JP4622435B2 - Inverter control device and hermetic electric compressor - Google Patents

Inverter control device and hermetic electric compressor Download PDF

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Description

本発明は、PWM制御されるスイッチング素子によりモータを駆動するインバータ制御装置に関するもので、特に冷蔵庫用密閉型電動圧縮機の駆動に好適なものである。   The present invention relates to an inverter control device that drives a motor by a PWM-controlled switching element, and is particularly suitable for driving a hermetic electric compressor for a refrigerator.

従来、この種のインバータ制御装置において比較的低回転領域ではキャリア周波数を大きくし、1周期中の通電OFF時間を短くすることで電流の落ち込みが低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。また、それ以外の回転数領域ではキャリア周波数を小さく設定して漏洩電流を小さくするというものがある(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in this type of inverter control device, a drop in current can be reduced by increasing the carrier frequency in a relatively low rotation region and shortening the energization OFF time in one cycle, and vibration and noise due to current ripple can be reduced. In other rotational speed regions, the carrier frequency is set small to reduce the leakage current (see, for example, Patent Document 1).

以下、図面を参照しながら上記従来のインバータ回路について説明する。   The conventional inverter circuit will be described below with reference to the drawings.

図4は、特許文献1に記載された従来のインバータ制御装置のブロック図、図5はキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図である。   FIG. 4 is a block diagram of a conventional inverter control device described in Patent Document 1, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a carrier frequency control pattern.

図4において、1は直流電源部、2は主回路部、3は制御回路部である。直流電源部1は、電解コンデンサ、ダイオードブリッジ回路、などにより構成(図示せず)されており、交流電力を直流電力に変換して主回路部2へ直流電力を供給する。   In FIG. 4, 1 is a DC power supply unit, 2 is a main circuit unit, and 3 is a control circuit unit. The DC power supply unit 1 is configured by an electrolytic capacitor, a diode bridge circuit, and the like (not shown), converts AC power into DC power, and supplies DC power to the main circuit unit 2.

主回路部2は、6個のスイッチング素子Ua、Ub、Va、Vb、Wa、Wbと6個の環流ダイオードD1、D2・・・D6を備え、それぞれの環流ダイオードは、スイッチング素子と並列に接続されている。そして、スイッチング素子UaとUbを直列に接続して
アーム部Uabを、スイッチング素子VaとVbを直列に接続しアーム部Vabを、同様にスイッチング素子WaとWbを直列に接続し、アーム部Wabを形成し、これら3つのアーム部Uab、Vab、Wabをそれぞれ並列に接続することで、3相のブリッジが形成される。3相の各アーム部Uab、Vab、Wabが有するスイッチング素子の共通接点U0、V0、W0は、それぞれに対応するモータの端子U、端子V、端子Wに接続される。
The main circuit unit 2 includes six switching elements Ua, Ub, Va, Vb, Wa, Wb and six free-wheeling diodes D1, D2,... D6, and each free-wheeling diode is connected in parallel with the switching elements. Has been. The switching elements Ua and Ub are connected in series to connect the arm part Uab, the switching elements Va and Vb are connected in series to connect the arm part Vab, and the switching elements Wa and Wb are connected in series, and the arm part Wab is connected to the arm part Uab. By forming and connecting these three arm portions Uab, Vab, and Wab in parallel, a three-phase bridge is formed. The common contacts U0, V0, and W0 of the switching elements of the three-phase arm portions Uab, Vab, and Wab are connected to the corresponding motor terminals U, V, and W, respectively.

また、制御回路部3は、誘起電圧検出部4、ロータ位置演算部5、転流制御回路部6、速度制御回路部7、PWMキャリア周波数生成回路部8、Duty制御部9、PWMキャリア周波数切替指令回路部10、及び通電波形切替指令部11より構成され、120°通電のPWM制御のインバータであり、ロータの位置を検出する時間は電気角で60°である。   The control circuit unit 3 includes an induced voltage detection unit 4, a rotor position calculation unit 5, a commutation control circuit unit 6, a speed control circuit unit 7, a PWM carrier frequency generation circuit unit 8, a duty control unit 9, and a PWM carrier frequency switching. It is composed of a command circuit unit 10 and an energization waveform switching command unit 11 and is a 120 ° energization PWM control inverter. The time for detecting the rotor position is 60 ° in electrical angle.

以下、制御回路部3の動作原理について説明する。   Hereinafter, the operation principle of the control circuit unit 3 will be described.

まず、主回路部2の出力端子U、V、Wに接続された誘起電圧検出部4より、モータの回転駆動によって発生した各相の誘起電圧を検出する。誘起電圧検出部4により検出した誘起電圧波形を基に、ロータ位置演算部5により、誘起電圧のゼロクロス点によりロータの位置の演算を行う。次に、ロータ位置演算部5で算出したロータ位置情報に基づき、転流制御回路部6により、主回路部2の各スイッチング素子Ua、Ub、Va、Vb、Wa、WbのON/OFF信号を生成し、主回路部2に設けられたスイッチング素子を駆動する。   First, the induced voltage of each phase generated by the rotational drive of the motor is detected by the induced voltage detection unit 4 connected to the output terminals U, V, W of the main circuit unit 2. Based on the induced voltage waveform detected by the induced voltage detector 4, the rotor position calculator 5 calculates the rotor position from the zero cross point of the induced voltage. Next, based on the rotor position information calculated by the rotor position calculation unit 5, the commutation control circuit unit 6 generates ON / OFF signals for the switching elements Ua, Ub, Va, Vb, Wa, Wb of the main circuit unit 2. The switching element provided in the main circuit unit 2 is driven.

一方、ロータ位置演算部5と並列に接続された速度制御回路部7は、誘起電圧検出部4の信号を受けて、モータの回転速度を算出し、モータの回転数が指令値と等しくなるようにPWM(パルス幅変調)制御により電圧値の制御を行う。   On the other hand, the speed control circuit unit 7 connected in parallel with the rotor position calculation unit 5 receives the signal from the induced voltage detection unit 4 and calculates the rotation speed of the motor so that the rotation speed of the motor becomes equal to the command value. In addition, the voltage value is controlled by PWM (pulse width modulation) control.

また、速度制御回路部7の回転速度情報を受けて、PWMキャリア周波数切替指令回路部10は、PWMキャリアのDuty制御におけるON時間時の電流増とOFF時間時の電流減による電流変動、すなわち電流リップルの振幅を小さくし、振動、騒音を抑制するために適切なキャリア周波数の選定を行う。キャリア周波数選定は、予め、回転数に対する最適なキャリア周波数の特性を実験的に求め、PWMキャリア周波数切替回路内にデータベース化して持っておくことにより、容易に抽出することができる。   Further, upon receiving the rotational speed information of the speed control circuit unit 7, the PWM carrier frequency switching command circuit unit 10 determines the current fluctuation due to the current increase at the ON time and the current decrease at the OFF time in the duty control of the PWM carrier, that is, the current Select an appropriate carrier frequency to reduce the ripple amplitude and suppress vibration and noise. The carrier frequency selection can be easily extracted by experimentally obtaining the optimum carrier frequency characteristic with respect to the rotational speed in advance and storing it in a database in the PWM carrier frequency switching circuit.

図5において、横軸は回転数、縦軸はキャリア周波数を表す。   In FIG. 5, the horizontal axis represents the number of rotations and the vertical axis represents the carrier frequency.

図5より、比較的低回転数領域ではキャリア周波数を大きくし、それ以外の回転数領域ではキャリア周波数を小さく設定している。   As shown in FIG. 5, the carrier frequency is set large in the relatively low rotational speed region, and the carrier frequency is set small in the other rotational speed regions.

従って、比較的低回転数領域でキャリア周波数を大きくしたので、1周期中の通電OFF時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。
特開2001−186787号公報
Therefore, since the carrier frequency is increased in a relatively low rotational speed region, the energization OFF time in one cycle is shortened, current drop can be reduced, and vibration and noise due to current ripple can be reduced.
JP 2001-186787 A

しかしながら、特許文献1に示す上記従来の構成では、図5の制御パターンでキャリア周波数を切り替えた場合、転流タイミングのずれが連続して発生し(この現象を同期モードと呼ぶ)、その結果、過大なモータ電流が流れ続けてしまい、消費電力が増加してしまう、更には保護回路が働きDCブラシレスモータが停止してしまうことがあるといった課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration shown in Patent Document 1, when the carrier frequency is switched in the control pattern of FIG. 5, a shift in commutation timing occurs continuously (this phenomenon is called a synchronous mode), and as a result, An excessive motor current continues to flow, resulting in an increase in power consumption. Further, the protection circuit is activated and the DC brushless motor may be stopped.

今回、この同期モードの発生原因を解明できたので以下、詳述する。   This time, the cause of this synchronous mode has been clarified.

図6は位置検出のタイムチャート、図7は同期モードの原理図である。   FIG. 6 is a time chart of position detection, and FIG. 7 is a principle diagram of the synchronous mode.

図6において、VU、VV、VWはDCブラシレスモータのステータの端子電圧であり、CVU、CVV、CVWは、端子電圧VU、VV、VWの1/2である仮想中性点の電圧を基準電圧とし、端子電圧VU、VV、VWと前記基準電圧とをコンパレータにより比較した信号である。なお、図6はPWM制御を省略して表現している。   In FIG. 6, VU, VV, and VW are terminal voltages of the stator of the DC brushless motor, and CVU, CVV, and CVW are virtual neutral point voltages that are ½ of the terminal voltages VU, VV, and VW as reference voltages. The terminal voltages VU, VV, VW and the reference voltage are compared by a comparator. In FIG. 6, the PWM control is omitted.

従来のインバータ制御装置では、電流を流すステータの相を切り替えるための転流のタイミングを以下のように決定している。   In the conventional inverter control device, the commutation timing for switching the phase of the stator through which current flows is determined as follows.

まずVU、VV、VWの未通電区間における誘起電圧と基準電圧を比較し、これらが交差する点(以後、ゼロクロス点と呼ぶ)を検出し、この点からDCブラシレスモータのロータの位置を検出する。そして、このゼロクロス点から電気角で30°遅延したタイミングで転流する。つまりロータの位置検出は電気角60°にあたる無通電時間Tの間に行われ、転流までの遅延時間はちょうどT/2に相当する。   First, the induced voltage and the reference voltage in a non-energized section of VU, VV, and VW are compared, a point where they intersect (hereinafter referred to as a zero cross point) is detected, and the position of the rotor of the DC brushless motor is detected from this point. . And it commutates at a timing delayed by 30 ° in electrical angle from this zero cross point. In other words, the rotor position is detected during a non-energization time T corresponding to an electrical angle of 60 °, and the delay time until commutation corresponds to just T / 2.

次に図7に基づいて同期モードが発生する原理を説明する。   Next, the principle that the synchronization mode occurs will be described with reference to FIG.

図7は図6において位置検出区間の電気角240°分を拡大したもので縦軸は電圧、横軸は時間である。モータの極数は6極と仮定する。端子電圧はPWM制御されており、運転回転数は55.6r/s、キャリア周波数は3kHz、Dutyは48%である。従ってロータの位置を検出する、電気角60°にあたる無通電時間Tは1000μSEC、キャリア周期Cが333.3μSECであり、時間Tとキャリア周期Cの3倍とが一致している。Dutyが48%なのでON時間は160μSEC、OFF時間は173.3μSECとなる。   FIG. 7 is an enlarged view of the electrical angle of 240 ° in the position detection section in FIG. 6. The vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. It is assumed that the motor has 6 poles. The terminal voltage is PWM controlled, the operating speed is 55.6 r / s, the carrier frequency is 3 kHz, and the duty is 48%. Accordingly, the non-energization time T corresponding to an electrical angle of 60 ° for detecting the position of the rotor is 1000 μSEC and the carrier cycle C is 333.3 μSEC, and the time T and 3 times the carrier cycle C coincide. Since the duty is 48%, the ON time is 160 μSEC and the OFF time is 173.3 μSEC.

図7のVU相の初めの電気角60°の位置検出区間において、本来検出されるべき正しいゼロクロス点はA点であるが、A点ではスイッチング素子がOFF状態であり、端子電圧が0Vであるのでゼロクロス点を検出することができない。その結果、ゼロクロス点は次にスイッチング素子がONした瞬間(B点)で検出されてしまう。この場合転流タイミングは時間Rだけ遅れることになる。そして次の無通電区間においても全く同様のことが繰り返されることで、転流タイミングの遅れが安定的、連続的に発生する。以上が今回解明できた、同期モードが発生するメカニズムである。   In the position detection section at the initial electrical angle of 60 ° in the VU phase in FIG. 7, the correct zero cross point to be detected is the point A, but at the point A, the switching element is OFF and the terminal voltage is 0V. Therefore, the zero cross point cannot be detected. As a result, the zero-cross point is detected at the next moment (point B) when the switching element is turned on. In this case, the commutation timing is delayed by time R. And the same thing is repeated also in the next non-energization section, and the delay of commutation timing occurs stably and continuously. The above is the mechanism for generating the synchronous mode, which has been clarified this time.

ここで、同期モードは、位置検出時間、すなわち電気角60°分に相当する時間Tとキャリア周期のn倍(nは整数)が粗一致した場合に起こるので、Dutyが小さいほど起こる確率は高くなる。   Here, the synchronization mode occurs when the position detection time, that is, the time T corresponding to the electrical angle of 60 °, and the carrier cycle n times (n is an integer) roughly match, so the smaller the Duty, the higher the probability that it will occur. Become.

同期モードが発生して転流タイミングが遅れると、モータの発生トルクが落ち、かつブレーキトルクが働く。そのために、モータを駆動するために必要なトルクを補うために、余分な電流が流れることとなる。この余分な電流は転流タイミングの遅れる時間Rが大きいほど大きくなる。   When the synchronous mode occurs and the commutation timing is delayed, the torque generated by the motor is reduced and the brake torque is activated. Therefore, an extra current flows in order to supplement the torque necessary for driving the motor. This excess current increases as the time R for which the commutation timing is delayed increases.

そしてこの状態においてモータが連続運転されると、転流タイミングが時間Rだけ遅れた状態が連続して発生続けることになり、異常なモータ電流が流れ続けることになる。   When the motor is continuously operated in this state, a state in which the commutation timing is delayed by the time R continues to occur continuously, and abnormal motor current continues to flow.

その結果、過剰な電力を消費してしまう。また実際のインバータ装置においては異常電流が流れた場合には一般的に保護回路が動作し、モータが停止してしまうことがあった。   As a result, excessive power is consumed. In an actual inverter device, when an abnormal current flows, a protection circuit generally operates and the motor may stop.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、省エネで信頼性の高いインバータ制御装置を提供するものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an energy saving and highly reliable inverter control device.

上記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、ドライブ回路にて加減制御されるDutyが60%以下の場合で、かつ第1のキャリア周波数におけるロータの位置を検出する時間とキャリア周期のn倍(nは整数)が一致する運転回転数において、前記第1のキャリア周波数を、第2のキャリア周波数に切り替える構成とし、前記第2のキャリア周波数を、前記ロータの位置を検出する時間と該第2のキャリア周波数のn倍が一致しない周波数としたもので、同期モードの発生を防ぐことができる。 In order to solve the above-described conventional problem, the inverter control device of the present invention has a time for detecting the position of the rotor at the first carrier frequency when the duty controlled by the drive circuit is 60% or less. The first carrier frequency is switched to the second carrier frequency at an operation speed that matches n times the carrier period (n is an integer), and the position of the rotor is detected from the second carrier frequency. In this case, a frequency in which n times the second carrier frequency does not coincide with the second carrier frequency can prevent the generation of the synchronous mode.

本発明のインバータ制御装置は、同期モードの発生を防ぐことで、省エネで信頼性の高いインバータ制御装置を提供するものである。   The inverter control device of the present invention provides an energy saving and highly reliable inverter control device by preventing the occurrence of a synchronous mode.

請求項1に記載の内容は、複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるパワー部と、DCブラシレスモータのロータの位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路からの出力により前記パワー部のスイッチング素子を動作させるドライブ回路と、前記位置検出回路によるロータの位置情報よりDCブラシレスモータの回転数を演算する回転数演算回路と、パワー部を構成するスイッチング素子の切り替え周波数を生成するキャリア周波数生成回路とを備え、前記ドライブ回路にて加減制御されるDutyが60%以下の場合で、かつ第1のキャリア周波数におけるロータの位置を検出する時間とキャリア周期のn倍(nは整数)が一致する運転回転数において、前記第1のキャリア周波数を、第2のキャリア周波数に切り替える構成とし、前記第2のキャリア周波数を、前記ロータの位置を検出する時間と該第2のキャリア周波数のn倍が一致しない周波数としたもので同期モードの発生を防ぐことができるので、省エネで信頼性の高いインバータ制御装置を提供することができる。また、Dutyが60%以下の時のみ第2のキャリア周波数へ切り替えることにより、キャリア周波数の切り替え頻度が下がるため、CPUへの負荷を低減できるといった効果が得られる。 The content of claim 1 includes a power unit configured by a plurality of drive switching elements, a position detection circuit that detects a position of a rotor of a DC brushless motor, and an output from the position detection circuit. Drive circuit for operating the switching element, a rotational speed calculation circuit for calculating the rotational speed of the DC brushless motor from the position information of the rotor by the position detection circuit, and a carrier frequency for generating a switching frequency of the switching element constituting the power unit and a generation circuit, in the following cases Duty 60% to be modified controlled by the drive circuit, and (n is an integer) n times the time and carrier cycle for detecting the position of the rotor at the first carrier frequency in the working rotational speeds match, the first carrier frequency, to switch to the second carrier frequency And forming said second carrier frequency, in which n times the time and the second carrier frequency for detecting a position of the rotor has a frequency that does not match, it is possible to prevent the occurrence of synchronous mode, energy saving Thus, a highly reliable inverter control device can be provided. Further, by switching to the second carrier frequency only when the duty is 60% or less, the frequency of switching the carrier frequency is lowered, so that an effect that the load on the CPU can be reduced is obtained.

請求項2に記載の内容は、請求項1に記載の発明において、nを4以下としたもので、同期モードは発生しにくい高次のnにおける第2のキャリア周波数への切り替えを省くことで、請求項1に記載の発明の効果に加え、インバータ回路の仕様を簡略化することができる。   The content of claim 2 is that in the invention of claim 1, n is set to 4 or less, and the switching to the second carrier frequency at the high-order n which is difficult to generate the synchronization mode is omitted. In addition to the effects of the first aspect of the invention, the specifications of the inverter circuit can be simplified.

請求項3に記載の内容は、請求項1に記載の発明において、DCブラシレスモータの極数を6極以上としたもので、極数が多いほど同期モードが発生しやすくなるため、より省エネで信頼性の高いインバータ制御装置を提供することができる。   The content of claim 3 is that in the invention of claim 1, the number of poles of the DC brushless motor is 6 or more, and the greater the number of poles, the easier it is to generate a synchronous mode. A highly reliable inverter control device can be provided.

請求項4に記載の内容は、請求項1に記載の発明において、第1のキャリア周波数と第2のキャリア周波数との差を0.2kHz以下としたもので、請求項1に記載の発明の効果に加え、キャリア周波数を切り替えたときの音色の変化色の変化はほとんど認識されないので、不快な騒音の発生を防ぐことができる。   The content of claim 4 is the invention according to claim 1, wherein the difference between the first carrier frequency and the second carrier frequency is 0.2 kHz or less. In addition to the effect, the change of the timbre when the carrier frequency is switched is hardly recognized, so that the generation of unpleasant noise can be prevented.

請求項に記載の内容は、請求項1からのいずれか1項に記載のインバータ制御装置で密閉型電動圧縮機を駆動するもので共振による異常電流を防ぐことができる省エネで
信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供することができる。
Contents of claim 5, drives the hermetic electric compressor with an inverter control device according to any one of claims 1 to 4, reliable energy saving can prevent an abnormal current due to resonance It is possible to provide a hermetic electric compressor having a high height.

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この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. The present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置のブロック図、図2は同期モード回避の原理図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of an inverter control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a principle diagram of avoiding a synchronous mode.

図1において、インバータ制御装置102は商用電源101に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換するAC/DC変換部103と、DCブラシレスモータ109を駆動するパワー部104と、パワー部104を駆動するドライブ回路105と、パワー部104のスイッチング周波数を生成するキャリア周波数生成回路106と、パワー部104の出力からDCブラシレスモータ109のロータ位置を検出する位置検出回路108と、位置検出回路108のロータ位置情報より回転数を算出する回転数演算回路107より構成されている。   In FIG. 1, an inverter control device 102 is connected to a commercial power source 101 and drives an AC / DC conversion unit 103 that converts commercial AC voltage into DC voltage, a power unit 104 that drives a DC brushless motor 109, and a power unit 104. Drive circuit 105, a carrier frequency generation circuit 106 that generates a switching frequency of the power unit 104, a position detection circuit 108 that detects the rotor position of the DC brushless motor 109 from the output of the power unit 104, and a rotor of the position detection circuit 108 A rotation speed calculation circuit 107 that calculates the rotation speed from the position information is configured.

DCブラシレスモータ109は6極の突極集中巻IPM(Interior Permanent Magnet)モータである。   The DC brushless motor 109 is a 6-pole salient pole concentrated winding IPM (Interior Permanent Magnet) motor.

パワー部104は、6つの三相ブリッジ接続されたIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と言われるスイッチング素子110、111、112、113、114、115より構成されている。   The power unit 104 includes switching elements 110, 111, 112, 113, 114, and 115 called six (three-phase bridge-connected IGBTs (insulated gate bipolar transistors)).

位置検出回路108は、コンパレータ116、117、118などから構成されておりDCブラシレスモータ109の端子電圧と基準電圧をコンパレータ116、117、118により比較して結果を出力する。   The position detection circuit 108 includes comparators 116, 117, 118 and the like, and compares the terminal voltage of the DC brushless motor 109 with a reference voltage by the comparators 116, 117, 118, and outputs the result.

ドライブ回路105は、位置検出回路108の出力より転流のタイミングを計算し、Dutyの加減制御を行い、パワー部104のスイッチング素子110、111、112、113、114、115をON/OFFさせる。   The drive circuit 105 calculates the commutation timing from the output of the position detection circuit 108, performs duty adjustment control, and turns on / off the switching elements 110, 111, 112, 113, 114, 115 of the power unit 104.

回転数演算回路107は、位置検出回路108の出力信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定することによりDCブラシレスモータ109の回転速度を検出する。   The rotation speed calculation circuit 107 detects the rotation speed of the DC brushless motor 109 by counting the output signal of the position detection circuit 108 for a certain period or measuring the pulse interval.

キャリア周波数生成回路106は、回転数演算回路107より得られるDCブラシレスモータ109の回転数を監視して、予め設定された同期モードが発生する回転数が検出された場合にそれまでの第1のキャリア周波数を変更し、同期モードが発生しない第2のキャリア周波数を生成してドライブ回路105に出力する。   The carrier frequency generation circuit 106 monitors the rotation speed of the DC brushless motor 109 obtained from the rotation speed calculation circuit 107, and when the rotation speed at which a preset synchronous mode is generated is detected, the first frequency until then is detected. The carrier frequency is changed, and a second carrier frequency that does not generate the synchronization mode is generated and output to the drive circuit 105.

本実施の形態では、従来技術と同様に、120°通電のPWM制御のインバータであり、ロータの位置を検出する時間は電気角で60°である。そして、ロータの位置を検出する時間Tと第1のキャリア周期の、4以下のn倍(nは整数)が粗一致する運転回転数において、一致しない第2のキャリア周波数へと切り替えるものである。   In the present embodiment, as in the prior art, it is a 120 ° energization PWM control inverter, and the time for detecting the position of the rotor is 60 ° in electrical angle. Then, switching is made to a second carrier frequency that does not match at an operating rotational speed at which the time T for detecting the position of the rotor and the first carrier period n times 4 or less (n is an integer) roughly match. .

すなわち、第1のキャリア周波数が3kHzに設定されており、55.6±2r/s(n=3)、41.7±2r/s(n=4)の回転速度において、第2のキャリア周波数3.2kHzへと切り替わるようにしている。   That is, the first carrier frequency is set to 3 kHz, and the second carrier frequency is set at a rotational speed of 55.6 ± 2 r / s (n = 3) and 41.7 ± 2 r / s (n = 4). The frequency is switched to 3.2 kHz.

なお、キャリア周波数の切り替えはドライブ回路105にて加減制御されるDutyが60%以下の場合にのみ行うようにしている。   The carrier frequency is switched only when the duty controlled by the drive circuit 105 is 60% or less.

以上のように構成されたインバータ回路について、以下その動作、作用を説明する。   About the inverter circuit comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

商用電源101から供給された交流電圧はAC/DC変換部103において直流化され、パワー部104を構成する6つのスイッチング素子110〜115がドライブ回路105の出力信号によって動作し、直流から三相交流に変換された電圧がDCブラシレスモータ109を駆動する。   The AC voltage supplied from the commercial power supply 101 is converted into a direct current by the AC / DC conversion unit 103, and the six switching elements 110 to 115 constituting the power unit 104 are operated by the output signal of the drive circuit 105. The voltage converted into the voltage drives the DC brushless motor 109.

そして、運転回転数が55.6±2r/s(n=3)、41.7±2r/s(n=4)の回転速度において、第2のキャリア周波数3.2kHzへと切り替わる。   Then, at the rotational speeds of 55.6 ± 2 r / s (n = 3) and 41.7 ± 2 r / s (n = 4), the operation frequency is switched to the second carrier frequency of 3.2 kHz.

次に図2を用いて同期モードを回避する原理を説明する。   Next, the principle of avoiding the synchronous mode will be described with reference to FIG.

図2には55.6r/s(n=3)、Dutyが48%における、同期モードを抜け出す様子を示している。一旦、転流のタイミングがVUのB−Aの時間分遅れたとしても、次のゼロクロス点の認識はB−Aの時間が小さくなり、ほぼ正確なゼロクロス点の認識ができている。そしてさらに次のゼロクロス点の認識は、電流がONの時にできているので、正確な値を認識できたことになる。   FIG. 2 shows a state of exiting the synchronous mode at 55.6 r / s (n = 3) and Duty of 48%. Even if the commutation timing is delayed by the time BA of the VU, the recognition of the next zero cross point is reduced, and the time of BA is reduced, and the zero cross point can be recognized almost accurately. Further, since the next zero-cross point is recognized when the current is ON, an accurate value can be recognized.

このように、同期モードが起こる運転回転数において、キャリア周波数を僅かに変化させることによって正確なゼロクロス点を認識できるチャンスが増え、連続して安定的に転流タイミングが遅れる、といった同期モードを抜け出すことができるのである。   As described above, in the operation speed at which the synchronous mode occurs, the chance of recognizing an accurate zero cross point is increased by slightly changing the carrier frequency, and the synchronous mode in which the commutation timing is delayed stably is released. It can be done.

ここで、本実施の形態においては通常時のキャリア周波数が3kHzに設定されており、このキャリア周波数で同期モードが発生する運転回転数は55.6r/s(n=3)、41.7r/s(n=4)、33.3r/s(n=5)、27.8r/s(n=6)、・・・となる。   Here, in the present embodiment, the normal carrier frequency is set to 3 kHz, and the operation speed at which the synchronous mode is generated at this carrier frequency is 55.6 r / s (n = 3), 41.7 r / s (n = 4), 33.3 r / s (n = 5), 27.8 r / s (n = 6),.

これら、同期モードが発生する運転回転数において、運転回転数が低くなるほど時間Tは長くなるがキャリア周期が一定であり、時間Tとキャリア周期のn倍(nは整数)が粗一致する時のnは大きくなり、スイッチング素子のOFF時間の割合が小さくなるため、同期モードの発生確率は低くなる。または起こっても転流の遅れが小さく、影響が出なくなってくる。nが5以上であれば同期モードはほとんど発生しないことが実験的に確認できた。本実施の形態ではnが4以下の場合にキャリア周波数を切り替えるようにしており、その結果、nを記憶する回転数を減らすことができ、インバータ回路の仕様を簡略化することができる。   In these operating rotational speeds where the synchronous mode occurs, the time T becomes longer as the operating rotational speed becomes lower, but the carrier period is constant, and the time T and n times the carrier period (n is an integer) are roughly coincident. Since n increases and the ratio of the OFF time of the switching element decreases, the probability of occurrence of the synchronous mode decreases. Or even if it happens, the delay of commutation is small and the influence will not come out. It was experimentally confirmed that when n is 5 or more, the synchronous mode hardly occurs. In this embodiment, the carrier frequency is switched when n is 4 or less. As a result, the number of rotations for storing n can be reduced, and the specifications of the inverter circuit can be simplified.

また、例えば運転回転数の切り替え時等に過渡的に同期モードが発生する運転回転数を通過する場合等に、若干の制御の遅れが生じ、同期モードが発生する運転回転数が多少ずれることがあるが、本実施の形態においてはキャリア周波数を切り替えるDCブラシレスモータ109の運転回転数の範囲を±2r/sにすることで、同期モードの発生を回避することができる。   In addition, for example, when passing the operation speed where the synchronous mode is transiently generated when switching the operation speed, etc., there is a slight control delay, and the operation speed where the synchronous mode is generated may be slightly shifted. However, in this embodiment, by setting the range of the operating rotational speed of the DC brushless motor 109 that switches the carrier frequency to ± 2 r / s, it is possible to avoid the occurrence of the synchronous mode.

なお、第2のキャリア周波数にて運転するDCブラシレスモータ109の運転回転数の範囲は、第2のキャリア周波数にて同期モードが発生しない範囲で任意に決めることができる。   Note that the range of the operating rotational speed of the DC brushless motor 109 that operates at the second carrier frequency can be arbitrarily determined within a range in which the synchronous mode does not occur at the second carrier frequency.

また、DCブラシレスモータの極数が多くなると、ロータを1回転させるのにより多くの回数の転流が必要になる。そのため電気角60°に相当する時間Tは半分になる。   Further, when the number of poles of the DC brushless motor is increased, more commutations are required to rotate the rotor once. Therefore, the time T corresponding to an electrical angle of 60 ° is halved.

時間Tが小さくなると時間Tの間に入力するキャリアのパルス数が少なくなるので運転回転数が高くなるのと同様に、同期モードが発生しやすくなる。同期モードが顕著に発生するのはDCブラシレスモータ109の極数が6極以上の場合であり、この場合に、キャリア周波数切り替えによる同期モード回避の効果がより顕著に得られる。   When the time T is reduced, the number of carrier pulses input during the time T is reduced, so that the synchronous mode is likely to occur as in the case where the operating rotational speed is increased. The synchronous mode is noticeably generated when the number of poles of the DC brushless motor 109 is 6 or more. In this case, the effect of avoiding the synchronous mode by switching the carrier frequency can be obtained more remarkably.

また、一般にキャリア周波数を大きく変化させるとPWM制御によるON/OFF時間の変化により高調波による磁気騒音の音色が大きく変化する。人間は変化する騒音を不快な騒音と認識するので、好ましくない。   In general, when the carrier frequency is greatly changed, the timbre of the magnetic noise due to the harmonic changes greatly due to the change of the ON / OFF time by the PWM control. Humans perceive changing noise as unpleasant noise, which is undesirable.

本実施の形態においては切り替え後のキャリア周波数との差を、0.2kHz以下としており、可聴域での音色の変化はほとんど認識されないので、不快な騒音の発生を防ぐことができる。   In the present embodiment, the difference from the carrier frequency after switching is set to 0.2 kHz or less, and a change in timbre in the audible range is hardly recognized, so that unpleasant noise can be prevented from being generated.

また、キャリア周波数の切り替えはドライブ回路105にて加減制御されるDutyが60%以下の場合にのみ行うようにしている。これは、同期モードはDutyが小さいほど発生しやすく、実験よりDutyが60%を超えると起こらないことを確認したからであり、その結果、同期モードを回避するやめのキャリア周波数の切り替え頻度が低くなることで、CPUへの負荷を低減できるといった効果が得られる。   The carrier frequency is switched only when the duty controlled by the drive circuit 105 is 60% or less. This is because the synchronization mode is more likely to occur as the duty is smaller, and it has been confirmed from experiments that it does not occur when the duty exceeds 60%. As a result, the frequency of switching the carrier frequency to avoid the synchronization mode is low. As a result, it is possible to reduce the load on the CPU.

以上のように本実施の形態によれば同期モードの発生を防ぐことができるので、消費電力が増加してしまったり、保護回路が働きDCブラシレスモータが停止してしまうといったことがなく、省エネで信頼性の高いインバータ制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the generation of the synchronous mode can be prevented, the power consumption does not increase and the DC brushless motor does not stop because the protection circuit is activated. A highly reliable inverter control device can be provided.

なお、本実施の形態において、第2のキャリア周波数は1種類に限定して説明したが、任意の複数のキャリア周波数を設定してもよい。   In the present embodiment, the second carrier frequency is limited to one type, but an arbitrary plurality of carrier frequencies may be set.

(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2における密閉型電動圧縮機駆動方法のブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram of a hermetic electric compressor driving method according to Embodiment 2 of the present invention.

以下、図3に基づいて本実施の形態について説明する(なお、実施の形態1と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する)。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIG. 3 (note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted).

図3において、インバータ回路は実施の形態1に用いたインバータ制御装置102であり商用電源101に接続され、密閉型電動圧縮機219を駆動する。   In FIG. 3, the inverter circuit is the inverter control device 102 used in the first embodiment, is connected to the commercial power source 101, and drives the hermetic electric compressor 219.

密閉型電動圧縮機219は、密閉容器220と、密閉容器220内にステータとロータとからなる電動要素221と、圧縮要素222より構成される。   The hermetic type electric compressor 219 includes a hermetic container 220, an electric element 221 including a stator and a rotor in the hermetic container 220, and a compression element 222.

以上のような構成において実施の形態1インバータ制御装置102で密閉型電動圧縮機219を運転することにより同期モードの発生を回避できるので、省エネで信頼性の高い密閉型電動圧縮機を提供することができる。   Since the generation of the synchronous mode can be avoided by operating the hermetic electric compressor 219 with the inverter control apparatus 102 in the first embodiment in the configuration as described above, an energy saving and highly reliable hermetic electric compressor is provided. Can do.

以上のように、本発明にかかるインバータ制御装置及び密閉型電動圧縮機は同期モードの発生を回避できるので、消費電力が増加してしまったり、保護回路が働きDCブラシレスモータが停止してしまうといったことがなく、自動販売機用・エアコン用密閉型電動圧縮機のインバータ駆動装置としても有用である。   As described above, since the inverter control device and the hermetic electric compressor according to the present invention can avoid the generation of the synchronous mode, the power consumption increases, the protection circuit works, and the DC brushless motor stops. Therefore, it is also useful as an inverter drive device for a sealed electric compressor for vending machines and air conditioners.

本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置のブロック図Block diagram of the inverter control apparatus in Embodiment 1 of the present invention 同実施の形態における同期モード回避の原理図Principle diagram of synchronous mode avoidance in the same embodiment 本発明の実施の形態2における密閉型電動圧縮機駆動方法のブロック図Block diagram of a hermetic electric compressor driving method in Embodiment 2 of the present invention 従来のインバータ制御装置のブロック図Block diagram of a conventional inverter control device 従来のキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図The figure showing an example of the control pattern of the conventional carrier frequency 従来の位置検出のタイムチャートConventional position detection time chart 従来の同期モードの原理図Principle diagram of conventional synchronous mode

符号の説明Explanation of symbols

102 インバータ制御装置
104 パワー部
105 ドライブ回路
106 キャリア周波数生成回路
107 回転数演算回路
108 位置検出回路
109 DCブラシレスモータ
110、111、112、113、114、115 スイッチング素子
219 密閉型電動圧縮機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Inverter control apparatus 104 Power part 105 Drive circuit 106 Carrier frequency generation circuit 107 Rotational speed calculation circuit 108 Position detection circuit 109 DC brushless motor 110, 111, 112, 113, 114, 115 Switching element 219 Sealed electric compressor

Claims (5)

複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるパワー部と、DCブラシレスモータのロータの位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路からの出力により前記パワー部のスイッチング素子を動作させるドライブ回路と、前記位置検出回路によるロータの位置情報よりDCブラシレスモータの回転数を演算する回転数演算回路と、パワー部を構成するスイッチング素子の切り替え周波数を生成するキャリア周波数生成回路とを備え、前記ドライブ回路にて加減制御されるDutyが60%以下の場合で、かつ第1のキャリア周波数におけるロータの位置を検出する時間とキャリア周期のn倍(nは整数)が一致する運転回転数において、前記第1のキャリア周波数を、第2のキャリア周波数に切り替える構成とし、前記第2のキャリア周波数を、前記ロータの位置を検出する時間と該第2のキャリア周波数のn倍が一致しない周波数としたインバータ制御装置。 A power unit composed of a plurality of drive switching elements, a position detection circuit for detecting the position of the rotor of the DC brushless motor, and a drive circuit for operating the switching elements of the power unit based on an output from the position detection circuit; A drive speed circuit comprising: a rotation speed calculation circuit for calculating a rotation speed of a DC brushless motor based on rotor position information by the position detection circuit; and a carrier frequency generation circuit for generating a switching frequency of a switching element constituting a power unit. at If Duty is 60% or less to be modified controlled, and (n is an integer) n times the time and carrier cycle for detecting the position of the rotor at the first carrier frequency in the operating rotational speed is matched, the first the first carrier frequency, a configuration to switch to a second carrier frequency, said second calibration The A frequency inverter control apparatus with a frequency n times the time and the second carrier frequency for detecting a position of the rotor do not match. nを4以下とした請求項1に記載のインバータ制御装置。   The inverter control device according to claim 1, wherein n is 4 or less. DCブラシレスモータの極数が6極以上である請求項1に記載のインバータ制御装置。   The inverter control device according to claim 1, wherein the number of poles of the DC brushless motor is 6 or more. 第1のキャリア周波数と第2のキャリア周波数との差を0.2kHz以下とした請求項1に記載のインバータ制御装置。   The inverter control device according to claim 1, wherein a difference between the first carrier frequency and the second carrier frequency is 0.2 kHz or less. 請求項1から4のいずれか1項に記載のインバータ制御装置を用いた密閉型電動圧縮機。A hermetic electric compressor using the inverter control device according to any one of claims 1 to 4.
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