JP6004970B2

JP6004970B2 - モータ駆動制御装置、空気調和機、換気扇およびヒートポンプ式給湯器

Info

Publication number: JP6004970B2
Application number: JP2013043311A
Authority: JP
Inventors: 建太櫻井; 仁谷藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2033-03-05
Also published as: JP2014171370A

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、空気調和機、換気扇およびヒートポンプ式給湯器に関する。

従来、ファンを回転させるモータを駆動するモータ駆動制御装置では、外風により発生する回生電圧に対して、インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、モータの巻線に短絡電流を流すことでインバータを保護している（例えば、下記特許文献１参照）。

また、モータの保護装置では、インバータと圧縮機間にリレーなどの開閉装置を用いて、回生電圧発生時に圧縮機とインバータを切り離すことでインバータを保護している（例えば、下記特許文献２参照）。

特開２００９−０５５７８１号公報特開昭６３−２０６１８９号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、モータを停止させたときに、例えば、空気調和機の室外機等において、圧縮機の弁機構が故障していると冷媒の逆流が起こり、圧縮機モータが回転動作した場合はインバータ側に回生電圧が発生する。そのため、発生した回生電圧によって母線電圧がインバータ回路耐圧を超えるまで上昇するとインバータ回路等が故障する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧縮機弁機構故障等による冷媒の逆流によって発生する回生電圧に対して母線電圧の上昇からインバータ回路を保護するモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機を駆動させるモータに前記交流電圧を印加するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御装置と、前記インバータ回路に入力される母線電圧を検出する母線電圧検出回路と、前記インバータ回路と前記母線電圧検出回路との間に配置され、前記インバータ回路への前記直流電圧の供給／停止を切り替えるリレーと、を備え、前記制御装置は、前記圧縮機の冷媒の逆流により発生する前記モータの回生電圧によって前記母線電圧が所定の値を超えた場合、前記リレーを切り替えて前記インバータ回路と前記母線電圧検出回路との接続を解除し、前記母線電圧の上昇を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機弁機構故障等による冷媒の逆流によって発生する回生電圧に対して母線電圧の上昇からインバータ回路を保護できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１のモータ駆動制御装置の構成例を示す図である。図２は、実施の形態２のモータ駆動制御装置の構成例を示す図である。図３は、実施の形態２のモータ駆動制御装置においてモータに短絡電流を流す様子を示す図である。図４は、実施の形態２のモータ駆動制御装置においてモータに短絡電流を流す様子を示す図である。

以下に、本発明にかかるモータ駆動制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置の構成例を示す図である。モータ駆動制御装置は、交流電源を供給する商用電源１と、商用電源１から供給された交流電圧を直流電圧に整流する整流回路２と、整流回路２で整流された直流電圧を平滑する主回路コンデンサ３と、主回路コンデンサ３で平滑された直流電圧を交流電圧に変換してモータ７に印加するインバータ回路４と、インバータ回路４を制御してモータ７の運転を制御する制動制御装置５と、母線電圧を検出する母線電圧検出回路６と、母線電圧検出回路６とインバータ回路４の間に配置され、インバータ回路４への直流電圧の供給／停止を切り替えるリレー８と、を備える。

次に、モータ駆動制御装置の各構成の動作について説明する。

商用電源１は、日本の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相交流が一般的に使用されている。また、一部の家庭用、業務用、海外では２００Ｖ以上の単相・三相交流が使われることがある。

整流回路２は、全波整流回路となっており、商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態では、単相２００Ｖの全波整流回路について説明する。商用電源１がＡＣ２００ＶではＤＣ２８０〜３００Ｖへ変換する。整流回路２は、４個の半導体スイッチ素子の整流ダイオードをブリッジ接続して構成される。

主回路コンデンサ３は、整流回路２で整流された直流電圧を更に平滑している。

インバータ回路４は、主回路コンデンサ３で平滑された直流電圧出力が入力され、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の３相交流に変換する。インバータ回路４は、例えば、トランジスタ等の半導体によるスイッチング素子４ａ〜４ｆを各々ブリッジ接続して構成される。また、各々のスイッチング素子４ａ〜４ｆには、並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。内蔵されている高速ダイオードは、スイッチング素子４ａ〜４ｆがオフしたとき還流電流を流す働きをする。

母線電圧検出回路６は、インバータ回路４の母線電圧を検出し、制動制御装置５へ出力する。

制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチング素子４ａ〜４ｆのスイッチングを行い、モータ７の各巻線に電圧を印加し、巻線の巻線電流を制御することで、モータ７を駆動制御する。また、本実施の形態では、制動制御装置５は、母線電圧検出回路６からの母線電圧の情報に基づいて、後述する動作によりリレー８を切り替える制御を行い、母線電圧の上昇を抑制する。

制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチング素子４ａ〜４ｆのスイッチングを停止し、モータ７の各巻線への電圧印加を停止し、モータ７を停止させる。

モータ７が停止した際に、図示しない圧縮機の弁機構が故障していると冷媒が逆流し、圧縮機を駆動するモータ７が回転動作した場合はインバータ側に回生電圧が発生する。

回生電圧は母線電圧に重畳し、母線電圧がインバータ回路４の耐圧を超えてしまう。

また、母線電圧が主回路コンデンサ３の耐圧以上となる。

そこで、本実施の形態では、母線電圧検出回路６が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、４００Ｖとなったとき又は４００Ｖを超えない所定の値のとき、制動制御装置５は、直流電圧の供給を切り替えるリレー８をオフ状態、すなわち接続を解除する。ここで、上記の４００Ｖ又は所定の値とは、インバータ回路４の耐圧に対して、余裕を持った値とする。

このような動作により、インバータ回路４に耐圧を超えるような電圧がかからない状態となり、また、冷媒の逆流により発生する回生電圧に起因する電圧は、主回路コンデンサ３の両端に印加されない。モータ駆動制御装置では、母線電圧の上昇を抑制でき、インバータ回路４の耐圧及び主回路コンデンサ３の耐圧を超えることはない。

以上説明したように、本実施の形態においては、モータ７停止後に圧縮機弁機構故障等により起こる冷媒の逆流により発生する回生電圧によって母線電圧が所定の値を超えたとき、制動制御装置５は、リレー８を切り替え、母線電圧の上昇を抑制することとした。これにより、母線電圧をインバータ回路４の耐圧以下及び主回路コンデンサ３の耐圧以下に制御することで、冷媒の逆流により発生する回生電圧に起因する母線電圧の上昇によるインバータ回路４及び主回路コンデンサ３の耐圧破壊を防止することができる。

また、モータ７を停止させたとき、制動制御装置５は、リレー８をオフ状態にすることで、母線電圧を検出せずに母線電圧の上昇を抑制し、インバータ回路４の耐圧及び主回路コンデンサ３の耐圧を超えることを防ぐことができる。

本実施の形態のモータ駆動制御装置と圧縮機を駆動するモータとを備えて、空気調和機、換気扇、ヒートポンプ式給湯器などを構成することができる。

実施の形態２．
図２は、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置の構成例を示す図である。モータ駆動制御装置は、交流電源を供給する商用電源１と、商用電源１から供給された交流電圧を直流電圧に整流する整流回路２と、整流回路２で整流された直流電圧を平滑する主回路コンデンサ３と、主回路コンデンサ３で平滑された直流電圧を交流電圧に変換してモータ７に印加するインバータ回路４と、インバータ回路４を制御してモータ７の運転を制御する制動制御装置５と、母線電圧を検出する母線電圧検出回路６と、を備える。

制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチング素子４ａ〜４ｆのスイッチングを行い、モータ７の各巻線に電圧を印加し、巻線の巻線電流を制御することで、モータ７を駆動制御する。また、本実施の形態では、制動制御装置５は、母線電圧検出回路６からの母線電圧の情報に基づいて、後述する動作によりインバータ回路４を制御してモータ７の巻線に短絡電流を流し、母線電圧の上昇を抑制する。

また、母線電圧が主回路コンデンサ３の耐圧以上となる。

そこで、本実施の形態では、母線電圧検出回路６が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、４００Ｖとなったとき又は４００Ｖを超えない所定の値のとき、制動制御装置５は、母線電圧がインバータ回路４及び主回路コンデンサ３の耐圧以下の値となるように、インバータ回路４のスイッチパターンを切り替えて、モータ７の巻線に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制する。

図３，４は、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置においてモータ７に短絡電流を流す様子を示す図である。具体的に、制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチパターンとして、図３に示すように、スイッチング素子４ｂ，４ｄ，４ｆの各スイッチをｏｎ、かつ、スイッチング素子４ａ，４ｃ，４ｅの各スイッチをｏｆｆにする。または、制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチパターンとして、図４に示すように、スイッチング素子４ｂ，４ｄ，４ｆの各スイッチをｏｆｆ、かつ、スイッチング素子４ａ，４ｃ，４ｅの各スイッチをｏｎにする。制動制御装置５は、スイッチパターンとしてゼロベクトルを出力するようにインバータ回路４を制御することで、モータ７の各巻線を短絡し、モータ７に短絡電流を流す。

このような動作により、モータ７の各線間は短絡状態となり、冷媒の逆流により発生する回生電圧に起因する電圧は、主回路コンデンサ３の両端に印加されない。モータ駆動制御装置では、母線電圧の上昇を抑制でき、インバータ回路４の耐圧及び主回路コンデンサ３の耐圧を超えることはない。

以上説明したように、本実施の形態においては、モータ７停止後に圧縮機弁機構故障等により起こる冷媒の逆流により発生する回生電圧によって母線電圧が所定の値を超えたとき、制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチパターンを切り替え、モータ７の巻線に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制することとした。これにより、母線電圧をインバータ回路４の耐圧以下及び主回路コンデンサ３の耐圧以下に制御することで、冷媒の逆流により発生する回生電圧に起因する母線電圧の上昇によるインバータ回路４及び主回路コンデンサ３の耐圧破壊を防止することができる。

また、モータ７を停止させたとき、制動制御装置５は、インバータ回路４のスイッチパターンを切り替えてモータ７の巻線に短絡電流を流すことで、母線電圧を検出せずに母線電圧の上昇を抑制し、インバータ回路４の耐圧及び主回路コンデンサ３の耐圧を超えることを防ぐことができる。

本実施の形態のモータ駆動制御装置と圧縮機を駆動するモータとを備えて、ヒートポンプ式給湯器などを構成することができる。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動制御装置は、モータの制御に有用であり、特に、インバータ回路を備える場合に適している。

１商用電源、２整流回路、３主回路コンデンサ、４インバータ回路、５制動制御装置、６母線電圧検出回路、７モータ、８リレー。

Claims

供給された交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、
前記整流回路で整流された直流電圧を平滑する主回路コンデンサと、
前記主回路コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機を駆動させるモータに前記交流電圧を印加するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御装置と、
前記インバータ回路に入力される母線電圧を検出する母線電圧検出回路と、
前記インバータ回路と前記主回路コンデンサとの間に配置され、前記インバータ回路への前記直流電圧の供給および停止を切り替えるリレーと、
を備え、
前記制御装置は、前記母線電圧が前記インバータ回路の耐圧に基づいて規定された値を超えた場合、前記リレーを切り替えて前記インバータ回路と前記主回路コンデンサとの接続を解除し、前記母線電圧の上昇を抑制することを特徴とするモータ駆動制御装置。
前記制御装置は、前記モータを停止させたとき、前記リレーをオフ状態にす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。
圧縮機を駆動させるモータと、
請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置と、
を備えたことを特徴とする空気調和機。
圧縮機を駆動させるモータと、
請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置と、
を備えたことを特徴とする換気扇。
圧縮機を駆動させるモータと、
請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置と、
を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯器。