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技術 インバータ制御装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 河地光夫福榮貴史宮崎晴之
出願日 2016年9月5日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-172893
公開日 2018年3月15日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2018-042316
状態 特許登録済
技術分野 無整流子電動機の制御 インバータ装置
主要キーワード 逆三角関数 偏差情報 過電流停止 モータ力率 力率角φ 電圧飽和 回転子磁極位置 力率角
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月15日)のものです。
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図面 (10)

課題

インバータ過電流停止を確実に防止してモータ駆動範囲を拡大することができるインバータ制御装置を提供する。

解決手段

電流検出手段7からの電流検出値に基づいてモータ5の磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差相電流がモータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置6は、電流検出値のピーク値または実効値の少なくともいずれか一つが所定値超過すると、位相差を減少させる。

概要

背景

従来、ブラシレスDCモータを駆動するインバータ制御装置として、モータに流れる相電流を検出する電流検出手段を含み、相電流に基づいてモータの誘起電圧を特定し、特定された誘起電圧に対して所望の位相差電流位相)の相電流が流れるようにインバータを制御するインバータ制御手段は、相電流のピーク値所定値を超えると位相差(電流位相)を減少させる技術がある(例えば特許文献1を参照)。

特許文献1の方法によれば、負荷が過大となる場合に電流位相を減少させることで、モータの駆動効率を高めて相電流のピーク値を減少させ、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動範囲を拡大することができる。

概要

インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるインバータ制御装置を提供する。電流検出手段7からの電流検出値に基づいてモータ5の磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流がモータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置6は、電流検出値のピーク値または実効値の少なくともいずれか一つが所定値を超過すると、位相差を減少させる。

目的

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるインバータ制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数相モータと、直流電力交流電力に変換し、前記モータへ電力を供給するインバータと、前記モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて前記モータの磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差相電流が前記モータに流れるように前記モータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、前記電流検出値のピーク値所定値超過すると、位相差を減少させることを特徴とするインバータ制御装置。

請求項2

位相差が所定の下限値に到達すると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。

請求項3

前記モータに与える電流指令値と前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、前記電圧指令値と前記インバータの直流母線電圧に基づいて算出される変調率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。

請求項4

前記モータに与える電流指令値と前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、前記電圧指令値と前記電流検出値に基づいて算出される前記モータの力率角が所定値を下回ると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。

請求項5

前記モータに与える電流指令値と前記電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段と、前記電流検出手段からの電流検出値を平均化するフィルタ手段を備え、前記電圧指令値と前記電流検出値と前記インバータの直流母線電圧と前記フィルタ手段からの直流母線電流平均値に基づいて算出される前記インバータの効率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させることを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。

請求項6

位相差の減少を停止させた後もなお前記電流検出値のピーク値が所定値を超過する場合には、前記モータの回転出力を減少させることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載のインバータ制御装置。

技術分野

0001

本発明は、モータを任意の回転数で駆動するインバータ制御装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、ブラシレスDCモータを駆動するインバータ制御装置として、モータに流れる相電流を検出する電流検出手段を含み、相電流に基づいてモータの誘起電圧を特定し、特定された誘起電圧に対して所望の位相差電流位相)の相電流が流れるようにインバータを制御するインバータ制御手段は、相電流のピーク値所定値を超えると位相差(電流位相)を減少させる技術がある(例えば特許文献1を参照)。

0003

特許文献1の方法によれば、負荷が過大となる場合に電流位相を減少させることで、モータの駆動効率を高めて相電流のピーク値を減少させ、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動範囲を拡大することができる。

先行技術

0004

特許第5352124号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、前記従来の構成の制御装置では、負荷が過大となる場合に電流位相を減少させるが、電流位相が所定の下限値に到達した場合には相電流のピーク値を抑制することができず、さらに負荷が増大した場合にはインバータが過電流停止してモータが停止に至る可能性がある。

0006

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるインバータ制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

前記従来の課題を解決するために、複数相のモータと、直流電力交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、電流検出手段からの電流検出値に基づいてモータの磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流がモータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、電流検出値のピーク値が所定値を超過すると、位相差を減少させるものである。

0008

これによって、負荷が過大となる場合にモータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)を減少させることで、モータの運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動を維持することができる(特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である)。

発明の効果

0009

本発明のインバータ制御装置は、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置のシステム構成
本発明の実施の形態2におけるインバータ制御装置のシステム構成図
本発明の実施の形態3におけるインバータ制御装置のシステム構成図
本発明の実施の形態4におけるインバータ制御装置のシステム構成図
本発明のインバータ制御装置の第1の動作特性
本発明のインバータ制御装置の第2の動作特性図
本発明のインバータ制御装置の第3の動作特性図
本発明のインバータ制御装置の第4の動作特性図
本発明のインバータ制御装置における座標軸の定義図

実施例

0011

第1の発明は、複数相のモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、電流検出手段からの電流検出値に基づいてモータの磁極位置を特定し、特定された磁極位置に対して所望の位相差の相電流が前記モータに流れるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、電流検出値のピーク値が所定値を超過すると、位相差を減少させるものであり、負荷が過大となる場合にモータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)を減少させることで、モータの運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動を維持することができる(特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である)。

0012

第2の発明は、特に第1の発明のインバータ制御装置において、位相差が所定の下限値に到達すると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

0013

第3の発明は、特に第1の発明のインバータ制御装置において、モータに与える電流指令値と電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、電圧指令値とインバータの直流母線電圧に基づいて算出される変調率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)を過大に減少させて電圧飽和となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

0014

第4の発明は、特に第1の発明のインバータ制御装置において、モータに与える電流指令値と電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、電圧指令値と電流検出値に基づいて算出されるモータの力率角が所定値を下回ると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)を過大に減少させてモータの力率角が遅れ方向に悪化することで、モータの運転効率が悪化に転じることを防止することができる。

0015

第5の発明は、特に第1の発明のインバータ制御装置において、モータに与える電流指令値と電流検出手段からの電流検出値に基づいて電圧指令値を生成する電流制御手段と、電流検出手段からの電流検出値を平均化するフィルタ手段を備え、電圧指令値と電流検出値とインバータの直流母線電圧とフィルタ手段からの直流母線電流平均値に基づいて算出されるインバータの効率が所定値を超過すると、位相差の減少を停止させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

0016

第6の発明は、特に第2〜5のいずれか1つの発明のインバータ制御装置において、位相差の減少を停止させた後もなお電流検出値のピーク値が所定値を超過する場合には、モ
ータの回転出力を減少させるものであり、モータの磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相)の減少を停止した場合でもモータの回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータの駆動を維持することができる。

0017

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

0018

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。このインバータ制御装置は、商用電源等の交流電源1より電力を供給され、供給された電力を整流する整流手段2と、整流手段2からの出力電圧を平滑する平滑手段3と、平滑手段3からの平滑電圧を所望の周波数電圧値交流電圧に変換する直交変換手段4と、モータ5を駆動するための情報を直交変換手段4に伝達するインバータ制御手段6を備える。

0019

インバータ制御手段6は、マイクロコンピュータシステムLSI等により構成可能なもので、ベースドライバ10、PWM信号生成部11、電流制御部12、電流指令生成部13、回転子位置速度推定部14、電流位相調整部15、相電流変換部16、速度設定部17の各機能ブロックを備えている。

0020

相電流変換部16では、電流検出手段7に流れる直交変換手段4の直流側母線電流を観察し、その母線電流をモータ5の相電流に変換する(相電流変換部16の具体的な方法については例えば特開2003−189670号公報等の文献を参照されたい)。

0021

なお、電流センサ等を用いてモータ5の相電流を直接検出しても良いことは言うまでもない。

0022

回転子位置速度推定部14では、相電流変換部16により変換されたモータ5の相電流と、電流制御部12で演算されるモータ5の電圧指令値の情報により、モータ5の回転子磁極位置と回転速度を推定する(回転子位置速度推定部14の具体的な方法については例えば特開2001−37281号公報等の文献を参照されたい)。

0023

速度設定部17では、外部より与えられる速度指令目標速度として通常は設定するが、電流位相調整部15から出力される減速指示がある場合には、所定の時間変化率Δωdnで所定時間Ts0が経過するまで目標速度を減少させる(なおも継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す)。電流位相調整部15から出力される減速指示がなくなれば直前までの目標速度の値を基準に、速度指令値と一致するまで所定の時間変化率Δωupで目標速度を増加させる。

0024

電流指令生成部13では、回転子位置速度推定部14で推定されたモータ5の速度推定値と速度設定部17で設定される目標速度との偏差情報に基づいてモータ5の回転速度が目標速度に一致するように比例積分演算等を用いて電流指令振幅Isを導出する。その電流指令振幅Isと電流位相調整部15から出力される電流位相βm(モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差の指令値を表し、単に位相差とも呼ばれる)により、回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。

0025

Ids=−Is×sin(βm) ・・・(1)
Iqs=Is×cos(βm) ・・・(2)
なお、図9に座標軸の定義を示す。θは回転子位置速度推定部14で推定されたモータ5の磁極位置推定値、βmは電流位相である。3相(u、v、w)/2相(d、q)変換
および2相(d、q)/3相(u、v、w)変換については公知のため、以下説明は省略する。

0026

電流制御部12では、モータ5の制御応答性が要求される用途にも適用すべく比例積分制御を用いる構成とし、前述のように求められた回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)と、モータ5の電流検出値(Id、Iq)(相電流変換部16より変換されたモータ5の相電流を3相/2相変換することで算出)とが一致するように比例積分演算を用いて回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)を導出する。その回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)を2相/3相変換することで相電圧指令値(Vus、Vvs、Vws)を導出する。

0027

PWM信号生成部11では、前述のように求められた相電圧指令値(Vus、Vvs、Vws)よりモータ5を駆動するためのPWM信号を生成する。

0028

前述のように求められたPWM信号は最終的にベースドライバ10に出力され、直交変換手段4を構成するスイッチング素子を駆動する。

0029

電流位相調整部15では、例えばモータ5の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βmとして通常は設定するが、相電流変換部16により変換されたモータ5の相電流(Iu,Iv、Iw)のピーク値(例えば、各相電流の絶対値より導出する)と予め設定された電流設定値Is1との比較結果に基づいて電流位相βmを調整する。

0030

具体的には、電流位相調整部15の動作について、特に電流位相βmが目標値βT1に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ5の負荷トルクが増大する場合について、図5を用いて説明する。図5は上から順番に、モータ5の負荷トルク、モータ5の相電流のピーク値、電流位相調整部15から出力された電流位相βmについて、波形時間変化をそれぞれ示している。

0031

図5において、電流位相調整部15では、時点T1にてモータ5の相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、時点T1から所定時間Ts1経過後の時点T2まで、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる(時点T1〜T2)。時点T2で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなり、電流位相βmが目標βT1よりも小さい場合には、目標値βT1に一致させるべく、時点T2から所定時間Ts2経過後の時点T3まで所定の時間変化率Δβup(時間変化率Δβdnより絶対値が小さい値)で電流位相βmを増加させるのと合わせてモータ5の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する(時点T2〜T3)。時点T3で相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、前述の動作を繰り返し(時点T3〜T4)、時点T4で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す(時点T4〜T5)。時点T5で相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させるが、時点T5から所定時間Ts1経過前の時点T6で下限値βT0に到達し、時点T5から所定時間Ts1経過後の時点T7まで電流位相βmは下限値βT0が設定される(時点T5〜T7)。さらにモータ5の負荷トルクが増大して、時点T7から所定時間Ts2経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、電流位相βmは下限値βT0が設定されて電流位相βmの減少を停止しているため、相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えている間はモータ5の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部17に出力し、速度設定部17では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωdnで所定時間Ts0が経過するまで目標速度を減少させることで(継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す)、モータ5の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる(モータ
5の目標速度を減少している間は電流位相βmはその直前の値(下限値βT0)を維持する)(時点T7〜T8)。

0032

このように、負荷が過大となる場合にモータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を減少させることで、モータ5の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる(特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である)。

0033

また、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)が所定の下限値ベータT0に到達すると、位相差(電流位相βm)の減少を停止させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

0034

さらに、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させた後もなおモータ5の相電流のピーク値が所定の電流設定値Is1を超過する場合には、モータ5の回転出力(目標速度)を減少させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止した場合でもモータ5の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる。

0035

(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。主要なシステム構成については、実施の形態1におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる内容(電圧検出手段8、電流位相調整部15、変調率算出部18)について説明する。

0036

変調率算出部18では、電圧検出手段8から検出された直流母線電圧Vdcと電流制御部12で演算されるモータ5の電圧指令値の情報により、変調率σを算出する。

0037

σ=相電圧指令値振幅/(Vdc/2) ・・・(3)
電流位相調整部15では、例えばモータ5の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βmとして通常は設定するが、相電流変換部16により変換されたモータ5の相電流(Iu,Iv、Iw)のピーク値(例えば、各相電流の絶対値より導出する)と予め設定された電流設定値Is1との比較結果に基づいて電流位相βmを調整する。

0038

具体的には、電流位相調整部15の動作について、特に電流位相βmが目標値βT1に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ5の負荷トルクが増大する場合について、図6を用いて説明する。図6は上から順番に、モータ5の負荷トルク、モータ5の相電流のピーク値、電流位相調整部15から出力された電流位相βm、変調率算出部18から出力される変調率σについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

0039

図6において、電流位相調整部15では、時点T1にてモータ5の相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、時点T1から所定時間Ts1経過後の時点T2まで、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる(時点T1〜T2)。時点T2で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなり、電流位相βmが目標βT1よりも小さい場合には、目標値βT1に一致させるべく、時点T2から所定時間Ts2経過後の時点T3まで所定の時間変化率Δβup(時間変化率Δβdnより絶対値が小さい値)で電流位相βmを増加させるのと合わせてモータ
5の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する(時点T2〜T3)。時点T3で相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、前述の動作を繰り返し(時点T3〜T4)、時点T4で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す(時点T4〜T5)。時点T5で相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させるが、時点T5から所定時間Ts1経過前の時点T6で変調率σが変調率設定値σsを超過するため、電流位相βmの減少を停止させてその値(βT2)を維持する(時点T5〜T7)。さらにモータ5の負荷トルクが増大して、時点T7から所定時間Ts2経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、変調率σが変調率設定値σsを超過して電流位相βmの減少を停止させているため、相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えている間はモータ5の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部17に出力し、速度設定部17では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωdnで所定時間Ts0が経過するまで目標速度を減少させることで(継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す)、モータ5の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる(モータ5の目標速度を減少している間は電流位相βmはその直前の値(βT2)を維持する)(時点T7〜T8)。

0040

このように、負荷が過大となる場合にモータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を減少させることで、モータ5の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる(特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である)。

0041

また、電圧指令値とインバータの直流母線電圧Vdcに基づいて算出される変調率σが変調率設定値σsを超過すると、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を過大に減少させて電圧飽和となることで、モータの駆動が不安定となることを防止することができる。

0042

さらに、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させた後もなおモータ5の相電流のピーク値が所定の電流設定値Is1を超過する場合には、モータ5の回転出力(目標速度)を減少させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止した場合でもモータ5の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる。

0043

(実施の形態3)
図3は、本発明の実施の形態3におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。主要なシステム構成については、実施の形態1におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる内容(電流位相調整部15、力率算出部19)について説明する。

0044

力率算出部19では、電流制御部12で演算されるモータ5の電圧指令値とモータ5の相電流の情報により、モータ力率角φを算出する。

0045

φ=arccos(λ) ・・・(4)
λ=(Vds×Id+Vqs×Iq)/(√(3)×Vl×I1) ・・・(5)
Vl=√(Vds×Vds+Vqs×Vqs) ・・・(6)
I1=√(Id×Id+Iq×Iq)/√(3) ・・・(7)
ここで、arccosは余弦(cos)の逆三角関数、λはモータ力率、Vlは線間電圧実効値、I1は相電流実効値であり、回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)と回転座標系の電流検出値(Id、Iq)に基づいて算出する。

0046

電流位相調整部15では、例えばモータ5の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βmとして通常は設定するが、相電流変換部16により変換されたモータ5の相電流(Iu,Iv、Iw)のピーク値(例えば、各相電流の絶対値より導出する)と予め設定された電流設定値Is1との比較結果に基づいて電流位相βmを調整する。

0047

具体的には、電流位相調整部15の動作について、特に電流位相βmが目標値βT1に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ5の負荷トルクが増大する場合について、図7を用いて説明する。図7は上から順番に、モータ5の負荷トルク、モータ5の相電流のピーク値、電流位相調整部15から出力された電流位相βm、力率算出部19から出力されるモータ力率角φについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

0048

図7において、電流位相調整部15では、時点T1にてモータ5の相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、時点T1から所定時間Ts1経過後の時点T2まで、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる(時点T1〜T2)。時点T2で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなり、電流位相βmが目標βT1よりも小さい場合には、目標値βT1に一致させるべく、時点T2から所定時間Ts2経過後の時点T3まで所定の時間変化率Δβup(時間変化率Δβdnより絶対値が小さい値)で電流位相βmを増加させるのと合わせてモータ5の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する(時点T2〜T3)。時点T3で相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、前述の動作を繰り返し(時点T3〜T4)、時点T4で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す(時点T4〜T5)。時点T5で相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させるが、時点T5から所定時間Ts1経過前の時点T6でモータ力率角φがモータ力率角設定値φsを下回るため、電流位相βmの減少を停止させてその値(βT3)を維持する(時点T5〜T7)。さらにモータ5の負荷トルクが増大して、時点T7から所定時間Ts2経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、モータ力率角φがモータ力率角設定値φsを下回って電流位相βmの減少を停止させているため、相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えている間はモータ5の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部17に出力し、速度設定部17では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωdnで所定時間Ts0が経過するまで目標速度を減少させることで(継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す)、モータ5の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる(モータ5の目標速度を減少している間は電流位相βmはその直前の値(βT3)を維持する)(時点T7〜T8)。

0049

このように、負荷が過大となる場合にモータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を減少させることで、モータ5の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる(特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である)。

0050

また、電圧指令値と電流検出値に基づいて算出されるモータ5の力率角φがモータ力率角設定値φsを下回ると、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相
βm)を過大に減少させてモータの力率角が遅れ方向に悪化することで、モータ5の運転効率が悪化に転じることを防止することができる。

0051

さらに、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させた後もなおモータ5の相電流のピーク値が所定の電流設定値Is1を超過する場合には、モータ5の回転出力(目標速度)を減少させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止した場合でもモータ5の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる。

0052

(実施の形態4)
図4は、本発明の実施の形態4におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。主要なシステム構成については、実施の形態1におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる内容(電圧検出手段8、フィルタ手段9、電流位相調整部15、インバータ効率算出部20)について説明する。

0053

フィルタ手段9は、例えばアナログローパスフィルタ回路から構成され、電流検出手段7に流れる直交変換手段4の直流側の母線電流を平均化する。

0054

インバータ効率算出部20では、電流制御部12で演算されるモータ5の電圧指令値(回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs))とモータ5の相電流(回転座標系の電流検出値(Id、Iq))と電圧検出手段8から検出された直流母線電圧Vdcとフィルタ手段9からの直流母線電流平均値Idcの情報により、インバータ効率ηを算出する。

0055

η=(Vds×Id+Vqs×Iq)/(Vdc×Idc) ・・・(8)
電流位相調整部15では、例えばモータ5の速度推定値等で一義的に決定された電流位相目標値を電流位相βmとして通常は設定するが、相電流変換部16により変換されたモータ5の相電流(Iu,Iv、Iw)のピーク値(例えば、各相電流の絶対値より導出する)と予め設定された電流設定値Is1との比較結果に基づいて電流位相βmを調整する。

0056

具体的には、電流位相調整部15の動作について、特に電流位相βmが目標値βT1に一致している状態で、時間が経過するにつれてモータ5の負荷トルクが増大する場合について、図8を用いて説明する。図8は上から順番に、モータ5の負荷トルク、モータ5の相電流のピーク値、電流位相調整部15から出力された電流位相βm、インバータ効率算出部20から出力されるインバータ効率ηについて、波形の時間変化をそれぞれ示している。

0057

図8において、電流位相調整部15では、時点T1にてモータ5の相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、時点T1から所定時間Ts1経過後の時点T2まで、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させ、これにより相電流のピーク値を減少させる(時点T1〜T2)。時点T2で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなり、電流位相βmが目標βT1よりも小さい場合には、目標値βT1に一致させるべく、時点T2から所定時間Ts2経過後の時点T3まで所定の時間変化率Δβup(時間変化率Δβdnより絶対値が小さい値)で電流位相βmを増加させるのと合わせてモータ5の負荷トルクが増大しているため、相電流のピーク値が増加する(時点T2〜T3)。時点T3で相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えた場合、前述の動作を繰り返し(時点T3〜T4)、時点T4で相電流のピーク値が電流設定値Is1よりも小さくなると、前述の動作を繰り返す(時点T4〜T5)。時点T5で相電流のピーク値が再び電流
定値Is1を超えた場合、所定の時間変化率Δβdnで電流位相βmを減少させるが、時点T5から所定時間Ts1経過前の時点T6でインバータ効率ηがインバータ効率設定値ηsを超過するため、電流位相βmの減少を停止させてその値(βT4)を維持する(時点T5〜T7)。さらにモータ5の負荷トルクが増大して、時点T7から所定時間Ts2経過前に相電流のピーク値が再び電流設定値Is1を超えた場合、インバータ効率ηがインバータ効率設定値ηsを超過して電流位相βmの減少を停止させているため、相電流のピーク値が電流設定値Is1を超えている間はモータ5の回転出力を減少させるための減速指示を速度設定部17に出力し、速度設定部17では減速指示を受けて、所定の時間変化率Δωdnで所定時間Ts0が経過するまで目標速度を減少させることで(継続して減速指示がある場合には前述の動作を繰り返す)、モータ5の負荷を低減して相電流のピーク値を減少させる(モータ5の目標速度を減少している間は電流位相βmはその直前の値(βT4)を維持する)(時点T7〜T8)。

0058

このように、負荷が過大となる場合にモータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を減少させることで、モータ5の運転効率を高めて相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる(特に、弱め界磁制御の効果を高めるために電流位相の設定値を大きくした場合に有効である)。

0059

また、電圧指令値と電流検出値とインバータの直流母線電圧Vdcとフィルタ手段からの直流母線電流平均値Idcに基づいて算出されるインバータの効率ηがインバータ効率設定値ηsを超過すると、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)を過大に減少させて遅れ位相となることで、モータ5の駆動が不安定となることを防止することができる。

0060

さらに、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止させた後もなおモータ5の相電流のピーク値が所定の電流設定値Is1を超過する場合には、モータ5の回転出力(目標速度)を減少させるものであり、モータ5の磁極位置に対する相電流の位相差(電流位相βm)の減少を停止した場合でもモータ5の回転出力を減少させることで相電流のピーク値を減らし、インバータの過電流停止を防止してモータ5の駆動を維持することができる。

0061

以上のように、本発明にかかるインバータ制御装置は、インバータの過電流停止を確実に防止してモータの駆動範囲を拡大することができるため、空気調和機冷蔵庫冷凍機ヒートポンプ給湯機等の圧縮機モータを駆動する用途に適用できる。

0062

1交流電源
2整流手段
3 平滑手段
3aリアクタ
3bコンデンサ
4直交変換手段
5モータ
6インバータ制御手段
7電流検出手段
8電圧検出手段
9フィルタ手段
10ベースドライバ
11PWM信号生成部
12電流制御部
13電流指令生成部
14回転子位置速度推定部
15電流位相調整部
16相電流変換部
17速度設定部
18変調率算出部
19力率算出部
20インバータ効率算出部

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