JP2007259622A - Inverter controller and compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気調和機などに使用されるインバータ制御装置及び圧縮機に関するものである。 The present invention relates to an inverter control device and a compressor used for an air conditioner or the like.
従来の空気調和機等に用いられるインバータ制御装置は、空気調和機に内蔵された圧縮機の運転周波数が、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。 In an inverter control device used in a conventional air conditioner or the like, the operating frequency of the compressor built in the air conditioner is an integral multiple of the power supply frequency (50 Hz or 60 Hz × n (n = 1, 2, 3,... When the frequency is close to)), there are problems such as unstable compressor operation and abnormal noise and vibration. Therefore, when the operation frequency is close to an integral multiple of the power supply frequency, for example, if the power supply frequency is 50 Hz, the range of 50 × n ± 1 Hz is set as the operation prohibition frequency, and the operation is performed avoiding that frequency.
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インバータ制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, even when the operation frequency is in the range of the operation prohibition frequency, it is substantially equivalent to the operation at the operation frequency itself, and can be operated at a frequency close to an integer multiple of the power supply frequency. An inverter control device for a harmonic machine has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
以下に、この方法を用いたインバータ制御装置について図3、4を用いて説明する。 Hereinafter, an inverter control apparatus using this method will be described with reference to FIGS.
図3は、上記特許文献1に開示された空気調和機のブロック図を示すものである。 FIG. 3 is a block diagram of the air conditioner disclosed in Patent Document 1.
図3において、交流電源1からの交流電力は整流回路2によって直流電力に変換され、変換された直流電力はコンデンサ10によって平滑され、インバータ回路3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4に供給され、モータ4によって圧縮機11が駆動される。
In FIG. 3, AC power from the AC power source 1 is converted into DC power by the
また、図4は、運転要求周波数fCが50Hzである場合の、この空気調和機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4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f1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f2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、第一、第二の時間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。 FIG. 4 is a graph showing frequencies actually operated by the inverter control device of the air conditioner when the operation request frequency f C is 50 Hz. As shown in FIG. 4, the power source frequency is set to 50 Hz, the operation is limited to the limit of the operation-prohibited area every fixed time T, and the first operation frequency f 1 is set to 50 + 2 = 52 Hz for the first operation time T1. in 50 - 2 = 48 Hz as second operating frequency f 2 is operated only the second operating time T2, then operated at 52Hz in the first operating frequency by a first operating time T1, ...... and thereafter continued alternately If the first and second times T1 and T2 are set as T1 = T2, it is substantially equivalent to driving at an average value of 50 Hz.
このように、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ようにしたものである。
しかしながら、上記従来のインバータ制御装置の構成では、インバータ回路3の入力側に接続されている整流用のコンデンサ10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0
V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4にうなり音が発生し、それが圧縮機11に伝播するという課題があった。
However, in the configuration of the above conventional inverter control device, when the rectifying
Since it drops to V, when it is operated alternately at a frequency twice this power frequency, an operating frequency slightly higher than the prohibited frequency and an operating frequency slightly lower than the prohibited frequency, an integer multiple of the operating frequency slightly higher than the prohibited frequency, and Due to the difference in frequency with an integer multiple of the operating frequency slightly lower than the forbidden frequency, there was a problem that a roaring sound was generated in the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮機などを駆動するモータを実質的に電源周波数の整数倍に近い周波数で運転することができると共に、整流用の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提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problems, and can drive a motor for driving a compressor or the like at a frequency substantially close to an integral multiple of the power supply frequency, and the rectifying capacitor has an extremely small capacity. Even if it exists, it aims at providing the inverter control apparatus which can suppress the beat sound of a motor.
前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、交流電源を入力とし直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力をモータを駆動する任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、前記モータの目標運転周波数を入力する目標周波数入力手段と、前記交流電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記目標周波数入力手段により入力された目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出された前記モータの周波数と、前記電源周波数検出手段により入力された電源周波数およびその電源周波数の2倍の周波数に基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力するもので、電源周波数及びその2倍の周波数によって、周波数制御手段で運転周波数を時間的に変化させて、駆動されるモータのうなり音を大幅に抑制することができる。 In order to solve the above-described conventional problems, an inverter control device according to the present invention includes a rectifier circuit that receives AC power as input and converts the DC power into DC power, and an inverter that converts the DC power into AC power having an arbitrary frequency for driving a motor. Circuit, frequency control means for controlling the frequency of the inverter circuit, target frequency input means for inputting a target operating frequency of the motor, power supply frequency detection means for detecting the power supply frequency of the AC power supply, and frequency of the motor Motor frequency detection means for detecting the target frequency, the frequency control means, the target operating frequency input by the target frequency input means, the motor frequency detected by the motor frequency detection means, and the power supply frequency detection Based on the power frequency input by the means and twice the power frequency. Outputs drive signals to, by the power supply frequency and double frequency thereof, and temporally changing the operation frequency by the frequency control means, it is possible to greatly suppress the beat sound of the motor to be driven.
又、本発明の圧縮機は、請求項1または2に記載のインバータ制御装置で駆動されるモータを内蔵したもので、モータのうなり音が抑制されるので、圧縮機やそれが組み込まれた空気調和機などの機器の運転音や振動が大幅に低減される。
The compressor according to the present invention includes a motor driven by the inverter control device according to
本発明のインバータ制御装置は、圧縮機などを駆動するモータを実質的に電源周波数の整数倍に近い周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の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。 The inverter control device of the present invention can drive a motor that drives a compressor or the like at a frequency substantially close to an integral multiple of the power supply frequency, and even if the rectifying capacitor has a very small capacity, It is possible to suppress the beat sound of the motor.
第1の発明は、交流電源を入力とし直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力をモータを駆動する任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、前記モータの目標運転周波数を入力する目標周波数入力手段と、前記交流電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記目標周波数入力手段により入力された目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出された前記モータの周波数と、前記電源周波数検出手段により入力された電源周波数およびその電源周波数の2倍の周波数に基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力するもので、電源周波数及びその2倍の周波数によって、周波数制御手段で運転周波数を時間的に変化させて、駆動されるモータのうなり音を大幅に抑制できる。 A first invention includes a rectifier circuit that receives AC power as an input and converts it into DC power, an inverter circuit that converts the DC power into AC power having an arbitrary frequency for driving a motor, and a frequency that controls the frequency of the inverter circuit Control means, target frequency input means for inputting a target operating frequency of the motor, power supply frequency detection means for detecting the power supply frequency of the AC power supply, and motor frequency detection means for detecting the frequency of the motor, The frequency control means includes a target operating frequency input by the target frequency input means, a frequency of the motor detected by the motor frequency detection means, a power supply frequency input by the power supply frequency detection means, and a power supply frequency thereof. A drive signal is output to the inverter circuit based on twice the frequency. The frequency doubler, by temporally changing the frequency using the frequency control means can be significantly suppressed beat sound of the motor to be driven.
第2の発明は、特に、第1の発明の周波数制御手段によって、モータ周波数検出手段により検出されたモータの周波数のn倍(nは、整数)が、電源周波数検出手段により検出された交流電源の電源周波数の2倍となる値の近傍であるとき、前記モータの運転周波数を、上下に幅を持ち、前記モータの周波数のn倍と、前記交流電源の電源周波数の2倍となる値との差である周波数の周期以内に、周期的に変化する補正波形運転周波数とすると
共に、前記補正波形運転周波数を、異なる目標運転周波数であっても、前記モータの周波数のn倍と前記交流電源の電源周波数の2倍との差が同じ場合、同じ割合としたもので、うなり音を抑制することができると共に、制御パターンを容易に設定することができる。
In the second invention, in particular, the AC power source in which n times (n is an integer) of the motor frequency detected by the motor frequency detecting means is detected by the power frequency detecting means by the frequency control means of the first invention. When the power frequency is in the vicinity of a value that is twice the power frequency, the operating frequency of the motor has a vertical width, n times the motor frequency, and a value that is twice the AC power frequency. The correction waveform operation frequency that periodically changes within a frequency cycle that is a difference between the motor and the correction waveform operation frequency is n times the motor frequency and the AC power supply even if the correction waveform operation frequency is a different target operation frequency. If the difference between the power frequency and the power frequency is the same, the ratio is the same, so that it is possible to suppress the roaring sound and to easily set the control pattern.
第3の発明は、圧縮機に、請求項1または2に記載のインバータ制御装置で駆動されるモータを内蔵したもので、モータのうなり音が抑制されるので、圧縮機やそれが組み込まれた空気調和機などの機器の運転音や振動が大幅に低減される。
According to a third aspect of the present invention, a motor driven by the inverter control device according to
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるインバータ制御装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of an inverter control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1において、本実施の形態におけるインバータ制御装置は、ダイオードブリッジ2aを用い、単相の交流電源1を入力とし直流電力に変換する整流回路2と、前記直流電力を任意の周波数の交流電力に変換すると共にモータ4を駆動するインバータ回路3と、ダイオードブリッジ2a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9と、ダイオードブリッジ2aの直流出力側に接続される極めて小容量のコンデンサ10と、インバータ回路3の周波数を制御する周波数制御手段5で構成されている。
In FIG. 1, the inverter control device in the present embodiment uses a
周波数制御手段5は、目標周波数入力手段6から運転要求周波数が入力され、モータ4の周波数を検出するモータ周波数検出手段の出力と、電源周波数検出手段7で検出された交流電源1の電源周波数及びその電源周波数の2倍の周波数に基づき、インバータ回路3に駆動信号を出力するものである。
The frequency control means 5 receives the operation request frequency from the target frequency input means 6, outputs the motor frequency detection means for detecting the frequency of the
11は、モータ4によって駆動される圧縮機である。
ここで、従来の空気調和機のインバータ制御装置では、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している。 Here, in the inverter control device for a conventional air conditioner, when the power supply frequency is 50 Hz, the frequency that is an integral multiple of the power supply frequency ± 1 Hz is set as the prohibited frequency, and when the indicated frequency is 49 Hz, By alternately operating a frequency slightly higher than the upper limit and a frequency slightly lower than the lower limit of the forbidden frequency, the operation is substantially equivalent to operating at 49 Hz.
しかしながら、ダイオードブリッジ2aの直流出力側に接続されているコンデンサ10が極めて小容量であると、インバータ3の直流母線間電圧は電源周波数の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、電源周波数が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。
However, if the
その結果、モータ4が禁止周波数の上限より、やや高い周波数である52Hz、および禁止周波数の下限よりやや低い周波数である48Hzで一定期間動作している場合、この52Hzの2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。
As a result, when the
図2は、本実施の形態におけるインバータ制御装置において、目標周波数入力手段6から入力される運転要求周波数が98Hzである場合、および運転要求周波数が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の時間的変化(補正波形)を示すグラフである。 FIG. 2 shows the inverter control apparatus according to the present embodiment, when the operation request frequency input from the target frequency input means 6 is 98 Hz, and when the operation request frequency is 49 Hz, the inverter control apparatus actually operates. It is a graph which shows the time change (correction waveform) of the frequency to be performed.
まず、運転要求周波数が98Hz(運転要求周波数2)である場合、98Hzを中心に、上下に幅を持ち、モータ4の周波数の98Hzと、交流電源の周波数の2倍の100Hzとの差である2Hzの周期以内に、周期的に変化させる補正波形運転周波数で運転するものである。
First, when the operation request frequency is 98 Hz (operation request frequency 2), the width is vertically centered on 98 Hz, which is the difference between 98 Hz of the
補正波形は、電源周波数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、本実施の形態では、交流電源の周波数の2倍の100Hzに近い側の半端の振幅が0.6Hz、半周期が0.278secであり、他方の振幅が1.0Hz、半周期が0.167secとし、モータ4の運転周波数を時間的に変化させている。
The correction waveform is such that the operation time at the half end close to the power supply frequency is longer than the other, and in this embodiment, the amplitude at the half end close to 100 Hz, which is twice the frequency of the AC power supply. Is 0.6 Hz and the half cycle is 0.278 sec, the other amplitude is 1.0 Hz and the half cycle is 0.167 sec, and the operating frequency of the
従って、モータ4の運転周波数は、図2に示すように、97.0Hz〜98.6Hzの範囲で動作しているので、電源周波数の2倍の周波数である100Hzの周波数との差がうなり音となる。うなり音は、1.4Hz〜3Hzとなり、周期は0.33sec〜0.71secとなるので、図2のように、1周期を0.445sec(=0.167sec+0.278sec)で動作させることにより、うなり音周期よりもはやくモータ4の運転周波数を変化させているので、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。
Therefore, as shown in FIG. 2, the operating frequency of the
ここで、振幅を+0.6Hz、−1.0Hz、周期を0.278sec、0.167secに設定しているが、勿論これは、別の数値であっても構わない。98Hzを中心に増加・減少と同じ割合で変化することになるので、実質的にモータ周波数を98Hzで動作させた場合と等価になる。 Here, the amplitude is set to +0.6 Hz, −1.0 Hz, and the period is set to 0.278 sec and 0.167 sec. Of course, this may be another numerical value. Since it changes at the same rate as the increase / decrease centering on 98 Hz, it is substantially equivalent to the case where the motor frequency is operated at 98 Hz.
さらに、運転要求周波数が49Hz(運転要求周波数1)の場合、49Hzを中心に、上下に幅を持ち、周期的に変化させる補正運転周波数で運転する。このとき、発生するうなり音は、モータ4の運転周波数の49Hzの整数倍である98Hzと、交流電源の電源周波数の2倍である100Hzの差である。
Further, when the operation request frequency is 49 Hz (operation request frequency 1), the operation is performed at a correction operation frequency that has a width up and down around 49 Hz and periodically changes. At this time, the generated beat sound is a difference between 98 Hz which is an integral multiple of 49 Hz of the operating frequency of the
つまり、運転要求周波数が98Hzの場合と同じうなり音となる。従って、運転要求周波数が49Hzの場合の補正波形運転周波数を、運転要求周波数が98Hzの場合と同じ割合にすると、うなり音を抑制することができる。 That is, the same beat sound is obtained as when the operation request frequency is 98 Hz. Therefore, when the correction waveform operation frequency when the operation request frequency is 49 Hz is set to the same ratio as that when the operation request frequency is 98 Hz, it is possible to suppress the beat sound.
実際には、交流電源1の周波数の50Hz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、モータ4の運転周波数を時間的に変化させることになる。 Actually, the amplitude of the half-end on the side close to 50 Hz of the frequency of the AC power supply 1 is 0.3 Hz and the half cycle is 0.278 sec. The other amplitude is 0.5 Hz and the half cycle is 0.167 sec. The operating frequency of this will be changed over time.
その結果、モータ4の運転周波数は、図2に示すように、48.5Hz〜49.3Hzの範囲で動作しているので、その整数倍である97Hz〜98.6Hzの周波数と交流電源の電源周波数の2倍である100Hzとの差がうなり音となる。ここで、図2に示すように、モータ4の運転周波数をうなり音よりも早く変化させているので、うなり音を抑制することができる。
As a result, the operating frequency of the
上記のように、運転要求周波数が98Hz、49Hzと異なる場合であっても、モータ周波数の整数倍と前記交流電源1の周波数の2倍である100Hzとの差が同じ場合、すなわち、運転要求周波数が98Hzでは、98Hzと100Hzとの差と、運転要求周波数が49Hzでは、49Hzの整数倍である98Hzと100Hzとの差が同じである場合、補正波形運転周波数を同じ割合にすることにより、つまり、運転要求周波数が49Hzの場合は、うなり音は、運転要求周波数の2倍の成分である98Hzで発生するので、運転要求周波数が98Hzの場合の補正波形運転周波数の1/2の振幅にすることにより、うなり音を抑制することが可能となる。 As described above, even when the operation request frequency is different from 98 Hz and 49 Hz, the difference between the integer multiple of the motor frequency and 100 Hz which is twice the frequency of the AC power supply 1 is the same, that is, the operation request frequency. Is 98 Hz, and when the difference between 98 Hz and 100 Hz is the same as the difference between 98 Hz and 100 Hz, which is an integral multiple of 49 Hz, when the operation request frequency is 49 Hz, the correction waveform operation frequency is set to the same ratio. When the operation request frequency is 49 Hz, the beat sound is generated at 98 Hz, which is a component twice the operation request frequency. Therefore, the amplitude is ½ of the correction waveform operation frequency when the operation request frequency is 98 Hz. Thus, it is possible to suppress a beat sound.
従って、98Hzの運転要求周波数でのモータ4の運転周波数を時間的に変化させる制御パターンを決めることにより、49Hzの制御パターンも決まることとなり、制御パターンを容易に決めることができる。
Therefore, by determining a control pattern for temporally changing the operation frequency of the
また、本発明のインバータ制御装置は、モータを駆動することにより動作する圧縮機に適用することができる。 Moreover, the inverter control apparatus of this invention is applicable to the compressor which operate | moves by driving a motor.
本発明のインバータ制御装置は、うなり音を大幅に抑制できるもので、圧縮機やそれを内蔵した空気調和機に限らず、インバータで駆動されるモータなどを有する冷蔵庫、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各種機器に適用できると共に、それらの機器の設計の自由度を向上させることができる。 The inverter control device of the present invention can greatly suppress beat noise, and is not limited to a compressor or an air conditioner incorporating the compressor, but includes a refrigerator, an electric washing machine, and an electric dryer having a motor driven by an inverter. The present invention can be applied to various devices such as a vacuum cleaner, a blower, and a heat pump water heater, and the degree of freedom in designing these devices can be improved.
1 交流電源
2 整流回路
3 インバータ回路
4 モータ
5 周波数制御手段
6 目標周波数入力手段
7 電源周波数検出手段
8 モータ周波数検出手段
9 リアクタ
10 コンデンサ
11 圧縮機
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