CN102882460A

CN102882460A - 逆变器装置

Info

Publication number: CN102882460A
Application number: CN201210241741XA
Authority: CN
Inventors: 高田铁平
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: JP5703152B2; JP2013021866A; CN102882460B

Abstract

本发明提供一种逆变器装置，无论指令速度或负载状况如何，均能够准确地检测马达的锁止。在从马达启动开始计起的预定的固定时间内且推断转速未到达预定的固定值的期间内，当马达电流上升至大于等于预定的设定值时，判定马达为锁止。

Description

逆变器装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种例如用于空调机的逆变器(inverter)装置。

背景技术

从前，当启动空调机的风扇马达(fan motor)等中所用的无刷(brushless)直流(Direct Current，DC)马达时，需要在运转开始时的早期阶段检测马达的锁止(lock)(限制状态)并停止马达驱动等的保护措施。

作为此种锁止检测的方式，已知有以下方法：由在马达的各相绕组上感应产生的电压来检测转子(rotor)位置，并基于该转子位置来检测锁止(例如专利文献1)。

另一方面，为了减除对马达的感应电压进行检测的电路以减少零件个数并且获得马达效率的提高，而采用无传感器(sensor less)的矢量(vector)控制，即：通过强制切换对各相绕组的通电的强制换相来启动马达，随后，由流经各相绕组的电流(称作马达电流)来推断转子速度(＝转速)，并控制对各相绕组的电力供给以使该推断的转子速度达到指令速度。

当使用此种矢量控制时，考虑基于马达电流来检测马达的锁止。

即，在矢量控制中，通过强制切换对各相绕组的通电的强制换相来启动马达，随后，通过基于马达电流的矢量控制来推断转子速度。

然而，即使在马达已锁止的情况下，也会有电流流经马达的各相绕组。

这样，在矢量控制中，即使马达为锁止仍会检测到马达电流，从而会推断出某个值来作为转子速度，因而无法进行此状态下的锁止检测。

因此，朝增加方向来控制对马达的驱动电流，以使该推断转子速度接近指令速度。

尽管该驱动电流增加，但由于马达为锁止，因此推断转子速度不会上升而仍保持上述值，因而将进一步朝增加方向来控制对马达的驱动电流。

其结果，马达电流达到某设定值，因此可判定此情况为马达锁止。

另外，在风扇马达的情况下，在指令速度高的状况或负载重的状况下马达正常启动时的马达电流与马达锁止时的马达电流几乎无差异，因此有可能会误判马达为锁止。

作为其对策，只要在从启动开始计起的规定时间内马达电流达到设定值时判定马达为锁止，便能够防止此类误判。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8-88994号公报

但是，在上述矢量控制中存在下述问题，即：在负载轻的状况下，转子速度相对于指令速度的追随性变佳，因此在负载轻的状况下马达正常启动时，在从启动开始达到规定时间之前，马达电流就会达到判定马达锁止的设定值，从而会误判马达为锁止。

发明内容

本发明的实施方式的目的在于提供一种可靠性优异的逆变器装置，无论指令速度或负载状况如何，均能够准确地检测马达的锁止。

本发明的实施方式的逆变器装置通过开关(switching)来将直流电压转换成交流电压并供给至马达，此逆变器装置包括：检测机构，检测流经所述马达的电流；控制机构，通过强制切换对所述马达的各相绕组的通电而启动所述马达后，由所述检测机构的检测电流来推断所述马达的转速，并控制所述开关以使该推断转速达到指令速度；以及判定机构，在从所述启动开始计起的预定的固定时间内且所述推断转速未到达预定的固定值的期间内，当所述检测机构的检测电流上升至大于等于预定的设定值时，判定所述马达为锁止。

借此，能够提供一种可靠性优异的逆变器装置，无论指令速度或负载状况如何，均能够准确地检测马达的锁止。

附图说明

图1是表示一实施方式的结构的框图。

图2是表示一实施方式中的马达控制部的控制的流程图。

图3是表示一实施方式的正常时的马达电流I以及推断转子速度R的变化的图。

图4是表示一实施方式的锁止时的马达电流I以及推断转子速度R的变化的图。

符号的说明：

1：商用交流电源

2：电感器

3：整流电路

4：平滑电容器

5：开关电路

6：无刷DC马达

7、8、9：电流变压器

10：马达控制部

11：显示部

I：马达电流

Is：马达电流设定值

R：转子速度

Rt：指令速度

t1、t2：固定时间

具体实施方式

以下，参照附图来说明一实施方式的逆变器装置。

如图1所示，在海外主要使用的三相四线式400V的商用交流电源1的R相与N相(接地相)之间，经由电感器(inductor)2而连接整流电路3。整流电路3对商用交流电源1的交流电压进行整流。在该整流电路3的输出端连接平滑电容器(condenser)4，在该平滑电容器4上连接开关电路5。

开关电路5具有多个开关元件，通过这些开关元件的开关，将从整流电路3以及平滑电容器4供给的直流电压转换成规定频率的三相交流电压。

将该三相交流电压作为驱动电力而供给至无刷DC马达6的各相绕组。无刷DC马达6被用作空调机等的驱动室外风扇的风扇马达。另外，无刷DC马达6也可驱动空调机的室内风扇。

在开关电路5与无刷DC马达6之间的三相线(line)上，分别配置电流变压器(transformer)7、8、9作为电流检测机构，将这些电流变压器7、8、9的输出供给至马达控制部10。并且，在马达控制部10上连接着显示部11。

本实施方式中，作为对流经马达的绕组的电流进行检测的机构，使用了电流变压器7、8、9，但也可取而代之，在开关电路5内的三相的各下侧(下臂(arm))开关元件与负侧电源间插入分流电阻(shunt resistance)，基于该分流电阻的两端间的压降来检测电流。

另外，逆变器装置包含整流电路3以后的所有各要素。马达控制部10控制开关电路5的开关，以强制切换对无刷DC马达6的各相绕组的通电。

借此，启动无刷DC马达6，并且在启动后，基于电流变压器7、8、9的输出来对流经无刷DC马达6的各相绕组的电流(称作马达电流)I进行检测，由该马达电流I来推断无刷DC马达6的转子速度(＝转速)R，并控制开关电路5的开关，以使该推断转子速度(＝推断转速)R达到从外部例如空调机的控制电路输入的指令速度Rt。另外，将强制切换对无刷DC马达6的各相绕组的通电的控制称作强制换相控制。

该强制换相控制例如是从收到启动指令后进行固定时间t1。将基于马达电流I的检测、检测出的马达电流I向d轴电流Id及q轴电流Iq的转换、推断转子速度R的推断、以及该推断转子速度R与指令速度Rt的比较的控制称作矢量控制。该矢量控制是从经过上述固定时间t1后开始进行。

尤其，马达控制部10除了强制换相控制以及矢量控制的功能以外，还具有：判定机构，判定无刷DC马达6的锁止状态；以及控制机构，当由该判定机构判定出锁止时，报知此事且停止开关电路5的开关。

判定锁止状态的判定机构在从无刷DC马达6启动开始未到达预定的固定时间t2的期间且推断转子速度R未达到预定的固定值Rs的期间内，当马达电流I上升至大于等于预定的马达电流设定值Is时，判定无刷DC马达6为锁止。

另外，被用于该锁止判定的马达电流I使用矢量控制上的q轴电流Iq的瞬时值。

接下来，参照图2的流程图来说明马达控制部10的控制动作。

马达控制部10在从外部输入启动指令时(步骤101的“是(YES)”)，开始计时(time count)t(步骤102)，并执行强制换相控制，直至该计时t到达固定时间t1(步骤103、步骤104的“否(NO)”)。

通过该强制换相控制，无刷DC马达6启动。另外，启动指令一般通过指令速度Rt从0上升至除此以外的转速来判别。

马达控制部10在计时t达到固定时间t1时(步骤104的“是”)，检测马达电流I(步骤105)，并从强制换相控制转变为矢量控制(步骤106)。通过该矢量控制，无刷DC马达6的速度朝向指令速度Rt上升。

马达控制部10随着矢量控制的执行，在计时t未到达固定时间t2的期间(步骤107的“是”)且推断转子速度R未达到固定值Rs的期间内(步骤108的“是”)，判定马达电流I是否上升至大于等于设定值Is(步骤109)。

此处，图3表示无刷DC马达6正常启动时的马达电流I以及推断转子速度R的变化。正常时，不会出现马达电流I在固定时间t2以内达到设定值Is的情况。

即，在马达电流I达到设定值Is之前步骤109反复为“否”的期间内，启动时间的判断步骤107或转速的判别步骤108中的任一者的判断均为“否”，不再进行步骤109的判定。

尤其，如果启动时间的判断步骤107的判断暂时为“否”，则除非再次停止并启动，否则不会转变为“是”。在其正常运转过程中，马达控制部10在从外部收到停止指令(指令速度Rt变为0)时(步骤112的“是”)，停止开关电路5的开关(步骤111)，使无刷DC马达6停止。

另一方面，图4表示无刷DC马达6在启动前已锁止时的马达电流I以及推断转子速度R的变化。

即使为锁止状态，仍有电流流经无刷DC马达6的各相绕组。在马达控制部10的矢量控制中，由于有马达电流I流动，因而会推断出某个值来作为转子速度，并朝增加方向来控制对无刷DC马达6的驱动电流，以使该推断转子速度R接近指令速度Rt。

但是，尽管该驱动电流增加，但推断转子速度R不会上升而仍大致保持固定值，因此在马达控制部10的矢量控制中，将进一步朝增加方向来控制对无刷DC马达6的驱动电流。

其结果，马达电流I在固定时间t2内(步骤107的“是”)且在推断转子速度R低于固定值Rs的状态(步骤108的“是”)下达到设定值Is(步骤109的“否”)。

当在指令速度Rt高的状况或风扇的负载重的状况下无刷DC马达6正常启动时，马达电流I也有时会达到设定值Is，但此时，马达电流I是在经过固定时间t2后才达到设定值Is。

由于追加该固定时间t2来作为无刷DC马达6的锁止判定条件，因此能够防止指令速度Rt高的状况或负载重的状况下的误判。

另一方面，在风扇的负载轻的状况下，转子速度相对于指令速度Rt的追随性变佳，因此在此种状况下无刷DC马达6正常启动时，马达电流I也有时会在到达固定时间t2之前就达到设定值Is。

但是，此时，在固定时间t2内马达电流I达到设定值Is之前，推断转子速度R超过固定值Rs(步骤107的“是”、步骤108的“否”)。因此，此时，马达控制部10也不会判定无刷DC马达6为锁止。其结果，能够防止尽管正常但仍作出锁止判定的误判。

马达控制部10仅在计时t未到达固定时间t2的期间(步骤107的“是”)且推断转子速度R未达到固定值Rs的期间内(步骤108的“是”)，当马达电流I上升至大于等于设定值Is时(步骤109的“是”)，才判定无刷DC马达6为锁止，并通过显示部11的显示来将此事告知使用者(步骤110)，并且停止借助矢量控制所进行的开关电路5的开关(步骤111)。

通过该开关的停止，对于锁止状态的无刷DC马达6的多余的驱动不会一直持续，因而不会破坏开关电路5或其他电器/电子零件。

而且，使用者能够通过显示部11的显示来察觉驱动停止的原因是无刷DC马达6锁止，以委托修理。

如上所述，对于无刷DC马达6的锁止判定设定三个条件，由此，无论指令速度Rt或负载如何，均能够准确地检测无刷DC马达6的锁止。借此，作为逆变器装置的可靠性大幅提高。

另外，上述实施方式仅为例示，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他的各种形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在其均等的范围内。

Claims

1.一种逆变器装置，通过开关来将直流电压转换成交流电压并供给至马达，此逆变器装置的特征在于包括：

检测机构，检测流经所述马达的电流；

控制机构，通过强制切换对所述马达的各相绕组的通电而启动所述马达后，由所述检测机构的检测电流来推断所述马达的转速，并控制所述开关以使所推断的转速达到指令速度；以及

判定机构，在从所述启动开始计起的预定的固定时间内且所述推断的转速未到达预定的固定值的期间内，当所述检测机构的检测电流上升至大于等于预定的设定值时，判定所述马达为锁止。

2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，

所述控制机构在由所述判定机构判定出所述马达的锁止时，报知此事，并且停止所述开关。