WO2019193621A1 - 電動機駆動装置及び空気調和装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric motor drive device and an air conditioner including the same.
- Patent Document 1 As an electric motor driving device for driving a plurality of electric motors of an air conditioner, there is one disclosed in Patent Document 1.
- the electric motor drive device shown in Patent Document 1 drives a plurality of electric motors in parallel by a single inverter.
- As the electric motor an induction motor that does not use a position sensor or a permanent magnet synchronous motor that uses a position sensor is used. in use.
- the present invention provides a drive device for driving a plurality of permanent magnet synchronous motors, which prevents the motor current from jumping when DC excitation is performed, and prevents the inverter switching element from being destroyed and the motor from demagnetizing. With the goal.
- the electric motor drive device includes: An inverter for driving the first synchronous motor and the second synchronous motor, each having a rotor; A control device for controlling the inverter; The control device performs DC excitation before starting the first synchronous motor and the second synchronous motor, and designates the rotor of the first synchronous motor and the rotor of the second synchronous motor. Is pulled into the position, An electric motor driving device that reduces a difference between a value of a direct current flowing through the first synchronous motor and a value of a direct current flowing through the second synchronous motor during the direct current excitation.
- the electric motor drive device includes: An inverter for driving the first synchronous motor and the second synchronous motor, each having a rotor; A control device for controlling the inverter; The control device performs DC excitation before starting the first synchronous motor and the second synchronous motor, and designates the rotor of the first synchronous motor and the rotor of the second synchronous motor.
- the control device Determining a d-axis current and a q-axis current corresponding to a three-phase current flowing in one of the first and second synchronous motors; Obtaining a d-axis voltage command value for matching the d-axis current with the d-axis current command value; Obtaining a q-axis voltage command value for matching the q-axis current with the q-axis current command value; Converting the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value into a three-phase voltage command value; Controlling the inverter to match the output voltage of the inverter with the three-phase voltage command value; At least one of the d-axis current command value and the q-axis current command value gradually increases.
- the present invention even if the initial positions of a plurality of motors are different, it is possible to suppress the jumping of the motor current when performing DC excitation, and there is a possibility that the switching element of the inverter is destroyed, the demagnetization of the motor, or the like occurs. Can be reduced.
- FIG. 5 It is a schematic wiring diagram which shows the electric motor drive device of Embodiment 1 of this invention with two electric motors. It is the schematic which shows the air conditioning apparatus provided with the fan driven with the electric motor of FIG. It is a figure which shows the structure of the inverter of FIG. It is a block diagram which shows the control apparatus of FIG. It is a figure which shows the example of the d-axis current command value and q-axis current command value which are produced
- generation part of FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of current selection processing by a current selection unit in FIG. 4. It is a block diagram which shows the control apparatus which is not provided with the absolute value calculation part and electric current selection part among FIG.
- FIG. 4A to 4F are diagrams showing examples of the behavior of the d-axis current and the q-axis current corresponding to the motor current when the control device of FIG. 4 is used, together with the d-axis current command value and the q-axis current command value. It is.
- (A)-(h) is a figure which shows the example of the behavior of a motor electric current at the time of using the control apparatus of FIG. 7, and the behavior of a motor magnetic pole position.
- (A)-(f) is a figure which shows the example of the behavior of the d-axis current corresponding to an electric motor electric current at the time of using the control apparatus of FIG. 7, and a q-axis current with a d-axis current command value and a q-axis current command value. It is.
- the target pull-in position is 0 degree and the initial phase of the first motor is 90 degrees
- the output voltage of each phase of the inverter, the combined current, and the rotation direction of the first motor by the combined current are shown.
- It is a vector diagram. It is a vector diagram which shows the induced voltage by rotation of a 1st electric motor.
- (A)-(e) is a wave form diagram which shows operation
- (A)-(e) is a wave form diagram which shows the operation
- the combined current output from the inverter and the combined current when the target pull-in position is 0 degrees, the initial phase of the first motor is 90 degrees, and the initial phase of the second motor is -90 degrees
- (A) And (b) is a vector diagram which shows the induced voltage by rotation of a 1st motor, and the induced voltage by rotation of a 2nd motor. It is a vector diagram which shows an inverter output voltage and the induced voltage of a 1st motor in the case of performing current control with respect to a 1st motor. It is a vector diagram which shows an inverter output voltage and the induced voltage of a 2nd motor in the case of performing current control with respect to a 1st motor.
- (A)-(e) is a wave form diagram which shows operation
- (A)-(e) is a wave form diagram which shows operation
- 4 is a motor drive device similar to the motor drive device of FIG. 1 and uses a control device similar to the control device of FIG. 4 to drive three or more motors.
- 5 is a flowchart showing a procedure of current selection processing by the method.
- FIG. 25 It is a block diagram which shows the control apparatus used in Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the example of the d-axis current command value and q-axis current command value which are produced
- (A)-(h) is a figure which shows the example of the behavior of a motor electric current at the time of using the control apparatus of FIG. 25, and the behavior of a motor magnetic pole position.
- (A)-(f) is a figure which shows the example of the behavior of the d-axis current corresponding to the motor current when using the control apparatus of FIG. 25, and a q-axis current with a d-axis current command value and a q-axis current command value. It is.
- FIG. 3 It is a block diagram which shows the control apparatus used in Embodiment 3 of this invention.
- (A)-(h) is a figure which shows the example of the behavior of a motor electric current at the time of using the control apparatus of FIG. 29, and the behavior of a motor magnetic pole position.
- (A)-(f) is a figure which shows the example of the behavior of the d-axis current corresponding to an electric motor electric current at the time of using the control apparatus of FIG. It is.
- FIG. 4 shows the control apparatus used in Embodiment 4 of this invention.
- 32 is a motor drive device similar to the motor drive device of FIG. 1 and uses the same control device as the control device of FIG. 32 to drive three or more motors.
- 5 is a flowchart showing a procedure of current selection processing by the method. It is a schematic wiring diagram which shows the modification of the electric motor drive device of FIG. It is a schematic wiring diagram which shows the other modification of the electric motor drive device of FIG.
- the motor driving device of the present invention is for driving a plurality of permanent magnet synchronous motors.
- a case where the number of driven permanent magnet synchronous motors is two will be described.
- the permanent magnet synchronous motor may be simply referred to as “motor”.
- FIG. 1 is a schematic wiring diagram showing the electric motor drive device 2 according to the first embodiment of the present invention together with two electric motors 7A and 7B.
- the motor 7A may be referred to as a first motor
- the motor 7B may be referred to as a second motor.
- the first and second electric motors 7A and 7B are for driving the first and second fans 903 and 904 of the outdoor unit 901 of the air conditioner 900 as shown in FIG.
- the first and second fans 903 and 904 are provided for the first and second heat exchangers 905 and 906, for example.
- the illustrated motor drive device 2 is for driving the motors 7A and 7B, and includes AC power input terminals 2a and 2b, a reactor 8, a rectifier circuit 10, a capacitor 20, an inverter 30, Second three-phase current detectors 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B, voltage detector 90, and control device 100 are included.
- the control device 100 may be configured with, for example, a microcomputer (microcomputer) having a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), or the like, or may be configured with dedicated hardware. Below, it demonstrates as what is comprised with the microcomputer.
- the AC power input terminals 2a and 2b are connected to an external AC power supply 4, and an AC voltage is applied to the AC power input terminals 2a and 2b from the AC power supply 4.
- the rectifier circuit 10 receives AC power from the AC power source 4 via the input terminals 2a and 2b and the reactor 8 and rectifies the AC power.
- the rectifier circuit 10 is a full-wave rectifier circuit formed by bridge-connecting rectifier elements 11 to 14 such as diodes.
- the capacitor 20 smoothes the DC voltage rectified by the rectifier circuit 10 and outputs a DC voltage V20.
- the inverter 30 includes an inverter main circuit 310 and a drive circuit 350, and an input terminal of the inverter main circuit 310 is connected to the electrode of the capacitor 20.
- a line connecting the output of the rectifier circuit 10, the electrode of the capacitor 20, and the input terminal of the inverter main circuit 310 is referred to as a DC bus.
- the inverter 30 is controlled by the control device 100 so that the switching elements 311 to 316 of the six arms of the inverter main circuit 310 are turned on and off to generate a three-phase alternating current with variable frequency and variable voltage. 7B. Rectifying elements 321 to 326 for reflux are connected in parallel to the switching elements 311 to 316.
- the electric motors 7A and 7B are driven in parallel by the inverter 30, and are connected in parallel to the inverter output terminals 331, 332, and 333.
- the three-phase current detector 80A detects currents Iu A , Iv A , and Iw A that flow through lines 341A, 342A, and 343A that connect the inverter output terminals 331, 332, and 333 and the motor 7A.
- the three-phase current detection unit 80B detects currents Iu B , Iv B , and Iw B flowing through lines 341B, 342B, and 343B that connect the inverter output terminals 331, 332, and 333 and the electric motor 7B.
- the currents Iu A , Iv A , Iw A , Iu B , Iv B , and Iw B detected by the three-phase current detection unit 80A and the three-phase current detection unit 80B are digitally converted by an A / D conversion unit (not shown) in the control device 100. It is converted into a signal and used for processing inside the control device 100.
- the voltage detector 90 detects the DC voltage input to the inverter 30, that is, the capacitor terminal voltage V20.
- the voltage V20 detected by the voltage detection unit 90 is converted into a digital signal by an A / D conversion unit (not shown) in the control device 100 and used for processing inside the control device 100.
- the control device 100 Based on the two sets of detected three-phase currents Iu A , Iv A , Iw A , Iu B , Iv B , Iw B and the input voltage V20 of the inverter 30 detected by the voltage detection unit 90, the control device 100 The magnitude and frequency of the output voltage of the inverter 30 are controlled. In order to control the inverter 30, the control device 100 generates PWM signals Sm1 to Sm6 and supplies them to the inverter 30.
- the inverter 30 includes the drive circuit 350 in addition to the inverter main circuit 310 as described above.
- the drive circuit 350 generates the drive signals Sr1 to Sr6 based on the PWM signals Sm1 to Sm6, and the drive signal Sr1.
- the switching elements 311 to 316 are controlled to be turned on / off by Sr6, so that a three-phase AC voltage having a variable frequency and a variable voltage is applied to the motor 7.
- the drive signals Sr1 to Sr6 are voltage levels necessary for controlling the switching elements 311 to 316, for example, It is a signal having a magnitude of + 15V to ⁇ 15V.
- the PWM signals Sm1 to Sm6 have the ground potential of the control device 100 as a reference potential, whereas the drive signals Sr1 to Sr6 have potentials at the negative terminals (emitter terminals) of the corresponding switching elements, respectively. Is a reference potential.
- the control device 100 performs a startup process at the time of starting the motor, in addition to controlling the motor at the normal rotation (at the time of rotation after the startup).
- this start-up process direct current excitation is performed to flow direct current through the stator windings of the motors 7A and 7B, and the operation of pulling the rotor of each motor to a designated position is performed.
- FIG. 4 shows the control device 100.
- FIG. 4 shows a portion of the control device 100 that performs control at startup.
- the control device 100 includes a command value generation unit 101, a pull-in position designation unit 102, first and second dq conversion units 103A and 103B, first and second absolute value calculation units 104A and 104B, a current selection unit 105, a current control unit 106, a dq inverse conversion unit 107, and a PWM signal generation unit 108.
- the command value generation unit 101 outputs the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * shown in FIG.
- the q-axis current command value Iq * is fixed to zero, and the d-axis current command value Id * is stepped from zero to a predetermined value Id0 at the time Ts of the start of pulling. To increase.
- the pull-in position designation unit 102 designates the pull-in position by outputting information indicating the target pull-in position ⁇ ref_ini.
- the first dq converter 103A draws the target three-phase currents Iu A , Iv A , and Iw A of the motor 7A that are detected by the current detector 80A and converted into digital signals by an A / D converter (not shown).
- the position ⁇ ref_ini is converted into a d-axis current Id A and a q-axis current Iq A on the dq-axis coordinates.
- the second dq converter 103B receives the three-phase currents Iu B , Iv B , and Iw B of the electric motor 7B that are detected by the current detector 80B and converted into digital signals by an A / D converter (not shown).
- the target drawing position is converted into a d-axis current Id B and a q-axis current Iq B on the dq-axis coordinates.
- the dq conversion formula used for general motor control may be used for the dq conversion in the first and second dq conversion units 103A and 103B.
- the first absolute value calculator 104A calculates the absolute value
- the second absolute value calculation unit 104B calculates the absolute value
- the current selection unit 105 includes the d-axis currents Id A and Id B , the q-axis currents Iq A and Iq B , the absolute values of the d-axis currents
- are input and the larger one of the d-axis currents Id A and Id B is selected and output, and the q-axis currents Iq A and Iq B have the larger absolute value. Select the method to output.
- the current selection unit 105 compares the absolute value
- the dq conversion, the calculation of the absolute value, the comparison between the absolute values, and the selection of the currents Id and Iq are performed for each control cycle, and the current control unit 106 described below has a current Ids, Iqs is input.
- the control cycle may be the same as or different from the sampling cycle of the current flowing through the motors 7A and 7B.
- step ST11 the absolute value
- Step ST12 then selects the current Id A in, and outputs as the selected current Ids.
- step ST13 the current Id B is selected and output as the selected current Ids. After step ST12 or ST13, the process proceeds to step ST14.
- step ST14 the absolute value
- step ST15 the current Iq A is selected and output as the selected current Iqs.
- step ST16 the current Iq B is selected and output as the selected current Iqs.
- the current control unit 106 may be anything that performs, for example, general PI (proportional integral) control.
- the dq inverse conversion unit 107 outputs a signal indicating the target pull-in position ⁇ ref_ini output from the pull-in position specifying unit 102, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * output from the current control unit 106 .
- the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * are converted into three-phase voltage command values V u * , V v * , and V W * .
- the PWM signal generation unit 108 uses the three-phase voltage command values V u * , V v * , and V W * output from the dq inverse conversion unit 107 and the input voltage V20 of the inverter 30 detected by the voltage detection unit 90.
- the PWM signals Sm1 to Sm6 that are used as inputs and output voltages that match the three-phase voltage command values V u * , V v * , and V W * are determined and output to the inverter 30.
- the above control is performed every control cycle. By repeating the above control for a sufficient period for pulling in, direct current excitation is performed to flow a direct current through the stator windings of the motor 7A and the motor 7B, and the magnetic pole position of each motor matches the target pulling position ⁇ ref_ini. Thus, the rotor of each electric motor can be retracted.
- control device 100 used in the present embodiment is that it includes absolute value calculation units 104A and 104B and a current selection unit 105 as shown in FIG.
- absolute value calculation units 104A and 104B and a current selection unit 105 as shown in FIG.
- control device 100a that does not include the absolute value calculation units 104A and 104B and the current selection unit 105 will be described with reference to FIG.
- the control device 100a shown in FIG. 7 is generally the same as the control device 100 shown in FIG. 4, except that the absolute value calculation units 104A and 104B and the current selection unit 105 of FIG. Instead of the second dq converters 103A and 103B, a single dq converter 103 is provided.
- the dq converter 103 converts the currents Iu A , Iv A , and Iw A detected by the current detector 80A into a d-axis current Id and a q-axis current Iq.
- the current control unit 106 converts the d-axis current Id and q-axis current Iq output from the dq conversion unit 103 into the d-axis current command value Id * and q-axis current command value Iq * supplied from the command value generation unit 101. Based on this, a d-axis voltage command value Vd * and a q-axis voltage command value Vq * are generated. Except for the above, the control device 100a of FIG. 7 is the same as the control device 100 of FIG.
- FIGS. 8A to 8H show examples of the behavior of the motor and the magnetic pole position, and the behaviors of the d-axis current and the q-axis current corresponding to the motor current described above are shown in FIGS. 9A to 9F. Show.
- FIGS. 5 examples of the behavior of the motor current (three-phase current) and the behavior of the motor magnetic pole position when the same control is performed using the control device 100a shown in FIG. 7 are shown in FIGS.
- the behaviors of the d-axis current and the q-axis current corresponding to the above motor current are shown in FIGS. 5, FIG. 8 (a) to (h), FIG. 9 (a) to (f), FIG. 10 (a) to (h), and FIG. 11 (a) to (f), Ta is DC excitation. This represents a period of time, and Tb represents a rotation period after DC excitation.
- FIG. 8A and FIG. 10A show the magnetic pole position [rad] of the electric motor 7A.
- FIG.8 (e) and FIG.10 (e) show the magnetic pole position [rad] of the electric motor 7B.
- FIGS. 8B to 8D and FIGS. 10B to 10D show the U phase, V phase, and W phase currents Iu A , Iv A , and Iw A of the electric motor 7A.
- 8 (f) to (h) and FIGS. 10 (f) to (h) show the currents Iu B , Iv B , and Iw B of the U phase, the V phase, and the W phase of the electric motor 7B.
- FIGS. 9A and 9D and FIGS. 11A and 11D show the same current command values as shown in FIG. That is, FIGS. 9A and 11A show the d-axis current command value Id * , and FIGS. 9D and 11D show the q-axis current command value Iq * .
- FIGS. 9B and 9E and FIGS. 11B and 11E show the d-axis current Id A and the q-axis current Iq A of the electric motor 7A.
- FIGS. 9C and 9F and FIGS. 11C and 11F show the d-axis current Id B and the q-axis current Iq B of the electric motor 7B.
- FIGS. 8A to 8H, FIGS. 9A to 9F, FIGS. 10A to 10H, and FIGS. 11A to 11F are used.
- the initial magnetic pole position of the motor 7A is ⁇ / 2 rad ( ⁇ 90 degrees) and the initial magnetic pole position of the motor 7B is + ⁇ / 2 rad (+90 degrees), and when the state is drawn to 0 rad ( ⁇ ref_ini is 0 rad) ).
- a constant DC voltage is applied from the inverter 30 during the DC excitation period Ta.
- a positive voltage (expressed by + Va) is output from the U phase, and the magnitude is 1 ⁇ 2 from the voltage output from the U phase from the V phase and the W phase.
- a negative voltage ( ⁇ Va / 2) is output.
- the peak Psa of the three-phase current of the motor 7B exceeds ⁇ 6A as shown in FIG. 10 (h) during the DC excitation period Ta (during motor position pull-in control).
- the peak of the q-axis current Iq B (Qsa in FIG. 11 (f)) has a large value.
- the three-phase current peaks Psb and Psc are about ⁇ 5 A.
- the corresponding peaks of the q-axis currents Iq A and Iq B (Qsb in FIG. 9 (e) and Qsc in FIG. 9 (f)) are also relatively small.
- the jump of current can be reduced by using the control device 100 of FIG.
- the jumping of the current is concentrated on the side of the electric motor 7B.
- the electric currents flowing through the electric motor can be approximately the same in the electric motor 7A and the electric motor 7B.
- Iu A and Iu B have the same current
- Iv A and Iw B have the same current
- Iw A and Iv B have the same current. Control can be made so that the current is comparable.
- the value of the direct current flowing through the synchronous motor 7A and the value of the direct current flowing through the synchronous motor 7B are reduced.
- U, V, and W are a U-phase winding and a V-phase winding, respectively.
- d A represents d-axis motor 7A (the position of the N pole of the permanent magnet (orientation)
- q A represents a q-axis motor 7A.
- the q-axis q A is in the position advanced by 90 degrees than the d-axis d A.
- position of the d axis d A is represented by the advance angle with respect to the reference position (the position of the U-phase winding).
- the position of the d axis d A at the start of the DC excitation (the initial position to the initial phase) it is assumed to be 90 degrees ([pi / 2 rad).
- the inverter 30 When the d-axis d A of the electric motor 7A is made to coincide with the position of the U-phase winding by DC excitation, that is, when the target pull-in position ⁇ ref_ini is 0 degree, the inverter 30 outputs the U-phase output voltage shown in FIG. Vu, V-phase output voltage Vv, and W-phase output voltage Vw are output.
- Vu is a positive value
- Vv and Vw are negative values
- Vv and Vw are 1/2 the size of Vu.
- the magnitude of the induced voltage Em A is proportional to the rotational speed of the rotor, and the magnitudes of the U-phase component Eu A , V-phase component Ev A , and W-phase component Ew A are the advance angles of the d-axis d A. It changes with the change of (motor phase).
- FIGS. 14A shows the rotational speed of the electric motor 7A
- FIG. 14B shows the phase of the electric motor 7A
- FIG. 14C shows the U-phase induced voltage Eu A and V-phase induced voltage Ev A of the electric motor 7A. shows a W-phase induced voltage Ew a
- FIG. 14A shows the rotational speed of the electric motor 7A
- FIG. 14B shows the phase of the electric motor 7A
- FIG. 14C shows the U-phase induced voltage Eu A and V-phase induced voltage Ev A of the electric motor 7A. shows a W-phase induced voltage Ew a
- FIG. 14 (d) shows the U-phase output voltage Vu of the inverter 30, V-phase output voltage Vv, and W-phase output voltage Vw
- Fig. 14 (e) is U-phase of the motor 7A A current Iu A , a V-phase current Iv A , and a W-phase current Iw A are shown.
- the U-phase, V-phase, and W-phase output voltages Vu, Vv, and Vw of the inverter 30 are the U-phase of the motor 7A
- the current of the motor 7A is adjusted by changing according to changes in the induced voltages Eu A , Ev A , Ew A of the V phase and the W phase.
- FIGS. 15 (a) to 15 (e) 15A shows the rotation speed of the electric motor 7A
- FIG. 15B shows the phase of the electric motor 7A
- FIG. 15C shows the U-phase induced voltage Eu A and V-phase induced voltage Ev A of the electric motor 7A.
- FIG. 15 (d) shows the U-phase output voltage Vu of the inverter 30, V-phase output voltage Vv, and W-phase output voltage Vw
- Fig. 15 (e) is U-phase of the motor 7A A current Iu A , a V-phase current Iv A , and a W-phase current Iw A are shown.
- d A represents the d-axis motor 7A
- q A represents a q-axis motor 7A
- d B represents the d-axis motor 7B
- q B indicates the q-axis motor 7B.
- the initial phase of the motor 7A (d-axis d position of A) is 90 degrees ([pi / 2 rad)
- the initial phase of the motor 7B (the position of the d-axis d B) is -90 ° ( ⁇ / 2 rad).
- the magnitude and direction of the induced voltage of each phase differ between the first motor 7A and the second motor 7B.
- the directions of Eu A and Eu B are the same, the directions of Ev A and Ev B are reversed, and the directions of Ew A and Ew B are reversed.
- Eu A and Eu B have the same size
- Ev A and Ew B have the same size
- Ew A and Ev B have the same size.
- the U phase, V phase, and W phase of the inverter 30 are set so that the electric current of the electric motor 7A is not reduced by the induced voltages Eu A , Ev A , and Ew A.
- the magnitudes of the output voltages Vu, Vv, and Vw of FIG. 12 are values (vector sums) obtained by adding induced voltages Eu A , Ev A , and Ew A to the voltages (applied voltages at rest) V0u, V0v, and V0w shown in FIG. ).
- the output voltages Vu, Vv and Vw shown in FIG. 18 are also applied to the second electric motor 7B.
- the U-phase output voltage Vu is substantially good (same as V0u + Eu B).
- a value is, V-phase output voltage Vv becomes excessive in the negative side (becomes a value larger than V0v + Ev B), W-phase output voltage Vw becomes too small on the negative side (a value smaller than V0w + Ew B). Therefore, V-phase current Iv B tends to increase on the negative side, and W-phase current Iw B increases on the positive side.
- current control is performed on the larger absolute value of the d-axis current and the larger absolute value of the q-axis current.
- the V-phase current Iv B of the second motor 7B increases in the negative direction and the W-phase current Iw B increases in the positive direction.
- the absolute value of the q-axis current is larger in the second electric motor 7B than in the first electric motor 7A.
- current control is performed on the second motor 7B as shown in FIG. It will be.
- the output voltages Vu, Vv, Vw of the inverter 30 are shown in FIG. 12 in order to cancel the induced voltages Eu B , Ev B , Ew B of each phase of the second electric motor 7B shown in FIG. the voltage (voltage at rest) V0u, V0v, V0w and the induced voltage Eu B of the second electric motor 7B, Ev B, is adjusted to a value equal to the sum of the Ew B.
- the output voltage applied to the first electric motor 7A becomes too large or too small.
- the U-phase output voltage Vu applied to the first electric motor 7A is a generally good value (the same value as V0u + Eu A ), but the V-phase output voltage Vv is too small on the negative side (more than V0v + Ev A).
- the W-phase output voltage Vw becomes an excessive value on the negative side (a value larger than V0w + Ew A ). Therefore, the V-phase current Iv A tends to increase on the positive side, and the W-phase current Iw A increases on the negative side.
- the absolute value of the d-axis current and the absolute value of the q-axis current are both greater in the first motor 7A than in the second motor 7B.
- current control is performed on the first electric motor 7A.
- the output voltages Vu, Vv, Vw of the inverter 30 are shown in FIG. 12 in order to cancel the induced voltages Eu A , Ev A , Ew A of each phase of the first electric motor 7A shown in FIG. the voltage (voltage at rest) V0u, V0v, V0w and the induced voltage Eu a of the first electric motor 7A, Ev a, is adjusted to a value equal to the sum of the Ew a.
- the V-phase current Iv A of the first motor and the W-phase current Iw B of the second motor have the same behavior, and the W-phase current Iw A of the first motor and the second motor V-phase current Iv B behaves similarly. That is, the difference between the V phase current Iv A of the first electric motor 7A and the W phase current Iw B of the second electric motor 7B is reduced, and the W phase current Iw A of the first electric motor 7A and the V phase of the second electric motor 7B are reduced. The difference in current Iv B is reduced.
- the q-axis current command value Iq * is fixed to zero, and the d-axis current command value Id * increases stepwise.
- the d-axis current command value Id * may be fixed to zero, and the q-axis current command value Iq * may increase stepwise.
- fixed value to zero as one of the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * is used as the other d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *, step A value that increases in a shape may be used.
- N motors N is an integer of 2 or more
- N d-axis currents are obtained by dq-converting the three-phase current for each of the N motors.
- N q-axis currents are generated, the absolute value of N d-axis currents and the absolute value of N q-axis currents are obtained, and the largest absolute value of N d-axis currents is selected.
- control is performed so that the selected d-axis current coincides with the d-axis current command value, and the one having the largest absolute value among the N q-axis currents is selected to obtain the q-axis current command value. Control may be performed so that they match.
- step ST21 the absolute values
- step ST23 the absolute values
- the peak value of the motor current that is generated when the magnetic pole position is drawn to a specified position is reduced.
- the possibility of destruction of the switching elements of the inverter due to overcurrent, demagnetization of the motor, and the like can be reduced.
- FIG. 25 shows a control device used in the second embodiment.
- the control device 100b of FIG. 25 is generally the same as the control device 100a of FIG. However, a command value generation unit 101b is provided instead of the command value generation unit 101a.
- the command value generation unit 101b outputs the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * shown in FIG.
- the q-axis current command value Iq * is fixed to zero, and the d-axis current command value Id * starts increasing from zero at the start of pull-in Ts, and is a predetermined value Id1. For example, it increases linearly until it reaches
- the initial magnetic pole position of the motor 7A is -90 degrees
- the initial magnetic pole position of the motor 7B is +90 degrees
- the behavior of the motor current and the behavior of the motor magnetic pole position when drawn to 0 degrees from that state Examples are shown in FIGS. 27 (a) to (h), and behaviors of the d-axis current and the q-axis current corresponding to the motor current are shown in FIGS. 28 (a) to (f).
- Ta represents a period for performing DC excitation
- Tb represents a rotation period after DC excitation.
- FIGS. 28A and 28D show the same d-axis current command value Id * and q-axis current command value Iq * as shown in FIG.
- the vibration reduction effect of the motor magnetic pole position is small compared to the first embodiment (FIGS. 8A and 8E).
- the peak values of the motor current jump are about + 1A and ⁇ 2A (Psd in FIG. 27 (h) Pse)
- the corresponding peak of the d-axis current Id B Qsd in FIG. 28C
- the peak of the q-axis current Iq B Qse in FIG. 28F
- the peak value of the motor current can be further reduced as compared with the first embodiment (FIGS. 8B to 8D and 8F to H). For this reason, this configuration is preferable when it is desired to further reduce the peak value of the motor current.
- the q-axis current command value Iq * is fixed to zero, and the d-axis current command value Id * gradually increases.
- the d-axis current command value Id * may be fixed to zero, and the q-axis current command value Iq * may gradually increase.
- fixed value to zero as one of the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * is used as the other d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *, gradual
- a linearly increasing value may be used.
- Embodiment 3 control is performed so that the d-axis current and the q-axis current corresponding to the predetermined three-phase current of the electric motors 7A and 7B coincide with the corresponding command values.
- the third embodiment as in the first embodiment, of the d-axis currents corresponding to the three-phase currents of the motors 7A and 7B, the larger absolute value matches the d-axis current command value.
- the control is performed so that the larger one of the q-axis currents corresponding to the three-phase currents of the motors 7A and 7B matches the q-axis current command value.
- the third embodiment is the same as the second embodiment in that at least one of the current command values gradually increases.
- FIG. 29 shows a control device 100c used in the third embodiment.
- the control device 100c of FIG. 29 is generally the same as the control device 100 of FIG. However, instead of the command value generation unit 101, a command value generation unit 101b is provided.
- the command value generation unit 101b is the same as the command value generation unit 101b used in the second embodiment, and the values shown in FIG. 26 as the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * . Output.
- the initial magnetic pole position of the motor 7A is -90 degrees
- the initial magnetic pole position of the motor 7B is +90 degrees
- the behavior of the motor current and the behavior of the motor magnetic pole position when drawn to 0 degrees from that state Examples are shown in FIGS. 30A to 30H
- behaviors of the d-axis current and the q-axis current corresponding to the motor current are shown in FIGS. 30A to 30F.
- 30A to 30H and 31A to 31F Ta represents a period for performing DC excitation
- Tb represents a rotation period after DC excitation.
- 31 (a) and 31 (d) show the same d-axis current command value Id * and q-axis current command value Iq * as shown in FIG.
- the peak value of the motor current jump is about ⁇ 1A (Psf in FIG. 30 (c) and FIG. 30 (h)).
- Psf in FIG. 30 (c) and FIG. 30 (h)
- the motor magnetic pole position can be stably pulled up to 0 degrees.
- the control configuration is slightly more complicated than in FIG. 4, the peak value of the motor current can be further reduced as compared with the first embodiment. Therefore, when the peak value of the motor current is desired to be smaller, this configuration is used. Is preferred.
- the d-axis current command value Id A configuration in which * is fixed to zero and the q-axis current command value Iq * gradually increases may be used.
- fixed value to zero as one of the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * is used as the other d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq *, gradual
- a linearly increasing value may be used.
- Embodiment 4 FIG.
- the larger of the absolute value is selected for each of the d-axis current and the q-axis current, and control is performed so that the selected current matches the command value. I do.
- the larger of the DC current value flowing through the motive 7A and the DC current value flowing through the motor 7B Can be made closer to the smaller DC current.
- control is performed by selecting the smaller absolute value until the current exceeds the command value. By selecting and controlling the smaller absolute value, the smaller DC current value of the DC current value flowing through the motor 7A and the DC current value flowing through the motor 7B is made closer to the larger DC current value. be able to.
- “exceeding” the command value for each of the d-axis current and the q-axis current means that the absolute value is larger with the same sign. That is, when the command value is positive, it means that the current is positive and its absolute value is larger than the absolute value of the command value. When the command value is negative, the current is negative and It means that the absolute value becomes larger than the absolute value of the command value.
- FIG. 32 shows a control device used in the fourth embodiment.
- Control device 100d shown in FIG. 32 is generally the same as control device 100 of the first embodiment.
- a current selection unit 105 d is provided instead of the current selection unit 105.
- the current selection unit 105d includes the d-axis currents Id A and Id B , the q-axis currents Iq A and Iq B , the absolute values of the d-axis currents
- the current selection unit 105d has a smaller one of the absolute values
- the current selection unit 105d also determines the smaller one of the absolute values
- the current selection in the current selection unit 105d is performed for each control cycle as in the first embodiment.
- N motors N is an integer of 2 or more
- N d-axis currents are obtained by dq-converting the three-phase current for each of the N motors.
- N q-axis currents are generated, and absolute values of N d-axis currents and N q-axis currents are obtained, and any of the N d-axis currents exceeds the d-axis current command value.
- the one having the smallest absolute value is selected, and control is performed so that the selected d-axis current matches the d-axis current command value.
- the one having the maximum absolute value among N d-axis currents is selected, and the selected d-axis current is matched with the d-axis current command value.
- the absolute value of the N q-axis currents is the smallest.
- the control is performed so that the selected q-axis current matches the q-axis current command value, and after any of the N q-axis currents exceeds the q-axis current command value, N Control may be performed by selecting the q-axis current having the maximum absolute value and matching the selected q-axis current with the q-axis current command value.
- steps ST21 to ST24 are the same as FIG.
- step ST31 has any of the d-axis currents Id (1), Id (2),... Id (N) of the N motors exceeded the d-axis current command value Id * (d is the first time after DC excitation starts). Whether or not it has become larger than the shaft current command value Id * is determined. If NO (if any of Id (1), Id (2),... Id (N) does not exceed the d-axis current command value Id * ), the process proceeds to step ST32. If YES, steps ST21 and ST22 are performed. Perform the process.
- step ST32 out of absolute values
- the minimum value MINId is specified.
- step ST34 has any of the q-axis currents Iq (1), Iq (2),... Iq (N) of the N motors exceeded the q-axis current command value Iq * (q Whether or not it has become larger than the shaft current command value Iq * is determined. If NO (if any of q-axis currents Iq (1), Iq (2),... Iq (N) does not exceed q-axis current command value Iq * ), the process proceeds to step ST35. Processing of ST23 and ST24 is performed.
- step ST35 the absolute values
- the minimum value MINIq is specified.
- the time until the d-axis current and the q-axis current reach the command value can be shortened.
- the d-axis current command value A configuration in which Id * is fixed to zero and the q-axis current command value Iq * increases stepwise may be used.
- fixed value to zero as one of the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * is used as the other d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * step A value that increases in a shape may be used.
- the difference between the value of the direct current flowing through the first synchronous motor and the value of the direct current flowing through the second synchronous motor is reduced during direct current excitation. It is configured.
- the control device Obtaining a d-axis current and a q-axis current corresponding to a three-phase current flowing in each of the first and second synchronous motors; Selecting the larger absolute value of the d-axis currents for the first and second synchronous motors; Selecting a larger absolute value of q-axis currents for the first and second synchronous motors; Obtaining a d-axis voltage command value for matching the selected d-axis current with the d-axis current command value; A q-axis voltage command value for matching the selected q-axis current with the q-axis current command value is obtained, The d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are converted into a three-phase voltage command value, The inverter is controlled so that the output voltage of the inverter matches the three-phase voltage command value.
- the controller is used for direct current excitation. Obtaining a d-axis current and a q-axis current corresponding to a three-phase current flowing in one of the first and second synchronous motors; A d-axis voltage command value for matching the d-axis current with the d-axis current command value is obtained, Obtain a q-axis voltage command value that matches the q-axis current with the q-axis current command value, The d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are converted into a three-phase voltage command value, Control the inverter so that the output voltage of the inverter matches the three-phase voltage command value, At least one of the d-axis current command value and the q-axis current command value gradually increases.
- the larger DC current value of the DC current value flowing through the first synchronous motor and the DC current value flowing through the second synchronous motor is closer to the smaller DC current value. Also good.
- the DC current value flowing through the first synchronous motor and the DC current value flowing through the second synchronous motor are configured such that the smaller DC current value approaches the larger DC current value. Also good.
- the current detection elements provided on the connection lines connecting the output terminals of the inverter 30 and the winding terminals of the first and second motors 7A and 7B, the phase currents flowing through the respective motors And d-axis current and q-axis current of each electric motor are calculated from the measured current. Instead, as shown in FIG.
- the current (inverter current) flowing through each arm is measured by a current detection element provided in the lower arm of the inverter 30, for example, shunt resistors 82u, 82v, 82w, and the motor 7A And 7B (for example, the electric motor 7A), the electric current detection unit 80A detects the electric current of the electric motor, and subtracts the electric current of the corresponding phase of the electric motor 7A from the electric current of the respective phases of the inverter 30. And the d-axis current and the q-axis current of each motor may be calculated from the calculated three-phase current for each of the motors 7A and 7B.
- a current detection element provided in the lower arm of the inverter 30, for example, shunt resistors 82u, 82v, 82w, and the motor 7A And 7B (for example, the electric motor 7A)
- the electric current detection unit 80A detects the electric current of the electric motor, and subtracts the electric current of the corresponding phase of the electric motor 7A from
- the current detection element provided in the bus for example, the current flowing through the bus with a shunt resistor 85 is measured, and the inverter current (current of each phase) is calculated based on the bus current.
- the inverter current current of each phase
- the current of the phase corresponding to the motor 7B may be calculated, and the d-axis current and the q-axis current of each motor may be calculated from the calculated three-phase current for each of the motors 7A and 7B.
- the calculation of the inverter current based on the bus current can be realized by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-229760, for example.
- each of the (N ⁇ 1) motors is provided with a current detection element
- the current of the one motor may be calculated by detecting the current of the motor and subtracting the current of the (N ⁇ 1) motors from the inverter current for the remaining one.
- 7A, 7B motor, 30 inverter 80A, 80B three-phase current detection unit, 82u, 82v, 82w shunt resistance, 85 shunt resistance, 90 voltage detection unit, 100 control device, 101 command value generation unit, 102 pull-in position designation unit, 103A, 103B dq conversion unit, 104A, 104B absolute value calculation unit, 105 current selection unit, 106 current control unit, 107 dq inverse conversion unit, 108 PWM signal generation unit.
Landscapes
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Abstract
第1及び第2の同期電動機(7A,7B)の起動前に直流励磁を行って、同期電動機(7A,7B)の回転子を指定された位置に引き込む。直流励磁に当たり、第1の同期電動機(7A)に流れる直流電流の値と第2の同期電動機(7B)に流れる直流電流の値の差が縮まる。例えば、電動機(7A,7B)に流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め(103A,103B)、d軸電流のうちの絶対値がより大きいものをd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、q軸電流のうちの絶対値がより大きいものをq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め(104A,104B,106)、求められたd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を用いてインバータを駆動する(107、108)。電動機の初期位置が異なっていても、電動機電流の跳ね上がりを抑制でき、インバータの故障、電動機の減磁等のリスクを低減できる。
Description
本発明は、電動機駆動装置、及びそれを備えた空気調和装置に関する。
空気調和装置の複数の電動機を駆動する電動機駆動装置として、特許文献1に示されたものがある。特許文献1に示された電動機駆動装置は、1台のインバータで複数の電動機を並列駆動するものであり、電動機としては、位置センサを用いない誘導電動機或いは位置センサを用いた永久磁石同期電動機が使用されている。
電動機としては、性能向上のために永久磁石同期電動機の利用が進んでおり、その駆動装置のコストを低減するためには、位置センサレスでの駆動を実現することが望ましい。
位置センサレスで永久磁石同期電動機を駆動する場合、起動時に適切なトルクが発生するよう、電動機の回転子を所望の位相に引き込む必要があり、インバータの各相の出力電圧を上記の所望の位相に対応する値に設定し、回転子が所望の位相に引き込まれるまで電動機の固定子巻線に直流電流を流す直流励磁を行うことが知られている。
位置センサレスで永久磁石同期電動機を駆動する場合、起動時に適切なトルクが発生するよう、電動機の回転子を所望の位相に引き込む必要があり、インバータの各相の出力電圧を上記の所望の位相に対応する値に設定し、回転子が所望の位相に引き込まれるまで電動機の固定子巻線に直流電流を流す直流励磁を行うことが知られている。
1台のインバータで複数の永久磁石同期電動機を位置センサレスで駆動する場合における課題として、複数の電動機の初期位置が互いに異なる状態で直流励磁を行った場合、電動機間の位置の差に起因して電動機電流に跳ね上がりが発生し、過電流によるインバータのスイッチング素子の破壊、電動機の減磁等を引き起こす可能性がある。
本発明は、複数の永久磁石同期電動機を駆動する駆動装置において、直流励磁を行う際の電動機電流の跳ね上がりを防止し、インバータのスイッチング素子の破壊、電動機の減磁等が起きないようにすることを目的とする。
本発明の第1の態様の電動機駆動装置は、
各々回転子を有する、第1の同期電動機及び第2の同期電動機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第1の同期電動機及び前記第2の同期電動機の起動前に直流励磁を行って、前記第1の同期電動機の回転子及び前記第2の同期電動機の回転子を指定された位置に引き込むものであり、
前記直流励磁の際に、前記第1の同期電動機に流れる直流電流の値と前記第2の同期電動機に流れる直流電流の値の差が縮まる
電動機駆動装置。
各々回転子を有する、第1の同期電動機及び第2の同期電動機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第1の同期電動機及び前記第2の同期電動機の起動前に直流励磁を行って、前記第1の同期電動機の回転子及び前記第2の同期電動機の回転子を指定された位置に引き込むものであり、
前記直流励磁の際に、前記第1の同期電動機に流れる直流電流の値と前記第2の同期電動機に流れる直流電流の値の差が縮まる
電動機駆動装置。
本発明の第2の態様の電動機駆動装置は、
各々回転子を有する、第1の同期電動機及び第2の同期電動機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第1の同期電動機及び前記第2の同期電動機の起動前に直流励磁を行って、前記第1の同期電動機の回転子及び前記第2の同期電動機の回転子を指定された位置に引き込むものであり、
前記直流励磁に当たり、前記制御装置は、
前記第1及び第2の同期電動機の一つに流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
前記d軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
前記q軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
前記インバータの出力電圧を前記三相電圧指令値に一致させるように前記インバータを制御し、
前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値のうちの少なくとも一方が、徐々に増加するものである。
各々回転子を有する、第1の同期電動機及び第2の同期電動機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第1の同期電動機及び前記第2の同期電動機の起動前に直流励磁を行って、前記第1の同期電動機の回転子及び前記第2の同期電動機の回転子を指定された位置に引き込むものであり、
前記直流励磁に当たり、前記制御装置は、
前記第1及び第2の同期電動機の一つに流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
前記d軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
前記q軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
前記インバータの出力電圧を前記三相電圧指令値に一致させるように前記インバータを制御し、
前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値のうちの少なくとも一方が、徐々に増加するものである。
本発明によれば、複数の電動機の初期位置が異なっていても、直流励磁を行う際の電動機電流の跳ね上がりを抑制でき、インバータのスイッチング素子の破壊、電動機の減磁等が発生する可能性を低減することができる。
本発明の電動機駆動装置は、複数の永久磁石同期電動機を駆動するためのものである。以下では駆動される永久磁石同期電動機の数が2である場合について説明する。以下では、永久磁石同期電動機を、単に「電動機」と言うことがある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の電動機駆動装置2を、2台の電動機7A、7Bとともに示す概略配線図である。以下では区別のため電動機7Aを第1の電動機と言い、電動機7Bを第2の電動機と言うことがある。
図1は、本発明の実施の形態1の電動機駆動装置2を、2台の電動機7A、7Bとともに示す概略配線図である。以下では区別のため電動機7Aを第1の電動機と言い、電動機7Bを第2の電動機と言うことがある。
第1及び第2の電動機7A、7Bは例えば図2に示すように、空気調和装置900の室外機901の第1及び第2のファン903、904を駆動するためのものである。第1及び第2のファン903、904は例えば、第1及び第2の熱交換器905、906に対して設けられたものである。
図示の電動機駆動装置2は、電動機7A及び7Bを駆動するためのものであり、交流電源入力端子2a、2bと、リアクトル8と、整流回路10と、コンデンサ20と、インバータ30と、第1及び第2の三相電流検出部80A、80Bと、電圧検出部90と、制御装置100とを有する。
制御装置100は例えばCPU(Central Processing Unit)を備えたマイコン(マイクロコンピュータ)、或いはDSP(Digital Signal Processor)等で構成されていても良く、専用のハードウェアで構成されていても良い。以下では、マイコンで構成されているものとして説明する。
交流電源入力端子2a、2bは、外部の交流電源4に接続され、交流電源入力端子2a、2bには交流電源4から交流電圧が印加される。
整流回路10は、交流電源4から入力端子2a、2b及びリアクトル8を介して交流電力を受けて整流する。整流回路10は、ダイオード等の整流素子11~14をブリッジ接続することで形成された全波整流回路である。
コンデンサ20は、整流回路10で整流された直流電圧を平滑化して、直流電圧V20を出力する。
インバータ30は、図3に示すように、インバータ主回路310と、駆動回路350とを有し、インバータ主回路310の入力端子がコンデンサ20の電極に接続されている。
整流回路10の出力、コンデンサ20の電極、インバータ主回路310の入力端子を結ぶ線を直流母線と言う。
整流回路10の出力、コンデンサ20の電極、インバータ主回路310の入力端子を結ぶ線を直流母線と言う。
インバータ30は、制御装置100に制御されて、インバータ主回路310の6つのアームのスイッチング素子311~316がオン、オフ動作し、周波数可変で電圧可変の三相交流電流を生成し、電動機7A及び7Bに供給する。スイッチング素子311~316には、還流用の整流素子321~326が並列接続されている。
電動機7A及び7Bは、インバータ30により並列駆動されるものであり、インバータ出力端子331、332、333に並列接続されている。
三相電流検出部80Aは、インバータ出力端子331、332、333と電動機7Aとを結ぶ線341A、342A、343Aに流れる電流IuA、IvA、IwAを検出する。
三相電流検出部80Bは、インバータ出力端子331、332、333と電動機7Bとを結ぶ線341B、342B、343Bに流れる電流IuB、IvB、IwBを検出する。
三相電流検出部80A及び三相電流検出部80Bで検出された電流IuA、IvA、IwA、IuB、IvB、IwBは、制御装置100で図示しないA/D変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置100の内部での処理に用いられる。
三相電流検出部80Bは、インバータ出力端子331、332、333と電動機7Bとを結ぶ線341B、342B、343Bに流れる電流IuB、IvB、IwBを検出する。
三相電流検出部80A及び三相電流検出部80Bで検出された電流IuA、IvA、IwA、IuB、IvB、IwBは、制御装置100で図示しないA/D変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置100の内部での処理に用いられる。
電圧検出部90は、インバータ30に入力される直流電圧、即ちコンデンサの端子間電圧V20を検出する。電圧検出部90で検出された電圧V20は、制御装置100で図示しないA/D変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置100の内部での処理に用いられる。
制御装置100は、検出された2組の三相電流IuA、IvA、IwA、IuB、IvB、IwB及び電圧検出部90で検出されたインバータ30の入力電圧V20に基づいて、インバータ30の出力電圧の大きさ及び周波数の制御を行う。インバータ30の制御のため、制御装置100は、PWM信号Sm1~Sm6を生成して、インバータ30に供給する。
インバータ30は、上記のようにインバータ主回路310のほかに、駆動回路350を備えており、該駆動回路350がPWM信号Sm1~Sm6に基づいて駆動信号Sr1~Sr6を生成して、駆動信号Sr1~Sr6によりスイッチング素子311~316のオン、オフを制御し、これにより、周波数可変で電圧可変の三相交流電圧が電動機7に印加されるようにする。
PWM信号Sm1~Sm6が論理回路の信号レベルの大きさ(0~5V)のものであるのに対し、駆動信号Sr1~Sr6は、スイッチング素子311~316を制御するのに必要な電圧レベル、例えば+15V~-15Vの大きさを持つ信号である。また、PWM信号Sm1~Sm6が、制御装置100の接地電位を基準電位とするものであるのに対し、駆動信号Sr1~Sr6は、それぞれ対応するスイッチング素子の負側の端子(エミッタ端子)の電位を基準電位とするものである。
制御装置100は、電動機の通常回転時(起動後の回転時)の制御を行うほか、電動機起動時に起動処理を行う。この起動処理おいて、電動機7A、7Bの固定子巻線に直流電流を流す直流励磁を行って、各電動機の回転子を指定された位置に引き込む動作を行う。
図4は制御装置100を示す。図4には、制御装置100のうち、起動時の制御を行う部分が示されている。図示のように、制御装置100は、指令値生成部101と、引き込み位置指定部102と、第1及び第2のdq変換部103A及び103Bと、第1及び第2の絶対値算出部104A及び104Bと、電流選択部105と、電流制御部106と、dq逆変換部107と、PWM信号生成部108とを備える。
指令値生成部101は、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*として図5に示されるものを出力する。図5に示される例では、q軸電流指令値Iq*はゼロに固定されており、d軸電流指令値Id*は、引き込み開始の時点Tsで、ゼロから予め定められた値Id0にステップ状に増加する。
引き込み位置指定部102は、目標の引き込み位置θref_iniを示す情報を出力することにより引き込み位置を指定する。
第1のdq変換部103Aは、電流検出部80Aで検出され、図示しないA/D変換部でデジタル信号に変換された、電動機7Aの三相電流IuA、IvA、IwAを目標の引き込み位置θref_iniのdq軸座標上におけるd軸電流IdA及びq軸電流IqAに変換する。
同様に、第2のdq変換部103Bは、電流検出部80Bで検出され、図示しないA/D変換部でデジタル信号に変換された、電動機7Bの三相電流IuB、IvB、IwBを目標の引き込み位置のdq軸座標上におけるd軸電流IdB及びq軸電流IqBに変換する。
尚、第1及び第2のdq変換部103A及び103Bにおけるdq変換には一般的な電動機制御に用いられるdq変換式を用いれば良い。
同様に、第2のdq変換部103Bは、電流検出部80Bで検出され、図示しないA/D変換部でデジタル信号に変換された、電動機7Bの三相電流IuB、IvB、IwBを目標の引き込み位置のdq軸座標上におけるd軸電流IdB及びq軸電流IqBに変換する。
尚、第1及び第2のdq変換部103A及び103Bにおけるdq変換には一般的な電動機制御に用いられるdq変換式を用いれば良い。
第1の絶対値算出部104Aは、電動機7Aのd軸電流の絶対値|IdA|及びq軸電流の絶対値|IqA|を算出する。
第2の絶対値算出部104Bは、電動機7Bのd軸電流の絶対値|IdB|及びq軸電流の絶対値|IqB|を算出する。
第2の絶対値算出部104Bは、電動機7Bのd軸電流の絶対値|IdB|及びq軸電流の絶対値|IqB|を算出する。
電流選択部105は、d軸電流IdA及びIdB、q軸電流IqA及びIqB、d軸電流の絶対値|IdA|及び|IdB|、並びにq軸電流の絶対値|IqA|及び|IqB|を入力として、d軸電流IdA及びIdBのうちの、絶対値の大きい方を選択して出力し、q軸電流IqA及びIqBのうちの、絶対値の大きい方を選択して出力する。
即ち、電流選択部105は、絶対値|IdA|と絶対値|IdB|とを比較して大きい方に対応するd軸電流を、選択されたd軸電流Idsとして出力し、絶対値|IqA|と絶対値|IqB|とを比較して大きい方に対応するq軸電流を、選択されたq軸電流Iqsとして出力する。
即ち、電流選択部105は、絶対値|IdA|と絶対値|IdB|とを比較して大きい方に対応するd軸電流を、選択されたd軸電流Idsとして出力し、絶対値|IqA|と絶対値|IqB|とを比較して大きい方に対応するq軸電流を、選択されたq軸電流Iqsとして出力する。
上記のような、dq変換、絶対値の算出、絶対値同士の比較、電流Id、Iqの選択は制御周期毎に行われ、以下に述べる電流制御部106には、制御周期毎に電流Ids、Iqsが入力される。制御周期は、電動機7A、7Bに流れる電流のサンプリング周期と同じでもよく、異なっていても良い。
電流選択部105における制御周期毎の処理は、例えば図6に示される手順に従って行われる。
ステップST11では、絶対値|IdA|と絶対値|IdB|とを比較し、絶対値|IdA|の方が大きければステップST12に進み、そうでなければステップST13に進む。
ステップST12では電流IdAを選択して、選択された電流Idsとして出力する。
ステップST13では電流IdBを選択して、選択された電流Idsとして出力する。
ステップST12又はST13の次にステップST14に進む。
ステップST11では、絶対値|IdA|と絶対値|IdB|とを比較し、絶対値|IdA|の方が大きければステップST12に進み、そうでなければステップST13に進む。
ステップST12では電流IdAを選択して、選択された電流Idsとして出力する。
ステップST13では電流IdBを選択して、選択された電流Idsとして出力する。
ステップST12又はST13の次にステップST14に進む。
ステップST14では、絶対値|IqA|と絶対値|IqB|とを比較し、絶対値|IqA|の方が大きければステップST15に進み、そうでなければステップST16に進む。
ステップST15では電流IqAを選択して、選択された電流Iqsとして出力する。
ステップST16では電流IqBを選択して、選択された電流Iqsとして出力する。
ステップST15又はST16が終わったら当該制御周期における処理を終了する。
ステップST15では電流IqAを選択して、選択された電流Iqsとして出力する。
ステップST16では電流IqBを選択して、選択された電流Iqsとして出力する。
ステップST15又はST16が終わったら当該制御周期における処理を終了する。
電流制御部106は、電流選択部105から出力されたd軸電流Ids(=IdA又はIdB)がd軸電流指令値Id*と一致するようにd軸電圧指令値Vd*を出力し、電流選択部105から出力されたq軸電流Iqs(=IqA又はIqB)がq軸電流指令値Iq*と一致するようにq軸電圧指令値Vq*を出力する。
尚、電流制御部106は例えば一般的なPI(比例積分)制御を行うものであれば良い。
尚、電流制御部106は例えば一般的なPI(比例積分)制御を行うものであれば良い。
dq逆変換部107は、引き込み位置指定部102から出力される目標の引き込み位置θref_iniを示す信号と、電流制御部106にて出力されたd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を示す信号とを入力とし、d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を三相電圧指令値Vu
*、Vv
*、VW
*に変換する。
PWM信号生成部108は、dq逆変換部107から出力された三相電圧指令値Vu
*、Vv
*、VW
*と、電圧検出部90で検出されたインバータ30の入力電圧V20とを入力とし、三相電圧指令値Vu
*、Vv
*、VW
*に一致する電圧を出力させるPWM信号Sm1~Sm6を決定し、インバータ30へ出力する。
以上の制御は制御周期毎に行われる。以上の制御を引き込みのために十分な期間繰り返すことで、電動機7A及び電動機7Bの固定子巻線に直流電流を流す直流励磁を行って、各電動機の磁極位置が目標の引き込み位置θref_iniに一致するように各電動機の回転子を引き込むことができる。
本実施の形態で用いられる制御装置100の特徴は、図4に示すように、絶対値算出部104A及び104Bと電流選択部105を備えている点である。以下、本実施の形態の効果について説明する。
比較のために、絶対値算出部104A及び104Bと電流選択部105とを備えていない制御装置100aを、図7を参照して説明する。
図7に示される制御装置100aは、図4に示される制御装置100と概して同じであるが、図4の絶対値算出部104A及び104Bと電流選択部105が設けられておらず、第1及び第2のdq変換部103A及び103Bの代わりに、単一のdq変換部103が設けられている。
図7に示される制御装置100aは、図4に示される制御装置100と概して同じであるが、図4の絶対値算出部104A及び104Bと電流選択部105が設けられておらず、第1及び第2のdq変換部103A及び103Bの代わりに、単一のdq変換部103が設けられている。
図7に示される制御装置100aが用いられる場合、電動機駆動装置には、図1に示される電流検出部80A及び80Bの一方のみが設けられていれば良い。以下では、電流検出部80Aのみが設けられているものとする。
dq変換部103には、電流検出部80Aで検出された電流IuA、IvA、IwAを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
dq変換部103には、電流検出部80Aで検出された電流IuA、IvA、IwAを、d軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。
電流制御部106は、dq変換部103から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqと、指令値生成部101から供給されるd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*に基づいてd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を生成する。
上記以外の点では、図7の制御装置100aは、図4の制御装置100と同じである。
上記以外の点では、図7の制御装置100aは、図4の制御装置100と同じである。
図4に示される制御装置100を用いて、図5に示すように予め定められた値Id0にステップ状に増加するd軸電流指令値Id*を与えた場合の、電動機電流(三相電流)の挙動及び電動機磁極位置の挙動の例を図8(a)~(h)に示し、上記の電動機電流に対応するd軸電流及びq軸電流の挙動を図9(a)~(f)に示す。
また、図7に示される制御装置100aを用いて同様の制御を行った場合の電動機電流(三相電流)の挙動及び電動機磁極位置の挙動の例を図10(a)~(h)に示し、上記の電動機電流に対応するd軸電流及びq軸電流の挙動を図11(a)~(f)に示す。
図5、図8(a)~(h)、図9(a)~(f)、図10(a)~(h)、及び図11(a)~(f)で、Taは直流励磁を行う期間を表し、Tbは直流励磁後の回転期間を表す。
図5、図8(a)~(h)、図9(a)~(f)、図10(a)~(h)、及び図11(a)~(f)で、Taは直流励磁を行う期間を表し、Tbは直流励磁後の回転期間を表す。
図8(a)及び図10(a)は、電動機7Aの磁極位置[rad]を示す。
図8(e)及び図10(e)は、電動機7Bの磁極位置[rad]を示す。
図8(b)~(d)、及び図10(b)~(d)は、電動機7AのU相、V相、W相の電流IuA、IvA、IwAを示す。
図8(f)~(h)、及び図10(f)~(h)は、電動機7BのU相、V相、W相の電流IuB、IvB、IwBを示す。
図8(e)及び図10(e)は、電動機7Bの磁極位置[rad]を示す。
図8(b)~(d)、及び図10(b)~(d)は、電動機7AのU相、V相、W相の電流IuA、IvA、IwAを示す。
図8(f)~(h)、及び図10(f)~(h)は、電動機7BのU相、V相、W相の電流IuB、IvB、IwBを示す。
図9(a)及び(d)並びに図11(a)及び(d)は、図5に示されるのと同じ電流指令値を示す。即ち、図9(a)及び図11(a)は、d軸電流指令値Id*を示し、図9(d)及び図11(d)は、q軸電流指令値Iq*を示す。
図9(b)及び(e)、並びに図11(b)及び(e)は、電動機7Aのd軸電流IdA及びq軸電流IqAを示す。
図9(c)及び(f)、並びに図11(c)及び(f)は、電動機7Bのd軸電流IdB及びq軸電流IqBを示す。
図9(b)及び(e)、並びに図11(b)及び(e)は、電動機7Aのd軸電流IdA及びq軸電流IqAを示す。
図9(c)及び(f)、並びに図11(c)及び(f)は、電動機7Bのd軸電流IdB及びq軸電流IqBを示す。
実施の形態の効果を分かりやすくするため、図8(a)~(h)、図9(a)~(f)、図10(a)~(h)及び図11(a)~(f)は電動機7Aの初期磁極位置が-π/2rad(-90度)、電動機7Bの初期磁極位置が+π/2rad(+90度)であり、その状態から0radに引き込んだ場合(θref_iniが0radである場合)についての挙動を示す。
直流励磁の期間Ta、インバータ30からは一定の直流電圧が印加される。0radに引き込む場合には、U相からは正の電圧(+Vaで表される)が出力され、V相、W相からは、U相から出力される電圧に対し、大きさが1/2の負の電圧(-Va/2)が出力される。
図7の制御装置100aの場合には、直流励磁の期間Ta(電動機位置引き込み制御中)に、図10(h)に示されるように、電動機7Bの三相電流のピークPsaが-6Aを超えており、これに対応してq軸電流IqBのピーク(図11(f)のQsa)が大きな値となっている。
一方、図4の制御装置100の場合には、図8(b)~(d)及び図9(f)~(h)に示されるように、三相電流のピークPsb、Pscは-5A程度であり、対応するq軸電流IqA、IqBのピーク(図9(e)のQsb及び図9(f)のQsc)も比較的小さい。
このように、図4の制御装置100を用いることで、電流の跳ね上がりを低減することができることが分かる。
一方、図4の制御装置100の場合には、図8(b)~(d)及び図9(f)~(h)に示されるように、三相電流のピークPsb、Pscは-5A程度であり、対応するq軸電流IqA、IqBのピーク(図9(e)のQsb及び図9(f)のQsc)も比較的小さい。
このように、図4の制御装置100を用いることで、電流の跳ね上がりを低減することができることが分かる。
また、図7の制御装置100aの場合には、図10(a)及び(e)に示されるように、電動機の磁極位置が振動しており引き込みが不十分であるのに対し、図4の制御装置100の場合には、図8(a)及び(e)に示されるように、短時間で0radに近い値になっており、図4の制御装置100を用いることで、磁極位置の引き込み性能も向上することが分かる。
さらに、図7の制御装置100aの場合には、図10(b)~(d)、(f)~(h)並びに図11(b)、(c)、(e)、(f)から分かるように、電動機7Bの側に電流の跳ね上がりが集中しているが、図4の制御装置100の場合には、電動機に流れる電流を電動機7Aと電動機7Bとで同程度とできる。例えば、図8(b)~(d)、(f)~(h)においては、IuAとIuBが同程度の電流、IvAとIwBが同程度の電流、IwAとIvBが同程度の電流となるように制御が可能である。即ち、本実施の形態の制御を行うことで、同期電動機7Aに流れる直流電流の値と同期電動機7Bに流れる直流電流の値とが縮まる。これにより、電動機の過熱、減磁等のリスクを電動機7Aと電動機7Bとで同等にできる効果もある。
以下、電動機7Aに流れる電流と電動機7Bに流れる電流を同程度にすることができる理由を、図12~図23を参照して説明する。
図12、図13、図16、図17(a)及び(b)、図18、図19、図22、並びに図23で、U、V、Wは、それぞれU相巻線、V相巻線、W相巻線の位置(方向)、すなわちU軸、V軸、W軸を示す。
図12、図13、図16、図17(a)及び(b)、図18、図19、図22、並びに図23で、U、V、Wは、それぞれU相巻線、V相巻線、W相巻線の位置(方向)、すなわちU軸、V軸、W軸を示す。
最初に第1の電動機7Aに対してのみ直流励磁を行う場合について図12~図15を参照して説明する。
図12で、dAは電動機7Aのd軸(永久磁石のN極の位置(向き))を示し、qAは電動機7Aのq軸を示す。q軸qAはd軸dAよりも90度進んだ位置にある。
d軸dAの位置はその基準位置(U相巻線の位置)に対する進み角で表される。
図12に示される例では、直流励磁の開始時のd軸dAの位置(初期位置乃至初期位相)が90度(π/2rad)であるものとしている。
図12で、dAは電動機7Aのd軸(永久磁石のN極の位置(向き))を示し、qAは電動機7Aのq軸を示す。q軸qAはd軸dAよりも90度進んだ位置にある。
d軸dAの位置はその基準位置(U相巻線の位置)に対する進み角で表される。
図12に示される例では、直流励磁の開始時のd軸dAの位置(初期位置乃至初期位相)が90度(π/2rad)であるものとしている。
直流励磁により、電動機7Aのd軸dAをU相巻線の位置に一致させる場合、即ち、目標の引き込み位置θref_iniが0度である場合、インバータ30からは図12に示されるU相出力電圧Vu、V相出力電圧Vv、W相出力電圧Vwが出力される。Vuは正の値、Vv及びVwは負の値であり、Vv及びVwは大きさがVuの1/2である。電圧Vu、Vv、VwによるU相電流IuA、V相電流IvA、W相電流IwAの合成電流(ベクトル)Itの方向はU相巻線の方向に一致する。
この電流による磁界により、電動機7Aのd軸dAが、矢印RAで示すようにU相巻線の方向に引き寄せられ、回転子が回転する。
この電流による磁界により、電動機7Aのd軸dAが、矢印RAで示すようにU相巻線の方向に引き寄せられ、回転子が回転する。
簡略化のためインダクタンス成分による影響を無視すると、電動機7Aの回転に伴いq軸qA上に発生する誘起電圧EmA及びそのU相成分EuA、V相成分EvA、W相成分EwAは図13に示すようになる。
なお、誘起電圧EmAの大きさは、回転子の回転速度に比例し、U相成分EuA、V相成分EvA、W相成分EwAの各々の大きさはd軸dAの進み角(電動機位相)の変化に伴って変化する。
電流制御部106による電流制御を行わない場合、電動機7Aの各相巻線に流れる電流はインバータ30の各相の出力電圧と電動機7Aの各相の誘起電圧の差に依存する。電動機7Aが、図12に示される状態から目標の引き込み位置に引き込まれる際の動作の一例が図14(a)~(e)に示されている。図14(a)は、電動機7Aの回転速度を示し、図14(b)は電動機7Aの位相を示し、図14(c)は電動機7AのU相誘起電圧EuA、V相誘起電圧EvA、W相誘起電圧EwAを示し、図14(d)はインバータ30のU相出力電圧Vu、V相出力電圧Vv、W相出力電圧Vwを示し、図14(e)は電動機7AのU相電流IuA、V相電流IvA、W相電流IwAを示す。
電流制御部106により、電動機7Aの電流が指令値と一致するように電流制御を行う場合、インバータ30のU相、V相、W相の出力電圧Vu、Vv、Vwが電動機7AのU相、V相、W相の誘起電圧EuA、EvA、EwAの変化に応じて変化することで、電動機7Aの電流を調整する。その場合の動作の一例が図15(a)~(e)に示されている。図15(a)は、電動機7Aの回転速度を示し、図15(b)は電動機7Aの位相を示し、図15(c)は電動機7AのU相誘起電圧EuA、V相誘起電圧EvA、W相誘起電圧EwAを示し、図15(d)はインバータ30のU相出力電圧Vu、V相出力電圧Vv、W相出力電圧Vwを示し、図15(e)は電動機7AのU相電流IuA、V相電流IvA、W相電流IwAを示す。
次に1台のインバータ30で2台の電動機7A、7Bに対して直流励磁を行う場合について図16~図23を参照して説明する。
図16で、dAは電動機7Aのd軸を示し、qAは電動機7Aのq軸を示す。dBは電動機7Bのd軸を示し、qBは電動機7Bのq軸を示す。
図16に示される例では、電動機7Aの初期位相(d軸dAの位置)が90度(π/2rad)であり、電動機7Bの初期位相(d軸dBの位置)が-90度(-π/2rad)であるものとしている。
図16で、dAは電動機7Aのd軸を示し、qAは電動機7Aのq軸を示す。dBは電動機7Bのd軸を示し、qBは電動機7Bのq軸を示す。
図16に示される例では、電動機7Aの初期位相(d軸dAの位置)が90度(π/2rad)であり、電動機7Bの初期位相(d軸dBの位置)が-90度(-π/2rad)であるものとしている。
図12と同様に、インバータ30から3相の出力電圧を与えてU相方向の電流ベクトルItを発生させた場合、第1の電動機7Aのd軸dAと第2の電動機7Bのd軸dB軸がそれぞれ矢印RA、RBで示すように、0度方向へ引き寄せられる。
初期位相の違いにより、第1の電動機7Aと第2の電動機7Bとでは各相の誘起電圧の大きさと向きが異なる。
例えば図17(a)及び(b)に示すように、第1の電動機7Aのd軸dAの進み角ΔθAと第2の電動機7Bのd軸dBの進み角ΔθBとの間に
ΔθA=-ΔθB
の関係がある場合(進み角の絶対値が同じで符号が逆である場合)、
EuAとEuBの向きが同じとなり、EvAとEvBの向きが逆となり、EwAとEwBの向きが逆となる。またEuAとEuBの大きさが同じとなり、EvAとEwBの大きさが同じとなり、EwAとEvBの大きさが同じとなる。
例えば図17(a)及び(b)に示すように、第1の電動機7Aのd軸dAの進み角ΔθAと第2の電動機7Bのd軸dBの進み角ΔθBとの間に
ΔθA=-ΔθB
の関係がある場合(進み角の絶対値が同じで符号が逆である場合)、
EuAとEuBの向きが同じとなり、EvAとEvBの向きが逆となり、EwAとEwBの向きが逆となる。またEuAとEuBの大きさが同じとなり、EvAとEwBの大きさが同じとなり、EwAとEvBの大きさが同じとなる。
第1の電動機7Aに対してのみ電流制御を行う場合、誘起電圧EuA、EvA、EwAによって電動機7Aの電流が小さくならないようにするために、インバータ30のU相、V相、W相の出力電圧Vu、Vv、Vwの大きさは、図12に示される電圧(静止時の印加電圧)V0u、V0v、V0wに、誘起電圧EuA、EvA、EwAを加算した値(ベクトル和)と同程度とされる。
1台のインバータ30で2台の電動機7A、7Bを駆動する場合、図18に示される出力電圧Vu、Vv、Vwが、第2の電動機7Bにも印加される。
その結果、図19に示されるように、第2の電動機7Bに印加されるインバータ30の出力電圧Vu、Vv、Vwのうち、U相出力電圧Vuは概ね良好な値となる(V0u+EuBと同じ値となる)が、V相出力電圧Vvは負側に過大となり(V0v+EvBよりも大きい値となり)、W相出力電圧Vwは負側に過小となる(V0w+EwBよりも小さい値となる)。
そのため、V相電流IvBは負側に増加する傾向となり、W相電流IwBは正側へ増加する。
その結果、図19に示されるように、第2の電動機7Bに印加されるインバータ30の出力電圧Vu、Vv、Vwのうち、U相出力電圧Vuは概ね良好な値となる(V0u+EuBと同じ値となる)が、V相出力電圧Vvは負側に過大となり(V0v+EvBよりも大きい値となり)、W相出力電圧Vwは負側に過小となる(V0w+EwBよりも小さい値となる)。
そのため、V相電流IvBは負側に増加する傾向となり、W相電流IwBは正側へ増加する。
動作の一例を図20(a)~(e)及び図21(a)~(e)に示す。図18及び図19は図20(a)~(e)及び図21(a)~(e)の時点tPの近傍の状態を示す。
実施の形態1では、上記のように、d軸電流の絶対値の大きい方及びq軸電流の絶対値の大きい方に対して電流制御を行う。
第1の電動機7Aに対して電流制御を行うと、第2の電動機7BのV相電流IvBが負方向に増加しW相電流IwBが正方向に増加するため、d軸電流の絶対値及びq軸電流の絶対値はともに第1の電動機7Aよりも第2の電動機7Bの方が大きくなる。上記のように、第2の電動機7Bの方がd軸電流の絶対値及びq軸電流の絶対値が大きければ、図22に示されるように、第2の電動機7Bに対して電流制御を行うことになる。
第1の電動機7Aに対して電流制御を行うと、第2の電動機7BのV相電流IvBが負方向に増加しW相電流IwBが正方向に増加するため、d軸電流の絶対値及びq軸電流の絶対値はともに第1の電動機7Aよりも第2の電動機7Bの方が大きくなる。上記のように、第2の電動機7Bの方がd軸電流の絶対値及びq軸電流の絶対値が大きければ、図22に示されるように、第2の電動機7Bに対して電流制御を行うことになる。
この場合、図17(b)に示される第2の電動機7Bの各相の誘起電圧EuB、EvB、EwBを打ち消すため、インバータ30の出力電圧Vu、Vv、Vwが、図12に示される電圧(静止時の電圧)V0u、V0v、V0wと第2の電動機7Bの誘起電圧EuB、EvB、EwBとの和に等しい値に調整される。
第2の電動機7Bに対して電流制御を行うと、図23に示されるように、第1の電動機7Aに印加される出力電圧が過大あるいは過小となる。
例えば、第1の電動機7Aに印加されるU相出力電圧Vuは概ね良好な値となる(V0u+EuAと同じ値となる)が、V相出力電圧Vvは負側に過小となり(V0v+EvAよりも小さい値となり)、W相出力電圧Vwは負側に過大な値となる(V0w+EwAよりも大きい値となる)。
そのため、V相電流IvAは正側に増加する傾向となり、W相電流IwAは負側へ増加する。
例えば、第1の電動機7Aに印加されるU相出力電圧Vuは概ね良好な値となる(V0u+EuAと同じ値となる)が、V相出力電圧Vvは負側に過小となり(V0v+EvAよりも小さい値となり)、W相出力電圧Vwは負側に過大な値となる(V0w+EwAよりも大きい値となる)。
そのため、V相電流IvAは正側に増加する傾向となり、W相電流IwAは負側へ増加する。
その結果、d軸電流の絶対値及びq軸電流の絶対値はともに第2の電動機7Bよりも第1の電動機7Aの方が大きくなる。その結果、第1の電動機7Aに対して電流制御を行うことになる。
この場合、図17(a)に示される第1の電動機7Aの各相の誘起電圧EuA、EvA、EwAを打ち消すため、インバータ30の出力電圧Vu、Vv、Vwを、図12に示される電圧(静止時の電圧)V0u、V0v、V0wと第1の電動機7Aの誘起電圧EuA、EvA、EwAとの和に等しい値に調整される。
この場合、図17(a)に示される第1の電動機7Aの各相の誘起電圧EuA、EvA、EwAを打ち消すため、インバータ30の出力電圧Vu、Vv、Vwを、図12に示される電圧(静止時の電圧)V0u、V0v、V0wと第1の電動機7Aの誘起電圧EuA、EvA、EwAとの和に等しい値に調整される。
以上の制御を行う結果、第1の電動機のV相電流IvAと第2の電動機のW相電流IwBが同様の挙動となり、第1の電動機のW相電流IwAと第2の電動機のV相電流IvBが同様の挙動となる。即ち、第1の電動機7AのV相電流IvAと第2の電動機7BのW相電流IwBの差が縮まり、第1の電動機7AのW相電流IwAと第2の電動機7BのV相電流IvBの差が縮まる。
以上、初期位相がΔθA=-ΔθBであり、引き込む位相θref_iniがU相巻線の位置である場合について説明したが、初期位相、引き込む位相(目標位相)に応じて、電流の増減関係は異なる。いずれにしても、一方の電動機に対してのみ電流制御を行う場合に比べて、電流ピークを低減する効果は同様に得ることができる。
上記のように、図5に示される例では、q軸電流指令値Iq*がゼロに固定されており、d軸電流指令値Id*がステップ状に増加する。代わりに、d軸電流指令値Id*がゼロに固定されており、q軸電流指令値Iq*がステップ状に増加する構成であっても良い。要するに、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の一方としてゼロに固定された値が用いられ、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の他方として、ステップ状に増加する値が用いられれば良い。
以上、電動機が2台である場合について説明したが、並列駆動される電動機の数は3以上であっても良い。一般化して言えば、N台(Nは2以上の整数)の電動機を並列駆動する場合には、N台の電動機の各々についての三相電流をdq変換することで、N個のd軸電流及びN個のq軸電流を生成し、N個のd軸電流の絶対値及びN個のq軸電流の絶対値を求め、N個のd軸電流のうちの絶対値が最大のものを選択して、選択されたd軸電流をd軸電流指令値に一致させるように制御を行い、N個のq軸電流のうちの絶対値が最大のものを選択して、q軸電流指令値に一致させるように制御を行えば良い。
以下に実施の形態1において、N個のd軸電流及びN個のq軸電流からの選択の処理の手順を、図24を参照して説明する。
ステップST21では、N台の電動機のd軸電流Id(1)、Id(2)、…Id(N)のそれぞれの絶対値|Id(1)|、|Id(2)|、…|Id(N)|のうちの最大値MAXIdを特定する。
ステップST22では、ステップST21で特定された最大値MAXIdに対応するd軸電流Id(n)(=MAXId)を選択し、選択されたd軸電流Idsとして出力する。
ステップST21では、N台の電動機のd軸電流Id(1)、Id(2)、…Id(N)のそれぞれの絶対値|Id(1)|、|Id(2)|、…|Id(N)|のうちの最大値MAXIdを特定する。
ステップST22では、ステップST21で特定された最大値MAXIdに対応するd軸電流Id(n)(=MAXId)を選択し、選択されたd軸電流Idsとして出力する。
ステップST23では、N台の電動機のq軸電流Iq(1)、Iq(2)、…Iq(N)のそれぞれの絶対値|Iq(1)|、|Iq(2)|、…|Iq(N)|のうちの最大値MAXIqを特定する。
ステップST24では、ステップST23で特定された最大値MAXIqに対応するq軸電流Iq(n)(=MAXIq)を選択し、選択されたq軸電流Iqsとして出力する。
ステップST24が終わったら、当該制御周期における処理を終了する。
ステップST24では、ステップST23で特定された最大値MAXIqに対応するq軸電流Iq(n)(=MAXIq)を選択し、選択されたq軸電流Iqsとして出力する。
ステップST24が終わったら、当該制御周期における処理を終了する。
以上のように、本実施の形態によれば、1台のインバータで複数の永久磁石同期電動機を駆動する装置において、磁極位置を指定された位置に引き込む際に生じる電動機電流のピーク値を低減し、過電流によるインバータのスイッチング素子の破壊、電動機の減磁等が発生する可能性を低減することができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*との少なくとも一方がステップ状に増加する。これに対して実施の形態2では、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*との少なくとも一方が徐々に増加する。
実施の形態2で用いられる制御装置を図25に示す。
図25の制御装置100bは、図7の制御装置100aと概して同じである。但し、指令値生成部101aの代わりに、指令値生成部101bが設けられている。
実施の形態1では、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*との少なくとも一方がステップ状に増加する。これに対して実施の形態2では、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*との少なくとも一方が徐々に増加する。
実施の形態2で用いられる制御装置を図25に示す。
図25の制御装置100bは、図7の制御装置100aと概して同じである。但し、指令値生成部101aの代わりに、指令値生成部101bが設けられている。
指令値生成部101bは、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*として図26に示されるものを出力する。図26に示される例では、q軸電流指令値Iq*はゼロに固定されており、d軸電流指令値Id*は引き込み開始時Tsにゼロからの増加を開始し、予め定められた値Id1に達するまで徐々に、例えば直線的に増加する。
実施の形態2で、電動機7Aの初期磁極位置が-90度、電動機7Bの初期磁極位置が+90度であり、その状態から0度に引き込んだ場合の電動機電流の挙動及び電動機磁極位置の挙動の例を図27(a)~(h)に示し、上記の電動機電流に対応するd軸電流及びq軸電流の挙動を図28(a)~(f)に示す。
図26、図27(a)~(h)及び図28(a)~(f)で、Taは直流励磁を行う期間を表し、Tbは直流励磁後の回転期間を表す。
図28(a)及び(d)は、図26に示されるのと同じd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を示す。
図26、図27(a)~(h)及び図28(a)~(f)で、Taは直流励磁を行う期間を表し、Tbは直流励磁後の回転期間を表す。
図28(a)及び(d)は、図26に示されるのと同じd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を示す。
図27(a)及び(e)に示されるように、実施の形態1(図8(a)及び(e))に比べて、電動機磁極位置の振動低減効果は小さい。
一方、図27(b)~(d)及び(f)~(h)に示されるように、電動機電流の跳ね上がりのピーク値は+1A、-2A程度であり(図27(g)のPsd及び図27(h)のPse)、これらに対応するd軸電流IdBのピーク(図28(c)のQsd)及びq軸電流IqBのピーク(図28(f)のQse)も小さい。
このように、実施の形態1(図8(b)~(d)及び(f)~(h))よりも電動機電流のピーク値をさらに低減することが可能である。そのため、電動機電流のピーク値をより小さくしたい場合は本構成の方が好適である。
一方、図27(b)~(d)及び(f)~(h)に示されるように、電動機電流の跳ね上がりのピーク値は+1A、-2A程度であり(図27(g)のPsd及び図27(h)のPse)、これらに対応するd軸電流IdBのピーク(図28(c)のQsd)及びq軸電流IqBのピーク(図28(f)のQse)も小さい。
このように、実施の形態1(図8(b)~(d)及び(f)~(h))よりも電動機電流のピーク値をさらに低減することが可能である。そのため、電動機電流のピーク値をより小さくしたい場合は本構成の方が好適である。
上記のように、図26に示される例では、q軸電流指令値Iq*がゼロに固定されており、d軸電流指令値Id*が徐々に増加する。代わりに、d軸電流指令値Id*がゼロに固定されており、q軸電流指令値Iq*が徐々に増加する構成であっても良い。要するに、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の一方としてゼロに固定された値が用いられ、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の他方として、徐々に、例えば直線的に増加する値が用いられれば良い。
実施の形態3.
実施の形態2では、電動機7A及び7Bのうちの予め定められた方の三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流が、それぞれ対応する指令値に一致するように制御を行う。
これに対して実施の形態3では、実施の形態1と同様に、電動機7A及び7Bの三相電流に対応するd軸電流のうち、絶対値の大きい方がd軸電流指令値に一致するように制御を行い、電動機7A及び7Bの三相電流に対応するq軸電流のうち、絶対値の大きい方がq軸電流指令値に一致するように制御を行う。実施の形態3は、電流指令値の少なくとも一方が徐々に増加する点では実施の形態2と同じである。
図29は実施の形態3で用いられる制御装置100cを示す。
実施の形態2では、電動機7A及び7Bのうちの予め定められた方の三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流が、それぞれ対応する指令値に一致するように制御を行う。
これに対して実施の形態3では、実施の形態1と同様に、電動機7A及び7Bの三相電流に対応するd軸電流のうち、絶対値の大きい方がd軸電流指令値に一致するように制御を行い、電動機7A及び7Bの三相電流に対応するq軸電流のうち、絶対値の大きい方がq軸電流指令値に一致するように制御を行う。実施の形態3は、電流指令値の少なくとも一方が徐々に増加する点では実施の形態2と同じである。
図29は実施の形態3で用いられる制御装置100cを示す。
図29の制御装置100cは、図4の制御装置100と概して同じである。但し、指令値生成部101の代わりに、指令値生成部101bが設けられている。
指令値生成部101bは、実施の形態2で用いられている指令値生成部101bと同じものであり、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*として図26に示されるものを出力する。
指令値生成部101bは、実施の形態2で用いられている指令値生成部101bと同じものであり、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*として図26に示されるものを出力する。
実施の形態3で、電動機7Aの初期磁極位置が-90度、電動機7Bの初期磁極位置が+90度であり、その状態から0度に引き込んだ場合の電動機電流の挙動及び電動機磁極位置の挙動の例を図30(a)~(h)に示し、上記の電動機電流に対応するd軸電流及びq軸電流の挙動を図30(a)~(f)に示す。
図30(a)~(h)及び図31(a)~(f)で、Taは直流励磁を行う期間を表し、Tbは直流励磁後の回転期間を表す。
図31(a)及び(d)は、図26に示されるのと同じd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を示す。
図30(a)~(h)及び図31(a)~(f)で、Taは直流励磁を行う期間を表し、Tbは直流励磁後の回転期間を表す。
図31(a)及び(d)は、図26に示されるのと同じd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を示す。
図30(b)~(d)及び(f)~(h)に示されるように、電動機電流の跳ね上がりのピーク値は-1A程度であり(図30(c)のPsf及び図30(h)のPsg)、これらに対応するq軸電流IqAのピーク(図31(e)のQsf)及びq軸電流IqBのピーク(図31(f)のQsg)も小さい。
また、電動機磁極位置も0度まで安定に引き込むことが可能である。図4よりも制御構成がやや複雑になるものの、実施の形態1よりも電動機電流のピーク値をさらに低減することが可能であるため、電動機電流のピーク値をより小さくしたい場合は本構成の方が好適である。
また、電動機磁極位置も0度まで安定に引き込むことが可能である。図4よりも制御構成がやや複雑になるものの、実施の形態1よりも電動機電流のピーク値をさらに低減することが可能であるため、電動機電流のピーク値をより小さくしたい場合は本構成の方が好適である。
実施の形態2で述べたのと同様に、q軸電流指令値Iq*がゼロに固定されており、d軸電流指令値Id*が徐々に増加する構成の代わりに、d軸電流指令値Id*がゼロに固定されており、q軸電流指令値Iq*が徐々に増加する構成を用いても良い。要するに、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の一方としてゼロに固定された値が用いられ、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の他方として、徐々に、例えば直線的に増加する値が用いられれば良い。
実施の形態4.
実施の形態1~3では、直流励磁を開始から終了まで、d軸電流及びq軸電流の各々について、絶対値の大きい方を選択して、選択された電流が指令値に一致するように制御を行う。絶対値の大きい方を選択して、選択された電流が指令値に一致するように制御を行うことで、動機7Aに流れる直流電流の値と電動機7Bに流れる直流電流の値のうち、大きい方の直流電流の値を小さい方の直流電流に近づけることができる。
実施の形態4では、d軸電流及びq軸電流の各々について、当該電流がその指令値を超えるまでは、絶対値の小さい方を選択して制御を行う。絶対値の小さい方を選択して制御を行うことで、電動機7Aに流れる直流電流の値と電動機7Bに流れる直流電流の値のうち、小さい方の直流電流の値を大きい方の直流電流に近づけることができる。
実施の形態1~3では、直流励磁を開始から終了まで、d軸電流及びq軸電流の各々について、絶対値の大きい方を選択して、選択された電流が指令値に一致するように制御を行う。絶対値の大きい方を選択して、選択された電流が指令値に一致するように制御を行うことで、動機7Aに流れる直流電流の値と電動機7Bに流れる直流電流の値のうち、大きい方の直流電流の値を小さい方の直流電流に近づけることができる。
実施の形態4では、d軸電流及びq軸電流の各々について、当該電流がその指令値を超えるまでは、絶対値の小さい方を選択して制御を行う。絶対値の小さい方を選択して制御を行うことで、電動機7Aに流れる直流電流の値と電動機7Bに流れる直流電流の値のうち、小さい方の直流電流の値を大きい方の直流電流に近づけることができる。
ここで、d軸電流及びq軸電流の各々についてその指令値を「超える」とは、符号が同じで絶対値がより大きくなることを意味する。即ち、指令値が正である場合には、電流が正でかつその絶対値が指令値の絶対値よりも大きくなることを意味し、指令値が負である場合には、電流が負でかつその絶対値が指令値の絶対値よりも大きくなることを意味する。
実施の形態4で用いられる制御装置を図32に示す。
図32に示される制御装置100dは実施の形態1の制御装置100と概して同じである。但し、電流選択部105の代わりに、電流選択部105dが設けられている。
図32に示される制御装置100dは実施の形態1の制御装置100と概して同じである。但し、電流選択部105の代わりに、電流選択部105dが設けられている。
実施の形態4の電流選択部105dは、d軸電流IdA及びIdB、q軸電流IqA及びIqB、d軸電流の絶対値|IdA|及び|IdB|、並びにq軸電流の絶対値|IqA|及び|IqB|のみならずd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*をも入力として、d軸電流IdA及びIdBのいずれかがd軸電流指令値Id*を超えるまでは、これらのうちの絶対値が小さい方を選択して出力し、d軸電流IdA及びIdBのいずれかがd軸電流指令値Id*を超えた後は、これらのうちの絶対値が大きい方を選択して出力し、同様に、q軸電流IqA及びIqBのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えるまでは、これらのうちの絶対値が小さい方を選択して出力し、q軸電流IqA及びIqBのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えた後は、これらのうちの絶対値が大きい方を選択して出力する。
即ち、電流選択部105dは、d軸電流IdA及びIdBのうちのいずれかがd軸電流指令値Id*を超えるまでは、絶対値|IdA|及び|IdB|のうちの、小さい方に対応するd軸電流を選択し、d軸電流IdA及びIdBのうちのいずれかがd軸電流指令値Id*を超えた後は、絶対値|IdA|及び|IdB|のうちの、大きい方に対応するd軸電流を選択する。
電流選択部105dはまた、q軸電流IqA及びIqBのうちのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えるまでは、絶対値|IqA|及び|IqB|のうちの、小さい方に対応するq軸電流を選択し、q軸電流IqA及びIqBのうちのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えた後は、絶対値|IqA|及び|IqB|のうちの、大きい方に対応するq軸電流を選択する。
電流選択部105dにおける電流の選択は、実施の形態1と同様に制御周期毎に行われる。
電流選択部105dはまた、q軸電流IqA及びIqBのうちのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えるまでは、絶対値|IqA|及び|IqB|のうちの、小さい方に対応するq軸電流を選択し、q軸電流IqA及びIqBのうちのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えた後は、絶対値|IqA|及び|IqB|のうちの、大きい方に対応するq軸電流を選択する。
電流選択部105dにおける電流の選択は、実施の形態1と同様に制御周期毎に行われる。
以上、電動機が2台である場合について説明したが、並列駆動される電動機の数は3以上であっても良い。一般化して言えば、N台(Nは2以上の整数)の電動機を並列駆動する場合には、N台の電動機の各々についての三相電流をdq変換することで、N個のd軸電流及びN個のq軸電流を生成し、N個のd軸電流の絶対値及びN個のq軸電流の絶対値を求め、N個のd軸電流のいずれかがd軸電流指令値を超えるまでは、N個のd軸電流のうちの絶対値が最小のものを選択して、選択されたd軸電流をd軸電流指令値に一致させるように制御を行い、N個のd軸電流のいずれかがd軸電流指令値を超えた後は、N個のd軸電流のうちの絶対値が最大のものを選択して、選択されたd軸電流をd軸電流指令値に一致させるように制御を行い、N個のq軸電流のいずれかがq軸電流指令値を超えるまでは、N個のq軸電流のうちの絶対値が最小のものを選択して、選択されたq軸電流をq軸電流指令値に一致させるように制御を行い、N個のq軸電流のいずれかがq軸電流指令値を超えた後は、N個のq軸電流のうちの絶対値が最大のものを選択して、選択されたq軸電流をq軸電流指令値に一致させるように制御を行えば良い。
以下に実施の形態4において、N個のd軸電流Id及びN個のq軸電流Iqからの選択の処理の手順を、図33を参照して説明する。図33で、ステップST21~ST24は、図24と同様である。
ステップST31では、N台の電動機のd軸電流Id(1)、Id(2)、…Id(N)のうちのいずれかがd軸電流指令値Id*を超えたか(直流励磁開始後初めてd軸電流指令値Id*よりも大きくなったか)否かの判定を行う。
NOであれば(Id(1)、Id(2)、…Id(N)のいずれもd軸電流指令値Id*を超えていなければ)、ステップST32に進み、YESであればステップST21及びST22の処理を行う。
NOであれば(Id(1)、Id(2)、…Id(N)のいずれもd軸電流指令値Id*を超えていなければ)、ステップST32に進み、YESであればステップST21及びST22の処理を行う。
ステップST32では、d軸電流Id(1)、Id(2)、…Id(N)のそれぞれの絶対値|Id(1)|、|Id(2)|、…|Id(N)|のうちの最小値MINIdを特定する。
ステップST33では、ステップST32で特定された最小値MINIdに対応するd軸電流Id(n)(=MINId)を選択し、選択されたd軸電流Idsとして出力する。
ステップST33では、ステップST32で特定された最小値MINIdに対応するd軸電流Id(n)(=MINId)を選択し、選択されたd軸電流Idsとして出力する。
ステップST22又はステップST33の次にステップST34に進む。
ステップST34では、N台の電動機のq軸電流Iq(1)、Iq(2)、…Iq(N)のうちのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えたか(直流励磁開始後初めてq軸電流指令値Iq*よりも大きくなったか)否かの判定を行う。
NOであれば(q軸電流Iq(1)、Iq(2)、…Iq(N)のいずれもq軸電流指令値Iq*を超えていなければ)、ステップST35に進み、YESであればステップST23及びST24の処理を行う。
ステップST34では、N台の電動機のq軸電流Iq(1)、Iq(2)、…Iq(N)のうちのいずれかがq軸電流指令値Iq*を超えたか(直流励磁開始後初めてq軸電流指令値Iq*よりも大きくなったか)否かの判定を行う。
NOであれば(q軸電流Iq(1)、Iq(2)、…Iq(N)のいずれもq軸電流指令値Iq*を超えていなければ)、ステップST35に進み、YESであればステップST23及びST24の処理を行う。
ステップST35は、q軸電流Iq(1)、Iq(2)、…Iq(N)のそれぞれの絶対値|Iq(1)|、|Iq(2)|、…|Iq(N)|のうちの最小値MINIqを特定する。
ステップST36では、ステップST35で特定された最小値MINIqに対応するq軸電流Iq(n)(=MINIq)を選択し、選択されたq軸電流Iqsとして出力する。
ステップST24又はST36が終わったら、当該制御周期における処理を終了する。
ステップST36では、ステップST35で特定された最小値MINIqに対応するq軸電流Iq(n)(=MINIq)を選択し、選択されたq軸電流Iqsとして出力する。
ステップST24又はST36が終わったら、当該制御周期における処理を終了する。
実施の形態4によれば、d軸電流及びq軸電流が指令値に達するまでの時間を短くすることができる。
実施の形態1で述べたのと同様に、q軸電流指令値Iq*がゼロに固定されており、d軸電流指令値Id*がステップ状に増加する構成の代わりに、d軸電流指令値Id*がゼロに固定されており、q軸電流指令値Iq*がステップ状に増加する構成を用いても良い。要するに、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の一方としてゼロに固定された値が用いられ、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*の他方として、ステップ状に増加する値が用いられれば良い。
図24を参照して、実施の形態1について並列駆動される電動機の数がNである場合について説明し、図33を参照して、実施の形態4について並列駆動される電動機の数がNである場合について説明したが、実施の形態2及び3も同様の変形により、並列駆動される電動機の数がNである場合にも適用可能である。
以上実施の形態1、3及び4及びその変形例では、直流励磁の際に、第1の同期電動機に流れる直流電流の値と第2の同期電動機に流れる直流電流の値の差が縮まるように構成されている。
具体的には、直流励磁に当たり、制御装置は、
第1及び第2の同期電動機の各々に流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
第1及び第2の同期電動機についてのd軸電流のうちの絶対値がより大きいものを選択し、
第1及び第2の同期電動機についてのq軸電流のうちの絶対値がより大きいものを選択し、
選択されたd軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
選択されたq軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
インバータの出力電圧を三相電圧指令値に一致させるようにインバータを制御する。
第1及び第2の同期電動機の各々に流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
第1及び第2の同期電動機についてのd軸電流のうちの絶対値がより大きいものを選択し、
第1及び第2の同期電動機についてのq軸電流のうちの絶対値がより大きいものを選択し、
選択されたd軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
選択されたq軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
インバータの出力電圧を三相電圧指令値に一致させるようにインバータを制御する。
一方、実施の形態2及びその変形例では、直流励磁に当たり、制御装置は、
第1及び第2の同期電動機の一つに流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
d軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
q軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
インバータの出力電圧を三相電圧指令値に一致させるようにインバータを制御し、
d軸電流指令値及びq軸電流指令値のうちの少なくとも一方が、徐々に増加するものである
第1及び第2の同期電動機の一つに流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
d軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
q軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
インバータの出力電圧を三相電圧指令値に一致させるようにインバータを制御し、
d軸電流指令値及びq軸電流指令値のうちの少なくとも一方が、徐々に増加するものである
その場合、第1の同期電動機に流れる直流電流の値と第2の同期電動機に流れる直流電流の値のうち、大きい方の直流電流の値が小さい方の直流電流に近づくように構成されていても良い。
代わりに、第1の同期電動機に流れる直流電流の値と第2の同期電動機に流れる直流電流の値のうち、小さい方の直流電流の値が大きい方の直流電流に近づくように構成されていても良い。
変形例.
実施の形態1~4では、インバータ30の出力端子と第1及び第2の電動機7A及び7Bの巻線の端子を接続する接続線に設けられた電流検出素子で、それぞれの電動機に流れる相電流を測定し、測定した電流からそれぞれの電動機のd軸電流及びq軸電流を算出している。
代わりに、図34に示すように、インバータ30の下側のアームに設けられた電流検出素子、例えばシャント抵抗82u、82v、82wでそれぞれのアームに流れる電流(インバータ電流)を測定し、電動機7A及び7Bの一方(例えば、電動機7A)に設けた電流検出部80Aで当該電動機の電流を検出し、インバータ30のそれぞれの相の電流から電動機7Aの対応する相の電流を差し引くことで、電動機7Bの対応する相の電流を算出し、電動機7A及び7Bの各々について、算出した三相の電流から、各電動機のd軸電流及びq軸電流を算出しても良い。
実施の形態1~4では、インバータ30の出力端子と第1及び第2の電動機7A及び7Bの巻線の端子を接続する接続線に設けられた電流検出素子で、それぞれの電動機に流れる相電流を測定し、測定した電流からそれぞれの電動機のd軸電流及びq軸電流を算出している。
代わりに、図34に示すように、インバータ30の下側のアームに設けられた電流検出素子、例えばシャント抵抗82u、82v、82wでそれぞれのアームに流れる電流(インバータ電流)を測定し、電動機7A及び7Bの一方(例えば、電動機7A)に設けた電流検出部80Aで当該電動機の電流を検出し、インバータ30のそれぞれの相の電流から電動機7Aの対応する相の電流を差し引くことで、電動機7Bの対応する相の電流を算出し、電動機7A及び7Bの各々について、算出した三相の電流から、各電動機のd軸電流及びq軸電流を算出しても良い。
さらにまた、図35に示すように、母線に設けられた電流検出素子、例えばシャント抵抗85で母線に流れる電流を測定し、母線電流に基づいてインバータ電流(各相の電流)を算出するとともに、電動機7A及び7Bの一方(例えば、電動機7A)に設けた電流検出部80Aで当該電動機の電流を検出し、インバータ30のそれぞれの相の電流から電動機7Aの対応する相の電流を差し引くことで、電動機7Bの対応する相の電流を算出し、電動機7A及び7Bの各々について、算出した三相の電流から、各電動機のd軸電流及びq軸電流を算出しても良い。母線電流に基づくインバータ電流の算出は例えば特開2005-229760号公報に記載の方法で実現できる。
図34の構成及び図35の構成のいずれの場合にも、並列駆動される電動機の数がNである場合には、(N-1)台の電動機については、それぞれ電流検出素子を設けて、電動機の電流を検出し、残りの1台については、インバータ電流から、(N-1)台の電動機の電流を減算することで、当該1台の電動機の電流を算出することとしても良い。
なお、以上の実施の形態で説明した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
7A、7B 電動機、 30 インバータ、 80A、80B 三相電流検出部、 82u、82v、82w シャント抵抗、 85 シャント抵抗、 90 電圧検出部、 100 制御装置、 101 指令値生成部、 102 引き込み位置指定部、 103A、103B dq変換部、 104A、104B 絶対値算出部、 105 電流選択部、 106 電流制御部、 107 dq逆変換部、 108 PWM信号生成部。
Claims (14)
- 各々回転子を有する、第1の同期電動機及び第2の同期電動機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第1の同期電動機及び前記第2の同期電動機の起動前に直流励磁を行って、前記第1の同期電動機の回転子及び前記第2の同期電動機の回転子を指定された位置に引き込むものであり、
前記直流励磁の際に、前記第1の同期電動機に流れる直流電流の値と前記第2の同期電動機に流れる直流電流の値の差が縮まる
電動機駆動装置。 - 前記第1の同期電動機に流れる直流電流の値と前記第2の同期電動機に流れる直流電流の値のうち、大きい方の直流電流の値が小さい方の直流電流に近づく
請求項1に記載の電動機駆動装置。 - 前記第1の同期電動機に流れる直流電流の値と前記第2の同期電動機に流れる直流電流の値のうち、小さい方の直流電流の値が大きい方の直流電流に近づく
請求項1に記載の電動機駆動装置。 - 前記直流励磁に当たり、前記制御装置は、
前記第1及び第2の同期電動機の各々に流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
前記第1及び第2の同期電動機についてのd軸電流のうちの絶対値がより大きいものを選択し、
前記第1及び第2の同期電動機についてのq軸電流のうちの絶対値がより大きいものを選択し、
選択されたd軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
選択されたq軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
前記インバータの出力電圧を前記三相電圧指令値に一致させるように前記インバータを制御する
請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。 - 前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値の一方がゼロに固定され、
前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値の他方がステップ状に増加する
請求項4に記載の電動機駆動装置。 - 前記q軸電流指令値がゼロに固定され、前記d軸電流指令値がゼロからステップ状に増加する
請求項4又は5に記載の電動機駆動装置。 - 前記第1及び第2の同期電動機についてのd軸電流のうちのいずれかが、前記d軸電流指令値を超えるまでは、前記制御装置は、前記第1及び第2の同期電動機についてのd軸電流のうちの絶対値がより小さいものを選択し、
前記第1及び第2の同期電動機についてのq軸電流のうちのいずれかが、前記q軸電流指令値を超えるまでは、前記制御装置は、前記第1及び第2の同期電動機についてのq軸電流のうちの絶対値がより小さいものを選択する
請求項5又は6に記載の電動機駆動装置。 - 前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値のうちの少なくとも一方が、徐々に増加するものである
請求項4に記載の電動機駆動装置。 - 前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値の少なくとも一方が直線的に増加するものである
請求項8に記載の電動機駆動装置。 - 前記q軸電流指令値がゼロに固定され、前記d軸電流指令値がゼロから徐々に増加する
請求項8又は9に記載の電動機駆動装置。 - 各々回転子を有する、第1の同期電動機及び第2の同期電動機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第1の同期電動機及び前記第2の同期電動機の起動前に直流励磁を行って、前記第1の同期電動機の回転子及び前記第2の同期電動機の回転子を指定された位置に引き込むものであり、
前記直流励磁に当たり、前記制御装置は、
前記第1及び第2の同期電動機の一つに流れる三相電流に対応するd軸電流及びq軸電流を求め、
前記d軸電流をd軸電流指令値に一致させるd軸電圧指令値を求め、
前記q軸電流をq軸電流指令値に一致させるq軸電圧指令値を求め、
前記d軸電圧指令値及び前記q軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
前記インバータの出力電圧を前記三相電圧指令値に一致させるように前記インバータを制御し、
前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値のうちの少なくとも一方が、徐々に増加するものである
電動機駆動装置。 - 前記d軸電流指令値及び前記q軸電流指令値の少なくとも一方が直線的に増加するものである
請求項11に記載の電動機駆動装置。 - 前記q軸電流指令値がゼロに固定され、前記d軸電流指令値がゼロから徐々に増加する
請求項11又は12に記載の電動機駆動装置。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の電動機駆動装置を備えた空気調和装置。
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