CN102801378A - 电机控制装置以及具备它的空气调节机 - Google Patents

Abstract

因逆变器驱动电路的驱动信号停止之际压缩机电机等惰性运转时的再生，整流商用电源并使其平滑的平滑电容器两端的直流电压过升压，而存在超过电容器等元件的浪涌耐压的问题。为此，本发明的电机控制装置以及具备它的空气调节机，将制作控制器电路及逆变器驱动电路的电源的电压变换器连接到平滑电容器上，用直流电压检测器检测从逆变器驱动电路停止输出驱动信号、三相同步电机惰性运转时、因再生而发生在平滑电容器上的直流电压，若超过某设定值就使逆变器电路的下支路全相接通，将感应电压短路，通过使发生在平滑电容器上的直流电压经由电压变换器用控制器电路及逆变器驱动电路、电机内部的阻抗进行消耗来抑制直流电压超过元件的浪涌耐压。

Description

电机控制装置以及具备它的空气调节机

技术领域

本发明涉及具备对逆变器驱动电路停止之际、因压缩机电机等惰性运转时的再生所造成的直流电压的过升压进行抑制这一功能的电机控制装置。

背景技术

在使设于空气调节机的室外机中的压缩机电机从旋转状态中停止之际，即便停止逆变器驱动电路、即控制成不输出驱动信号的状态，电机也会因惯性而转动。将其称之为惰性运转。

若在压缩机电机等处于惰性运转中，“电机的感应电压＞直流电压”，直流电压就会因再生而形成过升压。

因而，在专利文献1中提出了如下方案：通过将串联地连结负载和开关的动态制动电路相对于平滑电容器并联地接入，并在进行制动时接通上述开关，从而用负载消耗再生能量以抑制直流电压的过升压。

在专利文献2中提出了如下技术方案：没有动态制动电路而是通过在矢量控制中一边用d轴电流和q轴电流控制力矩，一边增加对力矩贡献度较低的d轴电流以消耗再生能量，从而能够一边抑制直流电压的过升压一边实现电机的急停止、急减速。

另外，作为公知的控制技术已知如下控制：在使电机正常停止时，在减速至直流电压不会因再生能量而过升压的转速以后再进行停止。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平5-76191号公报

专利文献2：日本特开2007-135400号公报

发明内容

因逆变器驱动电路的驱动信号停止之际压缩机电机等惰性运转时的再生，存在整流商用电源并使其平滑的平滑电容器两端的直流电压过升压，超过电容(condenser)等元件的浪涌耐压的问题。

在家庭用的空气调节机中，压缩机电机的低输入、低旋转时的系统效率改善关系到APF改善。因此，使压缩机电机低旋转时的输入电流减少即可，使压缩机电机的感应电压常数加大即可。

但是，若加大感应电压常数，则存在：在压缩机电机处于惰性运转时有“电机的感应电压＞直流电压”，直流电压因再生而过升压，超过电容器(capacitor)的浪涌耐压，元件破坏或者寿命缩短而无法确保可靠性的问题。

另外，由于在专利文献1中附加动态制动电路，所以牵涉到电路规模的大型化及价格的上升。

另外，由于在专利文献2中通过无传感器的矢量控制来进行减速控制，所以就需要在减速时始终检测电机的位置信息。

另外，作为公知的控制技术已知如下控制：在进行正常停止之际，通过减速速率使压缩机电机减速至不会引起过升压的某转速后再使其停止，但专利文献2以及公知的控制技术均需要使其减速至不会有“电机的感应电压＞直流电压”的转速的控制，在所谓的异常时等系统紧急停止中，直流电压将发生过升压，因此就需要选定能耐受过渡性的短时间负载的元件，将牵涉到电路规模的大型化及价格的上升。

本发明的目的在于提供一种防止因三相同步电机处于惰性运转时的再生所造成的直流电压的过升压，并且可靠性高的电机控制装置。

本发明将形成控制器电路及逆变器驱动电路的电源的电压变换器连接到平滑电容器上，用直流电压检测器检测从逆变器驱动电路停止驱动信号的输出、三相同步电机惰性运转时、因再生而发生在平滑电容器上的直流电压，一旦超过某设定值就使逆变器电路的下支路全相接通，将感应电压短路，通过使发生在平滑电容器上的直流电压经由电压变换器用控制器电路、逆变器驱动电路、风扇电机驱动电路、风扇电机、风扇电机上所连接的风扇负载及压缩机电机的内部阻抗等进行消耗来抑制直流电压超过元件的浪涌耐压。

根据本发明，能实现能够以简单的电路抑制直流电压的过升压，且可靠性较高的电机控制装置。

附图说明

图1是表示实施例1的电路结构图。

图2是表示有、无直流电压抑制控制时的转速、直流电压的关系的图。

图3是表示实施例2的电路结构图。

图4是表示实施例3的电路结构图。

图5是表示实施例4的电路结构图。

图6是空气调节器。

图7是空气调节器的室外机。

附图标记说明

1：商用电源；2：二极管堆栈；3：平滑电容器；4：逆变器；5：三相同步电机；6：压缩机；7：控制器；8：逆变器驱动电路；9：电压变换器；10：直流电压检测器；11：位置检测电路；12：母线电流检测器；13：电机电流检测器；101：风扇电机用逆变器；102：风扇电机；103：风扇；104：风扇电机驱动电路；601：直流电压抑制控制开始判定器；602：直流电压用抑制信号发生器；603：转速、旋转方向运算器；604：母线电流运算器；605：电机电流运算器；701：空气调节机；702：室外机；703：连接配管；704：室内机；705：遥控器；706：室内机收发部；707：电机控制装置；708：热交换器；709：反应器(reactor)。

具体实施方式

以下，就本发明的电机控制装置具体地进行说明。

<实施例1>

图1是表示实施例1的电路结构图。本实施例的控制装置包括：商用电源1；将商用电源1整流成直流电压的二极管堆栈(diode stack)2；抑制用二极管堆栈2整流后的直流电压的脉动的平滑电容器3；将从平滑电容器3所供给的直流电压变换成三相交流的逆变器4；作为控制对象的三相同步电机5；作为三相同步电机5的负载的压缩机6；控制逆变器4的控制器7；根据控制器7的信号输出用于驱动逆变器4的驱动信号的逆变器驱动电路8；由二极管堆栈2的直流电压生成逆变器驱动电路8的电源、风扇电机驱动电路104的电源和控制器7的电源的电压变换器9；检测二极管堆栈2的直流电压的直流电压检测器10；将从平滑电容器3所供给的直流电压变换成用于驱动风扇电机的三相交流的风扇电机用逆变器101；作为控制对象的风扇电机102；作为风扇电机102负载的风扇103；以及驱动风扇电机用逆变器101的风扇电机驱动电路104。

接着，使用图2就从逆变器驱动电路8停止驱动信号的输出，三相同步电机5惰性运转时，直流电压的抑制控制方法进行说明。图2在纵轴表示从逆变器驱动电路8所输出的驱动信号、三相同步电机5的转速和平滑电容器3的直流电压，在横轴表示时间，(a)表示无直流电压抑制控制的情况，(b)表示有直流电压抑制控制的情况。

在三相同步电机5处于惰性运转时“电机的感应电压＞直流电压”的情况下，若从逆变器驱动电路8停止驱动信号的输出，三相同步电机5变成惰性运转，则如图2的(a)那样三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3两端的直流电压，通过逆变器4的回流二极管对平滑电容器3进行充电，直流电压就会过升压而达到电压A。在电压A超过元件耐压的情况下，有控制器的故障、或者寿命变短等可靠性降低的顾虑。

相对于此，在(b)有直流电压抑制控制的情况下，控制器7内的直流电压抑制控制开始判定器601存储有开始直流电压抑制控制的直流电压B，并在从直流电压检测器10检测出的直流电压超过电压B的情况下对直流电压抑制信号发生器602传达直流电压抑制控制开始。直流电压抑制信号发生器602仅接通逆变器4的下支路。通过这样，感应电压被逆变器4的下支路的开关元件短路而成为制动力矩。

所发生的电流被三相同步电机5的内部阻抗所消耗，不会对平滑电容器3进行充电。平滑电容器3中所蓄积的直流电压的电力通过电压变换器9被以下部分所消耗，直流电压降低：控制器7、逆变器驱动电路8和风扇电机驱动电路104；基于风扇电机驱动电路104的驱动信号进行驱动的风扇电机用逆变器101；作为控制对象的风扇电机102；作为风扇电机102负载的风扇103。

也就是说，在从逆变器驱动电路8停止驱动信号的输出，三相同步电机5惰性运转的时候，通过将逆变器4的下支路的全相接通，来抑制再生所造成的直流电压的过升压。

直流电压抑制控制开始判定器601存储有停止直流电压的抑制控制的电压C，当直流电压低于此停止电压C，就对直流电压抑制信号发生器602传达控制停止。直流电压抑制信号发生器602断开逆变器4的下支路。

这里，如果电机的惰性运转继续，且“电机的感应电压＞直流电压”的状态继续，又如果直流电压上升，并超过直流电压抑制控制开始电压，控制器7就再次接通逆变器4的下支路，如果直流电压下降到直流电压抑制控制停止电压，控制器7就断开逆变器4的下支路。

在三相同步电机5的惰性运转持续的期间，这样间歇性地进行直流电压抑制控制，直流电压被控制在安全的范围内。这样进行控制的优点在于可抑制持续接通逆变器4的下支路所造成的三相同步电机5的绕组的温度上升、逆变器4的下支路的元件温度上升。

另外，在确认了即便持续接通逆变器4的下支路，三相同步电机5、元件温度也没有问题的情况下，如果在接通一次逆变器4的下支路后，就不需要再进行断开。

另外，既可以以1Hz～100kHz的频率进行此下支路的接通断开，也可以设成固定频率。另外，还可以使占空比可变。

另外，由于在逆变器4的上支路发生故障而未变为断开状态时，接通下支路，则形成短路状态，所以也可以断开下支路并使上支路接通。

另外，在三相同步电机5的惰性运转持续期间，相对于元件的耐压能够充分地抑制直流电压，在能够采用相对于元件的最大耐压有富余的使用方法的情况下，能够延长元件的寿命，所以能够提高可靠性。进而如果能够抑制直流电压就能够用应对过升压的元件保持可靠性，同时使用耐压较小的元件等减小电路规模，所以能够减低价格。

<实施例2>

图3是表示实施例2的电路结构图。不同于实施例1的方面，是追加了位置检测电路11作为检测三相同步电机5的转子位置的部件，和基于位置检测电路11的信号来计算转速和旋转方向的转速、旋转方向运算器603。

在从逆变器驱动电路8停止驱动信号的输出，三相同步电机5惰性运转的时候，能够用位置检测电路11检测出三相同步电机5的感应电压。转速、旋转方向运算器603根据感应电压信息来运算惰性运转时的转速。三相同步电机5的转速和直流电压处于比例关系，其系数被称之为感应电压常数。因此相当于图2中的直流电压抑制控制开始电压B的转速B′就能够计算出来。如果惰性运转时的转速超过转速B′，则进行直流电压抑制控制。如果将逆变器4的下支路全相接通，则直流电压因取决于平滑电容器3的容量和通过电压变换器9的电力的时间常数而减少。因此，经过此平滑电容器3的放电时间常数的2～10倍时间之后，使直流电压抑制控制停止即可。

另外，在确认了即便持续接通逆变器4的下支路，三相同步电机5、元件温度也没有问题的情况下，如果在接通一次逆变器4的下支路后，就不需要进行断开。

另外还可以高速地进行此下支路的接通断开。

虽然在图3中作为位置检测电路举出了检测感应电压的电阻的例子，但还可以使用霍尔元件来检查转子位置。

<实施例3>

图4是表示实施例3的电路结构图。不同于实施例2的方面是具有母线电流检测器12，并追加了运算来自母线电流检测器12的信号的母线电流运算器604。

在从逆变器驱动电路8停止驱动信号的输出，三相同步电机5惰性运转的时候，三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3的直流电压，通过逆变器4的回流二极管对平滑电容器3进行充电。此时仅仅在三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3的直流电压时流过电流，所以只要对母线电流进行积分就能够计算出对平滑电容器3进行了何种程度的充电。在母线电流的积分值超过某设定值时开始直流电压抑制控制，经过平滑电容器3的放电时间常数的2～10倍时间之后，使直流电压抑制控制停止。

在确认即便持续接通逆变器4的下支路，三相同步电机5、元件温度上也没有问题的情况下，如果接通一次逆变器4的下支路，就不需要再进行断开。另外还可以高速地进行此下支路的接通断开。

另外仅仅在三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3的直流电压时流过母线电流，所以只要检测母线电流的峰值就能够检测出转速。因而电路结构尽管为图4，但也能够实现实施例2。

<实施例4>

图5是表示实施例4的电路结构图。不同于实施例3的方面是具有电机电流检测器13，并追加了运算来自电机电流检测器13的信号的电机电流运算器605。

在从逆变器驱动电路8停止输出驱动信号，三相同步电机5惰性运转的时候，三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3的直流电压，并通过逆变器4的回流二极管对平滑电容器3进行充电。此时仅仅在三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3的直流电压时流过电流，所以只要对电机电流进行积分，就能够计算出对平滑电容器3进行了何种程度的充电。在电机电流的积分值超过某设定值时，开始直流电压抑制控制，平滑电容器3的放电时间常数的2～10倍时间经过后，使直流电压抑制控制停止。

在确认了即便持续接通逆变器4的下支路，三相同步电机5、元件温度也没有问题的情况下，如果接通一次逆变器4的下支路，就不需要再进行断开。

另外还可以高速地进行此下支路的接通断开。

另外仅仅在三相同步电机5的线间电压超过平滑电容器3的直流电压时流过电机电流，所以只要检测电机电流的峰值就能够检测出转速。因而电路结构尽管为图5，也能够实现实施例2。

虽然在图5中作为电机电流检测部件举出了电流传感器的例子，但还可以在下支路元件和接地之间插入分流电阻。

<实施例5>

使用图6、图7，就搭载本实施例的电机控制装置的设备即空气调节机作为优选例子进行说明。

空气调节机701经由连接配管703将室外机702与室内机704连接起来。空气调节机701的操作是用室内机收发部706接收从遥控器705所发送的数据，并通过室内机704调节室内空气。室外机702经由电机控制装置707和反应器709使压缩机6进行驱动。在制冷、除湿、除霜运转时，用压缩机6压缩的制冷剂通过热交换器708，经由连接配管703将制冷剂运送至室内机704进行运转。热交换器708通过借助于三相同步电机5驱动压缩机6进行送风从而进行热交换。

在从逆变器驱动电路8停止驱动信号的输出，三相同步电机5惰性运转的时候，在“电机的感应电压＞直流电压”的情况下，直流电压因再生而过升压，并导致电机控制装置707的例如平滑电容器3(未图示)的故障。从而就需要在实施例1～4所说明的直流电压抑制控制，并考虑在采用此实施例1～4的电机驱动控制时将发生的最大直流电压，从而进行元件选定。

Claims (17)

1.一种电机控制装置，具备：

将交流电源整流成直流的二极管；

连接到上述二极管上，并使整流后的电压的脉动平滑的平滑电容器；

连接到从上述平滑电容器输出的直流电压上，并驱动三相同步电机的逆变器；

连接到上述直流电压上，并生成电路电源电压的电压变换器；

连接到上述电压变换器上，并驱动上述逆变器的逆变器驱动电路；以及

连接到上述电压变换器上，并控制上述逆变器的控制器，

所述电机控制装置的特征在于，

在从上述逆变器驱动电路停止驱动信号的输出，三相同步电机惰性运转的时候，

接通上述逆变器的下支路的全相。

2.按照权利要求1所记载的电机控制装置，其特征在于，还包括：

检测上述直流电压的直流电压检测器。

3.按照权利要求2所记载的电机控制装置，其特征在于：

在上述直流电压检测器检测出的直流电压超过某设定值的情况下，

接通上述逆变器的下支路的全相。

4.按照权利要求1所记载的电机控制装置，其特征在于，

还包括：上述三相同步电机的位置检测器；

在上述位置检测器检测出的上述三相同步电机的转速超过某设定值的情况下，

接通上述逆变器的下支路的全相。

5.按照权利要求1所记载的电机控制装置，其特征在于，

还包括：检测上述逆变器的母线电流的母线电流检测器；

在基于上述母线电流检测器检测出的母线电流而计算出的定时，

接通上述逆变器的下支路的全相。

6.按照权利要求1所记载的电机控制装置，其特征在于，

还包括：检测上述三相同步电机的电机电流的电机电流检测器；

在基于上述电机电流检测器检测出的电机电流而计算出的定时，

接通上述逆变器的下支路的全相。

7.按照权利要求3～6中任意一项所记载的电机控制装置，其特征在于：

在某设定值下断开上述逆变器的下支路。

8.按照权利要求7所记载的电机控制装置，其特征在于：

断开上述逆变器的下支路后，在某设定值下再次接通。

9.按照权利要求8所记载的电机控制装置，其特征在于：

以1Hz～100kHz重复进行上述逆变器的下支路的接通和断开。

10.按照权利要求8所记载的电机控制装置，其特征在于：

以固定频率或者1Hz～100kHz重复进行上述逆变器的下支路的接通和断开，并且使接通和断开的占空比可变。

11.按照权利要求2所记载的电机控制装置，其特征在于：

在上述逆变器的上支路发生故障而未断开的情况下，下支路全相断开，并将上支路全相接通。

12.按照权利要求3～6中任意一项所记载的电机控制装置，其特征在于：

在上述逆变器的上支路发生故障而未断开的情况下，下支路全相断开，并将上述逆变器的上支路全相接通，然后，在某设定值下进行断开。

13.按照权利要求12所记载的电机控制装置，其特征在于：

断开上述逆变器的上支路后，在某设定值下再次接通。

14.按照权利要求13所记载的电机控制装置，其特征在于：

以1Hz～100kHz重复进行上述逆变器的上支路的接通和断开。

15.按照权利要求13所记载的电机控制装置，其特征在于：

以固定频率或者1Hz～100kHz重复进行上述逆变器的上支路的接通和断开，并且使接通和断开的占空比可变。

16.按照权利要求2～6、8～11和13～15中任意一项所记载的电机控制装置，其特征在于：

附加压缩机，作为上述三相同步电机的负载。

17.一种空气调节机，其特征在于：

将权利要求2～16中任意一项所记载的电机控制装置搭载于室外机。

Images