JP2014166044A - 冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置によって駆動する電動機駆動装置と、前記電動機駆動装置によって駆動制御される電動機によって駆動する圧縮機と、を備えた冷蔵庫であって、前記電力変換装置は、PWM制御を行うためのパルス信号を出力するパルス制御部と、前記パルス制御部から出力されたパルス信号を用いて、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流に基づいてベクトル制御を行い、前記パルス制御部への指令電圧を生成するベクトル制御部と、前記電力変換回路の電流位相を基準として定められた区間の前記パルス信号を、前記定められた区間に亘って停止させるためのパルス停止制御信号を生成し、このパルス停止制御信号を前記パルス制御部へ出力するパルス停止制御部と、を具備する。
【選択図】図1
Description
本実施形態に係る電力変換装置は、PWM制御のパルス信号を用いて直流電力を交流電力に変換する電力変換回路(インバータ)と、電力変換回路に流れる電流を検出してその電力変換回路をベクトル制御するベクトル制御部とを備えている。さらに、電力変換回路に流れる電流位相のゼロクロス点を基準として定められた区間のパルス信号を停止させて、同相の上下アームのスイッチ素子を停止させる開放相区間を設けている。これにより、PWM制御時のスイッチング回数を低減させてスイッチング損失を低下させることができると共に、開放相区間を設けることで電流位相のゼロクロス点によって、電動機の磁石位置の正確な位置情報を取得することができる。その結果、安定したベクトル制御を行って、電力変換回路(インバータ)および電動機の効率を向上させることが可能となる。
図1は、第1実施形態に係るPWM制御方式の電力変換装置1aの回路構成を示している。第1実施形態の電力変換装置1aでは、図1に示すように、PWM制御で駆動する三相インバータからなる電力変換回路4によって、永久磁石同期電動機である交流電動機3をベクトル制御で駆動する場合において、電力変換回路4のパルス信号に相パルス停止区間(すなわち、開放相区間)を設けたときの制御方法について説明する。
図1に示すように、電力変換装置1aは、直流電力を交流電力に変換する3相インバータからなる電力変換回路4と、電力変換回路4に接続された交流電動機(電動機)3に流れる電動機電流を検出する相電流検出部6と、相電流検出部6で検出された相電流情報(電流)6Aに基づいてPWM制御を行うパルス信号を用いてベクトル制御を行う制御装置5aとを備えて構成される。また、電力変換回路4は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とダイオードとが逆並列された三相構成の半導体スイッチング素子Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swnから構成された電力変換主回路41と、パルス制御部7からのパルス信号7Aに基づいて電力変換主回路41のIGBTへ供給されるゲート信号を発生するゲート・ドライバ42とを備えて構成される。
ここで、第1実施形態の電力変換装置1aにおけるPWM制御時のスイッチング動作を明確化するため、従来方式を用いた比較例の電力変換装置1b(図6参照)におけるPWM制御について、図2および図6を用いて説明する。図2は、比較例における、交流電動機3に流れる交流電圧、交流電流およびパルス信号の関係を示す波形図であり、横軸に電圧位相、縦軸に電圧、電流およびパルス信号の各レベルを示している。また、図6は、比較例のPWM制御方式の電力変換装置1bの回路構成を示している。なお、図6において、図1と同じ符号の要素は同じ機能を有している。また、ベクトル制御部8が行うベクトル制御は図1の場合と同様の制御方法である。
以下の説明においては、PWM制御を行うパルス信号のスイッチング動作を一時停止させるパルス停止制御部9(図1参照)の動作について、図1と図3を用いて説明する。したがって、比較例で述べたPWM制御の基本的な動作については、重複を避けるために説明を省略する。
図4は、第1実施形態の電力変換装置1aを備える実機を駆動した場合の、U相電圧、U相電流、およびパルス信号の関係を示す波形図であり、横軸に電圧位相、縦軸に電圧、電流、およびパルス信号の各レベルを示している。すなわち、図4は、第1実施形態による電流のゼロクロス点を含んだ近傍に相パルス停止区間を設けた手法で、二相変調型PWM制御方式において相パルス停止区間を設定して実機を駆動した場合の電圧、電流およびパルス信号を示している。
図5は、第1実施形態の電力変換装置1aによる、相パルス停止区間(開放相区間)δに対する電力変換回路損失、電動機損失およびそれらを足し合わせた総合損失の関係を示す特性図であり、横軸に相パルス停止区間(開放相区間)δ、縦軸に損失を表わしている。すなわち、図5は、パルス停止制御部9で設定する相パルス停止区間δと電力変換回路4の損失、交流電動機3の損失およびこれらの二つの損失を合わせた総合損失の特性を示している。
ここで、第1実施形態の変形例として、相パルス停止区間δを1サイクル区間の片方のみとする場合と、相パルス停止区間の位相を固定の状態にする場合とについて説明する。図7は、第1実施形態の変形例に係る電力変換装置における、電動機に流れる交流電圧、交流電流およびパルス信号と、相パルス停止制御信号との関係を示す波形図であり、横軸に電圧位相θv、縦軸に電圧、電流、パルス信号および開放相制御信号の各レベルを表している。
第2実施形態では、第1実施形態のように相パルス停止区間δを設けたPWM制御方式と、相パルス停止区間δを設けない通常のPWM制御方式との切替えについて説明する。すなわち、第2実施形態では、運転条件(例えば、交流電動機の回転速度)によって相パルス停止区間δを切り替えることができる電力変換装置について説明する。
第3実施形態では、第1実施形態の電力変換装置1aおよび第2実施形態の電力変換装置11を空調機の圧縮機駆動に適用した場合について、説明する。図10は、第3実施形態に係る空調機100の全体構成図を表している。
第4実施形態では、第1実施形態の電力変換装置1aおよび第2実施形態の電力変換装置11を冷蔵庫の圧縮機駆動に適用した場合について、説明する。図12は、第4実施形態に係る冷蔵庫200の全体構成図を表している。
Claims (7)
- 電力変換装置によって駆動する電動機駆動装置と、前記電動機駆動装置によって駆動制御される電動機によって駆動する圧縮機と、を備えた冷蔵庫であって、
前記電力変換装置は、
前記PWM制御を行うためのパルス信号を出力するパルス制御部と、
前記パルス制御部から出力されたパルス信号を用いて、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流に基づいてベクトル制御を行い、前記パルス制御部への指令電圧を生成するベクトル制御部と、
前記電力変換回路の電流位相を基準として定められた区間の前記パルス信号を、前記定められた区間に亘って停止させるためのパルス停止制御信号を生成し、このパルス停止制御信号を前記パルス制御部へ出力するパルス停止制御部と、
を具備することを特徴とする冷蔵庫。 - 前記パルス停止制御部は、
前記電動機の運転条件に応じて、所定の相ごとに、前記電力変換回路に流れる電流のゼロクロス点を含む区間にある前記パルス信号の停止区間を変更するための前記パルス停止制御信号を生成することを特徴とする、請求項1記載の冷蔵庫。 - 前記電動機の運転条件は、該電動機の回転速度、該電動機の出力トルク、前記電力変換回路の直流母線電流、交流出力電流、及び交流出力周波数の少なくとも1つの動作状態であることを特徴とする、請求項2記載の冷蔵庫。
- 前記パルス停止制御部は、
前記パルス信号の停止区間の変更を、
(a)所定の停止区間から停止区間ゼロの状態へ直ちに切り替える、
(b)所定の停止区間から停止区間ゼロの状態へ一定の変化率で変化させる、
(c)所定の停止区間から停止区間ゼロの状態へ非線形な変化率で変化させる、
の前記(a)乃至前記(c)のいずれかによって行うことを特徴とする、請求項2又は3記載の冷蔵庫。 - 前記パルス停止制御部は、
前記パルス信号の停止区間の変更を、
(d)停止区間ゼロの状態から所定の停止区間へ直ちに切り替える、
(e)停止区間ゼロの状態から所定の停止区間へ一定の変化率で変化させる、
(f)停止区間ゼロの状態から所定の停止区間へ非線形な変化率で変化させる、
の前記(d)乃至前記(f)のいずれかによって行うことを特徴とする、請求項2又は3記載の冷蔵庫。 - 前記パルス信号の停止区間の前後で該パルス信号のパルス列は、ON/OFFデューティ波形が非対称であることを特徴とする、請求項2又は3記載の冷蔵庫。
- 前記パルス停止制御部は、
前記圧縮機の圧縮工程時に前記パルス信号の停止区間をゼロあるいは微小な値とし、前記圧縮機の吐出工程及び吸込工程に前記パルス信号の停止区間を設定することを特徴とする、請求項2又は3記載の冷蔵庫。
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