JP4439869B2 - Inverter control device and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、極めて小容量のリアクタおよびコンデンサを用いたインバータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter control device using an extremely small capacity reactor and a capacitor.
従来、汎用インバータなどで用いられている一般的なモータ駆動用インバータ制御装置として、図9に示すようなモータ駆動用インバータ制御装置がよく知られている。 Conventionally, a motor drive inverter control device as shown in FIG. 9 is well known as a general motor drive inverter control device used in general-purpose inverters.
図9において、主回路は直流電源装置113と、インバータ3とモータ4とから構成されており、直流電源装置113については、交流電源1と、整流回路2と、インバータ3の直流電圧源のために電気エネルギーを蓄積する平滑コンデンサ112と、交流電源1の力率改善用リアクタ111から構成されている。
In FIG. 9, the main circuit is composed of a DC power supply device 113, an
一方、制御回路では、外部から与えられたモータ4の速度指令 に基づいてモータ4の各相電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段14と、モータ電圧作成手段14から作成された各相電圧指令値に基づいてインバータ3のPWM信号を生成するPWM制御手段18から構成されている。
On the other hand, in the control circuit, motor
ここで、交流電源1が220V(交流電源周波数50Hz)、インバータ3の入力が1.5kW、平滑コンデンサ112が1500μFのとき、力率改善用リアクタ111が5mHおよび20mHの場合における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を図10に示す。図10はIEC(国際電気標準会議)規格と併せて示したもので、力率改善用リアクタ111が5mHの場合には特に第3高調波成分がIEC規格のそれを大きく上回っているが、20mHの場合には40次までの高調波成分においてIEC規格をクリアしていることがわかる(例えば、非特許文献1参照)。
Here, when the AC power supply 1 is 220 V (AC power supply frequency 50 Hz), the input of the
そのため特に高負荷時においてもIEC規格をクリアするためには力率改善用リアクタ111のインダクタンス値をさらに大きくするなどの対策を取る必要があり、インバータ装置の大型化や重量増加、さらにはコストUPを招くという不都合があった。
For this reason, it is necessary to take measures such as further increasing the inductance value of the power
そこで、力率改善用リアクタ111のインダクタンス値の増加を抑え、電源高調波成分の低減と高力率化を達成する直流電源装置として、図11に示すような直流電源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, a DC power supply device as shown in FIG. 11 has been proposed as a DC power supply device that suppresses an increase in inductance value of the power
図11において、交流電源1の交流電源電圧を、ダイオードD1〜D4をブリッジ接続してなる全波整流回路の交流入力端子に印加し、その出力をリアクトルLinを介して中間コンデンサCに充電し、この中間コンデンサCの電荷を平滑コンデンサCDに放電して、負荷抵抗RLに直流電圧を供給する。この場合、リアクトルLinの負荷側と中間コンデンサCを接続する正負の直流電流経路にトランジスタQ1を接続し、このトランジスタQ1をベース駆動回路G1で駆動する構成となっている。 In FIG. 11, the AC power supply voltage of the AC power supply 1 is applied to the AC input terminal of the full-wave rectifier circuit formed by bridge-connecting the diodes D1 to D4, and the output is charged to the intermediate capacitor C via the reactor Lin. The electric charge of the intermediate capacitor C is discharged to the smoothing capacitor CD, and a DC voltage is supplied to the load resistor RL. In this case, the transistor Q1 is connected to the positive and negative DC current path connecting the load side of the reactor Lin and the intermediate capacitor C, and the transistor Q1 is driven by the base drive circuit G1.
また、ベース駆動回路G1にパルス電圧を印加するパルス発生回路I1、I2と、ダミー抵抗Rdmとをさらに備えており、パルス発生回路I1、I2は、それぞれ交流電源電圧のゼロクロス点を検出する回路と、ゼロクロス点の検出から交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサCの両端電圧と等しくなるまでダミー抵抗Rdmにパルス電流を流すパルス電流回路とで構成されている。 The circuit further includes pulse generation circuits I1 and I2 for applying a pulse voltage to the base drive circuit G1, and a dummy resistor Rdm. The pulse generation circuits I1 and I2 are circuits for detecting a zero cross point of the AC power supply voltage, respectively. From the detection of the zero cross point, the pulse current circuit is configured to flow a pulse current through the dummy resistor Rdm until the instantaneous value of the AC power supply voltage becomes equal to the voltage across the intermediate capacitor C.
ここで、パルス発生回路I1は交流電源電圧の半サイクルの前半にてパルス電圧を発生させ、パルス発生I2は交流電源電圧の半サイクルの後半にてパルス電圧を発生させるようになっている。 Here, the pulse generation circuit I1 generates a pulse voltage in the first half of the half cycle of the AC power supply voltage, and the pulse generation I2 generates a pulse voltage in the second half of the half cycle of the AC power supply voltage.
なお、トランジスタQ1をオン状態にしてリアクトルLinに強制的に電流を流す場合、中間コンデンサCの電荷がトランジスタQ1を通して放電することのないように逆流防止用ダイオードD5が接続され、さらに、中間コンデンサCの電荷を平滑コンデンサCDに放電する経路に、逆流防止用ダイオードD6と、平滑効果を高めるリアクトルLdcが直列に接続されている。 When the transistor Q1 is turned on and a current is forced to flow through the reactor Lin, a backflow prevention diode D5 is connected so that the charge of the intermediate capacitor C is not discharged through the transistor Q1, and further, the intermediate capacitor C A backflow prevention diode D6 and a reactor Ldc for enhancing the smoothing effect are connected in series to a path for discharging the electric charge of the current to the smoothing capacitor CD.
上記の構成によって、交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサCの両端電圧を超えない位相区間の一部または全部においてトランジスタQ1をオン状態にすることによって、装置の大型化を抑えたままで、高調波成分の低減と高力率化を達成することができる。
しかしながら、上記従来の構成では、容量の大きな平滑用コンデンサCDとリアクトルLin(特許文献1では1500μF、6.2mH時のシミュレーション結果について記載されている)とを依然として有したままであり、さらに中間コンデンサCとトランジスタQ1とベース駆動回路G1とパルス発生回路I1、I2とダミー抵抗Rdmと逆流防止用ダイオードD5、D6と平滑効果を高めるリアクトルLdcとを具備することで、装置の大型化や部品点数の増加に伴なうコストUPを招くという課題を有していた。 However, the above-described conventional configuration still has the smoothing capacitor CD having a large capacity and the reactor Lin (described in the simulation result at 1500 μF and 6.2 mH in Patent Document 1), and further the intermediate capacitor. C, transistor Q1, base drive circuit G1, pulse generation circuits I1 and I2, dummy resistor Rdm, backflow prevention diodes D5 and D6, and a reactor Ldc that enhances the smoothing effect, thereby increasing the size of the device and the number of parts. There has been a problem of incurring a cost increase accompanying the increase.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a motor drive inverter control device that is small, light, and low in cost.
上記課題を解決するために本発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータとを含み、整流回路はダイオードブリッジと、ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される極めて小容量のリアクタで構成され、インバータの直流母線間には極めて小容量のコンデンサを設け、インバータの直流電圧値を検出するPN電圧検出手段と、PN電圧検出手段から得られるインバータの直流電圧検出値が、周囲の素子の耐圧よりも低い値であって予め設定されたしきい値以上の時にモータの速度指令値を一時的に低下させる指令を出力する速度決定手段と、速度決定手段より得られるモータの速度指令値に基づき、モータの各相電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、予め設定されたインバータの直流電圧基準値とPN電圧検出手段から得られるインバータの直流電圧検出値との比較からPN電圧補正係数を導出するPN電圧補正手段と、モータ電圧指令作成手段から得られる各相電圧指令値とPN電圧補正手段の出力値であるPN電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段とを備えるものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a rectifier circuit that receives an AC power supply, an inverter that converts DC power into AC power, and a motor. The rectifier circuit includes a diode bridge, an AC input side of the diode bridge, or a DC current. It is composed of an extremely small capacity reactor connected to the output side, an extremely small capacity capacitor is provided between the DC buses of the inverter, and obtained from the PN voltage detection means for detecting the DC voltage value of the inverter and the PN voltage detection means. Speed determining means for outputting a command to temporarily reduce the speed command value of the motor when the detected DC voltage value of the inverter is lower than the withstand voltage of the surrounding elements and is equal to or higher than a preset threshold value; Motor voltage command generating means for generating each phase voltage command value of the motor based on the motor speed command value obtained from the speed determining means; PN voltage correction means for deriving a PN voltage correction coefficient from a comparison between the inverter DC voltage reference value and the inverter DC voltage detection value obtained from the PN voltage detection means, and each phase voltage obtained from the motor voltage command preparation means Motor voltage command correction means for correcting each phase voltage command value by multiplying the command value by a PN voltage correction coefficient that is an output value of the PN voltage correction means.
上記の構成によって、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現し、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータ駆動の維持を図り、さらにモータの高
速回転時における回生エネルギーによるインバータ直流電圧の跳ね上がりや、キャリア周波数成分のリップルの影響によって周辺回路部品が破壊するのを防ぐことを目的とする。
With the above configuration, a small, lightweight, and low cost motor drive inverter control device is realized by using a small capacitor and small capacitor, and the inverter DC voltage fluctuates greatly, making it difficult or impossible to drive the motor. Even in such a case, the inverter is operated so that the voltage applied to the motor is almost constant to maintain the motor drive, and further, the inverter DC voltage jumps due to regenerative energy during the high-speed rotation of the motor, and the carrier frequency component The purpose is to prevent peripheral circuit components from being damaged by ripples.
本発明のインバータ制御装置は、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、PN電圧補正手段によりモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでモータの駆動を維持することが可能となり、さらにモータの高速回転時における回生エネルギーによる直流電圧の跳ね上がりや、インバータ直流電圧に現れるキャリア周波数成分のリップルが大きくなったとしても周辺回路部品の破壊を回避することができ、システムの信頼性向上が図れるという効果を奏する。 The inverter control device of the present invention can realize a small, light, and low-cost motor drive inverter control device by using a small-capacity reactor and a small-capacitance capacitor, and it is difficult to drive the motor because the inverter DC voltage fluctuates greatly. Alternatively, even if it becomes impossible, it becomes possible to maintain the motor drive by making the voltage applied to the motor almost constant by the PN voltage correction means, and further, the DC voltage jumps due to regenerative energy during high-speed rotation of the motor In addition, even if the ripple of the carrier frequency component appearing in the inverter DC voltage increases, it is possible to avoid the destruction of the peripheral circuit components and to improve the reliability of the system.
第1の発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータとを含み、整流回路はダイオードブリッジと、ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される極めて小容量のリアクタで構成され、インバータの直流母線間には極めて小容量のコンデンサを設け、インバータの直流電圧値を検出するPN電圧検出手段と、PN電圧検出手段から得られるインバータの直流電圧検出値が、周囲の素子の耐圧よりも低い値であって予め設定されたしきい値以上の時にモータの速度指令値を一時的に低下させる指令を出力する速度決定手段と、速度決定手段より得られるモータの速度指令値に基づき、モータの各相電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、予め設定されたインバータの直流電圧基準値とPN電圧検出手段から得られるインバータの直流電圧検出値との比較からPN電圧補正係数を導出するPN電圧補正手段と、モータ電圧指令作成手段から得られる各相電圧指令値とPN電圧補正手段の出力値であるPN電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段とを備えるとを備えることにより、極めて小容量のコンデンサおよびリアクタを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能であり、さらにモータの高速回転時における回生エネルギーによる直流電圧の跳ね上がりや、インバータ直流電圧に現れるキャリア周波数成分のリップルが大きくなったとしても周辺回路部品の破壊を回避することができる。 A first invention includes a rectifier circuit having an AC power supply as an input, an inverter for converting DC power to AC power, and a motor. The rectifier circuit is connected to a diode bridge and an AC input side or a DC output side of the diode bridge. A PN voltage detecting means for detecting the DC voltage value of the inverter, and a DC voltage of the inverter obtained from the PN voltage detecting means. A speed determining means for outputting a command to temporarily reduce the speed command value of the motor when the detected value is lower than the withstand voltage of the surrounding elements and is not less than a preset threshold value; Based on the obtained motor speed command value, motor voltage command creating means for creating each phase voltage command value of the motor, and a preset inverter PN voltage correction means for deriving a PN voltage correction coefficient from a comparison between the current voltage reference value and the DC voltage detection value of the inverter obtained from the PN voltage detection means, each phase voltage command value obtained from the motor voltage command preparation means, and PN And a motor voltage command correction unit that corrects each phase voltage command value by multiplying by a PN voltage correction coefficient that is an output value of the voltage correction unit, thereby using an extremely small capacitor and reactor. This makes it possible to realize a small, lightweight, low-cost inverter control device for motor drive, and the voltage applied to the motor is almost constant even when the inverter DC voltage fluctuates and the motor drive becomes difficult or impossible. It is possible to operate the inverter so that the drive of the motor can be maintained, and the regeneration during the high-speed rotation of the motor Jumping and DC voltage by energy, it is possible to avoid the destruction of the peripheral circuit components as the ripple of the carrier frequency component appearing in the inverter DC voltage is increased.
第2の発明は、特に、第1の発明のインバータ制御装置において、インバータの異常停止時にのみ動作する過電圧保護手段を、小容量のコンデンサに並列に備えることにより、モータ停止時における回生エネルギーによる直流電圧の跳ね上がりを抑制することができる。 In particular, in the inverter control device according to the first aspect of the present invention, the overvoltage protection means that operates only when the inverter is abnormally stopped is provided in parallel with a small-capacitance capacitor, so that direct current due to regenerative energy when the motor is stopped is provided. Voltage jump can be suppressed.
第3の発明は、特に、第1〜2のいずれか1つの発明のインバータ制御装置において、速度決定手段より得られるモータの速度指令値から求まるインバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内で定常的に固定されるのを回避することにより、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することができる。 According to a third aspect of the invention, in particular, in the inverter control device according to any one of the first and second aspects, the inverter operating frequency obtained from the motor speed command value obtained from the speed determining means is an even number times the AC power source frequency. By avoiding the fixed frequency within the frequency range that has the frequency width set in advance around the resonance frequency and the resonance frequency, the resonance phenomenon between the inverter frequency and the AC power supply frequency is avoided. By doing so, unstable operation of the motor can be prevented and stable driving can be realized.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明のインバータ制御装置において、小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の40倍よりも大きくなるように小容量リアクタおよび小容量コンデンサの組み合わせを決定するものであり、交流電源電流の高調波成分を抑制し、IEC規格をクリアすることができる。 In particular, in the inverter control device according to any one of the first to third inventions, the fourth invention has a small capacity so that the resonance frequency of the small capacity reactor and the small capacity capacitor is greater than 40 times the AC power supply frequency. The combination of the reactor and the small-capacitance capacitor is determined, and the harmonic component of the AC power supply current can be suppressed and the IEC standard can be cleared.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
本発明の第1の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図1に示す。
図1において、主回路は交流電源1と、交流電力を直流電力に変換するダイオードブリッジ2と、2mH以下の小容量リアクタ11と、100μF以下の小容量コンデンサ12と、直流電力を交流電力に変換するインバータ3と、インバータ3により変換された交流電力により駆動するモータ4から構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a motor drive inverter control apparatus showing a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the main circuit is an AC power source 1, a
一方、制御回路では、速度決定手段19で与えられたモータ4の速度指令ω*に基づいてモータ4の各相電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段14と、インバータ3の直流電圧値を検出するPN電圧検出手段15と、予め設定されたインバータ3の直流電圧基準値をPN電圧検出手段15から得られるインバータ3の直流電圧検出値で除算することによりPN電圧補正係数を導出し、直流電圧検出値がゼロ以下の場合にはPN電圧補正係数に予め設定されたPN電圧補正係数の最大値を設定するPN電圧補正手段16と、モータ電圧指令作成手段14から得られる各相電圧指令値とPN電圧補正手段16の出力値であるPN電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段17と、モータ電圧指令補正手段17から作成されたモータ電圧指令補正値がモータ4に印加されるようなインバータ3のPWM信号を生成するPWM制御手段18から構成されている。
On the other hand, in the control circuit, the motor voltage command creating means 14 for creating each phase voltage command value of the motor 4 based on the speed command ω * of the motor 4 given by the
以下、具体的な方法について説明する。
モータ電圧指令作成手段14では式(1)で表される演算により各相電圧指令値vu *、vv *、vw *を作成する。
Hereinafter, a specific method will be described.
The motor voltage
ここで、Vmはモータ電圧値であり、θ1は式(2)で表されるように速度指令ω*を時間積分することで導出する。 Here, V m is a motor voltage value, and θ 1 is derived by time-integrating the speed command ω * as represented by the equation (2).
また、図2は本発明に係るPN電圧補正手段16の第1の実施例を示した図で、PN電圧補正手段16では予め設定されたインバータ3の直流電圧基準値Vpn0とPN電圧検出
手段15から得られるインバータ3の直流電圧検出値vpnを用いて式(3)のようにPN電圧補正係数kpnを導出する。
FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the PN voltage correction means 16 according to the present invention. In the PN voltage correction means 16, the preset DC voltage reference value Vpn0 of the
ここで、本発明では小容量コンデンサを用いているため、直流電圧検出値vpnがゼロとなる場合が生じるので、ゼロ割防止のための微小項δ0を設定しておく必要がある。 Here, since a small-capacitance capacitor is used in the present invention, the DC voltage detection value v pn may become zero, so it is necessary to set a minute term δ 0 for preventing zero splitting.
なお、式(3)の微小項δ0の代わりに、直流電圧検出値vpnがゼロ以下の場合においてPN電圧補正係数kpnに予め設定されたPN電圧補正係数の最大値を設定することでゼロ割防止を図ることができる。 In place of the minute term δ 0 in equation (3), when the detected DC voltage value v pn is zero or less, the maximum value of the preset PN voltage correction coefficient is set as the PN voltage correction coefficient k pn. Zero percent can be prevented.
即ち、式(4)のようにPN電圧補正係数kpnを導出しても良い。 That is, the PN voltage correction coefficient k pn may be derived as shown in Equation (4).
ここで、kpn#maxは予め設定されたPN電圧補正係数の最大値である。 Here, k pn # max is a maximum value of a preset PN voltage correction coefficient.
また、モータ電圧指令補正手段17では各相電圧指令値vu *、vv *、vw *とPN電圧補正係数kpnを用いて式(5)のようにモータ電圧指令補正値vuh *、vvh *、vwh *を導出する。 Further, the motor voltage command correction means 17 uses the respective phase voltage command values v u * , v v * , v w * and the PN voltage correction coefficient k pn as shown in the equation (5) to obtain a motor voltage command correction value v uh *. , V vh * , v wh * are derived.
以上により、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能となる。
さらに、速度決定手段19の動作について説明する。
As described above, by using a small capacity reactor and a small capacity capacitor, it is possible to realize a motor drive inverter control apparatus that is small, light, and low in cost, and the inverter DC voltage fluctuates greatly, making it difficult or impossible to drive the motor. Even in this case, the inverter can be operated so that the voltage applied to the motor is substantially constant, and the motor can be maintained.
Further, the operation of the
図3は、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置の第1の動作結果である。
本発明におけるコンデンサ12は、極めて容量の小さいものを用いているため交流電源電
圧のゼロクロス付近(図中矢印部)においてはモータ4の回生エネルギーを吸収しきれず、直流電圧が跳ね上がる現象が生じる。
FIG. 3 shows a first operation result of the motor drive inverter control apparatus of the present invention.
Since the
図4は、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置の第2の動作結果であるが、コンデンサ12に蓄えられる電気エネルギーが小さいため、インバータのキャリア周波数にて充放電が繰り返され、インバータ直流電圧にキャリア周波数成分のリップルが現れているのが分かる。
FIG. 4 shows a second operation result of the motor drive inverter control device according to the present invention. Since the electrical energy stored in the
図3に示すような直流電圧の跳ね上がりや、図4に示すようなリップルはモータ4の高速回転領域(高負荷領域)で発生しやすく、場合によってはインバータ3やその他周辺回路の耐圧を超える可能性があった。
The DC voltage jump as shown in FIG. 3 and the ripple as shown in FIG. 4 are likely to occur in the high speed rotation region (high load region) of the motor 4 and may exceed the withstand voltage of the
しかし、速度決定手段19において、PN電圧検出手段15から得られるインバータ3の直流電圧検出値が予め設定しておいたしきい値以上の時に速度指令ω*を一時的に下げるような出力を行うことによって、インバータ3やその他周辺回路の耐圧を超えるようなインバータ直流電圧の跳ね上がりやキャリア周波数成分のリップルを発生させることなく、通常の範囲内に抑制できるようにした。
However, the speed determination means 19 outputs such that the speed command ω * is temporarily lowered when the DC voltage detection value of the
図5に速度決定手段19での具体的な演算フローを示す。
PN電圧検出手段15から得られるインバータ3の直流電圧検出値vpnを入力後(201)、しきい値との比較を行い(202)、しきい値を超えていた場合は計時カウンタをクリアした後(206)、速度指令ω*を下げている(207)。
インバータ3の直流電圧検出値vpnがしきい値より低い場合でも、計時カウンタが規定時間経過していなければ速度指令ω*を現状維持のままにすることによって回転数のハンチング動作を防止している。
FIG. 5 shows a specific calculation flow in the
After inputting the DC voltage detection value v pn of the
Even when the DC voltage detection value v pn of the inverter 3 is lower than the threshold value, the speed command ω * is kept as it is if the time counter has not passed the specified time to prevent the speed hunting operation. Yes.
PN電圧検出手段15においてはノイズ除去を目的としたローパスフィルタが具備されているのが望ましく、さらに、このローパスフィルタをマイコンやDSPなどの演算装置にて実現されるデジタルフィルタであればコスト的にも有利である。 The PN voltage detection means 15 is preferably provided with a low-pass filter for the purpose of noise removal. Further, if the low-pass filter is a digital filter realized by an arithmetic unit such as a microcomputer or DSP, the cost is low. Is also advantageous.
(実施の形態2)
本発明の第2の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図6に示す。主回路には実施の形態1のものに過電圧保護手段13を追加した。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a system configuration diagram of an inverter control device for driving a motor showing a second embodiment of the present invention. An overvoltage protection means 13 is added to the main circuit in the first embodiment.
この過電圧保護手段13は、サージアブソーバなどの電圧吸収形素子や、ガスアレスタなどの電圧放電形素子、またはその他電圧上昇を抑制することができるものであれば構わない。 The overvoltage protection means 13 may be any voltage absorption type element such as a surge absorber, voltage discharge type element such as a gas arrester, or any other means that can suppress voltage rise.
本実施の形態においては、通常動作時には直流電圧を過電圧保護手段13が動作しない電圧に抑制し、インバータ3の保護が必要な緊急停止時にのみ過電圧保護手段13が動作することによって、より高い信頼性と過電圧保護手段13に用いた部品の長期間使用の両立を可能としている。
In the present embodiment, the DC voltage is suppressed to a voltage at which the
(実施の形態3)
本発明に係るインバータ運転周波数の設定に関する具体的な方法について以下に説明する。本発明のモータ駆動用インバータ制御装置では小容量コンデンサを用いているため、図7のようにインバータ直流電圧は交流電源周波数fSの2倍の周波数で大きく脈動する。
(Embodiment 3)
A specific method for setting the inverter operating frequency according to the present invention will be described below. Since the motor drive inverter control apparatus of the present invention uses a small-capacitance capacitor, the inverter DC voltage greatly pulsates at a frequency twice the AC power supply frequency f S as shown in FIG.
そのため、速度決定手段19より得られるモータの速度指令ω*から求まるインバータ
運転周波数インバータ運転周波数f1が交流電源周波数fSの偶数倍となる周波数では、インバータ直流電圧が脈動する周波数(交流電源周波数fSの2倍の周波数)と同期し共振現象が生じてしまう。
Therefore, at the frequency at which the inverter operating frequency f 1 obtained from the motor speed command ω * obtained from the
図8はインバータ運転周波数f1が交流電源周波数fSの2倍となる場合の動作結果で、インバータ直流電圧が脈動する周波数と同期して共振現象が生じ、モータ電流においては負の直流成分が重畳されていることがわかる。 FIG. 8 shows an operation result when the inverter operating frequency f 1 is twice the AC power supply frequency f S. A resonance phenomenon occurs in synchronization with the frequency at which the inverter DC voltage pulsates, and a negative DC component is present in the motor current. It can be seen that they are superimposed.
そのため、モータにはブレーキトルクが発生し、出力トルクの減少やモータ損失が増加するといった悪影響が生じてしまう。 Therefore, the brake torque is generated in the motor, and adverse effects such as a decrease in output torque and an increase in motor loss occur.
なお、このときの諸元としては、小容量リアクタのインダクタンス値は0.5mH、小容量コンデンサの容量は10μF、交流電源は220V(50Hz)、インバータ運転周波数は100Hz(ここではモータの極数は2極のため、インバータ運転周波数とモータ速度指令値は等しい)、インバータキャリア周波数は5kHzである。
そこで、インバータ運転周波数f1の設定において、インバータ運転周波数f1が式(6)となるような場合で定常的に固定されるのを回避する必要がある。
The specifications at this time are as follows: the inductance value of the small capacity reactor is 0.5 mH, the capacity of the small capacity capacitor is 10 μF, the AC power source is 220 V (50 Hz), the inverter operating frequency is 100 Hz (here, the number of poles of the motor is Because of the two poles, the inverter operating frequency is equal to the motor speed command value), and the inverter carrier frequency is 5 kHz.
Therefore, in the setting of the inverter operation frequency f 1, the inverter operating frequency f 1 is required to avoid being constantly fixed case such that Equation (6).
ここで、nは整数、△fは予め設定された周波数幅であり、周波数幅△fに関しては基本的には上述の共振現象の影響が少なくなるように設定しておく。 Here, n is an integer, Δf is a preset frequency width, and the frequency width Δf is basically set so that the influence of the resonance phenomenon described above is reduced.
また、インバータ運転周波数f1が式(6)で求められる共振周波数を越える場合には、加速あるいは減速といった過渡状態で一気にインバータ運転周波数f1を変更させ、共振周波数で固定することを回避する。 Further, when the inverter operating frequency f 1 exceeds the resonance frequency obtained by the equation (6), it is avoided that the inverter operating frequency f 1 is changed at a stretch in a transient state such as acceleration or deceleration and fixed at the resonance frequency.
なお、周波数幅△fは必ずしも設定する必要はなく、運転状況(軽負荷時など)によっては設定しなくとも良い(この場合は△f=0とすれば良い)。 Note that the frequency width Δf does not necessarily need to be set, and may not be set depending on the driving condition (such as during light load) (in this case, Δf = 0 may be set).
以上により、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能となる。 As described above, by avoiding the resonance phenomenon between the inverter frequency and the AC power supply frequency, unstable operation of the motor can be prevented and stable driving can be realized.
(実施の形態4)
本発明に係る小容量コンデンサおよび小容量リアクタの仕様決定に関する具体的な方法について以下に説明する。
(Embodiment 4)
A specific method for determining the specifications of the small-capacity capacitor and small-capacity reactor according to the present invention will be described below.
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置では、交流電源電流の高調波成分を抑制してIEC規格をクリアするために、小容量コンデンサと小容量リアクタとの共振周波数fLC(LC共振周波数)を交流電源周波数fSの40倍よりも大きくなるように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定する。 In the motor drive inverter control device of the present invention, the resonance frequency f LC (LC resonance frequency) of the small capacitor and the small reactor is changed to AC in order to suppress the harmonic component of the AC power supply current and clear the IEC standard. The combination of the small capacitor and the small reactor is determined so as to be larger than 40 times the power supply frequency f S.
ここで、小容量コンデンサの容量をC[F]、小容量リアクタのインダクタンス値をL[H]とすると、LC共振周波数fLCは式(7)のように表される。 Here, when the capacitance of the small capacitor is C [F] and the inductance value of the small capacitor is L [H], the LC resonance frequency f LC is expressed as shown in Equation (7).
即ち、fLC>40fSを満たすように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定するものである(IEC規格では交流電源電流の高調波成分において第40次高調波まで規定されているため)。 That is, the combination of the small-capacitance capacitor and the small-capacity reactor is determined so as to satisfy f LC > 40 f S (because the IEC standard specifies the 40th harmonic in the harmonic component of the AC power supply current). .
以上により、小容量コンデンサおよび小容量リアクタの組み合わせを決定することで、交流電源電流の高調波成分を抑制して、IEC規格をクリアすることが可能となる。 As described above, by determining the combination of the small-capacitance capacitor and the small-capacity reactor, the harmonic component of the AC power supply current can be suppressed and the IEC standard can be cleared.
なお、実施の形態1から実施の形態4で説明した本発明は、インバータ回路を使用してモータを駆動するモータ駆動用インバータ制御装置に適用できる。例えば、インバータ回路を搭載した空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等である。いずれの製品についても、モータ駆動用インバータ装置を小型化、軽量化することで、製品の設計の自由度が向上し、安価な製品を提供することができる。 Note that the present invention described in the first to fourth embodiments can be applied to a motor drive inverter control device that drives a motor using an inverter circuit. For example, an air conditioner equipped with an inverter circuit, a refrigerator, an electric washing machine, an electric dryer, an electric vacuum cleaner, a blower, a heat pump water heater and the like. For any product, by reducing the size and weight of the motor drive inverter device, the degree of freedom in product design is improved, and an inexpensive product can be provided.
以上のように、本発明にかかるモータ駆動用インバータ制御装置は、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、PN電圧補正手段によりモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでモータの駆動を維持することが可能となり、さらにモータの高速回転時における回生エネルギーによる直流電圧の跳ね上がりや、インバータ直流電圧に現れるキャリア周波数成分のリップルが大きくなったとしても周辺回路部品の破壊を回避することができ、システムの信頼性向上が図れるため、空気調和機における圧縮機駆動モータなどのようにパルスジェネレータ等の速度センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように速度センサを具備することができる場合においても本発明は適用できる。 As described above, the motor drive inverter control device according to the present invention can realize a small, light and low cost motor drive inverter control device by using a small-capacity reactor and a small-capacitance capacitor, and the inverter DC voltage is greatly increased. Even if it becomes difficult or impossible to drive the motor due to fluctuations, it is possible to maintain the motor driving by making the voltage applied to the motor almost constant by the PN voltage correction means, and to further rotate the motor at high speed Even if the DC voltage jumps due to regenerative energy at the time or the ripple of the carrier frequency component that appears in the inverter DC voltage increases, it is possible to avoid the destruction of peripheral circuit components and improve the system reliability. Speed sensors such as pulse generators such as compressor drive motors Not only in the case it can not be used, but the present invention when, which may comprise a speed sensor, such as servo drive can be applied.
また、空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、送風機、電機掃除機、ヒートポンプ給湯器等のアクチュエータのドライバとしても利用できる。 Moreover, it can utilize also as a driver of actuators, such as an air conditioner, a refrigerator, an electric washing machine, an electric dryer, an air blower, an electric cleaner, and a heat pump water heater.
1 交流電源
2 整流回路
3 インバータ
4 モータ
11 小容量リアクタ
12 小容量コンデンサ
13 過電圧保護手段
14 モータ電圧指令作成手段
15 PN電圧検出手段
16 PN電圧補正手段
17 モータ電圧指令補正手段
18 PWM制御手段
19 速度決定手段
111 リアクタ
112 平滑コンデンサ
113 直流電源装置
Lin、Ldc リアクトル
D1〜D6 ダイオード
Q1 トランジスタ
G1 ベース駆動回路
I1、I2 パルス発生回路
C 中間コンデンサ
CD 平滑コンデンサ
RL 負荷抵抗
Rdm ダミー抵抗
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