JP6286669B2 - Inverter control device - Google Patents

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Description

本発明は、空気調和機等に用いられる圧縮機のモータを任意の回転数で駆動するインバータ制御装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter control device that drives a motor of a compressor used in an air conditioner or the like at an arbitrary rotational speed.

従来、圧縮機の潤滑油を加熱するための専用の熱源部材を別途設置することなく、熱源部材の取り付け工数を省くと共に、コストの低減を図ることができる圧縮機モータの制御装置として、圧縮機モータの出力トルクが所要のトルクになるように、圧縮機モータを駆動する電流値を制御するトルク制御手段と、圧縮機モータの電流位相を最高効率となる最適ポイントからずらす位相ずらし手段を備え、除霜時に位相ずらし手段を動作させつつ、トルク制御手段を動作させて、モータを駆動するものがある(例えば特許文献1を参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a compressor is used as a compressor motor control device that can reduce the cost and reduce the number of man-hours for mounting the heat source member without separately installing a dedicated heat source member for heating the lubricating oil of the compressor. A torque control means for controlling the current value for driving the compressor motor so that the output torque of the motor becomes a required torque, and a phase shifting means for shifting the current phase of the compressor motor from the optimum point at which the maximum efficiency is achieved, Some motors are driven by operating torque control means while operating phase shifting means during defrosting (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示された技術によれば、除霜時にモータを駆動する電流の位相を最適ポイントからずらす運転をしつつトルク制御を行うため、モータに過多な電流を負荷してモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。   According to the technique disclosed in Patent Document 1, in order to perform torque control while shifting the phase of the current for driving the motor from the optimum point during defrosting, an excessive current is loaded on the motor, and the amount of heat generated by the motor And the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be quickly raised.

特開2012−251713号公報JP 2012-251713 A

しかしながら、前記従来の構成の制御装置では、トルク制御におけるモータ出力トルクの負荷変動はゼロ以上しか考慮されておらず、最大限のモータ発熱効果が得られていないという課題を有していた。   However, the conventional control device has a problem that the load fluctuation of the motor output torque in the torque control is considered only zero or more, and the maximum motor heat generation effect is not obtained.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、モータ出力トルクが負となる回生モードを設けることでモータ出力トルクの変動範囲を拡大し、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができるインバータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and by providing a regeneration mode in which the motor output torque is negative, the motor output torque fluctuation range is expanded, and the motor heat generation effect is maximized to maximize the refrigerant in the compressor. An object of the present invention is to provide an inverter control device capable of quickly raising the temperature and the lubricating oil temperature.

前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、モータの出力トルクが所要のトルクとなるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、除霜運転モード時に、モータの出力トルクがゼロを含む正の力行モードと、出力トルクが負となる回生モードを周期的に切り替えるものである。   In order to solve the above conventional problems, an inverter control device according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a motor that drives the compressor, and an inverter that converts DC power into AC power and supplies the motor with power. And an inverter control device for controlling the current value for driving the motor so that the output torque of the motor becomes a required torque in the defrosting operation mode. The positive power running mode including zero output torque and the regenerative mode in which the output torque is negative are periodically switched.

これによって、圧縮機モータの出力トルクが負となる回生モードを設けることで出力トルクの変動範囲を拡大し、モータに過多な電流を負荷してモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。特に空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。   Thus, by providing a regenerative mode in which the output torque of the compressor motor is negative, the fluctuation range of the output torque is expanded, an excessive current is applied to the motor to increase the amount of heat generated by the motor, and the refrigerant inside the compressor Temperature and lubricating oil temperature can be raised quickly. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.

本発明のインバータ制御装置は、モータ出力トルクが負となる回生モードを設けることでモータ出力トルクの変動範囲を拡大し、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。   The inverter control device of the present invention provides a regenerative mode in which the motor output torque is negative, thereby expanding the range of fluctuation of the motor output torque, maximizing the motor heat generation effect, and reducing the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor. It can be raised quickly.

本発明のインバータ制御装置を用いた冷凍サイクル装置の構成図Configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus using the inverter control apparatus of the present invention 本発明のインバータ制御装置のシステム構成図System configuration diagram of inverter control device of the present invention 本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置における電流指令生成部の構成図Configuration diagram of a current command generator in the inverter control device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2におけるインバータ制御装置における電流指令生成部の構成図Configuration diagram of a current command generator in the inverter control device in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態3におけるインバータ制御装置における電流指令生成部の構成図Configuration diagram of a current command generator in the inverter control device in Embodiment 3 of the present invention 電流位相に対するモータトルク特性図Motor torque characteristics for current phase 本発明のインバータ制御装置の第1の動作特性図First operation characteristic diagram of the inverter control device of the present invention 本発明のインバータ制御装置の第2の動作特性図Second operational characteristic diagram of inverter control device of the present invention 本発明のインバータ制御装置の第3の動作特性図Third characteristic diagram of the inverter control device of the present invention 本発明のインバータ制御装置の第4の動作特性図Fourth operation characteristic diagram of inverter control apparatus of the present invention 本発明のインバータ制御装置における力行回生切替手段の動作説明図Operation explanatory diagram of powering regeneration switching means in the inverter control device of the present invention

第1の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、モータの出力トルクが所要のトルクとなるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、除霜運転モード時に、モータの出力トルクがゼロを含む正となる力行モードと、出力トルクが負となる回生モードを周期的に切り替えるものであり、圧縮機モータの出力トルクが負となる回生モードを設けることで出力トルクの変動範囲を拡大し、モータに過多な電流を負荷してモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。特に空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。   1st invention is the compressor which compresses a refrigerant | coolant, the motor which drives a compressor, the inverter which converts direct-current power into alternating current power, and supplies electric power to a motor, and the electric current which detects the electric current value which drives a motor In the inverter control device that includes a detecting means and controls a current value for driving the motor so that the output torque of the motor becomes a required torque, in the defrosting operation mode, the power output mode in which the motor output torque is positive including zero The regeneration mode in which the output torque is negative is periodically switched.By providing the regeneration mode in which the output torque of the compressor motor is negative, the fluctuation range of the output torque is expanded, and an excessive current is supplied to the motor. When the load is applied, the amount of heat generated by the motor can be increased, and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be quickly raised. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.

第2の発明は、特に第1の発明のインバータ制御装置において、モータの電流位相を調整する電流位相調整手段をさらに備え、除霜運転モード時に、電流位相調整手段は、力行モード時はモータの電流位相を出力トルクが最大となる位相から出力トルクが正の範囲内で進み方向に位相を調整し、回生モード時はモータの電流位相を出力トルクが最小となる位相に調整するものであり、力行モード時には圧縮機モータの電流位相を最適ポイントからずらす運転をしつつ、回生モード時には最大限の負トルクを発生させることで、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。   According to a second aspect of the invention, particularly in the inverter control device of the first aspect of the invention, the inverter control device further includes a current phase adjusting unit that adjusts a current phase of the motor. The current phase is adjusted from the phase where the output torque is maximum to the direction in which the output torque is positive within the positive range, and in the regeneration mode, the motor current phase is adjusted to the phase where the output torque is minimum. While operating in the power running mode to shift the current phase of the compressor motor from the optimum point, the maximum negative torque is generated in the regenerative mode, thereby maximizing the motor heat generation effect and increasing the refrigerant temperature and lubricating oil inside the compressor. The temperature can be raised more quickly.

第3の発明は、特に第1または第2の発明のインバータ制御装置において、所定時間における力行モード時の出力トルクの累積値に対する回生モード時の出力トルクの累積値の比率の絶対値が3分の1以下となるように回生モードを設けるものであり、回生モードによる過度な負トルクを抑制することで圧縮機モータの駆動を維持することができる。   In the third aspect of the invention, in particular, in the inverter control device of the first or second aspect, the absolute value of the ratio of the cumulative value of the output torque in the regeneration mode to the cumulative value of the output torque in the powering mode in a predetermined time is 3 minutes. The regenerative mode is provided so as to be 1 or less, and the driving of the compressor motor can be maintained by suppressing excessive negative torque due to the regenerative mode.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
本発明のインバータ制御装置の冷凍サイクル装置の適用例として、一般家庭で使用されている空気調和機で説明を行う。図1は本発明のインバータ制御装置を備えた冷凍サイクル装置(空気調和機)の構成図である。
(Embodiment 1)
As an application example of the refrigeration cycle apparatus of the inverter control apparatus of the present invention, an air conditioner used in a general household will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus (air conditioner) provided with an inverter control apparatus of the present invention.

冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機31、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁32、冷房時には凝縮器となり暖房時には蒸発器となる冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器33、室外熱交換器33内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン37、冷媒を減圧する絞り装置34、冷媒と室内空気の熱を交換し冷房時には蒸発器となり暖房時には凝縮器となる室内熱交換器35、室内熱交換器35内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン38、圧縮機31の吸い込み側に設けられたアキュムレータ36を備えている。   The refrigeration cycle apparatus includes a compressor 31 that compresses refrigerant, a four-way valve 32 that switches a refrigerant circuit during cooling and heating operation, an outdoor heat exchanger 33 that exchanges heat of the outside air with a refrigerant that functions as a condenser during cooling and serves as an evaporator during heating. The outdoor fan 37 that promotes heat exchange between the refrigerant flowing in the outdoor heat exchanger 33 and the outside air, the expansion device 34 that depressurizes the refrigerant, the evaporator and the air during the cooling by exchanging the heat of the refrigerant and the indoor air, and the condenser during the heating. An indoor heat exchanger 35, an indoor fan 38 that promotes heat exchange between the refrigerant flowing in the indoor heat exchanger 35 and room air, and an accumulator 36 provided on the suction side of the compressor 31 are provided.

室内機41は、室内熱交換器35、室内ファン38を備えている。室外機42は、圧縮機31、四方弁32、室外熱交換器33、絞り装置34、アキュムレータ36、室外ファン37を備えている。室内機41と室外機42は、液側接続管43とガス側接続管44で接続されている。   The indoor unit 41 includes an indoor heat exchanger 35 and an indoor fan 38. The outdoor unit 42 includes a compressor 31, a four-way valve 32, an outdoor heat exchanger 33, an expansion device 34, an accumulator 36, and an outdoor fan 37. The indoor unit 41 and the outdoor unit 42 are connected by a liquid side connection pipe 43 and a gas side connection pipe 44.

圧縮機31の内部には、圧縮機モータ5が設けられており、冷媒を圧縮する圧縮機構(図示せず)を回転駆動する。また、圧縮機モータ5は、後述するインバータ制御手段6に電気的に接続されている。   A compressor motor 5 is provided inside the compressor 31 and rotationally drives a compression mechanism (not shown) that compresses the refrigerant. The compressor motor 5 is electrically connected to inverter control means 6 described later.

室外機42は、四方弁32、絞り装置34、室外ファン37等を制御する制御装置(図示せず)を備えている。なお、後述するインバータ制御手段6は、制御装置内に設けられていてもよい。   The outdoor unit 42 includes a control device (not shown) that controls the four-way valve 32, the expansion device 34, the outdoor fan 37, and the like. In addition, the inverter control means 6 mentioned later may be provided in the control apparatus.

このように構成された、冷凍サイクル装置について動作を説明する。まず、通常運転モードである冷房運転と暖房運転について説明する。   Operation | movement is demonstrated about the refrigeration cycle apparatus comprised in this way. First, the cooling operation and the heating operation which are normal operation modes will be described.

冷房運転時には、圧縮機31によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁32を通って室外熱交換器33に送られる。そして、室外ファン37によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置34に送られる。絞り装置34では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液側接続管43を通って、室内熱交換器35に送られる。   During the cooling operation, the refrigerant compressed by the compressor 31 becomes a high-temperature and high-pressure refrigerant and is sent to the outdoor heat exchanger 33 through the four-way valve 32. Then, the outdoor fan 37 promotes heat exchange with the outside air to dissipate heat and becomes a high-pressure liquid refrigerant that is sent to the expansion device 34. In the expansion device 34, the pressure is reduced to form a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, which is sent to the indoor heat exchanger 35 through the liquid side connection pipe 43.

室内ファン38によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器35を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して室内ファン38によって室内に吹き出され室内を冷房する。   The indoor air sucked by the indoor fan 38 exchanges heat with the refrigerant through the indoor heat exchanger 35, and the refrigerant absorbs the heat of the indoor air and evaporates to become a low-temperature gas refrigerant. At this time, the indoor air absorbed by the refrigerant is lowered in temperature and humidity and blown out into the room by the indoor fan 38 to cool the room.

ガス冷媒は、ガス側接続管44を通過して四方弁32に入り、アキュムレータ36を経て圧縮機31に戻る。   The gas refrigerant passes through the gas side connection pipe 44 and enters the four-way valve 32, and returns to the compressor 31 through the accumulator 36.

一方、暖房運転時には、圧縮機31によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁32を通り、ガス側接続管44に送られる。室内ファン38によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器35を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン38によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液側接続管43を通って絞り装置34に送られ、絞り装置34において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器33に送られて、室外ファン37によって外気と熱交換を促進して蒸
発気化し、四方弁32を経てアキュムレータ36を通って圧縮機31へ戻される。
On the other hand, during the heating operation, the refrigerant compressed by the compressor 31 passes through the four-way valve 32 and is sent to the gas side connection pipe 44 as a high-temperature and high-pressure refrigerant. The indoor air sucked in by the indoor fan 38 exchanges heat with the refrigerant through the indoor heat exchanger 35, and the refrigerant dissipates heat to the indoor air and condenses to become high-pressure liquid refrigerant. At this time, the indoor air absorbs the heat of the refrigerant and is blown into the room by the indoor fan 38 in a state where the temperature is raised, thereby heating the room. Thereafter, the refrigerant is sent to the expansion device 34 through the liquid side connection pipe 43, and is reduced in pressure by the expansion device 34 to become a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, and is sent to the outdoor heat exchanger 33, and the outdoor fan 37 Heat exchange is promoted to evaporate, and the vapor is returned to the compressor 31 through the accumulator 36 through the four-way valve 32.

次に、除霜運転モードについて説明する。上述した暖房運転中に室外熱交換器33に霜が発生し、その霜が成長すると、室外熱交換器33の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器33内の蒸発温度が低下する。室外熱交換器33の配管温度を検出する温度センサ(図示せず)が、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを検出すると、制御装置(図示せず)から暖房運転から移行する除霜運転指示が出力される。   Next, the defrosting operation mode will be described. When frost is generated in the outdoor heat exchanger 33 during the heating operation described above and the frost grows, the ventilation resistance of the outdoor heat exchanger 33 increases and the air volume decreases, and the evaporation temperature in the outdoor heat exchanger 33 is reduced. descend. When a temperature sensor (not shown) that detects the piping temperature of the outdoor heat exchanger 33 detects that the evaporation temperature has decreased as compared to the time of non-frosting, the control device (not shown) shifts from the heating operation. A defrosting operation instruction is output.

暖房運転から除霜運転に移行すると、四方弁32が切り換えられ、上述した冷房運転時の冷媒の流れとなる。なお、除霜運転時には、室外ファン37、室内ファン38は停止させる。これにより、圧縮機31によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁32を介して室外熱交換器33に送られ、室外熱交換器33に発生した霜を融かすことができる。   When the heating operation is shifted to the defrosting operation, the four-way valve 32 is switched, and the refrigerant flows during the cooling operation described above. During the defrosting operation, the outdoor fan 37 and the indoor fan 38 are stopped. Thereby, the high-temperature refrigerant | coolant compressed by the compressor 31 is sent to the outdoor heat exchanger 33 via the four-way valve 32, and the frost generated in the outdoor heat exchanger 33 can be melted.

除霜運転により、霜が融け、室外熱交換器33の温度センサの検知値が上昇すると、制御装置から、再び、暖房運転(通常運転モード)へ復帰する除霜運転解除指示が出力される。   When the frost melts and the detection value of the temperature sensor of the outdoor heat exchanger 33 increases due to the defrosting operation, a defrosting operation release instruction for returning to the heating operation (normal operation mode) is output again from the control device.

図2は、本発明のインバータ制御装置のシステム構成図である。このインバータ制御装置は、商用電源等の交流電源1より電力を供給され、供給された電力を整流する整流手段2と、整流手段2からの出力電圧を平滑する平滑手段3と、平滑手段3からの平滑電圧を所望の周波数、電圧値の交流電圧に変換する直交変換手段4と、圧縮機モータ5を駆動するための情報を直交変換手段4に伝達するインバータ制御手段6を備える。   FIG. 2 is a system configuration diagram of the inverter control apparatus of the present invention. This inverter control device is supplied with electric power from an AC power source 1 such as a commercial power source, rectifying means 2 for rectifying the supplied electric power, smoothing means 3 for smoothing the output voltage from the rectifying means 2, and smoothing means 3 Are provided with an orthogonal transform means 4 for converting the smoothed voltage into an alternating voltage having a desired frequency and voltage value, and an inverter control means 6 for transmitting information for driving the compressor motor 5 to the orthogonal transform means 4.

インバータ制御手段6は、マイクロコンピュータやシステムLSI等により構成可能なもので、ベースドライバ10、PWM信号生成部11、電流指令生成部12、回転子位置速度推定部13、相電流変換部14の各機能ブロックを備えている。   The inverter control means 6 can be configured by a microcomputer, a system LSI, or the like. Each of the base driver 10, the PWM signal generation unit 11, the current command generation unit 12, the rotor position speed estimation unit 13, and the phase current conversion unit 14 is provided. Has functional blocks.

相電流変換部14では電流検出手段7に流れる直交変換手段4の直流側の母線電流を観察し、その母線電流を圧縮機モータ5の相電流に変換する(相電流変換部14の具体的な方法については例えば特開2003−189670号公報等の文献を参照されたい)。   The phase current conversion unit 14 observes the direct current side bus current of the orthogonal conversion unit 4 flowing in the current detection unit 7 and converts the bus current into the phase current of the compressor motor 5 (specific phase current conversion unit 14 specific For the method, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-189670.

なお、電流センサ等を用いて圧縮機モータ5の相電流を直接検出しても良いことは言うまでもない。   Needless to say, the phase current of the compressor motor 5 may be directly detected using a current sensor or the like.

回転子位置速度推定部13では、相電流変換部14により変換された圧縮機モータ5の相電流と、PWM信号生成部11で演算される圧縮機モータ5への印加電圧の情報により、圧縮機モータ5の回転子磁極位置と回転速度を推定する(回転子位置速度推定部13の具体的な方法については例えば特開2001−37281号公報等の文献を参照されたい)。   In the rotor position speed estimation unit 13, the compressor current is calculated based on the phase current of the compressor motor 5 converted by the phase current conversion unit 14 and the voltage applied to the compressor motor 5 calculated by the PWM signal generation unit 11. The rotor magnetic pole position and the rotation speed of the motor 5 are estimated (for a specific method of the rotor position / speed estimation unit 13, refer to, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-37281).

PWM信号生成部11では、電流指令生成部12により導出される電流指令値と、相電流変換部14より変換された圧縮機モータ5の相電流と、回転子位置速度推定部13より推定される圧縮機モータ5の回転子磁極位置の情報により、圧縮機モータ5を駆動するためのPWM信号を生成する。   In the PWM signal generation unit 11, the current command value derived by the current command generation unit 12, the phase current of the compressor motor 5 converted by the phase current conversion unit 14, and the rotor position speed estimation unit 13 are estimated. A PWM signal for driving the compressor motor 5 is generated based on information on the rotor magnetic pole position of the compressor motor 5.

前述のように求められたPWM信号は最終的にベースドライバ10に出力され、直交変換手段4を構成するスイッチング素子を駆動する。   The PWM signal obtained as described above is finally output to the base driver 10 to drive the switching elements constituting the orthogonal transform means 4.

図3は、第1の実施の形態における電流指令生成部12の構成図である。この電流指令生成部12は、速度制御部12aと、トルク制御部12bと、回転座標系電流指令演算部
12cと、電流位相調整部12dと、運転モード切替部12eの各機能ブロックを備えている。
FIG. 3 is a configuration diagram of the current command generation unit 12 in the first embodiment. The current command generation unit 12 includes functional blocks of a speed control unit 12a, a torque control unit 12b, a rotating coordinate system current command calculation unit 12c, a current phase adjustment unit 12d, and an operation mode switching unit 12e. .

運転モード切替部12eでは、外部から与えられる除霜運転指示に応じて、通常運転モードと除霜運転モードの運転モードの切り替えを行う。   In the operation mode switching unit 12e, the operation mode is switched between the normal operation mode and the defrosting operation mode in accordance with a defrosting operation instruction given from the outside.

本発明のインバータ制御装置では、通常運転モード時は力行モード(圧縮機モータ5の出力トルクがゼロを含む正となる場合)のみで圧縮機モータ5を動作させ、除霜運転モード時は力行モードと回生モード(圧縮機モータ5の出力トルクが負となる場合)を周期的に切り替えて圧縮機モータ5を動作させる。   In the inverter control device of the present invention, the compressor motor 5 is operated only in the power running mode (when the output torque of the compressor motor 5 is positive including zero) in the normal operation mode, and the power running mode in the defrost operation mode. And the regenerative mode (when the output torque of the compressor motor 5 is negative) are periodically switched to operate the compressor motor 5.

速度制御部12aでは、回転子位置速度推定部13で推定された圧縮機モータ5の速度推定値と外部から与えられる速度指令値との偏差情報に基づいて圧縮機モータ5の回転速度が速度指令値に一致するように第1の電流指令値Is1(圧縮機モータ5の出力トルク平均値に相当する電流値)をPI演算等を用いて導出する。   In the speed controller 12a, the rotational speed of the compressor motor 5 is converted into a speed command based on deviation information between the estimated speed value of the compressor motor 5 estimated by the rotor position speed estimator 13 and a speed command value given from the outside. The first current command value Is1 (current value corresponding to the output torque average value of the compressor motor 5) is derived using PI calculation or the like so as to coincide with the value.

トルク制御部12bでは、回転子位置速度推定部13で推定された圧縮機モータ5の速度情報に基づいて、圧縮機モータ5の出力トルクと負荷要素が発生する負荷トルクとを一致させるように第2の電流指令値Is2(圧縮機モータ5の出力トルク変動値に相当する電流値)を導出し、第1の電流指令値Is1と第2の電流指令値Is2との合成値である電流指令値Isを出力する。   In the torque control unit 12b, based on the speed information of the compressor motor 5 estimated by the rotor position speed estimation unit 13, the output torque of the compressor motor 5 is matched with the load torque generated by the load element. Current command value Is2 (current value corresponding to the output torque fluctuation value of the compressor motor 5) is derived, and a current command value that is a composite value of the first current command value Is1 and the second current command value Is2. Is is output.

第2の電流指令値Is2は、例えば次式のように設定する。   The second current command value Is2 is set as in the following equation, for example.

Is2=K×Is1×SIN(ω1×t+δ) ・・・(1)
ここで、Kはゲイン、ω1は速度推定値、δは位相角である。
Is2 = K × Is1 × SIN (ω1 × t + δ) (1)
Here, K is a gain, ω1 is a speed estimation value, and δ is a phase angle.

したがって、第2の電流指令値Is2が式(1)のように設定される場合には、電流指令値Isは次式で表される。   Therefore, when the second current command value Is2 is set as shown in Equation (1), the current command value Is is expressed by the following equation.

Is={1+K×SIN(ω1×t+δ)}×Is1 ・・・(2)
なお、第2の電流指令値Is2の導出には特開2001−37281号公報等の文献に記載されている方法を用いても良いことは言うまでもない。
Is = {1 + K × SIN (ω1 × t + δ)} × Is1 (2)
Needless to say, the method described in documents such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-37281 may be used to derive the second current command value Is2.

また、トルク制御部12bでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、例えば式(2)のゲインKが1より大となる場合でも電流指令値Isが負とならないように電流指令値Isに第1の下限値(ゼロ)を設けることにより、力行モードでのみ圧縮機モータ5を動作させることができる。   Further, in the torque control unit 12b, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the normal operation mode, for example, even when the gain K in Expression (2) is greater than 1, the current command value Is is By providing the first lower limit value (zero) in the current command value Is so as not to be negative, the compressor motor 5 can be operated only in the powering mode.

通常運転モード時の場合の動作波形例を図7と図8に示す。各動作波形について、(a)は電流指令値Is、(b)はモータ相電流、(c)は圧縮機モータ5の出力トルクである。   Examples of operation waveforms in the normal operation mode are shown in FIGS. For each operation waveform, (a) is the current command value Is, (b) is the motor phase current, and (c) is the output torque of the compressor motor 5.

ゲインKが1の場合には、図7(a)のように電流指令値Isは下限値(ゼロ)から最大値(2×Is1)の範囲で正弦波状に変化し、図7(b)のようにモータ相電流が変化することで、図7(c)のように出力トルクはゼロ以上の値で正弦波状に変動する。   When the gain K is 1, the current command value Is changes sinusoidally in the range from the lower limit (zero) to the maximum value (2 × Is1) as shown in FIG. As shown in FIG. 7C, the output torque varies in a sine wave shape with a value equal to or greater than zero.

ゲインKが1より大となる場合には、図8(a)のように電流指令値Isは下限値側が制限された波形形状となり、図8(b)のようにモータ相電流が変化することで、図8(c)のように出力トルクはゼロ以上の値で下限値側が制限された波形形状で変動する。   When the gain K is larger than 1, the current command value Is has a waveform shape in which the lower limit side is restricted as shown in FIG. 8A, and the motor phase current changes as shown in FIG. 8B. Thus, as shown in FIG. 8C, the output torque fluctuates in a waveform shape with a value of zero or more and a lower limit value side limited.

さらに、トルク制御部12bでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、式(2)のゲインを1より大とした上で、電流指令値Isに第2の下限値(ゼロより小の所定値)を設けることにより、力行モードと回生モードを周期的に切り替えることができる。ただし、ゲインKを大きくし過ぎると、過度な負トルクが発生して圧縮機モータ5の駆動を維持することが困難となるため、例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、圧縮機モータ5の駆動が維持できるようなゲインKや電流指令値Isの第2の下限値を予め設定する必要がある。   Further, in the torque control unit 12b, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the defrosting operation mode, the gain of the expression (2) is set to be larger than 1 and the current command value Is is set. By providing the second lower limit value (a predetermined value smaller than zero), the power running mode and the regeneration mode can be switched periodically. However, if the gain K is increased too much, excessive negative torque is generated and it becomes difficult to maintain the drive of the compressor motor 5. Therefore, for example, based on actual machine test results and simulation analysis results, the compressor motor Therefore, it is necessary to set in advance the gain K and the second lower limit value of the current command value Is such that the drive of 5 can be maintained.

除霜運転モード時の場合の動作波形例を図9に示す。各動作波形について、(a)は電流指令値Is、(b)はモータ相電流、(c)は圧縮機モータ5の出力トルクである。   An example of operation waveforms in the defrosting operation mode is shown in FIG. For each operation waveform, (a) is the current command value Is, (b) is the motor phase current, and (c) is the output torque of the compressor motor 5.

図9の動作波形例では、式(2)のゲインKを1より大とするが、電流指令値Isの第2の下限値(ゼロより小の所定値)で下限値側を制限しない場合を示しており、図9(a)のように電流指令値Isは負の値もとりながら平均値Is1に対して正弦波状に変化し、図9(b)のようにモータ相電流が変化することで、図9(c)のように出力トルクは負の値もとりながら正弦波状に変動する。   In the example of the operation waveform of FIG. 9, the gain K in the equation (2) is set to be larger than 1, but the lower limit value side is not limited by the second lower limit value (predetermined value smaller than zero) of the current command value Is. As shown in FIG. 9A, the current command value Is changes to a sine wave with respect to the average value Is1 while taking a negative value, and the motor phase current changes as shown in FIG. 9B. As shown in FIG. 9C, the output torque fluctuates in a sine wave shape while taking a negative value.

図7〜9については、所定の圧縮機モータ仕様において出力トルクの平均値が同一となるようにゲインKを変化させたものであり、図7の場合(ゲインKが1で出力トルクの変動範囲がゼロから平均値の2倍)のモータ相電流実効値を1とすると、図9の場合(ゲインKが1より大、かつ電流指令値Isに第2の下限値(ゼロより小の所定値)を設ける場合)にはモータ相電流実効値は約1.37倍となり、モータの発熱量(銅損等)は約1.87倍となる。このモータ発熱量の増加により、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。   7 to 9, the gain K is changed so that the average value of the output torque is the same in a predetermined compressor motor specification. In the case of FIG. 7 (the gain K is 1 and the fluctuation range of the output torque is shown). If the effective motor phase current value from zero to twice the average value is 1, the case of FIG. 9 (the gain K is greater than 1 and the current command value Is is a second lower limit value (a predetermined value less than zero). )), The motor phase current effective value is about 1.37 times, and the heat generation amount (copper loss, etc.) of the motor is about 1.87 times. By increasing the motor heat generation amount, the refrigerant temperature and the lubricating oil temperature inside the compressor can be quickly raised.

回転座標系電流指令演算部12cでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードの情報と、電流位相調整部12dから出力される電流位相βm(例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、予め電源電圧や回転数等のテーブルデータとして電流位相設定値を設けておく)により、回転座標系の電流指令値を導出する。   In the rotating coordinate system current command calculation unit 12c, based on the operation mode information output from the operation mode switching unit 12e and the current phase βm output from the current phase adjustment unit 12d (for example, actual machine test results and simulation analysis results). The current command value of the rotational coordinate system is derived from the current phase setting value as table data such as the power supply voltage and the rotational speed in advance.

まず、運転モード切替部12eから出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、力行モードでのみ圧縮機モータ5を動作させるため、次式のように回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。   First, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the normal operation mode, the compressor motor 5 is operated only in the power running mode. , Iqs).

Ids=−|Is|×SIN(βm) ・・・(3)
Iqs=+|Is|×COS(βm) ・・・(4)
ここで、|Is|は電流指令値Isの絶対値である。
Ids = − | Is | × SIN (βm) (3)
Iqs = + | Is | × COS (βm) (4)
Here, | Is | is the absolute value of the current command value Is.

また、運転モード切替部12eから出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、力行モードと回生モードを周期的に切り替えて圧縮機モータ5を動作させるため、力行モードと回生モードで回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)の導出を切り替える。   When the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the defrosting operation mode, the compressor motor 5 is operated by periodically switching between the power running mode and the regeneration mode. The derivation of the current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system is switched.

電流指令値Isがゼロ以上となる力行モードでは、通常運転モード時と同様に式(3)および式(4)より回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出し、電流指令値Isが負となる回生モードでは、次式のように回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。   In the power running mode in which the current command value Is is zero or more, the current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived from the equations (3) and (4) as in the normal operation mode, and the current command value Is In the regenerative mode in which is negative, current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived as in the following equation.

Ids=−|Is|×SIN(π−βm)=−|Is|×SIN(βm)
・・・(5)
Iqs=+|Is|×COS(π−βm)=−|Is|×COS(βm)
・・・(6)
したがって、除霜運転モード時の場合には、電流指令値Isの符号に応じて、力行モードでは式(3)および式(4)より、回生モードでは式(5)および式(6)より回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。
Ids = − | Is | × SIN (π−βm) = − | Is | × SIN (βm)
... (5)
Iqs = + | Is | × COS (π−βm) = − | Is | × COS (βm)
... (6)
Therefore, in the defrosting operation mode, according to the sign of the current command value Is, in the power running mode, the rotation is performed from the equations (3) and (4), and in the regeneration mode, from the equations (5) and (6). A current command value (Ids, Iqs) of the coordinate system is derived.

PWM信号生成部11では、前述のように求められた回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)と、圧縮機モータ5の電流検出値(Id、Iq)(相電流変換部14より変換された圧縮機モータ5の相電流を3相/2相変換することで算出)とが一致するようにPI演算等を用いて回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)が導出される。その回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)を2相/3相変換することで相電圧指令値(Vus、Vvs、Vws)が導出され、この相電圧指令値(Vus、Vvs、Vws)より圧縮機モータ5を駆動するためのPWM信号が生成される。   In the PWM signal generation unit 11, the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system obtained as described above and the current detection value (Id, Iq) of the compressor motor 5 (converted by the phase current conversion unit 14). The voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are derived using PI calculation or the like so that the phase current of the compressor motor 5 is calculated by converting the phase current of the compressor motor 5 by three-phase / two-phase conversion. A phase voltage command value (Vus, Vvs, Vws) is derived by performing a two-phase / three-phase conversion on the voltage command value (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system, and this phase voltage command value (Vus, Vvs, Vws). Thus, a PWM signal for driving the compressor motor 5 is generated.

このように、圧縮機モータの出力トルクが負となる回生モードを設けることで出力トルクの変動範囲を拡大し、モータに過多な電流を負荷してモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。特に空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。
(実施の形態2)
以下、本発明の第2の実施の形態におけるインバータ制御装置について説明する。主要なシステム構成については、第1の実施の形態におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる電流指令生成部12に関して、動作が異なる内容についてのみ説明する。
In this way, by providing a regenerative mode in which the output torque of the compressor motor is negative, the fluctuation range of the output torque is expanded, and an excessive current is applied to the motor to increase the heat generation amount of the motor. Refrigerant temperature and lubricating oil temperature can be raised rapidly. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.
(Embodiment 2)
Hereinafter, the inverter control apparatus in the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The main system configuration is the same as that of the inverter control device in the first embodiment, and the description thereof is omitted because it is redundant. Here, only the contents of the operation different with respect to the current command generation unit 12 having a different configuration will be described. .

図4は、第2の実施の形態における電流指令生成部12の構成図である。この電流指令生成部12は、速度制御部12aと、トルク制御部12bと、回転座標系電流指令演算部12cと、電流位相調整部12dと、運転モード切替部12eの各機能ブロックを備えている。   FIG. 4 is a configuration diagram of the current command generation unit 12 in the second embodiment. The current command generation unit 12 includes functional blocks of a speed control unit 12a, a torque control unit 12b, a rotating coordinate system current command calculation unit 12c, a current phase adjustment unit 12d, and an operation mode switching unit 12e. .

回転座標系電流指令演算部12c、電流位相調整部12d以外の各機能ブロックに関しては、第1の実施の形態におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略する。   The functional blocks other than the rotating coordinate system current command calculation unit 12c and the current phase adjustment unit 12d are the same as those of the inverter control device according to the first embodiment, and are not described because they are redundantly described.

電流位相調整部12dでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードの情報により、通常運転モード時と除霜運転モード時とで電流位相を切り替える。   In the current phase adjustment unit 12d, the current phase is switched between the normal operation mode and the defrost operation mode based on the operation mode information output from the operation mode switching unit 12e.

図6はモータ電流値が一定条件下での電流位相に対するモータトルク特性の一例を示したもので、埋め込み磁石界磁型同期モータ(IPMSM)等、リラクタンストルクを活用するモータでは、マグネットトルクとリラクタンストルクとの合成値がモータの出力トルクとなり、電流位相βm1は最大トルクとなる位相、電流位相βm3は最小トルク(負トルク)となる位相である。   FIG. 6 shows an example of a motor torque characteristic with respect to a current phase under a constant motor current value. In a motor utilizing reluctance torque such as an embedded magnet field type synchronous motor (IPMSM), magnet torque and reluctance are shown. The combined value with the torque becomes the output torque of the motor, the current phase βm1 is the phase that becomes the maximum torque, and the current phase βm3 is the phase that becomes the minimum torque (negative torque).

電流位相調整部12dでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、力行モード(出力トルクがゼロ以上)のみであり、電流位相βm(例えば実機試験結果等を踏まえて、予め電源電圧や回転数等のテーブルデータとして電流位相設定値を設けておき、消費電力低減の観点から圧縮機モータ5の動作可能な範囲で電流位相βm1(最大トルクとなる位相)を設定するのが好ましい)を出力する。   In the current phase adjustment unit 12d, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the normal operation mode, only the power running mode (output torque is zero or more) and the current phase βm (for example, actual machine test results, etc.) In consideration of the above, a current phase set value is provided in advance as table data such as the power supply voltage and the number of revolutions, and the current phase βm1 (the phase that provides the maximum torque) within the operable range of the compressor motor 5 from the viewpoint of reducing power consumption. Is preferably set).

また、電流位相調整部12dでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、力行モードと回生モード(出力トルクが負)を周期的に切り替えつつ、モータの発熱効果を最大限高めるため、力行モードでは電流位相βm1(最大トルクとなる位相)から出力トルクが正の範囲内で進み方向に位相を調整(電流位相βm1から90deg未満の範囲内で、例えば電流位相βm2を設定)することで弱め界磁制御の効果を高め、回生モードでは電流位相βm3(最小トルクとなる位相)を設定することで最大限の負トルクを発生させ、力行モードと回生モードの両方のモードで、第1の実施の形態のインバータ制御装置に対してよりモータに過多な電流を負荷することができる。   Further, in the current phase adjustment unit 12d, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the defrosting operation mode, the motor is periodically switched between the power running mode and the regenerative mode (output torque is negative). In the powering mode, the output torque is adjusted in the forward direction within the positive range in the powering mode (in the range of less than 90 deg from the current phase βm1, for example, Setting the current phase βm2) enhances the effect of field weakening control. In the regenerative mode, setting the current phase βm3 (the phase that results in the minimum torque) generates the maximum negative torque. Both the power running mode and the regenerative mode In this mode, the motor can be loaded with an excessive current with respect to the inverter control device of the first embodiment.

したがって、電流位相調整部12dでは、通常運転モード時の場合は電流位相βmの1つの電流位相設定値が、除霜運転モード時の場合は電流位相βm2(力行モード)とβm3(回生モード)の2つの電流設定値が出力される。   Therefore, in the current phase adjustment unit 12d, one current phase set value of the current phase βm is set in the normal operation mode, and the current phase βm2 (power running mode) and βm3 (regenerative mode) in the defrosting operation mode. Two current set values are output.

回転座標系電流指令演算部12cでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードの情報と、電流位相調整部12dから出力される電流位相(通常運転モード時の場合は電流位相βm、除霜運転モード時の場合は電流位相βm2とβm3)により、回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。   In the rotating coordinate system current command calculation unit 12c, the operation mode information output from the operation mode switching unit 12e and the current phase output from the current phase adjustment unit 12d (current phase βm in the normal operation mode, defrosting) In the operation mode, current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived from the current phases βm2 and βm3).

まず、運転モード切替部12eから出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、力行モードでのみ圧縮機モータ5を動作させるため、次式のように回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。   First, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the normal operation mode, the compressor motor 5 is operated only in the power running mode. , Iqs).

Ids=−|Is|×SIN(βm) ・・・(7)
Iqs=+|Is|×COS(βm) ・・・(8)
ここで、|Is|は電流指令値Isの絶対値である。
Ids = − | Is | × SIN (βm) (7)
Iqs = + | Is | × COS (βm) (8)
Here, | Is | is the absolute value of the current command value Is.

また、運転モード切替部12eから出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、力行モードと回生モードを周期的に切り替えて圧縮機モータ5を動作させるため、力行モードと回生モードで回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)の導出を切り替える。   When the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the defrosting operation mode, the compressor motor 5 is operated by periodically switching between the power running mode and the regeneration mode. The derivation of the current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system is switched.

電流指令値Isがゼロ以上となる力行モードでは、電流位相βm2(力行モード)により、次式のように回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。   In the power running mode in which the current command value Is is zero or more, the current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived from the current phase βm2 (power running mode) as in the following equation.

Ids=−|Is|×SIN(βm2) ・・・(9)
Iqs=+|Is|×COS(βm2) ・・・(10)
また、電流指令値Isが負となる回生モードでは、電流位相βm3(回生モード)により、次式のように回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。
Ids = − | Is | × SIN (βm2) (9)
Iqs = + | Is | × COS (βm2) (10)
In the regenerative mode in which the current command value Is is negative, the current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived from the current phase βm3 (regenerative mode) as in the following equation.

Ids=−|Is|×SIN(π−βm3)=−|Is|×SIN(βm3)
・・・(11)
Iqs=+|Is|×COS(π−βm3)=−|Is|×COS(βm3)
・・・(12)
したがって、除霜運転モード時の場合には、電流指令値Isの符号に応じて、力行モードでは式(9)および式(10)より、回生モードでは式(11)および式(12)より回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)を導出する。
Ids = − | Is | × SIN (π−βm3) = − | Is | × SIN (βm3)
(11)
Iqs = + | Is | × COS (π−βm3) = − | Is | × COS (βm3)
(12)
Therefore, in the defrosting operation mode, according to the sign of the current command value Is, the power running mode is rotated from the equations (9) and (10), and the regeneration mode is rotated from the equations (11) and (12). A current command value (Ids, Iqs) of the coordinate system is derived.

除霜運転モード時の場合の動作波形例を図10に示す。各動作波形について、(a)は電流指令値Is、(b)はモータ相電流、(c)は圧縮機モータ5の出力トルクである。   An example of an operation waveform in the defrosting operation mode is shown in FIG. For each operation waveform, (a) is the current command value Is, (b) is the motor phase current, and (c) is the output torque of the compressor motor 5.

図10の動作波形例では、式(2)のゲインKを1より大とするが、電流指令値Isの第2の下限値(ゼロより小の所定値)で下限値側を制限しない場合を示しており、図10(a)のように電流指令値Isは負の値もとりながら平均値Is1に対して正弦波状に変化し、図10(b)のようにモータ相電流が変化することで、図10(c)のように出力トルクは負の値もとりながら正弦波状に変動する。ただし、図10では力行モードでは電流位相βm2を回生モードでは電流位相βm3を切り替えて設定する。   In the example of the operation waveform of FIG. 10, the gain K in the equation (2) is set to be larger than 1, but the lower limit value side is not limited by the second lower limit value (predetermined value smaller than zero) of the current command value Is. As shown in FIG. 10A, the current command value Is changes in a sine wave shape with respect to the average value Is1 while taking a negative value, and the motor phase current changes as shown in FIG. 10B. As shown in FIG. 10C, the output torque fluctuates in a sine wave shape while taking a negative value. However, in FIG. 10, the current phase βm2 is switched in the power running mode, and the current phase βm3 is switched in the regeneration mode.

図9(第1の実施の形態におけるインバータ制御装置の動作波形例)および図10については、所定の圧縮機モータ仕様において出力トルクの平均値が同一となるようにゲインKおよび電流位相を変化させたものであり、図9の場合(力行モードと回生モードとで共通の電流位相βmを設定)のモータ相電流実効値を1とすると、図10の場合(力行モードでは電流位相βm2を回生モードでは電流位相βm3を切り替えて設定)にはモータ相電流実効値は約1.37倍となり、モータの発熱量(銅損等)は約1.87倍となる。このモータ発熱量の増加により、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。   In FIG. 9 (example of operation waveform of the inverter control device in the first embodiment) and FIG. 10, the gain K and the current phase are changed so that the average value of the output torque is the same in a predetermined compressor motor specification. If the effective motor phase current value is 1 in the case of FIG. 9 (the common current phase βm is set in the power running mode and the regenerative mode), the current phase βm2 in the regenerative mode in the case of FIG. In this case, the motor phase current effective value is about 1.37 times and the motor heat generation amount (copper loss, etc.) is about 1.87 times. By increasing the motor heat generation amount, the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased more rapidly.

PWM信号生成部11では、前述のように求められた回転座標系の電流指令値(Ids、Iqs)と、圧縮機モータ5の電流検出値(Id、Iq)(相電流変換部14より変換された圧縮機モータ5の相電流を3相/2相変換することで算出)とが一致するようにPI演算等を用いて回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)が導出される。その回転座標系の電圧指令値(Vds、Vqs)を2相/3相変換することで相電圧指令値(Vus、Vvs、Vws)が導出され、この相電圧指令値(Vus、Vvs、Vws)より圧縮機モータ5を駆動するためのPWM信号が生成される。   In the PWM signal generation unit 11, the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system obtained as described above and the current detection value (Id, Iq) of the compressor motor 5 (converted by the phase current conversion unit 14). The voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are derived using PI calculation or the like so that the phase current of the compressor motor 5 is calculated by converting the phase current of the compressor motor 5 by three-phase / two-phase conversion. A phase voltage command value (Vus, Vvs, Vws) is derived by performing a two-phase / three-phase conversion on the voltage command value (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system, and this phase voltage command value (Vus, Vvs, Vws). Thus, a PWM signal for driving the compressor motor 5 is generated.

このように、圧縮機モータの出力トルクが負となる回生モードを設けることで出力トルクの変動範囲を拡大し、力行モード時には圧縮機モータの電流位相を最適ポイントからずらす運転をしつつ、回生モード時には最大限の負トルクを発生させることで、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、一層迅速に暖房運転に切り替えることができる。
(実施の形態3)
以下、本発明の第3の実施の形態におけるインバータ制御装置について説明する。主要なシステム構成については、第1の実施の形態におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略し、ここでは構成の異なる電流指令生成部12に関して、動作が異なる内容についてのみ説明する。
In this way, by providing the regeneration mode in which the output torque of the compressor motor is negative, the fluctuation range of the output torque is expanded, and in the power running mode, the operation is performed by shifting the current phase of the compressor motor from the optimum point. Sometimes, by generating the maximum negative torque, the motor heat generation effect can be maximized and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased more rapidly. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and the heating operation can be switched more rapidly.
(Embodiment 3)
Hereinafter, the inverter control apparatus in the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. The main system configuration is the same as that of the inverter control device in the first embodiment, and the description thereof is omitted because it is redundant. Here, only the contents of the operation different with respect to the current command generation unit 12 having a different configuration will be described. .

図5は、第3の実施の形態における電流指令生成部12の構成図である。この電流指令生成部12は、速度制御部12aと、トルク制御部12bと、回転座標系電流指令演算部12cと、電流位相調整部12dと、運転モード切替部12e、力行回生比演算部12fの各機能ブロックを備えている。   FIG. 5 is a configuration diagram of the current command generation unit 12 in the third embodiment. The current command generation unit 12 includes a speed control unit 12a, a torque control unit 12b, a rotating coordinate system current command calculation unit 12c, a current phase adjustment unit 12d, an operation mode switching unit 12e, and a power running regeneration ratio calculation unit 12f. Each functional block is provided.

トルク制御部12b、力行回生比演算部12f以外の各機能ブロックに関しては、第2の実施の形態におけるインバータ制御装置と同一であり、説明が重複するため省略する。   The functional blocks other than the torque control unit 12b and the power regeneration ratio calculation unit 12f are the same as those of the inverter control device according to the second embodiment, and are not described because they are redundantly described.

また、トルク制御部12bの基本的な動作については、第1の実施の形態におけるインバータ制御装置と同様であり、ここでは動作が異なる内容についてのみ説明する。   Further, the basic operation of the torque control unit 12b is the same as that of the inverter control device in the first embodiment, and only the contents different in operation will be described here.

トルク制御部12bでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、式(2)のゲインを1より大とした上で、電流指令値Isに第2
の下限値(ゼロより小の所定値)を設けることにより、力行モードと回生モードを周期的に切り替えることができるが、ゲインKを大きくし過ぎると、過度な負トルクが発生して圧縮機モータ5の駆動を維持することが困難となるため、第3の実施の形態におけるインバータ制御装置では、後述する力行回生比演算部12fから出力される力行回生比が予め設定された所定値以下となるようにゲインKを調整する機能を備えている。
In the torque control unit 12b, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the defrosting operation mode, the gain of the expression (2) is set to be larger than 1 and the current command value Is is set to the second value.
Can be periodically switched between the power running mode and the regenerative mode, but if the gain K is excessively increased, excessive negative torque is generated and the compressor motor Therefore, in the inverter control apparatus according to the third embodiment, the power running regeneration ratio output from the power running regeneration ratio calculation unit 12f described later is equal to or less than a predetermined value set in advance. Thus, a function for adjusting the gain K is provided.

除霜運転モード時における電流指令生成部12の動作概要としては、第1の処理タイミング(所定時間Ta毎)において、トルク制御部12bでは予め設定された初期ゲインK1(>1)に基づいて力行モードと回生モードを周期的に切り替えるための電流指令値Isを導出し、力行回生比演算部12fでは電流指令値Isに基づいて力行回生比を導出する。   As an outline of the operation of the current command generation unit 12 in the defrosting operation mode, the torque control unit 12b performs powering based on the preset initial gain K1 (> 1) at the first processing timing (every predetermined time Ta). A current command value Is for periodically switching between the mode and the regeneration mode is derived, and the power running regeneration ratio calculation unit 12f derives a power running regeneration ratio based on the current command value Is.

次に第2の処理タイミングにおいて、トルク制御部12bでは第1の処理タイミングで導出された力行回生比が予め設定された所定値(例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて決定し、好ましくは3分の1)以下か否かを判定し、力行回生比が予め設定された所定値を超える場合には、ゲインKを初期ゲインK1から変化量ΔKだけ小さくしたゲインK2(=K1−ΔK)とすることで回生モードにおける負トルクが減少する方向に作用させる。逆に、力行回生比が予め設定された所定値以下の場合には、ゲインKは初期ゲインK1から変化量ΔKだけ大きくしたゲインK2(=K1+ΔK)とすることで回生モードにおける負トルクが増大する方向に作用させる。このゲインK2に基づいて電流指令値Isを導出し、力行回生比演算部12fで力行回生比を導出する。   Next, at the second processing timing, the torque control unit 12b determines the powering regeneration ratio derived at the first processing timing based on a predetermined value (for example, an actual machine test result, a simulation analysis result, etc., and preferably Is less than 1/3), and when the power running regeneration ratio exceeds a predetermined value, a gain K2 (= K1−ΔK) obtained by reducing the gain K by an amount of change ΔK from the initial gain K1. ) To cause the negative torque in the regeneration mode to decrease. Conversely, when the power running regeneration ratio is equal to or less than a predetermined value set in advance, the gain K is set to a gain K2 (= K1 + ΔK) that is increased from the initial gain K1 by a change amount ΔK, thereby increasing the negative torque in the regeneration mode. Act in the direction. The current command value Is is derived based on the gain K2, and the power running regeneration ratio is derived by the power running regeneration ratio calculation unit 12f.

以降の処理タイミングでは、第2の処理タイミングと同様の動作を行うことで、回生モードによる過度な負トルクを抑制することで圧縮機モータの駆動を維持することができる
力行回生比演算部12fでは、運転モード切替部12eから出力される運転モードの情報とトルク制御部12bから出力される電流指令値Isにより、力行モードでの圧縮機モータ5の駆動制御量に対する回生モードでの圧縮機モータ5の駆動制御量の比率(以下、力行回生比と呼称)を導出する。ここでは間接的に出力トルクの情報を得るため、駆動制御量は電流指令値Isの累積値の絶対値とする。
In the subsequent processing timing, by performing the same operation as the second processing timing, it is possible to maintain the drive of the compressor motor by suppressing excessive negative torque due to the regeneration mode. The compressor motor 5 in the regenerative mode with respect to the drive control amount of the compressor motor 5 in the power running mode is determined based on the operation mode information output from the operation mode switching unit 12e and the current command value Is output from the torque control unit 12b. The ratio of the drive control amount (hereinafter referred to as the power regeneration ratio) is derived. Here, in order to obtain the output torque information indirectly, the drive control amount is an absolute value of the cumulative value of the current command value Is.

まず、運転モード切替部12eから出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、力行モードと回生モードを周期的に切り替えて圧縮機モータ5を動作させるため、所定時間Ta(例えば圧縮機モータ5の回転周期の整数倍で設定)における力行モード(電流指令値Isがゼロ以上)の電流指令値Isの累積値(ΣIsm)と、回生モード(電流指令値isが負)の電流指令値Isの累積値(ΣIsg)を導出する。   First, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is the defrosting operation mode, the compressor motor 5 is operated by periodically switching between the power running mode and the regeneration mode. Cumulative value (ΣIsm) of current command value Is in power running mode (current command value Is is zero or more) and current command in regenerative mode (current command value is is negative) A cumulative value (ΣIsg) of the value Is is derived.

図11に力行回生比演算部12fの動作説明図を示す。図11(a)は電流指令値Is、図11(b)は電流指令値Isの累積値であり、所定時間Ta(この例では圧縮機モータ5の回転周期の3周期分)において電流指令値Isがゼロ以上となる場合にIsを逐次累積した値がΣIsmであり、電流指令値Isが負となる場合にIsを逐次累積した値がΣIsgである。   FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the power running regeneration ratio calculation unit 12f. FIG. 11A shows the current command value Is, FIG. 11B shows the accumulated value of the current command value Is, and the current command value at a predetermined time Ta (in this example, three rotation cycles of the compressor motor 5). A value obtained by sequentially accumulating Is when Is is equal to or greater than zero is ΣIsm, and a value obtained by sequentially accumulating Is when the current command value Is is negative is ΣIsg.

このように導出した力行モードのIs累積値(ΣIsm)と回生モードのIs累積値(ΣIsg)より、次式のように力行回生比を導出する。   From the power running mode Is cumulative value (ΣIsm) and the regeneration mode Is cumulative value (ΣIsg) derived as described above, the power running regeneration ratio is derived as shown in the following equation.

力行回生比=|ΣIsg/ΣIsm| ・・・(13)
また、運転モード切替部12eから出力される運転モードが通常運転の場合には、力行モードのみで圧縮機モータ5を動作させるため、力行回生比はゼロとする(マイクロコンピュータやシステムLSI等の演算装置における処理の負担を軽減させるため、Is累積値や力行回生比の導出処理は割愛する)。
Power regeneration ratio = | ΣIsg / ΣIsm | (13)
In addition, when the operation mode output from the operation mode switching unit 12e is normal operation, the compressor motor 5 is operated only in the power running mode, so that the power running regeneration ratio is zero (calculation by a microcomputer, a system LSI, or the like). In order to reduce the processing burden on the apparatus, the process of deriving the Is cumulative value and the power regeneration ratio is omitted).

このように、圧縮機モータの出力トルクが負となる回生モードを設けることで出力トルクの変動範囲を拡大し、力行モード時には圧縮機モータの電流位相を最適ポイントからずらす運転をしつつ、回生モード時には最大限の負トルクを発生させることで、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、一層迅速に暖房運転に切り替えることができる。   In this way, by providing the regeneration mode in which the output torque of the compressor motor is negative, the fluctuation range of the output torque is expanded, and in the power running mode, the operation is performed by shifting the current phase of the compressor motor from the optimum point. Sometimes, by generating the maximum negative torque, the motor heat generation effect can be maximized and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased more rapidly. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and the heating operation can be switched more rapidly.

さらに、所定時間における力行回生比(力行モードのIs累積値に対する回生モードのIs累積値の比率の絶対値)が3分の1以下となるようにトルク制御部12bでゲインKを調整する機能を備えることで、回生モードによる過度な負トルクを抑制し圧縮機モータの駆動を維持することができる。   Furthermore, a function of adjusting the gain K by the torque control unit 12b so that the power running regeneration ratio (absolute value of the ratio of the Is cumulative value of the regeneration mode to the Is cumulative value of the power running mode) at a predetermined time is 1/3 or less. By providing, the excessive negative torque by regeneration mode can be suppressed and the drive of a compressor motor can be maintained.

以上のように、本発明にかかるインバータ制御装置は、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることが可能となるため、空気調和機、冷蔵庫、冷凍機、ヒートポンプ給湯機等の圧縮機モータを駆動する用途に適用できる。   As described above, the inverter control device according to the present invention can maximize the motor heat generation effect and quickly increase the refrigerant temperature and the lubricating oil temperature inside the compressor. Therefore, the air conditioner, the refrigerator, The present invention can be applied to an application for driving a compressor motor such as a refrigerator or a heat pump water heater.

1 交流電源
2 整流手段
3 平滑手段
3a リアクタ
3b コンデンサ
4 直交変換手段
5 圧縮機モータ
6 インバータ制御手段
7 電流検出手段
10 ベースドライバ
11 PWM信号生成部
12 電流指令生成部
12a 速度制御部
12b トルク制御部
12c 回転座標系電流指令演算部
12d 電流位相調整部
12e 運転モード切替部
12f 力行回生比演算部
31 圧縮機
32 四方弁
33 室外熱交換器
34 絞り装置
35 室内熱交換器
36 アキュムレータ
37 室外ファン
38 室内ファン
41 室内機
42 室外機
43 液側接続管
44 ガス側接続管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Rectification means 3 Smoothing means 3a Reactor 3b Capacitor 4 Orthogonal transformation means 5 Compressor motor 6 Inverter control means 7 Current detection means 10 Base driver 11 PWM signal generation part 12 Current command generation part 12a Speed control part 12b Torque control part 12c Rotating coordinate system current command calculation unit 12d Current phase adjustment unit 12e Operation mode switching unit 12f Powering regeneration ratio calculation unit 31 Compressor 32 Four-way valve 33 Outdoor heat exchanger 34 Throttle device 35 Indoor heat exchanger 36 Accumulator 37 Outdoor fan 38 Indoor Fan 41 Indoor unit 42 Outdoor unit 43 Liquid side connection pipe 44 Gas side connection pipe

Claims (2)

冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を駆動するモータと、直流電力を交流電力に変換し、前記モータへ電力を供給するインバータと、前記モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、前記モータの出力トルクが所要のトルクとなるように前記モータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、除霜運転モード時に、前記モータの出力トルクがゼロを含む正となる力行モードと、出力トルクが負となる回生モードを周期的に切り替え、所定時間における力行モード時の出力トルクの累積値に対する回生モード時の出力トルクの累積値の比率の絶対値が3分の1以下となるように回生モードを設けることを特徴とするインバータ制御装置。 A compressor that compresses refrigerant; a motor that drives the compressor; an inverter that converts DC power into AC power and supplies the motor; and current detection means that detects a current value that drives the motor. In the inverter control device for controlling the current value for driving the motor so that the output torque of the motor becomes a required torque, in the defrosting operation mode, the power running mode in which the output torque of the motor is positive including zero The regeneration mode in which the output torque is negative is periodically switched , and the absolute value of the ratio of the cumulative value of the output torque in the regeneration mode to the cumulative value of the output torque in the powering mode in a predetermined time is 1/3 or less. An inverter control device characterized in that a regeneration mode is provided . 前記モータの電流位相を調整する電流位相調整手段をさらに備え、除霜運転モード時に、前記電流位相調整手段は、力行モード時は前記モータの電流位相を出力トルクが最大となる位相から出力トルクが正の範囲内で進み方向に位相を調整し、回生モード時は前記モータの電流位相を出力トルクが最小となる位相に調整することを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。 Current phase adjusting means for adjusting the current phase of the motor is further provided, and in the defrosting operation mode, the current phase adjusting means is configured to change the current phase of the motor from the phase where the output torque is maximum in the power running mode. 2. The inverter control device according to claim 1, wherein the phase of the motor is adjusted in a forward direction within a positive range, and the current phase of the motor is adjusted to a phase that minimizes the output torque in the regeneration mode.
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