JP2018042297A - モータ制御装置および空気調和機 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本発明における上記以外の特徴的な構成については、実施の形態のなかで説明する。
<装置の概要>
図1は、本発明の実施形態における空気調和機用圧縮機駆動ユニット10の回路構成例を示す図である。本実施形態は、インバータ回路を用いて電気モータの駆動制御を行うモータ制御装置および空気調和機に適用した例である。特に圧縮機における電気モータの逆転防止のための技術に関する。
図1に示すように、空気調和機用圧縮機駆動ユニット10は、例えばルームエアコンのような空気調和機に用いられる圧縮機を駆動するために用いることができる。すなわち、この空気調和機用圧縮機駆動ユニット10は、圧縮機の駆動力を発生するための電気モータ15を制御する装置である。
図1に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット10は、コンバータ部13、平滑コンデンサ14、電力変換装置11、電流センサ20、および電気モータ15を備える。また、電力変換装置11は、電力変換回路16および制御装置17(停止制御部)を備える。電力変換回路16は、電力変換主回路16a、およびゲート・ドライバ16bを備える。制御装置17は、インバータ制御部18、およびパルス制御部19を備える。
制御装置17は、電気モータ15を駆動している状態において、駆動を停止するための停止指令が発生した後で、第1の一定時間以上、全相の高電位側スイッチング素子、および低電位側スイッチング素子をオフ状態に制御するインバータ出力開放区間の制御を行い、インバータ出力開放区間が終了した後で、第2の一定時間以上、高電位側スイッチング素子または低電位側スイッチング素子を、複数相について同時にオン状態に制御するブレーキ制御区間の制御を行う停止制御部としての機能を備える。
図1に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット10の電力変換回路16、すなわちインバータの基本的な動作について以下に説明する。
図1に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット10を利用する場合には、電力変換主回路16aの各回路支脈23u、23v、23wに配置された上アーム側スイッチング素子24および下アーム側スイッチング素子25を例えばPWM信号を用いて上記(1)〜(6)のように順次に制御する。これにより、所定の回転速度で電気モータ15を駆動し圧縮機(図示せず)を運転することができる。
電気モータ15の駆動に用いる電力変換装置11を利用して、電気モータ15に制動をかけることにより、圧縮機に逆止弁が存在しない場合であっても、停止時の逆回転を防止できる。
ただし、
N0>N1>N2
N0:通常運転時の圧縮機回転速度N[rpm]
N1:電気モータ15の誘起電圧がコンバータ部13出力の直流電圧と同じになるときの圧縮機回転速度N[rpm]
N2:インバータ出力開放区間Td2が終了する時、又は「ブレーキ制御」を開始する時の圧縮機回転速度N[rpm]
図2に示した制御のように、通常運転状態から圧縮機停止遅延区間(減速運転状態)Tdを経て、時刻tbでインバータを停止し、その直後に上記「ブレーキ制御」を開始する場合の3相の電気コイル15u、15v、15wの各々の電流の変化例を図5に示す。図5において横軸は時間、縦軸は電流値を表す。
(1)電気モータ15において永久磁石の減磁が発生し、性能が低下する。
(2)電力変換回路16において素子破壊が発生する。
(3)圧縮機に振動が発生する。
Td2min=(L/R)×Kmin ・・・(1)
Kmin:事前に定めた定数(例えば「5」注:この数値は省略可)
<オンにする素子数の変更>
前記「ブレーキ制御」を行う場合に、同時にオン状態にする必要のある上アーム側スイッチング素子24、または下アーム側スイッチング素子25の数は、3個全てに限らず、2個以上であればよい。
前記「ブレーキ制御」を行う場合に、複数のスイッチング素子を同時にオンにする動作は、必ずしも連続的、あるいは継続的に行う必要はない。例えば、下アーム側スイッチング素子25をすべてオンにする通電パターンと、図6に示すように全相の上アーム側スイッチング素子24および下アーム側スイッチング素子25をオフにする通電パターンとを短い周期で交互に繰り返すように制御しても良い。この場合の繰り返しの周期は、例えば数百μ秒程度、あるいは通常運転時のPWM制御におけるパルスの周期と同等にすることが想定される。
<特徴的な運転停止時制御>
特徴的な運転停止時制御の制御手順の具体例を図11に示す。すなわち、図1に示した電気モータ15が駆動する空気調和機の圧縮機を通常の運転状態から停止状態に移行する場合に、図1に示した制御装置17内のマイクロコンピュータ等の制御要素が、図11の運転停止時制御を実行する。勿論、図11に示した制御手順は一例であり、様々な変形が考えられる。
特徴的なブレーキ制御の制御手順の具体例を図12に示す。すなわち、図11に示したステップS20の「ブレーキ制御」の詳細が図12に示されている。したがって、図1に示した制御装置17内のマイクロコンピュータ等の制御要素が、図12の「ブレーキ制御」も実行する。
ステップS35では、制御装置17は、オン区間デューティ値Donに従ってPWM信号をパルス信号19Aの一部分として生成する。また、このPWM信号をゲート・ドライバ16bを経由して、ステップS32で選択した3相全ての下アーム側スイッチング素子25、または3相全ての上アーム側スイッチング素子24に共通に印加する。
空気調和機200の構成例を図13に示す。図13に示した空気調和機200は、2つの熱交換器201、202、2つのファン203、204、圧縮機205、配管206、三相同期モータ130、およびモータ制御装置100を備えている。
(1)前述のように、図1に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット10の制御装置17は、電気モータ15を駆動している状態において、停止指令Csが発生した後で、第1の一定時間以上、インバータ出力開放区間Td2の制御を行い、これが終了した後で、全相の前記高電位側スイッチング素子、および前記低電位側スイッチング素子をオフ状態に制御するインバータ出力開放区間Td2の制御を行う。また、その後で第2の一定時間以上、上アーム側スイッチング素子24または下アーム側スイッチング素子25を、複数相について同時にオン状態に制御するブレーキ制御区間TBの制御を行う。これにより、図7に示す時刻t3のようにブレーキ制御を開始する際に、電気モータ15に過電流が発生するのを防止できる。
圧縮機205に逆止弁を設けることなくインバータの制御により電気モータの逆回転を抑制すると共に、ブレーキ制御に伴って発生する過電流等の問題を解消することができる。すなわち、ブレーキ制御区間の制御を開始する前に、インバータ出力開放区間の制御を行うことにより、電気モータ15の電機子の各コイルに印加される電圧や電流の急変を抑制することができる。これにより、過電流や過電圧の発生に伴う問題を解消できる。
11 電力変換装置
12 交流電源
13 コンバータ部
14 平滑コンデンサ
15 電気モータ
15u,15v,15w 電気コイル
16 電力変換回路
16a 電力変換主回路
16b ゲート・ドライバ
17 制御装置(停止制御部)
18 インバータ制御部
18A 印加電圧指令
19 パルス制御部
19A パルス信号
20 電流センサ
21 高電位側直流電源ライン
22 低電位側直流電源ライン
23u,23v,23w 回路支脈(leg)
24 上アーム側スイッチング素子
25 下アーム側スイッチング素子
26 モータ接続用配線
31 電流検出信号
32 コンバータ制御信号
100 モータ制御装置
130 モータ
200 空気調和機
201,202 熱交換器
203,204 ファン
205 圧縮機
206 配管
Td 圧縮機停止遅延区間(減速運転状態)
Td2 インバータ出力開放区間
TB ブレーキ制御区間
Cs 停止指令
Claims (10)
- 電気モータの電機子の複数相の電気コイルの各々と第1電源ラインとの間を相毎に接続する複数の高電位側スイッチング素子と、前記電気コイルの各々と第2電源ラインとの間を相毎に接続する複数の低電位側スイッチング素子とを有するスイッチング回路を含むモータ制御装置であって、
前記電気モータを駆動している状態において、駆動を停止するための停止指令が発生した後で、第1の一定時間以上、全相の前記高電位側スイッチング素子、および前記低電位側スイッチング素子をオフ状態に制御するインバータ出力開放区間の制御を行い、前記インバータ出力開放区間が終了した後で、第2の一定時間以上、前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子を、複数相について同時にオン状態に制御するブレーキ制御区間の制御を行う停止制御部、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記第1の一定時間は、前記電気コイルの固有の時定数に基づいて予め決定され、
前記第1の一定時間が経過する前に、前記第1電源ラインおよび前記第2電源ラインのいずれか、または前記電気モータに流れる電流がゼロになるように、前記第1の一定時間の最小値が規制される
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記第1の一定時間は、前記ブレーキ制御区間の開始遅れによって制動特性が悪化しないように事前に定めた最大値以内に規制される
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記停止制御部は、前記ブレーキ制御区間の制御を、前記電気モータの各電気コイルが発生する誘起電圧が、前記第1電源ラインおよび前記第2電源ラインの直流電圧よりも低い時に開始して、前記電気モータに流れる電流の増大を抑制する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記停止制御部は、前記ブレーキ制御区間で、複数相の前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを交互に周期的に繰り返す
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記停止制御部は、前記ブレーキ制御区間で、複数相の前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子がオン状態になる時間とオフ状態になる時間との比率を、時間の経過に伴って調整する
ことを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。 - 前記停止制御部は、前記ブレーキ制御区間で、3相または全相の前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子をオン状態に制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記停止制御部は、前記電気モータが駆動する圧縮機が停止した際に、前記圧縮機の圧力差により前記電気モータの逆回転が発生しない状態になるまで、前記ブレーキ制御区間が継続するように、前記第2の一定時間を定める
ことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記停止制御部は、前記インバータ出力開放区間または前記ブレーキ制御区間の制御を開始する前に、前記スイッチング回路に電力を供給する直流電源装置の動作を停止する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のモータ制御装置を備える
ことを特徴とする空気調和機。
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