JP3831852B2

JP3831852B2 - Compressor drive unit

Info

Publication number: JP3831852B2
Application number: JP2001077736A
Authority: JP
Inventors: 誠平野; 英和戸塚; 勉牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002277074A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気調和機の圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置、特に圧縮機の始動前に予熱する機能を備えた圧縮機駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低温状況下にある圧縮機が冷却された状態で始動した場合、フォーミング現象により潤滑油が減少してモータの焼損を招いたり、潤滑油中に多量の液冷媒が溶存し潤滑油が稀薄な状態になって圧縮機が破損することがあるので、これを防止するためと暖房時の立上がりをよくするために、圧縮機の始動前に予熱するようにしている。この予熱は、例えば特開平５−２８８３８８号公報に開示されているように、圧縮機のモータの三相のうち、ある特定の二相のみに通電する欠相運転でモータの電機子コイルに電流を流して銅損により発熱させ、圧縮機を加熱している。
【０００３】
ここで、その欠相運転の動作について図７を参照しながら説明する。なお、回路構成については本実施の形態の説明で用いる図１を流用する。図７は前記公報に開示された従来のスイッチングパターンのタイミング図である。
なお、図１に示すモータ２の電機子コイル３と直流電源１２の上アーム端子との間に接続された上アーム側のスイッチング素子５、６、７をＵｐ、Ｖｐ、Ｗｐとし、モータ２の電機子コイル３と直流電源１２の下アーム端子との間に接続された下アーム側のスイッチング素子８、９、１０をＵｎ、Ｖｎ、Ｗｎとして説明する。
【０００４】
その動作は、例えばスイッチングパターンｔ１では、スイッチング素子Ｕｐ、ＶｎのスイッチングパターンがＨigh であり、上アームのスイッチング素子Ｕｐがオン動作するときは、下アームのスイッチング素子Ｖｎが図７で示すチョッピングパターンでオン・オフ動作を繰り返すスイッチングを行ない、また、逆に上アームのスイッチング素子Ｕｐがチョッピングパターンにてオン・オフ動作を繰り返すスイッチングを行なうときは、下アームのスイッチング素子Ｖｎがオン動作する。このチョッピングの周期がキャリア周期である。
【０００５】
次のスイッチングパターンｔ２では、上アームのスイッチング素子Ｕｐと下アームのスイッチング素子ＷｎのスイッチングパターンがＨigh になっており、スイッチングパターンｔ１と同様に前記スイッチング素子Ｕｐ、Ｗｎの何れかがオン動作し、他方がオン・オフ動作を行なう。
【０００６】
前記スイッチング素子Ｕｐ、ＶｎのスイッチングパターンがＨigh のとき、上アームのスイッチング素子Ｕｐ→Ｕ相及びＶ相の電機子コイル３→下アームのスイッチング素子Ｖｎを介して電流が流れ、前記上アームのスイッチング素子ＵｐがＨigh のときに下アームのスイッチング素子ＷｎのスイッチングパターンがＨigh になったときは、上アームのスイッチング素子Ｕｐ→Ｕ相及びＷ相の電機子コイル３→下アームのスイッチング素子Ｗｎを介して電流が流れ、電機子コイル３の銅損により発熱する。
【０００７】
このように、電機子コイル３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の何れかの二相に通電し、一相を欠相させる欠相運転においては、スイッチング素子がオン動作とオン・オフを繰り返す動作とを所定時間毎に交互に行うことによって、モータ２の電機子コイル３を発熱させる。そして、その予熱出力値は、オン・オフのスイッチング幅により可変する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の装置においては、上アームと、上アームとは他相の下アームのそれぞれ一つのスイッチング素子がオン又はオン・オフ動作を行なっている。例えば、下アームのスイッチング素子は、それと他相の上アームのスイッチング素子がオン動作のときにオン・オフ動作を繰り返し、逆に上アームのスイッチング素子がオン・オフ動作を繰り返しているときにオン動作を行う。
【０００９】
このような動作のもとで出力をある一定値に固定する場合、スイッチング幅を一定にする必要があるため、このオン・オフ動作の繰り返し（スイッチング）は一定周期となる。したがって、一定周期のスイッチングによりモータ２の磁気音も一定周波数となり、耳障りな騒音が発生していた。
【００１０】
また、スイッチングパターンが一定で、通電相が固定されている場合は、通電するスイッチング素子はスイッチングしない素子に比べてストレスが大きくかかるという問題もあった。
【００１１】
本発明は、かかる課題を解消するためになされたもので、圧縮機の予熱時において、スイッチング素子のスイッチングによるストレスを軽減すると共に、スイッチングによる磁気音を分散して低騒音化を計ることのできる圧縮機駆動装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧縮機駆動装置は、直流電源とアースとの間に三相ブリッジ接続されたスイッチング素子を有するインバータ回路と、圧縮機を駆動する三相モータと、インバータ回路の各相のスイッチング素子をスイッチングして三相モータに通電する制御部とを備え、制御部は、（ａ）第１の所定時間の間、三相モータに電流が流れないように、直流電源側の各スイッチング素子をオフすると共に、アース側の各スイッチング素子をオンし、（ｂ）第１の所定時間経過後に、一相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を切り替えて、三相モータに通電し、（ｃ）その後、二相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を切り替えて、二相目からも三相モータに通電し、（ｄ）しかる後に、第２の所定時間の間、三相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を切り替えて、三相モータへの通電を遮断し、（ｅ）第２の所定時間経過後に、三相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を復帰させて、前記（ｃ）と同じ状態にし、（ｆ）その後、二相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を復帰させて、前記（ｂ）と同じ状態にし、（ｇ）しかる後に、第３の所定時間の間、一相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を復帰させて、前記（ａ）と同じ状態にして、これを一周期とし、（ｈ）次の一周期には、前記第１、第２及び第３の所定時間の合計を変えることなく各所定時間を変えて、前記（ａ）から（ｇ）までを順に繰り返し、（ｉ）これ以降は、一周期毎に前記（ｈ）を繰り返し行うようにしたものである。
【００１３】
また、本発明に係る圧縮機駆動装置は、制御部は、（ｈ）及び（ｉ）において、三相モータに通電する時間の合計を変更することなく三相モータの通電時間を変えるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す圧縮機駆動装置の概略回路図であり、図において、１は圧縮機、２は圧縮機１に内蔵された三相モータ、３はこのモータ２の各相の電機子コイルである。４はインバータ回路で、上アームと下アームとから構成された三相ブリッジ接続のスイッチング素子５〜１０と（例えばパワートランジスタ）、各スイッチング素子５〜１０にそれぞれ逆並列に接続され、モータ電流を環流させるダイオード５ａ〜１０ａとからなっている。１１はインバータ回路４を制御して圧縮機１のモータ２を駆動させるマイコンである。このマイコン１１は、本発明の制御部の機能を有し、圧縮機１を始動する前に、予め設定されたスイッチングパターンで各スイッチング素子５〜１０をオン／オフ制御する（図２及び図５参照）。１２は直流電源である。
【００１５】
なお、図１ではスイッチング素子に番号を付して説明したが、図２との関係からその番号に代えて、各スイッチング素子にそれぞれの相を示すＵ・Ｖ・Ｗを付し、かつ、その各相に上アームを意味するｐを添付し、下アームを意味するｎを添付して説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施の形態におけるスイッチング素子のスイッチングパターンのタイミング図である。
図中のＵｐとＵｎ、ＶｐとＶｎ、ＷｐとＷｎは各相の上アームと下アームのスイッチング素子のスイッチングパターンを示し、このスイッチングパターンがＨigh のとき各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎがオンし、Ｌowのときオフする。また、このスイッチングパターンは、上アームのスイッチング素子Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐがオン（Ｈigh ）のとき下アームのスイッチング素子Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎがオフ（Ｌow）するように、また逆に、上アームのスイッチング素子Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐがオフのとき下アームのスイッチング素子Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎがオンするように、即ち、各相のスイッチングパターンが上アームと下アームとで対称的になるように設定されている。
【００１７】
Ｔ１１〜Ｔ１７は各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎのスイッチングパターン（オン／オフ）の時間幅で、その内、Ｔ１２での各相のスイッチングパターンとＴ１６でのスイッチングパターンとが同一で、Ｔ１３での各相のスイッチングパターンとＴ１５でのスイッチングパターンとが同じになっている。また、Ｔ１２とＴ１６の時間幅は同一で、Ｔ１３とＴ１５の時間幅も同一に設定されている。
【００１８】
Ｔ１１、Ｔ１４及びＴ１７は各相Ｕ、Ｖ、Ｗの電機子コイル３に通電されないときのスイッチングパターンである（以下、このスイッチングパターンを「ゼロベクトルＺｅ」という）。Ｔ１１、Ｔ１７では、上アームのスイッチング素子Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐが同時にオフし、下アームのスイッチング素子Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎが同時にオンする。また、Ｔ１４では、上アームのスイッチング素子Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐが同時にオンし、下アームのスイッチング素子Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎが同時にオフする。Ｔ１はスイッチングの始点（基準）を示し、Ｔ１１〜Ｔ１７までの合計の時間幅をキャリア周期（所定周期）としている。
【００１９】
なお、この図２に示すスイッチングパターンで各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎが制御された後、マイコン１１は、後述の図５に示すスイッチングパターンで各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎを制御するようになっている。
【００２０】
ここで、図２に示すスイッチングパターンで各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎが制御されたときの電機子コイル３に流れる電流方向を図３及び図４を参照しながら説明する。図３はＴ１２、Ｔ１６におけるスイッチングパターン時の電流方向を示す図、図４はＴ１３、Ｔ１５におけるスイッチングパターン時の電流方向を示す図である。
【００２１】
マイコン１１から図２に示すスイッチングパターンとなるインバータスイッチング信号が出力されると、始点Ｔ１からＴ１１までの間は、上アームの各スイッチング素子Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐが同時にオフし、下アームの各スイッチング素子Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎが同時にオンするので、電機子コイル３には電流が流れず、ゼロベクトルＺｅの状態となる。その後、Ｔ１２において、Ｕ相の上アームと下アームのスイッチング素子Ｕｐ、Ｕｎのスイッチングパターンがそれぞれ反転して、上アームのスイッチング素子Ｕｐがオンし、下アームのスイッチング素子Ｕｎがオフすると、Ｖ相及びＷ相の下アームの各スイッチング素子Ｖｎ、Ｗｎが共にオン状態を保持しているため、図３に示すようにスイッチング素子Ｕｐ→Ｕ相の電機子コイル３→Ｖ相及びＷ相の各電機子コイル３→スイッチング素子Ｖｎ、Ｗｎの順に電流ｉｕが流れる。
【００２２】
次に、Ｔ１３において、Ｖ相の上アームと下アームのスイッチング素子Ｖｐ、Ｖｎのスイッチングパターンがそれぞれ反転して、その上アームのスイッチング素子Ｖｐがオンし、下アームのスイッチング素子Ｖｎがオフすると、Ｕ相の上アームのスイッチング素子ＵｐとＷ相の下アームのスイッチング素子Ｗｎがそれぞれオン状態を保持しているため、スイッチング素子Ｕｐを介した電流が図４に示すようにＵ相の電機子コイル３→Ｗ相の電機子コイルに流れると共に、スイッチング素子Ｖｐを介した電流がＶ相の電機子コイル３→Ｗ相の電機子コイル３に流れ電流−ｉｗとなる。
【００２３】
その後のＴ１５では、Ｔ１３と同じスイッチングパターンであるため、図４に示すように電流−ｉｗが流れ、Ｔ１６では、Ｔ１２と同じスイッチングパターンであるため、図３に示すように電流ｉｕが流れる。
【００２４】
前述したように、図２におけるＴ１２とＴ１６の時間幅は同一で、Ｔ１３とＴ１５時間幅は同一であり、Ｔ１２とＴ１６において一定の電流ｉｕが、Ｔ１３とＴ１５Ｕにおいて一定の電流−ｉｗが流れる。また、Ｖ相の電機子コイル３はＴ１２（又はＴ１６）とＴ１３（又はＴ１５）でのスイッチング時の電流方向が逆になるが、Ｔ１２とＴ１３（又はＴ１５とＴ１６）の各時間幅が仮に等しければ、両者で互いに打ち消す方向に同量の電流が流れ、スイッチングの切替スピードが十分に速いときは、Ｖ相の電機子コイル３の電流はゼロとなる。
【００２５】
なお、通電量（加熱出力）は、各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎをスイッチングするパターン幅により決定され、例えば図２において、電流ｉｕの大きさはＴ１２又はＴ１６に依存し、電流−ｉｗはＴ１３又はＴ１５に依存するので、これらの時間幅をキャリア周期毎に一定となるように制御すれば出力も一定となる。
【００２６】
次に、図５に示すスイッチングパターンのタイミングについて説明する。この図に示す各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎのスイッチングパターンは、前述したように図２に示すスイッチングパターンに引き続いて制御されるもので、図中のＴ２１〜Ｔ２７間のキャリア周期は図２に示すキャリア周期と同一であり、Ｔ１７とＴ２１は連続している。
【００２７】
この図５に示すスイッチングパターンは、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ２５及びＴ２６の時間幅を変えることなく、即ち、図２と同じキャリア周期内において、Ｔ２２＝Ｔ１２、Ｔ２３＝Ｔ１３、Ｔ２５＝Ｔ１５、Ｔ２６＝Ｔ１６となる時間幅で、Ｔ１４のゼロベクトルＺｅの時間幅を両側に時間ｔだけシフトさせてＴ２４とし、Ｔ１１とＴ１７のゼロベクトルＺｅの時間幅を時間ｔだけシフトさせてＴ２１とＴ２７としたものである。この時間ｔのシフトにより各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎのスイッチングのタイミングは図２のときと異なるが、Ｔ２１、Ｔ２４及びＴ２７のゼロベクトルＺｅの合計の時間幅と、図２に示すＴ１１、Ｔ１４及びＴ１７のゼロベクトルＺｅの合計の時間幅とは同一で、図５における通電量は図２と同じになっている。
【００２８】
Ｔ２を始点として各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎをスイッチングした場合、図２のときと同じようにＴ２２とＴ２６においては図３に示すように電流ｉｕが流れ、Ｔ２３とＴ２５においては図４に示すように電流−ｉｗが流れる。このように通電方向と通電量の同じ直流電流であるため、モータ２が回転することなくＵ相及びＷ相の電機子コイル３の銅損による発熱で圧縮機１を加熱できる。
【００２９】
このスイッチングパターンで各スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎを制御した後は、前記と同様に次のキャリアにおいて、同一のキャリア周期で図５に示すＴ２２、Ｔ２３、Ｔ２５及びＴ２６の時間幅を変えることなく、Ｔ２１、Ｔ２４及びＴ２７（ゼロベクトルＺｅ）の時間幅、即ち、時間ｔをさらに変化させたスイッチングパターンでスイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎをスイッチングする。この時間ｔは、マイコン１１により決定され、その値はランダムであり、例えば、乱数表を利用して時間ｔの大きさが決定される。
【００３０】
以上のように本実施の形態によれば、キャリア周期毎にゼロベクトルＺｅの合計時間幅を保持したままその時間幅をランダムに可変しながら、上アームと下アームの各相のスイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎをスイッチングするようにしたので（三相変調）、モータ２を回転させることなく各電機子コイル３に直流電流が流れることになり、このため、電機子コイル３の銅損によりモータ２が発熱して圧縮機１が加熱される。この結果、フォーミング現象による潤滑油が減少しモータ２の焼損を防ぐことができ、また、潤滑油中に多量の液冷媒が溶存して希薄になることがなくなり、さらに、暖房時の立ち上がりが向上する。
【００３１】
また、キャリア周期毎にゼロベクトルＺｅの発生するタイミングをランダムに変更してスイッチングタイミングを可変するようにしているので、モータ２で発生する耳障りな磁気音が分散して低騒音化となり、スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎの劣化を抑えることができる。
【００３２】
なお、前記の実施の形態では、一例としてＴ１２とＴ１３（又はＴ１５とＴ１６）の各時間幅が等しい場合を説明したが、Ｔ１２とＴ１３（又はＴ１５とＴ１６）の各時間幅が異なっていてもよい。例えば、Ｔ１２とＴ１３（又はＴ１５とＴ１６）の各時間幅が異なるときは、Ｕ相とＷ相の各電機子コイル３に電流が流れると共に、Ｖ相にも電流が流れる。この場合、各相の電機子コイル３に電流が流れても、この電流は直流であるためモータ２が回転しない。即ち、Ｔ１２とＴ１３（又はＴ１５とＴ１６）の各時間幅が異なっても、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１５及びＴ１６の合計の時間幅を一定にしておけば各相の電機子コイル３に通電量が一定な直流電流が流れるので、前記と同様にモータ２を回転させることなく電機子コイル３の銅損によりモータ２を発熱させて圧縮機１を加熱できる。
【００３３】
また、スイッチングパターンを固定してゼロベクトルＺｅをランダムに可変（変調）したが、同様の構成・動作において、スイッチングパターンの切替スピードが十分に遅い場合（モータ２が回転しないとみなせるほど低スピード）、スイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎの集中的ストレスを避けるためにスイッチングパターンを切替えながら、三相変調方式のゼロベクトルＺｅ変調によりモータ２に通電させて圧縮機１を加熱してもよい。ここでいうスイッチングパターンの切替えとは、例えば図２において、スイッチング素子Ｕｐのオン時間が長く、スイッチング素子Ｗｐのオン時間が短いという関係であるが、スイッチング素子Ｕｐ、Ｖｐ、Ｗｐのオン時間の長さの関係が入れ替わることや、オン時間が変動することを意味する。
【００３４】
以上は三相変調方式でゼロベクトルＺｅの時間幅を変調したことを説明したが、三相のスイッチング素子Ｕｐ〜Ｗｎのうち、二相のスイッチング素子のみでスイッチングした場合、ゼロベクトルＺｅの時間幅を可変することが不可能であるということを簡単に説明する。なお、ある一相がオン又はオフのままで、二相のみがスイッチングをするものを二相変調と呼ぶことにする。
【００３５】
図６は二相変調におけるスイッチング素子のスイッチングパターンを示すタイミング図である。
この図に示すように何れか一相が常にオン又はオフであり、ゼロベクトルＺｅのＴs3は１箇所しか存在しない。したがって、通電量を一定にするとき、Ｔs1、Ｔs2、Ｔs4及びＴs5は一定のままにしなければならないので、ゼロベクトルＺｅのＴs3を変調することはできない。即ち、二相変調ではゼロベクトルＺｅを変調することができない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、（ａ）第１の所定時間の間、三相モータに電流が流れないように、直流電源側の各スイッチング素子をオフすると共に、アース側の各スイッチング素子をオンし、（ｂ）第１の所定時間経過後に、一相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を切り替えて、三相モータに通電し、（ｃ）その後、二相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を切り替えて、二相目からも三相モータに通電し、（ｄ）しかる後に、第２の所定時間の間、三相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を切り替えて、三相モータへの通電を遮断し、（ｅ）第２の所定時間経過後に、三相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を復帰させて、前記（ｃ）と同じ状態にし、（ｆ）その後、二相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を復帰させて、前記（ｂ）と同じ状態にし、（ｇ）しかる後に、第３の所定時間の間、一相目の直流電源側及びアース側の各スイッチング素子の接続を復帰させて、前記（ａ）と同じ状態にして、これを一周期とし、（ｈ）次の一周期には、前記第１、第２及び第３の所定時間の合計を変えることなく各所定時間を変えて、前記（ａ）から（ｇ）までを順に繰り返し、（ｉ）これ以降は、一周期毎に前記（ｈ）を繰り返し行うようにしたので、三相モータで発生する耳障りな磁気音が分散して低騒音化となり、また、各相のスイッチング素子のスイッチングの時間が均一になり、このため、各相のスイッチング素子のスイッチングによるストレスを軽減できる。
【００３７】
また、本発明によれば、前記の（ｈ）及び（ｉ）において、三相モータに通電する時間の合計を変更することなく三相モータの通電時間を変えるようにしたので、モータを回転させることなく三相モータの各相に直流電流が流れて圧縮機を加熱し、この結果、フォーミング現象による潤滑油が減少し三相モータの焼損を防ぐことができ、また、潤滑油中に多量の液冷媒が溶存して希薄になることがなくなり、さらに、暖房時の立ち上がりが向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す圧縮機駆動装置の概略回路図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるスイッチング素子のスイッチングパターンのタイミング図である。
【図３】Ｔ１２、Ｔ１６におけるスイッチングパターン時の電流方向を示す図である。
【図４】Ｔ１３、Ｔ１５におけるスイッチングパターン時の電流方向を示す図である。
【図５】図２に続くスイッチング素子のスイッチングパターンのタイミング図である。
【図６】二相変調におけるスイッチング素子のスイッチングパターンを示すタイミング図である。
【図７】従来の技術におけるスイッチング素子のスイッチングパターンのタイミング図である。
【符号の説明】
１圧縮機、２モータ、３電機子コイル、４インバータ回路、５〜１０スイッチング素子、５ａ〜１０ａダイオード、１１マイコン、１２直流電源。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a compressor drive device that drives, for example, a compressor of an air conditioner, and more particularly to a compressor drive device that has a function of preheating before starting the compressor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a compressor under a low temperature condition is cooled and started, the lubricating oil decreases due to the forming phenomenon, causing the motor to burn out, or a large amount of liquid refrigerant is dissolved in the lubricating oil and the lubricating oil is diluted. In order to prevent this and to improve the start-up during heating, the compressor is preheated before the compressor is started. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-288388, the preheating is performed by supplying a current to the armature coil of the motor in a phase-opening operation in which only a specific two phases among the three phases of the motor of the compressor are energized. To generate heat due to copper loss and heat the compressor.
[0003]
Here, the operation of the open phase operation will be described with reference to FIG. Note that FIG. 1 used in the description of this embodiment is used for the circuit configuration. FIG. 7 is a timing diagram of the conventional switching pattern disclosed in the publication.
The upper arm side switching elements 5, 6, and 7 connected between the armature coil 3 of the motor 2 and the upper arm terminal of the DC power source 12 shown in FIG. The switching elements 8, 9, and 10 on the lower arm side connected between the armature coil 3 and the lower arm terminal of the DC power source 12 will be described as Un, Vn, and Wn.
[0004]
For example, in the switching pattern t1, the switching pattern of the switching elements Up and Vn is High, and when the switching element Up of the upper arm is turned on, the switching element Vn of the lower arm has the chopping pattern shown in FIG. When switching that repeats the on / off operation is performed, and when the switching element Up of the upper arm repeats the on / off operation in a chopping pattern, the switching element Vn of the lower arm is turned on. This chopping cycle is a carrier cycle.
[0005]
In the next switching pattern t2, the switching pattern of the switching element Up of the upper arm and the switching element Wn of the lower arm is high, and either of the switching elements Up, Wn is turned on similarly to the switching pattern t1, The other performs an on / off operation.
[0006]
When the switching pattern of the switching elements Up and Vn is High, a current flows through the switching element Up → the U-arm and the V-phase armature coil 3 → the lower-arm switching element Vn of the upper arm, and the switching of the upper arm When the switching pattern of the lower arm switching element Wn becomes High when the element Up is High, the switching element Up → U phase of the upper arm and the armature coil 3 of W phase → the switching element Wn of the lower arm Current flows and heat is generated by the copper loss of the armature coil 3.
[0007]
In this way, in the phase-opening operation in which one of the U-phase, V-phase, and W-phase of the armature coil 3 is energized and one phase is lost, the switching element repeats ON operation and ON / OFF. The armature coil 3 of the motor 2 is caused to generate heat by alternately performing the operation every predetermined time. The preheat output value varies depending on the ON / OFF switching width.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional apparatus described above, one switching element of each of the upper arm and the upper arm and the lower arm of the other phase is turned on or on / off. For example, a lower arm switching element repeats an on / off operation when the upper arm switching element and the other phase switching element are on, and conversely turns on when an upper arm switching element repeats an on / off operation. Perform the action.
[0009]
When the output is fixed to a certain value under such an operation, since the switching width needs to be constant, the repetition of the on / off operation (switching) becomes a constant cycle. Therefore, the magnetic sound of the motor 2 also has a constant frequency due to switching at a constant period, and annoying noise is generated.
[0010]
Further, when the switching pattern is constant and the energized phase is fixed, there is a problem that the energized switching element is more stressed than the non-switching element.
[0011]
The present invention has been made to solve such a problem, and at the time of preheating the compressor, it is possible to reduce the stress caused by switching of the switching element and to reduce the noise by dispersing the magnetic sound caused by the switching. An object is to provide a compressor driving device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A compressor driving device according to the present invention includes an inverter circuit having a switching element connected in a three-phase bridge between a DC power source and ground, a three-phase motor for driving the compressor, and a switching element for each phase of the inverter circuit And a control unit that energizes the three-phase motor and (a) controls each switching element on the DC power supply side so that no current flows through the three-phase motor for a first predetermined time. Turn off and turn on each switching element on the ground side. (B) After the first predetermined time elapses, switch the connection between the DC power supply side on the first phase and each switching element on the ground side to energize the three-phase motor. (C) Thereafter, the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the second phase is switched, and the three-phase motor is energized also from the second phase. (D) After an appropriate time, of During this period, the connection of each switching element on the third-phase DC power supply side and the ground side is switched to cut off the power supply to the three-phase motor. (E) After the second predetermined time has elapsed, the third-phase DC power supply side And the connection of each switching element on the ground side is restored to the same state as (c), (f) and then the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the second phase is restored, The same state as (a) after returning to the same state as (b), and after (g), returning the connection of each switching element on the DC power supply side and ground side of the first phase for a third predetermined time. (H) In the next period, each predetermined time is changed without changing the total of the first, second and third predetermined times, and (a) to (a) g) are repeated in order, and (i) after that, the above (h) In which was repeatedly carried out.
[0013]
In the compressor driving device according to the present invention, the control unit changes the energization time of the three-phase motor without changing the total energization time of the three-phase motor in (h) and (i). Is.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a compressor driving apparatus showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a compressor, 2 is a three-phase motor built in the compressor 1, and 3 is each of the motor 2 Phase armature coil. Reference numeral 4 denotes an inverter circuit, which is a three-phase bridge-connected switching element 5 to 10 (for example, a power transistor) composed of an upper arm and a lower arm, and is connected in antiparallel to each of the switching elements 5 to 10, respectively. It consists of diodes 5a to 10a to be circulated. A microcomputer 11 controls the inverter circuit 4 to drive the motor 2 of the compressor 1. The microcomputer 11 has the function of the control unit of the present invention, and performs on / off control of the switching elements 5 to 10 with a preset switching pattern before starting the compressor 1 (FIGS. 2 and 5). reference). Reference numeral 12 denotes a DC power source.
[0015]
In FIG. 1, the switching elements are numbered and described. However, instead of the numbers in relation to FIG. 2, U, V, and W indicating the respective phases are given to the switching elements, and Each phase will be described with p indicating the upper arm and n indicating the lower arm.
[0016]
FIG. 2 is a timing diagram of the switching pattern of the switching element according to the embodiment of the present invention.
In the figure, Up and Un, Vp and Vn, Wp and Wn indicate switching patterns of the upper and lower arm switching elements of each phase. When this switching pattern is High, the switching elements Up to Wn are turned on. Turn off when The switching pattern is such that when the upper arm switching elements Up, Vp, Wp are on (High), the lower arm switching elements Un, Vn, Wn are off (Low), and conversely, The switching elements Un, Vn, and Wn of the lower arm are turned on when the switching elements Up, Vp, and Wp are off, that is, the switching pattern of each phase is set to be symmetrical between the upper arm and the lower arm. ing.
[0017]
T11 to T17 are time widths of the switching patterns (ON / OFF) of the switching elements Up to Wn. Among them, the switching pattern of each phase at T12 and the switching pattern at T16 are the same, and each phase at T13 The switching pattern at T15 and the switching pattern at T15 are the same. Further, the time widths of T12 and T16 are the same, and the time widths of T13 and T15 are also set the same.
[0018]
T11, T14, and T17 are switching patterns when the armature coils 3 of the phases U, V, and W are not energized (hereinafter, this switching pattern is referred to as “zero vector Ze”). At T11 and T17, the upper arm switching elements Up, Vp, and Wp are simultaneously turned off, and the lower arm switching elements Un, Vn, and Wn are simultaneously turned on. At T14, the upper arm switching elements Up, Vp, and Wp are simultaneously turned on, and the lower arm switching elements Un, Vn, and Wn are simultaneously turned off. T1 indicates the starting point (reference) of switching, and the total time width from T11 to T17 is the carrier period (predetermined period).
[0019]
In addition, after each switching element Up-Wn is controlled by the switching pattern shown in this FIG. 2, the microcomputer 11 controls each switching element Up-Wn by the switching pattern shown in FIG. 5 mentioned later.
[0020]
Here, the direction of current flowing through the armature coil 3 when the switching elements Up to Wn are controlled by the switching pattern shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing a current direction during a switching pattern at T12 and T16, and FIG. 4 is a diagram showing a current direction during a switching pattern at T13 and T15.
[0021]
When the inverter switching signal having the switching pattern shown in FIG. 2 is output from the microcomputer 11, the switching elements Up, Vp, and Wp of the upper arm are simultaneously turned off from the start point T1 to T11, and the switching of the lower arm is performed. Since the elements Un, Vn, and Wn are simultaneously turned on, no current flows through the armature coil 3, and the state becomes the zero vector Ze. Thereafter, at T12, when the switching pattern of the switching elements Up, Un of the upper and lower arms of the U phase is inverted, the switching element Up of the upper arm is turned on and the switching element Un of the lower arm is turned off. Since the switching elements Vn and Wn of the lower arm of the W phase and the W phase both hold the ON state, as shown in FIG. 3, the armature coil 3 of the switching element Up → the U phase → the electric machines of the V phase and the W phase A current iu flows in the order of the child coil 3 → the switching elements Vn, Wn.
[0022]
Next, at T13, the switching patterns of the V-phase upper arm and lower arm switching elements Vp and Vn are reversed, the upper arm switching element Vp is turned on, and the lower arm switching element Vn is turned off. Since the switching element Up of the upper arm of the U phase and the switching element Wn of the lower arm of the W phase are kept in the ON state, the current through the switching element Up is changed to an armature coil of the U phase as shown in FIG. The current flows through the 3 → W-phase armature coil, and the current via the switching element Vp flows from the V-phase armature coil 3 to the W-phase armature coil 3 to become a current −iw.
[0023]
At T15 thereafter, since the switching pattern is the same as T13, the current -iw flows as shown in FIG. 4, and at T16, the current iu flows as shown in FIG. 3 because it is the same switching pattern as T12.
[0024]
As described above, the time widths of T12 and T16 in FIG. 2 are the same, the time widths of T13 and T15 are the same, a constant current iu flows at T12 and T16, and a constant current -iw flows at T13 and T15U. The V-phase armature coil 3 reverses the current direction during switching at T12 (or T16) and T13 (or T15), but the time widths of T12 and T13 (or T15 and T16) are temporarily equal. For example, when the same amount of current flows in the direction in which they cancel each other and the switching speed of switching is sufficiently high, the current of the V-phase armature coil 3 becomes zero.
[0025]
The energization amount (heating output) is determined by the pattern width for switching the switching elements Up to Wn. For example, in FIG. 2, the magnitude of the current iu depends on T12 or T16, and the current -iw is T13 or T15. Therefore, if these time widths are controlled to be constant for each carrier period, the output is also constant.
[0026]
Next, the timing of the switching pattern shown in FIG. 5 will be described. The switching pattern of each of the switching elements Up to Wn shown in this figure is controlled following the switching pattern shown in FIG. 2 as described above, and the carrier period between T21 and T27 in the figure is the carrier shown in FIG. The period is the same, and T17 and T21 are continuous.
[0027]
The switching pattern shown in FIG. 5 does not change the time width of T22, T23, T25, and T26, that is, within the same carrier period as FIG. 2, T22 = T12, T23 = T13, T25 = T15, T26 = T16. The time width of the zero vector Ze of T14 is shifted to both sides by time t to T24, and the time width of the zero vector Ze of T11 and T17 is shifted by time t to T21 and T27. is there. Although the switching timing of each of the switching elements Up to Wn differs from that in FIG. 2 due to the shift of time t, the total time width of the zero vectors Ze of T21, T24 and T27 and T11, T14 and T17 shown in FIG. The total time width of the zero vectors Ze is the same, and the energization amount in FIG. 5 is the same as in FIG.
[0028]
When the switching elements Up to Wn are switched starting from T2, the current iu flows as shown in FIG. 3 at T22 and T26 as in FIG. 2, and as shown in FIG. 4 at T23 and T25. A current -iw flows. Since the DC currents have the same energization direction and energization amount as described above, the compressor 1 can be heated by heat generated by copper loss of the U-phase and W-phase armature coils 3 without rotating the motor 2.
[0029]
After controlling each of the switching elements Up to Wn with this switching pattern, the T21, T23, T25, and T26 shown in FIG. , T24 and T27 (zero vector Ze), that is, the switching elements Up to Wn are switched with a switching pattern in which the time t is further changed. The time t is determined by the microcomputer 11 and the value thereof is random. For example, the time t is determined using a random number table.
[0030]
As described above, according to the present embodiment, while switching the time width at random while maintaining the total time width of the zero vector Ze for each carrier period, the switching elements Up˜ Since Wn is switched (three-phase modulation), a direct current flows through each armature coil 3 without rotating the motor 2. For this reason, the motor 2 generates heat due to the copper loss of the armature coil 3. Then, the compressor 1 is heated. As a result, the lubricating oil due to the forming phenomenon is reduced and the motor 2 can be prevented from being burned out. Also, a large amount of liquid refrigerant is not dissolved in the lubricating oil and is not diluted, and the start-up during heating is improved. To do.
[0031]
In addition, since the switching timing is varied by randomly changing the timing at which the zero vector Ze is generated for each carrier cycle, the annoying magnetic sound generated by the motor 2 is dispersed and the noise is reduced. Deterioration of Up to Wn can be suppressed.
[0032]
In the above embodiment, the case where the time widths of T12 and T13 (or T15 and T16) are equal is described as an example, but the time widths of T12 and T13 (or T15 and T16) may be different. Good. For example, when the time widths of T12 and T13 (or T15 and T16) are different, current flows through the U-phase and W-phase armature coils 3, and current also flows through the V-phase. In this case, even if a current flows through the armature coil 3 of each phase, since the current is a direct current, the motor 2 does not rotate. That is, even if the respective time widths of T12 and T13 (or T15 and T16) are different, if the total time width of T12, T13, T15, and T16 is made constant, the energization amount to the armature coil 3 of each phase is constant. Therefore, the compressor 1 can be heated by causing the motor 2 to generate heat due to the copper loss of the armature coil 3 without rotating the motor 2 as described above.
[0033]
In addition, the zero pattern Ze is randomly changed (modulated) with the switching pattern fixed, but the switching speed of the switching pattern is sufficiently slow in the same configuration and operation (low enough to be considered that the motor 2 does not rotate). The compressor 1 may be heated by energizing the motor 2 by three-phase modulation type zero vector Ze modulation while switching the switching pattern in order to avoid intensive stress of the switching elements Up to Wn. The switching of the switching pattern here refers to, for example, the relationship that the on time of the switching element Up is long and the on time of the switching element Wp is short in FIG. 2, but the on time of the switching elements Up, Vp, Wp is long. This means that the relationship is changed and the on-time varies.
[0034]
The above explains that the time width of the zero vector Ze is modulated by the three-phase modulation method, but when the switching is performed by only the two-phase switching elements among the three-phase switching elements Up to Wn, the time width of the zero vector Ze is The fact that it is impossible to vary is briefly explained. A case where one phase remains on or off and only two phases switch is called two-phase modulation.
[0035]
FIG. 6 is a timing chart showing a switching pattern of the switching element in the two-phase modulation.
As shown in this figure, any one phase is always on or off, and there is only one Ts3 of the zero vector Ze. Therefore, when the energization amount is made constant, Ts1, Ts2, Ts4, and Ts5 must be kept constant, so that Ts3 of the zero vector Ze cannot be modulated. That is, the zero vector Ze cannot be modulated by the two-phase modulation.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, (a) each switching element on the DC power supply side is turned off and each switching element on the ground side is turned off so that no current flows through the three-phase motor for a first predetermined time. (B) After the first predetermined time has elapsed, the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the first phase is switched to energize the three-phase motor, and (c) the second phase The connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side is switched, and the three-phase motor is energized from the second phase. (D) After that, for the second predetermined time, the third phase DC power supply side And switching the connection of each switching element on the ground side to cut off the power supply to the three-phase motor. (E) After the second predetermined time has elapsed, the connection of each switching element on the third-phase DC power supply side and the ground side And return to the same state as in (c) above (F) After that, the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the second phase is restored to the same state as in (b), and (g) after that, for a third predetermined time. The connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the first phase is restored to be in the same state as (a), and this is defined as one cycle, and (h) Each predetermined time is changed without changing the total of the first, second, and third predetermined times, and (a) to (g) are sequentially repeated. (I) Thereafter, (h) ) Is repeatedly performed , the harsh magnetic sound generated in the three-phase motor is dispersed and the noise is reduced, and the switching time of each phase switching element becomes uniform. Reduces stress due to switching of switching elements .
[0037]
Further, according to the present invention, in (h) and (i), the energization time of the three-phase motor is changed without changing the total energization time of the three-phase motor . Without causing direct current to flow through each phase of the three-phase motor, the compressor is heated. As a result, the lubricating oil due to the forming phenomenon can be reduced, and the three-phase motor can be prevented from being burned out. There is no effect that the liquid refrigerant is dissolved and diluted, and the rise in heating is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a compressor driving device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing diagram of a switching pattern of a switching element in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a current direction in a switching pattern at T12 and T16.
FIG. 4 is a diagram showing a current direction in a switching pattern at T13 and T15.
FIG. 5 is a timing diagram of a switching pattern of the switching element subsequent to FIG. 2;
FIG. 6 is a timing chart showing a switching pattern of a switching element in two-phase modulation.
FIG. 7 is a timing diagram of a switching pattern of a switching element in the conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor, 2 motor, 3 armature coil, 4 inverter circuit, 5-10 switching element, 5a-10a diode, 11 microcomputer, 12 DC power supply.

Claims

An inverter circuit having a switching element connected in a three-phase bridge between a DC power source and ground, a three-phase motor that drives a compressor, and a switching element for each phase of the inverter circuit are switched to energize the three-phase motor. A control unit,
The controller is
(A) Turn off each switching element on the DC power supply side and turn on each switching element on the ground side so that no current flows to the three-phase motor for the first predetermined time.
(B) After the first predetermined time has elapsed, the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the first phase is switched to energize the three-phase motor,
(C) Thereafter, the connection of each switching element on the DC power supply side and ground side of the second phase is switched, and the three-phase motor is energized also from the second phase,
(D) Thereafter, during the second predetermined time, the connection of the switching elements on the DC power supply side and the ground side of the third phase is switched to cut off the power supply to the three-phase motor,
(E) After the second predetermined time has elapsed, the connection of the switching elements on the DC power supply side and the ground side of the third phase is restored to the same state as in (c),
(F) Thereafter, the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the second phase is restored to the same state as in (b),
(G) After that, during the third predetermined time, the connection of each switching element on the DC power supply side and the ground side of the first phase is restored to the same state as in (a), and this is set as one cycle. ,
(H) In the next cycle, the predetermined times are changed without changing the total of the first, second and third predetermined times, and (a) to (g) are repeated in order,
(I) After that, the compressor driving apparatus is characterized in that (h) is repeatedly performed every cycle .

2. The compressor drive according to claim 1, wherein the controller changes the energization time of the three-phase motor without changing the total time of energization of the three-phase motor in (h) and (i). apparatus.