安定化処理部３５に入力する。安定化処理部３５ではハイパスフィルタ３５Ａで直流電流の脈動成分のみを検出する。検出した脈動成分に安定化ゲイン設定器３５でゲインを与え、脈動成分を打ち消すように速度指令値ω*に重畳する。これにより、直流電流の脈動、すなわち脱調に繋がる不安定な速度変動を抑制することができる。 In the configuration of FIG. 3, the pulsed current obtained from the current detection means of the shunt resistor 7 is averaged by a filter averaging processing unit (low-pass filter) 36. The averaged DC current value is input to the stabilization processing unit 35. In the stabilization processing unit 35, only the pulsation component of the direct current is detected by the high pass filter 35A. A gain is given to the detected pulsation component by the stabilization gain setting unit 35, and is superimposed on the speed command value ω * so as to cancel the pulsation component. Thereby, it is possible to suppress pulsation of direct current, that is, unstable speed fluctuation that leads to step-out.

また、補正した速度指令値ω１*から、位相情報θとｆ／Ｖ変換によって得られる３相電圧指令瞬時値Ｖmを生成する。ｆ／Ｖ変換比は、同期電動機１の銘板等から得られる定格回転数および定格電圧値の比率を入力すればよい。位相情報θと３相瞬時値から、モータ３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電圧指令値Ｖ*を得、ＰＷＭインバータ４では三角波比較ＰＷＭなどの一般的な手法を用いてＰＷＭインバータのスイッチング指令値を生成して電動機を制御する。 Further, a three-phase voltage command instantaneous value V m obtained by phase information θ and f / V conversion is generated from the corrected speed command value ω1 * . For the f / V conversion ratio, the ratio of the rated rotation speed and the rated voltage value obtained from the nameplate of the synchronous motor 1 or the like may be input. The voltage command value V * of the motor 3 phase (U, V, W phase) is obtained from the phase information θ and the 3 phase instantaneous value, and the PWM inverter 4 switches the PWM inverter using a general method such as triangular wave comparison PWM. A command value is generated to control the electric motor.

本実施形態によれば、インバータ直流母線の直流電流（有効電流）の脈動に応じて、それを抑制するように速度指令値を補正するため、Ｖ／ｆ制御における不安定な速度変動を抑制し、同期電動機の脱調を防止することができる。   According to this embodiment, in order to correct the speed command value so as to suppress the pulsation of the DC current (active current) of the inverter DC bus, the unstable speed fluctuation in the V / f control is suppressed. The step-out of the synchronous motor can be prevented.

また、構成上では、モータ交流電流センサが不要で、３相／２相変換、モータ回転座標変換あるいはインバータ電圧基準の回転座標変換等も不要となった上で、同期電動機におけるＶ／ｆ安定制御ができる。   Further, in terms of configuration, the motor AC current sensor is unnecessary, and three-phase / two-phase conversion, motor rotation coordinate conversion, inverter voltage reference rotation coordinate conversion, etc. are not required, and V / f stability control in a synchronous motor Can do.

また、直流電流検出は安価なシャント抵抗器等で実現できるため、交流電流センサ×２個を用いる従来方式よりも、システムを低コストおよび小型化することができる。   In addition, since direct current detection can be realized by an inexpensive shunt resistor or the like, the system can be reduced in cost and size compared to the conventional method using two alternating current sensors.

また、直流電流のＰＷＭ成分を除去した有効電流を用いることで、高速なＡ／Ｄ変換処理や複雑なソフトウェア演算を必要としない簡素な安定化制御装置になる。   Further, by using the effective current from which the PWM component of the direct current is removed, a simple stabilization control device that does not require high-speed A / D conversion processing or complicated software calculation is obtained.

（実施形態２）
実施形態１では、直流電流平均値の変動成分のみを検出して安定化しているが、本実施形態では、図１におけるコントローラ８は、インバータの平均直流電流に直流電圧検出値を乗じて平均直流電力を求め、この平均直流電力に含まれる脈動成分を抑制するように速度指令値ω*を補正することで、その脈動を安定化する。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, only the fluctuation component of the DC current average value is detected and stabilized, but in this embodiment, the controller 8 in FIG. 1 multiplies the average DC current of the inverter by the DC voltage detection value to obtain the average DC current. The power is obtained, and the pulsation is stabilized by correcting the speed command value ω * so as to suppress the pulsation component included in the average DC power.

図４の（ａ）はブロック構成図であり、同図が図３と異なる部分はＰＷＭインバータ４の直流電圧Ｖdcを電圧検出器３８で検出し、この直流電圧Ｖdcとフィルタ平均処理部（ローパスフィルタ）３６で平均化処理した平均化電流ｉdcとから安定化処理部３５で平均直流電力を求め、これを元に速度指令値ω*を補正する点にある。安定化処理部３５は、図４の（ｂ）に示すように、乗算器３５Ｃは直流電圧Ｖdcと平均化電流ｉdcとの乗算により平均直流電力を求める。 FIG. 4A is a block diagram, and the difference from FIG. 3 is that the DC voltage V dc of the PWM inverter 4 is detected by the voltage detector 38, and this DC voltage V dc and the filter average processing unit ( The average DC power is obtained by the stabilization processing unit 35 from the averaged current i dc averaged by the low-pass filter 36), and the speed command value ω * is corrected based on this. In the stabilization processing unit 35, as shown in FIG. 4B, the multiplier 35C obtains the average DC power by multiplying the DC voltage Vdc and the averaged current idc .

本実施形態によれば、直流電圧源が理想的でなく、何らかの脈動成分を持っている場合（例えば三相交流電源から整流した場合など）においても、平均直流電力の変動として、その脈動を安定化する速度指令値に補正することができる。   According to this embodiment, even when the DC voltage source is not ideal and has some pulsating component (for example, when rectified from a three-phase AC power source), the pulsation is stabilized as fluctuation of the average DC power. The speed command value can be corrected.

（実施形態３）
実施形態２では、安定化ゲイン設定器３５Ｂで設定するゲインＫiを固定のものとしていた。電動機が高速回転になると、同じトルクを発生させるために必要な直流電力が大きくなる。その変動値も大きくなるので、安定化ゲインが低速〜高速まで一定であると、例えば高速域で高ゲインとなり、過剰な安定化処理によって逆に不安定な挙動を引き起こす。 (Embodiment 3)
In Embodiment 2, it had a gain K i to set stabilized gain setting device 35B as fixed. When the electric motor rotates at a high speed, the DC power necessary to generate the same torque increases. Since the fluctuation value becomes large, if the stabilization gain is constant from low speed to high speed, for example, the gain becomes high in a high speed range, and an unstable behavior is caused by excessive stabilization processing.

この問題を解決するために、本実施形態では安定化ゲイン設定器３５Ｂで設定するゲインＫiを速度指令値に応じて除算する可変ゲイン設定器とし、速度指令値が高くなるほど補正値Δωを低下させ、安定化を図る。 To solve this problem, reduce the correction value Δω as in the present embodiment is a variable gain setting device for dividing in accordance with the speed command value gain K i to be set in stabilizing the gain setter 35B, the speed command value increases To stabilize.

図５の（ａ）にブロック構成図を示し、（ｂ）に安定化処理部３５の構成を示す。同図が図４と異なる部分は、安定化処理部３５に追加する割り算器３５Ｄで安定化ゲイン設定器３５ｂの出力を速度指令値ω*で割り算し、この演算結果を速度補正値Δωとする点にある。 FIG. 5A shows a block configuration diagram, and FIG. 5B shows a configuration of the stabilization processing unit 35. 4 differs from FIG. 4 in that a divider 35D added to the stabilization processing unit 35 divides the output of the stabilization gain setting unit 35b by the speed command value ω * , and this calculation result is used as a speed correction value Δω. In the point.

本実施形態によれば、運転速度領域が広い同期電動機に適用する場合などに、高速になるほど安定化ゲインを自動的に下げる調整をすることで、低速から高速までより安定なＶ／ｆ制御を実現できる。   According to this embodiment, when applied to a synchronous motor with a wide operating speed range, etc., by adjusting the stabilization gain automatically as the speed increases, more stable V / f control from low speed to high speed can be achieved. realizable.

なお、図５の安定化処理部３５は実施形態２の場合を示すが、実施形態１の構成にも同様に適用できる。また、速度指令値ω*が高くなるほど低くした補正値Δωを求める割り算器３５Ｄに代えて、引き算器とするなど、他の演算器とすることができる。 5 shows the case of the second embodiment, but the same applies to the configuration of the first embodiment. Further, instead of the divider 35D for obtaining the correction value Δω that is decreased as the speed command value ω * increases, other calculators such as a subtractor can be used.

（実施形態４）
実施形態３では、安定化ゲインを周波数に応じて可変としている。これは結果として、直流有効電力の脈動を回転数指令値で除算したトルク変動への安定化ゲインに等しい。 (Embodiment 4)
In the third embodiment, the stabilization gain is variable according to the frequency. As a result, this is equal to the stabilization gain to torque fluctuation obtained by dividing the pulsation of the DC active power by the rotation speed command value.

そこで、本実施形態では、まず先に、検出した直流電力値（有効電力Ｐ）を速度指令値ω*で除算したトルク推定値（Ｔ＾＝Ｐ／ω*）を演算し、そのトルク脈動成分をハイパスフィルタで検出して安定化ゲインを与える。 Therefore, in this embodiment, first, a torque estimated value (T ^ = P / ω * ) obtained by dividing the detected DC power value (active power P) by the speed command value ω * is calculated, and the torque pulsation component is calculated. Is detected by a high-pass filter to give a stabilization gain.

安定化処理部３５の構成図の一例を図６に示す。安定化ゲイン設定器３５Ｂのゲインは一定とし、割り算器３５Ｅで乗算器３５ｃの出力（直流電力）を速度指令値ω*で除算し、ここで求めるトルク推定値をハイパスフィルタ３５Ａに与えることで、トルク変動に基づいてゲインを調整する。なお、図６の安定化処理部３５は実施形態２の場合を示すが、実施形態１の構成にも同様に適用できる。 An example of a configuration diagram of the stabilization processing unit 35 is shown in FIG. The gain of the stabilization gain setter 35B is constant, the divider 35E divides the output (DC power) of the multiplier 35c by the speed command value ω * , and gives the estimated torque value obtained here to the high-pass filter 35A. The gain is adjusted based on the torque fluctuation. 6 shows the case of the second embodiment, the stabilization processing unit 35 can be similarly applied to the configuration of the first embodiment.

本実施形態によれば、直流電流・直流電圧検出値および速度指令値からトルク推定値を演算して、そのトルク脈動成分を抑制するように速度指令値を補正するので、高負荷時や高速回転時においても常にトルク変動に基づいて安定化制御を行うことができ、同期電動機のトルク変動に応じて全速度／全負荷領域でより安定なＶ／ｆ制御を実現できる。   According to the present embodiment, the torque estimated value is calculated from the DC current / DC voltage detection value and the speed command value, and the speed command value is corrected so as to suppress the torque pulsation component. Even at times, stabilization control can be performed based on torque fluctuations, and more stable V / f control can be realized in the full speed / full load range according to the torque fluctuations of the synchronous motor.

本発明の実施形態１を示す同期電動機のＶ／ｆ制御装置の基本構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The basic block diagram of the V / f control apparatus of the synchronous motor which shows Embodiment 1 of this invention. ローパスフィルタ回路を介した直流電流波形。DC current waveform through low-pass filter circuit. 実施形態１のコントローラと安定化処理部の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a controller and a stabilization processing unit according to the first embodiment. 実施形態２のコントローラと安定化処理部の構成図。The block diagram of the controller and stabilization process part of Embodiment 2. FIG. 実施形態３のコントローラと安定化処理部の構成図。The block diagram of the controller of Embodiment 3, and a stabilization process part. 実施形態４の安定化処理部の構成図。The block diagram of the stabilization process part of Embodiment 4. FIG. 電圧形ＰＷＭインバータによる同期電動機の駆動装置。A synchronous motor drive device using a voltage-type PWM inverter. 同期電動機のＶ／ｆ安定化制御の従来構成図。The conventional block diagram of the V / f stabilization control of a synchronous motor. ＰＷＭインバータの直流電流波形。The DC current waveform of the PWM inverter.

符号の説明Explanation of symbols

１ 同期電動機
２ 交流電流センサ
３、８ コントローラ
４ ＰＷＭインバータ
５ 直流電圧源
６ 平滑コンデンサ
７ シャント抵抗器
３１ ｆ／Ｖ変換器
３２ 積分器
３５ 安定化処理部
３６ フィルタ平均処理部
３７ ３相電圧指令値生成部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous motor 2 AC current sensor 3, 8 Controller 4 PWM inverter 5 DC voltage source 6 Smoothing capacitor 7 Shunt resistor 31 f / V converter 32 Integrator 35 Stabilization processing part 36 Filter average processing part 37 Three-phase voltage command value Generator

Claims (4)

同期電動機を電圧型インバータで駆動し、同期電動機の速度指令値ω*に対応した電圧指令Ｖ*をインバータ電圧指令値とし、速度指令値ω*の積分によってインバータ電圧指令値の位相θから前記インバータの３相電圧指令Ｖ*を求める同期電動機のＶ／ｆ制御装置において、
前記インバータの直流母線の検出電流をローパスフィルタで平均化処理するフィルタ平均処理部と、
前記フィルタ平均処理部に得る平均直流電流に含まれる脈動成分を抑制するように前記速度指令値ω*を補正する安定化処理部と、
を備えたことを特徴とする同期電動機のＶ／ｆ制御装置。 The synchronous motor is driven by a voltage type inverter, the voltage command V * corresponding to the speed command value ω * of the synchronous motor is set as an inverter voltage command value, and the inverter is derived from the phase θ of the inverter voltage command value by integration of the speed command value ω *. In a V / f control device for a synchronous motor for obtaining a three-phase voltage command V * of
A filter average processing unit for averaging the detected current of the DC bus of the inverter with a low-pass filter;
A stabilization processing unit that corrects the speed command value ω * so as to suppress a pulsation component included in the average DC current obtained in the filter average processing unit;
A V / f control device for a synchronous motor, comprising: 同期電動機を電圧型インバータで駆動し、同期電動機の速度指令値ω*に対応した電圧指令Ｖ*をインバータ電圧指令値とし、速度指令値ω*の積分によってインバータ電圧指令値の位相θから前記インバータの３相電圧指令Ｖ*を求める同期電動機のＶ／ｆ制御装置において、
前記インバータの直流母線の検出電流をローパスフィルタで平均化処理するフィルタ平均処理部と、
前記フィルタ平均処理部で平均化処理した平均直流電流に前記インバータの直流電圧検出値を乗じて平均直流電力を求め、前記平均直流電力に含まれる脈動成分を抑制するように前記速度指令値ω*を補正する安定化処理部と、
を備えたことを特徴とする同期電動機のＶ／ｆ制御装置。 The synchronous motor is driven by a voltage type inverter, the voltage command V * corresponding to the speed command value ω * of the synchronous motor is set as an inverter voltage command value, and the inverter is derived from the phase θ of the inverter voltage command value by integration of the speed command value ω *. In a V / f control device for a synchronous motor for obtaining a three-phase voltage command V * of
A filter average processing unit for averaging the detected current of the DC bus of the inverter with a low-pass filter;
The average DC current averaged by the filter average processing unit is multiplied by a DC voltage detection value of the inverter to obtain an average DC power, and the speed command value ω * so as to suppress a pulsation component included in the average DC power . A stabilization processing unit for correcting
A V / f control device for a synchronous motor, comprising: 前記安定化処理部は、
前記平均直流電流または前記平均直流電力から直流に近い成分をカットして前記脈動成分を抽出するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタで抽出する脈動成分のゲインＫiを設定する安定化ゲイン設定器と、
前記安定化ゲイン設定器の出力を、速度指令値ω*が高くなるほど低くした補正値Δωを求める演算器を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の同期電動機のＶ／ｆ制御装置。 The stabilization processing unit includes:
A high-pass filter that extracts a pulsating component by cutting a component close to direct current from the average direct current or the average direct current power;
And stabilization gain setter for setting a gain K i of the pulsating component extracted by the high-pass filter,
The synchronous motor V / f control according to claim 1 or 2, further comprising an arithmetic unit for obtaining a correction value Δω in which the output of the stabilization gain setter is decreased as the speed command value ω * increases. apparatus. 前記安定化処理部は、
前記平均直流電流または平均直流電力の検出値を速度指令値ω*で除算してトルク推定値を求める割り算器と、
前記割り算器で求めるトルク推定値から直流に近い成分をカットして前記脈動成分を抽出するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタで抽出する脈動成分のゲインＫiを設定する安定化ゲイン設定器を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の同期電動機のＶ／ｆ制御装置。 The stabilization processing unit includes:
A divider that obtains a torque estimated value by dividing the detected value of the average DC current or average DC power by the speed command value ω * ;
A high-pass filter that extracts a pulsating component by cutting a component close to a direct current from a torque estimated value obtained by the divider;
V / f control apparatus for a synchronous motor according to claim 1 or 2, further comprising a stabilizing gain setter for setting a gain K i of the pulsating component extracted by the high-pass filter.
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