JP6293401B2 - 空気調和機のモータ制御装置及び空気調和機 - Google Patents
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Description
特許文献1には、電圧センサによりインバータの直流電圧を検出し、モータの誘起電圧がインバータ直流電圧を超えないように、d軸電流を制御する方法が開示されている。より具体的には、インバータに入力される直流電圧、モータトルク、及びモータ回転速度の関係に基づいてd軸電流指令を生成し、このd軸電流指令にd軸電流を追従させる制御が開示されている。
更に、モータ定数は、モータの負荷状態や温度によって変化することから、これらの影響でd軸電流指令に誤差が発生し、弱め界磁制御が十分に行われないおそれがあった。
本発明は、直流電圧を3相交流電圧に変換して圧縮機モータに出力するインバータと、前記インバータを制御するインバータ制御手段とを備え、予め設定されている0より小さい固定値または前記圧縮機モータの特性から一義的に決められる最小電流制御曲線に基づいて設定される値である第2のd軸電流指令よりも小さい値の第1のd軸電流指令による負の電流をd軸電流に流すことにより、弱め界磁制御を行う空気調和機のモータ制御装置であって、前記インバータ制御手段は、d軸電流指令を生成するd軸電流指令生成手段を有し、前記d軸電流指令生成手段は、前記圧縮機モータの回転数指令と前記圧縮機モータの推定回転数との偏差に対して積分制御を行って第1のd軸電流指令を生成する第1処理手段と、前記第2のd軸電流指令を生成する第2処理手段と、前記圧縮機モータの線間電圧指令が、前記インバータに入力される直流電圧に基づいて決定される前記インバータの最大出力電圧を超える場合に、弱め界磁制御領域であると判断し、前記圧縮機モータの線間電圧指令が、前記インバータに入力される直流電圧に基づいて決定される前記インバータの最大出力電圧以下の場合に、弱め界磁制御領域でないと判断し、前記弱め界磁制御領域である場合に、前記第1のd軸電流指令を選択し、前記弱め界磁制御領域でない場合に、前記第2のd軸電流指令を選択する選択手段とを具備する空気調和機のモータ制御装置を提供する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ制御装置の構成を概略的に示した図である。図1に示すように、モータ制御装置1は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ2と、コンバータ2から出力される直流電力を三相交流電力に変換してモータ4に出力するインバータ3と、インバータ3を制御するインバータ制御装置10とを備えている。
モータ4は、例えば、空気調和機の圧縮機の駆動源として用いられる永久磁石型同期モータである。
速度・位置推定部12は、3相/2相変換部11からのq軸電流及びd軸電流と、一つ前のクロックサイクルにおいて電流PI制御部15で算出された2相電圧指令、すなわち、q軸電圧指令vq*及びd軸電圧指令vd*とを用いて、モータの推定位置θes及びモータの推定回転数ωesを算出する。
モータの推定回転数ωesは、q軸電流指令生成部13及びd軸電流指令生成部14に出力される。
具体的には、回転数指令ω*と推定回転数ωesとの偏差に対して積分制御(I制御)を行うことにより、q軸電流指令iq*を生成する。ここで、q軸電流指令生成部13は、リミッタ機能を有しており、q軸電流指令iq*が予め設定されている上限値を超えないように調整する。
第1処理部21は、回転数指令ω*と推定回転数ωesとの偏差Δωに対して積分制御を行うことにより、第1のd軸電流指令を生成する。ここで、第1のd軸電流指令id*は負の値であり、偏差Δωが大きくなるほど負の方向に値が増加する。
また、第1処理部21は、上記q軸電流指令生成部13と同様にリミッタ機能を有しており、d軸電流指令id*が予め設定されている上限値を超えないように調整する。
選択部23は、モータ4の線間電圧指令が、インバータ3の入力直流電圧Vdcに基づいて決定されるインバータ3の最大出力電圧を超える場合に、弱め界磁制御領域であると判断し、第1のd軸電流指令を選択する。また、弱め界磁電流領域でないと判断した場合には、第2のd軸電流指令、すなわち、ゼロを選択する。
例えば、選択部23は、以下の(1)式の条件を満たす場合に、第1のd軸電流指令を選択し、以下の条件を満たさない場合に、第2のd軸電流指令を選択する。
ここで、モータの線間電圧指令とインバータに入力される直流電圧に基づいて決定されるインバータの最大出力電圧とを2乗の値で比較しているのは、平方根の計算を不要としてマイコンの演算負荷が大きくならないようにする為である。
このようにして選択部23によって選択されたd軸電流指令id*は、電流PI制御部15に出力される。
PWM制御部17には、3相電圧指令vu*,vv*,vw*とA/D変換部8からの入力直流電圧Vdcとが入力される。PWM制御部17は、所定のキャリア周波数の三角波を生成し、この三角波と3相電圧指令vu*,vv*,vw*とをそれぞれ比較し、さらに入力直流電圧Vdcを用いて、PWMパルスのデューティ幅を補正することで、各相に対応するゲート駆動信号Sを生成し、インバータ3に出力する(例えば、図7参照)。
例えば、図2の時刻t1からt3の期間において、例えば、モータ制御装置1が適用されている空気調和機の設定温度が変更されることにより、上位装置からの回転数指令ω*が徐々に増加すると、回転数指令ω*と推定回転数ωesとに偏差が生じ、この偏差に応じたq軸電流指令iq*がq軸電流指令生成部13によって生成され、電流PI制御部15に出力される。
このような制御が行われることにより、推定回転数(モータ回転数)ωesは回転数指令に追従して徐々に増加する。
同様に、d軸電流指令生成部14では、偏差Δωに応じてd軸電流指令id*が生成される。この結果、d軸電流指令id*は徐々にゼロに近づく方向に変化する。
そして、図2の時刻t5において、モータ4の線間電圧指令がインバータ3の出力最大電圧以下となると、d軸電流指令生成部14からはゼロである第2のd軸電流指令id*が出力されることとなる。これにより、時刻t5からt6の期間においては、q軸電流指令iq*に基づいて電圧指令が生成されることとなる。
次に、第2実施形態に係るモータ制御装置及び空気調和機について説明する。モータ制御の一つとして、過変調制御が知られている。過変調制御は、電圧利用率を1以上とする制御方法であり、近年、一般的に知られる制御手法である。
ここで、電圧利用率は、以下の(2)式で求められる。
したがって、過変調制御を想定していなかった上述した第1実施形態では、モータ4の各相電圧に相当する信号として、電流PI制御部15から出力される2相電圧指令vq*,vd*を速度・位置推定部12に入力させ、この2相電圧指令vq*,vd*をモータ4の各相電圧に相当する電圧とみなして取り扱うことで、モータ回転数やモータ位置を推定していた。
具体的には、PWM制御部17において生成された各相に対応するゲート駆動信号Sから各相の3相電圧信号を推定し、この3相電圧信号を3相/2相変換部18に出力する。3相/2相変換部18は、3相電圧信号を2相電圧信号に変換し、速度・位置推定部12に出力する。
3 インバータ
4 モータ
10、10´ インバータ制御装置
11、18 3相/2相変換部
12 速度・位置推定部
13 q軸電流指令生成部
14 d軸電流指令生成部
15 電流PI制御部
16 2相/3相変換部
17 PWM制御部
21 第1処理部
22 第2処理部
23 選択部
Claims (6)
- 直流電圧を3相交流電圧に変換して圧縮機モータに出力するインバータと、前記インバータを制御するインバータ制御手段とを備え、予め設定されている0より小さい固定値または前記圧縮機モータの特性から一義的に決められる最小電流制御曲線に基づいて設定される値である第2のd軸電流指令よりも小さい値の第1のd軸電流指令による負の電流をd軸電流に流すことにより、弱め界磁制御を行う空気調和機のモータ制御装置であって、
前記インバータ制御手段は、d軸電流指令を生成するd軸電流指令生成手段を有し、
前記d軸電流指令生成手段は、
前記圧縮機モータの回転数指令と前記圧縮機モータの推定回転数との偏差に対して積分制御を行って前記第1のd軸電流指令を生成する第1処理手段と、
前記第2のd軸電流指令を生成する第2処理手段と、
前記圧縮機モータの線間電圧指令が、前記インバータに入力される直流電圧に基づいて決定される前記インバータの最大出力電圧を超える場合に、弱め界磁制御領域であると判断し、前記圧縮機モータの線間電圧指令が、前記インバータに入力される直流電圧に基づいて決定される前記インバータの最大出力電圧以下の場合に、弱め界磁制御領域でないと判断し、前記弱め界磁制御領域である場合に、前記第1のd軸電流指令を選択し、前記弱め界磁制御領域でない場合に、前記第2のd軸電流指令を選択する選択手段と
を具備する空気調和機のモータ制御装置。 - 前記第1処理手段は、回転数指令と推定回転数との偏差に対して比例積分制御を行って前記第1のd軸電流指令を生成する請求項1に記載の空気調和機のモータ制御装置。
- 前記インバータ制御手段は、
前記圧縮機モータの回転数指令と前記圧縮機モータの推定回転数との偏差をゼロに近付けるようなq軸電流指令を生成するq軸電流指令生成手段と、
前記d軸電流指令と前記q軸電流指令とに基づいて、2相電圧指令を生成する電圧指令生成手段と、
前記2相電圧指令に基づいて、前記インバータへ出力するゲート駆動信号を生成するゲート駆動信号生成手段と、
前記圧縮機モータに流れる電流に基づいて得られた2相電流と、前記電圧指令生成手段により生成された2相電圧指令とを用いて、前記推定回転数を算出するモータ回転数推定手段と
を具備する請求項1又は請求項2に記載の空気調和機のモータ制御装置。 - 電圧利用率を1以上とする過変調制御が実施されている場合において、
前記モータ回転数推定手段は、前記ゲート駆動信号生成手段で生成されるゲート駆動信号に基づく3相電圧指令から得られる2相電圧指令と、前記2相電流とを用いて、前記推定回転数を算出する請求項3に記載の空気調和機のモータ制御装置。 - 前記第2処理手段は、前記圧縮機モータの特性から得られる最小電流制御曲線を用いて、前記第2のd軸電流指令を生成する請求項1から請求項4のいずれかに記載の空気調和機のモータ制御装置。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の空気調和機のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって駆動制御される圧縮機モータと
を具備する空気調和機。
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