JP2008002372A - 圧縮機の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】DCモータの回転数を圧縮機の共振する回転数としないように制御し、圧縮機の信頼性を向上させることを目的とする。
【解決手段】回転数演算手段9で回転数を演算し、指令回転数の回転数と算出されたDCモータ4の回転数を比較し、回転数制御手段108でDCモータ4の回転数が指令回転数となるように制御し、回転数制御手段108からの出力されるデューティ比が100%になると指令回転数より低い回転数を設定回転数記憶手段111に記憶された設定回転数から選択し、選択した回転数と回転数演算手段9で演算した回転数を比較し、選択された回転数となるように制御するので、圧縮機が共振回転数で回転することがなくなる。
【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、特に冷蔵庫用密閉型電動圧縮機の駆動に好適なものである。
従来、この種の圧縮機の制御装置においてモータ回転数を検出してPWM信号のデューティ比を可変してモータの回転数を制御するものがある(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圧縮機の制御装置について説明する。
図4は特許文献1に記載された従来の圧縮機の制御装置の回路図、図5は従来の圧縮機の制御装置でのDCモータの回転数を昇降する動作を説明するフローチャートである。
図4において、AC/DC変換手段1は商用電源2に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ回路3はAC/DC変換手段1に接続され出力はDCモータ4に接続されている。
DCモータ4は冷蔵庫等を冷却する圧縮機14に組み込まれている。
インバータ回路3は、6つのスイッチング素子T1、T2、T3、T4、T5、T6より構成されており、6つのスイッチング素子は三相ブリッジ接続されている。
制御回路5は、位置検出手段6、転流手段7、回転数制御手段8、回転数演算手段9、指令回転数検出手段10、回転数比較手段11、合成手段12、ドライブ手段13より構成されている。
位置検出手段6は、DCモータ4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7、回転数制御手段8、回転数演算手段9に送出する。
転流手段7は、位置検出手段6の出力に応じて、合成手段12駆動する転流パルスを送出する。
回転数演算手段9は、位置検出手段6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4の回転数を演算し、回転数比較手段11にDCモータ4の運転している回転数を送出する。
一方、指令回転数検出手段10は冷蔵庫等から送られてくる指令回転数を検出し、回転数比較手段11に送出する。
回転数比較手段11は回転数演算手段9からのDCモータ4の回転数と指令回転数検出手段10からの指令回転数を比較し、DCモータ4の回転数が指令回転数より小さい場合はデューティ比を増加する出力を回転数制御手段8に出力し、回転数制御手段8はデューティ比を増加させDCモータ4に印加される電圧を増加させることで回転数を上昇させる。
DCモータ4の回転数が指令回転数より大きい場合はデューティ比を下降する出力を回転数制御手段8に出力し、回転数制御手段8はデューティを減少させDCモータ4に印加される電圧を減少させることで回転数を下降させる。
ここでデューティ比は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。ただしON時間とOFF時間を合わせた時間は一定である。
合成手段12は転流手段7と回転数制御手段8の出力の論理積をドライブ手段13に出力し、ドライブ手段13はインバータ回路3を構成するスイッチング素子T1〜T6を駆動する。
以上のように構成された圧縮機の制御装置について、以下そのDCモータ4の回転数を昇降する動作について図4を用いて説明する。
圧縮機の制御装置がDCモータ4を運転中に指令回転数検出手段10で冷蔵庫等の制御装置からの指令回転数の変更を受信するとDCモータ4の回転数を変更するように制御する。
STEP1で回転数演算手段9は位置検出手段6の信号よりDCモータ4の回転数を演算し、STEP2で回転数比較手段11は指令回転数検出手段10で検出した指令回転数と回転数演算手段9で演算したDCモータ4の回転数演算結果を比較する。
STEP3で回転数演算結果が指令回転数より小さい場合はSTEP4に進み、回転数制御手段8はON時間とOFF時間を合わせた時間に対するON時間の比率であるデューティ比を上昇する。これによりON時間が増加するのでDCモータ4への印加電圧が上昇しDCモータ4の回転数が上昇する。
STEP3で回転数演算結果が指令回転数より小さくない場合はSTEP5に進む。
STEP5で回転数演算結果が指令回転数より大きい場合はSTEP6に進み、回転数制御手段8はON時間とOFF時間を合わせた時間に対するON時間の比率であるデューティ比を下降する。これによりON時間が減少するのでDCモータ4への印加電圧が下降しDCモータ4の回転数が下降する。
よって、現状の回転数より大きい指令回転数が入力された場合は、STEP1、STEP2、STEP3、STEP4、STEP5と進み回転数制御手段8はデューティ比を徐々に上昇させることで、DCモータ4の回転数を上昇させ、指令回転数と回転数演算結果が同じになれば、STEP1、STEP2、STEP3、STEP5と進み、回転数制御手段8はデューティ比を変化させなくなり、DCモータ4の回転数を指令回転数に維持する。
また、現状の回転数より小さい指令回転数が入力された場合は、STEP1、STEP2、STEP3、STEP5、STEP6と進み回転数制御手段8はデューティ比を徐々に下降させることで、DCモータ4の回転数を下降させ、指令回転数と回転数演算結果が同じになれば、STEP1、STEP2、STEP3、STEP5と進み、回転数制御手段8はデューティ比を変化させなくなり、DCモータ4の回転数を指令回転数に維持する。
特開昭62−66080号公報
しかしながら、上記従来の構成では冷蔵庫等の負荷が過負荷状態であったり、入力電圧が低下した場合において、最高回転数が指令回転数として入力されれば、回転数制御手段はデューティ比を上昇させようとするが、デューティ比が100%、つまり全ての時間がONとなった時点でそれ以上DCモータ4への印加電圧を上昇させることができなくなり、指令回転数にいたることなく負荷と印加電圧で決まる、ある回転数で運転することとなる。
一般に圧縮機14には共振する回転数があり、これを解決するために圧縮機14内のDCモータ4の運転回転数は連続ではなく、この共振回転数を避ける回転数で運転するようにしてあるが、デューティ比が100%になれば圧縮機14が共振回転数で回転することになる危険性があり、吐出管が折損してしまうこともあった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、DCモータの回転数を圧縮機の共振する回転数としないように制御し、圧縮機の信頼性を向上させることを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機の制御装置は、デューティ比が100%になると前記指令回転数より低くかつ前記圧縮機の共振を避けた特定の回転数を指令するので、圧縮機が共振回転数で回転することがなくなる。
本発明の圧縮機の制御装置は、デューティ比が100%になっても圧縮機が共振を起こす共振回転数でモータが回転することがなくなり、圧縮機の吐出管の折損等が防げ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
請求項1に記載の発明は、キャリア周期内におけるオン時間の割合であるデューティ比を変化させることでモータに印加する電圧を変化させ指令回転数で運転するようモータの運転回転数を制御する圧縮機の制御装置において、前記デューティ比が100%になると前記指令回転数より低くかつ前記圧縮機の共振を避けた特定の回転数を指令するもので、圧縮機が共振を起こす共振回転数でモータが回転することがなくなり、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、複数個の半導体スイッチをブリッジ結線したインバータ回路と、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、前記圧縮機の回転数を可変にするためにキャリア周期内においてオン時間の割合であるデューティ比を調整し電圧の制御を行う回転数制御手段と、前記転流手段の出力と前記回転数制御手段の出力により前記インバータ回路を動作させるドライブ手段と、前記位置検出手段の出力から前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、圧縮機が共振しない特定の回転数を記憶した設定回転数記憶手段と、指令回転数の回転数と前記回転数演算手段で算出されたモータの回転数を比較し、前記モータの回転数が前記指令回転数となるよう前記回転数制御手段に出力する回転数比較手段を備えた圧縮機の制御装置において、前記回転数制御手段の出力されるデューティ比が100%になると前記指令回転数より低い前記特定の回転数を前記設定回転数記憶手段から選択するもので、圧縮機が共振を起こす共振回転数でモータが回転することがなくなり、圧縮機の信頼性を向上させることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、回転数制御手段の出力されるデューティ比が100%になると、回転数演算手段で演算した回転数より低くかつこれに最も近い回転数を設定回転数記憶手段の設定回転数から選択するもので、さらに冷蔵庫等の冷却性能の低下を最小限にし、圧縮機が共振回転数で回転することがなくなる。
請求項4に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の発明において、回転数制御手段からのデューティ比が一定値以下になれば指令回転数と回転数演算手段で演算した回転数を比較するようにした回転数比較手段を備えたもので、DCモータを指令回転数で確実に運転できるようにできる。
請求項5に記載の内容は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の圧縮機の制御装置で圧縮機を駆動するもので、品質・信頼性の高い圧縮機の駆動方法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における圧縮機の制御装置の回路図、図2は同実施の形態における圧縮機を含む冷凍装置の共振系を表すブロック図、図3は同実施の形態における圧縮機の制御装置でのDCモータの回転数を昇降する動作を説明するフローチャートである。
図1において、AC/DC変換手段1は商用電源2に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ回路3はAC/DC変換手段1に接続され出力はDCモータ4に接続されている。
DCモータ4は冷蔵庫等を冷却する圧縮機14に組み込まれている。
インバータ回路3は、6つのスイッチング素子T1、T2、T3、T4、T5、T6より構成されており、6つのスイッチング素子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6、転流手段7、回転数制御手段108、回転数演算手段9、指令回転数検出手段10、回転数比較手段110、合成手段12、ドライブ手段13より構成されている。
位置検出手段6は、DCモータ4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7、回転数制御手段108、回転数演算手段9に送出する。
転流手段7は、位置検出手段6の出力に応じて、合成手段12駆動する転流パルスを送出する。
回転数演算手段9は、位置検出手段6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4の回転数を演算し、回転数比較手段11にDCモータ4の運転している回転数を送出する。
一方、指令回転数検出手段10は冷蔵庫等から送られてくる指令回転数を検出し、回転数比較手段110に送出する。
回転数比較手段110は回転数演算手段9からのDCモータ4の回転数と指令回転数検出手段10からの指令回転数を比較し、DCモータ4の回転数が指令回転数より小さい場合はデューティ比を増加する出力を回転数制御手段8に出力し、回転数制御手段8はデューティ比を増加させDCモータ4に印加される電圧を増加させることで回転数を上昇させる。
DCモータ4の回転数が指令回転数より大きい場合はデューティ比を下降する出力を回転数制御手段108に出力し、回転数制御手段108はデューティ比が比を減少させDCモータ4に印加される電圧を減少させることで回転数を下降させる。
また、回転数制御手段108は現状のデューティ比を回転数比較手段110に出力している。
回転数比較手段110は、回転数制御手段108から出力されるデューティ比が100%であれば、回転数演算手段110で演算された回転数が指令回転数より低い場合に、回転数演算手段9で演算された回転数より低くその回転数に最も近い回転数を設定回転数記憶手段111から選択し、選択した回転数と回転数演算手段110で演算された回転数を比較する。
回転数を設定回転数記憶手段111は圧縮機14の共振回転数を避けた回転数を複数記憶しているものである。
また、設定回転数記憶手段111から回転数を選択した場合、回転数比較手段110は、回転数制御手段108からの出力がされるデューティ比が90%以下であれば、指令回転数と回転数演算手段110で演算された回転数を比較するようにするものである。
合成手段12は転流手段7と回転数制御手段8の出力の論理積をドライブ手段13に出力し、ドライブ手段13はインバータ回路3を構成するスイッチング素子T1〜T6を駆動する。
図2においてレシプロ式の圧縮機14は、密閉容器130内にDCモータ4と、DCモータ4によって駆動される圧縮要素120を収納している。密閉容器130に固定された吐出接続管121には圧縮要素120と吐出接続管121とを連通する吐出管122が接続されている。制振用コイルスプリング123は吐出管122の所定の位置に嵌装されており、吐出管122の共振周波数が調整されるとともに、吐出管122の振動を減衰する。DCモータ4はインバータ回路3により運転される。
以上のように構成されたレシプロ式の圧縮機14は、インバータ回路3によりDCモータ4が運転されることで圧縮要素120が駆動され、圧縮要素120によって圧縮された圧縮ガスが吐出管122を経て吐出接続管121から導出される。この際、吐出管122には圧縮要素120から生じる振動が伝達されるが共振がコイルスプリング123によって減衰される。
しかしながら、吐出管122は固有の共振周波数を持ち、いくつかの運転回転数において共振を起す。設定回転数記憶手段111は吐出管122が共振しない複数の回転数が記憶されている。
以上のように構成された圧縮機の制御装置について、以下そのDCモータ4の回転数を昇降する動作について図3を用いて説明する。
圧縮機の制御装置がDCモータ4を運転中に指令回転数検出手段10で冷蔵庫等の制御装置からの指令回転数の変更を受信するとDCモータ4の回転数を変更するように制御する。
STEP101で指令回転数を基準回転数として記憶する。
STEP102で回転数演算手段9は位置検出手段6の信号よりDCモータ4の回転数を演算し、STEP103で回転数比較手段110は指令回転数検出手段10で検出した指令回転数と回転数演算手段9で演算したDCモータ4の回転数演算結果を比較する。
STEP104で回転数演算結果が基準回転数より小さい場合はSTEP105に進み、STEP105で回転数比較手段110は回転数制御手段108からの出力されるデューティ比が100%かを判断する。デューティ比が100%でなければSTEP106に進み、STEP106で回転数制御手段108デューティ比を上昇し、STEP110に進む。これによりON時間が増加するのでDCモータ4への印加電圧が上昇しDCモータ4の回転数が上昇する。
STEP105でデューティ比が100%であれば、STEP107に進み、STEP107で基準回転数を指令回転数より低く、回転数演算手段9で演算された回転数より低くその回転数に最も近い回転数を設定回転数記憶手段111から選択し、設定し、STEP110に進む。
STEP104で回転数演算結果が基準回転数より小さくない場合はSTEP108に進む。
STEP108で回転数演算結果が基準回転数より大きい場合はSTEP109に進み、回転数制御手段108はデューティ比を下降する。これによりON時間が減少するのでDCモータ4への印加電圧が下降しDCモータ4の回転数が下降する。
STEP108で回転数演算結果が基準回転数より大きくない場合はSTEP110に進む。
STEP110では基準回転数が指令回転数以上であればSTEP101に戻り、再度指令回転数を基準回転数として記憶する。そうでなければSTEP111に進み、STEP111で回転数制御手段108からの出力されるデューティ比が90%以下かを判断し、STEP111で回転数制御手段108からの出力されるデューティ比が90%以下でなければ、STEP102に戻る。
STEP111で回転数制御手段108からの出力されるデューティ比が90%以下であればSTEP101に戻り、再度指令回転数を基準回転数として記憶する。
よって、現状の回転数より大きい指令回転数が入力されデューティ比が100%に達しない場合は、STEP101、STEP102、STEP103、STEP104、STEP105、STEP106、STEP110と進み回転数制御手段108はデューティ比を徐々に上昇させることで、DCモータ4の回転数を上昇させ、基準回転数と回転数演算結果が同じになれば、STEP101、STEP102、STEP103、STEP108、STEP110、と進み、回転数制御手段108はデューティ比を変化させなくなり、DCモータ4の回転数を基準回転数に維持する。
デューティ比が100%となった場合は、STEP101、STEP102、STEP103、STEP104、STEP105、STEP107、STEP110進み、基準回転数を回転数演算手段9で演算された回転数より低くその回転数に最も近い回転数を選択した回転数としてSTEP102に戻り、STEP103と進み、STEP104で基準回転数が回転数演算手段9で演算された回転数より低いため、STEP108に進み、STEP108、STEP109と進み、デューティ比を下降させ、回転数制御手段108はデューティ比を徐々に下降させることでDCモータ4の回転数を下降させる。
基準回転数と回転数演算結果が同じになれば、STEP102、STEP103、STEP108、STEP110、と進み、回転数制御手段108はデューティ比を変化させなくなり、DCモータ4の回転数を基準回転数に維持する。
このような運転を続けていれば、冷蔵庫の庫内が冷却されて、次第に過負荷状態が解消されDCモータ4に印加する電圧を減少させても回転数を維持できるようになる。
よってSTEP110で基準回転数が回転数演算手段9で演算された回転数より低くその回転数に最も近い回転数に設定されていれば、STEP111に進み、デューティ比が90%以下であればSTEP101に進み、基準回転数を指令回転数に設定し、通常の制御となる。
本実施の形態ではデューティ比が90%以下としたが、この値は実験等により基準回転数を指令回転数に戻してもDCモータ4が指令回転数で運転できるデューティ比を算出すればよい。
また、現状の回転数より小さい指令回転数が入力された場合は、STEP101、STEP102、STEP103、STEP104、STEP108、STEP109、STEP110と進み回転数制御手段108はデューティ比を徐々に下降させることで、DCモータ4の回転数を上昇させ、基準回転数と回転数演算結果が同じになれば、STEP101、STEP102、STEP103、STEP108、STEP110、と進み、回転数制御手段108はデューティ比を変化させなくなり、DCモータ4の回転数を基準回転数に維持する。
従って、通常時はDCモータ4の回転数を指令回転数と同じになるようデューティ比を増加,減少させるよう制御し、デューティ比が100%になれば冷却性能の低下を最小限にし、圧縮機14を共振回転数で回転することがないよう制御することで、吐出管の折損を防止し、圧縮機14の信頼性を向上させることができる。
また、デューティ比の値を検出し、DCモータ4を指令回転数で運転可能と判断すれば、DCモータ4を指令回転数で確実に運転できるようにできる。
以上のように、本発明にかかる圧縮機の制御装置は、圧縮機が共振回転数で回転することがなくなり、吐出管の折損を防ぎ、圧縮機の信頼性を向上させることができるという機能を有するので、圧縮機のインバータ駆動装置や冷蔵庫制御に有用である。
本発明の実施の形態1における圧縮機の制御装置の回路図 本発明の実施の形態1における圧縮機を含む冷凍装置の共振系を表すブロック図 本発明の実施の形態1におけるDCモータの回転数を昇降する動作のフローチャート 従来の圧縮機の制御装置の回路図 従来のDCモータの回転数を昇降する動作のフローチャート
符号の説明
3 インバータ回路
4 DCモータ
6 位置検出手段
7 転流手段
9 回転数演算手段
13 ドライブ手段
14 圧縮機
108 回転数制御手段
110 回転数比較手段
111 設定回転数記憶手段

Claims (5)

  1. キャリア周期内におけるオン時間の割合であるデューティ比を変化させることでモータに印加する電圧を変化させ指令回転数で運転するようモータの運転回転数を制御する圧縮機の制御装置において、前記デューティ比が100%になると前記指令回転数より低くかつ前記圧縮機の共振を避けた特定の回転数を指令する圧縮機の制御装置。
  2. 複数個の半導体スイッチをブリッジ結線したインバータ回路と、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、前記圧縮機の回転数を可変にするためにキャリア周期内においてオン時間の割合であるデューティ比を調整し電圧の制御を行う回転数制御手段と、前記転流手段の出力と前記回転数制御手段の出力により前記インバータ回路を動作させるドライブ手段と、前記位置検出手段の出力から前記モータの回転数を演算する回転数演算手段と、圧縮機が共振しない特定の回転数を記憶した設定回転数記憶手段と、指令回転数の回転数と前記回転数演算手段で算出されたモータの回転数を比較し、前記モータの回転数が前記指令回転数となるよう前記回転数制御手段に出力する回転数比較手段を備えた圧縮機の制御装置において、前記回転数制御手段の出力されるデューティ比が100%になると前記指令回転数より低い前記特定の回転数を前記設定回転数記憶手段から選択する請求項1に記載の圧縮機の制御装置。
  3. 回転数制御手段の出力されるデューティ比が100%になると、回転数演算手段で演算した回転数より低くかつこれに最も近い回転数を設定回転数記憶手段の設定回転数から選択する請求項2に記載の圧縮機の制御装置。
  4. 回転数制御手段から出力されるデューティ比が一定値以下になると指令回転数と回転数演算手段で演算した回転数を比較する回転数比較手段を備えた請求項2または請求項3に記載の圧縮機の制御装置。
  5. 冷蔵庫を制御するものである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の圧縮機の制御装置。
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