JP7335258B2 - Motor drive device and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置、及び当該モータ駆動装置を備えた空気調和機に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a motor drive device for driving a motor, and an air conditioner provided with the motor drive device.
下記特許文献1には、空気調和機における高効率化の技術として、モータの固定子巻線(以下、単に「巻線」と呼ぶ)の結線をスター結線とデルタ結線との間で相互に切り替えるモータ駆動装置の構成が開示されている。この特許文献1では、低速回転域ではスター結線とし、高速回転域ではデルタ結線とすることで、高速回転域の拡大と、低速回転域での高効率化とを図る技術が提案されている。以下、この種のモータを、適宜「結線切替モータ」と呼ぶ。
漏洩電流は、インバータ回路のスイッチング素子に対するスイッチング制御により、電流の高周波成分が、圧縮機とアースとの間の浮遊容量を介して流れるものである。漏洩電流は、圧縮機内のインピーダンスに応じて変化する。特に、空気調和機の起動時は、圧縮機内に油が残っている状態である。このため、圧縮機のインピーダンスは、圧縮機内に油が残っていない状態に比べて小さくなる。このため起動中は、特に、漏洩電流が大きくなる。 The leakage current is caused by switching control of the switching elements of the inverter circuit, and the high-frequency component of the current flows through the stray capacitance between the compressor and the ground. Leakage current varies depending on the impedance within the compressor. In particular, oil remains in the compressor when the air conditioner is started. Therefore, the impedance of the compressor becomes smaller than when no oil remains in the compressor. This results in a large leakage current, especially during start-up.
結線切替モータを備えた空気調和機を運転する場合、基本的には、デルタ結線で起動される。デルタ結線は、スター結線よりもインピーダンスが低い。従って、デルタ結線で起動することは、漏洩電流に対して、より厳しい環境下に置かれることを意味し、起動中における漏洩電流の増加を抑制する必要がある。 When operating an air conditioner provided with a connection switching motor, it is basically started with a delta connection. Delta connections have lower impedance than star connections. Therefore, starting with a delta connection means being placed in a more severe environment with respect to leakage current, and it is necessary to suppress an increase in leakage current during startup.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結線切替モータを駆動する際の起動中における漏洩電流の増加を抑制することができるモータ駆動装置を得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a motor drive device capable of suppressing an increase in leakage current during start-up when driving a connection switching motor.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るモータ駆動装置は、少なくとも1つの第1のスイッチング素子を有し、交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換及び昇圧する昇圧回路、及び昇圧回路から出力される直流電圧を平滑するコンデンサを備える。また、モータ駆動装置は、複数の第2のスイッチング素子を有し、コンデンサに蓄積された電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータ回路を備える。モータ駆動装置は、モータに対する自制運転の開始から、モータの回転数が一定となるまでの期間において、第2のスイッチング素子に対するスイッチング回数を規定のスイッチング回数に対して低減させる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a motor drive device according to the present invention has at least one first switching element, converts an AC voltage output from an AC power supply into a DC voltage, and boosts the voltage. A booster circuit and a capacitor for smoothing the DC voltage output from the booster circuit are provided. The motor drive device also includes an inverter circuit that has a plurality of second switching elements, converts the power accumulated in the capacitor into AC power, and supplies the AC power to the motor. The motor driving device reduces the number of times of switching for the second switching element from the prescribed number of times of switching during a period from the start of self-restraint operation of the motor until the number of revolutions of the motor becomes constant.
本発明によれば、結線切替モータを駆動する際の起動中における漏洩電流の増加を抑制することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to suppress the increase in the leakage current at the time of starting when driving a connection switching motor.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置及び空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下では、電気的な接続を単に「接続」と称して説明する。 A motor drive device and an air conditioner according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited by the embodiments shown below. Also, hereinafter, the electrical connection will be simply referred to as "connection".
実施の形態.
図1は、実施の形態に係る空気調和機200の構成例を示す図である。図1では、一例として、セパレート形空気調和機の構成を示している。実施の形態に係る空気調和機200は、モータ500を内蔵した圧縮機251と、四方弁259と、室外熱交換器252と、膨張弁261と、室内熱交換器257とを備える。これらの構成部は、冷媒配管262を介して接続されて冷凍サイクルを構成している。モータ500は、後述する実施の形態に係るモータ駆動装置100によって駆動される。Embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an
圧縮機251の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構250と、圧縮機構250を動作させるモータ500とが設けられている。圧縮機251から室外熱交換器252との間と、圧縮機251から室内熱交換器257との間を冷媒が循環することで冷暖房などを行う冷凍サイクルが構成されている。なお、図15に示した構成は、空気調和機だけでなく、冷蔵庫、冷凍庫といった冷凍サイクルを備える冷凍サイクル装置に適用可能である。
A
図2は、実施の形態に係るモータ駆動装置100の構成を示す回路図である。図3は、図2に示すインバータ回路18の詳細な構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the
実施の形態に係るモータ駆動装置100は、図2に示すように、単相の交流電源1から供給される交流電力を直流電力に変換する。また、モータ駆動装置100は、変換した直流電力を再度交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ500に供給してモータ500を駆動する。モータ500は、図1に示した空気調和機200の圧縮機251に内蔵されるモータである。モータ500は、図2に示されるような、結線切替が可能な構造のモータである。本明細書では、適宜「結線切替モータ」と呼ぶ。モータ500の詳細構成については、後述する。
As shown in FIG. 2, the
図2において、モータ駆動装置100は、昇圧回路3と、コンデンサ4と、制御部10と、電流検出器18Sを備えるインバータ回路18と、結線切替部60と、第1の電圧検出器である電圧検出器5と、第2の電圧検出器である電圧検出器7と、を備える。
2, the
昇圧回路3は、後述するスイッチング素子の開閉動作によって交流電源1から出力される交流電圧を直流電圧に変換及び昇圧する昇圧コンバータである。昇圧回路3は、交流電圧を直流電圧に変換する際に、変換した直流電圧の電圧値を制御、即ち昇圧する。なお、交流電源1から出力される交流電圧を「電源電圧」と呼び、「Vs」で表す。
The
昇圧回路3は、リアクトル2と、第1のレグ31と、第2のレグ32とを備える。第1のレグ31と第2のレグ32とは、並列に接続されている。第1のレグ31では、第1の上アーム素子311と第1の下アーム素子312とが直列に接続されている。第2のレグ32では、第2の上アーム素子321と第2の下アーム素子322とが直列に接続されている。リアクトル2の一端は、交流電源1に接続される。リアクトル2の他端は、第1のレグ31における第1の上アーム素子311と第1の下アーム素子312との接続点3aに接続されている。第2の上アーム素子321と第2の下アーム素子322との接続点3bは、交流電源1の他端に接続されている。昇圧回路3において、接続点3a,3bは、交流端子を構成する。
The
第1の上アーム素子311は、スイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1に逆並列に接続されるダイオードD1とを含む。第1の下アーム素子312は、スイッチング素子Q2と、スイッチング素子Q2に逆並列に接続されるダイオードD2とを含む。第2の上アーム素子321は、スイッチング素子Q3と、スイッチング素子Q3に逆並列に接続されるダイオードD3とを含む。第2の下アーム素子322は、スイッチング素子Q4と、スイッチング素子Q4に逆並列に接続されるダイオードD4とを含む。なお、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のそれぞれを「第1のスイッチング素子」と呼ぶ場合がある。
The first
図2では、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のそれぞれに金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:MOSFET)を例示しているが、MOSFETに限定されない。MOSFETは、ドレインとソースとの間で双方向に電流を流すことができるスイッチング素子である。ドレインに相当する第1端子とソースに相当する第2端子との間で双方向に電流を流すことができるスイッチング素子であれば、どのようなスイッチング素子でもよい。 In FIG. 2, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) is illustrated as each of the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4, but it is not limited to a MOSFET. A MOSFET is a switching element that allows current to flow bidirectionally between a drain and a source. Any switching element may be used as long as it is a switching element that allows current to flow bidirectionally between the first terminal corresponding to the drain and the second terminal corresponding to the source.
また、逆並列とは、MOSFETのドレインに相当する第1端子とダイオードのカソードとが接続され、MOSFETのソースに相当する第2端子とダイオードのアノードとが接続されることを意味する。なお、ダイオードは、MOSFET自身が内部に有する寄生ダイオードを用いてもよい。寄生ダイオードは、ボディダイオードとも呼ばれる。 Anti-parallel means that the first terminal corresponding to the drain of the MOSFET and the cathode of the diode are connected, and the second terminal corresponding to the source of the MOSFET and the anode of the diode are connected. A parasitic diode that the MOSFET itself has inside may be used as the diode. A parasitic diode is also called a body diode.
また、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のうちの少なくとも1つは、シリコン系材料により形成されたMOSFETに限定されず、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体により形成されたMOSFETでもよい。 At least one of the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 is not limited to a MOSFET made of a silicon-based material, and is made of a wide bandgap semiconductor such as silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, or diamond. A MOSFET may also be used.
一般的にワイドバンドギャップ半導体は、シリコン半導体に比べて耐電圧及び耐熱性が高い。そのため、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のうちの少なくとも1つにワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、スイッチング素子の耐電圧性及び許容電流密度が高くなり、スイッチング素子を組み込んだ半導体モジュールを小型化できる。 Wide bandgap semiconductors generally have higher withstand voltage and heat resistance than silicon semiconductors. Therefore, by using a wide bandgap semiconductor for at least one of the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, the voltage resistance and allowable current density of the switching elements are increased, and the semiconductor module incorporating the switching elements can be miniaturized. can be
なお、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のうちの3つは、スイッチング素子とせずにダイオードを用いてもよい。即ち、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4のうちの少なくとも1つがスイッチング素子であればよい。このような代替構成でも後述する昇圧動作が可能となる。 Three of the switching elements Q1, Q2, Q3 and Q4 may be diodes instead of switching elements. That is, at least one of the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 should be a switching element. Even with such an alternative configuration, a boosting operation, which will be described later, is possible.
コンデンサ4の一端は、高電位側の直流母線12aに接続されている。直流母線12aは、第1のレグ31における第1の上アーム素子311と、第2のレグ32における第2の上アーム素子321との接続点3cから引き出されている。コンデンサ4の他端は、低電位側の直流母線12bに接続されている。直流母線12bは、第1のレグ31における第1の下アーム素子312と、第2のレグ32における第2の下アーム素子322との接続点3dから引き出されている。昇圧回路3において、接続点3c,3dは、直流端子を構成する。また、昇圧回路3において、接続点3c,3dがある側を「直流側」と呼ぶ。
One end of the
昇圧回路3の出力電圧は、コンデンサ4の両端に印加される。コンデンサ4は、直流母線12a,12bに接続されており、昇圧回路3の出力電圧を平滑する。なお、直流母線12a,12bに生じる電圧を「母線電圧」と呼び、「Vdc」で表す。また、交流電源1と昇圧回路3との間に流れる交流電流を「第1電流」と呼ぶ場合がある。
The output voltage of the
電圧検出器5は、電源電圧Vsを検出し、電源電圧Vsの検出値を制御部10に出力する。
The voltage detector 5 detects the power supply voltage Vs and outputs the detected value of the power supply voltage Vs to the
電圧検出器7は、母線電圧Vdcを検出し、母線電圧Vdcの検出値を制御部10に出力する。
次に、図3を用いて、インバータ回路18の回路構成を説明する。インバータ回路18は、図3に示すように、上アーム素子18UPと下アーム素子18UNとが直列に接続されたレグ18Aと、上アーム素子18VPと下アーム素子18VNとが直列に接続されたレグ18Bと、上アーム素子18WPと下アーム素子18WNとが直列に接続されたレグ18Cと、を備える。レグ18A、レグ18B及びレグ18Cは、互いに並列に接続されている。直流母線12bには、シャント抵抗18DSが挿入されている。シャント抵抗18DSは、図1に示した電流検出器18Sの構成要素である。なお、上アーム素子18UP,18VP,18WP及び下アーム素子18UN,18VN,18WNのそれぞれを「第2のスイッチング素子」と呼ぶ場合がある。
Next, the circuit configuration of the
図3では、上アーム素子18UP,18VP,18WP及び下アーム素子18UN,18VN,18WNが絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)である場合を例示しているが、これに限定されない。IGBTに代えて、MOSFETを用いてもよい。 FIG. 3 illustrates a case where the upper arm elements 18UP, 18VP, 18WP and the lower arm elements 18UN, 18VN, 18WN are insulated gate bipolar transistors (IGBTs), but the present invention is not limited to this. A MOSFET may be used instead of the IGBT.
上アーム素子18UPは、トランジスタ18aと、トランジスタ18aに逆並列に接続されるダイオード18bとを含む。他の上アーム素子18VP,18WP、及び下アーム素子18UN,18VN,18WNについても同様の構成である。逆並列とは、昇圧回路3の場合と同様に、IGBTのエミッタに相当する第1端子にダイオードのアノード側が接続され、IGBTのコレクタに相当する第2端子にダイオードのカソード側が接続されることを意味する。
Upper arm element 18UP includes
シャント抵抗18DSは、コンデンサ4とインバータ回路18との間に流れる電流を検出する。シャント抵抗18DSに流れる電流の検出値は、制御部10に送られる。
なお、図3は、上アーム素子と下アーム素子とが直列に接続されるレグを3つ備える構成であるが、この構成に限定されない。レグの数は4つ以上でもよい。 Although FIG. 3 shows a configuration including three legs in which the upper arm element and the lower arm element are connected in series, the configuration is not limited to this. The number of legs may be four or more.
上アーム素子18UP,18VP,18WP及び下アーム素子18UN,18VN,18WNのトランジスタ18aがMOSFETである場合、上アーム素子18UP,18VP,18WP及び下アーム素子18UN,18VN,18WNのうちの少なくとも1つは、炭化珪素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体により形成されていてもよい。ワイドバンドギャップ半導体により形成されたMOSFETを用いれば、耐電圧性及び耐熱性の効果を享受することができる。
When the
上アーム素子18UPと下アーム素子18UNとの接続点26aは、図3では図示しないモータ500の第1の相(例えばU相)に接続され、上アーム素子18VPと下アーム素子18VNとの接続点26bはモータ500の第2の相(例えばV相)に接続され、上アーム素子18WPと下アーム素子18WNとの接続点26cはモータ500の第3の相(例えばW相)に接続される。インバータ回路18において、接続点26a,26b,26cは、交流端子を構成する。
A
また、図3に示すインバータ回路18に代えて、図4に示すインバータ回路18Xを用いてもよい。図4は、図2に示すインバータ回路の図3とは異なる構成を示す回路図である。
Further, an
図4に示すインバータ回路18Xでは、下アーム素子18UNと直流母線12bとの間において、下アーム素子18UNに直列に接続される下アームシャント抵抗18USが設けられている。これにより、レグ18Aは、互いに直列に接続された上アーム素子18UP、下アーム素子18UN及び下アームシャント抵抗18USによって構成される。
In the
他のレグも同様である。具体的に、下アーム素子18VNと直流母線12bとの間において、下アーム素子18VNに直列に接続される下アームシャント抵抗18VSが設けられている。これにより、レグ18Bは、互いに直列に接続された上アーム素子18VP、下アーム素子18VN及び下アームシャント抵抗18VSによって構成される。また、下アーム素子18WNと直流母線12bとの間において、下アーム素子18WNに直列に接続される下アームシャント抵抗18WSが設けられている。これにより、レグ18CBは、互いに直列に接続された上アーム素子18WP、下アーム素子18WN及び下アームシャント抵抗18WSによって構成される。
Other legs are similar. Specifically, a lower arm shunt resistor 18VS connected in series to the lower arm element 18VN is provided between the lower arm element 18VN and the
下アームシャント抵抗18USは、U相の下アームに流れる電流を検出する。下アームシャント抵抗18VSは、V相の下アームに流れる電流を検出する。下アームシャント抵抗18WSは、W相の下アームに流れる電流を検出する。下アームシャント抵抗18US,18VS,18WSに流れる電流の検出値は、制御部10に送られる。
The lower arm shunt resistor 18US detects the current flowing through the U-phase lower arm. The lower arm shunt resistor 18VS detects the current flowing through the V-phase lower arm. The lower arm shunt resistor 18WS detects the current flowing through the W-phase lower arm. Detected values of the currents flowing through the lower
図3は、いわゆる1シャント電流検出方式の回路構成である。図3の回路は、主に圧縮機駆動用のモータに好適に用いられる。また、図4は、いわゆる3シャント電流検出方式の回路構成である。図4の回路は、主にファン駆動用のモータに好適に用いられる。 FIG. 3 shows a circuit configuration of a so-called one-shunt current detection system. The circuit of FIG. 3 is preferably used mainly for a motor for driving a compressor. Further, FIG. 4 shows a circuit configuration of a so-called 3-shunt current detection system. The circuit of FIG. 4 is preferably used mainly for fan drive motors.
次に、実施の形態1におけるモータ500について説明する。なお、モータ500の回転数を、適宜「モータ回転数」と呼ぶ。また、インバータ回路18がモータ500へ印加する電圧を、適宜「モータ印加電圧」もしくは、単に「印加電圧」と呼ぶ。
Next,
図2において、モータ500は、U相巻線502Uと、V相巻線502Vと、W相巻線502Wとを備える。U相巻線502U、V相巻線502V及びW相巻線502Wは、モータ500が備える3つの巻線である。
In FIG. 2,
U相巻線502Uの両端は、開放されている。V相巻線502V及びW相巻線502Wも同様である。結線切替部60は、モータ500が備える3つの巻線の結線状態を、第1の結線状態と第2の結線状態との間で相互に切り替える。第2の結線状態は、モータ回転数が同一の条件において、第1の結線状態よりもモータ印加電圧が低くなる状態である。従って、モータ回転数が同一の条件において、第1の結線状態におけるモータ印加電圧は、第2の結線状態におけるモータ印加電圧よりも高くなる。図2のモータ500の場合、第1の結線状態はスター結線に結線された状態であり、第2の結線状態はデルタ結線に結線された状態である。
Both ends of U-phase winding 502U are open. The same applies to the V-phase winding 502V and the W-phase winding 502W. The
結線切替部60は、開放されている各巻線の両端の接続先を変更することで、モータの巻線の結線状態を、スター結線とデルタ結線との間で切り替える機能を有する。この機能の実現のため、結線切替部60は、U相スイッチ62Uと、V相スイッチ62Vと、W相スイッチ62Wとを備える。U相スイッチ62Uは、U相巻線502Uの接続先を切り替える切替部である。V相スイッチ62Vは、V相巻線502Vの接続先を切り替える切替部である。W相スイッチ62Wは、W相巻線502Wの接続先を切り替える切替部である。
The
U相スイッチ62U、V相スイッチ62V及びW相スイッチ62Wは、制御部10からの切替信号CS1~CS3によって接点が個別に切り替えられる。
Contacts of the
各相スイッチの現在の接点は、モータ500の各相巻線をスター結線に接続する状態になっている。即ち、デフォルトの接点は、モータ500の各相巻線をスター結線に接続する状態である。
The current contacts of each phase switch are in a state to connect each phase winding of
なお、図2では、各相スイッチは、c接点スイッチとして記載しているが、これら例に限定されない。各相スイッチは、それぞれが双方向に開閉することのできるスイッチであればよい。例えば、各相スイッチは、a接点スイッチ又はb接点スイッチが組み合わされて構成されていてもよい。また、各相スイッチは、半導体スイッチであってもよい。 In addition, although each phase switch is described as a c-contact switch in FIG. 2, it is not limited to these examples. Each phase switch may be a switch that can be opened and closed in both directions. For example, each phase switch may be configured by combining an a-contact switch or a b-contact switch. Also, each phase switch may be a semiconductor switch.
各相スイッチは、オン時の導通損失が小さいものが好適であり、リレー又はコンタクタといった機械スイッチを用いることができる。また、機械スイッチに代えて、ワイドバンドギャップ半導体により形成されたスイッチング素子を使用してもよい。ワイドバンドギャップ半導体により形成されたスイッチング素子とすることで、オン抵抗が小さく、低損失で素子発熱が小さいという効果を享受することができる。 Each phase switch preferably has a small conduction loss when turned on, and a mechanical switch such as a relay or a contactor can be used. Further, a switching element formed of a wide bandgap semiconductor may be used instead of the mechanical switch. By using a switching element formed of a wide bandgap semiconductor, it is possible to obtain the effects of low on-resistance, low loss, and low element heat generation.
なお、図2では、第1の結線状態がスター結線であり、第2の結線状態がデルタ結線である場合を例示したが、これに限定されない。例えば、図5に示す2つの結線状態を切り替えてもよい。図5は、実施の形態1における第1及び第2の結線状態の他の例の説明に供する図である。 In addition, in FIG. 2, although the case where the 1st connection state was star connection and the 2nd connection state was delta connection was illustrated, it is not limited to this. For example, the two connection states shown in FIG. 5 may be switched. FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the first and second connection states in the first embodiment.
図5には、図2に示すモータ500の図2とは異なる結線状態が模式的に示されている。図5の上段部には、スター結線における各相の巻線を直列に接続した直列結線の例が示されている。また、図5の下段部には、スター結線における各相巻線を並列に接続した並列結線の例が示されている。
FIG. 5 schematically shows a wiring state of the
直列結線におけるU相巻線33U1のインピーダンスは、並列結線におけるU相巻線33U2のインピーダンスよりも大きい。同様に、直列結線におけるV相巻線33V1のインピーダンスは、並列結線におけるV相巻線33V2のインピーダンスよりも大きく、直列結線におけるW相巻線33W1のインピーダンスは、並列結線におけるW相巻線33W2のインピーダンスよりも大きい。このため、同じ相電流であれば、各相巻線に誘起される誘起電圧は、並列結線よりも直列結線の方が大きい。従って、図5の上段部に示される直列結線は、モータ印加電圧が並列結線に比べて高くなる結線状態であり、上述した第1の結線状態に対応する。逆に、図5の下段部に示される並列結線は、モータ印加電圧が直列結線に比べて低くなる結線状態であり、上述した第2の結線状態に対応する。 The impedance of U-phase winding 33U1 in series connection is greater than the impedance of U-phase winding 33U2 in parallel connection. Similarly, the impedance of V-phase winding 33V1 in series connection is greater than the impedance of V-phase winding 33V2 in parallel connection, and the impedance of W-phase winding 33W1 in series connection is greater than the impedance of W-phase winding 33W2 in parallel connection. Greater than impedance. Therefore, if the phase currents are the same, the induced voltage induced in each phase winding is greater in series connection than in parallel connection. Therefore, the series connection shown in the upper part of FIG. 5 is a connection state in which the voltage applied to the motor is higher than that in the parallel connection, and corresponds to the first connection state described above. Conversely, the parallel connection shown in the lower part of FIG. 5 is a connection state in which the voltage applied to the motor is lower than that in the series connection, and corresponds to the above-described second connection state.
なお、図5では、図2に示す結線切替部60に相当する構成部の図示は省略しているが、a接点スイッチ、b接点スイッチ又はc接点スイッチを適宜組み合わせることにより、第1の結線状態と第2の結線状態とを切り替えることができる。
In FIG. 5, illustration of a component corresponding to the
図2に戻り、制御部10は、電圧検出器5及び電圧検出器7の検出値に基づいて、昇圧回路3内の各スイッチング素子を制御するための制御信号S311~S322を生成する。制御信号S311は、スイッチング素子Q1を制御するための制御信号であり、制御信号S322は、スイッチング素子Q4を制御するための制御信号である。スイッチング素子Q2,Q3も制御部10からの制御信号によって制御される。制御部10によって生成された制御信号S311~S322は、昇圧回路3内の図示しないゲート駆動回路に入力される。
Returning to FIG. 2, the
また、制御部10は、電圧検出器5、電圧検出器7及び電流検出器18Sの各検出値に基づいて、インバータ回路18内の各スイッチング素子を制御するための制御信号S1~S6を生成する。制御信号S1は、上アーム素子18UPを制御するための制御信号であり、制御信号S6は、下アーム素子18WNを制御するための制御信号である。他の上アーム素子18VP,WP及び他の下アーム素子18UN,VNも制御部10からの制御信号によって制御される。制御部10によって生成された制御信号S1~S6は、インバータ回路18内の図示しないゲート駆動回路に入力される。
Further, the
次に、実施の形態で用いる結線切替モータの特徴について説明する。なお、以下の説明では、モータ500の運転効率を単に「効率」と呼ぶ。なお、ここで言う「効率」は、モータ500への入力電力に対するモータ500の機械出力の比である。また、幾つかの図面では、スター結線を「Y結線」、デルタ結線を「Δ結線」と表記する。
Next, the features of the connection switching motor used in the embodiment will be described. In the following description, the operating efficiency of
図6は、実施の形態の結線切替モータにおける結線状態と効率との関係の説明に供する図である。横軸にはモータ500の回転数が示され、縦軸にはモータ500の効率が示されている。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the connection state and efficiency in the connection switching motor of the embodiment. The horizontal axis indicates the rotation speed of the
図6に示すように、結線状態がスター結線の場合のモータ500の効率は、回転数が小さい低速領域、即ち軽負荷領域では、デルタ結線に比べて良好であるが、回転数が大きい高速領域、即ち高負荷領域又は過負荷領域では低下する。
As shown in FIG. 6, the efficiency of the
一方、結線状態がデルタ結線の場合のモータ500の効率は、回転数が小さい低速領域ではスター結線に比べて劣るが、回転数が大きい高速領域では、向上する。
On the other hand, the efficiency of the
従って、低速領域では、デルタ結線よりもスター結線の方が効率が良く、高速領域では、スター結線よりもデルタ結線の方が効率が良い。よって、図6に示す切替点が存在し、この切替点で結線状態を切り替えれば、効率の良い運転が可能となる。なお、切替点における切替回転数を「第1回転数」と呼ぶ場合がある。 Therefore, the star connection is more efficient than the delta connection in the low speed region, and the delta connection is more efficient than the star connection in the high speed region. Therefore, there are switching points shown in FIG. 6, and if the connection state is switched at these switching points, efficient operation becomes possible. Note that the switching rotation speed at the switching point may be referred to as "first rotation speed".
ここで、空気調和機における省エネルギーに関する指標の1つに、通年エネルギー消費効率(Annual Performance Factor:APF)がある。APFには、空気調和機の中間負荷での効率が大きく寄与する。なお、上述した低速領域又は軽負荷領域は、APFで言う中間負荷とほぼ同義と考えてよい。 Here, one of the indexes related to energy saving in air conditioners is annual performance factor (APF). The efficiency of the air conditioner at intermediate load contributes greatly to the APF. It should be noted that the above-described low-speed region or light-load region may be considered to be almost synonymous with intermediate load referred to in APF.
次に、昇圧回路3の要部の動作について、図7から図10の図面を適宜参照して説明する。
Next, the operation of the main part of the
図7は、実施の形態におけるモータ駆動装置100の動作モードの説明に供する図である。図7には、パッシブ同期整流モード、簡易スイッチングモード及びパルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)制御モードという3つの動作モードが示されている。図8は、実施の形態の昇圧回路3におけるパッシブ同期整流モード時の電流経路の1つを示す図である。図9は、一般的なスイッチング素子における電流-損失特性を模式的に示す図である。図10は、実施の形態の昇圧回路3における簡易スイッチングモード時の電流経路の1つを示す図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining operation modes of
図7の上段部には、パッシブ同期整流モード時の電源電圧及び電源電流が示されている。この動作モードは、非昇圧で同期整流を行うモードである。非昇圧とは、電源短絡動作を行わないことを意味する。なお、電源短絡動作については、後述する。また、同期整流とは、電流がダイオードに流れるタイミングに合わせ、ダイオードに逆並列に接続されるスイッチング素子をON動作させる制御手法である。 The upper part of FIG. 7 shows the power supply voltage and power supply current in the passive synchronous rectification mode. This operation mode is a mode in which synchronous rectification is performed without boosting. Non-boosting means not performing a power supply short-circuit operation. The power supply short-circuit operation will be described later. Synchronous rectification is a control method for turning ON a switching element connected in anti-parallel to a diode in accordance with the timing at which current flows through the diode.
図8には、電源電圧が正極性であり、且つ、同期整流を行うときのコンデンサ4に対する充電経路が示されている。図8に示すように、交流電源1における上側の端子がプラス電位のときを電源電圧の極性が正であるとする。また、交流電源1における上側の端子がマイナス電位のときを電源電圧の極性が負であるとする。
FIG. 8 shows the charging path for the
図8において、交流電源1から供給される電流によってコンデンサ4が充電される場合、スイッチング素子Q1,Q4をON動作させない場合、交流電源1、リアクトル2、ダイオードD1、コンデンサ4、ダイオードD4、交流電源1の順で電流が流れる。ダイオードは、電流が流れる方向、即ち順方向に電圧降下分の電圧が印加されないと導通しない。このため、図7の上段部に示すように、電源電圧が正の半周期T1の期間において、半周期T1よりも短い期間T2で電流が流れる。パッシブ同期整流モードでは、期間T2において、ダイオードD1,D4の導通タイミングに合わせてスイッチング素子Q1,Q4がONに制御される。従って、期間T2では、交流電源1、リアクトル2、スイッチング素子Q1、コンデンサ4、スイッチング素子Q4、交流電源1の順で電流が流れる。
In FIG. 8, when the
電源電圧が負の半周期も同様な動作が行われる。但し、電源電圧が負の半周期における期間T3では、ダイオードD2,D3の導通タイミングに合わせてスイッチング素子Q2,Q3がONに制御される。 A similar operation is performed in the half cycle in which the power supply voltage is negative. However, during the period T3 in the negative half cycle of the power supply voltage, the switching elements Q2 and Q3 are controlled to be ON in accordance with the conduction timing of the diodes D2 and D3.
図9には、ダイオードの損失特性と、スイッチング素子のオン時の損失特性とが示されている。図9に示すように、電流値I0よりも電流が小さい領域Aでは、スイッチング素子の損失よりも、ダイオードの損失の方が大きい。この特性を利用し、電流がダイオードに流れるタイミングに合わせ、ダイオードに逆並列に接続されるスイッチング素子をON動作させる同期整流を利用すれば、モータ駆動装置100を高効率に動作させることができる。
FIG. 9 shows the loss characteristics of the diode and the loss characteristics when the switching element is on. As shown in FIG. 9, in a region A where the current is smaller than the current value I0, the diode loss is greater than the switching element loss. Using this characteristic, the
また、図7の中段部には、簡易スイッチングモード時の電源電圧及び電源電流が示されている。この動作モードは、電源電圧の半周期の期間において、1又は数回の電源短絡動作を行って昇圧回路3を昇圧動作させる動作モードである。なお、図7の中段部の例では、電源電圧の半周期の期間に1回の電源短絡動作が行われている。
The middle part of FIG. 7 shows the power supply voltage and power supply current in the simple switching mode. This operation mode is an operation mode in which the power supply short-circuit operation is performed once or several times during the period of the half cycle of the power supply voltage to cause the
図10には、電源電圧が正極性であり、且つ、同期整流を行うときのリアクトル2を介した交流電源1の短絡経路が示されている。図10に示すように、スイッチング素子Q1,Q3を期間T4でON動作させる。このようにすれば、交流電源1、リアクトル2、スイッチング素子Q1、スイッチング素子Q3、交流電源1の順で電流が流れ、リアクトル2に電気エネルギーが蓄積される。
FIG. 10 shows a short-circuit path of the
期間T4の後、図7の上段部で示したパッシブ同期整流モード時の動作となる。期間T4の直後では、交流電源1の電圧とリアクトル2に生じる電圧との和が、昇圧回路3に印加される。このため、昇圧回路3のダイオードD1,D4は導通する。そして、ダイオードD1,D4の導通タイミングに合わせてスイッチング素子Q1,Q4がON動作し、電源電流が流れる。
After the period T4, the operation in the passive synchronous rectification mode shown in the upper part of FIG. 7 is performed. Immediately after period T<b>4 , the sum of the voltage of
なお、図10では、スイッチング素子Q1,Q3をON動作させているが、これに代えて、スイッチング素子Q2,Q4をON動作させてもよい。この場合、交流電源1、リアクトル2、スイッチング素子Q2、スイッチング素子Q4、交流電源1の順で電流が流れる。
In FIG. 10, the switching elements Q1 and Q3 are ON-operated, but instead of this, the switching elements Q2 and Q4 may be ON-operated. In this case, the current flows through the
負の半周期においても同様であり、1又は数回の電源短絡動作の後に、パッシブ同期整流動作となる。電源短絡動作では、スイッチング素子Q1,Q3をON動作させてもよいし、スイッチング素子Q2,Q4をON動作させてもよい。 The same is true for the negative half-cycles, after one or several power supply short-circuits, passive synchronous rectification occurs. In the power supply short-circuit operation, the switching elements Q1 and Q3 may be turned ON, or the switching elements Q2 and Q4 may be turned ON.
また、図7の下段部には、PWM制御モード時の電源電圧及び電源電流が示されている。この動作モードでは、リアクトル2に電気エネルギーを蓄積する電源短絡動作と、リアクトル2に蓄積した電気エネルギーを使用してコンデンサ4を充電する充電動作とが交互に繰り返される。電源短絡動作と充電動作との切り替えは、数kHzから数十kHzの高周波で行われる。これにより、図7の下段部に示されるように、電源電流は、正弦波状の電流に制御される。また、中段部に示す簡易スイッチングモードよりも、昇圧動作の時間が長く、簡易スイッチングモードよりも高い昇圧電圧が得られる。
The lower part of FIG. 7 shows the power supply voltage and power supply current in the PWM control mode. In this operation mode, a power supply short-circuit operation for accumulating electrical energy in
上述した3つのモードは、運転条件及び負荷条件に応じて切り替えられる。これにより、モータ駆動装置100を、高効率に動作させることが可能となる。また、これにより、空気調和機200を高効率に運転することが可能となる。
The three modes described above are switched according to operating conditions and load conditions. This allows the
実施の形態に係る空気調和機200は、上記のように構成されて動作するモータ駆動装置100によって駆動される。モータ駆動装置100は、上記の特徴を有しているため、空気調和機200の運転効率を高めることができる。
The
ところが、空気調和機200の圧縮機251に内蔵されるモータ500は、結線切替モータであり、また、結線切替モータは、起動時にはインピーダンスの低いデルタ結線で起動されるため、上述した漏洩電流が大きくなる。
However, the
そこで、以下では、空気調和機200の起動時における漏洩電流の低減手法について説明する。なお、本手法は、起動時における漏洩電流を単に低減するのではなく、空気調和機200を高効率に運転しつつ行うことが大前提である。
Therefore, below, a method for reducing leakage current when the
図11は、実施の形態の昇圧回路3における出力電圧制御の説明に供する図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining output voltage control in the
図11には、モータ500の結線状態がスター結線のときの誘起電圧と、モータ500の結線状態がデルタ結線のときの誘起電圧とが示されている。横軸にはモータ500の回転数が示され、縦軸には各種の電圧が示されている。図11では、図6に示される効率特性に鑑みて、モータ500の結線状態は、低速領域ではスター結線とし、高速領域ではデルタ結線としている。また、図11では、図6に示される第1回転数において、スター結線とデルタ結線とが切り替えられることが想定されている。
FIG. 11 shows the induced voltage when the
スター結線における端子間の誘起電圧は、デルタ結線における端子間の誘起電圧の√3倍である。従って、結線状態をデルタ結線からスター結線にすることは、巻線の巻数を√3倍にしたのと同等となる。従って、回転数に対する誘起電圧の傾きは、デルタ結線の誘起電圧の√3倍となる。 The induced voltage between terminals in star connection is √3 times the induced voltage between terminals in delta connection. Therefore, changing the connection state from delta connection to star connection is equivalent to multiplying the number of winding turns by √3. Therefore, the slope of the induced voltage with respect to the rotational speed is √3 times the induced voltage of the delta connection.
図11には、整流電圧、並びに2つの昇圧電圧である第1電圧及び第2電圧の各レベルが破線で示されている。整流電圧は、昇圧回路3を昇圧動作させないときの昇圧回路3の出力電圧である。換言すると、整流電圧は、昇圧回路3のスイッチング素子の開閉動作を伴わない昇圧回路3の出力電圧である。
In FIG. 11, the levels of the rectified voltage and the two boosted voltages, the first voltage and the second voltage, are indicated by dashed lines. The rectified voltage is the output voltage of the
ここで、実施の形態では、2つの昇圧モードを定義する。1つは、昇圧回路3を昇圧動作させて第1電圧を出力する昇圧モードである。この昇圧モードを「第1の昇圧モード」と定義する。もう1つは、昇圧回路3を昇圧動作させて第2電圧を出力する昇圧モードである。この昇圧モードを「第2の昇圧モード」と定義する。
Here, in the embodiment, two boost modes are defined. One is a boosting mode in which the boosting
第1の昇圧モードにおいて、昇圧回路3は、前述した簡易スイッチングモードで動作し、図11に示すような第1電圧を発生する。第1電圧は、昇圧回路3のスイッチング素子の開閉動作によって昇圧される昇圧回路3の出力電圧である。
In the first boosting mode, the boosting
また、第2の昇圧モードにおいて、昇圧回路3は、前述したPWM制御モードで動作し、図11に示すような第2電圧を発生する。第2電圧は、昇圧回路3のスイッチング素子の開閉動作によって昇圧される昇圧回路3の出力電圧であり、且つ、第1電圧よりも高い電圧である。なお、第2電圧と第1電圧との間のレベル差が小さい場合、第2電圧の発生を第1の昇圧モード、即ち簡易スイッチングモードで実施してもよい。
In the second boosting mode, the boosting
結線切替モータでは、スター結線での電圧不足と、デルタ結線での電圧不足とが起こらないよう、双方の電圧不足に注意する必要がある。巻線の高巻数化により誘起電圧を高めることは可能である。しかしながら、従来の昇圧回路は、昇圧時の損失が大きく、高巻数化には制約があった。 In a connection-switching motor, it is necessary to pay attention to voltage shortages in both the star connection and the delta connection so as not to cause a voltage shortage. It is possible to increase the induced voltage by increasing the number of turns of the winding. However, the conventional booster circuit has a large loss at the time of boosting, and there are restrictions on increasing the number of turns.
これに対し、本実施の形態のモータ駆動装置では、昇圧回路3において同期整流を行うので、従来のダイオード整流で発生していた損失を改善することができる。また、2つの昇圧モードでも同期整流を行うので、昇圧動作による損失分を、昇圧動作時の同期整流による損失改善分で埋め合わせることができる。これにより、結線切替モータによる高巻数化の効果を損なうことなく、効率の向上が可能となる。
On the other hand, in the motor driving device of the present embodiment, synchronous rectification is performed in the
図12は、実施の形態に係る空気調和機200の運転方法の一例を示すタイムチャートである。図12において、モータ500の巻線の当初の結線状態、即ちデフォルトの結線状態はスター結線である。また、図12において、太実線は回転数を表し、太破線は母線電圧を表している。また、図12において、破線の楕円で囲んだ部分、即ち時刻t3から時刻t6までの期間は、フィードバック制御による自制運転期間の一部であり、ここでは「第1の期間」と呼ぶ。第1の期間は、自制運転の開始から、モータ500の回転数が一定となる期間と言い替えることができる。なお、自制運転は、実施の形態であれば、電流検出器18Sの検出値に基づいて行われる運転制御である。なお、電流検出器18Sの検出値に代えて、モータ500に流れる電流であるモータ電流の検出値に基づいて行われる場合、又はモータ500の回転位置の検出値に基づいて行われる場合がある。
FIG. 12 is a time chart showing an example of the operating method of the
まず、時刻t1において、空気調和機200への通電が開始され、時刻t2においてモータ500が起動される。なお、時刻t1と時刻t2との間において、巻線の結線状態は、スター結線からデルタ結線に切り替えられる。
First, at time t1, energization of
時刻t2から時刻t3までの間は、オープンループ制御である他制運転が行われる。他制運転の一例は、指令回転数に対応する電圧指令を生成してインバータ回路18を制御するV/f制御である。
During the period from time t2 to time t3, open-loop control, that is, multi-control operation is performed. An example of the multi-regulation operation is V/f control in which a voltage command corresponding to the commanded rotation speed is generated to control the
時刻t3と時刻t6との間、即ち第1の期間では、後述するフローチャートに従って、漏洩電流の増加を抑制する制御を行う。以下、この制御を「漏洩電流抑制制御」と呼ぶ。 Between time t3 and time t6, that is, in the first period, control is performed to suppress an increase in leakage current according to a flowchart described later. This control is hereinafter referred to as "leakage current suppression control".
第1の期間では、モータ500が加速される。また、今後の電圧不足が見込まれる時刻t4において、1度目の昇圧が行われ、母線電圧が第1電圧に変更される。母線電圧が第1電圧に変更される前後においても、上述した漏洩電流抑制制御が実施される。
In the first period,
また、時刻t5では2度目の昇圧が行われ、母線電圧が第2電圧に変更される。1度目の昇圧は第1の昇圧モードで実施され、2度目の昇圧は第2の昇圧モードで実施される。母線電圧が第2電圧に変更される前後においても、漏洩電流抑制制御が実施される。 Also, at time t5, the voltage is boosted for the second time, and the bus voltage is changed to the second voltage. The first boosting is performed in the first boosting mode, and the second boosting is performed in the second boosting mode. Leakage current suppression control is also performed before and after the bus voltage is changed to the second voltage.
時刻t6では定格負荷に到達し、時刻t6から時刻t7の間において、回転数一定の制御が実施される。また、時刻t6から時刻t7の間において、モータ駆動装置100の制御部10は、目標温度と室温との温度差の絶対値が閾値未満であるか否かを判断する。当該温度差が閾値未満であれば、再起動を行うため減速動作に移行する。なお、図12の例では、時刻t7で減速動作に移行している。
At time t6, the rated load is reached, and control for constant rotation speed is performed between time t6 and time t7. Also, between time t6 and time t7, the
時刻t7と時刻t9との間の時刻t8では、効率を高めるため、昇圧動作は停止し、母線電圧は整流電圧となる。時刻t9では運転が停止され、巻線の結線状態は、デルタ結線からスター結線に切り替えられる。 At time t8 between time t7 and time t9, the boosting operation is stopped and the bus voltage becomes the rectified voltage in order to improve efficiency. At time t9, the operation is stopped and the connection state of the windings is switched from delta connection to star connection.
時刻t10において再起動され、時刻t10と時刻t12との間ではモータ500が加速さる。電圧不足が見込まれる時刻t11では昇圧が行われ、母線電圧が第1電圧に変更される。時刻t12では中間負荷に到達し、時刻t12から時刻t13の間において、回転数一定の制御が実施される。なお、時刻t12と時刻t13との間は中間負荷の運転であり、第2電圧までの昇圧は不要である。
It is restarted at time t10, and
時刻t13では、例えば図示しないリモコンから停止指令が入力され、減速動作に移行する。時刻t13と時刻t15との間の時刻t14では、効率を高めるため、昇圧動作は停止し、母線電圧は整流電圧となる。時刻t15では運転が停止され、時刻t16では通電が終了する。 At time t13, for example, a stop command is input from a remote controller (not shown), and the deceleration operation is started. At time t14 between time t13 and time t15, the boosting operation is stopped and the bus voltage becomes the rectified voltage in order to improve efficiency. The operation is stopped at time t15, and the energization ends at time t16.
なお、図12の例では、再起動中には漏洩電流抑制制御を実施しないこととしているが、再起動中での漏洩電流抑制制御の実施を妨げる趣旨ではない。 In the example of FIG. 12, the leakage current suppression control is not performed during the restart, but this is not intended to prevent the leakage current suppression control during the restart.
例えば、巻線の結線状態をデルタ結線に切り替えてから再起動する場合には、漏洩電流抑制制御を実施する。また、巻線の結線状態がスター結線であっても、負荷の状態が大きく変動するといった通常とは異なる状態の場合には、漏洩電流抑制制御を実施してもよい。 For example, when restarting after switching the connection state of the windings to delta connection, leakage current suppression control is performed. Also, even if the windings are star-connected, the leakage current suppression control may be performed in an unusual state such as a large change in the load state.
実施の形態における漏洩電流抑制制御は、例えば図13に示すフローチャートで実施することができる。図13は、実施の形態における漏洩電流抑制制御の説明に供するフローチャートである。図13に示す処理は、図12に示す第1の期間(時刻t3から時刻t6までの期間)において、制御部10の制御下で実施することができる。
Leakage current suppression control in the embodiment can be implemented, for example, by a flowchart shown in FIG. FIG. 13 is a flowchart for explaining leakage current suppression control in the embodiment. The processing shown in FIG. 13 can be performed under the control of the
まず、モータ500が起動され、モータ500に対する他制運転が実施される(ステップS101)。制御部10は、自制運転の実施が可能か否かを判定する(ステップS102)。自制運転の実施が不可であれば(ステップS102,No)、他制運転を継続しつつ、ステップS102の判定処理を繰り返す。一方、自制運転の実施が可能であれば(ステップS102,Yes)、他制運転から自制運転に移行する。
First, the
また、制御部10は、母線電圧の昇圧が必要か否かを判定する(ステップS104)。母線電圧の昇圧が不要であれば(ステップS104,No)、自制運転を継続しつつ、ステップS104の判定処理を繰り返す。一方、母線電圧の昇圧が必要である場合(ステップS104,Yes)、制御部10は、昇圧モードを選択し(ステップS105)、昇圧回路3を昇圧動作させつつ(ステップS106)、過変調制御を行う(ステップS107)。
Further, the
制御部10は、負荷であるモータ500の動作が安定しているか否かを判定し(ステップS108)、モータ500の動作が安定していない場合には(ステップS108,No)、ステップS104に戻って、ステップS104からステップS106の処理を繰り返す。一方、モータ500の動作が安定している場合には(ステップS108,Yes)、本フローチャートの処理を終了する。
The
以上が、実施の形態に係る空気調和機200における洩電流抑制制御の一例である。以下、一部の動作について補足する。
The above is an example of the leakage current suppression control in the
ステップS102における自制運転の可否の判断は、電流検出器18Sによる電圧検出の可否又は有無で行うことができる。ステップS108における負荷安定の判断は、回転数、室内機の吹出風の温度、変調率などに基づいて行うことができる。
The decision as to whether or not the self-controlled operation can be performed in step S102 can be made based on whether or not voltage detection by the
また、ステップS104における昇圧要否の判断は、母線電圧の不足を予測する処理である。母線電圧の不足は、回転数を閾値と比較してもよいし、変調率を閾値と比較してもよい。ここで言う、「回転数」及び「変調率」は、判定指標の一例である。また、閾値未満であるか否か、又は閾値以上であるか否かは、判定指標によって決まる条件である。ここでは、この条件を「第1の条件」と呼ぶ。つまり、ステップS104における昇圧要否の判定は、判定指標が第1の条件を満たしているか否かの判定処理の一例である。 Further, the determination of whether or not boosting is necessary in step S104 is a process of predicting the shortage of the bus voltage. Insufficient bus voltage may be determined by comparing the number of revolutions with a threshold value, or by comparing the modulation rate with a threshold value. The "number of revolutions" and the "modulation rate" referred to here are examples of determination indices. Further, whether or not it is less than the threshold or whether or not it is greater than or equal to the threshold is a condition determined by the determination index. Here, this condition is called "first condition". In other words, the determination of whether or not the pressure should be increased in step S104 is an example of determination processing of whether or not the determination index satisfies the first condition.
母線電圧が不足することが予測された場合、ステップS105において、制御部10は、第1の昇圧モードを選択するか、第2の昇圧モードを選択するか判断する。第1の昇圧モードが選択された場合、ステップS106において、昇圧回路3は、第1電圧を発生する。また、第2の昇圧モードが選択された場合、ステップS106において、昇圧回路3は、第2電圧を発生する。
When it is predicted that the bus voltage will be insufficient, in step S105, the
ステップS107の過変調制御では、インバータ回路18を動作させる際の変調率が1を超える値に設定される。
In the overmodulation control in step S107, the modulation rate is set to a value exceeding 1 when the
なお、図13のフローチャートでは、昇圧動作時に過変調制御を行っているが、非昇圧動作時に過変調制御を行ってもよい。 In the flowchart of FIG. 13, overmodulation control is performed during boosting operation, but overmodulation control may be performed during non-boosting operation.
図14は、実施の形態における過変調の説明に供する第1の図であり、図15は、実施の形態における過変調の説明に供する第2の図である。図14は非過変調の例を示し、図15は過変調の例を示している。 FIG. 14 is a first diagram for explaining overmodulation in the embodiment, and FIG. 15 is a second diagram for explaining overmodulation in the embodiment. FIG. 14 shows an example of non-overmodulation and FIG. 15 shows an example of overmodulation.
図14の上段部には、電圧指令Vmと、PWM信号を生成する際に用いるキャリアの一例が示されている。電圧指令Vmは、電圧振幅指令V*、母線電圧Vdc、及び変調率に基づいて生成される電圧指令である。図14及び図15は、電圧指令が正弦波の場合を示しているが、矩形波の場合もある。変調率は、図14及び図15の示されるように、電圧振幅指令V*を母線電圧Vdcで除算することで求められる。なお、電圧振幅指令V*は、ベクトル制御の手法、インバータ回路の構成の差異などにより、制御部10の内部で種々の係数が乗算されて演算される。このため、定義の仕方によっては、変調率=1の意味が異なる場合がある。
The upper part of FIG. 14 shows an example of the voltage command Vm and the carrier used when generating the PWM signal. Voltage command Vm is a voltage command generated based on voltage amplitude command V*, bus voltage Vdc, and modulation factor. Although FIGS. 14 and 15 show the case where the voltage command is a sine wave, it may also be a rectangular wave. The modulation factor is obtained by dividing the voltage amplitude command V* by the bus voltage Vdc, as shown in FIGS. Note that the voltage amplitude command V* is calculated by multiplying various coefficients inside the
図14は変調率=1の例であり、図15は変調率=1.2の例である。また、図14及び図15の下段部には、インバータ回路18からモータ500に印加されるインバータ出力電圧の波形が示されている。インバータ出力電圧は、電圧パルス列である。
FIG. 14 is an example of modulation factor=1, and FIG. 15 is an example of modulation factor=1.2. 14 and 15, the waveform of the inverter output voltage applied from the
図15の上段部に示されるように、変調率が1を超えると、電圧指令Vmのピーク値がキャリア振幅よりも大きくなる。従って、図15の下段部に示されるように、電圧指令Vmがキャリアのピークよりも大きい領域Aでは、幅広且つ単一の電圧パルスが生成される。また、領域Aの両側に位置する領域B1,B2では、領域Aに近づくにつれて、パルス幅が徐々に広くなる電圧パルス列が生成される。このため、変調率が1を超える過変調を行うと、インバータ回路18内のスイッチング素子のスイッチング回数を低減することができる。As shown in the upper part of FIG. 15, when the modulation factor exceeds 1, the peak value of the voltage command Vm becomes larger than the carrier amplitude. Therefore, as shown in the lower part of FIG. 15, in a region A where the voltage command Vm is larger than the carrier peak, a wide single voltage pulse is generated. Also, in regions B1 and B2 located on both sides of region A, a voltage pulse train is generated in which the pulse width gradually widens as region A is approached. Therefore, when overmodulation with a modulation factor exceeding 1 is performed, the number of switching times of the switching elements in the
なお、変調率の値は、制御部10の内部で生成されるか、もしくは、制御部10の外部から制御部10に付与される。
Note that the value of the modulation factor is generated inside the
前述したように、漏洩電流は、インバータ回路のスイッチング素子に対するスイッチング制御による電流の高周波成分が、圧縮機とアースとの間の浮遊容量を介して流れるものである。スイッチング回数が増加すれば、スイッチング制御による電流の高周波成分も増加する。このため、スイッチング回数を低減することにより、漏洩電流の低減が可能になる。 As described above, the leakage current is caused by the high-frequency component of the current caused by switching control of the switching elements of the inverter circuit, which flows through the stray capacitance between the compressor and the ground. As the number of switching times increases, the high-frequency component of the current due to switching control also increases. Therefore, by reducing the number of times of switching, it is possible to reduce leakage current.
ここで、変調率の値は、モータ500の容量及びインピーダンスといったモータの特性によって決まる好ましい範囲がある。このため、変調率の値は、スイッチング回数の低減効果及びモータの特性によって決めることが肝要である。何れにしても、昇圧動作時に過変調を行うことにより、漏洩電流の低減は可能である。
Here, the value of the modulation factor has a preferable range determined by the motor characteristics such as the capacity and impedance of the
なお、本実施の形態では、漏洩電流の低減のために、過変調制御によってスイッチング回数を低減する手法を説明したが、これに限定されない。スイッチング回数の低減手法には、例えば二相変調及びキャリア可変があり、これらの手法を用いてもよい。具体的には、漏洩電流の低減のための制御時において、インバータ回路内のスイッチング素子に対するスイッチング回数を規定のスイッチング回数に対して低減させる制御を行うことが考えられる。このような手法でも、漏洩電流の低減は可能である。なお、規定のスイッチング回数は、電圧指令の振幅及び周波数、キャリアの振幅及び周波数によって決まる数である。規定のスイッチング回数は、後述するメモリに記憶させることができる。 In this embodiment, a method of reducing the number of times of switching by overmodulation control has been described in order to reduce leakage current, but the present invention is not limited to this. Techniques for reducing the number of times of switching include, for example, two-phase modulation and variable carrier, and these techniques may be used. Specifically, during control for reducing leakage current, it is conceivable to perform control to reduce the number of switching times for the switching elements in the inverter circuit from the prescribed number of switching times. Leakage current can also be reduced by such a technique. The prescribed number of switching times is determined by the amplitude and frequency of the voltage command and the amplitude and frequency of the carrier. The prescribed number of switching times can be stored in a memory, which will be described later.
次に、実施の形態における制御部10の機能を実現するためのハードウェア構成について、図16及び図17の図面を参照して説明する。図16は、実施の形態における制御部10の機能を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図17は、実施の形態における制御部10の機能を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。
Next, a hardware configuration for realizing the functions of the
実施の形態における制御部10の機能の全部又は一部を実現する場合には、図16に示されるように、演算を行うプロセッサ300、プロセッサ300によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ302、及び信号の入出力を行うインタフェース304を含む構成とすることができる。
When realizing all or part of the functions of the
プロセッサ300は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)といった演算手段であってもよい。また、メモリ302には、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)を例示することができる。
The
メモリ302には、制御部10における機能の全部又は一部を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ300は、インタフェース304を介して必要な情報を授受し、メモリ302に格納されたプログラムをプロセッサ300が実行することにより、昇圧回路3及びインバータ回路18を制御する。
The
また、図16に示すプロセッサ300及びメモリ302は、図17のように処理回路305に置き換えてもよい。処理回路305は、単一回路、複合回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
Also, the
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 It should be noted that the configuration shown in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and it is possible to combine it with another known technique, and the configuration can be changed without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change part of
1 交流電源、2 リアクトル、3 昇圧回路、3a,3b,3c,3d,26a,26b,26c 接続点、4 コンデンサ、5,7 電圧検出器、10 制御部、12a,12b 直流母線、18,18X インバータ回路、18A,18B,18C レグ、18a トランジスタ、18b,D1,D2,D3,D4 ダイオード、18DS シャント抵抗、18S 電流検出器、18UN,18VN,18WN 下アーム素子、18UP,18VP,18WP 上アーム素子、18US,18VS,18WS 下アームシャント抵抗、31 第1のレグ、32 第2のレグ、33U1,33U2,502U U相巻線、33V1,33V2,502V V相巻線、33W1,33W2,502W W相巻線、60 結線切替部、62U U相スイッチ、62V V相スイッチ、62W W相スイッチ、100 モータ駆動装置、200 空気調和機、250 圧縮機構、251 圧縮機、252 室外熱交換器、257 室内熱交換器、259 四方弁、261 膨張弁、262 冷媒配管、300 プロセッサ、302 メモリ、304 インタフェース、305 処理回路、311 第1の上アーム素子、312 第1の下アーム素子、321 第2の上アーム素子、322 第2の下アーム素子、500 モータ、Q1,Q2,Q3,Q4 スイッチング素子。
1
Claims (8)
前記昇圧回路から出力される直流電圧を平滑するコンデンサと、
複数の第2のスイッチング素子を有し、前記コンデンサに蓄積された電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータ回路と、
を備え、
前記モータは、複数の巻線を有し、
前記巻線は両端が開放され、前記両端の接続先を変更することで、前記巻線の結線状態を第1の結線状態と第2の結線状態との間で相互に切り替え可能であり、
前記第1の結線状態におけるインピーダンスは、前記第2の結線状態におけるインピーダンスよりも高く、
前記モータを前記第2の結線状態で起動し、前記モータの起動後、前記モータに対する運転を他制運転から自制運転に切り替え、前記自制運転の開始から、前記モータの回転数が一定となるまでの期間において、前記モータを内蔵した機器とアースとの間に流れる漏洩電流を抑制する漏洩電流抑制制御を実施し、その後、前記モータの運転を一旦停止し、前記巻線の結線状態を前記第2の結線状態から前記第1の結線状態に切り替えて再起動を行い、
前記漏洩電流抑制制御では、前記第2のスイッチング素子に対するスイッチング回数を規定のスイッチング回数に対して低減させる
モータ駆動装置。 a booster circuit that has at least one first switching element and converts an AC voltage output from an AC power supply into a DC voltage and boosts it;
a capacitor for smoothing the DC voltage output from the booster circuit;
an inverter circuit having a plurality of second switching elements, converting the power accumulated in the capacitor into AC power and supplying the AC power to the motor;
with
The motor has a plurality of windings,
Both ends of the winding are open, and by changing connection destinations of the both ends, the connection state of the winding can be switched between a first connection state and a second connection state,
The impedance in the first connection state is higher than the impedance in the second connection state,
The motor is started in the second connection state, and after the motor is started, the operation of the motor is switched from the other-controlled operation to the self-controlled operation, and from the start of the self-controlled operation until the rotation speed of the motor becomes constant. During the period of, leakage current suppression control is performed to suppress the leakage current flowing between the equipment containing the motor and the ground, and then the operation of the motor is temporarily stopped, and the connection state of the windings is changed to the third Switching from the connection state of 2 to the first connection state and restarting,
The motor driving device, wherein the leakage current suppression control reduces the number of times of switching to the second switching element from a prescribed number of times of switching.
請求項1に記載のモータ駆動装置。 2. The motor drive device according to claim 1, wherein the number of times of switching is reduced when the connection state of the windings is the second connection state.
請求項2に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 2, wherein the first connection state is star connection and the second connection state is delta connection.
前記インバータ回路を過変調動作させる
請求項2又は3に記載のモータ駆動装置。 When reducing the switching times,
The motor drive device according to claim 2 or 3, wherein the inverter circuit is operated in an overmodulation manner.
請求項1から4の何れか1項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the number of times of switching is reduced when the number of revolutions of the motor is equal to or greater than a threshold.
請求項1から4の何れか1項に記載のモータ駆動装置。 The motor driving device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the number of times of switching is reduced when the modulation factor of the inverter circuit is equal to or greater than a threshold.
請求項1から6の何れか1項に記載のモータ駆動装置。 When the self-restrained operation is performed, it is determined whether or not the bus voltage needs to be boosted, and the determination of whether or not the boost is necessary is made based on the number of revolutions of the motor or the modulation rate when the inverter circuit is operated. A motor driving device according to any one of claims 1 to 6 .
空気調和機。 An air conditioner comprising the motor drive device according to any one of claims 1 to 7 .
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