JP2005184885A - Drive controller of motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2相の固定子巻線を有するモータの駆動制御装置に係わるものであり、冷蔵庫などの冷凍システムにおける単相インダクションモータを搭載した圧縮機の回転数をインバータを用いて変化させ、冷凍能力を可変させることができる。 The present invention relates to a drive control device for a motor having a two-phase stator winding, and uses an inverter to change the rotation speed of a compressor equipped with a single-phase induction motor in a refrigeration system such as a refrigerator. The refrigeration capacity can be varied.
冷蔵庫などの冷凍システムにおいて、その冷凍システムの心臓部である圧縮機は従来から単相インダクションモータが広く使われていた。単相インダクションモータは一般的にはその効率を上げるために主巻線と補助巻線の2相巻線を有し運転コンデンサ式の駆動を行っている。 In a refrigeration system such as a refrigerator, a single-phase induction motor has been widely used as a compressor that is the heart of the refrigeration system. In general, a single-phase induction motor has a two-phase winding of a main winding and an auxiliary winding to increase its efficiency, and is driven by a driving capacitor.
しかしながら、この方法ではモータの回転数が常に一定であるため、冷凍負荷が少ない時に大きな冷凍能力を出しているために非常に無駄が多かった。 However, in this method, since the rotational speed of the motor is always constant, a large amount of refrigeration capacity is obtained when the refrigeration load is small, and therefore, this method is very wasteful.
また、この種の単相インダクションモータを効率よく運転するためには、主巻線に流れる電流Imと補助巻線に流れる電流Iaとの位相差を90度に保つ必要がある。しかしながら、従来の如く単一の運転コンデンサCrでは、単相インダクションモータの負荷の或る範囲では高効率となるものの、他の負荷範囲では高効率とはならない問題があった。 In order to efficiently operate this type of single-phase induction motor, it is necessary to maintain the phase difference between the current Im flowing through the main winding and the current Ia flowing through the auxiliary winding at 90 degrees. However, the conventional operating capacitor Cr has a problem that the efficiency is high in a certain range of the load of the single-phase induction motor, but the efficiency is not high in other load ranges.
さらに、進相用の運転コンデンサがあるために種種の不具合が生じる。例えば、周波数が低くなると、進相コンデンサが飽和してしまい、モータ補助巻線にほとんど電流が流れなくなったり、周波数が高くなると、進相コンデンサが発熱したりする。電源周波数を広範囲に変化させるようなインバータ制御方式を、単純に単相インダクションモータに適用することはできなかった。 Furthermore, various troubles occur due to the operation capacitor for the phase advance. For example, when the frequency is lowered, the phase advance capacitor is saturated, so that almost no current flows through the motor auxiliary winding, and when the frequency is increased, the phase advance capacitor generates heat. An inverter control system that changes the power supply frequency over a wide range could not be applied to a single-phase induction motor.
進相用コンデンサ無しでの2相インダクションモータを駆動するインバータの制御装置としては、PWM(Pulse Width Modulation)制御することで、駆動電圧、電流方向、周波数を可変にするため、電動機の相巻線ごとの四個のスイッチング素子、全体では8個のスイッチング素子を用いたものがある。 As a control device for an inverter that drives a two-phase induction motor without a phase advance capacitor, PWM (Pulse Width Modulation) control allows the drive voltage, current direction, and frequency to be varied. There are four switching elements, and eight switching elements in total.
また、最近の2相モータの駆動制御装置では6個のスイッチング素子で構成されたもの(例えば、特許文献1参照)や、4個のスイッチング素子で構成されたもの(例えば、特許文献2参照)が提案されている。 Also, recent two-phase motor drive control devices are configured with six switching elements (see, for example, Patent Document 1) or configured with four switching elements (for example, see Patent Document 2). Has been proposed.
以下、図面を参照しながら上記従来例のモータ駆動制御装置について説明する。 The conventional motor drive control apparatus will be described below with reference to the drawings.
図8は従来のモータ駆動制御装置を冷蔵庫などの冷凍システムに用いられる圧縮機に適用された一例である。 FIG. 8 shows an example in which a conventional motor drive control device is applied to a compressor used in a refrigeration system such as a refrigerator.
図8において、10は商用電源であり、日本の一般家庭の場合、100V50Hzまたは60Hzの単相交流が一般的に使用されている。 In FIG. 8, 10 is a commercial power source, and in the case of a general Japanese home, a single-phase alternating current of 100 V 50 Hz or 60 Hz is generally used.
11は整流回路であり、商用電源10の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路11は倍電圧整流回路となっており、AC100VからDC280Vを得る。
Reference numeral 11 denotes a rectifier circuit that converts the AC voltage of the
整流回路11は4個の整流ダイオード11a〜11dをブリッジ接続している。また電解コンデンサ11eの正端子はブリッジ接続された整流ダイオード11aと整流ダイオード11cとの接続点に接続し、電解コンデンサ11fの負端子はブリッジ接続された整流ダイオード11bと整流ダイオード11dとの接続点に接続している。 The rectifier circuit 11 is a bridge connection of four rectifier diodes 11a to 11d. The positive terminal of the electrolytic capacitor 11e is connected to the connection point between the rectifier diode 11a and the rectifier diode 11c that are bridge-connected, and the negative terminal of the electrolytic capacitor 11f is connected to the connection point between the rectifier diode 11b and the rectifier diode 11d that are bridge-connected. Connected.
また、電解コンデンサ11eの負端子と電解コンデンサ11fの正端子とを直接接続すると共に、整流ダイオード11cと整流ダイオード11dとの接続点と接続している。このように接続することにより商用電源10の交流入力のうち、正の半サイクルでは電解コンデンサ11eに充電され、負の半サイクルでは電解コンデンサ11fに充電される。このように整流することにより電解コンデンサ11fの負端子と電解コンデンサの正端子間に倍電圧で整流されたDC280Vが発生することになる。
Further, the negative terminal of the electrolytic capacitor 11e and the positive terminal of the electrolytic capacitor 11f are directly connected, and are connected to the connection point between the rectifier diode 11c and the rectifier diode 11d. By connecting in this way, among the AC input of the
12はインバータ回路であり、整流回路11で整流された直流電圧出力を入力として任意周波数、任意電圧の2相交流に変換する。
インバータ回路12はスイッチング素子12a〜12dを各々ブリッジ接続している。本形態ではスイッチング素子としてFETを使用している。また各々のスイッチング素子12a〜12dには並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子12a〜12dがオフしたときの環流電流を流す働きをする。
The
13は圧縮機であり、冷凍システム内の冷媒を循環させる。圧縮機13は密閉された密閉容器内に圧縮要素と2相インダクションモータ14とを有している。2相インダクションモータ14の発生する回転運動はクランクを持つシャフトを介して圧縮要素に往復運動として伝えられ、シリンダ内をピストンが往復することにより圧縮仕事に変換している。
A
インダクションモータ14は主巻線と補助巻線とを持ち、一方の端子が共通端子となる2相巻線15を有している固定子(図示せず)とかご型の回転子16からなる。
The induction motor 14 includes a stator (not shown) having a main winding and an auxiliary winding, and having a two-phase winding 15 with one terminal serving as a common terminal, and a
17は電圧パターン選択手段であり、周波数設定手段18で設定された設定周波数に応じて予め設定された最適な電圧パターンを選択する。この選択された電圧パターンに従って、主巻線電圧設定手段19で主巻線に印加する電圧を設定し、補助巻線電圧設定手段20で補助巻線に印加する電圧を設定し、位相設定手段21で主巻線電圧(または電流)と補助巻線電圧(または電流)との位相差を設定する。 Reference numeral 17 denotes voltage pattern selection means, which selects an optimum voltage pattern set in advance according to the set frequency set by the frequency setting means 18. According to the selected voltage pattern, the voltage applied to the main winding is set by the main winding voltage setting means 19, the voltage applied to the auxiliary winding is set by the auxiliary winding voltage setting means 20, and the phase setting means 21 is set. To set the phase difference between the main winding voltage (or current) and the auxiliary winding voltage (or current).
22は波形発生手段であり、周波数設定手段18、主巻線電圧設定手段20、補助巻線電圧設定手段20、位相設定手段21で設定された各パラメータを入力とし、それに対応したインバータ回路12スイッチング素子12a〜12dのオン/オフ信号をつくり出す。ここではPWM(パルス幅変調)制御により所望の出力波形を得る様に信号を発生させる。
Reference numeral 22 denotes a waveform generating means, which receives the parameters set by the frequency setting means 18, the main winding voltage setting means 20, the auxiliary winding voltage setting means 20, and the phase setting means 21, and switches the
23はドライブ手段であり、波形発生手段22から発生したオン/オフ信号に従って、インバータ回路3のスイッチング素子3a〜3dをオン/オフさせるものである。
Reference numeral 23 denotes drive means for turning on / off the switching elements 3 a to 3 d of the
24は電流センサであり、インダクションモータ14の2相巻線15の共通端子と倍電圧整流回路11の中点との間に流れる電流(即ちモータ電流)を検出するものであり、一般的にはカレントトランスや直流電流センサなどを使用する。
25は状態検出手段であり、電流センサ24の出力や倍電圧整流回路11の出力電圧(直流電圧)などを入力とし、圧縮機13の動作状態(負荷の状態)や商用電源1の入力電圧の状態などを検出する。
Reference numeral 25 denotes state detection means, which receives the output of the
26は補正手段であり、状態検出手段25で検出された状態によって、主巻線電圧、補助巻線電圧や位相を補正し、各々主巻線電圧設定手段19、補助巻線電圧設定手段20、位相設定手段21などに信号を送出し最適な状態になるようにパラメータを変化させる。 26 is a correction means, which corrects the main winding voltage, the auxiliary winding voltage and the phase according to the state detected by the state detection means 25, respectively, and the main winding voltage setting means 19, the auxiliary winding voltage setting means 20, A signal is sent to the phase setting means 21 or the like, and the parameters are changed so as to be in an optimum state.
ここで、モータ電流や直流電圧は状態を検出するものとしているが、もちろん保護にしても良い。例えば、モータ電流が大きくなった場合は過負荷状態であるし、入力電圧の低下、上昇は直流電圧で検出できる。しかしながらこれらの検出のみではインバータの上下アーム短絡は検出できないので別途シャント抵抗などを使用して直流母線電流を検出する必要はある。 Here, the motor current and the DC voltage are to detect the state, but may of course be protected. For example, when the motor current increases, it is in an overload state, and a decrease or increase in input voltage can be detected by a DC voltage. However, since the short circuit between the upper and lower arms of the inverter cannot be detected only by these detections, it is necessary to detect the DC bus current using a separate shunt resistor or the like.
図8のように構成された冷凍システムの制御装置についてその基本動作を図9を用いて説明する。図9は従来の形態の冷凍システムの制御装置のタイミングチャートである。 The basic operation of the control device of the refrigeration system configured as shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a timing chart of the control device of the conventional refrigeration system.
図9において、上の4つのタイミングチャートはインバータ回路12のスイッチング素子12a〜12dのオン/オフのタイミングを示す。
In FIG. 9, the upper four timing charts show on / off timings of the
但し、ここでスイッチング素子12a,12bに接続されている巻線が主巻線、スイッチング素子12c,12dに接続されている巻線が補助巻線であるとする。図9における下2つのタイミングチャートは各々主巻線電流Imと補助巻線電流Iaとする。また、横軸は出力波形の1周期を360度とした位相を示す。
Here, it is assumed that the winding connected to the
スイッチング素子12aは位相90度から270度の間でチョッピングしており、PWM制御のパルス幅(すなわち面積)が正弦波に近付けるようにパルス幅を制御している。90度、270度付近ではパルス幅は細く、180度付近で最大となるようにオン/オフしている。このパルス幅を調整することにより出力電圧が制御できる。スイッチング素子12bはスイッチング素子12aが休止している区間、すなわち270度から90度の間でPWM制御を行っている。
The switching
また、スイッチング素子12cはスイッチング素子12aから位相差φ(図9では90度)だけ進んだスイッチングを行っており、0度から180度の区間でPWM制御を行う。また、スイッチング素子12dはスイッチング素子12cが休止している区間、すなわち180度から360度の間でPWM制御を行っている。
Further, the switching element 12c performs switching advanced by a phase difference φ (90 degrees in FIG. 9) from the
インダクションモータ14の主巻線の電流Imは90度と270度でゼロクロスする正弦波波形となるが、実際にはPWM制御のキャリア周波数成分の高調波を含む波形となる。一方補助巻線の電流Iaは主巻線の電流Imから位相がφ(この例の場合は90度)進んだ波形となる。 The current Im of the main winding of the induction motor 14 has a sinusoidal waveform that crosses zero at 90 degrees and 270 degrees, but in reality, it has a waveform including harmonics of the carrier frequency component of PWM control. On the other hand, the auxiliary winding current Ia has a waveform whose phase is advanced by φ (90 degrees in this example) from the main winding current Im.
図10は従来の形態の電圧とモータ効率の関係を示す特性図である。 FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between voltage and motor efficiency in the conventional form.
図10において、特性27は周波数F4、負荷トルクT4における電圧を変化させた時のモータ効率を示すものである。電圧が高いと磁束飽和をおこすために鉄損が増加して効率が低くなり、逆に電圧が低いと電流が増加するために銅損が増加して効率が低くなるために、最適な電圧値V4が存在する。
In FIG. 10,
また、特性28は周波数F5、負荷トルクT5における電圧を変化させた時のモータ効率を示すものである。特性27と同様に最適な電圧値V5が存在する。ここで、周波数F4<周波数F5とすると前述した通り負荷トルクT4<負荷トルクT5として最適な電圧を求めることとなる。
しかしながら、上記従来の構成は、倍電圧整流を基本としており、全電圧整流とした場合に、電流が流れず、動作しないという欠点があった。また、海外など電圧が高い地域では、電気部品の耐電圧などを考えると、倍電圧整流方式では、回路自体が大きく、しかもコストが高いなどの欠点があった。 However, the above-described conventional configuration is based on voltage doubler rectification, and when full voltage rectification is used, there is a drawback that current does not flow and does not operate. Also, in regions with high voltage such as overseas, the voltage doubler rectification method has disadvantages such as a large circuit and high cost when considering the withstand voltage of electrical components.
また、近年では、スイッチング素子が6つ入ったIPM(Intelligent Power Module)が安価に提供されているが、4素子タイプでは容易に使えない問題があった。 In recent years, an IPM (Intelligent Power Module) containing six switching elements has been provided at a low cost, but there has been a problem that it cannot be easily used with the four-element type.
本発明はそのような問題点を解決するものである。 The present invention solves such problems.
上記従来の課題を解決するために、本発明は、第1巻線と第2巻線の2相の固定子巻線を持つモータと、整流回路と、6つのスイッチング素子をブリッジ結線したインバータ回路と、モータの各相の固定子巻線と、2相の固定子巻線の共通端子とをインバータ回路の出力端子に接続し、インバータ回路は固定子巻線に略正弦波電流を流すPWM制御を行うことを特徴としたものであり、全波整流方式でも駆動できるものである。 In order to solve the above conventional problems, the present invention provides an inverter circuit in which a motor having a two-phase stator winding of a first winding and a second winding, a rectifier circuit, and six switching elements are bridge-connected. And the stator winding of each phase of the motor and the common terminal of the two-phase stator winding are connected to the output terminal of the inverter circuit, and the inverter circuit feeds a substantially sinusoidal current to the stator winding. And can be driven by a full-wave rectification method.
本発明のモータの駆動制御装置は、全波整流方式でも駆動できるものである。 The motor drive control device of the present invention can be driven by a full-wave rectification method.
本発明の請求項1記載の発明は、第1巻線と第2巻線の2相の固定子巻線を持つモータと、整流回路と、6つのスイッチング素子をブリッジ結線したインバータ回路と、モータの各相の固定子巻線と、2相の固定子巻線の共通端子とをインバータ回路の出力端子に接続し、インバータ回路は固定子巻線に略正弦波電流を流すPWM制御を行うことを特徴としたものであり、全波整流方式でも駆動できるものである。 A first aspect of the present invention is a motor having a two-phase stator winding of a first winding and a second winding, a rectifier circuit, an inverter circuit in which six switching elements are bridge-connected, and a motor The stator winding of each phase and the common terminal of the two-phase stator winding are connected to the output terminal of the inverter circuit, and the inverter circuit performs PWM control to pass a substantially sine wave current through the stator winding It can be driven by a full-wave rectification method.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、インバータ回路から前記第1巻線に出力される電圧波形Vmと、前記第2巻線に出力される電圧波形Vaの電圧位相を自由に調整できることを特徴としているため、結果的に第1巻線に流れる電流Imと第2巻線に流れる電流Iaの位相と電流値を自由に設定することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the voltage phases of the voltage waveform Vm output from the inverter circuit to the first winding and the voltage waveform Va output from the second winding are expressed as follows. Since it can be freely adjusted, as a result, the phase and current value of the current Im flowing through the first winding and the current Ia flowing through the second winding can be freely set.
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の発明において、第1巻線と前記第2巻線に印加される電圧位相は略180度ずれていることを特徴としているため、2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧位相に拘わらず、第1巻線と第2巻線と各々の巻線の共通端子間に印加される電圧位相差を90度に固定でき、電気的に90度ずれた2相のインダクションモータでは最適な位相差とすることができる。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明において、2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧位相を自由に設定できることを特徴としており、第1巻線と第2巻線に印加する電圧位相差を90度に固定したまま電圧比を自由に設定できる。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明において、2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧位相は、第1巻線と第2巻線の電圧位相の間に位置することを特徴し、第1巻線と第2巻線に印加する電圧位相差を90度に固定したまま電圧比を自由に設定でき、モータの仕様に応じて最適な電圧比および回転磁界を設定できる。
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発明において、モータの起動時に2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧位相を変えることを特徴としており、起動トルクを最適に設定することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the voltage phase applied to the common terminal of the two-phase stator winding is changed when the motor is started. As a feature, the starting torque can be set optimally.
請求項7に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発明において、モータの回転数により2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧位相を変えることを特徴としており、モータの発熱を抑えることができ、また高速回転できる。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発明において、第1巻線のインピーダンスZm、巻数Nm、印加電圧Vmとし、第2巻線のインピーダンスZa、巻線Na、印加電圧Vaとし、2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧をVcとした場合、Nm・(Vm−Vc)/Zm=Na・(Va−Vc)/Zaとなるように、前記2相の固定子巻線の共通端子に印加する電圧位相を設定することを特徴としており、第1巻線と第2巻線とで円磁界を発生させることができ、効率がよく低騒音で駆動できる。
The invention according to claim 8 is the invention according to any one of
請求項9に記載の発明は、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の発明において、モータが第一巻線と第2巻線巻線とを有する単相電源用のインダクションモータであることを特徴としており、単相インダクションモータを好適に駆動することができる。
The invention according to
請求項10に記載の発明は、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の発明において、モータが圧縮機を駆動することを特徴としており、冷凍システムなど圧縮機を用いるシステムに対して最適に圧縮機を駆動できる。
The invention according to
以下、本発明によるモータの駆動制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら、説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する。 Embodiments of a motor drive control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1によるモータの駆動制御装置の回路図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive control apparatus according to
図1において、1は商用電源であり、日本の一般家庭の場合、100V50Hzまたは60Hzの単相交流が一般的に使用されている。また、業務用や海外では200V以上の単相交流が使われることがある。
In FIG. 1,
2は整流回路であり、商用電源1の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路2は全電圧整流回路となっており、AC100Vでは、DC140Vへ変換する。整流回路は、4個の整流ダイオード2a〜2dをブリッジ接続している。また、電界コンデンサ2e、2fにより平滑している。
3はインバータ回路であり、整流回路2で整流された直流電圧出力を入力として、任意電圧、任意周波数の3相交流に変換する。インバータ3は、スイッチング素子3a〜3fを各々ブリッジ接続している。本実施の形態の形態ではスイッチング素子としてFETを使用している。また、おのおののスイッチング素子3a〜3fには並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子3a〜3fがオフしたとき還流電流を流す働きをする。
4は2相インダクションモータであり、冷凍システムに用いられる圧縮機を駆動する。インダクションモータ4は、主巻線4aと補助巻線4bとを有し、各々の巻線の一方の端子が共通端子となる2相巻線を有している固定子(図示せず)と、かご型の回転子(図示せず)からなる。また、主巻線4aと補助巻線4bは位相90度異なる機械的位置に配置されている。
また、インダクションモータ4は主巻線端子5aと補助巻線端子5bと各々の巻線の共通端子5cを有している。インダクションモータ4の各端子5a〜5cは、それぞれインバータ回路3の出力端子6a,6b,6cに接続されている。
The
7は出力電圧設定手段であり、周波数設定手段8で設定された設定周波数に応じて予め設定された最適な電圧値を設定する。この出力電圧設定手段7によりインバータ回路3の出力する電圧を設定する。ここでは主巻線4aに印加する電圧Vmと、補助巻線4bに印加する電圧Vaと共通端子に印加する電圧Vcとを個別に設定することができる。なお、インバータ回路3の出力電圧Vm、Va、Vcは、スイッチング素子3b,3d,3fに負側に共通の接続点の電位を基準にしている。
また、9は電圧位相設定手段で各相の端子6a,6b,6cに出力される電圧の位相を自由に設定することができる。
10は波形発生手段であり、周波数設定手段8、出力電圧設定手段7、電圧位相設定手段9で設定されたパラメータを入力とし、それに対応したインバータ回路3のスイッチング素子3a〜3fのオン/オフ信号をつくり出す。ここでは、PWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)制御により所望の出力波形を得るように信号を発生させる。
図2は本発明の実施の形態1のモータの駆動制御装置のタイミングチャートである。図2において、上の3つのタイミングチャートは、インバータ3のスイッチング素子3a〜3fのオン/オフタイミングを示す。ここで、スイッチング素子3a,3bの出力端子6aに接続されているのが主巻線端子5a、スイッチング素子3c,3dの出力端子6bに接続されているのが補助巻線端子5b、スイッチング素子3e,3fの出力端子6cに接続されているのが共通端子5cである。
FIG. 2 is a timing chart of the motor drive control apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the upper three timing charts show on / off timings of the switching elements 3 a to 3 f of the
上下に接続されたスイッチング素子3a,3b,3c,3d,3e,3fは全周期において反転動作のチョッピングを繰り返しており、PWM制御のパルス幅(すなわち面積)が正弦波に近づけるようにパルス幅を制御している。スイッチング素子3aについて見ると、位相が0度付近ではパルス幅は細く、180度付近で最大となるようにオン/オフしている。このパルス幅を調整することにより出力電圧が制御できる。 The switching elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f connected up and down repeat the chopping of the inversion operation in the whole period, and the pulse width is set so that the pulse width (that is, area) of the PWM control is close to a sine wave. I have control. Looking at the switching element 3a, the pulse width is narrow when the phase is around 0 degrees, and is turned on / off so as to be maximum around 180 degrees. The output voltage can be controlled by adjusting the pulse width.
スイッチング素子3bは、スイッチング素子3aの反転動作(一方がオンしているときはオフ、逆に一方がオフしている時はオン)を行っているため前記とは逆で、位相が0度付近ではパルス幅は太く、180度付近で最小となるようにオン/オフしている。また、各々上下に接続されたスイッチング素子3a,3b,およびスイッチング素子3c,3d、スイッチング素子3e,3fは上下交互にチョッピングしているので、スイッチング素子の動作遅れによる上下貫通電流を防止するためデッドタイム(両方ともオフとなる期間)を設けている。 The switching element 3b performs the reversal operation of the switching element 3a (off when one is on, and on when the other is off). In this case, the pulse width is thick, and the pulse width is turned on / off so as to be the minimum around 180 degrees. Further, since the switching elements 3a and 3b, the switching elements 3c and 3d, and the switching elements 3e and 3f that are connected to the upper and lower sides are alternately chopped in the upper and lower directions, dead current is prevented in order to prevent vertical through current due to operation delay of the switching elements. A time (period in which both are off) is provided.
また、本実施の形態では、スイッチング素子3bはスイッチング素子3aから位相差φ(図2では180度)遅れたスイッチングを行っており、同様に全区間でPWM制御を行う。また、スイッチング素子3dはスイッチング素子3cの反転動作を行う。 Further, in the present embodiment, the switching element 3b performs switching with a phase difference φ (180 degrees in FIG. 2) delayed from the switching element 3a, and similarly performs PWM control over the entire interval. Further, the switching element 3d performs the inversion operation of the switching element 3c.
スイッチング素子3eは、スイッチング素子3aに対し、本実施の形態では位相差ψ(本実施の形態の場合は135度)遅れている。スイッチング素子3e,3fは前記同様にPW制御、反転動作を行っている。 The switching element 3e is delayed from the switching element 3a in this embodiment by a phase difference ψ (135 degrees in this embodiment). The switching elements 3e and 3f perform PW control and inversion operation as described above.
PWM制御のパルス幅(オン区間)のキャリア周期(チョッピングの繰り返し周期)における比率(すなわちパルス幅/キャリア周期)をデューティと呼び、OV出力においては、デューティ50%となる。 The ratio (namely, pulse width / carrier cycle) of the PWM control pulse width (on interval) in the carrier cycle (chopping repetition cycle) is called duty, and the duty is 50% in OV output.
インダクションモータの主巻線の電流Imは、正弦波波形となるが、実際にはPWM制御のキャリア周波数成分の高調波を含む波形となる。また補助巻線の電流Iaは主巻線の電流Imから位相がθ(本実施の形態の場合は90度)進んだ波形となる。 The current Im of the main winding of the induction motor has a sinusoidal waveform, but actually has a waveform including harmonics of the carrier frequency component of PWM control. The current Ia of the auxiliary winding has a waveform whose phase is advanced by θ (90 degrees in this embodiment) from the current Im of the main winding.
また、実際には主巻線の電流Imは、力率やインピーダンスの関係から、主巻線の相電圧(Vm−Vc)に対し、若干遅れた波形となる。補助巻線に流れる電流Iaについても同様、補助巻線の相電圧(Va−Vc)に対し遅れ波形となる。 Actually, the current Im of the main winding has a waveform slightly delayed from the phase voltage (Vm−Vc) of the main winding due to the power factor and impedance. Similarly, the current Ia flowing through the auxiliary winding has a delayed waveform with respect to the phase voltage (Va−Vc) of the auxiliary winding.
図3から図7にインバータ回路3の2相巻線の共通端子5cへの出力電圧Vcの位相ψを変化させた時の、主巻線の相電圧(Vm−Vc)と補助巻線の相電圧(Va−Vc)の波形を示す。便宜上、電圧は正弦波波形として示す。
3 to 7 show the phase voltage (Vm−Vc) of the main winding and the phase of the auxiliary winding when the phase ψ of the output voltage Vc to the common terminal 5c of the two-phase winding of the
図3は、共通端子への印加電圧Vcが主巻線印加電圧Vmと同位相の場合、すなわち位相ψ=0度の時、図4はψ=45度、図5はψ=90度、図6はψ=135度、図7はψ=180度のときである。 3 shows the case where the applied voltage Vc to the common terminal is in phase with the main winding applied voltage Vm, that is, when the phase ψ = 0 degrees, FIG. 4 shows ψ = 45 degrees, FIG. 5 shows ψ = 90 degrees, 6 is when ψ = 135 degrees, and FIG. 7 is when ψ = 180 degrees.
以上のように図3より、共通端子へ印加される出力電Vc圧の位相ψを変えるだけで、主巻線の相電圧(Vm−Vc)と補助巻線の相電圧(Va−Vc)の電圧比を変化させられることがわかる。 As described above, from FIG. 3, the phase voltage (Vm−Vc) of the main winding and the phase voltage (Va−Vc) of the auxiliary winding can be changed only by changing the phase ψ of the output voltage Vc applied to the common terminal. It can be seen that the voltage ratio can be changed.
したがって、主巻線4aと補助巻線4bに流れるの電流位相θ(90度)を一定のまま、主巻線と補助巻線の巻線電流の比を変化させられることがわかる。従って、2相インダクションモータの場合、主巻線の巻数をNmと補助巻線の巻数をNaとすると、主巻線電流Imと補助巻線電流Iaとの関係は、Nm・Im=Na・Iaの時、円磁界が形成されモータにとって効率のよい駆動ができる。またこの関係式を満たすように、ImとIaの位相角を90度に保つよう、共通端子への印加電圧Vcの位相ψを決定すればよいことになる。 Therefore, it can be seen that the ratio of the winding currents of the main winding and the auxiliary winding can be changed while the current phase θ (90 degrees) flowing through the main winding 4a and the auxiliary winding 4b is kept constant. Therefore, in the case of a two-phase induction motor, if the number of turns of the main winding is Nm and the number of turns of the auxiliary winding is Na, the relationship between the main winding current Im and the auxiliary winding current Ia is Nm · Im = Na · Ia In this case, a circular magnetic field is formed and the motor can be driven efficiently. Further, the phase ψ of the voltage Vc applied to the common terminal may be determined so that the phase angle between Im and Ia is maintained at 90 degrees so as to satisfy this relational expression.
また、本実施の形態では、主巻線と補助巻線のインバータ回路の出力電圧の位相差は180度に設定したが、電流波形としては、インピーダンス分遅れが生じる。また、主巻線と補助巻線との電流の位相差が各々のインピーダンスの違いにより、理想値の90度より若干ずれる場合がある。その場合は、Vmあるいは、Vaの出力電圧波形の位相を調整することにより、また、出力電圧Vm、Va波高値を調整することにより、電流位相差を90度に設定できる。 In the present embodiment, the phase difference between the output voltages of the inverter circuit of the main winding and the auxiliary winding is set to 180 degrees, but the current waveform has a delay due to impedance. Further, the phase difference between the currents of the main winding and the auxiliary winding may be slightly deviated from the ideal value of 90 degrees due to the difference in impedance. In that case, the current phase difference can be set to 90 degrees by adjusting the phase of the output voltage waveform of Vm or Va and by adjusting the output voltage Vm and Va peak values.
また、回転数や負荷により、電流位相のずれが大きくなる場合、補正するようVmあるいは、Vaの出力電圧波形の位相を調整することにより、また、出力電圧Vm、Va波高値を調整することにより、電流位相を90度に補正できる。 Also, if the current phase shift becomes large due to the number of rotations or load, adjust the phase of the output voltage waveform of Vm or Va to correct, and adjust the output voltage Vm, Va peak value The current phase can be corrected to 90 degrees.
従って、起動時の低回転時には、出力電圧の位相差を180度に設定し、回転数の上昇に合わせて位相を調整してもよい。 Therefore, at the time of low rotation at start-up, the phase difference of the output voltage may be set to 180 degrees, and the phase may be adjusted according to the increase in the rotation speed.
なお、整流回路は全電圧整流回路としたが、電界コンデンサ2eの負端子と電界コンデンサ2fの正端子との接続点と、整流ダイオード2cと2dの接続点を接続することにより倍電圧整流回路としてもよい。 Although the rectifier circuit is a full-voltage rectifier circuit, a voltage doubler rectifier circuit is formed by connecting a connection point between the negative terminal of the electric field capacitor 2e and the positive terminal of the electric field capacitor 2f and a connection point between the rectifier diodes 2c and 2d. Also good.
本発明のモータの駆動制御装置は、全波整流方式でも駆動できるので、冷蔵庫などの冷凍システムにおける単相インダクションモータを搭載した圧縮機の制御に適用できる。 Since the motor drive control device of the present invention can be driven by a full-wave rectification method, it can be applied to control of a compressor equipped with a single-phase induction motor in a refrigeration system such as a refrigerator.
2 整流回路
3 インバータ回路
3a〜3f スイッチング素子
4 2相インダクションモータ
4a 主巻線
4b 補助巻線
5c 共通端子
7 出力電圧発生手段
8 周波数設定手段
9 波形発生手段
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