JP2004072821A - Drive device of ac motor - Google Patents

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JP2004072821A JP2002224811A JP2002224811A JP2004072821A JP 2004072821 A JP2004072821 A JP 2004072821A JP 2002224811 A JP2002224811 A JP 2002224811A JP 2002224811 A JP2002224811 A JP 2002224811A JP 2004072821 A JP2004072821 A JP 2004072821A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive device capable of automatically selecting an optimum control method by discriminating kinds of AC motors. <P>SOLUTION: The kind of AC motors are discriminated based on the following conditions. For a induction motor 23, Ld=Lq, E=0 or ϕ=0. For a surface magnet type synchronous motor 24, Ld=Lq, E≠0 or ϕ≠0. For a inverse salient pole type synchronous motor 25, Ld<Lq, E≠0 or ϕ≠0. For a salient pole type synchronous motor 26, Ld>Lq, E≠0 or ϕ≠0. For a reluctance motor 27, Ld>Lq, E=0 or ϕ=0. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動対象の電動機の種類を判別して駆動する交流電動機の駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来は交流電動機の種類を判別するのに、予め人の手によって抵抗値、インダンタンスの測定や誘起電圧の測定を行い、駆動対象の電動機の種類を確認して、それに応じた駆動装置を用いて運転を行っていた。あるいは、V/f制御によるオープンループ制御での運転を行っていた。こうした場合に使用される駆動装置自体も特定の電動機の駆動を対象としたものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、人手による確認の場合は、電動機の磁石の有無の確認は端子間の誘起電圧を見ることで簡単に確認できるが、突極性か否か、などの確認にはインダクタンスの測定が必要なために手間がかかり、場合によっては電動機を分解して中の構造を確認するなどの作業が必要になるという問題があった。
また、制御についても単なるV/f制御では十分な性能が得られないため、十分な性能を得るには駆動対象とする電動機の種類に応じた制御方式を選択しなければならない。
また、近年、メモリ素子の大容量化、低価格化によりプログラム容量が増えたために、一つの駆動装置に複数の制御プログラムを搭載することが可能になってきたが、その場合に使用者としてはどの方式を選択してよいか判断に困るという問題があった。
そこで、本発明は、電動機と駆動装置の配線時あるいは電動機の運転前に、駆動装置から電動機に対して所定の指令の電圧を与え、この電圧指令値とその際に流れる電流とに基づき、駆動しようとする交流電動機の種類を判別する機能を駆動装置に持たせて、これにより判別された電動機の種類に最も適した制御方式を自動的に選択して駆動することが可能な交流電動機の駆動装置を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の交流電動機の駆動装置の発明は、交流電動機を駆動するための駆動装置において、該交流電動機を運転するに際して、実運転前に、駆動対象である電動機の種類を判別する電動機種類判別手段を有し、当該電動機の種類に応じて適切な制御方式を選択する制御方式選択手段を有することを特徴とする。
請求項2記載の交流電動機の駆動装置の発明は、電動機一次電流を磁束成分(d軸成分)とトルク成分(q軸成分)とに分離し、d軸成分の電流指令とd軸成分の電流検出値を入力とし、両者の偏差を零とするように制御するd軸電流PI(比例積分)制御器を有し、このPI制御器の出力をd軸電圧指令値vd_refとし、q軸成分の電流指令とq軸成分の電流検出値を入力とし、両者の偏差を零とするよう制御するq軸電流PI(比例積分)制御器を有し、このPI制御器の出力をq軸電圧指令値vq_refとし、d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値から電圧指令の大きさv_refと電圧位相θvを演算し、電圧指令の大きさと電圧指令の位相を基に直流を3相交流に 変換して出力する電力変換器を有し、任意の速度指令に一致して運転するようにd軸電流指令及びq軸電流指令を制御し、交流電動機を駆動するための電力を該交流電動機に供給し、駆動対象として誘導電動機、表面磁石型同期電動機、突極型同期電動機、逆突極型同期電動機、リラクタンス電動機のいずれかあるいは複数を対象とした制御方式を有し、駆動対象とする交流電動機に応じた制御方式を選択して運転を行う交流電動機の駆動装置において、交流電動機のd軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqならびに誘起電圧Eあるいは鎖交磁束数φを用いて、交流電動機が誘導電動機、表面磁石型同期電動機、突極型同期電動機、逆突極型同期電動機、リラクタンス電動機のいずれであるかを、
誘導電動機      :Ld=Lq、   E=0あるいはφ=0
表面磁石型同期電動機 :Ld=Lq、   E≠0あるいはφ≠0
逆突極型同期電動機  :Ld<Lq、   E≠0あるいはφ≠0
突極型同期電動機   :Ld>Lq、   E≠0あるいはφ≠0
リラクタンス電動機  :Ld>Lq、   E=0あるいはφ=0
の条件に基づき、駆動対象とする交流電動機を判別する手段を有することを特徴としている。
この交流電動機の駆動装置によれば、電動機定数が与えられていれば、

Figure 2004072821
という予め駆動装置が保持する判別条件と照合することで、交流電動機の種類を迅速に、正確に判別して最適な制御方式を自動的に選択できる。
【0005】
また、請求項3記載の発明は、請求項2記載の交流電動機の駆動装置において、実運転開始前に、任意の位相に直流電流を流してこの直流が流れている方向をd軸とし、d軸成分の電圧指令vd_ref_acとして交流信号を前記直流電流を流すために必要な直流電圧成分に重畳して与えた場合のd軸電圧指令値VD1とd軸電流検出値ID1および電圧指令値と電流指令値の位相差からd軸インダクタンスLdを求め、引き続き前記直流電流を流した状態で、q軸電圧指令値vq_ref_acとして前記d軸電圧に重畳した交流信号と同じ大きさ・周波数の信号を与えた場合のq軸電圧指令値Q1とq軸電流検出値IQ1および電圧指令値と電流検出値の位相差からq軸インダクタンスLqを求め、次に再びd軸電流指令だけを与えてd軸電流を流した状態で、瞬時に前記d軸電流指令を零にすると共にd軸電流指令値として与えていた値をq軸電流指令として与え、この際に該電流指令値よりも大きい電流検出値がd軸あるいはq軸に現れた場合はE≠0あるいはφ≠0、そうでない場合はE=0あるいはφ=0として、前記請求項2記載の判別条件に基づき駆動対象とする交流電動機を判別する手段を有することを特徴とする。
前記電圧指令値および電流指令値は、それぞれの大きさが分かる量であればよいので、それぞれの絶対値の平均値、実効値もしくは振幅の最大値などのどれを用いてもよい。
【0006】
また、請求項4に記載の発明は、請求項2記載の交流電動機の駆動装置において、実運転開始前に、任意の位相に直流電流を流してこの直流電流が流れている方向をd軸とし、d軸成分の電圧指令vd_ref_acとして交流信号を前記直流電流を流すために必要な直流電圧成分に重畳して与えた場合のd軸電流検出値ID1およびq軸電圧指令値vq_ref_acとして前記d軸電圧に重畳した交流信号と同じ大きさ・周波数の信号を与えた場合のq軸電流検出値IQ1を用いて、ID1>IQ1の場合はLd<Lq、同様にID<IQの場合はLd>Lqとし、次にd軸電流指令だけを与えてd軸電流を流した状態で、瞬時に前記d軸電流指令を零にすると共にd軸電流指令値として与えていた値をq軸電流指令として与え、この際に該電流指令値よりも大きい電流検出値がd軸あるいはq軸に現れた場合はE≠0あるいはφ≠0、そうでない場合はE=0あるいはφ=0として、前記請求項2記載の判別条件に基づき、駆動対象とする交流電動機を判別する手段を有することを特徴とする。
この交流電動機の駆動装置によれば、検出電流ID1、IQ1は、Ld、Lqに反比例する原理を基に、Ld、Lqの大小関係を検出電流値ID1、IQ1から、ID1>IQ1ならばLd<Lq、同様にID<IQならばLd>Lqと推定して、交流電動機の種類の判別を行い自動的に最適な制御方式を選択するので、請求項3の発明よりも演算量が軽減できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置が保持する交流電動機の種類と電動機定数の関係を示す図である。
図1において、20は交流電動機の種類の項目で、21はLd(d軸漏れインダクタンス)とLq(q軸漏れインダクタンス)の大小関係を示す項目、22はE(誘起電圧)と、φ(鎖交磁束数)の有無を示す項目である。
交流電動機の種類20は構造・特性上から、誘導電動機23、表面磁石型同期電動機24、逆突極型同期電動機25、突極型同期電動機26、リラクタンス電動機27の5種類に分かれる。
【0008】
つぎに各電動機それぞれについて説明する。
先ず、誘導電動機23は、円筒状の回転子の周囲に導体の管を配置し、その両端をそれぞれ短絡環で短絡したものであり、回転子は均一な形状をしているのでd軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLqは等しく、LdとLqの大小関係の項目2は、Ld=Lqである。(なお、誘導電動機23の場合一般的にはLd、Lqといった呼び方はしないで、漏れインダクタンスLで表しているが、ここでは便宜上Ld、Lqと呼ぶ)。
また、誘導電動機23は、磁石を有していないので回転子が回転することによる磁束変化で、固定子巻線に発生する誘起電圧E=0となる。(図1参照)。
次に、表面磁石型同期電動機24は、円筒状の回転子の表面に永久磁石を貼付けた構造なので、磁石から発生する磁束の通り方はどこでも均一で、図1に示すように、Ld=Lqであり、磁石を有するので誘起電圧Eは零ではなくE≠0、φ≠0である。
次に、逆突極型同期電動機25は、回転子の内部に磁石を埋込んだ構造で、例えば、磁石板を回転子円周に内接するような形に埋込むと、各磁石板の両端は回転子の外周表面に内接するように接近した位置に、又、磁石の中央は回転子表面まで距離が最も遠くなるような位置関係になる。このように磁石の両端が表面に近い構造のため、磁束は場所によって異なり通り方に差が生じ、大小関係は、Ld<Lqの関係が生ずる。そして誘起電圧Eも磁石があるために、E≠0、φ≠0である。
次に、突極型同期電動機26は、回転子の磁石を貼付ける部分を回転子表面より飛出た突極形状としたもので、回転子内部を通って固定子巻線と鎖交する磁束の通り方が場所によって異なり、この場合はLd>Lqの関係がある。また、磁石があるために誘起電圧E≠0、φ≠0である。
最後に、リラクタンス電動機27は、突極型同期電動機26から磁石を取り除いた形状のものである。固定子巻線に流れる電流によって誘導される磁束と回転子表面から飛出した部分があることによって、この磁束の通り方が場所によって異なることによる磁気抵抗を利用したものである。従って、d軸とq軸でインダクタンスが異なり、Ld>Lqの関係がある。また、磁石を有しないので回転子が回転することによって固定子巻線に生じる誘起電圧E=0、φ=0である。
このように、交流電動機の種類を、図1に示したように、電動機定数のLd、Lqの大小関係、および誘起電圧E、鎖交磁束数φ、の有無より判別し、誘導電動機23か、表面磁石型同期電動機24か、逆突極型同期電動機25か、突極型同期電動機26か、リラクタンス電動機27かを判別する。
この場合、例えば、交流電動機の駆動装置に、図1に示したような判別条件をテーブル等の形式で保持して置き、電動機の種類判別に使用すればよい。
【0009】
次に、本発明の第2の実施の形態について図を参照して説明する。
図2は本発明の第2の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す図である。第2の実施の形態は、図2に示すような実際の交流電動機の駆動装置に、図1に示した交流電動機の機種判別表を搭載して実際に運転する場合を示した例である。(なお、第1の実施の形態と第2の実施の形態が請求項1および請求項2に該当する)。
先ず、第1の実施の形態に示したように、電動機の特性データとして電動機定数が予め与えられている場合、d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq、および誘起電圧(又は誘起電圧定数)E、あるいは鎖交磁束数φを、設定すると、制御装置は、これらの値を図1の判別条件と比較して交流電動機の種類を判別し、その交流電動機に適した制御方式を選択して、自動的に制御方式の切替えを行う。これによって、電動機の制御方式の選択方法が曖昧な場合でも自動的に最も適した方式で運転することが可能となる。
いま、仮に、電動機を図1の判別条件に照合して、Ld=Lq、E=0、から誘導電動機と判別されたとすると、駆動装置は自動的に誘導電動機の制御プログラムをセットして運転を開始することになる。
図2はこうした状態の誘導電動機の駆動装置の構成の一例を示した図である。また、以下の誘導電動機の動作自体は従来のものと変りないので簡略化して説明する。図2において、2は電力変換器、3は交流電動機、4および5は電流検出器、9は座標変換器、10はq軸電流PI制御器、11はd軸電流PI制御器、12は電圧指令演算器、14は速度制御器、28は速度検出器である。
速度制御器14は速度指令に基づいて、交流電動機3に取り付けられた速度検出器28で検出された速度が速度指令に一致するように、q軸電流指令値iq_ref、d軸電流指令値id_refおよび出力周波数値fphiを演算して、一般的なベクトル制御を実施している。
座標変換器9は相電流の検出値をdq座標系に変換する座標変換器であり、q軸PI電流制御器10、d軸電流制御器11は電流指令値と電流検出値が一致するようにする制御器、電圧指令演算器12はq軸電圧指令電圧指令、d軸電圧指令値および磁束位相θphiから三相交流電圧の電圧の大きさv_refと電圧位相θrefを計算している。磁束位相θphiは出力周波数fphiを積分することで求めている。電力変換器2はv_refおよびθrefに基づいて三相交流電力を交流電動機3へ供給するものである。
このように、速度制御器14の中に誘導電動機、各種同期電動機、リラクタンス電動機などの各種制御方式が組み込まれていて、種類判別の結果でこれを適宜切替えるものである。図2には交流電動機の判別種類が誘導電動機の例を示したが、電動機定数Ld≠Lq、E≠0、ならば他の同期電動機と判別され、それらに適した制御方式がセットされることになる。
また、図2はPG(速度検出器)付きベクトル制御の図を示したが、PGなしベクトルの場合やV/f制御でも、通常運転時の制御方式が異なるだけで、本発明の種類判別方法はそのまま適用できる。
【0010】
次に、本発明の第3の実施の形態について図を参照して説明する。
図3は本発明の第3の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成を示す図である。
図3に示す第3の実施の形態は、請求項3に関する部分であり、図2に示した第2の実施の形態では電動機定数は全て与えられているものとしたが、ここでは電流制御器の出力に電圧指令の振幅成分としてvd_ref_acおよびvq_ref_acを重畳してLd、Lq、誘起電圧E等を求めてから、電動機種類を判別して運転するようにした例である。
また、図2の速度制御器14の代わりに交流電動機判別器1により機種の判別や、各指令の生成および検出値の処理を行っている。その他の図2と同一構成には、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【0011】
つぎに第3の実施の形態の場合の動作について説明する。
先ず、位相としてθphi=0、vd_ref_ac=0、vq_ref_ac=0、q軸電流指令iq_ref=0、d軸電流指令id_ref=モータ定格電流の40%を与えて駆動装置を作動させる。(ここでθphiおよびid_refは任意の値でよい)。
電流が立ち上がって安定になるまで待ち時間を置いた後、電流制御器10および11の比例ゲインKiを零として、電流制御器の出力を固定することにより一定の直流電圧vd_dcを出力させて直流電流を流す。
次に、d軸成分の電圧指令vd_ref_acとして振幅の大きさがvd_dc、周波数fx(Hz)の交流信号を指令として与える。この振幅値や周波数も任意に選んでよい。出力が安定になるまでの時間待った後、d軸電圧指令値vd_refおよびd軸電流検出値id_fbからd軸電圧指令値の振幅分の絶対値の平均値VD1とd軸電流検出値の振幅分の絶対値の平均値ID1を演算し、VD1/ID1/(2π・fx)より、d軸インダクタンスLdを求める。
次に、vd_ref_ac=0として、vq_ref_acに先のvd_ref_acとして与えた交流信号と同じ信号を与える。q軸電圧指令値vq_refおよびq軸電流検出値iq_fbからq軸電圧指令値の振幅の絶対値の平均値VQ1とq軸電流検出値の振幅の絶対値の平均値IQ1を演算し、VQ1/IQ1/(2π・fx)より、q軸インダクタンスLqを求める。
次に、vq_ref_ac=0とし、安定な状態になるまでの時間待った後、d軸電流制御の積分値を零クリアしてd軸電圧指令vd_refを零とすると同時に、この直前のvd_refの値を、vq_ref_acに転送することにより、d軸電圧指令を瞬時にq軸電圧指令として、直流電流をd軸からq軸に切替える。
この時、磁石を有するモータの場合は、電流位相の変化によって回転子が回転することにより誘起電圧Eが発生し、この誘起電圧によって駆動装置から供給している電圧に相当する電流よりも大きい電流が一時的に流れる。
従って、始めに流れていた電流よりも大きい電流が検出されれば、磁石を有した電動機であると判断でき、E≠0、φ≠0とする。
以上により求めたLd、LqおよびEあるいはφを用いて図1に示す判別条件から駆動対象の交流電動機を判別して、最適な制御方式を選択して運転を開始する。
【0012】
次に、本発明の第4の実施の形態について図を参照して説明する。
第4の実施の形態は、請求項4に該当し、図3に示す第3の実施の形態において、d軸およびq軸に与える電圧指令の交流信号の振幅および周波数が等しければ、Id1、IQ1はLd、Lqに反比例するので、Ld、Lqの演算は行わずに、ID1、IQ1を用いて推定するものである。
なお、図3は第3の実施の形態と、第4の実施の形態では共通とする。
図3において第3の実施の形態と同様に直流電流を流して、この直流電流の流れている方向をd軸とし、d軸成分の電圧指令vd_ref_acとして交流信号を直流電圧成分に重畳して与えた場合のd軸電流検出値の振幅分の絶対値の平均値ID1を演算する。
次に、q軸電圧指令vq_ref_acとして先にd軸に与えた交流信号と同じ大きさ・周波数の信号を与えた場合のq軸電流検出値IQ1を求める。
求めたID1とIQ1の大小関係から、ID1>IQ1の時はLd<Lq、あるいは、ID1<IQ1の時はLd>Lqと推定する。
こうして得られたLd、Lqの大小関係と、前実施の形態と同様にして求めた誘起電圧Eあるいはφと合わせて、図1に示す判別条件より交流電動機の種類を判別して、最適な制御方式を自動的に選択して実際の運転を行う。
【0013】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動対象とする交流電動機の種類を判別する機能を制御装置に持たせることによって、交流電動機の種類が不明な場合に、手間を掛けずに自動的に該交流電動機に適した制御方法を自動的に選択して運転できるという効果がある。
また、電動機定数と交流電動機の種類と電動機定数とが不明な場合にも、電動機定数を迅速に同定して、交流電動機の種類を判別し、自動的に最適な制御方式を選択して運転できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置が保持する交流電動機の種類と電動機定数の関係を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成図である。
【図3】本発明の第3および第4の実施の形態に係る交流電動機の駆動装置の構成図である。
【符号の説明】
1 交流電動機判別器
2 電力変換器
3 交流電動機
4、5 電流検出器
9 座標変換器
10 q軸電流PI制御器
11 d軸電流PI制御器
12 電圧指令演算器
14 速度制御器
20 交流電動機の種類
21 Ld、Lqの大小関係
22 Eあるいはφ
23 誘導電動機
24 表面磁石型同期電動機
25 逆突極型同期電動機
26 突極型同期電動機
27 リラクタンス電動機
28 速度検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device for an AC motor that drives by determining the type of a motor to be driven.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to determine the type of AC motor, the measurement of the resistance value, the inductance, and the measurement of the induced voltage are manually performed in advance, and the type of the motor to be driven is confirmed. Driving. Alternatively, the operation has been performed by open loop control by V / f control. The driving device itself used in such a case is also intended for driving a specific electric motor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technology, when checking manually, the presence or absence of the magnet of the motor can be easily confirmed by checking the induced voltage between the terminals. Since the measurement is required, it is troublesome, and in some cases, there is a problem that an operation such as disassembling the electric motor and confirming the inner structure is required.
In addition, since sufficient performance cannot be obtained by simple V / f control, a control method corresponding to the type of the motor to be driven must be selected to obtain sufficient performance.
Also, in recent years, the increase in program capacity due to the large capacity and low price of memory elements has made it possible to mount a plurality of control programs on a single drive device. There was a problem that it was difficult to determine which method to select.
Therefore, the present invention provides a predetermined command voltage from the driving device to the motor when wiring the motor and the driving device or before operating the motor, and based on the voltage command value and the current flowing at that time, the driving is performed. A drive for an AC motor that has a function of determining the type of the AC motor to be provided in the drive device and automatically selects and drives a control method most suitable for the type of the determined motor. It is intended to provide a device.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention of a drive device for an AC motor according to claim 1 is a drive device for driving an AC motor, wherein when the AC motor is driven, the motor to be driven before actual operation is performed. And a control method selecting means for selecting an appropriate control method according to the type of the motor.
According to a second aspect of the present invention, the primary motor current is separated into a magnetic flux component (d-axis component) and a torque component (q-axis component), and a current command of the d-axis component and a current of the d-axis component are provided. It has a d-axis current PI (proportional integral) controller that receives the detected value as input and controls the deviation between the two to be zero, and outputs the PI controller as a d-axis voltage command value vd_ref, A q-axis current PI (proportional-integral) controller that receives a current command and a current detection value of the q-axis component and controls the deviation between the two to be zero, and outputs the output of the PI controller to a q-axis voltage command value vq_ref, and calculates a voltage command magnitude v_ref and a voltage phase θv from the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and converts DC into three-phase AC based on the voltage command magnitude and the voltage command phase. Has a power converter to output, matches any speed command To control the d-axis current command and the q-axis current command so as to operate the AC motor, supply power for driving the AC motor to the AC motor, and drive the induction motor, the surface magnet type synchronous motor, the salient pole type synchronous motor. An AC motor drive device that has a control method for one or more of an electric motor, a reverse salient pole synchronous motor, and a reluctance motor, and operates by selecting a control method according to the AC motor to be driven. Using the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq of the AC motor, the induced voltage E or the number of interlinkage magnetic fluxes φ, the AC motor can be an induction motor, a surface magnet type synchronous motor, a salient pole type synchronous motor, a reverse salient pole type synchronous motor. Whether it is a motor or a reluctance motor
Induction motor: Ld = Lq, E = 0 or φ = 0
Surface magnet type synchronous motor: Ld = Lq, E ≠ 0 or φ ≠ 0
Reverse salient pole synchronous motor: Ld <Lq, E ≠ 0 or φ ≠ 0
Salient pole synchronous motor: Ld> Lq, E 0 or φ ≠ 0
Reluctance motor: Ld> Lq, E = 0 or φ = 0
A means for determining an AC motor to be driven based on the above condition.
According to this AC motor driving device, if a motor constant is given,
Figure 2004072821
By collating with the discrimination condition held in advance by the drive device, the type of the AC motor can be discriminated quickly and accurately, and the optimal control method can be automatically selected.
[0005]
According to a third aspect of the present invention, in the driving device for an AC motor according to the second aspect, before starting the actual operation, a direct current is applied to an arbitrary phase, and a direction in which the direct current flows is defined as a d-axis. A d-axis voltage command value VD1, a d-axis current detection value ID1, and a voltage command value and a current command when an AC signal is applied as a voltage command vd_ref_ac of the axis component so as to be superimposed on a DC voltage component necessary for flowing the DC current. When the d-axis inductance Ld is obtained from the phase difference of the values, and a signal having the same magnitude and frequency as the AC signal superimposed on the d-axis voltage is given as the q-axis voltage command value vq_ref_ac while the DC current is continuously flowing. calculated q-axis inductance Lq from the phase difference between the q-axis voltage command value V Q1 and q-axis current detection value IQ1 and voltage command value and the current detection value, then it gives only the d-axis current command again With the d-axis current flowing, the d-axis current command is instantaneously set to zero and the value given as the d-axis current command value is given as the q-axis current command. At this time, the value is larger than the current command value. 3. If the detected current value appears on the d-axis or the q-axis, E ≠ 0 or φ ≠ 0, otherwise, E = 0 or φ = 0. It is characterized by having means for determining the electric motor.
The voltage command value and the current command value only need to be quantities that can be recognized in their respective sizes, and any of the average value of the absolute values, the effective value, or the maximum value of the amplitude may be used.
[0006]
According to a fourth aspect of the present invention, in the driving device for an AC motor according to the second aspect, a DC current is supplied to an arbitrary phase before starting the actual operation, and a direction in which the DC current flows is defined as a d-axis. , A d-axis current detection value ID1 and a q-axis voltage command value vq_ref_ac when an AC signal is applied as a d-axis component voltage command vd_ref_ac superimposed on a DC voltage component necessary for flowing the DC current. using the q-axis current detection value IQ1 when given a signal having the same magnitude and frequency as the AC signal superimposed on, ID1> Ld for IQ1 <Lq, similarly ID 1 <for IQ 1 Ld> Lq, then, in a state where only the d-axis current command is given and the d-axis current is passed, the d-axis current command is instantaneously set to zero and the value given as the d-axis current command value is taken as the q-axis current command. Give 3. In this case, if a detected current value larger than the current command value appears on the d-axis or the q-axis, E ≠ 0 or φ ≠ 0, otherwise, E = 0 or φ = 0. And a means for determining the AC motor to be driven based on the determination conditions.
According to this AC motor driving device, the detection currents ID1 and IQ1 are based on the principle that they are inversely proportional to Ld and Lq, and the magnitude relationship between Ld and Lq is determined from the detection current values ID1 and IQ1. If ID1> IQ1, Ld <IQ Lq, similarly, if ID 1 <IQ 1 , Ld> Lq is estimated, the type of AC motor is determined, and the optimal control method is automatically selected. it can.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the type of AC motor and the motor constant held by the AC motor driving device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 20 denotes an AC motor type item, 21 denotes an item indicating a magnitude relationship between Ld (d-axis leakage inductance) and Lq (q-axis leakage inductance), 22 denotes E (induced voltage), and φ (chain). This is an item indicating the presence or absence of the number of magnetic fluxes.
The types 20 of the AC motors are classified into five types of induction motors 23, surface magnet type synchronous motors 24, reverse salient pole type synchronous motors 25, salient pole type synchronous motors 26, and reluctance motors 27 in terms of structure and characteristics.
[0008]
Next, each electric motor will be described.
First, the induction motor 23 has a conductor tube arranged around a cylindrical rotor and both ends thereof are short-circuited by short-circuit rings. Since the rotor has a uniform shape, the d-axis inductance Ld , Q-axis inductance Lq is equal, and item 2 of the magnitude relationship between Ld and Lq is Ld = Lq. (Note that, in the case of the induction motor 23, Ld and Lq are generally not referred to as Ld and Lq, but are referred to as leakage inductance L, but are referred to here as Ld and Lq for convenience.)
In addition, since the induction motor 23 does not have a magnet, the induced voltage E generated in the stator winding becomes 0 due to a change in magnetic flux due to rotation of the rotor. (See FIG. 1).
Next, since the surface magnet type synchronous motor 24 has a structure in which a permanent magnet is adhered to the surface of a cylindrical rotor, the direction of the magnetic flux generated from the magnet is uniform everywhere, and as shown in FIG. 1, Ld = Lq And the induced voltage E is not zero but E ≠ 0 and φ ≠ 0 because of the presence of the magnet.
Next, the reverse salient-pole synchronous motor 25 has a structure in which magnets are embedded inside the rotor. For example, when a magnet plate is embedded so as to be inscribed in the circumference of the rotor, both ends of each magnet plate are Is at a position close to the outer peripheral surface of the rotor so as to be inscribed, and the center of the magnet has a positional relationship such that the distance to the rotor surface is the longest. Because of the structure in which both ends of the magnet are close to the surface as described above, the magnetic flux differs depending on the location and a difference occurs in the way, and the magnitude relationship has a relationship of Ld <Lq. The induced voltage E is also E ≠ 0 and φ ≠ 0 due to the presence of the magnet.
Next, the salient pole type synchronous motor 26 has a portion where the magnet of the rotor is stuck in a salient pole shape protruding from the rotor surface, and a magnetic flux interlinking with the stator winding through the inside of the rotor. Is different depending on the location. In this case, there is a relationship of Ld> Lq. In addition, because of the presence of the magnet, the induced voltages E 磁石 0 and φ 磁石 0.
Finally, the reluctance motor 27 has a shape obtained by removing magnets from the salient-pole synchronous motor 26. Due to the magnetic flux induced by the current flowing through the stator winding and the portion protruding from the rotor surface, the magnetic reluctance is utilized because the flow of the magnetic flux differs depending on the location. Therefore, the inductance differs between the d-axis and the q-axis, and there is a relationship of Ld> Lq. In addition, since there is no magnet, the induced voltage E = 0 and φ = 0 generated in the stator winding when the rotor rotates.
In this way, as shown in FIG. 1, the type of the AC motor is determined from the magnitude relationship between the motor constants Ld and Lq, and the presence or absence of the induced voltage E and the number of interlinkage magnetic fluxes φ. It is determined whether it is a surface magnet type synchronous motor 24, a reverse salient pole type synchronous motor 25, a salient pole type synchronous motor 26, or a reluctance motor 27.
In this case, for example, the determination conditions as shown in FIG. 1 may be held and placed in a drive device of the AC motor in the form of a table or the like and used for determining the type of the motor.
[0009]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a drive device for an AC motor according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is an example in which the actual AC motor driving device as shown in FIG. 2 is mounted with the AC motor model discrimination table shown in FIG. 1 and actually driven. (Note that the first embodiment and the second embodiment correspond to claims 1 and 2).
First, as shown in the first embodiment, when a motor constant is given in advance as motor characteristic data, a d-axis inductance Ld, a q-axis inductance Lq, and an induced voltage (or induced voltage constant) E, Alternatively, when the number of interlinkage magnetic fluxes φ is set, the control device compares these values with the determination conditions of FIG. 1 to determine the type of the AC motor, selects a control method suitable for the AC motor, and automatically selects the control method. The control method is switched. As a result, even when the method of selecting the control method of the electric motor is ambiguous, it is possible to automatically operate in the most suitable method.
Now, if the motor is compared with the determination condition of FIG. 1 and it is determined that Ld = Lq and E = 0, then the drive device automatically sets the control program of the induction motor and starts operation. Will start.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the drive device for the induction motor in such a state. In addition, the operation of the following induction motor itself is not different from that of the related art, and will be described in a simplified manner. 2, 2 is a power converter, 3 is an AC motor, 4 and 5 are current detectors, 9 is a coordinate converter, 10 is a q-axis current PI controller, 11 is a d-axis current PI controller, and 12 is a voltage. A command calculator 14 is a speed controller, and 28 is a speed detector.
Based on the speed command, the speed controller 14 controls the q-axis current command value iq_ref, the d-axis current command value id_ref, and the d-axis current command value so that the speed detected by the speed detector 28 attached to the AC motor 3 matches the speed command. General vector control is performed by calculating the output frequency value fphi.
The coordinate converter 9 is a coordinate converter for converting the detected value of the phase current into the dq coordinate system, and the q-axis PI current controller 10 and the d-axis current controller 11 are configured so that the current command value matches the current detection value. The voltage command calculator 12 calculates the voltage magnitude v_ref and the voltage phase θref of the three-phase AC voltage from the q-axis voltage command voltage command, the d-axis voltage command value, and the magnetic flux phase θphi. The magnetic flux phase θphi is obtained by integrating the output frequency fphi. The power converter 2 supplies three-phase AC power to the AC motor 3 based on v_ref and θref.
As described above, various control methods such as an induction motor, various synchronous motors, and a reluctance motor are incorporated in the speed controller 14, and these are appropriately switched according to the result of the type determination. FIG. 2 shows an example in which the identification type of the AC motor is an induction motor, but if the motor constant is Ld ≠ Lq, E ≠ 0, it is determined that the synchronous motor is another synchronous motor, and a control method suitable for them is set. become.
FIG. 2 shows a diagram of the vector control with PG (speed detector). However, in the case of the vector without PG or V / f control, only the control method at the time of the normal operation is different. Can be applied as is.
[0010]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a drive device for an AC motor according to a third embodiment of the present invention.
The third embodiment shown in FIG. 3 relates to claim 3, and in the second embodiment shown in FIG. 2, the motor constants are all given. In this example, Ld, Lq, induced voltage E, and the like are obtained by superimposing vd_ref_ac and vq_ref_ac as the amplitude components of the voltage command on the output of, and then the motor type is determined to operate.
In addition, instead of the speed controller 14 in FIG. 2, the AC motor discriminator 1 performs model discrimination, generation of each command, and processing of a detected value. The same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0011]
Next, the operation in the case of the third embodiment will be described.
First, θphi = 0, vd_ref_ac = 0, vq_ref_ac = 0, q-axis current command iq_ref = 0, and d-axis current command id_ref = 40% of motor rated current are given as phases to operate the driving device. (Where θphi and id_ref may be any values).
After a waiting time until the current rises and stabilizes, the proportional gains Ki of the current controllers 10 and 11 are set to zero, and the output of the current controller is fixed to output a constant DC voltage vd_dc, so that the DC current is reduced. Flow.
Next, as a d-axis component voltage command vd_ref_ac, an AC signal having an amplitude of vd_dc and a frequency fx (Hz) is given as a command. The amplitude value and the frequency may be arbitrarily selected. After waiting for the time until the output becomes stable, the average value VD1 of the absolute value of the amplitude of the d-axis voltage command value and the amplitude of the d-axis current detection value from the d-axis voltage command value vd_ref and the d-axis current detection value id_fb are obtained. The average value ID1 of the absolute values is calculated, and the d-axis inductance Ld is obtained from VD1 / ID1 / (2π · fx) .
Next, as vd_ref_ac = 0, the same signal as the AC signal given as vd_ref_ac to vq_ref_ac is given. The average value VQ1 of the absolute value of the amplitude of the q-axis voltage command value and the average value IQ1 of the absolute value of the amplitude of the q-axis current detection value are calculated from the q-axis voltage command value vq_ref and the q-axis current detection value iq_fb, and VQ1 / IQ1 The q-axis inductance Lq is obtained from / (2π · fx) .
Next, vq_ref_ac = 0, and after waiting for a time until a stable state is reached, the integrated value of the d-axis current control is cleared to zero and the d-axis voltage command vd_ref is set to zero, and at the same time, the value of vd_ref immediately before this is set to: By transferring the signal to vq_ref_ac, the d-axis voltage command is instantaneously changed to the q-axis voltage command, and the DC current is switched from the d-axis to the q-axis.
At this time, in the case of a motor having a magnet, the rotor rotates due to a change in the current phase to generate an induced voltage E, and the induced voltage causes a current larger than the current corresponding to the voltage supplied from the driving device. Flows temporarily.
Therefore, if a current larger than the current flowing first is detected, it can be determined that the motor has a magnet, and E ≠ 0 and φ 、 0.
Using the Ld, Lq, E, or φ obtained as described above, the AC motor to be driven is determined from the determination conditions shown in FIG. 1, and an optimal control method is selected to start operation.
[0012]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The fourth embodiment corresponds to claim 4. In the third embodiment shown in FIG. 3, if the amplitudes and frequencies of AC signals of voltage commands given to the d-axis and the q-axis are equal, Id1, IQ1 Is inversely proportional to Ld and Lq. Therefore, the calculation of Ld and Lq is not performed, and the estimation is performed using ID1 and IQ1.
FIG. 3 is common to the third embodiment and the fourth embodiment.
In FIG. 3, a DC current flows in the same manner as in the third embodiment, the direction in which the DC current flows is the d-axis, and an AC signal is superimposed on the DC voltage component as a d-axis component voltage command vd_ref_ac. Then, the average value ID1 of the absolute value of the amplitude of the detected d-axis current value is calculated.
Next, a q-axis current detection value IQ1 when a signal having the same magnitude and frequency as the AC signal previously given to the d-axis is given as the q-axis voltage command vq_ref_ac is obtained.
Based on the magnitude relationship between the obtained ID1 and IQ1, it is estimated that Ld <Lq when ID1> IQ1 or Ld> Lq when ID1 <IQ1 .
Together with the magnitude relationship between Ld and Lq thus obtained and the induced voltage E or φ obtained in the same manner as in the previous embodiment, the type of the AC motor is determined based on the determination conditions shown in FIG. The system is automatically selected and the actual operation is performed.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing the control device with the function of determining the type of the AC motor to be driven, when the type of the AC motor is unknown, it can be automatically performed without any trouble. Another advantage is that a control method suitable for the AC motor can be automatically selected and operated.
In addition, even when the motor constant, the type of the AC motor, and the motor constant are unknown, the motor constant can be quickly identified, the type of the AC motor can be determined, and the optimal control method can be automatically selected and operated. This has the effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a type of an AC motor and a motor constant held by a drive device for an AC motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a driving device for an AC motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a drive device for an AC motor according to third and fourth embodiments of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 AC motor discriminator 2 Power converter 3 AC motor 4, 5 Current detector 9 Coordinate converter 10 q-axis current PI controller 11 d-axis current PI controller 12 Voltage command calculator 14 Speed controller 20 Type of AC motor 21 Ld, Lq magnitude relation 22 E or φ
23 Induction motor 24 Surface magnet type synchronous motor 25 Reverse salient pole type synchronous motor 26 Salient pole type synchronous motor 27 Reluctance motor 28 Speed detector

Claims (4)

交流電動機を駆動するための駆動装置において、
該交流電動機を運転するに際して、実運転前に、駆動対象である電動機の種類を判別する電動機種類判別手段を有し、当該電動機の種類に応じて適切な制御方式を選択する制御方式選択手段を有することを特徴とする交流電動機の駆動装置。
In a driving device for driving an AC motor,
When operating the AC motor, before actual operation, the motor includes a motor type determination unit that determines a type of the motor to be driven, and a control method selection unit that selects an appropriate control method according to the type of the motor. A driving device for an AC motor, comprising:
電動機一次電流を磁束成分(d軸成分)とトルク成分(q軸成分)とに分離し、d軸成分の電流指令とd軸成分の電流検出値を入力とし、両者の偏差を零とするように制御するd軸電流PI(比例積分)制御器を有し、このPI制御器の出力をd軸電圧指令値vd_refとし、
q軸成分の電流指令とq軸成分の電流検出値を入力とし、両者の偏差を零とするよう制御するq軸電流PI(比例積分)制御器を有し、このPI制御器の出力をq軸電圧指令値vq_refとし、
d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値から電圧指令の大きさv_refと電圧位相θvを演算し、電圧指令の大きさと電圧指令の位相を基に直流を3相交流に変換して出力する電力変換器を有し、任意の速度指令に一致して運転するようにd軸電流指令及びq軸電流指令を制御し、交流電動機を駆動するための電力を該交流電動機に供給し、駆動対象として誘導電動機、表面磁石型同期電動機、突極型同期電動機、逆突極型同期電動機、リラクタンス電動機のいずれかあるいは複数を対象とした制御方式を有し、駆動対象とする交流電動機に応じた制御方式を選択して運転を行う交流電動機の駆動装置において、
交流電動機のd軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqならびに誘起電圧Eあるいは鎖交磁束数φを用いて、交流電動機が誘導電動機、表面磁石型同期電動機、突極型同期電動機、逆突極型同期電動機、リラクタンス電動機のいずれであるかを、
誘導電動機      :Ld=Lq、   E=0あるいはφ=0
表面磁石型同期電動機 :Ld=Lq、   E≠0あるいはφ≠0
逆突極型同期電動機  :Ld<Lq、   E≠0あるいはφ≠0
突極型同期電動機   :Ld>Lq、   E≠0あるいはφ≠0
リラクタンス電動機  :Ld>Lq、   E=0あるいはφ=0
の条件に基づき、駆動対象とする交流電動機を判別する手段を有することを特徴とする請求項1記載の交流電動機の駆動装置。
The motor primary current is separated into a magnetic flux component (d-axis component) and a torque component (q-axis component). The d-axis component current command and the d-axis component current detection value are input, and the deviation between the two is set to zero. A PI-axis current PI (proportional-integral) controller that controls the output of the PI axis controller as an d-axis voltage command value vd_ref,
It has a q-axis current PI (proportional integration) controller that receives a q-axis component current command and a q-axis component current detection value, and controls the deviation between the two to be zero. The output of this PI controller is q As the shaft voltage command value vq_ref,
Calculates the magnitude v_ref of the voltage command and the voltage phase θv from the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and converts the DC into a three-phase AC based on the magnitude of the voltage command and the phase of the voltage command, and outputs the power. It has a converter, controls the d-axis current command and the q-axis current command to operate in accordance with an arbitrary speed command, supplies power for driving the AC motor to the AC motor, and drives the AC motor. Control method for any one or more of induction motor, surface magnet type synchronous motor, salient pole type synchronous motor, reverse salient pole type synchronous motor and reluctance motor, and control method according to AC motor to be driven In the drive device of the AC motor that operates by selecting
Using the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq of the AC motor, the induced voltage E or the number of interlinkage magnetic fluxes φ, the AC motor is an induction motor, a surface magnet type synchronous motor, a salient pole type synchronous motor, a reverse salient pole type synchronous motor. , Reluctance motor,
Induction motor: Ld = Lq, E = 0 or φ = 0
Surface magnet type synchronous motor: Ld = Lq, E ≠ 0 or φ ≠ 0
Reverse salient pole synchronous motor: Ld <Lq, E ≠ 0 or φ ≠ 0
Salient pole synchronous motor: Ld> Lq, E 0 or φ ≠ 0
Reluctance motor: Ld> Lq, E = 0 or φ = 0
2. The drive device for an AC motor according to claim 1, further comprising means for determining an AC motor to be driven based on the condition (1).
実運転開始前に、任意の位相に直流電流を流してこの直流電流が流れている方向をd軸とし、d軸成分の電圧指令vd_ref_acとして交流信号を前記直流電流を流すために必要な直流電圧成分に重畳して与えた場合のd軸電圧指令値VD1およびd軸電流検出値ID1および電圧指令値と電流指令値の位相差からd軸インダクタンスLdを求め、引き続き前記直流電流を流した状態で、q軸電圧指令値vq_ref_acとして前記d軸電圧に重畳した交流信号と同じ大きさ・周波数の信号を与えた場合のq軸電圧指令値VQ1とq軸電流検出値IQ1および電圧指令値と電流検出値の位相差からq軸インダクタンスLqを求め、次に再びd軸電流指令だけを与えてd軸電流を流した状態で、瞬時に前記d軸電流指令を零にすると共にd軸電流指令値として与えていた値をq軸電流指令として与え、この際に該電流指令値よりも大きい電流検出値がd軸あるいはq軸に現れた場合はE≠0あるいはφ≠0、そうでない場合はE=0あるいはφ=0として、前記請求項2記載の判別条件に基づき駆動対象とする交流電動機を判別する手段を有することを特徴とする請求項2記載の交流電動機の駆動装置。Before starting the actual operation, a DC current is applied to an arbitrary phase, and the direction in which the DC current flows is defined as a d-axis, and a DC voltage required to allow the AC signal to flow as the d-axis component voltage command vd_ref_ac. The d-axis inductance Ld is obtained from the d-axis voltage command value VD1, the d-axis current detection value ID1, and the phase difference between the voltage command value and the current command value when the DC current is continuously applied. , Q-axis voltage command value VQ1, q-axis current detection value IQ1, and voltage command value and current detection when a signal having the same magnitude and frequency as the AC signal superimposed on the d-axis voltage is given as q-axis voltage command value vq_ref_ac. The q-axis inductance Lq is determined from the phase difference of the values, and then the d-axis current command is instantaneously reduced to zero with the d-axis current flowing by applying only the d-axis current command again. The value given as the axis current command value is given as the q-axis current command. At this time, if a current detection value larger than the current command value appears on the d-axis or the q-axis, E ≠ 0 or φ ≠ 0, and so on. 3. The driving apparatus for an AC motor according to claim 2, further comprising means for determining E = 0 or φ = 0 and determining an AC motor to be driven on the basis of the determination conditions according to claim 2. 実運転開始前に、任意の位相に直流電流を流してこの直流電流が流れている方向をd軸とし、d軸成分の電圧指令vd_ref_acとして交流信号を前記直流電流を流すために必要な直流電圧成分に重畳して与えた場合のd軸電流検出値ID1およびq軸電圧指令値vq_ref_acとして前記d軸電圧に重畳した交流信号と同じ大きさ・周波数の信号を与えた場合のq軸電流検出値IQ1を用いて、ID1>IQ1の場合はLd<Lq、同様にID<IQの場合はLd>Lqとし、次にd軸電流指令だけを与えてd軸電流を流した状態で、瞬時に前記d軸電流指令を零にすると共にd軸電流指令値として与えていた値をq軸電流指令として与え、この際に該電流指令値よりも大きい電流検出値がd軸あるいはq軸に現れた場合はE≠0あるいはφ≠0、そうでない場合はE=0あるいはφ=0として、前記請求項2記載の判別条件に基づき、駆動対象とする交流電動機を判別する手段を有することを特徴とする請求項2記載の交流電動機の駆動装置。Before starting the actual operation, a DC current is supplied at an arbitrary phase, and the direction in which the DC current flows is defined as the d-axis, and a DC voltage necessary for flowing the AC signal as the d-axis component voltage command vd_ref_ac is used. Q-axis current detection value when a signal having the same magnitude and frequency as the AC signal superimposed on the d-axis voltage is given as the d-axis current detection value ID1 when the component is superimposed on the component and the q-axis voltage command value vq_ref_ac. IQ1 using, ID1> Ld for IQ1 <Lq, similarly ID 1 <Ld for IQ 1> and Lq, then gives only the d-axis current command under a stream of d-axis current, instantaneous The d-axis current command is made zero and the value given as the d-axis current command value is given as the q-axis current command. At this time, a current detection value larger than the current command value appears on the d-axis or the q-axis. If A means for discriminating an AC motor to be driven based on the discriminating condition according to claim 2, wherein ≠ 0 or φ ≠ 0, otherwise, E = 0 or φ = 0. 3. The driving device for an AC motor according to 2.
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