WO2019198507A1 - 制御装置、電力変換装置、空調システム、制御方法、及びプログラム - Google Patents

制御装置、電力変換装置、空調システム、制御方法、及びプログラム Download PDF

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WO2019198507A1
WO2019198507A1 PCT/JP2019/013245 JP2019013245W WO2019198507A1 WO 2019198507 A1 WO2019198507 A1 WO 2019198507A1 JP 2019013245 W JP2019013245 W JP 2019013245W WO 2019198507 A1 WO2019198507 A1 WO 2019198507A1
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WO
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motor
speed fluctuation
rotational speed
fluctuation range
allowable
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PCT/JP2019/013245
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一允 川島
雄 佐藤
謙一 相場
貴政 渡辺
清水　健志
角藤　清隆
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三菱重工サーマルシステムズ株式会社
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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
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    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Definitions

  • the present invention relates to a control device, a power conversion device, an air conditioning system, a control method, and a program.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-075502 for which it applied on April 10, 2018, and uses the content here.
  • Patent Document 1 the ratio of the amplitude of the harmonic component of the load torque applied to the motor is obtained, a current component that cancels this is calculated, and control is performed so as to approximate the output torque of the motor to the load torque.
  • Technology is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide a control device, a power conversion device, an air conditioning system, a control method, and a program capable of suppressing vibration and noise and suppressing efficiency reduction.
  • the control device for controlling the motor, based on the command value of the voltage to the motor and the detected value of the motor current supplied to the motor, A rotation information calculation unit that calculates a rotation position of the motor, an average load torque calculation unit that calculates an average load torque of the motor based on the number of rotations of the motor, and a normalization that is defined according to the rotation position of the motor
  • a normalized torque pattern storage section storing a torque pattern
  • an allowable rotation speed fluctuation storage section storing an allowable rotation speed fluctuation width of the motor defined as a function of the rotation speed of the motor
  • a rotation speed fluctuation width of the motor Is equal to or less than the allowable rotational speed fluctuation range and is within a predetermined range from the allowable rotational speed fluctuation range
  • the modulation rate is set to be the same as the previously determined modulation rate.
  • the modulation rate is determined to be larger than the modulation rate determined last time, and the motor
  • the modulation rate is smaller than the modulation rate determined last time.
  • a modulation rate determination unit that determines the modulation rate, a compensation torque calculation unit that calculates a compensation torque pattern by multiplying the product of the average load torque and the normalized torque pattern by the modulation rate, and the average load torque
  • a torque control unit that controls supply of the motor current to the motor based on the compensation torque pattern.
  • the allowable rotational speed fluctuation range is defined to increase as the rotational speed of the motor increases.
  • the allowable rotational speed fluctuation range is defined to have at least one minimum value.
  • the allowable rotational speed fluctuation range is equal to a vibration fluctuation range of a compressor to which the motor is connected. Has been corrected based on.
  • the modulation rate determination unit is configured such that the rotational speed fluctuation range of the motor is the allowable rotational speed fluctuation range.
  • the normalized torque pattern is determined to be as follows.
  • the power converter includes the control device and the inverter according to any one of the first to fifth aspects.
  • an air conditioning system includes the power converter according to the sixth aspect and the motor.
  • a control method for controlling a motor based on a command value of a voltage to the motor and a detected value of a motor current supplied to the motor The step of calculating the rotational position of the motor, the step of calculating the average load torque of the motor based on the rotational speed of the motor, and the rotational speed fluctuation range of the motor are defined as a function of the rotational speed of the motor.
  • the modulation rate is determined to be the same as the modulation rate determined last time, When the rotational speed fluctuation range of the motor exceeds the allowable rotational speed fluctuation range, the modulation rate is determined to be larger than the previously determined modulation rate, and the rotational speed variation of the motor is determined.
  • the width is the above If the rotational speed fluctuation range is less than or equal to the allowable rotational speed fluctuation range and outside the predetermined range, the modulation rate is determined so that the modulation rate is smaller than the previously determined modulation rate.
  • the program causes the computer of the control device that controls the motor to execute the motor based on the command value of the voltage to the motor and the detected value of the motor current supplied to the motor.
  • a rotation information calculation unit that calculates a rotation number of the motor and a rotation position of the motor, an average load torque calculation unit that calculates an average load torque of the motor based on the rotation number of the motor, and a rotation speed fluctuation range of the motor, If it is equal to or less than the allowable rotational speed fluctuation range defined as a function of the rotational speed of the motor and is within a predetermined range from the allowable rotational speed fluctuation range, the modulation rate is the same as the previously determined modulation rate.
  • the modulation rate is determined so that if the rotation speed fluctuation range of the motor exceeds the allowable rotation speed fluctuation range, the modulation rate is larger than the previously determined modulation rate. And when the motor rotational speed fluctuation range is equal to or smaller than the allowable rotational speed fluctuation range and out of the predetermined range from the allowable rotational speed fluctuation range, the previously determined modulation rate A modulation factor determining unit that determines the modulation factor so that the modulation factor is smaller, and the product of the average load torque and the normalized torque pattern defined according to the rotational position of the motor is multiplied by the modulation factor to compensate A compensation torque calculation unit that calculates a torque pattern, and a torque control unit that controls supply of the motor current to the motor based on the average load torque and the compensation torque pattern.
  • vibration and noise can be suppressed and efficiency reduction can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a power conversion device 100 including a control device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the power conversion device 100 according to the first embodiment includes a control device 1 and an inverter 4.
  • the power conversion device 100 converts the DC power supplied from the converter 3 into three-phase AC power for driving the motor 2.
  • the power conversion apparatus 100 is mounted on the air conditioning system S, for example. In this case, the motor 2 drives the compressor provided in the outdoor unit of the air conditioning system.
  • the control device 1 is used to control the motor 2. As shown in FIG. 1, the motor 2 is connected to an AC power source 5 such as a commercial power source via a converter 3 and an inverter 4.
  • an AC power source 5 such as a commercial power source via a converter 3 and an inverter 4.
  • the converter 3 converts the three-phase AC power supplied from the AC power source 5 into DC power.
  • Inverter 4 generates three-phase AC power for driving motor 2 from DC power input from converter 3.
  • a current sensor 10 is connected to the control device 1.
  • the current sensor 10 detects a detected value of the motor current I supplied to the motor 2 and inputs it to the control device 1.
  • the control device 1 controls the output torque of the motor 2 so as to suppress vibration and noise according to the detected value of the motor current I that is input. Specifically, the control device 1 controls the motor 2 by outputting a voltage command value to the inverter 4 and controlling the supply of the motor current I to the motor 2.
  • the control device 1 includes a rotation information calculation unit 11, an average load torque calculation unit 12, a normalized torque pattern storage unit 13, an allowable rotation speed fluctuation range storage unit 14, and a compensation torque calculation unit. 15, a torque control unit 16, and a modulation factor determination unit 17.
  • the rotation information calculation unit 11 is based on the command value (Vd, Vq) of the voltage to the motor 2 and the detected value (Id, Iq) of the motor current I supplied to the motor 2 by the torque control unit 16. , And the rotational position ⁇ e of the motor 2 are calculated.
  • the average load torque calculation unit 12 calculates the average load torque of the motor 2 based on the rotation speed ⁇ e of the motor 2.
  • the average load torque of the motor 2 is an average value of the load torque of the motor 2.
  • the average load torque calculation unit 12 includes a subtraction unit 121 and a rotation speed PI control unit 122.
  • the subtraction unit 121 of the average load torque calculation unit 12 calculates a deviation between the rotation speed command input from the host and the rotation speed ⁇ e input from the rotation information calculation unit 11.
  • the rotational speed PI control unit 122 calculates the average load torque of the motor 2 by PI control (proportional integration control) based on the calculated deviation.
  • the normalized torque pattern storage unit 13 stores a normalized torque pattern defined according to the rotational position of the motor 2.
  • the normalization pattern is, for example, a coefficient defined for each rotational position of the motor 2 from 0 (deg) to 360 (deg) in increments of 30 (deg). By multiplying this coefficient (normalized pattern) by the average load torque of the motor 2, a torque pattern approximating the value of the load torque of the motor 2 at each rotational position can be generated.
  • the increment of the normalization pattern may be other than 30 (deg).
  • the normalized torque pattern storage unit 13 stores a plurality of normalized patterns corresponding to the vibration state of the compressor, for example.
  • the allowable rotation speed fluctuation storage unit 14 stores the allowable rotation speed fluctuation width of the motor 2 defined as a function of the rotation speed of the motor 2.
  • the minimum minimum rotational speed ( The difference from the minimum rotation speed is called the rotation speed fluctuation range.
  • the allowable rotational speed fluctuation range means a rotational speed fluctuation range that allows vibration and noise, and can be determined in consideration of mechanical factors, for example.
  • the compensation torque calculation unit 15 calculates the rotation speed fluctuation range based on the rotation speed ⁇ e of the motor 2 and the rotation position ⁇ e of the motor 2 input from the rotation information calculation section 11, and normalizes based on the rotation speed fluctuation width.
  • An optimum normalized torque pattern is acquired from the torque pattern storage unit 13. That is, the compensation torque calculation unit 15 acquires a normalized torque pattern having a shape that most closely approximates the load torque variation of the motor 2.
  • the compensation torque calculation unit 15 may acquire an optimal normalized torque pattern based on information other than the rotational speed fluctuation range.
  • the compensation torque calculation unit 15 calculates a compensation torque pattern by multiplying the product of the average load torque calculated by the average load torque calculation unit 12 and the normalized torque pattern by the modulation rate Kn determined by the modulation rate determination unit 17.
  • the normalized torque pattern is used to approximate the output torque of the motor 2 to the shape of the fluctuation of the load torque at each rotational position, whereas the modulation factor Kn makes the output torque of the motor 2 the magnitude of the load torque. Used to approximate.
  • the torque control unit 16 controls the supply of the motor current I to the motor 2 based on the average load torque calculated by the average load torque calculation unit 12 and the compensation torque pattern calculated by the compensation torque calculation unit 15.
  • the torque control unit 16 includes an addition unit 161, a current conversion unit 162, a subtraction unit 163, and a current PI control unit 164.
  • the adder 161 adds the average load torque input from the average load torque calculator 12 and the compensation torque pattern input from the compensation torque calculator 15 to calculate the output torque of the motor 2.
  • the current conversion unit 162 converts the output torque calculated by the addition unit 161 into a d-axis command current Id * and a q-axis command current Iq *.
  • the subtracting unit 163 subtracts the detected value (Id, Iq) of the motor current I from these command currents (Id *, Iq *) to obtain a deviation.
  • the current PI control unit 164 calculates a command value (Vd, Vq) of voltage by PI control based on the calculated deviation. Note that Id is a d-axis current value, Iq is a q-axis current value, Vd is a command value for a d-axis voltage, and Vq is a command value for a q-axis voltage.
  • the torque control unit 16 controls the supply of the motor current I to the motor 2 by outputting the command value (Vd, Vq) of the voltage calculated by the current PI control unit 164 to the inverter 4, and controls the motor 2. .
  • the modulation factor determination unit 17 acquires the allowable rotation speed fluctuation range from the allowable rotation speed fluctuation width storage unit 14 based on the rotation speed ⁇ e of the motor 2 input from the rotation information calculation unit 11. As will be described later, the modulation rate determination unit 17 determines the modulation rate so that the rotation speed fluctuation range of the motor 2 is equal to or less than the allowable rotation speed fluctuation width.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control device 1 according to the first embodiment. Operation
  • movement of the control apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated using FIG.
  • the rotation information calculation unit 11 calculates the rotation speed ⁇ e of the motor 2 and the rotation position ⁇ e of the motor 2 based on the detected value of the motor current I supplied to the motor 2. (Step S101).
  • the average load torque calculation unit 12 calculates the average load torque of the motor 2 based on the rotation speed ⁇ e of the motor 2 (step S102).
  • the modulation rate determination unit 17 determines the modulation rate Kn so that the rotation speed fluctuation range of the motor 2 is equal to or less than the allowable rotation speed fluctuation width (step S103).
  • the modulation factor Kn is determined from a plurality of values that are defined in advance.
  • the plurality of values of the modulation rate Kn that are defined in advance may include 0 and 1.
  • torque control is not performed.
  • the modulation factor Kn is 1, the size of the normalized torque pattern is directly used as the output torque.
  • the torque control may be performed by changing Kn in the low rotation range and the middle rotation range where there is a lot of vibration, without changing the modulation rate Kn to 0 in the high rotation range where the vibration is low.
  • the modulation rate determination unit 17 determines the modulation rate Kn according to the following procedure.
  • the modulation factor determination unit 17 calculates the rotation speed fluctuation range of the motor 2 based on the rotation speed ⁇ e of the motor 2 and the rotation position ⁇ e of the motor 2 input from the rotation information calculation unit 11.
  • the modulation factor determination unit 17 acquires the allowable rotational speed fluctuation range from the allowable rotational speed fluctuation width storage unit 14 based on the rotational speed ⁇ e of the motor 2.
  • the modulation rate determination unit 17 compares the rotation speed fluctuation range of the motor 2 with the allowable rotation speed fluctuation width, and the rotation speed fluctuation width of the motor 2 is equal to or less than the allowable rotation speed fluctuation width and the allowable rotation speed fluctuation is concerned. If it is within a predetermined range from the width, the previously determined modulation rate is maintained. That is, the modulation factor determination unit 17 determines the same modulation factor Kn as the modulation factor determined last time. The modulation factor determination unit 17 inputs the determined modulation factor Kn to the compensation torque calculation unit 15.
  • the modulation rate determination unit 17 compares the rotational speed fluctuation range of the motor 2 with the allowable rotational speed fluctuation range, and if the rotational speed fluctuation range of the motor 2 exceeds the allowable rotational speed fluctuation range, The modulation factor Kn is determined to be larger than the modulation factor determined in (1).
  • the modulation factor determination unit 17 inputs the determined modulation factor Kn to the compensation torque calculation unit 15.
  • the modulation rate determination unit 17 compares the rotational speed fluctuation range of the motor 2 with the allowable rotational speed fluctuation width, and when the rotational speed fluctuation width of the motor 2 is smaller than the allowable rotational speed fluctuation width and smaller than a predetermined range (motor 2 is less than or equal to the allowable rotational speed fluctuation range and is outside the predetermined range from the allowable rotational speed fluctuation range), the modulation rate Kn is smaller than the previously determined modulation rate. decide.
  • the modulation factor determination unit 17 inputs the determined modulation factor Kn to the compensation torque calculation unit 15.
  • the modulation rate determination unit 17 performs modulation so that the rotation speed fluctuation range of the motor 2 is equal to or less than the allowable rotation speed fluctuation width and falls within a predetermined range from the allowable rotation speed fluctuation width. It has been described that the rate Kn is determined. However, the modulation rate determination unit 17 determines the modulation rate Kn so that the rotation speed fluctuation range of the motor 2 is equal to or less than the allowable rotation speed fluctuation width and approaches the allowable rotation speed fluctuation width, for example, using feedback control or the like. May be.
  • the compensation torque calculation unit 15 obtains a product of the average load torque and the normalized torque pattern, and multiplies the product of the average load torque and the normalized torque pattern by the modulation rate input from the modulation rate determination unit 17.
  • a compensation torque pattern is calculated (step S104).
  • step S105 the torque control unit 16 controls the supply of the motor current I to the motor 2 based on the average load torque and the compensation torque pattern. Thereafter, the process returns to step S101, and the processes of steps S102 to S105 are repeated.
  • FIG. 3 is a first explanatory diagram for explaining the operation of the control device 1 according to the first embodiment, in which the allowable rotational speed fluctuation range stored in the allowable rotational speed fluctuation width storage unit 14 is used as a function f1 of the rotational speed. Show.
  • the allowable rotational speed fluctuation range stored in the allowable rotational speed fluctuation range storage unit 14 increases from C1 to C2 as the rotational speed of the motor 2 increases from ⁇ 1 to ⁇ 2. It is stipulated to be. That is, the allowable rotational speed fluctuation range is defined as a function f1 in which the rotational speed of the motor 2 and the allowable rotational speed fluctuation range are in a proportional relationship. The function f1 of the allowable rotational speed fluctuation range is determined in consideration of mechanical factors. In the first embodiment, the allowable rotational speed fluctuation range is defined as a threshold value that can maintain the lifetime of a device such as a motor for a predetermined period or longer.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a comparative example when so-called active torque control is performed without using the control device 1 according to the first embodiment
  • FIG. 5 illustrates the control device 1 according to the first embodiment. It is explanatory drawing at the time of performing active torque control using it. 4 and 5 show the load torque at each rotational position of the motor 2, the horizontal axis shows the rotational position [deg] of the motor 2, and the vertical axis shows the load torque [Nm].
  • the solid line represents the load torque Tc applied to the motor 2
  • the dotted line represents the output torque Tm ⁇ b> 1 of the motor 2.
  • the solid line indicates the load torque Tc related to the motor 2
  • the dotted line indicates the output torque Tm ⁇ b> 2 of the motor 2.
  • 4 and 5 show the number of rotations of the motor 2 (one-dot chain line) for each rotational position of the motor 2 when the output torque (Tm1, Tm2) of the motor 2 shown in the upper diagram is applied. Indicates the rotational position [deg] of the motor 2, and the vertical axis indicates the rotational speed [rpm]. 4 and 5 corresponds to the horizontal axis of the upper diagram of FIGS. 4 and 5, respectively.
  • the control device 1 causes the rotational speed fluctuation range between the maximum value ⁇ 2max and the minimum value ⁇ 2min of the rotational speed to be equal to or smaller than the allowable rotational speed fluctuation range. Control. For this reason, the rotational speed fluctuation range between the maximum value ⁇ 2max and the minimum value ⁇ 2min of the rotational speed shown in the lower diagram of FIG. 5 is larger than that shown in FIG. As a result, the modulation rate Kn is allowed to be a value lower than that of the comparative example shown in FIG. Further, the output torque Tm2 is allowed to be a low value having a smaller degree of approximation with the load torque Tc than in the comparative example shown in FIG. Therefore, the current of the motor 2 required for applying the output torque Tm2 is smaller than that in the comparative example shown in FIG. 4, and the efficiency reduction can be suppressed as compared with the case shown in FIG.
  • the control device 1 suppresses vibration and noise depending on the rotational speed fluctuation. Therefore, according to the control apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment, it becomes possible to suppress a vibration and noise, and to suppress a efficiency fall.
  • the allowable rotational speed fluctuation range is defined to increase as the rotational speed of the motor 2 increases.
  • the motor 2 is controlled so that the fluctuation range of the rotational speed of the motor 2 is allowed to a higher value in the high rotational range where the vibration is small, and the rotational speed fluctuation range of the motor 2 is allowed to a lower value in the low rotational area where the vibration is high. be able to. Therefore, effective weight control can be achieved by giving priority to control of efficiency reduction in the high speed range and giving priority to control of vibration and noise in the low speed range. And the suppression of the efficiency reduction can be performed in a balanced and efficient manner.
  • control apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment was demonstrated in detail, the specific aspect of the control apparatus 1 is not limited to the above-mentioned thing, In the range which does not deviate from a summary, various designs It is possible to make changes.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first modification of the first embodiment.
  • the allowable rotational speed fluctuation range stored in the allowable rotational speed fluctuation range storage unit 14 may be defined as a function f2 having at least one minimum value, as shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotational speed [rpm] of the motor 2
  • the vertical axis indicates the rotational speed fluctuation range [rpm].
  • the allowable rotational speed fluctuation ranges in the case of the rotational speeds ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ are C1, C2, and C3, respectively.
  • the function f2 as a whole has a tendency to increase from C1 to C2 as the rotational speed of the motor 2 increases from ⁇ 1 to ⁇ 2, but when the rotational speed of the motor 2 is ⁇ 3.
  • the allowable rotational speed fluctuation width C3 at is a minimum value in which the function f2 is partially convex downward.
  • the allowable rotational speed fluctuation range may be defined to have a minimum value with respect to the rotational speed in which the allowable rotational speed fluctuation range needs to be set strictly (low), such as the rotational speed at which resonance occurs.
  • the minimum value of the allowable rotational speed fluctuation range may be defined based on other vibration and noise characteristics. The minimum value may be 2 or more.
  • control device 1 According to the control device 1 according to the first modified example of the first embodiment described above, not only the efficiency reduction is simply suppressed, but also the vibration and noise are optimally suppressed in consideration of the characteristics of the vibration and noise. can do.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a second modification of the first embodiment.
  • the allowable rotational speed fluctuation range stored in the allowable rotational speed fluctuation range storage unit 14 may be defined as a function f3 obtained by correcting the function f1, as shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the rotational speed [rpm] of the motor 2
  • the vertical axis indicates the rotational speed fluctuation range [rpm].
  • the function f3 of the allowable rotational speed fluctuation range is a function having a convex shape as a whole as a result of correcting the function f1 of the allowable rotational speed fluctuation range shown in FIG.
  • the function f1 of the allowable rotational speed fluctuation range shown in FIG. 3 may be corrected in consideration of the vibration fluctuation range of the compressor.
  • the allowable rotational speed fluctuation range stored in the allowable rotational speed fluctuation range storage unit 14 is the corrected function f3 has been described.
  • the allowable rotational speed fluctuation range (function f1) may be stored and corrected after the modulation rate determination unit 17 obtains it.
  • control device 1 According to the control device 1 according to the second modified example of the first embodiment described above, not only the efficiency reduction is simply suppressed, but also vibration and noise are taken into account factors such as the vibration fluctuation range of the compressor. Can be optimally suppressed.
  • the rotation speed fluctuation range of the motor 2 is controlled to be equal to or less than the allowable rotation speed fluctuation width only by determining the modulation rate Kn by the modulation rate determination unit 17.
  • the modulation rate determination unit 17 determines (changes) not only the modulation rate Kn but also the normalization pattern that the compensation torque calculation unit 15 acquires from the normalization torque pattern storage unit 13, and the rotational speed fluctuation range of the motor 2. May be controlled to be equal to or less than the allowable rotational speed fluctuation range.
  • control device 1 According to the control device 1 according to the third modification of the first embodiment described above, it is possible to improve control accuracy by using not only the modulation rate Kn but also the normalization pattern. Thereby, both the effect of suppressing vibration and noise and the effect of suppressing the decrease in efficiency can be improved.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • the computer 9 includes a CPU 91, a main storage device 92, an auxiliary storage device 93, and an interface 94.
  • the control device 1 described above includes a computer 9.
  • the operation of each processing unit described above is stored in the auxiliary storage device 93 in the form of a program.
  • the CPU 91 reads out the program from the auxiliary storage device 93 and develops it in the main storage device 92, and executes the above processing according to the program.
  • the rotation information calculation unit 11, the average load torque calculation unit 12, the compensation torque calculation unit 15, the torque control unit 16, and the modulation factor determination unit 17 described above may be the CPU 91.
  • the CPU 91 secures a storage area corresponding to each database described above in the main storage device 92 or the auxiliary storage device 93 according to the program.
  • the normalized torque pattern storage unit 13 and the allowable rotational speed fluctuation range storage unit 14 described above may be secured in the main storage device 92 or the auxiliary storage device 93.
  • the current sensor 10 may be provided as separate hardware (not shown).
  • auxiliary storage device 93 examples include an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and a DVD-ROM (Digital Versatile Disc Read Only. Memory), semiconductor memory, and the like.
  • the auxiliary storage device 93 may be an internal medium directly connected to the bus of the computer 9 or an external medium connected to the computer 9 via the interface 94 or a communication line. When this program is distributed to the computer 9 through a communication line, the computer 9 that has received the distribution may develop the program in the main storage device 92 and execute the above processing.
  • the auxiliary storage device 93 is a tangible storage medium that is not temporary.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that realizes the above-described function in combination with another program already stored in the auxiliary storage device 93.
  • difference file difference program
  • control device power conversion device, air conditioning system, control method, and program, it is possible to suppress vibration and noise and to suppress efficiency reduction.

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Abstract

モータを制御する制御装置は、回転情報算出部と、平均負荷トルク算出部と、正規化トルクパターン記憶部と、前記モータの回転数の関数として規定した前記モータの許容回転数変動幅を記憶する許容回転数変動幅記憶部と、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内になるように、変調率を決定する変調率決定部と、前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出する補償トルク算出部と、前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するトルク制御部と、を備える。

Description

制御装置、電力変換装置、空調システム、制御方法、及びプログラム
　本発明は、制御装置、電力変換装置、空調システム、制御方法、及びプログラムに関する。
　本願は、２０１８年４月１０日に出願された特願２０１８－０７５５０２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　圧縮機を制御するモータは負荷トルク（脈動トルク）が周期的に変動するので、モータが実際に出力する出力トルクと負荷トルクとの間の差異（回転数変動）に起因する振動及び騒音が発生する。この振動及び騒音を低減する為に、モータの出力トルクを負荷トルクに近似させるように制御する技術が知られている。
　例えば、特許文献１には、モータにかかる負荷トルクの高調波成分の振幅の割合を求めておき、これを相殺する電流成分を算出し、モータの出力トルクを負荷トルクに近似させるように制御する技術が開示されている。
特開２０１７－２０９０１２号公報
　しかしながら、モータの実際の出力トルクを負荷トルクに近似させるように制御する技術では、振動及び騒音を抑制する効果は得られるものの、制御の際の電流増加により効率が低下する。
　従って、振動及び騒音を抑制すると共に効率低下を抑制することが可能な技術が望まれている。本発明の目的は、振動及び騒音を抑制すると共に効率低下を抑制することが可能な制御装置、電力変換装置、空調システム、制御方法、及びプログラムを提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、モータを制御する制御装置は、前記モータへの電圧の指令値及び前記モータに供給されるモータ電流の検出値に基づいて、前記モータの回転数及び前記モータの回転位置を算出する回転情報算出部と、前記モータの回転数に基づいて、前記モータの平均負荷トルクを算出する平均負荷トルク算出部と、前記モータの回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンを記憶した正規化トルクパターン記憶部と、前記モータの回転数の関数として規定した前記モータの許容回転数変動幅を記憶する許容回転数変動幅記憶部と、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率と同じ変調率になるように変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率になるように前記変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から前記所定の範囲外である場合には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率になるように前記変調率を決定する変調率決定部と、前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出する補償トルク算出部と、前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するトルク制御部と、を備える。
　本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る制御装置において、前記許容回転数変動幅は、前記モータの回転数が増加するにつれて増加するように規定されている。
　本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様に係る制御装置において、前記許容回転数変動幅は、少なくとも１つの極小値を有するように規定されている。
　本発明の第４の態様によれば、第１から第３の態様のいずれかの態様に係る制御装置において、前記許容回転数変動幅は、前記モータの接続された圧縮機の振動変動幅に基づいて補正されている。
　本発明の第５の態様によれば、第１から第４の態様のいずれかの態様に係る制御装置において、前記変調率決定部は、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下になるように、前記正規化トルクパターンを決定する。
　本発明の第６の態様によれば、電力変換装置は、第１から第５の態様のいずれかの態様に係る制御装置とインバータと、を備える。
　本発明の第７の態様によれば、空調システムは、第６の態様に係る電力変換装置と前記モータと、を備える。
　本発明の第８の態様によれば、モータを制御する制御方法は、前記モータへの電圧の指令値及び前記モータに供給されるモータ電流の検出値に基づいて、前記モータの回転数及び前記モータの回転位置を算出するステップと、前記モータの回転数に基づいて、前記モータの平均負荷トルクを算出するステップと、前記モータの回転数変動幅が、前記モータの回転数の関数として規定した許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率と同じ変調率になるように変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率になるように前記変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から前記所定の範囲外である場合には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率になるように前記変調率を決定するステップと、前記平均負荷トルクと、前記モータの回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出するステップと、前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するステップと、を備える。
　本発明の第９の態様によれば、プログラムは、モータを制御する制御装置のコンピュータを、前記モータへの電圧の指令値及び前記モータに供給されるモータ電流の検出値に基づいて、前記モータの回転数及び前記モータの回転位置を算出する回転情報算出部、前記モータの回転数に基づいて、前記モータの平均負荷トルクを算出する平均負荷トルク算出部、前記モータの回転数変動幅が、前記モータの回転数の関数として規定した許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率と同じ変調率になるように変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率になるように前記変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から前記所定の範囲外である場合には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率になるように前記変調率を決定する変調率決定部、前記平均負荷トルクと、前記モータの回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出する補償トルク算出部、前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するトルク制御部、として機能させる。
　上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、振動及び騒音を抑制すると共に効率低下を抑制することができる。
第１の実施形態に係る制御装置を備える電力変換装置の全体構成を示す構成図である。 第１の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る制御装置の動作を説明する第１の説明図である。 第１の実施形態に係る制御装置の効果を説明する第１の説明図である。 第１の実施形態に係る制御装置の効果を説明する第２の説明図である。 第１の実施形態の第１の変形例を説明する説明図である。 第１の実施形態の第２の変形例を説明する説明図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
＜第１の実施形態＞
（制御装置の全体構成）
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置１を備える電力変換装置１００の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る電力変換装置１００は、制御装置１とインバータ４とを備える。電力変換装置１００は、コンバータ３から供給される直流電力を、モータ２を駆動させる為の三相交流電力に変換する。この電力変換装置１００は、例えば、空調システムＳに搭載される。この場合において、モータ２は、当該空調システムの室外機に具備される圧縮機を駆動させる。
　第１の実施形態に係る制御装置１は、モータ２を制御する為に用いられる。図１に示すように、モータ２は、コンバータ３及びインバータ４を介して商用電源等の交流電源５に接続されている。
　コンバータ３は、交流電源５から供給される三相交流電力を直流電力に変換する。インバータ４は、コンバータ３から入力される直流電力から、モータ２を駆動させる為の三相交流電力を生成する。
　制御装置１には、電流センサ１０が接続されている。電流センサ１０は、モータ２に供給されるモータ電流Ｉの検出値を検出し、制御装置１に入力する。制御装置１は、入力されるモータ電流Ｉの検出値に応じて振動及び騒音を抑制するようにモータ２の出力トルクを制御する。具体的には、制御装置１は、インバータ４に電圧の指令値を出力し、モータ２へのモータ電流Ｉの供給を制御することによりモータ２を制御する。
　図１に示すように、制御装置１は、回転情報算出部１１と、平均負荷トルク算出部１２と、正規化トルクパターン記憶部１３と、許容回転数変動幅記憶部１４と、補償トルク算出部１５と、トルク制御部１６と、変調率決定部１７と、を備える。
　回転情報算出部１１は、トルク制御部１６の、モータ２への電圧の指令値（Ｖｄ、Ｖｑ）及びモータ２に供給されるモータ電流Ｉの検出値（Ｉｄ、Ｉｑ）に基づいて、モータ２の回転数ωｅ及びモータ２の回転位置θｅを算出する。
　平均負荷トルク算出部１２は、モータ２の回転数ωｅに基づいて、モータ２の平均負荷トルクを算出する。ここで、モータ２の平均負荷トルクとは、モータ２の負荷トルクの平均値である。平均負荷トルク算出部１２は、減算部１２１と、回転数ＰＩ制御部１２２と、を備えている。平均負荷トルク算出部１２の減算部１２１は、上位から入力される回転数指令と回転情報算出部１１から入力される回転数ωｅとの偏差を算出する。回転数ＰＩ制御部１２２は、算出された偏差に基づいてＰＩ制御（比例積分制御）によりモータ２の平均負荷トルクを算出する。
　正規化トルクパターン記憶部１３は、モータ２の回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンを記憶する。ここで、正規化パターンとは、例えば、３０（ｄｅｇ）刻みでモータ２の０（ｄｅｇ）から３６０（ｄｅｇ）までの回転位置に対して各々規定された係数である。この係数（正規化パターン）をモータ２の平均負荷トルクに乗じることにより、各回転位置におけるモータ２の負荷トルクの値に近似したトルクパターンを生成することができる。正規化パターンの刻みは３０（ｄｅｇ）以外であってもよい。正規化トルクパターン記憶部１３は、例えば、圧縮機の振動状態に対応する複数の正規化パターンを記憶する。
　許容回転数変動幅記憶部１４は、モータ２の回転数の関数として規定したモータ２の許容回転数変動幅を記憶する。ここで、モータ２の回転位置（回転角度）が０（ｄｅｇ）から３６０（ｄｅｇ）までの一回転の範囲内で最大である最大回転数（最大回転速度）と、最小である最小回転数（最小回転速度）との差を回転数変動幅という。回転数変動幅が大きい場合には、振動及び騒音が大きく、回転数変動幅が小さい場合には、振動及び騒音が小さい。
　許容回転数変動幅は、振動及び騒音を許容可能な回転数変動幅を意味し、例えば、機械学的な要因を考慮して決定することができる。
　補償トルク算出部１５は、回転情報算出部１１から入力されるモータ２の回転数ωｅ及びモータ２の回転位置θｅに基づいて回転数変動幅を算出し、この回転数変動幅に基づいて正規化トルクパターン記憶部１３から最適な正規化トルクパターンを取得する。即ち、補償トルク算出部１５は、モータ２の負荷トルクの変動に最も近似した形状の正規化トルクパターンを取得する。なお、補償トルク算出部１５は、回転数変動幅以外の情報に基づいて、最適な正規化トルクパターンを取得してもよい。
　補償トルク算出部１５は、平均負荷トルク算出部１２が算出した平均負荷トルクと、正規化トルクパターンとの積に、変調率決定部１７が決定した変調率Ｋｎを乗じて補償トルクパターンを算出する。従って、正規化トルクパターンがモータ２の出力トルクを負荷トルクの各回転位置における変動の形状に近似させる為に用いられるのに対し、変調率Ｋｎはモータ２の出力トルクを負荷トルクの大きさに近似させる為に用いられる。
　トルク制御部１６は、平均負荷トルク算出部１２が算出した平均負荷トルクと、補償トルク算出部１５が算出した補償トルクパターンと、に基づいてモータ２へのモータ電流Ｉの供給を制御する。トルク制御部１６は、加算部１６１と、電流変換部１６２と、減算部１６３と、電流ＰＩ制御部１６４と、を備えている。
　加算部１６１は、平均負荷トルク算出部１２から入力される平均負荷トルクと、補償トルク算出部１５から入力される補償トルクパターンとを加算してモータ２の出力トルクを演算する。電流変換部１６２は、加算部１６１が演算した出力トルクを、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊に電流変換する。減算部１６３は、これらの指令電流（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）から、モータ電流Ｉの検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）を減算して偏差を求める。電流ＰＩ制御部１６４は、算出された偏差に基づいてＰＩ制御により電圧の指令値（Ｖｄ、Ｖｑ）を算出する。なお、Ｉｄはｄ軸電流値、Ｉｑはｑ軸電流値、Ｖｄはｄ軸電圧の指令値、Ｖｑはｑ軸電圧の指令値である。
　トルク制御部１６は、電流ＰＩ制御部１６４が算出した電圧の指令値（Ｖｄ、Ｖｑ）をインバータ４に出力することにより、モータ２へのモータ電流Ｉの供給を制御し、モータ２を制御する。
　変調率決定部１７は、回転情報算出部１１から入力されるモータ２の回転数ωｅに基づいて、許容回転数変動幅記憶部１４から許容回転数変動幅を取得する。変調率決定部１７は、後述するように、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下になるように、変調率を決定する。
（制御装置の処理フロー）
　図２は、第１の実施形態に係る制御装置１の動作を示すフローチャートである。
　図２を用いて第１の実施形態に係る制御装置１の動作を説明する。
　制御装置１の制御処理が開始されると、回転情報算出部１１が、モータ２に供給されるモータ電流Ｉの検出値に基づいて、モータ２の回転数ωｅ及びモータ２の回転位置θｅを算出する（ステップＳ１０１）。次に、平均負荷トルク算出部１２が、モータ２の回転数ωｅに基づいて、モータ２の平均負荷トルクを算出する（ステップＳ１０２）。
　次に、変調率決定部１７が、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下になるように、変調率Ｋｎを決定する（ステップＳ１０３）。変調率Ｋｎは、予め規定されている複数の値の中から決定される。予め規定される変調率Ｋｎの複数の値には０及び１が含まれていてよい。変調率Ｋｎが０の場合には、トルク制御を行わないことになる。変調率Ｋｎが１の場合には、正規化トルクパターンの大きさがそのまま出力トルクの大きさとなる。例えば、振動の少ない高回転域では変調率Ｋｎを０にしてトルク制御を行わず、振動の多い低回転域及び中回転域ではＫｎを変化させてトルク制御を行ってもよい。
　変調率決定部１７は、具体的には、以下の手順で変調率Ｋｎを決定する。変調率決定部１７は、回転情報算出部１１から入力されるモータ２の回転数ωｅ及びモータ２の回転位置θｅに基づいて、モータ２の回転数変動幅を算出する。変調率決定部１７は、モータ２の回転数ωｅに基づいて許容回転数変動幅記憶部１４から許容回転数変動幅を取得する。
　変調率決定部１７は、モータ２の回転数変動幅と許容回転数変動幅とを比較し、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率を維持する。即ち、変調率決定部１７は、前回に決定した変調率と同じ変調率Ｋｎに決定する。変調率決定部１７は、決定した変調率Ｋｎを補償トルク算出部１５に入力する。
　一方、変調率決定部１７は、モータ２の回転数変動幅と許容回転数変動幅とを比較し、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率Ｋｎに決定する。変調率決定部１７は、決定した変調率Ｋｎを補償トルク算出部１５に入力する。
　また、変調率決定部１７は、モータ２の回転数変動幅と許容回転数変動幅とを比較し、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅より所定範囲を下回って小さい場合（モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲外である場合）には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率Ｋｎに決定する。変調率決定部１７は、決定した変調率Ｋｎを補償トルク算出部１５に入力する。
　なお、上述した説明では、変調率決定部１７が、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲になるように、変調率Ｋｎを決定すると説明した。しかしながら、変調率決定部１７は、例えば、フィードバック制御等を用いて、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下で、且つ許容回転数変動幅に近づくように変調率Ｋｎを決定してもよい。
　次に、補償トルク算出部１５は、平均負荷トルクと正規化トルクパターンとの積を求め、平均負荷トルクと正規化トルクパターンとの積に変調率決定部１７から入力される変調率を乗じて補償トルクパターンを算出する（ステップＳ１０４）。
　次に、トルク制御部１６は、平均負荷トルクと補償トルクパターンとに基づいてモータ２へのモータ電流Ｉの供給を制御する（ステップＳ１０５）。以降、処理がステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０２～Ｓ１０５の処理が繰り返される。
（モータの回転数の関数としての許容回転数変動幅）
　上述した制御装置１の動作は、モータ２の回転数の関数として規定したモータ２の許容回転数変動幅に基づいている。
　図３は、第１の実施形態に係る制御装置１の動作を説明する第１の説明図であり、許容回転数変動幅記憶部１４が記憶する許容回転数変動幅を回転数の関数ｆ１として示している。
　図３の横軸はモータ２の回転数［ｒｐｍ］を示し、縦軸は許容回転数変動幅［ｒｐｍ］を示す。図３に示すように、第１の実施形態に係る許容回転数変動幅記憶部１４が記憶する許容回転数変動幅は、モータ２の回転数がω１からω２に増加するにつれてＣ１からＣ２に増加するように規定されている。即ち、許容回転数変動幅は、モータ２の回転数と許容回転数変動幅とが比例関係である関数ｆ１として規定されている。許容回転数変動幅の関数ｆ１は、機械学的な要因を考慮して決定されている。第１の実施形態では、許容回転数変動幅は、モータ等の装置の寿命を所定期間以上、保つことが可能な閾値として規定されている。
（第１の実施形態に係る制御装置の効果）
　図４及び５は、第１の実施形態に係る制御装置１の効果を各々説明する第１及び第２の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る制御装置１の効果を図４及び５を用いて説明する。
　図４は、第１の実施形態に係る制御装置１を用いずにいわゆるアクティブトルク制御を行った場合の比較例の説明図であり、図５は、第１の実施形態に係る制御装置１を用いてアクティブトルク制御を行った場合の説明図である。
　図４及び５の上図は、モータ２の回転位置毎の負荷トルクを示しており、横軸がモータ２の回転位置［ｄｅｇ］を示し、縦軸が負荷トルク［Ｎｍ］を示す。図４の上図において、実線がモータ２に係る負荷トルクＴｃであり、点線がモータ２の出力トルクＴｍ１を示す。同様に、図４の上図において、実線がモータ２に係る負荷トルクＴｃであり、点線がモータ２の出力トルクＴｍ２を示す。
　図４及び５の下図は、上図に示すモータ２の出力トルク（Ｔｍ１、Ｔｍ２）を適用した場合のモータ２の回転数（一点鎖線）をモータ２の回転位置毎に示しており、横軸がモータ２の回転位置［ｄｅｇ］を示し、縦軸が回転数［ｒｐｍ］を示す。図４及び５の下図の横軸は、各々、図４及び５の上図の横軸と対応している。
　モータ２に係る負荷トルクＴｃをモータ２の出力トルクＴｍ１が上回る場合にはモータ２は加速され、負荷トルクＴｃを出力トルクＴｍ１が下回る場合にはモータ２は減速される。従って、比較例の図４に示す例では、出力トルクＴｍ１が負荷トルクＴｃに非常に近似した値となっている為、図４の下図に示すモータ２の回転数は平坦化されている。換言すると、図４の下図に示す回転数の最大値ω１ｍａｘと最小値ω１ｍｉｎとの間の回転数変動幅が図５に示す場合よりも小さくなっている。従って、回転数変動に依存する振動及び騒音を効果的に抑制している。しかしながら、出力トルクＴｍ１を適用する為にモータ２の電流を多量に流しているので、図５に示す場合よりも効率が低下する。
　一方、第１の実施形態に係る図５に示す例では、制御装置１は、回転数の最大値ω２ｍａｘと最小値ω２ｍｉｎとの間の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下になるように制御する。この為、図５の下図に示す回転数の最大値ω２ｍａｘと最小値ω２ｍｉｎとの間の回転数変動幅は、図４に示す場合よりも大きくなっている。これにより、変調率Ｋｎは、図４に示す比較例の場合よりも低減した値が許容される。また、出力トルクＴｍ２は、図４に示す比較例の場合よりも負荷トルクＴｃとの近似の度合いの小さい低い値が許容される。従って、出力トルクＴｍ２を適用する為に必要とするモータ２の電流は、図４に示す比較例の場合よりも少量ですみ、図５に示す場合よりも効率低下を抑制することができる。
　また、出力トルクＴｍ２は、図４に示す比較例の出力トルクＴｍ１よりは負荷トルクＴｃに近似していないが、それでも負荷トルクＴｃに近似している。従って、第１の実施形態に係る制御装置１は、回転数変動に依存する振動及び騒音を抑制している。
　よって、第１の実施形態に係る制御装置１によれば、振動及び騒音を抑制すると共に効率低下を抑制することが可能となる。
　さらに、上述した第１の実施形態に係る制御装置１によれば、図３に示すように、許容回転数変動幅は、モータ２の回転数が増加するにつれて増加するように規定されている。これにより、振動の少ない高回転域ではモータ２の回転数変動幅をより高い値まで許容し、振動の多い低回転域ではモータ２の回転数変動幅をより低い値まで許容するように制御することができる。従って、高回転域では効率低下の抑制を優先して制御し、低回転域では振動及び騒音の抑制を優先して制御することにより、効果的に重み付けした制御をできるので、振動及び騒音の抑制と効率低下の抑制とをバランス良く効率的に行うことが可能になる。
＜変形例＞
　以上、第１の実施形態に係る制御装置１について詳細に説明したが、制御装置１の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
＜第１の実施形態の第１の変形例＞
　図６は、第１の実施形態の第１の変形例を説明する説明図である。
　第１の実施形態において、許容回転数変動幅記憶部１４が記憶する許容回転数変動幅は、図６に示すように、少なくとも１つの極小値を有する関数ｆ２として規定されていてよい。図６は、図３と同様に、横軸はモータ２の回転数［ｒｐｍ］を示し、縦軸は回転数変動幅［ｒｐｍ］を示す。
　許容回転数変動幅の関数ｆ２において、回転数ω１、ω２、及びωの場合における許容回転数変動幅は、各々、Ｃ１、Ｃ２、及びＣ３となっている。図６に示すように、関数ｆ２は、全体としては、モータ２の回転数がω１からω２に増加するにつれてＣ１からＣ２に増加する傾向を示しているが、モータ２の回転数がω３の場合における許容回転数変動幅Ｃ３は、関数ｆ２が部分的に下に凸形状である極小値になっている。例えば、共振が発生する回転数等、許容回転数変動幅を厳しく（低く）設定する必要がある回転数に対し、許容回転数変動幅が極小値を有するように規定されてよい。許容回転数変動幅の極小値は、その他の振動及び騒音の特性に基づいて規定されてもよい。また、極小値は、２以上であってもよい。
　上述した第１の実施形態の第１の変形例に係る制御装置１によれば、単純に効率低下を抑制するだけでなく、振動及び騒音の特性を考慮に入れて振動及び騒音を最適に抑制することができる。
＜第１の実施形態の第２の変形例＞
　図７は、第１の実施形態の第２の変形例を説明する説明図である。
　第１の実施形態において、許容回転数変動幅記憶部１４が記憶する許容回転数変動幅は、図７に示すように、関数ｆ１を補正した関数ｆ３として規定されていてよい。図７は、図３と同様に、横軸はモータ２の回転数［ｒｐｍ］を示し、縦軸は回転数変動幅［ｒｐｍ］を示す。
　許容回転数変動幅の関数ｆ３は、図７に示すように、図３に示す許容回転数変動幅の関数ｆ１を補正した結果、全体的に下に凸形状の関数になっている。例えば、圧縮機の振動変動幅を考慮し、図３に示す許容回転数変動幅の関数ｆ１を補正してよい。なお、上述した例では、許容回転数変動幅記憶部１４に記憶される許容回転数変動幅が補正された関数ｆ３である場合について説明したが、許容回転数変動幅記憶部１４に補正前の許容回転数変動幅（関数ｆ１）を記憶しておき、変調率決定部１７が取得してから補正するようにしてもよい。
　上述した第１の実施形態の第２の変形例に係る制御装置１によれば、単純に効率低下を抑制するだけでなく、圧縮機の振動変動幅等の要因を考慮に入れて振動及び騒音を最適に抑制することができる。
＜第１の実施形態の第３の変形例＞
　第１の実施形態に係る制御装置１では、変調率決定部１７による変調率Ｋｎの決定だけで、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下になるように制御する場合について説明した。しかしながら、変調率決定部１７が、変調率Ｋｎだけでなく、補償トルク算出部１５が正規化トルクパターン記憶部１３から取得する正規化パターンを決定（変更）して、モータ２の回転数変動幅が許容回転数変動幅以下になるように制御してもよい。
　上述した第１の実施形態の第３の変形例に係る制御装置１によれば、変調率Ｋｎだけでなく、正規化パターンを用いることにより、制御の精度を向上させることができる。これにより、振動及び騒音の抑制の効果と効率低下の抑制の効果とを共に向上させることができる。
　図８は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
　コンピュータ９は、ＣＰＵ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、インタフェース９４を備える。
　上述の制御装置１は、コンピュータ９を備える。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９３に記憶されている。ＣＰＵ９１は、プログラムを補助記憶装置９３から読み出して主記憶装置９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。例えば、上述した回転情報算出部１１と、平均負荷トルク算出部１２と、補償トルク算出部１５と、トルク制御部１６と、変調率決定部１７は、ＣＰＵ９１であってよい。
　また、ＣＰＵ９１は、プログラムに従って、上述した各データベースに対応する記憶領域を主記憶装置９２または補助記憶装置９３に確保する。例えば、上述した正規化トルクパターン記憶部１３と、許容回転数変動幅記憶部１４と、が、主記憶装置９２または補助記憶装置９３に確保されてよい。
　また、例えば、電流センサ１０は、別途のハードウェア（図示せず）として設けられていてよい。
　補助記憶装置９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。補助記憶装置９３は、コンピュータ９のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９が当該プログラムを主記憶装置９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　上記制御装置、電力変換装置、空調システム、制御方法、及びプログラムによれば、振動及び騒音を抑制すると共に効率低下を抑制することができる。
１　制御装置
２　モータ
３　コンバータ
４　インバータ
５　交流電源
９　コンピュータ
１０　電流センサ
１１　回転情報算出部
１２　平均負荷トルク算出部
１３　正規化トルクパターン記憶部
１４　許容回転数変動幅記憶部
１５　補償トルク算出部
１６　トルク制御部
１７　変調率決定部
９１　ＣＰＵ
９２　主記憶装置
９３　補助記憶装置
９４　インタフェース
１２１　減算部
１２２　回転数ＰＩ制御部
１６１　加算部
１６２　電流変換部
１６３　減算部
１６４　電流ＰＩ制御部
ｆ１～ｆ３　許容回転数変動幅の関数
ｃ１～ｃ３　許容回転数変動幅
Ｋｎ　変調率
Ｔｃ　負荷トルク
Ｔｍ１、Ｔｍ２　出力トルク
ω１～ω３、ωｓ　回転数
ω１ｍａｘ、ω２ｍａｘ　最大回転数
ω１ｍｉｎ、ω２ｍｉｎ　最小回転数
θｅ　回転位置
Ｓ　空調システム

Claims (9)

  1. 　モータを制御する制御装置であって、
    　前記モータへの電圧の指令値及び前記モータに供給されるモータ電流の検出値に基づいて、前記モータの回転数及び前記モータの回転位置を算出する回転情報算出部と、
    　前記モータの回転数に基づいて、前記モータの平均負荷トルクを算出する平均負荷トルク算出部と、
    　前記モータの回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンを記憶した正規化トルクパターン記憶部と、
    　前記モータの回転数の関数として規定した前記モータの許容回転数変動幅を記憶する許容回転数変動幅記憶部と、
    　前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率と同じ変調率になるように変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率になるように前記変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から前記所定の範囲外である場合には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率になるように前記変調率を決定する変調率決定部と、
    　前記平均負荷トルクと前記正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出する補償トルク算出部と、
    　前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するトルク制御部と、
    　を備える制御装置。
  2. 　前記許容回転数変動幅は、前記モータの回転数が増加するにつれて増加するように規定されている請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記許容回転数変動幅は、少なくとも１つの極小値を有するように規定されている請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記許容回転数変動幅は、前記モータの接続された圧縮機の振動変動幅に基づいて補正されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の制御装置。
  5. 　前記変調率決定部は、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下になるように、前記正規化トルクパターンを決定する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の制御装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の制御装置と、
    　インバータと、
    　を備える電力変換装置。
  7. 　請求項６に記載の電力変換装置と、
    　前記モータと、
    　を備える空調システム。
  8. 　モータを制御する制御方法であって、
    　前記モータへの電圧の指令値及び前記モータに供給されるモータ電流の検出値に基づいて、前記モータの回転数及び前記モータの回転位置を算出するステップと、
    　前記モータの回転数に基づいて、前記モータの平均負荷トルクを算出するステップと、
    　前記モータの回転数変動幅が、前記モータの回転数の関数として規定した許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率と同じ変調率になるように変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率になるように前記変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から前記所定の範囲外である場合には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率になるように前記変調率を決定するステップと、
    　前記平均負荷トルクと、前記モータの回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出するステップと、
    　前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するステップと、
    　を備える制御方法。
  9. 　モータを制御する制御装置のコンピュータを、
    　前記モータへの電圧の指令値及び前記モータに供給されるモータ電流の検出値に基づいて、前記モータの回転数及び前記モータの回転位置を算出する回転情報算出部、
    　前記モータの回転数に基づいて、前記モータの平均負荷トルクを算出する平均負荷トルク算出部、
    　前記モータの回転数変動幅が、前記モータの回転数の関数として規定した許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から所定の範囲内である場合には、前回に決定した変調率と同じ変調率になるように変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅を超過している場合には、前回に決定した変調率よりも大きい変調率になるように前記変調率を決定し、前記モータの回転数変動幅が前記許容回転数変動幅以下であって、かつ、当該許容回転数変動幅から前記所定の範囲外である場合には、前回に決定した変調率よりも小さい変調率になるように前記変調率を決定する変調率決定部、
    　前記平均負荷トルクと、前記モータの回転位置に応じて規定した正規化トルクパターンとの積に前記変調率を乗じて補償トルクパターンを算出する補償トルク算出部、
    　前記平均負荷トルクと前記補償トルクパターンとに基づいて前記モータへの前記モータ電流の供給を制御するトルク制御部、
    　として機能させるプログラム。
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