JP2006078095A - Refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧縮機のモータ制御装置を備えた冷蔵庫に関するものである。 The present invention relates to a refrigerator provided with a motor control device for a compressor.
図9は、レシプロ圧縮機の一般的な構成を示した縦断面図である。密閉容器26内に固定子27aと回転子27bとからなる電動機27が備えられており、この回転子27bに勘合され回転運動を行う回転軸28と、この回転軸28の回転運動を往復運動に変換するための偏心部28bとを備え、軸受体29上に配置されたシリンダ30内に供給された冷媒をピストン31の往復運動によって圧縮する圧縮機構部を有して構成されている。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a general configuration of a reciprocating compressor. An
このようなレシプロ圧縮機においては、一般的に内部防振構造が用いられている。すなわち、電動機27および前記圧縮機構部より構成される構造体を支持する支持バネ32や、圧縮機構部より吐出されるガスを導くためのループパイプ33等で、負荷に応じて発生するトルク変動による構造体の振動を減衰させ、振動あるいは騒音をコントロールする手法がとられている。
In such a reciprocating compressor, an internal vibration isolation structure is generally used. That is, with the
このような圧縮機の振動を抑制する方法としては、特許文献1に記載のものがある。この例はレシプロ圧縮機において冷蔵庫の負荷と圧縮機の回転数に応じて発生する負荷トルクに略一致したトルクをモータに与えるトルク制御を用いたものである。また、特許文献2には、電動機に流れる電流を検出し、励磁電流成分(d軸電流)とトルク電流成分(q軸電流)とを求めてトルク制御を行うトルク制御装置が開示されている。
As a method of suppressing such vibration of the compressor, there is one described in
上述のように、圧縮機内部の構造体の振動は、支持バネ32あるいはループパイプ33等で減衰させる方法をとっているが、これらは負荷変動や回転数変化によらず一定の減衰特性しか有さないため、負荷変動がある程度大きくなると、振動減衰特性が不足し、異常な振動あるいは騒音が発生する可能性が高くなる。その結果、製品の付加機能の多様化あるいは使用環境の変化に応じて変動する負荷に十分追随できる広範囲な回転数可変制御の妨げる原因となり得る。
As described above, the vibration of the internal structure of the compressor is damped by the
例えば、冷蔵庫の周囲の環境温度、食品貯蔵量、その他の付加機能等で庫内の負荷温度が変化すると、インバータ制御により、圧縮機の回転数を変化させることになるが、図10に示すように、通常は負荷の高い領域では高速運転となり、負荷の低い領域では低速運転となる。このとき、図11に示すように、負荷に応じて圧縮機にかかる圧力が変化することで、ガス圧縮荷重に起因する圧縮負荷は高速で運転される条件で高くなるケースが多い。なお、図11において回転角0°とは、ピストンがシリンダの最奥部に達する上死点を示しており、180°は下死点を示すものである。以下、本明細書において同様である。 For example, when the load temperature in the cabinet changes due to the ambient temperature around the refrigerator, the amount of food stored, and other additional functions, the rotation speed of the compressor is changed by inverter control, as shown in FIG. Furthermore, normally, high speed operation is performed in a high load region, and low speed operation is performed in a low load region. At this time, as shown in FIG. 11, the pressure applied to the compressor changes according to the load, so that the compression load resulting from the gas compression load is often increased under the condition of operating at high speed. In FIG. 11, the rotation angle of 0 ° indicates the top dead center where the piston reaches the innermost part of the cylinder, and 180 ° indicates the bottom dead center. The same applies hereinafter.
また、レシプロ圧縮機の場合、回転軸28の偏心部28bにピストン31が設置されている構造となっているため、これらが、回転中心28aのまわりで慣性力を生じる。この慣性力は図12に示すように回転数に応じて変化する。図13に示すように、ガス圧縮荷重および慣性力に起因するトルクの合計が圧縮機の負荷トルクになり、この負荷トルクとモータの出力トルクの差分を回転軸28の一回転当たりのトルク変動とすると、このトルク変動が圧縮機の振動源あるいは騒音源となっている。またこの中で、ガス圧縮トルクのピーク付近では慣性トルクが逆向きに作用し、ピーク負荷を軽減する役割を担っている。このため、低速においては、慣性トルクの大きさが小さくなるため、圧力負荷が一定の場合、高速よりも負荷トルクとモータ出力トルクの差が広がり、やはり振動が大きくなることが予測される。
Further, in the case of the reciprocating compressor, since the
一方、冷蔵庫の冷凍サイクルに封入される冷媒は、近年、フロン系の冷媒から炭化水素系の冷媒へと切り替わってきている。冷媒としてイソブタンのような可燃性冷媒を用いた場合、フロン冷媒と同等の冷却能力とするためには、レシプロ圧縮機の押除量を大きくする必要がある。そのため、ピストン径自体も大きくなってしまう。この押除量を70%程度大きくして従来のフロン冷媒と同等の冷却能力を確保すると、ピストン径が30%程度大きくなり、それにともなってピストン重量も大きくなってしまう。このためガス圧縮トルクが増大を招くとともに、圧縮機自体の振動も大きくなる。この振動は特に低速運転時に大きくなり、圧縮機の安定的な運転の阻害要因となるだけでなく、騒音の原因ともなってしまう。 On the other hand, in recent years, the refrigerant sealed in the refrigeration cycle of a refrigerator has been switched from a fluorocarbon refrigerant to a hydrocarbon refrigerant. When a flammable refrigerant such as isobutane is used as the refrigerant, it is necessary to increase the pushing amount of the reciprocating compressor in order to obtain a cooling capacity equivalent to that of the chlorofluorocarbon refrigerant. Therefore, the piston diameter itself is also increased. If this amount of pushing is increased by about 70% and a cooling capacity equivalent to that of conventional chlorofluorocarbon refrigerant is ensured, the piston diameter will increase by about 30%, and the piston weight will increase accordingly. For this reason, the gas compression torque increases, and the vibration of the compressor itself increases. This vibration is particularly great during low-speed operation, which not only becomes an obstacle to the stable operation of the compressor, but also causes noise.
このような状況において、圧縮機の振動抑制手段としては、モータトルクを負荷トルクに追従させ、速度変動を防ぐトルク制御が提案されている。特許文献1に記載のように冷蔵庫の負荷と圧縮機の回転数に応じて発生する負荷トルクに略一致したトルクをモータに与えることによって、図14のようにトルク変動が大幅に低減できる。しかし、冷蔵庫に組み込まれたレシプロ圧縮機において従来のトルク脈動抑制制御ではモータに流れる電流を調整し、モータトルクを調整するため、モータの回転方向に現れる振動のうちピストン移動方向の振動は大幅に抑えることが出来るが、ピストン移動方向以外の振動については考慮されたものではなかった。したがって、ピストン移動方向以外の振動については抑えることができず、そればかりか、ピストン方向の振動減らすために増やしたモータ電流により、ピストン移動方向以外の振動は大きくなってしまい、圧縮機全域および冷蔵庫全域の振動低減効果は得られない。
Under such circumstances, as a vibration suppression means of the compressor, torque control has been proposed in which the motor torque is made to follow the load torque to prevent speed fluctuation. As shown in
加えて、モータトルクを負荷トルクに追従させるため、モータ電流の実効値は増加し、圧縮機単体入力電力は全域で増加する。この入力電力増加は回転数が低い程顕著となり、低回転数化による省電力化の妨げとなっていた。さらには、圧縮機運転の最低回転数を低くすることは、省電力化のためには大いに有効であるが、上述のように低速運転時に振動が大きくなってしまうという状況においては、振動による電力のロスも増大し、逆に省電力化を妨げる原因になる場合もあった。 In addition, since the motor torque is made to follow the load torque, the effective value of the motor current increases, and the compressor single input power increases in the entire area. This increase in input power becomes more noticeable as the rotational speed is lower, which hinders power saving by lowering the rotational speed. Furthermore, lowering the minimum rotation speed of the compressor operation is very effective for power saving, but in the situation where the vibration becomes large during low speed operation as described above, In some cases, the loss of power also increases, and on the contrary, it may be a cause of hindering power saving.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、振動騒音を低減し、かつ省電力化を実現する圧縮機のモータ制御装置を備えた冷蔵庫を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a refrigerator including a compressor motor control device that reduces vibration noise and achieves power saving.
上記目的を達成するために、本発明の冷蔵庫は、1回転中の負荷に変動のある圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を駆動するためのパルス列を出力するインバータと、このインバータに入力される直流電圧を生成する直流生成回路と、前記電動機のロータ1回転中のトルク変動成分と前記電動機の回転数指令とに基づいて前記インバータの出力を制御するトルク制御を行い、前記トルク変動成分に基づいて算出される変動トルク抑制指令値に制限をかけるリミッタ機能とを有する。このようにリミッタ機能を有することによって、圧縮機の振動抑制効果があり、冷蔵庫全体としても騒音抑制や省電力化が図れる。 In order to achieve the above object, the refrigerator of the present invention has an electric motor that drives a compressor having a fluctuating load during one rotation, an inverter that outputs a pulse train for driving the electric motor, and an input to the inverter. A torque generator that controls the output of the inverter based on a DC generation circuit that generates a DC voltage, a torque fluctuation component during one rotation of the rotor of the electric motor, and a rotation speed command of the electric motor. And a limiter function for limiting the fluctuation torque suppression command value calculated based on the limiter function. By having the limiter function in this way, there is an effect of suppressing the vibration of the compressor, and noise and power saving can be achieved as the whole refrigerator.
また、前記電動機のロータの1回転中の軸誤差から前記電動機のトルク変動を算出して出力するトルク変動出力部を備えるものとし、前記トルク変動成分を出力することとしている。 In addition, a torque fluctuation output unit that calculates and outputs the torque fluctuation of the electric motor from the shaft error during one rotation of the rotor of the electric motor is output, and the torque fluctuation component is output.
また、トルク変動成分値に相当する変動トルク抑制指令値とした場合を100%とし、変動トルク抑制指令値をゼロとした場合を0%とした、前記リミッタ部によって制限されるリミッタ値は、前記電動機の回転数指令によって異なることを特徴とする。 The limiter value limited by the limiter unit is 100% when the variable torque suppression command value corresponding to the torque fluctuation component value is set to 100%, and 0% when the variable torque suppression command value is zero. It differs depending on the rotational speed command of the electric motor.
また、前記トルク変動出力部は、前記圧縮機ロータの実位置と、マイコンによって推定される駆動位置との差からトルク変動成分を算出して出力することを特徴とする。 The torque fluctuation output unit may calculate and output a torque fluctuation component from a difference between an actual position of the compressor rotor and a driving position estimated by a microcomputer.
また、前記制御部は、前記トルク変動成分を打ち消すトルク電流成分を算出して電流指令値を求め、この電流指令値が前記リミッタ部によって制限されて変動トルク抑制電流指令値を得ることを特徴とする。 The control unit calculates a torque current component that cancels the torque variation component to obtain a current command value, and the current command value is limited by the limiter unit to obtain a variation torque suppression current command value. To do.
また、前記電動機の回転数指令の回転数が高い場合は、回転数が低い場合よりも小さい値に前記リミッタ値が設定されることを特徴とする。 Further, the limiter value is set to a smaller value when the rotational speed of the rotational speed command of the motor is high than when the rotational speed is low.
また、前記リミッタ値は、モータ電流又はインバータ電流の波高値を最小になるように設定されることを特徴とする。 The limiter value is set so as to minimize the peak value of the motor current or the inverter current.
また、前記圧縮機はレシプロ式の圧縮機であり、前記リミッタ値は前記圧縮機の回転数が1000〜1500回転で20〜30%に設定されることを特徴とし、また、前記圧縮機はレシプロ式の圧縮機であり、前記圧縮機の所定の回転数以上でリミッタ値をゼロとしたことを特徴とするものである。このように構成することによって、低速から高速に至る広い回転域においても圧縮機及び冷蔵庫の振動騒音抑制と省電力化が図れる。 The compressor is a reciprocating compressor, and the limiter value is set to 20 to 30% when the rotation speed of the compressor is 1000 to 1500 rpm, and the compressor is a reciprocating compressor. This is a compressor of the type, and is characterized in that the limiter value is set to zero at a predetermined rotational speed or more of the compressor. With this configuration, it is possible to suppress vibration noise and reduce power consumption in the compressor and the refrigerator even in a wide rotation range from low speed to high speed.
また、圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を回転数制御するインバータと、電流を入力しこのインバータに直流電圧を供給するコンバータとを備えた冷蔵庫において、本発明は、庫内温度と設定温度とに基いて発生される速度指令に近づくように、前記電動機の回転数を、前記インバータのパルス幅変調機能により制御を行う第1の制御モードと、前記圧縮機電動機のトルク脈動検出手段により検出した脈動成分を抑制する制御を行う第2の制御モードとによって制御されることを特徴とする。 Further, in a refrigerator provided with an electric motor for driving a compressor, an inverter for controlling the rotation speed of the electric motor, and a converter for inputting a current and supplying a DC voltage to the inverter, the present invention provides an internal temperature and a set temperature. The rotation speed of the electric motor is detected by a first control mode in which control is performed by the pulse width modulation function of the inverter and the torque pulsation detection means of the compressor motor so as to approach the speed command generated based on It is controlled by the second control mode for performing control to suppress the pulsating component.
また、前記の圧縮機は、ノンフロン冷媒を使用した冷凍サイクルを構成していることを特徴とする。 Further, the compressor constitutes a refrigeration cycle using a non-fluorocarbon refrigerant.
このように、トルク変動成分を打ち消すような抑制指令値を与えるトルク制御を行う場合において、この変動成分を打ち消す値に対して制限をかけるリミッタを設けることによって、振動の低減が図れ、省電力に寄与するものとなり、上記の本発明の目的を達成するものである。 In this way, when performing torque control that provides a suppression command value that cancels the torque fluctuation component, by providing a limiter that limits the value that cancels this fluctuation component, vibration can be reduced and power saving can be achieved. It contributes and achieves the above object of the present invention.
本発明によれば、振動騒音を低減し、かつ省電力化を実現する圧縮機のモータ制御装置を備えた冷蔵庫を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refrigerator provided with the motor control apparatus of the compressor which reduces vibration noise and implement | achieves power saving can be provided.
図1は、本実施例の冷蔵庫の制御形態を示す図である。本実施例の冷蔵庫100は、冷蔵温度帯の貯蔵室である冷蔵室110と冷凍温度帯の貯蔵室である冷凍室とを備えている。また、これらの各室を所望の温度とするために冷凍サイクルを備えており、この冷凍サイクルを構成する圧縮機6は、制御装置200によってその運転が制御される。この制御装置200は主として二種類の入力信号を受信して圧縮機6の運転を制御している。入力信号の種類としては、まず第一に、各室内の温度を所定の温度に保つためのものがあり、第二には、利用者が求める温度を実現するために外部入力装置によって入力されるものがある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a control mode of the refrigerator of the present embodiment. The
第一の入力信号の例としては、温度センサ210からの入力信号がある。例えば、圧縮機6が運転していない状況、あるいは低回転で運転している状況において、冷蔵室110内の温度が上昇して所定の高い温度となったときに、制御装置200が温度センサ210からの信号に基づいて圧縮機6を運転する、あるいはより高い回転数で運転するように制御する。また、圧縮機6が運転中に冷蔵室110内の温度が下がり、所定の低い温度となったときに温度センサ210からの信号に基づいて圧縮機6の運転を停止させる、あるいは低い回転数で運転するように制御する。
An example of the first input signal is an input signal from the temperature sensor 210. For example, in a situation where the
なお、本実施例では冷蔵室110の温度について説明しているが、冷凍室内を所定の温度に保つ場合においても、同様の制御が可能である。第二の入力信号の例としては、利用者が急冷凍スイッチ120をONした場合の入力信号がある。急冷凍スイッチ120がONされると、制御装置200は急冷凍指令信号を受信し、その信号に基づいて圧縮機6の運転を制御する。
In the present embodiment, the temperature of the refrigerator compartment 110 has been described, but the same control can be performed even when the freezer compartment is maintained at a predetermined temperature. As an example of the second input signal, there is an input signal when the user turns on the quick freezing switch 120. When the quick freezing switch 120 is turned on, the
いずれの入力信号の場合であっても、制御装置200は信号を受信して圧縮機6の回転数、運転のON/OFFを制御することについては同様である。
Regardless of the input signal, the
制御装置200は、図に示すように冷蔵庫100の全体の運転を制御する主制御装置と圧縮機6の運転を制御する圧縮機制御装置とに大別される。このように、主制御マイコンと、副制御として圧縮機のインバータ制御を行う圧縮機制御マイコンの2個のマイコンを用いる構成することで、各々のマイコンROM容量を低減させると共に、冷蔵庫制御プログラムと効率化が要求される圧縮機のインバータ制御プログラムの開発を並列に行い開発効率を上げ、開発期間の短縮およびコスト削減を図っている。
The
また、圧縮機停止中は圧縮機制御マイコンを消費電力量の低いスタンバイモードに遷移させることが出来るため、制御装置全体としての省電力化を図ることができる。なお、これらは同一の基板上に配置しても差し支えない。主制御装置は、主制御マイコンを備えており、上述の入力信号を受信して圧縮機制御装置へと運転指令を送信する。圧縮機制御装置は、圧縮機制御マイコンを備えており、主制御装置からの運転指令に基づいてインバータ回路駆動用ドライバへドライブ信号を送信し、圧縮機6の運転を制御している。
Further, since the compressor control microcomputer can be shifted to a standby mode with low power consumption while the compressor is stopped, the power consumption of the entire control device can be reduced. These may be arranged on the same substrate. The main control device includes a main control microcomputer, receives the above-described input signal, and transmits an operation command to the compressor control device. The compressor control device includes a compressor control microcomputer, and controls the operation of the
また、圧縮機制御装置は、圧縮機のON/OFF、回転数等の運転状況を主制御装置へと送信する。このように主制御回路は、圧縮機の現在の運転状態と、上述の入力信号とに基づいて、運転指令を送信している。 Further, the compressor control device transmits the operation status such as ON / OFF of the compressor and the rotation speed to the main control device. Thus, the main control circuit transmits the operation command based on the current operation state of the compressor and the above-described input signal.
以下、この制御装置200の詳細について図を用いて説明する。
図2は、本発明による交流電動機制御装置の実施形態の系統構成を示す図である。モータの運転制御はモータ電流センサレス・位置センサレス180度通電ベクトル制御方式とし、ベクトル制御方式の制御部にトルク制御部11を備えた。
Hereinafter, details of the
FIG. 2 is a diagram showing a system configuration of an embodiment of the AC motor control device according to the present invention. The motor operation control is a motor current sensorless / position sensorless 180-degree energization vector control method, and the torque control unit 11 is provided in the vector control method control unit.
本実施形態の制御装置は、電動機に対する回転数指令を与える制御部2を備えている。この制御部2は、電動機の交流印加電圧を演算し、パルス幅変調波信号(PWM信号)に変換して出力する制御器によって構成される。この制御部2から出力されるPWM信号を受けてPMモータ5を駆動するためのパルス列を出力するインバータ3と、インバータ3に電力を供給する直流電源4と、制御対象であるPMモータ5と、PMモータ5の負荷となる圧縮機6と、直流電源がインバータへ供給する電流I0を検出する電流検出器7とを有し、これらの構成を備えて圧縮機6の回転数の制御を行っている。
The control device of the present embodiment includes a
制御部2は、電流I0を検出して、PMモータ5に流れる三相交流電流Iu、Iv、Iwを制御器内部で演算により再現する電流再現器8を備えている。なお、PMモータ5に流れる三相交流電流を直接検出することも可能である。すなわち、後述するdq座標変換器9に対し、PMモータに流れる電流を出力する構成を備えていればよく、例えばPMモータ5に流れる三相交流電流を直接検出す場合には、各相に対して検出器を配置してこれらを検出すればよい。ただし、本実施例のようにインバータ3へ供給される電流を電流検出器7で検出する構成とすれば、電流再現器8として回路の保護抵抗を利用することができ、また、各相全てに検出器を別途配置する場合と比較して回路構成を単純化することができる。
The
電流再現器8によって再現された電流はdq座標変換器9へと送られる。この座標変換器9は、再現された三相交流電流を,位相角θdc(制御器内部で仮定しているPMモータの磁石磁束の位置)によって、d軸、q軸上の成分Idc,Iqcへと座標変換を行う。なお、d軸、q軸とは、磁束の通りやすい方向をd軸、d軸に対して電気的に90°[電気角]位相が進んだq軸とした回転座標系を示している。
The current reproduced by the
また、フィルタ10を備え、これらのq軸上の電流成分およびd軸上の電流成分対して指令Iq*およびId*を与え、電圧指令演算器12は、これらのId*、Iq*、ならびに電気角周波数指令ω1*に基づいて、電圧指令Vdc*、Vqc*を演算する。dq逆変換器13は、電圧指令Vdc*、Vqc*を、三相交流電圧指令vu*、vv*、vw*に変換し、PWMパルス発生器14は、この三相交流電圧指令に基づいて、インバータ3をスイッチ動作するためのパルス幅変調信号(PWM信号)を発生させる。
Further, a
また、PMモータ5の磁石磁束位置θdと、制御器2内部で仮定している位置θdcとの誤差に相当する角度(軸誤差)Δθdcを推定演算する軸誤差推定器15を有して、この軸誤差Δθdcを後述するトルク制御部11へと出力する。さらに、加算、ならびに減算を行う加減算器16と、零発生器17と、Δθdcを零に制御するために、電気角周波数指令ω1*に補償を加える比例補償器18と、PMモータの極数Pを用いて回転数指令ωr*を電動機の電気角周波数指令ω1*に変換する変換ゲイン19と、電気角周波数を積分し磁石磁束位置θdcを演算する積分器20と、軸誤差推定値Δθdcに基づいて、周期外乱トルク成分であるΔTmを推定演算するΔTm推定器21と、ΔTmの推定値に基づいて、q軸電流指令Iq*に補正を加える周期トルク外乱補償器ATR22とを備えて構成されてなる。
In addition, an
直流電源4は、交流を直流に変換するコンバータ回路を備えて構成されており、交流電源23、ダイオードブリッジ24、及び平滑コンデンサ25とを有している。
The
トルク制御部11は、トルク変動出力部を備えて構成される。すなわち、軸誤差演算器15より出力された軸誤差Δθdcよりトルク変動成分ΔTmを推定するΔTm推定器21を備えており、後述するように軸誤差Δθdcからトルク変動成分を算出して、この推定されたトルク変動成分ΔTmを出力する。出力されたトルク変動成分ΔTmをゼロにするための脈動トルク抑制電流指令IqSINは、周期トルク外乱補償器ATR22から出力される。すなわち、本実施例のトルク制御部11は、ΔTm推定器21と周期トルク外乱補償器ATR22とから構成されている。
The torque control unit 11 includes a torque fluctuation output unit. That is, a ΔTm estimator 21 that estimates the torque fluctuation component ΔTm from the axis error Δθdc output from the
ΔTm推定器21は軸誤差Δθdcからトルク変動成分ΔTmを推定している。ベクトル制御ではマイコンにより電動機のロータ位置推定が連続的に行われている。軸誤差Δθdcとはロータが「実際にステータを通過する位置(実位置)」と「マイコンによる推定位置」との差である。ベクトル制御ではこの軸誤差がゼロになるように運転制御を行っている。一定速回転時はロータにかかる負荷が安定しており実位置と推定位置は一致する。このとき軸誤差の値はゼロをとる。 The ΔTm estimator 21 estimates the torque fluctuation component ΔTm from the axis error Δθdc. In vector control, the rotor position of the electric motor is continuously estimated by a microcomputer. The axis error Δθdc is the difference between the “position where the rotor actually passes through the stator (actual position)” and the “position estimated by the microcomputer”. In vector control, operation control is performed so that this axis error becomes zero. During constant speed rotation, the load on the rotor is stable and the actual position matches the estimated position. At this time, the value of the axis error is zero.
加速時は慣性力によりロータの回転が遅れるため、推定位置は進んだ形となる。このとき軸誤差は正の値をとる。これに対し減速時は反対にロータが進むため推定位置が遅れ軸誤差は負の値をとる。 Since the rotation of the rotor is delayed due to inertial force during acceleration, the estimated position is advanced. At this time, the axis error takes a positive value. On the other hand, at the time of deceleration, the rotor advances on the contrary, so the estimated position is delayed and the axis error takes a negative value.
トルク制御ではこの軸誤差Δθdcを利用してトルク変動成分ΔTmを推定している。ロータ1回転中の軸誤差Δθdcがゼロの時はトルク変動成分ΔTmはゼロになる。これはベクトル制御が軸誤差Δθdcをゼロになるように運転制御を行っているためであり、負荷トルクTLとモータ出力トルクTmが等しい場合にはロータ1回転中の軸誤差Δθdcはゼロになる。 In torque control, the torque fluctuation component ΔTm is estimated using this shaft error Δθdc. When the shaft error Δθdc during one rotation of the rotor is zero, the torque fluctuation component ΔTm is zero. This is because the vector control performs operation control so that the shaft error Δθdc becomes zero. When the load torque TL and the motor output torque Tm are equal, the shaft error Δθdc during one rotation of the rotor becomes zero.
負荷が重い時(負荷トルクTLがモータ出力トルクTmを上回ったとき)はロータの回転が遅れるため、推定位置は進んだ形となる。このとき軸誤差Δθdcは正の値をとる。これに対し負荷が軽い時(負荷トルクTLがモータ出力トルクTmを下回った時)は反対にロータが進むため推定位置が遅れ軸誤差Δθdcは負の値をとる。 When the load is heavy (when the load torque TL exceeds the motor output torque Tm), the estimated position is advanced because the rotation of the rotor is delayed. At this time, the axis error Δθdc takes a positive value. On the other hand, when the load is light (when the load torque TL is less than the motor output torque Tm), the estimated position of the delay axis error Δθdc takes a negative value because the rotor advances.
つまり、ロータ1回転中の軸誤差Δθdcを観察することでトルク変動成分ΔTmを推定することが可能となる。このロータ1回転中の軸誤差Δθdcの変化にロータの回転速度やイナーシャ(慣性)を加味することでトルク変動成分ΔTmが算出される。 That is, the torque fluctuation component ΔTm can be estimated by observing the shaft error Δθdc during one rotation of the rotor. The torque fluctuation component ΔTm is calculated by adding the rotational speed and inertia (inertia) of the rotor to the change in the shaft error Δθdc during one rotation of the rotor.
周期トルク外乱補償器ATR22は、トルク変動出力部であるΔTm推定器21から出力されたΔTmを受けて、機械角1次周波数でフーリエ展開することにより、ロータ回転に同期した脈動トルクを抽出し、積分制御を用いて脈動トルクをゼロにするようにトルク電流指令値を算出する構成である。周期トルク外乱補償器ATR22の構成を図3に示す。 The periodic torque disturbance compensator ATR22 receives ΔTm output from the ΔTm estimator 21 which is a torque fluctuation output unit, and performs a Fourier expansion with a mechanical angle primary frequency, thereby extracting a pulsating torque synchronized with the rotor rotation, In this configuration, the torque current command value is calculated so that the pulsation torque is zero using integral control. The configuration of the periodic torque disturbance compensator ATR22 is shown in FIG.
フーリエ変換部33ではα-dq座標変換器33aにて座標変換演算を行うことでフーリエ級数展開を模擬しており、トルク脈動成分ΔTmを機械角1次周波数sin成分、cos成分に分解し、基本波成分の大きさを求めている。ここでα座標とは、3相のU相を基準にα軸を定義し、電気的に90°[電気角]位相が進んだ軸をβ軸と定義した2軸の固定座標系である。フィルタ33bでは非周期的なトルク変動成分を除去している。
The
積分制御部34ではフーリエ変換部33で求めたΔTmの基本波成分の大きさをゼロにするように積分制御を行い,脈動トルクをゼロに抑える脈動トルク抑制電流指令IqSINd*、IqSINq*を算出している。リミッタ部35では積分制御部34で算出された脈動トルク抑制電流指令IqSINd*、IqSINq*に対し、制限をかけるリミッタ35aを設けている。リミッタ値は回転数により可変可能であり、これによりトルク変動成分ΔTmの抑制量を調節する。
The
リミッタ値とは、トルク変動成分ΔTmをゼロにする脈動トルク抑制電流指令IqSINを100%とした場合の値とする。フーリエ逆変換部36ではdq-α座標変換器36aを用いて脈動トルク抑制電流指令IqSINを算出している。なお、この脈動トルク電流指令IqSINは、トルク制御部11でその都度計算して出力もよいが、冷蔵庫のように周囲の環境温度にある程度リンクしてガス圧縮の圧力条件が決まるような場合では、出力パターンを予め設定しておき、条件の変化に応じて最適パターンを選定してもよい。また、1回転ごとの負荷トルクの変動パターンが大きく変化しない場合には、脈動トルク抑制電流指令IqSINを周期ごとに出力してもよい。
The limiter value is a value when the pulsation torque suppression current command IqSIN for setting the torque fluctuation component ΔTm to zero is 100%. The Fourier
次にトルク制御のリミッタ値による圧縮機チャンバの振動と圧縮機単体入力電力について説明する。リミッタ値とは、上述のようにトルク変動成分ΔTmの値に相当する脈動トルク抑制電流指令値とした場合を100%とし、リミッタ値50%とは、トルク脈動成分がΔTmの場合にΔTm/2を電流指令値として与えるということである。上で述べたように、トルク制御を行う場合においては、低速回転時(本実施例の場合、特に1500回転以下)に振動抑制効果が小さくなり、むしろ逆に振動が大きくなってしまうという課題を見出し、この課題を解決するものとしてリミッタ値を回転数によって変化させる方法を提案するものである。
Next, the vibration of the compressor chamber by the limit value for torque control and the compressor single input power will be described. The limiter value is 100% when the pulsation torque suppression current command value corresponding to the value of the torque fluctuation component ΔTm is set as described above, and the
リミッタ値とレシプロ圧縮機振動値の関係を図4に、リミッタ値とモータ入力電力の関係を図5に示す。なお振動値は、ピストン移動方向をx軸、ロータ軸方向をy軸、xy平面の垂直方向をz軸とした場合の、x軸、z軸方向の加速度を自乗平均したものである。 FIG. 4 shows the relationship between the limiter value and the reciprocating compressor vibration value, and FIG. 5 shows the relationship between the limiter value and the motor input power. The vibration value is a squared average of accelerations in the x-axis and z-axis directions when the piston moving direction is the x-axis, the rotor axis direction is the y-axis, and the vertical direction of the xy plane is the z-axis.
図4に示すように振動値はリミッタ値によって変化する。リミッタ値100%のとき、つまりトルク脈動成分ΔTmに対し抑制量に制限をかけない通常のトルク制御の振動値、と比較して、制限をかけたものの方が振動値が小さくなる傾向がみられる。一方、リミッタ値をゼロとしてトルク制御を行わない場合と比較して、抑制されたトルク制御を行った場合の方が振動値が小さくなる傾向があり、1500回転以下の場合においてはリミッタ値20〜30%程度で極小値がみられることがわかった。 As shown in FIG. 4, the vibration value varies depending on the limiter value. When the limiter value is 100%, that is, the vibration value of the normal torque control that does not limit the amount of suppression for the torque pulsation component ΔTm, the vibration value tends to be smaller when the limit is applied. . On the other hand, compared to the case where the torque control is not performed with the limiter value set to zero, the vibration value tends to be smaller when the torque control is suppressed, and in the case of 1500 revolutions or less, the limiter value is 20 to It was found that a minimum value was observed at about 30%.
また、図5に示すようにモータ入力電力もリミッタ値によって変化し、モータ入力電力もリミッタ値が20〜30%の個所で極小値が見られ、リミッタ値が40%以上となるとモータ入力電力は増加する傾向にあることがわかった。 In addition, as shown in FIG. 5, the motor input power also varies depending on the limiter value, and the motor input power also has a minimum value when the limiter value is 20-30%. When the limiter value exceeds 40%, the motor input power is It turned out to be increasing.
また、同図より、振動値、モータ入力電力が最小になる最適なリミッタ値は20〜30%の間で回転数によって変動することがわかり、したがって、リミッタ値は回転数により可変させるのがより効果的である。そこで、回転数によって最適なリミッタ値を設定して、リミッタ値の可変制御を行うものである。すなわち、リミッタ部35で最適なリミッタ値を用いて、脈動トルク抑制電流指令IqSINを出力することによって、圧縮機の回転数によるリミッタ値の可変制御を行うものである。
The figure also shows that the optimum limiter value that minimizes the vibration value and motor input power varies between 20 and 30% depending on the rotational speed. Therefore, the limiter value is more variable depending on the rotational speed. It is effective. Therefore, an optimum limiter value is set according to the number of rotations, and the limiter value is variably controlled. That is, the
図6は、上記の事情を勘案し、回転数に対して最適なリミッタ値を設定したものである。1000回転時リミッタ値は30%、1500回転時リミッタ値は20%、1700回転時リミッタ値は0%と設定し、設定点間は線形に可変させる。リミッタ部はこの設定値に基づきリミッタ値を可変させる。この設定では1700回転以下の低速域のみでトルク制御が作動することとなる。 FIG. 6 sets the optimum limiter value for the rotational speed in consideration of the above circumstances. The limit value at 1000 rpm is set to 30%, the limit value at 1500 rpm is set to 20%, the limit value at 1700 rpm is set to 0%, and the setting point is linearly varied. The limiter unit varies the limiter value based on the set value. With this setting, torque control is activated only in the low speed range of 1700 rpm or less.
前記トルク変動成分ΔTmの抑制量に制限をかけない通常のトルク制御と、本発明である回転数により最適なリミッタ値に可変し脈動トルク抑制電流指令を制限するトルク制御の振動値、およびモータ入力電力の比較図を図7、および図8に示す。これらはいずれも図6に示した例で比較したものである。これらの図に示すように、モータ入力電力及び振動値は、通常トルク制御の場合と比較して低減されており、省電力化及び騒音の低減のいずれにも効果がある。特に振動値は、回転するが小さい場合にその低減効果が増大し、圧縮機の低速化に大きく寄与することができる。 Normal torque control that does not limit the amount of suppression of the torque fluctuation component ΔTm, the vibration value of torque control that limits the pulsating torque suppression current command by varying the optimum limiter value according to the rotation speed according to the present invention, and the motor input A comparative diagram of power is shown in FIG. 7 and FIG. These are all compared in the example shown in FIG. As shown in these figures, the motor input power and the vibration value are reduced as compared with the case of the normal torque control, which is effective for both power saving and noise reduction. In particular, when the vibration value rotates but is small, its reduction effect increases, and can greatly contribute to the reduction in the speed of the compressor.
本発明を用いれば、低速域においても振動および騒音の低い、インバータ制御のレシプロ圧縮機およびそれを用いた冷蔵庫等の製品の提供が可能となり、さらに可燃性冷媒を用いる製品の振動による配管の疲労劣化を軽減でき高い安全性を確保することができる。 By using the present invention, it becomes possible to provide a product such as an inverter-controlled reciprocating compressor and a refrigerator using the inverter that is low in vibration and noise even in a low speed region, and further, fatigue of piping due to vibration of a product using a flammable refrigerant. Deterioration can be reduced and high safety can be secured.
また、可燃性冷媒を使用して圧縮機構部の重量が大きくなった場合であっても、圧縮機の低回転化が図れることとなり、低速から高速までの広い回転域において省電力化に寄与するものとすることができる。 In addition, even when the weight of the compression mechanism is increased by using a combustible refrigerant, the compressor can be rotated at a low speed, contributing to power saving in a wide rotation range from low speed to high speed. Can be.
以上説明した実施の形態において、種々の数値を示して説明したが、これら数値は一例であり制御思想に合致する限り他の数値であっても差し支えない。 In the embodiments described above, various numerical values are shown and described. However, these numerical values are examples, and other numerical values may be used as long as they match the control concept.
2…制御部、3…インバータ、4…直流電源、5…PMモータ、6…圧縮機、7…電流検出器、8…電流再現器、9…dq座標変換器、10…フィルタ、11…トルク制御部、12…電圧指令演算器、13…dq逆変換器、14…PWMパルス発生器、15…軸誤差推定器、16…加減算器、17…零発生器、18…比例補償器、19…変換ゲイン、20…積分器、21…ΔTm推定器、22…周期トルク外乱補償器ATR、33…フーリエ変換部、33a…α-dq座標変換器、33b…フィルタ、34…積分制御部、34a…I制御、35…リミッタ部、35a…リミッタ、36…フーリエ逆変換部、36a…dq-α座標変換器。
2 ... Control unit, 3 ... Inverter, 4 ... DC power supply, 5 ... PM motor, 6 ... Compressor, 7 ... Current detector, 8 ... Current reproduction device, 9 ... dq coordinate converter, 10 ... Filter, 11 ... Torque Control unit, 12 ... Voltage command calculator, 13 ... dq inverse converter, 14 ... PWM pulse generator, 15 ... Axis error estimator, 16 ... Adder / Subtractor, 17 ... Zero generator, 18 ... Proportional compensator, 19 ... Conversion gain, 20 ... integrator, 21 ... ΔTm estimator, 22 ... periodic torque disturbance compensator ATR, 33 ... Fourier transform unit, 33a ... α-dq coordinate converter, 33b ... filter, 34 ... integration control unit, 34a ... I control, 35 ... limiter unit, 35a ... limiter, 36 ... Fourier inverse transform unit, 36a ... dq-α coordinate converter.
Claims (10)
The refrigerator according to any one of claims 1 to 9, wherein the compressor constitutes a refrigeration cycle using a non-fluorocarbon refrigerant.
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