JP4485903B2 - Inverter device, compressor drive device and refrigeration / air-conditioning device - Google Patents
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Description
本発明は、モータを駆動するためのインバータ装置に関し、さらには、このインバータ装置により駆動される圧縮機駆動装置、および、このインバータ装置を搭載した冷凍装置、空調装置(これらを総称して冷凍・空調装置とする)に関する。 The present invention relates to an inverter device for driving a motor. Further, the present invention relates to a compressor driving device driven by the inverter device, a refrigeration device equipped with the inverter device, and an air conditioner (collectively referred to as refrigeration Air conditioner).
永久磁石同期モータは、保守性、制御性、耐環境性に優れており、高効率、高出力の運転が可能であるため広く利用されている。また、永久磁石を使用しない同期リラクタンスモータも安価でリサイクルが容易なモータとして盛に研究されている。 Permanent magnet synchronous motors are widely used because they have excellent maintainability, controllability, and environmental resistance, and can be operated with high efficiency and high output. Synchronous reluctance motors that do not use permanent magnets are also actively studied as inexpensive and easy-to-recycle motors.
永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータ等の同期モータを高性能制御するためには、ロータの位置に応じた正弦波電流を流すことが重要となる。そのため、一般に、モータ制御装置には、ホール素子、エンコーダ、レゾルバ等のロータの位置を検出する位置センサが用いられる。また、位置センサに代えて、特許文献1、特許文献2では、モータの電圧や電流の情報に基づいて、演算によって間接的にロータの位置を求める方法が開示されている。 In order to perform high-performance control of a synchronous motor such as a permanent magnet synchronous motor or a synchronous reluctance motor, it is important to flow a sine wave current according to the position of the rotor. Therefore, in general, a position sensor that detects the position of a rotor such as a Hall element, an encoder, or a resolver is used in the motor control device. Further, in place of the position sensor, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose a method for indirectly obtaining the rotor position by calculation based on information on the voltage and current of the motor.
しかし、位置センサの場合は、機器の小形化を妨げる大きな要因となるだけでなく、位置センサの信号を伝える複数本の配線や受信回路が必要となるため、信頼性、作業性、価格等で問題があった。また、モータの電圧や電流の情報に基づいて間接的にロータの位置を演算する方法の場合は、複雑かつ高速な演算処理が必要となるため、制御装置が高価になるという問題があった。 However, in the case of a position sensor, not only is it a major factor that hinders downsizing of the equipment, but it also requires multiple wires and receiving circuits to transmit the position sensor signal, so reliability, workability, cost, etc. There was a problem. In addition, in the method of indirectly calculating the position of the rotor based on information on the voltage and current of the motor, there is a problem that the control device becomes expensive because complicated and high-speed calculation processing is required.
上記問題を鑑み、同期モータの電圧と電流との位相差によって制御するものが開示されている。ここで、同期モータの電圧と電流との位相差によって制御する同期モータ駆動装置を説明する。図6は従来の同期モータ駆動装置の制御ブロック図である。 In view of the above problems, a control is disclosed that is controlled by the phase difference between the voltage and current of the synchronous motor. Here, the synchronous motor drive device controlled by the phase difference between the voltage and current of the synchronous motor will be described. FIG. 6 is a control block diagram of a conventional synchronous motor driving apparatus.
同期モータ駆動装置は、図6に示すように、ステータに3相のコイルやロータに永久磁石を備えた同期モータ1を駆動させるために、電力を供給するAC電源4と、交流電力と直流電力とを変換するインバータ回路2およびコンバータ回路3と、モータ電流を検出する電流センサ5と、検出したモータ電流を増幅およびオフセットを加算するモータ電流検出アンプ部6と、それらを制御するマイクロコンピュータ7とから構成されている。 As shown in FIG. 6, the synchronous motor driving device includes an AC power supply 4 for supplying electric power, AC power and DC power to drive a synchronous motor 1 having a three-phase coil in a stator and a permanent magnet in a rotor. An inverter circuit 2 and a converter circuit 3 that convert the motor current, a current sensor 5 that detects a motor current, a motor current detection amplifier unit 6 that amplifies the detected motor current and adds an offset, and a microcomputer 7 that controls them It is composed of
上記構成によると、AC電源4から供給された電力がインバータ回路2およびコンバータ回路3を介して交流電力に変換され、変換された交流電力が同期モータ1に供給されて、モータが駆動する。 According to the above configuration, the power supplied from the AC power source 4 is converted into AC power via the inverter circuit 2 and the converter circuit 3, and the converted AC power is supplied to the synchronous motor 1 to drive the motor.
電流センサ5は、同期モータ1のコイル端子U,V,Wの各相のうち、特定相(以下、U相とする)に流れるモータ電流を検出する。電流センサ5で検出されたモータ電流は、モータ電流検出アンプ部6に与えられ、所定量増幅およびオフセットを加算し、モータ電流信号が制御部7に与えられる。 The current sensor 5 detects a motor current flowing in a specific phase (hereinafter referred to as a U phase) among the phases of the coil terminals U, V, and W of the synchronous motor 1. The motor current detected by the current sensor 5 is given to the motor current detection amplifier unit 6, and a predetermined amount of amplification and offset are added, and a motor current signal is given to the control unit 7.
マイクロコンピュータ7は、位相差検出部8と、目標位相差情報格納部9と、加算器10と、PI演算部11と、回転数設定部12と、正弦波データテーブル13と、正弦波データ作成部14と、PWM作成部15とを備えており、夫々の処理は、各プログラムに沿って行なわれる。 The microcomputer 7 includes a phase difference detection unit 8, a target phase difference information storage unit 9, an adder 10, a PI calculation unit 11, a rotation speed setting unit 12, a sine wave data table 13, and sine wave data creation. Unit 14 and PWM creation unit 15, and each process is performed according to each program.
位相差検出部8は、モータ電流検出アンプ部6から与えられたモータ電流の信号を所定のタイミングでA/D変換して取込み、2個所のモータの駆動電圧位相を期間ごとにサンプリングした各電流サンプリングデータを積算してモータ電流信号面積を算出する。算出された2箇所のモータ電流信号面積の面積比を位相差情報として出力する。 The phase difference detection unit 8 takes in a motor current signal supplied from the motor current detection amplifier unit 6 by A / D conversion at a predetermined timing, and samples each current obtained by sampling the drive voltage phases of two motors for each period. The motor current signal area is calculated by integrating sampling data. The calculated area ratio between the two motor current signal areas is output as phase difference information.
目標位相差情報格納部9には、目標とする位相差情報が格納される。目標位相差情報と位相差情報との誤差データは、加算器10によって算出される。PI演算部11は、算出された誤差データに対して比例誤差データおよび積分誤差データを算出してデューティ基準値を出力する。なお、加算部10とPI演算部11とによって位相差制御部27が構成される。 The target phase difference information storage unit 9 stores target phase difference information. Error data between the target phase difference information and the phase difference information is calculated by the adder 10. The PI calculation unit 11 calculates proportional error data and integral error data with respect to the calculated error data, and outputs a duty reference value. The addition unit 10 and the PI calculation unit 11 constitute a phase difference control unit 27.
回転数設定部12は、同期モータ1の回転数指令を設定する。正弦波データテーブル13には、同期モータ1の所定の回転数に対応する正弦波データが格納される。正弦波データ作成部14は、同期モータ1の回転数指令と時間経過とに従って正弦波データテーブル13から同期モータのコイル端子U,V,Wの各相に対応した正弦波データを読出すとともに、U相の正弦波データに基づいてU相のモータ駆動電圧位相情報を出力する。PWM作成部15は、正弦波データとデューティ基準値とに基づいてPWM波形を作成し、作成したPWM波形をインバータ回路2の同期モータ端子U,V,W各相の駆動素子に出力する。 The rotation speed setting unit 12 sets a rotation speed command for the synchronous motor 1. The sine wave data table 13 stores sine wave data corresponding to a predetermined rotational speed of the synchronous motor 1. The sine wave data creation unit 14 reads out sine wave data corresponding to each phase of the coil terminals U, V, and W of the synchronous motor from the sine wave data table 13 according to the rotational speed command of the synchronous motor 1 and the passage of time. U-phase motor drive voltage phase information is output based on the U-phase sine wave data. The PWM creation unit 15 creates a PWM waveform based on the sine wave data and the duty reference value, and outputs the created PWM waveform to the drive elements of the synchronous motor terminals U, V, and W of the inverter circuit 2.
上記の同期モータ駆動装置のような、モータ電圧とモータ電流の位相差を制御することにより、正弦波駆動を実現する方法が特許文献3で開示されている。また、V/f一定制御による同期モータ駆動装置において、トルクや電流の振動、負荷急変時の脱調を防止して同期モータ駆動の安定性を高める方法が特許文献4で開示されている。
特許文献3は、同期モータの制御が簡単なため制御装置を安価にすることができるが、負荷に大きな変動が発生した場合、乱調が発生する。この乱調の振幅が大きい場合、回復不能となり、脱調して運転不能に至るなど、安定性に問題がある。 In Patent Document 3, the control device can be made inexpensive because the control of the synchronous motor is simple. However, when a large fluctuation occurs in the load, turbulence occurs. When the amplitude of this turbulence is large, there is a problem in stability such that recovery is impossible and operation is impossible due to step-out.
特許文献4は、特許文献3に比べて安定性を高めているが、2相の電流を検出する電流センサが必要であり、低コスト化や小型化等に問題がある。また、3相座標系から2相座標系への座標変換等の演算処理が必要となるため、マイクロコンピュータの演算量が多くなり、演算に時間がかかりすぎる。例えば、同期モータを高回転で駆動するほど、演算に必要な時間が長くなり、回転数に応じた所定時間内に演算が終了せず、駆動が不可能になる問題がある。 Patent Document 4 is more stable than Patent Document 3, but requires a current sensor that detects a two-phase current, and there are problems in cost reduction and miniaturization. In addition, calculation processing such as coordinate conversion from the three-phase coordinate system to the two-phase coordinate system is required, so that the calculation amount of the microcomputer increases and the calculation takes too much time. For example, as the synchronous motor is driven at a higher speed, the time required for the calculation becomes longer, and there is a problem that the calculation is not completed within a predetermined time corresponding to the number of rotations and the driving becomes impossible.
そこで、本発明は、簡単な構成と制御によって、安定した同期モータの運転を可能にする、安価かつ高性能なインバータ装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an inexpensive and high-performance inverter device that enables stable synchronous motor operation with a simple configuration and control.
目的を達成するために、本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、位相差制御方式によって前記インバータ回路を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記インバータ回路を流れる電流を検出する電流検出手段と、検出された電流に基づいて交流電圧と交流電流との位相差を検出する位相差検出手段と、検出された前記位相差と目標とする位相差との誤差に応じてデューティ基準値を調整する調整手段と、前記交流電流の振動成分を検出する電流振動検出手段と、前記交流電流の振動成分に基づいて周波数補正量を算出する周波数補正量演算手段と、算出された前記周波数補正量に基づいて周波数指令値を補正する周波数補正手段と、補正された前記周波数指令値に対応する出力波形データと調整された前記デューティ基準値とに基づいてPWM信号を算出するPWM信号作成手段とを有し、前記インバータ回路は、複数相の交流電圧を出力しており、該複数相のいずれか1つの特定相の交流電圧の位相がほぼ90度、または/および、ほぼ270度の時点において、電流検出手段は、前記特定相の電流を検出し、前記制御装置は、前記PWM信号を前記インバータ回路に出力することを特徴とする。 In order to achieve the object, the present invention includes an inverter circuit that converts DC power into AC power, and a control device that controls the inverter circuit by a phase difference control method, and the control device flows through the inverter circuit. Current detection means for detecting current, phase difference detection means for detecting a phase difference between an AC voltage and an AC current based on the detected current, and an error between the detected phase difference and a target phase difference An adjustment unit that adjusts a duty reference value according to the current, a current vibration detection unit that detects a vibration component of the alternating current, a frequency correction amount calculation unit that calculates a frequency correction amount based on the vibration component of the alternating current, and a calculation Frequency correction means for correcting a frequency command value based on the corrected frequency correction amount, output waveform data corresponding to the corrected frequency command value, and the adjusted duty And a PWM signal generating means for calculating a PWM signal based on the tee reference value, the inverter circuit is output AC voltage of a plurality of phases, one of said plurality of phase one of the AC voltage of a particular phase When the phase of the current is approximately 90 degrees and / or approximately 270 degrees, the current detection means detects the current of the specific phase, and the control device outputs the PWM signal to the inverter circuit. And
電流検出手段は、インバータ回路とコンバータ回路とを結ぶ直流回路に電流検出抵抗を設け、この電流検出抵抗の両端に発生する電圧に基づいて、インバータ回路を流れる直流電流を検出する。位相差検出手段は、検出された直流電流に基づいて交流電圧と交流電流との位相差を検出して、これを交流電圧/電流位相差情報とする。調整手段は、検出された交流電圧/電流位相差情報を目標とする位相差情報と比較し、その誤差に応じたデューティ基準値を算出する。 The current detection means is provided with a current detection resistor in a DC circuit connecting the inverter circuit and the converter circuit, and detects a DC current flowing through the inverter circuit based on a voltage generated at both ends of the current detection resistor. The phase difference detection means detects the phase difference between the AC voltage and the AC current based on the detected DC current, and uses this as AC voltage / current phase difference information. The adjustment unit compares the detected AC voltage / current phase difference information with the target phase difference information, and calculates a duty reference value corresponding to the error.
電流振動検出手段は、直流電流検出手段によって検出された直流電流から交流電流の振動成分を検出し、検出された振動成分に基づいて周波数指令値を補正する。 The current vibration detection means detects the vibration component of the alternating current from the direct current detected by the direct current detection means, and corrects the frequency command value based on the detected vibration component .
また、周波数補正量演算手段は、交流電流振動成分の大きさに応じて、周波数補正量の大きさを調整する。例えば、電流振動検出手段によって検出された振動成分が大きい場合は、周波数補正量を大きくする。また、前記振動成分が小さい場合は、前記周波数補正量を小さくする。なお、周波数補正量の調整は、交流電流振動成分から検出するだけでなく、例えば、交流電圧周波数の大きさ、または、デューティ基準値の大きさに応じて行ってもよい。 Further, the frequency correction amount calculating means adjusts the magnitude of the frequency correction amount according to the magnitude of the alternating current vibration component. For example, when the vibration component detected by the current vibration detection means is large, the frequency correction amount is increased. Further, when the vibration component is small, the frequency correction amount is decreased. The adjustment of the frequency correction amount is not only detected from the alternating current oscillation component, but may be performed according to the magnitude of the alternating voltage frequency or the duty reference value, for example.
また、インバータ回路の出力側に同期モータを設けてモータ駆動用インバータ装置としてもよい。この場合、モータの回転数と周波数とが比例関係であるため、制御装置は、インバータ回路を流れる直流電流を検出する直流電流検出手段と、検出された前記直流電流に基づいて交流電圧と交流電流との位相差を検出する位相差検出手段と、検出された前記位相差と目標とする位相差との誤差に応じてデューティ基準値を調整する調整手段と、前記交流電流の振動成分を検出する電流振動検出手段と、前記交流電流の振動成分に基づいて前記モータの回転数補正量を算出する回転数補正量演算手段と、算出された前記回転数補正量に基づいてモータ回転数指令値を補正するモータ回転数補正手段と、補正された前記モータ回転数指令値に対応する出力波形データと調整された前記デューティ基準値とに基づいてPWM信号を算出するPWM信号作成手段とを有し、前記インバータ回路は、複数相の交流電圧を出力しており、該複数相のいずれか1つの特定相の交流電圧の位相がほぼ90度、または/および、ほぼ270度の時点において、電流検出手段は、前記特定相の電流を検出し、前記制御装置は、前記PWM信号を前記インバータ回路に出力する。 Moreover, it is good also as a motor drive inverter apparatus by providing a synchronous motor in the output side of an inverter circuit. In this case, since the rotational speed of the motor and the frequency are in a proportional relationship, the control device includes a direct current detecting means for detecting a direct current flowing through the inverter circuit, and an alternating voltage and an alternating current based on the detected direct current. A phase difference detecting means for detecting a phase difference between the phase difference and a target phase difference, an adjustment means for adjusting a duty reference value in accordance with an error between the detected phase difference and a target phase difference, and detecting a vibration component of the alternating current Current vibration detection means, rotation speed correction amount calculation means for calculating the rotation speed correction amount of the motor based on the vibration component of the alternating current, and motor rotation speed command value based on the calculated rotation speed correction amount A PWM signal for calculating a PWM signal based on the motor rotational speed correcting means for correcting, the output waveform data corresponding to the corrected motor rotational speed command value, and the adjusted duty reference value. And a creation unit, the inverter circuit is output AC voltage of a plurality of phases, phase approximately 90 degrees in any one of the AC voltage of a particular phase of the plurality of phase or / and approximately 270 degrees At this time, the current detection means detects the current of the specific phase, and the control device outputs the PWM signal to the inverter circuit.
本発明によれば、ロータ位置センサやモータ電流センサを設けなくても、正弦波駆動をはじめとする180度通電駆動が可能となり、モータ効率の向上、低騒音および低振動を実現できる。また、マイクロコンピュータの演算量が少なくなり、A/D変換器やマイクロコンピュータ等の処理速度を低くすることができる。したがって、簡単な構成と制御でモータトルクや電流の振動を抑制し、脱調を防止して安定した制御をすることができる信頼性の高いインバータ装置を得ることができ、小型で信頼性の高い圧縮機駆動装置および冷凍・空調装置を提供することができる。 According to the present invention, 180-degree energization driving including sinusoidal driving can be performed without providing a rotor position sensor or motor current sensor, and motor efficiency can be improved, and noise and vibration can be realized. Further, the amount of calculation of the microcomputer is reduced, and the processing speed of the A / D converter, the microcomputer, etc. can be lowered. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable inverter device that can control motor torque and current vibration with a simple configuration and control, prevent step-out and perform stable control, and is small and highly reliable. A compressor driving device and a refrigeration / air conditioning device can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係るインバータ装置の概略構成を示すブロック図、図2はインバータ回路のU相電圧/電流の波形図、図3は電流振動検出部と回転数補正量演算部の概略構成を示すブロック図、図4は回転数補正量演算部の概略構成を示すブロック図、図5は回転数補正量演算部の概略構成を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an inverter device according to the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram of U-phase voltage / current of an inverter circuit, and FIG. 3 is a schematic configuration of a current vibration detection unit and a rotational speed correction amount calculation unit. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the rotation speed correction amount calculation unit, and FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the rotation speed correction amount calculation unit.
本発明のモータ駆動用のインバータ装置は、図1に示すように、3相の同期モータであるモータ1がインバータ回路2の出力側に接続されており、インバータ制御によって駆動される。インバータ回路2には、コンバータ回路3によってAC電源4からの交流電圧が直流電圧に変換されて供給される。 In the inverter apparatus for driving a motor according to the present invention, as shown in FIG. 1, a motor 1 which is a three-phase synchronous motor is connected to the output side of an inverter circuit 2, and is driven by inverter control. The inverter circuit 2 is supplied with the AC voltage from the AC power source 4 converted into a DC voltage by the converter circuit 3.
そして、コンバータ回路3とインバータ回路2とを結ぶ直流回路の負極側に、電流検出抵抗21が設けられる。電流検出抵抗21の両端に発生する電圧に基づいて、直流電流検出アンプ部22がインバータ回路2を流れる直流電流を検出する。直流電流検出アンプ部22は、制御装置としてのマイクロコンピュータ7に接続され、検出した直流電流を増幅して、直流電流信号としてマイクロコンピュータ7に出力する。この直流電流検出アンプ部6が、インバータ回路2に流れる直流電流を検出する直流電流検出手段とされる。 A current detection resistor 21 is provided on the negative side of the DC circuit connecting the converter circuit 3 and the inverter circuit 2. Based on the voltage generated at both ends of the current detection resistor 21, the DC current detection amplifier unit 22 detects the DC current flowing through the inverter circuit 2. The direct current detection amplifier unit 22 is connected to the microcomputer 7 as a control device, amplifies the detected direct current, and outputs it to the microcomputer 7 as a direct current signal. The DC current detection amplifier unit 6 serves as DC current detection means for detecting a DC current flowing through the inverter circuit 2.
マイクロコンピュータ7は、位相差検出部8と目標位相差情報格納部9と加算器10とPI演算部11と回転数設定部12と正弦波データテーブル13と正弦波データ作成部14とPWM作成部15とモータ電流推定部16と電流振動検出部17と回転数補正量演算部18と回転数補正部19とを有し、各処理をプログラムにしたがってソフト的に行う。 The microcomputer 7 includes a phase difference detection unit 8, a target phase difference information storage unit 9, an adder 10, a PI calculation unit 11, a rotation speed setting unit 12, a sine wave data table 13, a sine wave data creation unit 14, and a PWM creation unit. 15, a motor current estimation unit 16, a current vibration detection unit 17, a rotation speed correction amount calculation unit 18, and a rotation speed correction unit 19, and each process is performed in software according to a program.
モータ電流推定部16は、入力された直流電流信号から電流変化分演算手段により直流電流の変化分を求め、直流電流信号の変化分を分配演算手段によりモータ電流信号を推定演算する。ここで、電流変化分演算手段および分配演算手段は、特開平8−19263号公報に記載されている。 The motor current estimation unit 16 obtains a change in the DC current from the input DC current signal by the current change calculation means, and estimates and calculates the motor current signal by the distribution calculation means for the change in the DC current signal. Here, the current change calculation means and the distribution calculation means are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-19263.
位相差検出部8は、モータ電流推定部16により推定演算されたモータ電流信号を用いてモータ電圧/電流位相差情報を検出する。 The phase difference detection unit 8 detects motor voltage / current phase difference information using the motor current signal estimated and calculated by the motor current estimation unit 16.
目標位相差情報格納部9は、目標とする位相差情報を格納し、加算器10は、その目標位相差情報と位相差検出部8から出力された位相差情報との誤差データを算出し、その算出結果をPI演算部11に出力する。PI演算部11は、算出された誤差データに対して比例誤差データ(P)および積分誤差データ(I)を算出し、デューティ基準値をPWM作成部15に出力する。 The target phase difference information storage unit 9 stores target phase difference information, and the adder 10 calculates error data between the target phase difference information and the phase difference information output from the phase difference detection unit 8, The calculation result is output to the PI calculation unit 11. The PI calculation unit 11 calculates proportional error data (P) and integration error data (I) with respect to the calculated error data, and outputs a duty reference value to the PWM generation unit 15.
電流振動検出部17は、モータ電流推定部16により推定演算されたモータ電流信号に基づいて、モータ電流信号の振動成分を検出する。回転数補正量演算部18は、電流振動検出部17によって検出された振動成分に基づいて、回転数補正量を算出する。回転数設定部12は、目標とする回転数指令値を格納し、回転数補正部19は、その回転数指令値と回転数補正量演算部18から出力された回転数補正量との誤差データを算出し、その算出結果を正弦波データ作成部14に出力する。 The current vibration detection unit 17 detects a vibration component of the motor current signal based on the motor current signal estimated and calculated by the motor current estimation unit 16. The rotation speed correction amount calculation unit 18 calculates the rotation speed correction amount based on the vibration component detected by the current vibration detection unit 17. The rotation speed setting unit 12 stores a target rotation speed command value, and the rotation speed correction unit 19 stores error data between the rotation speed command value and the rotation speed correction amount output from the rotation speed correction amount calculation unit 18. And the calculation result is output to the sine wave data creation unit 14.
正弦波データテーブル13は、所定のデータ個数で構成された正弦波データを予め記憶しており、正弦波データを正弦波データ作成部14に出力する。正弦波データ作成部14は、回転数補正部19の算出結果である誤差データと、正弦波データテーブル13とからモータ巻線端子U,V,Wの各相に対応した正弦波データを読出して、PWM作成部15に出力するとともに、U相の正弦波データからU相のモータ駆動電圧位相情報を位相差検出部8に出力する。 The sine wave data table 13 stores in advance sine wave data composed of a predetermined number of data, and outputs the sine wave data to the sine wave data creation unit 14. The sine wave data creation unit 14 reads out sine wave data corresponding to each phase of the motor winding terminals U, V, and W from the error data that is the calculation result of the rotation speed correction unit 19 and the sine wave data table 13. , And outputs the U-phase motor drive voltage phase information to the phase difference detector 8 from the U-phase sine wave data.
PWM作成部15は、正弦波データとデューティ基準値とから各相ごとにインバータ回路2の各駆動素子にモータ駆動電圧であるPWM波形信号を出力する。なお、正弦波データの作成は、正弦波データテーブル13を元に作成せずに、演算によって作成しても構わない。 The PWM generator 15 outputs a PWM waveform signal, which is a motor drive voltage, to each drive element of the inverter circuit 2 for each phase from the sine wave data and the duty reference value. Note that the sine wave data may be created by calculation instead of being created based on the sine wave data table 13.
加算器10は、位相差検出部8によって検出されたモータ電圧/電流位相差情報と目標位相差情報との誤差量を求め、PI演算部11では、P制御によって誤差量に対して所定の増幅を行い比例誤差量を算出し、I制御によって誤差量を積算して、その値を増幅して積分誤差量を算出し、両者を加算してデューティ基準値を算出する。このデューティ基準値と別途回転数指令値から求まる正弦波データとに基づいてPWM作成部15がその都度の出力デューティを計算し、インバータ部2を介してモータ巻線に印加することによってモータ1が駆動される。 The adder 10 obtains an error amount between the motor voltage / current phase difference information detected by the phase difference detection unit 8 and the target phase difference information, and the PI calculation unit 11 performs a predetermined amplification on the error amount by P control. To calculate the proportional error amount, integrate the error amount by I control, amplify the value to calculate the integral error amount, and add both to calculate the duty reference value. The PWM generator 15 calculates the output duty each time based on this duty reference value and sine wave data separately obtained from the rotational speed command value, and applies it to the motor winding via the inverter 2 to allow the motor 1 to Driven.
すなわち、モータ駆動電圧(出力デューティ)に対するモータ巻線電流位相差を一定に制御するための位相差制御フィードバックループによって、駆動電圧の大きさ(PWMデューティのデューティ幅)が決定される。また、モータ1を所望の回転数で回転させるために、所望の周波数で出力される正弦波データによって回転数が決定される。これによって、所望の位相差、所望の回転数でモータ1を駆動制御できる。 That is, the magnitude of the drive voltage (duty width of the PWM duty) is determined by the phase difference control feedback loop for controlling the motor winding current phase difference with respect to the motor drive voltage (output duty) to be constant. Further, in order to rotate the motor 1 at a desired rotational speed, the rotational speed is determined by sine wave data output at a desired frequency. As a result, the motor 1 can be driven and controlled with a desired phase difference and a desired rotational speed.
次に、回転数の設定およびPWM出力について説明する。本発明による位相差制御方式は、逆起電圧パルスなどを検出して速度制御を行う方式とは異なる。すなわち、モータ1の回転数は、モータ巻線に通電するPWM波からなる正弦波電圧の周波数で決定される、いわゆる強制励磁駆動である。 Next, setting of the rotation speed and PWM output will be described. The phase difference control method according to the present invention is different from the method in which a speed control is performed by detecting a counter electromotive voltage pulse or the like. That is, the rotation speed of the motor 1 is so-called forced excitation drive that is determined by the frequency of a sine wave voltage composed of a PWM wave that is energized to the motor winding.
電流振動検出部17は、図2(a)に示すように、モータ電流が交流電流であるため、このままでは、振動量がわかりにくい。そこで、電流振動検出部17は、複数相のうちのいずれかの特定相の交流電圧の位相がほぼ90度の時点の特定相の電流を検出する。 As shown in FIG. 2A, in the current vibration detection unit 17, since the motor current is an alternating current, it is difficult to understand the vibration amount as it is. Therefore, the current vibration detection unit 17 detects the current of the specific phase when the phase of the AC voltage of any one of the plurality of phases is approximately 90 degrees.
例えば、特定相をU相電圧とした場合、図3に示す電流振動検出部17のU相電流データ検出部23により、モータ電流推定部16から出力されたモータ電流信号のうち、U相電圧の位相が90度の時点のU相電流(図2(b)参照)を検出する。これをU相電流データAとする。この検出したU相電流データAを、ハイパスフィルタ24に通すことにより、直流成分を除去し、純粋な変動量としたU相電流振動成分(図2(c)参照)を算出する。算出された振動成分を、回転数補正量演算部18に設けられた比例増幅器25に通すことにより回転数補正量を算出する。なお、直流成分とは、例えば、交流電圧の位相が90度の時点の交流電流の値を純粋な変動量としてとらえるために減算する値である。 For example, when the specific phase is a U-phase voltage, the U-phase voltage of the motor current signal output from the motor current estimation unit 16 by the U-phase current data detection unit 23 of the current vibration detection unit 17 illustrated in FIG. The U-phase current at the time when the phase is 90 degrees (see FIG. 2B) is detected. This is designated as U-phase current data A. By passing the detected U-phase current data A through the high-pass filter 24, the DC component is removed, and a U-phase current oscillation component (see FIG. 2C) that is a pure fluctuation amount is calculated. The rotation speed correction amount is calculated by passing the calculated vibration component through a proportional amplifier 25 provided in the rotation speed correction amount calculation unit 18. Note that the direct current component is, for example, a value to be subtracted in order to capture the value of the alternating current when the phase of the alternating voltage is 90 degrees as a pure fluctuation amount.
これにより、振動成分の大きさに応じて、回転数補正量の大きさを調整することができる。すなわち、電流振動検出部17によって検出された振動成分が大きい場合は、回転数補正量を大きくする。また、振動成分が小さい場合は、回転数補正量を小さくする。 Thereby, the magnitude of the rotational speed correction amount can be adjusted according to the magnitude of the vibration component. That is, when the vibration component detected by the current vibration detector 17 is large, the rotational speed correction amount is increased. When the vibration component is small, the rotational speed correction amount is reduced.
また、回転数補正量演算部18は、図4に示すように、電流振動検出部17によって検出した振動成分を比例増幅器25に通した後、乗算器26でモータ回転数指令値との乗算を行い、回転数補正量を算出してもよい。これにより、振動成分の大きさと回転数の大きさに応じて、回転数補正量の大きさを調整することができる。 Further, as shown in FIG. 4, the rotation speed correction amount calculation unit 18 passes the vibration component detected by the current vibration detection unit 17 through the proportional amplifier 25 and then multiplies the motor rotation speed command value by the multiplier 26. And the rotational speed correction amount may be calculated. Thereby, the magnitude of the rotational speed correction amount can be adjusted according to the magnitude of the vibration component and the rotational speed.
さらに、図5に示すように、振動成分を比例増幅器25に通した後、乗算器26においてPI演算部11で算出されたデューティ基準値との乗算を行い、回転数補正量を算出してもよい。これにより、振動成分の大きさとデューティ基準値の大きさに応じて、回転数補正量の大きさを調整することができる。これら、図4、図5の方法により、モータ回転数や負荷条件の変化にも対応可能である。 Further, as shown in FIG. 5, after passing the vibration component through the proportional amplifier 25, the multiplier 26 multiplies the duty reference value calculated by the PI calculation unit 11 to calculate the rotational speed correction amount. Good. Thereby, the magnitude of the rotational speed correction amount can be adjusted according to the magnitude of the vibration component and the magnitude of the duty reference value. These methods shown in FIGS. 4 and 5 can cope with changes in the motor speed and load conditions.
回転数補正量演算部18は、回転数補正量に基づいて回転数指令値を増減する補正を行う。この補正された回転数指令値が正弦波データ作成部14に入力され、補正後の回転数指令値に対応する正弦波データが正弦波データテーブル13から読み出される。 The rotation speed correction amount calculation unit 18 performs correction to increase or decrease the rotation speed command value based on the rotation speed correction amount. The corrected rotational speed command value is input to the sine wave data creation unit 14, and sine wave data corresponding to the corrected rotational speed command value is read from the sine wave data table 13.
ここで、正弦波データテーブル13には、連続的にアナログ値を出力すると正弦波波形が出力されるデータ列が格納されている。このデータ列の参照アドレスがPWMキャリア周期ごとに所定数ずつ更新される。この所定数が大きければ高回転数となる。つまり、モータ回転数は、モータ1の構造的なものを除外すると、PWMキャリア周波数と正弦波データテーブル13の参照データとの更新間隔で決まる。例えば、巻線相数が3相であれば、それぞれの相のデータは、電気角で120度ずつにずらした正弦波データを参照すればよい。なお、その都度、正弦波演算を行って正弦波データを作成してもよい。 Here, the sine wave data table 13 stores a data string in which a sine wave waveform is output when analog values are continuously output. The reference address of this data string is updated by a predetermined number every PWM carrier cycle. If this predetermined number is large, the rotation speed is high. In other words, the motor rotation speed is determined by the update interval between the PWM carrier frequency and the reference data in the sine wave data table 13 except for the structural one of the motor 1. For example, if the number of winding phases is 3, the data of each phase may be referred to sine wave data shifted by 120 degrees in electrical angle. In each case, sine wave data may be generated by performing sine wave calculation.
PWM波形発生器などのPWM作成部15において、これら求まった各相の正弦波データと位相差制御によって算出されたデューティ基準値とが乗算され、PWMデューティのデューティ幅が決定され、PWM波形信号がインバータ回路2の各駆動素子に出力される。このPWM波形発生器は、たとえばPWMキャリア周期で三角波を発生し、この三角波の波高値と前記乗算された値とを比較し、比較結果に基づいてHigh/Low信号を出力する。 In the PWM creation unit 15 such as a PWM waveform generator, the obtained sine wave data of each phase is multiplied by the duty reference value calculated by the phase difference control, the duty width of the PWM duty is determined, and the PWM waveform signal is obtained. It is output to each drive element of the inverter circuit 2. For example, the PWM waveform generator generates a triangular wave at a PWM carrier cycle, compares the peak value of the triangular wave with the multiplied value, and outputs a High / Low signal based on the comparison result.
ここで、冷凍・空調装置などで使用される圧縮機では、内部が高温状態になり、ホールICなどのロータ位置を検出する位置センサを設けることが困難であるため、位置センサレスでモータ1を駆動する必要がある。そこで、上記のインバータ装置を圧縮機駆動装置のモータを駆動するために使用する。これによって、コイルおよびホール素子で構成された電流センサ、カレントトランスといった交流電流を検出するための電流センサが不要となるとともに、位置センサも不要となる。そして、このインバータ装置を備えた圧縮機駆動装置を冷凍・空調装置に搭載する。これによって、冷蔵庫、冷凍庫、空気調和機といった冷凍・空調装置を運転することが可能となる。 Here, in a compressor used in a refrigeration / air conditioner or the like, the inside is in a high temperature state, and it is difficult to provide a position sensor for detecting the rotor position such as a Hall IC, so the motor 1 is driven without a position sensor. There is a need to. Therefore, the above inverter device is used to drive the motor of the compressor driving device. As a result, a current sensor configured to detect an alternating current such as a current sensor constituted by a coil and a Hall element and a current transformer is not required, and a position sensor is also unnecessary. And the compressor drive device provided with this inverter apparatus is mounted in a refrigerating / air-conditioning apparatus. This makes it possible to operate a refrigeration / air conditioning apparatus such as a refrigerator, a freezer, or an air conditioner.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, many corrections and changes can be added to the said embodiment within the scope of the present invention.
また、本実施例において、U相電流データAは、特定相電圧の位相が90度の時点の特定相電流の値を検出しているが、特にこの限りではない。例えば、同期モータ1の駆動時のU相電圧とU相電流の位相差は、概ね0度付近であるため、U相電圧の位相が90度の時点でU相電流を検出すれば、U相電流の正側のピーク値付近で検出することになり、U相電流データAは、自ずと大きな値となる。 In the present embodiment, the U-phase current data A detects the value of the specific phase current at the time when the phase of the specific phase voltage is 90 degrees, but this is not particularly limited. For example, since the phase difference between the U-phase voltage and the U-phase current when driving the synchronous motor 1 is approximately 0 degrees, if the U-phase current is detected when the phase of the U-phase voltage is 90 degrees, the U-phase current is detected. Detection is performed near the peak value on the positive side of the current, and the U-phase current data A is naturally a large value.
また、U相電圧の位相が270度の時点でU相電流の値を検出すれば、U相電流の負側のピーク値付近で検出することになる。そこで、U相電圧の位相が270度の時点のU相電流の値の正負を反転したものを上記U相電流データとしてもよい。さらには、90度と270度両方の値を使用してもよい。 Further, if the value of the U-phase current is detected when the phase of the U-phase voltage is 270 degrees, the detection is performed near the negative peak value of the U-phase current. Therefore, the U-phase current data may be obtained by inverting the sign of the U-phase current value when the phase of the U-phase voltage is 270 degrees. Furthermore, both 90 degree and 270 degree values may be used.
また、本実施例において本発明のインバータ装置を冷凍・空調装置等で使用される圧縮機のモータ駆動に用いているが、特にこれに限定されることはない。例えば、蛍光灯や誘導加熱調理器等の電化製品、あるいは、電車や電気自動車、エレベータ等の電気製品に用いてもよい。これにより、安定した駆動をすることができる。 Further, in the present embodiment, the inverter device of the present invention is used for driving a motor of a compressor used in a refrigeration / air conditioning device or the like, but is not particularly limited to this. For example, you may use for electric appliances, such as a fluorescent lamp and an induction heating cooking appliance, or electric products, such as a train, an electric vehicle, and an elevator. Thereby, stable driving can be performed.
1 同期モータ
2 インバータ回路
3 コンバータ回路
4 AC電源
5 電流センサ
6 モータ電流検出アンプ部
7 マイクロコンピュータ
8 位相差検出部
9 目標位相差情報格納部
10 加算器
11 PI演算部
12 回転数設定部
13 正弦波データテーブル
14 正弦波データ作成部
15 PWM作成部
16 モータ電流推定部
17 電流振動検出部
18 回転数補正量演算部
19 回転数補正部
21 電流検出抵抗
22 直流電流検出アンプ部
23 U相電流データ検出部
24 ハイパスフィルタ
25 比例増幅器
26 乗算器
A U相電流データ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous motor 2 Inverter circuit 3 Converter circuit 4 AC power supply 5 Current sensor 6 Motor current detection amplifier part 7 Microcomputer 8 Phase difference detection part 9 Target phase difference information storage part 10 Adder 11 PI calculation part 12 Rotation speed setting part 13 Sine Wave data table 14 Sine wave data creation unit 15 PWM creation unit 16 Motor current estimation unit 17 Current vibration detection unit 18 Speed correction amount calculation unit 19 Speed correction unit 21 Current detection resistor 22 DC current detection amplifier unit 23 U-phase current data Detector 24 High-pass filter 25 Proportional amplifier 26 Multiplier A U-phase current data
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