JP6098945B2 - Motor inverter device - Google Patents

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Description

本発明は、単相交流電源を入力として全波整流した出力をスイッチングすることにより得られる可変電圧・可変周波数の交流出力にてモータを駆動するモータインバータ装置に関する。   The present invention relates to a motor inverter device that drives a motor with a variable voltage / variable frequency AC output obtained by switching a full-wave rectified output using a single-phase AC power supply as an input.

従来のモータインバータ装置の概略構成を図13に示す。図13に示す従来のモータインバータ装置は、単相交流電源101の出力を全波整流する整流回路102と、この整流回路102による整流出力をスイッチング動作により得られた可変電圧・可変周波数の交流出力によりモータ103を駆動するインバータ104と、を備えている。また、従来のモータインバータ装置は、電圧指令値に基づいて前記インバータ104のスイッチング素子をオン・オフさせるためのPWM信号を発生させる信号発生手段105と、前記PWM信号のパルス幅の増大制御では前記電圧指令値に相当したインバータ出力電圧が得られない飽和状態となったときに、そのPWM信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる制御を行う制御手段106と、を備えている。   FIG. 13 shows a schematic configuration of a conventional motor inverter device. The conventional motor inverter device shown in FIG. 13 has a rectifier circuit 102 that full-wave rectifies the output of the single-phase AC power supply 101, and a variable voltage / variable frequency AC output obtained by switching the rectified output of the rectifier circuit 102. And an inverter 104 for driving the motor 103. Further, the conventional motor inverter device includes a signal generator 105 for generating a PWM signal for turning on / off the switching element of the inverter 104 based on a voltage command value, and the pulse width increase control of the PWM signal. And a control means for performing control for advancing the phase of the inverter output voltage by advancing the output timing of the PWM signal when an inverter output voltage corresponding to the voltage command value cannot be obtained. .

このように整流回路102からの脈動電圧をインバータ104によりスイッチング動作を行って得られた交流出力によりモータ103の駆動を行う場合、その脈動電圧の瞬時電圧値が所定レベルより低くなる期間には、PWM信号のパルス幅を増大させる制御を行ったとしても、電圧指令値に相当したインバータ出力電圧を得ることができない飽和状態となる。このような飽和状態となったとき、つまり、インバータ出力電圧よりモータ誘起電圧が高くなったときは、制御手段106が、前記PWM信号の出力のタイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる制御(位相進み制御)を行う(特許文献1参照)。   When the motor 103 is driven by the AC output obtained by switching the pulsating voltage from the rectifier circuit 102 by the inverter 104 in this way, during the period when the instantaneous voltage value of the pulsating voltage is lower than a predetermined level, Even if control is performed to increase the pulse width of the PWM signal, the inverter output voltage corresponding to the voltage command value cannot be obtained. When such a saturation state is reached, that is, when the motor induced voltage becomes higher than the inverter output voltage, the control means 106 controls the output timing of the PWM signal to be advanced to advance the phase of the inverter output voltage. (Phase advance control) is performed (see Patent Document 1).

このような位相進み制御が行われたときには、モータ103の端子電圧が下がるという現象(弱め界磁状態)が引き起こされる。このため、モータ103の端子電圧が下がった期間には、モータ103にインバータ104からの出力電流が流れ込むようになり、これによりトルク発生する期間が拡大することになる。この結果、モータ103のトルク脈動が抑制されると共に、その効率が改善されることになる。   When such phase advance control is performed, a phenomenon (field weakening state) in which the terminal voltage of the motor 103 decreases is caused. For this reason, during the period when the terminal voltage of the motor 103 is lowered, the output current from the inverter 104 flows into the motor 103, and this increases the period during which torque is generated. As a result, torque pulsation of the motor 103 is suppressed and its efficiency is improved.

特開平10−150795号公報JP-A-10-150795

従来のモータインバータ装置では、インバータ印加電圧が所定レベルより低くなると、回生電流により単相交流電源101からモータ103へのトルク供給が遮断される期間において、インバータ104の出力電圧位相を進めてインバータ出力からモータ103に強制的に電流が流れるように構成されている。このため単相交流電源101の半周期毎にインバータ出力からモータ103に強制的に電流が流れることになり、モータ103の実効電流値が増加してモータ損失が増加する。   In the conventional motor inverter device, when the inverter applied voltage becomes lower than a predetermined level, the output voltage phase of the inverter 104 is advanced and the inverter output is output during the period in which the torque supply from the single-phase AC power supply 101 to the motor 103 is interrupted by the regenerative current. The motor 103 is forcibly supplied with current. For this reason, a current forcibly flows from the inverter output to the motor 103 every half cycle of the single-phase AC power supply 101, the effective current value of the motor 103 increases, and the motor loss increases.

特に、インバータ104の入力側に挿入される平滑コンデンサの容量が十分大きく脈動の少ない安定した直流電圧がインバータ104に印加されるようなエアコン等の圧縮機用モータインバータ装置では、シーズンを通して運転期間の長い低速回転数域での効率向上を図るため、より誘起電圧の高いモータ103を用いることが一般的である。このようなモータ103を用いたモータインバータ装置において、単相交流電源101を入力として、全波整流した出力が十分平滑されていないモータインバータ装置では、単相交流電源101の半周期毎にインバータ出力からモータ103へ強制的に電流を流す量が増加する。このため、このようなモータインバータ装置においては、著しくモータ損失が増加する。   In particular, in a motor inverter device for a compressor such as an air conditioner in which a stable DC voltage with a sufficiently large smoothing capacitor inserted on the input side of the inverter 104 and a small pulsation is applied to the inverter 104, the operation period of In order to improve efficiency in a long low-speed rotation speed range, it is common to use a motor 103 having a higher induced voltage. In a motor inverter device using such a motor 103, in a motor inverter device in which a single-phase AC power supply 101 is an input and the full-wave rectified output is not sufficiently smoothed, the inverter output is output every half cycle of the single-phase AC power supply 101. The amount of current that is forced to flow from the motor to the motor 103 increases. For this reason, in such a motor inverter apparatus, motor loss increases remarkably.

また、従来のモータインバータ装置においては、PWM信号の出力のタイミングを早めて、インバータ出力電圧の位相を進ませ、モータ103へ強制的に電流を流す弱め界磁制御を行わないと、単相交流電源101の半周期毎にモータ103から回生電流が流れ込み、インバータ104およびコンデンサにおいて、回生電流による回路損失が増加する。一方、回生電流が生じないようにインバータ出力電圧の位相を進ませて、弱め界磁制御を行うと、モータ103へ強制的に大きな電流を流すことになり、効率が悪くなるという課題を有していた。また、モータ103へ間欠的に電力を供給して必要トルクを確保する場合には、モータ103の実効電流値が増加するため、モータ損失が増加する。一方、単純に誘起電圧の低いモータを用いた場合には、インバータ損失の増加や出力トルクが不足するという課題を有していた。   Further, in the conventional motor inverter device, the output timing of the PWM signal is advanced, the phase of the inverter output voltage is advanced, and the field weakening control for forcibly flowing the current to the motor 103 is not performed, the single-phase AC power supply 101 The regenerative current flows from the motor 103 every half cycle, and the circuit loss due to the regenerative current increases in the inverter 104 and the capacitor. On the other hand, if the field-weakening control is performed by advancing the phase of the inverter output voltage so as not to generate a regenerative current, a large current is forced to flow to the motor 103, which has a problem that efficiency is deteriorated. . In addition, when the required torque is ensured by intermittently supplying power to the motor 103, the effective current value of the motor 103 increases, so that the motor loss increases. On the other hand, when a motor with a low induced voltage is simply used, there are problems that the inverter loss increases and the output torque is insufficient.

本発明は、負荷であるモータにおいて必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制し、効率の高いモータインバータ装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a highly efficient motor inverter device that suppresses the loss of each part including a motor loss while maintaining a motor output torque required for a motor that is a load.

本発明のモータインバータ装置は、前記の目的を達成するために、
単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成されている。
In order to achieve the above object, the motor inverter device of the present invention provides:
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjusting device is configured such that when the torque from the single-phase AC power source to the motor is interrupted, the regenerative current regenerated from the motor becomes a value within a predetermined range by the advance angle adjustment.

本発明によれば、負荷であるモータにおいて必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制した、効率の高いモータインバータ装置を提供するができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor inverter apparatus with high efficiency which suppressed each part loss including motor loss, maintaining the motor output torque required in the motor which is load can be provided.

本発明に係る実施の形態1のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図The figure which shows the schematic structure of the motor inverter apparatus of Embodiment 1 which concerns on this invention in a partial block. モータインバータ装置における電圧、電流を説明するための概略構成を示す図The figure which shows schematic structure for demonstrating the voltage and electric current in a motor inverter apparatus. モータインバータ装置において説明するためのインバータ印加電圧波形Vdc(a)、入力電流波形Iac(b)、およびインバータ母線電流波形Iinv(c)の各波形図Waveform diagrams of inverter applied voltage waveform Vdc (a), input current waveform Iac (b), and inverter bus current waveform Iinv (c) for explanation in the motor inverter device モータインバータ装置における「力行状態」において電流が流れる状態(a)、および「回生状態」において電流が流れる状態(b)を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing a state (a) in which a current flows in the “powering state” in the motor inverter device and a state (b) in which a current flows in the “regenerative state” 電流が一定状態で電流位相角βを変化させたときのマグネットトルクτm、リラクタンストルクτr、全合成出力トルクτtを示すグラフGraph showing magnet torque τm, reluctance torque τr, and total combined output torque τt when current phase angle β is changed in a constant current state 電流位相(進角)βとトルク指令値Trq*との関係の一例を示す特性図Characteristic diagram showing an example of the relationship between the current phase (advance) β and the torque command value Trq * 本発明に係る実施の形態2のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図The figure which shows the schematic structure of the motor inverter apparatus of Embodiment 2 which concerns on this invention in a partial block. (a)インバータ印加電圧Vdcの波形の一例と、(b)調整された調整進角値(β)の状態の一例を示す図(A) A figure which shows an example of the waveform of inverter applied voltage Vdc, and an example of the state of (b) adjusted adjustment advance value ((beta)). 本発明に係る実施の形態3のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図The figure which shows schematic structure of the motor inverter apparatus of Embodiment 3 which concerns on this invention in a partial block (a)単相交流電源の電圧波形Vacの一例を示す波形図、(b)インバータへの印加電圧Vdcを示す図(A) Waveform diagram showing an example of the voltage waveform Vac of the single-phase AC power supply, (b) Diagram showing the applied voltage Vdc to the inverter. 本発明に係る実施の形態4のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図The figure which shows schematic structure of the motor inverter apparatus of Embodiment 4 which concerns on this invention in a partial block (a)インバータ印加電圧Vdcの一例を示す波形図、(b)インバータ印加電圧Vdcと単相交流電源の電圧の絶対値ABS(Vac)との差分電圧(Vdc−ABS(Vac))の一例を示す波形図(A) Waveform diagram showing an example of the inverter applied voltage Vdc, (b) an example of the differential voltage (Vdc−ABS (Vac)) between the inverter applied voltage Vdc and the absolute value ABS (Vac) of the voltage of the single-phase AC power supply. Waveform diagram 従来のモータインバータ装置の概略構成を示す図 図面の一部又は全部は、図示を目的とした概要的表現により描かれており、必ずしもそこに示された要素の実際の相対的大きさや位置を忠実に描写しているとは限らないことは考慮願いたい。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional motor inverter device. Part or all of the drawings are drawn in a schematic representation for the purpose of illustration, and the actual relative sizes and positions of the elements shown therein are not necessarily true. Please consider that this is not always the case.

本発明に係る第1の態様のモータインバータ装置は、
単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成されている。
The motor inverter device according to the first aspect of the present invention includes:
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjusting device is configured such that when the torque from the single-phase AC power source to the motor is interrupted, the regenerative current regenerated from the motor becomes a value within a predetermined range by the advance angle adjustment.

上記のように構成された本発明に係る第1の態様のモータインバータ装置は、単相交流電源からモータへの供給トルクが遮断される期間を抑制することができる。即ち、間欠的なトルク供給によるモータ電流増加を抑え、モータ損失を抑制することができる。さらに、リラクタンストルクの活用により回生電流を抑制することによりモータ駆動に寄与しない回生電流によるコンデンサへの充放電を抑制できるため、インバータ、コンデンサでの回路損失を抑制することができ、モータインバータ装置のシステム効率低下の抑制を図ることができる。   The motor inverter device according to the first aspect of the present invention configured as described above can suppress the period during which the supply torque from the single-phase AC power supply to the motor is interrupted. That is, an increase in motor current due to intermittent torque supply can be suppressed and motor loss can be suppressed. In addition, by suppressing the regenerative current by utilizing the reluctance torque, it is possible to suppress the charging / discharging of the capacitor due to the regenerative current that does not contribute to the motor drive. It is possible to suppress a decrease in system efficiency.

本発明に係る第2の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様の前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電流検出部と前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記電流検出部の検出値に基づいて前記モータから前記コンデンサへ充電電流が流れる期間(回生期間;トルク遮断期間)が前記単相交流電源の半周期の略四分の一未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう設定されている。
In the motor inverter device according to the second aspect of the present invention, the advance angle adjusting device according to the first aspect includes:
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the current detection unit, the torque command calculation unit, and the voltage phase detection unit,
The advance angle adjustment unit has a period during which a charging current flows from the motor to the capacitor based on a detection value of the current detection unit (regeneration period; torque cutoff period) at an arbitrary motor speed. The torque command value calculated by the torque command calculation unit is set to be substantially the minimum while being set to be less than approximately one quarter of a half cycle.

上記のように構成された本発明に係る第2の態様のモータインバータ装置においては、モータ駆動に必要なトルクをマグネットトルクに加えリラクタンストルクにより確保しつつ、永久磁石の影響により生じる回生電流によるインバータ、コンデンサでの回路損失を抑制して、さらにリラクタンストルクを最大限に活用して、効率の低下を抑制することができるモータ駆動を行うことができる。   In the motor inverter device according to the second aspect of the present invention configured as described above, an inverter based on the regenerative current generated by the influence of the permanent magnet while securing the torque necessary for driving the motor in addition to the magnet torque and the reluctance torque In addition, it is possible to perform motor driving that can suppress the circuit loss in the capacitor and further utilize the reluctance torque to the maximum to suppress the decrease in efficiency.

本発明に係る第3の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様の前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電流検出部と前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記モータから前記コンデンサへ流れる充電電流の平均的な電流値が前記コンデンサの容量と前記単相交流電源の実効電圧値の積を前記単相交流電源の半周期の10倍値で除した値未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されている。
In the motor inverter device according to the third aspect of the present invention, the advance angle adjusting device according to the first aspect includes
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the current detection unit, the torque command calculation unit, and the voltage phase detection unit,
The advance adjustment unit is configured such that an average current value of a charging current flowing from the motor to the capacitor at an arbitrary motor rotation number is a product of a capacitance of the capacitor and an effective voltage value of the single-phase AC power source. The torque command value calculated by the torque command calculation unit is adjusted to be substantially the minimum while being set to be less than the value divided by 10 times the half cycle of the AC power supply.

上記のように構成された本発明に係る第3の態様のモータインバータ装置においては、モータ駆動に必要なトルクをマグネットトルクに加えリラクタンストルクにより確保しつつ、永久磁石の影響により生じる回生電流によるインバータ、コンデンサでの回路損失を抑制して、さらにリラクタンストルクを最大限に活用して、効率の低下を抑制することができるモータ駆動を行うことができる。   In the motor inverter device according to the third aspect of the present invention configured as described above, an inverter based on the regenerative current generated by the influence of the permanent magnet while securing the torque necessary for driving the motor in addition to the magnet torque by the reluctance torque In addition, it is possible to perform motor driving that can suppress the circuit loss in the capacitor and further utilize the reluctance torque to the maximum to suppress the decrease in efficiency.

本発明に係る第4の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様の前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源1もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記直流電圧検出部により検出される平均電圧値が前記単相交流電源の実効電圧値未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されている。
In the motor inverter device according to the fourth aspect of the present invention, the advance angle adjusting device according to the first aspect includes
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source 1 or the inverter applied voltage;
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter;
An advance angle adjustment unit that adjusts an advance angle based on information from the torque command calculation unit and the voltage phase detection unit,
The advance angle adjustment unit is set so that an average voltage value detected by the DC voltage detection unit is less than an effective voltage value of the single-phase AC power supply at an arbitrary motor rotation speed, and the torque command calculation unit The torque command value calculated by is adjusted so as to be substantially minimum.

上記のように構成された本発明に係る第4の態様のモータインバータ装置においては、モータ駆動に必要なトルクをマグネットトルクに加えリラクタンストルクにより確保しつつ、永久磁石の影響により生じる回生電流によるインバータ、コンデンサでの回路損失を抑制して、さらにリラクタンストルクを最大限に活用して、効率の低下を抑制することができるモータ駆動を行うことができる。   In the motor inverter device according to the fourth aspect of the present invention configured as described above, an inverter based on the regenerative current generated by the influence of the permanent magnet while securing the torque necessary for driving the motor in addition to the magnet torque by the reluctance torque In addition, it is possible to perform motor driving that can suppress the circuit loss in the capacitor and further utilize the reluctance torque to the maximum to suppress the decrease in efficiency.

本発明に係る第5の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様の前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記単相交流電源の電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部と前記直流電圧検出部と前記交流電圧検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整装置は、任意のモータ回転数において、前記直流電圧検出部により検出されるインバータに印加される直流電圧値と前記交流電圧検出部により検出される前記単相交流電源の電圧値を基に算出した絶対値との差により算出される平均電圧値が、前記単相交流電源の実効電圧値の1割未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されている。
In the motor inverter device according to the fifth aspect of the present invention, the advance angle adjusting device according to the first aspect includes
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter;
An AC voltage detector for detecting the voltage of the single-phase AC power supply;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the torque command calculation unit, the voltage phase detection unit, the DC voltage detection unit, and the AC voltage detection unit,
The advance adjustment device is configured to calculate a DC voltage value applied to an inverter detected by the DC voltage detection unit and a voltage value of the single-phase AC power source detected by the AC voltage detection unit at an arbitrary motor speed. The average voltage value calculated by the difference from the absolute value calculated based on the torque is set to be less than 10% of the effective voltage value of the single-phase AC power supply, and the torque calculated by the torque command calculation unit The command value is adjusted to be approximately the minimum.

上記のように構成された本発明に係る第5の態様のモータインバータ装置においては、モータ駆動に必要なトルクをマグネットトルクに加えリラクタンストルクにより確保しつつ、永久磁石の影響により生じる回生電流によるインバータ、コンデンサでの回路損失を抑制して、さらにリラクタンストルクを最大限に活用して、効率の低下を抑制することができるモータ駆動を行うことができる。   In the motor inverter device according to the fifth aspect of the present invention configured as described above, an inverter based on the regenerative current generated by the influence of the permanent magnet while securing the torque necessary for driving the motor in addition to the magnet torque and the reluctance torque In addition, it is possible to perform motor driving that can suppress the circuit loss in the capacitor and further utilize the reluctance torque to the maximum to suppress the decrease in efficiency.

本発明に係る第6の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様の前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記単相交流電源の電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部と前記直流電圧検出部と前記交流電圧検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記直流電圧検出部により検出されるインバータに印加される直流電圧値が前記交流電圧検出部により検出される前記単相交流電源の電圧値を基に算出した絶対値より大きくなる期間が前記単相交流電源の半周期の略半分未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されている。
In the motor inverter device according to the sixth aspect of the present invention, the advance angle adjusting device according to the first aspect includes
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter;
An AC voltage detector for detecting the voltage of the single-phase AC power supply;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the torque command calculation unit, the voltage phase detection unit, the DC voltage detection unit, and the AC voltage detection unit,
The advance angle adjustment unit is configured to obtain a voltage value of the single-phase AC power source detected by the AC voltage detection unit as a DC voltage value applied to an inverter detected by the DC voltage detection unit at an arbitrary motor rotation number. The period larger than the absolute value calculated based on the basic phase is set to be less than about half of the half cycle of the single-phase AC power supply, and the torque command value calculated by the torque command calculation unit is substantially minimized. It has been adjusted.

上記のように構成された本発明に係る第6の態様のモータインバータ装置においては、モータ駆動に必要なトルクをマグネットトルクに加えリラクタンストルクにより確保しつつ、永久磁石の影響により生じる回生電流によるインバータ、コンデンサでの回路損失を抑制して、さらにリラクタンストルクを最大限に活用して、効率の低下を抑制することができるモータ駆動を行うことができる。   In the motor inverter device according to the sixth aspect of the present invention configured as described above, an inverter based on the regenerative current generated by the influence of the permanent magnet while securing the torque necessary for driving the motor in addition to the magnet torque by the reluctance torque In addition, it is possible to perform motor driving that can suppress the circuit loss in the capacitor and further utilize the reluctance torque to the maximum to suppress the decrease in efficiency.

本発明に係る第7の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様乃至第6の態様の前記進角調整装置は、前記進角調整装置は、前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相に基づいて調整進角量を変更するよう構成されている。このように構成された本発明に係る第7の態様のモータインバータ装置においては、回生電流を効果的に抑え、インバータ、コンデンサでの回路損失を抑制し、トルク遮断期間が短く、効率低下を抑制したモータ駆動を行うことができる。   In the motor inverter device according to the seventh aspect of the present invention, the advance angle adjusting device according to the first to sixth aspects is the advance angle adjusting device is the single-phase AC power source or the inverter applied voltage. The adjustment advance angle amount is changed based on the voltage phase. In the motor inverter device according to the seventh aspect of the present invention configured as described above, the regenerative current is effectively suppressed, the circuit loss in the inverter and the capacitor is suppressed, the torque interruption period is short, and the efficiency reduction is suppressed. The motor can be driven.

本発明に係る第8の態様のモータインバータ装置においては、前記の第1の態様乃至第7の態様の前記モータが空気調和機に具備される圧縮機駆動用である。このように構成された本発明に係る第8の態様のモータインバータ装置においては、空気調和機に具備される圧縮機駆動用のモータインバータ装置に適用されることにより、小型・軽量・低コスト・省資源でかつ年間を通じての消費電力量を抑制することができる。   In the motor inverter device according to the eighth aspect of the present invention, the motor according to the first to seventh aspects is for driving a compressor provided in an air conditioner. In the motor inverter device according to the eighth aspect of the present invention configured as described above, the motor inverter device for driving a compressor provided in the air conditioner is used to achieve a small size, light weight, low cost, It is resource-saving and can reduce power consumption throughout the year.

以下、本発明に係る実施の形態のモータインバータ装置について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態の具体的な構成によって限定されるものではなく、以下の実施の形態において説明する技術的思想と同等の技術的思想に基づいて構成されるモータインバータ装置を含むものである。   Hereinafter, a motor inverter device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited by the specific configuration of the embodiment described below, and is a motor configured based on the technical idea equivalent to the technical idea described in the following embodiment. It includes an inverter device.

(実施の形態1)
図1は本発明に係る実施の形態1のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図である。
図1に示すように、実施の形態1のモータインバータ装置は、単相交流電源1を入力とするダイオードブリッジなどで構成される整流回路2と、整流回路2の出力直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチ素子で構成されるインバータ4と、インバータ4をPWM駆動制御するマイコン等の制御部6と、共振周波数が単相交流電源1の周波数の40倍以上に設定された平滑部7と、制御部6からのPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置80と、を備えている。実施の形態1のモータインバータ装置において、平滑部7は、インバータ4と単相交流電源1のライン上に配置されたリアクタ7aと、インバータ4の入力側に並列接続されたコンデンサ7bとで構成されている。インバータ4からの駆動電力により負荷であるモータ3が駆動制御されている。また、整流回路2は全波整流回路である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor inverter device according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the motor inverter device according to the first embodiment includes a rectifier circuit 2 including a diode bridge that receives a single-phase AC power supply 1 and converts the output DC power of the rectifier circuit 2 into AC power. An inverter 4 composed of a plurality of semiconductor switching elements, a control unit 6 such as a microcomputer for controlling the inverter 4 by PWM drive, and a smoothing unit 7 whose resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power supply 1 And an advance adjustment device 80 that adjusts the phase of the PWM control signal from the control unit 6. In the motor inverter device of the first embodiment, the smoothing unit 7 includes a reactor 7a disposed on the line of the inverter 4 and the single-phase AC power supply 1, and a capacitor 7b connected in parallel to the input side of the inverter 4. ing. The motor 3 as a load is driven and controlled by the driving power from the inverter 4. The rectifier circuit 2 is a full-wave rectifier circuit.

実施の形態1のモータインバータ装置においては、単相交流電源1を入力電源として、共振周波数が単相交流電源1の周波数の40倍以上に設定された平滑部7を用いて構成されている。実施の形態1のモータインバータ装置においては、単相交流電源1の入力を全波整流して得られた脈動電圧を、小容量の平滑部7により必要最小の平滑化を行って、スイッチングすることにより、モータ駆動用の所望の周波数を有する交流電力を形成している。このため、実施の形態1のモータインバータ装置においては、モータ3に対して間欠的に電力が供給される構成である。   The motor inverter device according to the first embodiment is configured using a smoothing unit 7 having a resonance frequency set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power supply 1 using the single-phase AC power supply 1 as an input power supply. In the motor inverter device of the first embodiment, the pulsating voltage obtained by full-wave rectification of the input of the single-phase AC power supply 1 is switched by performing the minimum smoothing by the smoothing unit 7 having a small capacity. Thus, AC power having a desired frequency for driving the motor is formed. For this reason, the motor inverter device of the first embodiment is configured such that electric power is intermittently supplied to the motor 3.

実施の形態1のモータインバータ装置においては、モータ3を効率高く駆動するために、回生電流が所定範囲内となるように抑制して、その範囲内で、指定されたる条件で駆動されるモータ3において必要とされる後述するトルク指令値(Trq*)が略最小となるよう進角調整が行われている。   In the motor inverter device of the first embodiment, in order to drive the motor 3 with high efficiency, the regenerative current is suppressed so as to be within a predetermined range, and the motor 3 driven under specified conditions within the range. The advance angle adjustment is performed so that a torque command value (Trq *), which will be described later, required in step S1 becomes substantially minimum.

次に、以上のように構成された実施の形態1のモータインバータ装置における動作および作用について説明する。
まず、単相交流電源1に周波数50Hzの電源を用いた場合、平滑部7を構成するリアクタ7aの容量L1とコンデンサ7bの容量C1は、電源高調波電流特性の高性能化を図るため、共振周波数fc=1/(2π×√(L1×C1))が単相交流電源周波数の40倍以上、すなわち2000Hz以上になるように設定される。このため、例えば、リアクタンス値L1=0.5mHのリアクタ7a、およびキャパシタンス値C1=10μFのコンデンサ7bを用いることにより、共振周波数fcは2000Hz以上に設定される(≒2250Hz)>(40×50Hz(単相交流電源周波数))、(40×50Hz=2000Hz)。平滑部7を構成するリアクタ7aとコンデンサ7bが上記のような値に設定された場合、インバータ4により永久磁石モータを駆動させると、インバータ印加電圧波形Vdc、入力電流波形Iac、インバータ母線電流波形Iinvは以下に示すような関係になる。
Next, the operation and action of the motor inverter device of the first embodiment configured as described above will be described.
First, when a power supply having a frequency of 50 Hz is used for the single-phase AC power supply 1, the capacitance L1 of the reactor 7a and the capacitance C1 of the capacitor 7b constituting the smoothing unit 7 are resonant to improve the power harmonic current characteristics. The frequency fc = 1 / (2π × √ (L1 × C1)) is set to be 40 times or more of the single-phase AC power supply frequency, that is, 2000 Hz or more. For this reason, for example, by using the reactor 7a having the reactance value L1 = 0.5 mH and the capacitor 7b having the capacitance value C1 = 10 μF, the resonance frequency fc is set to 2000 Hz or more (≈2250 Hz)> (40 × 50 Hz ( Single-phase AC power supply frequency)), (40 × 50 Hz = 2000 Hz). When the reactor 7a and the capacitor 7b constituting the smoothing unit 7 are set to the above values, when the permanent magnet motor is driven by the inverter 4, the inverter applied voltage waveform Vdc, the input current waveform Iac, and the inverter bus current waveform Iinv Is as shown below.

図2はモータインバータ装置の概略構成を示す図である。図2に示す構成において、インバータ印加電圧波形Vdc、入力電流波形Iac、およびインバータ母線電流波形Iinvを示している。図3は、インバータ印加電圧波形Vdc(図3の(a))、入力電流波形Iac(図3の(b))、およびインバータ母線電流波形Iinv(図3の(c))の各波形を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the motor inverter device. In the configuration shown in FIG. 2, an inverter applied voltage waveform Vdc, an input current waveform Iac, and an inverter bus current waveform Iinv are shown. FIG. 3 shows respective waveforms of the inverter applied voltage waveform Vdc (FIG. 3A), the input current waveform Iac (FIG. 3B), and the inverter bus current waveform Iinv (FIG. 3C). FIG.

ここで、単相交流電源1の半周期をT、単相交流電源1からモータ3へトルクが供給される期間をTon(トルク供給期間)、単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断される期間をToff(トルク遮断期間)、モータ3から回生電流が流れコンデンサが充電される期間をTr(充電期間)、コンデンサからモータ3へ放電される期間をTd(放電期間)とする。   Here, the half cycle of the single-phase AC power supply 1 is T, the period during which torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is Ton (torque supply period), and the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is cut off. Let Toff (torque interruption period) be a period during which regenerative current flows from the motor 3 and the capacitor is charged, Tr (charge period), and Td (discharge period) the period during which the capacitor is discharged to the motor 3.

図4は、モータインバータ装置における「力行状態」において電流が流れる状態(図4の(a))、および「回生状態」において電流が流れる状態(図4の(b))を示している。実施の形態1のモータインバータ装置の構成において、図4の(a)に示す「力行状態」で単相交流電源1からモータ3へトルクが供給される状態(図3におけるトルク供給期間Ton)と、図4の(b)に示す「回生状態」でモータ3が発電機として作用して、モータ3より発生する回生電流によりコンデンサ7bを充放電する状態(図3における充電期間Tr)とが、単相交流電源1の半周期毎に繰り返えされている。「力行状態」と「回生状態」の割合は、モータ3の誘起電圧とインバータ4の印加電圧の大小関係に依存するため、単相交流電源1とモータ3の仕様、インバータ制御によるモータ回転数、および進角設定状態により異なっている。   FIG. 4 shows a state in which a current flows in the “powering state” in the motor inverter device (FIG. 4A) and a state in which a current flows in the “regenerative state” (FIG. 4B). In the configuration of the motor inverter device of the first embodiment, a state in which torque is supplied from the single-phase AC power source 1 to the motor 3 in the “powering state” shown in FIG. 4A (torque supply period Ton in FIG. 3) The state in which the motor 3 acts as a generator in the “regenerative state” shown in FIG. 4B and charges and discharges the capacitor 7b by the regenerative current generated from the motor 3 (charging period Tr in FIG. 3) It is repeated every half cycle of the single-phase AC power source 1. Since the ratio between the “power running state” and the “regenerative state” depends on the magnitude relationship between the induced voltage of the motor 3 and the applied voltage of the inverter 4, the specifications of the single-phase AC power supply 1 and the motor 3, the motor speed by inverter control, And the advance angle setting state.

回生電流が多くなると、充電期間Trおよび放電期間Td、すなわちトルク遮断期間Toffは長くなり、トルク供給期間Tonは短くなる。一方、回生電流が少なくなると、充電期間Trおよび放電期間Td、すなわちトルク遮断期間Toffは短くなり、トルク供給期間Tonは長くなる。このように回生電流が生じるような場合においては、限られたトルク供給期間Tonにモータ3の駆動に必要なトルクを間欠的に供給することになる。このため、回生電流を発生させることなく連続的にトルクをモータ3に供給することができる場合と比較して、回生電流が生じるような場合においては、モータ3の実行電流値が増加し、モータ損失が増加する。   When the regenerative current increases, the charging period Tr and the discharging period Td, that is, the torque cutoff period Toff becomes longer, and the torque supply period Ton becomes shorter. On the other hand, when the regenerative current decreases, the charging period Tr and the discharging period Td, that is, the torque cutoff period Toff becomes shorter, and the torque supply period Ton becomes longer. In such a case where the regenerative current is generated, the torque necessary for driving the motor 3 is intermittently supplied during the limited torque supply period Ton. For this reason, compared with the case where torque can be continuously supplied to the motor 3 without generating the regenerative current, the execution current value of the motor 3 increases when the regenerative current is generated. Loss increases.

また、指示回転数で回転するモータ3に対して間欠的にトルクを供給する場合において、トルク供給が遮断されるトルク遮断期間Toffが長くなるほど、トルク供給期間Tonにおける電力を大きくする必要があるため、モータ3の実効電流値が増加し、モータ損失が増加する。   In addition, in the case where torque is intermittently supplied to the motor 3 that rotates at the indicated rotational speed, it is necessary to increase the power during the torque supply period Ton as the torque cutoff period Toff during which torque supply is interrupted becomes longer. The effective current value of the motor 3 increases and the motor loss increases.

さらに、回生電流によるコンデンサ7bへの充電動作は、モータ駆動に寄与しない無駄な電力エネルギーをモータ3からインバータ4を通してコンデンサ7bへ移動させることになる。このため、回生電流が増加するとコンデンサ(コンバータ)7b、インバータ4のそれぞれにおける回路損失(コンバータ損失、インバータ損失)も増加することになる。   Furthermore, the charging operation to the capacitor 7b by the regenerative current moves waste power energy that does not contribute to motor driving from the motor 3 to the capacitor 7b through the inverter 4. For this reason, when the regenerative current increases, the circuit loss (converter loss, inverter loss) in each of the capacitor (converter) 7b and the inverter 4 also increases.

また、前述のように、回生電流が生じないようにインバータ出力電圧の位相を進ませて、弱め界磁制御を行った場合には、モータ3へ強制的に大きな電流を流すことになり、効率の点で問題を有している。このため、モータ3を効率高く駆動するためには、回生電流が所定範囲内となるように制御することが重要な条件となる。   In addition, as described above, when the field-weakening control is performed by advancing the phase of the inverter output voltage so as not to generate a regenerative current, a large current is forcibly supplied to the motor 3, resulting in efficiency. Have a problem. For this reason, in order to drive the motor 3 with high efficiency, it is an important condition to control the regenerative current to be within a predetermined range.

このように回生電流は、コンバータ損失、インバータ損失、およびモータ損失に大きく影響を与えるため、回生電流を所定範囲内に抑制することは、システム全体の損失抑制を達成するためには、特に重要な課題である。   Thus, since the regenerative current greatly affects the converter loss, inverter loss, and motor loss, it is particularly important to suppress the regenerative current within a predetermined range in order to achieve loss suppression of the entire system. It is a problem.

実施の形態1のモータインバータ装置においては、進角調整装置80が単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されたときに生じる、モータ3から回生される回生電流が、後述する進角調整処理により所定範囲内の値となるよう構成されている。   In the motor inverter device of the first embodiment, the regenerative current regenerated from the motor 3 generated when the advance angle adjusting device 80 interrupts the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is an advance angle which will be described later. It is configured to be a value within a predetermined range by the adjustment process.

以下、実施の形態1のモータインバータ装置において、回生電流を所定範囲内に抑制するための進角調整装置80における進角βの調整方法について説明する。
モータ駆動時における回生電流による損失への影響は、単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonと単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されるトルク遮断期間Toffとの比率に依存する。
Hereinafter, in the motor inverter device of the first embodiment, a method for adjusting the advance angle β in the advance angle adjusting device 80 for suppressing the regenerative current within a predetermined range will be described.
The influence on the loss due to the regenerative current when the motor is driven includes the torque supply period Ton where torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 and the torque cutoff period where torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is cut off. Depends on the ratio to Toff.

回生電流による損失増加の影響を抑制するためには、少なくとも単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonを単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されるトルク遮断期間Toffより長く(Ton>Toff)設定する必要がある。そのため、進角調整装置80においては、充電期間Trと放電期間Tdであるトルク遮断期間Toffと、単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonとを検知して、トルク供給期間Tonがトルク遮断期間Toffより長くなるように進角βを調整する。
上記のように、トルク供給期間Tonがトルク遮断期間Toffより長くなるように進角βを調整することにより、回生電流による損失を抑制することが可能となる。
In order to suppress the influence of the increase in loss due to the regenerative current, the torque at which the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is interrupted at least during the torque supply period Ton where the torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3. It is necessary to set longer than the cutoff period Toff (Ton> Toff). Therefore, the advance angle adjusting device 80 detects the torque interruption period Toff, which is the charging period Tr and the discharge period Td, and the torque supply period Ton during which torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 to detect torque. The advance angle β is adjusted so that the supply period Ton becomes longer than the torque cutoff period Toff.
As described above, the loss due to the regenerative current can be suppressed by adjusting the advance angle β so that the torque supply period Ton becomes longer than the torque cutoff period Toff.

実施の形態1のモータインバータ装置においては、上記のように回生電流による損失を抑制した上で更にモータ損失の抑制を行っている。実施の形態1のモータインバータ装置において、モータ3としては、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータ、例えばIPMを用いている。   In the motor inverter device of the first embodiment, the motor loss is further suppressed after the loss due to the regenerative current is suppressed as described above. In the motor inverter device according to the first embodiment, as the motor 3, a permanent magnet motor that includes a reluctance torque in its output torque, for example, an IPM is used.

ここで、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータ、例えばIPMモータの全出力トルクについて説明する。
図5は電流が一定状態で電流位相角βを変化させたときのマグネットトルクτm、リラクタンストルクτr、全合成出力トルクτtを示すグラフである。マグネットトルクτmは、電流位相角β=0°において最大となり、電流位相角β=180°においてマイナス方向で最大となる。一方、リラクタンストルクτrは、電流位相角β=45、−135°において最大となり、電流位相角β=−45°、135°においてマイナス方向で最大となる。その結果、全合成出力トルクτtは電流位相が0°<β<45°の範囲において最大となり、135°<β<180°の範囲においてマイナス方向において最大となる。
Here, the total output torque of a permanent magnet motor, for example, an IPM motor, that includes reluctance torque in the output torque will be described.
FIG. 5 is a graph showing the magnet torque τm, the reluctance torque τr, and the total combined output torque τt when the current phase angle β is changed while the current is constant. The magnet torque τm is maximum at the current phase angle β = 0 °, and is maximum in the negative direction at the current phase angle β = 180 °. On the other hand, the reluctance torque τr becomes maximum at the current phase angle β = 45, −135 °, and becomes maximum in the minus direction at the current phase angle β = −45 °, 135 °. As a result, the total combined output torque τt is maximum when the current phase is in the range of 0 ° <β <45 °, and is maximum in the minus direction in the range of 135 ° <β <180 °.

トルクと電流位相βとの間には上記のような特性を有するため、所定の負荷および回転数でモータ3を駆動させた場合、進角調整装置80において調整される進角(電流位相)βと、モータ3を指示回転数で駆動させるために必要なトルクを示すトルク指令値Trq*との関係の一例を図6に示す。図6において、縦軸がトルク指令値Trq*であり、横軸が進角調整装置80において調整される進角βを示す。トルク指令値Trq*とは、進角調整装置80において推定されるモータ3の推定回転数に基づいてモータ3を指示された回転数(指示回転数)で駆動させるために必要なトルクを示す。   Since the torque and the current phase β have the characteristics as described above, when the motor 3 is driven with a predetermined load and rotation speed, the advance angle (current phase) β adjusted by the advance angle adjusting device 80. FIG. 6 shows an example of the relationship between the torque command value Trq * indicating the torque required to drive the motor 3 at the indicated rotational speed. In FIG. 6, the vertical axis represents the torque command value Trq *, and the horizontal axis represents the advance angle β adjusted by the advance angle adjusting device 80. The torque command value Trq * indicates a torque required to drive the motor 3 at the instructed number of rotations (instructed number of rotations) based on the estimated number of rotations of the motor 3 estimated by the advance angle adjusting device 80.

実施の形態1のモータインバータ装置における進角調整装置80では、モータ3の推定回転数と指示回転数が概ね等しくなるようにモータ3を駆動させている状態において、進角調整装置80において演算されたトルク指令値Trq*が概ね最小となるよう進角βが調整される。図6において、進角βは、トルク指令値Trq*が略最小値を示すβsetに設定される。なお、進角調整装置80においては、前述のように、トルク供給期間Tonがトルク遮断期間Toffより長くなるように進角βが調整されている。   In advance angle adjusting device 80 in the motor inverter device of the first embodiment, calculation is performed in advance angle adjusting device 80 in a state in which motor 3 is driven so that the estimated rotational speed of motor 3 is substantially equal to the indicated rotational speed. The advance angle β is adjusted so that the torque command value Trq * is substantially minimized. In FIG. 6, the advance angle β is set to βset where the torque command value Trq * indicates a substantially minimum value. In the advance angle adjusting device 80, as described above, the advance angle β is adjusted so that the torque supply period Ton is longer than the torque cutoff period Toff.

例えば、図6において、回生電流による損失を抑制するために必要な進角βの調整可能範囲がβ>βaであると仮定すると、進角調整装置80により演算されるモータの推定回転数と指示回転数が概ね等しくなるようにモータ3を駆動させている状態において、進角調整装置80においては、トルク指令値Trq*が概ね最小になるよう進角βをβset(>βa)に調整する。   For example, in FIG. 6, assuming that the adjustable range of the advance angle β necessary for suppressing the loss due to the regenerative current is β> βa, the estimated rotational speed of the motor and the instruction calculated by the advance angle adjusting device 80 In a state where the motor 3 is driven so that the rotation speeds are substantially equal, the advance angle adjusting device 80 adjusts the advance angle β to βset (> βa) so that the torque command value Trq * is substantially minimized.

上記のようにマグネットトルクのみの永久磁石モータ(全合成出力トルクが最大となる進角β=0°)と比較し、実施の形態1のモータインバータ装置においては、リラクタンストルクを含む永久磁石モータ(全合成出力トルクが最大となる進角0°<β<45°)では全合成出力トルクを最大にする進角βに設定することにより、モータ出力を最大にしつつ回生電流を抑制することができる。また、実施の形態1のモータインバータ装置においては、マグネットトルク減少による誘起電圧低下による回生電流の抑制も期待できる。   Compared with the permanent magnet motor having only the magnet torque (advance angle β = 0 ° at which the total combined output torque is maximum) as described above, the motor inverter device according to the first embodiment has a permanent magnet motor including reluctance torque ( At the advance angle 0 ° <β <45 ° at which the total combined output torque is maximum, the regenerative current can be suppressed while maximizing the motor output by setting the advance angle β to maximize the total combined output torque. . Moreover, in the motor inverter apparatus of Embodiment 1, suppression of the regenerative current by the induced voltage fall by magnet torque reduction can also be expected.

以上のように、実施の形態1のモータインバータ装置においては、制御部6および進角調整装置80を設けることにより、負荷であるモータ3において必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制した、効率の高いモータインバータ装置となる。   As described above, in the motor inverter device of the first embodiment, by providing the control unit 6 and the advance angle adjusting device 80, the motor loss is maintained while maintaining the motor output torque required for the motor 3 that is a load. In this way, the motor inverter device is highly efficient with the loss of each part including the above being suppressed.

(実施の形態2)
次に、本発明に係る実施の形態2のモータインバータ装置について添付の図面を参照しつつ説明する。実施の形態2のモータインバータ装置は、前述の実施の形態1のモータインバータ装置における進角調整装置80の構成をさらに具体的に示すものである。実施の形態2のモータインバータ装置において、実施の形態1のモータインバータ装置における要素と実質的に同じ機能、構成、動作を有するものには同じ符号を付し、それらの説明は実施の形態1の説明を適用する。
(Embodiment 2)
Next, a motor inverter device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The motor inverter device according to the second embodiment more specifically shows the configuration of the advance angle adjusting device 80 in the motor inverter device according to the first embodiment. In the motor inverter device according to the second embodiment, components having substantially the same functions, configurations, and operations as those in the motor inverter device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the descriptions thereof are the same as those in the first embodiment. Apply the description.

図7は本発明に係る実施の形態2のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図である。
図7に示すように、実施の形態2のモータインバータ装置は、前述の実施の形態1のモータインバータ装置と同様に、単相交流電源1を入力とするダイオードブリッジなどで構成される整流回路2と、整流回路2の出力直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチ素子で構成されるインバータ4と、インバータ4をPWM駆動制御するマイコン等の制御部6と、共振周波数が単相交流電源1の周波数の40倍以上に設定された平滑部7と、進角調整を行う進角調整装置80と、を備えている。実施の形態2のモータインバータ装置において、進角調整装置80は、制御部6からのPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置8と、インバータ母線電流を検出する電流検出部9と、電流検出部9の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部10と、指示回転数と回転数推定演算部10において推定された推定回転数に基づきモータ3を指示回転数で駆動させるのに必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部11と、単相交流電源電圧1もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部12と、を備えている。
FIG. 7 is a partial block diagram showing a schematic configuration of the motor inverter device according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the motor inverter device according to the second embodiment is similar to the motor inverter device according to the first embodiment described above, and includes a rectifier circuit 2 including a diode bridge that receives a single-phase AC power supply 1. An inverter 4 composed of a plurality of semiconductor switch elements that convert the output DC power of the rectifier circuit 2 into AC power, a control unit 6 such as a microcomputer that controls the PWM drive of the inverter 4, and a resonance frequency of a single-phase AC power source 1 is provided with a smoothing unit 7 set to 40 times the frequency of 1 and an advance adjustment device 80 that performs advance adjustment. In the motor inverter device of the second embodiment, the advance angle adjusting device 80 includes an advance angle adjusting device 8 that adjusts the phase of the PWM control signal from the control unit 6, a current detection unit 9 that detects the inverter bus current, A rotation speed estimation calculation unit 10 that estimates and calculates the motor rotation speed based on the detection value of the detection unit 9, and drives the motor 3 at the specified rotation speed based on the estimated rotation speed and the estimated rotation speed estimated by the rotation speed estimation calculation unit 10. A torque command calculation unit 11 for calculating a torque command value necessary for the operation, and a voltage phase detection unit 12 for detecting the voltage phase of the single-phase AC power supply voltage 1 or the inverter applied voltage.

以下、実施の形態2のモータインバータ装置において、回生電流を所定範囲内に抑制するための進角調整装置80における進角βの調整方法について説明する。
モータ駆動時における回生電流による損失への影響は単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonと単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されるトルク遮断期間Toffとの比率に依存する。
Hereinafter, in the motor inverter device of the second embodiment, a method for adjusting the advance angle β in the advance angle adjusting device 80 for suppressing the regenerative current within a predetermined range will be described.
The effects on the loss due to the regenerative current when the motor is driven are the torque supply period Ton where torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 and the torque cutoff period Toff where the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is cut off. And depends on the ratio.

これらの期間(Ton、Toff)は、インバータ4の母線電流を検出する電流検出部9により検出される電流値Iinvの符号が負となる期間、すなわち回生電流によりコンデンサ7bが充電される充電期間Trに基づいて推定できる。   These periods (Ton, Toff) are periods in which the sign of the current value Iinv detected by the current detector 9 that detects the bus current of the inverter 4 is negative, that is, the charging period Tr in which the capacitor 7b is charged by the regenerative current. Can be estimated.

コンデンサ7bの充放電期間のうち、充電期間Trと放電期間Tdがほぼ等しいと仮定すると、回生電流によりコンデンサ7bに充電される期間Trの概ね2倍が単相交流電源1からモータへのトルク供給が遮断される期間Toffに相当することになる。回生電流による損失増加の影響を抑制するためには、少なくとも単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonを単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されるトルク遮断期間Toffより長くする(Ton>Toff)必要がある。そのため、進角調整部8は、回生電流によりコンデンサ7bを充電する充電期間Trが単相交流電源1の半周期(T/2)の少なくとも四分の一未満となるように進角βを調整する(T/2>4(Tr))。   Assuming that the charging period Tr and the discharging period Td are substantially equal in the charging / discharging period of the capacitor 7b, approximately twice the period Tr charged in the capacitor 7b by the regenerative current is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor. This corresponds to the period Toff during which is interrupted. In order to suppress the influence of the increase in loss due to the regenerative current, the torque at which the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is interrupted at least during the torque supply period Ton where the torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 It is necessary to make it longer than the cutoff period Toff (Ton> Toff). Therefore, the advance angle adjustment unit 8 adjusts the advance angle β so that the charging period Tr in which the capacitor 7b is charged by the regenerative current is less than at least a quarter of the half cycle (T / 2) of the single-phase AC power supply 1. (T / 2> 4 (Tr)).

実施の形態2のモータインバータ装置においては、上記のように回生電流による損失を抑制した上で更にモータ損失の抑制動作を行っている。実施の形態2のモータインバータ装置において、モータ3としては、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータ、例えばIPMを用いている。なお、リラクタンストルクを含む永久磁石モータにおけるトルク特性については、前述の実施の形態1おいて説明している。   In the motor inverter device of the second embodiment, the motor loss suppression operation is further performed after the loss due to the regenerative current is suppressed as described above. In the motor inverter device of the second embodiment, as the motor 3, a permanent magnet motor, for example, an IPM, that includes a reluctance torque in its output torque is used. The torque characteristics in the permanent magnet motor including the reluctance torque have been described in the first embodiment.

リラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータ3においては、図5に示したようなトルク特性を有するため、モータ3を所定の負荷および回転数で駆動させた場合、進角調整部8において調整される進角βと、トルク指令演算部11により演算されるトルク指令値Trq*の関係は、図6に示したような関係となる。   Since the motor 3 which is a permanent magnet motor including reluctance torque has torque characteristics as shown in FIG. 5, when the motor 3 is driven at a predetermined load and rotation speed, it is adjusted by the advance angle adjustment unit 8. The relationship between the advance angle β and the torque command value Trq * calculated by the torque command calculation unit 11 is as shown in FIG.

例えば、回生電流による損失を抑制するために必要な進角βの調整可能範囲がβ>βaであると仮定すると、回転数推定演算部10により演算されるモータ3の推定回転数と、トルク指令演算部11に対して外部から入力された指示回転数が概ね等しくなるようにモータ3を駆動させている状態において、進角調整部8は、トルク指令演算部11により演算されるトルク指令値Trq*が略最小になるよう進角βをβset(>βa)に調整する。   For example, assuming that the adjustable range of the advance angle β necessary for suppressing the loss due to the regenerative current is β> βa, the estimated rotational speed of the motor 3 calculated by the rotational speed estimation calculation unit 10 and the torque command In a state where the motor 3 is driven so that the indicated rotational speeds input from the outside to the calculation unit 11 are substantially equal, the advance angle adjustment unit 8 is a torque command value Trq calculated by the torque command calculation unit 11. The advance angle β is adjusted to βset (> βa) so that * becomes substantially minimum.

上記のようにマグネットトルクのみの永久磁石モータ(全合成出力トルクが最大となる進角β=0°)と比較し、実施の形態2のモータインバータ装置においては、リラクタンストルクを含む永久磁石モータ(全合成出力トルクが最大となる進角0°<β<45°)では全合成出力トルクを最大にする進角に設定することにより、モータ出力を最大にしつつ回生電流を抑制することができる。また、実施の形態2のモータインバータ装置においては、マグネットトルク減少による誘起電圧低下による回生電流の抑制も期待できる。   Compared with the permanent magnet motor having only the magnet torque as described above (advance angle β = 0 ° at which the total combined output torque is maximum), the motor inverter device according to the second embodiment has a permanent magnet motor including reluctance torque ( At the advance angle 0 ° <β <45 ° at which the total combined output torque is maximum, the regenerative current can be suppressed while maximizing the motor output by setting the advance angle to maximize the total combined output torque. Moreover, in the motor inverter apparatus of Embodiment 2, suppression of the regenerative current by the induced voltage fall by magnet torque reduction can also be expected.

また、実施の形態2のモータインバータ装置においては、進角調整部8による進角βの調整は、電圧位相検出部12により検出される単相交流電源1の電源位相θによらず一定となるように調整してもよく、変化させてもよい。図8の(a)は、単相交流電源1の電源位相θと同位相であるインバータ印加電圧Vdcの波形の一例と、図8の(b)は調整された調整進角値(β)の状態の例を示す図である。   In the motor inverter device according to the second embodiment, the advance angle β is adjusted by the advance angle adjusting unit 8 regardless of the power phase θ of the single-phase AC power source 1 detected by the voltage phase detecting unit 12. You may adjust so that you may change. 8A shows an example of the waveform of the inverter applied voltage Vdc that is in phase with the power supply phase θ of the single-phase AC power supply 1, and FIG. 8B shows the adjusted advance value (β). It is a figure which shows the example of a state.

進角調整部8により調整される進角βは、図8の(b)において調整進角値β1で示すように、単相交流電源1の電源位相θに関係なく、一定値の進角値となるように調整してもよい。   The advance angle β adjusted by the advance angle adjusting unit 8 is a constant advance value regardless of the power supply phase θ of the single-phase AC power supply 1, as indicated by the adjustment advance value β1 in FIG. You may adjust so that it may become.

また、進角調整部8により調整される進角βは、モータ3からの回生電流の抑制およびリラクタンストルクを活用したモータ出力トルクの最大化をより効果的に行うために、図8の(b)に示すように、電源位相θに応じて調整進角βの調整幅(進角β2・位相θa)を変化させて調整進角値β(θ)としても構わない。   Further, the advance angle β adjusted by the advance angle adjusting unit 8 is shown in FIG. 8B in order to more effectively suppress the regenerative current from the motor 3 and maximize the motor output torque utilizing the reluctance torque. ), The adjustment advance angle value β (θ) may be changed by changing the adjustment width (advance angle β2 · phase θa) of the adjustment advance angle β in accordance with the power supply phase θ.

例えば、電圧位相検出部12で検出される単相交流電源1の電源位相θによらず一定となる調整進角値β1と、電圧位相検出部12で検出される単相交流電源1の電源位相θに応じて増減する調整幅進角値β2、調整幅位相値θaで脈動する調整進角値β(θ)の合成値としてもよい。特に、回生電流の抑制に必要な進角設定値と、モータ出力トルクの最大化に必要な進角設定値が大きく異なる場合において、上記の進角調整方法(β(θ))は効果的に作用する。   For example, the adjustment advance value β1 that is constant regardless of the power supply phase θ of the single-phase AC power supply 1 detected by the voltage phase detection unit 12, and the power supply phase of the single-phase AC power supply 1 detected by the voltage phase detection unit 12 It may be a combined value of the adjustment advance value β2 that increases or decreases according to θ and the adjustment advance value β (θ) that pulsates with the adjustment width phase value θa. In particular, when the advance angle setting value necessary for suppressing the regenerative current and the advance angle setting value necessary for maximizing the motor output torque are greatly different, the above advance angle adjustment method (β (θ)) is effective. Works.

以上のように、実施の形態2のモータインバータ装置においては、制御部6および進角調整装置80を設けることにより、負荷であるモータ3において必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制した、効率の高いモータインバータ装置となる。   As described above, in the motor inverter device of the second embodiment, by providing the control unit 6 and the advance angle adjusting device 80, the motor loss is maintained while maintaining the motor output torque required for the motor 3 as a load. In this way, the motor inverter device is highly efficient with the loss of each part including the above being suppressed.

(実施の形態3)
次に、本発明に係る実施の形態3のモータインバータ装置について添付の図面を参照しつつ説明する。実施の形態3のモータインバータ装置は、前述の実施の形態1のモータインバータ装置における進角調整装置80の構成をさらに具体的に示すものである。実施の形態3のモータインバータ装置において、実施の形態1および実施の形態2のモータインバータ装置における要素と実質的に同じ機能、構成、動作を有するものには同じ符号を付し、それらの説明は実施の形態1および実施の形態2の説明を適用する。
(Embodiment 3)
Next, a motor inverter device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The motor inverter device according to the third embodiment more specifically shows the configuration of the advance angle adjusting device 80 in the motor inverter device according to the first embodiment. In the motor inverter device according to the third embodiment, components having substantially the same functions, configurations, and operations as those in the motor inverter devices according to the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The description of Embodiment 1 and Embodiment 2 is applied.

図9は本発明に係る実施の形態3のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図である。
図9に示すように、実施の形態3のモータインバータ装置は、前述の実施の形態1のモータインバータ装置と同様に、単相交流電源1を入力とするダイオードブリッジなどで構成される整流回路2と、整流回路2の出力直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチ素子で構成されるインバータ4と、インバータ4をPWM駆動制御するマイコン等の制御部6と、共振周波数が単相交流電源1の周波数の40倍以上に設定された平滑部7と、進角調整を行う進角調整装置80と、を備えている。実施の形態2のモータインバータ装置において、進角調整装置80は、制御部6からのPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置8と、インバータ母線電流を検出する電流検出部9と、電流検出部9の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部10と、指示回転数と回転数推定演算部10において推定された推定回転数に基づきモータ3を指示回転数で駆動させるのに必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部11と、単相交流電源電圧1もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部12と、インバータ4に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出手段13と、を備えている。実施の形態3のモータインバータ装置において、モータ3としては、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータ、例えばIPMを用いている。
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the motor inverter device according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 9, the motor inverter device according to the third embodiment is similar to the motor inverter device according to the first embodiment described above, and includes a rectifier circuit 2 including a diode bridge that receives a single-phase AC power supply 1. An inverter 4 composed of a plurality of semiconductor switch elements that convert the output DC power of the rectifier circuit 2 into AC power, a control unit 6 such as a microcomputer that controls the PWM drive of the inverter 4, and a resonance frequency of a single-phase AC power source 1 is provided with a smoothing unit 7 set to 40 times the frequency of 1 and an advance adjustment device 80 that performs advance adjustment. In the motor inverter device of the second embodiment, the advance angle adjusting device 80 includes an advance angle adjusting device 8 that adjusts the phase of the PWM control signal from the control unit 6, a current detection unit 9 that detects the inverter bus current, A rotation speed estimation calculation unit 10 that estimates and calculates the motor rotation speed based on the detection value of the detection unit 9, and drives the motor 3 at the specified rotation speed based on the estimated rotation speed and the estimated rotation speed estimated by the rotation speed estimation calculation unit 10. A torque command calculation unit 11 for calculating a torque command value necessary for the operation, a voltage phase detection unit 12 for detecting the voltage phase of the single-phase AC power supply voltage 1 or the inverter applied voltage, and a DC voltage applied to the inverter 4. DC voltage detecting means 13 for detecting. In the motor inverter device according to the third embodiment, as the motor 3, a permanent magnet motor that includes a reluctance torque in its output torque, for example, an IPM is used.

以下、実施の形態3のモータインバータ装置において、回生電流を所定範囲内に抑制するための進角調整装置80における進角βの調整方法について説明する。
モータ駆動時における回生電流による損失への影響は回生電流の電流量、即ち、単相交流電源1の半周期T毎にコンデンサ7bに充電される電荷量にも依存する。この電荷量は、コンデンサ7bの容量Cと、インバータ4に印加される電圧を検出する直流電圧検出部13により検出される直流電圧値Vdcの平均値Vdc(av)により推定できる。
Hereinafter, in the motor inverter device of the third embodiment, a method for adjusting the advance angle β in the advance angle adjusting device 80 for suppressing the regenerative current within a predetermined range will be described.
The influence on the loss due to the regenerative current at the time of driving the motor also depends on the current amount of the regenerative current, that is, the amount of charge charged in the capacitor 7b every half cycle T of the single-phase AC power supply 1. This amount of charge can be estimated from the capacitance C of the capacitor 7b and the average value Vdc (av) of the DC voltage value Vdc detected by the DC voltage detector 13 that detects the voltage applied to the inverter 4.

図10の(a)は単相交流電源1の電圧波形Vacの例を示す波形図であり、図10の(b)はインバータへの印加電圧Vdcを示している。
回生電流によるコンデンサ7bへの充電がない場合、インバータ4に印加される直流電圧値Vdcは、単相交流電源1の絶対値ABS(Vac)と略等しくなる。即ち、図10の(a)に示すように、単相交流電源1の電圧波形Vacが波高値Vmax(=√(2)*Ve)、実効値Veの正弦波状の波形ならば、インバータ4に印加される直流電圧波形Vdcは、図10の(b)に示すように、その絶対値波形となる。そのため、平均電圧値Vdc(av)は(2√2*Ve)/πとなり、実効電圧値Veのおよそ90%となる。
FIG. 10A is a waveform diagram showing an example of the voltage waveform Vac of the single-phase AC power supply 1, and FIG. 10B shows the voltage Vdc applied to the inverter.
When the capacitor 7b is not charged by the regenerative current, the DC voltage value Vdc applied to the inverter 4 is substantially equal to the absolute value ABS (Vac) of the single-phase AC power supply 1. That is, as shown in FIG. 10A, if the voltage waveform Vac of the single-phase AC power supply 1 is a sinusoidal waveform having a peak value Vmax (= √ (2) * Ve) and an effective value Ve, the inverter 4 The applied DC voltage waveform Vdc is an absolute value waveform as shown in FIG. Therefore, the average voltage value Vdc (av) is (2√2 * Ve) / π, which is approximately 90% of the effective voltage value Ve.

それに対し、回生電流によるコンデンサ7bへの充電が行われた場合、インバータ4に印加される電圧波形Vdcは、前述の図3の(a)に示すように、正弦波状の波形と異なり、一部が変形した波形となる。図3の(a)に示す波形において、斜線部分が回生電流によるコンデンサ7bへの充電により生じた電圧である。このため、このときの平均電圧値Vdc(av)(1)は、図10の(b)に示す平均電圧値Vdc(av)(=(2√2*Ve)/π)、より大きくなる。したがって、回生電流によりコンデンサ7bに充電される電荷量は、コンデンサ容量Cと、インバータ印加電圧Vdcの平均値の検出(Vdc(av)(1)−Vdc(av))で推定することができる。   On the other hand, when the capacitor 7b is charged by the regenerative current, the voltage waveform Vdc applied to the inverter 4 is different from the sinusoidal waveform as shown in FIG. Becomes a deformed waveform. In the waveform shown in FIG. 3A, the shaded portion is the voltage generated by charging the capacitor 7b with the regenerative current. Therefore, the average voltage value Vdc (av) (1) at this time is larger than the average voltage value Vdc (av) (= (2√2 * Ve) / π) shown in FIG. Therefore, the amount of charge charged in the capacitor 7b by the regenerative current can be estimated by detecting the average value of the capacitor capacitance C and the inverter applied voltage Vdc (Vdc (av) (1) −Vdc (av)).

回生電流による損失増加の影響を抑制するためには、発明者は、少なくとも直流電圧検出部13により検出される平均電圧値Vdc(av)が、(2√2*Ve)/πの略1割増し未満、即ち略実効電圧値Ve未満である必要があることを見つけた。そのため、図3の(a)に示す回生電流によるコンデンサへの充電電圧を加味したインバータ印加電圧Vdcの平均電圧値Vdc(av)(1)が単相交流電源1の略実効電圧値Ve未満(Vdc(av)(1)<Ve)となるよう、進角調整部8により進角βを調整する。   In order to suppress the influence of the increase in loss due to the regenerative current, the inventor at least increases the average voltage value Vdc (av) detected by the DC voltage detector 13 by approximately 10% of (2√2 * Ve) / π. It has been found that it needs to be less than, that is, substantially less than the effective voltage value Ve. Therefore, the average voltage value Vdc (av) (1) of the inverter applied voltage Vdc considering the charging voltage to the capacitor by the regenerative current shown in FIG. 3A is less than the substantially effective voltage value Ve of the single-phase AC power supply 1 ( The advance angle β is adjusted by the advance angle adjustment unit 8 so that Vdc (av) (1) <Ve).

更に、回生電流により容量Cのコンデンサ7bへの充電による平均電圧値Vavを単相交流電源1の実効電圧値Veの略一割未満と制限することは、インバータ4の母線電流を検出する電流検出部9により検出される電流値Iinvの符号が負となる平均電流値Iinv(av)をコンデンサ容量Cと単相交流電源1の実効電圧値Veの積を単相交流電源半周期Tの10倍で除した値未満(Iinv(av)<(C*Ve/10T))とすることに相当する。このためIinv(av)<(C*Ve/10T)となるよう進角調整部8により進角βを調整する。   Furthermore, limiting the average voltage value Vav by charging the capacitor C of the capacitor C with the regenerative current to be less than about 10% of the effective voltage value Ve of the single-phase AC power supply 1 is a current detection for detecting the bus current of the inverter 4. The product of the capacitor C and the effective voltage value Ve of the single-phase AC power supply 1 is 10 times the single-phase AC power supply half cycle T. The average current value Iinv (av) in which the sign of the current value Iinv detected by the unit 9 is negative. (Iinv (av) <(C * Ve / 10T)). Therefore, the advance angle β is adjusted by the advance angle adjusting unit 8 so that Iinv (av) <(C * Ve / 10T).

実施の形態3のモータインバータ装置においては、上記のように回生電流による損失を抑制した上で更に、前述の実施の形態2において説明したモータ損失の抑制動作を行っている。   In the motor inverter device according to the third embodiment, the motor loss suppressing operation described in the second embodiment is further performed after suppressing the loss due to the regenerative current as described above.

以上のように、実施の形態3のモータインバータ装置においては、制御部6および進角調整装置80を設けることにより、負荷であるモータ3において必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制した、効率の高いモータインバータ装置となる。   As described above, in the motor inverter device of the third embodiment, by providing the control unit 6 and the advance angle adjusting device 80, the motor loss is maintained while maintaining the motor output torque required for the motor 3 as a load. In this way, the motor inverter device is highly efficient with the loss of each part including the above being suppressed.

(実施の形態4)
次に、本発明に係る実施の形態4のモータインバータ装置について添付の図面を参照しつつ説明する。実施の形態4のモータインバータ装置は、前述の実施の形態1のモータインバータ装置における進角調整装置80の構成をさらに具体的に示すものである。実施の形態4のモータインバータ装置において、実施の形態1から実施の形態3のモータインバータ装置における要素と実質的に同じ機能、構成、動作を有するものには同じ符号を付し、それらの説明は実施の形態1から実施の形態3の説明を適用する。
(Embodiment 4)
Next, a motor inverter device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The motor inverter device of the fourth embodiment more specifically shows the configuration of the advance angle adjusting device 80 in the motor inverter device of the first embodiment. In the motor inverter device according to the fourth embodiment, components having substantially the same functions, configurations, and operations as those in the motor inverter device according to the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The description of Embodiment 1 to Embodiment 3 is applied.

図11は本発明に係る実施の形態4のモータインバータ装置の概略構成を一部ブロックで示す図である。
図11に示すように、実施の形態4のモータインバータ装置は、前述の実施の形態1のモータインバータ装置と同様に、単相交流電源1を入力とするダイオードブリッジなどで構成される整流回路2と、整流回路2の出力直流電力を交流電力に変換する複数の半導体スイッチ素子で構成されるインバータ4と、インバータ4をPWM駆動制御するマイコン等の制御部6と、共振周波数が単相交流電源1の周波数の40倍以上に設定された平滑部7と、進角調整を行う進角調整装置80と、を備えている。実施の形態2のモータインバータ装置において、進角調整装置80は、制御部6からのPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置8と、インバータ母線電流を検出する電流検出部9と、電流検出部9の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部10と、指示回転数と回転数推定演算部10において推定された推定回転数に基づきモータ3を指示回転数で駆動させるのに必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部11と、単相交流電源電圧1もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部12と、インバータ4に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出手段13と、単相交流電源電圧を検出する交流電圧検出手段14と、を備えている。実施の形態4のモータインバータ装置において、モータ3としては、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータ、例えばIPMを用いている。
FIG. 11 is a partial block diagram showing the schematic configuration of the motor inverter device according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, the motor inverter device according to the fourth embodiment is similar to the motor inverter device according to the first embodiment described above, and includes a rectifier circuit 2 including a diode bridge that receives a single-phase AC power supply 1 as an input. An inverter 4 composed of a plurality of semiconductor switch elements that convert the output DC power of the rectifier circuit 2 into AC power, a control unit 6 such as a microcomputer that controls the PWM drive of the inverter 4, and a resonance frequency of a single-phase AC power source 1 is provided with a smoothing unit 7 set to 40 times the frequency of 1 and an advance adjustment device 80 that performs advance adjustment. In the motor inverter device of the second embodiment, the advance angle adjusting device 80 includes an advance angle adjusting device 8 that adjusts the phase of the PWM control signal from the control unit 6, a current detection unit 9 that detects the inverter bus current, A rotation speed estimation calculation unit 10 that estimates and calculates the motor rotation speed based on the detection value of the detection unit 9, and drives the motor 3 at the specified rotation speed based on the estimated rotation speed and the estimated rotation speed estimated by the rotation speed estimation calculation unit 10. A torque command calculation unit 11 for calculating a torque command value necessary for the operation, a voltage phase detection unit 12 for detecting the voltage phase of the single-phase AC power supply voltage 1 or the inverter applied voltage, and a DC voltage applied to the inverter 4. DC voltage detecting means 13 for detecting and AC voltage detecting means 14 for detecting a single-phase AC power supply voltage are provided. In the motor inverter device according to the fourth embodiment, as the motor 3, a permanent magnet motor that includes a reluctance torque in its output torque, for example, an IPM is used.

以下、実施の形態4のモータインバータ装置において、回生電流を所定範囲内に抑制するための進角調整装置80における進角βの調整方法について説明する。
モータ駆動時における回生電流による損失への影響は単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonと単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されるトルク遮断期間Toffとの比率に依存する。
Hereinafter, in the motor inverter device of the fourth embodiment, a method for adjusting the advance angle β in the advance angle adjusting device 80 for suppressing the regenerative current within a predetermined range will be described.
The effects on the loss due to the regenerative current when the motor is driven are the torque supply period Ton where torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 and the torque cutoff period Toff where the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is cut off. And depends on the ratio.

これらの期間(Ton、Toff)は、インバータ4に印加される電圧を検出する直流電圧検出部13により検出される直流電圧値Vdcと、単相交流電源1の電圧を検出する交流電圧検出部14により検出される交流電圧の絶対値ABS(Vac)の大小比較を行い、Vdc>ABS(Vac)となる期間が単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断される期間Toffに相当する。   During these periods (Ton, Toff), the DC voltage value Vdc detected by the DC voltage detector 13 that detects the voltage applied to the inverter 4 and the AC voltage detector 14 that detects the voltage of the single-phase AC power supply 1. The absolute value ABS (Vac) of the AC voltage detected by the above is compared, and the period of Vdc> ABS (Vac) corresponds to the period Toff in which the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is interrupted.

そのため回生電流による損失増加の影響を抑制するためには、少なくとも単相交流電源1からモータ3へトルクが供給されるトルク供給期間Tonを単相交流電源1からモータ3へのトルクが遮断されるトルク遮断期間Toffより長くする(Ton>Toff)、つまりVdc>ABS(Vac)となる期間が単相交流電源1の半周期Tの半分未満となるように進角調整部8により進角βを調整する。   Therefore, in order to suppress the influence of the increase in loss due to the regenerative current, the torque from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3 is interrupted at least during the torque supply period Ton during which torque is supplied from the single-phase AC power supply 1 to the motor 3. The advance angle β is set by the advance angle adjustment unit 8 so that the torque cutoff period Toff is longer (Ton> Toff), that is, the period in which Vdc> ABS (Vac) is less than half of the half cycle T of the single-phase AC power supply 1. adjust.

また、実施の形態3においても説明したように、モータ駆動時における回生電流による損失への影響は回生電流の電流量、即ち、単相交流電源1の半周期T毎にコンデンサ7bに充電される電荷量にも依存する。この電荷量は、コンデンサ7bの容量Cと、インバータ4に印加される電圧を検出する直流電圧検出部13により検出される直流電圧値Vdcの平均値Vdc(av)により推定することができる。   Further, as described in the third embodiment, the influence on the loss due to the regenerative current when the motor is driven is charged to the capacitor 7b for each regenerative current amount, that is, every half cycle T of the single-phase AC power supply 1. It also depends on the amount of charge. This amount of charge can be estimated from the capacitance C of the capacitor 7b and the average value Vdc (av) of the DC voltage value Vdc detected by the DC voltage detector 13 that detects the voltage applied to the inverter 4.

さらに、回生電流によりコンデンサ7bに充電される電荷量は別の手段によっても推定することができる。コンデンサ7bに充電される電荷量は、コンデンサ7bの容量Cと、およびインバータ4に印加される電圧を検出する直流電圧検出部13により検出される直流電圧値Vdcと単相交流電源1の電圧を検出する交流電圧検出部14により検出される交流電圧の絶対値ABS(Vac)との差分電圧値により推定することができる。   Further, the amount of charge charged in the capacitor 7b by the regenerative current can be estimated by another means. The amount of charge charged in the capacitor 7b is determined by the capacitance C of the capacitor 7b, the DC voltage value Vdc detected by the DC voltage detector 13 that detects the voltage applied to the inverter 4, and the voltage of the single-phase AC power source 1. It can be estimated from the differential voltage value with the absolute value ABS (Vac) of the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 14 to be detected.

図12の(a)は回生電流によるコンデンサ7bへの充電電圧を加味したインバータ印加電圧Vdcの例を示す波形図であり、図12の(b)にインバータ印加電圧Vdcと単相交流電源1の電圧の絶対値ABS(Vac)との差分電圧(Vdc−ABS(Vac))の例を示す波形図である。   12A is a waveform diagram showing an example of the inverter applied voltage Vdc in consideration of the charging voltage to the capacitor 7b due to the regenerative current. FIG. 12B shows the waveform of the inverter applied voltage Vdc and the single-phase AC power source 1. It is a wave form diagram which shows the example of the difference voltage (Vdc-ABS (Vac)) with the absolute value ABS (Vac) of a voltage.

回生電流による損失増加の影響を抑制するためには、発明者は、少なくともインバータ印加電圧と単相交流電源1の交流電圧の絶対値との差分平均値Vav(=(Vdc−ABS(Vac))の平均値)が単相交流電源1の実効電圧値Veの一割未満(10*Vav(1)<Ve)である必要があることを見つけた。   In order to suppress the influence of the increase in loss due to the regenerative current, the inventor must at least calculate the difference average value Vav (= (Vdc−ABS (Vac)) between the inverter applied voltage and the absolute value of the AC voltage of the single-phase AC power supply 1. It was found that the average value of the single-phase AC power supply 1 must be less than 10% of the effective voltage value Ve of the single-phase AC power supply 1 (10 * Vav (1) <Ve).

そのため、図12の(b)に示すインバータ印加電圧Vdcと単相交流電源電圧の絶対値ABS(Vac)との差(Vdc−ABS(Vac))の平均値Vavが単相交流電源1の実効電圧値Veの略一割未満(10*Vav(1)<Ve)となるよう、進角調整部8により進角βを調整する。ここで、平均値Vav(1)は例示としての算出例である。   Therefore, the average value Vav of the difference (Vdc−ABS (Vac)) between the inverter applied voltage Vdc and the absolute value ABS (Vac) of the single-phase AC power supply voltage shown in FIG. The advance angle β is adjusted by the advance angle adjustment unit 8 so that the voltage value Ve is less than approximately 10% (10 * Vav (1) <Ve). Here, the average value Vav (1) is an exemplary calculation.

実施の形態4のモータインバータ装置においては、上記のように回生電流による損失を抑制した上で更に、前述の実施の形態2において説明したモータ損失の抑制動作を行っている。   In the motor inverter device of the fourth embodiment, the motor loss suppression operation described in the above-described second embodiment is further performed after suppressing the loss due to the regenerative current as described above.

以上のように、実施の形態4のモータインバータ装置においては、制御部6および進角調整装置80を設けることにより、負荷であるモータ3において必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制した、効率の高いモータインバータ装置となる。   As described above, in the motor inverter device of the fourth embodiment, by providing the control unit 6 and the advance angle adjusting device 80, while maintaining the motor output torque required for the motor 3 as a load, the motor loss In this way, the motor inverter device is highly efficient with the loss of each part including the above being suppressed.

なお、前述の各実施の形態の構成においては、リアクタ7aの挿入位置が整流回路2より単相交流電源側である場合にについて説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、インバータ側(整流回路2とコンデンサの間)に挿入しても同様の効果を奏し、問題はない。   In the configuration of each embodiment described above, the case where the insertion position of the reactor 7a is on the single-phase AC power supply side from the rectifier circuit 2 has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration. However, even if it is inserted on the inverter side (between the rectifier circuit 2 and the capacitor), the same effect is obtained and there is no problem.

また、前述の各実施の形態の構成においては、回生電流の抑制によるモータインバータ装置全体の損失低減について、インバータ制御における進角調整方法について説明したが、モータにおける誘起電圧、マグネットトルクとリラクタンストルクの比率など使用するモータ仕様を予め調整しておくことも重要である。   Further, in the configuration of each of the above-described embodiments, the method of adjusting the advance angle in inverter control has been described for reducing the loss of the entire motor inverter device by suppressing the regenerative current. However, the induced voltage, magnet torque, and reluctance torque in the motor have been described. It is also important to adjust the motor specifications to be used, such as the ratio, in advance.

本発明をある程度の詳細さをもって各実施の形態において説明したが、これらの実施の形態の開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各実施の形態における要素の組合せや順序の変化は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。   Although the present invention has been described in each embodiment with a certain degree of detail, the disclosure content of these embodiments should be changed in details of the configuration, and the combination and order of elements in each embodiment should be changed. Changes may be made without departing from the scope and spirit of the claimed invention.

また、各実施の形態において説明した進角調整装置80における各種進角調整方法は、適宜組み合わせて用いることが可能であり、複数の進角調整方法を備えることにより本発明のモータインバータ装置における進角調整をさらに信頼性の高い構成とすることができる。   In addition, the various advance angle adjustment methods in the advance angle adjustment device 80 described in each embodiment can be used in appropriate combination, and by providing a plurality of advance angle adjustment methods, the advance in the motor inverter device of the present invention can be achieved. The angle adjustment can be made more reliable.

上記のように、本発明のモータインバータ装置においては、モータとしては、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータが用いられている。   As described above, in the motor inverter device of the present invention, a permanent magnet motor including a reluctance torque in the output torque is used as the motor.

本発明のモータインバータ装置は、任意のモータ回転数において、進角調整装置が以下に示す各種進角調整を実行して、モータインバータ装置において必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制することができる、負荷であるモータに対して効率の高い駆動制御を行うことができる。   In the motor inverter device of the present invention, at any motor rotation speed, the advance angle adjustment device performs various advance angle adjustments shown below to maintain the motor output torque required in the motor inverter device, while maintaining the motor loss. It is possible to perform highly efficient drive control on the motor that is a load, which can suppress the loss of each part including the above.

本発明における進角調整装置においては、任意のモータ回転数において、
(1)電流検出部の検出値に基づいてモータからコンデンサへ充電電流が流れる充電期間(Tr)が単相交流電源の半周期(T/2)の略四分の一未満とする進角調整処理;T/2>4Tr:あるいは、
(2)電流検出部の検出値に基づいて平均的な回生電流値(Iinv(av))がコンデンサ容量(C)と単相交流電源の実効電圧値(Ve)の積を単相交流電源の半周期(T/2)の10倍値で除した値未満とする進角調整処理;Iinv(av)<(C*Ve/10T):あるいは、
(3)直流電圧検出部により検出される平均電圧値が単相交流電源の実効電圧値未満とする進角調整処理;(Vdc(av)<Ve):あるいは
(4)直流電圧検出部により検出されたインバータに印加された直流電圧値と、交流電圧検出部により検出された単相交流電源の電圧値とを基に算出した絶対値との差により算出される平均電圧値が単相交流電源の実効電圧値の1割未満とする進角調整処理;(10*Vav<Ve):あるいは
(5)直流電圧検出部より検出されるインバータに印加される直流電圧値が交流電圧検出部により検出される単相交流電源の電圧値を基に算出した絶対値より大きくなる期間が単相交流電源の半周期の略半分未満とする進角調整処理を行っている。
In the advance angle adjusting device in the present invention, at an arbitrary motor rotational speed,
(1) Advancing adjustment in which the charging period (Tr) in which the charging current flows from the motor to the capacitor based on the detection value of the current detection unit is less than about a quarter of the half cycle (T / 2) of the single-phase AC power supply Processing; T / 2> 4Tr: or
(2) The average regenerative current value (Iinv (av)) based on the detection value of the current detection unit is the product of the capacitor capacity (C) and the effective voltage value (Ve) of the single-phase AC power supply. Advance angle adjustment processing to be less than a value divided by 10 times the half cycle (T / 2); Iinv (av) <(C * Ve / 10T):
(3) Lead angle adjustment processing in which the average voltage value detected by the DC voltage detection unit is less than the effective voltage value of the single-phase AC power supply; (Vdc (av) <Ve): or (4) Detection by the DC voltage detection unit The average voltage value calculated by the difference between the DC voltage value applied to the inverter and the absolute value calculated based on the voltage value of the single-phase AC power source detected by the AC voltage detector is a single-phase AC power source. (10 * Vav <Ve): or (5) The DC voltage value applied to the inverter detected by the DC voltage detector is detected by the AC voltage detector. The advance angle adjustment process is performed so that the period of time greater than the absolute value calculated based on the voltage value of the single-phase AC power supply is less than about half of the half cycle of the single-phase AC power supply.

さらに、本発明における進角調整装置においては、上記の少なくとも1つの進角調整処理を行うことを条件として、必要トルクであるトルク指令値(Trq*)が略最小となるよう進角調整が行って、負荷であるモータ3において必要とされるモータ出力トルクを維持しつつ、モータ損失をはじめとする各部損失を抑制した、効率の高いモータインバータ装置を構成することができる。   Furthermore, in the advance angle adjusting device according to the present invention, the advance angle adjustment is performed so that the torque command value (Trq *), which is the required torque, is substantially minimized on the condition that the at least one advance angle adjustment process is performed. Thus, it is possible to configure a highly efficient motor inverter device that suppresses the loss of each part including the motor loss while maintaining the motor output torque required for the motor 3 that is the load.

以上のように、本発明のモータインバータ装置においては、モータ出力トルクを低下させずに回生電流の抑制が可能なリラクタンストルクモータを用いることにより、コンバータ損失、インバータ損失、およびモータ損失の総和であるシステム損失増加の抑制を図ることができる。即ち、本発明のモータインバータ装置は、回生電流による効率低下を抑制することができる。   As described above, in the motor inverter device of the present invention, by using a reluctance torque motor capable of suppressing the regenerative current without reducing the motor output torque, the sum of converter loss, inverter loss, and motor loss is obtained. It is possible to suppress an increase in system loss. That is, the motor inverter device of the present invention can suppress a decrease in efficiency due to the regenerative current.

本発明においては、リラクタンストルクモータを用い回生電流抑制とモータ出力トルク最大化を実現するように進角調整を行うことで、モータインバータ装置全体の効率低下を最も抑制したシステムを実現することができる。   In the present invention, by using the reluctance torque motor to adjust the advance angle so as to realize the regenerative current suppression and the motor output torque maximization, it is possible to realize a system that most suppresses the reduction in the efficiency of the entire motor inverter device. .

本発明においては、必要とされる最大トルクを維持しながら回生電流の影響を抑制することができ、特に、回生電流の影響の少ない低速回転数域での効率向上を図ることができるため、出力変化幅が大きいが低速回転数でのモータ駆動が運転期間の大部分を占めるような使われ方をするエアコンや冷蔵庫の圧縮機モータ駆動への適用等が可能であり、汎用性が高い装置である。   In the present invention, it is possible to suppress the influence of the regenerative current while maintaining the required maximum torque, and in particular, it is possible to improve the efficiency in the low-speed rotation speed region where the influence of the regenerative current is small. It is a highly versatile device that can be applied to the compressor motor drive of air conditioners and refrigerators that are used in such a way that the motor drive at a low rotation speed occupies most of the operation period although the change width is large. is there.

1 単相交流電源
2 整流回路
3 モータ
4 インバータ
5 信号発生部
6 制御部
7 平滑部
8 進角調整部
9 電流検出部
10 回転数推定演算部
11 トルク指令演算部
12 電圧位相検出部
13 直流電圧検出部
14 交流電圧検出部
80 進角調整装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single-phase alternating current power supply 2 Rectifier circuit 3 Motor 4 Inverter 5 Signal generation part 6 Control part 7 Smoothing part 8 Lead angle adjustment part 9 Current detection part 10 Rotation speed estimation calculation part 11 Torque command calculation part 12 Voltage phase detection part 13 DC voltage Detector 14 AC voltage detector 80 Lead angle adjustment device

Claims (7)

単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成され、
前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電流検出部と前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記電流検出部の検出値に基づいて前記モータから前記コンデンサへ充電電流が流れる期間(回生期間;トルク遮断期間)が前記単相交流電源の半周期の略四分の一未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されたモータインバータ装置。
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjustment device is configured such that a regenerative current regenerated from the motor when the torque from the single-phase AC power supply to the motor is interrupted becomes a value within a predetermined range by advance angle adjustment ,
The advance angle adjusting device includes:
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the current detection unit, the torque command calculation unit, and the voltage phase detection unit,
The advance angle adjustment unit has a period during which a charging current flows from the motor to the capacitor based on a detection value of the current detection unit (regeneration period; torque cutoff period) at an arbitrary motor speed. A motor inverter device that is set to be less than approximately one-fourth of a half cycle and adjusted so that the torque command value calculated by the torque command calculation unit is substantially minimum .
単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成され、
前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電流検出部と前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記モータから前記コンデンサへ流れる充電電流の平均的な電流値が前記コンデンサの容量と前記単相交流電源の実効電圧値の積を前記単相交流電源の半周期の10倍値で除した値未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されたモータインバータ装置。
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjustment device is configured such that a regenerative current regenerated from the motor when the torque from the single-phase AC power supply to the motor is interrupted becomes a value within a predetermined range by advance angle adjustment,
The advance angle adjusting device includes:
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the current detection unit, the torque command calculation unit, and the voltage phase detection unit,
The advance adjustment unit is configured such that an average current value of a charging current flowing from the motor to the capacitor at an arbitrary motor rotation number is a product of a capacitance of the capacitor and an effective voltage value of the single-phase AC power source. while being set to be smaller than a value obtained by dividing the 10 times value of the half cycle of the AC power source, the torque command motors inverter device wherein the torque command value calculated is adjusted to be substantially minimized by computing unit.
単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成され、
前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源1もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記直流電圧検出部により検出される平均電圧値が前記単相交流電源の実効電圧値未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されたモータインバータ装置。
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjustment device is configured such that a regenerative current regenerated from the motor when the torque from the single-phase AC power supply to the motor is interrupted becomes a value within a predetermined range by advance angle adjustment,
The advance angle adjusting device includes:
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source 1 or the inverter applied voltage;
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter;
An advance angle adjustment unit that adjusts an advance angle based on information from the torque command calculation unit and the voltage phase detection unit,
The advance angle adjustment unit is set so that an average voltage value detected by the DC voltage detection unit is less than an effective voltage value of the single-phase AC power supply at an arbitrary motor rotation speed, and the torque command calculation unit motor inverter device wherein the torque command value calculated is adjusted to be substantially minimized by.
単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成され、
前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記単相交流電源の電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部と前記直流電圧検出部と前記交流電圧検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整装置は、任意のモータ回転数において、前記直流電圧検出部により検出されるインバータに印加される直流電圧値と前記交流電圧検出部により検出される前記単相交流電源の電圧値を基に算出した絶対値との差により算出される平均電圧値が、前記単相交流電源の実効電圧値の1割未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されたモータインバータ装置。
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjustment device is configured such that a regenerative current regenerated from the motor when the torque from the single-phase AC power supply to the motor is interrupted becomes a value within a predetermined range by advance angle adjustment,
The advance angle adjusting device includes:
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter;
An AC voltage detector for detecting the voltage of the single-phase AC power supply;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the torque command calculation unit, the voltage phase detection unit, the DC voltage detection unit, and the AC voltage detection unit,
The advance adjustment device is configured to calculate a DC voltage value applied to an inverter detected by the DC voltage detection unit and a voltage value of the single-phase AC power source detected by the AC voltage detection unit at an arbitrary motor speed. The average voltage value calculated by the difference from the absolute value calculated based on the torque is set to be less than 10% of the effective voltage value of the single-phase AC power supply, and the torque calculated by the torque command calculation unit motor inverter device command value is adjusted to be substantially minimized.
単相交流電源を入力とする整流回路と、
前記整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータをPWM駆動制御する制御部と、
共振周波数が前記単相交流電源の周波数の40倍以上に設定され、前記単相交流電源から前記インバータへの接続ライン上に配置されたリアクタと前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成された平滑部と、
前記インバータにより駆動制御され、出力トルクにリラクタンストルクを含む永久磁石モータであるモータと、
前記制御部から出力されるPWM制御信号の位相を調整する進角調整装置と、を備え、
前記進角調整装置は、前記単相交流電源から前記モータへのトルクが遮断されたときに前記モータから回生される回生電流が進角調整により所定範囲内の値となるよう構成され、
前記進角調整装置は、
インバータ母線電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出値に基づきモータ回転数を推定演算する回転数推定演算部と、
前記モータに対する指示回転数と前記回転数推定演算部より推定される推定回転数に基づいて前記モータを前記指示回転数で駆動させるために必要なトルク指令値を演算するトルク指令演算部と、
前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記インバータに印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記単相交流電源の電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記トルク指令演算部と前記電圧位相検出部と前記直流電圧検出部と前記交流電圧検出部からの情報に基づき進角調整を行う進角調整部と、を備え、
前記進角調整部は、任意のモータ回転数において、前記直流電圧検出部により検出されるインバータに印加される直流電圧値が前記交流電圧検出部により検出される前記単相交流電源の電圧値を基に算出した絶対値より大きくなる期間が前記単相交流電源の半周期の略半分未満となるよう設定されるとともに、前記トルク指令演算部により演算された前記トルク指令値が略最小となるよう調整されたモータインバータ装置。
A rectifier circuit with a single-phase AC power supply as input,
An inverter that converts the output DC power of the rectifier circuit into AC power;
A control unit for PWM driving control of the inverter;
A resonance frequency is set to 40 times or more of the frequency of the single-phase AC power source, and a reactor arranged on a connection line from the single-phase AC power source to the inverter and a capacitor connected in parallel to the input side of the inverter A configured smoothing section;
A motor that is driven and controlled by the inverter and is a permanent magnet motor including reluctance torque in output torque;
An advance angle adjusting device for adjusting the phase of the PWM control signal output from the control unit,
The advance angle adjustment device is configured such that a regenerative current regenerated from the motor when the torque from the single-phase AC power supply to the motor is interrupted becomes a value within a predetermined range by advance angle adjustment,
The advance angle adjusting device includes:
A current detector for detecting the inverter bus current;
A rotation speed estimation calculation unit that estimates and calculates a motor rotation speed based on a detection value of the current detection unit;
A torque command calculation unit that calculates a torque command value required to drive the motor at the indicated rotation number based on an instruction rotation number for the motor and an estimated rotation number estimated by the rotation number estimation calculation unit;
A voltage phase detector for detecting the voltage phase of the single-phase AC power source or the inverter applied voltage;
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter;
An AC voltage detector for detecting the voltage of the single-phase AC power supply;
An advance angle adjustment unit that performs advance angle adjustment based on information from the torque command calculation unit, the voltage phase detection unit, the DC voltage detection unit, and the AC voltage detection unit,
The advance angle adjustment unit is configured to obtain a voltage value of the single-phase AC power source detected by the AC voltage detection unit as a DC voltage value applied to an inverter detected by the DC voltage detection unit at an arbitrary motor rotation number. The period larger than the absolute value calculated based on the basic phase is set to be less than about half of the half cycle of the single-phase AC power supply, and the torque command value calculated by the torque command calculation unit is substantially minimized. adjusted motors inverter.
前記進角調整装置は、前記単相交流電源もしくはインバータ印加電圧の電圧位相に基づいて調整進角量を変更するよう構成された請求項1乃至のいずれか1項に記載のモータインバータ装置。 The advance angle adjustment device, motor inverter apparatus according to any one of claims 1 to 5 configured to change the adjustment amount of advance based on the voltage phase of the single-phase AC power source or inverter applied voltage. 前記モータが空気調和機に具備される圧縮機駆動用である請求項1乃至のいずれか1項に記載のモータインバータ装置。 The motor inverter device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the motor is for driving a compressor provided in an air conditioner.
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