DE112019007566T5

DE112019007566T5 - Steuervorrichtung für eine drehende maschine, kühlmittelkompressionsvorrichtung, kühlzyklusgerät und klimagerät

Info

Publication number: DE112019007566T5
Application number: DE112019007566.7T
Authority: DE
Inventors: Akane HONGYO; Akira Satake
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2022-05-12
Also published as: WO2021014650A1; US11626825B2; CN114144972B; JPWO2021014650A1; CN114144972A; JP6714178B1; US20220231627A1

Abstract

Eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine (100) beinhaltet eine Spannungsanlegeeinheit (3), die eine Spannung an eine drehende Maschine (1) mit drei Phasen anlegt, eine Stromdetektionseinheit (4), die Strominformationen ausgibt, die Informationen über einen Strom darstellen, der durch das Anlegen der Spannung zu der drehenden Maschine (1) fließt, eine Steuereinheit (5), die einen Spannungsbefehl zum Anlegen einer Spannung zwischen jedem der Phasenpaare der drehenden Maschine (1) ausgibt, und eine Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase (6), die die Bestimmung einer offenen Phase durchführt, um zu bestimmen, ob eine offene Phase in der drehenden Maschine (1) auftritt, indem die Werte von zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Strömen detektiert werden, indem der Spannungsbefehl und die Strominformationen überwacht werden und indem die Summe der Werte der zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Ströme mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine, die den Betrieb einer drehenden Maschine steuert, eine Kühlmittelkompressionsvorrichtung, ein Kühlzyklusgerät und ein Klimagerät.
Hintergrund
Eine drehende Maschine beinhaltet mehrere Wicklungen in ihr, wobei die mehreren Wicklungen durch Drähte mit einer Steuervorrichtung für eine drehende Maschine verbunden sind, die die Drehung der drehenden Maschine steuert. Die Unterbrechung eines Drahtes verhindert, dass die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine die drehende Maschine normal dreht. Dies schafft die Notwendigkeit der Bestimmung, ob eine Unterbrechung eines Drahtes vorliegt. Die in Bezug auf jede Wicklung, d. h. pro Phase, erfolgende Bestimmung, ob eine Unterbrechung eines Drahtes vorliegt, wird als Bestimmung einer offenen Phase bezeichnet. Die Patentliteratur 1 offenbart eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine, die eine Bestimmung einer offenen Phase derart durchführt, dass der Wechselrichter nacheinander eine pulsförmige Spannung an jede Phase der drehenden Maschine anlegt und die Größe eines Gleichstrom-(DC)-Busstroms jeder Phase, der beim Anlegen der pulsförmigen Spannung fließt, mit einem Referenzwert verglichen wird.
Liste der zitierten Dokumente
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2007-143244
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Wenn die drehende Maschine durch eine externe Kraft oder Trägheit gedreht wird, hängt die Größe des DC-Busstroms nicht nur von der durch den Wechselrichter angelegten Spannung, sondern auch von der elektromotorischen Bewegungskraft ab. Bei der elektromotorischen Bewegungskraft handelt es sich um eine elektromotorische Kraft, die proportional zur Anzahl der Umdrehungen der drehenden Maschine pro Zeiteinheit erzeugt wird. Die in der Patentliteratur 1 beschriebene Steuervorrichtung für eine drehende Maschine ist daher nicht imstande, einen korrekten Wert des DC-Busstroms zu ermitteln, wenn die drehende Maschine durch eine externe Kraft oder Trägheit gedreht wird. Dies stellt insofern ein Problem dar, als die in der Patentliteratur 1 beschriebene Steuervorrichtung für eine drehende Maschine eine verminderte Genauigkeit der Bestimmung einer offenen Phase aufweist, wenn die Bestimmung einer offenen Phase während der Drehung der drehenden Maschine durchgeführt wird.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts der obigen Ausführungen entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine zu schaffen, die imstande ist, die Bestimmung einer offenen Phase mit hoher Genauigkeit durchzuführen, selbst wenn sich die drehende Maschine dreht.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, beinhaltet eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine eine Spannungsanlegeeinheit zum Anlegen einer Spannung an eine drehende Maschine mit drei Phasen; eine Stromdetektionseinheit zum Ausgeben von Strominformationen, die Informationen über einen Strom darstellen, der durch das Anlegen der Spannung zu der drehenden Maschine fließt; eine Steuereinheit zum Ausgeben eines Spannungsbefehls zum Anlegen einer Spannung zwischen jedem der Phasenpaare der drehenden Maschine; und eine Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase zur Durchführung der Bestimmung einer offenen Phase, um zu bestimmen, ob eine offene Phase in der drehenden Maschine auftritt, indem die Werte von zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Strömen detektiert werden, indem der Spannungsbefehl und die Strominformationen überwacht werden und indem eine Summe der Werte der zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Ströme mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann auf vorteilhafte Weise eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine bereitstellen, die imstande ist, die Bestimmung einer offenen Phase mit hoher Genauigkeit durchzuführen, selbst wenn sich die drehende Maschine dreht.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine drehende Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Steuerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein erstes Diagramm, das einen Strom zeigt, der durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine und durch eine drehende Maschine fließt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
4 ist ein zweites Diagramm, das einen Strom zeigt, der durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine und durch die drehende Maschine fließt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
5 ist ein drittes Diagramm, das einen Strom zeigt, der durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine und durch die drehende Maschine fließt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
6 ist ein Fließdiagramm, das einen Ablauf der Bestimmung einer offenen Phase gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das den Betrieb von Schaltvorrichtungen, eine Leitungsspannung, eine elektromotorische Bewegungskraft und einen DC-Busstrom zeigt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase während des Stillstands der drehenden Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
8 ist ein Diagramm, das den Betrieb von Schaltvorrichtungen, eine Leitungsspannung, eine elektromotorische Bewegungskraft und einen DC-Busstrom zeigt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase während der Drehung der drehenden Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine drehende Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Fließdiagramm, das eine Bestimmung des Abschlusses der Schaltung des Verbindungsschemas der Wicklungen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Klimageräts gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden eine Steuervorrichtung für eine drehende Maschine, eine Kühlmittelkompressionsvorrichtung, ein Kühlzyklusgerät und ein Klimagerät gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang dieser Erfindung einzuschränken.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 ist mit einer dreiphasigen drehenden Maschine 1 und einer Gleichspannungsquelle (DC-Spannungsquelle) 2 verbunden. Die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 steuert den Betrieb der drehenden Maschine 1. Die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 beinhaltet eine Spannungsanlegeeinheit 3, eine Stromdetektionseinheit 4, eine Steuereinheit 5 und eine Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6.
Die Spannungsanlegeeinheit 3 wandelt eine von der Gleichspannungsquelle 2 bereitgestellte Gleichspannung Vdc in eine Wechselspannung (AC-Spannung) um und legt die Wechselspannung an die drehende Maschine 1 an. Bei der ersten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Spannungsanlegeeinheit 3 ein dreiphasiger Spannungsquellen-Wechselrichter ist. Die Spannungsanlegeeinheit 3 beinhaltet Schaltvorrichtungen 31 bis 36. Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet jede der Schaltvorrichtungen 31 bis 36 auf der Grundlage eines von der Steuereinheit 5 ausgegebenen Spannungsbefehls unabhängig ein oder aus und steuert auf diese Weise die an die drehende Maschine 1 angelegte Spannung.
Die Stromdetektionseinheit 4 detektiert den Stromwert eines zu der drehenden Maschine 1 fließenden Stroms und gibt Strominformationen, die den Wert des detektierten Stroms darstellen, an die Steuereinheit 5 und an die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 aus. Bei der ersten Ausführungsform detektiert die Stromdetektionseinheit 4 einen zu der drehenden Maschine 1 fließenden Strom unter Verwendung einer Einzelnebenschluss-Stromdetektionstechnik, bei der ein Stromwert mithilfe eines Nebenschlusswiderstands detektiert wird, der an dem negativen DC-Bus der Spannungsanlegeeinheit 3 vorgesehen ist. Die Technik zur Detektion eines Stroms durch die Stromdetektionseinheit 4 ist jedoch nicht auf diese Technik beschränkt. Bei der Stromdetektionseinheit 4 kann es sich um einen Stromsensor handeln, der einen als Stromwandler (CT) bezeichneten Messstromwandler verwendet.
Die Steuereinheit 5 erzeugt einen Spannungsbefehl auf der Grundlage eines Betriebsbefehls, wie z. B. eines Geschwindigkeitsbefehls oder eines Drehmomentbefehls, der von einer externen Vorrichtung eingegeben wird, und gibt den Spannungsbefehl an die Spannungsanlegeeinheit 3 aus, um die Spannungsanlegeeinheit 3 zu steuern. Die Steuereinheit 5 gibt den Spannungsbefehl auch an die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 aus. Die Steuereinheit 5 kann die Spannungsanlegeeinheit 3 steuern, indem ein Verfahren wie beispielsweise die konstante V/f-Steuerung, bei der eine Spannung proportional zur Betriebsfrequenz der drehenden Maschine 1 ausgegeben wird; die Vektorsteuerung, bei welcher der zu der drehenden Maschine 1 fließende Strom unter Verwendung eines rotierenden Koordinatensystems gesteuert wird; oder die direkte Drehmomentsteuerung, bei welcher der Magnetfluss und das Drehmoment der drehenden Maschine 1 gesteuert werden, verwendet wird. Die Steuereinheit 5 kann die Spannungsanlegeeinheit 3 unter Verwendung eines beliebigen Steuerungsverfahrens unter konstanter V/f-Steuerung, Vektorsteuerung, direkter Drehmomentsteuerung und dergleichen steuern.
Falls die Steuereinheit 5 die Vektorsteuerung oder die direkte Drehmomentsteuerung verwendet, um die Spannungsanlegeeinheit 3 zu steuern, muss die Steuereinheit 5 Informationen über die Phase der drehenden Maschine 1 erhalten. Die Steuereinheit 5 kann die Informationen über die Phase der drehenden Maschine 1 erhalten, indem ein Positionssensor wie z. B. ein Drehwertgeber oder ein Koordinatenwandler (nicht dargestellt) verwendet wird, oder sie kann die Informationen über die Phase unter Verwendung des Werts eines zu der drehenden Maschine 1 fließenden Stroms und des an die Spannungsanlegeeinheit 3 auszugebenden Spannungsbefehls schätzen, ohne einen Positionssensor zu verwenden.
Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 bestimmt, ob eine Unterbrechung eines internen Drahtes der drehenden Maschine 1 oder einer Stromversorgungsleitung zu der drehenden Maschine 1 vorliegt, d. h. sie führt die Bestimmung einer offenen Phase durch. Wenn die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 bestimmt, dass eine offene Phase aufgetreten ist, steuert die Steuereinheit 5 beispielsweise die Spannungsanlegeeinheit 3 derart, dass alle Schaltvorrichtungen 31 bis 36 ausgeschaltet werden, oder sie steuert die Spannungsanlegeeinheit 3 derart, dass die Drehzahl der drehenden Maschine 1 allmählich verringert wird und die drehende Maschine 1 anschließend angehalten wird. Darüber hinaus stellt die Steuereinheit 5 eine Anzeige mithilfe von Ton oder Licht bereit, um den Benutzer darüber zu informieren, dass eine offene Phase aufgetreten ist, um entsprechende Schutzmaßnahmen wie z. B. eine Fehlermeldung an eine externe Vorrichtung vorzunehmen. Die durch die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 durchgeführte Bestimmung einer offenen Phase wird später im Einzelnen beschrieben.
Nun werden eine Hardware-Konfiguration der Steuereinheit 5 und der Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Steuereinheit 5 und die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 sind in einer Verarbeitungsschaltung implementiert, bei der es sich um eine elektronische Schaltung handelt, die Verarbeitungsaufgaben durchführt.
Die Verarbeitungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein dediziertes Hardwareelement oder eine Steuerschaltung mit einem Speicher und einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) sein, die ein im Speicher gespeichertes Programm ausführt. Der hier beschriebene Speicher kann ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher sein, wie beispielsweise ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM) oder ein Flash-Speicher. 2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Steuerschaltung 500 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Falls die Verarbeitungsschaltung ein dediziertes Hardwareelement ist, ist die Verarbeitungsschaltung zum Beispiel ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination davon.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Steuerschaltung 500 einen Prozessor 500a, d. h. eine CPU, und einen Speicher 500b. Falls die Steuereinheit 5 und die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 durch die in 2 dargestellte Steuerschaltung 500 implementiert werden, werden sie durch den Prozessor 500a durch Lesen und Ausführen eines Programms implementiert, das jeder Verarbeitung entspricht und im Speicher 500b gespeichert ist. Der Speicher 500b wird auch als temporärer Speicher für die von dem Prozessor 500a durchgeführte Verarbeitung verwendet.
3 ist ein erstes Diagramm, das einen Strom zeigt, der durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 und durch die drehende Maschine 1 fließt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 4 ist ein zweites Diagramm, das einen Strom zeigt, der durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 und durch die drehende Maschine 1 fließt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 5 ist ein drittes Diagramm, das einen Strom zeigt, der durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 und durch die drehende Maschine 1 fließt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. In 3 bis 5 ist die drehende Maschine 1 in Y-Verbindung dargestellt. 3 bis 5 zeigen eine eingeschaltete Schaltvorrichtung als eingekreiste Schaltvorrichtung. Darüber hinaus zeigen 3 bis 5 eine ausgeschaltete Schaltvorrichtung als diagonal durchgestrichene Schaltvorrichtung. 3 bis 5 zeigen den Stromfluss durch einen Pfeil an.
In 3 sind die Schaltvorrichtungen 31 und 34 eingeschaltet, und die Schaltvorrichtungen 32, 33, 35 und 36 sind ausgeschaltet, wodurch ein Stromfluss zwischen der Phase U und der Phase V der drehenden Maschine 1 bewirkt wird. In 4 sind die Schaltvorrichtungen 33 und 36 eingeschaltet, und die Schaltvorrichtungen 31, 32, 34 und 35 sind ausgeschaltet, wodurch ein Stromfluss zwischen der Phase V und der Phase W der drehenden Maschine 1 bewirkt wird. In 5 sind die Schaltvorrichtungen 32 und 35 eingeschaltet, und die Schaltvorrichtungen 31, 33, 34 und 36 sind ausgeschaltet, wodurch ein Stromfluss zwischen der Phase W und der Phase U der drehenden Maschine 1 bewirkt wird. Diese Steuerung der Schaltvorrichtungen 31 bis 36 erfolgt auf der Grundlage eines Spannungsbefehls zum Anlegen einer Spannung zwischen den Phasen der drehenden Maschine 1, der durch die Steuereinheit 5 ausgegeben wird.
Nun wird ein Verfahren zur Bestimmung einer offenen Phase beschrieben, das durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 durchgeführt wird. 6 ist ein Fließdiagramm, das einen Ablauf der Bestimmung einer offenen Phase gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet für einen vorbestimmten Zeitraum die Schaltvorrichtungen 31 und 34 ein und die Schaltvorrichtungen 32, 33, 35 und 36 aus, um eine pulsförmige Spannung zwischen der Phase U und der Phase V der drehenden Maschine 1 anzulegen (Schritt S1). Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 überwacht den durch die Steuereinheit 5 ausgegebenen Spannungsbefehl und die durch die Stromdetektionseinheit 4 ausgegebenen Strominformationen und detektiert den Wert des negativen DC-Busstroms vor dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase U und der Phase V und den Wert des negativen DC-Busstroms nach dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase U und der Phase V (Schritt S2).
Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 hält als Änderungsbetrag ΔI₁ die Differenz zwischen dem Wert des negativen DC-Busstroms vor dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase U und der Phase V und den Wert des negativen DC-Busstroms nach dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase U und der Phase V fest (Schritt S3). Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet die Schaltvorrichtungen 31 bis 36 aus, um den zu der Stromdetektionseinheit 4 fließenden Strom auf ein ausreichend niedriges Niveau zu senken (Schritt S4). Der Wert eines Stroms, der durch das Ein- oder Ausschalten der einzelnen Schaltvorrichtungen 31 bis 36 zwischen den Phasen, wie z. B. der Phase U und der Phase V, fließt, wird später ausführlich beschrieben.
Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet für einen vorbestimmten Zeitraum die Schaltvorrichtungen 33 und 36 ein und die Schaltvorrichtungen 31, 32, 34 und 35 aus, um eine pulsförmige Spannung zwischen der Phase V und der Phase W der drehenden Maschine 1 anzulegen (Schritt S5). Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 überwacht den durch die Steuereinheit 5 ausgegebenen Spannungsbefehl und die durch die Stromdetektionseinheit 4 ausgegebenen Strominformationen und detektiert den Wert des negativen DC-Busstroms vor dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase V und der Phase W und den Wert des negativen DC-Busstroms nach dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase V und der Phase W (Schritt S6). Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 hält als Änderungsbetrag ΔI₂ die Differenz zwischen dem Wert des negativen DC-Busstroms vor dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase V und der Phase W und dem Wert des negativen DC-Busstroms nach dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase V und der Phase W fest (Schritt S7). Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet die Schaltvorrichtungen 31 bis 36 aus, um den zu der Stromdetektionseinheit 4 fließenden Strom auf ein ausreichend niedriges Niveau zu senken (Schritt S8).
Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet für einen vorbestimmten Zeitraum die Schaltvorrichtungen 32 und 35 ein und die Schaltvorrichtungen 31, 33, 34 und 36 aus, um eine pulsförmige Spannung zwischen der Phase W und der Phase U der drehenden Maschine 1 anzulegen (Schritt S9). Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 überwacht den durch die Steuereinheit 5 ausgegebenen Spannungsbefehl und die durch die Stromdetektionseinheit 4 ausgegebenen Strominformationen und detektiert den Wert des negativen DC-Busstroms vor dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase W und der Phase U und den Wert des negativen DC-Busstroms nach dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase W und der Phase U (Schritt S10). Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 hält als Änderungsbetrag ΔI₃ die Differenz zwischen dem Wert des negativen DC-Busstroms vor dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase W und der Phase U und dem Wert des negativen DC-Busstroms nach dem Anlegen der pulsförmigen Spannung zwischen der Phase W und der Phase U fest (Schritt S11). Die Spannungsanlegeeinheit 3 schaltet die Schaltvorrichtungen 31 bis 36 aus, um den zu der Stromdetektionseinheit 4 fließenden Strom auf ein ausreichend niedriges Niveau zu senken (Schritt S12).
Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 führt die Bestimmung einer offenen Phase durch, indem sie die Summe der Werte der Ströme, die zwischen jeweiligen Phasenpaaren der drehenden Maschine 1 fließen, mit einem vorbestimmten Referenzwert vergleicht. Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 bestimmt, ob der Wert von ΔI₁+ΔI₂+ΔI₃ größer als ein Referenzwert Itest ist (Schritt S13). Wenn der Wert von ΔI₁+ΔI₂+ΔI₃ größer als Itest ist (ja im Schritt S13), bestimmt die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6, dass keine offene Phase aufgetreten ist (Schritt S14). Wenn der Wert von ΔI₁+ΔI₂+ΔI₃ kleiner als oder gleich Itest ist (nein im Schritt S13), bestimmt die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6, dass eine offene Phase aufgetreten ist (Schritt S15).
Der Referenzwert Itest wird auf der Grundlage des Induktivitätswert L jeder Phase der drehenden Maschine 1 und der Dauer des Anlegens der pulsförmigen Spannung berechnet. Ein schrittweises Anlegen einer Spannung V an eine Last RL führt dazu, dass eine Stromantwort mit einer Steigung V/L beginnt. Wenn die drehende Maschine 1 zum Beispiel eine Y-Verbindung aufweist, wird der Betrag ΔI₁ durch die untenstehende Gleichung (1) berechnet, sofern zwischen der Phase U und der Phase V keine offene Phase aufgetreten ist. $Δ I_{1} = V_{dc} / (2 \times L)$
Die Beträge ΔI₂ und ΔI₃ werden ebenfalls unter Verwendung der gleichen Formel wie auf der rechten Seite der Gleichung (1) berechnet, sofern zwischen den Phasen keine offene Phase aufgetreten ist. Der Referenzwert Itest wird zum Beispiel durch die untenstehende Gleichung (2) dargestellt. $I_{test} = 2 \times V_{dc} / (2 \times L)$
Da die Beträge ΔI₁, ΔI₂ und ΔI₃ in der Gleichung (2) den gleichen Wert haben, wird ihre Summe als dreifacher Wert von ΔI₁ ausgedrückt. Es ist zu beachten, dass der Referenzwert Itest eine geeignete Marge über dem durch die Gleichung (2) dargestellten Wert enthalten kann. Der eine geeignete Marge enthaltende Wert wird unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Detektion des Stromwerts durch die Stromdetektionseinheit 4 bestimmt. Der Wert des Referenzwerts Itest, der eine geeignete Marge enthält, ist ein Wert, der niedriger als der Wert ist, der durch die rechte Seite der Gleichung (2) dargestellt wird.
Als nächstes wird ein Vorteil der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren zur Durchführung der Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 unter Verwendung der Summe von ΔI₁, ΔI₂ und ΔI₃ ermöglicht es, die Bestimmung einer offenen Phase mit höherer Genauigkeit durchzuführen als ein Verfahren, bei dem der Zustand der offenen Phase zwischen der Phase U und der Phase V, der Zustand der offenen Phase zwischen der Phase V und der Phase W und der Zustand der offenen Phase zwischen der Phase W und der Phase U einzeln bestimmt wird. Die Gründe dafür werden nachfolgend beschrieben.
7 ist ein Diagramm, das den Betrieb der Schaltvorrichtungen 31 bis 36, eine Leitungsspannung, eine elektromotorische Bewegungskraft und einen DC-Busstrom zeigt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase während des Stillstands der drehenden Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 8 ist ein Diagramm, das den Betrieb der Schaltvorrichtungen 31 bis 36, eine Leitungsspannung, eine elektromotorische Bewegungskraft und einen DC-Busstrom zeigt, wenn die Bestimmung einer offenen Phase während der Drehung der drehenden Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 7 und 8 zeigen jeweils einen Stromwert und andere Merkmale, wenn in einem Verbindungspfad zwischen der drehenden Maschine 1 und der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 keine offene Phase aufgetreten ist. In 7 und 8 stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und die vertikale Achse stellt jeweils den Betrieb der Schaltvorrichtungen 31 bis 36, die elektromotorische Bewegungskraft bzw. den DC-Busstrom dar.
Wie in 7 dargestellt, wird keine elektromotorische Bewegungskraft erzeugt, wenn die drehende Maschine 1 stillsteht, was bewirkt, dass die Änderungsbeträge ΔI₁, ΔI₂ und ΔI₃ in dem DC-Busstrom fast die gleichen Werte aufweisen. Dies führt zu keinem Unterschied im Ergebnis der Bestimmung einer offenen Phase zwischen dem Fall der Verwendung des Verfahrens zur Durchführung der Bestimmung einer offenen Phase durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 und dem Fall der Durchführung der Bestimmung einer offenen Phase jeweils in Bezug auf eine offene Phase zwischen der Phase U und der Phase V, eine offene Phase zwischen der Phase V und der Phase W und eine offene Phase zwischen der Phase W und der Phase U. Im Gegensatz dazu wird, wie in 8 dargestellt, wenn sich die drehende Maschine 1 dreht und eine elektromotorische Bewegungskraft erzeugt wird, diese elektromotorische Bewegungskraft zu der pulsförmigen Spannung addiert, wodurch sich die Änderungsbeträge ΔI₁, ΔI₂ und ΔI₃ in dem DC-Busstrom, die durch die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 ermittelt werden, voneinander unterscheiden. Somit kann die Verwendung eines Verfahrens, bei dem die Bestimmung einer offenen Phase einzeln in Bezug auf eine offene Phase zwischen der Phase U und der Phase V, eine offene Phase zwischen der Phase V und der Phase W und eine offene Phase zwischen der Phase W und der Phase U durchgeführt wird, zu der Bestimmung führen, dass eine offene Phase aufgetreten ist, selbst wenn in der drehenden Maschine 1 keine offene Phase aufgetreten ist, insbesondere in einer Phase, in der die elektromotorische Bewegungskraft bewirkt, dass die pulsförmige Spannung aufgehoben wird.
Es ist zu beachten, dass die Phasendifferenzen von 120° zwischen der Phase U, der Phase V und der Phase W dazu führen, dass die dreiphasige Vektorsumme der elektromotorischen Bewegungskraft null ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird es durch die Berechnung des Werts von ΔI₁+ΔI₂+ΔI₃ im Schritt S13 möglich, die Wirkung der elektromotorischen Bewegungskraft zu eliminieren. Während sich der Wert von ΔI₁ in 7 und der Wert von ΔI₁ in 8 voneinander unterscheiden, sind der Wert von ΔI₁+ΔI₂+ΔI₃ in 7 und der Wert von ΔI₁+ΔI₂+ΔI₃ in 8 gleich. Bei der vorliegenden Erfindung ist somit die Wirkung der elektromotorischen Bewegungskraft aufgehoben, und die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 kann daher die Bestimmung einer offenen Phase mit hoher Genauigkeit durchführen, selbst wenn sich die drehende Maschine 1 dreht.
Wie oben beschrieben beinhaltet in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 die Spannungsanlegeeinheit 3, die eine Spannung an die dreiphasige drehende Maschine 1 anlegt; die Stromdetektionseinheit 4, die Strominformationen ausgibt, die Informationen über einen Strom darstellen, der durch das Anlegen der Spannung zu der drehenden Maschine 1 fließt; die Steuereinheit 5, die einen Spannungsbefehl zum Anlegen einer Spannung zwischen jedem der Phasenpaare der drehenden Maschine 1 ausgibt; und die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6, die die Werte der zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Ströme detektiert, indem sie den Spannungsbefehl und die Strominformationen überwacht, und die die Summe der Werte der zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Ströme mit einem vorbestimmten Referenzwert vergleicht, um die Bestimmung einer offenen Phase durchzuführen, um zu bestimmen, ob in der drehenden Maschine 1 eine offene Phase aufgetreten ist. Dies ermöglicht es, die Wirkung der elektromotorischen Bewegungskraft aufzuheben, selbst wenn sich die drehende Maschine 1 dreht, und die Bestimmung einer offenen Phase mit hoher Genauigkeit durchzuführen, selbst wenn sich die drehende Maschine 1 dreht.
Zweite Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a beinhaltet ferner zusätzlich zu den Komponenten der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 eine Verbindungsschalteinheit 7. Die Verbindungsschalteinheit 7 ist ein Schaltkreis zum Umschalten der Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 und beinhaltet Schalter 71 bis 73. Darüber hinaus führt die Verbindungsschalteinheit 7 während der Drehbewegung der drehenden Maschine 1 einen Schaltvorgang an den Schaltern 71 bis 73 durch, um das Verbindungsschema der Statorwicklungen der drehenden Maschine 1 umzuschalten. Die Verbindungskonfiguration wird durch die Steuereinheit 5 umgeschaltet, indem ein Schaltbefehl an die Verbindungsschalteinheit 7 ausgegeben wird. Die Schalter 71 bis 73 können durch mechanische Relais ausgeführt sein, oder sie können durch Halbleiterschalter ausgeführt sein. Bei der zweiten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die Schalter 71 bis 73 gemeinsam die Verbindungskonfiguration der drehenden Maschine 1 zwischen einer Y-Verbindung und einer Δ-Verbindung umschalten. Die Δ-Verbindung wird auch „Delta-Verbindung“ geschrieben.
Nun wird ein Vorteil des Umschaltens zwischen der Y-Verbindung und der Δ-Verbindung der Wicklungen der drehenden Maschine 1 beschrieben. Die Gleichungen (3) und (4) gelten, wenn die Spannungen durch die Wicklungen der jeweiligen Phasen gleich sind, wobei Vy für die Leitungsspannung und Iy für den Wert des in eine Wicklung fließenden Stroms in der Y-Verbindungskonfiguration steht und wobei V_Δ für die Leitungsspannung und I_Δ für den Wert des in eine Wicklung fließenden Stroms in der Δ-Verbindungskonfiguration steht. $V_{Δ} = V_{y} / \sqrt 3$
$I_{Δ} = \sqrt 3 \times I_{Y}$
Wenn die Spannung Vy und der Strom Iy in der Y-Verbindungskonfiguration und die Spannung V_Δ und der Strom I_Δ in der Δ-Verbindungskonfiguration die Beziehungen der Gleichungen (3) und (4) erfüllen, sind der Betrag der Energie, die der drehenden Maschine 1 in der Y-Verbindungskonfiguration zugeführt wird, und der Betrag der Energie, die der drehenden Maschine 1 in der Δ-Verbindungskonfiguration zugeführt wird, gleich. Wenn die der drehenden Maschine 1 zugeführten Energiebeträge gleich sind, bewirkt die Δ-Verbindungskonfiguration, dass ein höherer Strom in die Wicklungen fließt und dass eine niedrigere Spannung für die Drehung der drehenden Maschine 1 benötigt wird.
Solche Eigenschaften können zu der Idee führen, eine Verbindungskonfiguration der Wicklungen in Abhängigkeit von einem Lastzustand zu wählen. Ein mögliches Verfahren besteht beispielsweise darin, dass bei einer geringen Last die Y-Verbindungskonfiguration gewählt wird, um die drehende Maschine 1 mit einer niedrigen Drehzahl zu betreiben, während bei einer hohen Last die Δ-Verbindungskonfiguration gewählt wird, um die drehende Maschine 1 mit hoher Drehzahl zu betreiben. Ein solcher Betrieb kann die Betriebseffizienz gegenüber einem Energieverbrauch bei einer geringen Last verbessern und ermöglicht es der drehenden Maschine 1, eine hohe Leistung bei einer hohen Last zu erbringen.
Bei diesem Betrieb kommt es beim Umschalten der Verbindungskonfiguration der Wicklungen zu einer Veränderung der Betriebszeiten der Schalter 71 bis 73. Dies erfordert eine Zeit von der Ausgabe eines Schaltbefehls bis zum Abschluss des Umschaltens des Verbindungsschemas der Wicklungen. Um die drehende Maschine 1 in Abhängigkeit vom Verbindungsschema der Wicklungen zu steuern, muss die Steuereinheit 5 daher bestimmen, ob die Schaltvorgänge der Schalter 71 bis 73 abgeschlossen sind. Eine Veränderung der Betriebszeiten der Schalter 71 bis 73, wie oben beschrieben, führt dazu, dass die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 feststellt, dass nach dem Start des Vorgangs des Umschaltens der Wicklungen eine offene Phase aufgetreten ist, obwohl tatsächlich keine offene Phase aufgetreten ist, und dass sie feststellt, dass nach dem Abschluss des Vorgangs des Umschaltens der Wicklungen keine offene Phase aufgetreten ist. In der zweiten Ausführungsform verwendet die Steuereinheit 5 dieses Bestimmungsergebnis der Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6, um festzustellen, ob die Schaltvorgänge der Schalter 71 bis 73 abgeschlossen sind.
10 ist ein Fließdiagramm, das eine Bestimmung des Abschlusses der Schaltung des Verbindungsschemas der Wicklungen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuereinheit 5 gibt während der Drehung der drehenden Maschine 1 einen Schaltbefehl an die Verbindungsschalteinheit 7 aus (Schritt S21). Nach dem Empfang des Schaltbefehls betätigt die Verbindungsschalteinheit 7 die Schalter 71 bis 73. Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 führt die im Rahmen der ersten Ausführungsform beschriebene Bestimmung einer offenen Phase durch, um zu bestimmen, ob eine offene Phase aufgetreten ist (Schritt S22). Wenn die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 bestimmt, dass keine offene Phase aufgetreten ist (nein im Schritt S22), bestimmt die Steuereinheit 5, dass die Schaltvorgänge der Schalter 71 bis 73 abgeschlossen sind, beginnt mit der Steuerung der drehenden Maschine 1 in Abhängigkeit von der Verbindungskonfiguration der Wicklungen (Schritt S23) und beendet die Verarbeitung zur Bestimmung, ob die Schaltvorgänge abgeschlossen sind. Insbesondere gibt in dem Fall, dass das Ergebnis der Bestimmung einer offenen Phase kein Auftreten einer offenen Phase anzeigt, die Steuereinheit 5 an die Spannungsanlegeeinheit 3 einen Spannungsbefehl in Abhängigkeit von der aus dem Schaltvorgang resultierenden Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 aus. Falls die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 bestimmt, dass eine offene Phase aufgetreten ist (ja im Schritt S22), bestimmt die Steuereinheit 5, ob die ob die Zeitdauer der Bestimmung, dass eine offene Phase aufgetreten ist, größer als oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (Schritt S24). Wenn die Zeitdauer der Bestimmung, dass eine offene Phase aufgetreten ist, größer als oder gleich dem vorbestimmten Wert ist (ja im Schritt S24), führt die Steuereinheit 5 einen Schutzvorgang durch, wie z. B. das Anhalten der drehenden Maschine 1 und/oder die Ausgabe einer Fehlermeldung (Schritt S25), und beendet anschließend den Prozess.
Falls die Zeitdauer der Bestimmung, dass eine offene Phase aufgetreten ist, größer als oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, wird davon ausgegangen, dass eine solche Bestimmung aus dem tatsächlichen Auftreten einer offenen Phase und nicht aus dem Vorgang des Umschaltens der Wicklungen resultiert. Die Steuereinheit 5 führt daher den Vorgang von Schritt S25 durch. Die Zeitdauer der Bestimmung, dass eine offene Phase aufgetreten ist, kann ermittelt werden, indem die Steuereinheit 5 zum Beispiel die Differenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Vorgang von Schritt S24 durchgeführt wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem die Steuereinheit 5 den Schaltbefehl ausgegeben hat, berechnet. Wenn die Zeitdauer der Bestimmung, dass eine offene Phase aufgetreten ist, nicht größer als oder gleich dem vorbestimmten Wert ist (nein im Schritt S24), kehrt der Prozess zum Schritt S22 zurück.
Wie oben beschrieben, ermöglicht das Umschalten der Wicklungen wie in dem in 10 dargestellten Fließdiagramm, dass der Zeitpunkt des tatsächlichen Abschlusses des Umschaltens der Verbindung der Wicklungen bekannt ist, wodurch die Steuereinheit 5 in die Lage versetzt wird, die drehende Maschine 1 unter Verwendung einer vom Verbindungsschema abhängigen Steuerverstärkung zu drehen.
Die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 führt die Bestimmung einer offenen Phase auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform durch. Es ist zu beachten, dass der Wert des Referenzwerts Itest auf einen geeigneten Wert eingestellt werden muss, wenn die drehende Maschine 1 in die Δ-Verbindung umgeschaltet werden soll, da die Impedanz zwischen den Phasen in der Δ-Verbindung ein Drittel (1/3) der Impedanz zwischen den Phasen in der Y-Verbindung beträgt. D. h. der Wert des Referenzwerts Itest, der verwendet wird, wenn die drehende Maschine 1 von der Y-Verbindung in die Δ-Verbindung umgeschaltet werden soll, muss größer sein als der Wert des Referenzwerts Itest, der verwendet wird, wenn die drehende Maschine 1 von der Δ-Verbindung in die Y-Verbindung umgeschaltet werden soll.
Wie oben beschrieben beinhaltet in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a zusätzlich zu den Komponenten der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100 ferner die Schalter 71 bis 73 zum Umschalten der Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1. Die Steuereinheit 5 betätigt die Schalter 71 bis 73 während der Drehung der drehenden Maschine 1, und wenn das Ergebnis der Bestimmung einer offenen Phase kein Auftreten einer offenen Phase anzeigt, gibt sie an die Spannungsanlegeeinheit 3 einen Spannungsbefehl in Abhängigkeit von der aus dem Schaltvorgang resultierenden Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 aus. Dies ermöglicht es der drehenden Maschine 1, die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 während ihrer Drehung rasch und stabil umzuschalten, ohne die drehende Maschine 1 anzuhalten, wodurch es der drehenden Maschine 1 ermöglicht wird, den Betrieb fortzusetzen, selbst wenn es zu einer Veränderung beim Betrieb der Schalter 71 bis 73 kommt.
Darüber hinaus schalten die Schalter 71 bis 73 gemeinsam die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 zwischen dem Y-Verbindungsmodus und dem A-Verbindungsmodus um. Der Referenzwert, der verwendet wird, wenn die Schalter 71 bis 73 gemeinsam die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 vom Y-Verbindungsmodus zum A-Verbindungsmodus umschalten, ist auf einen Wert eingestellt, der größer als der Referenzwert ist, der verwendet wird, wenn die Schalter 71 bis 73 gemeinsam die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 vom A-Verbindungsmodus zum Y-Verbindungsmodus umschalten. Dadurch kann eine Verringerung der Genauigkeit der Bestimmung des Abschlusses des Umschaltens der Verbindungskonfiguration der Wicklungen verringert oder verhindert werden.
Dritte Ausführungsform.
11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Klimageräts 400 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Klimagerät 400 beinhaltet ein Kühlzyklusgerät 300 und ein Gebläse 401. Das Kühlzyklusgerät 300 beinhaltet eine Kühlmittelkompressionsvorrichtung 200, einen Kondensator 301, ein Expansionsventil 302 und einen Verdampfer 303. Die Kühlmittelkompressionsvorrichtung 200 beinhaltet einen Kompressor 201 und die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a.
Wie in 11 dargestellt, sind der Kompressor 201 und der Kondensator 301 durch eine Kühlmittelleitung 150 miteinander verbunden. Auf ähnliche Weise sind auch der Kondensator 301 und das Expansionsventil 302, das Expansionsventil 302 und der Verdampfer 303 sowie der Verdampfer 303 und der Kompressor 201 durch die Kühlmittelleitung 150 miteinander verbunden. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass ein Kühlmittel durch den Kompressor 201, den Kondensator 301, das Expansionsventil 302 und den Verdampfer 303 zirkuliert.
Um es dem Kompressor 201 zu ermöglichen, Kühlmittelgas zu verdichten und ein Hochdruckgas zu erzeugen, wird von der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a eine dreiphasige Wechselspannung an die drehende Maschine 1 angelegt. Die drehende Maschine 1 wird durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a so gesteuert, dass sie mit einer variablen Drehzahl betrieben wird. Die drehende Maschine 1 ist mit der Verbindungsschalteinheit 7 (nicht dargestellt) verbunden, um die Verbindungskonfiguration der Statorwicklungen umzuschalten.
Das Kühlzyklusgerät 300 führt auf wiederholte Weise einen Prozess des Verdampfens, Verdichtens, Kondensierens und Expandierens des Kühlmittels durch. Das Kühlmittel verändert seinen Zustand von flüssig zu gasförmig und anschließend von gasförmig zu flüssig, wodurch es zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft, d. h. der Luft außerhalb des Klimageräts 400, kommt. Das Klimagerät 400 wird somit durch eine Kombination aus dem Kühlzyklusgerät 300 und dem Gebläse 401 gebildet, das Außenluft und die Luft im Inneren des Klimageräts 400 umwälzt.
Der Verdampfer 303 verdampft die Kühlmittelflüssigkeit unter Niederdruckbedingungen, wodurch der Luft um den Verdampfer 303 Wärme entzogen wird, um eine Kühlwirkung bereitzustellen. Zum Kondensieren des Kühlmittels verdichtet der Kompressor 201 das von dem Verdampfer 303 in ein Gas verwandelte Kühlmittelgas durch die Drehung der drehenden Maschine 1, um das Kühlmittelgas in ein Hochdruckgas umzuwandeln. Der Kondensator 301 leitet die Wärme des Kühlmittelgases ab, das in dem Kompressor 201 auf eine hohe Temperatur erhitzt wurde, um das Hochdruck-Kühlmittelgas zu kondensieren und das Kühlmittelgas in eine Kühlmittelflüssigkeit umzuwandeln. Das Expansionsventil 302 drosselt und expandiert die Kühlmittelflüssigkeit, um die Kühlmittelflüssigkeit in eine Niederdruckflüssigkeit umzuwandeln und die Kühlmittelflüssigkeit in dem Verdampfer 303 verdampfbar zu machen.
In den letzten Jahren sollen Klimageräte nicht nur für Komfort sorgen, sondern sie müssen auch eine höhere Effizienz erreichen, da die Auflagen zur Energieeinsparung von Jahr zu Jahr strenger werden. Daher ist es wichtig, dass das Kühlzyklusgerät 300 die drehende Maschine 1 in einem breiten Drehzahlbereich von niedrigen Drehzahlen bis zu hohen Drehzahlen mit hoher Effizienz betreibt. Auf dieser Grundlage kann eine Konfiguration, die es ermöglicht, die Verbindungskonfiguration der Statorwicklungen der drehenden Maschine 1 in Abhängigkeit von der Drehzahl der drehenden Maschine 1 umzuschalten, den Energieverlust der Spannungsanlegeeinheit 3 verringern. Wenn ein großer Unterschied zwischen der Raumtemperatur des Raums, in dem das Klimagerät 400 installiert ist, und der Solltemperatur besteht, wird ein Betrieb mit hoher Drehzahl durchgeführt, bei dem die drehende Maschine 1 mit einer hohen Drehzahl gedreht wird, um die Raumtemperatur rasch in die Nähe der Solltemperatur zu bringen, und wenn die Raumtemperatur der Solltemperatur nahe ist, wird ein Betrieb mit niedriger Drehzahl durchgeführt, bei dem die drehende Maschine 1 mit einer niedrigen Drehzahl gedreht wird, wodurch die Raumtemperatur beibehalten werden kann. Eine solche Steuerung der drehenden Maschine 1 durch die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a führt dazu, dass der Anteil der Zeit des Betriebs mit niedriger Drehzahl höher ist als der Anteil der Zeit des Betriebs mit hoher Drehzahl an der gesamten Betriebszeit des Klimageräts 400.
Die drehende Maschine 1 weist bei einer höheren Drehzahl eine größere elektromotorische Bewegungskraft auf, wodurch für die Drehung ein höherer Spannungswert erforderlich ist. Die elektromotorische Bewegungskraft ist in der Y-Verbindungskonfiguration größer als in der Δ-Verbindungskonfiguration. Denkbare Techniken zur Verhinderung einer Zunahme der elektromotorischen Bewegungskraft während des Betriebs mit hoher Drehzahl der drehenden Maschine 1 können daher die Verringerung der Magnetkraft des Permanentmagneten und die Verringerung der Anzahl der Windungen der Wicklungen beinhalten. Diese Techniken bewirken jedoch eine Zunahme des Stroms zur Erzeugung eines Drehmoments mit gleicher Leistung, wodurch der durch die drehende Maschine 1 und durch die Spannungsanlegeeinheit 3 fließende Strom zunimmt. Dies verringert die Betriebseffizienz der drehenden Maschine 1 in Bezug auf den Energieverbrauch. Falls eine Zunahme der elektromotorischen Bewegungskraft dazu geführt hat, dass der für die Drehung der drehenden Maschine 1 erforderliche Spannungswert die Spannung der Gleichspannungsquelle 2 übersteigt, wird darüber hinaus im Allgemeinen eine Flussschwächungssteuerung angewendet, um die für die Drehung der drehenden Maschine 1 benötigte Spannung bereitzustellen. Die Verwendung der Flussschwächungssteuerung führt jedoch dazu, dass ein Blindstrom, der keinen Beitrag zur Drehmomenterzeugung leistet, durch die drehende Maschine 1 und durch die Spannungsanlegeeinheit 3 fließt, wodurch die Betriebseffizienz der drehenden Maschine 1 in Bezug auf den Energieverbrauch sinkt.
Diesbezüglich besteht eine Lösung darin, dass die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 in Abhängigkeit von der Drehzahl umgeschaltet wird. Wenn zum Beispiel ein Betrieb mit hoher Drehzahl erforderlich ist, wird die Δ-Verbindungskonfiguration für die Wicklungen der drehenden Maschine 1 verwendet. Wie im Rahmen der zweiten Ausführungsform beschrieben, kann eine Konfiguration der Wicklungen in der Δ-Verbindungskonfiguration die für die Drehung der drehenden Maschine 1 erforderliche Spannung auf das 1/√3-Fache der Spannung reduzieren, die für die Drehung der drehenden Maschine 1 in der Y-Verbindungskonfiguration benötigt wird. Somit kann die für die Drehung der drehenden Maschine 1 erforderliche Spannung verringert werden, indem die Δ-Verbindungskonfiguration als Verbindungskonfiguration der Wicklungen verwendet wird, ohne die Magnetkraft des Permanentmagneten zu verringern oder die Anzahl der Windungen der Wicklungen zu verringern. Außerdem entfällt durch die Verwendung der Δ-Verbindungskonfiguration als Verbindungskonfiguration der Wicklungen die Notwendigkeit einer Flussschwächungssteuerung.
Bei einer Drehung mit niedriger Drehzahl hingegen kann eine Konfiguration der Wicklungen in der Y-Verbindungskonfiguration den Stromwert auf das 1/√3-Fache des Stromwerts in der Δ-Verbindungskonfiguration senken. Wenn die drehende Maschine 1 so aufgebaut ist, dass sie auf eine Drehung mit niedriger Drehzahl eingestellt wird, wenn sich die Wicklungen in der Y-Verbindungskonfiguration befinden, kann darüber hinaus der Stromwert niedriger sein als in dem Fall, in dem die drehende Maschine 1 über den gesamten Drehzahlbereich mit den Wicklungen in Y-Verbindungskonfiguration verwendet wird. Dadurch kann der Energieverlust der Spannungsanlegeeinheit 3 verringert werden, und die Betriebseffizienz der drehenden Maschine 1 in Bezug auf den Energieverbrauch kann verbessert werden.
Wie oben beschrieben ist ein Umschalten der Verbindungskonfiguration der Wicklungen in Abhängigkeit von einem Lastzustand vorteilhaft. Sobald jedoch die Drehbewegung der drehenden Maschine 1 angehalten wird, um die Verbindungskonfiguration der Wicklungen umzuschalten, während die drehende Maschine 1 den Kompressor 201 des Klimageräts 400 antreibt, ist für den Neustart ein erhöhtes Drehmoment erforderlich, was zu einem Fehler beim Starten der drehenden Maschine 1 führen kann. Um die Verbindungskonfiguration der Wicklungen umzuschalten, nachdem die Drehbewegung der drehenden Maschine 1 angehalten wurde, muss der Neustart der drehenden Maschine 1 daher nach einer Wartezeit von einigen Minuten erfolgen, um den Zustand des Kühlmittels zu stabilisieren. Ein Neustart nach einer Stabilisierung des Kühlmittels kann jedoch zu einem Fehler bei der Druckbeaufschlagung des Kühlmittels führen, was dazu führen kann, dass die Raumtemperatur aufgrund einer reduzierten Kühl- oder Heizleistung nicht konstant gehalten werden kann. Daher wird bevorzugt, dass die Steuereinheit 5 die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine 1 während der Drehung der drehenden Maschine 1 umschaltet.
Wenn sich die drehende Maschine 1 dreht, ermöglicht die in der Patentliteratur 1 beschriebene Technologie keine für den praktischen Gebrauch ausreichende Genauigkeit bei der Bestimmung der offenen Phase, da die Wirkung der elektromotorischen Bewegungskraft nicht berücksichtigt wird. Dies erhöht die Gefahr des Versagens des Kühlzyklusgeräts 300 durch ein unnötiges Anhalten des Kompressors 201 aufgrund einer falschen Bestimmung bei der Detektion einer offenen Phase oder durch einen Betrieb in einer falschen Verbindungskonfiguration.
Das Klimagerät 400 gemäß der dritten Ausführungsform beinhaltet die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a, die im Rahmen der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde. Ob eine offene Phase aufgetreten ist oder nicht, kann somit nach dem Umschalten der Verbindungskonfiguration der Wicklungen während der Drehung der drehenden Maschine 1 korrekt bestimmt werden. Dies kann ein unnötiges Anhalten des Kompressors 201 und die Gefahr des Versagens des Kühlzyklusgeräts 300 verringern.
Wie oben beschrieben beinhaltet die Kühlmittelkompressionsvorrichtung 200 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die dreiphasige drehende Maschine 1; den Kompressor 201, der Kühlmittelgas durch die Drehung der drehenden Maschine 1 verdichtet; und die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a, die eine Spannung zwischen den Phasen der drehenden Maschine 1 anlegt. Dies ermöglicht es der drehenden Maschine 1, die Verbindungskonfiguration der Wicklungen während der Drehung aufgrund der Einbeziehung der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a rasch und stabil umzuschalten, selbst wenn die Kühlmittelkompressionsvorrichtung 200 eine Vorrichtung beinhaltet, die einer hohen Kühlmittellast ausgesetzt ist, wie z. B. den Kompressor 201. Darüber hinaus ist das Klimagerät 400 aufgrund der Einbeziehung der Kühlmittelkompressionsvorrichtung 200 imstande, über einen breiten Drehzahlbereich mit hoher Effizienz zu arbeiten und gleichzeitig Komfort zu bieten.
Es ist zu beachten, dass die Kühlmittelkompressionsvorrichtung 200 hier als Beispiel für die Anwendung der Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a beschrieben wurde, welche die Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase 6 beinhaltet, wobei die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a der vorliegenden Anmeldung jedoch auch in anderen mechanischen Vorrichtungen zweckdienlich ist. So kann die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine 100a zum Beispiel mit einer mechanischen Vorrichtung wie z. B. einem Ventilator oder einer Pumpe verwendet werden.
Die im Rahmen der vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung. Diese Konfigurationen können mit einer anderen bekannten Technologie kombiniert werden, und darüber hinaus kann ein Teil dieser Konfigurationen weggelassen und/oder abgeändert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: drehende Maschine;
2: Gleichspannungsquelle;
3: Spannungsanlegeeinheit;
4: Stromdetektionseinheit;
5: Steuereinheit;
6: Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase;
7: Verbindungsschalteinheit;
31-36: Schaltvorrichtung;
71-73: Schalter;
100, 100a: Steuervorrichtung für eine drehende Maschine;
150: Kühlmittelleitung;
200: Kühlmittelkompressionsvorrichtung;
201: Kompressor;
300: Kühlzyklusgerät;
301: Kondensator;
302: Expansionsventil;
303: Verdampfer;
400: Klimagerät;
401: Gebläse;
500: Steuerschaltung;
500a: Prozessor;
500b: Speicher.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007143244 [0003]

Claims

Steuervorrichtung für eine drehende Maschine, umfassend: eine Spannungsanlegeeinheit zum Anlegen einer Spannung an eine drehende Maschine mit drei Phasen; eine Stromdetektionseinheit zum Ausgeben von Strominformationen, die Informationen über einen Strom darstellen, der durch das Anlegen der Spannung zu der drehenden Maschine fließt; eine Steuereinheit zum Ausgeben eines Spannungsbefehls zum Anlegen einer Spannung zwischen jedem der Phasenpaare der drehenden Maschine; und eine Einheit zur Bestimmung einer offenen Phase zur Durchführung der Bestimmung einer offenen Phase, um zu bestimmen, ob eine offene Phase in der drehenden Maschine auftritt, indem die Werte von zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Strömen detektiert werden, indem der Spannungsbefehl und die Strominformationen überwacht werden und indem eine Summe der Werte der zwischen den jeweiligen Phasenpaaren fließenden Ströme mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen wird.
Steuervorrichtung für eine drehende Maschine nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine eine Vielzahl von Schaltern beinhaltet, um eine Verbindungskonfiguration von Wicklungen der drehenden Maschine umzuschalten, und die Steuereinheit die Vielzahl von Schaltern während der Drehung der drehenden Maschine betätigt, und wenn ein Ergebnis der Bestimmung einer offenen Phase kein Auftreten einer offenen Phase anzeigt, an die Spannungsanlegeeinheit den Spannungsbefehl in Abhängigkeit von einer aus dem Schaltvorgang resultierenden Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine ausgibt.
Steuervorrichtung für eine drehende Maschine nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Schaltern die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine zwischen einem Y-Verbindungsmodus und einem Delta-(Δ)-Verbindungsmodus umschalten, und der Referenzwert, der verwendet wird, wenn die Vielzahl von Schaltern die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine vom Y-Verbindungsmodus zum A-Verbindungsmodus umschalten, größer als der Referenzwert ist, der verwendet wird, wenn die Vielzahl von Schaltern die Verbindungskonfiguration der Wicklungen der drehenden Maschine vom Δ-Verbindungsmodus zum Y-Verbindungsmodus umschalten.
Kühlmittelkompressionsvorrichtung, umfassend: eine drehende Maschine mit drei Phasen; einen Kompressor zum Verdichten von Kühlmittelgas durch die Drehung der drehenden Maschine; und die Steuervorrichtung für eine drehende Maschine zum Anlegen einer Spannung an die drehende Maschine nach Anspruch 2 oder 3.
Kühlzyklusgerät, umfassend: die Kühlmittelkompressionsvorrichtung nach Anspruch 4; einen Kondensator zum Kondensieren von Kühlmittelgas mit hohem Druck, um das Kühlmittelgas in eine Kühlmittelflüssigkeit umzuwandeln, indem die Wärme des Kühlmittelgases abgeleitet wird, das in einem Kompressor auf eine hohe Temperatur erhitzt wurde; ein Expansionsventil zum Drosseln und Expandieren der Kühlmittelflüssigkeit, um die Kühlmittelflüssigkeit in eine Niederdruckflüssigkeit umzuwandeln, um die Kühlmittelflüssigkeit verdampfbar zu machen; und einen Verdampfer zum Verdampfen der Kühlmittelflüssigkeit unter Niederdruckbedingungen, um der Umgebungsluft Wärme zu entziehen.
Klimagerät, umfassend das Kühlzyklusgerät nach Anspruch 5.