JP6917201B2 - Power converter and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置および空気調和機に関する。 The present invention relates to a power converter and an air conditioner.
空気調和機の圧縮機にはスクロール圧縮機、レシプロ圧縮機、ロータリ圧縮機等の様々な方式があり、これらの圧縮機に内蔵されたモータの負荷トルクには、回転周期に同期した脈動が発生する。この負荷トルク脈動により、回転速度が変動し圧縮機から振動が発生するという問題を引き起こす。この問題を解決する方法として、負荷トルク脈動に合わせてモータの出力トルクを調整し回転速度を一定に保つトルク制御が知られている。その一例として、下記特許文献1には、「交流同期電動機の回転駆動対象となる負荷装置が周期的な外乱を発生する場合に、この周期的な外乱を抑制しつつ、入力電力の低減を図った電動機制御装置を提供する」、および「負荷装置が発生するトルクの脈動成分を抽出21し、それを補償するトルク制御22において、脈動成分を補正する電流成分を制限するリミッタ227を設けることで達成できる」と記載されている(要約書参照)。
There are various types of air conditioner compressors such as scroll compressors, reciprocating compressors, and rotary compressors, and the load torque of the motor built into these compressors generates pulsations synchronized with the rotation cycle. do. This load torque pulsation causes a problem that the rotation speed fluctuates and vibration is generated from the compressor. As a method for solving this problem, torque control is known in which the output torque of the motor is adjusted according to the load torque pulsation to keep the rotation speed constant. As an example, the following
トルク制御を行うと圧縮機に内蔵されたモータの回転速度をほぼ一定に保つことができるが、モータの消費電力が増加するという問題が発生する。また、圧縮機の振動は圧縮機の固有振動数、モータの回転速度、冷媒配管の取付け状態等の影響を受けて変動する。そこで、圧縮機の振動が大きい場合にのみ、トルク制御を強めることができれば望ましい。これを実現するため、空気調和機毎に圧縮機の振動が大きくなる条件を調査し、その結果をインバータの制御器におけるトルク制御の条件に加味することが考えられる。しかし、圧縮機の振動すなわちモータの脈動が大きくなる条件を調査するためには、多くの工数を必要とし、コストアップにつながる。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑制しつつ、モータの適切なトルク制御を実現できる電力変換装置および空気調和機を提供することを目的とする。
When torque control is performed, the rotation speed of the motor built in the compressor can be kept substantially constant, but there is a problem that the power consumption of the motor increases. Further, the vibration of the compressor fluctuates under the influence of the natural frequency of the compressor, the rotation speed of the motor, the mounting state of the refrigerant pipe, and the like. Therefore, it is desirable that the torque control can be strengthened only when the vibration of the compressor is large. In order to realize this, it is conceivable to investigate the conditions under which the vibration of the compressor increases for each air conditioner and add the results to the conditions for torque control in the inverter controller. However, in order to investigate the condition that the vibration of the compressor, that is, the pulsation of the motor becomes large, a lot of man-hours are required, which leads to an increase in cost.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power converter and an air conditioner capable of realizing appropriate torque control of a motor while suppressing an increase in cost.
上記課題を解決するため本発明の電力変換装置にあっては、供給された直流電圧を交流電圧である出力電圧に変換し、モータに印加するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御器と、を有し、前記制御器は、前記モータの回転速度に生じる脈動を抑制する脈動抑制部と、前記モータの状態に応じて前記脈動抑制部のオン/オフ状態を設定する脈動抑制制御部と、を有し、前記脈動抑制制御部は、前記回転速度の変動幅が所定の回転速度判定値以上である場合、前記モータの制御上の磁極位置と検出した磁極位置との差である軸誤差の変動幅が所定の軸誤差脈動判定値以上である場合、または、前記モータが発生するトルクの脈動成分の変動幅が所定のトルク脈動判定値以上である場合、前記脈動抑制部をオン状態に設定することを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the power converter of the present invention, an inverter circuit that converts the supplied DC voltage into an output voltage that is an AC voltage and applies it to the motor, and a controller that controls the inverter circuit. The controller has a pulsation suppression unit that suppresses pulsation generated at the rotational speed of the motor, and a pulsation suppression control unit that sets an on / off state of the pulsation suppression unit according to the state of the motor. , have a, the pulsation suppression control section, when the fluctuation width of the rotational speed is a predetermined rotational speed determination value or more, the axis error is the difference between the magnetic pole position detected magnetic pole position on the control of the motor When the fluctuation range of is equal to or greater than the predetermined axial error pulsation determination value, or when the fluctuation width of the pulsation component of the torque generated by the motor is equal to or greater than the predetermined torque pulsation determination value, the pulsation suppression unit is turned on. It is characterized by setting.
本発明によれば、コストアップを抑制しつつ適切なトルク制御を実現できる。 According to the present invention, appropriate torque control can be realized while suppressing cost increase.
[第1実施形態]
〈第1実施形態のハードウエア構成〉
以下、本発明の第1実施形態によるモータ駆動システムS1の詳細を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態によるモータ駆動システムS1のブロック図である。図1において、モータ駆動システムS1は、交流電圧源1からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路2と、インバータ装置3(電力変換装置)と、永久磁石同期モータ4(以下、モータ4という)と、を有している。モータ4は、永久磁石を埋設した回転子(図示せず)と、巻線を有する固定子(図示せず)とを備えている。
[First Embodiment]
<Hardware configuration of the first embodiment>
Hereinafter, the details of the motor drive system S1 according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive system S1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the motor drive system S1 includes a
コンバータ回路2は、3相ダイオードブリッジ5と、直流リアクトル6と、平滑コンデンサ7と、を有している。交流電圧源1から3相ダイオードブリッジ5に3相交流電圧が供給されると、3相ダイオードブリッジ5から全波整流された電圧が出力される。3相ダイオードブリッジ5の出力はP側とN側があり、P側は直流リアクトル6に接続される。直流リアクトル6の出力と3相ダイオードブリッジ5のN側出力との間には平滑コンデンサ7が接続されている。そして、平滑コンデンサ7の端子間電圧は直流電圧としてコンバータ回路2から出力される。
The
コンバータ回路2から出力された直流電圧はインバータ装置3に入力される。インバータ装置3は、直流電圧検出回路8と、インバータ機能を有するIPM(Intelligent Power Module、インテリジェントパワーモジュール)9と、U相モータ電流検出回路10と、V相モータ電流検出回路11と、制御器12と、ゲートドライブ回路13と、を有している。
The DC voltage output from the
コンバータ回路2から供給された直流電圧はIPM9(インバータ)に入力される。IPM9は6つのIGBTと、各IGBTに並列に接続されたFWD(Free Wheeling Diode)とを有している(共に符号なし)。そして、IPM9は、ゲートドライブ回路13から供給されたゲートトライブ信号18によって各IGBTがオン/オフすることにより、直流電圧を3相の交流電圧に変換する。この3相の交流電圧がインバータ装置3の出力となる。また、直流電圧検出回路8は、インバータ装置3に入力された直流電圧を計測し、計測結果を直流電圧検出信号14として、制御器12に供給する。
The DC voltage supplied from the
インバータ装置3が出力する3相交流電圧はモータ4の巻線に印加される。また、モータ4に流れる3相電流のうち、U相およびV相の電流検出回路10,11は、U相モータ電流検出信号15とV相モータ電流検出信号16とをそれぞれ制御器12に供給する。制御器12は、直流電圧検出信号14と、U相モータ電流検出信号15と、V相モータ電流検出信号16とに基づいて、IPM9内のIGBTをオン/オフするためのDUTY比を演算し、該DUTY比を有するPWM信号17を出力する。PWM信号17はゲートドライブ回路13にてIGBTをオン/オフするために充分な電圧を有するゲートトライブ信号18に変換される。
The three-phase AC voltage output by the
制御器12は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ROMには、CPUによって実行される制御プログラムや、各種データ等が格納されている。
The
〈第1実施形態のアルゴリズム構成〉
図2は、制御器12のアルゴリズムを示すブロック図であり、制御プログラム等によって実現される機能をブロックとして示している。
図2において、U相モータ電流検出信号15とV相モータ電流検出信号16とは、A/D変換器19に入力される。そして、A/D変換器19は、U相モータ電流検出信号15とV相モータ電流検出信号16とに各々所定のゲインを乗算した結果をU相電流検出値IUおよびとV相電流検出値IVとして出力する。
<Algorithm configuration of the first embodiment>
FIG. 2 is a block diagram showing an algorithm of the
In FIG. 2, the U-phase motor
dq変換器20には、U相電流検出値IUと、V相電流検出値IVと、d軸位相θdc(詳細は後述する)と、が入力される。そして、dq変換器20は、下記[数1]に基づいて、d軸電流検出値Idcとq軸電流検出値Iqcとを出力する。
ここで、モータ4の電気角(機械角にモータ4の極対数を乗算した値)で回転する座標系を想定する。この座標系において永久磁石が発生する磁束の向きをd軸とし、d軸に直交する軸をq軸とする。このd軸およびq軸を有する座標系を「dq軸座標系」と呼ぶ。上述したd軸電流検出値Idcおよびq軸電流検出値Iqcは、dq軸座標系上の値である。 Here, it is assumed that the coordinate system rotates by the electric angle of the motor 4 (the value obtained by multiplying the mechanical angle by the number of pole pairs of the motor 4). In this coordinate system, the direction of the magnetic flux generated by the permanent magnet is the d-axis, and the axis orthogonal to the d-axis is the q-axis. The coordinate system having the d-axis and the q-axis is called a "dq-axis coordinate system". The d-axis current detection value I dc and the q-axis current detection value I qc described above are values on the dq-axis coordinate system.
また、軸誤差演算部21には、d軸電流検出値Idcと、q軸電流検出値Iqcと、d軸電圧指令値Vd *と、q軸電圧指令値Vq *と、インバータ周波数ω1と、が入力される。そして、軸誤差演算部21は、下記[数2]に基づいて軸誤差Δθcを演算し、出力する。なお、[数2]において、Rはモータ巻線抵抗値、Ldはモータd軸インダクタンス、Lqはモータq軸インダクタンスである。
ここで、モータ4の制御上の磁極位置は、「tan-1{Vd */Vq *}」であり、検出した磁極位置は「tan-1{R×Idc−ω1×Lq×Iqc)/{R×Iqc+ω1×Lq×Idc)}」になる。すると、[数2]に示した軸誤差Δθcは、モータ4の制御上の磁極位置と検出した磁極位置との誤差になる。
Here, the control magnetic pole position of the
PLL制御部22は、軸誤差Δθcを入力とした比例積分制御を行い、インバータ周波数ω1を算出する。d軸位相更新部23は、d軸位相θdcの前回の(1演算周期前の)出力値にインバータ周波数ω1を該演算周期で除算した値Δθdcを加算する。そして、d軸位相更新部23は、加算後の値をd軸位相θdcの今回値として出力する。速度制御部24は、インバータ周波数指令値ω1 *(周波数指令値)とインバータ周波数ω1との偏差Δω(図示せず)を演算し、偏差Δωに基づいた比例積分制御を行い、q軸電流指令値Iq *を算出する。
The
電流制御部25は、q軸電流指令値Iq *とq軸電流検出値Iqcとの偏差ΔIq(図示せず)を演算し、偏差ΔIqを入力とした比例積分制御を行い、q軸電流指令補正量(図示せず)を算出する。また、電流制御部25は、q軸電流指令値Iq *にq軸電流指令補正量と、トルク制御出力電流指令値Iqsin *(詳細は後述する)と、を加算した値を第2のq軸電流指令値Iq **として出力する。さらに、電流制御部25は、d軸電流指令値Id *とd軸電流検出値Idcとの偏差ΔId(図示せず)を入力とした比例積分制御を行い、その結果を第2のd軸電流指令値Id **として出力する。
The
VdVq演算部26は、インバータ周波数指令値ω1 *と、第2のq軸電流指令値Iq **と、第2のd軸電流指令値Id **とを入力とし、下記[数3]にてd軸電圧指令値Vd *とq軸電圧指令値Vq *とを算出する。なお、[数3]においてKeはモータ4の誘起電圧定数である。
AVR(Automatic Voltage Regulator、電圧補正)演算部27は、d軸電圧指令値Vd *と、q軸電圧指令値Vq *とを入力とし、[数4]に基づいてモータ電圧位相δθを算出する。
また、AVR演算部27は、[数5]に基づいて、電圧指令波高値V1を算出する。
また、AVR演算部27は、直流電圧検出信号14と所定のゲイン(直流電圧検出回路ゲインという)とを乗算した値である直流電圧検出値Vdcを算出し、[数6]に基づいて、モータ電圧変調率KhV1(図示せず)を算出する。
さらに、AVR演算部27は、[数7]に基づいて、d軸電圧変調率KhVdとq軸電圧変調率KhVqとを算出し、出力する。
また、dq逆変換部28は、d軸電圧変調率KhVdとq軸電圧変調率KhVqと、d軸位相θdcを入力とし、[数8]に基づいて、U相電圧変調率KhVuと、V相電圧変調率KhVvと、W相電圧変調率KhVwと、を出力する。
また、変調処理部29は、U,V,W相電圧変調率KhVu,KhVv,KhVwを三角波に近似する変調信号MDで変調し、変調後のU,V,W相電圧変調率KhVu’,KhVv’,KhVw’を出力する。すなわち、変調後のU,V,W相電圧変調率KhVu’,KhVv’,KhVw’は、[数9]に示すようになる。
図3は、変調前のU相電圧変調率KhVuと、変調信号MDと、変調後のU相電圧変調率KhVu’との波形図である。なお、対応するV相の信号は、U相に対して120°遅れ、対応するW相の信号は、U相に対して240°遅れた信号となるので、図示を省略する。
変調処理部29において上述した変調処理を行うことにより、直流電圧検出値Vdcの利用率が向上し、モータ4を正弦波駆動する場合と比較して、インバータ装置の出力電圧が最大15%向上する。また変調処理部29では、上下限リミット処理も実行される。すなわち、出力値の上限値は1、下限値は−1に制限される。
FIG. 3 is a waveform diagram of the U-phase voltage modulation factor K hVu before modulation, the modulation signal MD, and the U-phase voltage modulation factor K hVu'after modulation. The corresponding V-phase signal is delayed by 120 ° with respect to the U-phase, and the corresponding W-phase signal is delayed by 240 ° with respect to the U-phase.
By performing the above-mentioned modulation processing in the
図2に戻り、PWM信号変換部30は、U,V,W相電圧変調率KhVu’,KhVv’,KhVw’と、キャリア信号との大小関係をそれぞれ比較し、PWM信号17を出力する。ここで、PWM信号17は、U相P側PWM信号、U相N側PWM信号、V相P側PWM信号、V相N側PWM信号、W相P側PWM信号、およびW相N側PWM信号の6つの信号を有している。
Returning to FIG. 2, the PWM signal conversion unit 30 compares the magnitude relationship between the U, V, W phase voltage modulation factors K hVu ', K hVv ', K hVw'and the carrier signal, and outputs the
図4は、これらPWM信号およびキャリア信号CRの波形図である。図示のように、キャリア信号CRは、定周期の三角波である。また、各相のP側PWM信号とN側PWM信号は、オン/オフが反転した信号となる。 FIG. 4 is a waveform diagram of these PWM signals and carrier signal CR. As shown in the figure, the carrier signal CR is a triangular wave having a constant period. Further, the P-side PWM signal and the N-side PWM signal of each phase are signals in which on / off is inverted.
図2に戻り、トルク脈動推定部31は、軸誤差Δθcを入力としてトルク脈動成分推定値ΔTmcを出力する。ΔTmcを演算する方法は、例えば、上記特許文献1(特開2006−180605号公報)の段落0017〜0028に記載の方法を適用することができる。トルク制御判定部32は、軸誤差Δθcと、インバータ周波数ω1と、トルク脈動成分推定値ΔTmcと、に基づいて、トルク制御フラグFLGtrq(詳細は後述する)を出力する。また、トルク制御部33は、トルク脈動成分推定値ΔTmcと、トルク制御フラグFLGtrqと、に基づいて、上述したトルク制御出力電流指令値Iqsin *を出力する。
Returning to FIG. 2, the torque
図5は、トルク制御判定部32の制御アルゴリズムを示すブロック図である。
図5において、ピーク保持部40は、軸誤差Δθc、トルク脈動成分推定値ΔTmc、およびインバータ周波数ω1の最大値および最小値をそれぞれ保持する。
ここで、Δθc、ΔTmcおよびω1の脈動周期について検討する。モータ4(図1参照)がレシプロ圧縮機構やロータリ圧縮機構等の負荷を駆動することを想定すると、負荷トルクの脈動がモータ4の振動の主な原因になる。ここで、Δθc、ΔTmcおよびω1の脈動は、モータ4の機械周波数ωm(図示せず)に同期する。そして、モータ4に埋設された永久磁石の極対数をPtとすると、機械周波数ωmは、「ωm=ω1/Pt」となる。周期判定処理部48は、インバータ周波数ω1と極対数Ptとに基づいて、すなわち「1/ωm」毎にピーク保持部40にリセット信号を出力する。ピーク保持部40は、リセット信号を受信すると、保持しているΔθc、ΔTmcおよびω1の最大値および最小値をリセットする。
FIG. 5 is a block diagram showing a control algorithm of the torque
In FIG. 5, the
Here, the pulsating cycles of Δθ c , ΔT mc, and ω 1 are examined. Assuming that the motor 4 (see FIG. 1) drives a load such as a reciprocating compression mechanism or a rotary compression mechanism, the pulsation of the load torque is the main cause of the vibration of the
減算器42,44,46は、ピーク保持部40から出力されたΔθc、ΔTmcおよびω1の最大値から最小値を減算することにより、これらの振動振幅を各々出力する。これらの振動振幅を軸誤差脈動振動振幅Aθc、トルク脈動振動振幅ATmc、およびインバータ周波数脈動振動振幅Aω1と呼ぶ。
The
図6(a)は、トルク脈動成分推定値ΔTmcの波形図である。図6(b)は、ピーク保持部40から出力される、トルク脈動成分推定値ΔTmcの最大値および最小値の波形図である。この最大値および最小値の差が振動振幅ATmcになる。また、図6(c)は、周期判定処理部48から出力されるリセット信号の波形図である。
FIG. 6A is a waveform diagram of the torque pulsation component estimated value ΔT mc. FIG. 6B is a waveform diagram of the maximum value and the minimum value of the torque pulsation component estimated value ΔT mc output from the peak holding unit 40. The difference between the maximum value and the minimum value is the vibration amplitude AT mc . Further, FIG. 6C is a waveform diagram of a reset signal output from the cycle
図5に戻り、比較器52,54,56は、振動振幅Aθc,ATmc,Aω1と、これらに対応する判定値とを各々比較する。これらの判定値を軸誤差脈動判定値Bθc、トルク脈動判定値BTmc、およびインバータ周波数脈動判定値Bω1と呼ぶ。軸誤差脈動判定値Bθcは10deg程度にすることが好ましく、トルク脈動判定値BTmcはモータ4の定格トルクの20%程度にすることが好ましい。また、インバータ周波数脈動判定値Bω1は、4rps(revolutions per second)程度にすることが好ましい。
Returning to FIG. 5, the
すなわち、比較器52,54,56は、振動振幅Aθc,ATmc,Aω1が、対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1以上であれば、“1”信号を出力し、それ以外の場合に“0”信号を出力する。OR回路58は、比較器52,54,56の出力信号の論理和を脈動回避フラグFLGpulseとして出力する。すなわち、振動振幅Aθc,ATmc,Aω1のうち何れかが、対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1以上であれば、OR回路58は脈動回避フラグFLGpulseを“1”に設定する。一方、振動振幅Aθc,ATmc,Aω1の全てが対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1未満であれば、OR回路58は脈動回避フラグFLGpulseを“0”に設定する。
That is, if the vibration amplitudes Aθ c , AT mc , and Aω 1 are equal to or greater than the corresponding determination values Bθ c , BT mc , and Bω 1 , the
回転速度判定部60は、脈動回避フラグFLGpulseが“0”から“1”に切り替わると、その出力信号であるトルク制御フラグFLGtrqを“0”から“1”に切り替える。また、回転速度判定部60は、トルク制御フラグFLGtrqを“0”から“1”に切り替えた際のインバータ周波数ω1をラッチする。ラッチしたインバータ周波数ω1を、ラッチ周波数ω1Rと呼ぶ。回転速度判定部60は、トルク制御フラグFLGtrqが“1”である場合には、その後、インバータ周波数ω1を監視する。そして、インバータ周波数ω1とラッチ周波数ω1Rとの差の絶対値すなわち|ω1−ω1R|が所定値(リセット幅DW)以上になると、トルク制御フラグFLGtrqを“1”から“0”に切り替える。
When the pulsation avoidance flag FLG pulse is switched from "0" to "1", the rotation speed determination unit 60 switches the torque control flag FLG trq , which is the output signal, from "0" to "1". Further, the rotation
〈第1実施形態の動作〉
次に、本実施形態の動作を説明する。
図7(a)は、モータ4の回転速度すなわち機械周波数ωmの変化の一例を示す波形図である。上述したように、モータ4の極対数をPtとすると、機械周波数ωmは、「ωm=ω1/Pt」に等しい。機械周波数ωmは、時間の経過とともに上昇しており、時刻t1においてωm1であり、時刻t3においてωm3になっている。
<Operation of the first embodiment>
Next, the operation of this embodiment will be described.
FIG. 7A is a waveform diagram showing an example of a change in the rotational speed of the
図7(b)および(c)は、各々、トルク制御フラグFLGtrqおよび脈動回避フラグFLGpulseの波形図である。時刻t1において、脈動回避フラグFLGpulseが“1”に立ち上がったとする。すなわち、図5に示した振動振幅Aθc,ATmc,Aω1のうち何れかが、対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1以上になったこととする。 7 (b) and 7 (c) are waveform diagrams of the torque control flag FLG trq and the pulsation avoidance flag FLG pulse, respectively. It is assumed that the pulsation avoidance flag FLG pulse rises to "1" at time t1. That is, it is assumed that any of the vibration amplitudes Aθ c , AT mc , and Aω 1 shown in FIG. 5 is equal to or higher than the corresponding determination values Bθ c , BT mc , and Bω 1.
すると、時刻t1には、回転速度判定部60は、トルク制御フラグFLGtrqを“0”から“1”に切り替えるとともに、その時点におけるインバータ周波数ω1を、ラッチ周波数ω1Rとしてラッチする。すなわち、図7(a)に示す機械周波数ωm1は、「ω1R/極対数Pt」に等しい。その後、時刻t2において、脈動回避フラグFLGpulseは、“0”に立ち下がっている。すなわち、図5に示した振動振幅Aθc,ATmc,Aω1の全てが、対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1未満になったこととする。
Then, at time t1, the rotation
但し、時刻t2においても、回転速度判定部60は、トルク制御フラグFLGtrqを従前の値(“1”)に保持し続ける。その後、時刻t3に、機械周波数ωmがωm3(=ωm1+リセット幅DW/極対数Pt)以上になると、回転速度判定部60はリセットされ、トルク制御フラグFLGtrqは“0”に立ち下がる。なお、「DW/Pt」は、例えば10rps程度に設定するとよい。
However, even at time t2, the rotation
図2に戻り、トルク制御部33は、トルク制御フラグFLGtrqが“1”であればトルク制御を実行し、FLGtrqが“0”であればトルク制御を停止する。すなわち、トルク制御フラグFLGtrqが“0”であれば、トルク制御部33は、トルク制御出力電流指令値Iqsin *を零値に設定する。一方、FLGtrqが“1”であれば、トルク制御部33は、トルク脈動推定部31が出力するトルク脈動成分推定値ΔTmcに基づいて、非零値のトルク制御出力電流指令値Iqsin *を出力する。ここで、トルク制御出力電流指令値Iqsin *の計算方法については、上述した特許文献1(特開2006−180605号公報)の明細書、段落0029〜0033に記載の方法を用いることができる。
Returning to FIG. 2, the
〈第1実施形態の効果〉
以上説明したように、本実施形態における制御器(12)は、モータ(4)の回転速度に生じる脈動を抑制する脈動抑制部(33)と、モータ(4)の状態に応じて脈動抑制部(33)のオン/オフ状態を設定する脈動抑制制御部(32)と、を有する。
これにより、モータ(4)の脈動が大きくなる条件を予め調査しておく必要がなくなるため、コストアップを抑制しつつ適切なトルク制御を実現できる。
<Effect of the first embodiment>
As described above, the controller (12) in the present embodiment has a pulsation suppressing unit (33) that suppresses the pulsation generated at the rotation speed of the motor (4) and a pulsation suppressing unit (4) depending on the state of the motor (4). It has a pulsation suppression control unit (32) that sets the on / off state of (33).
This eliminates the need to investigate in advance the conditions under which the pulsation of the motor (4) becomes large, so that appropriate torque control can be realized while suppressing cost increase.
さらに、脈動抑制制御部(32)は、回転速度(ω1)の変動幅(Aω1)が所定の回転速度判定値(Bω1)以上である場合、モータ(4)の制御上の磁極位置と検出した磁極位置との差である軸誤差(Δθc)の変動幅(Aθc)が所定の軸誤差脈動判定値(Bθc)以上である場合、または、モータ(4)が発生するトルクの脈動成分(ΔTmc)の変動幅(ATmc)が所定のトルク脈動判定値(BTmc)以上である場合、脈動抑制部(33)をオン状態に設定する。
これにより、モータ(4)の脈動が大きくなったか否かを、様々な条件に基づいて検出し、脈動抑制部(33)をオン状態に設定できる。
Further, the pulsation suppression control unit (32) controls the magnetic pole position of the motor (4) when the fluctuation range (Aω 1 ) of the rotation speed (ω 1 ) is equal to or larger than the predetermined rotation speed determination value (Bω 1). When the fluctuation range (Aθ c ) of the shaft error (Δθ c ), which is the difference between the detected magnetic pole position and the detected magnetic pole position, is equal to or greater than the predetermined shaft error pulsation determination value (Bθ c ), or the torque generated by the motor (4). When the fluctuation range (AT mc ) of the pulsation component (ΔT mc ) is equal to or larger than the predetermined torque pulsation determination value (BT mc ), the pulsation suppression unit (33) is set to the ON state.
As a result, it is possible to detect whether or not the pulsation of the motor (4) has increased based on various conditions, and set the pulsation suppression unit (33) to the ON state.
さらに、脈動抑制制御部(32)は、脈動抑制部(33)をオン状態に設定した後、回転速度(ω1)が所定のリセット幅(DW)以上変化すると、脈動抑制部(33)をオフ状態に設定する回転速度判定部(60)をさらに有する。
これにより、脈動抑制部(33)をオン状態に設定した後に、回転速度(ω1)が大きく変化すると、脈動抑制部(33)を自動的にオフ状態に設定する。
Further, the pulsation suppression control unit (32) causes the pulsation suppression unit (33) to change when the rotation speed (ω 1 ) changes by a predetermined reset width (DW) or more after the pulsation suppression unit (33) is set to the ON state. It further has a rotation speed determination unit (60) for setting the off state.
As a result, when the rotation speed (ω 1 ) changes significantly after the pulsation suppression unit (33) is set to the on state, the pulsation suppression unit (33) is automatically set to the off state.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態によるモータ駆動システムの詳細を説明する。なお、以下の説明において、図1〜図7の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態のハードウエア構成は、第1実施形態のもの(図1参照)と同様である。但し、本実施形態のモータ駆動システムS2は、第1実施形態における制御器12(図2参照)に代えて、図8に示す制御器70が適用される。ここで、図8は、本実施形態における制御器70のアルゴリズムを示すブロック図である。
[Second Embodiment]
Next, the details of the motor drive system according to the second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the parts corresponding to the respective parts of FIGS. 1 to 7 may be designated by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
The hardware configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1). However, in the motor drive system S2 of the present embodiment, the
制御器70は、第1実施形態の制御器12におけるトルク制御判定部32およびトルク制御部33に代えて、トルク脈動判定部72と、脈動回避制御部74と、加算器76と、を有している。
The
図9は、トルク脈動判定部72のアルゴリズムを示すブロック図である。トルク脈動判定部72は、第1実施形態のトルク制御判定部32(図5参照)から回転速度判定部60を除去したものであり、上述したように、OR回路58から脈動回避フラグFLGpulseを出力する。
FIG. 9 is a block diagram showing an algorithm of the torque
また、図10は、脈動回避制御部74のアルゴリズムを示すブロック図である。脈動回避制御部74は、乗算器80と、スイッチ82と、積分器84と、リミッタ86と、を有している。
Further, FIG. 10 is a block diagram showing an algorithm of the pulsation
ここで、乗算器80およびスイッチ82には、正値であるインバータ周波数加算値ΔPが供給される。乗算器80は、ΔPに−1を乗算し出力する。スイッチ82は、脈動回避フラグFLGpulseは“1”であるときにΔPを選択し、FLGpulseが“0”であるときに−ΔPを選択する。積分器84は、スイッチ82から供給された信号を積分する。また、リミッタ86は、積分器84の出力を所定の上限値Pmaxと下限値Pminの範囲内に制限し、その結果をインバータ周波数差分値ω1pulseとして出力する。
Here, the
ここで、脈動回避フラグFLGpulseが“1”になると、スイッチ82を介して、正値であるインバータ周波数加算値ΔPが積分器84に入力される。これにより、積分器84の出力は、時間の経過とともに徐々に大きくなる。リミッタ86は、この積分結果をインバータ周波数差分値ω1pulseとして出力する。但し、積分結果が上限値Pmax以上になると、リミッタ86は、上限値Pmaxをインバータ周波数差分値ω1pulseとして出力する。
Here, when the pulsation avoidance flag FLG pulse becomes “1”, the inverter frequency addition value ΔP, which is a positive value, is input to the
一方、脈動回避フラグFLGpulseが“0”になると、スイッチ82を介して、負値である−ΔPが積分器84に入力される。これにより、積分器84の出力は、時間の経過とともに徐々に小さくなる。リミッタ86は、この積分結果をインバータ周波数差分値ω1pulseとして出力する。但し、積分結果が下限値Pmin以下になると、リミッタ86は、下限値Pminをインバータ周波数差分値ω1pulseとして出力する。
On the other hand, when the pulsation avoidance flag FLG pulse becomes “0”, a negative value −ΔP is input to the
図8に戻り、加算器76は、インバータ周波数差分値ω1pulseと、インバータ周波数指令値ω1 *とを加算し、その加算結果「ω1 *+ω1pulse」は速度制御部24およびVdVq演算部26に入力される。これにより、脈動回避フラグFLGpulseが“0”である場合(振動振幅Aθc,ATmc,Aω1の全てが対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1未満である場合)、インバータ周波数ω1は、「ω1 *−ω1pulse」付近の値になる。一方、脈動回避フラグFLGpulseが“1”である場合(振動振幅Aθc,ATmc,Aω1のうち何れかが、対応する判定値Bθc,BTmc,Bω1以上である場合)、インバータ周波数ω1は、「ω1 *+ω1pulse」付近の値になる。
Returning to FIG. 8, the
換言すれば、モータ4の振動が小さい場合にインバータ周波数ω1は、「ω1 *−ω1pulse」付近の値になる一方、モータ4の振動が大きい場合にインバータ周波数ω1は、「ω1 *+ω1pulse」付近の値になる。すなわち、本実施形態においては、モータ4の振動が大きくなると、インバータ周波数ω1を増加させる。
In other words, when the vibration of the
モータ4がレシプロ圧縮機構やロータリ圧縮機構等(図示せず)の負荷を駆動する場合、圧縮機構の固有振動数とモータ4の回転速度とが近似すると、共振が発生し、モータ4の振動が大きくなる。共振が発生した場合、モータ4の回転速度を圧縮機の固有振動数からずらすことによって振動を低減できる。また、ロータリ圧縮機構等においては、モータ4の回転速度が低いほど、トルク脈動による圧縮機の振動が発生しやすく、モータ4の回転速度を上げることによって圧縮機の振動を下げることができる。このような理由により、モータ4の振動が大きい場合は、インバータ周波数ω1を上げ、回転速度を上げると好ましいことが解る。
When the
従って、本実施形態において、脈動回避フラグFLGpulseが“0”であるとき、脈動抑制をオフ状態にすることになり、脈動回避フラグFLGpulseが“1”であるとき、脈動抑制をオン状態にすることになる。 Therefore, in the present embodiment, when the pulsation avoidance flag FLG pulse is "0", the pulsation suppression is turned off, and when the pulsation avoidance flag FLG pulse is "1", the pulsation suppression is turned on. Will be done.
以上のように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態によれば、脈動抑制部(74)は、回転速度(ω1)の変動幅(Aω1)が所定の回転速度判定値(Bω1)以上である場合、モータ(4)の制御上の磁極位置と検出した磁極位置との差である軸誤差(Δθc)の変動幅(Aθc)が所定の軸誤差脈動判定値(Bθc)以上である場合、または、モータ(4)が発生するトルクの脈動成分(ΔTmc)の変動幅(ATmc)が所定のトルク脈動判定値(BTmc)以上である場合、回転速度(ω1)を変化させる。
これにより、回転速度(ω1)を自動的に変化させ、モータ(4)の脈動を抑制できる。
As described above, according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment is obtained. Further, according to the present embodiment, the pulsation suppressing unit (74) has a motor (4) when the fluctuation range (Aω 1 ) of the rotation speed (ω 1 ) is equal to or larger than a predetermined rotation speed determination value (Bω 1). When the fluctuation range (Aθ c ) of the shaft error (Δθ c ), which is the difference between the controlled magnetic pole position and the detected magnetic pole position, is equal to or greater than the predetermined shaft error pulsation determination value (Bθ c), or the motor ( When the fluctuation range (AT mc ) of the pulsation component (ΔT mc ) of the torque generated in 4) is equal to or larger than the predetermined torque pulsation determination value (BT mc ), the rotation speed (ω 1 ) is changed.
As a result, the rotation speed (ω 1 ) can be automatically changed and the pulsation of the motor (4) can be suppressed.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態による空気調和機について説明する。図11は、本実施形態による空気調和機100の冷凍サイクル系統図である。
図11に示すように、本実施形態の空気調和機100は、室外機110と、室内機120と、を備えるとともに、両者を接続するガス配管131と、液配管132と、を備えている。
[Third Embodiment]
Next, the air conditioner according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a refrigeration cycle system diagram of the
As shown in FIG. 11, the
そして、室外機110は、圧縮機111と、四方弁112と、室外熱交換器113と、室外膨張弁114と、を備えている。これらは、配管(符号なし)によって順次接続されている。また、室外機110は、室外電気箱141と、室外ファン115と、室外ファンモータ116と、を備えている。
The
また、室外ファン115は室外ファンモータ116によって回転駆動され、室外熱交換器113を冷却する。
圧縮機111は、モータ4と、モータ4によって駆動される圧縮機構35と、を備えている。また、室外電気箱141は、上記第1実施形態または第2実施形態におけるコンバータ回路2と、インバータ装置3とを備えている。
Further, the
The
また、室内機120は、室内熱交換器123と、室内膨張弁124と、を備えている。両者は、配管(符号なし)によって相互に接続されている。また、室内機120は、室内ファン125と、室内ファンモータ126と、室内電気箱142と、を備えている。また、室内ファン125は室内ファンモータ126によって回転駆動され、室内熱交換器123を冷却する。また、室内電気箱142は、室内ファンモータ126のインバータ制御等を行うための、各種電気回路を収納している。四方弁112は、冷媒の流れを切り替える弁であり、これにより冷房運転と暖房運転とが切り替わる。室外膨張弁114と室内膨張弁124は、冷媒を減圧して低温低圧にする。
Further, the
次に、本実施形態における空気調和機100の動作について、冷房運転を例にとって説明する。なお、図11の各部に示した矢印は、空気調和機100の冷房運転における冷媒の流れを示している。
冷房運転において、四方弁112は、実線で示すように、圧縮機111の吐出側と熱交換器113とを連通させ、圧縮機111の吸入側とガス配管131とを連通させる。
Next, the operation of the
In the cooling operation, as shown by the solid line, the four-
圧縮機111から吐出される冷媒は、高温高圧のガス状である。この冷媒は、四方弁112を通過し、熱交換器113側に流れる。熱交換器113に流入したガス状の冷媒は、室外ファン115により供給される室外の空気と熱交換して凝縮され、液状の冷媒となる。この液状の冷媒は、全開状態の膨張弁114および液配管132を通過して、室内機120に流入する。室内機120に流入した液状の冷媒は、室内膨張弁124により減圧されて、低温低圧のガス液混合状の冷媒となる。
The refrigerant discharged from the
この低温低圧のガス液混合状の冷媒は、室内の熱交換器123に流入して、室内ファン125により供給される室内の空気と熱交換されて蒸発し、ガス状の冷媒となる。この際、室内の空気は、ガス液混合状の冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が部屋内に送られる。その後、室内機120から流出したガス状の冷媒は、ガス配管131を通過し、室外機110に戻される。室外機110に戻されたガス状の冷媒は、四方弁112を通過し、圧縮機111に吸入され、再度圧縮機111で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。
This low-temperature, low-pressure gas-liquid mixed refrigerant flows into the
以上のように、本実施形態の空気調和機100は、第1実施形態または第2実施形態に係るインバータ装置3を備えるため、空気調和機100のコストアップを抑制しつつ、モータ4に対して適切なトルク制御を実現できる。
As described above, since the
[変形例]
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、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。また、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削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
[Modification example]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. The above-described embodiments are exemplified for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or add / replace another configuration. In addition, the control lines and information lines shown in the figure show what is considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary for the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected. Possible modifications to the above embodiment are, for example, as follows.
(1)上記各実施形態における制御器12,70のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図2,図5,図8,図9,図10等に示したブロック図に係るプログラム等や、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
(1) Since the hardware of the
(2)また、図2,図5,図8,図9,図10等に示したアルゴリズムは、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として実現したが、その一部または全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit;特定用途向けIC)、あるいはFPGA(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。 (2) Further, the algorithms shown in FIGS. 2, 5, 8, 9, 10, 10 and the like are realized as software-like processing using a program in the above embodiment, but some or all of them are realized. It may be replaced with hardware-like processing using ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (field-programmable gate array), or the like.
(3)上記第1,第2実施形態において、トルク制御判定部32(図5参照)およびトルク脈動判定部72(図8参照)は、軸誤差脈動振動振幅Aθc、トルク脈動振動振幅ATmc、およびインバータ周波数脈動振動振幅Aω1の値に基づいて、脈動回避フラグFLGpulseの値を設定した。しかし、モータ4の状態に応じて、トルク制御部33または脈動回避制御部74のオン/オフ状態を決定する方法は上述のものに限定されるわけではない。例えば、モータ4に振動センサを装着し、振動の大きさが所定値以上になった場合にも、脈動回避フラグFLGpulseを“1”に設定するようにしてもよい。
(3) In the first and second embodiments, the torque control determination unit 32 (see FIG. 5) and the torque pulsation determination unit 72 (see FIG. 8) have an axial error pulsation vibration amplitude Aθ c and a torque pulsation vibration amplitude AT mc. , And the value of the pulsation avoidance flag FLG pulse was set based on the value of the inverter frequency pulsation vibration amplitude Aω 1. However, the method of determining the on / off state of the
(4)上記第2実施形態において、脈動回避制御部74は、脈動回避フラグFLGpulseが“1”であるときは、“0”であるときよりもインバータ周波数ω1が高くなるようにスイッチ82(図10参照)を制御した。しかし、逆に、脈動回避フラグFLGpulseが“1”であるときは、“0”であるときよりもインバータ周波数ω1が低くなるようにスイッチ82を制御してもよい。
(4) In the second embodiment, the pulsation
(5)また、第1,第2実施形態のモータ駆動システムは、第3実施形態の空気調和機100のみならず、換気扇、冷凍機、洗濯機、掃除機、工業機械、電気自動車、鉄道車両、船舶、エレベータ、エスカレータ等、種々の電気機器に適用することができる。これにより、これらの電気機器においては、その用途に応じて優れた性能を発揮できる。
(5) Further, the motor drive system of the first and second embodiments is not limited to the
4 モータ
12,70 制御器
32 トルク制御判定部(脈動抑制制御部)
33 トルク制御部(脈動抑制部)
35 圧縮機構
60 回転速度判定部
72 トルク脈動判定部(脈動抑制制御部)
74 脈動回避制御部(脈動抑制部)
100 空気調和機
ω1 インバータ周波数(回転速度)
Δθc 軸誤差
ΔTmc トルク脈動成分推定値(トルクの脈動成分)
4
33 Torque control unit (pulsation suppression unit)
35
74 Pulsation avoidance control unit (pulsation suppression unit)
100 Air conditioner ω 1 Inverter frequency (rotation speed)
Δθ c- axis error ΔT mc Torque pulsation component estimate (torque pulsation component)
Claims (4)
前記インバータ回路を制御する制御器と、を有し、
前記制御器は、
前記モータの回転速度に生じる脈動を抑制する脈動抑制部と、
前記モータの状態に応じて前記脈動抑制部のオン/オフ状態を設定する脈動抑制制御部と、
を有し、
前記脈動抑制制御部は、
前記回転速度の変動幅が所定の回転速度判定値以上である場合、前記モータの制御上の磁極位置と検出した磁極位置との差である軸誤差の変動幅が所定の軸誤差脈動判定値以上である場合、または、前記モータが発生するトルクの脈動成分の変動幅が所定のトルク脈動判定値以上である場合、前記脈動抑制部をオン状態に設定する
ことを特徴とする電力変換装置。 An inverter circuit that converts the supplied DC voltage into an output voltage, which is an AC voltage, and applies it to the motor.
It has a controller that controls the inverter circuit, and has
The controller
A pulsation suppression unit that suppresses pulsation that occurs at the rotational speed of the motor,
A pulsation suppression control unit that sets an on / off state of the pulsation suppression unit according to the state of the motor, and a pulsation suppression control unit.
Have a,
The pulsation suppression control unit
When the fluctuation width of the rotation speed is equal to or more than the predetermined rotation speed determination value, the fluctuation width of the shaft error, which is the difference between the controlled magnetic pole position of the motor and the detected magnetic pole position, is equal to or more than the predetermined shaft error pulsation determination value. If it is, or, if the variation width of the pulsating component of torque the motor generates is predetermined torque pulsation determination value or more, the power conversion device and sets the pulsation suppressing portion in the oN state.
前記脈動抑制部をオン状態に設定した後、前記回転速度が所定のリセット幅以上変化すると、前記脈動抑制部をオフ状態に設定する回転速度判定部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The pulsation suppression control unit
The first aspect of the present invention is characterized in that it further includes a rotation speed determination unit that sets the pulsation suppression unit to the off state when the rotation speed changes by a predetermined reset width or more after the pulsation suppression unit is set to the on state. The power converter described.
前記回転速度の変動幅が所定の回転速度判定値以上である場合、前記モータの制御上の磁極位置と検出した磁極位置との差である軸誤差の変動幅が所定の軸誤差脈動判定値以上である場合、または、前記モータが発生するトルクの脈動成分の変動幅が所定のトルク脈動判定値以上である場合、前記回転速度を変化させるものである
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The pulsation suppressing part is
When the fluctuation width of the rotation speed is equal to or more than the predetermined rotation speed determination value, the fluctuation width of the shaft error, which is the difference between the controlled magnetic pole position of the motor and the detected magnetic pole position, is equal to or more than the predetermined shaft error pulsation determination value. If it is, or, if the variation width of the pulsating component of torque the motor generates is predetermined torque pulsation determination value or more, according to claim 1, characterized in that for changing the rotational speed Power converter.
前記制御器は、
前記モータの回転速度に生じる脈動を抑制する脈動抑制部と、
前記モータの状態に応じて前記脈動抑制部のオン/オフ状態を設定する脈動抑制制御部と、
を有し、
前記脈動抑制制御部は、
前記回転速度の変動幅が所定の回転速度判定値以上である場合、前記モータの制御上の磁極位置と検出した磁極位置との差である軸誤差の変動幅が所定の軸誤差脈動判定値以上である場合、または、前記モータが発生するトルクの脈動成分の変動幅が所定のトルク脈動判定値以上である場合、前記脈動抑制部をオン状態に設定する
ことを特徴とする空気調和機。 It has an inverter circuit that converts the supplied DC voltage into an output voltage that is an AC voltage and applies it to the motor, a controller that controls the inverter circuit, and a compression mechanism that is driven by the motor.
The controller
A pulsation suppression unit that suppresses pulsation that occurs at the rotational speed of the motor,
A pulsation suppression control unit that sets an on / off state of the pulsation suppression unit according to the state of the motor, and a pulsation suppression control unit.
Have a,
The pulsation suppression control unit
When the fluctuation width of the rotation speed is equal to or more than the predetermined rotation speed determination value, the fluctuation width of the shaft error, which is the difference between the controlled magnetic pole position of the motor and the detected magnetic pole position, is equal to or more than the predetermined shaft error pulsation determination value. When the fluctuation range of the pulsation component of the torque generated by the motor is equal to or larger than a predetermined torque pulsation determination value, the pulsation suppression unit is set to the ON state .
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