WO2022149209A1 - 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

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 Download PDF

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motor
rotation speed
command
power conversion
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遥 松尾
貴昭 ▲高▼原
浩一 有澤
啓介 植村
陽祐 蜂矢
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三菱電機株式会社
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    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/021—Inverters therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle applicable device for converting AC power into desired power.
  • the power converter has a converter that converts the AC voltage output from the AC power supply into a DC voltage, a smoothing section that smoothes the output voltage of the converter, and a smoothing section that converts the DC voltage output through the smoothing section into an AC voltage. It is equipped with an inverter that applies to the load.
  • Patent Document 1 describes a power conversion device for driving a compressor.
  • the vibration component when the DC voltage applied to the inverter is vibrating or when the load torque is suppressed, the vibration component is superimposed on the current flowing through the inverter.
  • this vibration component and the rotation speed of the motor match or become close to each other, they affect each other and cause a roaring sound in the motor.
  • Patent Document 1 when the frequency that is an integral multiple of the operating frequency of the motor is in the range of a value close to twice the power supply frequency, the operating frequency of the motor is changed at the same rate as the increase and decrease. By doing so, the generation of growl noise is suppressed.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a power conversion device capable of smoothly accelerating and decelerating a motor while suppressing the generation of roaring noise.
  • the power conversion device includes a converter, a capacitor, an inverter and a control unit.
  • the converter rectifies the AC voltage applied from the AC power supply.
  • the capacitor is connected to the output end of the converter.
  • the inverter is connected to both ends of the capacitor.
  • the control unit controls the operation of the inverter.
  • the voltage output from the converter includes pulsating components caused by voltage fluctuations of the AC voltage.
  • the figure which shows the structure of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 1. A block diagram showing a configuration example of the control calculation unit according to the first embodiment.
  • a block diagram showing a configuration example of the control calculation unit according to the second embodiment The figure which shows an example of the generation pattern of the rotation speed command and the voltage limiting coefficient in Embodiment 2. The figure which shows the generation pattern of the rotation speed command and another example of a voltage limiting coefficient in Embodiment 2. The figure which shows the structural example of the refrigerating cycle application apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 1 is connected to the AC power supply 100 and the compressor 120.
  • the compressor 120 is an example of a load.
  • the compressor 120 has a motor 110.
  • the power conversion device 1 converts a first AC voltage, which is a power supply voltage applied from the AC power supply 100, into a second AC voltage having a desired amplitude and phase, and applies the first AC voltage to the motor 110.
  • the power conversion device 1 includes a voltage / current detector 16, a converter 10, a capacitor 12, a voltage detector 18, an inverter 14, current detectors 20u, 20v, 20w, and a control unit 30.
  • the motor drive device 2 is composed of the power conversion device 1 and the motor 110 included in the compressor 120.
  • the voltage / current detection unit 16 detects the first AC voltage applied to the converter 10 from the AC power supply 100, and also detects the AC current flowing in and out of the converter 10. Each detection value by the voltage / current detection unit 16 is input to the control unit 30.
  • the converter 10 rectifies the first AC voltage applied from the AC power supply 100.
  • the converter 10 is configured by using a plurality of bridge-connected rectifying elements 10a.
  • the arrangement and connection of the rectifying element 10a in the converter 10 are known, and the description thereof is omitted here.
  • the converter 10 may have a boosting function for boosting the rectified voltage as well as a rectifying function.
  • a converter having a boosting function may be configured to include one or more switching elements or a plurality of switching elements in which a transistor element and a diode are connected in antiparallel in addition to the rectifying element 10a or in place of the rectifying element 10a. can.
  • the arrangement and connection of switching elements in a converter having a boosting function are known, and the description thereof is omitted here.
  • the rectified voltage rectified by the converter 10 is applied to the capacitor 12.
  • the capacitor 12 is connected to the output end of the converter 10.
  • the capacitor 12 holds the rectified voltage output by the converter 10. Examples of the capacitor 12 include an electric field capacitor and a film capacitor.
  • the voltage detector 18 detects the capacitor voltage Vc, which is the voltage of the capacitor 12. The detected value of the voltage detector 18 is input to the control unit 30.
  • the inverter 14 is connected to both ends of the capacitor 12.
  • the inverter 14 converts the voltage output from the capacitor 12 into a second AC voltage having a desired amplitude and phase, and applies it to the motor 110 of the compressor 120.
  • the inverter 14 is configured by using a plurality of switching elements 14a in which a transistor element and a diode are connected in antiparallel. The arrangement and connection of the switching element 14a in the inverter 14 are known, and the description thereof is omitted here.
  • Current detectors 20u, 20v, 20w are provided in the electrical wiring connecting the inverter 14 and the motor 110.
  • the current detectors 20u, 20v, and 20w each detect the current for each one of the three-phase currents iu, iv, and iw output from the inverter 14.
  • the detected values of the current detectors 20u, 20v, and 20w are input to the control unit 30.
  • FIG. 1 illustrates a configuration including three current detectors 20u, 20v, 20w, but the configuration is not limited to this configuration.
  • the compressor 120 is a load having a motor 110 for driving the compressor.
  • the motor 110 rotates according to the amplitude and phase of the second AC voltage applied from the inverter 14, and performs a compression operation.
  • the control unit 30 has a control calculation unit 32 and a drive unit 34, and controls the operation of the inverter 14 using the detection values detected by each detector.
  • the control calculation unit 32 generates a voltage command for controlling the pulse width modulation (PWM) of the inverter 14.
  • PWM pulse width modulation
  • the control calculation unit 32 generates a voltage command that matches the rotation speed of the motor 110 with the rotation speed command, and outputs the voltage command to the drive unit 34.
  • the drive unit 34 uses the voltage command generated by the control calculation unit 32 to generate a drive signal for driving a plurality of switching elements 14a of the inverter 14.
  • the rotation speed of the motor 110 is controlled by PWM control of the switching element 14a of the inverter 14.
  • control unit 30 does not have to use all the detected values acquired from each detector, and may perform control using some of the detected values.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the control calculation unit 32 according to the first embodiment.
  • the control calculation unit 32 includes a rotation speed command generation unit 321, a speed control unit 322, a torque control unit 323, and a speed estimation unit 324.
  • the rotation speed command generation unit 321 generates a rotation speed command given to the motor 110.
  • the rotation speed command generated by the rotation speed command generation unit 321 is input to the speed control unit 322.
  • the speed control unit 322 generates a basic torque command that matches the estimated rotation speed with the rotation speed command, and outputs it to the torque control unit 323.
  • Speed control by a general proportional integral (PID) controller or a general proportional integral (PI) controller can be applied to the calculation of the basic torque command.
  • PID general proportional integral
  • PI general proportional integral
  • a controller other than the PID controller or PI controller may be used as long as the desired control performance can be obtained.
  • the torque control unit 323 generates a voltage command that matches the output torque of the motor 110 with the basic torque command, and outputs the voltage command to the drive unit 34. It is known that in order to control the output torque of the motor 110 to a desired value, it is preferable to control the dq-axis current, which is the current in the dq-axis coordinate system. However, needless to say, control may be performed by a current in a coordinate system other than the dq-axis coordinate system. A general PI controller can be used to control the dq-axis current. However, a controller other than the PI controller may be used as long as the desired control performance can be obtained.
  • the speed estimation unit 324 generates an estimated rotation speed based on the voltage command and the detected current.
  • the estimated rotation speed is an estimated value of the rotation speed of the motor 110.
  • a case where a PI controller is used and a case where a PI controller and an integrator are connected in series are known. However, a configuration other than these cases may be used as long as the desired control performance can be obtained.
  • FIG. 3 is a diagram showing a typical rotation speed command generation pattern.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a rotation speed command generation pattern in the first embodiment.
  • the horizontal axis of FIGS. 3 and 4 represents time, and the vertical axis indicates a rotation speed command.
  • 3 and 4 show time-varying waveforms of rotation speed commands when accelerating the motor 110 to the target rotation speed Rps tar . Further, on the right side of FIGS. 3 and 4, the enlarged waveform of the portion shown by the broken line circle in the left figure is shown. In the following description, it is assumed that the actual rotation speed of the motor 110 and the rotation speed command are substantially the same.
  • Rps vib is a rotation speed command when the above-mentioned growl noise becomes loud.
  • the growl does not occur pinpointly, but occurs within the range of the rotation speed command having a certain width. Therefore, in the control of the first embodiment, a range having a width of ⁇ ⁇ rps, that is, a range of 2 ⁇ rps is set before and after the Rps vib , and this range is defined as a “first speed range”.
  • the period corresponding to the first speed range that is, the period in which the rotation speed of the motor 110 becomes the first speed range is defined as the "first period" and is represented by tvib .
  • FIG. 5 is a diagram used to explain the causes of roaring sounds that can occur in the configuration of the first embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 5 represents time, and the vertical axis represents the amplitude of each waveform.
  • the power supply voltage is shown by a solid line
  • the rectified voltage is shown by a broken line.
  • the U-phase voltage command is shown by a solid line
  • the V voltage command is shown by a broken line
  • the W-phase voltage command is shown by a long-dashed line.
  • the rectified voltage output from the converter 10 includes a pulsating component.
  • the period of the voltage command of each phase coincides with the period of the power supply voltage. Therefore, the pulsating component of the rectified voltage becomes a valley at the position where the waveform of the U-phase voltage command becomes a peak and a valley, and this state is repeated. As shown in FIG. 5, there is a high possibility that a growl sound will be generated.
  • the acceleration / deceleration rate of the rotation speed command is set in the first period ( t'vib ) in which the rotation speed of the motor 110 is in the first speed range (2 ⁇ rps). It is changed from the default value, that is, the acceleration / deceleration rate at the time of normal control.
  • the rotation speed command is an example of a command value of a physical quantity related to a change in the rotation speed.
  • the control unit 30 drives the motor 110 at the acceleration / deceleration rate during normal control until the first period t'vib is reached in both acceleration and deceleration. do.
  • the motor 110 When the first period t'vib is reached, the motor 110 is driven at an acceleration / deceleration rate larger than the acceleration / deceleration rate at the time of normal control. Then, after passing through the first period t'vib , the motor 110 is driven at the acceleration / deceleration rate at the time of normal control.
  • the rotation speed command generation unit 321 generates and outputs an acceleration / deceleration rate rate according to the following equation (1).
  • the time t1 is the time when the rotation speed command is Rps vib ⁇ rps
  • the time t2 is the time when the rotation speed command is Rps vib + ⁇ rps.
  • the acceleration / deceleration rate is increased in the first speed range before and after the rotation speed that affects the pulsation of the DC voltage caused by the power supply frequency fs, but the present invention is limited to this example. Not done.
  • a first speed range corresponding to the frequency may be set, and control may be performed to increase the acceleration / deceleration rate in the first speed range.
  • FIG. 6 is a diagram showing another example of the generation pattern of the rotation speed command in the first embodiment.
  • the output of the rotation speed command is stopped in the first period t'vib .
  • the rotation speed command is not given to the motor 110.
  • the first period t'vib increases the acceleration / deceleration rate from a macroscopic point of view. You can see it. Therefore, it is possible to obtain the same effect as in the case of the control of FIG.
  • the control unit when the control unit accelerates / decelerates the motor, the control unit rotates in the first period in which the rotation speed of the motor becomes the first speed range. Change the speed command from the command value during normal control. This makes it possible to smoothly accelerate and decelerate the motor while suppressing the generation of roaring noise.
  • the acceleration / deceleration rate which is the amount of change in the rotation speed command per unit time, is set to be larger than the reciprocal of the cycle of the AC power supply.
  • the rotation speed command may be skipped without being given to the motor. Even in this way, the effect of increasing the acceleration / deceleration rate can be obtained.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of a hardware configuration that realizes the function of the control calculation unit 32 in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing another example of the hardware configuration that realizes the function of the control calculation unit 32 in the first embodiment.
  • the processor 200 performing the calculation and the memory 202 in which the program read by the processor 200 is stored are stored.
  • the interface 204 for inputting and outputting signals can be included.
  • the processor 200 may be an arithmetic unit such as an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 202 includes a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Radom Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Project ROM), and an EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM). Examples thereof include magnetic discs, flexible discs, optical discs, compact discs, mini discs, and DVDs (Digital York Disc).
  • the memory 202 stores a program that executes the function of the control calculation unit 32 in the first embodiment.
  • the processor 200 sends and receives necessary information via the interface 204, the processor 200 executes a program stored in the memory 202, and the processor 200 refers to a table stored in the memory 202 to perform the above-mentioned processing. It can be carried out.
  • the calculation result by the processor 200 can be stored in the memory 202.
  • the processing circuit 203 shown in FIG. 8 can also be used.
  • the processing circuit 203 corresponds to a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the information input to the processing circuit 203 and the information output from the processing circuit 203 can be obtained via the interface 204.
  • control calculation unit 32 may be performed in the processing circuit 203, and processing not performed in the processing circuit 203 may be performed in the processor 200 and the memory 202.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the control calculation unit 32a according to the second embodiment.
  • the voltage limiting unit 325 is added and the rotation speed command generation unit 321 is replaced with the rotation speed command generation unit 321a as compared with the configuration shown in FIG. ..
  • Other configurations are the same as or equivalent to those in FIG. 2, and the same or equivalent components are indicated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
  • the rotation speed command generation unit 321 of the first embodiment is a configuration unit that generates the rotation speed command of the pattern shown in FIG. 4, whereas the rotation speed command generation unit 321a of the second embodiment is shown in FIG. It is a component that generates a rotation speed command of a pattern. That is, the function described in the first embodiment is not added to the rotation speed command generation unit 321a of the second embodiment.
  • the torque control unit 323 generates a first voltage command that matches the output torque of the motor 110 with the basic torque command, and outputs the first voltage command to the voltage limiting unit 325.
  • the voltage limiting unit 325 controls acceleration / deceleration of the motor 110
  • the voltage limiting unit 325 limits the magnitude of the first voltage command in the first period in which the rotation speed of the motor 110 is in the first speed range. Is generated and output to the drive unit 34.
  • the second voltage command is an example of the command value of the physical quantity related to the change in the rotation speed.
  • the drive unit 34 drives the inverter 14 by using the second voltage command generated by the voltage limit unit 325. That is, the rotation speed of the motor 110 is controlled based on the second voltage command.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a rotation speed command generation pattern and a voltage limiting coefficient in the second embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 10 represents time.
  • the vertical axis of the upper figure of FIG. 10 shows the rotation speed command
  • the vertical axis of the lower figure shows the voltage limiting coefficient.
  • the upper figure is the same as the figure shown on the right side of FIG.
  • the voltage limiting unit 325 calculates a voltage limiting coefficient ⁇ for limiting the magnitude of the first voltage command.
  • the voltage limiting factor ⁇ is a real number greater than 0 and less than or equal to 1.
  • the voltage limiting unit 325 multiplies the first voltage command by the voltage limiting coefficient ⁇ in the first period tvib where the rotation speed of the motor 110 is in the first speed range, and uses the multiplication result as the second voltage command. Output.
  • the voltage applied to the motor is limited in the first period tvib .
  • the peak value of the motor current is reduced as compared with the case where the voltage applied to the motor is not limited, so that the growl noise can be reduced.
  • the temporarily set voltage limiting coefficient ⁇ may be updated in the actual environment. For example, in actual operation, the voltage limiting coefficient ⁇ is gradually lowered, and the voltage limiting coefficient ⁇ 'when a problem such as step-out occurs is stored. Then, it is conceivable to set the voltage limiting coefficient ⁇ used in actual operation within a range that does not fall below the stored voltage limiting coefficient ⁇ '.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the rotation speed command generation pattern and the voltage limiting coefficient in the second embodiment.
  • the upper view of FIG. 11 is the same as the upper view of FIG. 10.
  • the value of the voltage limiting coefficient ⁇ is usually gradually changed from “1”. By doing so, it is possible to seamlessly limit the voltage without giving a shock to the control of the rotation of the motor 110.
  • FIGS. 10 and 11 are examples, and are not limited to these examples. Any control method may be used as long as the voltage applied to the motor 110 is limited according to the rotation speed, and the control target is not limited.
  • the rotation speed command generation unit 321a for generating the rotation speed command of the pattern shown in FIG. 3 is used, but the rotation speed command generation unit 321 applied in the first embodiment is used for control. You may. If the rotation speed command generation unit 321a according to the second embodiment is configured by using the rotation speed command generation unit 321 according to the first embodiment, the effect of the first embodiment can be obtained in addition to the effect of the second embodiment. Can be done.
  • the control unit when the control unit controls acceleration / deceleration of the motor, the control unit has a first period in which the rotation speed of the motor is in the first speed range.
  • the voltage command of 2 is changed from the command value at the time of normal control.
  • the second voltage command is made smaller than the voltage command at the time of normal control.
  • the second voltage command may be continuously changed. By doing so, the voltage can be seamlessly limited without giving a shock to the control of the rotation of the motor.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of the refrigeration cycle application device 900 according to the third embodiment.
  • the refrigeration cycle application device 900 according to the third embodiment includes the power conversion device 1 described in the first embodiment.
  • the refrigeration cycle application device 900 according to the third embodiment can be applied to products including a refrigeration cycle such as an air conditioner, a refrigerator, a freezer, and a heat pump water heater.
  • a refrigeration cycle such as an air conditioner, a refrigerator, a freezer, and a heat pump water heater.
  • the components having the same functions as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals as those of the first embodiment.
  • the compressor 120 having a built-in motor 110, the four-way valve 902, the indoor heat exchanger 906, the expansion valve 908, and the outdoor heat exchanger 910 form a refrigerant pipe 912 according to the first embodiment. It is attached via.
  • a compression mechanism 904 for compressing the refrigerant and a motor 110 for operating the compression mechanism 904 are provided inside the compressor 120.
  • the refrigeration cycle applicable device 900 can perform heating operation or cooling operation by switching operation of the four-way valve 902.
  • the compression mechanism 904 is driven by a motor 110 that is controlled at a variable speed.
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, and passes through the four-way valve 902, the indoor heat exchanger 906, the expansion valve 908, the outdoor heat exchanger 910 and the four-way valve 902. Return to the compression mechanism 904.
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, and passes through the four-way valve 902, the outdoor heat exchanger 910, the expansion valve 908, the indoor heat exchanger 906 and the four-way valve 902. Return to the compression mechanism 904.
  • the indoor heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat, and the outdoor heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat.
  • the outdoor heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat, and the indoor heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat.
  • the expansion valve 908 depressurizes the refrigerant and expands it.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.

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Abstract

電力変換装置（１）は、交流電源（１００）から印加される交流電圧を整流するコンバータ（１０）、コンバータ（１０）の出力端に接続されるコンデンサ（１２）、コンデンサ（１２）の両端に接続されるインバータ（１４）、及びインバータ（１４）の動作を制御する制御部（３０）を備える。コンバータ（１０）から出力される電圧には交流電圧の電圧変動に起因する脈動成分が含まれる。制御部（３０）は、モータ（１１０）を加減速制御する際、モータ（１１０）の回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間において、回転速度指令を通常制御時の指令値から変更する。

Description

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
　本開示は、交流電力を所望の電力に変換する電力変換装置、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部と、平滑部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。
　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。この振動成分とモータの回転速度とが一致し、もしくは近くなると、これらが相互に影響し合い、モータにうなり音が発生する原因となる。
　上記の課題に対し、特許文献１では、モータの運転周波数の整数倍の周波数が電源周波数の２倍に近い値の範囲にある場合に、モータの運転周波数を増加及び減少と同じ割合で変動させることでうなり音の発生を抑制するようにしている。
特開２００７－１０４７５６号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、うなり音を抑制するためにモータの回転速度を微小変動させる必要がある。このため、モータを目標回転速度まで加速するのに要する時間が長くなり、モータの加速を円滑に行うことができないという課題がある。モータを減速する場合も同様な課題が生じる。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、うなり音の発生を抑制しつつ、モータの加減速を円滑に行うことができる電力変換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、本開示に係る電力変換装置は、コンバータ、コンデンサ、インバータ及び制御部を備える。コンバータは、交流電源から印加される交流電圧を整流する。コンデンサは、コンバータの出力端に接続される。インバータは、コンデンサの両端に接続される。制御部は、インバータの動作を制御する。コンバータから出力される電圧には交流電圧の電圧変動に起因する脈動成分が含まれる。制御部は、モータを加減速制御する際、モータの回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間において、回転速度の変化に関係する物理量の指令値を当該物理量の通常制御時の指令値から変更する。
　本開示に係る電力変換装置によれば、うなり音の発生を抑制しつつ、モータの加減速を円滑に行うことができるという効果を奏する。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態１に係る制御演算部の構成例を示すブロック図 典型的な回転速度指令の生成パターンを示す図 実施の形態１における回転速度指令の生成パターンの一例を示す図 実施の形態１の構成において発生し得るうなり音の発生原因の説明に供する図 実施の形態１における回転速度指令の生成パターンの他の例を示す図 実施の形態１に係る制御演算部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に係る制御演算部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に係る制御演算部の構成例を示すブロック図 実施の形態２における回転速度指令の生成パターン及び電圧制限係数の一例を示す図 実施の形態２における回転速度指令の生成パターン及び電圧制限係数の他の例を示す図 実施の形態３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に係る電力変換装置１の構成を示す図である。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、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である第１の交流電圧を所望の振幅及び位相を有する第２の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、電圧電流検出部１６と、コンバータ１０と、コンデンサ１２と、電圧検出器１８と、インバータ１４と、電流検出器２０ｕ，２０ｖ，２０ｗと、制御部３０とを備える。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２が構成される。
　電圧電流検出部１６は、交流電源１００からコンバータ１０に印加される第１の交流電圧を検出すると共に、コンバータ１０に流出入する交流電流を検出する。電圧電流検出部１６による各検出値は、制御部３０に入力される。
　コンバータ１０は、交流電源１００から印加される第１の交流電圧を整流する。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、ここでの説明は割愛する。
　また、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、ここでの説明は割愛する。
　コンバータ１０によって整流された整流電圧は、コンデンサ１２に印加される。
　コンデンサ１２は、コンバータ１０の出力端に接続される。コンデンサ１２は、コンバータ１０が出力する整流電圧を保持する。コンデンサ１２としては、電界コンデンサ、フィルムコンデンサなどが例示される。
　電圧検出器１８は、コンデンサ１２の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。電圧検出器１８の検出値は、制御部３０に入力される。
　インバータ１４は、コンデンサ１２の両端に接続される。インバータ１４は、コンデンサ１２から出力される電圧を所望の振幅及び位相を有する第２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、ここでの説明は割愛する。
　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２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが設けられている。電流検出器２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、各々がインバータ１４から出力される３相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうちの各１相分の電流を検出する。電流検出器２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの各検出値は、制御部３０に入力される。
　なお、図１では、３つの電流検出器２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ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２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ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。
　制御部３０は、制御演算部３２と、駆動部３４とを有し、各検出器によって検出された検出値を用いてインバータ１４の動作を制御する。
　制御演算部３２は、インバータ１４をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御するための電圧指令を生成する。制御演算部３２は、モータ１１０の回転速度を回転速度指令に一致させる電圧指令を生成して駆動部３４に出力する。
　駆動部３４は、制御演算部３２で生成された電圧指令を用いて、インバータ１４の複数のスイッチング素子１４ａを駆動するための駆動信号を生成する。インバータ１４のスイッチング素子１４ａがＰＷＭ制御されることにより、モータ１１０の回転速度が制御される。
　なお、上記の制御に際し、制御部３０は、各検出器から取得した全ての検出値を用いなくてもよく、一部の検出値を用いて制御を行ってもよい。
　次に、上述した課題を解決する制御演算部３２の構成及び動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る制御演算部３２の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、制御演算部３２は、回転速度指令生成部３２１と、速度制御部３２２と、トルク制御部３２３と、速度推定部３２４とを備える。
　回転速度指令生成部３２１は、モータ１１０に付与する回転速度指令を生成する。回転速度指令生成部３２１が生成した回転速度指令は、速度制御部３２２に入力される。
　速度制御部３２２は、推定回転速度を回転速度指令に一致させる基本トルク指令を生成してトルク制御部３２３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。
　トルク制御部３２３は、モータ１１０の出力トルクを基本トルク指令に一致させる電圧指令を生成して駆動部３４に出力する。モータ１１０の出力トルクを所望の値に制御するためには、ｄｑ軸座標系の電流であるｄｑ軸電流の制御を行うのが好適であることは公知である。但し、言うまでもなく、ｄｑ軸座標系以外の他の座標系による電流で制御を行っても構わない。ｄｑ軸電流の制御には、一般的なＰＩ制御器を利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、ＰＩ制御器以外の他の制御器を用いてもよい。
　速度推定部３２４は、電圧指令及び検出電流に基づいて、推定回転速度を生成する。推定回転速度は、モータ１１０の回転速度の推定値である。推定回転速度の演算には、ＰＩ制御器を用いた事例、ＰＩ制御器と積分器とを直列接続した事例が公知である。但し、所望の制御性能が得られるものであれば、これらの事例以外の構成でもよい。
　図３は、典型的な回転速度指令の生成パターンを示す図である。また、図４は、実施の形態１における回転速度指令の生成パターンの一例を示す図である。図３及び図４の横軸は時間を表し、縦軸には回転速度指令が示されている。図３及び図４には、モータ１１０を目標回転速度Ｒｐｓｔａｒまで加速するときの回転速度指令の時間変化波形が示されている。また、図３及び図４の右側には、左側の図の破線の円で示した部分の拡大波形が示されている。なお、以下の説明において、モータ１１０の実回転速度と回転速度指令とは、実質的に一致しているものとして話を進める。
　モータ１１０を目標回転速度Ｒｐｓｔａｒまで加速する際、典型的には、図３に示すように、回転速度指令を時間に対して比例的に増加させる。右図において、Ｒｐｓｖｉｂは、前述したうなり音が大きくなるときの回転速度指令である。うなり音は、ピンポイント的に発生するのではなく、ある幅を持った回転速度指令の範囲で発生する。そこで、実施の形態１の制御では、Ｒｐｓｖｉｂの前後に±Δｒｐｓの幅を持った範囲、即ち２Δｒｐｓの範囲を設定し、この範囲を「第１の速度範囲」と定義する。また、第１の速度範囲に対応する期間、即ちモータ１１０の回転速度が第１の速度範囲となる期間を「第１の期間」と定義し、ｔｖｉｂで表す。
　図５は、実施の形態１の構成において発生し得るうなり音の発生原因の説明に供する図である。図５の横軸は時間を表し、縦軸には各波形の振幅が示されている。上段部では、電源電圧が実線で示され、整流電圧が破線で示されている。下段部では、Ｕ相の電圧指令が実線で示され、Ｖの電圧指令が破線で示され、Ｗ相の電圧指令が一点鎖線で示されている。
　電源電圧の周波数である電源周波数をｆｓで表すと、電源電圧の１周期は１／ｆｓで表される。このとき、コンバータ１０から出力される整流電圧には、脈動成分が含まれる。図５において、各相の電圧指令の周期は、電源電圧の周期に一致している。このため、Ｕ相の電圧指令の波形の山及び谷となる位置で整流電圧の脈動成分が谷となり、この状態が繰り返されている。図５に示すように、うなり音が発生する可能性が高い状態である。
　図５に示すように、電圧指令の周期が電源電圧の周期に一致していると、うなり音が大きくなる。なお、完全に一致していなくても、電圧指令の周期と電源電圧の周期とが接近していると、うなり音が発生する可能性が高くなる。そこで、実施の形態１では、図４に示すように、モータ１１０の回転速度が第１の速度範囲（２Δｒｐｓ）となる第１の期間（ｔ'ｖｉｂ）において、回転速度指令の加減速レートを既定値、即ち通常制御時の加減速レートから変更している。実施の形態１において、回転速度指令は、回転速度の変化に関係する物理量の指令値の一例である。
　図３に示す第１の期間ｔｖｉｂと、図４に示す第１の期間ｔ'ｖｉｂとを比較すると、ｔ'ｖｉｂ＜ｔｖｉｂの関係になっている。従って、図４の第１の期間ｔ'ｖｉｂにおいて、回転速度指令の時間変化率である加減速レートは、図３に示す加減速レートよりも大きくなっている。即ち、実施の形態１の制御によれば、制御部３０は、加速時及び減速時の双方において、第１の期間ｔ'ｖｉｂに達するまでは、通常制御時の加減速レートでモータ１１０を駆動する。第１の期間ｔ'ｖｉｂに達すると通常制御時の加減速レートよりも大きな加減速レートでモータ１１０を駆動する。そして、第１の期間ｔ'ｖｉｂを抜けると、通常制御時の加減速レートでモータ１１０を駆動する。
　回転速度指令生成部３２１は、以下の（１）式に従う加減速レートｒａｔｅを生成して出力する。
　ｒａｔｅ＝(Ｒｐｓｖｉｂ＋Δｒｐｓ)
　　　　　－(Ｒｐｓｖｉｂ－Δｒｐｓ)／(ｔ２－ｔ１)
　　　　　＝２Δｒｐｓ／ｔ'ｖｉｂ　　　　　　　　　　…（１）
　上記（１）式において、時刻ｔ１は回転速度指令がＲｐｓｖｉｂ－Δｒｐｓとなる時刻であり、時刻ｔ２は回転速度指令がＲｐｓｖｉｂ＋Δｒｐｓとなる時刻である。そして、第１の期間ｔ'ｖｉｂは、前述した電源周波数ｆｓに対して、以下の（２）式に示す関係を満たす必要がある。
　ｔ'ｖｉｂ＜１／ｆｓ　　…（２）
　なお、上記（１）、（２）式は、直流電圧の脈動が電源周波数ｆｓに起因するものとしている。
　従って、例えば直流電圧が５０［Ｈｚ］で振動する条件において、Δｒｐｓが５［ｒｐｓ］である場合、加減速レートｒａｔｅは、２×５×５０＝５００[ｒｐｓ／ｓｅｃ]を超える値に設定する必要がある。
　なお、上記では、電源周波数ｆｓに起因する直流電圧の脈動に影響のある回転速度を中心とする前後の第１の速度範囲において、加減速レートを速くすることについて説明したが、この例に限定されない。直流電圧の脈動に影響のある他の周波数が存在する場合、当該周波数に対応する第１の速度範囲を設定し、当該第１の速度範囲において、加減速レートを速くする制御を行えばよい。
　また、図４に示す加減速制御に代えて、図６に示す加減速制御を行ってもよい。図６は、実施の形態１における回転速度指令の生成パターンの他の例を示す図である。図６に示す生成パターンでは、第１の期間ｔ'ｖｉｂにおいて、回転速度指令の出力が停止されている。これにより、第１の期間ｔ'ｖｉｂにおいては、回転速度指令はモータ１１０に付与されない。直流電圧の脈動に影響のある周波数に対して、第１の速度範囲である２Δｒｐｓの値が小さい場合、第１の期間ｔ'ｖｉｂは、マクロ的に見れば加減速レートを増加させていると見なすことができる。このため、図４の制御の場合と同等の効果を得ることが可能である。
　以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、制御部は、モータを加減速制御する際、モータの回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間において、回転速度指令を通常制御時の指令値から変更する。これにより、うなり音の発生を抑制しつつ、モータの加減速を円滑に行うことができる。
　なお、上記の第１の期間において、回転速度指令の単位時間当たりの変化量である加減速レートは、交流電源の周期の逆数よりも大きくなるように設定する。このようにすれば、電源周波数に起因する直流電圧の脈動に影響のある回転速度において、うなり音の発生を抑制することができる。
　また、上記の第１の期間において、回転速度指令をモータに付与せずにスキップしてもよい。このようにしても、加減速レートを増加させる効果を得ることができる。
　次に、実施の形態１における制御演算部３２の機能を実現するためのハードウェア構成について、図７及び図８の図面を参照して説明する。図７は、実施の形態１における制御演算部３２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８は、実施の形態１における制御演算部３２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における制御演算部３２の機能の一部又は全部を実現する場合には、図７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における制御演算部３２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における制御演算部３２の機能の一部を実現する場合には、図８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、制御演算部３２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９は、実施の形態２に係る制御演算部３２ａの構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御演算部３２ａでは、図２に示す構成と比較すると、電圧制限部３２５が追加されると共に、回転速度指令生成部３２１が回転速度指令生成部３２１ａに置き替えられている。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、重複する説明は割愛する。
　実施の形態１の回転速度指令生成部３２１は、図４に示すパターンの回転速度指令を生成する構成部であるのに対し、実施の形態２の回転速度指令生成部３２１ａは、図３に示すパターンの回転速度指令を生成する構成部である。即ち、実施の形態２の回転速度指令生成部３２１ａには、実施の形態１で説明した機能は付加されていない。
　トルク制御部３２３は、モータ１１０の出力トルクを基本トルク指令に一致させる第１の電圧指令を生成して電圧制限部３２５に出力する。電圧制限部３２５は、モータ１１０を加減速制御する際、モータ１１０の回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間において、第１の電圧指令の大きさを制限した第２の電圧指令を生成して駆動部３４に出力する。実施の形態２において、第２の電圧指令は、回転速度の変化に関係する物理量の指令値の一例である。
　駆動部３４は、電圧制限部３２５で生成された第２の電圧指令を用いて、インバータ１４を駆動する。即ち、モータ１１０は、第２の電圧指令に基づいて回転速度が制御される。
　図１０は、実施の形態２における回転速度指令の生成パターン及び電圧制限係数の一例を示す図である。図１０の横軸は時間を表している。また、図１０の上段側の図の縦軸には回転速度指令が示され、下段側の図の縦軸には電圧制限係数が示されている。なお、上段側の図は、図３の右側に示す図と同じである。
　電圧制限部３２５は、第１の電圧指令の大きさを制限するための電圧制限係数βを演算する。電圧制限係数βは、０よりも大きい１以下の実数である。電圧制限部３２５は、モータ１１０の回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間ｔｖｉｂにおいて、第１の電圧指令に電圧制限係数βを乗算し、乗算結果を第２の電圧指令として出力する。
　電圧制限係数βが乗算された第２の電圧指令を用いることで、第１の期間ｔｖｉｂにおいては、モータ印加電圧が制限される。これにより、モータ印加電圧を制限しない場合と比較してモータ電流のピーク値が減少するので、うなり音の低減が可能となる。
　なお、電圧制限係数βは小さいほどモータ印加電圧が小さくなるので、うなり音の減少効果も増大するが、モータ印加電圧を下げすぎると、必要なモータトルクが得られなくなり、モータ１１０が脱調するなどの不具合を引き起こすおそれがある。このため、設計段階における測定又は解析によって、予め電圧制限係数βを取得しておくことが望ましい。或いはこの手法に代え、仮設定した電圧制限係数βを実環境において更新するようにしてもよい。例えば、実動作において、電圧制限係数βを少しずつ下げていき、脱調などの不具合が生起したときの電圧制限係数β’を記憶する。そして、実運用で用いる電圧制限係数βは、記憶した電圧制限係数β’以下にならない範囲に設定するといった手法が考えられる。
　なお、図１０では、第１の期間ｔｖｉｂのみに電圧制限係数βを適用させる例について説明したが、電圧制限係数βが１から急に小さくなると、モータ１１０の制御中に絞られる電圧の変化率が大きくなる。このような急激なモータ印加電圧の変化は、モータ１１０の制御に不具合を引き起こす可能性がある。このため、図１１のように制御してもよい。図１１は、実施の形態２における回転速度指令の生成パターン及び電圧制限係数の他の例を示す図である。図１１の上段側の図は、図１０の上段側に示す図と同じである。
　図１１の例によれば、第１の期間ｔｖｉｂの前後において、電圧制限係数βの値を通常“１”から徐々に変化させている。このようにすれば、モータ１１０の回転の制御にショックを与えることなく、シームレスに電圧制限を行うことが可能となる。
　なお、図１０及び図１１に示す例は一例であり、これらの例に限定されない。モータ１１０に印加する電圧を回転速度に応じて制限する形式であれば、どのような制御方式でもよく、制御対象も制限されない。
　また、実施の形態２では、図３に示すパターンの回転速度指令を生成する回転速度指令生成部３２１ａを用いているが、実施の形態１で適用される回転速度指令生成部３２１を用いて制御してもよい。実施の形態２に係る回転速度指令生成部３２１ａを実施の形態１に係る回転速度指令生成部３２１を用いて構成すれば、実施の形態２の効果に加え、実施の形態１の効果も得ることができる。
　以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、制御部は、モータを加減速制御する際、モータの回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間において、第２の電圧指令を通常制御時の指令値から変更する。具体的には、第２の電圧指令を通常制御時の電圧指令よりも小さくする。その結果、モータ印加電圧を制限しない場合と比較してモータ電流のピーク値が減少するので、うなり音が低減する。これにより、うなり音の発生を抑制しつつ、モータの加減速を円滑に行うことができる。
　なお、上記の第１の期間の前後においては、第２の電圧指令を連続的に変化させてもよい。このようにすれば、モータの回転の制御にショックを与えることなく、シームレスに電圧制限を行うことができる。
実施の形態３．
　図１２は、実施の形態３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３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３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１２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。
　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　モータ駆動装置、１０　コンバータ、１０ａ　整流素子、１２　コンデンサ、１４　インバータ、１４ａ　スイッチング素子、１６、電圧電流検出部、１８　電圧検出器、２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ　電流検出器、３０　制御部、３２，３２ａ　制御演算部、３４　駆動部、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、３２１，３２１ａ　回転速度指令生成部、３２２　速度制御部、３２３　トルク制御部、３２４　速度推定部、３２５　電圧制限部、９００　冷凍サイクル適用機器、９０２　四方弁、９０４　圧縮機構、９０６　室内熱交換器、９０８　膨張弁、９１０　室外熱交換器、９１２　冷媒配管。

Claims (7)

  1. 　交流電源から印加される交流電圧を整流するコンバータと、
    　前記コンバータの出力端に接続されるコンデンサと、
    　前記コンデンサの両端に接続されるインバータと、
    　前記インバータの動作を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記コンバータから出力される電圧には前記交流電圧の電圧変動に起因する脈動成分が含まれ、
    　前記制御部は、モータを加減速制御する際、前記モータの回転速度が第１の速度範囲となる第１の期間において、前記回転速度の変化に関係する物理量の指令値を当該物理量の通常制御時の指令値から変更する
    　電力変換装置。
  2. 　前記指令値は、前記モータに付与する回転速度指令であり、
    　前記第１の期間において、前記回転速度指令の単位時間当たりの変化量である加減速レートは、前記交流電源の周期の逆数よりも大きくなっている
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記第１の期間において、前記回転速度指令は前記モータに付与されない
    　請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記指令値は、前記インバータに付与する電圧指令であり、
    　前記第１の期間において、前記電圧指令は、前記通常制御時の電圧指令よりも小さくなっている
    　請求項１から３の何れか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第１の期間の前後において、前記電圧指令は連続的に変化している
    　請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　請求項１から５の何れか１項に記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
  7. 　請求項１から５の何れか１項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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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59132793A (ja) * 1983-01-20 1984-07-30 Meidensha Electric Mfg Co Ltd インバ−タ装置の制御方式
JPH0568305A (ja) * 1991-09-06 1993-03-19 Toshiba Toransupooto Eng Kk 交流電気車制御装置
JPH07222478A (ja) * 1994-01-28 1995-08-18 Mitsubishi Electric Corp インバータ制御装置
JPH0835711A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Hitachi Ltd インバータ付き空気調和機およびその制御方法
JP2007104756A (ja) 2005-09-30 2007-04-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd インバータ制御装置
JP2017184427A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 ローム株式会社 モータの駆動回路および起動方法、プリンタ装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4665809B2 (ja) * 2006-03-24 2011-04-06 トヨタ自動車株式会社 電動機駆動制御システム
JP6591075B2 (ja) * 2016-08-22 2019-10-16 三菱電機株式会社 モータ駆動装置、ヒートポンプ装置および冷凍空調装置
JP6369517B2 (ja) * 2016-09-30 2018-08-08 ダイキン工業株式会社 電力変換器の制御装置
JP6343037B1 (ja) * 2017-01-11 2018-06-13 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 モータ駆動装置および冷凍機器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59132793A (ja) * 1983-01-20 1984-07-30 Meidensha Electric Mfg Co Ltd インバ−タ装置の制御方式
JPH0568305A (ja) * 1991-09-06 1993-03-19 Toshiba Toransupooto Eng Kk 交流電気車制御装置
JPH07222478A (ja) * 1994-01-28 1995-08-18 Mitsubishi Electric Corp インバータ制御装置
JPH0835711A (ja) * 1994-07-22 1996-02-06 Hitachi Ltd インバータ付き空気調和機およびその制御方法
JP2007104756A (ja) 2005-09-30 2007-04-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd インバータ制御装置
JP2017184427A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 ローム株式会社 モータの駆動回路および起動方法、プリンタ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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