JP4539689B2 - AC motor control method and control apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、交流電動機を始動する場合に、フリーラン状態の交流電動機の速度を推定して、推定した速度で運転することにより、スムーズに交流電動機を始動することを特徴とする交流電動機の制御方法及び装置に関する。 According to the present invention, when starting an AC motor, the speed of the AC motor in a free-run state is estimated, and the AC motor is started smoothly by operating at the estimated speed. The present invention relates to a method and an apparatus.
従来より、瞬停等でフリーラン状態の交流電動機を始動する際には、交流電動機の速度が分からないと、大きな電流が流れたり、交流電動機が急減速して大きな回生電力が電力変換器に戻ってくるために交流電動機をスムースに始動できないので、この対策としては、例えば、特許文献1に開示の「交流電動機の制御方法および制御装置」の提案がある。
図5は従来の「交流電動機の制御方法および制御装置」のブロック図であり、交流電動機202の運転中に瞬停が発生すると、電力変換器201は運転を停止し、交流電動機202はフリーラン状態となる。電源が復帰して電力変換器201が運転可能な状態になると、瞬停再始動回路211が瞬停信号によりスイッチ回路を切換えて、トルク電流指令値iqrefと、励磁電流指令値idrefと周波数f1を強制的に零にする、いわゆる零電流制御を実施する。
FIG. 5 is a block diagram of a conventional “control method and control apparatus for an AC motor”. When an instantaneous power failure occurs during the operation of the
ここで零電流制御とは、交流電動機202の電流が零の時の電圧指令信号は交流電動機202の残留電圧と一致し、同じく、d、q2軸の電圧成分も一致するので、交流電動機202の残留電圧はd軸電圧指令値Vdrefとq軸電圧指令Vqrefとなって現れる点に着目して、交流電動機202の位相、角速度を検出して瞬停時の再始動動作が行われるが、その際に、励磁電流指令値idrefをゼロに、トルク電流指令iqrefをゼロに、位相指令信号θをゼロに切替えて、交流電動機202の電流をゼロとして、その時の残留電圧分に相当するVdref、Vqrefを測定する制御が、零電流制御である。
これによって出力電圧演算回路209からVdrefとVqrefを入力として出力電圧指令値V1refと、その電圧位相θvを出力する。このV1refは電動機の残留電圧の大きさを、θvは残留電圧の位相を表すので、残留電圧の位相の時間変化を一定時間毎に測定して速度推定回路212により残留電圧の周波数を測定し、フリーラン状態の交流電動機202の回転速度を推定することができる。この速度を電力変換器の出力に設定して電動機を始動させる。
Here, the zero current control means that the voltage command signal when the current of the
As a result, Vdref and Vqref are input from the output
また、出力電圧指令値V1refが任意に設定された電圧レベルよりも小さかった場合は、交流電動機202が停止又は低速度で回転しているためにV1refが小さいのか、電動機は高速で回転しているが瞬停時間が長いために残留電圧が小さくなってしまったのか判断できないので、任意のレベルの直流電流を流して速度の再測定を行う。先ず、d軸電流指令idrefには一定値を、トルク電流指令iqrefは零に、周波数も零に設定する。この時交流電動機202が回転していれば、トルク電流検出値iqfbは図6のように変化する。このiqfbの周波数を測定することで、交流電動機202の速度を検出できる。
また、図6(a)は正転時の波形であるが、逆転時は図6(b)のように変化する。トルク電流検出値により回転方向も推定できる。
速度推定回路212が交流電動機202の速度測定値を出力したら、通常運転に切替えるが、直流印加状態から通常運転に移行する場合、電力変換器201には速度推定回路212の出力する速度推定値に相当する周波数を設定すればよいが、瞬停再始動管理回路211は、V/f変換器の出力電圧が交流電動機202の正規の誘起電圧に相当するまで、徐々に増加させるようにする。
When the output voltage command value V1ref is smaller than an arbitrarily set voltage level, the
Further, FIG. 6A shows a waveform during forward rotation, but changes as shown in FIG. 6B during reverse rotation. The rotational direction can also be estimated from the detected torque current value.
When the speed estimation circuit 212 outputs the speed measurement value of the
上記従来の技術が解決しようとした課題のように交流電動機の運転中に瞬停(瞬時停電)が発生して、瞬停再始動を行う場合、交流電動機の残留電圧と電力変換器の出力する電圧の位相が合ってない場合や、交流電動機の速度と電力変換器の出力する周波数とが一致していないと、交流電動機に過大な電流が流れたりして、スムーズな始動ができない。これを防止するためには残留電圧と、電力変換器の出力する電圧の大きさと位相と周波数を合わせて運転すれば良いが、電力変換器の出力する電圧の大きさと位相と周波数を合わせることは困難である。
このため、交流電動機の残留電圧がなくなってしまうのを待つことで、電圧の大きさと位相の条件を排除して、交流電動機の速度を速度検出器から算出し、その速度に一致した周波数で電力変換器を始動するとか、交流電動機の速度とは無関係に指令の周波数で電力変換器を始動させていた。
このように交流電動機をスムーズに始動するためには、残留電圧がなくなるのを待つ必要があったり、速度検出器が必要であるという問題があった。
また、上記従来の技術においては、交流電動機が高速度でフリーランしている場合や、印加する直流電流のレベルによっては、電力変換器の出力電流検出信号から、交流電動機の速度に相当する周波数成分を分離するのが不可能な場合があるという問題があった。
When a momentary power failure (instantaneous power failure) occurs during operation of the AC motor and the instantaneous power failure restart is performed as in the problem that the conventional technology has attempted to solve, the residual voltage of the AC motor and the output of the power converter are output. If the phases of the voltages are not matched, or if the speed of the AC motor and the frequency output from the power converter do not match, an excessive current will flow through the AC motor, and a smooth start will not be possible. In order to prevent this, it is only necessary to operate the residual voltage and the magnitude, phase and frequency of the voltage output from the power converter, but it is not possible to match the magnitude, phase and frequency of the voltage output from the power converter. Have difficulty.
For this reason, by waiting for the residual voltage of the AC motor to disappear, the voltage magnitude and phase conditions are eliminated, the speed of the AC motor is calculated from the speed detector, and the power at a frequency that matches the speed is calculated. The converter was started or the power converter was started at the command frequency regardless of the speed of the AC motor.
Thus, in order to start the AC motor smoothly, there is a problem that it is necessary to wait for the residual voltage to disappear or a speed detector is necessary.
In the above conventional technique, the frequency corresponding to the speed of the AC motor is determined from the output current detection signal of the power converter depending on the level of the applied DC current when the AC motor is free running at a high speed. There was a problem that it was sometimes impossible to separate the components.
そこで、本発明の第1の目的は、残留電圧がなくなるのを待つという始動時間の遅れを無くして迅速な復帰が可能であり、速度検出器や電圧検出器を有しなくても、速度推定精度が悪い場合でも出力周波数を微調整することにより、交流電動機をスムーズに始動することができる交流電動の制御方法及び制御装置を提供することである。
本発明の第2の目的は、任意の直流電流を予め設定した時間供給し、電力変換器の出力電流検出信号から交流電動機の速度に相当する周波数成分を分離することが不可能な場合であっても、交流電動機が回転中か、停止中かを判断し、回転中であればスムーズに運転継続することができる交流電動機の制御方法及び制御装置を提供することである。
Therefore, a first object of the present invention is to enable a quick recovery without waiting for the start-up time delay of waiting for the residual voltage to disappear, and to estimate the speed without having a speed detector or a voltage detector. To provide an AC electric motor control method and a control device capable of smoothly starting an AC electric motor by finely adjusting an output frequency even when accuracy is poor.
A second object of the present invention is a case where an arbitrary direct current is supplied for a preset time and it is impossible to separate a frequency component corresponding to the speed of the alternating current motor from the output current detection signal of the power converter. However, it is to determine whether the AC motor is rotating or stopped, and to provide a control method and a control device for the AC motor that can continue operation smoothly if the AC motor is rotating.
上記目的を達成するため、請求項1記載の交流電動機制御方法の発明は、交流電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と、前記交流電動機に供給される電流を励磁電流検出値とトルク電流検出値に変換して出力する座標変換回路と、前記励磁電流指令値と前記励磁電流検出値とが一致するように励磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路と、前記トルク電流指令値と前記トルク電流検出値とが一致するようにトルク電流方向電圧を制御するトルク電流制御回路と、与えられた出力周波数指令から交流電動機の誘起電圧を演算するV/f変換回路と、
与えられた出力周波数指令を積分することにより得られる位相角を演算する位相角演算回路と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路と前記V/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と前記出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッチングを決定する制御方法により、速度検出器と電圧検出器を持たない交流電動機の制御方法を用いて、フリーラン状態の前記交流電動機を始動する際に、前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値から前記交流電動機の速度を推定する周波数調整回路とを備えた交流電動機の制御方法において、前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値を積算し、前記積算値が所定値を超えた場合には、前記周波数調整回路に予め設定した周波数と検出した回転方向を設定し、トルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の前記交流電動機と前記電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動することを特徴としている。
また、請求項2記載の交流電動機制御方法の発明は、交流電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と、前記交流電動機に供給される電流を励磁電流検出値とトルク電流検出値に変換して出力する座標変換回路と、前記励磁電流指令値と前記励磁電流検出値とが一致するように励磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路と、前記トルク電流指令値と前記トルク電流検出値とが一致するようにトルク電流方向電圧を制御するトルク電流制御回路と、与えられた出力周波数指令から交流電動機の誘起電圧を演算するV/f変換回路と、与えられた出力周波数指令を積分することにより得られる位相角を演算する位相角演算回路と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路と前記V/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と前記出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッチングを決定する制御方法により、速度検出器と電圧検出器を持たない制御装置を用いて、フリーラン状態の前記交流電動機の始動する際に、前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値から前記交流電動機の速度を推定する周波数調整回路とを備えた交流電動機の制御装置において、前記周波数調整回路は、前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値を積算し、前記積算値が所定値を超えた場合には、予め設定された周波数と検出した回転方向を設定し、トルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の前記交流電動機と前記電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動することを特徴としている。
In order to achieve the above object, an AC motor control method according to
Output from a phase angle calculation circuit for calculating a phase angle obtained by integrating a given output frequency command, a voltage command output from the excitation current control circuit, the torque current control circuit, and the V / f conversion circuit. An output voltage calculation circuit for calculating the magnitude and phase of the voltage, and the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit are added to the phase angle output from the phase angle calculation circuit to determine the switching of the power converter. When the AC motor in a free-run state is started using the control method of the AC motor that does not have a speed detector and a voltage detector, a DC current or a DC voltage is applied to the AC motor. And a frequency adjusting circuit for estimating a speed of the AC motor from a detected torque current value. Alternatively, the torque current detection value when a DC voltage is applied is integrated, and when the integrated value exceeds a predetermined value, a preset frequency and a detected rotation direction are set in the frequency adjustment circuit, and the torque current is set. If the detected torque value is positive, the output frequency is lowered if the detected current value is positive. If the detected torque current value is negative, the output frequency is increased and the output frequency is adjusted so that the detected torque current value approaches 0. By doing so, the output frequency of the AC motor in a free-run state and the power converter are matched to start smoothly.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an AC motor control method comprising: a power converter that outputs arbitrary power to the AC motor; a current detection circuit that detects a current supplied to the AC motor; and a supply to the AC motor. Conversion circuit that converts the detected current into an excitation current detection value and a torque current detection value and outputs it, and an excitation current that controls the excitation current direction voltage so that the excitation current command value matches the excitation current detection value A control circuit, a torque current control circuit for controlling a torque current direction voltage so that the torque current command value and the detected torque current value coincide with each other, and a V for calculating an induced voltage of the AC motor from a given output frequency command / F conversion circuit, phase angle calculation circuit for calculating a phase angle obtained by integrating a given output frequency command, the excitation current control circuit and the torque current control circuit An output voltage calculation circuit that calculates the magnitude and phase of the output voltage from the voltage command output from the V / f conversion circuit, and the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit are output from the phase angle calculation circuit. When the AC motor in a free-run state is started using a control device that does not have a speed detector and a voltage detector by a control method that determines the switching of the power converter And a frequency adjusting circuit for estimating the speed of the AC motor from a torque current detection value when a DC current or DC voltage is applied to the AC motor. The frequency adjusting circuit includes a DC current applied to the AC motor. Alternatively, the torque current detection value when a DC voltage is applied is integrated, and when the integrated value exceeds a predetermined value, it is detected as a preset frequency. Set the direction of rotation and input the torque current detection value. If the torque current detection value is positive, decrease the output frequency. If the torque current detection value is negative, increase the output frequency and set the torque current detection value to 0. By adjusting the output frequency so as to be close to the output frequency, the output frequency of the AC motor in a free-run state and the output frequency of the power converter are matched to start smoothly.
その他、交流電動機の制御方法発明イとしては、交流電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と、前記交流電動機に供給される電流を励磁電流検出値とトルク電流検出値に変換して出力する座標変換回路と、前記励磁電流指令値と前記励磁電流検出値とが一致するように励磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路と、前記トルク電流指令値と前記トルク電流検出値とが一致するようにトルク電流方向電圧を制御するトルク電流制御回路と、与えられた出力周波数指令から交流電動機の誘起電圧を演算するV/f変換回路と、与えられた出力周波数指令を積分することにより得られる位相角を演算する位相角演算回路と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路と前記V/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と前記出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算回路から出力される位相角を加え、速度検出器と電圧検出器を持たない電力変換器のスイッチングを決定する制御方法において、フリーラン状態の前記交流電動機の始動する際に、前記電力変換器から出力する周波数を調整する周波数調整回路における出力周波数の初期値を0にして始動することにより、トルク電流検出値が負であれば正転している、正であれば逆転していると推定することを特徴としている。
また、交流電動機の制御方法発明ロとしては、交流電動機の制御方法イにおいて、周波数調整回路における出力周波数の初期値を0に設定し、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げることによりトルク電流検出値を0に近づけるようにすることで前記交流電動機の速度を推定することを特徴としている。
さらに、交流電動機の制御装置発明ハとしては、交流電動機へ任意の電力を出力する電力変換器と、前記交流電動機に供給される電流を検出する電流検出回路と、前記交流電動機に供給される電流を励磁電流検出値とトルク電流検出値に変換して出力する座標変換回路と、前記励磁電流指令値と前記励磁電流検出値とが一致するように励磁電流方向電圧を制御する励磁電流制御回路と、前記トルク電流指令値と前記トルク電流検出値とが一致するようにトルク電流方向電圧を制御するトルク電流制御回路と、与えられた出力周波数指令から交流電動機の誘起電圧を演算するV/f変換回路と、与えられた出力周波数指令を積分することにより得られる位相角を演算する位相角演算回路と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路と前記V/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と前記出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算回路から出力される位相角を加え、速度検出器と電圧検出器を持たない電力変換器のスイッチングを決定する制御装置において、フリーラン状態の前記交流電動機の始動する際に、周波数調整回路における出力周波数の初期値を0にして始動することにより、トルク電流検出値が負であれば正転している、正であれば逆転していると推定する周波数調整回路を有することを特徴としている。
また、交流電動機の制御装置発明ニとしては交流電動機の制御装置ハにおいて、周波数調整回路における出力周波数の初期値を0に設定し、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げることにより前記交流電動機の速度を推定する周波数調整回路を有することを特徴としている。
In addition, as an AC motor control method invention A, a power converter that outputs arbitrary power to the AC motor, a current detection circuit that detects a current supplied to the AC motor, and a current supplied to the AC motor A coordinate conversion circuit for converting the excitation current detection value and the torque current detection value to output, and an excitation current control circuit for controlling the excitation current direction voltage so that the excitation current command value and the excitation current detection value match. A torque current control circuit that controls the torque current direction voltage so that the torque current command value and the detected torque current value match, and a V / f conversion that calculates an induced voltage of the AC motor from a given output frequency command A circuit, a phase angle calculation circuit for calculating a phase angle obtained by integrating a given output frequency command, the excitation current control circuit, the torque current control circuit, An output voltage calculation circuit for calculating the magnitude and phase of the output voltage from the voltage command output from the V / f conversion circuit, and the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit are output from the phase angle calculation circuit. In a control method for determining switching of a power converter having no speed detector and voltage detector by adding a phase angle, adjusting the frequency output from the power converter when starting the AC motor in a free-run state By starting with an initial value of the output frequency in the frequency adjusting circuit to be 0, it is estimated that if the detected torque current value is negative, it is forward rotating, and if it is positive, it is estimated that the rotational frequency is reverse. .
Further, as an AC motor control method invention b, in the AC motor control method a, the initial value of the output frequency in the frequency adjustment circuit is set to 0, and if the torque current detection value is positive, the output frequency is lowered, If the detected torque current value is negative, the speed of the AC motor is estimated by increasing the output frequency so that the detected torque current value approaches 0.
Further, the AC motor control device invention C includes a power converter that outputs arbitrary power to the AC motor, a current detection circuit that detects a current supplied to the AC motor, and a current supplied to the AC motor. A coordinate conversion circuit for converting the excitation current detection value and the torque current detection value to output, and an excitation current control circuit for controlling the excitation current direction voltage so that the excitation current command value and the excitation current detection value match. A torque current control circuit that controls the torque current direction voltage so that the torque current command value and the detected torque current value match, and a V / f conversion that calculates an induced voltage of the AC motor from a given output frequency command A circuit, a phase angle calculation circuit for calculating a phase angle obtained by integrating a given output frequency command, the excitation current control circuit, the torque current control circuit, An output voltage calculation circuit for calculating the magnitude and phase of the output voltage from the voltage command output from the V / f conversion circuit, and the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit are output from the phase angle calculation circuit. In a control device that determines the switching of a power converter that does not have a speed detector and a voltage detector by adding a phase angle, when starting the AC motor in a free-run state, the initial value of the output frequency in the frequency adjustment circuit is It is characterized by having a frequency adjustment circuit that estimates that the torque current detection value is normal if the torque current detection value is negative, and reverse if it is positive.
Further, in the AC motor control device C, the initial value of the output frequency in the frequency adjustment circuit is set to 0, and if the detected torque current value is positive, the output frequency is lowered and the torque is reduced. If the detected current value is negative, it has a frequency adjustment circuit that estimates the speed of the AC motor by increasing the output frequency.
以上説明したように、本発明によれば、電力変換器から出力する周波数を調整する周波数調整回路がトルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の交流電動機と電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動できるように構成したので、電流検出分解能が粗く速度推定精度が悪い場合にも、出力周波数を微調整することにより、スムーズに交流電動機を始動させることができる効果がある。
また、交流電動機の制御方法により、フリーラン状態の交流電動機の始動する際に、交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加し、その時流れる二次電流から交流電動機の速度を推定する方法を用いて、交流電動機のフリーラン速度を検出できない場合でも、交流電動機が回転していることを検出した場合には、周波数調整回路に予め設定した周波数と検出した回転方向を設定し、トルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の交流電動機と電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動できるように構成したので、速度検出器や電圧検出器を持たない電力変換器で、フリーラン状態の交流電動機をスムーズに再始動できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the frequency adjustment circuit that adjusts the frequency output from the power converter receives the torque current detection value as an input, and if the torque current detection value is positive, the output frequency is decreased and the torque If the current detection value is negative, the output frequency is increased and the output frequency is adjusted so that the torque current detection value approaches 0, so that the output frequency of the AC motor and the power converter in the free-running state can be matched. Since the engine can be started, even if the current detection resolution is rough and the speed estimation accuracy is poor, the AC motor can be started smoothly by finely adjusting the output frequency.
In addition, when a free-run AC motor is started by a control method of the AC motor, a DC current or DC voltage is applied to the AC motor, and the speed of the AC motor is estimated from the secondary current flowing at that time. Even if the free-run speed of the AC motor cannot be detected, if it is detected that the AC motor is rotating, the preset frequency and the detected rotation direction are set in the frequency adjustment circuit, and the torque current detection value is set. As an input, if the torque current detection value is positive, the output frequency is decreased, and if the torque current detection value is negative, the output frequency is increased, and the output frequency is adjusted so that the torque current detection value approaches 0 The output frequency of the AC motor in the free-run state and the power converter are matched so that it can start smoothly, so it has a speed detector and a voltage detector. In no power converter, there is an effect that it restart the AC motor coasting smoothly.
以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る交流電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図2は図1に示す交流電動機のフリーラン状態における励磁電流制御した場合のベクトル関係を示す図である。図1において、電動機の制御装置は、電力変換器1、交流電動機2、電流検出器3、電流座標変換回路4、トルク電流制御回路5、励磁電流制御回路6、位相演算回路7、V/f変換回路8、出力電圧演算回路9、スイッチングパターン発生回路10、周波数調整回路11を備えている。
電力変換器1は、パワー素子により三相交流を変換した直流電圧をPWM制御方式により任意の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機2に供給する。電流検出器3は交流電動機2に供給される電流を検出する。電流座標変換回路4は電流検出器3で検出された電流をトルク電流検出値と励磁電流検出値に分離する。トルク電流制御回路5は与えられたトルク電流指令値とトルク電流検出値とが一致するように第1のq軸電圧指令値を演算する。励磁電流制御回路6は与えられた励磁電流指令値と励磁電流検出値とが一致するようにd軸電圧指令値を演算する。位相演算回路7は与えられた周波数を積分することにより位相を演算する。V/f変換回路8は与えられた周波数から、交流電動機の誘起電圧に相当する電圧を演算する。出力電圧演算回路9は前記トルク電流制御回路5の出力である第1のq軸電圧指令値とV/f変換回路8の出力である電圧を加算し、第2のq軸電圧指令値を演算し、第2のq軸電圧指令値とd軸電圧指令値とから、出力電圧指令値とその電圧位相を出力する。スイッチングパターン発生回路10は、出力電圧指令値及び前記電圧位相と前記位相を加算した電力変換器出力位相から、電力変換器1のスイッチングパターンを決定する。
周波数調整回路11は、フリーラン状態の交流電動機2を再始動する場合に、電力変換器1から出力される周波数を調整することによりスムーズに始動できるようにするための回路である。また、前記周波数調整回路11は前記交流電動機の回転方向を推定するための回路でもある。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device for an AC motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a vector relationship when the excitation current is controlled in the free-run state of the AC motor shown in FIG. In FIG. 1, the control device for the motor includes a
The
The frequency adjustment circuit 11 is a circuit for adjusting the frequency output from the
次に、図2の交流電動機が速度frでフリーラン状態の場合に励磁電流制御した場合のベクトル関係を使って、出力周波数を調整することについて説明する。
フリーラン状態の交流電動機2に、電力変換器1から出力周波数f1=0の状態で、励磁電流指令を与え磁束を立ち上げると、誘起電圧が発生し、トルク電流が流れる。このベクトル関係を表すと図2(a)となる。もちろん、交流電動機が逆転している場合には、トルク電流検出値の符号が反転する。電力変換器1の出力周波数が0<f1<frの状態で出力周波数f1を大きくしていくと、トルク電流は次第に小さくなる。このベクトル関係を表すと図2(b)となる。電力変換器1の出力周波数f1と交流電動機2の速度frと、交流電動機2の残留電圧の周波数が等しくなったところでトルク電流は0に小さくなる。このベクトル関係を表すと図2(c)となる。
更に、電力変換器1の、出力周波数f1>交流電動機の速度fr、となったところでトルク電流の符号が逆転する。このベクトル関係を表すと図2(d)となる。
フリーラン状態の交流電動機2の回転速度に電力変換器1の出力周波数を一致させるためには、図2のようにトルク電流検出値を0に近づければ良い。また、出力周波数f1=0のときのトルク電流検出値の符号を観察することにより、交流電動機の回転方向も推定できる。
Next, the adjustment of the output frequency will be described using the vector relationship when the excitation current is controlled when the AC motor of FIG. 2 is in the free-run state at the speed fr.
When an excitation current command is given to the
Further, when the output frequency f1 of the
In order to make the output frequency of the
次に、瞬停が発生してフリーラン状態になった交流電動機を再始動する場合の動作について説明する。交流電動機2を運転中に瞬停が発生すると、電力変換器1は運転を停止し、交流電動機2はフリーラン状態となる。電源が復帰し、電力変換器1が運転可能な状態になると、図1の3つのスイッチがA側の通常運転状態から、B側のフリーラン始動状態になる。そのため、トルク電流指令値=0となり、励磁電流指令はV/f変換回路8から出力され、出力周波数は周波数調整回路11からの出力となる。出力周波数調整回路には、瞬停前に運転していた周波数を初期値として設定する。
V/f変換回路8は、二次回路時定数に従い磁束が立ち上がるように励磁電流指令を演算し、磁束と与えられた周波数から、交流電動機2の誘起電圧に相当する電圧を交流電動機2に演算して出力する。周波数調整回路11では、トルク電流検出値が0に近づくようにトルク電流検出値が正であれば、周波数を減らし、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を増やすように調整する。磁束が通常運転時のレベルになった後、トルク電流検出値が0に近いある設定レベルに達すると、正常に始動できたと判断して、3つのスイッチがA側に切り替わる。
実施例では、瞬停発生時に運転していた周波数を初期値としたが、残留電圧から推定された速度推定値や直流励磁して、電流検出値に表れる周波数から推定した速度を初期値として、設定することもできる。
また、上記実施例では、交流電動機2に流れる電流をトルク電流と励磁電流に分離して、それぞれ独立に制御するベクトル制御を行う電力変換装置として説明したが、V/f一定制御を行う電力変換装置においても、瞬停再始動時に交流電動機に流れる電流をトルク電流と励磁電流に分離して、それぞれ独立に制御する電流制御回路を付加すれば全く同様の処理で本発明を実施することができる。
また、上記実施例では瞬停再始動時の動作として説明したが、長時間、交流電動機がフリーランしている状態で始動する場合にも、上記と同様の処理で本発明を実施することができる。この場合、回転方向や速度が予めある程度わかっていれば、その値を周波数調整回路の初期値とすれば良い。回転方向も速度もわからない場合には、周波数を0から始動すればよい。
Next, the operation in the case of restarting the AC motor that has entered a free-run state due to a momentary power failure will be described. If a momentary power failure occurs during operation of the
The V /
In the example, the frequency that was operated when the instantaneous power failure occurred was set as the initial value, but the speed estimated from the residual voltage or DC excitation, and the speed estimated from the frequency that appears in the current detection value as the initial value, It can also be set.
Moreover, although the said Example demonstrated as a power converter device which performs the vector control which isolate | separates the electric current which flows into the alternating
Moreover, although the above embodiment has been described as the operation at the time of restart after instantaneous power failure, the present invention can be implemented by the same process as described above even when the AC motor is started for a long time in a free running state. it can. In this case, if the rotation direction and speed are known to some extent, the values may be used as the initial values of the frequency adjustment circuit. If neither the direction of rotation nor the speed is known, the frequency may be started from zero.
次に、本発明の第2の実施の形態について図を参照して説明する。
図3は本発明の第2の実施の形態に係る交流電動機フリーラン中に直流電流を与えた場合のトルク電流検出値の波形を示す図である。
図4は交流電動機が高速でフリーラン中に直流電流を与えた場合のトルク電流検出値を示す図である。
なお、図1に示す制御装置のブロック図は前実施の形態と共通となる。
図1において、電動機の制御装置は、電力変換器1、交流電動機2、電流検出器3、電流座標変換回路4、トルク電流制御回路5、励磁電流制御回路6、位相演算回路7、V/f変換回路8、出力電圧演算回路9、スイッチングパターン発生回路10、周波数調整回路11を備えている。電力変換器1は、パワー素子により三相交流を変換した直流電圧をPWM制御方式により任意の周波数と電圧の交流に変換し、交流電動機2に供給する。電流検出器3は、前記交流電動機2に供給される電流を検出する。電流座標変換回路4は、電流検出器3で検出された電流をトルク電流検出値と励磁電流検出値に分離する。
トルク電流制御回路5は、与えられたトルク電流指令値とトルク電流検出値とが一致するように第1のq軸電圧指令値を演算する。励磁電流制御回路6は、与えられた励磁電流指令値と励磁電流検出値とが一致するようにd軸電圧指令値を演算する。位相演算回路7は、与えられた周波数を積分することにより、位相を演算する。V/f変換回路8は、与えられた周波数から、交流電動機の誘起電圧に相当する電圧を演算する。出力電圧演算回路9は、トルク電流制御回路5の出力である第1のq軸電圧指令値と前記V/f変換回路8の出力である電圧を加算し、第2のq軸電圧指令値を演算し、第2のq軸電圧指令値とd軸電圧指令値とから、出力電圧指令値とその電圧位相を出力する。スイッチングパターン発生回路10は、出力電圧指令値及び電圧位相と位相を加算した電力変換器出力位相から、電力変換器1のスイッチングパターンを決定する。
周波数調整回路11は、フリーラン状態の交流電動機2を再始動する場合に、電力変換器1から出力される周波数を調整することによりスムーズに始動できるようにするための回路である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a detected torque current value when a direct current is applied during an AC motor free run according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a detected torque current value when a direct current is applied to the AC motor at high speed during free run.
The block diagram of the control device shown in FIG. 1 is common to the previous embodiment.
In FIG. 1, the control device for the motor includes a
The torque
The frequency adjustment circuit 11 is a circuit for adjusting the frequency output from the
フリーラン状態の交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した場合に、図3のようなトルク電流検出値iqfbを測定できる。このトルク電流検出値iqfbの周波数を測定することで、フリーランしている交流電動機の速度を推定することができる。また、このトルク電流検出値iqfbにより正転中か逆転中か判断することができる。図3(a)のように正転の場合は正弦波状の信号が180°位相から始まり、図3(b)のように逆転では0位相から始まることから判別できる。
しかしながら、交流電動機が高速でフリーランしている場合や印加する直流電流の大きさあるいは印加する直流電圧の大きさが大きすぎる場合には、図4のようなトルク電流検出値iqfbとなり、このトルク電流検出値iqfbの周波数を測定することが困難となる。
本発明では、直流電流あるいは直流電圧を印加した時のトルク電流検出値の積算値が任意の設定レベルを越えた場合には、交流電動機2が高速でフリーランしていると判断して、周波数調整回路11に予め設定していた周波数及び検出した回転方向を初期値に設定し運転する。周波数調整回路11はトルク電流検出値iqfbが0になるように周波数を調整して、交流電動機2のフリーラン状態の速度と電力変換器の出力周波数を一致させることにより、交流電動機をスムーズに始動することができる。
When a DC current or a DC voltage is applied to a free-run AC motor, a torque current detection value iqfb as shown in FIG. 3 can be measured. By measuring the frequency of the detected torque current value iqfb, the speed of the free-running AC motor can be estimated. Further, it is possible to determine whether forward rotation or reverse rotation is being performed based on the detected torque current value iqfb. In the case of normal rotation as shown in FIG. 3A, a sinusoidal signal starts from a 180 ° phase, and in reverse as shown in FIG.
However, when the AC motor is free running at high speed, or when the magnitude of the applied DC current or the applied DC voltage is too large, the torque current detection value iqfb as shown in FIG. It becomes difficult to measure the frequency of the current detection value iqfb.
In the present invention, when the integrated value of the torque current detection value when a DC current or DC voltage is applied exceeds an arbitrary set level, it is determined that the
次に、フリーラン状態になった交流電動機を再始動する場合の動作について詳細に説明する。
交流電動機2がフリーラン状態の場合、図1の3つのスイッチがA側の通常運転状態から、B側のフリーラン始動状態になる。そのため、トルク電流指令値=0となり、励磁電流指令はV/f変換回路8から出力され、出力周波数は周波数調整回路11からの出力となる。但し、出力周波数調整回路11には、零周波数を初期値として設定する。こうして、設定した時間任意の直流電流を交流電動機2に供給する。この時に流れるトルク電流検出値から、周波数及び回転方向が検出された場合には、この周波数及び回転方向を出力周波数調整回路11に設定し直す。トルク電流検出値iqfbから周波数が検出されない場合には、トルク電流検出値の積算値が設定された値以上であれば、高速でフリーランしていると判断し、予め設定しておいた周波数及び検出した回転方向を出力周波数調整回路11に設定し直す。但し、トルク電流検出値の積算値が、設定された値未満であれば、交流電動機は停止していると判断して、電力変換器1は零周波数から予め設定された加速レートで始動すれば良いので、3つのスイッチはA側の通常運転に切り替わる処理となる。
フリーランしている場合について、説明を続ける。
出力周波数調整回路11に周波数及び回転方向を再設定すると、V/f変換回路8は、二次回路時定数に従い磁束が立ち上がるように励磁電流指令を演算し、磁束と前記設定された周波数から、交流電動機の誘起電圧に相当する電圧を演算して出力する。周波数調整回路11では、トルク電流検出値が0に近づくようにトルク電流検出値が正であれば、周波数を減らし、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を増やすように調整する。
磁束が通常運転時のレベルになった後、トルク電流検出値が0に近いある設定レベルに達すると、正常に始動できたと判断して、3つのスイッチがA側に切り替わる。
また、本実施の形態でも、交流電動機2に流れる電流をトルク電流と励磁電流に分離して、それぞれ独立に制御するベクトル制御を行う電力変換装置として説明したが、V/f一定制御を行う電力変換装置においても、フリーラン始動時に交流電動機に流れる電流をトルク電流と励磁電流に分離して、をそれぞれ独立に制御する電流制御回路を付加すれば、全く同様の処理で本発明を実施することができる。
Next, the operation when restarting the AC motor in the free-run state will be described in detail.
When the
Continue to explain when you are free running.
When the frequency and the rotation direction are reset in the output frequency adjusting circuit 11, the V /
After the magnetic flux reaches the level during normal operation, when the detected torque current value reaches a certain set level close to 0, it is determined that the engine has started normally, and the three switches are switched to the A side.
Also, in the present embodiment, the power converter that performs vector control for separating the current flowing through the
以上説明したように、本発明によれば、励磁電流制御回路とトルク電流制御回路と前記V/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と、出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に位相角演算回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッチングを決定する交流電動機の制御方法において、速度検出器や電圧検出器を有しない電力変換器により、フリーラン状態の交流電動機を始動する際に、交流電動機に流れる電流から交流電動機の速度と回転方向を推定し、電力変換器から出力する周波数を調整する周波数調整回路を有して、周波数調整回路はトルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の交流電動機と電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動できるように構成したので、電流検出分解能が粗く速度推定精度が悪い場合にも、出力周波数を微調整することにより、スムーズに交流電動機を始動させることができる効果がある。
また、励磁電流制御回路とトルク電流制御回路とV/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と、出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に位相角演算回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッチングを決定する制御方法において、速度検出器と電圧検出器を持たない交流電動機の制御方法により、フリーラン状態の交流電動機の始動する際に、交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加し、その時流れる二次電流から交流電動機の速度を推定する方法を用いて、交流電動機のフリーラン速度を検出できない場合でも、交流電動機が回転していることを検出した場合には、周波数調整回路に予め設定した周波数と検出した回転方向を設定し、トルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の交流電動機と電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動できるように構成したので、速度検出器や電圧検出器を持たない電力変換器で、フリーラン状態の交流電動機をスムーズに再始動できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the excitation current control circuit, the torque current control circuit, and the output voltage calculation circuit for calculating the magnitude and phase of the output voltage from the voltage command output from the V / f conversion circuit, In the AC motor control method for determining the switching of the power converter by adding the phase angle output from the phase angle calculation circuit to the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit, a speed detector or voltage detector is used. When starting a free-run AC motor with a power converter that does not have a frequency adjustment circuit that estimates the speed and rotation direction of the AC motor from the current flowing through the AC motor and adjusts the frequency output from the power converter The frequency adjustment circuit has a torque current detection value as an input, and if the torque current detection value is positive, the output frequency is lowered, and if the torque current detection value is negative, By increasing the force frequency and adjusting the output frequency so that the detected torque current value approaches 0, the output frequency of the AC motor in the free-run state and the power converter are matched so that the engine can be started smoothly. Even when the detection resolution is coarse and the speed estimation accuracy is poor, there is an effect that the AC motor can be started smoothly by finely adjusting the output frequency.
Also, an output voltage calculation circuit that calculates the magnitude and phase of the output voltage from the voltage command output from the excitation current control circuit, torque current control circuit, and V / f conversion circuit, and the voltage output from the output voltage calculation circuit In the control method for determining the switching of the power converter by adding the phase angle output from the phase angle calculation circuit to the phase and the phase, the control method for the AC motor without the speed detector and the voltage detector is Even when the AC motor's free-run speed cannot be detected using a method of applying a DC current or DC voltage to the AC motor and estimating the speed of the AC motor from the secondary current that flows at that time, even when the AC motor starts, When it is detected that the motor is rotating, the preset frequency and the detected rotation direction are set in the frequency adjustment circuit to detect the torque current. If the torque current detection value is positive, the output frequency is decreased. If the torque current detection value is negative, the output frequency is increased and the output frequency is adjusted so that the torque current detection value approaches 0. Therefore, the output frequency of the AC motor in the free-run state and the output frequency of the power converter are matched so that it can be started smoothly, so the AC motor in the free-run state can be replaced with a power converter that does not have a speed detector or voltage detector. There is an effect that it can be restarted smoothly.
1 電力変換器
2 交流電動機
3 電流検出器
4 電流座標変換回路
5 トルク電流制御回路
6 励磁電流制御回路
7 位相演算回路
8 V/f変換回路
9 出力電圧演算回路
10 スイッチングパターン発生回路
11 周波数調整回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
与えられた出力周波数指令を積分することにより得られる位相角を演算する位相角演算回路と、前記励磁電流制御回路と前記トルク電流制御回路と前記V/f変換回路から出力される電圧指令から出力電圧の大きさ及び位相を演算する出力電圧演算回路と前記出力電圧演算回路から出力する電圧の大きさと位相に前記位相角演算回路から出力される位相角を加え、電力変換器のスイッチングを決定する制御方法により、速度検出器と電圧検出器を持たない交流電動機の制御方法を用いて、フリーラン状態の前記交流電動機を始動する際に、前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値から前記交流電動機の速度を推定する周波数調整回路とを備えた交流電動機の制御方法において、
前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値を積算し、前記積算値が所定値を超えた場合には、前記周波数調整回路に予め設定した周波数と検出した回転方向を設定し、トルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の前記交流電動機と前記電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動することを特徴とする交流電動機の制御方法。 A power converter that outputs arbitrary power to the AC motor, a current detection circuit that detects a current supplied to the AC motor, and a current that is supplied to the AC motor are converted into an excitation current detection value and a torque current detection value. Output coordinate conversion circuit, excitation current control circuit for controlling the excitation current direction voltage so that the excitation current command value and the excitation current detection value match, the torque current command value and the torque current detection value A torque current control circuit that controls the torque current direction voltage so as to match, a V / f conversion circuit that calculates an induced voltage of the AC motor from a given output frequency command,
Output from a phase angle calculation circuit for calculating a phase angle obtained by integrating a given output frequency command, a voltage command output from the excitation current control circuit, the torque current control circuit, and the V / f conversion circuit. An output voltage calculation circuit for calculating the magnitude and phase of the voltage, and the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit are added to the phase angle output from the phase angle calculation circuit to determine the switching of the power converter. When the AC motor in a free-run state is started using the control method of the AC motor that does not have a speed detector and a voltage detector, a DC current or a DC voltage is applied to the AC motor. In a control method for an AC motor comprising a frequency adjustment circuit for estimating a speed of the AC motor from a torque current detection value,
The torque current detection value when a DC current or DC voltage is applied to the AC motor is integrated, and when the integrated value exceeds a predetermined value, the frequency preset in the frequency adjustment circuit and the detected rotation direction are If the torque current detection value is positive and the torque current detection value is positive, the output frequency is lowered. If the torque current detection value is negative, the output frequency is increased and the torque current detection value is brought closer to 0. A control method for an AC motor is characterized in that the output frequency of the AC motor in a free-run state and the output frequency of the power converter are matched by adjusting the output frequency.
前記周波数調整回路は、前記交流電動機に直流電流あるいは直流電圧を印加した際のトルク電流検出値を積算し、前記積算値が所定値を超えた場合には、予め設定された周波数と検出した回転方向を設定し、トルク電流検出値を入力として、トルク電流検出値が正であれば、出力周波数を下げ、トルク電流検出値が負であれば、出力周波数を上げ、トルク電流検出値を0に近づけるように出力周波数を調整することにより、フリーラン状態の前記交流電動機と前記電力変換器の出力周波数を一致させスムーズに始動することを特徴とする交流電動機の制御装置。 A power converter that outputs arbitrary power to the AC motor, a current detection circuit that detects a current supplied to the AC motor, and a current that is supplied to the AC motor are converted into an excitation current detection value and a torque current detection value. Output coordinate conversion circuit, excitation current control circuit for controlling the excitation current direction voltage so that the excitation current command value and the excitation current detection value match, the torque current command value and the torque current detection value A torque current control circuit for controlling the torque current direction voltage so as to match, a V / f conversion circuit for calculating an induced voltage of the AC motor from a given output frequency command, and integrating the given output frequency command Output from the voltage command output from the excitation current control circuit, the torque current control circuit, and the V / f conversion circuit. An output voltage calculation circuit for calculating the magnitude and phase of the voltage, and the magnitude and phase of the voltage output from the output voltage calculation circuit are added to the phase angle output from the phase angle calculation circuit to determine the switching of the power converter. Torque current detection when a DC current or DC voltage is applied to the AC motor when the AC motor in a free-run state is started using a control device that does not have a speed detector and a voltage detector. In an AC motor control device comprising a frequency adjustment circuit that estimates the speed of the AC motor from a value,
The frequency adjustment circuit integrates a torque current detection value when a DC current or a DC voltage is applied to the AC motor, and when the integrated value exceeds a predetermined value, the rotation is detected with a preset frequency. If the torque current detection value is positive, the output frequency is decreased. If the torque current detection value is negative, the output frequency is increased, and the torque current detection value is set to 0. A control apparatus for an AC motor, wherein the output frequency is adjusted so as to approach each other so that the output frequency of the AC motor in a free-run state and the output frequency of the power converter coincide with each other to start smoothly.
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