CN102739135A

CN102739135A - 空调机及空调机中所使用的变换装置

Info

Publication number: CN102739135A
Application number: CN2012100057636A
Authority: CN
Inventors: 笠原励; 安藤达夫; 木下健; 大石孝; 三浦健太郎; 三浦真; 山本裕二; 大田将志; 深泽芳行
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: JP5325922B2; CN102739135B; JP2012210096A

Abstract

在具备变换驱动装置的冷冻装置中，确保高速且高负载的输出，并实现低速时的高效率化。在变换装置中附设有永久磁铁同步马达(11)。进而，变换装置具有：驱动与直流电源(12)连接的永久磁铁同步马达的变换电路(13)；检测马达电流或直流电流的电流检测单元(14)；以及使用电流检测单元检测到的电流检测值控制永久磁铁同步马达的控制单元。另外，变换装置中设有：过电流检测电路(17)，该过电流检测电路(17)对电流检测单元检测到的电流检测值成为设定值以上的情况进行检测；以及保护单元，当过电流检测电路检测到过电流的情况下，该保护单元使变换电路停止。

Description

空调机及空调机中所使用的变换装置

技术领域

本发明涉及空调机及空调机中所使用的变换装置。

背景技术

在以往的具备电动机的控制装置的空调机中，公知有从高效率化的观点出发使用具备永久磁铁的永久磁铁同步马达的空调机。

当驱动永久磁铁同步马达时，在马达产生与驱动频率成比例的感应电压，因此，马达施加电压与驱动频率成比例地增加。当驱动频率超过预定频率时，马达施加电压由与变换控制电路连接的直流电压限制。因此，为了进一步高速驱动马达，通常应用削弱磁场控制方式等。

在削弱磁场控制下，进行如下控制：使无效电流流过，以使得即使在电压饱和区域中驱动频率仍上升，因此，结果是有助于马达的产生转矩的电流减少。因此，在电压饱和区域，最大输出转矩与频率一起减少。

在这样使用削弱磁场控制的空调机中，例如为了提高供暖时的启动能力，需要确保高速且高负载的输出。为此，公知有将空调机中使用的电动机的施加电压处于饱和区域的频率偏移到高速侧的方法。或者，在控制马达的变换电路中使用额定电流大的半导体功率元件，确保高速且高负载的输出。

另一方面，若增大内置于马达的磁铁的磁通密度、或者卷入定子绕组而提高电感特性的话，则能够实现重视低速的高效率马达，但相对地永久磁铁的退磁电流减少。对于这种马达，若在驱动时从过度的负载变动或瞬时的停电中恢复时永久磁铁同步马达中流过过大的电流的话，会产生如下现象：由于该过大的电流而导致变换控制电路的过电流破坏，或由于过大电流产生的磁场而导致马达中内置的永久磁铁退磁。

为了避免该现象，使用过电流检测电路而具备防止过电流的保护功能即可。例如在专利文献1中，除了过电流检测电路外，求出与运转电流的失真相关联的值，当该值为设定值以下的情况下切断对电动机的输出。

【专利文献1】日本特开2008-148366号公报

如上所述，在以往的空调机中，将饱和区域的频率偏移至高速侧来使用马达，因此，在空调机的通常运转(低速)区域中，电压利用率降低，效率降低。图1中示出使用这种变换控制装置驱动永久磁铁同步马达的示例的综合效率。图1中，横轴为频率，纵轴为综合效率。图1中，在低速区域，相对于整体输出，半导体功率元件的开关损失以及流通路径的电阻成分引起的铜损、铁损的损失的比例增加，效率降低。

此外，若仅以将永久磁铁同步马达的饱和区域的频率偏移到低速侧的方式卷入马达绕组，则马达中内置的永久磁铁的退磁电流降低。因此，在从过度的负载变动或瞬停中恢复的情况下，马达绕组中流过过大的电流，因该过大电流产生的磁场，会引起永久磁铁的退磁。

发明内容

本发明就是鉴于上述现有技术的不良情况而完成的，其目的在于，在具备变换驱动装置的冷冻装置中，确保高速且高负载的输出，并且实现低速时的高效率化。

为了解决上述课题，在本发明的空调机中，重视永久磁铁同步马达中的通常运转(低速)区域的效率，将电压饱和区域的频率偏移到低速侧，提高低速时的电压利用率。

另外，其特征在于，相对于重视低速的永久磁铁同步马达，通过组合提高变换器的施加电压的控制，从而确保高速且高负载的输出。

另外，其特征在于，在上述过电流检测电路中，通过保护功能直接立即使变换电路停止，并且，对输出驱动变换电路的控制信号的运算器也通知过电流状态，立即使控制信号停止。

即，一种变换装置，该变换装置中附设有与直流电源连接的永久磁铁同步马达，该变换装置具有：驱动上述永久磁铁同步马达的变换电路；检测上述永久磁铁同步马达的电流或直流电流的电流检测单元；以及使用该电流检测单元检测到的电流检测值控制上述永久磁铁同步马达的控制单元，其特征在于，该变换装置中设有：过电流检测电路，该过电流检测电路对上述电流检测单元检测到的电流检测值成为设定值以上的情况进行检测；以及保护单元，当该过电流检测电路检测到电流检测值成为上述设定值以上的情况下，该保护单元使上述变换电路停止。

进而，在该特征中，优选上述永久磁铁同步马达卷入有绕组，以使得电感比预定值大，期望在上述电流检测单元检测到的马达电流或直流电流成为上述设定值以上的情况下，上述过电流检测电路不经由上述控制装置的微型计算机或DSP(数字信号处理器)等运算器而输出过电流检测信号。

并且，在上述特征中，上述控制装置在被输入上述过电流检测电路输出的过电流检测信号时使上述变换电路停止即可，上述设定值是设定于上述变换电路的允许值和上述永久磁铁马达开始退磁的电流值中的较低一方的电流值即可。

另外，一种空调机，该空调机具有室内机和室外机，上述室外机具有室外热交换器和压缩机，上述室内机具有室内热交换器和膨胀单元，与直流电源连接的永久磁铁同步马达驱动上述压缩机，该空调机具有变换装置，该变换装置具有：驱动上述永久磁铁同步马达的变换电路；检测上述永久磁铁同步马达的电流或上述直流电流的电流检测单元；以及使用上述电流检测单元检测到的电流检测值控制上述永久磁铁同步马达的控制单元，该变换装置中设有过电流检测电路，该过电流检测电路对上述电流检测单元检测到的电流检测值成为设定值以上的情况进行检测，当该过电流检测电路检测到过电流的情况下，将过电流检测信号输入至上述变换电路，使上述变换电路停止。

根据本发明，在具备变换驱动装置的冷冻装置中，确保高速且高负载的输出，并且能够实现低速时的高效率化。

附图说明

图1是说明永久磁铁同步马达的综合效率与频率的关系的图。

图2是本发明的冷冻装置的一个实施方式的框图。

图3是图2所示的冷冻装置所具备的马达的控制装置的框图。

符号说明

1 冷冻装置

2 压缩机

3、4 热交换器

5 室内膨胀阀

6 储气筒

7、8 风扇马达

9 永久磁铁同步马达

10 马达驱动装置

11 永久磁铁同步马达

12 直流电源

13 变换器

14 直流电压检测器

15 母线电流检测器

16 控制器(控制单元)

17 过电流检测器

18 分流电阻

具体实施方式

下面，根据图2～图3说明本发明的具体实施例。图2是本发明的冷冻装置的第一实施方式的框图。

冷冻装置1通过依次连接压缩机2、室内热交换器3、室内膨胀阀5、室外热交换器4、储气筒6而构成，制冷剂在冷冻装置1的内部循环而形成冷冻循环。在该冷冻装置1中，在对室内进行制冷的情况下，利用室外热交换器3对由压缩机2压缩的制冷剂进行冷凝而使其液化，然后利用室内膨胀阀5对其进行减压。然后，利用室内热交换器4使制冷剂蒸发，并使蒸发后的制冷剂返回到压缩机2。

室内送风机7为了促进室内的热交换，室外送风机8为了促进室外的热交换，室内送风机7和室外送风机8分别设于冷冻装置1中。另外，在压缩机2的内部配置有永久磁铁同步马达9。在该永久磁铁同步马达9连接有马达驱动装置10。压缩机2由永久磁铁同步马达9驱动。永久磁铁同步马达9由马达驱动装置10控制，与冷冻循环所需的能力相关联地使压缩机2的运转频率变化。

图3示出本发明的第一实施方式的马达驱动装置10的框图。该马达驱动装置10具备永久磁铁同步马达11、直流电源12、将直流变换成交流的变换器13、直流电压检测器14、设于变换器13的直流侧的母线电流检测器15、控制器16、过电流检测电路17以及分流电阻18。直流电源12是将外部的交流电源变换为直流的换流器(整流器)或电池，向变换器13的直流侧供给电力。控制器16使用微型计算机或DSP(数字信号处理器)等半导体运算元件对直流电压检测器14和母线电流检测器15的检测信号进行处理，输出构成变换器13的半导体功率元件的接通/断开控制信号。

变换器13通过来自控制器16的控制信号将直流变换为交流，以可变速的方式驱动永久磁铁同步马达11的运转频率。过电流检测电路17在检测到的母线电流成为设定值以上的情况下，将过电流检测信号输出至变换器13，不管来自控制器16的接通/断开控制信号如何，都强制地使半导体功率元件停止。由此，不会受到控制器16的运算或输入输出的延迟的影响，瞬间使变换器13停止。

由于母线电流而在分流电阻18的两端产生电压，该分流电阻18的两端产生的电压由母线电流检测器15放大，然后控制器16检测马达电流。并且，过电流检测电路17将分流电阻18的产生电压与基准电压进行比较，当超过预定值时作为过电流状态，输出过电流信号。过电流检测电路17中使用比较器。

根据本实施例，将过电流检测水平设定为构成变换器13的半导体功率元件不发生破坏的水平、或者永久磁铁同步马达不发生退磁的水平中低的一方，即便在从过度的负载变动或瞬时的停电中恢复时变换电路和永久磁铁同步马达中流过过大的电流，也能实现安全且可靠性高的保护。

并且，根据本实施例，卷入永久磁铁同步马达的绕组以增大电感，并使电压饱和区域偏移至低速侧来进行变换驱动，因此，能够在空调机的通常运转区域(低速区域)进行高效率驱动。另外，由于卷入马达的绕组，因此，即便马达中内置的永久磁铁的退磁水平降低，上述保护装置也是在退磁电流以下而相对于过电流进行保护，因此，在退磁水平小的马达中也能实现安全且可靠性高的保护。

另外，在以往的具有永久磁铁同步马达的空调机中，通常运转区域(低速)的半导体功率元件的开关损失、负过电流的流通路径的铜损、铁损等的损失的比例相对增加，低速时的综合效率降低，无法进行高效的马达驱动。为了降低该损失，即便仅卷入永久磁铁同步马达的定子绕组来提高电压利用率，马达中内置的永久磁铁的退磁电流也降低，在通常运转时从过度的负载变动或瞬时停电中恢复时，马达绕组中流过过大的电流，由于该过大电流产生的磁场，会引起永久磁铁的退磁。

与此相对，根据本实施例的附设有永久磁铁的变换装置，具有：驱动与直流电源连接的永久磁铁同步马达的变换电路；检测马达电流或直流电流的电流检测单元；以及使用电流检测单元检测到的电流检测值控制永久磁铁同步马达的控制单元，并具有过电流检测电路，该过电流检测电路对电流检测单元检测到的电流检测值成为设定值以上的情况进行检测，由此能够消除上述不良情况。

即，过电流检测电路具有保护单元，在电流检测单元检测到的马达电流或直流电流成为设定值以上的情况下，该保护单元使变换电路停止，因此，形成针对退磁的保护。并且，为了增大电感，卷入绕组来提高低速时的电压利用率，因此，具有永久磁铁同步马达的变换装置的低速时的马达电流发生降低，低速时的变换效率提高，电感增大。由此，对马达电流进行脉冲宽度调制(PWM)时的脉动影响小，铁损减少，马达效率也提高。

另外，本发明不限于空调机，也可以应用于冷藏库或冷冻设备等其他冷冻装置。

Claims

1.一种变换装置，该变换装置中附设有与直流电源连接的永久磁铁同步马达，该变换装置具有：驱动上述永久磁铁同步马达的变换电路；检测上述永久磁铁同步马达的电流或直流电流的电流检测单元；以及使用该电流检测单元检测到的电流检测值控制上述永久磁铁同步马达的控制单元，其特征在于，

该变换装置中设有：过电流检测电路，该过电流检测电路对上述电流检测单元检测到的电流检测值成为设定值以上的情况进行检测；以及保护单元，当该过电流检测电路检测到电流检测值成为上述设定值以上的情况下，该保护单元使上述变换电路停止。

2.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，

上述永久磁铁同步马达卷入绕组，以使得电感比规定值大。

3.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，

在上述电流检测单元检测到的马达电流或直流电流成为上述设定值以上的情况下，上述过电流检测电路不经由上述控制装置的运算器而输出过电流检测信号。

4.根据权利要求1所述的变换装置，其特征在于，

上述过电流检测电路在检测到过电流时，将过电流检测信号输入至上述变换电路，来使该变换电路停止。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的变换装置，其特征在于，

上述设定值是设定于上述变换电路的允许值和上述永久磁铁马达开始退磁的电流值中的较低一方的电流值。

6.一种空调机，其特征在于，该空调机具有室内机和室外机，上述室外机具有室外热交换器和压缩机，上述室内机具有室内热交换器和膨胀单元，与直流电源连接的永久磁铁同步马达驱动上述压缩机，

该空调机具有变换装置，该变换装置具有：驱动上述永久磁铁同步马达的变换电路；检测上述永久磁铁同步马达的电流或上述直流电流的电流检测单元；以及使用上述电流检测单元检测到的电流检测值控制上述永久磁铁同步马达的控制单元，该变换装置中设有过电流检测电路，该过电流检测电路对上述电流检测单元检测到的电流检测值成为设定值以上的情况进行检测，当该过电流检测电路检测到过电流的情况下，将过电流检测信号输入至上述变换电路，使上述变换电路停止。