JP2015019476A - モータ制御装置及び冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】瞬時的な停電や電圧低下時でも、簡易な構成で正常動作を続けることを目的とする。
【解決手段】電源電圧が低下して変調率域となった場合、速度制御の入力値である回転指令値と、実速度とを同値として扱うように制御する。また、電源電圧が所定の通常値に復帰してから、一定時間経過後または制御内部量の脈動が所定範囲内になった後に、速度制御を所定の通常状態に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置及び冷蔵庫に関する。

海外で電化製品を使用する場合、海外の電源事情を考慮する必要がある。海外では日本に比べて電源電圧が不安定であり、瞬時的な停電や電圧が低下しても、正常動作を続ける必要がある。

また、冷蔵庫等に用いる家電用モータ制御装置は、低コストを実現するため、低容量の電解コンデンサを使用する等、瞬時的な停電等に弱い構成にならざるを得ない。

そのため、安価な構成としながらも、瞬時的な停電や電圧低下時でも、正常動作を続けることを可能にするモータ制御が求められる。

従来、電圧過小過大の問題を解決する手段として特許文献１の制御が知られている。交流を直流に変換し直流電圧を上昇させる機能を有する電力変換回路と、同期電動機をベクトル制御し弱め磁束制御機能を有する制御装置において、電力変換回路と弱め磁束制御の調整により、低回転数から高回転数まで高効率の制御を実現している。

特開２００４−１０１１５１号公報

特許文献１では、直流電圧を上昇させる機能を有する電力変換回路分のコストが発生する。また、基板スペースの拡大や開発期間が長期化する。

上記従来の課題を解決するために本発明は、瞬時的な停電や電圧低下時でも、簡易な構成で正常動作を続けることができるモータ制御装置を提供する。

上記課題を解決するために、一例として本発明のモータ制御装置は、電源電圧が低下して変調率域となった場合、速度制御の入力値である回転指令値と、実速度とを同値として扱うように制御することを特徴とする。

本発明によれば、瞬時的な停電や電圧低下時でも、簡易な構成で正常動作を続けることができるモータ制御装置を提供できる。

本発明の実施例におけるモータ制御装置の一実施形態を例示するブロック図 モータの速度とＰＷＭの電圧信号のオン時間との関係を例示する図 電源電圧低下及び電源電圧復帰に関する電源電圧の推移を示す図 速度制御部のＰＩ制御部の積分項の推移を示す図 変調率の推移を示す図 制御限界となる変調率の限界点を超えた時に速度制御の入力偏差をゼロとした場合の積分項の値を示す図 電圧復帰時の回転座標系である実回転ｄ−ｑ軸と制御指令のｄｃ−ｑｃ軸の位相のずれである軸誤差を示す図 速度制御リミッタのアルゴリズムを例示する流れ図

以下、本発明の実施例として、永久磁石同期モータを使用したモータ制御装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施例における同期モータ制御装置の一実施形態を示すブロック図である。この同期モータ制御装置は、商用電源１の交流電圧を、コンバータ部２にて直流電圧に変換する。インバータ部３では直流電圧をマイコンから出力されたドライブ信号４を元に三相の交流電圧を出力しモータ５を回転させる。マイコン内の電流推定部６ではシャント抵抗７に発生する電流情報８から、モータ電流９を算出する。ｄｑ変換部１０では算出されたモータ電流９をｄｑ変換する。速度推定部１２では、ｄｑ変換されたモータ電流情報１１からモータ５の速度１３を推定する。速度制御部１４では外部マイコン等の速度指令部１５からの速度指令１６と、推定した速度１３との偏差から、電流指令１７を算出し出力する。電流制御部１８では、第一の電流指令１７とｄｑ変換した電流１１との差分から、第二の電流指令１９を算出し出力する。電圧指令演算部２０では、第二の電流指令１９からｄｑ軸上の電圧出力指令２１を出力する。ｄｑ逆変換部２２では電圧出力指令をｕｖｗの三相に変換しドライブ信号４を出力する。

図２は、速度制御部１４の構成である。速度制御部１４は速度指令１６と推定した速度１３の偏差から、ＰＩ制御部２３にて電流指令１７を算出する。

図３は、電源電圧低下および電源電圧復帰に関する電源電圧の推移である。通常時２４は電源電圧が一定である。しかし、電源環境が不安定な国においては、電源電圧が大きく低下する場合がある。

図４は、速度制御部１４のＰＩ制御部２３の積分項の推移である。電源電圧が一定である通常時２４は、速度指令１６と推定した速度１３が一致するため、速度指令１６や電源電圧が一定の条件であれば積分項の値はほぼ一定値を示す。しかし、電圧不足時２５では、電源電圧が低下し電圧が不足しているため速度制御部１４の出力である電流指令１７を増加させても、モータ５に出力する電圧を増加させることができず、速度指令１６と推定した速度１３が一致しない。そのため、積分項の値が時間とともに増加し続け、電圧復帰タイミング２７時の積分項２９は大きい値となる。尚、電源電圧が復帰すると速度指令値と速度推定値が一致するため積分項は減少していく。

図５は、変調率の推移を示した図である。通常時２４は制御不能となる変調率の限界点３０（通常は１００％で特殊制御を用いた場合１００％を超える）よりも低い値となるようにして使用している。しかし、電圧不足時２５は変調率の限界点３０を超えて上昇していく。

図６は、制御限界となる変調率の限界点３０を超えた時に速度制御の入力偏差をゼロ（速度制御入力となる回転指令値と実速度を同値として扱う）とした場合の積分項の値３１を示した図である。変調率の限界点を超えた時に速度制御の入力偏差をゼロにすることにより、積分項の値の上昇を抑制でき一定にすることができる。そのため、入力偏差をゼロにした場合の電圧復帰タイミング時の積分項３２は、入力偏差をゼロにしない場合と比べ小さくなり、過大な電圧出力を防止することができる。

図７は、電圧復帰時の回転座標系である実回転ｄ−ｑ軸と制御指令のｄｃ−ｑｃ軸の位相のずれである軸誤差を示す図である。通常時２４は圧縮機の吸込み吐出工程による負荷変動によって変動はあるものの安定している。しかし、電圧不足時２５では、速度指令１６の通りに制御するのに必要な電圧が不足しているため、ｄ−ｑ軸が遅れて軸誤差がプラス方向になる。また、通常時２４に比べ軸誤差の変動が大きく乱れる傾向にある。その後、電源電圧が復帰すると必要以上に電圧が印加されるため、ｄ−ｑ軸が進み、軸誤差がマイナス方向になる。また、電圧の急変動という要因も重なり軸誤差等の制御内部量が大きく乱れる傾向にある。そのため、制御内部量が乱れ不安定な状況において、積分項を通常に戻すと不安定要因が増加し、モータが異常停止しやすくなる。そのため、軸誤差等の制御内部量が安定（符号３３）してから、又は電源電圧が安定後一定時間経過後（符号３４）に、積分項を通常に戻すことにより（符号３５）、制御が安定し異常停止を防止することができる。

図８は、速度制御リミッタのアルゴリズムを例示する流れ図である。変調率（電源電圧と出力電圧の比率）が限界値以上の場合（符号３６）、速度制御入力偏差をゼロ（回転指令値と実速度を同値として扱う）にする（符号３７）。変調率が限界値以内（符号３８）、かつ速度制御入力がゼロ（符号３９）、かつ一定時間経過後（又は制御内部量安定後）の場合（符号４０）、速度制御入力を通常処理に戻す（符号４１）。

以上の実施例によれば、電源電圧が低下して変調率域となった場合、速度制御の入力値である回転指令値と、実速度とを同値として扱うように制御する。これにより、電圧出力を維持し、電源電圧復帰時に過大な電圧をモータに印加することがなくなり、脱調等の異常によるモータ停止を防止する。

また、源電圧が所定の通常値に復帰してから、一定時間経過後または制御内部量の脈動が所定範囲内になった後に、速度制御を所定の通常状態に戻す。これにより、安定したモータ動作を可能とする。

なお、本実施例のモータ制御装置を搭載した冷蔵庫によれば、瞬時的な停電や電圧低下が発生しても、庫内を冷やし続けることができる。

１ 商用電源、２ コンバータ部、３ インバータ部、４ ドライブ信号、５ モータ、６ 電流推定部、７ シャント抵抗、８ 電流情報、９ モータ電流、１０ ｄｑ変換部、１１ モータ電流情報、１２ 速度推定部、１３ 速度、１４ 速度制御部、１５ 速度指令部、１６ 速度指令、１７ 電流指令、１８ 電流制御部、１９ 第二の電流指令、２０ 電圧指令演算部、２１ 電圧出力指令、２２ ｄｑ逆変換部、２３ ＰＩ制御部、２４ 通常時、２５ 電圧不足時、２７ 電圧復帰タイミング、２９ 積分項、３０ 限界点、３１ 積分項の値、３２ 電圧復帰タイミング時の積分項

Claims (3)

1. 電源電圧が低下して変調率域となった場合、速度制御の入力値である回転指令値と、実速度とを同値として扱うように制御することを特徴とするモータ制御装置。
2. 電源電圧が所定の通常値に復帰してから、一定時間経過後または制御内部量の脈動が所定範囲内になった後に、速度制御を所定の通常状態に戻すことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１又は２記載のモータ制御装置を有することを特徴とする冷蔵庫。