JP2012057586A - 圧縮機モータの予熱制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機モータの巻線抵抗が相毎に異なる場合や圧縮機の内部温度が不均等である場合でも、圧縮機の内部を正確かつ均等に予熱を行う。
【解決手段】本発明の予熱制御装置は、各相の巻線抵抗を算出する巻線抵抗演算手段１２と、各相の巻線温度を算出する巻線温度演算手段１３と、各相の巻線温度に応じた電流指令を算出する電流指令演算手段１４と、電圧指令を演算する電圧指令演算手段１５と、それらを制御するシーケンス制御手段とを備える。これにより各相の巻線温度に応じて電流指令を変化させて圧縮機の内部を正確かつ均等に予熱を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機の内部温度を上昇させる予熱制御装置に関するものである。

従来、この種の技術としては、例えば、圧縮機モータの電流と電圧とから圧縮機モータの巻線抵抗を算出し、巻線抵抗の温度特性から算出された巻線温度を圧縮機の内部温度とし、算出された内部温度に基づいて予熱制御を行う装置があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２４５５０１号公報

しかしながら、前記従来の予熱制御装置では、圧縮機モータの各相の巻線抵抗は同じであるとして内部温度を算出し予熱制御を行うことで、各相の巻線抵抗に公差などによるバラつきがある場合には、各相の発熱量が不均等になることで圧縮機の内部温度が不均等となることがあった。

また、圧縮機の内部温度にムラがある場合には、各相の巻線抵抗が不均等になることで正確な内部温度を算出できないこともあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮機モータの巻線抵抗を相毎に算出し、各相の巻線抵抗から巻線温度を相毎に算出し、各相の巻線温度の比較に基づいて算出した相電流を流すことで、圧縮機モータの巻線抵抗が相毎に異なる場合や圧縮機の内部温度が不均等である場合でも、圧縮機の内部を正確かつ均等に予熱することが可能な予熱制御装置の提供を目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の予熱制御装置は、圧縮機モータの相電流と電圧指令とから圧縮機モータの相毎の巻線抵抗を抵抗演算手段により算出し、相毎の巻線抵抗から相毎の巻線温度を巻線温度演算手段により算出し、各相の巻線温度の比較に基づいて電流指令演算手段が電流指令を算出する。

これにより、各相の巻線温度が均等となるように相毎の発熱量を調整する。

本発明の予熱制御装置は、圧縮機モータの各相の巻線温度が均等となるように相毎の発熱量を調整し、圧縮機モータの巻線抵抗が相毎に異なる場合や圧縮機の内部温度が不均等である場合でも、圧縮機の内部を正確かつ均等に予熱することができる。

本発明の実施の形態１における予熱制御装置の構成図 本発明の実施の形態１における予熱制御器の構成図 本発明の実施の形態１における電流指令演算手段の構成図 本発明の実施の形態１における予熱制御器の動作を表すフローチャート

第１の発明は、３相インバータ圧縮機モータの予熱制御装置において、電圧指令とモータ電流とから圧縮機モータの各相の抵抗値を算出する相抵抗演算手段と、各相の抵抗値から各相の巻線温度を算出する巻線温度演算手段と、各相の抵抗値と巻線温度とから各相の電流指令を算出する電流指令演算手段と、モータ電流と電流指令とから電圧指令を算出する電圧指令演算手段と、相抵抗演算手段と巻線温度演算手段と電流指令演算手段と電圧指令演算手段の動作を制御するシーケンス制御手段とを備え、電流指令演算手段が各相毎の巻線温度から電流指令を算出することで、圧縮機モータの巻線抵抗が相毎に異なる場合や圧縮機の内部温度が不均等である場合でも、圧縮機の内部を正確かつ均等に予熱することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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の実施の形態における予熱装置の構成と作用を示すものである。

図１において、圧縮機１を駆動する圧縮機モータ２はインバータ回路３に接続され、電流検出回路４によりＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相電流がＩｍ３として検出される。インバータ回路３は直流電源５に接続され、直流部電圧検出回路６により直流部電圧がＶｐｎとして検出される。圧縮機モータ２の駆動および予熱を制御する制御回路７は、相電流Ｉｍ３から予熱時相電圧指令Ｖｃｈ３を出力する予熱制御器８と、外部から設定される速度指令ωｃと相電流Ｉｍ３とから駆動時相電圧指令Ｖｃｄ３を出力する駆動制御器９と、予熱時相電圧指令Ｖｃｈ３と駆動時相電圧指令Ｖｃｄ３とをモード指令Ｍｃにより選択して相電圧指令Ｖｃ３として出力する電圧指令切換器１０と、相電圧指令Ｖｃ３をパルス幅変調してインバータ回路の駆動信号ＳＷ６を生成するＰＷＭ信号生成器１１とから構成される。駆動制御器９およびＰＷＭ信号生成器１１については既に様々な方式が実用化されており、既知であるものとして詳細な説明は省略する。

次に図２は予熱制御器８の詳細な構成と作用を示すものである。

図２において、予熱制御器８は、相電流Ｉｍ３と予熱時相電圧指令Ｖｃｈ３とから圧縮機モータ２の各相の巻線抵抗Ｒ３を算出する巻線抵抗演算手段１２と、巻線抵抗Ｒ３から各相の巻線温度Ｔ３を演算する巻線温度演算手段１３と、巻線抵抗Ｒ３と巻線温度Ｔ３から各相の電流指令Ｉｃ３演算する電流指令演算手段１４と、相電流Ｉｍ３と電流指令Ｉｃ３とから予熱時相電圧指令Ｖｃｈ３を演算する電圧指令演算手段１５と、巻線抵抗演算手段１２，巻線温度演算手段１３，電流指令演算手段１４，電圧指令演算手段１５の動作を制御するシーケンス信号Ｓｑを出力するシーケンス制御手段１６とから構成される。

次に図３は電流指令演算手段１４のさらに詳細な構成と作用を示すものである。

図３において、電流指令演算手段１４は、巻線抵抗Ｒ３を算出するために予め設定された第１の抵抗検出用電流指令ＩＲ１ｃ３を出力する第１電流指令出力部１７と、第１の抵抗検出用電流指令ＩＲ１ｃ３とは異なる第２の抵抗検出用電流指令ＩＲ２ｃ３を出力する第２電流指令出力部１８と、巻線抵抗Ｒ３と巻線温度Ｔ３とから各相の予熱用電流指令ＩＨｃ３を算出する予熱電流指令演算部１９と、シーケンス制御手段からのシーケンス信号Ｓｑにより第１の抵抗検出用電流指令ＩＲ１ｃ３と第２の抵抗検出用電流指令ＩＲ２ｃ３と予熱用電流指令ＩＨｃ３のいずれかを選択して電流指令Ｉｃ３として出力する電流指令切換部２０とから構成される。

次に図４はシーケンス制御手段１６がシーケンス信号Ｓｑにより制御する予熱制御器８の予熱動作のフローチャートを示すものである。

図４において、モード指令Ｍｃにより予熱制御が開始されると、まずステップＳ１００において、電流指令演算手段１４の電流指令切換部２０は第１電流指令出力部１７で出力される第１の抵抗検出用電流指令ＩＲ１ｃ３を選択し、電流指令Ｉｃ３として出力する。電流指令Ｉｃ３（＝第１の抵抗検出用電流指令ＩＲ１ｃ３）は以下の様に表される。

（ＩＵｃ：Ｕ相電流指令，ＩＶｃ：Ｖ相電流指令，ＩＷｃ：Ｗ相電流指令）
（Ｉｒ：予め設定された非ゼロの抵抗検出用電流値）
次にステップＳ１０１において、電圧指令演算手段１５は相電流Ｉｍ３が電流指令Ｉｃ３と等しくなるように電圧指令Ｖｃｈ３を算出する。相電流Ｉｍ３および電圧指令Ｖｃｈ３はそれぞれ以下の様に表される。

（ＩＵｍ：Ｕ相電流，ＩＶｍ：Ｖ相電流，ＩＷｍ：Ｗ相電流）

（ＶＵｃ：Ｕ相電圧指令，ＶＶｃ：Ｖ相電圧指令，ＶＷｃ：Ｗ相電圧指令）
次にステップＳ１０２において、巻線抵抗演算手段１２は相電流Ｉｍ３と電圧指令Ｖｃｈ３とから、まずＶ相の巻線抵抗を算出する。算出式は以下の様に表される。

（ＲＶ：Ｖ相巻線抵抗）
なお、ステップＳ１０２のおいてはＷ相の巻線抵抗も算出できるが、後述のステップＳ１０５において算出されるため、ここでは算出しない。

次にステップＳ１０３において、電流指令演算手段１４の電流指令切換部２０は第２電流指令出力部１８で出力される第２の抵抗検出用電流指令ＩＲ２ｃ３を選択し、電流指令Ｉｃ３として出力する。電流指令Ｉｃ３（＝第２の抵抗検出用電流指令ＩＲ２ｃ３）は以下の様に表される。

次にステップＳ１０４において、電圧指令演算手段１５は相電流Ｉｍ３が電流指令Ｉｃ３と等しくなるように電圧指令Ｖｃｈ３を算出する。相電流Ｉｍ３および電圧指令Ｖｃｈ３はそれぞれ以下の様に表される。

次にステップＳ１０５において、巻線抵抗演算手段１２は相電流Ｉｍ３と電圧指令Ｖｃｈ３とから、Ｕ相およびＷ相の巻線抵抗を算出する。算出式は以下の様に表される。

（ＲＵ：Ｕ相巻線抵抗，ＲＷ：Ｗ相巻線抵抗）
次にステップＳ１０６において、巻線温度演算手段１３は、予め記憶されている基準温度時の抵抗値からの偏差分により、各相の巻線抵抗Ｒ３（＝（ＲＵ，ＲＶ，ＲＷ））から各相の巻線温度Ｔ３（＝（ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ））を算出する。

次にステップＳ１０７において、電流指令演算手段１４の電流指令切換部２０は予熱電流指令演算部１９が巻線抵抗Ｒ３と巻線温度Ｔ３とから算出した予熱用電流指令ＩＨｃ３（＝（ＩＵＨｃ，ＩＶＨｃ，ＩＷＨｃ））を選択し、電流指令Ｉｃ３として出力する。

ここで、予熱用電流指令ＩＨｃ３の算出方法について説明する。ただし各相の巻線温度が以下の様に表される場合について説明する。その他の条件については、以降で説明する算出方法について、相を適宜入れ替えて説明できるので省略する。

最も温度が低い相が最も大きい発熱量を要することは自明の理であるので、各相の発熱
量は以下の関係であることが必要である。

ここで、最も大きい発熱量が必要なＵ相の電流指令をＩＵＨｃ＝Ｉｈとする。Ｉｈの算出方法については、予め設定された固定値でも、目標温度に対するフィードバック制御により算出される値でも構わない。しかしながらモータ電流の和は０という制約があるため、残るＶ相とＷ相の電流指令については、数式１０を満たすために巻線抵抗Ｒ３の関係に従って、以下の様にとりうる値の範囲が制限される。

ただし実施を容易とするために数式１１から数式１４は数式１０を満たすための十分条件である。また数式１３および数式１４においては、巻線抵抗に対しても制約が発生するが、通常のバラつきの範囲では問題なく制約を満たす。

ＩＶＨｃおよびＩＷＨｃはＩＵＨｃ＝Ｉｈとして、数式１１から数式１４を満たす範囲で任意であるが、巻線温度の温度差に比例した発熱量となるように選ぶことが望ましい。

次にステップＳ１０８において、電圧指令演算手段１５は相電流Ｉｍ３が電流指令Ｉｃ３と等しくなるように電圧指令Ｖｃｈ３を算出する。

次にステップＳ１０９において、モード切替信号が予熱制御モードであればステップＳ１００へ戻って上記の各ステップを繰返し、予熱制御モードでなければ予熱制御を終了する。

上記で説明したように、各相の巻線温度を比較しながら巻線温度の低い相がより大きな発熱量となるように電流を流すことにより、圧縮機内部温度が均等になるように予熱される。

なお本実施例において、電源は直流電源としたが、交流電源を整流器によって直流化した電源でも成立する。

また、抵抗演算のための第１および第２の電流指令を各々１相を０としたが、次の式において抵抗ＲＵ，ＲＶ，ＲＷの解が一意に算出できる範囲内で、第１および第２の電流指令は任意である。

本発明の予熱制御装置は、冷凍サイクルを有する空気調和機や給湯機などの用途に適用できる。

１ 圧縮機
２ 圧縮機モータ
３ インバータ回路
４ 電流検出回路
５ 直流電源
６ 直流部電圧検出回路
７ 制御回路
８ 予熱制御器
９ 駆動制御器
１０ 電圧指令切換器
１１ ＰＷＭ信号生成器
１２ 巻線抵抗演算手段
１３ 巻線温度演算手段
１４ 電流指令演算手段
１５ 電圧指令演算手段
１６ シーケンス制御手段
１７ 第１電流指令出力部
１８ 第２電流指令出力部
１９ 予熱電流指令演算部
２０ 電流指令切換部

Claims (1)

1. ３相インバータ圧縮機モータの予熱制御装置において、電圧指令とモータ電流とから圧縮機モータの各相抵抗を算出する相抵抗演算手段と、各相抵抗から各相の巻線温度を算出する巻線温度演算手段と、各相抵抗と各相の電流指令を算出する電流指令演算手段と、モータ電流と電流指令とから電圧指令を算出する電圧指令演算手段と、相抵抗演算手段と巻線温度演算手段と電流指令演算手段と電圧指令演算手段の動作を制御するシーケンス制御手段とを備え、電流指令演算手段が各相の巻線温度が均一となるように各相の電流指令を算出することを特徴とする圧縮機モータの予熱制御装置。