WO2022269950A1 - 電動機制御装置 - Google Patents

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electric motor
motor control
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unit
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瑜 張
裕理 高野
英人 高田
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株式会社日立産機システム
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    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device.
  • Patent Document 1 discloses means for detecting a current I and a voltage V on the DC side of a motor control device, and a d-axis current value Id and a q-axis current value controlled by an inverter which is a part of the motor control device.
  • means for detecting Iq means for detecting the temperature t inside the induction machine, means for detecting the number of rotations N of the induction machine, and torque calculation for calculating the shaft torque and correcting the temperature based on these detection signals.
  • Patent Document 1 power can be calculated without an expensive power detection converter, but the resistance value used to calculate copper loss changes with temperature changes, so the correct value cannot be calculated without using a temperature detector. I can't. Further, if a temperature detector is added, not only the cost of the temperature detector but also various expenses such as a design change of the substrate and a mold change of the production line are incurred, resulting in an increase in cost.
  • An object of the present invention is to provide a motor control device that calculates the power consumption of a motor at low cost.
  • a converter section that converts an AC voltage into a DC voltage
  • an inverter section that converts the DC voltage from the converter section into an AC voltage and supplies the AC voltage to a motor
  • a controller that controls the inverter section.
  • a current detection unit for detecting a current flowing through the electric motor; a temperature of the electric motor is estimated from the detected current; a resistance value of the electric motor is calculated from the estimated temperature; and a power calculator for calculating copper loss from the value.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a motor control device according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is an example of a functional block diagram of a power calculation unit in Example 1.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between thermal operating time and current flowing through the motor;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a motor control device according to a second embodiment;
  • FIG. 11 is a functional block diagram of an abnormality detection unit in Example 2;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a motor control device according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a functional block diagram of a total consumption calculator in Example 3;
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between estimated temperature, elapsed time, and load current;
  • Example 1 will be described using FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 is an example of a block diagram showing the configuration of a motor control device to which the power calculation unit of Embodiment 1 is added.
  • FIG. 1 shows a three-phase power supply 100 that supplies power to the motor control device 007, a load to which power is supplied from the motor control device 007, and the like.
  • the load is, for example, a PM motor (three-phase permanent magnet synchronous motor) 008.
  • the motor control device 007 includes an inverter circuit 004, a converter circuit 001, a current detector 005, a controller 002, a power calculator 003, a current sensor 006, and a memory 009.
  • the converter circuit 001 converts the three-phase AC voltage from the external three-phase power supply 100 into a DC voltage Vdc and supplies it to the inverter circuit 004 .
  • the inverter circuit 004 converts the DC voltage Vdc into AC voltages (three-phase voltages Vu, Vv, Vw), and supplies (energizes) the three-phase AC voltages Vu, Vv, Vw to the PM electric motor (PM motor) 008 .
  • the current sensor 006 is installed so as to be connected to the supply lines of the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw.
  • a current detector 005 detects a load current flowing through the PM motor 008 via a current sensor 006 .
  • the current detector 005 detects the u-phase current Iu and the w-phase current Iw via the current sensor 006, calculates Iv based on the current values of Iu and Iw, and calculates the three-phase currents Iu, Iv,
  • the d-axis current detection value Id and the q-axis current detection value Iq are calculated by changing the coordinates of Iw.
  • the current detector 005 detects the load current value I by vector-combining the d-axis current detection value Id and the q-axis current detection value Iq.
  • the controller 002 (inverter control unit) controls the inverter circuit 004 so that the operating state of the PM electric motor 008 approaches the target state.
  • the controller 002 receives a speed command value Nref from the outside, and sets three-phase voltage command values Vuref, Vvref, and Vwref for rotating the PM motor at a rotation speed based on the speed command value Nref. generated using the vector control of
  • the controller 002 estimates the rotation speed of the PM electric motor 008 using, for example, an induced voltage observer or the like, and calculates the d-axis and q-axis current commands based on the error between the rotation speed and the speed command value Nref.
  • Three-phase voltage command values Vuref, Vvref, and Vwref are calculated based on the error between the current command value and the d-axis current detection value Id and q-axis current detection value Iq.
  • the inverter circuit 004 generates three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw by performing switching operations with PWM (Pulse Width Modulation) signals based on the three-phase voltage command values Vuref, Vvref, and Vwref. If the PM electric motor 008 is equipped with a position detector, the rotation speed of the PM electric motor 008 may be derived from the time difference result of the output of the position detector and input to the controller 002 .
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the output power from the three-phase power supply 100 is represented by the following formula (1).
  • the converter loss (Pconv) in equation (1) is the loss generated by the converter circuit 001 inside the motor control device 007.
  • a conversion loss (Ptrans) is a loss generated by the inverter circuit 004 inside the motor control device 007 .
  • Core loss (Ps) is loss due to magnetic hysteresis and eddy currents in the magnetic material core inside the PM motor 008 .
  • Copper loss (Pc) is the loss of power due to the current in the windings inside PM motor 008 .
  • Mechanical loss (Pmechaloss) is loss due to friction of each part during rotation. The mechanical power (Pmecha) is effectively used power that is finally output from the PM motor 008 to the load.
  • Equation (3) The calculation of the mechanical output (Pmecha) and the copper loss (Pc) in Equation (2) are represented by Equations (3) and (4), respectively.
  • is the torque of the PM electric motor 008.
  • is the speed detection value 310 of the PM motor 008 .
  • Kmecha is the mechanical output gain 314;
  • Iq is the q-axis current detection value 312 detected by the current detector 005
  • Id is the d-axis current detection value 311 detected by the current detector 005
  • Rt is the phase resistance of the PM motor 008.
  • Kc is the copper loss gain 317;
  • the phase resistance Rt changes depending on the temperature T of the PM motor 008.
  • the temperature T of the PM motor 008 can be obtained from the thermal curve of the thermal operation time t and the load current I.
  • FIG. 3 shows an example of a thermal curve of the thermal operating time t (vertical axis) of the PM motor and the load current I (horizontal axis) flowing through the PM motor.
  • FIG. 9 shows the relationship between the estimated temperature of the PM motor, the load current flowing through the PM motor, and the elapsed time, which are used in electronic thermal processing.
  • the estimated temperature increases as the load current increases.
  • the correspondence relationship between the load current and the estimated temperature can be recorded as a table in the memory of the temperature estimating section, and the temperature of the PM motor can be estimated based on the load current.
  • phase resistance Rt and temperature T is expressed by equation (5).
  • T is the temperature of the PM motor 008 at that time.
  • Rt is the resistance value of the phase resistance of the PM motor 008 when the temperature of the PM motor 008 reaches T.
  • R20 is the resistance value of the phase resistance of the PM motor 008 at 20°C.
  • ⁇ 20 is the temperature coefficient of resistance of metallic copper at a temperature of 20°C.
  • the power calculation unit 003 calculates the power consumption of the PM electric motor 008 using equations (2), (3), (4) and (5).
  • the d-axis current detection value 311 and the q-axis current detection value 312 from the current detector 005 and the speed detection value ⁇ 310 from the controller 002 are received, and the mechanical output and copper loss are calculated, and the actual power consumption P is used as a variable. It is stored in the memory 009 and displayed on the external device. Specifically, it will be described with reference to FIG.
  • the controller 002, the current detector 005, and the power calculator 003 are composed of a semiconductor integrated circuit (arithmetic control means) such as a microcomputer (microcomputer) or DSP (Digital Signal Processor). One or all of the control units can be configured by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array). Controller 002, current detector 005, DSP and CPU (Central Processing Unit) constituting power calculation unit 003 read a program held in a recording device such as memory, controller 002, current detector 005, and power The processing of the calculation unit 003 is executed.
  • a semiconductor integrated circuit such as a microcomputer (microcomputer) or DSP (Digital Signal Processor).
  • One or all of the control units can be configured by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • Controller 002, current detector 005, DSP and CPU (Central Processing Unit) constituting power calculation unit 003 read a program held in a
  • FIG. 2 is an example of a functional block diagram of the power calculation unit 003 in this embodiment.
  • FIG. 2 shows the process of calculating the output data from the input data via the mechanical output calculator 323, the copper loss calculator 324, and the integration processor 325.
  • the input data are, for example, the speed detection value ⁇ 310, the d-axis current detection value 311, and the q-axis current detection value 312.
  • the output data are, for example, a mechanical output 320, an integrated power consumption value 321, and a copper loss 322.
  • the mechanical output calculator 323 has a torque gain 313 and a mechanical output gain 314 .
  • Copper loss calculator 324 includes temperature estimator 315 , resistance gain 316 , and copper loss gain 317 .
  • the integration processing section 325 has an integration gain 318 and a 1/z (unit delay section) 319 .
  • Various gains such as torque gain, resistance gain, and mechanical output gain are set in advance as values such as constants.
  • the mechanical output calculation unit 323 will be explained.
  • the mechanical output calculator 323 inputs the speed detection value ⁇ 310 received from the controller 002 and the q-axis current detection value 312 received from the current detector 005 .
  • the mechanical output calculator 323 multiplies the torque gain 313 by the q-axis current detection value 312 to calculate the actual torque ⁇ of the PM electric motor 008 .
  • the mechanical output calculator 323 multiplies the calculated torque ⁇ by the speed detection value ⁇ 310 to calculate the internal quantity of the mechanical output. Then, the mechanical output calculator 323 multiplies the mechanical output gain 314 by the calculated internal amount of the mechanical output to calculate the mechanical output 320 of the PM electric motor 008 .
  • the copper loss calculator 324 will be explained. As shown in FIG. 8, a configuration may be employed in which a load current I, which is an input to an electronic thermal processor 701 that protects the temperature of the motor, is used as an input to a temperature estimator 315 .
  • the temperature estimator 315 calculates the value of the load current I (the square of the d-axis current detection value 311 and the q-axis current detection value the square root of the sum of the squares of 312).
  • the temperature estimator 315 estimates the estimated temperature T of the PM electric motor 008 from the recorded correspondence relationship between the load current and the estimated temperature.
  • the copper loss calculator 324 multiplies the estimated temperature by the resistance gain to calculate the actual resistance value Rt of the PM motor 008 .
  • the copper loss calculator 324 multiplies the calculated resistance value Rt by the sum of the square of the d-axis current detection value 311 and the square of the q-axis current detection value 312 to calculate the internal amount of copper loss.
  • the copper loss calculator 324 multiplies the copper loss gain 317 by the calculated internal amount of copper loss to calculate the copper loss 322 of the PM electric motor 008 .
  • the integration processing unit 325 multiplies the sum of the calculated mechanical output 320 and copper loss 322 by the integration gain 318 to calculate power consumption in each processing sampling period.
  • the unit delay unit 319 has the previous value and adds it to the power consumption in the current sampling period.
  • the final output of the integration processing unit 325 is the power consumption integrated value 321 .
  • the mechanical output 320, the copper loss 322, and the integrated power consumption value 321, which are the outputs of the power calculation unit 003 in this embodiment, are stored in the memory 009 as variables.
  • the temperature from the detected current value and correcting the resistance value by estimating the temperature from the detected current value and correcting the resistance value, highly accurate copper loss calculation can be performed, and the power consumption of the PM motor can be calculated without using a temperature detector. can be calculated.
  • the actual resistance value By estimating the temperature from the detected current value instead of using a temperature detector, the actual resistance value can be corrected. Further, by calculating the copper loss using this resistance value, it is possible to calculate the power consumption of the PM motor with the same accuracy as the copper loss calculation using the thermometer.
  • FIG. 4 is an example of a block diagram showing the configuration of the electric motor control device 007 to which the power calculation unit 003, memory 009, timer 011 and abnormality detection unit 010 are added in this embodiment.
  • the configurations denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in FIG.
  • the abnormality detection unit 010 inputs the data (mechanical output 320 and copper loss 322) stored in the memory 009 and the time information of the timer 011. When an abnormality is detected, an alarm ALsts signal 810 is output.
  • FIG. 5 is an example of a functional block diagram of the abnormality detection unit 010 in this embodiment.
  • the value of the input variable 801 one of the copper loss 322 and the mechanical output 320 is selected in advance by the user or the like.
  • a start time 802 and an end time 803 are set for the anomaly detection unit 010 .
  • the abnormality detection unit 010 uses the timer 011 .
  • the value of the input variable 801 at the start time 802 passes through the first switch 821 and is integrated at the first switch 821 assuming that the values other than the start time 802 are zero. 805 (starting copper loss 322 or machine power 320).
  • the value of the input variable 801 at the end time 803 passes through the second switch 822, and the values other than the end time 803 are integrated in the second switch 822, and the output of the second switch 822 is the end at the end time 803. It becomes the time variable value 806 (copper loss 322 and machine power 320 at the end).
  • the anomaly detection unit 010 takes the difference between the starting variable value 805 and the ending variable value 806, which are the outputs of the first switch 821 and the second switch 822, and calculates the actual amount of change 808. Further, an assumed variable change amount 804 as an ideal amount of calculation is set in the anomaly detection unit 010 .
  • the anomaly detection unit 010 multiplies the assumed variable change amount 804 by the adjustment gain K Pm 807 to calculate a threshold 809 for safe driving.
  • the threshold 809 is compared with the actual amount of change 808, and when the threshold 809 is exceeded, an alarm ALsts signal 810 is output as an abnormality.
  • the alarm ALsts signal 810 When the alarm ALsts signal 810 is received by an external device or the like, it is issued as an anomaly notification with a physical sound and light alarm. For example, sound an alarm or flash a lamp.
  • FIG. 6 is an example of a block diagram showing the configuration of a motor control device to which the power calculation unit 003, memory 009, timer 011 and total power consumption calculation unit 012 are added in this embodiment.
  • the configurations denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in FIG. 1, so descriptions thereof are omitted.
  • the total power consumption calculation unit 012 inputs the power consumption 902 (the sum of the mechanical output 320 and the copper loss 322) from the memory 009, the energization time 903, and the time information from the timer 011.
  • the output Py of the total power consumption calculator 012 is the total power consumption 904 .
  • FIG. 7 is an example of a functional block diagram of the total power consumption calculation unit 012 of this embodiment.
  • the total power consumption refer to equation (6).
  • the expected energization time 909 is an expected energization time for a certain period of time (for example, yearly, monthly, weekly, etc.).
  • Power consumption 902 is the sum of mechanical output 320 from memory 009 and copper loss 322 as shown in equation (2).
  • the energization time 903 is the time of the sampling period from the timer 011.
  • the operating time 901 is the time during which the power consumption is actually positive within the time of the sampling period.
  • the switch 905 passes the operating time 901 and the power consumption 902 to the operating rate calculator 906 . Then, the operation rate calculation unit 906 of the total power consumption calculation unit 012 calculates the operation rate together with the actual energization time 903 in the PM electric motor 008 .
  • the total power consumption calculation unit 012 multiplies the operation rate and power consumption 902 .
  • the multiplication result is input to the integration processing section (1/z) 907 .
  • An integration processing unit 907 integrates up to an annual energization time 909 to calculate and output an annual power consumption 908 .
  • the anomaly detection unit 010, the timer 011, and the total power consumption calculation unit 012 shown in the second or third embodiment are implemented by microcomputers (microcomputers), DSPs (Digital Signal Processors), etc., like the controllers described above. It is composed of a semiconductor integrated circuit (arithmetic control means).
  • a DSP or CPU Central Processing Unit reads a program held in a recording device such as a memory, and executes processes such as an abnormality detection unit 010, a timer 011, and a total power consumption calculation unit 012.
  • the present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.

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Abstract

交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部からの直流電圧から交流電圧に変換し、前記交流電圧を電動機に供給するインバータ部と、 前記インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、検出した前記電流から前記電動機の温度を推定し、推定した前記温度から前記電動機の抵抗値を計算し、計算した前記抵抗値から銅損を計算する電力計算部とを有する電動機制御装置。

Description

電動機制御装置
 本発明は、電動機制御装置に関する。
 特許文献1には、電動機制御装置の直流側の電流Iと電圧Vを検出する手段と、電動機制御装置の一部であるインバータで制御しているd軸分電流値Idとq軸分電流値Iqとを検出する手段と、誘導機内部の温度tを検出する手段と、誘導機の回転数Nを検出する手段と、これら検出信号に基づいて軸トルクを算出するとともに温度補正を行うトルク演算装置とを備え、トルク演算装置は、T=K/N・[IV-K1・α・r1・(Id+Iq)-K2・α・r2・Iq -E]に基づいて軸トルクTを算出することが記載されている。
特開平6-194240号公報
 特許文献1においては、高価な電力検出変換器なしで電力計算ができるが、銅損を計算のために使う抵抗値は、温度変化によって変わるため、温度検出器を使わないと正しい値を計算することができない。また、温度検出器を追加すると、温度検出器の原価だけではなく、基板の設計変更、製造ラインの金型変更等諸々な所で費用が発生するので、コストが高くなる。
 本発明の目的は、低コストで電動機の消費電力を計算する電動機制御装置を提供することにある。
 本発明の好ましい一例としては、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部からの直流電圧から交流電圧に変換し、前記交流電圧を電動機に供給するインバータ部と、前記インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、検出した前記電流から前記電動機の温度を推定し、推定した前記温度から前記電動機の抵抗値を計算し、計算した前記抵抗値から銅損を計算する電力計算部とを有する電動機制御装置である。
 本発明によれば、低コストで電動機の消費電力を計算する電動機制御装置を実現できる。
実施例1における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例1における電力計算部の機能ブロック図の一例である。 サーマル動作時間と電動機に流れる電流の関係を示す図である。 実施例2における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例2における異常検知部の機能ブロック図である。 実施例3における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例3における総消費量計算部の機能ブロック図である。 負荷電流から推定温度を出力する温度推定部の構成を示す図。 推定温度と経過時間と負荷電流の関係を示す図。
 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
 図1から図3を用いて実施例1を説明する。
 図1は、実施例1の電力計算部を追加した電動機制御装置の構成を示すブロック図の一例である。図1には、電動機制御装置007に加えて、電動機制御装置007へ電源を供給する三相電源100と、電動機制御装置007からの電力が供給される負荷等が示される。
 負荷は、例えば、PM電動機(三相の永久磁石式同期電動機)008である。電動機制御装置007は、インバータ回路004と、コンバータ回路001と、電流検出器005と、制御器002と、電力計算部003、電流センサ006、メモリ009とを備える。
 コンバータ回路001は、外部の三相電源100からの三相交流電圧を直流電圧Vdcに変換してインバータ回路004に供給する。インバータ回路004は当該直流電圧Vdcを交流電圧(三相電圧Vu、Vv、Vw)に変換し、当該三相交流電圧Vu、Vv、VwをPM電動機(PMモータ)008に供給(通電)する。
 電流センサ006は、当該三相交流電圧Vu、Vv、Vwの供給ラインに繋がるように設置される。電流検出器005は、電流センサ006に介して、PM電動機008に流れる負荷電流を検出する。
 この例では、電流検出器005は、電流センサ006に介してu相電流Iuとw相電流Iwを検出し、IuとIwの電流値を基づいてIvを算出、当該三相電流Iu、Iv、Iwを座標変化し、d軸電流検出値Idとq軸電流検出値Iqを算出する。そして、電流検出器005は、d軸電流検出値Idとq軸電流検出値Iqをベクトル合成することで、負荷電流値Iを検出する。
 制御器002(インバータ制御部)は、PM電動機008の動作状態を目標状態に近づけるようにインバータ回路004を制御する。この例では、制御器002は、外部からの速度指令値Nrefを受け、PM電動機を当該速度指令値Nrefに基づく回転速度で回転させるための三相電圧指令値Vuref、Vvref、Vwrefを、位置センサレスのベクトル制御を用いて生成する。
 具体的には、制御器002は、例えば、誘起電圧オバーザーバ等を用いてPM電動機008の回転速度を推定し、当該回転速度と速度指令値Nrefとの誤差に基づきd軸およびq軸の電流指令値を算出し、当該電流指令値とd軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqとの誤差に基づき三相電圧指令値Vuref、Vvref、Vwrefを算出する。
 インバータ回路004は、三相電圧指令値Vuref、Vvref、Vwrefに基づくPWM(Pulse Width Modulation)信号でスイッチング動作を行うことで三相交流電圧Vu、Vv、Vwを生成する。また、PM電動機008が位置検出器付きの場合などは、その位置検出器出力の時間差分結果によりPM電動機008の回転速度を導出して、制御器002へ入力しても良い。
 ここで、三相電源100からの出力電力について、以下の式(1)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、式(1)の中のコンバータ損(Pconv)は電動機制御装置007内部のコンバータ回路001による発生した損失である。変換損(Ptrans)は電動機制御装置007内部のインバータ回路004による発生した損失である。鉄損(Ps)はPM電動機008の内部の磁性材料コアの磁気ヒステリシスと渦電流による損失である。銅損(Pc)はPM電動機008の内部の巻き線の電流により電力の損失である。機械損(Pmechaloss)は回転時各部分の摩擦による損失である。機械出力(Pmecha)は最終的にPM電動機008から負荷に出力された有効に利用された電力である。
 銅損(Pc)と比べると、他の損失が小さいため、この発明の電力を計算する際は銅損だけを考慮する。したがって、電力の計算が式(2)のように簡略される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 そして、式(2)の機械出力(Pmecha)と銅損(Pc)の計算はそれぞれ、式(3)と式(4)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ここで、τはPM電動機008のトルクである。ωはPM電動機008の速度検出値310である。Kmechaは機械出力ゲイン314である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
ここで、Iqは電流検出器005から検出されたq軸電流検出値312である、Idは電流検出器005から検出されたd軸電流検出値311である、RtはPM電動機008の相抵抗である、Kcは銅損ゲイン317である。
 相抵抗RtはPM電動機008の温度Tにより変化する。PM電動機008の温度Tはサーマル動作時間tと負荷電流Iのサーマル曲線から求めることができる。PM電動機のサーマル動作時間t(縦軸)とPM電動機に流れる負荷電流I(横軸)のサーマル曲線の一例を、図3で表す。
 図9は、電子サーマル処理において利用される、PM電動機の推定温度とPM電動機に流れる負荷電流と経過時間との関係を示す。実線や点線などで示したように負荷電流が増加するに従い推定温度が増加する。このような負荷電流と推定温度との対応関係をテーブルとして、温度推定部のメモリなどに記録させ、負荷電流に基づいてPM電動機の温度を推定することができる。
 式(5)で相抵抗Rtと温度Tの関係を表す。ここで、Tはその時のPM電動機008の温度である。RtはPM電動機008の温度がTになった時のPM電動機008相抵抗の抵抗値である。R20は20℃の時のPM電動機008の相抵抗の抵抗値である。α20は金属の銅が温度20℃の時の抵抗温度係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 電力計算部003は、式(2)、式(3)、式(4)および式(5)を使用し、PM電動機008の消費電力を算出する。電流検出器005からのd軸電流検出値311とq軸電流検出値312と、制御器002から速度検出値ω310を受け、機械出力と銅損を算出し、実際の電力消費量Pを変数としてメモリ009に保存し、外部機器に表示される。具体的には図2を用いて説明する。
 制御器002、電流検出器005、および電力計算部003は、マイコン(マイクロコンピュータ)やDSP(Digital Signal Processor)などの半導体集積回路(演算制御手段)によって構成される。制御部は、いずれかまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアで構成することができる。制御器002、電流検出器005、電力計算部003を構成するDSPやCPU(Central Processing Unit)が、メモリなどの記録装置に保持するプログラムを読み出して、制御器002、電流検出器005、および電力計算部003の処理を実行する。
 図2は、本実施例における電力計算部003の機能ブロック図の一例である。図2は、入力データを機械出力計算部323、銅損計算部324、積算処理部325介して出力データの算出過程が示される。入力データは、例えば、速度検出値ω310、d軸電流検出値311、q軸電流検出値312である。出力データは、例えば、機械出力320、消費電力積算値321、銅損322である。機械出力計算部323はトルクゲイン313と、機械出力ゲイン314とを備える。銅損計算部324は温度推定部315と、抵抗ゲイン316と、銅損ゲイン317とを備える。積算処理部325は積分ゲイン318と、1/z(ユニット遅延部)319とを備える。
 トルクゲイン、抵抗ゲイン、機械出力ゲインなど各種のゲインは、定数などの値としてあらかじめ設定しておく。
 機械出力計算部323について説明する。機械出力計算部323は、制御器002から受け取る速度検出値ω310と、電流検出器005から受け取るq軸電流検出値312を入力する。
 機械出力計算部323は、q軸電流検出値312をトルクゲイン313に乗算し、実際のPM電動機008のトルクτを算出する。機械出力計算部323は、算出したトルクτを速度検出値ω310と乗算し、機械出力の内部量を算出する。そして、機械出力計算部323は、算出した機械出力の内部量を機械出力ゲイン314に乗算し、PM電動機008の機械出力320を算出する。
 銅損計算部324について説明する。図8に示すように、電動機の温度を保護する電子サーマル処理部701の入力である負荷電流Iを、温度推定部315の入力にする構成とすることができる。
 電流検出器005からのd軸電流検出値311とq軸電流検出値312に基づいて、温度推定部315は、負荷電流Iの値(d軸電流検出値311の2乗とq軸電流検出値312の2乗の和の平方根)を入力する。温度推定部315は、記録しておいた負荷電流と推定温度との対応関係から、温度推定部はPM電動機008の推定温度Tを推定する。銅損計算部324は、推定温度を抵抗ゲインと乗算し、PM電動機008の実際の抵抗値Rtを算出する。
 銅損計算部324は、算出した抵抗値Rtをd軸電流検出値311の平方とq軸電流検出値312の平方の和と乗算し、銅損の内部量を算出する。銅損計算部324は、算出した銅損の内部量を銅損ゲイン317に乗算し、PM電動機008の銅損322を算出する。
 最後に、積算処理部325について説明する。積算処理部325は、算出された機械出力320と銅損322の和を積分ゲイン318と乗算し、毎処理サンプリング周期の消費電力を算出する。ユニット遅延部319は前回値を持って、今回のサンプリング周期の消費電力に加算する。積算処理部325の最後の出力は消費電力積算値321となる。
 本実施例における電力計算部003の出力となる機械出力320、銅損322と消費電力積算値321は変数としてメモリ009に保存される。
 本実施例によれば、検出電流値から温度を推定し、抵抗の値の補正計算を行うことにより高精度な銅損計算ができ、温度検出器を使わなくても、PM電動機の消費電力を計算することができる。温度検出器の代わりに、検出電流値から温度を推定することにより、実際の抵抗値を補正することができる。また、この抵抗値を使用する銅損計算により、温度計を利用した銅損計算と同精度のPM電動機の消費電力計算をすることができる。
 図4と図5を用いて実施例2を説明する。
 図4は、本実施例における電力計算部003、メモリ009、タイマ011と異常検知部010を追加した電動機制御装置007の構成を示すブロック図の一例である。図4に記載の構成のうち、図1と同じ符号を付した構成は図1の構成と同様であるため、説明を省略する。
 異常検知部010は、メモリ009に保存されたデータ(機械出力320と銅損322)とタイマ011の時間の情報を入力する。そして、異常発見時はアラームALsts信号810を出力する。
 図5は、本実施例における異常検知部010の機能ブロック図の一例である。入力変数801の値としては銅損322と機械出力320のなかの一つをユーザなどが予め定めて選択しておく。異常検知部010は、開始時間802と終了時間803が設定されている。異常検知部010は、タイマ011を使用する。
 開始時間802の入力変数801の値は第1のスイッチ821を通過し、開始時間802以外がゼロとして第1のスイッチ821において積算され第1のスイッチ821の出力は開始時間802における開始時変数値805(開始時の銅損322もしくは機械出力320)となる。
 また、終了時間803の入力変数801の値は第2のスイッチ822を通過し、終了時間803以外がゼロとして第2のスイッチ822おいて積算され第2のスイッチ822の出力は終了時間803における終了時変数値806(終了時の銅損322と機械出力320)となる。
 異常検知部010は、第1のスイッチ821と第2のスイッチ822の出力である開始時変数値805と終了時変数値806の差を取り、実際変化量808を算出する。また、異常検知部010には、理想の計算量とする想定変数変化量804を設定しておく。
 異常検知部010は、想定変数変化量804に調整ゲインKPm807に乗算し、安全運転ための閾値809を算出する。当該閾値809を実際変化量808と比較し、閾値809を超える時は異常であるとしてアラームALsts信号810を出力する。
 アラームALsts信号810を外部装置などが受け取ると、物理的な音声、光のアラームで異常通知として出す。例えば、警告音を鳴らす、ランプを点滅する。
 本実施例によれば、例えば、負荷装置に異常な負荷を加えて、異常な電流が流れる、電力が異常に大きくなる等の異常が発生する際に素早く通知され、対応することができる。
 図6と図7を用いて実施例2を説明する。
 図6は本実施例における電力計算部003、メモリ009、タイマ011と総電力消費量計算部012を追加した電動機制御装置の構成を示すブロック図の一例である。図6に記載の構成のうち、図1と同じ符号を付した構成は図1の構成と同様であるため、説明を省略する。
 総電力消費量計算部012は、メモリ009から消費電力902(機械出力320と銅損322の和)、通電時間903とタイマ011から時間の情報を入力する。総電力消費量計算部012の出力Pyは、総電力消費量904である。
 図7は、本実施例の総電力消費量計算部012の機能ブロック図の一例である。例えば総電力消費量を計算すると式(6)を参照する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
ここで、予想通電時間909は予想された一定の時間(例えば年間、月間、週間等)の通電時間である。消費電力902は、式(2)に示したようにメモリ009からの機械出力320と銅損322の和である。
 通電時間903はタイマ011からのサンプリング周期の時間である。運転時間901はサンプリング周期の時間の中で実際に消費電力がポジティブな時間である。
 消費電力902がポジティブな時は、スイッチ905が、運転時間901と消費電力902を稼働率計算部906に渡す。そして、総電力消費量計算部012の稼働率計算部906は、PM電動機008における実際の通電時間903と合わせて、稼働率計算部906で稼働率を計算する。
 総電力消費量計算部012は、稼働率と消費電力902を乗算する。その乗算結果は積分処理部(1/z)907に入力される。積分処理部907が年間通電時間909まで積分し、年間電力消費量908を計算して出力する。
 本実施例によれば、実際の運転数値から、予測したい週間、月間、年間等の総電力消費量を推定することができ、電力の消費量が把握できるから、より効率的な工場管理につながる。
 実施例2もしくは実施例3に示した、異常検知部010、タイマ011、および総電力消費量計算部012は、上述した制御器などと同じくマイコン(マイクロコンピュータ)やDSP(Digital Signal Processor)などの半導体集積回路(演算制御手段)によって構成される。DSPやCPU(Central Processing Unit)が、メモリなどの記録装置に保持するプログラムを読み出して、異常検知部010、タイマ011、総電力消費量計算部012などの処理を実行する。
 また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
 001…コンバータ回路、002…制御器、003…電力計算部、004…インバータ回路、010…異常検知部、012…総電力消費量計算部

Claims (7)

  1. 交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
    コンバータ部からの直流電圧から交流電圧に変換し、前記交流電圧を電動機に供給するインバータ部と、
    前記インバータ部を制御するインバータ制御部と、
    前記電動機に流れる電流を検出する電流検出部と、
    検出した前記電流から前記電動機の温度を推定し、推定した前記温度から前記電動機の抵抗値を計算し、計算した前記抵抗値から銅損を計算する電力計算部とを有する電動機制御装置。
  2. 請求項1に記載の電動機制御装置において、
    前記電力計算部は、
    q軸検出電流値と速度検出値から機械出力を計算する機械出力計算部を有する電動機制御装置。
  3. 請求項2に記載の電動機制御装置において、
    前記電力計算部は、
    前記銅損と前記機械出力に基づいて消費電力積算値を計算する積算処理部を有する電動機制御装置。
  4. 請求項2に記載の電動機制御装置において、
    前記銅損もしくは前記機械出力の開始時間における値と、前記銅損もしくは前記機械出力の終了時間における値との差分を、閾値を比較し、
    前記差分が前記閾値を超える場合には、アラーム信号を出力する異常検知部を有する電動機制御装置。
  5. 請求項2に記載の電動機制御装置において、
    前記銅損と前記機械出力の和の消費電力として計算し、前記消費電力がポジティブな時間を運転時間とし、
    運転時間と通電時間とから稼働率を計算し、
    前記稼働率と前記消費電力と前記通電時間から総電力消費量を計算する総電力消費量計算部を有する電動機制御装置。
  6. 請求項1に記載の電動機制御装置において、
    前記電力計算部は、
    前記電流検出部からの負荷電流と前記温度との対応関係から前記電動機の温度を推定する電動機制御装置。
  7. 請求項6に記載の電動機制御装置において、
    前記電力計算部は、
    前記電流検出部からのd軸電流検出値とq軸電流検出値から前記負荷電流の値を計算する電動機制御装置。
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