JP7459312B2 - 制御装置、電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

Description

本開示は、平滑コンデンサを有する電力変換装置を制御する制御装置、電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器に関する。

電力変換装置は、交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサを介して出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に印加するインバータと、を備える。即ち、電力変換装置は、コンバータとインバータとの間に、コンバータの出力電圧を平滑する平滑コンデンサを有している。

下記特許文献１には、圧縮機駆動用の電力変換装置が記載されている。この種の電力変換装置において、インバータに印加される直流電圧が振動している場合、或いは負荷トルクの変動を抑制する場合、インバータに流れる電流に振動成分が重畳される。この振動成分の値とモータの回転速度とが相互に影響し合うと、意図しない振動成分が発生する場合がある。この振動成分は、モータにうなり音を発生させる原因となる。

上記の課題に対し、特許文献１では、うなり音を発生させる回転速度の範囲内にモータの回転速度が維持されることを禁止することで、うなり音の発生を抑制するようにしている。

特許第４１９２９７９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、うなり音の発生は抑制されるが、うなり音が発生する回転速度ではモータを駆動できないという制約がある。この制約により、モータ及び負荷の性能が制限されるという課題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ及び負荷に対する回転速度の制約を排除しつつ、うなり音の原因となる意図しない振動成分の発生を抑制できる制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る制御装置は、コンバータ、平滑コンデンサ及びインバータを備えた電力変換装置の動作を制御する制御装置である。コンバータは、交流電源の電圧である電源電圧を整流する。平滑コンデンサは、コンバータが出力する整流電圧を平滑する。インバータは、平滑コンデンサによって平滑された直流電圧をモータへの交流電圧に変換する。制御装置は、第１から第３の演算部を備える。第１の演算部は、電源電圧の周波数の２倍で脈動する第１のトルク脈動を低減する第１の補償指令を含む電圧指令を演算する。第２の演算部は、モータの回転周波数で脈動する第２のトルク脈動を低減する第２の補償指令を演算する。第３の演算部は、第１のトルク脈動及び第２のトルク脈動によって発生する第３のトルク脈動を低減する第３の補償指令を演算する。

本開示に係る制御装置によれば、モータ及び負荷に対する回転速度の制約を排除しつつ、うなり音の原因となる意図しない振動成分の発生を抑制できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る制御装置を含む電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る制御装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１におけるビート成分補償指令演算部を有さない構成によるシミュレーション結果を示す図 実施の形態１におけるビート成分補償指令演算部を有した構成によるシミュレーション結果を示す図 実施の形態１に係る制御装置の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１に係る制御装置の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図 実施の形態２に係る制御装置の構成例を示すブロック図 実施の形態２に係るビート成分補償指令演算部の第１の構成例を示す図 実施の形態２に係るビート成分補償指令演算部の第２の構成例を示す図 実施の形態３に係る制御装置の構成例を示すブロック図 実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る制御装置、電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器について詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る制御装置２を含む電力変換装置１の構成例を示す図である。電力変換装置１は、交流電源１００及び圧縮機１２０に接続される。圧縮機１２０は、周期的な負荷トルクの変動を有する負荷の一例である。圧縮機１２０は、モータ１１０を有する。電力変換装置１は、交流電源１００から印加される電源電圧を所望の振幅及び位相を有する交流電圧に変換してモータ１１０に印加する。

電力変換装置１は、制御装置２と、コンバータ１０と、平滑コンデンサ１２と、インバータ１４と、電圧検出器１６と、電流検出器１８ｕ，１８ｖ，１８ｗとを備える。制御装置２は、インバータ１４の動作を制御する。電力変換装置１と、圧縮機１２０が備えるモータ１１０とによって、モータ駆動装置５０が構成される。

電圧検出器１６は、交流電源１００からコンバータ１０に印加される電源電圧を検出する。電圧検出器１６の検出値は、制御装置２に入力される。

コンバータ１０は、交流電源１００から出力される電圧を整流する。コンバータ１０は、ブリッジ接続される整流素子１０ａを複数用いて構成される。なお、コンバータ１０における整流素子１０ａの配置及び接続は公知であり、ここでの説明は省略する。

コンバータ１０は、整流機能と共に、整流電圧を昇圧する昇圧機能を有するものであってもよい。昇圧機能を有するコンバータは、整流素子１０ａに加え、もしくは整流素子１０ａに代え、１以上のスイッチング素子、もしくはトランジスタ素子とダイオードとが逆並列に接続された複数のスイッチング素子を備えて構成することができる。なお、昇圧機能を有するコンバータにおけるスイッチング素子の配置、及び接続は公知であり、ここでの説明は省略する。

コンバータ１０によって整流された整流電圧は、平滑コンデンサ１２に印加される。

平滑コンデンサ１２は、コンバータ１０の出力端に接続される。平滑コンデンサ１２は、コンバータ１０から印加される整流電圧を平滑する。平滑コンデンサ１２としては、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどが例示される。

インバータ１４は、平滑コンデンサ１２の両端に接続される。インバータ１４は、平滑コンデンサ１２によって平滑された直流電圧を圧縮機１２０への交流電圧に変換して、圧縮機１２０のモータ１１０に印加する。インバータ１４は、トランジスタ素子とダイオードとが逆並列に接続されたスイッチング素子１４ａを複数用いて構成される。なお、インバータ１４におけるスイッチング素子１４ａの配置及び接続は公知であり、ここでの説明は省略する。

インバータ１４とモータ１１０とを繋ぐ電気配線には、電流検出器１８ｕ，１８ｖ，１８ｗが設けられている。電流検出器１８ｕ，１８ｖ，１８ｗは、各々がインバータ１４から出力される３相のモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうちの各１相分の電流を検出する。電流検出器１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの各検出値は、制御装置２に入力される。

なお、図１では、３つの電流検出器１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを備える構成が例示されているが、この構成に限定されるものではない。３相平衡条件であるｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０の関係を利用し、３つの電流検出器１８ｕ，１８ｖ，１８ｗのうちの何れか１つの電流検出器を省略してもよい。

圧縮機１２０は、圧縮機駆動用のモータ１１０を有する負荷である。モータ１１０は、インバータ１４から印加される第２の交流電圧の振幅及び位相に応じて回転し、圧縮動作を行う。

次に、上述した課題を解決する制御装置２の構成及び動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る制御装置２の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置２は、速度制御部２１と、加減算器２２と、電圧指令演算部２３と、速度推定部２４と、トルク脈動補償指令演算部２５と、ビート成分補償指令演算部２６とを備える。制御装置２には、電源電圧の検出値である検出電圧と、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの検出値である検出電流とが入力される。速度指令は、図示しない上位の制御装置によって生成されるか、制御装置２の内部で生成される。なお、図２では、速度指令が上位の制御装置によって生成される構成を示している。制御装置２は、インバータ１４から所望の振幅及び位相を有する交流電圧が出力されるように、インバータ１４に付与する電圧指令を生成して出力する。

速度制御部２１は、モータ１１０の回転速度を速度指令に一致させる基本トルク指令を演算して加減算器２２に出力する。基本トルク指令の演算には、一般的な比例積分微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ：ＰＩＤ)制御器、又は一般的な比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ：ＰＩ)制御器による速度制御を適用することができる。但し、所望の制御性能が得られるものであれば、ＰＩＤ制御器又はＰＩ制御器以外の他の制御器を用いてもよい。

トルク脈動補償指令演算部２５は、モータ１１０を回転させて圧縮機１２０を動作させたときに発生する周期的なトルク脈動を補償するためのトルク脈動補償指令を演算して加減算器２２に出力する。トルク脈動補償指令演算部２５の構成は公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。具体的な構成については、例えば特許第６５３７７２５号公報に開示されており、当該公報の実施の形態５における「補償トルク演算部」の内容を参照されたい。

トルク脈動補償指令演算部２５によって生成されたトルク脈動補償指令は、加減算器２２において、基本トルク指令に加算又は減算される。ところが、加減算器２２の出力には、意図しない周波数成分であるビート成分が含まれ得る。そこで、ビート成分補償指令演算部２６は、このビート成分を補償するビート成分補償指令を演算して加減算器２２に出力する。加減算器２２は、更にビート成分補償指令を加算又は減算し、その演算値をトルク指令として電圧指令演算部２３に出力する。ビート成分補償指令演算部２６が実施する制御の詳細については、後述する。

電圧指令演算部２３は、トルク指令に基づいて、モータ１１０の出力トルクをトルク指令に一致させる電圧指令を演算して速度推定部２４に出力する。電圧指令演算部２３の構成は公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。なお、上記した特許第６５３７７２５号公報においては、「トルク制御部」として記載されている。

実施の形態１の制御において、電圧指令演算部２３が生成する電圧指令には、電源電圧の周波数の２倍で脈動するトルク脈動を低減させる補償指令が含まれている。他のトルク脈動と区別するため、電源電圧の周波数の２倍で脈動するトルク脈動を適宜「第１のトルク脈動」と記載し、前述した圧縮機１２０を動作させたときに発生する周期的なトルク脈動を適宜「第２のトルク脈動」と記載する。また、前述したビート成分も第１のトルク脈動及び第２のトルク脈動によって発生するトルク脈動の成分であるため、これを適宜「第３のトルク脈動」と記載する。更に、第１のトルク脈動を低減させる補償指令を適宜「第１の補償指令」と記載し、第２のトルク脈動を低減させるトルク脈動補償指令を適宜「第２の補償指令」と記載し、第３のトルク脈動の周波数成分と同じ周波数の成分であるビート成分を低減させるビート成分補償指令を適宜「第３の補償指令」と記載する。

ここで、第１のトルク脈動及び第１の補償指令について説明する。電力変換装置１において、平滑コンデンサ１２の容量が十分に大きい場合、コンバータ１０から出力される直流電圧は平滑コンデンサ１２によって十分に平滑される。この場合、インバータ１４に流れるインバータ電流は脈動の小さな電流値となるが、平滑コンデンサ１２には大きな脈動電流が流れる。従って、平滑コンデンサ１２の容量は、平滑コンデンサ１２の劣化を促進する要因となる。そこで、実施の形態１では、インバータ電流の脈動は許容しつつ、平滑コンデンサ１２の容量を可能な限り小さくする。このようにすると、平滑コンデンサ１２の脈動電流は小さくなるが、インバータ電流の脈動は大きくなる。インバータ電流の脈動によって、負荷には第１のトルク脈動が生じるので、電圧指令演算部２３の内部では、第１のトルク脈動を低減させるための第１の補償指令が生成される。第１の補償指令は、電圧指令に内包されて出力される。

速度推定部２４は、電圧指令及び検出電流に基づいて、推定速度及び推定加速度を演算する。推定速度はモータ１１０の回転速度の推定値であり、推定加速度はモータ１１０の回転加速度の推定値である。推定速度及び推定加速度の演算には、ＰＩ制御器と積分器とを直列接続した事例が公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。更に具体的な構成については、上記した特許第６５３７７２５号公報の実施の形態５における「速度推定装置」の内容を参照されたい。

次に、ビート成分補償指令演算部２６が実施する制御の詳細について、幾つかの数式を用いて説明する。

まず、圧縮機１２０の角周波数をω_１とすれば、第２の補償指令であるトルク脈動補償指令は、ある振幅成分｜Ｉ_ｑｒｉｐ｜において、以下の（１）式で定式化することができる。

なお、上記（１）式における角周波数ω_１は、機械角で表される角周波数である。

ここで、前述したように、平滑コンデンサ１２の容量を小さくすると、コンバータ１０から出力される直流電圧は、電源電圧に応じて脈動する。このため、電圧指令演算部２３において、以下の（２）式のように電源電圧の角周波数ω_ｓに応じたｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆを生成して電源電圧の周波数に応じた脈動、即ち第１のトルク脈動を抑え込む。これにより、力率の改善や制御安定性の確保を実現する。

上述したビート成分は、圧縮機１２０の角周波数ω_１と、電源電圧の角周波数ω_ｓとによって発生する。理論的な計算式は、以下の通りである。

まず、（２）式に（１）式を代入すると、以下の（３）式が得られる。

上記（３）式の右辺第２項を詳細に式展開する。まず、ｓｉｎ^２ω_ｓｔ＝（１－ｃｏｓ２ω_ｓｔ）／２であるから、以下の（４）式が得られる。

ｃｏｓα・ｓｉｎβ＝｛ｓｉｎ(α＋β)－ｓｉｎ(α－β)｝／２の関係式より、以下の（５）式が得られる。

よって、上記（２）式は、以下の（６）式のように展開できる。

上記（６）式の第３項、第４項は、上述した意図しない周波数成分であり、これらが基になってビート成分が発生する。このビート成分をＩ_ｂｅａｔ__ｃｏｍｐで表すと、以下の（７）式となる。

上記（７）式を参照すれば明らかなように、角周波数ω_ｓと、上記（１）式が分かれば、ビート成分の算出が可能となる。そして、ビート成分の算出値を上記（２)式のＩ_ｑｒｅｆから減算することで、ビート成分を打ち消すことが可能となる。なお、上記（７）式に示される２項のうちの何れか１つの項の成分のみでも、うなり音の低減効果が得られる。

上記（７）式において、Ｉ_ｑｒｉｐはトルク脈動補償指令である。従って、ビート成分補償指令演算部２６は、トルク脈動補償指令と、電源電圧の検出値とに基づいてビート成分を推定すると共に、推定したビート成分に基づいてビート成分補償指令を生成して加減算器２２に入力することにより、基本トルクを補償する。上記（７）式に示されるように、ビート成分補償指令は、トルク脈動補償指令の振幅成分及び位相成分と、電源電圧の検出値の位相成分とに基づいて演算される。

図３は、実施の形態１におけるビート成分補償指令演算部２６を有さない構成によるシミュレーション結果を示す図である。これに対し、図４は、実施の形態１におけるビート成分補償指令演算部２６を有した構成によるシミュレーション結果を示す図である。図３及び図４において、横軸は周波数を表し、縦軸は横軸の各周波数成分における振幅を表している。

図３及び図４において、電源電圧の周波数は５０Ｈｚであり、モータ１１０の駆動周波数は７０Ｈｚである。図３では、意図しない３０Ｈｚの周波数成分が大きく表れている。この成分は、上述したビート成分である。図４では、このビート成分が低減されている。この低減効果は、ビート成分補償指令演算部２６の制御によって得ることができる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、制御装置は、第１～第３の演算部を備える。第１の演算部は、電源電圧の周波数の２倍で脈動する第１のトルク脈動を低減する第１の補償指令を含む電圧指令を演算する。第２の演算部は、モータの回転周波数で脈動する第２のトルク脈動を低減する第２の補償指令を演算する。そして、第３の演算部は、第１のトルク脈動及び第２のトルク脈動によって発生する第３のトルク脈動を低減する第３の補償指令を演算する。第３の補償指令により、トルク制御を行う制御部の入力信号に含まれ得る意図しないビート成分の混入が低減される。これにより、モータ及び負荷において、うなり音の原因となる意図しない振動成分の発生を抑制することができる。意図しない振動成分の発生の抑制を通じて、モータ及び負荷に発生し得る異常な過電流の発生も抑止することができる。

なお、上記の制御では、モータの駆動周波数に対して制限を設けていない。従って、実施の形態１の制御を用いれば、モータ及び負荷に対する回転速度の制約を排除することが可能である。

また、上記では、圧縮機を負荷の一例として説明したが、これに限定されない。上述した制御手法は、圧縮機を初めとする周期的なトルク脈動が発生する機構を駆動するモータの回転制御に適用可能である。

また、図２の構成では、第２のトルク脈動を低減させるトルク脈動補償指令演算部を明示的に加えているが、制御系の構成によっては、トルク脈動補償指令演算部を省略してもよい。第２のトルク脈動によって速度振動が発生する場合、速度制御によって、モータのトルク電流成分に第２のトルク脈動と同等の脈動が発生する。従って、トルク脈動補償指令演算部を有さない構成の場合でも、上記の効果を得ることが可能である。

次に、実施の形態１における制御装置２の機能を実現するためのハードウェア構成について、図５及び図６の図面を参照して説明する。図５は、実施の形態１における制御装置２の機能を実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６は、実施の形態１における制御装置２の機能を実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。

実施の形態１における制御装置２の機能の一部又は全部を実現する場合には、図５に示されるように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２、及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ２００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２０２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。

メモリ２０２には、実施の形態１における制御装置２の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行し、メモリ２０２に格納されたテーブルをプロセッサ２００が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ２００による演算結果は、メモリ２０２に記憶することができる。

また、実施の形態１における制御装置２の機能の一部を実現する場合には、図６に示す処理回路２０３を用いることもできる。処理回路２０３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。処理回路２０３に入力する情報、及び処理回路２０３から出力する情報は、インタフェース２０４を介して入手することができる。

なお、制御装置２における一部の処理を処理回路２０３で実施し、処理回路２０３で実施しない処理をプロセッサ２００及びメモリ２０２で実施してもよい。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る制御装置２ａの構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御装置２ａでは、図２に示す制御装置２の構成と比較すると、ビート成分補償指令演算部２６がビート成分補償指令演算部２７に置き替えられている。また、検出電圧がビート成分補償指令演算部２６に入力される構成に代えて、検出電流がビート成分補償指令演算部２７に入力される構成となっている。その他の構成は、図２と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する説明は省略する。

上記（７）式から、ビート成分は、（２ω_ｓ－ω_１）及び（２ω_ｓ＋ω_１）の各周波数成分で発生することがわかる。実施の形態１の制御は、これらのビート成分を事前に計算して付与するフィードフォワード方式であった。これに対し、実施の形態２の制御は、ビート成分を検出電流から抽出して動的に付与するフィードバック方式である。ビート成分補償指令演算部２７は、検出電流に基づいてビート成分と同じ周波数の成分を抽出し、抽出した周波数成分が閾値以下になるようにビート成分補償指令を生成して加減算器２２に出力する。

上記（７）式に倣って、ビート成分Ｉ_ｂｅａｔ__ｃｏｍｐの算出式を示すと、以下の（８）式のように表すことができる。

上記（８）式において、｜Ｉａ｜は周波数（２ω_ｓ－ω_１）の振幅成分であり、｜Ｉｂ｜は周波数（２ω_ｓ＋ω_１）の振幅である。

これらの振幅は、フーリエ級数展開などの手法を用いて演算することができる。以下に２つの例を示す。図８は、実施の形態２に係るビート成分補償指令演算部２７の第１の構成例を示す図である。図９は、実施の形態２に係るビート成分補償指令演算部２７の第２の構成例を示す図である。

図８に示す構成では、ビート成分補償指令演算部２７は、フーリエ係数演算器２７１と、振幅成分演算器２７２と、ＰＩ制御器２７３とを備える。

フーリエ係数演算器２７１は、検出電流に基づいてビート成分の周波数と同じ周波数の余弦波成分と、同周波数の正弦波成分とを演算する。振幅成分演算器２７２は、それらの余弦波成分及び正弦波成分に基づいてビート成分の振幅を演算する。ＰＩ制御器２７３は、比例ゲイン及び積分ゲインによりビート成分の振幅をＰＩ制御し、ＰＩ制御した出力をビート成分補償指令の振幅として出力する。ビート成分補償指令によってモータ電流が制御され、モータ電流の検出値によってビート成分補償指令が制御される。具体的には、上記（８）式に示す｜Ｉａ｜及び｜Ｉｂ｜が制御される。これにより、ビート成分に基づく第３のトルク脈動が低減される。

また、図９に示す構成では、ビート成分補償指令演算部２７は、フーリエ係数演算器２７１と、ＰＩ制御器２７４，２７５と、交流復元器２７６とを備える。図９において、図８に示す構成と同一又は同等の構成部には、同一の符号を付している。

図９の構成では、振幅値の演算処理の前にＰＩ制御器２７４，２７５によってＰＩ制御が行われる。交流復元器２７６は、ビート成分補償指令の振幅の演算処理を行う。この演算処理には、ビート成分の周波数の情報が必要であり、交流復元器２７６に入力する構成としている。以後の処理は、図８と同じであり、説明を省略する。

以上説明したように、実施の形態２によれば、制御装置に具備される第３の演算部は、モータに流れるモータ電流の検出値から、第３のトルク脈動の周波数成分と同じ周波数の成分を抽出し、抽出した周波数成分が閾値以下になるように第３の補償指令を演算する。このようなフィードバック制御により、検出電流に含まれる意図しないビート成分は、徐々に減少していく。これにより、モータ及び負荷において、うなり音の原因となる意図しない振動成分の発生を抑制することができる。意図しない振動成分の発生の抑制を通じて、モータ及び負荷に発生し得る異常な過電流の発生も抑止することができる。

なお、図８に示すＰＩ制御器２７３は、Ｉ制御器に代えて構成してもよい。また、実施の形態２では、三相電流であるモータ電流の検出値を用いているが、これに限定されない。三相電流値に代えて、三相電流値を座標変換したｄｑ軸の電流値を用いてもよい。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る制御装置２ｂの構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る制御装置２ｂでは、図７に示す制御装置２ａの構成と比較すると、ビート成分補償指令演算部２７がビート成分補償指令演算部２８に置き替えられている。また、検出電流がビート成分補償指令演算部２７に入力される構成に代えて、制御装置２ｂの内部で演算される推定加速度がビート成分補償指令演算部２８に入力される構成となっている。その他の構成は、図７と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する説明は省略する。

実施の形態２では、検出電流に現れるビート周波数成分が閾値以下となるようにビート成分補償指令を生成した。実施の形態３では、速度推定部２４にて生成された推定加速度に現れる第３のトルク脈動の周波数成分と同じ周波数の成分であるビート成分に基づいてビート成分補償指令を演算する。ビート成分補償指令演算部２８は、推定加速度に現れるビート成分を抽出し、抽出したビート成分が閾値以下となるようにビート成分補償指令を演算して加減算器２２に出力する。ビート成分補償指令の具体的な生成手法は、実施の形態２と同様であり、ここでの説明は省略する。

なお、図１０では、推定加速度をビート成分補償指令演算部２８の入力信号としているが、この構成に限定されない。推定加速度に代え、速度推定部２４が生成する推定速度をビート成分補償指令演算部２８の入力信号としてもよい。意図しないビート成分は推定速度にも現れるので、推定速度を用いてもよい。

以上説明したように、実施の形態３によれば、制御装置に具備される第３の演算部は、制御装置の内部で生成される推定加速度又は推定速度に現れる第３のトルク脈動の周波数成分と同じ周波数の成分を抽出し、抽出した周波数成分が閾値以下になるように第３の補償指令を演算する。このようなフィードバック制御により、推定加速度又は推定速度に含まれる意図しないビート成分は、徐々に減少していく。これにより、モータ及び負荷において、うなり音の原因となる意図しない振動成分の発生を抑制することができる。意図しない振動成分の発生の抑制を通じて、モータ及び負荷に発生し得る異常な過電流の発生も抑止することができる。

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置１を備える。実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図１１において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。

冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１におけるモータ１１０を内蔵した圧縮機１２０と、四方弁９０２と、室内熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、室外熱交換器９１０とが冷媒配管９１２を介して取り付けられている。

圧縮機１２０の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させるモータ１１０とが設けられている。

冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２の切替動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。圧縮機構９０４は、可変速制御されるモータ１１０によって駆動される。

暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。

冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。

暖房運転時には、室内熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、室外熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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。

１ 電力変換装置、２，２ａ，２ｂ 制御装置、１０ コンバータ、１０ａ 整流素子、１２ 平滑コンデンサ、１４ インバータ、１４ａ スイッチング素子、１６ 電圧検出器、１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ 電流検出器、２１ 速度制御部、２２ 加減算器、２３ 電圧指令演算部、２４ 速度推定部、２５ トルク脈動補償指令演算部、２６，２７，２８ ビート成分補償指令演算部、５０ モータ駆動装置、１００ 交流電源、１１０ モータ、１２０ 圧縮機、２００ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ 処理回路、２０４ インタフェース、２７１ フーリエ係数演算器、２７２ 振幅成分演算器、２７３，２７４，２７５ ＰＩ制御器、２７６ 交流復元器。

Claims (9)

1. 交流電源の電圧である電源電圧を整流するコンバータと、前記コンバータが出力する整流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサによって平滑された直流電圧をモータへの交流電圧に変換するインバータとを備えた電力変換装置の動作を制御する制御装置であって、
   トルク指令に基づいて、前記電源電圧の周波数の２倍で脈動する第１のトルク脈動を低減する第１の補償指令を含む電圧指令を演算する第１の演算部と、
   前記モータの回転周波数で脈動する第２のトルク脈動を低減する第２の補償指令を演算する第２の演算部と、
   前記第２の補償指令と、前記電源電圧の検出値とに基づいて、前記第１のトルク脈動及び前記第２のトルク脈動によって発生する第３のトルク脈動を低減する第３の補償指令を演算する第３の演算部と、
   基本トルク指令と、前記第２の補償指令と、前記第３の補償指令とを加減算することで前記トルク指令を演算する加減算器と、を備え、
   前記第３の演算部は、前記第２の補償指令の振幅成分及び位相成分と、前記電源電圧の検出値の位相成分とに基づいて前記第３の補償指令を演算する
   制御装置。
2. 交流電源の電圧である電源電圧を整流するコンバータと、前記コンバータが出力する整流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサによって平滑された直流電圧をモータへの交流電圧に変換するインバータとを備えた電力変換装置の動作を制御する制御装置であって、
   トルク指令に基づいて、前記電源電圧の周波数の２倍で脈動する第１のトルク脈動を低減する第１の補償指令を含む電圧指令を演算する第１の演算部と、
   前記モータの回転周波数で脈動する第２のトルク脈動を低減する第２の補償指令を演算する第２の演算部と、
   前記第１のトルク脈動及び前記第２のトルク脈動によって発生する第３のトルク脈動を低減する第３の補償指令を演算する第３の演算部と、
   基本トルク指令と、前記第２の補償指令と、前記第３の補償指令とを加減算することで前記トルク指令を演算する加減算器と、を備え、
   前記第３の演算部は、前記モータに流れるモータ電流の検出値から、前記第３のトルク脈動の周波数成分と同じ周波数の成分を抽出し、抽出した周波数成分が閾値以下になるように前記第３の補償指令を演算する
   制御装置。
3. 交流電源の電圧である電源電圧を整流するコンバータと、前記コンバータが出力する整流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサによって平滑された直流電圧をモータへの交流電圧に変換するインバータとを備えた電力変換装置の動作を制御する制御装置であって、
   トルク指令に基づいて、前記電源電圧の周波数の２倍で脈動する第１のトルク脈動を低減する第１の補償指令を含む電圧指令を演算する第１の演算部と、
   前記モータの回転周波数で脈動する第２のトルク脈動を低減する第２の補償指令を演算する第２の演算部と、
   前記第１のトルク脈動及び前記第２のトルク脈動によって発生する第３のトルク脈動を低減する第３の補償指令を演算する第３の演算部と、
   基本トルク指令と、前記第２の補償指令と、前記第３の補償指令とを加減算することで前記トルク指令を演算する加減算器と、
   加速度の推定値である推定加速度又は速度の推定値である推定速度を演算する速度推定部と、を備え、
   前記第３の演算部は、推定加速度又は推定速度に現れる前記第３のトルク脈動の周波数成分と同じ周波数の成分を抽出し、抽出した周波数成分が閾値以下になるように前記第３の補償指令を演算する
   制御装置。
4. 前記トルク指令には、基本トルク指令と、前記第２の補償指令と、前記第３の補償指令とが含まれる
   請求項１から３の何れか１項に記載の制御装置。
5. 前記トルク指令には、前記第２及び第３の補償指令が常時含まれる
   請求項４に記載の制御装置。
6. 前記第３のトルク脈動は、前記第１のトルク脈動の周波数成分と、前記第２のトルク脈動の周波数成分とを加算又は減算した周波数成分のうちの少なくとも１つの周波数成分を含むトルク脈動である
   請求項１から５の何れか１項に記載の制御装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の制御装置と、
   前記制御装置によって制御されるインバータと、
   を備える電力変換装置。
8. 請求項７に記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
9. 請求項７に記載の電力変換装置を備える冷凍サイクル適用機器。

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