JP4300375B2 - Motor control method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機等に用いるモータ(例えばブラシレスモータ等)の制御技術に係り、特に詳しくは、誘起電圧波形の高調波成分を除去し、モータのトルクリップルを低減するモータの制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
モータをインバータ制御する場合、例えば図4に示す装置を必要としており、交流電源(商用電源)1をAC/DC変換回路2で直流に変換し、この変換直流電源をインバータ回路3でスイッチングして三相交流としてモータ4に供給する。インバータ回路3のスイッチングは、後述するPWM波形により行われ、このPWM波形によりモータ駆動電流が決定される(言い替えると、回転数が決まる)。
【0003】
なお、AC/DC変換回路2にコンバータ部が備えられている場合、このコンバータ部のスイッチング素子をPWM波形でスイッチングし、モータ駆動電流を決定し、あるいは、インバータ回路3のスイッチングも含めてモータ駆動電流を決定する方法もある。また、回転子の位置を位置検出回路5で検出し、この位置検出の信号を制御回路(マイクロコンピュータ)6に入力し、制御回路6によってインバータ回路3のトランジスタを駆動してモータ4の固定子巻線電流を切り替える(通電を切り替える)。
【0004】
この位置検出の方法としては、例えば非通電相に誘起する誘起電圧波形からゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点により回転子の位置を検出する方法がある。そのため、位置検出回路5は、電機子巻線U,V,Wの端子電圧を合成回路5aで合成、分圧して当該モータの仮想中性点電圧を得るとともに、この仮想中性点電圧(つまり誘起電圧)と電圧発生回路5bで発生した基準電圧とを比較回路5cで比較し、この比較結果を位置検出として制御回路(マイクロコンピュータ等)6に出力する。
【0005】
上述したPWM制御方式の場合、制御回路6は、位置検出をもとにして電機子巻線の通電を切り替える一方、モータ駆動電流を所定値とするためのPWM波形をPWM発生部6aで発生し、この発生PWM波形の駆動信号を内部のドライバを介してインバータ回路3に出力する。なお、AC/DC変換回路2にコンバータ部を含んでいる場合には、そのPWM波形の信号をAC/DC変換回路2にも出力する。
【0006】
すると、インバータ回路3の各トランジシタUa,Va,Wa,X,Y,Zは所定にオン、オフされ、モータ4の電機子巻線の通電が切り替えられる。また、AC/DC変換回路2のコンバータ部のスイッチングが所定にオン、オフされ、モータ駆動電流が所定値となり、つまりモータ回転数が所定値となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記モータの制御方法においては、回転子の位置検出に用いる誘起電圧に含まれる高調波成分については何等考慮されておらず(図5(a),(b)参照)、この高調波成分が要因となってトルクリップルが発生する。なお、図5(a),(b)は、三相四極モータで固定子として24スロットを用いた場合の誘起電圧波形および高調波を表している。
【0008】
例えば、上記高調波成分としては、永久磁石を埋設したモータでもリラクタンストルクが発生する場合には、固定子のスロットとリラクタンストルクの相互作用により発生するリップル(高次高調波)がある。この高次高調波が誘起電圧に重畳し、リラクタンストルクの脈動成分であるリップルを含んだ誘起電圧が発生するため(図5(a)参照)、回転子の位置検出が適切でなくなり、モータ4の通電切り替えが最適に行われない。そして、これがトルクリップルの発生につながる。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、誘起電圧に重畳されるリップル(高調波成分)を除去し、モータのトルクリップルを低減することができるようにしたモータの制御方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、交流電源をAC/DC変換手段で直流電圧に変換するとともに、該直流電圧を該AC/DC変換手段に含まれているコンバータ手段によって所定電圧としてモータを駆動するためのインバータ手段に供給し、該インバータ手段のスイッチング素子をPWM制御し、かつ、前記コンバータ手段のスイッチング素子をPWM制御する一方、前記モータの非通電相に発生する誘起電圧波形をもとにして回転子の位置を検出し、該位置検出をもとにして前記モータの通電を切り替えるモータの制御方法において、前記誘起電圧波形を取り込んでフーリエ級数に展開し、該展開したフーリエ級数から前記誘起電圧波形の基本波を除いた高調波成分を算出し、該算出した高調波成分の位相を半周期ずらして補正値とし、該算出した補正値を前記コンバータ手段のスイッチング素子のPWM制御に加味して前記スイッチング素子を駆動し、前記誘起電圧波形の高調波成分を除去するようにしたことを特徴としている。
【0011】
また、本発明は、交流電源をAC/DC変換手段で直流電圧に変換するとともに、該直流電圧を該AC/DC変換手段に含まれているコンバータ手段によって所定電圧としてモータを駆動するためのインバータ手段に供給し、該インバータ手段のスイッチング素子をPWM制御し、かつ、前記コンバータ手段のスイッチング素子をPWM制御する一方、前記モータの非通電相に発生する誘起電圧波形をもとにして回転子の位置を検出し、該位置検出をもとにして前記モータの通電を切り替えるモータの制御方法において、前記誘起電圧波形を取り込んでフーリエ級数に展開し、該展開したフーリエ級数から前記誘起電圧波形の基本波を除いた高調波成分を算出し、該算出した高調波成分の位相を半周期ずらして補正値とし、該算出した補正値を前記コンバータ手段のスイッチング素子のPWM制御および前記インバータ手段のスイッチング素子のPWM制御の両方に加味して前記各スイッチング素子を駆動し、前記誘起電圧波形の高調波成分を除去するようにしたことを特徴としている。
【0012】
前記モータを空気調和機に搭載し、少なくとも前記空気調和機の圧縮機モータに用いるとよい。トルクリップルを低減したモータを用いることにより、空気調和機の運転効率の向上、省電力の向上が図れる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1ないし図3を参照して詳細に説明する。なお、図1中、図4と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、図3(a),(c)は図5(a),(b)に対応している。
【0014】
図1において、このモータの制御方法が適用される制御装置は、誘起電圧波形(仮想中性点電圧波形)をフーリエ級数に展開して高調波成分を算出する高調波成分算出部10aと、誘起電圧波形の高調波成分を除去するためにその算出高調波成分の位相を所定値ずらして補正値とする位相補正部10bと、この補正値を加味してPWM波形を発生するPWM発生部10cとを有する制御回路(マイクロコンピュータ等)10を備えている。なお、制御回路10は、図4に示す制御回路6の機能も有し、PWM発生部10cは図4に示すPWM発生部6aの機能も有している。
【0015】
具体的に説明すると、高調波成分算出部10aは、少なくとも誘起電圧波形を内部のA/D変換器でA/D変換して回転子の1回転分(360度分)を取り込み、これを内部のメモリに記憶し、この記憶したデータをフーリエ級数に展開して高調波成分を算出する。つまり、誘起電圧は、回転子の回転に伴って発生し、周期性をもっているため、フーリエ級数に展開されることになる。
【0016】
位相補正部10bは、高調波成分の位相を半周期ずらし、誘起電圧波形の高調波成分を相殺するデータを算出して補正値とする。PWM発生部10cは、位相補正部10bで得られた補正値を現PWM波形に加味して出力する(加減して出力する)。
【0017】
上記構成の制御装置の動作を図2のフローチャート図および図3の波形図を参照して説明する。
【0018】
まず、制御回路10はモータ4を回転制御しているものとする。このとき、制御回路10の高調波成分算出部10aは、誘起電圧波形をA/D変換して記憶し、かつ、このA/D変換した誘起電圧波形のデータを回転子の1回転分記憶する(ステップST1)。
【0019】
続いて、その1回転分のデータを正弦関数系や余弦関数系のフーリエ級数に展開する。このフーリエ級数展開においては、誘起電圧波形の1周期(基本波の周期)Tを用いる(図3参照)。
【0020】
このフーリエ級数から基本波(図3(b)参照)を除く他の部分(つまり高調波;図3(c)参照)を算出する(ステップST2)。この場合、その算出高調波は、三相四極で24スロットのモータの場合主に第11次高調波であるが、それ以外の次数の高調波も多少含むことになる。
【0021】
続いて、上記算出した高調波成分の位相を位相補正部10bで半周期ずらし(図3(d)参照)、誘起電圧波形の高調波成分を除去するための補正値を算出する(ステップST3)。
この算出した補正値をPWM発生部10cで当該PWM波形に加味する。つまり、モータ4を駆動するためのPWM波形を補正し(ステップST4)、この補正したPWM波形のパターン出力処理を行う(ステップST5)。
【0022】
このPWM波形のパターン出力処理により、インバータ回路3のトランジスタUa,Va,Wa,X,Y,ZをスイッチングするためのPWM信号が出力されるが、本発明によると、AC/DC変換回路2に含まれるコンバータ部のスイッチング素子をスイッチングするためのPWM信号に補正値が加味される。これにより、AC/DC変換回路2の出力直流電圧が補正値分変化し、これが誘起電圧に含まれる高調波成分を除去するように作用する。
【0023】
さらに、上記パターン出力処理において、AC/DC変換回路2に含まれるコンバータ部のスイッチング素子をスイッチングし、かつ、インバータ回路3のトランジスタUa,Va,Wa,X,Y,ZをスイッチングするためのPWM信号の両方に補正値を加味するようにしてもよい。これによれば、誘起電圧波形に含まれる高調波成分が適切に除去され、トルクリップルの十分な低減がはかれる。
【0024】
ところで、モータ4を可変速制御する場合、つまり、モータ4の回転数が変わる場合、その回転数毎に図2に示すルーチンを実行し、現PWM波形を補正するための補正値を算出し、この補正値をPWM波形に加味して出力パターンを得る。これにより、モータ4の回転数が変化しても、誘起電圧波形に含まれる高調波成分が除去され、モータ4のトルクリップルも低減される。
【0025】
また、上記制御方法を空気調和機の圧縮機モータ等に適用すれば、トルクリップルの低減により空気調和機の運転効率の向上、省電力の向上にも寄与することになる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、誘起電圧波形に含まれる高調波成分を抽出し、この高調波成分の位相をずらして高調波成分を相殺するための補正値を得、この補正値をモータのPWM制御に加味するようにしていることから、誘起電圧波形の高調波成分を除去することになる。したがって、この高調波成分(リップル)のカットによりモータのトルクリップルを低減できることから、モータの高効率化、省電力化の向上を図ることができるという効果がある。
【0027】
また、当該モータの位置検出回路を利用している誘起電圧波形をフーリエ級数に展開し、このフーリエ級数から高調波成分を抽出するが、この処理は、当該モータの制御手段であるマイクロコンピュータで行うことから、新たなハードウェア回路を追加する必要もなく、コストアップにならずに済むという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係り、モータの制御方法が適用される制御装置を示す概略的なブロック線図。
【図2】図1に示す制御装置の動作を説明するための概略的なフローチャート図。
【図3】図1に示す制御装置の動作を説明するための概略的な波形図。
【図4】従来のモータの制御装置を示す概略的なブロック線図。
【図5】図4に示す制御装置の課題を説明するための概略的な波形図。
【符号の説明】
1 交流電源
2 AC/DC変換回路(含コンバータ部)
3 インバータ回路
4 モータ
5 位置検出回路
6,10 制御回路(マイクロコンピュータ)
6a,10c PWM発生部
10a 高調波成分算出部
10b 位相補正部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control technique for a motor (such as a brushless motor) used in an air conditioner, and more particularly to a motor control method that removes harmonic components of an induced voltage waveform and reduces motor torque ripple. Is.
[0002]
[Prior art]
When the motor is controlled by an inverter, for example, the apparatus shown in FIG. 4 is required. An AC power source (commercial power source) 1 is converted into a direct current by an AC /
[0003]
When the AC /
[0004]
As a position detection method, for example, there is a method of detecting a zero cross point from an induced voltage waveform induced in a non-energized phase and detecting a rotor position from the zero cross point. Therefore, the
[0005]
In the case of the PWM control method described above, the
[0006]
Then, each of the transistors Ua, Va, Wa, X, Y, and Z of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the motor control method described above, no consideration is given to harmonic components contained in the induced voltage used for rotor position detection (see FIGS. 5A and 5B). This causes torque ripple. 5A and 5B show induced voltage waveforms and harmonics in the case where 24 slots are used as a stator in a three-phase four-pole motor.
[0008]
For example, when the reluctance torque is generated even in a motor in which a permanent magnet is embedded, the harmonic component includes a ripple (higher order harmonic) generated by the interaction between the stator slot and the reluctance torque. The high-order harmonics are superimposed on the induced voltage, (see FIG. 5 (a)) for the induced voltage containing the ripple is a pulsating component of the reluctance torque is generated, the position detection of the rotor is not appropriate, the motor 4 Is not optimally switched. This leads to the generation of torque ripple.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to control a motor capable of removing ripples (harmonic components) superimposed on an induced voltage and reducing motor torque ripple. It is to provide a method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention converts an AC power source into a DC voltage by an AC / DC conversion means, and converts the DC voltage into a predetermined voltage by a converter means included in the AC / DC conversion means. The switching means of the inverter means is PWM controlled and the switching element of the converter means is PWM controlled, while the induced voltage waveform generated in the non-energized phase of the motor is also supplied. In the motor control method of detecting the position of the rotor and switching the energization of the motor based on the position detection, the induced voltage waveform is captured and expanded into a Fourier series, and from the expanded Fourier series It said calculating a harmonic component except for the fundamental wave of the induced voltage waveform, and the correction value is shifted a half cycle phase of the harmonic component thus calculated , By adding the correction value thus calculated to the PWM control of the switching elements of said converter means to drive the switching element, is characterized in that so as to remove the harmonic component of the induced voltage waveform.
[0011]
Further, the present invention is to convert the DC voltage AC / DC converting means AC power, an inverter for driving the motor as a predetermined voltage by the converter means for the direct current voltage contained in the AC / DC converting means The switching means of the inverter means is PWM controlled and the switching element of the converter means is PWM controlled, while the rotor voltage is generated based on the induced voltage waveform generated in the non-energized phase of the motor. In a motor control method for detecting a position and switching energization of the motor based on the position detection , the induced voltage waveform is captured and expanded into a Fourier series, and the fundamental of the induced voltage waveform is derived from the expanded Fourier series. calculating a harmonic component except for the wave, the phase of the harmonic components and the correction value is shifted a half cycle of the calculated correction values the calculated Said by pressurized taste both the PWM control of the switching elements of the PWM control and the inverter unit of the switching elements of the converter means to drive the respective switching elements, and so as to remove the harmonic component of the induced voltage waveform It is a feature.
[0012]
The motor may be mounted on an air conditioner and used at least as a compressor motor of the air conditioner. By using a motor with reduced torque ripple, it is possible to improve the operating efficiency and power saving of the air conditioner.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an actual 施形 condition of the present invention with reference to FIGS. 1 to 3 will be described in detail. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 3 (a) and 3 (c) correspond to FIGS. 5 (a) and 5 (b).
[0014]
In FIG. 1, a control device to which this motor control method is applied includes a harmonic
[0015]
More specifically, the harmonic
[0016]
The phase correction unit 10b shifts the phase of the harmonic component by a half cycle, calculates data that cancels out the harmonic component of the induced voltage waveform, and sets it as a correction value. The PWM generator 10c adds the correction value obtained by the phase corrector 10b to the current PWM waveform and outputs (adds or subtracts it).
[0017]
The operation of the control device having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the waveform diagram of FIG.
[0018]
First , it is assumed that the
[0019]
Subsequently, the data for one rotation is expanded into a Fourier series of a sine function system or a cosine function system. In this Fourier series expansion, one period (period of the fundamental wave) T of the induced voltage waveform is used (see FIG. 3).
[0020]
From this Fourier series, the other part excluding the fundamental wave (see FIG. 3B) (that is, harmonics; see FIG. 3C) is calculated (step ST2). In this case, the calculated harmonic is mainly the 11th harmonic in the case of a three-phase quadrupole, 24-slot motor, but it also includes some other harmonics.
[0021]
Subsequently, the phase of the calculated harmonic component is shifted by a half period by the phase correction unit 10b (see FIG. 3D), and a correction value for removing the harmonic component of the induced voltage waveform is calculated (step ST3). .
The calculated correction value is added to the PWM waveform by the PWM generator 10c. That is, the PWM waveform for driving the motor 4 is corrected (step ST4), and the corrected PWM waveform pattern output process is performed (step ST5).
[0022]
By this PWM waveform pattern output processing, PWM signals for switching the transistors Ua, Va, Wa, X, Y, and Z of the
[0023]
Further, in the pattern output process, PWM for switching the switching elements of the converter unit included in the AC /
[0024]
By the way, when the motor 4 is controlled at a variable speed, that is, when the rotational speed of the motor 4 changes, the routine shown in FIG. 2 is executed for each rotational speed to calculate a correction value for correcting the current PWM waveform, This correction value is added to the PWM waveform to obtain an output pattern. Thereby, even if the rotation speed of the motor 4 changes, the harmonic component contained in the induced voltage waveform is removed, and the torque ripple of the motor 4 is also reduced.
[0025]
Moreover, if the control method is applied to a compressor motor of an air conditioner, etc., the torque ripple is reduced, which contributes to the improvement of the operation efficiency and power saving of the air conditioner.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, to extract a harmonic component contained in the induced electromotive voltage waveform, obtain a correction value for canceling harmonic components by shifting the phase of the harmonic components, the motor of this correction value Therefore, the harmonic component of the induced voltage waveform is removed. Therefore, since the torque ripple of the motor can be reduced by cutting this harmonic component (ripple), it is possible to improve the motor efficiency and power saving.
[0027]
Further, the induced voltage waveform using the motor position detection circuit is expanded into a Fourier series, and a harmonic component is extracted from the Fourier series. This processing is performed by a microcomputer which is a control means of the motor. As a result, there is no need to add a new hardware circuit, and the cost is not increased.
[Brief description of the drawings]
[1] relates to the implementation type state of the present invention, a schematic block diagram showing a control apparatus for a motor control method is applied.
2 is a schematic flow chart diagram for explaining the operation of the control apparatus shown in FIG.
3 is a schematic waveform diagram for explaining the operation of the control apparatus shown in FIG.
Figure 4 is a schematic block diagram showing a conventional motor control system.
Figure 5 is a schematic waveform diagram for explaining the problem of the control device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1
3 Inverter circuit 4
6a,
Claims (3)
前記誘起電圧波形を取り込んでフーリエ級数に展開し、該展開したフーリエ級数から前記誘起電圧波形の基本波を除いた高調波成分を算出し、該算出した高調波成分の位相を半周期ずらして補正値とし、該算出した補正値を前記コンバータ手段のスイッチング素子のPWM制御に加味して前記スイッチング素子を駆動し、前記誘起電圧波形の高調波成分を除去するようにしたことを特徴とするモータの制御方法。AC power is converted into DC voltage by AC / DC conversion means, and the DC voltage is supplied to inverter means for driving a motor as a predetermined voltage by converter means included in the AC / DC conversion means, PWM control of the switching element of the inverter means and PWM control of the switching element of the converter means, while detecting the position of the rotor based on the induced voltage waveform generated in the non-energized phase of the motor, In a motor control method for switching energization of the motor based on position detection ,
Takes the induced voltage waveform and expands it into a Fourier series, calculates a harmonic component obtained by removing the fundamental wave of the induced voltage waveform from the expanded Fourier series, and corrects the phase of the calculated harmonic component by shifting it by a half cycle the value, the switching element is driven by adding the correction value thus calculated to the PWM control of the switching elements of said converter means, the motor being characterized in that so as to remove the harmonic component of the induced voltage waveform Control method.
前記誘起電圧波形を取り込んでフーリエ級数に展開し、該展開したフーリエ級数から前記誘起電圧波形の基本波を除いた高調波成分を算出し、該算出した高調波成分の位相を半周期ずらして補正値とし、該算出した補正値を前記コンバータ手段のスイッチング素子のPWM制御および前記インバータ手段のスイッチング素子のPWM制御の両方に加味して前記各スイッチング素子を駆動し、前記誘起電圧波形の高調波成分を除去するようにしたことを特徴とするモータの制御方法。 AC power is converted into DC voltage by AC / DC conversion means, and the DC voltage is supplied to inverter means for driving a motor as a predetermined voltage by converter means included in the AC / DC conversion means, PWM control of the switching element of the inverter means and PWM control of the switching element of the converter means, while detecting the position of the rotor based on the induced voltage waveform generated in the non-energized phase of the motor, In a motor control method for switching energization of the motor based on position detection,
Takes the induced voltage waveform and expands it into a Fourier series, calculates a harmonic component obtained by removing the fundamental wave of the induced voltage waveform from the expanded Fourier series, and corrects the phase of the calculated harmonic component by shifting it by a half cycle a value, drives the respective switching elements by pressurized taste both PWM control of the switching elements of the PWM control and pre Symbol inverter means of the switching elements of said converter means a correction value the calculated, harmonic of the induced voltage waveform A method of controlling a motor, characterized in that wave components are removed .
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