JP2007267451A - Apparatus and method for controlling reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レシプロ式圧縮機(往復式圧縮機)の制御装置及び制御方法に関し、特に、レシプロ式圧縮機の起動時に逆回転指令を与える制御を行なうレシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a reciprocating compressor (reciprocating compressor), and more particularly, to a control device and a control method for a reciprocating compressor that performs control for giving a reverse rotation command when the reciprocating compressor is started. .
レシプロ式圧縮機は、冷凍冷蔵庫などで使用されており、このレシプロ式圧縮機の駆動モータには、高効率である回転子に永久磁石を有する同期モータが多く使用されている。 The reciprocating compressor is used in a refrigerator and the like, and a synchronous motor having a permanent magnet in a highly efficient rotor is often used as a driving motor of the reciprocating compressor.
レシプロ式圧縮機は、その構造上、冷媒ガスの吸入行程では負荷トルクが小さいが、冷媒ガスの圧縮行程では負荷トルクが大きくなる特性を持つ。 Due to its structure, the reciprocating compressor has a characteristic that the load torque is small in the refrigerant gas intake stroke, but the load torque is large in the refrigerant gas compression stroke.
図6はレシプロ式圧縮機の構造図である。図6において、モータ回転子1の円周の一端には、連接棒2の一端が接続され、連接棒2の他端はシリンダ4内に設けられたピストン3に接続されている。モータ回転子1の回転運動が連接棒2を介してシリンダ4内における直線運動(往復運動)に変換されるようになっている。このため、モータ回転子1が1回転すると、ピストン3が1往復するようになっている。
FIG. 6 is a structural diagram of a reciprocating compressor. In FIG. 6, one end of a connecting
図6に示すように、モータの回転方向を反時計方向とした場合、冷媒ガスがピストン3へ与える力Fgを、モータ回転子1の角度θに対する負荷トルクで表すと、図7に示すようになる。即ち、図7はモータ回転子角度と負荷トルクの関係を示している。図7では、モータ回転子角度θは、反時計方向を正方向としている。また、X軸方向を0ラジアン(θ=0)としモータ回転子1の回転中心Oを中心に反時計方向にモータ回転子角度θを設定している。このため、ピストン3が最下端(吸入行程から圧縮行程に移行する位置)にあるときθ=3π/2となる。
As shown in FIG. 6, when the rotation direction of the motor is counterclockwise, the force Fg that the refrigerant gas gives to the piston 3 is expressed by the load torque with respect to the angle θ of the
図7からわかるように、モータ回転子1の角度θが0ラジアン付近(又は2πラジアン付近)のときに負荷トルクが最も大きくなる。さらに、レシプロ式圧縮機の吐出側の冷媒ガスの圧力が高くなっている場合には、さらに負荷トルクの最大値が大きくなる。
As can be seen from FIG. 7, the load torque becomes the largest when the angle θ of the
このように負荷トルクが大きくなると、レシプロ式圧縮機の起動時には大きなモータトルクが必要となる。特に、モータ回転子1が圧縮行程にある場合からのレシプロ式圧縮機の起動はさらに困難である。
When the load torque increases in this way, a large motor torque is required when the reciprocating compressor is started. In particular, it is more difficult to start the reciprocating compressor when the
起動時のモータトルクを大きくするためには電流を増やす方法がある。しかし、モータを駆動するインバータ回路のスイッチング素子の電流容量を増加させる必要があるが、この場合、効率が悪くなり、モータ回転子に使用している永久磁石が減磁してしまうという問題がある。 In order to increase the motor torque at the start-up, there is a method of increasing the current. However, it is necessary to increase the current capacity of the switching element of the inverter circuit that drives the motor. In this case, however, the efficiency is deteriorated and the permanent magnet used for the motor rotor is demagnetized. .
このため、一旦、レシプロ式圧縮機が運転を停止した場合、即、再起動は行なわず、ある一定期間をおいてレシプロ式圧縮機の吐出側冷媒ガスの圧力が低下した後に、レシプロ式圧縮機を駆動するようなシーケンスが組まれている場合が多い。これは、冷媒ガスの圧力が高い場合には、レシプロ式圧縮機の起動が失敗しやすくなるので、一定期間の休止状態が必要となっている。 For this reason, once the reciprocating compressor stops operating, the reciprocating compressor is not immediately restarted, and after the pressure of the discharge side refrigerant gas of the reciprocating compressor has dropped after a certain period of time, the reciprocating compressor In many cases, a sequence for driving is set. This is because when the pressure of the refrigerant gas is high, activation of the reciprocating compressor is likely to fail, so a pause state for a certain period is required.
また、従来の技術として例えば特許文献1が知られている。この特許文献1に記載された往復動機器駆動電動機の起動制御装置は、インバータの直流入力電流の過電流を検出する電流検出回路と、インバータの相回転方向を切り換える正転逆転切換回路とを備える。起動時の回転角度位置が3π/2〜0(又は2π)にあると、起動トルクが大きくなり、大きな起動電流が流れ、電流検出回路が起動時の過電流を検出する。すると、制御回路がインバータの電動機起動動作を所定時間停止させた後、正転逆転切換回路を動作させ、インバータの相回転方向を逆転させて、クランク軸を逆回転方向に再起動させる。
Further, for example,
これにより、電動機を逆回転すれば、トルク減少方向の回転方向となり、容易に起動できる。即ち、起動容易な方向に回転させることができるため、出力電流容量を小さくできる。
しかしながら、特許文献1に記載された往復動機器駆動電動機の起動制御装置にあっては、過電流を検出するための電流検出回路を設けなければならず、回路構成が複雑化するとともに、コストアップになる。
However, in the activation control device for a reciprocating device drive motor described in
また、モータの回転角度位置に対して起動トルクが低下する方向に回転する。即ち、回転角度位置によっては、電動機が正回転方向に回転し続けたり、あるいは、電動機が逆回転方向に回転し続けたりする。このため、電流検出回路は、電動機が正回転方向におけるインバータの直流入力電流の過電流の検出と、電動機が逆回転方向におけるインバータの直流入力電流の過電流の検出とを行わなければならず、その構成がさらに複雑化しさらにコストアップすることになる。 Moreover, it rotates in the direction in which the starting torque decreases with respect to the rotational angle position of the motor. That is, depending on the rotation angle position, the electric motor continues to rotate in the forward rotation direction, or the electric motor continues to rotate in the reverse rotation direction. For this reason, the current detection circuit must detect the overcurrent of the DC input current of the inverter in the forward rotation direction of the electric motor and detect the overcurrent of the DC input current of the inverter in the reverse rotation direction of the electric motor, The configuration is further complicated and the cost is further increased.
本発明の課題は、レシプロ式圧縮機の冷媒ガスの圧力が高く負荷トルクが大きいときでも慣性によるトルクを利用してレシプロ式圧縮機の起動を失敗することなく運転でき、しかも構成が簡単で安価なレシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法を提供することにある。 The problem of the present invention is that even when the pressure of the refrigerant gas of the reciprocating compressor is high and the load torque is large, it is possible to operate the reciprocating compressor without failing using the torque due to inertia, and the configuration is simple and inexpensive. Another object of the present invention is to provide a control device and a control method for a reciprocating compressor.
前記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用した。請求項1の発明のレシプロ式圧縮機の制御装置は、永久磁石を回転子に有し且つレシプロ式圧縮機を駆動するための同期モータと、前記同期モータを駆動するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段は、前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与し、前記所定時間経過後、前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与する起動制御部を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. A control device for a reciprocating compressor according to
請求項2の発明では、請求項1記載のレシプロ式圧縮機の制御装置において、前記起動制御部は、前記逆回転指令と前記正回転指令との間に、前記同期モータを停止させるための停止指令を設けることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the control device for the reciprocating compressor according to the first aspect, the start control unit is a stop for stopping the synchronous motor between the reverse rotation command and the forward rotation command. A command is provided.
請求項3の発明では、請求項1又は請求項2記載のレシプロ式圧縮機の制御装置において、前記起動制御部は、X軸方向を0ラジアンとしモータ回転子の回転中心を中心に反時計方向にモータ回転子角度を設定した場合に、前記逆回転指令を前記所定時間付与することにより、前記同期モータの起動時におけるモータ回転子角度位置をπ〜3π/2の位置に移動させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the control device for the reciprocating compressor according to the first or second aspect, the start control unit sets the X-axis direction to 0 radians and counterclockwise about the rotation center of the motor rotor. When the motor rotor angle is set, the reverse rotation command is given for the predetermined time to move the motor rotor angle position at the time of starting the synchronous motor to a position of π to 3π / 2. And
請求項4の発明のレシプロ式圧縮機の制御方法は、永久磁石を回転子に有し且つレシプロ式圧縮機を駆動するための同期モータをインバータ回路により駆動する駆動ステップと、前記インバータ回路を制御するための制御ステップとを備え、前記制御ステップは、前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与し、前記所定時間経過後、前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与する起動制御ステップを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a reciprocating compressor control method comprising: a driving step of driving a synchronous motor having a permanent magnet in a rotor and driving a reciprocating compressor by an inverter circuit; and controlling the inverter circuit. A control step for causing the inverter circuit to reversely rotate the synchronous motor with a motor torque that does not exceed a maximum load torque when the synchronous motor is started. The reverse rotation command is applied for a predetermined time, and after the predetermined time has elapsed, a start-up control step of applying a normal rotation command for causing the synchronous motor to rotate forward is provided.
請求項5の発明では、請求項4記載のレシプロ式圧縮機の制御方法において、前記起動制御ステップは、前記逆回転指令と前記正回転指令との間に、前記同期モータを停止させるための停止指令を設けることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the control method for the reciprocating compressor according to the fourth aspect, the start control step is a stop for stopping the synchronous motor between the reverse rotation command and the forward rotation command. A command is provided.
請求項6の発明では、請求項4又は請求項5記載のレシプロ式圧縮機の制御方法では、前記起動制御ステップは、X軸方向を0ラジアンとしモータ回転子の回転中心を中心に反時計方向にモータ回転子角度を設定した場合に、前記逆回転指令を前記所定時間付与することにより、前記同期モータの起動時におけるモータ回転子角度位置をπ〜3π/2の位置に移動させることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the control method for the reciprocating compressor according to the fourth or fifth aspect, the start control step is performed in the counterclockwise direction about the rotation center of the motor rotor with the X axis direction set to 0 radians. When the motor rotor angle is set, the reverse rotation command is given for the predetermined time to move the motor rotor angle position at the time of starting the synchronous motor to a position of π to 3π / 2. And
請求項1、請求項4の発明によれば、同期モータを起動する時に、起動制御部がインバータ回路に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで同期モータを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与するので、同期モータは逆回転し負荷トルクが加わることでモータ回転子の回転速度は低下し、やがてモータトルクが負荷トルクに打ち勝てずにモータ回転子は停止する。そして、同期モータを正回転させるための正回転指令を付与すると、負荷トルク減少方向の回転方向となり、モータトルクを増加させることなく容易に同期モータを起動できる。 According to the first and fourth aspects of the invention, when starting the synchronous motor, the start control unit causes the inverter circuit to reversely rotate the synchronous motor with a motor torque that does not exceed the maximum load torque. The reverse rotation command is given for a predetermined time, so that the synchronous motor rotates reversely and load torque is applied, so that the rotation speed of the motor rotor decreases, and the motor rotor eventually stops without overcoming the load torque. Then, when a normal rotation command for causing the synchronous motor to rotate in the forward direction is given, the rotation direction becomes the load torque decreasing direction, and the synchronous motor can be easily started without increasing the motor torque.
従って、レシプロ式圧縮機の冷媒ガスの圧力が高く負荷トルクが大きいときでも慣性によるトルクを利用してレシプロ式圧縮機の起動を失敗することなく運転でき、しかも従来のような電流検出回路を設けていないので、構成が簡単で安価になる。また、通常設けているレシプロ式圧縮機の停止から再起動するまでの停止期間を短くすることができる。 Therefore, even when the refrigerant gas pressure of the reciprocating compressor is high and the load torque is large, the reciprocating compressor can be operated without fail using the torque due to inertia, and a current detection circuit as in the past is provided. The configuration is simple and inexpensive. Moreover, the stop period from the stop of the normally provided reciprocating compressor to restart can be shortened.
請求項2、請求項5の発明によれば、逆回転指令と正回転指令との間に停止指令を設けることで、レシプロ式圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧力差が大きくても起動成功率を高くすることができる。 According to the second and fifth aspects of the present invention, a stop command is provided between the reverse rotation command and the normal rotation command, so that even if the pressure difference between the discharge pressure and the suction pressure of the reciprocating compressor is large, the operation is started. The success rate can be increased.
請求項3、請求項6の発明によれば、X軸方向を0ラジアンとしモータ回転子の回転中心を中心に反時計方向にモータ回転子角度を設定した場合に、逆回転指令を所定時間付与することにより、同期モータの起動時におけるモータ回転子角度位置をπ〜3π/2の位置に移動させることで、正回転指令を付与すると、負荷トルク減少方向の回転方向となり、モータトルクを増加させることなく容易に同期モータを起動できる。 According to the third and sixth aspects of the invention, when the X-axis direction is set to 0 radians and the motor rotor angle is set counterclockwise around the rotation center of the motor rotor, a reverse rotation command is given for a predetermined time. By moving the motor rotor angular position at the time of starting the synchronous motor to a position of π to 3π / 2 by giving a positive rotation command, the rotational direction becomes the load torque decreasing direction and the motor torque is increased. The synchronous motor can be started easily without any problems.
以下、本発明のレシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of a control device and a control method for a reciprocating compressor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1のレシプロ式圧縮機の制御装置の構成図である。図1に示すレシプロ式圧縮機の制御装置は、商用電源10、整流回路11、インバータ回路12、レシプロ式圧縮機13、制御部14を有している。
FIG. 1 is a configuration diagram of a control device for a reciprocating compressor according to a first embodiment of the present invention. The reciprocating compressor control device shown in FIG. 1 includes a commercial power supply 10, a
商用電源10は、100V又は200Vの交流電圧をレシプロ式圧縮機13の駆動に必要な電力として整流回路11に供給する。整流回路11は、商用電源10の交流電圧を直流電圧に変換する。ここでは、整流回路11は、全波整流回路で構成されており、この全波整流回路は、ブリッジ接続された4個のダイオードD1〜D4と、この4個のダイオードD1〜D4に並列に接続された平滑コンデンサC1とから構成されている。
The commercial power supply 10 supplies an AC voltage of 100 V or 200 V to the
インバータ回路12は、整流回路11の直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧により同期モータ131を駆動する。インバータ回路12は、3相ブリッジ接続された6個のスイッチング素子Q1〜Q6と、6個のスイッチング素子Q1〜Q6に逆方向に並列に接続された6個のダイオードD5〜D10とから構成されている。6個のスイッチング素子Q1〜Q6は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタからなる。
The
スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との接続点は、同期モータ131の第1相(U相)に接続され、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点は、同期モータ131の第2相(V相)に接続され、スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点は、同期モータ131の第3相(W相)に接続されている。
The connection point between the switching element Q1 and the switching element Q2 is connected to the first phase (U phase) of the
制御部14は、インバータ回路12を制御する。即ち、6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各々のゲートに制御部14から制御信号が印加されることにより、6個のスイッチング素子Q1〜Q6がスイッチング制御されて、インバータ回路12は、所望の電圧、周波数を得ることができる。
The
レシプロ式圧縮機13は、回転子に永久磁石を有する同期モータ131と圧縮機構132とを有し、同期モータ131の回転により圧縮機構132が動作して冷媒ガスの圧縮を行なう。このレシプロ式圧縮機13は、図6に示した構成に対応しており、図6に示すモータ回転子1が図1に示す同期モータ131のモータ回転軸に対応し、図6に示す連接棒2、ピストン3、及びシリンダ4が、図1に示す圧縮機構132に対応している。
The reciprocating
同期モータ131は、図示しないが、3相巻線が施された固定子と、永久磁石を持つ回転子から構成されている。回転子は、一般に4極あるいは6極の永久磁石がN極・S極を交互に配置して構成される。
Although not shown, the
インバータ回路12から出力される周波数に対して、同期モータ131の回転子の回転数は、永久磁石が4極の場合にはインバータ出力周波数の1/2となり、永久磁石が6極の場合にはインバータ出力周波数の1/3となる。即ち、インバータ回路12から出力される周波数の1周期に対して、モータ回転子1は、1/2回転あるいは1/3回転することになる。従って、負荷トルクが最も大きくなる点をモータ回転子1が通過するのは、インバータ回路12から出力される周波数の2周期あるいは3周期に1回となる。
The rotational speed of the rotor of the
制御部14は、位置検出部141、速度制御部142、出力信号生成部143、ドライブ部144、起動制御部145を有して構成される。制御部14は、例えば、外部機器から同期モータ131を回転させるための回転数指令を受け取り、この回転数指令に対応するように、インバータ回路12の出力電圧及び出力周波数を制御する。
The
起動制御部145は、外部機器から停止指令状態から回転数指令を受けた場合には、同期モータ131を逆回転させるための逆回転指令を生成して出力する。その後、同期モータ131を正回転させるための正回転指令を出力し、同期モータ131の加速を行なう。
The
即ち、起動制御部145は、同期モータ131を起動する時に、インバータ回路12に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで逆回転指令を所定時間付与し、所定時間経過後、正回転指令を付与する。このとき、起動制御部145は、逆回転指令を所定時間付与することにより、同期モータ131の起動時におけるモータ回転子角度位置をπ〜3π/2の位置に移動させる。起動制御部145の回転数指令や逆回転指令や正回転指令は速度制御部142に送られる。
That is, when starting the
レシプロ式圧縮機13内に、同期モータ131の軸角度(モータ回転子角度)やピストンの位置を検出するセンサを取り付けることは、レシプロ式圧縮機の構造上困難である。このため、位置検出部141は、インバータ回路12の出力電圧や出力電流の信号に基づいて、同期モータ131のモータ回転子角度の位置を検出する。
It is difficult to attach a sensor for detecting the shaft angle (motor rotor angle) of the
同期モータ131のモータ回転子角度の最も簡単な位置検出及び相切替方法として、例えば、6個のスイッチング素子Q1〜Q6の内、上下とも導通していない相の電圧を検出し、この電圧がある基準点を横切ったときを基準にして出力相の切替を行うという方法がある。この方法では、モータ回転子1の瞬時の位置はわからないが、相の切替動作は行える。相の切替はπ/6毎に行なわれ、位置検出部141は、相切替情報を出力する。速度制御部142は、位置検出部141からの相切替情報に基づいて、モータ回転子1の回転速度を計算する。
As the simplest position detection and phase switching method of the motor rotor angle of the
また、速度制御部142は、起動制御部145からの回転数指令と計算により求められたモータ回転速度とを比較し、回転数指令とモータ回転速度との差に応じて、必要なモータトルクを発生させる出力電圧を求める。
Further, the
出力信号生成部143は、速度制御部142からの出力電圧と位置検出部141からの相切替情報とに基づき出力信号のパルス幅を決定し、上下のスイッチング素子が共に導通しない期間を設ける処理などを行ない、ドライブ部144に出力信号を出力する。出力信号生成部143で生成された指令信号は、ドライブ部144に出力され、ドライブ部144は、インバータ回路12のスイッチング素子Q1〜Q6の駆動を行なう。
The output
(レシプロ式圧縮機の起動時における制御処理)
次に、レシプロ式圧縮機の起動時における制御処理について詳しく説明する。冷凍冷蔵庫などで使用されるレシプロ式圧縮機13をインバータ回路12で駆動する場合、庫内の設定温度を下回ったときや冷却を行なうための蒸発器の霜取り動作を行うために、インバータ回路12の停止は、一日に数回行なわれる。
(Control processing when starting up a reciprocating compressor)
Next, the control process at the time of starting the reciprocating compressor will be described in detail. When the
インバータ回路12の停止に伴い、同期モータ131も停止する。同期モータ131が停止したときのモータ回転子角度θは一定していないが、負荷トルクが増加するθ=3π/2〜0(又は2π)の領域となる場合が多い。
As the
インバータ回路12が停止した直後では、レシプロ式圧縮機13による冷媒の圧縮が行なわれていたため、ガス圧力は高くなっている。このガスの圧力は時間とともに低下していき、一般に数分でガス圧力は安定状態に達する。
Immediately after the
このガスによる負荷トルクに打ち勝って所望の回転方向(例えば、正回転)を維持するためには、同期モータ131のモータトルクをT、モータ回転子1の慣性モーメントをJ、モータ回転子1の回転速度をωm、負荷トルクをTLとした場合、式(1)によって、モータ回転速度ωmは正を保つ必要がある。
In order to overcome the load torque due to the gas and maintain a desired rotation direction (for example, normal rotation), the motor torque of the
T=J×(dωm/dt)−TL …(1)
図2はレシプロ式圧縮機の起動時にモータ回転子角度位置が3π/2〜0の状態にある場合におけるモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子の回転速度の関係を示す図である。起動時のモータ回転子角度位置が通常停止すると考えられるのは、θ=3π/2〜0の状態である。
T = J × (dωm / dt) −TL (1)
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the motor torque, load torque, and motor rotor rotational speed when the motor rotor angular position is in a state of 3π / 2 to 0 when the reciprocating compressor is started. It is in the state of θ = 3π / 2 to 0 that the motor rotor angular position at the time of starting is considered to stop normally.
図3はレシプロ式圧縮機の起動時に一度逆回転指令を与えてモータ回転子角度位置がπ〜3π/2とした場合におけるモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子の回転速度の関係を示す図である。図2(a)及び図3(a)は、モータトルクTを示し、一定である。図2(b)及び図3(b)は、負荷トルクTLを示している。図2(c)及び図3(c)は、モータ回転子1の回転速度ωmを示している。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the motor torque, load torque, and motor rotor rotational speed when a reverse rotation command is given once at the time of starting the reciprocating compressor and the motor rotor angular position is π to 3π / 2. is there. FIGS. 2A and 3A show the motor torque T, which is constant. FIG. 2B and FIG. 3B show the load torque TL. FIG. 2C and FIG. 3C show the rotational speed ωm of the
時刻t1において、モータトルクTにより同期モータ131を起動して加速を開始するが、時刻t2において、T=TLとなる。さらに、時刻t2以降では、T<TLとなり、加速から減速へ転換する。この状態が継続されると、終に時刻t3において、ωm=0となり、同期モータ131が停止してしまう。
At time t1, the
一方、図3では、時刻t1において、同期モータ131を起動して加速を開始し、時刻t4から負荷トルクTLが加わってくる。時刻t5では、T<TLとなり、回転速度ωmは減速し始める。しかし、時刻t5の時点で同期モータ131は充分な回転速度ωmを有しているため、再び、時刻t6においてT>TLとなるまでは同期モータ131は正回転を継続している。それ以降は加速を継続している。
On the other hand, in FIG. 3, at time t1, the
このようにモータトルクTが同一でもモータ回転子角度θによって同期モータ131は停止してしまい、起動失敗するかどうかが変わってくる。
As described above, even if the motor torque T is the same, the
図4は本発明の実施例1のレシプロ式圧縮機の起動時のモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子角度を示す図である。図4(a)は、モータトルクTを示し、図4(b)は、負荷トルクTLを示し、図4(c)は、モータ回転子1のモータ回転子角度θを示している。
FIG. 4 is a diagram showing motor torque, load torque, and motor rotor angle when the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention is started. 4A shows the motor torque T, FIG. 4B shows the load torque TL, and FIG. 4C shows the motor rotor angle θ of the
実施例1では、図2のように、負荷トルクTLの最大値に近い位置にモータ回転子角度θがあるときでも、起動時に逆回転指令を与えることで起動時のモータ回転子角度をθ=π〜3π/2の位置へ移動させ、起動失敗を低減するよう動作する。 In the first embodiment, as shown in FIG. 2, even when the motor rotor angle θ is close to the maximum value of the load torque TL, by giving a reverse rotation command at startup, the motor rotor angle at startup is set to θ = It moves to the position of π-3π / 2 and operates so as to reduce the startup failure.
(同期モータ131の逆回転動作)
次に、同期モータ131の逆回転動作について以下に詳しく説明する。モータ回転子角度がθ=3π/2〜0(又は2π)にあるときに(図2に示す場合)、インバータ回路12に逆回転指令を与えた場合のモータ回転子角度θを示したのが図4(c)である。
(Reverse rotation operation of synchronous motor 131)
Next, the reverse rotation operation of the
時刻t1において、モータ回転子角度は、θ=3π/2〜2πの位置にあり、同期モータ131を逆回転動作させるために、起動制御部145は、インバータ回路12に対して、負荷トルクTLの最大値を超えない値のモータトルクTで逆回転させるための逆回転指令を所定時間(時刻t1〜t4)付与する。
At time t1, the motor rotor angle is at a position of θ = 3π / 2 to 2π, and in order to cause the
このため、モータトルクTは、インバータ回路12により時計方向に発生し始める(図4(a)ではモータトルクTは負表示となっている。)。 For this reason, the motor torque T starts to be generated clockwise by the inverter circuit 12 (the motor torque T is negatively displayed in FIG. 4A).
インバータ回路12により出力される周波数は、通常の正回転時の出力周波数に比べ低く設定され、モータトルクTは負荷トルクTLの最大値を越えないように出力電圧で設定される。
The frequency output by the
次に、時刻t2において、モータ回転子角度がθ=3π/2に到達し、負荷トルクTLが加わり始める。負荷トルクTLが加わることでモータ回転子1の回転速度ωmが低下し、やがてモータトルクTが負荷トルクTLに打ち勝てずに時刻t3では、モータ回転子1は停止する。このときのモータ回転子角度の位置はθ=π〜3π/2との範囲となる。
Next, at time t2, the motor rotor angle reaches θ = 3π / 2, and the load torque TL starts to be applied. When the load torque TL is applied, the rotation speed ωm of the
所定時間経過した後の時刻t4において、起動制御部145は、インバータ回路12に対して、正回転指令を付与する。図4(a)からもわかるように、逆回転指令から正回転指令に切り替えており、時刻t4から通常の正回転時の起動を行なう。
At time t <b> 4 after the predetermined time has elapsed, the
このように、実施例1のレシプロ式圧縮機の制御装置によれば、同期モータ131を起動する時に、起動制御部145がインバータ回路12に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与するので、同期モータ131は逆回転し負荷トルクが加わることでモータ回転子1の回転速度は低下し、やがてモータトルクが負荷トルクに打ち勝てずにモータ回転子1は停止する。そして、同期モータ131に正回転指令を付与すると、負荷トルク減少方向の回転方向となり、モータトルクを増加させることなく容易に同期モータ131を起動できる。
Thus, according to the control device for the reciprocating compressor of the first embodiment, when the
従って、レシプロ式圧縮機の冷媒ガスの圧力が高く負荷トルクが大きいときでも慣性によるトルクを利用してレシプロ式圧縮機の起動を失敗することなく運転でき、しかも従来のような電流検出回路を設けていないので、構成が簡単で安価になる。また、通常設けているレシプロ式圧縮機の停止から再起動するまでの停止期間を短くすることができる。 Therefore, even when the refrigerant gas pressure of the reciprocating compressor is high and the load torque is large, the reciprocating compressor can be operated without fail using the torque due to inertia, and a current detection circuit as in the past is provided. The configuration is simple and inexpensive. Moreover, the stop period from the stop of the normally provided reciprocating compressor to restart can be shortened.
図5は本発明の実施例2のレシプロ式圧縮機の起動時のモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子角度を示す図である。図5(a)は、モータトルクTを示し、図5(b)は、負荷トルクTLを示し、図5(c)は、モータ回転子1のモータ回転子角度θを示している。
FIG. 5 is a diagram showing motor torque, load torque, and motor rotor angle when the reciprocating compressor according to the second embodiment of the present invention is started. 5A shows the motor torque T, FIG. 5B shows the load torque TL, and FIG. 5C shows the motor rotor angle θ of the
図5に示す実施例2では、起動制御部14は、逆回転指令の後に短期間の停止指令(停止期間)を設け、その後正回転指令を与えて正回転起動を行なうようにしたものである。
In the second embodiment shown in FIG. 5, the
時刻t1から時刻t4までは図4に示す実施例1の動作と同様である。時刻t4〜t5では同期モータ131の停止動作を行い、時刻t5から正回転による起動動作を行なう。
The operation from time t1 to time t4 is the same as the operation of the first embodiment shown in FIG. From time t4 to t5, the
このような制御を行なうことで、レシプロ式圧縮機13の吐出圧力と吸入圧力の差が例えば6気圧のとき、通常の起動方法では起動成功率50%であったものが、実施例2の起動方法では100%の起動成功率となっている。
By performing such control, when the difference between the discharge pressure and the suction pressure of the
本発明は、冷凍冷蔵庫などに適用可能である。また、シリンダ4を複数個設けた多気筒のレシプロ式圧縮機に特に、有用である。
The present invention is applicable to a refrigerator-freezer and the like. Further, it is particularly useful for a multi-cylinder reciprocating compressor provided with a plurality of
1 モータ回転子
2 連接棒
3 ピストン
4 シリンダ
10 商用電源
11 整流回路
12 インバータ回路
13 レシプロ式圧縮機
14 制御部
131 同期モータ
132 圧縮機構
141 位置検出部
142 速度制御部
143 出力信号生成部
144 ドライブ部
145 起動制御部
D1〜D10 ダイオード
Q1〜Q6 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記同期モータを駆動するためのインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与し、前記所定時間経過後、前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与する起動制御部を有することを特徴とするレシプロ式圧縮機の制御装置。 A synchronous motor having a permanent magnet in the rotor and driving a reciprocating compressor;
An inverter circuit for driving the synchronous motor;
Control means for controlling the inverter circuit,
When the synchronous motor is started, the control means gives a reverse rotation command for reversely rotating the synchronous motor with a motor torque having a value not exceeding the maximum value of the load torque to the inverter circuit for a predetermined time. A control device for a reciprocating compressor, comprising: a start control unit for giving a normal rotation command for causing the synchronous motor to rotate normally after the predetermined time has elapsed.
前記インバータ回路を制御するための制御ステップとを備え、
前記制御ステップは、前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与し、前記所定時間経過後、前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与する起動制御ステップを有することを特徴とするレシプロ式圧縮機の制御方法。 A driving step of driving a synchronous motor for driving a reciprocating compressor having a permanent magnet in a rotor by an inverter circuit;
A control step for controlling the inverter circuit,
In the control step, when starting the synchronous motor, a reverse rotation command for reversely rotating the synchronous motor with a motor torque that does not exceed a maximum load torque value is given to the inverter circuit for a predetermined time. A control method for a reciprocating compressor, comprising a start-up control step for giving a normal rotation command for causing the synchronous motor to normally rotate after the predetermined time has elapsed.
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