JP6364573B1 - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る電力変換装置は、PWM制御のパルス信号を用いて直流電力を交流電力に変換する電力変換回路(インバータ)と、電力変換回路に流れる電流を検出してその電力変換回路をベクトル制御するベクトル制御部とを備えている。
本実施形態の電力変換装置1では、図1に示すように、PWM制御で駆動する三相インバータからなる電力変換回路4によって、永久磁石同期電動機である交流電動機3をベクトル制御で駆動する場合において、電力変換回路4のパルス信号に相パルス停止区間(すなわち、開放相区間)を設けたときの制御方法について説明する。
図1に示すように、電力変換装置1は、電力変換回路4と、相電流検出部6と、制御装置5とを備えて構成される。電力変換回路4は、直流電力を交流電力に変換する3相インバータを含んで構成される。相電流検出部6は、電力変換回路4に接続された交流電動機(電動機)3に流れる電動機電流を検出する。制御装置5は、相電流検出部6で検出された相電流情報(電流)αに基づいてPWM制御を行うパルス信号を用いてベクトル制御を行う。この電力変換回路4には、電源2によって直流電圧Vdが印加される。
ここで、電力変換装置1による間欠通電動作時のPWM制御を明確化するため、通常動作時のPWM制御について、図3を用いて説明する。図3は、比較例における、交流電動機3に流れる交流電圧、交流電流およびパルス信号の関係を示す波形図であり、横軸に電圧位相、縦軸に電圧、電流およびパルス信号の各レベルを示している。
以下の説明においては、PWM制御を行うパルス信号のスイッチング動作を一時停止させるパルス停止制御部9(図1参照)の動作について、図1と図4を用いて説明する。
図5は、本実施形態の電力変換装置1を備える実機を駆動した場合の、U相電圧、U相電流、およびパルス信号の関係を示す波形図であり、横軸に電圧位相、縦軸に電圧、電流、およびパルス信号の各レベルを示している。すなわち、図5は、本実施形態の間欠通電動作による電流のゼロクロス点を含んだ近傍に相パルス停止区間を設けた手法で、二相変調型PWM制御方式において相パルス停止区間を設定して実機を駆動した場合の電圧、電流およびパルス信号を示している。
図6は、本実施形態の電力変換装置1による、相パルス停止区間(開放相区間)δに対する電力変換回路損失、電動機損失およびそれらを足し合わせた総合損失の関係を示す特性図であり、横軸に相パルス停止区間(開放相区間)δ、縦軸に損失を表わしている。すなわち、図6は、パルス停止制御部9で設定する相パルス停止区間δと電力変換回路4の損失、交流電動機3の損失およびこれらの二つの損失を合わせた総合損失の特性を示している。
グラフの横軸は、1分間あたりの回転数、すなわち回転速度を示している。グラフの縦軸は、交流電動機3に流れる電流を示している。Im基準値は、無負荷時に高域回転数となる電流値である。モータ電流Imは、以下の式(2)で算出することができる。
中程度の破線グラフは、所定の正の負荷が交流電動機3に掛かった場合の実回転数Nとモータ電流Imの関係を示し、実線グラフに対して電流Ir2だけ高い値である。細かな破線グラフは、更に大きな正の負荷が交流電動機3に掛かった場合の実回転数Nとモータ電流Imの関係を示し、中程度の破線グラフに対して電流Ih2だけ高い値である。例えばDCファンに逆風が吹くと、正の負荷が交流電動機3に掛かり、中程度の破線グラフや細かな破線グラフの方向に振れる。
ヒステリシス領域Z2はIm下限値リミッタ以上の領域としている。
実線は、無負荷時の実回転数Nとモータ電流Imの関係を示している。
実行領域Z1とヒステリシス領域Z2とは更に、高域回転数以下の領域としている。
変調率がM1を超えたとき、間欠通電動作が開始する。変調率がM1を超えたのちに、(M1−Mh)よりも小さくなったならば間欠通電動作が停止する。
回転速度がR1を超えたとき、間欠通電動作が開始する。回転速度がR1を超えたのちに、(R1−Rh)よりも小さくなったならば間欠通電動作が停止する。
外気温がT1を超えたとき、間欠通電動作が開始する。外気温がT1を超えたのちに、(T1−Th)よりも小さくなったとき、間欠通電動作が停止する。
時刻t0以前には間欠通電動作は許可されている。このとき、制御装置5は、間欠位相θで電力変換回路4を間欠通電動作させている。
時刻t2において、制御装置5は間欠通電動作の開始を判定する。これ以降、時刻t3までの間、制御装置5は徐々に間欠位相を増加させ、時刻t3で間欠位相θで間欠通電動作させる。このように、間欠位相を徐々に変化させているので、間欠通電動作の開始や停止に伴う切替えショックを緩和することができる。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)〜(e)のようなものがある。
(b) 実行領域は、高域回転数以下としなくてもよい。
(c) 安定駆動を判定するのは、モータ電流Imと1分間あたりの回転数で示される領域に限定されず、トルクと1分間あたりの回転数で示される領域であってもよい。
なお、トルク値は、式(3)に示すように、トルク理論式算出値とオフセット値との和によって算出される。
(d) 安定駆動を判定するのは、モータ電流Imと1分間あたりの回転数で示される領域に限定されず、変調率と1分間あたりの回転数で示される領域であってもよい。なお、印加電圧が一定である場合、変調率はモータ電流Imから一意に算出可能である。
(e) 交流電動機(電動機)に流れるモータ電流を検出する以外にも、電力変換回路に流れる電流を検出して、これをモータ電流としてもよい。
2 電源
3 交流電動機(電動機)
4 電力変換回路
41 電力変換主回路
42 ゲートドライバ
5 制御装置
6 相電流検出部
7 パルス制御部
8 ベクトル制御部
9 パルス停止制御部
Q1〜Q6 スイッチング素子
Vd 直流電圧
A 空気調和機
100 室内機
200 室外機
Re リモコン
Q リモコン送受信部
300 冷媒配管
α 相電流情報(電流)
β 相パルス停止制御信号(パルス停止制御信号)
γ パルス信号 (PWMパルス信号)
ζ 位相情報
δ 相パルス停止区間(開放相区間)
GPU+ パルス信号
GPU− パルス信号
Iu U相交流電流
φ 位相差
Claims (8)
- 電動機と、
ベクトル制御方式を用いて、PWM制御によって前記電動機を駆動するための電力変換を行う電力変換装置を備え、
前記電力変換装置は、
前記PWM制御を行うためのパルス信号を出力するパルス制御部と、
三相構成のスイッチ素子を備えて構成され、前記パルス制御部から出力された前記パルス信号を用いて、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流に基づいてベクトル制御を行い、前記パルス制御部への指令電圧を生成するベクトル制御部と、
前記電力変換回路の所定相の正側および負側のスイッチ素子を停止するために、前記電力変換回路の電流位相を基準として定められた区間において前記パルス信号を停止させるパルス停止制御信号を生成し、当該パルス停止制御信号を前記パルス制御部へ出力するパルス停止制御部と、
を具備し、
前記ベクトル制御部は、前記電動機のモータ電流が、現在の回転速度の無負荷時におけるモータ電流に対して所定範囲内ならば、前記パルス停止制御部の動作を開始させる、
ことを特徴とする空気調和機。 - 前記ベクトル制御部は、前記パルス停止制御部の動作を開始させる場合、前記パルス停止制御信号を生成する区間を零から前記定められた区間になるまで徐々に増加させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記ベクトル制御部は、前記パルス停止制御部を動作させている場合に前記電動機のモータ電流が、前記所定範囲に対して所定ヒステリシス量を超えて外れたならば、前記パルス停止制御部の動作を停止させる、
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 前記ベクトル制御部は、前記パルス停止制御部の動作を停止させる場合、前記パルス停止制御信号を生成する区間が前記定められた区間から零になるまで徐々に減少させる、
ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和機。 - 電動機と、
ベクトル制御方式を用いて、PWM制御によって前記電動機を駆動するための電力変換を行う電力変換装置を備え、
前記電力変換装置は、
前記PWM制御を行うためのパルス信号を出力するパルス制御部と、
三相構成のスイッチ素子を備えて構成され、前記パルス制御部から出力された前記パルス信号を用いて、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流に基づいてベクトル制御を行い、前記パルス制御部への指令電圧を生成するベクトル制御部と、
前記電力変換回路の所定相の正側および負側のスイッチ素子を停止するために、前記電力変換回路の電流位相を基準として定められた区間において前記パルス信号を停止させるパルス停止制御信号を生成し、当該パルス停止制御信号を前記パルス制御部へ出力するパルス停止制御部と、
を具備し、
前記ベクトル制御部は、前記電動機のトルクが、現在の回転速度の無負荷時におけるトルクに対して所定範囲内ならば、前記パルス停止制御部の動作を開始させる、
ことを特徴とする空気調和機。 - 前記ベクトル制御部は、前記パルス停止制御部を動作させている場合に前記電動機のトルクが前記所定範囲に対して所定ヒステリシス量を超えて外れたならば、前記パルス停止制御部の動作を停止させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の空気調和機。 - 電動機と、
ベクトル制御方式を用いて、PWM制御によって前記電動機を駆動するための電力変換を行う電力変換装置を備え、
前記電力変換装置は、
前記PWM制御を行うためのパルス信号を出力するパルス制御部と、
三相構成のスイッチ素子を備えて構成され、前記パルス制御部から出力された前記パルス信号を用いて、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流に基づいてベクトル制御を行い、前記パルス制御部への指令電圧を生成するベクトル制御部と、
前記電力変換回路の所定の相の正側および負側のスイッチ素子を停止するために、前記電力変換回路の電流位相を基準として定められた区間において前記パルス信号を停止させるパルス停止制御信号を生成し、当該パルス停止制御信号を前記パルス制御部へ出力するパルス停止制御部と、
を具備し、
前記ベクトル制御部は、前記電動機の変調率が、現在の回転速度の無負荷時における変調率に対して所定範囲内ならば、前記パルス停止制御部の動作を開始させる、
ことを特徴とする空気調和機。 - 前記ベクトル制御部は、前記パルス停止制御部を動作させている場合に前記電動機の変調率が前記所定範囲に対して所定ヒステリシス量を超えて外れたならば、前記パルス停止制御部の動作を停止させる、
ことを特徴とする請求項7に記載の空気調和機。
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