JP2013038855A - 同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロコンピュータ(A1)により、3相のインバータを有するインバータ回路(3)の直流電流(Idc)を、同期モータ(4)の機械的一回転の周期に亘って測定し、3相の各インバータの瞬時電力を計算する。3相の各インバータの瞬時電力から同期モータ駆動装置(MD1)の有効電力を算出し、さらに、商用交流入力電流(Iac)の実効値を推定する。
【選択図】図1
Description
<実施の形態1>
図1を参照して、本発明の実施の形態1における、同期モータ駆動装置MD1の構成および動作を説明する。
マイクロコンピュータA1は、PWM信号生成部7と、入力電流推定部6とを有する。PWM信号生成部7は、PWM信号を生成してインバータ回路3へ出力する。入力電流推定部6は、電流検出回路5から出力される直流電流信号Idc_sigおよびPWM信号生成部7から出力されるPWM信号に基づき、商用交流電源1から同期モータ駆動装置MD1に供給される入力交流電流の推定電流実効値Iac_estを計算し、PWM信号生成部7に出力する。
瞬時電流分配部61は、所定の時刻tで検出した直流電流信号Idc_sigに基づき、時刻tにおいてインバータ回路3に流れる直流電流Idcを、3相(U相/V相/W相)の各インバータに流れる瞬時電流Iu(t)、Iv(t)、およびIw(t)に分配する。インバータ回路3の直流電流Idcは、3相の各インバータから負極直流ラインPL2に流れる電流の合計である。その3相の各インバータに流れる電流は、マイクロコンピュータA1に含まれるPWM信号生成部7が出力するPWM信号で制御される。
瞬時電力計算部62は、3相の瞬時電流Iu(t)、Iv(t)、およびIw(t)に基づき、所定の時刻tにおける瞬時電力p(t)を計算する。瞬時直流電圧格納部621は、コンバータ回路2が出力する、時刻tにおける直流電圧Vdcの値を格納している。瞬時電力p(t)は、瞬時電流Iu(t)、Iv(t)、およびIw(t)と瞬時直流電圧格納部621に格納されている直流電圧Vdcに基づき、以下の式で計算される。なお、以降の式で、記号”*”は乗算記号を、記号”/”は除算記号を、各々意味する。
ここで、pu(t)、pv(t)およびpw(t)は、各々、U相、V相、およびW相の瞬時電力であり、下記の式により求められる。
pu(t)=Vdc*U相PWMデューティ比*Iu(t)
pv(t)=Vdc*V相PWMデューティ比*Iv(t)
pw(t)=Vdc*W相PWMデューティ比*Iw(t)
PWMデューティ比とは、PWM波形のデューティ比である。
P=(p(t1)+p(t2)+ … +p(tn))/T
有効電力Pは、上記の計算式により求められる。
図3を参照して、同期モータ4の機械的1回転の周期Tで設定する瞬時電力p(t)の検出時刻t1〜tnについて説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置MD1において、インバータ回路3が出力する3相交流電流の波形を示す模式図である。横軸は、同期モータ4の機械的1回転、つまり機械角度360°に対応する範囲を示す。縦軸は、インバータ3の相別(U相/V相/W相)の出力電流波形を模式的に示す。
P=(p(t1)+ … +p(t12))/12
4極3相の同期モータの有効電力Pは、上記計算式により求められる。
P=(p(t1)+ … +p(t18))/18
6極3相の同期モータの有効電力Pは、上記計算式により求められる。
図1において、商用交流電源1から同期モータ駆動装置MD1へ供給される入力交流電圧および入力交流電流の実効値は、各々、VacおよびIacである。入力交流電圧と入力交流電流との位相差を”θ”とすると、その有効電力は、Vac*Iac*cos(θ)となる。ここで、同期モータ駆動装置MD1が消費する総合有効電力をP_md1とすると、両者の有効電力の値には、
Vac*Iac*cos(θ)=P_md1
という関係が成立する。
P_ipm1=k1*P_comp
なお、比例定数k1は実験等により得られる値であり、マイクロコンピュータA1に格納される。
Vac*Iac*cos(θ)=P_md1 … 式1
P_md1=P_comp+P_ipm1=(1+k1)*P_comp … 式2
即ち、総合有効電力P_md1は、同期モータ4の有効電力と比例定数k1により求められる。
式1と式2から、入力交流電流の実効値Iacは、以下の式で求められる。
Iac=(1+k1)*P_comp/(Vac*cos(θ)) … 式3
以下に、入力交流電圧の実効値Vacと力率cos(θ)の算出方法を説明する。
ここで、降下総合電圧値とは、コンバータ回路2の直流出力電圧のリプル電圧やダイオードブリッジ等に起因する降下電圧の和であり、あらかじめマイクロコンピュータA1に設定値を格納しておく。
ここで、定格交流電圧とは、同期モータ駆動装置MD1が動作する定格交流電圧の値である。この式によると、√2の除算が不要となり、マイクロコンピュータA1によるVacの計算が簡略化される。
Iac_est=(1+k1)*P_comp/(Vac*cos(θ))
推定電流実効値Iac_estの計算式は、上記の式3に対応する。
<実施の形態1の変形例>
図6を参照して、本発明の実施の形態1の変形例に係る、同期モータ駆動装置MD11の構成および動作について説明する。
Vac*Iac*cos(θ)=P_md11
という関係が成立する。
P_ipm21=k1*P_comp+k2*P_fan
従って、P_compおよびP_fanをも加えた同期モータ駆動装置MD11の総合有効電力P_md11は、
Vac*Iac*cos(θ)=P_md11
P_md11=(1+k1)*P_comp+(1+k2)*P_fan
となる。
各々、以下の通りとなる。
Iac1_est=(1+k1)*P_comp/(Vac*cos(θ))
Iac2_est=(1+k2)*P_fan/(Vac*cos(θ))
なお、Vacおよび力率cos(θ)の値は、実施の形態1と同様に求める。
<実施の形態2>
図8を参照して、本発明の実施の形態2に係る、同期モータ駆動装置MD2の構成および動作について説明する。
マイクロコンピュータA3は、入力電流推定部6AおよびPWM信号生成部7とを有する。PWM信号生成部7は、PWM信号を生成してインバータ回路3へ出力する。入力電流推定部6Aは、電流検出回路53から出力される直流電流信号Iru、Irv、IrwとPWM信号生成部7から出力されるPWM信号とに基づき、商用交流電源1から同期モータ駆動装置MD2に供給される入力交流電流の推定電流実効値Iac_estを計算し、PWM信号生成部7に出力する。
入力電流推定部6Aは、さらに、商用交流電源1の交流電圧の実効値Vacの値を格納する電圧実効値格納部641、入力交流電圧および入力交流電流間の力率を格納する力率テーブル642、および同期モータ駆動装置MD2の熱損失エネルギーを消費電力に換算する比例定数格納部643を有する。
瞬時電力計算部62Aは、3相の瞬時電流およびPWM信号生成部7から出力されるPWM信号に基づき、所定の時刻tにおける瞬時電力p(t)を計算する。瞬時直流電圧格納部621は、コンバータ回路2が出力する、時刻tにおける直流電圧Vdcの値を格納している。瞬時電力p(t)は、瞬時電流Iu(t)、Iv(t)、およびIw(t)と瞬時直流電圧格納部621に格納されている直流電圧Vdcに基づき、以下の式で計算される。なお、以下の式で、記号”*”は乗算記号を、記号”/”は除算記号を、各々意味する。
ここで、pu(t)、pv(t)およびpw(t)は、各々、U相、V相、およびW相の瞬時電力であり、下記の式により求められる。
pu(t)=Vdc*U相PWMデューティ比*Iu(t)
pv(t)=Vdc*V相PWMデューティ比*Iv(t)
pw(t)=Vdc*W相PWMデューティ比*Iw(t)
PWMデューティ比とは、PWM波形のデューティ比である。
P=(p(t1)+p(t2)+ …… +p(tn))/T
有効電力Pは、上記の計算式により求められる。
<実施の形態の変形例>
図10を参照して、本発明の各実施の形態に共通な変形例を説明する。
Claims (14)
- 商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を3相交流電流に変換し、同期モータへ出力する3相のインバータを有するインバータ回路と、
前記3相のインバータのスイッチングを制御するPWM信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記インバータ回路の直流電流を検出する電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記同期モータの機械的1回転周期に亘る複数の検出時刻で前記直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記直流電流を、前記3相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記直流電圧と前記瞬時電流とに基づき、前記3相の各インバータの瞬時電力を算出する、
同期モータ駆動装置。 - 前記マイクロコンピュータは、
前記PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記インバータ回路の直流電流を、前記PWM信号に基づき、前記3相の各インバータの瞬時電流に分配する瞬時電流分配部と、
前記直流電圧および前記各瞬時電流に基づき、前記3相の各インバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有する、請求項1記載の同期モータ駆動装置。 - 前記電流検出回路は、前記コンバータ回路と前記インバータ回路との電源配線間に設けられた抵抗の両端の電圧から、前記インバータ回路の直流電流を検出する、請求項1または2に記載の同期モータ駆動装置。
- 商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を3相交流電流に変換し、同期モータへ出力する3相のインバータを有するインバータ回路と、
前記3相のインバータのスイッチングを制御するPWM信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記3相の各インバータの直流電流を検出する電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記同期モータの機械的1回転周期に亘る複数の検出時刻で前記3相の各インバータの直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記3相の各インバータの直流電流を、前記3相の各インバータの瞬時電流として出力し、
前記直流電圧、前記瞬時電流、および前記PWM信号に基づき、前記3相の各インバータの瞬時電力を算出する、
同期モータ駆動装置。 - 前記マイクロコンピュータは、
前記PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記3相の各インバータの直流電流を、前記3相の各インバータの瞬時電流として出力する瞬時電流検出部と、
前記直流電圧および前記各瞬時電流に基づき、前記3相の各PWMインバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有する、請求項4記載の同期モータ駆動装置。 - 前記電流検出回路は、前記3相の各インバータと電源配線との間に各々設けられた抵抗の両端の電圧から、前記3相の各インバータの直流電流を検出する、請求項4または5に記載の同期モータ駆動装置。
- 前記マイクロコンピュータは、さらに、前記複数の検出時刻における前記3相のインバータの瞬時電力の加算結果を、前記複数の検出時刻の設定数で除算した有効電力を出力する有効電力計算部を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
- 前記マイクロコンピュータは、さらに、前記同期モータの極数の値を保持する同期モータ極数格納部を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
- 前記マイクロコンピュータは、さらに、前記複数の検出時刻を等間隔に設定する同期モータの電気角度を保持する検出周期格納部を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
- 前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力に対する熱損失分の電力の比率の値を格納する比例定数格納部を有する、請求項7から9のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
- 前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力および前記熱損失分の電力の和と前記コンバータ回路に入力される前記商用交流電流と交流電圧との力率との関係を示す力率テーブル、または、前記同期モータの回転速度と前記力率との関係を示す力率テーブルを有する、請求項10記載の同期モータ駆動装置。
- 前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力、前記熱損失分の電力、前記力率テーブルおよび前記コンバータの入力に印加される交流電圧の実効値に基づき、前記コンバータの入力に印加される交流電流の実効値の推定値を出力する入力電流計算部を有する、請求項11に記載の同期モータ駆動装置。
- 商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を3相交流電流に変換し、第1の同期モータへ出力する3相のインバータを有する第1のインバータ回路と、
前記直流電圧を3相交流電流に変換し、第2の同期モータへ出力する3相のインバータを有する第2のインバータ回路と、
前記第1の3相のインバータのスイッチングを制御する第1のPWM信号および前記第2の3相のインバータのスイッチングを制御する第2のPWM信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記第1のインバータ回路の第1の直流電流を検出する第1の電流検出回路と、
前記第2のインバータ回路の第2の直流電流を検出する第2の電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記第1の同期モータの機械的1回転周期に亘る複数の検出時刻で前記第1の直流電流を検出し、
前記第2の同期モータの機械的1回転周期に亘る複数の検出時間で前記第2の直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記第1の直流電流を、前記第1の3相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記複数の検出時刻で検出した前記第2の直流電流を、前記第2の3相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記直流電圧および前記第1の3相の各インバータの瞬時電流に基づき、前記第1の3相の各インバータ別の瞬時電力を算出し、
前記直流電圧および前記第2の3相の各インバータの瞬時電流に基づき、前記第2の3相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置。 - 請求項1から13のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置を備えた冷凍サイクルを有する機器。
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