JPH0951689A

JPH0951689A - 機器のインバータ制御装置

Info

Publication number: JPH0951689A
Application number: JP7203104A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tsuchiyama; 吉朗土山; Keizo Matsui; 敬三松井; Yoshiteru Ito; 義照伊藤; Kaneharu Yoshioka; 包晴吉岡; Hideo Ogata; 秀夫小方; Izumi Yoshida; 泉吉田; Shusaku Watakabe; 周作渡壁
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1995-08-09
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】空調用圧縮機の回転数を変化させることな
く、消費電力を最小に保ち、高効率の空調用インバータ
制御装置を提供すること。【解決手段】指令電圧Ｖ1および指令周波数ｆ1を可変
できるインバータ２により駆動される誘導モータ１によ
り冷媒の圧縮を行う圧縮機を搭載した空調機のインバー
タ制御装置であって、圧縮機の吐出冷媒の圧力を検出す
る手段１３と、検出された圧力の変動成分を周波数弁別
する弁別手段１５と、その弁別手段１５により弁別され
た周波数に基づいて前記モータ１のすべりを補償して目
標値となる周波数に一致すべく駆動周波数を制御する指
令周波数制御手段７、８と、電流検出手段３により検出
された電流値が漸次少なくなるように前記指令電圧を探
索する最小化制御手段１１を含む指令電圧制御手段９、
１０、１１をもうける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導モータにより
圧縮機を駆動する冷凍サイクルによって冷房／暖房を行
う空気調和装置のインバータ制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、家庭用あるいは店舗や事務所な
どの空気調和装置用の圧縮機は、誘導モータによって駆
動されている。誘導モータは、負荷により駆動周波数と
回転周波数とのずれである「すべり」周波数が変動し、
また、効率も変化してしまう。

【０００３】このため、従来用いられていた、運動周波
数指令に比例した運転電圧による、いわゆる「Ｖ／Ｆ制
御」に代わって、モータ電流から負荷状態を演算し、高
効率でモータを運転できる方法として、ベクトル制御を
応用した方法が提案されている。

【０００４】図６はそのベクトル制御技術を高効率制御
に応用した例であり、冷凍誌１９９２年６月号５０頁〜
５７頁記載の「インバータスクロールパッケージエアコ
ンの静音化技術」より引用したものである。圧縮機を駆
動するための誘導モータ１に対して、交流電源６をダイ
オードブリッジ５および平滑コンデンサ４にて直流に変
換したのち、三相ＰＷＭインバータ回路２により、電圧
・周波数を可変して誘導モータ１の回転数を変化させて
いる。空気調和装置用の圧縮機には回転検出センサを取
り付けることが困難な場合が多く、回転を検出して高効
率でモータを駆動するには、モータ１に対して少なくと
も２つの電流を検出して、モータ１の定数を用いて回転
数などを算出してやる必要がある。

【０００５】図６においても、電流センサ３ｕ、３ｖに
よりモータ電流Ｉｕ、Ｉｖを検出して、励磁電流および
トルク電流演算手段１０１において、誘導モータ１にお
ける励磁電流Ｉ1d、トルク電流Ｉ1qを求めている。検出
したトルク電流Ｉ1qは、すべり周波数に略比例している
ので、トルク電流Ｉ1qとモータ定数を用いてすべり周波
数ｆｓを算出することができる。このすべり周波数ｆｓ
を補償するように周波数指令を可変することにより、一
定回転数の制御が実現できる。

【０００６】すなわち、すべり周波数制御手段７によ
り、すべり周波数が計算され、冷凍サイクル制御手段か
らの回転周波数指令ｆref に等しくモータ１が回転でき
るように周波数の補正が行われる。図６においては、加
算手段８により、冷凍サイクル制御手段からの指令ｆre
f と補正周波数の値が加算され、三相ＰＷＭインバータ
回路２に対しての実際の周波数指令ｆ１が得られる。

【０００７】一方、電流最小加制御手段１０３により求
められた励磁電流指令Ｉ1*d と検出された励磁電流Ｉ1d
との違いに基づいてモータ定数のひとつである一次抵抗
の同定が一次抵抗同定手段１０２にて実施され、より正
確な一次抵抗値を得る。ここで得られた一次抵抗値、励
磁電流指令Ｉ1*d 、トルク電流Ｉ1qおよび実際の周波数
指令に基づいて、一次電圧補正手段１０４にて実際の一
次電圧が決定され、三相ＰＷＭインバータ回路２に送ら
れる。このようにして、冷凍サイクル制御手段からの周
波数指令ｆref に基づいて、モータ１の回転数を指令通
りに保ったまま、電流が最小になるような制御が実現す
る。引用例によると、電流を最小化することにより、モ
ータトルク１．１kgm において効率が約１０％上昇し、
また、他のトルクでも改善効果が認められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来例においては、ト
ルク電流より、すべり周波数を求めて制御を行っている
が、その演算にはモータの定数を必要とする。モータの
定数とは１次抵抗、２次抵抗、各種インダクタンスなど
である。ところが、この定数は温度などにより大きく変
動してしまうことが知られており、そのズレが回転速度
が異なったところで動作してしまうなどの制御性能を低
下させてしまうという問題がある。

【０００９】そこで本発明は、モータ定数の入力を必要
とせず、しかも、モータ回転数センサをも必要とせず、
誘導モータのすべり率を補償して回転数を目標値通り保
持しながら、設置環境条件の変化に対応して常に消費電
力を最小に保つ、空調用のインバータ制御装置の提供を
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のインバータ制御装置は、下記の構成を有する
ことにより特徴づけられる。

【００１１】本発明は、指令電圧および指令周波数を可
変できるインバータにより駆動される誘導モータにより
所定の動作を行う機器のインバータ制御装置であって、
前記機器の所定の動作の所定の状態を検出する状態検出
手段と、その状態検出手段により検出された状態の変動
成分を周波数弁別する弁別手段と、その弁別手段により
弁別された周波数に基づいて前記モータのすべりを補償
して目標値となる周波数に一致すべく駆動周波数を制御
する指令周波数制御手段と、前記モータの電流を検出す
る電流検出手段を有し、この電流検出手段により検出さ
れた電流値が漸次少なくなるように前記指令電圧を探索
する最小化制御手段を含む指令電圧制御手段とを備えた
ことを特徴とする機器のインバータ制御装置である。

【００１２】具体的には、本発明は、指令電圧および指
令周波数を可変できるインバータにより駆動される誘導
モータにより駆動される圧縮機を搭載した空調機の制御
装置であって、前記圧縮機の吐出冷媒の圧力を検出する
圧力検出手段と、その圧力検出手段により検出された圧
力の変動成分を周波数弁別する弁別手段と、その弁別手
段により弁別された周波数に基づいて前記モータのすべ
りを補償して目標値となる周波数に一致すべく駆動周波
数を制御する指令周波数制御手段と、前記モータの電流
を検出する電流検出手段を有し、この電流検出手段によ
り検出された電流値が漸次少なくなるように前記指令電
圧を探索する最小化制御手段を含む指令電圧制御手段を
設ける。

【００１３】また、モータの電流のかわりに、インバー
タの直流部分の電流を検出する手段をもうけ、直流部分
の電流が漸次少なくなるように前記指令電圧を探索する
最小化制御手段を含む指令電圧制御手段を設ける。

【００１４】さらに、前記周波数弁別手段は、複数もし
くは可変の帯域通過フィルタおよび振幅検出手段により
構成されていてもよい。

【００１５】本発明においては、弁別手段と、指令周波
数制御手段と最小化制御手段ならびに指令電圧制御手段
がディジタルコンピュータにより構成されていることが
好ましい。

【００１６】本発明では、圧縮機を駆動するとき実際の
回転数に応じて吐出圧力の脈動的な変動が生ずる。この
圧力の変動の周波数を弁別することによりすべり周波数
が測定でき、インバータの出力電圧を調整することによ
り、すべり周波数の制御を行いながらモータ電流あるい
は入力電力の最小化をはかることができる。

【００１７】ちなみに、図２に、スクロール型コンプレ
ッサの圧縮原理を示す。図２は、沢井ほか「空調機用低
圧型スクロール圧縮機」National Technical Report Vo
l.35No.6 Dec.1989,pp.80-81 の第１図より引用したも
のである。図２によると旋回スクロールが１回転する毎
に吸入と吐出の行程を有するものである。したがって吐
出側の圧力は、回転に同期して変動することになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
機能的構成を示すブロック図である。

【００１９】冷房／暖房を行う空気調和装置において、
冷媒を圧縮液化するためのコンプレッサを駆動する誘導
モータ１の駆動電力系は、交流電源６をダイオードブリ
ッジ５および平滑コンデンサ４により構成される整流回
路で一旦直流に変換した後、三相ＰＷＭインバータ回路
２で三相の交流に変換して、モータ１を任意の回転数で
駆動する。三相ＰＷＭインバータ回路２はＩＧＢＴ（In
sulated Gate BipolarTransistor ）により構成される
トランジスタ型インバータであって、指令電圧Ｖ1 と指
令周波数ｆ1 を可変してモータ１に供給する駆動電圧と
駆動周波数を制御することができる。

【００２０】このインバータ２を制御する制御系は、目
標値となる周波数ｆref と電流センサ３および吐出圧力
センサ１３が入力され、上記した指令電圧Ｖ1 と指令周
波数ｆ1 を出力する。この入力出力関係を説明すると、
三相誘導モータ１の一つの駆動線１ｗに設けられた電流
センサ３の検出情報は、電流最小化制御手段１１に入力
される。一方、吐出圧力センサ１３の検出情報は、周波
数弁別器１５に入力され、この周波数弁別器１５は回転
数に応じた周波数成分を抽出し、この情報はすべり周波
数制御手段７に入力される。すべり周波数制御手段７で
は、目標となる周波数ｆref と等しくなるように補正す
る周波数値が算出され、加算手段８を経て、三相ＰＷＭ
インバータ回路２に送られる。

【００２１】一方、電流最小化制御手段１１では、実際
の回転数が一定になるよう監視しながら、電流センサ３
の電流量が最小となるように、モータ１への印加電圧Ｖ
1 を調整する。電流最小化制御手段１１の動作は後述す
る。すなわち、印加電圧の調整値を加算手段１０に出力
し、基本的な周波数−電圧特性を記憶している記憶手段
９の出力結果と加算し、加算結果を印加電圧指令として
三相ＰＷＭインバータ回路２へ送る。これにより、モー
タ１の回転数を目標値ｆref に保ったまま、モータ１の
電流を最小化する制御が実現する。

【００２２】図３は、上記周波数弁別器１５の具体構成
例を示したブロック図である。周波数弁別器１５へ入力
された情報は、複数の帯域通過フィルタ６１、６２、‥
‥６３にそれぞれ入力される。帯域通過フィルタ６１、
６２、‥‥６３の中心周波数はそれぞれ異なるものであ
る。各帯域通過フィルタ６１、６２、‥‥６３の出力は
それぞれ振幅検出手段７１、７２、‥‥７３に入力さ
れ、その振幅値の情報を得る。振幅検出手段７１、７
２、‥‥７３の出力は最大値判定手段８０に入力され
て、どの帯域通過フィルタの出力が最大であるかを判定
し、その結果を周波数弁別手段１５の出力情報として出
力する。

【００２３】なお、図３では、複数の帯域通過フィルタ
による構成を示したが、帯域通過フィルタをディジタル
信号処理技術より時分割にて実現することも可能であ
り、また最大値判定手段８０はソフトウェア的に容易に
実現できる。

【００２４】また、上述のすべり周波数制御手段７およ
び加算手段８が本発明の指令周波数制御手段を構成して
いる。さらに、基本的な周波数−電圧特性記憶手段９、
加減算手段１０、および電流最小化制御手段１１が本発
明の指令電圧制御手段を構成している。この指令周波数
制御手段、指令電圧制御手段、前記した周波数弁別手段
１５、およびインバータ回路２のうちトランジスタ制御
回路部分を、マイクロコンピュータにより構成すること
もできる。

【００２５】図７に、本実施の形態に使用されるマイク
ロコンピュータの構成を示す。算術および論理演算を行
う中央処理ユニット（ＣＰＵ）３０１、ＣＰＵを制御す
るための命令やデータを記憶している読み出し専用メモ
リ（ＲＯＭ）３０２、演算結果などを記憶する読み書き
メモリ（ＲＡＭ）３０３、外部パルスの周期測定や一定
間隔ごとにＣＰＵに割り込み処理を要求することができ
るタイマユニット３０４、センサ情報などの外部のアナ
ログ信号を入力するためのＡ／Ｄ変換器３０５、三相Ｐ
ＷＭインバータ制御ユニット３０６、およびこれらを時
分割で接続するためのデータバス３０７により構成され
ている。三相ＰＷＭインバータ制御ユニットはインバー
タの電力スイッチング制御素子であるパワートランジス
タあるいはＩＧＢＴなどのスイッチング制御するタイミ
ングパルス（図７では、Ｕ、Ｖ、Ｗおよびその反転出
力）を発生するものである。マイクロコンピュータのＣ
ＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３だけによる通
常の演算処理で、できない部分と本発明の実施の形態例
との関連を説明すると、図１の周波数弁別手段１５は、
タイマユニット３０４から一定周期毎の割り込みにより
帯域通過フィルタをディジタル信号処理技術により構成
することにより実現できる。

【００２６】図４は、上記電流最小化制御手段１１の動
作原理を示す制御フローチャートである。図４におい
て、指令周波数ｆref の変化してないとき、電流最小化
制御がスタートするものとする。電流最小化制御は、ま
ず、処理２０１において前回の出力電圧ＶOLD から微小
電圧△Ｖを減じた電圧をインバータの出力電圧として出
力する。処理２０２においてこの出力電圧によるすべり
周波数補償制御が安定する時間を待つ。すべり補償制御
が安定したかどうかの判断は、指令周波数ｆrefと周波
数弁別手段１５の出力周波数が一致したかどうかで判断
できる。

【００２７】あるいはあらかじめすべり補償制御が安定
するまでの時間を実験的に求めておき、求めた時間より
少し長い期間時間待ちをすることでも可能である。すべ
り周波数補償制御が安定したら、処理２０３においてモ
ータ１に供給している電流ｉを読み込む。

【００２８】次に判断２０４において今回の電流ｉと前
回の電流ｉOLD との大きさを比較し、今回の電流ｉが小
さければ、処理２０６へ直接進み、大きければ、処理２
０５において微小電圧△Ｖの極性を反転させてから処理
２０６へと進む。処理２０６では、今回の電圧Ｖと電流
ｉを前回の値として転送して次回に備える。処理２０６
を終えると再び処理２０１へと進む。このような処理を
行うことにより、微小電圧△Ｖに相当する電流変動を残
すだけの最も少い電流でモータ１を駆動することができ
る。また、この手法により到達した最小電流に対応する
電圧をその周波数における最適値として記憶しておくこ
とにより、指令周波数ｆref が一旦ちがう周波数を経由
した後にも、直ちにその周波数における最適な電圧に到
達することができる。なお、電流最小化制御手段１１で
用いる電流情報は、交流であるため、実効値あるいは、
最大値などを用いる。

【００２９】図５は本発明の実施の第２の形態例の機能
的構成を示すブロック図である。この形態例が図１のも
のと異なる点は、電流検出手段をインバータ回路の出力
側に設けず入力側に設けたことである。すなわち、イン
バータ２の入力回路に電流検出用小抵抗１６が挿入さ
れ、その端子電圧が絶縁型増幅器１７に入力されて、低
域通過フィルタ１２を経由して、電流最小化制御手段１
１に導入されている。なお、このように電流検出用の小
抵抗１６を挿入する方法は、インバータの過電流保護と
して通常用いられている方法であり、新たに部品を追加
するものではない。

【００３０】以下、この形態例の特徴的作用を説明す
る。直流部分の電流値は、入力電圧が一定であれば、出
力電力に比例する。すなわち、直流部分の電流を最小化
することは、出力電力を最小化することであり、モータ
による機械出力はすべり補償制御により一定になるよう
に保たれているので、モータを最も効率よく制御するこ
とになる。

【００３１】図５の形態例では、直流部分に抵抗を挿入
して、電流を計測する方法で説明したが、計測する手段
としては抵抗である必要はなく、図１などで説明した電
流センサ３を用いることも可能であることはいうまでも
ない。

【００３２】なお、本発明は、空気調和装置に限らず、
圧縮空気をつくるエアコンプレッサや、その他の動力機
械など、指令周波数ｆ1 と指令電圧Ｖ1 が入力されるイ
ンバータを装備した装置に広く適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、従来のようにモータ定数の入力を必要
とせず、三相モータであっても少なくとも唯１個の電流
検出手段を設けるだけで、設置環境条件に対応して常に
消費電流や消費電力を最小に保つ、高精度で高効率の空
調機用のインバータ制御を実現することができる。

【００３４】なお、本発明で使用する吐出冷媒圧力セン
サは、通常の冷凍サイクルの制御に用いられているもの
であり、新たにセンサを追加するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１の形態例の機能的構成を示
すブロック図

【図２】スクロール型コンプレッサの動作原理を説明す
る図

【図３】上記第１の形態例の周波数弁別手段の機能的構
成を示すブロック図

【図４】図７に示す実施の形態例のコンピュータプログ
ラムを示すフローチャート

【図５】本発明の実施の第２の形態例の機能的構成を示
すブロック図

【図６】従来例の構成を示すブロック図

【図７】本発明の制御系をコンピュータにより実施する
形態例のブロック図

【符号の説明】

１・・・・誘導モータ２・・・・インバータ３・・・・電流センサ７・・・・すべり周波数制御手段８・・・・加算手段９・・・・記憶手段１０・・・・加算手段１１・・・・電流最小化制御手段１３・・・・吐出圧力センサ１５・・・・弁別手段Ｖ1 ・・・・指令電圧ｆ1 ・・・・指令周波数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤義照大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者吉岡包晴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小方秀夫大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内 (72)発明者吉田泉大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内 (72)発明者渡壁周作大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号松下冷機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指令電圧および指令周波数を可変できる
インバータにより駆動される誘導モータにより所定の動
作を行う機器のインバータ制御装置であって、前記機器
の所定の動作の所定の状態を検出する状態検出手段と、
その状態検出手段により検出された状態の変動成分を周
波数弁別する弁別手段と、その弁別手段により弁別され
た周波数に基づいて前記モータのすべりを補償して目標
値となる周波数に一致すべく駆動周波数を制御する指令
周波数制御手段と、前記モータの電流を検出する電流検
出手段を有し、この電流検出手段により検出された電流
値が漸次少なくなるように前記指令電圧を探索する最小
化制御手段を含む指令電圧制御手段とを備えたことを特
徴とする機器のインバータ制御装置。
【請求項２】前記周波数弁別手段は、複数もしくは可
変の帯域通過フィルタおよび振幅検出手段により構成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の機器のインバ
ータ制御装置。
【請求項３】インバータの直流部分に電流検出手段を
設け、この検出結果を最小化する手段を設けることを特
徴とする、請求項１記載の機器のインバータ制御装置。
【請求項４】前記機器は空調機の圧縮機であり、前記
動作は冷媒の圧縮を行うことであり、前記状態検出手段
は前記圧縮機の吐出冷媒の圧力を検出する手段であるこ
とを特徴とする請求項１記載の機器のインバータ制御装
置。