JP2017131097A - ターボ圧縮機装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
ターボ圧縮機装置100は、圧縮機モータ101を有するターボ圧縮機120と、ポンプモータ102を有する潤滑ポンプ130と、電源110から自身への電力供給が継続されているときに電源110の電圧と直流電圧部106の直流電圧Vdcとの間で電力変換を行うコンバータ107と、直流電圧Vdcと圧縮機モータ101の第1交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第1インバータ103と、直流電圧Vdcとポンプモータ102の第2交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第2インバータ105と、を備える。電源110からコンバータ107への電力供給が遮断されているときに、圧縮機モータ101は回生駆動により回生電力を生成し、ポンプモータ102はその回生電力で駆動する。
【選択図】図1
Description
電源に接続されうるターボ圧縮機装置であって、
前記ターボ圧縮機装置は、
回転軸、
前記回転軸を支持する軸受、
前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、
前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、
前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、
を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、
を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Vdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Vdcと前記圧縮機モータの第1交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第1インバータと、
前記直流電圧Vdcと前記ポンプモータの第2交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第2インバータと、
を備え、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているときに、前記圧縮機モータは回生駆動により回生電力を生成し、前記ポンプモータは前記回生電力で駆動する、ターボ圧縮機装置を提供する。
特許文献1に記載されているような冷凍機を駆動させるためには、圧縮機を駆動させるためのインバータおよび冷却水ポンプを駆動させるためのインバータを設けることが考えられる。しかし、何らかの原因で電力系統からの電力供給が遮断されると、圧縮機および冷却水ポンプは、これらのインバータから電力が供給されない状態となる。また、制御されない状態(フリーラン状態)になる。このような状況において、冷却水ポンプの回転数は、冷却水ポンプ前後の差圧により低下し、比較的短時間でゼロになる。特許文献1の冷凍機では冷却水ポンプを利用して潤滑剤(水)を圧縮機の軸受に供給するので、比較的短時間で潤滑剤の軸受への供給が不可能となる。一方、特許文献1の冷凍機では、水が冷媒として用いられているため、圧縮機を通過する冷媒は大気圧よりも低い負圧状態になっている。そのため、上記の状況において、圧縮機の回転エネルギーはゆっくりと低下する。そして、比較的長期間にわたり圧縮機の回転軸の高速回転が維持される。結果として、潤滑剤が圧縮機の軸受に送られることなく圧縮機の回転軸が高速回転する期間が生じる。この期間では、圧縮機の回転軸と軸受とが接触し易いため、回転軸および軸受が摩耗し易い。摩耗は、圧縮機の寿命を短くしたり、圧縮機を故障し易くしたりする。
電源に接続されうるターボ圧縮機装置であって、
前記ターボ圧縮機装置は、
回転軸、
前記回転軸を支持する軸受、
前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、
前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、
前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、
を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、
を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Vdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Vdcと前記圧縮機モータの第1交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第1インバータと、
前記直流電圧Vdcと前記ポンプモータの第2交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第2インバータと、
を備え、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているときに、前記圧縮機モータは回生駆動により回生電力を生成し、前記ポンプモータは前記回生電力で駆動する、ターボ圧縮機装置を提供する。
前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、かつ、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第1閾値振幅以上であるときに、前記第1交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧VdcのR1倍以下にする第1減速運転を行うターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記第1閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅以上であり、前記R1は、線形領域で前記第1インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第1交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第1インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第1交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。
前記第1減速運転において、前記圧縮機モータの回転数またはトルクを調整することによって、前記第1交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧Vdcの前記R1倍以下にするターボ圧縮機装置を提供する。
前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、かつ、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅以上第1閾値振幅未満であるときに、前記直流電圧Vdcを目標直流電圧に近づける第2減速運転を行う、ターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記第1閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅以上であり、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満であり、前記目標直流電圧は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅の1/R2倍以上であり、前記R2は、線形領域で前記第2インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第2交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第2インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第2交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。
前記第2減速運転において、前記圧縮機モータの回転数またはトルクを調整することによって、前記直流電圧Vdcを前記目標直流電圧に近づける、ターボ圧縮機装置を提供する。
前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅未満であり、かつ、前記圧縮機モータの回転数が閾値回転数以上であるときに、前記圧縮機モータにゼロ電圧を印加するとともに前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧VdcのR2倍以下にする第1停止運転を行う、ターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満であり、前記R2は、線形領域で前記第2インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第2交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第2インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第2交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。
前記第1停止運転において、前記ポンプモータの弱め磁束制御によって、および/または前記ポンプモータの回転数を調整することによって、前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧Vdcの前記R2倍以下にする、ターボ圧縮機装置を提供する。
前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅未満であり、かつ、前記圧縮機モータの回転数が閾値回転数未満であるときに、前記圧縮機モータに直流電流を流すとともに前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧VdcのR2倍以下にする第2停止運転を行う、ターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満であり、前記R2は、線形領域で前記第2インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第2交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第2インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第2交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。
前記第2停止運転において、前記ポンプモータの弱め磁束制御によって、および/または前記ポンプモータの回転数を調整することによって、前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧Vdcの前記R2倍以下にする、ターボ圧縮機装置を提供する。
前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅未満であり、かつ、前記圧縮機モータの回転数が閾値回転数未満であるときに、前記圧縮機モータに直流電流を流すとともに前記ポンプモータの回転数をゼロにする、ターボ圧縮機装置を提供する。
ここで、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満である。
第1態様から第10態様のいずれか1つのターボ圧縮機装置を含む流体装置を提供する。
前記冷媒は組成Cを有する流体であり、前記潤滑剤も前記組成Cを有する流体である、流体装置を提供する。
前記組成Cを有する流体は、水を主成分とする流体である、流体装置を提供する。
前記潤滑剤は、組成Cを有する流体であり、
前記ターボ圧縮機は、前記軸受を潤滑後の前記潤滑剤を排出する潤滑剤排出路を有し、
前記流体装置は、前記組成Cを有する流体が循環する1または複数の流路を含み、
前記潤滑剤供給路および前記潤滑剤排出路は、前記1または複数の流路と前記軸受とを接続している、流体装置。
回転軸、
前記回転軸を支持する軸受、
前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、
前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、
前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、
を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、
を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Vdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Vdcと前記圧縮機モータの第1交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第1インバータと、
前記直流電圧Vdcと前記ポンプモータの第2交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第2インバータと、
を備えたターボ圧縮機装置の制御方法であって、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているときに、前記圧縮機モータに回生駆動をさせて回生電力を生成させ、前記ポンプモータを前記回生電力で駆動させる、ターボ圧縮機装置の制御方法を提供する。
第15態様のターボ圧縮機装置を含む流体装置の制御方法であって、
前記ターボ圧縮機装置を第15態様の制御方法で制御する流体装置の制御方法を提供する。
図1は、本実施形態のターボ圧縮機装置100の概略構成図である。図1に示すように、ターボ圧縮機装置100は、圧縮機インバータ(第1インバータ)103、ポンプインバータ(第2インバータ)105、コンバータ107、直流電圧部106、制御装置104、圧縮機120、潤滑ポンプ130、電圧センサ108、および電圧センサ109を有している。圧縮機120は、圧縮機モータ101を有している。潤滑ポンプ130は、ポンプモータ102を有している。ターボ圧縮機装置100は、電源110と接続されうる。具体的には、コンバータ107は、電源110と接続されうる。
ターボ圧縮機装置100の通常運転について説明する。通常運転は、電源110からコンバータ107への電力供給が継続されているときに行われる。通常運転において、ターボ圧縮機装置100は、電源110の電圧を用いてポンプモータ102を駆動させる。以下、具体的に説明する。
本実施形態のターボ圧縮機装置100および空気調和装置140は、減速運転および停止運転を行うことができる。本実施形態の減速運転および停止運転は、電源110からコンバータ107への電力供給が遮断されたときに行われる。ターボ圧縮機装置100は、減速運転および停止運転において、通常運転のときとは異なる指令回転数ωC *および指令回転数ωP *に基づいて動作する。このため、空気調和装置140も、通常運転のときとは異なる動作をする。
従来技術では、電源110からコンバータ107への電力供給が遮断された場合、直流電圧部106の直流電圧Vdcが低下してゼロになる。この場合、ポンプインバータ105からポンプモータ102への電力供給が不可能となり、潤滑ポンプ130による軸受124の潤滑も不可能となる。しかし、本実施形態では、電力供給が遮断された場合であっても、潤滑ポンプ130による軸受124の潤滑はある程度の期間継続される。本実施形態のターボ圧縮機装置100および空気調和装置140の通常運転、減速運転および停止運転の制御フローおよびタイムチャートは、図4および図5に示すとおりである。図5の横軸は、時間である。縦軸は、電圧である。実線は、直流電圧Vdcの時間変化を表す。一点鎖線は、ポンプモータ102の第2指令交流電圧ベクトルの振幅VPaの時間変化を表す。二点鎖線は、圧縮機モータ101の第1指令交流電圧ベクトルの振幅VCaの時間変化を表す。
本実施形態の効果をまとめる。本実施形態のターボ圧縮機装置100では、電源110からコンバータ107への電力供給が遮断されているときに、圧縮機モータ101は回生駆動により回生電力を生成し、ポンプモータ102はその回生電力で駆動する。従って、電源110からコンバータ107への電力供給が遮断されても、潤滑ポンプ130の駆動を維持して軸受124への潤滑剤の供給を継続することができる。従って、軸受124の潤滑を継続しつつ、圧縮機120を減速および停止することができる。
る。第1閾値振幅は、通常運転のときの第2交流電圧ベクトルの振幅以上であり、R1は、線形領域で圧縮機インバータ(第1インバータ)103が動作する場合における直流電圧Vdcに対する第1交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、圧縮機インバータ103の線形領域は、直流電圧Vdcに対して第1交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。R1は、例えば√3/2√2〜1/√2である。具体的に、R1は、圧縮機インバータ103が正弦波PWM方式に基づいて動作する場合は√3/2√2であり、圧縮機インバータ103が第3調波注入変調方式に基づいて動作する場合は1/√2である。このように、本実施形態の第1減速運転は、第1交流電圧ベクトルの振幅が第1閾値振幅以上であるときに行われる。第1閾値振幅は通常運転のときの第2交流電圧ベクトルの振幅以上であり十分に大きいため、第1交流電圧ベクトルの振幅が不十分であるときに第1減速運転が行われて同振幅がさらに低下する事態を招き難い。すなわち、同振幅が不足し難く、圧縮機モータ101の回生電力が不足し難く、直流電圧Vdcが不足し難く、第2交流電圧ベクトルの振幅が不足し難く、圧縮機120の軸受124への潤滑剤の供給が不足し難い。また、本実施形態の第1減速運転では、圧縮機インバータ103の動作領域が線形領域となる。つまり、本実施形態によれば、圧縮機インバータ103が過変調領域で動作することが防止され、圧縮機モータ101の電圧波形が大きく歪むことが防止される。このため、圧縮機120の安定制御を維持することができる。なお、「通常運転のときの第2交流電圧ベクトルの振幅」は、第2交流電圧ベクトルが正常に制御されているときの振幅を指し、外乱(制御を乱すような外的な作用)等が原因で第2交流電圧ベクトルが正常に制御されていないときの振幅は指さない。
以下、第二の実施形態について説明する。なお、第二の本実施形態では、第一の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
以下、第三の実施形態について説明する。なお、第三の実施形態では、第一の実施形態または第二の実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略することがある。
圧縮機モータ101の指令トルクTC *または指令回転数ωC *から3相の指令電圧VCu *,VCv *,VCw *を演算したり、ポンプモータ102の指令回転数ωP *から3相の指令電圧VPu *,VPv *,VPw *を演算したりする手法の具体例を説明する。なお、以下で説明する手法は一例であり、他の演算も採用されうる。
u,w/α,β変換部506は、モータの相電流iu,iwを軸電流iα,iβに変換する。具体的に、u,w/α,β変換部506は、(数7)、(数8)により、相電流iu,iwを軸電流iα,iβに変換する。相電流iu,iwは、公知の電流センサを用いて測定され得る。
磁束演算部508は、モータの磁束(モータ磁束)を推定する。具体的には、磁束演算部508は、軸電流iα,iβおよび指令軸電圧vα *,vβ *から、推定磁束Ψs(推定磁束Ψα,Ψβ)を求める。より具体的には、磁束演算部508は、(数9)、(数10)および(数11)を用いて、推定磁束Ψα,Ψβ、および推定磁束Ψsの絶対値|Ψs|を求める。(数9)および(数10)におけるΨα|t=0、Ψβ|t=0は、それぞれ推定磁束Ψα,Ψβの初期値である。(数9)および(数10)におけるRは、モータの巻線抵抗である。磁束演算部508がDSP、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、(数9)および(数10)における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。この場合には、1制御周期前における推定磁束Ψα,Ψβに、現在の制御周期に由来する値を加減算すればよい。
トルク演算部509は、モータのトルク(モータトルク)を推定する。具体的には、トルク演算部509は、軸電流iα,iβおよび推定磁束Ψs(推定磁束Ψα,Ψβ)から推定トルクTeを求める。より具体的には、トルク演算部509は、(数12)を用いて、推定トルクTeを求める。(数12)におけるPnは、モータの極対数である。
速度・位置演算部510は、推定磁束Ψs(推定磁束Ψα,Ψβ)から推定磁束Ψsの位相θsを求める。具体的に、速度・位置演算部510は、(数13)により、推定磁束Ψsの位相θsを求める。また、速度・位置演算部510は、現在の制御周期において求めた位相θs(n)と、前回の制御周期において求めた位相θs(n−1)とを用いて、(数14)により、推定回転数ωrを求める。速度・位置演算部510は、公知の位相推定器である。ここで、Tsは制御周期(サンプリング周期)を意味する。nは、タイムステップである。
トルク指令演算部521は、指令回転数ωref *および推定回転数ωrから、指令トルクTe *を求める。具体的に、トルク指令演算部521は、(数15)により、指令トルクTe *を求める。(数15)におけるKsPは比例ゲインである。KsIは積分ゲインである。トルク指令演算部521は、公知のPI補償器である。
振幅指令生成部522は、指令トルクTe *から、指令振幅|Ψs *|を求める。振幅指令生成部522は、ルックアップテーブル、計算式(近似式)が格納された演算子等を用いて構成できる。ルックアップテーブルを用いる場合、指令トルクTe *と指令振幅|Ψs *|との対応関係を表すルックアップテーブルを事前に準備すればよい。演算子における計算式も、事前に準備できる。このようなルックアップテーブルおよび計算式は、予め行った測定データまたは理論に基づいて設定できる。指令振幅|Ψs *|の具体的な特定方法は、公知の文献(武田洋次、森本茂雄、松井信行、本田幸夫、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、株式会社オーム社、2001年10月25日発行、等)を参照することにより理解されうる。最小の電流で最大のトルクを発生できる最大トルク/電流制御(MTPA)を満たすトルクと磁束との関係を利用することもできる。
トルク偏差演算部511は、指令トルクTe *と推定トルクTeとの偏差(トルク偏差ΔT:Te *−Te)を求める。トルク偏差演算部511としては、公知の演算子を用いればよい。
磁束指令演算部512は、指令振幅|Ψs *|、トルク偏差ΔTおよび位相θsから、指令磁束ベクトルΨs *(指令磁束Ψα *,Ψβ *)を求める。具体的には、(数16)により、モータ磁束の回転量Δθsを求める(数17)を用いて、指令磁束ベクトルΨs *の位相θs *を求める。(数18)および(数19)を用いて、指令磁束Ψα *,Ψβ *を求める。(数16)におけるKθPは比例ゲインである。KθIは積分ゲインである。磁束指令演算部512は、トルク偏差ΔTをゼロに近づける。この点で、磁束指令演算部512は、トルクの補償機構を構成するともいえる。磁束指令演算部512がDSP、マイクロコンピュータ等のディジタル制御装置に組み込まれている場合は、(数16)における演算のために必要となる積分器は離散系で構成され得る。
α軸磁束偏差演算部513aは、指令磁束Ψα *と推定磁束Ψαを取得し、これらの偏差(磁束偏差ΔΨα:Ψα *−Ψα)を求める。β軸磁束偏差演算部513bは、指令磁束Ψβ *と推定磁束Ψβを取得し、これらの偏差(磁束偏差ΔΨβ:Ψβ *−Ψβ)を求める。磁束偏差演算部513a,513bとしては、公知の演算子を用いればよい。
電圧指令演算部507は、磁束偏差ΔΨα,ΔΨβおよび軸電流iα,iβから、指令軸電圧vα *,vβ *を求める。具体的に、電圧指令演算部507は、(数20)を用いて、α軸指令電圧vα *を求める。また、電圧指令演算部507は、(数21)を用いて、β軸指令電圧vβ *を求める。
α,β/u,v,w変換部514は、指令軸電圧vα *,vβ *を、指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *に変換する。具体的に、α,β/u,v,w変換部514は、(数22)により、指令軸電圧vα *,vβ *を指令電圧ベクトルvu *,vv *,vw *に変換する。
位置検出部601は、モータの磁束(モータ磁束)の位相θsを検出する。位置検出部601は、位置センサ(エンコーダ、レゾルバ等)によって実現され得る。ただし、位置センサを用いずに位相θsを推定することもできる(例えば、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の5章参照)。
速度検出部602は、モータの回転数ωrを検出する。位置検出部601は、速度センサによって実現され得る。ただし、速度センサを用いずに回転数ωrを推定することもできる(例えば、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の5章参照)。(数14)を用い、位相θsから回転数ωrを求めることもできる。
速度制御部604は、回転数ωrおよび指令回転数ωref *からq軸指令電流iq *を特定する。具体的に、速度制御部604は、回転数ωrおよび指令回転数ωref *の偏差をゼロにするフィードバック制御(PI制御等)によって、q軸指令電流iq *を特定する。
電流ベクトル制御部603は、q軸指令電流iq *および回転数ωrからd軸指令電流id *を特定する。具体的に、MTPAを行う際には、電流ベクトル制御部603は、(数23)に基づいてd軸指令電流id *を特定する。|Ψa|は、磁束パラメータである。磁束パラメータ|Ψa|は、モータにおける永久磁石が作る磁石磁束ベクトル(界磁磁束ベクトルとも呼ばれる)の振幅として与えられた定数である。Ldは、d軸インダクタンスである。Lqは、q軸インダクタンスである。弱め磁束制御を行う際には、電流ベクトル制御部603は、(数24)に基づいてd軸指令電流id *を特定する。Vomは、電圧制限値である。(数24)に基づく制御によれば、モータの電圧ベクトルの大きさが電圧制限値Vomを超えることが防止される。(数23)および(数24)に基づいた制御の詳細については、「埋込磁石同期モータの設計と制御」の2章等を参照されたい。
電流フィードバック制御部605は、指令軸電流id *,iq *、モータの相電流iu,iwおよび位相θsから、指令電圧Vu *,Vv *,Vw *を特定する。相電流iu,iwは、公知の電流センサを用いて測定され得る。具体的に、電流フィードバック制御部605は、(数25)および(数26)に基づいて相電流iu,iwを軸電流id,iqに変換する。電流フィードバック制御部605は、軸電流id,iqおよび指令軸電流id *,iq *の偏差をゼロにするフィードバック制御(具体的にはPI制御)によって、指令軸電圧vd *,vq *を特定する。具体的に、電流フィードバック制御部605は、(数27)および(数28)に基づいて指令軸電圧vd *,vq *を特定する。(数27)および(数28)におけるKcdPおよびKcqPは比例ゲインである。KcdIおよびKcqIは積分ゲインである。電流フィードバック制御部605は、位相θsおよび指令軸電圧vd *,vq *から指令電圧Vu *,Vv *,Vw *を特定する。具体的に、電流フィードバック制御部605は、(数29)に基づいて、指令軸電圧vd *,vq *を指令電圧Vu *,Vv *,Vw *に変換する。
101 圧縮機モータ
101a ステータ
101b ロータ
102 ポンプモータ
103 圧縮機インバータ
104 制御装置
105 ポンプインバータ
106 直流電圧部
107 コンバータ
108 電圧センサ
109 電圧センサ
110 電源
120 (ターボ)圧縮機
121 筐体
123 回転体
123a 圧縮機構
123b 回転軸
124 軸受
125 圧縮機吸入管
126 圧縮機吐出管
127 潤滑剤供給路
128 潤滑剤排出路
130 潤滑ポンプ
140,240,340 空気調和装置
141 蒸発器
142 凝縮器
143 減圧機構
144 冷媒回路
145 第1循環路
146 第2循環路
147 第1熱交換器
148 第1ポンプ
149 第1送り路
150 第1戻し路
151 送風機
152 第2熱交換器
153,253 第2ポンプ
154 第2送り路
155 第2戻し路
156 送風機
227,327 分岐路(潤滑剤供給路)
506 u,w/α,β変換部
507 電圧指令演算部
508 磁束演算部
509 トルク演算部
510 速度・位置演算部
511 トルク偏差演算部
512 磁束指令演算部
513a α軸磁束偏差演算部
513b β軸磁束偏差演算部
514 α,β/u,v,w変換部
521 トルク指令演算部
522 振幅指令生成部
531 制御部
600 制御部
601 位置検出部
602 速度検出部
603 電流ベクトル制御部
604 速度制御部
605 電流フィードバック制御部
900 冷凍機
901 圧縮機
902 蒸発器
904 凝縮器
910 回転軸
912 翼車
916 冷却塔
918 冷却水ポンプ
920 軸受
Claims (10)
- 電源に接続されうるターボ圧縮機装置であって、
前記ターボ圧縮機装置は、
回転軸、
前記回転軸を支持する軸受、
前記回転軸が回転することで冷媒を圧縮および吐出する圧縮機構、
前記回転軸を回転させる圧縮機モータ、および、
前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給路、
を有するターボ圧縮機と、
前記潤滑剤供給路を介して前記軸受に前記潤滑剤を供給する駆動力を発生するポンプモータ、
を有する潤滑ポンプと、
コンバータであって、前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧と直流電圧部の直流電圧Vdcとの間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流電圧Vdcと前記圧縮機モータの第1交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第1インバータと、
前記直流電圧Vdcと前記ポンプモータの第2交流電圧ベクトルとの間で電力変換を行う第2インバータと、
を備え、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されているときに、前記圧縮機モータは回生駆動により回生電力を生成し、前記ポンプモータは前記回生電力で駆動する、ターボ圧縮機装置。 - 前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、かつ、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第1閾値振幅以上であるときに、前記第1交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧VdcのR1倍以下にする第1減速運転を行う、請求項1に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記第1閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅以上であり、前記R1は、線形領域で前記第1インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第1交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第1インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第1交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。 - 前記第1減速運転において、前記圧縮機モータの回転数またはトルクを調整することによって、前記第1交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧Vdcの前記R1倍以下にする、請求項2に記載のターボ圧縮機装置。
- 前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、かつ、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅以上第1閾値振幅未満であるときに、前記直流電圧Vdcを目標直流電圧に近づける第2減速運転を行う、請求項1から3のいずれか1項に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記第1閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅以上であり、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満であり、前記目標直流電圧は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅の1/R2倍以上であり、前記R2は、線形領域で前記第2インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第2交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第2インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第2交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。 - 前記第2減速運転において、前記圧縮機モータの回転数またはトルクを調整することによって、前記直流電圧Vdcを前記目標直流電圧に近づける、請求項4に記載のターボ圧縮機装置。
- 前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅未満であり、かつ、前記圧縮機モータの回転数が閾値回転数以上であるときに、前記圧縮機モータにゼロ電圧を印加するとともに前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧VdcのR2倍以下にする第1停止運転を行う、請求項1から5のいずれか1項に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満であり、前記R2は、線形領域で前記第2インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第2交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第2インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第2交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。 - 前記第1停止運転において、前記ポンプモータの弱め磁束制御によって、および/または前記ポンプモータの回転数を調整することによって、前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧Vdcの前記R2倍以下にする、請求項6に記載のターボ圧縮機装置。
- 前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅未満であり、かつ、前記圧縮機モータの回転数が閾値回転数未満であるときに、前記圧縮機モータに直流電流を流すとともに前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧VdcのR2倍以下にする第2停止運転を行う、請求項1から7のいずれか1項に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満であり、前記R2は、線形領域で前記第2インバータが動作する場合における前記直流電圧Vdcに対する前記第2交流電圧ベクトルの振幅の比率の上限値であり、前記第2インバータの前記線形領域は、前記直流電圧Vdcに対して前記第2交流電圧ベクトルの振幅が理論上線形に変化する動作領域である。 - 前記第2停止運転において、前記ポンプモータの弱め磁束制御によって、および/または前記ポンプモータの回転数を調整することによって、前記第2交流電圧ベクトルの振幅を前記直流電圧Vdcの前記R2倍以下にする、請求項8に記載のターボ圧縮機装置。
- 前記ターボ圧縮機装置は、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が継続されているときに、前記電源の電圧を用いて前記ポンプモータを駆動させる通常運転を行い、
前記電源から前記コンバータへの電力供給が遮断されており、前記第1交流電圧ベクトルの振幅が第2閾値振幅未満であり、かつ、前記圧縮機モータの回転数が閾値回転数未満であるときに、前記圧縮機モータに直流電流を流すとともに前記ポンプモータの回転数をゼロにする、請求項1から7のいずれか1項に記載のターボ圧縮機装置。
ここで、前記第2閾値振幅は、前記通常運転のときの前記第2交流電圧ベクトルの振幅未満である。
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