JP2010166719A - モーター駆動制御装置、圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】三相整流器2の出力電圧を昇圧する昇圧コンバーター部3と、昇圧コンバーター部3のスイッチング素子5を制御するスイッチング制御手段10と、平滑コンデンサー7と、昇圧コンバーター部3の出力を交流電圧に変換し、モーター15に供給するインバーター回路12と、インバーター駆動手段14とを備える。スイッチング制御手段10は、リアクター4と母線との間の容量によって母線電流に生じる共振成分を低減するべく、スイッチング素子5のオンデューティーを補償して制御する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るモーター駆動制御装置の構成の一例を示した図である。図1において、1は三相交流電源、2は三相交流電源1の交流電圧を整流する三相整流器である。三相整流器2は6個の整流ダイオード2a〜2fをブリッジ接続した構成となっている。3は昇圧コンバーター部である。昇圧コンバーター部3は、昇圧リアクター4と、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなスイッチング素子5と、例えばファストリカバリダイオードのような逆流防止素子6により構成される。7は昇圧コンバーター部3の出力を平滑する平滑コンデンサーである。8は母線電流検出部、9は出力電圧検出器である。10はスイッチング制御手段である。11は母線電流検出部8より検出した母線電流に現れる共振成分を抽出する共振成分抽出部である。スイッチング制御手段10は、母線電流検出器8、出力電圧検出部9、及び共振成分抽出部11の出力信号よりスイッチング素子5を動作させる駆動信号を生成する。12はインバーター回路である。インバーター回路12は、例えばIGBTのようなスイッチング素子12a〜12fで構成されている。13はモーター15に流れる電流を検出するモーター電流検出部である。14はインバーター駆動手段である。インバーター駆動手段14は、モーター電流検出部13の検出信号からインバーター回路12を動作させる駆動信号を生成する。
まず、三相交流電源1の交流電圧は三相整流器2で整流されて直流電圧になる。スイッチング制御手段7によりスイッチング素子5のオンオフが制御され、そのチョッピングにより、三相整流器2からの直流電圧は昇圧される。
共振成分抽出部11は、図3のようにハイパスフィルター(以下HPF)を用いて構成する。このときHPFのカットオフ周波数は、三相交流電源1と三相整流器2との間に設けられた例えばリアクターとコンデンサーによるLCフィルターを持つような回路における容量、母線間に設けられたスナバ回路(図示せず)における容量、又はスイッチング素子5における浮遊容量等と昇圧リアクター4とから、共振成分として現れることが想定される周波数の最低周波数を設定すればよい。
例えば母線電流検出部8及び出力電圧検出部9の出力信号より求める消費電力に対する閾値を設け、消費電力が閾値よりも小さいときに、昇圧コンバーター部3の動作を停止させる。
そこで、図8に示すように、昇圧コンバーター部3の昇圧リアクター4と逆流防止素子6と並列に新たに逆流防止素子16を接続すれば、電流経路の素子点数を低減でき、損失低減が可能となる。
図13は、本発明の実施の形態2に係る空気調和機の構成を示した図である。
空気調和機は、圧縮機100、四方弁101、熱交換器(室外機)102、膨張弁(減圧装置103、熱交換器(室内機)104を備えており、これらが環状に接続されて冷媒回路を構成している。この冷媒回路により冷凍サイクルを構成している。そして、圧縮機100に内蔵されているモーター(図示せず)の駆動制御装置110として上記の実施の形態1に係るモーター駆動制御装置が用いられる。また、熱交換器102、104に送風するために設けられている送風機105、106の駆動制御装置111として上記の実施の形態に係るモーター駆動制御装置が用いられる。
以上のように、本実施の形態2に係る空気調和機は、上記の実施の形態1のモーター駆動制御装置を圧縮機100及び送風機106、107を制御対象として適用しているが、この場合についても上記の実施の形態1と同様の効果が得られることは言うまでもない。
なお、上記の実施の形態2は空気調和機の例であるが、本発明は冷蔵庫又は冷凍庫のモーターの駆動制御においても同様に適用される。
図14は、本発明の実施の形態3に係る冷蔵庫の構成を示す図である。冷蔵庫200は、図13と同様な冷媒回路(但し、四方弁は不要)を備えており、この冷媒回路により冷凍サイクルを構成している。冷蔵庫200は、図14の例では、冷凍サイクルの一部を構成する冷媒圧縮機201、冷却室202内に設けられた冷却器203で生成された冷気を、冷蔵室、冷凍室等に送るための冷気循環用の送風機204を備えている。そして、この冷媒圧縮機201、冷気循環用の送風機204は、上述した実施の形態1のモーター駆動制御装置により制御されるモーターにより駆動される。このような構成によりモーターを運転させても、上記実施の形態1と同様の効果が得られることはいうまでもない。
13 モーター電流検出部、14 インバーター駆動手段、15 モーター、16 逆流防止素子、17 開閉手段、18 インバーター電流検出部、21 母線電流指令値演算部、22 オンデューティー演算部、23 駆動パルス生成部、24 FFT部、25 共振成分復調部。
Claims (31)
- 三相交流電源を整流する三相整流器と、
リアクター、スイッチング素子及び逆流防止素子を備え、前記三相整流器の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧コンバーター部と、
前記昇圧コンバーター部のスイッチング素子を制御するスイッチング制御手段と、
前記昇圧コンバーター部の出力を平滑する平滑コンデンサーと、
前記昇圧コンバーター部の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、モーターに供給するインバーター回路と、
前記インバーター回路を駆動するインバーター駆動手段と
を備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記リアクターと母線との間の容量によって母線電流に生じる共振成分を低減するべく、前記スイッチング素子のオンデューティーを補償して制御することを特徴とするモーター駆動制御装置。 - 母線電流を検出する母線電流検出部と、
前記母線電流の共振成分を抽出する共振成分抽出部とを備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記共振成分抽出部の出力に基づいて、前記共振成分を低減するべく、前記スイッチング素子のオンデューティーを補償して制御することを特徴とする請求項1記載のモーター駆動制御装置。 - 前記スイッチング制御手段は、前記共振成分の補償の有無を、所定の値に基づいて切換可能とすることを特徴とする請求項2記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記共振成分の補償の有無を、
前記昇圧コンバーター部の出力電圧を検出するために設けられた出力電圧検出部の出力と出力電圧指令値との差に基づいて求められる母線電流指令値と、前記母線電流検出部にて検出した母線電流との差に基づいて切り換えることを特徴とする請求項3記載のモーター駆動制御装置。 - 前記スイッチング制御手段は、前記共振成分の補償の有無を、前記共振成分抽出部にて検出した共振成分の値に基づいて切り換えることを特徴とする請求項3記載のモーター駆動制御装置。
- 前記共振成分抽出部は、任意の周波数をカットオフ周波数として設定されたハイパスフィルターで構成されることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記共振成分抽出部は、任意の周波数を中心周波数として設定されたバンドパスフィルターで構成されることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記共振成分抽出部は、母線電流の周波数成分を分離するFFT(Fast Fourier Transform)部と、前記FFT部の出力結果から共振成分を抽出し復調する共振成分復調部とから構成されることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記昇圧コンバーター部の出力電圧を検出するために設けられた出力電圧検出部及び前記母線電流検出部の出力より負荷状態を検出し、負荷が所定の値より低い場合には、前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項2〜8の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記インバーター回路の電流を検出するために設けられたインバーター電流検出部の出力より負荷状態を検出し、負荷が所定の値より低い場合には、前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記モーターに流れる電流を検出するために設けられたモーター電流検出部の出力より負荷状態を検出し、負荷が所定の値より低い場合には、前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記昇圧コンバーター部のリアクター及び逆流防止素子と並列にダイオードを接続したことを特徴とする請求項9〜11の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記昇圧コンバーター部のリアクター及び逆流防止素子と並列に開閉手段を接続したことを特徴とする請求項9〜11の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記母線電流検出部の出力より前記三相交流電源における欠相を検出し、前記三相交流電源の欠相時には前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項2〜13の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記母線電流検出部の出力より前記三相交流電源における欠相を検出し、前記三相交流電源の欠相時には出力が低出力となるように前記スイッチング素子のオンデューティーを制御することを特徴とする請求項2〜13の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記インバーター駆動手段は、前記インバーター回路における各スイッチング素子をPWM変調により制御し、変調率が1以上となる過変調領域まで使用することを特徴とする請求項1〜15の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、過変調領域にて動作時、前記昇圧コンバーター部の出力電圧を検出するために設けられた出力電圧検出部と出力電圧指令値との差に基づいて求められる母線電流指令値と、前記母線電流検出部にて検出した母線電流との差に基づいて求められる前記スイッチング素子のオンデューティーを、前記インバーター駆動手段における変調率に基づいて補償して、前記スイッチング素子を動作させる駆動パルスを生成することにより、インバーター出力電圧を制御することを特徴とする請求項16記載のモーター駆動制御装置。
- 前記インバーター駆動手段は、前記平滑コンデンサーの電圧リプルを低減するように、前記インバーター回路におけるスイッチング素子を制御するスイッチングパターンを出力することを特徴とする請求項1〜17の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記インバーター駆動手段においてゼロベクトルに相当するスイッチングパターンが出力された場合には、前記スイッチング素子をオンとすることを特徴とする請求項1〜18の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記インバーター回路又は前記モーターの消費電力に基づいて、制御定数を調整することを特徴とする請求項1〜19の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記インバーター回路の電流を検出するために設けられたインバーター電流検出部の出力に基づいて、制御定数を調整することを特徴とする請求項1〜19の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、前記モーターの電流を検出するために設けられたモーター電流検出部の出力に基づいて、制御定数を調整することを特徴とする請求項1〜19の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング制御手段は、構成の全てまたは一部がアナログICにて構成されていることを特徴とする請求項1〜22の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記スイッチング素子又はインバーター回路におけるスイッチング素子の少なくとも1つをSiC(炭化ケイ素)又はGaN(窒化ガリウム)等を用いた半導体によるスイッチング素子又はスーパージャンクション構造のスイッチング素子のいずれかを使用したことを特徴とする請求項1〜23の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 前記三相整流器における整流ダイオード又は前記逆流防止素子の少なくとも1つはSiC(炭化ケイ素)又はGaN(窒化ガリウム)等を用いた半導体によるダイオードから構成されていることを特徴とする請求項1〜24の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
- 請求項1〜25の何れかに記載のモーター駆動制御装置を複数並列に備え、複数のモーターを駆動することを特徴とするモーター駆動制御装置。
- 前記インバーター回路により駆動されるモーターを備え、
前記モーターは、前記昇圧コンバーター部の最大出力電圧値に対応した巻数を備えていることを特徴とする請求項1〜26の何れかに記載のモーター駆動制御装置。 - 請求項1〜26の何れかに記載のモーター駆動制御装置と、
そのモーター駆動制御装置によって駆動されるモーターと
を備えたことを特徴とする圧縮機。 - 請求項1〜26の何れかに記載のモーター駆動制御装置と、
そのモーター駆動制御装置によって駆動されるモーターと
を備えたことを特徴とする送風機。 - 請求項28記載の圧縮機及び請求項29記載の送風機の少なくとも一方を備えたことを特徴とする空気調和機。
- 請求項28記載の圧縮機及び請求項29記載の送風機の少なくとも一方を備えたことを特徴とする冷蔵庫又は冷凍庫。
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