JP5748694B2 - Motor drive control device and refrigeration air conditioner - Google Patents
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この発明は、モータ駆動制御装置及びそれを備えた冷凍空気調和装置に関するものである。 The present invention relates to a motor drive control device and a refrigeration air conditioner including the same.
冷凍空気調和装置において、圧縮機やファンなどのモータを駆動する大容量のインバータを有するモータ駆動制御装置では三相全波整流回路によりインバータ駆動用の直流電圧を生成する方式が一般的であるが、モータの高効率駆動化のために直流電圧を昇圧できるようにしているものもある。
これは冷凍空気調和装置では、定格運転におけるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を高めるため圧縮機用のモータは、定格回転数付近で電源電圧と同じ出力電圧となるように設計することが多く、それを超える過負荷運転時の高速回転域では昇圧コンバータ回路がなければインバータの出力電圧飽和により出力電流が増大しモータ効率やインバータ効率が低下するためである。
このような直流電圧の昇圧コンバータ回路を具備したモータ駆動制御装置では、直流電圧の昇圧が必要な高速回転の運転領域のみ昇圧コンバータ回路を動作させることで、駆動回路の低損失化を図っている。また、昇圧コンバータ回路を動作させることで三相交流電源の電圧不平衡発生時による三相電流の増大または整流後の直流母線電圧の脈動を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。
In a refrigerating air conditioner, a motor drive control device having a large-capacity inverter that drives a motor such as a compressor or a fan generally uses a three-phase full-wave rectifier circuit to generate a DC voltage for driving the inverter. In some cases, the DC voltage can be boosted in order to drive the motor with high efficiency.
This is because in refrigerated air conditioners, the compressor motor is often designed to have the same output voltage as the power supply voltage near the rated speed in order to increase the energy consumption efficiency (COP) during rated operation. This is because if the boost converter circuit is not provided in the high-speed rotation region during overload operation exceeding the output voltage, the output current increases due to saturation of the output voltage of the inverter, and the motor efficiency and the inverter efficiency decrease.
In the motor drive control device equipped with such a DC voltage boost converter circuit, the boost converter circuit is operated only in the high-speed rotation operation region where the DC voltage needs to be boosted, thereby reducing the loss of the drive circuit. . Further, by operating the boost converter circuit, it is possible to suppress an increase in the three-phase current or a pulsation of the DC bus voltage after rectification when a voltage imbalance occurs in the three-phase AC power supply (see, for example, Patent Document 1).
直流電圧の昇圧コンバータ回路を具備したモータ駆動制御装置では、インバータ回路（駆動回路）の損失を低減させるため、昇圧動作が必要になるまで昇圧コンバータ回路を動作させないようにしている。
昇圧コンバータ回路を動作させない運転状態では、三相電源の相間電圧に不平衡（アンバランス）があると、三相全波整流回路で生成する直流電圧の脈動成分がモータの負荷（冷凍空気調和装置の負荷）に比例して大きくなる。
この電圧脈動が大きくなると、平滑コンデンサに流入するリプル電流が増加し、平滑コンデンサ内部の芯温度が上昇することで、寿命劣化や最悪のケースでは防爆弁作動により故障に至るという課題があった。
また、平滑コンデンサの電圧脈動により、モータの運転状態（冷凍空気調和装置の運転状態）によっては、インバータ回路の出力電圧にも脈動を生じ、モータが駆動する圧縮機やファンモータを安定に駆動できずに異常停止してしまうという課題があった。
また、電圧脈動増大による平滑コンデンサの故障を回避するため、所定の電圧脈動幅を超えないように冷凍空気調和装置の能力（負荷）を絞る制御をしているものもあり、冷凍空気調和装置の能力が十分に発揮できないという課題があった。
In a motor drive control device equipped with a DC voltage boost converter circuit, the boost converter circuit is not operated until a boost operation is required in order to reduce the loss of the inverter circuit (drive circuit).
In an operation state where the boost converter circuit is not operated, if there is an unbalance in the voltage between the phases of the three-phase power supply, the pulsating component of the DC voltage generated by the three-phase full-wave rectifier circuit is the motor load (refrigeration air conditioner) The load increases in proportion to the load.
When this voltage pulsation increases, the ripple current flowing into the smoothing capacitor increases and the core temperature inside the smoothing capacitor rises, resulting in a problem that the life is deteriorated and in the worst case, failure occurs due to the operation of the explosion-proof valve.
In addition, depending on the voltage pulsation of the smoothing capacitor, the output voltage of the inverter circuit may also pulsate depending on the motor operating state (the operating state of the refrigeration air conditioner), and the compressor and fan motor driven by the motor can be driven stably. There was a problem that it stopped abnormally.
In addition, in order to avoid a failure of the smoothing capacitor due to an increase in voltage pulsation, there is also a control that restricts the ability (load) of the refrigeration air conditioner so as not to exceed a predetermined voltage pulsation width. There was a problem that the ability could not be fully demonstrated.
こういった課題に対し、昇圧コンバータ回路により直流電圧を昇圧させることで、不平衡発生時による平滑コンデンサ両端電圧の脈動を抑制することができるが、常に昇圧動作を行うとインバータ回路（駆動回路）による損失の増加が課題となる。
また、平滑コンデンサの電圧脈動から不平衡を検知した場合にのみ昇圧動作を行う場合は、昇圧後の電圧脈動が減少することによって動作が不安定になるといった課題があった。つまり、モータの負荷が大きく直流電圧の脈動成分が大きい状態において、昇圧動作を開始すると電圧脈動が減少するが、この電圧脈動の減少を検知して昇圧動作を停止すると、モータの負荷が大きいままの状態では直流電圧の脈動成分が大きくなるため、再び昇圧動作が行われることとなり、制御動作が不安定になる。
In response to these problems, boosting the DC voltage with the boost converter circuit can suppress the pulsation of the voltage across the smoothing capacitor due to the occurrence of an unbalance. However, if the boost operation is always performed, the inverter circuit (drive circuit) Increase in loss due to
Further, when the boosting operation is performed only when an unbalance is detected from the voltage pulsation of the smoothing capacitor, there is a problem that the operation becomes unstable due to the decrease of the voltage pulsation after the boosting. In other words, in a state where the motor load is large and the DC voltage pulsation component is large, the voltage pulsation decreases when the voltage pulsation starts, but when the voltage pulsation is detected to stop and the voltage pulsation is stopped, the motor load remains large. In this state, since the pulsating component of the DC voltage becomes large, the boosting operation is performed again, and the control operation becomes unstable.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、交流電源の相間電圧に不平衡がある場合であっても、平滑コンデンサの寿命劣化を抑制し、制御の安定性の向上および信頼性の向上を図ることができるモータ駆動制御装置及びそれを備えた冷凍空気調和装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when there is an imbalance in the interphase voltage of the AC power supply, the life deterioration of the smoothing capacitor is suppressed and the control stability is improved. In addition, a motor drive control device capable of improving reliability and a refrigeration air conditioner including the same are obtained.
この発明に係るモータ駆動制御装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、リアクタ、スイッチング素子および逆流防止素子を有し、前記整流器の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧コンバータ回路と、前記昇圧コンバータ回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を検出する電圧検出部と、前記直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧をモータに供給するインバータ回路と、前記昇圧コンバータ回路のスイッチング素子を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電圧検出部により検出された直流電圧の脈動幅が所定の閾値よりも大きくなったとき、前記インバータ回路が交流電圧を供給する前記モータの回転数を記憶するとともに、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を開始させ、前記モータの回転数が、記憶した前記回転数よりも大きい場合、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を継続させるものである。 A motor drive control device according to the present invention includes a rectifier that rectifies an AC voltage supplied from an AC power supply, a boost converter circuit that includes a reactor, a switching element, and a backflow prevention element, and boosts the output voltage of the rectifier by chopping. A smoothing capacitor that smoothes the output of the boost converter circuit; a voltage detection unit that detects a DC voltage smoothed by the smoothing capacitor; and an inverter that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies the AC voltage to the motor Circuit and a control means for controlling the switching element of the boost converter circuit, the control means when the pulsation width of the DC voltage detected by the voltage detection unit is larger than a predetermined threshold, The inverter circuit stores the rotation speed of the motor that supplies the AC voltage, and the boost converter To start the boosting operation by the road, the rotation speed of the motor, when the stored the greater than the rotational speed, but to continue the boosting operation by the boost converter circuit.
この発明は、交流電源の相間電圧に不平衡がある場合であっても、平滑コンデンサの寿命劣化を抑制し、制御の安定性の向上および信頼性の向上を図ることができる。 According to the present invention, even when there is an imbalance in the interphase voltage of the AC power supply, it is possible to suppress the life deterioration of the smoothing capacitor and to improve the stability and reliability of the control.
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置を備えた冷凍空気調和装置の構成を示す図である。
図１において、１は三相交流電源、２は三相交流電源１の交流電圧を整流する三相整流器である。三相整流器２は６個の整流ダイオードをブリッジ接続した構成となっている。３は昇圧コンバータ回路である。昇圧コンバータ回路３は、リアクタ４と、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のようなスイッチング素子５と、例えばファストリカバリダイオードのような逆流防止素子６とにより構成される。
７は昇圧コンバータ回路３の出力を平滑する平滑コンデンサである。８はリアクタ４に流れるリアクタ電流を検出する電流検出部、９は昇圧コンバータ回路３の出力電圧（平滑コンデンサ７の両端の電圧）を検出する電圧検出部である。
１０は平滑コンデンサ７で平滑された電圧を交流電圧（ＰＷＭ電圧）に変換して圧縮機３０のモータを駆動するインバータ回路である。インバータ回路１０は、例えばＩＧＢＴのようなスイッチング素子で構成されている。１１はインバータ回路１０から圧縮機３０のモータに供給される電流を検出するモータ電流検出部である。
２０はマイクロコンピュータなどにより構成される制御手段である。制御手段２０は、電流検出部８、電圧検出部９の出力信号よりスイッチング素子５を動作させる駆動信号を生成する。また、制御手段２０は、モータ電流検出部１１の検出信号からインバータ回路１０を動作させるＰＷＭ駆動信号を生成する。
1 is a diagram showing a configuration of a refrigeration air conditioner including a motor drive control device according to
In FIG. 1, 1 is a three-phase AC power source, and 2 is a three-phase rectifier that rectifies the AC voltage of the three-phase
A
２１は直流電圧脈動幅検出手段である。直流電圧脈動幅検出手段２１は、電圧検出部９により検出された直流電圧の脈動幅（リプル電圧）を検出する。
２２は回転数記憶手段である。回転数記憶手段２２は、昇圧コンバータ回路３の昇圧動作開始時のモータの回転数を記憶する。
２３は昇圧レベル最適化手段である。昇圧レベル最適化手段２３は、インバータ回路１０のインバータ出力周波数に応じた指令電圧値（昇圧レベル）が予め設定されている。例えば、インバータ出力周波数と指令電圧値との対応テーブルを予め記憶する。
２４は電源電圧不平衡検出手段である。電源電圧不平衡検出手段２４は、昇圧動作中において、三相交流電源の相電圧の不平衡状態を検出する。詳細は後述する。
３０は圧縮機、３１は凝縮器、３２は絞り手段、３３は蒸発器である。圧縮機３０、凝縮器３１、絞り手段３２、及び蒸発器３３は冷媒配管で順次接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。制御手段２０は、冷凍空気調和装置の冷媒回路において、所望の冷凍空調能力が得られるように圧縮機３０のモータの回転を制御する。
30 is a compressor, 31 is a condenser, 32 is a throttle means, and 33 is an evaporator. The
次に、昇圧コンバータ回路３の出力電圧を制御する制御手段２０の構成について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１における制御手段の構成を示す図である。なお、図２においては、昇圧コンバータ回路３の制御に関する構成についてのみ図示している。
図２において、２０１は電圧指令演算手段である。電圧指令演算手段２０１は、昇圧コンバータ回路３の出力電圧に対する指令電圧値と、電圧検出部９にて検出した昇圧コンバータ回路３の出力電圧検出値とから電圧指令値を演算する。例えば、電圧指令演算手段２０１は、指令電圧値と出力電圧検出値との差分を入力とし、電圧指令値を操作量として、比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。
２０２は電流指令演算手段である。電流指令演算手段２０２は、電圧指令演算手段２０１にて演算した電圧指令値と、電流検出部８にて検出したリアクタ電流とから、スイッチング素子５のスイッチング指令（オンデューティ指令値）を演算する。例えば、電流指令演算手段２０２は、電圧指令値とリアクタ電流との差分を入力とし、スイッチング素子５のオンデューティ比を操作量として、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を行う。
２０３は駆動パルス演算手段である。駆動パルス演算手段２０３は、電流指令演算手段２０２にて演算したスイッチング指令に基づいて、キャリア周波数に同期してスイッチング素子５のオンデューティを設定した駆動パルス（ＰＷＭ指令）を生成する。電源電圧不平衡検出手段２４は、電流指令演算手段２０２にて演算されたスイッチング指令に基づいて、三相交流電源１の電圧不平衡を検出する。詳細は後述する。
Next, the configuration of the control means 20 that controls the output voltage of the
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the control means according to
In FIG. 2, 201 is a voltage command calculation means. Voltage command calculation means 201 calculates a voltage command value from the command voltage value for the output voltage of
上記のように構成されたモータ駆動制御装置の動作の概要について説明する。
まず、三相交流電源１の交流電圧は三相整流器２で整流されて直流電圧になる。昇圧コンバータ回路３の昇圧動作が停止状態の場合には、三相整流器２で整流されて直流電圧が平滑コンデンサ７により平滑されてインバータ回路１０に入力される。
制御手段２０により昇圧コンバータ回路３の昇圧動作が開始されると、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５のオンオフが制御され、そのチョッピングにより、三相整流器２からの直流電圧は昇圧される。
ここで、昇圧コンバータ回路３において、スイッチング素子５がオンした場合には、逆流防止素子６は導通が阻止され、リアクタ４には三相整流器２によって整流された電圧が印加される。一方、スイッチング素子５がオフした場合には、逆流防止素子６は導通し、リアクタ４には、スイッチング素子５オン時と逆向きの電圧が誘導される。このとき、エネルギーの観点からは、スイッチング素子５のオン時にリアクタ４に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子５のオフ時に負荷であるインバータ回路１０へ移送されると見ることができる。したがって、スイッチング素子５のオンデューティを制御することで、昇圧コンバータ回路３の出力電圧を制御することができる。
An outline of the operation of the motor drive control device configured as described above will be described.
First, the AC voltage of the three-phase
When the boosting operation of the
Here, in the
制御手段２０は、モータ電流検出部１１の出力信号よりインバータ回路１０を動作させる駆動信号を生成する。例えば制御手段２０は、モータ電流検出部１１の検出信号を座標変換し、電流制御を行うことで電圧指令値を得る。この指令値を座標変換し、インバータ回路１０の各スイッチング素子を動作させるＰＷＭ信号を生成する。
The control means 20 generates a drive signal for operating the
次に、本実施の形態における昇圧コンバータ回路３の制御動作について説明する。
図３は、この発明の実施の形態１における昇圧コンバータの制御動作を示すフローチャートである。
制御手段２０は、インバータ回路１０を動作させ圧縮機３０のモータが駆動状態において、昇圧コンバータ回路３の制御動作を開始する。なお、初期状態において昇圧コンバータ回路３は停止状態である。
以下、昇圧コンバータ回路３の制御動作を、図３の各ステップに基づき説明する。
Next, the control operation of
FIG. 3 is a flowchart showing a control operation of the boost converter according to the first embodiment of the present invention.
The control means 20 starts the control operation of the
Hereinafter, the control operation of the
（Ｓ１０）
直流電圧脈動幅検出手段２１は、電圧検出部９により検出された直流電圧の脈動幅（リプル電圧ΔＶ）を検出する。
(S10)
The DC voltage pulsation
（Ｓ１１）
制御手段２０は、圧縮機３０のモータの回転数（以下「圧縮機回転数」ともいう）が、予め設定した高速運転時の回転数（通常昇圧領域）であるか否かを判断する。
(S11)
The control means 20 determines whether or not the rotational speed of the motor of the compressor 30 (hereinafter also referred to as “compressor rotational speed”) is a preset rotational speed during normal high-speed operation (normal pressure increase region).
（Ｓ１２）
圧縮機回転数が高速運転時の回転数の際は、インバータ回路１０の出力電圧指令値が、入力電圧（三相整流器２の直流電圧）よりも大きい過変調となるため、三相交流電源１が不平衡状態であるか否かに関わらず昇圧動作を行う必要がある。制御手段２０は、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５を制御して昇圧動作を開始させる。この昇圧動作における指令電圧値（昇圧レベル）については後述する。
これにより、通常の昇圧領域では、後述する電源電圧不平衡検出手段２４による検出値が所定値より低い場合であっても昇圧動作が行われる。
(S12)
Since the output voltage command value of the
Thereby, in the normal boosting region, the boosting operation is performed even when the detection value by the power supply voltage imbalance detection means 24 described later is lower than a predetermined value.
（Ｓ１３）
一方、圧縮機回転数が高速運転時の回転数（通常昇圧領域）でない場合、ステップＳ１０で検出した直流電圧の脈動幅（リプル電圧ΔＶ）が、所定の閾値よりも大きいか否かを判断する。この閾値は、平滑コンデンサ７に流入するリプル電流による芯温度上昇値、素子寿命などを考慮し、直流電圧の脈動幅が許容範囲内に収まるような値に設定する。
直流電圧の脈動幅（リプル電圧ΔＶ）が所定の閾値以下の場合は、ステップＳ１６に進む。
(S13)
On the other hand, if the compressor rotational speed is not the rotational speed at the time of high-speed operation (normal pressure increase region), it is determined whether or not the pulsation width (ripple voltage ΔV) of the DC voltage detected in step S10 is larger than a predetermined threshold value. . This threshold value is set to a value such that the pulsation width of the DC voltage is within an allowable range in consideration of the core temperature rise value due to the ripple current flowing into the smoothing
When the pulsation width of the DC voltage (ripple voltage ΔV) is equal to or smaller than the predetermined threshold value, the process proceeds to step S16.
（Ｓ１４）
直流電圧の脈動幅（リプル電圧ΔＶ）が所定の閾値よりも大きい場合、制御手段２０は、現在の圧縮機回転数を、昇圧動作開始時の回転数（Ｎ１）として回転数記憶手段２２に記憶させる。この圧縮機回転数は、インバータ回路１０の出力周波数から検知することができる。
（Ｓ１５）
次に、制御手段２０は、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５を制御して昇圧動作を開始させる。この昇圧動作における指令電圧値（昇圧レベル）について図４により説明する。
(S14)
When the pulsation width (ripple voltage ΔV) of the DC voltage is larger than a predetermined threshold, the control means 20 stores the current compressor speed as the speed (N1) at the start of the pressure increasing operation in the speed storage means 22. Let This compressor speed can be detected from the output frequency of the
(S15)
Next, the control means 20 controls the switching element 5 of the
図４は、インバータ出力周波数と昇圧レベルの関係の一例を表した図である。
昇圧レベル最適化手段２３には、インバータ回路１０のスイッチングによる損失を低減するために、予めインバータ出力周波数に応じた最適な直流電圧値をテーブル化して記憶している。例えば図４に示すように、インバータ出力周波数（モータの回転数）に応じた母線電圧（インバータ回路１０の入力電圧）の関係が予め設定されている。
制御手段２０は、昇圧レベル最適化手段２３に設定されたテーブルを参照して、インバータ出力周波数に応じた昇圧量（指令電圧値）により、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５を駆動する。これにより、昇圧動作中においては、母線電圧が、昇圧レベル最適化手段２３に設定されたインバータ出力周波数に応じた最適な直流電圧に昇圧される。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the inverter output frequency and the boost level.
In order to reduce the loss due to switching of the
The
（Ｓ１６）
ステップＳ１３において、直流電圧の脈動幅（リプル電圧ΔＶ）が所定の閾値以下の場合、制御手段２０は、昇圧コンバータ回路３の昇圧動作を継続して実施しているか否かを判断し、昇圧動作を継続実施していない場合は、ステップＳ２０に進み、昇圧コンバータ回路３の停止処理を行う。
(S16)
In step S13, when the pulsation width (ripple voltage ΔV) of the DC voltage is equal to or smaller than a predetermined threshold, the
（Ｓ１７）
昇圧動作を継続実施している場合、制御手段２０は、回転数記憶手段２２に記憶された昇圧動作開始時の圧縮機回転数（Ｎ１）を参照し、現在の圧縮機回転数が昇圧動作開始時の圧縮機回転数（Ｎ１）よりも大きいか否かを判断する。
現在の圧縮機回転数が昇圧動作開始時の圧縮機回転数（Ｎ１）よりも大きくない場合、ステップＳ２０に進み、昇圧コンバータ回路３の停止処理を行う。
一方、現在の圧縮機回転数が昇圧動作開始時の圧縮機回転数（Ｎ１）よりも大きい場合、上述したステップＳ１５に進み、昇圧コンバータ回路３の昇圧動作を開始（継続）する。
このような動作により、昇圧動作が開始して直流電圧の脈動幅が減少した場合においても、圧縮機回転数が昇圧動作開始時の回転数より高い場合は、常に昇圧コンバータ回路３の昇圧動作を継続することが可能となる。
(S17)
When the boosting operation is continuously performed, the
If the current compressor speed is not greater than the compressor speed (N1) at the start of the boost operation, the process proceeds to step S20, and the
On the other hand, if the current compressor speed is greater than the compressor speed (N1) at the start of the boost operation, the process proceeds to step S15 described above, and the boost operation of the
Even if the DC voltage pulsation width is reduced by starting the boosting operation as described above, the boosting operation of the boosting
（Ｓ１８）
次に、電源電圧不平衡検出手段２４は、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５を駆動するスイッチング指令の変化から、昇圧動作時における三相交流電源１の不平衡状態を検知する。
(S18)
Next, the power supply voltage unbalance detection means 24 detects the unbalanced state of the three-phase
ここで、電源電圧不平衡検出手段２４による、三相交流電源１の電圧不平衡の検出動作の一例について説明する。
昇圧コンバータ回路３により電圧を昇圧する場合、電流指令演算手段２０２が演算したスイッチング指令値Ｄには次の関係がある。
When the voltage is boosted by the
図５は、電源不平衡によるスイッチング指令の変化の様子を示す図である。
図５において、左側は三相交流電源１に電圧不平衡がない場合（電源不平衡なし）を示し、右側は三相交流電源１に電圧不平衡がある場合（電源不平衡あり）を示している。また、上段のグラフは三相交流電源１の各相の電圧波形を示し、中段は三相整流器２の出力電圧Ｅｄ（整流後の電圧）を示し、下段はスイッチング指令値Ｄを示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating how the switching command changes due to power supply imbalance.
In FIG. 5, the left side shows the case where there is no voltage imbalance in the three-phase AC power supply 1 (no power supply unbalance), and the right side shows the case where there is a voltage imbalance in the three-phase AC power supply 1 (with power supply unbalance). Yes. The upper graph shows the voltage waveform of each phase of the three-phase
図５上段において、三相交流電源１の電源電圧をＶｓ、電源周波数をｆｓとすると、図５中段に示すように、三相整流器２の出力電圧Ｅｄ（整流後の電圧）は、周波数が６ｆｓ、最大値と最小値は以下のようになる。
このとき、図５下段に示すように、スイッチング指令値Ｄは、指令電圧Ｅｏ（短期的には一定）に対する三相整流器２の出力電圧Ｅｄの割合に応じた値として求めることができるので、出力電圧Ｅｄの電圧変化に応じて、スイッチング指令値Ｄの値も変化する。
At this time, as shown in the lower part of FIG. 5, the switching command value D can be obtained as a value corresponding to the ratio of the output voltage Ed of the three-
電源不平衡がない場合、図５左側中段に示すように、三相整流器２の出力電圧Ｅｄの電圧変動幅（最大値と最小値との差分）はほぼ一定となり、図５左側下段に示すように、スイッチング指令値Ｄの変化幅（最大値と最小値との差分）もほぼ一定となる。
一方、電源不平衡がある場合、図５右側中段に示すように、三相整流器２の出力電圧Ｅｄの電圧変動幅（最大値と最小値との差分）は周期により変化し、図５右側下段に示すように、スイッチング指令値Ｄの変化幅（最大値と最小値との差分）が大きくなる。
このようなことから、三相交流電源１の電圧不平衡を直接検出することなく、スイッチング指令値Ｄの変化幅を求めることにより、電源不平衡の発生を検知することが可能となる。
When there is no power supply imbalance, the voltage fluctuation width (difference between the maximum value and the minimum value) of the output voltage Ed of the three-
On the other hand, when the power supply is unbalanced, the voltage fluctuation range (difference between the maximum value and the minimum value) of the output voltage Ed of the three-
For this reason, it is possible to detect the occurrence of the power supply unbalance by obtaining the change width of the switching command value D without directly detecting the voltage unbalance of the three-phase
電源電圧不平衡検出手段２４は、電流指令演算手段２０２で演算されたスイッチング指令値Ｄを取得する。そして、三相交流電源１の交流電圧の周期に同期した所定期間における、スイッチング指令値Ｄの最大値と最小値との差分により、電源不平衡の大きさを検出する。例えば、三相交流電源１のゼロクロスを起点とした所定期間（例えば電源の６ｆｓ期間）におけるスイッチング指令値Ｄの最大値、最小値を検出し、その差分を電源不平衡の大きさとして求める。
The power supply voltage
なお、電源不平衡の大きさの検出方法はこれに限るものではなく、三相交流電源１の交流電圧の周期に同期した所定期間における、スイッチング指令値Ｄの平均値により、電源不平衡の大きさを検出するようにしても良い。
The method of detecting the magnitude of the power supply unbalance is not limited to this, and the magnitude of the power supply unbalance is determined by the average value of the switching command value D in a predetermined period synchronized with the period of the AC voltage of the three-phase
制御手段２０は、電源電圧不平衡検出手段２４が検知した電源不平衡の大きさが、所定値より大きいか否かを判断する。この所定値は、平滑コンデンサ７に流入するリプル電流による芯温度上昇値、素子寿命などを考慮して決定する。
電源不平衡の大きさが所定値以下の場合は、ステップＳ２０に進み、昇圧コンバータ回路３の停止処理を行う。
このように、昇圧動作条件が成立し昇圧動作が継続している場合において、電源電圧不平衡検出手段２４により検出された不平衡状態が所定値より低下すると、圧縮機回転数が回転数記憶手段２２により記憶された回転数より高くても昇圧コンバータ回路３の昇圧動作を停止する。
The control means 20 determines whether or not the magnitude of the power supply imbalance detected by the power supply voltage imbalance detection means 24 is greater than a predetermined value. This predetermined value is determined in consideration of the core temperature rise value due to the ripple current flowing into the smoothing
When the magnitude of the power supply unbalance is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to step S20, and the
As described above, when the boosting operation condition is satisfied and the boosting operation is continued, when the unbalanced state detected by the power supply voltage
（Ｓ１９）
電源不平衡の大きさが所定値より大きい場合、制御手段２０は、昇圧コンバータ回路３の昇圧動作を継続して実施する。
(S19)
When the magnitude of the power supply unbalance is larger than the predetermined value, the
（Ｓ２０）
制御手段２０は、昇圧コンバータ回路３の停止処理として、回転数記憶手段２２に記憶された回転数（Ｎ１）をリセットさせる。
（Ｓ２１）
制御手段２０は、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５の動作を停止させ、昇圧動作を停止させる。
(S20)
The control means 20 resets the rotational speed (N1) stored in the rotational speed storage means 22 as a stop process of the
(S21)
The control means 20 stops the operation of the switching element 5 of the
制御手段２０は、再びステップＳ１０に戻り上述した動作を繰り返し行う。 The control means 20 returns to step S10 again and repeats the above operation.
なお、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５及び逆流防止素子６の少なくとも一方をワイドバンドギャップ半導体によって構成するようにしても良い。ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン（Ｓｉ）素子と比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）素子の他、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド素子等が挙げられる。
Note that at least one of the switching element 5 and the backflow prevention element 6 of the
上述した動作においては、直流電圧の脈動幅（リプル電圧ΔＶ）が所定の閾値より大きい場合、過変調領域以外（通常昇圧領域以外）で昇圧動作を行うこととなるが、昇圧コンバータ回路３のスイッチング素子５及び逆流防止素子６の少なくとも一方をワイドバンドギャップ半導体は電力損失が低いため、スイッチングによる損失増大を抑制することが可能となり、過変調領域以外での昇圧動作の高効率化を図ることができる。 In the above-described operation, when the pulsation width (ripple voltage ΔV) of the DC voltage is larger than a predetermined threshold, the boosting operation is performed outside the overmodulation region (except the normal boosting region). Since at least one of the element 5 and the backflow prevention element 6 has a low power loss, a wide band gap semiconductor can suppress an increase in loss due to switching, and increase the efficiency of the step-up operation outside the overmodulation region. it can.
また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、高速スイッチングが可能である。また、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子５や逆流防止素子６の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子５や逆流防止素子６を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。 A switching element or a diode element formed of a wide band gap semiconductor can perform high-speed switching. In addition, since the withstand voltage is high and the allowable current density is also high, the switching element 5 and the backflow prevention element 6 can be downsized. By using the downsized switching element 5 and the backflow prevention element 6, It is possible to reduce the size of a semiconductor module incorporating the above element. Further, since the heat resistance is high, the heat radiation fins of the heat sink can be downsized and the water cooling part can be air cooled, so that the semiconductor module can be further downsized.
以上のように本実施の形態においては、直流電圧の脈動幅が所定の閾値よりも大きくなったとき、モータの回転数を記憶するとともに、昇圧コンバータ回路３による昇圧動作を開始させ、モータの回転数が記憶した回転数よりも大きい場合、昇圧コンバータ回路３による昇圧動作を継続させる。
このため、交流電源の相間電圧に不平衡がある場合であっても、平滑コンデンサの寿命劣化を抑制し、制御の安定性の向上および信頼性の向上を図ることができる。
また、電源不平衡時においても冷凍空調能力を過剰に抑制することなく冷凍空気調和装置の性能を十分に発揮することができ、直流平滑コンデンサの保護が可能となる。
As described above, in the present embodiment, when the pulsation width of the DC voltage becomes larger than the predetermined threshold value, the rotational speed of the motor is stored and the boosting operation by the
For this reason, even when there is an unbalance in the interphase voltage of the AC power supply, it is possible to suppress the life deterioration of the smoothing capacitor, and to improve the stability of control and the reliability.
In addition, even when the power supply is unbalanced, the performance of the refrigeration air conditioner can be sufficiently exerted without excessively suppressing the refrigeration and air conditioning capability, and the DC smoothing capacitor can be protected.
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置を備えた冷凍空気調和装置の構成を示す図である。
図６に示すように、本実施の形態２におけるモータ駆動制御装置は、上記実施の形態１の構成（図１）に加え、入力電力演算手段２５と、コンバータ動作可否判定手段２６とを備えている。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a refrigeration air conditioner including a motor drive control device according to
As shown in FIG. 6, the motor drive control apparatus according to the second embodiment includes an input power calculation means 25 and a converter operation availability determination means 26 in addition to the configuration of the first embodiment (FIG. 1). Yes.
入力電力演算手段２５は、インバータ回路１０からモータに供給される入力電力を検出する。例えば、入力電力演算手段２５は、インバータ回路１０の出力電圧指令値と、モータ電流検出部１１により検出されたインバータ回路１０の出力電流から入力電力を演算する。なお、入力電力の演算はこれに限るものではない。例えば、冷媒回路の凝縮器３１や蒸発器３３に設けられたファンの回転状態を考慮して入力電力を演算しても良い。
コンバータ動作可否判定手段２６は、入力電力演算手段２５により検出された入力電力に基づき、昇圧コンバータ回路３の昇圧動作の可否を判定する。
なお、その他の構成は実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
The input power calculation means 25 detects the input power supplied from the
Converter operation availability determination means 26 determines whether or not the boost operation of
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same portions.
図７は、この発明の実施の形態２における昇圧コンバータの制御動作を示すフローチャートである。
以下、本実施の形態２における動作を、実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一の動作には、同一のステップ番号を付し説明を省略する。
FIG. 7 is a flowchart showing a control operation of the boost converter according to the second embodiment of the present invention.
Hereinafter, the operation in the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. The same operations as those in the first embodiment are denoted by the same step numbers and the description thereof is omitted.
本実施の形態２ではステップＳ１５の前に、ステップＳ３１を行う。
（Ｓ３１）
入力電力演算手段２５は、インバータ回路１０からモータに供給される入力電力を検出する。
コンバータ動作可否判定手段２６は、入力電力演算手段２５により検出された入力電力が所定電力よりも大きい場合、昇圧動作が可能であると判定し、入力電力演算手段２５により検出された入力電力が所定電力以下の場合、昇圧動作が可能でないと判定する。
制御手段２０は、コンバータ動作可否判定手段２６の判定結果に基づき、昇圧動作が可能である場合はステップＳ１５に進み、昇圧動作が可能でない場合はステップＳ２０に進む。これにより、入力電力が所定電力以下である軽負荷時には、昇圧動作を行わないように制御する。
In the second embodiment, step S31 is performed before step S15.
(S31)
The input power calculation means 25 detects the input power supplied from the
When the input power detected by the input
Based on the determination result of the converter operation
このような動作により本実施の形態２においては、直流電圧脈動幅検出手段２１による検出値が所定の閾値を超えた場合においても、コンバータ動作可否判定手段２６により昇圧動作が否と判断された場合は、昇圧コンバータ回路３の昇圧動作を行わない。
また、昇圧動作中において、圧縮機回転数が回転数記憶手段２２により記憶された回転数Ｎ１を上回っている場合においても、コンバータ動作可否判定手段２６により否と判断された場合は昇圧動作を停止する。
同様に電源電圧不平衡検出手段２４による検出値が所定値を超えている場合においても、コンバータ動作可否判定手段２６により否と判断された場合は、昇圧動作を停止する。
With this operation, in the second embodiment, even when the detected value by the DC voltage pulsation
Further, during the boosting operation, even when the compressor rotational speed exceeds the rotational speed N1 stored in the rotational speed storage means 22, if the converter operation availability determination means 26 determines NO, the boosting operation is stopped. To do.
Similarly, even when the detection value by the power supply voltage imbalance detection means 24 exceeds a predetermined value, if the converter operation availability determination means 26 determines NO, the boost operation is stopped.
以上のように本実施の形態においては、制御手段２０は、直流電圧の脈動幅が所定の閾値よりも大きくなり、且つ、入力電力演算手段２５により検出された入力電力が所定電力よりも大きくなったとき、モータの回転数を記憶するとともに、昇圧コンバータ回路３による昇圧動作を開始させる。また、現在のモータの回転数が記憶した回転数よりも大きい場合であって、入力電力演算手段２５により検出された入力電力が所定電力よりも大きい場合、昇圧コンバータ回路３による昇圧動作を継続させる。
このため、入力電力が所定電力以下である軽負荷時には、昇圧動作を行わないように制御することができる。また、昇圧動作を行うと電源電流が不連続となる場合の整流回路の損失を低減させることができ、信頼性が向上できる。
As described above, in the present embodiment, the
For this reason, it is possible to control so as not to perform the boosting operation at a light load where the input power is equal to or lower than the predetermined power. Further, when the boosting operation is performed, the loss of the rectifier circuit when the power supply current becomes discontinuous can be reduced, and the reliability can be improved.
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３におけるモータ駆動制御装置を備えた冷凍空気調和装置の構成を示す図である。
図８に示すように、本実施の形態３におけるモータ駆動制御装置は、上記実施の形態２の構成（図６）に加え、圧縮機３０の吐出圧力を検出する高圧圧力検出手段３４を備えている。
本実施の形態における入力電力演算手段２５は、高圧圧力検出手段３４により得られた高圧圧力の検出値と、圧縮機回転数（インバータ出力周波数）とから入力電力を演算する。
なお、その他の構成は実施の形態２の構成（図６）と同様であり、昇圧コンバータ回路３の制御動作も実施の形態２のフローチャート（図７）と同様である。
このような構成においても、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a refrigeration air conditioning apparatus including a motor drive control device according to
As shown in FIG. 8, the motor drive control device according to the third embodiment includes high pressure detection means 34 that detects the discharge pressure of the
The input power calculation means 25 in the present embodiment calculates the input power from the high pressure detection value obtained by the high pressure detection means 34 and the compressor speed (inverter output frequency).
The other configuration is the same as that of the second embodiment (FIG. 6), and the control operation of
Even in such a configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
１ 三相交流電源、２ 三相整流器、３ 昇圧コンバータ回路、４ リアクタ、５ スイッチング素子、６ 逆流防止素子、７ 平滑コンデンサ、８ 電流検出部、９ 電圧検出部、１０ インバータ回路、１１ モータ電流検出部、２０ 制御手段、２１ 直流電圧脈動幅検出手段、２２ 回転数記憶手段、２３ 昇圧レベル最適化手段、２４ 電源電圧不平衡検出手段、２５ 入力電力演算手段、２６ コンバータ動作可否判定手段、３０ 圧縮機、３１ 凝縮器、３２ 絞り手段、３３ 蒸発器、３４ 高圧圧力検出手段、２０１ 電圧指令演算手段、２０２ 電流指令演算手段、２０３ 駆動パルス演算手段。 1 Three-phase AC power supply, 2 Three-phase rectifier, 3 Boost converter circuit, 4 Reactor, 5 Switching element, 6 Backflow prevention element, 7 Smoothing capacitor, 8 Current detection part, 9 Voltage detection part, 10 Inverter circuit, 11 Motor current detection , 20 control means, 21 DC voltage pulsation width detection means, 22 rotation speed storage means, 23 boost level optimization means, 24 power supply voltage imbalance detection means, 25 input power calculation means, 26 converter operation availability determination means, 30 compression Machine, 31 condenser, 32 throttling means, 33 evaporator, 34 high pressure detection means, 201 voltage command calculation means, 202 current command calculation means, 203 drive pulse calculation means.
Claims (10)
リアクタ、スイッチング素子および逆流防止素子を有し、前記整流器の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧コンバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧をモータに供給するインバータ回路と、
前記昇圧コンバータ回路のスイッチング素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧検出部により検出された直流電圧の脈動幅が所定の閾値よりも大きくなったとき、前記インバータ回路が交流電圧を供給する前記モータの回転数を記憶するとともに、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を開始させ、
前記モータの回転数が、記憶した前記回転数よりも大きい場合、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を継続させる
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 A rectifier that rectifies the AC voltage supplied from the AC power supply;
A boost converter circuit having a reactor, a switching element and a backflow prevention element, and boosting the output voltage of the rectifier by chopping;
A smoothing capacitor for smoothing the output of the boost converter circuit;
A voltage detector for detecting a DC voltage smoothed by the smoothing capacitor;
An inverter circuit for converting the DC voltage into an AC voltage and supplying the AC voltage to the motor;
Control means for controlling the switching elements of the boost converter circuit;
With
The control means includes
When the pulsation width of the DC voltage detected by the voltage detector becomes larger than a predetermined threshold, the inverter circuit stores the rotation speed of the motor that supplies the AC voltage, and the boost operation by the boost converter circuit Start
The motor drive control device according to claim 1, wherein when the rotation speed of the motor is larger than the stored rotation speed, the boost operation by the boost converter circuit is continued.
前記モータの回転数が、記憶した前記回転数を下回る場合、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を停止させる
ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。 The control means includes
2. The motor drive control device according to claim 1, wherein when the rotation speed of the motor is lower than the stored rotation speed, the boosting operation by the boost converter circuit is stopped.
前記モータの回転数に応じた指令電圧値が予め設定され、
前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作時に、該昇圧コンバータ回路の出力電圧が前記指令電圧値となるように、前記昇圧コンバータ回路のスイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項１または２記載のモータ駆動制御装置。 The control means includes
A command voltage value corresponding to the rotation speed of the motor is preset,
3. The motor drive according to claim 1, wherein a switching element of the boost converter circuit is controlled so that an output voltage of the boost converter circuit becomes the command voltage value during a boost operation by the boost converter circuit. Control device.
前記制御手段は、
前記電圧検出部により検出された前記直流電圧、前記電流検出部により検出された前記リアクタ電流、及び前記昇圧コンバータ回路の指令電圧値に基づき、前記指令電圧に対する前記整流器の出力電圧の割合に応じたスイッチング指令値を求め、
前記スイッチング指令値に基づき、前記昇圧コンバータ回路のスイッチング素子の駆動を制御すると共に、前記交流電源の電圧不平衡の大きさを検出し、
前記交流電源の電圧不平衡の大きさが所定値を下回る場合、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を停止させる
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置。 A current detector for detecting a reactor current flowing in the reactor;
The control means includes
Based on the DC voltage detected by the voltage detection unit, the reactor current detected by the current detection unit, and the command voltage value of the boost converter circuit, according to the ratio of the output voltage of the rectifier to the command voltage Find the switching command value,
Based on the switching command value, the drive of the switching element of the boost converter circuit is controlled, and the magnitude of the voltage imbalance of the AC power supply is detected,
The motor drive control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the step-up operation by the step-up converter circuit is stopped when the magnitude of voltage imbalance of the AC power supply is lower than a predetermined value.
前記制御手段は、
前記電圧検出部により検出された直流電圧の脈動幅が所定の閾値よりも大きくなり、且つ、前記入力電力検出手段により検出された入力電力が所定電力よりも大きくなったとき、前記インバータ回路が交流電圧を供給する前記モータの回転数を記憶するとともに、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を開始させ、
前記モータの回転数が、記憶した前記回転数よりも大きい場合であって、前記入力電力検出手段により検出された入力電力が所定電力よりも大きい場合、前記昇圧コンバータ回路による昇圧動作を継続させる
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置。 Comprising input power detection means for detecting input power supplied from the inverter circuit to the motor;
The control means includes
When the pulsation width of the DC voltage detected by the voltage detection unit is larger than a predetermined threshold value and the input power detected by the input power detection means is larger than the predetermined power, the inverter circuit is AC Storing the number of rotations of the motor that supplies the voltage, and starting a boost operation by the boost converter circuit;
When the rotational speed of the motor is greater than the stored rotational speed and the input power detected by the input power detection means is greater than a predetermined power, the boost operation by the boost converter circuit is continued. The motor drive control device according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記インバータ回路の出力電圧指令値と前記インバータ回路の出力電流とに基づき前記入力電力を演算する
ことを特徴とする請求項５記載のモータ駆動制御装置。 The input power detection means includes
6. The motor drive control device according to claim 5, wherein the input power is calculated based on an output voltage command value of the inverter circuit and an output current of the inverter circuit.
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置。 At least one of the switching element and the backflow prevention element is
The motor drive control device according to claim 1, wherein the motor drive control device is formed of a wide band gap semiconductor.
炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである
ことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動制御装置。 The wide band gap semiconductor is
8. The motor drive control device according to claim 7, wherein the motor drive control device is silicon carbide, gallium nitride-based material, or diamond.
前記モータ駆動制御装置によって駆動されるモータを有する圧縮機と、
前記圧縮機、凝縮器、絞り手段、及び蒸発器を有し、冷媒を循環させる冷媒回路とを備えた
ことを特徴とする冷凍空気調和装置。 The motor drive control device according to any one of claims 1 to 8,
A compressor having a motor driven by the motor drive control device;
A refrigeration air conditioner comprising the compressor, a condenser, a throttle means, and an evaporator, and a refrigerant circuit for circulating the refrigerant.
前記モータ駆動制御装置によって駆動されるモータを有する圧縮機と、
前記圧縮機、凝縮器、絞り手段、蒸発器を有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、
を有し、
前記入力電力検出手段は、
前記圧縮機の吐出圧力と、前記圧縮機の回転数とに基づき前記入力電力を演算する
ことを特徴とする冷凍空気調和装置。 A motor drive control device according to claim 5;
A compressor having a motor driven by the motor drive control device;
A refrigerant circuit having the compressor, the condenser, the throttle means, and the evaporator, and circulating the refrigerant;
Have
The input power detection means includes
A refrigeration air conditioner that calculates the input power based on a discharge pressure of the compressor and a rotation speed of the compressor.
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