JP2006157987A - インバータ回路及びインバータ回路を用いた圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの負荷状態にかかわらず、キャリア周波数の切り替えによりスイッチング素子の過熱による破損を確実に防ぎ、安全に保護することができるインバータ回路。
【解決手段】周囲温度を検出する温度検出手段110と、DCモータ回転数を算出し、周囲温度とDCモータ回転数よりキャリア周波数を決定するキャリア周波数決定手段109と、決定されたキャリア周波数に切り替える電圧制御手段108を備えることで、周囲温度とDCモータ回転数に応じたキャリア周波数の切り替えを行う。
この発明により、スイッチング素子の過熱による破損を確実に防ぎ、安全に保護することができる。
【選択図】図1
【解決手段】周囲温度を検出する温度検出手段110と、DCモータ回転数を算出し、周囲温度とDCモータ回転数よりキャリア周波数を決定するキャリア周波数決定手段109と、決定されたキャリア周波数に切り替える電圧制御手段108を備えることで、周囲温度とDCモータ回転数に応じたキャリア周波数の切り替えを行う。
この発明により、スイッチング素子の過熱による破損を確実に防ぎ、安全に保護することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、PWM制御されるスイッチング素子によりDCモータを駆動するインバータ回路に関するもので、特に冷蔵庫用圧縮機の駆動に好適なものである。
従来、この種のインバータ回路においてモータ負荷を監視して過負荷と判断された場合にキャリア周波数を下げて運転することにより発熱量の抑制と磁気騒音の低減とをほぼ同時に満足させるものがある(例えば、特許文献1参照)。
以下、図面を参照しながら上記従来のインバータ回路について説明する。
図5は特許文献1に記載された従来のインバータ回路の回路図、図6は過負荷検出回路の回路図である。
図5において、キャリア発生器11はキャリア周波数CAを発生し、PWM制御回路12はこのキャリア周波数CAと制御信号とを比較し、その比較結果に応じて変換器主回路のスイッチング素子15をPWM制御し、その出力によってモータ13が駆動する。
以上のように構成されたインバータ回路について、以下その作用を説明する。
磁気騒音を低減すべくキャリア周波数を高くして運転すると、スイッチング素子15の発熱量が増大するため、スイッチング素子15の温度が定格に収まるようキャリア周波数を適宜に選んで運転するとともに、負荷状態をPWM制御回路12の出力電流によって監視し、過負荷検出器14により過負荷と判断された場合キャリア周波数CAを低減する。
すなわち、図6のようにコンパレータ16、フィルタ17等を設け、まずコンパレータ16にて負荷状態の検出信号DEを基準の信号S00と比較し、DE>S00となったら過負荷状態としてスイッチSWをオンとする。
一方、検出信号DEと基準の信号S00の差が減算器ADIを介して得られるので、この差の信号がスイッチSWを経てフィルタ17に入力される。このフィルタ17の時定数T1は、モータ13の加減速時間をT2とすると、T1>T2となるようにしておく。
これは、モータ加減速時には時間T2だけ過負荷レベル相当の電流を流すのが一般的であるためで、フィルタ17により一定の時間T1を確保するようにする。つまり、この場合のフィルタは一種の遅延要素として作用する。フィルタ17の出力S1は加減算器AD2に与えられ、ここで定格負荷状態となるように予め設定された設定値S01との差S2が求められ、この差S2に応じてキャリア周波数CAが低減される。
特開平5−227793号公報
しかしながら、上記従来の構成では、モータ負荷のみを監視するため、モータが過負荷状態でない場合でもスイッチング素子付近の温度が高い場合スイッチング素子が過熱して破損する恐れがあるという課題を有していた。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、一般に冷蔵庫等では庫内温度が高いときは回転数を高く制御するためモータ負荷は大きくなることより、周囲温度と回転数によりキャリア周波数の制御を行うことでモータの負荷状態だけではなく周囲温度の上昇に対しても、スイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ回路は周囲温度とDCモータ回転数を検出してキャリア周波数を決定し変更するもので、回転数が高くモータ負荷が大きいときに周囲温度が高ければキャリア周波数を低くしスイッチング素子の温度上昇を抑え、回転数が高くても周囲温度が低ければ高いキャリア周波数で運転し、圧縮機からのキャリアによる騒音を小さく運転でき、回転数が低くモータ負荷が小さいときには周囲温度が高ければキャリア周波数を低く運転し、スイッチング素子の過熱による破損の恐れがある場合、モータの負荷状態だけでなく周囲温度の影響を加えてキャリア周波数の切り替えスイッチング素子の温度を許容値を超えないよう運転できる。
本発明のインバータ回路は、モータの負荷状態だけでなく周囲温度の影響を加えてキャリア周波数を変更し、スイッチング素子の過熱による破損を防ぐことができる。
請求項1に記載の発明は、複数個のスイッチング素子をブリッジ結線したパワー部と、DCモータの回転子の位置を検出すると共に位置検出信号を発生する位置検出手段と、位置検出手段の出力をもとにインバータ回路の動作を決定し転流パルスを出力する転流手段と、DCモータの回転数を可変にする電圧の制御を行う電圧制御手段と、転流手段の出力と前記電圧制御手段の出力によりパワー部を動作させるドライブ手段と、インバータ回路の周囲温度を検出する温度検出手段と、運転回転数を検出し温度検出手段で検出された周囲温度と前記運転回転数によりキャリア周波数を決定し、電圧制御手段にキャリア周波数を送出するキャリア決定手段とを備えたもので、周囲温度とDCモータ回転数を検出してキャリア周波数を決定し切り替えることにより、モータの負荷状態だけでなく周囲温度の影響を加えてキャリア周波数を変更し、スイッチング素子の過熱による破損を防ぐことができる。
請求項2に記載の発明は、運転回転数ごとに周囲温度によるキャリア周波数の決定を変更するキャリア決定手段を備えたもので、運転する回転数に応じてキャリア周波数を切り替える周囲温度が決まるため運転する回転数に応じた周囲温度でキャリアを変更でき最適な周囲温度でスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。
請求項3に記載の発明は、温度検出手段で検出された周囲温度により停止信号を送出する保護手段を備えたもので、請求項1に記載の発明の効果に加えてキャリア周波数を切り替えても温度上昇が抑えられない場合には温度検出手段により運転を停止し、スイッチング素子の過熱による破損を確実に防ぎ、安全に保護することができる。
請求項4に記載の内容は、請求項1から3のいずれか1項に記載のインバータ回路を用いたもので、品質・信頼性・安全性の高い圧縮機を提供することができる。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるインバータ回路のブロック図、図2は同実施の形態の回転数の変化によるDuty変化を示す図、図3は同実施の形態の運転回転数における周囲温度によるキャリア周波数切り替えを示す図、図4は同実施の形態のインバータ回路の動作を示すフローチャートである。
図1は本発明の実施の形態1におけるインバータ回路のブロック図、図2は同実施の形態の回転数の変化によるDuty変化を示す図、図3は同実施の形態の運転回転数における周囲温度によるキャリア周波数切り替えを示す図、図4は同実施の形態のインバータ回路の動作を示すフローチャートである。
図1において、AC/DC変換手段101は商用電源102に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換する。パワー部103はAC/DC変換手段101に接続され出力はDCモータ104に接続されている。
DCモータ104は冷蔵庫等を冷却する圧縮機114に組み込まれている。
パワー部103は、6つのIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と言われるスイッチング素子T1、T2、T3、T4、T5、T6より構成されており、また、6つのIGBTは三相ブリッジ接続されている。
制御回路105は、位置検出手段106、転流手段107、電圧制御手段108、キャリア周波数決定手段109、温度検出手段110、合成手段111、ドライブ手段112より構成されている。
位置検出手段106は、DCモータ104の逆起電圧から回転子の位置を検出し、位置検出信号を転流手段107、電圧制御手段108、キャリア周波数決定手段109に送出する。
転流手段107は、位置検出手段106の出力に応じて、合成手段111に駆動する転流パルスを送出する。
電圧制御手段108は、位置検出手段106の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定することによりDCモータ104の回転速度を検出し、指定された回転数でDCモータ104が運転するよう電圧を制御する。
また電圧制御手段108は保護手段113を内蔵しており、保護手段113はインバータ回路の周囲温度が一定温度を超えた場合電圧制御手段108の出力を停止する。
このときの制御方法は指定された回転数よりDCモータ104の回転数が遅い場合は、図2(a)に示すようにパルスのDutyを上昇させDCモータ104に印加される電圧を上昇させ、指定された回転数よりDCモータ104の回転数が速い場合は、図2(b)に示すようにパルスのDutyを下降させDCモータ104に印加される電圧を下降させ、いわゆるPWMによる電圧制御を行う。ここでDutyはON時間とOFF時間を合わせた時間に対するON時間の比率である。また、パルスのON時間とOFF時間を合わせた時間の逆数がキャリア周波数である。
合成手段111は転流手段107と電圧制御手段108の出力の論理積をドライブ手段112に出力し、ドライブ手段112はパワー部103を構成するスイッチング素子T1〜T6を駆動する。
温度検出手段110は、外気温度やAC/DC変換手段101、制御回路105が構成される基板の周囲温度、またはそれらが収納されるケース内外といったインバータ回路の周囲温度を検出し電圧制御手段108、キャリア周波数決定手段109に送出する。
キャリア周波数決定手段109は、位置検出手段106から送出された位置信号からDCモータ104の回転数を算出し、温度検出手段110より得られる周囲温度から運転すべきキャリア周波数を決定し、電圧制御手段108に決定したキャリア周波数を送出し、電圧制御手段108はそのキャリア周波数で回転数が指示された回転数となるようにDutyを決定する。
ここでキャリア周波数決定手段109のキャリア周波数の決定は図3に示すように、DCモータ104の回転数ごとキャリア周波数を切り替える周囲温度を決めており、たとえば回転数が1000r/minの時には周囲温度がA℃以上でキャリア周波数を3kHzで運転し、A℃未満でキャリア周波数を10kHzで運転する。また、回転数が2000r/minの時には周囲温度がB℃以上でキャリア周波数を3kHzで運転し、B℃未満でキャリア周波数を10kHzで運転し、回転数が3000r/minの時には周囲温度がC℃以上でキャリア周波数を3kHzで運転し、C℃未満でキャリア周波数を10kHzで運転する。
そして周囲温度の関係はA℃>B℃>C℃となっている。これは回転数が低い方がモータ負荷は小さくモータ負荷によるパワー部103の温度上昇は低く、回転数が高い方がモータ負荷は大きくモータ負荷によるパワー部103の温度上昇は高い。
またキャリア周波数は低い方がパワー部103の温度上昇は低く、キャリア周波数は高い方がパワー部103の温度上昇は高くなるが、圧縮機の騒音はキャリア周波数が高い方が低くなるため高いキャリア周波数で運転するのが望ましい。
このため低い回転数ではモータ負荷によるパワー部103の温度上昇が低いため、周囲温度が高くなっても高いキャリア周波数で運転し、高い回転数ではモータ負荷によるパワー部103の温度上昇が高いため、低い周囲温度で高いキャリア周波数を低く切り替えるものである。
また温度検出手段110の温度が一定温度以上になれば保護手段113がこれを検出し電圧制御手段108が出力を停止し、DCモータ104を停止する。
以上のように構成されたインバータ回路について、以下その動作、作用を図4を用いて説明する。
図4において冷蔵庫制御回路から圧縮機を運転する回転数を受けるとSTEP1で温度検出手段110は周囲温度を検出しSTEP2でキャリア周波数決定手段109は位置検出手段106の位置信号からDCモータ104の回転数を算出する。STEP3でキャリア周波数決定手段109は回転数が1000r/min以下かを判断し、1000r/min以下であればSTEP4に進み、1000r/minを超えていればSTEP5に進む。
STEP4ではキャリア周波数決定手段109は周囲温度がA℃以上かを判断しA℃以上であればSTEP6に進みキャリア周波数を10kHzに決定し電圧制御手段108にキャリア周波数を送出する。また、周囲温度がA℃未満であればSTEP7に進みキャリア周波数を3kHzに決定し電圧制御手段108にキャリア周波数を送出する。
STEP5ではキャリア周波数決定手段109は回転数が2000r/min以下かを判断し、2000r/min以下であればSTEP8に進み、2000r/minを超えていればSTEP9に進む。STEP8ではキャリア周波数決定手段109は周囲温度がB℃以上かを判断しB℃以上であればSTEP6に進みキャリア周波数を10kHzに決定し電圧制御手段108にキャリア周波数を送出する。また、周囲温度がB℃未満であればSTEP7に進みキャリア周波数を3kHzに決定し電圧制御手段108にキャリア周波数を送出する。
STEP9ではキャリア周波数決定手段109は周囲温度がC℃以上かを判断しC℃以上であればSTEP6に進みキャリア周波数を10kHzに決定し電圧制御手段108にキャリア周波数を送出する。また、周囲温度がB℃未満であればSTEP7に進みキャリア周波数を3kHzに決定し電圧制御手段108にキャリア周波数を送出する。
そして電圧制御手段108は決められたキャリア周波数でDCモータ104の回転数が指示された回転数となるようにDutyを制御する。
更にSTEP6及びSTEP7で電圧制御手段108にキャリア周波数を送出したあと、STEP10に進み電圧制御手段108及び転流手段107は周囲温度が一定以上かを判断し周囲温度が高ければSTEP11で合成手段111への信号送出を停止しDCモータ104を停止し、STEP1に戻り、以降同様の動作を繰り返す。
インバータ制御をする場合、DCモータに対してキャリア周波数のパルス状電圧を印加するためDCモータ電流に高調波成分が含まれ、これが原因でDCモータは磁気騒音を発生するが、キャリア周波数を高くすることで、この磁気騒音を低減することができる。
しかしながら、キャリア周波数を高くするとスイッチング素子のスイッチング回数が増えるためにスイッチングロスが増え、スイッチング素子の発熱が増え破損の可能性が高まる。
そのため本実施の形態では、図3に示すように、温度検出手段110で検出した周囲温度と、キャリア周波数決定手段109にて算出した回転数で、回転数に応じたキャリア周波数を決定し、電圧制御手段108で決定されたキャリア周波数に切り替える。
図3のキャリア周波数の設定は、磁気騒音の低減のために可能な限り高いキャリア周波数で運転し、しかも、周囲温度が高いときには、スイッチング素子の破損を防止するために、キャリア周波数は低くなるように設定されている。
そのため、周囲温度が高いほどキャリア周波数は低く設定されている。
また、ある時点で周囲温度が同じでも、DCモータ回転数が高い方がスイッチング素子に流れる電流が大きいため、発熱が大きい。このためスイッチング素子の破損を防ぐため、周囲温度が同じでも、回転数が高いほどキャリア周波数は低く設定されている。
上記形態により、周囲温度とDCモータ回転数に応じて可能な限り高いキャリア周波数で運転することによりDCモータの磁気騒音を低減することができ、かつ、周囲温度とDCモータ回転数を検出することでキャリア周波数の制御を行い、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。
また、キャリア周波数を切り替えるための周囲温度を検出する温度検出手段110の出力でキャリア周波数を切り替えてもスイッチング素子の過熱による破損を防げない場合は出力を停止し、スイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。
以上のように、本発明にかかるインバータ回路及び圧縮機はスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、安全に保護することができるという機能を有するので、圧縮機を駆動するインバータ回路、特にインバータ回路に内蔵されるスイッチング素子の保護を求められるインバータ回路に広く適用できる。
103 パワー部
104 DCモータ
106 位置検出手段
107 転流手段
108 電圧制御手段
109 キャリア周波数決定手段
110 温度検出手段
112 ドライブ手段
113 保護手段
114 圧縮機
T1,T2,T3,T4,T5,T6 スイッチング素子
104 DCモータ
106 位置検出手段
107 転流手段
108 電圧制御手段
109 キャリア周波数決定手段
110 温度検出手段
112 ドライブ手段
113 保護手段
114 圧縮機
T1,T2,T3,T4,T5,T6 スイッチング素子
Claims (4)
- 複数個のスイッチング素子をブリッジ結線したパワー部と、DCモータの回転子の位置を検出すると共に位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記位置検出手段の出力をもとに前記インバータ回路の動作を決定し転流パルスを出力する転流手段と、DCモータの回転数を可変にする電圧の制御を行う電圧制御手段と、前記転流手段の出力と前記電圧制御手段の出力により前記パワー部を動作させるドライブ手段と、インバータ回路の周囲温度を検出する温度検出手段と、運転回転数を検出し前記温度検出手段で検出された周囲温度と前記運転回転数によりキャリア周波数を決定し、前記電圧制御手段に前記キャリア周波数を送出するキャリア決定手段とを備えたインバータ回路。
- 運転回転数ごとに周囲温度によるキャリア周波数の決定を変更するキャリア決定手段を備えた請求項1記載のインバータ回路。
- 温度検出手段で検出された周囲温度により停止信号を送出する保護手段を備えた請求項1または2に記載のインバータ回路。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載のインバータ回路を用いた圧縮機。
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JP2004340236A JP2006157987A (ja) | 2004-11-25 | 2004-11-25 | インバータ回路及びインバータ回路を用いた圧縮機 |
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2004
- 2004-11-25 JP JP2004340236A patent/JP2006157987A/ja active Pending
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