JP6497307B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、インバータによる圧縮機のモータ起動のための構成に関する。 The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to a configuration for starting a compressor motor by an inverter.
従来、冷蔵庫や空気調和機などに使用されるモータの駆動制御装置としては特許文献1に示す技術が開示されている。特許文献1では冷蔵庫に使用される圧縮機のモータをインバータで駆動しており、PWM制御により生成されたスイッチング信号を用いてインバータを制御するようになっている。
また、特許文献1では、この圧縮機のモータの起動時において、スイッチング信号(PWM信号)を生成するために用いられるキャリア信号の周波数を、モータの回転数が所定の閾値より低い時は低く、また、回転数が閾値以上になった時点で高くしている。これにより、モータの回転数が所定の閾値より低い時にキャリア信号の周波数を低下せることでスイッチング信号のオン時間を長くしてモータの巻線に発生する誘起電圧から生成されるモータの回転位置信号のパルス幅を広くして回転位置を検出することで、脱調を防止して確実にモータを起動するようになっている。
Conventionally, the technique shown in
Further, in
図5は特許文献1に示す技術を用いた空気調和機90である。空気調和機90は、互いに通信接続された室外機80と室内機50備えている。
室外機80は、図示しない交流電源が接続される入力端1と入力端2に接続された整流器4と、整流器4の出力側に接続されたコンバータ5と、コンバータ5の出力端に接続されるインバータ6と、インバータ6の出力端に接続された圧縮機のモータ7と、室内機50からの指示により室外機80全体を制御する室外機制御部9と、インバータ6を駆動する駆動信号を出力する駆動回路8を備えている。また、モータ7は図示しないU相、V相、W相の巻線を備えている。
FIG. 5 shows an
The
さらに室外機制御部9は、モータ7の各巻線に発生する誘起電圧に基づいてモータ7の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部11と、室外機制御部9から指示された回転数指令値に従ってモータ7を駆動するスイッチング信号をPWM制御により生成して駆動回路8へ出力して120度通電方式でモータ7を制御するインバータ制御部3と、モータ7の回転数に基づいてスイッチング信号を生成するための2種類のキャリア周波数を切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示部70と、入力された周波数切替信号によって2種類のキャリア周波数のうちいずれか一方の周波数でキャリア信号を発生させてインバータ制御部3へ出力するキャリア信号発生部10を備えている。
Further, the
インバータ制御部3は、室外機制御部9から回転数指令値が入力され、この回転数指令値で指示された回転数でモータ7が回転するようなスイッチング信号を生成する。インバータ制御部3は、入力された回転位置信号に基づいてモータ7の各巻線の通電相を電気角の60度毎に切り替えるように制御している。また、インバータ制御部3は、キャリア信号がキャリア信号発生部10から入力されており、このキャリア信号を用いてモータ7の負荷に対応するトルクを発生させるようにスイッチング信号のデューティーを決定して出力する。つまり、インバータ制御部3は、モータ7の負荷が大きくて指示された回転数に達しない場合はスイッチング信号のオンデューティ時間(インバータ6内の図示しないスイッチング素子がオンとなる時間)を長く、モータ7の負荷が小さくて指示された回転数を超える場合はオンデューティ時間を短くする。このようにインバータ制御部3は、指示された回転数を維持できるようにスイッチング信号のデューティーを決定している。
そして、キャリア信号発生部10は、キャリア周波数切替指示部70が出力する周波数切替信号が入力され、この周波数切替信号がハイレベルの時に4kHz、ローレベルの時に2kHzの周波数のキャリア信号を出力する。
The
The carrier
一方、キャリア周波数切替指示部70は内部に回転数検出部71と、切替判断部72を備えている。キャリア周波数切替指示部70は、回転位置信号が入力されており、この回転位置信号は回転数検出部71に入力されている。回転数検出部71はモータ7が1回転する時間を計測し、1秒をこの計測した時間で除算することで1秒間の回転数(単位:rps)を算出する。
On the other hand, the carrier frequency
この算出した1秒間の回転数は切替判定部72に入力されており、切替判定部72は、この入力された回転数と予め定められた回転数閾値(10rps)を比較し、入力された回転数が回転数閾値以上になった時に周波数切替信号をハイレベルに、回転数閾値未満の時に周波数切替信号をローレベルにして出力する。このため、インバータ制御部3は、モータ7の回転数が10rps未満の時に2kHz、10rps以上の時に4kHzのキャリア周波数のキャリア信号を用いてPWM制御を実行する。
The calculated number of rotations per second is input to the
このように、インバータ制御部3は、回転数が低いモータ7の起動時に低いキャリア周波数を用いてスイッチング信号のオンデュティーの時間を広くすることで、起動時のモータ7の巻線の誘起電圧波形のパルス幅を広くし、回転位置検出部11で確実に回転位置を検出できるように制御している。一方、インバータ制御部3は、回転数が高いモータ7の通常運転時にキャリア周波数を高くして、通電相を切り替える転流タイミングの検出遅れを防止している。
As described above, the
図6はモータ7の従来の回転制御を説明する説明図である。図6の横軸は時間を示しており、縦軸の図6(1)はスイッチング信号のオンデュティー時間(単位:μS(マイクロセカンド))を示しており、実線はモータ7の回転数上昇速度が速い(負荷が軽い)場合を、破線は回転数上昇速度が遅い(負荷が重い)場合をそれぞれ示している。また、図6(2)はモータ7の回転数(単位:rps)を示しており、実線はモータ7の回転数上昇速度が速い(負荷が軽い)場合を、破線は回転数上昇速度が遅い(負荷が重い)場合をそれぞれ示している。なお、t0〜t3は時刻である。 FIG. 6 is an explanatory view for explaining conventional rotation control of the motor 7. The horizontal axis of FIG. 6 indicates time, the vertical axis of FIG. 6 (1) indicates the on-duty time (unit: μS (microseconds)) of the switching signal, and the solid line indicates an increase in the rotational speed of the motor 7. The broken line indicates the case where the speed is high (the load is light), and the broken line indicates the case where the rotation speed increase speed is low (the load is heavy). FIG. 6B shows the rotation speed (unit: rps) of the motor 7. The solid line shows a case where the rotation speed of the motor 7 is high (load is light), and the broken line shows a low rotation speed increase speed. Each case (heavy load) is shown. Note that t0 to t3 are times.
図6において、室外機制御部9から回転数指令値が入力されるとインバータ制御部3は、モータ7が完全に停止しているt0からスイッチング信号のオンデューティ時間を19μS固定として、オープンループ方式によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばt1で回転位置信号によるモータ7の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、その後、オンデューティ時間を増加させながら回転数を上昇させる。
In FIG. 6, when the rotational speed command value is input from the outdoor
一方、キャリア周波数切替指示部71は回転位置信号が入力されると、回転数検出部で現在の回転数を検出して、この回転数を切替判断部72へ出力する。モータ7の回転数上昇速度が速い場合はt2以降で回転数が10rps以上になる。切替判断部72はこの回転数が回転数閾値(10rps)以上になったt2で周波数切替信号をローレベルからハイレベルにする。キャリア信号発生部10は、この周波数切替信号によりキャリア周波数を2kHzから4kHzに変更したキャリア信号をインバータ制御部3へ出力する。この結果、インバータ制御部3から出力されるスイッチング信号は、オンデューティ時間が24μSから半分の12μSになる。
On the other hand, when the rotation position signal is input to the carrier frequency
また、モータ7の回転数上昇速度が遅い場合はt3以降で回転数が10rps以上になる。切替判断部72はこの回転数が回転数閾値(10rps)以上になったt3で周波数切替信号をローレベルからハイレベルにする。キャリア信号発生部10は、この周波数切替信号によりキャリア周波数を2kHzから4kHzに変更したキャリア信号をインバータ制御部3へ出力する。この結果、インバータ制御部3から出力されるスイッチング信号は、オンデューティ時間が70μSから半分の35μSになる。
Further, when the rotational speed increase rate of the motor 7 is slow, the rotational speed becomes 10 rps or more after t3. The
このようにインバータ制御部3はモータ7の回転数が回転数閾値以上となって、この時に出力しているスイッチング信号のオンデューティ時間が長くなり、この結果、回転位置検出部11で確実に回転位置が検出可能と思われる回転数になった時、キャリア信号の周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えてモータ7を制御する。
In this way, the
ところで、モータ7の内部ではモータ7の巻線に流れる電流の変化による騒音が発生しており、この騒音の大きさはスイッチング信号のキャリア周波数が高い場合に比較してキャリア周波数が低い場合に大きくなる傾向がある。
図7はキャリア周波数の違いによる騒音の違いを説明する説明図である。図7の横軸は時間である。縦軸において図7(1)はキャリア周波数が4kHzでデューティーが50%の時のスイッチング信号を、図7(2)はキャリア周波数が2kHzでデューティーが50%の時のスイッチング信号をそれぞれ示している。なお、図7において破線はモータ7の巻線に流れるリップル電流を示している。
Incidentally, noise is generated inside the motor 7 due to changes in the current flowing in the winding of the motor 7, and the magnitude of this noise is larger when the carrier frequency of the switching signal is lower than when the carrier frequency of the switching signal is high. Tend to be.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a difference in noise due to a difference in carrier frequency. The horizontal axis in FIG. 7 is time. On the vertical axis, FIG. 7 (1) shows a switching signal when the carrier frequency is 4 kHz and the duty is 50%, and FIG. 7 (2) shows a switching signal when the carrier frequency is 2 kHz and the duty is 50%. . In FIG. 7, a broken line indicates a ripple current flowing in the winding of the motor 7.
モータの巻線のインダクタンス値と巻線に印加する電圧が同じとした場合、キャリア周波数が低い方が、キャリア周波数が高い方に比較して巻線に流れるリップル電流の周期が長くなる。このため、図6(2)に示すように周期的に変化するモータ7の電流において、キャリア周波数が2kHzのリップル電流値のピークIp2は、キャリア周波数が4kHzの電流値のピークIp4よりも大きくなる。
モータ7の巻線に流れる電流の変化が大きいと、この電流変化による巻線の振動も大きくなり、この巻線の振動により騒音が発生する。
従って、このリップル電流の変化によるモータ7の巻線の振動(騒音)は、キャリア周波数が2kHzの時が4kHzの時の場合よりも大きい。つまり図6において回転数上昇速度が速い場合は、キャリア周波数が低い起動開始のt0からt2まではこの騒音が大きく、回転数上昇速度が遅い場合はキャリア周波数が低い起動開始のt0からt3までこの騒音が大きい。
When the inductance value of the motor winding and the voltage applied to the winding are the same, the period of the ripple current flowing through the winding becomes longer when the carrier frequency is lower than when the carrier frequency is higher. Therefore, in the current of the motor 7 that periodically changes as shown in FIG. 6B, the peak Ip2 of the ripple current value with the carrier frequency of 2 kHz is larger than the peak Ip4 of the current value with the carrier frequency of 4 kHz. .
If the change in the current flowing through the winding of the motor 7 is large, the vibration of the winding due to the change in current also increases, and noise is generated by the vibration of the winding.
Therefore, the vibration (noise) of the winding of the motor 7 due to the change in the ripple current is larger when the carrier frequency is 2 kHz than when it is 4 kHz. That is, in FIG. 6, when the rotational speed increase speed is fast, this noise is loud from t0 to t2 when the carrier frequency is low, and when the rotational speed is slow, the carrier frequency is low from start time t0 to t3. Noisy.
そして、キャリア周波数を切り替えるための回転数閾値は、モータ7の負荷やインバータ6の入力電圧などを考慮してキャリア周波数が4kHzであっても回転位置検出部11で回転位置を検出可能な最小の値に予め決定されている。具体的にはモータ7の回転数上昇速度が速い場合に回転位置を検出可能なキャリア周波数が4kHzでオンデューティ時間が12μSとなる回転数値である10rpsに予め決定されている。なお、回転数上昇速度が遅い時で回転数が10rpsの場合、切り替えられたキャリア周波数におけるオンデューティ時間が35μSであり、回転位置を検出可能な最低限のオンデューティ時間である12μSより必要以上に大きくなっている。
The rotational speed threshold value for switching the carrier frequency is the minimum at which the rotational
そこで、キャリア周波数の切り替えタイミングを回転数で決定するのでなく、スイッチング信号のオンデューティ時間で決定する方法が考えられる。つまり、例えばキャリア周波数切替指示部70が常にオンデューティ時間を監視し、このオンデューティ時間が4kHzのキャリア周波数の場合でも回転位置検出部11で回転位置を検出可能な時間幅、例えば12μSになったらキャリア周波数を2kHzから4kHzに切り替える方法である。
しかしながら、インバータ制御部3が出力するスイッチング信号のオンデューティ時間と回転位置検出部11で回転位置を検出可能な誘起電圧の時間幅とは単純な比例関係になく、検出可能な誘起電圧の時間幅はオンデューティ時間と共に回転数にも依存するため、前述したオンデューティ時間を監視する方法は採用できない。
Therefore, a method is conceivable in which the carrier frequency switching timing is not determined by the number of rotations but by the on-duty time of the switching signal. That is, for example, when the carrier frequency switching
However, the on-duty time of the switching signal output from the
次に誘起電圧の時間幅とオンデューティ時間と回転数の関係について図4を用いて説明する。
図4(1)は回転位置検出部11の内部回路を示すブロック図であり、図(2)はその動作を説明する説明図である。
回転位置検出部11の内部には、モータ7のU相、V相、W相の各巻線に発生する誘起電圧の仮想中性点の電圧を検出する抵抗11a〜11dと、ノイズ除去用のコンデンサ11hと、コンパレータ11fと、基準電圧発生源11eと、積分回路11gが備えられている。
抵抗11a〜11cの一端はモータ7の巻線のU相、V相、W相にそれぞれ接続され、抵抗11a〜11cの他端は抵抗11dの一端と共に共通に接続され、抵抗11dの他端はグランドに接続されている。また、抵抗11dと並列にコンデンサ11hが接続されている。
Next, the relationship between the time width of the induced voltage, the on-duty time, and the rotation speed will be described with reference to FIG.
FIG. 4A is a block diagram showing an internal circuit of the
Inside the
One ends of the
一方、コンパレータ11fの+入力端には抵抗11dの一端が、コンパレータ11fの−入力端には基準電圧源11eがそれぞれ接続され、コンパレータ11fの出力端は積分回路11gの入力端に接続されており、積分回路11gの出力端からは回転位置信号が出力されるようになっている。なお、各抵抗が共通に接続されている仮想中性点に誘起電圧が現れる。
On the other hand, one end of the resistor 11d is connected to the + input end of the
図4(2)は回転位置検出部11の動作を説明する説明図であり、横軸は時間を示しており、縦軸において図4(2)(A)はスイッチング信号を、図4(2)(B)はモータ7の回転数が低い場合の仮想中性点の電圧を、図4(2)(C)は回転数が低い場合のコンパレータ11fの出力信号を、図4(2)(D)はモータ7の回転数が高い場合の仮想中性点の電圧を、図4(2)(E)は回転数が高い場合のコンパレータ11fの出力信号を、それぞれ示している。
FIG. 4 (2) is an explanatory diagram for explaining the operation of the
図4(2)(B)や図4(2)(D)に示すように、仮想中性点に現れる誘起電圧はパルス状の波形となるがコンデンサ11hの影響により、その波形の立ち上がりはなだらかに傾斜している。このため、コンパレータ11fの出力信号のパルス幅はスイッチング信号のオンデューティ時間のみならず、誘起電圧の大きさ、つまり回転数に依存する。図4(2)(A)に示すように、スイッチング信号のオンデューティ時間が同じ場合であっても、図4(2)(B)や図4(2)(D)に示すように基準電圧発生源11eから出力される基準電圧と比較される誘起電圧の大きさによって、コンパレータ11fの出力信号のパルス幅は異なり、回転数が高い方が回転数が低い場合よりもコンパレータ11fの出力信号のパルス幅は広くなる。つまり、スイッチング信号のオンデューティ時間が短い場合であっても、回転数が高い場合は誘起電圧が高くなり、コンパレータ11fの出力信号は積分回路11gを通過して回転位置信号を出力できる十分なパルス幅となる。
As shown in FIGS. 4 (2) (B) and 4 (2) (D), the induced voltage appearing at the virtual neutral point has a pulse waveform, but the rise of the waveform is gentle due to the influence of the
一方、回転数が低くて誘起電圧が低い場合であってもオンデューティ時間が長い時は積分回路11gを通過できる幅の広い波形の出力信号をコンパレータ11fが出力できるため、回転位置検出部11は回転位置信号を出力できる。
On the other hand, even if the rotational speed is low and the induced voltage is low, the
このように、コンパレータ11fの出力信号のパルス幅は、スイッチング信号のオンデューティ時間のみと関係するのでなく、回転数にも対応する関係がある。このため、回転位置検出部11で誘起電圧による回転位置信号を確実に検出するためには、オンデューティ時間と回転数の両方の条件を満足させる必要がある。
Thus, the pulse width of the output signal of the
前述したようにインバータ制御部3は、同じ回転数であっても回転数上昇速度が遅い場合は回転数上昇速度が速い場合に比較してオンデューティ時間を長くしてスイッチング信号を出力する。逆に言うとインバータ制御部3は、オンデューティ時間が回転位置検出部11で位置検出可能な長さであれば回転数が低い場合であってもキャリア周波数を2kHzから4kHzに切り替えても継続して位置検出が可能となる。このため、回転数の閾値だけでキャリア周波数を切り替える従来の方式よりも早くこの切り替えを行なうことができるため、結果的に騒音の発生時間を短縮することができる。
As described above, the
しかしながら、このためには回転数とオンデューティ時間の両方を考慮して、回転位置検出部11で誘起電圧による回転位置信号を確実に検出できるタイミングでキャリア周波数を切り替えねばならない問題があった。
However, for this purpose, there is a problem that the carrier frequency must be switched at a timing at which the rotational position signal by the induced voltage can be reliably detected by the
本発明は以上述べた問題点を解決し、キャリア周波数を切り替えてPWM制御されるインバータにより駆動されるモータの起動時に、脱調を防止しつつ、低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることを目的とする。 The present invention solves the above-described problems and prevents noise generated during control using a low carrier frequency while preventing a step-out when starting a motor driven by an inverter that is PWM controlled by switching the carrier frequency. The purpose is to make the occurrence period as short as possible.
本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の発明は、交流電源が接続される入力端と、前記入力端に接続される直流電源部と、同直流電源部の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部と、指示された回転数指令値に従って前記インバータを駆動するスイッチング信号をPWM制御により生成して出力し、前記モータを120度通電方式で制御する制御手段と、前記スイッチング信号を生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を前記モータの回転数に基づいて切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示手段と、入力された前記周波数切替信号に応じたキャリア周波数の前記キャリア信号を発生させて前記制御手段へ出力するキャリア信号発生手段を備えた空気調和機であって、
前記キャリア周波数切替指示手段は、前記回転位置信号と前記スイッチング信号とが入力され、入力された前記回転位置信号から回転数を算出し、同回転数が予め定めた前記モータの回転数よりも大きく、かつ、入力された前記スイッチング信号から算出したオンデューティ時間が予め定めたオンデューティー時間閾値よりも大きくなった時、前記キャリア信号発生手段が出力する前記キャリア信号のキャリア周波数より高いキャリア周波数の前記キャリア信号を出力させる前記周波数切替信号を出力する。
In order to solve the above-described problems, the present invention according to
The carrier frequency switching instruction means receives the rotational position signal and the switching signal, calculates a rotational speed from the input rotational position signal, and the rotational speed is greater than a predetermined rotational speed of the motor. And, when the on-duty time calculated from the input switching signal becomes larger than a predetermined on-duty time threshold, the carrier frequency higher than the carrier frequency of the carrier signal output by the carrier signal generating means The frequency switching signal for outputting a carrier signal is output.
また、本発明の請求項2に記載の発明は、予め定めた前記モータの回転数が低いほど前記オンデューティー時間閾値が大きい。
In the invention according to
以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、キャリア周波数を切り替えてPWM制御されるインバータにより駆動されるモータの起動時に、脱調を防止しつつ、低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることができる。 By using the above means, the air conditioner according to the present invention uses a low carrier frequency while preventing a step-out while starting a motor driven by an inverter that is PWM controlled by switching the carrier frequency. The generation period of noise generated during control can be shortened as much as possible.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、本願に関係のない熱交換器や冷媒回路、ファンモータ等は図示と説明を省略する。また、背景技術で説明したブロックにおいて全く同じ機能を有するものに関しては同じ名称と番号を付与する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail as examples based on the attached drawings. In addition, illustration and description of a heat exchanger, a refrigerant circuit, a fan motor, etc. that are not related to the present application are omitted. The same name and number are assigned to blocks having the same function in the blocks described in the background art.
図1は本発明による技術を用いた空気調和機20を示すブロック図である。空気調和機20は、互いに通信接続された室外機40と室内機50を備えている。
室外機40は、図示しない交流電源が接続される入力端1と入力端2に接続された整流器4と、整流器4の出力側に接続されたコンバータ5と、コンバータ5の出力端に接続されるインバータ6と、インバータ6の出力端に接続された圧縮機のモータ7と、室内機50からの指示により室外機40全体を制御する室外機制御部9と、インバータ6を駆動する駆動信号を出力する駆動回路8を備えている。なお、整流器4とコンバータ5で直流電源部12を構成している。また、モータ7は図示しないU相、V相、W相の巻線を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing an
The
さらに室外機制御部9は、モータ7の各巻線に発生する誘起電圧に基づいてモータ7の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部11と、室外機制御部9から指示された回転数指令値に従ってモータ7を駆動するスイッチング信号であるPWM信号を生成して駆動回路8へ出力し120度通電方式でモータ7を制御するインバータ制御部3と、モータ7の回転位置信号とスイッチング信号が入力され、2種類のキャリア周波数を切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示部30(キャリア周波数切替指示手段)と、入力された周波数切替信号に従って2種類のキャリア周波数のうちいずれか一方の周波数のキャリア信号を発生させてインバータ制御部3へ出力するキャリア信号発生部10を備えている。
Further, the
インバータ制御部3は、室外機制御部9から回転数指令値が入力され、この回転数指令値で指示された回転数でモータ7を回転させるようにスイッチング信号を生成する。インバータ制御部3は、入力された回転位置信号に基づいてモータ7の各巻線の通電相を電気角の60度毎に切り替えるように制御している。また、インバータ制御部3は、キャリア信号がキャリア信号発生部10から入力されており、このキャリア信号を用いてモータ7の回転数が指示された回転数を維持できるようにスイッチング信号のデューティーを決定して出力する。
そして、キャリア信号発生部10は、キャリア周波数切替指示部30が出力する周波数切替信号が入力され、この周波数切替信号がハイレベルの時に4kHz、ローレベルの時に2kHzの周波数のキャリア信号を出力する。
なお、スイッチング信号のデューティーとは、スイッチング信号のハイレベル期間とローレベル期間の比を意味するものであり、スイッチング信号のオンデューティー時間とはスイッチング信号のハイレベル期間の時間を意味している。そして、このハイレベル期間にインバータ6内の図示しないスイッチング素子がオンとなる。
The
The carrier
The duty of the switching signal means the ratio between the high level period and the low level period of the switching signal, and the on-duty time of the switching signal means the time of the high level period of the switching signal. Then, a switching element (not shown) in the
図2はキャリア周波数切替指示部30の内部を示すブロック図である。
キャリア周波数切替指示部30は、回転数検出部31(回転数検出手段)と、オンデューティー時間閾値抽出部32(オンデューティー時間閾値抽出手段)と、比較部33(比較手段)と、オンデューティ時間算出部34(オンデューティ時間算出手段)を備えている。キャリア周波数切替指示部30は、回転位置信号が入力されており、この回転位置信号は回転数検出部31に入力されている。回転数検出部31はモータ7が1回転する時間を計測し、1秒をこの計測した時間で除算することで1秒間の回転数(単位:rps)を算出する。
FIG. 2 is a block diagram showing the inside of the carrier frequency switching
The carrier frequency switching
この算出した1秒間の回転数はオンデューティー時間閾値抽出部32に入力されており、入力された回転数においてキャリア周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えても回転数位置検出部11で回転位置信号を出力可能な最短のオンデューティ時間であるオンデューティー時間閾値をオンデューティー時間閾値抽出部32内に記憶されている閾値テーブルから抽出する。なお、この抽出されたオンデューティー時間閾値は比較部33に入力されている。
The calculated number of rotations per second is input to the on-duty time threshold
次に回転位置検出部11で検出可能な誘起電圧を発生させる最小のオンデューティ時間であるオンデューティー時間閾値(単位:μS)を格納した閾値テーブルについて説明する。
この閾値テーブルの内容は例えば回転数(単位:rps)が4、5、6、7、8、9、10、11・・・に対応してオンデューティー時間閾値は、52、48、39、30、28、26、24、22・・・のように回転数が高いほどオンデューティー時間閾値が小さくなるように予め決定されている。
Next, a threshold table storing an on-duty time threshold (unit: μS) that is a minimum on-duty time for generating an induced voltage that can be detected by the rotational
The contents of this threshold table correspond to, for example, the number of revolutions (unit: rps) 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. .., 28, 26, 24, 22..., 28, 26, 24, 22..., 28, 26, 24, 22.
次にオンデューティー時間閾値抽出部32で使用する閾値テーブルのオンデューティー時間閾値を予め実験で求める方法を説明する。
まず、最初に空調負荷が最も重い状態でモータ7の起動を開始し、モータ7の位置検出が可能になったらスイッチング信号のオンデューティ時間を19μSから徐々に増加する起動運転において、強制的にキャリア周波数を2kHzから4kHzに切り替えて、位置検出が可能で、かつ、正常に動作を継続できる最低のオンデューティ時間とその時の回転数を記録する。
Next, a method for obtaining in advance an on-duty time threshold value in the threshold table used by the on-duty time threshold
First, start-up of the motor 7 is started with the heaviest air-conditioning load. When the position of the motor 7 can be detected, the carrier is forcibly set in the start-up operation in which the on-duty time of the switching signal is gradually increased from 19 μS. By switching the frequency from 2 kHz to 4 kHz, the minimum on-duty time during which the position can be detected and the operation can be continued normally and the number of rotations at that time are recorded.
次に空調負荷が最も軽い状態でモータ7の起動を開始し、モータ7の位置検出が可能になったらスイッチング信号のオンデューティ時間を19μSから徐々に増加する起動運転において、強制的にキャリア周波数を2kHzから4kHzに切り替えて、位置検出が可能で、かつ、正常に動作を継続できる最低のオンデューティ時間とその時の回転数を記録する。 Next, the start of the motor 7 is started in the state where the air conditioning load is lightest. When the position of the motor 7 can be detected, the carrier frequency is forcibly set in the start-up operation in which the on-duty time of the switching signal is gradually increased from 19 μS. By switching from 2 kHz to 4 kHz, the minimum on-duty time during which position detection is possible and operation can be continued normally and the number of rotations at that time are recorded.
そして空調負荷が最大と最低の中央の状態でモータ7の起動を開始し、モータ7の位置検出が可能になったらスイッチング信号のオンデューティ時間を19μSから徐々に増加する起動運転において、強制的にキャリア周波数を2kHzから4kHzに切り替えて、位置検出が可能で、かつ、正常に動作を継続できる最低のオンデューティ時間とその時の回転数を記録する。 Then, starting the motor 7 with the air conditioning load at the center between the maximum and minimum, and when the position of the motor 7 can be detected, the start-up operation forcibly increases the on-duty time of the switching signal from 19 μS. By switching the carrier frequency from 2 kHz to 4 kHz, the minimum on-duty time during which position detection is possible and operation can be continued normally and the number of rotations at that time are recorded.
このようにして、負荷の大きさ毎に記録した回転数とオンデューティ時間、つまり、記録した回転数とオンデューティー時間閾値をテーブル化する。さらに精度を向上させるために、負荷の大きさを細分化してオンデューティー時間閾値とその時の回転数を細かく求めてテーブルに反映させてもよい。 In this way, the recorded rotational speed and on-duty time for each load size, that is, the recorded rotational speed and on-duty time threshold are tabulated. In order to further improve accuracy, the magnitude of the load may be subdivided, and the on-duty time threshold value and the number of rotations at that time may be obtained in detail and reflected in the table.
前述したようにオンデューティー時間閾値抽出部32は、回転数が高いほどオンデューティー時間閾値が小さくなる閾値テーブルを用いている。これは、回転数が高いほどモータ7の巻線の誘起電圧が高くなって、スイッチング信号のオンデューティ時間が短くても回転位置検出部11で確実に回転位置を検出可能となるためである。逆に回転数が低いほどモータ7の巻線の誘起電圧が低くなって、回転位置検出部11で回転位置を確実に検出することが困難になるため、検出を確実にするために長いオンデューティ時間が必要となることに対応している。
As described above, the on-duty time threshold
一方、オンデューティ時間算出部34は、インバータ6内のスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング信号のいずれか1つのスイッチング信号が入力されている。そしてオンデューティ時間算出部34は、この入力されたスイッチング信号の立ち上がりから立ち下がりまでの時間を検出してオンデューティ時間として比較部33へ出力する。
On the other hand, the on-duty
以上説明したようにオンデューティー時間閾値抽出部32は刻々と入力される回転数に対応するオンデューティー時間閾値を常に抽出して比較部33へ出力している。そして、比較部33は、オンデューティ時間算出部34が出力するオンデューティ時間と算出されたオンデューティー時間閾値が入力されており、常にオンデューティ時間とオンデューティー時間閾値を比較し、オンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上となった時、周波数切替信号をハイレベルにする。比較部33はオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値未満の時には周波数切替信号をローレベルにする。
As described above, the on-duty time threshold
ただし、オンデューティー時間閾値抽出部32は、モータの起動開始から1回だけ周波数切替信号をハイレベルにするため、キャリア周波数を切り替えることによりオンデューティ時間が短くなってオンデューティー時間閾値未満となっても周波数切替信号をローレベルにすることはない。そして、オンデューティー時間閾値抽出部32は次回のモータ7の起動時には周波数切替信号を最初にローレベルにしてから処理を開始する。
However, since the on-duty time threshold
このように、キャリア周波数切替指示部30は、回転数とこれに対応するオンデューティー時間閾値の組み合わせを各回転数毎に複数備えており、このいずれか一つの組み合わせでオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上となった場合、周波数切替信号をハイレベルにするようになっている。キャリア周波数切替指示部30は、この回転数とこれに対応するオンデューティー時間閾値の複数の組み合わせを備えた方が最適な周波数切替を判断することができるが、簡易的には回転数とこれに対応するオンデューティー時間閾値の1つの組み合わせを備えていてもよい。
Thus, the carrier frequency switching
このようにインバータ制御部3は、回転数が低くて4kHzのキャリア周波数では回転位置検出部11で回転位置を確実に検出することが困難な期間は、2kHzのキャリア周波数を用いてPWM信号を生成し、回転数が高くて4kHzのキャリア周波数でも回転位置検出部11で回転位置を確実に検出することが可能な期間となったら、周波数を切り替えて4kHzのキャリア周波数を用いてPWM信号を生成する。
In this way, the
図3は本発明によるモータ7の起動開始の回転制御を説明する説明図である。
図3の横軸は時間を示しており、縦軸の図3(1)はスイッチング信号のオンデューティー時間(単位:μS)を、図3(2)はモータ7の回転数(単位:rps)を、図3(3)は周波数切替信号を、図3(4)はモータ7の回転を制御する方式の対象期間をそれぞれ示している。なお、t10〜t14は時刻である。そして、図3の実線はモータ7の回転数の上昇速度が速い(負荷が軽い)場合を示し、破線はモータ7の回転数の上昇速度が遅い(負荷が重い)場合を示している。なお点線は、閾値テーブルのオンデューティー時間閾値をグラフ化したものである。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the rotation control for starting the motor 7 according to the present invention.
The horizontal axis of FIG. 3 represents time, FIG. 3 (1) of the vertical axis represents the on-duty time (unit: μS) of the switching signal, and FIG. 3 (2) represents the number of rotations of the motor 7 (unit: rps). 3 (3) shows the frequency switching signal, and FIG. 3 (4) shows the target period of the method for controlling the rotation of the motor 7. Note that t10 to t14 are times. The solid line in FIG. 3 shows the case where the speed of increase of the rotational speed of the motor 7 is fast (the load is light), and the broken line shows the case where the speed of increase of the rotational speed of the motor 7 is slow (the load is heavy). The dotted line is a graph of the on-duty time threshold value in the threshold value table.
図3において、室外機制御部9から回転数指令値が入力されるとインバータ制御部3は、図3(1)に示すようにモータ7が完全に停止しているt10からスイッチング信号のオンデューティ時間を19μS固定として、図3(2)に示すようにオープンループ方式の制御によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばt11で回転位置信号によってモータ7の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、インバータ制御部3はこの制御に切り替えた後、スイッチング信号のオンデューティ時間を増加させながら同時に回転数も上昇させる。
In FIG. 3, when the rotation speed command value is input from the outdoor
インバータ制御部3は指示された回転数指令値が入力された時、できるだけ早くこの回転数に達するようにインバータ6を制御する。このため、インバータ制御部3はスイッチング信号のオンデューティ時間が短くても遅れ位相とならない(負荷が軽い)場合、モータ7の各巻線の通電相を切り替えるタイミングを徐々に早くするため回転数の上昇速度も早くなる。逆にインバータ制御部3は遅れ位相となる(負荷が重い)場合、スイッチング信号のオンデューティを長くし、また、モータ7の各巻線の通電相を切り替えるタイミングを遅くするため回転数の上昇速度が遅くなる。
When the instructed rotation speed command value is input, the
図3(3)に示すように、モータ7の起動を開始したt10の時点ではキャリア周波数切替指示部30は周波数切替信号をローレベル(キャリア周波数は2kHz)で出力している。そして、インバータ制御部3はt11で回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替えると、スイッチング信号のオンデューティ時間を増加させながら回転数を上昇させる。
As shown in FIG. 3 (3), the carrier frequency switching
そして、回転数の上昇速度が遅い場合、t12で回転数が5rpsの時、オンデューティ時間は48μSまで増加している。キャリア周波数切替指示部30のオンデューティー時間閾値抽出部32は回転数が5rpsであるため閾値テーブルを参照して48μSのオンデューティー時間閾値を抽出する。比較部33はオンデューティ時間算出部34から出力されるオンデューティ時間の48μSと、48μSのオンデューティー時間閾値を比較してオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上であるため周波数切替信号をハイレベル、つまりキャリア周波数を4kHzに指示する。
When the speed of increase in the rotational speed is low, the on-duty time increases to 48 μS when the rotational speed is 5 rps at t12. The on-duty time threshold
このハイレベルの周波数切替信号はキャリア周波数切替指示部30からキャリア信号発生部10へ入力され、キャリア信号発生部10は2kHzのキャリア信号から4kHzのキャリア信号へ切り替えてインバータ制御部3へ出力する。そして、インバータ制御部3は4kHzのキャリア信号が入力されたため、結果的にオンデューティ時間が48μSから半分の24μSとなったスイッチング信号を出力し、さらに回転数とオンデューティ時間を増加させる。
The high-level frequency switching signal is input from the carrier frequency switching
一方、インバータ制御部3は、回転数の上昇速度が速い場合もt11から回転数とスイッチング信号のオンデューティ時間を増加させる。回転数の上昇速度が速い場合、キャリア周波数切替指示部30は、例えばt13で回転数が7.5rpsの場合でもこの時のオンデューティー時間閾値である36μSよりもオンデューティ時間が小さいため、周波数切替信号をローレベル、つまりにキャリア周波数を2kHzに指示したままである。
On the other hand, the
そしてキャリア周波数切替指示部30はt14で回転数が10rpsの時、インバータ制御部3から出力されるオンデューティ時間の24μSと、オンデューティ時間算出部34から出力される24μSのオンデューティー時間閾値を比較してオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上であるため周波数切替信号をハイレベル、つまりキャリア周波数を4kHzに指示する。
The carrier frequency switching instructing
このハイレベルの周波数切替信号はキャリア周波数切替指示部30からキャリア信号発生部10へ入力され、キャリア信号発生部10は2kHzのキャリア信号から4kHzのキャリア信号へ切り替えてインバータ制御部3へ出力する。そして、インバータ制御部3は4kHzのキャリア信号が入力されたため、結果的にオンデューティ時間が24μSから半分の12μSとなったスイッチング信号を出力し、さらに回転数とオンデューティ時間を増加させる。
The high-level frequency switching signal is input from the carrier frequency switching
以上説明したように、キャリア周波数切替指示部30は、回転数が予め定めたモータ7の回転数よりも大きく、かつ、入力されたスイッチング信号から算出したオンデューティ時間が予め定めたオンデューティー時間閾値よりも大きい時、周波数切替信号を出力して2kHzと4kHzの2つのキャリア周波数のうち低い周波数のキャリア信号から高い周波数のキャリア信号に切り替える指示を出力するため、キャリア周波数を切り替えてPWM制御されるインバータ6により駆動されるモータ7の起動時に、脱調を防止しつつ、2kHzの低いキャリア周波数を用いたキャリア信号によりPWM制御した時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることができる。
As described above, the carrier frequency switching
また、予め定めたモータの回転数が低いほどオンデューティー時間閾値が大きくなるように閾値テーブルを構成しているため、騒音の発生期間を短縮するために最適なタイミングで周波数切替信号を出力することができる。 In addition, since the threshold table is configured so that the on-duty time threshold value increases as the rotational speed of the predetermined motor decreases, the frequency switching signal can be output at an optimal timing to shorten the noise generation period. Can do.
なお、本実施例ではキャリア周波数切替指示部30をハードウェアとして説明しているが、これに限るものでなく、ソフトウェアで実現してもよい。
In the present embodiment, the carrier frequency switching
1 入力端
2 入力端
3 インバータ制御部
4 整流器
5 コンバータ
6 インバータ
7 インバータ
7 モータ
8 駆動回路
9 室外機制御部
10 キャリア信号発生部
11 回転位置検出部
11a、11b、11c、11d 抵抗
11e 基準電圧源
11f コンパレータ
11g 積分回路
12 直流電源部
20 空気調和機
30 キャリア周波数切替指示部(キャリア周波数切替指示手段)
31 回転数検出部(回転数検出手段)
32 オンデューティー時間閾値抽出部(オンデューティー時間閾値抽出手段)
33 比較部(比較手段)
34 オンデューティ時間算出部(オンデューティ時間算出手段)
40 室外機
50 室内機
DESCRIPTION OF
31 Rotational speed detection unit (rotational speed detection means)
32 On-duty time threshold extraction unit (on-duty time threshold extraction means)
33 Comparison part (comparison means)
34 On-duty time calculation unit (on-duty time calculation means)
40
Claims (2)
前記キャリア周波数切替指示手段は、前記回転位置信号と前記スイッチング信号とが入力され、入力された前記回転位置信号から回転数を算出し、同回転数が予め定めた前記モータの回転数よりも大きく、かつ、入力された前記スイッチング信号から算出したオンデューティ時間が予め定めたオンデューティー時間閾値よりも大きくなった時、前記キャリア信号発生手段が出力する前記キャリア信号のキャリア周波数より高いキャリア周波数の前記キャリア信号を出力させる前記周波数切替信号を出力することを特徴とする空気調和機。 An input terminal to which an AC power supply is connected, a DC power supply unit connected to the input terminal, an inverter connected to an output terminal of the DC power supply unit, a motor connected to the output terminal of the inverter, and the motor A rotational position detector that detects the rotational position of the motor and outputs a rotational position signal; and generates and outputs a switching signal for driving the inverter according to the instructed rotational speed command value by PWM control, and the motor is energized 120 degrees. Control means for controlling in a system, carrier frequency switching instruction means for outputting a frequency switching signal for switching the carrier frequency of the carrier signal for generating the switching signal based on the number of rotations of the motor, and the input frequency switching Carrier signal generating means for generating the carrier signal having a carrier frequency corresponding to the signal and outputting the carrier signal to the control means is provided. A gas-conditioner,
The carrier frequency switching instruction means receives the rotational position signal and the switching signal, calculates a rotational speed from the input rotational position signal, and the rotational speed is greater than a predetermined rotational speed of the motor. And, when the on-duty time calculated from the input switching signal becomes larger than a predetermined on-duty time threshold, the carrier frequency higher than the carrier frequency of the carrier signal output by the carrier signal generating means An air conditioner that outputs the frequency switching signal for outputting a carrier signal.
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