JP2007104756A

JP2007104756A - インバータ制御装置

Info

Publication number: JP2007104756A
Application number: JP2005288095A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sugimoto; 智弘杉本; Masanori Ogawa; 正則小川; Shinobu Kake; 忍懸; Teruyuki Hasegawa; 輝幸長谷川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】インバータ制御装置において、整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であると発生するうなり音を抑制する。
【解決手段】交流電源１を入力とし、ダイオードブリッジ５、前記ダイオードブリッジ５の交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタ６からなる整流回路と、前記ダイオードブリッジ５の直流出力側に接続される小容量のコンデンサ７と、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路２と、前記交流電力により駆動されるモータ３と、前記モータ３が駆動されるよう前記インバータ回路２を制御するインバータ制御部８とを備え、前記インバータ制御部８は、入力される指示周波数により駆動される前記モータ３の運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源１の周波数の略２倍となるとき、前記モータ３の運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ等を駆動させるインバータ制御装置に関する。

従来、空気調和機に用いられるインバータ制御装置は、圧縮機のモータの運転周波数が、電源周波数の整数倍（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ×ｎ：ｎ＝１、２、３、……）に近い周波数の場合、圧縮機の運転が不安定になったり、異常音や異常振動が発生するなどの問題があった。そこで、運転周波数が電源周波数の整数倍の近くである場合、例えば、電源周波数が５０Ｈｚであれば、５０×ｎ±１Ｈｚの範囲を運転禁止周波数として、その周波数を避けて運転していた。

そこで、運転周波数が、前記運転禁止周波数の範囲にある場合においても、実質的に運転周波数そのもので運転した場合と等価であり、電源周波数の整数倍の近くの周波数で運転することが可能な空気調和機の制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法を用いた空気調和機の制御装置について説明する。

図４は、この空気調和機の制御装置のブロック図を示している。図は、交流電源１からの交流電力はコンバータ５によって直流電力に変換され、変換された直流電力は平滑コンデンサ７によって平滑され、インバータ２で任意周波数の交流電力に変換される。この交流電力は、モータ３に供給され、モータ３によって圧縮機４が駆動される。

また、図５は、運転要求周波数ｆ_Ｃが５０Ｈｚである場合、この空気調和機の制御装置によって実際に運転される周波数を示すグラフである。図に示すように、電源周波数を５０Ｈｚとして、一定時間Ｔ毎に運転禁止区域ぎりぎりで、第一の運転周波数ｆ_１として、５０＋２＝５２Ｈｚで第一の運転時間Ｔ１だけ運転し、次に第二の運転周波数ｆ_２として５０−２＝４８Ｈｚで第二の運転時間Ｔ２だけ運転し、次に第一の運転周波数の５２Ｈｚで第一の運転時間Ｔ１だけ運転し、……と以後交互に続け、それぞれの時間Ｔ１とＴ２を、Ｔ１＝Ｔ２として設定しておけば、実質的には平均値的に５０Ｈｚで運転したのと等価になる。

運転禁止周波数の値に応じて、予め２つの周波数とそれに対応する２つの運転時間を定めておき、運転禁止周波数での運転要求がある時、予め定めた２つの周波数でそれぞれに対応する時間だけ交互に運転させることによって、実質的に運転周波数そのもので運転した場合と等価になり、運転禁止周波数での運転を避けることができる。
特開平７−３１１９３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、インバータの入力側に接続されている整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であると、電源周波数の２倍の周波数（５０Ｈｚなら１００Ｈｚ、または６０Ｈｚなら１２０Ｈｚ）で直流電圧がほぼ０Ｖまで落ち込むので、この電源周波数の２倍の周波数と、禁止周波数よりやや高い運転周波数と禁止周波数よりやや低い運転周波数とで交互に運転した場合、禁止周波数よりやや高い運転周波数の整数倍、および禁止周波数よりやや低い運転周波数の整数倍との周波数の差により、モータにうなり音が生じるという課題を有している。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、モータを実質的に電源
周波数の２倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することができるインバータ制御装置を実現することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明によるインバータ制御装置は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタからなる整流回路と、前記ダイオードブリッジの直流出力側に接続される小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力により駆動されるモータと、前記モータが駆動されるよう前記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、入力される指示周波数により駆動される前記モータの運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源の周波数の略２倍となるとき、前記モータの運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させることを特徴とするもので、モータの運転周波数の整数倍の周波数が電源周波数の２倍に近い値の範囲にある場合、運転周波数を増加・減少と同じ割合で変動させることを特徴とする。

本発明のインバータ制御装置によれば、圧縮機を実質的に電源周波数の２倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することが可能である。

第１の発明は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタからなる整流回路と、前記ダイオードブリッジの直流出力側に接続される小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力により駆動されるモータと、前記モータが駆動されるよう前記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、入力される指示周波数により駆動される前記モータの運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源の周波数の略２倍となるとき、前記モータの運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させることを特徴とするインバータ制御装置で、圧縮機を実質的に電源周波数の２倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することが可能である。

第２の発明は、インバータ制御部は、モータの運転周波数の整数倍の値と交流電源の周波数の２倍の値との差により生じるうなり音の周期よりも速く、前記モータの運転周波数を変動させることを特徴とするもので、モータを実質的に電源周波数の整数倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することが可能である。

第３の発明は、インバータ制御部は、モータの運転周波数を、指示運転周波数を中心に正弦波状に変動させることを特徴とするもので、滑らかに周波数を変動することができ、実質的に電源周波数の整数倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することが可能である。

第４の発明は、変動させた後の正弦波状の運転周波数は上下非対称の波形で、交流電源の周波数の２倍に近い側の半端の運転時間が、他方に比べて長いことを特徴とするもので、滑らかに周波数を変動することができ、実質的に電源周波数の整数倍の近くの周波数で
運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することが可能である。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のインバータ制御装置を有する空気調和機であることを特徴とするものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図1は、本発明の第１の実施の形態であるインバータ制御装置のブロック図である。

図1は、単相交流電源１を入力とし、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータ回路２と、この交流電力によりモータ３を介して駆動する圧縮機４とを含み、整流回路はダイオードブリッジ５と、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される２ｍＨ以下の小容量のリアクタ６と、ダイオードブリッジの直流出力側に接続される極めて０．４μＦ以上で１００μＦ以下の小容量のコンデンサ７と、インバータ回路２が出力する周波数すなわち圧縮機４の運転周波数を制御するインバータ制御部８で構成されている。通常、インバータ制御部８は、圧縮機４が、使用者が望む回転数（指示周波数）で駆動されるよう、インバータ回路２にドライブ信号Ｓｇを供給するものである。

次に、実施の形態１におけるインバータ制御装置の動作の説明を行う。単相交流電源１の出力である交流電圧は、整流回路により整流され、整流回路からは、直流電圧がインバータ回路２に出力される。整流回路の直流出力側に接続されているコンデンサ７および整流回路に接続されているリアクタ６が極めて小容量であると、インバータ回路２の出力に接続されているモータ負荷が大きい場合、インバータ回路２の直流母線間電圧は交流電源の２倍の周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。

例えば、交流電源の周波数が５０Ｈｚの場合、２倍の１００Ｈｚの周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。また、ここで、圧縮機４の運転周波数を４９Ｈｚとすると、この運転周波数の整数倍の周波数、この場合は、２倍の９８Ｈｚと、電源周波数の２倍の１００Ｈｚの周期の差（２Ｈｚ）がうなり音となる。圧縮機４の運転周波数が９９Ｈｚの場合は、うなり音は１Ｈｚの周期となる。

従来の空気調和機の制御装置では、電源周波数を５０Ｈｚとした場合、電源周波数の整数倍±１Ｈｚの周波数が禁止周波数とされており、指示周波数が４９Ｈｚである場合、禁止周波数の上限より、やや高い周波数と、禁止周波数の下限よりやや低い周波数とを交互に運転することで、実質的に４９Ｈｚで運転していることと等価となるようにされている。しかしながら、実際に５２Ｈｚおよび４８Ｈｚで一定期間動作しており、この５２Ｈｚの整数倍である１０４Ｈｚと電源周波数の２倍である１００Ｈｚとの差、および４８Ｈｚの整数倍である９６Ｈｚと電源周波数の２倍である１００Ｈｚとの差がうなり音となり発生する。うなり音周期は、ともに４Ｈｚである。

次に、図２は、本発明の第１の実施の形態であるインバータ制御装置において、運転要求周波数が４９Ｈｚである場合、このインバータ制御装置によって実際に運転される周波数を示すグラフである。図２は、指示周波数が４９Ｈｚであることから、４９Ｈｚを中心に増加・減少が同じ割合となるように、正弦波状に変動させたものである。振幅は０．５Ｈｚ、周期は０．３３ｓｅｃとする。図２のように正弦波状に変動させることにより、実質的に４９Ｈｚで動作させた場合と等価になり、また従来の運転禁止周波数の範囲での動
作になるが、運転周波数を常に変動させることで、各周波数での動作が瞬時であることから、不安定な動作となることもなく、安定した動作が可能である。

また、実際には、４８．５Ｈｚ〜４９．５Ｈｚの範囲で動作させているので、整数倍である９７Ｈｚ〜９９Ｈｚの周波数と電源周波数の２倍の周波数である１００Ｈｚの周波数の差がうなり音となる。うなり音は１Ｈｚ〜３Ｈｚとなり、周期は０．３３ｓｅｃ〜１．０ｓｅｃとなるので、図２のように周期０．３３ｓｅｃで動作させることにより、うなり音周期よりもはやく圧縮機４の運転周波数を変動させているので、うなり音が生じることがなく、うなり音を抑制することができる。ここで、振幅を０．５Ｈｚ、周期を０．３３ｓｅｃに設定してるが、もちろんこれは別の数値であっても構わない。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態であるインバータ制御装置において、指示周波数が４９Ｈｚである場合、このインバータ制御装置によって実際に運転される周波数を示すグラフである。図３は、指示周波数が４９Ｈｚであることから、４９Ｈｚを中心に増加・減少が同じ割合となるように、正弦波状に変動させ、この正弦波状の運転周波数が上下非対称の波形で、電源周波数の２倍に近い側の半端の運転時間が、他方に比べて長くするようにしたもので、実際には交流電源の周波数の２倍に近い側の半端の振幅が０．３Ｈｚ、半周期が０．２７８ｓｅｃであり、他方の振幅が０．５Ｈｚ、半周期が０．１６７ｓｅｃとしたものである。図３のように変動させることで、うなり音周期よりもはやく運転させているので、うなり音が生じることがなく、うなり音を抑制することができる。

また、ここで、変動の１周期は０．４４ｓｅｃとなり、図２に示す周期より長くなっている。周波数の変動速度が速すぎるとその変動音が騒音となる場合があるので、図３に示すように、上下非対称で正弦波状に変動させると、変動速度を遅くすることができ、変動音を抑制することができる。

また、本発明のインバータ制御装置は、圧縮機を搭載した空気調和機に適用することができる。

本発明のインバータ制御装置は、インバータ回路を使用してモータを駆動するインバータ制御装置に適用できる。例えば、インバータ回路を搭載した冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等である。いずれの製品についても、モータ駆動装置を運転禁止周波数を設定することなくどうさせることができ、製品の設計の自由度が向上させることができる。

本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置の回路図本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置の周波数制御図本発明の実施の形態２におけるインバータ制御装置の周波数制御図従来の空気調和機の制御装置の回路図従来の空気調和機の制御装置の周波数制御図

符号の説明

１単相交流電源
２インバータ回路
３モータ
４圧縮機
５ダイオードブリッジ
６リアクタ
７コンデンサ
８インバータ制御部

Claims

交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタからなる整流回路と、前記ダイオードブリッジの直流出力側に接続される小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力により駆動されるモータと、前記モータが駆動されるよう前記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、入力される指示周波数により駆動される前記モータの運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源の周波数の略２倍となるとき、前記モータの運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させることを特徴とするインバータ制御装置。
インバータ制御部は、モータの運転周波数の整数倍の値と交流電源の周波数の２倍の値との差により生じるうなり音の周期よりも速く、前記モータの運転周波数を変動させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
インバータ制御部は、モータの運転周波数を、指示運転周波数を中心に正弦波状に変動させることを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ制御装置。
変動させた後の正弦波状の運転周波数は上下非対称の波形で、交流電源の周波数の２倍に近い側の半端の運転時間が、他方に比べて長いことを特徴とする請求項３記載のインバータ制御装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ制御装置を有する空気調和機。