WO2024069704A1 - 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 Download PDF

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WO2024069704A1
WO2024069704A1 PCT/JP2022/035727 JP2022035727W WO2024069704A1 WO 2024069704 A1 WO2024069704 A1 WO 2024069704A1 JP 2022035727 W JP2022035727 W JP 2022035727W WO 2024069704 A1 WO2024069704 A1 WO 2024069704A1
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WO
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motor
rotation speed
outdoor fan
load torque
threshold value
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Application number
PCT/JP2022/035727
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English (en)
French (fr)
Inventor
慎也 豊留
和徳 畠山
亮一 佐々木
浩一 有澤
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/41—Defrosting; Preventing freezing

Definitions

  • This disclosure relates to a power conversion device that converts AC power into a desired power, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device.
  • Patent Document 1 discloses a technology in which an air conditioner determines whether frost has formed based on the fan speed of the outdoor fan of the outdoor unit and the fan power applied to the outdoor fan, and if it is determined that frost has formed on the outdoor unit, a defrosting operation is performed.
  • the present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to obtain a power conversion device that can improve the accuracy of frost determination.
  • the power conversion device includes a rectifier that rectifies a first AC power supplied from a commercial power source, a capacitor connected to an output terminal of the rectifier, an inverter connected to both ends of the capacitor that generates a second AC power and outputs it to a motor, and a control device that calculates a load torque of the motor while controlling the operation of the inverter to control the rotation speed of the motor.
  • the power conversion device is applied to a refrigeration cycle application device that includes an outdoor heat exchanger that exchanges heat between a refrigerant flowing inside and outside air, an outdoor fan that blows air to the outdoor heat exchanger, and a motor that drives the outdoor fan, and the control device has a threshold value that increases as the rotation speed of the outdoor fan increases, and when the load torque corresponding to the rotation speed of the outdoor fan becomes equal to or greater than the threshold value set corresponding to the rotation speed of the outdoor fan during heating operation of the refrigeration cycle application device, it determines to perform a defrosting operation of the outdoor heat exchanger.
  • the power conversion device disclosed herein has the effect of improving the accuracy of frost determination.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an inverter included in a power conversion device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a control device provided in a power conversion device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a voltage command value calculation unit included in a control device for a power conversion device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing the characteristics of the motor rotation speed and the motor load torque when the power conversion device according to the first embodiment is mounted on a refrigeration cycle application device.
  • 1 is a flowchart showing the operation of a power conversion device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a hardware configuration for implementing a control device included in a power conversion device according to a first embodiment
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a map used by an estimated load torque calculation unit of a power conversion device according to a second embodiment to estimate a d-axis inductance of a motor and a q-axis inductance of a motor
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an inverter 30 included in the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 200 is connected to a commercial power source 1 and a motor 7.
  • the power conversion device 200 converts a first AC power of a power source voltage Vs supplied from the commercial power source 1 into a second AC power having a desired amplitude and phase, and supplies the second AC power to the motor 7.
  • the power conversion device 200 includes a reactor 2, a rectifier 3, a smoothing capacitor 5, an inverter 30, a bus voltage detection unit 10, a load current detection unit 40, and a control device 100.
  • the power conversion device 200 and the motor 7 constitute a motor drive device 400.
  • the power conversion device 200, the motor 7, the outdoor fan 914, the outdoor heat exchanger 910, and the control unit 920 constitute a refrigeration cycle application device 900.
  • the outdoor heat exchanger 910 exchanges heat between a refrigerant flowing therethrough and the outside air.
  • the outdoor fan 914 sends air to the outdoor heat exchanger 910.
  • the motor 7 drives and rotates the outdoor fan 914.
  • Fig. 1 only the configuration of the refrigeration cycle application equipment 900 that is necessary for explaining the power conversion device 200 is shown. The detailed configuration of the refrigeration cycle application equipment 900 will be explained in the third embodiment.
  • the reactor 2 is connected between the commercial power supply 1 and the rectifier 3.
  • the rectifier 3 has a bridge circuit formed by rectifier elements 131 to 134, and rectifies and outputs the first AC power of the power supply voltage Vs supplied from the commercial power supply 1.
  • the rectifier 3 performs full-wave rectification.
  • the smoothing capacitor 5 is connected to the output terminal of the rectifier 3 and is a smoothing element that smoothes the power rectified by the rectifier 3.
  • the smoothing capacitor 5 is, for example, an electrolytic capacitor, a film capacitor, or other capacitor.
  • the smoothing capacitor 5 has a capacity to smooth the power rectified by the rectifier 3, and the voltage generated in the smoothing capacitor 5 by the smoothing is not a full-wave rectified waveform of the commercial power source 1, but a waveform in which a voltage ripple according to the frequency of the commercial power source 1 is superimposed on a DC component, and does not pulsate significantly.
  • the frequency of this voltage ripple is twice the frequency of the power source voltage Vs when the commercial power source 1 is single-phase, and is mainly six times the frequency when the commercial power source 1 is three-phase.
  • the bus voltage detection unit 10 is a detection unit that detects the voltage across the smoothing capacitor 5, i.e., the voltage between the DC buses 12a and 12b, as the bus voltage Vdc, and outputs the detected voltage value to the control device 100.
  • the load current detection unit 40 is a detection unit that detects the load current Idc, which is a DC current flowing from the smoothing capacitor 5 to the inverter 30, and outputs the detected current value to the control device 100.
  • the inverter 30 is connected to both ends of the smoothing capacitor 5, and converts the power output from the rectifier 3 and the smoothing capacitor 5 into a second AC power having a desired amplitude and phase, i.e., generates the second AC power and outputs it to the motor 7. Specifically, the inverter 30 receives the bus voltage Vdc, generates a three-phase AC voltage with a variable frequency and voltage value, and supplies it to the motor 7 via output lines 331-333. As shown in FIG. 2, the inverter 30 includes an inverter main circuit 310 and a drive circuit 350. The input terminals of the inverter main circuit 310 are connected to the DC buses 12a and 12b.
  • the inverter main circuit 310 includes switching elements 311-316. Rectifier elements 321-326 for return current are connected in inverse parallel to each of the switching elements 311-316.
  • the drive circuit 350 generates drive signals Sr1 to Sr6 based on PWM (Pulse Width Modulation) signals Sm1 to Sm6 output from the control device 100.
  • the drive circuit 350 controls the on/off of the switching elements 311 to 316 using the drive signals Sr1 to Sr6. This enables the inverter 30 to supply a three-phase AC voltage with variable frequency and voltage to the motor 7 via the output lines 331 to 333.
  • PWM signals Sm1 to Sm6 are signals with a logic circuit signal level, i.e., a magnitude of 0V to 5V.
  • PWM signals Sm1 to Sm6 are signals with the ground potential of control device 100 as a reference potential.
  • drive signals Sr1 to Sr6 are signals with a voltage level required to control switching elements 311 to 316, for example, a magnitude of -15V to +15V.
  • Drive signals Sr1 to Sr6 are signals with a reference potential that is the potential of the negative terminal, i.e., the emitter terminal, of the corresponding switching elements 311 to 316.
  • the motor 7 rotates according to the amplitude and phase of the second AC power supplied from the inverter 30.
  • the motor 7 is used, for example, for the compression operation of the compressor and the rotation operation of the fan.
  • the motor 7 drives and rotates the outdoor fan 914 provided in the refrigeration cycle application device 900, and sends air to the outdoor heat exchanger 910 to cool the outdoor heat exchanger 910.
  • FIG. 1 shows the motor 7 with a Y-connection as the motor winding, this is just one example and is not limiting.
  • the motor winding of the motor 7 may be a ⁇ -connection, or may be a specification that allows switching between a Y-connection and a ⁇ -connection.
  • the arrangement of each component shown in FIG. 1 is one example, and the arrangement of each component is not limited to the example shown in FIG. 1.
  • the reactor 2 may be arranged after the rectifier 3.
  • the power conversion device 200 may include a boost unit, or the rectifier 3 may be given the function of a boost unit.
  • the bus voltage detection unit 10 and the load current detection unit 40 may be collectively referred to as the detection unit.
  • the voltage value detected by the bus voltage detection unit 10 and the current value detected by the load current detection unit 40 may be referred to as the detection value.
  • the control device 100 obtains the bus voltage Vdc from the bus voltage detection unit 10 and the load current Idc from the load current detection unit 40.
  • the control device 100 uses the detection values detected by each detection unit to control the operation of the inverter main circuit 310, specifically, the on/off of the switching elements 311 to 316 of the inverter main circuit 310.
  • the control device 100 controls the rotation speed of the motor 7 by controlling the on/off of the switching elements 311 to 316 of the inverter main circuit 310.
  • the rotation speed of the motor 7 may be expressed as the rotation speed of the motor 7.
  • the control device 100 also calculates the load torque of the motor 7.
  • the control device 100 does not need to use all the detection values obtained from each detection unit, and may perform control using some of the detection values. In this embodiment, the control device 100 performs control in a rotating coordinate system having a d-axis and a q-axis.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the control device 100 provided in the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the control device 100 includes an operation control unit 102, an inverter control unit 110, an estimated load torque calculation unit 120, and a frost detection determination unit 121.
  • the operation control unit 102 acquires command information Qe from the control unit 920 of the refrigeration cycle application device 900.
  • the command information Qe is information based on, for example, a temperature detected by a temperature sensor (not shown), information indicating a set temperature instructed from a remote control (not shown), which is an operation unit, selection information of an operation mode, and instruction information for starting and ending operation.
  • the operation modes are, for example, heating, cooling, dehumidification, and the like.
  • the operation control unit 102 generates a frequency command value ⁇ e* for generating a voltage command value that is a command value of a voltage to be applied to the motor 7 based on the command information Qe.
  • the operation control unit 102 can obtain the frequency command value ⁇ e * by multiplying a rotational angular velocity command value ⁇ m * , which is a command value of the number of rotations, i.e., the rotation speed, of the motor 7 , by the number of pole pairs Pm of the motor 7.
  • the operation control unit 102 also generates a stop signal St, which is a signal for stopping the operation of the inverter 30, based on the command information Qe.
  • the operation control unit 102 outputs the frequency command value ⁇ e * to the voltage command value calculation unit 115 of the inverter control unit 110, and outputs a stop signal St to the PWM signal generation unit 118 of the inverter control unit 110.
  • the operation control unit 102 outputs the frequency command value ⁇ e * to the frost detection determination unit 121.
  • the inverter control unit 110 includes a current restoration unit 111, a three-phase to two-phase conversion unit 112, a d-axis current command value generation unit 113, a voltage command value calculation unit 115, an electrical phase calculation unit 116, a two-phase to three-phase conversion unit 117, and a PWM signal generation unit 118.
  • the current restoration unit 111 restores the phase currents iu, iv, and iw flowing through the motor 7 based on the load current Idc detected by the load current detection unit 40.
  • the current restoration unit 111 can restore the phase currents iu, iv, and iw by sampling the load current Idc detected by the load current detection unit 40 at timing determined based on the PWM signals Sm1 to Sm6 generated by the PWM signal generation unit 118.
  • the three-phase to two-phase conversion unit 112 converts the phase currents iu, iv, and iw restored by the current restoration unit 111 into a d-axis current id, which is an excitation current, and a q-axis current iq, which is a torque current, i.e., the current values of the d and q axes, using the electrical phase ⁇ e generated by the electrical phase calculation unit 116 described below.
  • the d-axis current command value generating unit 113 generates a d-axis current command value Id * in the above-mentioned rotating coordinate system. Specifically, the d-axis current command value generating unit 113 obtains an optimal d-axis current command value Id* that is most efficient for driving the motor 7 based on the q-axis current iq, the bus voltage Vdc, the d-axis voltage command value Vd * , and the q-axis voltage command value Vq * .
  • the d-axis current command value generating unit 113 outputs a d-axis current command value Id * that is a current phase ⁇ m at which the output torque of the motor 7 is equal to or greater than a specified value or is maximized, that is, the current value is equal to or less than a specified value or is minimized, based on the q-axis current iq , the bus voltage Vdc, the d-axis voltage command value Vd*, and the q-axis voltage command value Vq*.
  • the d-axis current command value generating unit 113 obtains the d-axis current command value Id * based on the q-axis current iq , etc., but this is just an example and is not limited to this.
  • the d-axis current command value generating unit 113 can obtain the same effect even if it determines the d-axis current command value Id * based on the d-axis current id, the frequency command value ⁇ e * , etc.
  • the d-axis current command value generating unit 113 may determine the d-axis current command value Id * by flux-weakening control or the like.
  • the voltage command value calculation unit 115 generates a d-axis voltage command value Vd * and a q-axis voltage command value Vq* based on the frequency command value ⁇ e * acquired from the operation control unit 102, the d-axis current id and the q-axis current iq acquired from the three-phase to two-phase conversion unit 112, and the d-axis current command value Id * acquired from the d-axis current command value generation unit 113.
  • the voltage command value calculation unit 115 estimates a frequency estimated value ⁇ est based on the d-axis voltage command value Vd * , the q-axis voltage command value Vq * , the d-axis current id, and the q-axis current iq.
  • the electrical phase calculation unit 116 calculates the electrical phase ⁇ e by integrating the frequency estimate ⁇ est obtained from the voltage command value calculation unit 115.
  • the two-phase to three-phase conversion unit 117 converts the d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * obtained from the voltage command value calculation unit 115, i.e., the voltage command values in the two-phase coordinate system, into three-phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * , which are output voltage command values in the three-phase coordinate system, using the electrical phase ⁇ e obtained from the electrical phase calculation unit 116.
  • the PWM signal generating unit 118 generates the PWM signals Sm1 to Sm6 based on the three-phase voltage command values Vu * , Vv * , Vw * acquired from the two-phase to three-phase conversion unit 117 and the stop signal St acquired from the operation control unit 102.
  • the PWM signal generating unit 118 can also stop the motor 7 by not outputting the PWM signals Sm1 to Sm6 based on the stop signal St.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the voltage command value calculation unit 115 provided in the control device 100 of the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the voltage command value calculation unit 115 includes a frequency estimation unit 501, addition/subtraction units 502, 504, 505, 509, and 513, a speed control unit 503, a d-axis current control unit 506, a q-axis current control unit 507, multiplication units 508, 510, and 512, and an addition unit 511.
  • a frequency estimation unit 501 estimates the frequency of the voltage supplied to the motor 7 based on the d-axis current id, the q-axis current iq, the d-axis voltage command value Vd * , and the q-axis voltage command value Vq * , and outputs the frequency estimation value ⁇ est.
  • the frequency estimation value ⁇ est output from the frequency estimation unit 501 to the outside of the voltage command value calculation unit 115 in Fig. 4 is the frequency estimation value ⁇ est output from the voltage command value calculation unit 115 to the electrical phase calculation unit 116 in Fig. 3.
  • An addition and subtraction unit 502 subtracts the frequency estimation value ⁇ est from the frequency command value ⁇ e * , and outputs a frequency deviation del_ ⁇ between the frequency command value ⁇ e * and the frequency estimation value ⁇ est.
  • the speed control unit 503 calculates and outputs a q-axis current command value Iq * based on the frequency deviation del_ ⁇ .
  • the q-axis current command value Iq * is a command value of the q-axis current iq that makes the frequency deviation del_ ⁇ zero, that is, a command value of the q-axis current iq for making the frequency command value ⁇ e * coincide with the frequency estimated value ⁇ est.
  • the speed control unit 503 is, for example, a proportional-integral (PI) controller, but is not limited to this.
  • the adder/subtracter 504 subtracts the d-axis current id from the d-axis current command value Id * and outputs the deviation between the d-axis current command value Id * and the d-axis current id.
  • the d-axis current control unit 506 is, for example, configured with a PI controller, and operates to converge the deviation between the d-axis current command value Id * and the d-axis current id to zero.
  • the d-axis current control unit 506 outputs a first d-axis voltage command value Vdfb * .
  • the adder/subtracter 505 subtracts the q-axis current iq from the q-axis current command value Iq * and outputs the deviation between the q-axis current command value Iq * and the q-axis current iq.
  • the q-axis current control unit 507 is, for example, configured with a PI controller, and operates to converge the deviation between the q-axis current command value Iq * and the q-axis current iq to zero.
  • the q-axis current control unit 507 outputs a first q-axis voltage command value Vqfb * .
  • the multiplier 508 multiplies the q-axis current command value Iq * by the q-axis inductance Lq of the motor 7 and the frequency estimate value ⁇ est to calculate and output a compensation value Vdff * of the first d-axis voltage command value Vdfb * .
  • the adder/subtracter 509 subtracts the compensation value Vdff * from the first d-axis voltage command value Vdfb * and outputs a second d-axis voltage command value which is the deviation (Vdfb * -Vdff * ) between the first d-axis voltage command value Vdfb * and the compensation value Vdff * as the d-axis voltage command value Vd * from the voltage command value calculator 115.
  • the multiplier 510 multiplies the d-axis current command value Id * by the d-axis inductance Ld of the motor 7 and outputs the result.
  • the adder 511 adds the magnetic flux linkage vector ⁇ f of the motor 7 to the output from the multiplier 510.
  • the multiplier 512 multiplies the output from the adder 511 by the frequency estimate value ⁇ est to calculate and output a compensation value Vqff * of the first q-axis voltage command value Vqfb * .
  • the adder/subtracter 513 subtracts the compensation value Vqff* from the first q-axis voltage command value Vqfb * and outputs a second q-axis voltage command value, which is the deviation (Vqfb * -Vqff * ) between the first q-axis voltage command value Vqfb* and the compensation value Vqff * , as the q-axis voltage command value Vq * from the voltage command value calculator 115.
  • the control device 100 calculates the load torque, i.e., the estimated load torque Tm, using the current value detected by the load current detection unit 40 and parameters based on the specifications of the motor 7. Specifically, the estimated load torque calculation unit 120 acquires the d-axis current id and the q-axis current iq from the three-phase to two-phase conversion unit 112. The estimated load torque calculation unit 120 estimates the load torque of the motor 7, i.e., calculates the estimated load torque Tm of the motor 7, using the d-axis current id and the q-axis current iq. The estimated load torque calculation unit 120 calculates the estimated load torque Tm of the motor 7 based on the following equation (1).
  • Tm Pm ⁇ aiq + Pm(Ld-Lq)idiq ... (1)
  • Tm is the estimated load torque
  • Pm is the number of pole pairs of the motor 7
  • ⁇ a is the induced voltage constant of the motor 7
  • Ld is the d-axis inductance of the motor 7
  • Lq is the q-axis inductance of the motor 7
  • id is the d-axis current
  • iq is the q-axis current.
  • the estimated load torque calculation unit 120 obtains the d-axis current id and the q-axis current iq from the three-phase to two-phase conversion unit 112, but stores the number of pole pairs Pm of the motor 7, the induced voltage constant ⁇ a of the motor 7, the d-axis inductance Ld of the motor 7, and the q-axis inductance Lq of the motor 7 in advance.
  • the estimated load torque calculation unit 120 outputs the estimated load torque Tm of the motor 7 calculated by the calculation to the frost detection determination unit 121.
  • the frost detection and determination unit 121 obtains the estimated load torque Tm of the motor 7 from the estimated load torque calculation unit 120, and obtains the frequency command value ⁇ e * from the operation control unit 102.
  • the frost detection and determination unit 121 performs frost determination in the refrigeration cycle application device 900 based on the estimated load torque Tm of the motor 7 and the frequency command value ⁇ e * .
  • the frost determination in the refrigeration cycle application device 900 is, for example, a determination as to whether or not frost has formed on the outdoor heat exchanger 910. When frost has formed on the outdoor heat exchanger 910, the air passage of the outdoor fan 914 is limited, and therefore the load torque of the motor 7 that rotates the outdoor fan 914 becomes larger than the load torque when the outdoor heat exchanger 910 is not frosted.
  • FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the rotation speed of the motor 7 and the load torque of the motor 7 when the power conversion device 200 according to embodiment 1 is mounted on the refrigeration cycle application device 900.
  • the horizontal axis indicates the rotation speed of the motor 7
  • the vertical axis indicates the load torque of the motor 7.
  • the solid line on which circles are plotted indicates a polynomial that represents a state when no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900
  • the dashed line on which squares are plotted indicates a polynomial that represents a state when frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900.
  • the rotation speed of the motor 7 on the horizontal axis may be the rotation speed of the outdoor fan 914.
  • the load torque is larger when frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 than when frost has not occurred in the refrigeration cycle application device 900.
  • the higher the rotation speed of the motor 7, the larger the difference between the load torque when frost has formed in the refrigeration cycle application device 900 and the load torque when frost has not formed in the refrigeration cycle application device 900.
  • the frost detection and determination unit 121 uses the characteristics shown in the figure to determine whether frost has formed in the refrigeration cycle application device 900.
  • the frost detection and determination unit 121 calculates a load torque Tl when no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 at the current rotation speed of the motor 7, using the frequency command value ⁇ e * acquired from the operation control unit 102 and the characteristics of the rotation speed of the motor 7 and the load torque of the motor 7 shown in Fig. 5.
  • the frost detection and determination unit 121 calculates a ratio Tm/Tl of the estimated load torque Tm calculated by the estimated load torque calculation unit 120 to the load torque Tl when no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900.
  • the frost detection and determination unit 121 calculates the ratio Tm/Tl by the estimated load torque Tm divided by the load torque Tl.
  • the frost detection and determination unit 121 determines whether or not frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 by comparing the ratio Tm/Tl calculated by the calculation with a threshold value set for frost determination. When the ratio Tm/Tl calculated by the calculation is greater than the threshold value, the frost detection and determination unit 121 determines that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900.
  • the threshold value is, for example, "1.5", but is not limited thereto.
  • the frost detection and determination unit 121 may change the threshold value according to the rotation speed of the motor 7, that is, the higher the rotation speed of the motor 7, the larger the threshold value.
  • the frost detection and determination unit 121 can estimate the rotation speed of the motor 7 based on the frequency command value ⁇ e * acquired from the operation control unit 102.
  • the frost detection and determination unit 121 determines that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900, it outputs a signal Frost indicating that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 to the control unit 920 of the refrigeration cycle application device 900.
  • the signal Frost is, for example, a signal that indicates that no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 with "0" and that indicates that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 with "1", but is not limited to this.
  • the control unit 920 of the refrigeration cycle application device 900 can perform a defrosting operation.
  • the method of defrosting operation in the refrigeration cycle application device 900 for example, the method described in the above-mentioned Patent Document 1 can be used.
  • the frost detection and determination unit 121 has a threshold value that increases as the rotation speed of the outdoor fan 914 increases.
  • the frost detection and determination unit 121 determines to perform a defrosting operation of the outdoor heat exchanger 910.
  • the frost detection and determination unit 121 has a standard setting value for when no frost occurs, which increases as the rotation speed of the outdoor fan 914 increases.
  • the threshold value is set to be larger than the standard setting value, and the difference between the threshold value and the standard setting value increases as the rotation speed of the outdoor fan 914 increases.
  • a first reference set value and a second reference set value smaller than the first reference set value are set as reference set values for a frost-free state corresponding to a first rotation speed and a second rotation speed smaller than the first rotation speed of the outdoor fan 914, respectively.
  • a first threshold value larger than the first reference set value is set as a threshold value for a frosted state corresponding to the first rotation speed of the outdoor fan 914
  • a second threshold value larger than the second reference set value and smaller than the first threshold value is set as a threshold value for a frosted state corresponding to the second rotation speed of the outdoor fan 914.
  • the frost detection and determination unit 121 determines to perform a defrosting operation of the outdoor heat exchanger 910 when the rotation speed of the outdoor fan 914 is the first rotation speed and the estimated load torque Tm, i.e., the load torque, is equal to or greater than a first threshold value, and determines to perform a defrosting operation of the outdoor heat exchanger 910 when the rotation speed of the outdoor fan 914 is the second rotation speed and the estimated load torque Tm, i.e., the load torque, is equal to or greater than a second threshold value.
  • the frost detection and determination unit 121 may store the reference setting value and the like in a format as shown in FIG. 5, or may calculate the first threshold value based on the first reference setting value and the estimated load torque Tm, i.e., the load torque, calculate the second reference setting value based on the first reference setting value and the rotation speed of the outdoor fan 914, and calculate the second threshold value based on the second reference setting value and the estimated load torque Tm, i.e., the load torque.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the estimated load torque calculation unit 120 of the control device 100 calculates the estimated load torque Tm of the motor 7 using the d-axis current id and the q-axis current iq acquired from the three-phase to two-phase conversion unit 112 (step S1).
  • the estimated load torque calculation unit 120 outputs the estimated load torque Tm of the motor 7 calculated by the calculation to the frost detection determination unit 121.
  • the frost detection and determination unit 121 calculates a load torque Tl when no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900, i.e., when no frost has occurred, at the current rotation speed of the motor 7, using the frequency command value ⁇ e * acquired from the operation control unit 102 (step S2).
  • the frost detection and determination unit 121 calculates a ratio Tm/Tl of the estimated load torque Tm calculated by the estimated load torque calculation unit 120 to the load torque Tl when no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900, i.e., estimated load torque Tm ⁇ load torque Tl (step S3).
  • the frost detection determination unit 121 compares the calculated ratio Tm/Tl with a threshold value set for frost determination. If the calculated ratio Tm/Tl is greater than the threshold value (step S4: Yes), the frost detection determination unit 121 determines that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 (step S5). The frost detection determination unit 121 outputs a signal Frost indicating that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 to the control unit 920 of the refrigeration cycle application device 900 (step S6). If the calculated ratio Tm/Tl is less than or equal to the threshold value (step S4: No), the frost detection determination unit 121 determines that frost has not occurred in the refrigeration cycle application device 900 (step S7).
  • the frost detection determination unit 121 ends the process without outputting a signal Frost indicating that frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 to the control unit 920 of the refrigeration cycle application device 900.
  • the control device 100 of the power conversion device 200 periodically performs the process of the flowchart shown in FIG. 6.
  • the estimated load torque calculation unit 120 and the frost detection determination unit 121 of the control device 100 can detect frost more accurately when the motor 7 is at a high rotation speed than when the motor 7 is at a low rotation speed.
  • the frost detection and determination unit 121 determines whether the load torque corresponding to the rotation speed of the outdoor fan 914 is equal to or higher than a threshold value set corresponding to the rotation speed of the outdoor fan 914.
  • Frost detection by the estimated load torque calculation unit 120 and the frost detection determination unit 121 of the control device 100 in this embodiment can be applied to sensor-equipped control in which the position of the motor 7 in the refrigeration cycle-applied equipment 900 is detected by a sensor, and can also be applied to outdoor fan sensorless control in which the position of the motor 7 in the refrigeration cycle-applied equipment 900 is estimated without being detected by a sensor.
  • outdoor fan sensorless control is more susceptible to the effects of dead time Td than sensor-equipped control.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a hardware configuration realizing the control device 100 provided in the power conversion device 200 according to the first embodiment.
  • the control device 100 is realized by a processor 91 and a memory 92.
  • the processor 91 is a CPU (Central Processing Unit, also known as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, or DSP (Digital Signal Processor)) or a system LSI (Large Scale Integration).
  • Examples of memory 92 include non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
  • Memory 92 is not limited to these, and may also be a magnetic disk, optical disk, compact disk, mini disk, or DVD (Digital Versatile Disc).
  • the estimated load torque calculation unit 120 of the control device 100 calculates the estimated load torque Tm of the motor 7, and the frost detection and determination unit 121 calculates the load torque Tl when no frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 at the current rotation speed of the motor 7, and determines whether or not frost has occurred in the refrigeration cycle application device 900 by comparing the ratio Tm/Tl of the estimated load torque Tm to the load torque Tl with a threshold value set for frost determination. This allows the control device 100 of the power conversion device 200 to accurately detect frost in the refrigeration cycle application device 900.
  • the power includes losses, so the power increases even if the d-axis current id, which does not contribute to torque, increases.
  • the power that increases due to frost is the power due to the output torque of motor 7. Therefore, the accuracy of frost detection can be improved by determining whether frost has occurred based on the torque of motor 7 rather than on power, as in this embodiment.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, when the estimated load torque calculation unit 120 calculates the estimated load torque Tm of the motor 7, the estimated load torque calculation unit 120 holds in advance parameters other than the d-axis current id and the q-axis current iq acquired from the three-phase to two-phase conversion unit 112. In the second embodiment, a case will be described in which the estimated load torque calculation unit 120 changes some values of the held parameters necessary for calculating the estimated load torque Tm of the motor 7.
  • the configuration of the power conversion device 200 is the same as that of the power conversion device 200 in the first embodiment shown in FIG. 1.
  • the estimated load torque calculation unit 120 calculates the estimated load torque Tm of the motor 7 by the formula (1) as described in the first embodiment. The closer the error between the output torque of the motor 7 calculated by the estimated load torque calculation unit 120 using the formula (1) and the load torque, the higher the accuracy of the frost detection by the frost detection determination unit 121.
  • the estimated load torque calculation unit 120 uses parameters other than the d-axis current id and the q-axis current iq obtained from the three-phase to two-phase conversion unit 112 that are stored in advance, there is a possibility that an error will occur in the calculated estimated load torque Tm of the motor 7 depending on the operating state of the motor 7. Therefore, the degree of error that will occur in each parameter used in the calculation of the estimated load torque Tm of the motor 7 will be examined.
  • the number of pole pairs Pm of the motor 7 varies depending on the motor 7 used in the refrigeration cycle application device 900, but does not change while the refrigeration cycle application device 900 is using the same motor 7. Therefore, once the motor 7 to be used in the refrigeration cycle application device 900 is determined, no error occurs in the number of pole pairs Pm of the motor 7.
  • the induced voltage constant ⁇ a of the motor 7 has temperature dependency. For example, if the magnet temperature of the motor 7 rises by 100 degrees, the induced voltage constant ⁇ a of the motor 7 decreases by about 10%. Therefore, when the magnet temperature of the motor 7 is measured in the refrigeration cycle application device 900, the estimated load torque calculation unit 120 may change the value of the induced voltage constant ⁇ a of the motor 7 based on the magnet temperature of the motor 7 measured in the refrigeration cycle application device 900. Note that, when sensorless control capable of estimating the induced voltage constant ⁇ a, i.e., the rotor d-axis magnetic flux, is performed in the refrigeration cycle application device 900, the estimated load torque calculation unit 120 can eliminate errors by using the estimated value obtained by the sensorless control.
  • the estimated load torque calculation unit 120 may use a value that has current dependency for the d-axis inductance Ld of the motor 7 and the q-axis inductance Lq of the motor 7, or may estimate using a map or the like.
  • Figure 8 is a diagram showing an example of a map used by the estimated load torque calculation unit 120 of the power conversion device 200 according to embodiment 2 to estimate the d-axis inductance Ld of the motor 7 and the q-axis inductance Lq of the motor 7.
  • the left side of Figure 8 is a map for estimating the d-axis inductance Ld of the motor 7
  • the right side of Figure 8 is a map for estimating the q-axis inductance Lq of the motor 7.
  • the horizontal axis indicates the d-axis current id
  • the vertical axis indicates the q-axis current iq.
  • the estimated load torque calculation unit 120 acquires the d-axis current id and the q-axis current iq from the three-phase to two-phase conversion unit 112, and can estimate the d-axis inductance Ld of the motor 7 and the q-axis inductance Lq of the motor 7 by using the d-axis current id and the q-axis current iq acquired from the three-phase to two-phase conversion unit 112 and the map shown in FIG. 8.
  • Equation (1) for calculating the estimated load torque Tm of the motor 7 is a torque calculation equation that includes reluctance torque.
  • the motor 7 that drives the outdoor fan 914 i.e., the fan motor
  • the motor 7 that drives the outdoor fan 914 often uses a motor in which there is no difference between the value of the d-axis inductance Ld of the motor 7 and the value of the q-axis inductance Lq of the motor 7, such as an SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor), which is a surface permanent magnet synchronous motor. Therefore, it is considered that the effect of the error in the reluctance torque component Pm(Ld-Lq)idiq on the estimated load torque Tm of the motor 7 is small.
  • SPMSM Surface Permanent Magnet Synchronous Motor
  • the d-axis current id and the q-axis current iq are currents obtained by coordinate conversion of the phase currents by the three-phase to two-phase conversion unit 112 of the control device 100. If the refrigeration cycle application device 900 employs motor control with a speed sensor, no error occurs in the q-axis current iq. Even if the refrigeration cycle application device 900 employs sensorless control, it is possible to suppress the occurrence of errors in the q-axis current iq as long as the sensorless control has high position estimation accuracy.
  • the estimated load torque calculation unit 120 can appropriately change the parameters required to calculate the estimated load torque Tm of the motor 7, such as the induced voltage constant ⁇ a of the motor 7, the d-axis inductance Ld of the motor 7, and the q-axis inductance Lq of the motor 7, depending on the operating state of the refrigeration cycle application device 900. In other words, the estimated load torque calculation unit 120 can estimate the parameters required to calculate the estimated load torque Tm depending on the operating state of the motor 7.
  • Fig. 9 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle-applied device 900 according to embodiment 3.
  • the refrigeration cycle-applied device 900 according to embodiment 3 includes a power conversion device 200.
  • the refrigeration cycle-applied device 900 according to embodiment 3 can be applied to products including a refrigeration cycle, such as air conditioners, refrigerators, freezers, and heat pump water heaters.
  • a refrigeration cycle such as air conditioners, refrigerators, freezers, and heat pump water heaters.
  • components having the same functions as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.
  • the refrigeration cycle application device 900 includes a motor 7a similar to the motor 7 in the first embodiment, and an outdoor fan 914.
  • the motor 7a drives the outdoor fan 914 to rotate.
  • the outdoor fan 914 blows air to the outdoor heat exchanger 910.
  • the outdoor heat exchanger 910 exchanges heat between the refrigerant flowing therethrough and the air.
  • the refrigeration cycle application device 900 also includes a compressor 8 incorporating a motor 7b similar to the motor 7 in the first embodiment, a four-way valve 902, an indoor heat exchanger 906, an expansion valve 908, and an outdoor heat exchanger 910, which are attached via refrigerant piping 912.
  • the refrigeration cycle device 900 can perform heating or cooling operation by switching the four-way valve 902.
  • the compression mechanism 904 is driven by a variable speed controlled motor 7b.
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, 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, and returns to the compression mechanism 904.
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, 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, and returns 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 reduces the pressure of the refrigerant to expand it.

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Abstract

電力変換装置（２００）は、商用電源（１）から供給される第１の交流電力を整流する整流部（３）と、整流部（３）の出力端に接続される平滑コンデンサ（５）と、平滑コンデンサ（５）の両端に接続され、第２の交流電力を生成してモータ（７）に出力するインバータ（３０）と、インバータ（３０）の動作を制御してモータ（７）の回転数を制御しつつ、モータ（７）の負荷トルクを演算する制御装置（１００）と、を備え、室外熱交換器（９１０）と、室外ファン（９１４）と、モータ（７）と、を備える冷凍サイクル適用機器（９００）に適用され、制御装置（１００）は、室外ファン（９１４）の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる閾値を有し、室外ファン（９１４）の回転数に対応した負荷トルクが室外ファン（９１４）の回転数に対応して設定された閾値以上になった場合、室外熱交換器（９１０）の除霜運転を行うことを決定する。

Description

電力変換装置、モータ駆動装置およ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、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器に関する。
　従来、冷凍サイクル適用機器である空気調和機において、室外機の着霜判定を行い、室外機に着霜していると判定した場合に除霜運転を行うことが行われている。例えば、特許文献１には、空気調和機が、室外機の室外ファンのファン回転数および室外ファンにかかるファン電力に基づいて着霜判定を行い、室外機に着霜していると判定した場合に除霜運転を行う技術が開示されている。
特許第６３２１１３７号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、室外ファンで損失が増えた場合にもファン電力が増加する。そのため、上記従来の技術では、着霜判定の精度が低下する場合がある、という問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、着霜判定の精度を向上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に、本開示に係る電力変換装置は、商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、整流部の出力端に接続されるコンデンサと、コンデンサの両端に接続され、第２の交流電力を生成してモータに出力するインバータと、インバータの動作を制御してモータの回転数を制御しつつ、モータの負荷トルクを演算する制御装置と、を備える。電力変換装置が、内部を流れる冷媒と外部の空気とで熱交換を行う室外熱交換器と、室外熱交換器に送風する室外ファンと、室外ファンを回転駆動させるモータと、を備える冷凍サイクル適用機器に適用され、制御装置は、室外ファンの回転数が大きくなるにしたがって大きくなる閾値を有し、冷凍サイクル適用機器の暖房運転時、室外ファンの回転数に対応した負荷トルクが室外ファンの回転数に対応して設定された閾値以上になった場合、室外熱交換器の除霜運転を行うことを決定する。
　本開示に係る電力変換装置は、着霜判定の精度を向上できる、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例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が備えるインバータの構成例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置が備える電圧指令値演算部の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る電力変換装置が冷凍サイクル適用機器に搭載されたときのモータの回転数およびモータの負荷トルクの特性を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御装置を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２に係る電力変換装置の推定負荷トルク演算部がモータのｄ軸インダクタンスおよびモータのｑ軸インダクタンスの推定で使用するマップの例を示す図 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、本開示の実施の形態に係る電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器を図面に基づ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２００の構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備えるインバータ３０の構成例を示す図である。電力変換装置２００は、商用電源１およびモータ７に接続される。電力変換装置２００は、商用電源１から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換し、モータ７に供給する。電力変換装置２００は、リアクタ２と、整流部３と、平滑コンデンサ５と、インバータ３０と、母線電圧検出部１０と、負荷電流検出部４０と、制御装置１００と、を備える。なお、電力変換装置２００およびモータ７によって、モータ駆動装置４００を構成している。また、電力変換装置２００、モータ７、室外ファン９１４、室外熱交換器９１０、および制御部９２０によって、冷凍サイクル適用機器９００を構成している。室外熱交換器９１０は、内部を流れる冷媒と外部の空気とで熱交換を行う。室外ファン９１４は、室外熱交換器９１０に送風する。モータ７は、室外ファン９１４を回転駆動させる。図１では、冷凍サイクル適用機器９００のうち、電力変換装置２００の説明で必要な構成のみを示している。冷凍サイクル適用機器９００の詳細な構成については実施の形態３で説明する。
　リアクタ２は、商用電源１と整流部３との間に接続される。整流部３は、整流素子１３１～１３４によって構成されるブリッジ回路を有し、商用電源１から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を整流して出力する。整流部３は、全波整流を行うものである。
　平滑コンデンサ５は、整流部３の出力端に接続され、整流部３によって整流された電力を平滑化する平滑素子である。平滑コンデンサ５は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどのコンデンサである。平滑コンデンサ５は、整流部３によって整流された電力を平滑化するような容量を有し、平滑化により平滑コンデンサ５に発生する電圧は商用電源１の全波整流波形形状ではなく、直流成分に商用電源１の周波数に応じた電圧リプルが重畳した波形形状となり、大きく脈動しない。この電圧リプルの周波数は、商用電源１が単相の場合は電源電圧Ｖｓの周波数の２倍成分となり、商用電源１が三相の場合は６倍成分が主成分となる。
　母線電圧検出部１０は、平滑コンデンサ５の両端電圧、すなわち直流母線１２ａ，１２ｂ間の電圧を母線電圧Ｖｄｃとして検出し、検出した電圧値を制御装置１００に出力する検出部である。負荷電流検出部４０は、平滑コンデンサ５からインバータ３０に流入される直流電流である負荷電流Ｉｄｃを検出し、検出した電流値を制御装置１００に出力する検出部である。
　インバータ３０は、平滑コンデンサ５の両端に接続され、整流部３および平滑コンデンサ５から出力される電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換、すなわち第２の交流電力を生成して、モータ７に出力する。具体的には、インバータ３０は、母線電圧Ｖｄｃを受けて、周波数および電圧値が可変の３相交流電圧を発生して、出力線３３１～３３３を介してモータ７に供給する。インバータ３０は、図２に示すように、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０と、を備える。インバータ主回路３１０の入力端子は、直流母線１２ａ，１２ｂに接続されている。インバータ主回路３１０は、スイッチング素子３１１～３１６を備える。スイッチング素子３１１～３１６の各々には、還流用の整流素子３２１～３２６が逆並列接続されている。
　駆動回路３５０は、制御装置１００から出力されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６を生成する。駆動回路３５０は、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６によってスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御する。これにより、インバータ３０は、周波数可変かつ電圧可変の３相交流電圧を、出力線３３１～３３３を介してモータ７に供給することができる。
　ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、論理回路の信号レベル、すなわち０Ｖ～５Ｖの大きさを持つ信号である。ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、制御装置１００の接地電位を基準電位とする信号である。一方、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、スイッチング素子３１１～３１６を制御するのに必要な電圧レベル、例えば、－１５Ｖ～＋１５Ｖの大きさを持つ信号である。駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、それぞれ対応するスイッチング素子３１１～３１６の負側の端子、すなわちエミッタ端子の電位を基準電位とする信号である。
　モータ７は、インバータ３０から供給される第２の交流電力の振幅および位相に応じて回転する。モータ７は、例えば、圧縮機での圧縮動作、ファンの回転動作などに使用される。モータ７は、図１の例では、冷凍サイクル適用機器９００が備える室外ファン９１４を回転駆動させ、室外熱交換器９１０に風を送って室外熱交換器９１０の冷却などを行う。モータ７について、図１ではモータ巻線がＹ結線の場合を示しているが、一例であり、これに限定されない。モータ７のモータ巻線は、Δ結線であってもよいし、Ｙ結線とΔ結線とが切り替え可能な仕様であってもよい。
　なお、電力変換装置２００において、図１に示す各構成の配置は一例であり、各構成の配置は図１で示される例に限定されない。例えば、リアクタ２は、整流部３の後段に配置されてもよい。また、電力変換装置２００は、昇圧部を備えてもよいし、整流部３に昇圧部の機能を持たせるようにしてもよい。以降の説明において、母線電圧検出部１０、および負荷電流検出部４０をまとめて検出部と称することがある。また、母線電圧検出部１０で検出された電圧値、および負荷電流検出部４０で検出された電流値を、検出値と称することがある。
　制御装置１００は、母線電圧検出部１０から母線電圧Ｖｄｃを取得し、負荷電流検出部４０から負荷電流Ｉｄｃを取得する。制御装置１００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、インバータ主回路３１０の動作、具体的には、インバータ主回路３１０が有するスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御する。制御装置１００は、インバータ主回路３１０が有するスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御することで、モータ７の回転数を制御する。なお、モータ７の回転数については、モータ7の回転速度と表記してもよい。以降についても同様とする。また、制御装置１００は、モータ７の負荷トルクを演算する。なお、制御装置１００は、各検出部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。本実施の形態において、制御装置１００は、ｄ軸およびｑ軸を有する回転座標系において制御を行う。
　制御装置１００の詳細な構成および動作について説明する。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備える制御装置１００の構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、運転制御部１０２と、インバータ制御部１１０と、推定負荷トルク演算部１２０と、着霜検知判定部１２１と、を備える。
　運転制御部１０２は、冷凍サイクル適用機器９００の制御部９２０から指令情報Ｑｅを取得する。冷凍サイクル適用機器９００が空気調和機である場合、指令情報Ｑｅは、例えば、図示しない温度センサで検出された温度、図示しない操作部であるリモコンから指示される設定温度を示す情報、運転モードの選択情報、運転開始及び運転終了の指示情報などに基づく情報である。運転モードとは、例えば、暖房、冷房、除湿などである。運転制御部１０２は、指令情報Ｑｅに基づいて、モータ７に印加する電圧の指令値である電圧指令値を生成するための周波数指令値ωｅ＊を生成する。運転制御部１０２は、周波数指令値ωｅ＊について、モータ７の回転数すなわち回転速度の指令値である回転角速度指令値ωｍ＊にモータ７の極対数Ｐｍを乗算することで求めることができる。また、運転制御部１０２は、指令情報Ｑｅに基づいて、インバータ３０の動作を停止するための信号である停止信号Ｓｔを生成する。運転制御部１０２は、周波数指令値ωｅ＊をインバータ制御部１１０の電圧指令値演算部１１５に出力し、停止信号Ｓｔをインバータ制御部１１０のＰＷＭ信号生成部１１８に出力する。また、運転制御部１０２は、周波数指令値ωｅ＊を着霜検知判定部１２１に出力する。
　インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１と、３相２相変換部１１２と、ｄ軸電流指令値生成部１１３と、電圧指令値演算部１１５と、電気位相演算部１１６と、２相３相変換部１１７と、ＰＷＭ信号生成部１１８と、を備える。
　電流復元部１１１は、負荷電流検出部４０で検出された負荷電流Ｉｄｃに基づいてモータ７に流れる相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元する。電流復元部１１１は、負荷電流検出部４０で検出された負荷電流Ｉｄｃを、ＰＷＭ信号生成部１１８で生成されたＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて定められるタイミングでサンプリングすることによって、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元することができる。
　３相２相変換部１１２は、電流復元部１１１で復元された相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、後述する電気位相演算部１１６で生成された電気位相θｅを用いて、励磁電流であるｄ軸電流ｉｄ、およびトルク電流であるｑ軸電流ｉｑ、すなわちｄｑ軸の電流値に変換する。
　ｄ軸電流指令値生成部１１３は、前述の回転座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成する。具体的には、ｄ軸電流指令値生成部１１３は、ｑ軸電流ｉｑと、母線電圧Ｖｄｃと、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とに基づいて、モータ７を駆動するために最も効率が良くなる最適なｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を求める。ｄ軸電流指令値生成部１１３は、ｑ軸電流ｉｑ、母線電圧Ｖｄｃ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に基づいて、モータ７の出力トルクが規定された値以上または最大になる、すなわち電流値が規定された値以下または最小になる電流位相βｍとなるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を出力する。なお、ここでは、ｄ軸電流指令値生成部１１３が、ｑ軸電流ｉｑなどに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を求めているが、一例であり、これに限定されない。ｄ軸電流指令値生成部１１３は、ｄ軸電流ｉｄ、周波数指令値ωｅ＊などに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を求めても、同様の効果を得ることができる。また、ｄ軸電流指令値生成部１１３は、弱め磁束制御などによってｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を決定してもよい。
　電圧指令値演算部１１５は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ωｅ＊と、３相２相変換部１１２から取得したｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、ｄ軸電流指令値生成部１１３から取得したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を生成する。さらに、電圧指令値演算部１１５は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、ｄ軸電流ｉｄと、ｑ軸電流ｉｑとに基づいて、周波数推定値ωｅｓｔを推定する。
　電気位相演算部１１６は、電圧指令値演算部１１５から取得した周波数推定値ωｅｓｔを積分することで、電気位相θｅを演算する。
　２相３相変換部１１７は、電圧指令値演算部１１５から取得したｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、すなわち２相座標系の電圧指令値を、電気位相演算部１１６から取得した電気位相θｅを用いて、３相座標系の出力電圧指令値である３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。
　ＰＷＭ信号生成部１１８は、２相３相変換部１１７から取得した３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、運転制御部１０２から取得した停止信号Ｓｔとに基づいて、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成する。ＰＷＭ信号生成部１１８は、停止信号Ｓｔに基づいてＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を出力しないようにすることによって、モータ７を停止することも可能である。
　電圧指令値演算部１１５の構成および動作について詳細に説明する。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の制御装置１００が備える電圧指令値演算部１１５の構成例を示すブロック図である。電圧指令値演算部１１５は、周波数推定部５０１と、加減算部５０２，５０４，５０５，５０９，５１３と、速度制御部５０３と、ｄ軸電流制御部５０６と、ｑ軸電流制御部５０７と、乗算部５０８，５１０，５１２と、加算部５１１と、を備える。
　周波数推定部５０１は、ｄ軸電流ｉｄと、ｑ軸電流ｉｑと、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊とに基づいて、モータ７に供給される電圧の周波数を推定し、周波数推定値ωｅｓｔとして出力する。なお、図４において周波数推定部５０１から電圧指令値演算部１１５の外部に出力される周波数推定値ωｅｓｔは、図３において電圧指令値演算部１１５から電気位相演算部１１６に出力される周波数推定値ωｅｓｔである。加減算部５０２は、周波数指令値ωｅ＊から周波数推定値ωｅｓｔを減算し、周波数指令値ωｅ＊と周波数推定値ωｅｓｔとの周波数偏差ｄｅｌ＿ωを出力する。
　速度制御部５０３は、周波数偏差ｄｅｌ＿ωに基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算して出力する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、周波数偏差ｄｅｌ＿ωが零となるｑ軸電流ｉｑの指令値、すなわち、周波数指令値ωｅ＊と周波数推定値ωｅｓｔとを一致させるためのｑ軸電流ｉｑの指令値である。速度制御部５０３は、例えば、比例積分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ：ＰＩ）制御器であるが、これに限定されない。
　加減算部５０４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流ｉｄを減算し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流ｉｄとの偏差を出力する。ｄ軸電流制御部５０６は、例えば、ＰＩ制御器で構成され、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流ｉｄとの偏差を零に収束させるように動作する。ｄ軸電流制御部５０６は、第１のｄ軸電圧指令値Ｖｄｆｂ＊を出力する。
　加減算部５０５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流ｉｑを減算し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流ｉｑとの偏差を出力する。ｑ軸電流制御部５０７は、例えば、ＰＩ制御器で構成され、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流ｉｑとの偏差を零に収束させるように動作する。ｑ軸電流制御部５０７は、第１のｑ軸電圧指令値Ｖｑｆｂ＊を出力する。
　乗算部５０８は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に、モータ７のｑ軸インダクタンスＬｑおよび周波数推定値ωｅｓｔを乗算し、第１のｄ軸電圧指令値Ｖｄｆｂ＊の補償値Ｖｄｆｆ＊を演算して出力する。加減算部５０９は、第１のｄ軸電圧指令値Ｖｄｆｂ＊から補償値Ｖｄｆｆ＊を減算し、第１のｄ軸電圧指令値Ｖｄｆｂ＊と補償値Ｖｄｆｆ＊との偏差（Ｖｄｆｂ＊－Ｖｄｆｆ＊）である第２のｄ軸電圧指令値を、電圧指令値演算部１１５からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊として出力する。
　乗算部５１０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄを乗算して出力する。加算部５１１は、乗算部５１０からの出力にモータ７の磁束鎖交数ベクトルφｆを加算する。乗算部５１２は、加算部５１１からの出力に周波数推定値ωｅｓｔを乗算し、第１のｑ軸電圧指令値Ｖｑｆｂ＊の補償値Ｖｑｆｆ＊を演算して出力する。加減算部５１３は、第１のｑ軸電圧指令値Ｖｑｆｂ＊から補償値Ｖｑｆｆ＊を減算し、第１のｑ軸電圧指令値Ｖｑｆｂ＊と補償値Ｖｑｆｆ＊との偏差（Ｖｑｆｂ＊－Ｖｑｆｆ＊）である第２のｑ軸電圧指令値を、電圧指令値演算部１１５からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊として出力する。
　図３の制御装置１００の説明に戻る。制御装置１００は、負荷電流検出部４０で検出された電流値、およびモータ７の仕様に基づくパラメータを用いて負荷トルク、すなわち推定負荷トルクＴｍを演算する。具体的には、推定負荷トルク演算部１２０は、３相２相変換部１１２からｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを取得する。推定負荷トルク演算部１２０は、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを用いて、モータ７の負荷トルクを推定、すなわちモータ７の推定負荷トルクＴｍを演算する。推定負荷トルク演算部１２０は、以下に示す式（１）に基づいてモータ７の推定負荷トルクＴｍを演算する。
　Ｔｍ＝Ｐｍφａｉｑ＋Ｐｍ（Ｌｄ－Ｌｑ）ｉｄｉｑ　…（１）
　式（１）において、Ｔｍは推定負荷トルクであり、Ｐｍはモータ７の極対数であり、φａはモータ７の誘起電圧定数であり、Ｌｄはモータ７のｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑはモータ７のｑ軸インダクタンスであり、ｉｄはｄ軸電流であり、ｉｑはｑ軸電流である。モータ７の回転数すなわち速度がモータ７の動作を制御するための速度指令値に追従し、モータ７が一定速度で運転している場合、モータ７の出力トルクとモータ７の負荷トルクとは同じ大きさになる。そのため、式（１）の出力トルクを負荷トルクとして扱うことができる。推定負荷トルク演算部１２０は、前述のように、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑについては３相２相変換部１１２から取得するが、モータ７の極対数Ｐｍ、モータ７の誘起電圧定数φａ、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄ、およびモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑについては予め保持しておく。推定負荷トルク演算部１２０は、演算によって求めたモータ７の推定負荷トルクＴｍを着霜検知判定部１２１に出力する。
　着霜検知判定部１２１は、推定負荷トルク演算部１２０からモータ７の推定負荷トルクＴｍを取得し、運転制御部１０２から周波数指令値ωｅ＊を取得する。着霜検知判定部１２１は、モータ７の推定負荷トルクＴｍおよび周波数指令値ωｅ＊に基づいて、冷凍サイクル適用機器９００における着霜判定を行う。冷凍サイクル適用機器９００における着霜判定とは、例えば、室外熱交換器９１０に霜が着いているのか否かの判定である。室外熱交換器９１０に霜が着いている場合、室外ファン９１４の風路が限定されることによって、室外ファン９１４を回転させるモータ７の負荷トルクは、室外熱交換器９１０に霜が着いていないときの負荷トルクよりも大きくなる。
　ここで、室外ファン９１４を駆動するモータ７の回転数およびモータ７の負荷トルクの関係について説明する。図５は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が冷凍サイクル適用機器９００に搭載されたときのモータ７の回転数およびモータ７の負荷トルクの特性を示す図である。図５において、横軸はモータ７の回転数を示し、縦軸はモータ７の負荷トルクを示す。また、図５において、丸がプロットされる実線は冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときの状態を表す多項式を示し、四角がプロットされる破線は冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生しているときの状態を表す多項式を示している。丸がプロットされる実線で示される値は、無着霜時の基準設定値とも言う。なお、図５において、横軸のモータ７の回転数は、室外ファン９１４の回転数としてもよい。図５に示すように、モータ７の回転数が同じ場合でも、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生しているときの方が、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときよりも負荷トルクが大きくなる。また、モータ７の回転数が高くなるほど、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生しているときの負荷トルクと、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときの負荷トルクとの差分が大きくなる。着霜検知判定部１２１は、図に示すような特性を用いて、冷凍サイクル適用機器９００における着霜判定を行う。
　まず、着霜検知判定部１２１は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ωｅ＊と図５に示すモータ７の回転数およびモータ７の負荷トルクの特性とを用いて、現在のモータ７の回転数における、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときの負荷トルクＴｌを演算する。つぎに、着霜検知判定部１２１は、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときの負荷トルクＴｌに対する推定負荷トルク演算部１２０で演算された推定負荷トルクＴｍの比率Ｔｍ／Ｔｌを演算する。具体的には、着霜検知判定部１２１は、推定負荷トルクＴｍ÷負荷トルクＴｌによって比率Ｔｍ／Ｔｌを演算する。
　そして、着霜検知判定部１２１は、演算により求めた比率Ｔｍ／Ｔｌと、着霜判定のために設定された閾値との比較によって、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生しているか否かを判定する。着霜検知判定部１２１は、演算により求めた比率Ｔｍ／Ｔｌが閾値より大きい場合、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していると判定する。閾値については、例えば、「１．５」とするが、これに限定されない。着霜検知判定部１２１は、モータ７の回転数に応じて閾値を変化させる、すなわちモータ７の回転数が大きくなるほど閾値を大きくしてもよい。なお、着霜検知判定部１２１は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ωｅ＊に基づいて、モータ７の回転数を推定することが可能である。
　着霜検知判定部１２１は、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していると判定した場合、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していることを示す信号Ｆｒｏｓｔを冷凍サイクル適用機器９００の制御部９２０に出力する。信号Ｆｒｏｓｔは、例えば、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときを「０」で表し、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生しているときを「１」で表す信号であるが、これに限定されない。これにより、冷凍サイクル適用機器９００の制御部９２０は、制御装置１００が冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していると判定した場合に、除霜運転を行うことができる。冷凍サイクル適用機器９００における除霜運転の方法については、例えば、前述の特許文献１に記載されている方法を流用することが可能である。
　このように、制御装置１００において、着霜検知判定部１２１は、室外ファン９１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる閾値を有する。着霜検知判定部１２１は、冷凍サイクル適用機器９００の暖房運転時、室外ファン９１４の回転数に対応した負荷トルクが室外ファン９１４の回転数に対応して設定された閾値以上になった場合、室外熱交換器９１０の除霜運転を行うことを決定する。
　また、着霜検知判定部１２１は、室外ファン９１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる無着霜時の基準設定値を有する。閾値は、基準設定値より大きく、かつ室外ファン９１４の回転数が大きくなるにしたがって閾値と基準設定値との差分が大きくなるように設定されている。
　着霜検知判定部１２１では、室外ファン９１４の第１回転数と、第１回転数よりも小さい第２回転数とのそれぞれに対応して、第１基準設定値と、第１基準設定値よりも小さい第２基準設定値とが無着霜状態の基準設定値として設定されている。また、着霜検知判定部１２１では、室外ファン９１４の第１回転数に対応して、第１基準設定値よりも大きい第１閾値が着霜状態の閾値として設定され、更に、室外ファン９１４の第２回転数に対応して、第２基準設定値よりも大きく、かつ第１閾値よりも小さい第２閾値が着霜状態の閾値として設定されている。制御装置１００において、着霜検知判定部１２１は、室外ファン９１４の回転数が第１回転数の場合、推定負荷トルクＴｍ、すなわち負荷トルクが第１閾値以上になったときは室外熱交換器９１０の除霜運転を行うことを決定し、室外ファン９１４の回転数が第２回転数の場合、推定負荷トルクＴｍ、すなわち負荷トルクが第２閾値以上になったときは室外熱交換器９１０の除霜運転を行うことを決定する。
　なお、着霜検知判定部１２１は、基準設定値などについて、図５のような形式で保持していてもよいし、第１閾値を第１基準設定値と推定負荷トルクＴｍ、すなわち負荷トルクとに基づいて算出し、第２基準設定値を第１基準設定値と室外ファン９１４の回転数とに基づいて算出し、第２閾値を第２基準設定値と推定負荷トルクＴｍ、すなわち負荷トルクとに基づいて算出してもよい。
　実施の形態１で特徴的な電力変換装置２００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図６は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の動作を示すフローチャートである。電力変換装置２００において、制御装置１００の推定負荷トルク演算部１２０は、３相２相変換部１１２から取得したｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを用いて、モータ７の推定負荷トルクＴｍを演算する（ステップＳ１）。推定負荷トルク演算部１２０は、演算によって求めたモータ７の推定負荷トルクＴｍを着霜検知判定部１２１に出力する。
　着霜検知判定部１２１は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ωｅ＊を用いて、現在のモータ７の回転数における、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないとき、すなわち着霜無し時の負荷トルクＴｌを演算する（ステップＳ２）。着霜検知判定部１２１は、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときの負荷トルクＴｌに対する推定負荷トルク演算部１２０で演算された推定負荷トルクＴｍの比率Ｔｍ／Ｔｌ、すなわち推定負荷トルクＴｍ÷負荷トルクＴｌを演算する（ステップＳ３）。
　着霜検知判定部１２１は、演算により求めた比率Ｔｍ／Ｔｌと着霜判定のために設定された閾値とを比較する。着霜検知判定部１２１は、演算により求めた比率Ｔｍ／Ｔｌ＞閾値の場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していると判定する（ステップＳ５）。着霜検知判定部１２１は、冷凍サイクル適用機器９００の制御部９２０に対して、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していることを示す信号Ｆｒｏｓｔを出力する（ステップＳ６）。着霜検知判定部１２１は、演算により求めた比率Ｔｍ／Ｔｌ≦閾値の場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないと判定する（ステップＳ７）。この場合、着霜検知判定部１２１は、冷凍サイクル適用機器９００の制御部９２０に対して、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していることを示す信号Ｆｒｏｓｔを出力しないで処理を終了する。電力変換装置２００の制御装置１００は、図６に示すフローチャートの処理を定期的に実施する。
　ここで、制御装置１００の推定負荷トルク演算部１２０および着霜検知判定部１２１による着霜検知精度が高くなる条件について考える。一般的に、ファンモータ制御は、キャリア周波数が高いため、インバータ３０の各スイッチング素子３１１～３１６のデッドタイムＴｄの影響が大きくなる。デッドタイムＴｄの補正を適切に行えていない場合、センサレス制御の推定精度は低下するため、ｄｑ軸電流の誤差が発生する可能性が考えられる。デッドタイムＴｄによる電圧誤差の影響は、モータ７が低回転数であればあるほどモータ７を動かすために必要な電圧は小さいので影響度は高くなる。そのため、デッドタイムＴｄの影響の観点から考えると、制御装置１００の推定負荷トルク演算部１２０および着霜検知判定部１２１は、モータ７が高回転数のときの方が、モータ７が低回転数のときよりも精度よく着霜検知を行うことができる。また、ファンモータの負荷の場合、モータ７の回転数が高いほど負荷トルクが大きくなるため、負荷トルクの絶対値が大きくなりＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ）比も大きくなる。そのため、制御装置１００の推定負荷トルク演算部１２０および着霜検知判定部１２１は、ＳＮ比の観点からも、モータ７が高回転数のときの方が、モータ７が低回転数のときよりも精度よく着霜検知を行うことができる。すなわち、着霜検知判定部１２１は、室外ファン９１４の回転数が規定された回転数以上のときに、室外ファン９１４の回転数に対応した負荷トルクが室外ファン９１４の回転数に対応して設定された閾値以上か否かの判定を行う。
　なお、本実施の形態の制御装置１００の推定負荷トルク演算部１２０および着霜検知判定部１２１による着霜検知については、冷凍サイクル適用機器９００においてモータ７の位置をセンサによって検出するセンサ付き制御にも適用可能であり、冷凍サイクル適用機器９００においてモータ７の位置をセンサで検出せずに推定する室外ファンセンサレス制御にも適用可能である。ただし、室外ファンセンサレス制御の方が、センサ付き制御よりも、デッドタイムＴｄの影響を受けやすい。
　つづいて、電力変換装置２００が備える制御装置１００のハードウェア構成について説明する。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備える制御装置１００を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御装置１００は、プロセッサ９１およびメモリ９２により実現される。
　プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。またメモリ９２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）でもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置２００において、制御装置１００の推定負荷トルク演算部１２０は、モータ７の推定負荷トルクＴｍを演算し、着霜検知判定部１２１は、現在のモータ７の回転数における、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生していないときの負荷トルクＴｌを演算し、負荷トルクＴｌに対する推定負荷トルクＴｍの比率Ｔｍ／Ｔｌと着霜判定のために設定された閾値との比較によって、冷凍サイクル適用機器９００において着霜が発生しているか否かを判定することとした。これにより、電力変換装置２００の制御装置１００は、冷凍サイクル適用機器９００での着霜検知を精度良く行うことができる。
　特許文献１に記載の電力による判定方法では、電力には損失分まで含まれているため、トルクに寄与しないｄ軸電流ｉｄが大きくなるだけでも電力は増加する。着霜によって上昇する電力は、モータ７の出力トルクによる電力である。そのため、本実施の形態のように、電力よりもモータ７のトルクによって着霜を判定する方が、着霜検知の精度を向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、推定負荷トルク演算部１２０は、モータ７の推定負荷トルクＴｍを演算する際、３相２相変換部１１２から取得するｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ以外のパラメータについては予め保持していた。実施の形態２では、推定負荷トルク演算部１２０が、モータ７の推定負荷トルクＴｍの演算に必要な予め保持しているパラメータのうちのいくつかの値を変更する場合について説明する。
　実施の形態２において、電力変換装置２００の構成は、図１に示す実施の形態１のときの電力変換装置２００の構成と同様である。推定負荷トルク演算部１２０は、実施の形態１で説明したように、式（１）によってモータ７の推定負荷トルクＴｍを演算する。式（１）を用いて推定負荷トルク演算部１２０で演算されるモータ７の出力トルクが負荷トルクと誤差がないほど、着霜検知判定部１２１での着霜検知の精度も高くなる。しかしながら、推定負荷トルク演算部１２０は、３相２相変換部１１２から取得するｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ以外のパラメータについては予め保持しているものを用いるため、モータ７の運転状態によっては演算されるモータ７の推定負荷トルクＴｍで誤差が発生する可能性がある。そのため、モータ７の推定負荷トルクＴｍの演算で使用される各パラメータでどの程度の誤差が発生するのかについて検討する。
　モータ７の極対数Ｐｍは、冷凍サイクル適用機器９００で使用されるモータ７によって異なるが、冷凍サイクル適用機器９００が同じモータ７を使用している間は変化しない。そのため、冷凍サイクル適用機器９００において使用するモータ７が決まれば、モータ７の極対数Ｐｍで誤差は発生しない。
　モータ７の誘起電圧定数φａは、温度依存性を持つ。例えば、モータ７の磁石温度が１００度上がればモータ７の誘起電圧定数φａは１０％程度小さくなる。そのため、推定負荷トルク演算部１２０は、冷凍サイクル適用機器９００においてモータ７の磁石温度を測定している場合、冷凍サイクル適用機器９００で測定されたモータ７の磁石温度に基づいて、モータ７の誘起電圧定数φａの値を変化させてもよい。なお、推定負荷トルク演算部１２０は、冷凍サイクル適用機器９００において誘起電圧定数φａ、すなわち回転子ｄ軸磁束を推定可能なセンサレス制御が行われている場合、センサレス制御によって得られた推定値を使用することで誤差を無くすことができる。
　ここで、センサレス制御の方式次第だが、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄおよびモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑの精度が高くないと、回転子ｄ軸磁束の推定精度も落ちる。そのため、推定負荷トルク演算部１２０は、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄおよびモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑについて、電流依存性を持たせた値を用いてもよいし、マップなどを用いて推定してもよい。図８は、実施の形態２に係る電力変換装置２００の推定負荷トルク演算部１２０がモータ７のｄ軸インダクタンスＬｄおよびモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑの推定で使用するマップの例を示す図である。図８の左側はモータ７のｄ軸インダクタンスＬｄの推定用のマップであり、図８の右側はモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑの推定用のマップである。図８に示す２つのマップについて、ともに、横軸はｄ軸電流ｉｄを示し、縦軸はｑ軸電流ｉｑを示している。推定負荷トルク演算部１２０は、３相２相変換部１１２からｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを取得しているので、３相２相変換部１１２から取得したｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ、および図８に示すマップを用いることで、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄおよびモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑを推定することができる。
　モータ７の推定負荷トルクＴｍを演算するための式（１）は、リラクタンストルクまでを含めたトルクの演算式である。一般的に、室外ファン９１４を駆動するモータ７、すなわちファンモータでは、表面磁石型同期型モータであるＳＰＭＳＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ）のような、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄの値とモータ７のｑ軸インダクタンスＬｑの値とで差がないモータが使用されることが多い。そのため、モータ７の推定負荷トルクＴｍにおいて、リラクタンストルク成分であるＰｍ（Ｌｄ－Ｌｑ）ｉｄｉｑの誤差の影響は小さいと考えられる。
　ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑは、制御装置１００の３相２相変換部１１２による相電流の座標変換によって得られる電流である。冷凍サイクル適用機器９００が速度センサ付きモータ制御を採用していれば、ｑ軸電流ｉｑで誤差は発生しない。冷凍サイクル適用機器９００がセンサレス制御を採用している場合でも位置推定精度が高いセンサレス制御を採用していれば、ｑ軸電流ｉｑでの誤差の発生を抑えることが可能である。
　このように、推定負荷トルク演算部１２０は、モータ７の推定負荷トルクＴｍの演算で必要なパラメータのうち、モータ７の誘起電圧定数φａ、モータ７のｄ軸インダクタンスＬｄ、モータ７のｑ軸インダクタンスＬｑなどについては、冷凍サイクル適用機器９００の運転状態などに応じて適宜変更することも可能である。すなわち、推定負荷トルク演算部１２０は、モータ７の動作状態に応じて、推定負荷トルクＴｍの演算で必要なパラメータを推定してもよい。
実施の形態３．
　図９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、電力変換装置２００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９において、実施の形態１など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。
　前述のように、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７と同様のモータ７ａと、室外ファン９１４と、を備える。モータ７ａは、室外ファン９１４を回転駆動させる。室外ファン９１４は、室外熱交換器９１０に送風する。室外熱交換器９１０は、内部を流れる冷媒と空気とで熱交換を行う。また、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７と同様のモータ７ｂを内蔵した圧縮機８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８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７ｂ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７ｂ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　商用電源、２　リアクタ、３　整流部、５　平滑コンデンサ、７，７ａ，７ｂ　モータ、８　圧縮機、１０　母線電圧検出部、１２ａ，１２ｂ　直流母線、３０　インバータ、４０　負荷電流検出部、９１　プロセッサ、９２　メモリ、１００　制御装置、１０２　運転制御部、１１０　インバータ制御部、１１１　電流復元部、１１２　３相２相変換部、１１３　ｄ軸電流指令値生成部、１１５　電圧指令値演算部、１１６　電気位相演算部、１１７　２相３相変換部、１１８　ＰＷＭ信号生成部、１２０　推定負荷トルク演算部、１２１　着霜検知判定部、１３１～１３４，３２１～３２６　整流素子、２００　電力変換装置、３１０　インバータ主回路、３１１～３１６　スイッチング素子、３３１～３３３　出力線、３５０　駆動回路、４００　モータ駆動装置、５０１　周波数推定部、５０２，５０４，５０５，５０９，５１３　加減算部、５０３　速度制御部、５０６　ｄ軸電流制御部、５０７　ｑ軸電流制御部、５０８，５１０，５１２　乗算部、５１１　加算部、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、９１４　室外ファン、９２０　制御部。

Claims (9)

  1. 　商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、
    　前記整流部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、第２の交流電力を生成してモータに出力するインバータと、
    　前記インバータの動作を制御して前記モータの回転数を制御しつつ、前記モータの負荷トルクを演算する制御装置と、
    　を備える電力変換装置であって、
    　前記電力変換装置が、内部を流れる冷媒と外部の空気とで熱交換を行う室外熱交換器と、前記室外熱交換器に送風する室外ファンと、前記室外ファンを回転駆動させる前記モータと、を備える冷凍サイクル適用機器に適用され、
    　前記制御装置は、前記室外ファンの回転数が大きくなるにしたがって大きくなる閾値を有し、前記冷凍サイクル適用機器の暖房運転時、前記室外ファンの回転数に対応した前記負荷トルクが前記室外ファンの回転数に対応して設定された前記閾値以上になった場合、前記室外熱交換器の除霜運転を行うことを決定する、
    　電力変換装置。
  2. 　前記制御装置は、前記室外ファンの回転数が大きくなるにしたがって大きくなる無着霜時の基準設定値を有し、
    　前記閾値は、前記基準設定値より大きく、かつ前記室外ファンの回転数が大きくなるにしたがって前記閾値と前記基準設定値との差分が大きくなるように設定されている、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記室外ファンの第１回転数と、前記第１回転数よりも小さい第２回転数とのそれぞれに対応して、第１基準設定値と、前記第１基準設定値よりも小さい第２基準設定値とが無着霜状態の前記基準設定値として設定され、
    　前記室外ファンの前記第１回転数に対応して、前記第１基準設定値よりも大きい第１閾値が着霜状態の前記閾値として設定され、更に、前記室外ファンの前記第２回転数に対応して、前記第２基準設定値よりも大きく、かつ前記第１閾値よりも小さい第２閾値が着霜状態の前記閾値として設定され、
    　前記制御装置は、前記室外ファンの回転数が前記第１回転数の場合、前記負荷トルクが前記第１閾値以上になったときは前記室外熱交換器の除霜運転を行うことを決定し、前記室外ファンの回転数が前記第２回転数の場合、前記負荷トルクが前記第２閾値以上になったときは前記室外熱交換器の除霜運転を行うことを決定する、
    　請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記制御装置は、前記第１閾値を前記第１基準設定値と前記負荷トルクとに基づいて算出し、前記第２基準設定値を前記第１基準設定値と前記室外ファンの回転数とに基づいて算出し、前記第２閾値を前記第２基準設定値と前記負荷トルクとに基づいて算出する、
    　請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記制御装置は、前記室外ファンの回転数が規定された回転数以上のときに、前記室外ファンの回転数に対応した前記負荷トルクが前記室外ファンの回転数に対応して設定された前記閾値以上か否かの判定を行う、
    　請求項１から４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  6. 　前記インバータに流れる電流を検出する電流検出部、
    　を備え、
    　前記制御装置は、前記電流検出部で検出された電流値、および前記モータの仕様に基づくパラメータを用いて前記負荷トルクを演算する、
    　請求項１から５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  7. 　前記制御装置は、前記モータの動作状態に応じて前記パラメータを推定する、
    　請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか１つに記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
  9. 　請求項１から７のいずれか１つ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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