JP2015142462A - Inverter control device and refrigerator employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータの異常を検出する技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting an abnormality of an inverter.
インバータから同期モータへ三相交流を供給するモータ配線のうち一相だけが断線や接続不良などにより電流が流れない欠相の状態で、同期モータを駆動し続けた場合、同期モータが振動する問題や、インバータにおいて欠相していない相の電流が増加する問題が発生し、同期モータやインバータの2次故障を引き起こす場合がある。 The problem that the synchronous motor vibrates when the synchronous motor continues to be driven with only one phase of the motor wiring supplying three-phase alternating current from the inverter to the synchronous motor in a phase-open state where current does not flow due to disconnection or poor connection. In addition, there is a problem that the current of the phase that is not in phase increases in the inverter, which may cause a secondary failure of the synchronous motor or the inverter.
特許文献1には、同期モータを駆動するための3相交流電圧を出力する3相インバータと、同期モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有するモータ制御装置が記載されている。
特許文献1に示されているような欠相を検出する技術は、インバータ回路内の複数のスイッチ素子の何れか一つが故障した場合に、その故障を検知できない。
The technique for detecting an open phase as disclosed in
上記課題を解決するために、本発明の一態様であるインバータ制御装置は、複数のスイッチ素子を含むインバータ回路であって、複数のスイッチ素子の開閉状態を変化させることにより直流電力を三相交流電力に変換して同期モータへ供給するインバータ回路に接続され、インバータ回路を流れる電流に基づいてインバータ回路から同期モータへ流れる三相の出力電流を算出する電流算出部と、出力電流に基づいて、インバータ回路から同期モータに印加する電圧を指示する三相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、三相の電圧指令値に基づいて複数の判定タイミングを決定し、複数の判定タイミングにおける出力電流に基づいて、複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する異常検出部とを備える。 In order to solve the above-described problem, an inverter control device according to one aspect of the present invention is an inverter circuit including a plurality of switch elements, and converts DC power to three-phase AC by changing an open / close state of the plurality of switch elements. Based on the output current, a current calculation unit that is connected to an inverter circuit that converts to electric power and supplies the synchronous motor, calculates a three-phase output current that flows from the inverter circuit to the synchronous motor based on the current flowing through the inverter circuit, A voltage command calculation unit for calculating a three-phase voltage command value for instructing a voltage to be applied to the synchronous motor from the inverter circuit, and determining a plurality of determination timings based on the three-phase voltage command value, and outputting at the plurality of determination timings And an abnormality detection unit that determines a failure of each of the plurality of switch elements based on the current.
本発明の一態様によれば、インバータ回路の動作中に、インバータ回路内の複数のスイッチ素子の何れか一つの故障を検出することができる。 According to one embodiment of the present invention, a failure of any one of a plurality of switch elements in an inverter circuit can be detected during operation of the inverter circuit.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例では、本発明を適用した冷凍装置について説明する。冷凍装置は例えば、空気調和機や冷凍機などである。 In this embodiment, a refrigeration apparatus to which the present invention is applied will be described. The refrigeration apparatus is, for example, an air conditioner or a refrigerator.
(冷凍装置の構成) (Configuration of refrigeration equipment)
図1は、実施例1の冷凍装置の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of the refrigeration apparatus of the first embodiment.
冷凍装置1は、室外機1aと、配管により室外機1aに接続されている室内機1bとを有する。室外機1aは、圧縮機2、室外熱交換器4、アキュームレータ6を有する。室内機1bは、室内膨張弁5、室内熱交換器3を有する。圧縮機2、室外熱交換器4、室内膨張弁5、室内熱交換器3、アキュームレータ6は順に接続され、冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルを形成している。室内機1bはさらに、室内熱交換器3へ送風するファンモータ7を有する。室外機1aはさらに、室外熱交換器4へ送風するファンモータ8と、圧縮機2の内部に配置されて圧縮機2を駆動する永久磁石同期モータ9と、永久磁石同期モータ9を駆動するモータ駆動装置10と、モータ駆動装置10を制御する上位装置11とを含む。本実施例では、同期モータとして、永久磁石同期モータ9が用いられる。
The
モータ駆動装置10は、冷凍サイクルに必要とされる圧縮機2の能力に応じて永久磁石同期モータ9の運転周波数(回転速度)を制御する。上位装置11は、モータ駆動装置10へ指示を送る。モータ駆動装置10と上位装置11は、互いに通信することによりモータ駆動装置10の運転状態を共有する。モータ駆動装置10がモータ駆動装置10の異常を検出した場合、上位装置11は、検出された異常を上位装置11の表示部に表示する。
The
(モータ駆動装置10の構成) (Configuration of motor driving device 10)
図2は、実施例1のモータ駆動装置10の構成を示す。
FIG. 2 shows a configuration of the
モータ駆動装置10は、直流電力を供給する直流電源12と、直流電源12からの直流電力を交流電力に変換するインバータ13と、インバータ13の直流側に設けられたシャント抵抗43と、シャント抵抗43の電圧を増幅することにより直流母線電流(入力電流)Idcを検出する母線電流検出器15と、上位装置11からの指示と直流母線電流Idcに従って永久磁石同期モータ9を制御する制御器16とを備える。
The
インバータ13は、6個の半導体パワー素子Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wnを有する。半導体パワー素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、バイポーラトランジスタなどのスイッチ素子(自己消弧素子)と、スイッチ素子に逆並列に接続された還流ダイオードとを含む。各相の二つの半導体パワー素子は、直列に接続されて一つの上下アームを構成し、三つの上下アームは、並列に接続される。ここで、半導体パワー素子Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wnはそれぞれ、U相の上アーム、U相の下アーム、V相の上アーム、V相の下アーム、W相の上アーム、W相の下アームに対応する。各相において、上下アームの中間の端子と永久磁石同期モータ9の端子の間がモータ配線44により接続されている。モータ配線44は、インバータ13により出力される三相交流電力を永久磁石同期モータ9へ供給する。
The
直流電源12は、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ(整流器)や、バッテリであり、インバータ13の直流側に直流電力を供給する。制御器16は、マイクロコンピュータもしくはDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等の半導体演算素子により実現される。制御器16は、電流算出部17と、異常検出部18と、モータ制御部19と、PWM制御部14とを含む。電流算出部17は、母線電流検出器15にて検出された直流母線電流Idcから、三相のモータ電流(出力電流)Iu、Iv、Iwを算出する。三相のモータ電流は、モータ配線44をインバータ13から永久磁石同期モータ9へ流れる。モータ制御部19は、算出されたモータ電流と上位装置11からの指示とに基づいて、永久磁石同期モータ9に供給する三相の電圧を示す電圧指令値を算出する。PWM制御部14は、電圧指令値に基づいて、インバータ13の半導体パワー素子Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wnのそれぞれのオン/オフ制御のためのゲート信号であるPWM信号を生成して出力する。異常検出部18は、三相のモータ電流と電圧指令値に基づいて、インバータ13とモータ配線44と永久磁石同期モータ9の異常を検出する。
The
(モータ電流の算出) (Calculation of motor current)
図3は、PWM制御部14の動作を示す。
FIG. 3 shows the operation of the
制御器16のタイマにより、交流周波数より十分高い周波数の三角波であるキャリア信号が生成され、PWM制御部14へ供給される。この図は、キャリア信号の1周期における、電圧指令値と、パワー素子駆動信号と、直流母線電流との関係を示す。
A carrier signal that is a triangular wave having a frequency sufficiently higher than the AC frequency is generated by the timer of the
ここで、三相のうち、電圧指令値が最大となる相を最大相と呼び、電圧指令値が最小となる相を最小相と呼び、電圧指令値が中間となる相を中間相と呼ぶ。電圧指令値20a、20b、20cはそれぞれ、最大相の電圧指令値である最大相電圧指令値Vmax*、中間相の電圧指令値である中間相電圧指令値Vmid*、最小相の電圧指令値である最小相電圧指令値Vmin*を示す。PWM制御部14は、電圧指令値20aとキャリア信号を比較し、その結果をパワー素子駆動信号21aとして生成し出力する。ここでパワー素子駆動信号21aは、HiおよびLoの何れかのレベルを示す。PWM制御部14は、電圧指令値20aがキャリア信号の値より高い場合、パワー素子駆動信号21aをHiとする。電圧指令値20b、20cにそれぞれ基づくパワー素子駆動信号21b、21cについても同様である。或る相のレベルHiは、その相の上アーム信号オン(下アーム信号オフ)を示し、その相のレベルLoは、その相の上アーム信号オフ(下アーム信号オン)を示す。
Here, among the three phases, the phase with the maximum voltage command value is called the maximum phase, the phase with the minimum voltage command value is called the minimum phase, and the phase with the middle voltage command value is called the intermediate phase. The voltage command values 20a, 20b, and 20c are respectively a maximum phase voltage command value Vmax * that is a maximum phase voltage command value, an intermediate phase voltage command value Vmid * that is an intermediate phase voltage command value, and a minimum phase voltage command value. A certain minimum phase voltage command value Vmin * is shown. The
パワー素子駆動信号21a、21b、21cのレベルの組み合わせに応じて、インバータ13は通電モードM1、M2、M3、M4、M5、M6、M7に順次移行する。ここでは、U相、V相、W相をそれぞれ最大相、中間相、最小相とした場合について説明する。通電モードM1、M4、M7では、全ての上アームがオン、もしくは全ての下アームがオンとなり、シャント抵抗43に直流母線電流Idcは流れない。
The
図4は、通電モードM2、M6におけるインバータ13の動作を示す。通電モードM2、M6では、最大相であるU相および中間相であるV相の上アームがオンとなり且つ最小相であるW相の下アームがオンとなり、直流母線電流Idcとしてシャント抵抗43に最小相の電流Iwが逆向きに流れる
FIG. 4 shows the operation of the
図5は、通電モードM3、M5におけるインバータ13の動作を示す。ここでは、最大相をU相とする。通電モードM3、M5では、最大相であるU相のみの上アームがオン、中間相であるV相および最小相であるW相の下アームがオンとなり、直流母線電流Idcとしてシャント抵抗43に最大相の電流Iuが正方向に流れる。
FIG. 5 shows the operation of the
以下、各相の最大相、中間相、最小相における半導体パワー素子のオンまたはオフの組み合わせをスイッチングパターンと呼ぶ。電流算出部17は、スイッチングパターンに基づいて、直流母線電流から最大相または最小相の電流を算出すると共に、他の二相の電流を算出することができる。
Hereinafter, the combination of turning on or off the semiconductor power elements in the maximum phase, intermediate phase, and minimum phase of each phase is referred to as a switching pattern. The
(ベクトル制御) (Vector control)
図6は、モータ制御部19の構成を示す。
FIG. 6 shows the configuration of the
モータ制御部19は、dq座標系ベクトル制御により、永久磁石同期モータ9に印加する電圧指令値を算出する。モータ制御部19は、PLL(Phase Locked Loop)制御器22と、位相演算器24と、電圧指令制御器25と、2軸/3相変換器27と、軸誤差演算器26と、3相/2軸変換器28と、切替器23と、1次遅れフィルタ42とを含む。
The
電流算出部17は、前述のように、母線電流検出器15により検出される直流母線電流Idcと、モータ制御部19により算出される三相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*とを用いて、モータ電流Iu、Iv、Iwを算出(再現)する。
As described above, the
3相/2軸変換器28は、算出されたモータ電流Iu、Iv、Iwと、位相演算器24により算出される制御系位相θdcとに基づいて、dc軸電流Idcとqc軸電流Iqcを次式に基づいて算出する。ここで、dc−qc軸を制御系軸とし、d−q軸をモータ回転子軸とし、dc−qc軸とd−q軸の軸誤差をΔθcとして定義する。
The three-phase / two-
電圧指令制御器25は、予め設定したdc軸電流指令値Id*と、qc軸電流Iqcを1次遅れフィルタ42に通すことにより得られるqc軸電流指令値Iq*と、上位装置11から出力された指令に基いて設定した回転速度指令値ω1*と、予め設定されたモータ定数設定値r*、Ld*、Lq*、Ke*とを用いて、次式に示すようにdc軸電圧指令値Vdc*およびqc軸電圧指令値Vqc*を算出する。ここで、r*は制御系のモータ巻線抵抗設定値であり、Ld*はモータのd軸インダクタンス設定値であり、Lq*はモータのq軸インダクタンス設定値であり、Ke*は制御系のモータ誘起電圧定数設定値である。
The
2軸/3相変換器27は、電圧指令制御器25により算出されるdc軸電圧指令値Vdc*およびqc軸電圧指令値Vqc*と、位相演算器24により算出される制御系位相θdcとに基づいて、次式により永久磁石同期モータ9の三相の電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を算出してPWM制御部14へ出力する。
The 2-axis / 3-
(位置センサレス制御) (Position sensorless control)
ここでは、位置センサレス制御を実現するための回転速度および位相の推定方法を説明する。 Here, a rotational speed and phase estimation method for realizing position sensorless control will be described.
軸誤差演算器26は、電圧指令制御器25により算出されるdc軸電圧指令値Vdc*およびqc軸電圧指令値Vqc*と、3相/2軸変換器28により算出されるdc軸電流値Idcおよびqc軸電流値Iqcから、次式を用いて軸誤差Δθcを演算する。
The
Δθc=tan−1{
(Vdc*−r*Idc+ω1*Lq*Iqc)
/(Vqc*−r*Iqc−ω1*Lq*Idc)}
Δθc = tan −1 {
(Vdc * -r * Idc + ω1 * Lq * Iqc)
/ (Vqc * -r * Iqc-ω1 * Lq * Idc)}
PLL制御器22は、軸誤差演算器26により算出される軸誤差Δθcに基づいて永久磁石同期モータ9の回転速度の推定値ωmを算出する。位相演算器24では、推定された回転速度ωmを積分することにより制御系位相θdcを演算する。このような構成により、モータ回転子軸(d−q軸)と制御系のdc−qc軸との推定軸誤差Δθcを、予め設定された軸誤差指令値Δθc*(通常は0近傍)に一致するように制御する。
The
以上が、モータ制御部19による位置センサレスモードのベクトル制御および位置センサレス制御である。
The above is the vector control and the position sensorless control in the position sensorless mode by the
(起動シーケンス) (Startup sequence)
永久磁石同期モータ9の起動時及び低速回転時、永久磁石同期モータ9の誘起電圧が小さいので、軸誤差Δθcの影響で、制御系が不安定になる恐れがある。
Since the induced voltage of the permanent
図7は、起動シーケンスを示す。 FIG. 7 shows an activation sequence.
この図は、永久磁石同期モータ9の起動時の運転モードの遷移を示すと共に、電流指令Id*と電流指令Iq*と回転速度指令ω1*との時間変化を示す。運転モードには、位置決めモードと、同期運転モードと、位置センサレスモードとがある。位置決めモードは、永久磁石同期モータ9の所定のモータ巻線に、徐々に直流電流を流してモータ回転子を所定の位置に固定する。同期運転モードは、所定のdc軸電流指令値Idc*およびqc軸電流指令値Iqc*と回転速度指令ω1*とにしたがって永久磁石同期モータ9に印加する電圧を制御する。位置センサレスモードは、軸誤差Δθcが所定値になるように電流指令値と運転周波数を調整する。
This figure shows the transition of the operation mode at the time of starting of the permanent
モータ駆動装置10は、モータ制御部19へ予め設定するdc軸電流指令値Id*と、qc軸電流指令値Iq*と、位相演算器24に入力される回転速度とのいずれかを変更、もしくは、モータ制御部19内の切替器23を切り替えることによって別の運転モードへ遷移する。切替器23は、互いに連動する切替器23aおよび切替器23bを有する。切替器23が上側に指定されたとき、切替器23aは上位装置11から出力された指令に基いて設定した回転速度指令ω1*を位相演算器24へ出力し、切替器23bは予め設定した電流指令値Iq*、Id*を電圧指令制御器25へ出力する。一方、切替器23が下側に指定されたとき、切替器23aはPLL制御器22から出力される回転速度ωmを位相演算器24へ出力し、切替器23bは1次遅れフィルタ42から出力されるqc軸電流指令値Iq*を電圧指令制御器25へ出力する。
The
起動シーケンスの初めの位置決めモードと同期運転モードでは、切替器23を上側にする。つまり、位相演算器24は、回転速度指令ω1*に基づいて制御系位相θdcを算出する。dc軸電流指令値Id*およびqc軸電流指令Iq*を、予め設定した電流パターンに変化させて電圧指令制御器25に与えることにより、電圧指令制御器22は電圧指令値を算出する。例えば、位置決めモード時にdc軸電流指令値Id*を増加させ、同期運転モード時にdc軸電流指令値Id*を一定にする。また、位置決めモードおよび同期運転モード時に、qc軸電流指令値Iq*_startをゼロにする。また、上位装置11は、位置決めモード時に回転速度指令ω1*をゼロとし、同期運転モード時に回転速度指令ω1*を徐々に増加させる。
In the initial positioning mode and the synchronous operation mode of the startup sequence, the switch 23 is set to the upper side. That is, the
永久磁石同期モータ9の運転周波数が位置センサレス制御を可能にする所定の周波数になった時点t1で、上位装置11は、切替器23を下側にして位置センサレスモードへ遷移する。これにより、モータ制御部19は、軸誤差ΔθcがゼロとなるようにPLL制御器22にて回転速度ωm*を調整する。qc軸電流指令値Iq*は、qc軸電流値Iqcに1次遅れフィルタ演算を施すことにより与えられる。負荷トルクが増加した場合、モータ回転子軸の位相がずれてqc軸電流値Iqcが増加するため、負荷に応じたqc軸電流指令値Iq*が得られる。
At the time point t1 when the operating frequency of the permanent
(異常検出方法) (Abnormality detection method)
異常検出部18は、PWM制御部14から出力されるパワー素子駆動信号21a、21b、21cに基づいて、各相に対し、最大相となる最大相期間と最小相となる最小相期間とのそれぞれを判定期間とし、判定期間内で判定タイミングを決定し、判定タイミングにおいて算出されたモータ電流が所定の異常条件を満たすか否かを判定する。或る相について、最大相期間における異常条件は、最大相期間内の判定タイミングである最大相判定タイミング(第一判定タイミング)においてその相のモータ電流が予め設定された正の最大相電流閾値(第一電流閾値)を下回ることであり、最小相期間における異常条件は、最小相期間内の判定タイミングである最小相判定タイミング(第二判定タイミング)においてその相のモータ電流が予め設定された負の最小相電流閾値(第二電流閾値)を上回ることである。
Based on the power element drive signals 21a, 21b, and 21c output from the
なお、最大相期間における異常条件は、その相のモータ電流が最大相期間に亘って最大相電流閾値を下回ることであってもよく、最小相期間における異常条件は、その相のモータ電流が最小相期間に亘って最小相電流閾値を上回ることであってもよい。また、最大相期間における異常条件は、最大相期間内の複数の判定タイミングにおけるその相のモータ電流のすべてが最大相電流閾値を下回ることであってもよく、最小相期間における異常条件は、最小相期間内の複数の判定タイミングにおけるその相のモータ電流のすべてがその相のモータ電流が最小相電流閾値を上回ることであってもよい。また、異常検出部18は、三相の電圧指令値のうち最大相の電圧指令値のみがキャリア信号を上回る期間内に、最大相判定タイミングを設定し、三相の電圧指令値のうち最小相の電圧指令値のみがキャリア信号を下回る期間内に、最小相判定タイミングを設定しても良い。
The abnormal condition in the maximum phase period may be that the motor current of the phase falls below the maximum phase current threshold over the maximum phase period, and the abnormal condition in the minimum phase period is that the motor current of the phase is minimum. It may be above the minimum phase current threshold over the phase period. Further, the abnormal condition in the maximum phase period may be that all of the motor currents of the phases at a plurality of determination timings in the maximum phase period are below the maximum phase current threshold, and the abnormal condition in the minimum phase period is the minimum All of the motor currents of the phase at a plurality of determination timings within the phase period may be such that the motor current of the phase exceeds the minimum phase current threshold. In addition, the
異常検出部18は、各相に設定された最大相判定タイミングおよび最小相判定タイミングの少なくとも何れかのモータ電流が異常条件を満たすと判定された場合、インバータ13、モータ配線44、および永久磁石同期モータ9の中に異常が発生したと判定する。インバータ13、モータ配線44、および永久磁石同期モータ9の異常には、インバータ13内の一つの半導体パワー素子のオープン故障と、欠相とが含まれる。半導体パワー素子のオープン故障は、その半導体パワー素子に電流が流れないことを示す。欠相は、一つの相のモータ配線44に電流が流れないことを示す。
When it is determined that at least one of the motor currents of the maximum phase determination timing and the minimum phase determination timing set for each phase satisfies the abnormal condition, the
図8は、電圧指令値と判定期間とモータ電流の関係を示す。 FIG. 8 shows the relationship between the voltage command value, the determination period, and the motor current.
この図は、U相の例を示す。異常検出部18は、U相に対し、U相が最大相となる期間であるU相最大相期間Paと、U相が最小相となる期間であるU相最小相期間Pbとにおいて、U相モータ電流が異常条件を満たすか否かを判定する。例えばU相の上アーム側の半導体パワー素子Upがオープンのままになるオープン故障が発生すると、U相最大相期間において、U相モータ電流Iuが半導体パワー素子Upを流れないため、U相モータ電流Iuがゼロになる。異常検出部18は、U相最大相期間内の最大相判定タイミングで、U相モータ電流Iuが最大相電流閾値を下回るか否かを判定し、U相モータ電流Iuが最大相電流閾値を下回ると判定された場合、U相最大相期間における半導体パワー素子のスイッチングパターンに基づいて、U相上アームの半導体パワー素子Upのオープン故障が発生したと判断する。同様に、異常検出部18は、U相最小相期間内の最小相判定タイミングで、U相モータ電流Iuが最小相電流閾値を上回るか否かを判定し、U相モータ電流Iuが最小相電流閾値を上回ると判定された場合、異常検出部18は、U相最小相期間における半導体パワー素子のスイッチングパターンに基づいて、U相下アームの半導体パワー素子Unのオープン故障が発生したと判断する。
This figure shows an example of the U phase. The
異常検出部18は、U相と同様にして、V相およびW相についても異常を判定する。インバータ13から出力される交流電力の電気角1周期の間に、U相最大相期間、V相最大相期間、W相最大相期間が順に現れる。また、電気角1周期の間に、U相最小相期間、V相最小相期間、W相最小相期間が順に現れる。
The
このように、異常検出部18は、或る相の最大相判定タイミングで、その相のモータ電流が最大相電流閾値を下回ると判定された場合、異常検出部18は、その相の上アームの半導体パワー素子のオープン故障が発生したと判断する。同様に、或る相の最小相判定タイミングで、その相のモータ電流が最小相電流閾値を上回ると判定された場合、異常検出部18は、その相の下アームの半導体パワー素子のオープン故障が発生したと判断する。
As described above, when the
最大相電流閾値および最小相電流閾値の大きさは、回路ノイズ等を考慮し、U相最大相期間およびU相最小相期間における電流指令値に対して充分に小さい値に設定される。異常検出部18が電気角1周期中に三相のそれぞれについて、最大相期間と最小相期間におけるモータ電流を判定することにより、判定時のインバータ13内の電流の経路を特定することができる。また、最大相期間においては、対象の相のモータ電流が正の最大相電流閾値を下回る場合に故障と判定し、最小相期間においては、対象の相のモータ電流が負の最小相電流閾値を上回る場合に故障と判定することにより、対象の相の上アームおよび下アームの何れの故障であるかを判定することができる。
The magnitudes of the maximum phase current threshold and the minimum phase current threshold are set to values sufficiently smaller than the current command values in the U phase maximum phase period and the U phase minimum phase period in consideration of circuit noise and the like. The
なお、誤検出を低減するために、異常検出部18は、特定の判定期間内の判定タイミングにおける特定の相のモータ電流が、所定数の電気角周期に亘って連続して異常条件を満たす場合に、異常が発生したと判定しても良い。
In order to reduce erroneous detection, the
位置センサレスモードにおいて、モータ電流の大きさが小さい場合、インバータ13が正常であっても、モータ電流が異常条件を満たす場合がある。そこで、異常検出部18は、dc軸電流指令値Id*およびqc軸電流指令値Iq*の何れかの大きさが所定の電流指令閾値を上回る場合に、異常の判定を行っても良い。これにより、位置センサレスモードに異常の判定を行っても誤検出を防ぐことができる。また、異常検出部18は、dc軸電流指令値Id*の大きさが大きく一定である同期運転モード時に判定を行っても良い。
In the position sensorless mode, when the motor current is small, the motor current may satisfy the abnormal condition even if the
この起動シーケンスによれば、永久磁石同期モータ9の起動前に異常の検出の処理を追加することなく、永久磁石同期モータ9の動作中である同期運転モードまたは位置センサレスモードにおいて異常を検出することができる。
According to this activation sequence, an abnormality is detected in the synchronous operation mode or the position sensorless mode in which the permanent
U相の上下アームのパワー素子Up、Unが共にオープン故障となった場合や、U相のモータ配線44の断線や接続不良が発生した場合、U相最大相期間およびU相最小相期間の両方でU相モータ電流がゼロとなる。U相最大相期間およびU相最小相期間の両方でU相モータ電流が異常条件を満たすと判定された場合、異常検出部18は、U相の欠相と判定する。異常検出部18は、U相と同様にして、V相およびW相の欠相を判定する。
When both U-phase upper and lower arm power elements Up and Un have an open failure, or when the
このように、或る相の最大相期間および最小相期間の両方でその相のモータ電流が異常条件を満たすと判定された場合、異常検出部18は、その相の欠相と判定する。これにより、一つの半導体パワー素子の故障と欠相とを区別することができる。
As described above, when it is determined that the motor current of the phase satisfies the abnormal condition in both the maximum phase period and the minimum phase period of the certain phase, the
異常検出部18は、異常と判断した場合、正常なモータ駆動が出来なくなるため直ちにインバータ13の駆動を停止する。これにより、永久磁石同期モータ9やインバータ13の2次故障を防ぐ事が出来る。また、異常検出部18は、異常を上位装置11の表示部などに通知しても良い。これにより、故障解析や修理の早急な対応が可能となる。
If the
上位装置11は、異常の内容を表示部に表示させても良い。異常の内容は、オープン故障か欠相かを示しても良いし、オープン故障が発生した半導体パワー素子の識別子を示しても良いし、欠相となった相の識別子を示しても良い。
The
特許文献1のように、同期モータへの或る相の電流の絶対値が電気角半周期に亘って連続で閾値以下になる場合に、その相が欠相であると判断する技術において、一つのパワー素子の故障が発生した場合、或る相の電流の絶対値が電気角半周期に亘って連続で閾値以下にならないため、異常を検出できない。また、一つのパワー素子の故障による異常が何らかの方法により検出されたとしても、異常の原因を特定できずに、インバータ13、モータ配線44、圧縮機2のすべてについて点検、修理、交換などを行う場合がある。
As in
一方、本実施例によれば、各相の各判定期間におけるモータ電流に基づいて、インバータ13の異常を検出し、異常の原因を特定することができる。また、インバータ13内のパワー素子の一つが故障した場合に、その故障を検出できると共に、故障したパワー素子を特定することができる。異常が一つのパワー素子の故障か否かを判定することができ、迅速に対処することができる。例えば、冷凍装置1において、異常検出部18が一つのパワー素子の故障と判定した場合、モータ配線44や圧縮機2の点検を行うことがなくなり、インバータ13と圧縮機2の両方を交換することもなくなる。これにより、冷凍装置1の修理の時間およびコストを抑えることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the abnormality of the
本実施例においては、インバータ13の直流側の直流母線電流の代わりに、インバータ13の交流側のモータ電流を測定する。本実施例においては、主に実施例1との相違点について説明する。
In this embodiment, instead of the DC bus current on the DC side of the
図9は、実施例2のモータ駆動装置10の構成を示す。
FIG. 9 shows a configuration of the
実施例1と比較すると、本実施例のモータ駆動装置10は、母線電流検出器15の代わりに相電流検出器33を有し、電流算出部17の代わりに電流算出部34を有する。相電流検出器33は、直接、モータ電流を測定する。相電流検出器33は、特定の2相のモータ電流を測定する。電流算出部34は、次式の関係を用いて、残りの1相のモータ電流を算出し、モータ電流Iu、Iv、Iwをモータ制御部19へ出力する。
Compared to the first embodiment, the
Iu+Iv+Iw=0 Iu + Iv + Iw = 0
実施例1と同様、異常検出部18は、各判定期間内の判定タイミングにおいてモータ電流が異常条件を満たす場合に、異常と判定し、オープン故障か欠相かを判定する。
As in the first embodiment, the
本実施例によれば、二相のモータ電流を測定することにより、実施例1の電流算出部17に比べて簡単な演算により三相のモータ電流を算出することができる。これにより、各相の各判定期間におけるモータ電流に基づいて、インバータ13の異常を検出し、異常の原因を特定することができる。
According to the present embodiment, by measuring the two-phase motor current, the three-phase motor current can be calculated by a simple calculation as compared with the
本発明のインバータ制御装置は、冷凍装置の他、ポンプや換気扇などに用いられても良い。 The inverter control device of the present invention may be used for a pump, a ventilation fan, etc. in addition to a refrigeration device.
本発明の一態様における用語について説明する。インバータ制御装置は、制御器16などに対応する。インバータ回路は、インバータ13などに対応する。複数のスイッチ素子は、半導体パワー素子Up、Un、Vp、Vn、Wp、Wnなどに対応する。同期モータは、永久磁石同期モータ9などに対応する。電流算出部は、電流算出部17、電流算出部34などに対応する。電圧指令算出部は、モータ制御部19などに対応する。異常検出部は、異常検出部18などに対応する。圧縮機は、圧縮機2などに対応する。熱交換器は、室内熱交換器3、室外熱交換器4などに対応する。
Terms in one embodiment of the present invention will be described. The inverter control device corresponds to the
本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、その趣旨から逸脱しない範囲で、他の様々な形に変更することができる。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various other forms without departing from the spirit of the present invention.
1:冷凍装置 1a:室外機 1b:室内機 2:圧縮機 3:室内熱交換器 4:室外熱交換器 5:室内膨張弁 6:アキュームレータ 7:ファンモータ 8:ファンモータ 9:永久磁石同期モータ 10:モータ駆動装置 11:上位装置 12:直流電源 13:インバータ 14:PWM制御部 15:母線電流検出器 16:制御器 17:電流算出部 18:異常検出部 19:モータ制御部 33:相電流検出器 34:電流算出部
1: Refrigeration equipment 1a:
Claims (8)
前記出力電流に基づいて、前記インバータ回路から前記同期モータに印加する電圧を指示する三相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、
前記三相の電圧指令値に基づいて前記複数の判定タイミングを決定し、前記複数の判定タイミングにおける出力電流に基づいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する異常検出部と、
を備えるインバータ制御装置。 An inverter circuit including a plurality of switch elements, wherein the inverter circuit is connected to the inverter circuit that converts DC power into three-phase AC power by changing an open / closed state of the plurality of switch elements and supplies the three-phase AC power to the synchronous motor. A current calculation unit for calculating a three-phase output current flowing from the inverter circuit to the synchronous motor based on a current flowing through the circuit;
Based on the output current, a voltage command calculation unit that calculates a three-phase voltage command value that indicates a voltage to be applied to the synchronous motor from the inverter circuit;
An abnormality detection unit that determines the plurality of determination timings based on the three-phase voltage command values, and determines a failure of each of the plurality of switch elements based on an output current at the plurality of determination timings;
An inverter control device comprising:
請求項1に記載のインバータ制御装置。 The abnormality detection unit selects each of the three phases as a target phase, determines a first determination timing at which the voltage command value of the target phase is maximum among the voltage command values of the three phases, Determining a second determination timing at which the voltage command value of the target phase is minimum among the voltage command values, and based on the output current of the target phase at the first determination timing and the second determination timing, Determine each failure of the switch element,
The inverter control device according to claim 1.
前記異常検出部は、前記第一判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が正の第一電流閾値を下回るか否かを判定し、前記第一判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が前記第一電流閾値を下回ると判定された場合、前記複数のスイッチ素子のうち、前記対象相の上アームのスイッチ素子が故障していると判定し、前記第二判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が負の第二電流閾値を上回るか否かを判定し、前記第二判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が前記第二電流閾値を上回ると判定された場合、前記複数のスイッチ素子のうち、前記対象相の下アームのスイッチ素子が故障していると判定する、
請求項2に記載のインバータ制御装置。 The plurality of switch elements correspond to the three-phase upper arm and the lower arm in the inverter circuit,
The abnormality detection unit determines whether the output current of the target phase at the first determination timing is below a positive first current threshold, and the output current of the target phase at the first determination timing is the first When it is determined that the current threshold value is below the threshold value, it is determined that the switch element of the upper arm of the target phase is out of the plurality of switch elements, and the output current of the target phase at the second determination timing is negative. If the output current of the target phase at the second determination timing is determined to exceed the second current threshold, the target among the plurality of switch elements is determined. Determining that the switch element of the lower arm of the phase has failed,
The inverter control device according to claim 2.
請求項3に記載のインバータ制御装置。 The abnormality detection unit determines that the output current of the target phase at the first determination timing is lower than the first current threshold, and the output current of the target phase at the second determination timing satisfies the second current threshold. If it is determined that the output current of the target phase is not flowing,
The inverter control device according to claim 3.
請求項4に記載のインバータ制御装置。 The current calculation unit measures a DC input current to the inverter circuit, and calculates the three-phase output current based on the input current and the three-phase voltage command value.
The inverter control device according to claim 4.
請求項4に記載のインバータ制御装置。 The current calculation unit measures at least two-phase output currents of the three-phase output currents.
The inverter control device according to claim 4.
請求項3に記載のインバータ制御装置。 The abnormality detection unit determines whether the magnitude of the current command value given to the voltage command calculation unit exceeds a predetermined current command threshold value, and determines that the current command value exceeds the current command threshold value And determining a failure of each of the plurality of switch elements based on the output current at the determination timing.
The inverter control device according to claim 3.
前記インバータ回路と、
前記同期モータを含み、前記同期モータの動作により冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの冷媒の熱交換を行う熱交換器と、
を備える冷凍装置。
An inverter control device according to any one of claims 1 to 7,
The inverter circuit;
A compressor that includes the synchronous motor and compresses the refrigerant by the operation of the synchronous motor;
A heat exchanger that performs heat exchange of the refrigerant from the compressor;
A refrigeration apparatus comprising:
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