JP6614825B2 - 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置 - Google Patents

電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6614825B2
JP6614825B2 JP2015130567A JP2015130567A JP6614825B2 JP 6614825 B2 JP6614825 B2 JP 6614825B2 JP 2015130567 A JP2015130567 A JP 2015130567A JP 2015130567 A JP2015130567 A JP 2015130567A JP 6614825 B2 JP6614825 B2 JP 6614825B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
current
phase
axis
inverter circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015130567A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017017817A (ja
Inventor
東昇 李
保夫 能登原
裕二 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Original Assignee
Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc filed Critical Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority to JP2015130567A priority Critical patent/JP6614825B2/ja
Priority to CN201680037935.4A priority patent/CN107852120B/zh
Priority to PCT/IB2016/053077 priority patent/WO2017001952A1/ja
Priority to US15/740,152 priority patent/US10651774B2/en
Publication of JP2017017817A publication Critical patent/JP2017017817A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6614825B2 publication Critical patent/JP6614825B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/045Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation

Description

本発明は、電力変換装置およびモータ駆動装置、これを備えた冷凍装置に関する。特に、直流電圧を交流電圧に変換するインバータを用いてモータを駆動するモータ駆動装置において、直流電圧の電圧リップルの影響によって発生する低周波の電流ビートを抑制し、モータのトルクリップルや振動・騒音を低減する技術に関する。
交流電源による交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータから構成されるモータ駆動装置がエアコンなどの冷凍機器や産業装置において広く普及している。
単相または3相の交流電圧をダイオード整流回路により直流電圧に変換した場合、直流電圧には整流回路に入力される交流電圧の周波数(fs)に対して、2倍または6倍の周波数成分を持つ電圧リップルが発生する。この電圧リップルは、整流回路の出力側に接続する平滑コンデンサ容量を大きくすれば低減できるが、コストと体積が増加してしまう課題がある。
直流電圧に電圧リップルが存在する場合、直流電圧の検出遅延とインバータ制御器の演算遅延などの影響で、インバータの出力電圧には、インバータの出力周波数(f1)成分の他に、直流電圧リップル周波数(fr)成分とインバータの出力周波数成分との「差の周波数成分」(|fr−f1|)が含まれることになる。
インバータの出力周波数と直流電圧リップル周波数が接近すると、インバータにより駆動するモータの巻線の抵抗値やインダクタンスが小さい場合、前記の「差の周波数成分」によって、大きな脈動電流が発生し、モータの出力トルクが脈動するビート現象が発生する。特に,インバータの過変調領域においては、出力電圧の幅を調整できない区間が存在するため、このビート現象が顕著になる。
このビート現象の抑制方式について、例えば、特許文献1(特開2004−104898号公報)には、回転座標系のγ−δ軸電流の高周波成分を検出して、3相の相電流ビート成分を演算し、この演算値を増幅して、3相の電圧指令値を修正する方法が開示されている。
また、特許文献2(特開2008−167568号公報)には、モータ電流の検出値を正弦(sin)信号と余弦(cos)信号の乗算などの処理でインバータの出力電圧値を補正して、電流ビートを抑制する手段が開示されている。
更に、特許文献3(特開2015−42010号公報)には、インバータの各相出力電圧を周期積分処理により低周波の脈動成分を検出して、各相電圧指令を補正する方法が開示されている。
特開2004−104898号公報 特開2008−167568号公報 特開2015−42010号公報
上記特許文献1(特開2004−104898号)に記載の方法は、ハイパス・フィルタもしくはローパス・フィルタを用いて、モータ電流の検出信号から電流ビート成分を抽出し、増幅器でビート補償電圧を算出するような簡単な制御構成であるが、電流検出信号にノイズや歪みがある場合、補償電圧にも同様なノイズや歪みが現れ、制御系が不安定になる恐れがある。特に、負荷急変など起因のモータ電流急変に対して、制御の誤動作が発生する可能性がある。また、この方法には、増幅器のゲインが無限大ではない限り、原理的に電流ビート成分が残る欠点がある。
一方、特許文献2(特開2008−167568号公報)に記載の方法は、ハイパス・フィルタもしくはローパス・フィルタの代わりに、正弦(sin)信号と余弦(cos)信号の乗算など処理でモータ電流の検出信号から補償電圧を算出し、インバータの電圧指令値を補正して、電流ビートを抑制するものである。この方法では、正弦(sin)信号と余弦(cos)信号の乗算により、ビート補償電圧にビート周波数成分のみ残るため、制御の安定性が高いが、過変調時にインバータの出力電圧が飽和になるため補正効果が低下する欠点がある。つまり、インバータの出力電圧指令に補償成分を加算するが、過変調の場合、出力電圧が飽和状態となり、これ以上の電圧が出力できなくなるため、補正量を加算した出力電圧が出なくなる。
また、特許文献3(特開2015−42010号公報)には、インバータの出力電圧の脈動成分を電圧検出回路で直接に検出して、ビート補償電圧を算出する手段を開示されているが、高精度の電圧検出回路が必要になる。
そこで、本発明は、PLL(Phase−Locked Loop)処理を用いて、バイパス・フィルタや電圧検出回路等の追加構成を不要としながら、過変調時にも有効な電流ビートの抑制を実現できる電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、該整流回路の出力である直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、該平滑コンデンサの出力である直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備え、前記インバータ回路の出力電流における電流ビート成分の位相をPLL(Phase Locked Loop)処理により算出するとともに、前記電流ビート成分の固定/回転座標変換に基づくdb軸電流分量およびqb軸電流分量のうち、前記db軸電流分量を約0にしたときの前記qb軸電流分量を前記電流ビート成分の振幅として算出し、前記位相および前記振幅に基づき前記インバータ回路への電圧指令を補正する制部を備える電力変換装置またはモータ駆動装置、冷凍装置であることを特徴とする。
本発明によれば、バイパス・フィルタや電圧検出回路等の追加構成を不要としながら、過変調時にも有効な電流ビートの抑制を実現できる電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置を提供することができる。
本発明の実施例1のモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置の制御部の機能ブロック構成図である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置の制御軸、モータ回転軸である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置のビート抑制制御器の構成図である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置のPLL制御器の構成図である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置の電流と電圧波形である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置の電流と電圧波形である。 本発明の実施例1のモータ駆動装置のビート抑制効果を示す電流と電圧波形である。 本発明の実施例2のモータ駆動モジュールの外観図である。 本発明の実施例3の冷凍機器の構成図である。
以下、本発明の実施例1について説明する。
(全体構成)
図1は実施例1のモータ駆動装置の全体構成を示す図である。本実施例のモータ駆動装置は、交流電源1に接続され、交流電源1からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路2を備える。平滑コンデンサ3は整流回路2の直流出力端子に接続され、整流回路2の出力である直流電圧を平滑する。インバータ回路4は平滑コンデンサ3の出力である直流電圧と制御器からのPWM制御信号から電圧を出力し、モータ5の回転数を可変駆動する。
母線電流検出器(シャント抵抗と増幅器)7は平滑コンデンサ3とインバータ回路4の間に設けられたシャント抵抗により、インバータ回路4の直流電流(母線電流)を検出する。またインバータ回路4を制御する制御器6と、直流電圧検出回路8と、を備えてモータ駆動装置が構成されている。なお、制御器6はマイクロコンピュータもしくはDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等の半導体演算素子を用いている。
(制御器構成)
図2はインバータ回路4の制御器6の構成を示す図であり、各機能はCPU(コンピュータ)及び記憶プログラムにより実現される。制御器6は、ベクトル制御により、モータ5に印加する電圧指令信号を演算し、インバータ回路4のPWM制御信号を生成するものであり、速度制御器10と、d軸電流指令発生器11と、電圧制御器12と、2軸/3相変換器13と、指令電圧調整器14と、速度&位相推定器15と、3相/2軸変換器16と、電流再現演算器17と、PWM制御器18と、ビート抑制制御器19を備える。
電流再現演算器17は、母線電流検出器7から出力される検出信号(Ish)と、三相電圧指令値(Vu*’,Vv*’,Vw*’)を用いてインバータ回路4の出力電流Iu、Iv、Iwを再現する。ここで、回路コストを低減するために、母線電流から三相電流を再現する方式を採用しているが、電流センサなど手段を用いて三相の出力電流を直接に検出しても良い。
図3は本実施例のモータ駆動装置の制御軸、モータ回転軸を示す図であり、dc−qc軸は制御系の推定軸、d−q軸はモータ回転子軸であり、d−q軸とdc−qc軸との軸誤差をΔθcと定義する。そして3相/2軸変換器16は、再現された三相の出力電流Iu、Iv、Iwと、速度&位相推定器15により推定された位相情報(θdc)に基づいて、dc軸電流(Idc)とqc軸電流(Iqc)とを次式に基づいて演算する。
Figure 0006614825
速度制御器10は、外部からの速度指令値(f*)に従って、速度指令値(f*)と推定速度(f1)との差分よりq軸電流指令値(iqc*)を作成する。また、モータ電流を最小化するためにd軸電流指令発生器からd軸電流指令値(idc*)を発生する。
電圧制御器12では、d軸電流指令発生器11から与えられる電流指令値Idc*と、速度制御器10から与えられる電流指令値Iqc*と、dc軸電流検出値Idcと、qc軸電流検出値Iqcと、モータ定数を用いて、dc軸電圧指令値Vdc*、qc軸電圧指令値Vqc*を演算する。
算出したdc-qc軸の指令電圧(Vdc*、 Vqc*)と速度&位相推定器15からの位相情報(θdc)を用いて、2軸/3相変換器13により三相指令電圧(Vu*、 Vv*、 Vw*)を算出する。
Figure 0006614825
速度&位相推定器15内の処理は、特許文献2に開示されているものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。この制御によって、モータ5の回転子位置センサが無くても良いので、駆動システム全体のコスト低減が可能である。もちろん、エンコーダなど回転子位置センサを採用して常に回転子の位置情報を検出しても良い。
ビート抑制制御器19からの演算量(Vub*、Vvb*、Vwb*)を用いて、三相指令電圧(Vu*、 Vv*、 Vw*)を補正してPWM制御器18に入力する。ビート抑制制御器19の演算方法の詳細説明は、後述する。
最後に、直流電圧検出回路8からの直流電圧信号(Ed)を用いて、PWM制御器18で変調率を算出してインバータ回路4のPWM(Pulse width modulation)制御信号を作成する。インバータ回路4の半導体スイッチング素子(IGBTやパワーMOSなど)が前記PWM制御信号に従ってオン・オフ動作し、各相の出力端子から、パルス状の電圧(振幅値が直流電圧、幅がPWM信号によって変化)を出力する。
図4は、ビート抑制制御器19の詳細な構成を説明する図である。最初に、2軸/3相変換器20を用いて、dc−qc軸の電流指令(Idc*とIqc*)を三相電流指令(Iu*、Iv*、Iw*)に変換する。
Figure 0006614825
検出された三相電流信号(Iu、Iv、Iw)と三相電流指令との差分演算で各相の電流ビート成分(Iub、Ivb、Iwb)を算出する。
Figure 0006614825
次に、3相/2軸変換器21を用いて、ビート回転軸(db−qb軸)での電流分量(Idb、Iqb)を算出する。ここで、ビート回転軸(db−qb軸)が前記制御軸(dc−qc軸)及びモータ軸(d−q軸)と無関係の座標系と定義され、その軸位相(θb)はPLL処理器22で調整される。
Figure 0006614825
PLL処理器22の詳細構成は図5に示す。前記ビート回転軸のdb軸電流分量(Idb)をPI制御器25に入力してビート周波数の調整量(Δfb)を算出する。この調整量(Δfb)と、推定速度(f1)もしくは速度指令(f*)と事前に設定した直流電圧リップル周波数(fr0)との差分で算出されたビート周波数の理論値(fb0)と合わせてビート周波数(fb)を得て、積分器26を用いてビート回転軸の位相(θb)を算出する。
ここで、直流電圧リップル周波数(fr0)は、電源周波数(50/60Hz)と交流相数に従って、事前に設定したものである。電源周波数が事前に分からない場合、PLL処理器22で周波数の設定誤差を補正できるため、直流電圧リップル周波数(fr0)を2種類の電源周波数の中間値(55Hz)に対応するように設定しても良い。そうすれば、製品出荷や設置時に、電源周波数の調整作業が不要になる。また、PLL処理器22での周波数誤差から、直流電圧のリップル周波数を推定して交流電源周波数を検知することもできる。
PLL処理器22の調整により、ビート回転軸のdb軸電流分量(Idb)が約0になれば、ビート回転軸のqb軸電流分量(Iqb)は、電流ビートの大きさ(振幅値)に相当する。また、qb軸電流分量(Iqb)の大きさと所定値との比較により、電流ビート現象の発生を判定することができる。そこで、電流ビートを抑制するように、ビート回転軸のqb軸電流分量(Iqb)と0との差分をPI制御器23で処理して、電圧補正量(Vqb*)を算出する。
なお、ここではPI制御器を用いて比例積分制御により電圧補正量(Vqb*)を算出したが、このPI制御器の代わりに比例制御器または積分制御器の何れかの制御器により算出するようにしてもよい。PI制御器もしくは積分制御器を利用すれば、理論上で定常状態の電流ビートを完全になくすことが可能になる。
最後に、2軸/3相変換器24を用いて、電圧補正量のdb軸分量(Vdb*=0)と電圧補正量のqb軸分量(Vqb*)及びビート回転軸の位相(θb)から三相の電圧補正量(Vub*、Vvb*、Vwb*)を算出する。ここで、電圧補正量のdb軸分量(Vdb*)を0に設定する理由は、db軸電流分量(Idb)が約0であり、ビート周波数が低いためビート成分に対してモータの巻線抵抗の影響が主な要素なので、電圧と電流の関係がほぼ線形関係であるためである。
Figure 0006614825
続いて、電圧補正量(Vub*、Vvb*、Vwb*)により電流ビートを抑制する原理を説明する。
図6には、ビート抑制制御が無い(電圧補正量(Vub*、Vvb*、Vwb*)が0である)ときに、PWM制御器18でのU相変調波30(Mu=Vu*’/(Ed/2))とキャリア波31、直流電圧32、及びU相の出力電圧33と電流34の波形を示す。U相変調波30と三角波のキャリア波31との比較によりU相のPWMパルスを発生し、U相の出力電圧33を制御する。ここで、分かりやすいため、U相の出力電圧33はU相出力端子と直流電圧の仮想中性点との間の電圧波形である。
図6の直流電圧が高い区間(例えば時間軸の1.298s前後)において、U相の出力電圧33の絶対値が大きく、逆に直流電圧が低い区間(例えば時間軸の1.296s前後)において、U相の出力電圧33の絶対値が小さくなる。言い換えると、直流電圧の変動がU相の出力電圧33の大きさにも同様に現れる。
図6に示すように、U相変調波30がキャリア波の正のピーク値より高い区間もしくはU相変調波30がキャリア波の負のピーク値より低い区間において、U相の出力電圧33のパルス幅の調整が出来なくなる。故に、直流電圧の脈動周波数が出力電圧の周波数と近くになると、U相の出力電圧33の正の電圧出力区間と直流電圧の高い区間及びU相の出力電圧33の負の電圧出力区間と直流電圧の低い区間と同期であれば、U相の出力電圧に正の平均成分が現れる。その影響で、U相の出力電流34にも正の平均成分が現れる。逆に、U相の出力電圧33の正の電圧出力区間と直流電圧の低い区間及びU相の出力電圧33の負の電圧出力区間と直流電圧の高い区間と同期であれば、U相の出力電圧に負の平均成分が現れる。その影響で、U相の出力電流34にも負の平均成分が現れる。
図7は、電圧補正量(Vub*、Vvb*、Vwb*)によりビート抑制の効果を示す波形である。図7のU相変調波30は、電圧補正量(Vub*、Vvb*、Vwb*)を加算した後の変調波である。電圧補正量(Vub*、Vvb*、Vwb*)の補正により、変調波にバイアス分量が重畳される。
例えば、図7に示すように、U相の電圧補正量(Vub*)が負の場合、U相変調波30が負方向にシフトされ、U相の出力電圧33の正の出力電圧の幅が狭く、負の出力電圧の幅が広くなる。その結果、直流電圧32が高い区間(例えば時間軸の1.972s前後)において、U相の出力電圧33の正の出力電圧の幅が狭くなる。逆に、直流電圧32が低い区間(例えば時間軸の1.977s前後)において、U相の出力電圧33の負の出力電圧の幅が広くなる。これにより、U相の出力電圧の平均成分が、電圧補正量(Vub*)により調整(補償)されて、電流ビートを抑制できる。
図8は、上述した電圧補正の効果を示す波形であり、U相出力電流40と、U相電流ビート成分(Iub)41と、ビート回転軸の位相(θb)42と、電圧補正量(Vqb*)と、U相の電圧補正量(Vub*)の波形を示す。時間軸の0.4sから、本実施例の電圧補正量の加算により、電流ビート成分が大幅に抑制されたことを確認できる。
図9は、本発明の第2実施例のモータ駆動モジュール100の外観図であり、最終製品の一形態を示す。
モジュール100は、制御部基板101に半導体素子102が搭載されたモータ駆動装置用のモジュールであり、制御部基板101は、図1に記載の母線電流検出回路7、直流電圧検出器8、制御器6などが直接実装され、インバータ回路4が1チップ化された半導体素子102として実装されている。モジュール化によって、小型化が達成され、コストの低減が図れる。
なお、モジュールとは「規格化された構成単位」という意味であり、分離可能なハードウエア/ソフトウエアの部品から構成されているものである。また、製造上、同一基板上で構成されていることが好ましいが、同一基板に限定はされない。これより、同一筐体に内蔵された複数の回路基板上に構成されてもよい。
本実施形態によれば、第1の実施例のモータ駆動装置を使用することにより、小容量の平滑コンデンサを使用するときに直流電圧の電圧リップルがあっても、モータ電流の低周波脈動(ビート)を抑制し、高い駆動性能を確保できる。また、平滑コンデンサの容量低減により、電解コンデンサの代わりに、小容量・長寿命のフィルムコンデンサの使用が可能である。
図10は、本発明の第3実施例の空気調和機や冷凍機などの冷凍機器の構成図を示す。冷凍機器200は、空気温度を調和する装置であり、室外機と室内機とが冷媒配管206により接続されて構成される。ここで室外機は冷媒と空気の熱交換を行う室外熱交換器202と、この室外熱交換器202に空気を送風する室外ファン204と、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機205を備える。
また、圧縮機205は内部に永久磁石同期モータを備えた圧縮機用モータ208を有し、モータ駆動装置207により圧縮機用モータ208を駆動することで圧縮機が駆動される。モータ駆動装置207は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して、モータ駆動用インバータに提供し、モータを駆動する。
圧縮機205は詳細な図示構造はないが、ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等が採用され、内部に圧縮機構部を備えており、この圧縮機構部は圧縮機用モータ208により駆動される。
圧縮機構部はスクロール圧縮機であれば、固定スクロールと旋回スクロールとにより構成され、固定スクロールに対して旋回スクロールが旋回運動を行うことで、スクロール間に圧縮室が形成されるものである。
このモータ駆動装置207として実施例1のモータ駆動装置、又は実施例2のモータ駆動用モジュールを使用することにより、直流電圧の電圧リップルがあっても、モータ電流の低周波脈動(ビート)を抑制し、高い制御性能を確保できる。また、モータ電流ビートの抑制により、より高い変調率(過変調)の安定駆動ができるので、インバータの電圧利用率が改善できる。また、冷凍機器として、実施例1のモータ駆動装置、又は実施例2のモータ駆動用モジュールを用いると、製品の振動や騒音の低減ができる。
1 交流電源
2 整流回路
3 平滑コンデンサ
4 インバータ
5 モータ
6 制御器(制御部)
7 電流検出回路
8 直流電圧検出回路
10 速度制御器
11 d軸電流指令発生器
12 電圧制御器
13 2軸/3相変換器
14 指令電圧調整器
15 速度&位相推定器
16 3相/2軸変換器
17 電流再現演算器
18 PWM制御器
19 ビート抑制制御器
20 2軸/3相変換器
21 3相/2軸変換器
22 PLL処理器
23 PI制御器
24 2軸/3相変換器
25 PI制御器
26 積分器
30 U相変調波波形
31 キャリア波
32 直流電圧波形
33 U相電圧波形
34 U相電流波形
40 U相電流波形
41 U相電流ビート波形
42 ビート回転軸位相波形
43 電圧補正量のqb軸分量波形
44 U相電圧補正量波形
100 モジュール
101 基板
102 半導体スイッチング素子(パワーモジュール)
200 冷凍機器
201、202 熱交換器
203、204 ファン
205 圧縮機
206 配管
207 モータ駆動装置
208 圧縮機用モータ

Claims (8)

  1. 交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
    該整流回路の出力である直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
    該平滑コンデンサの出力である直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備えた電力変換装置において、
    前記インバータ回路の出力電流における電流ビート成分の位相をPLL(Phase Locked Loop)処理により算出するとともに、前記電流ビート成分の固定/回転座標変換に基づくdb軸電流分量およびqb軸電流分量のうち、前記db軸電流分量を約0にしたときの前記qb軸電流分量を前記電流ビート成分の振幅として算出し、前記位相および前記振幅に基づき前記インバータ回路への電圧指令を補正する制部を備えることを特徴とする電力変換装置。
  2. 請求項1の電力変換装置において、
    前記制御部は、前記インバータ回路の前記出力電流と前記インバータ回路への電流指令値との差分に基づき前記電流ビート成分を算出することを特徴とする電力変換装置。
  3. 請求項1の電力変換装置において、
    前記制御部は、比例・積分制御器または積分器を用いて、db−qb軸の前記db軸電流分量に基づき、前記電流ビート成分の周波数を算出し、算出した該周波数から積分演算により前記db−qb軸の前記位相を算出することを特徴とする電力変換装置。
  4. 請求項3に記載の電力変換装置において、
    前記制御部は、前記電流ビート成分の前記振幅と、所定値と、の比較に基づいて、ビート現象の発生を判定し、前記ビート現象が発生した場合に前記電圧指令の補正を実行することを特徴とする電力変換装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
    前記制御部は、比例制御器または積分制御器、比例・積分器を用いて、db−qb軸の前記qb軸電流分量と所定値との差分からqb軸の電圧指令の補正量を算出し、回転/固定座標変換を用いて、前記補正量と前記db−qb軸の位相とに基づいて三相の電圧補正量を算出することを特徴とする電力変換装置。
  6. 請求項に記載の電力変換装置を備え、前記インバータ回路の出力電流により、前記インバータ回路に接続されたモータを駆動するモータ駆動装置であって、
    前記制御部は、算出した前記周波数と前記モータの回転数とから前記交流電源の周波数を推定することを特徴とするモータ駆動装置。
  7. 電力変換装置を備えるモータ駆動装置であって、
    前記電力変換装置は、
    交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
    該整流回路の出力である直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
    該平滑コンデンサの出力である直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備えるとともに、
    前記インバータ回路の出力電流における電流ビート成分の位相をPLL(Phase Locked Loop)処理により算出し、前記電流ビート成分の前記位相および振幅に基づき前記インバータ回路への電圧指令を補正する制部を備え
    前記インバータ回路の出力電流により、前記インバータ回路に接続されたモータが駆動され、
    前記制御部は、db−qb軸のdb軸電流分量に基づき、前記電流ビート成分の周波数を算出し、算出した前記周波数と前記モータの回転数とから前記交流電源の周波数を推定することを特徴とするモータ駆動装置。
  8. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    冷媒と空気とで熱交換を行う熱交換器と、
    該熱交換器に空気を流す送風ファンと、を備えた冷凍装置において、
    前記圧縮機に設けられる圧縮機用の前記モータと、
    該圧縮機用の前記モータを駆動する請求項6又は請求項7に記載のモータ駆動装置と、を備えることを特徴とする冷凍装置。
JP2015130567A 2015-06-30 2015-06-30 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置 Active JP6614825B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015130567A JP6614825B2 (ja) 2015-06-30 2015-06-30 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置
CN201680037935.4A CN107852120B (zh) 2015-06-30 2016-05-26 电力转换装置以及电动机驱动装置、制冷装置
PCT/IB2016/053077 WO2017001952A1 (ja) 2015-06-30 2016-05-26 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置
US15/740,152 US10651774B2 (en) 2015-06-30 2016-05-26 Inverter and motor drive device, freezing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015130567A JP6614825B2 (ja) 2015-06-30 2015-06-30 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017017817A JP2017017817A (ja) 2017-01-19
JP6614825B2 true JP6614825B2 (ja) 2019-12-04

Family

ID=57607950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015130567A Active JP6614825B2 (ja) 2015-06-30 2015-06-30 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10651774B2 (ja)
JP (1) JP6614825B2 (ja)
CN (1) CN107852120B (ja)
WO (1) WO2017001952A1 (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017022081A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 三菱電機株式会社 同期電動機制御装置、圧縮機駆動装置および空気調和機
US10770966B2 (en) 2016-04-15 2020-09-08 Emerson Climate Technologies, Inc. Power factor correction circuit and method including dual bridge rectifiers
US10277115B2 (en) 2016-04-15 2019-04-30 Emerson Climate Technologies, Inc. Filtering systems and methods for voltage control
US9933842B2 (en) 2016-04-15 2018-04-03 Emerson Climate Technologies, Inc. Microcontroller architecture for power factor correction converter
US10320322B2 (en) 2016-04-15 2019-06-11 Emerson Climate Technologies, Inc. Switch actuation measurement circuit for voltage converter
US10656026B2 (en) 2016-04-15 2020-05-19 Emerson Climate Technologies, Inc. Temperature sensing circuit for transmitting data across isolation barrier
US10763740B2 (en) 2016-04-15 2020-09-01 Emerson Climate Technologies, Inc. Switch off time control systems and methods
US10305373B2 (en) 2016-04-15 2019-05-28 Emerson Climate Technologies, Inc. Input reference signal generation systems and methods
JP6709508B2 (ja) * 2016-12-13 2020-06-17 株式会社デンソー 界磁巻線型回転機
JP6343037B1 (ja) * 2017-01-11 2018-06-13 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 モータ駆動装置および冷凍機器
JP6984399B2 (ja) * 2017-12-25 2021-12-22 株式会社デンソー 電力変換器制御装置
EP3719990B1 (en) * 2018-02-26 2022-12-14 Hitachi Astemo, Ltd. Motor control device
KR20190105372A (ko) * 2018-03-05 2019-09-17 엘지전자 주식회사 압축기 제어장치 및 이의 압축기 제어방법
JP7154019B2 (ja) * 2018-03-08 2022-10-17 ナブテスコ株式会社 Ac-ac電力変換装置
US11855520B2 (en) * 2018-07-18 2023-12-26 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric tool, control method, and program
JP7260275B2 (ja) 2018-10-03 2023-04-18 日立Astemo株式会社 モータ制御装置および電動車両システム
CN113826314A (zh) 2019-04-23 2021-12-21 日立安斯泰莫株式会社 电力转换装置以及具备该装置的电动车辆系统
CN116802982A (zh) * 2021-01-14 2023-09-22 三菱电机株式会社 电力转换装置
WO2023067797A1 (ja) * 2021-10-22 2023-04-27 三菱電機株式会社 交流回転機の制御装置、車両用駆動装置、及び電動パワーステアリング装置
CN114413424B (zh) * 2022-01-27 2023-07-14 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 压缩机的预热控制方法、装置及其控制系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2791273B2 (ja) * 1993-09-07 1998-08-27 株式会社東芝 電力変換装置
JP4120868B2 (ja) 2002-09-09 2008-07-16 富士電機機器制御株式会社 交流電動機の制御装置
JP3955285B2 (ja) * 2003-03-27 2007-08-08 松下電器産業株式会社 モータ駆動用インバータ制御装置および空気調和機
JP3955287B2 (ja) * 2003-04-03 2007-08-08 松下電器産業株式会社 モータ駆動用インバータ制御装置および空気調和機
JP4988329B2 (ja) * 2006-12-28 2012-08-01 株式会社日立産機システム 永久磁石モータのビートレス制御装置
US7577545B2 (en) * 2007-05-29 2009-08-18 Hamilton Sundstrand Corporation Method and system for estimating rotor angular position and rotor angular velocity at low speeds or standstill
JP4625116B2 (ja) * 2008-07-23 2011-02-02 日立アプライアンス株式会社 モータ制御装置、モータ制御システム、モータ制御モジュール、及び冷凍装置
JP5324159B2 (ja) * 2008-08-20 2013-10-23 三洋電機株式会社 モータ制御装置
JP5350107B2 (ja) * 2009-07-03 2013-11-27 日立アプライアンス株式会社 冷凍サイクル装置
JP5119222B2 (ja) * 2009-08-31 2013-01-16 株式会社日立産機システム コンバータ装置、モータ駆動用モジュール及び冷凍装置
JP2012249397A (ja) * 2011-05-27 2012-12-13 Hitachi Appliances Inc モータ制御装置およびこれを備えた空気調和機
JP5778045B2 (ja) * 2012-01-16 2015-09-16 日立アプライアンス株式会社 同期モータの駆動装置、及びこれを用いた冷凍装置、空気調和機、冷蔵庫、並びに同期モータの駆動方法
WO2013183118A1 (ja) * 2012-06-05 2013-12-12 三菱電機株式会社 電動機制御装置
US9287812B2 (en) * 2013-06-29 2016-03-15 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for stability control of open loop motor drive operation

Also Published As

Publication number Publication date
CN107852120B (zh) 2020-09-15
WO2017001952A1 (ja) 2017-01-05
US10651774B2 (en) 2020-05-12
US20180191288A1 (en) 2018-07-05
JP2017017817A (ja) 2017-01-19
CN107852120A (zh) 2018-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6614825B2 (ja) 電力変換装置およびモータ駆動装置、冷凍装置
JP6343037B1 (ja) モータ駆動装置および冷凍機器
JP4625116B2 (ja) モータ制御装置、モータ制御システム、モータ制御モジュール、及び冷凍装置
JP6621356B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置及びそれを用いた冷凍機器
JP6364205B2 (ja) アクティブフィルタ、モータ駆動装置、圧縮機及びこれらを用いた冷凍装置
JP6368664B2 (ja) アクティブフィルタ、及びそれを用いたモータ駆動装置、並びに冷凍装置
JP2003219678A (ja) 同期電動機駆動装置
JP2015042010A (ja) モータ駆動装置、モータ駆動モジュール、圧縮機及びこれを備えた冷凍装置
US10270380B2 (en) Power converting apparatus and heat pump device
JP2018109859A (ja) 制御装置、電力変換装置、モータ駆動装置、及び、それを用いた冷凍機器
JP6608031B2 (ja) 電力変換装置および空調装置
JP5350107B2 (ja) 冷凍サイクル装置
WO2023157045A1 (ja) 電力変換装置および空気調和機
JP7195165B2 (ja) 制御装置、モータ駆動装置、及びそれを用いた冷凍機器
WO2024075210A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
WO2023073870A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
WO2024075163A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
WO2023100305A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
WO2019239601A1 (ja) モータ駆動装置および冷凍機器
WO2023073880A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
WO2023067724A1 (ja) 電力変換装置、電動機駆動装置及び冷凍サイクル適用機器
JP2010200395A (ja) 電動機の駆動装置並びに機器
KR102133181B1 (ko) 인버터 제어장치
CN116671000A (zh) 控制装置、电力转换装置、马达驱动装置和制冷循环应用设备
CN112104283A (zh) 开绕组马达驱动装置以及制冷循环装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150701

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20150916

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150924

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20160407

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171011

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190313

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190326

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190517

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191008

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6614825

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150