DE112018007836T5 - Rotationsmaschinen-steuerung, kältemittelkompressor, kältekreislaufsystem und klimavorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Steuerung (100) umfasst: einen Verbindungsschalter (20), der einen Verbindungszustand einer Wicklung eines Synchronmotors (1) während eines Drehvorgangs des Synchronmotors (1) schaltet; einen Stromdetektor (5), der einen in dem Synchronmotor (1) fließenden Strom der Rotationsmaschine detektiert; einen Positions-/Geschwindigkeitsschätzer (6), der eine Magnetpolposition und Geschwindigkeit eines Rotors schätzt; einen Spannungsapplikator (3), der eine Spannung an den Synchronmotor (1) anlegt; und eine Steuerschaltung (70), die einen an den Spannungsapplikator (3) gegebenen Spannungsbefehl auf der Grundlage der Magnetpolposition und der Geschwindigkeit erzeugt und einen Schaltvorgangsbefehl zum Schalten des Verbindungszustands an den Verbindungsschalter (20) ausgibt. Die Steuerschaltung (70) erzeugt den Spannungsbefehl, um den Strom der Rotationsmaschine nahe Null zu bringen, bevor der Verbindungszustand der Wicklung geschaltet wird, und gibt, nachdem der Verbindungszustand der Wicklung geschaltet ist, eine anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer (6) aus, die auf der Grundlage der geschätzten Geschwindigkeit des Synchronmotors (1) vor dem Schalten bestimmt wird. Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer (6) empfängt die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit und ersetzt die geschätzte Geschwindigkeit durch die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotationsmaschinen-Steuerung, die einen Verbindungsschalter zwischen den Wicklungen einer Rotationsmaschine während eines Drehvorgangs schaltet, einen Kältemittelkompressor, ein Kältekreislaufsystem und eine Klimavorrichtung.
• Hintergrund
• Es ist bekannt, dass eine Rotationsmaschine einen Verbindungsschalter für Statorwicklungen während eines Drehvorgangs ausführt. Im Folgenden werden die Statorwicklungen auch einfach als „Wicklungen“ bezeichnet. In Patentliteratur 1 wird eine Technik offenbart, die beim Schalten der Wicklungen den Verbindungszustand der Wicklungen durch Abschalten des Ausgangs eines Wechselrichters schaltet und die Änderung des Verbindungszustands der Wicklungen von einem Widerstandswert oder einer induzierten Spannung nach dem Schalten des Verbindungszustands der Wicklungen bestätigt.
• Literaturverzeichnis
• Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-148490
• Kurzzusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Die in Patentliteratur 1 offenbarte Erfindung schätzt die Phase aus dem durch einen Motor fließenden Strom. Die in Patentliteratur 1 offenbarte Erfindung schaltet den Ausgang des Wechselrichters ab, wenn der Verdrahtungszustand der Wicklungen des Motors geschaltet wird, schaltet den Verbindungszustand der Wicklungen um, schätzt die Phase und die Geschwindigkeit des Motors, indem der Ausgang des Wechselrichters wieder aufgenommen wird, um den Motorstrom auf Null zu halten, und führt dann einen Neustart durch. Die in Patentliteratur 1 offenbarte Erfindung kann jedoch die Phase nicht schätzen, während der Ausgang des Wechselrichters abgeschaltet ist, und benötigt daher Zeit, um die Phase durch Wiederaufnahme des Ausgangs des Wechselrichters nach dem Schalten des Verbindungszustands der Wicklungen zu schätzen. Da eine Vorrichtung mit einer großen Last schnell abbremst, wenn der Motorstrom auf Null gebracht wird, kann der Motor während der Schätzung der Phase stoppen, oder er kann austreten, wobei die Phase nicht korrekt geschätzt wird.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben Gesagte gemacht, und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rotationsmaschinen-Steuerung bereitzustellen, die einen Verdrahtungszustand der Wicklungen während eines Drehvorgangs schnell und stabil schalten und den Betrieb auch in einer Vorrichtung mit einer großen Last fortsetzen kann.
• Lösung für das Problem
• Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst die vorliegende Erfindung einen Verbindungsschalter, der einen Umschalter enthält und der einen Verbindungszustand einer Wicklung einer Rotationsmaschine schaltet, indem er einen Schaltvorgang des Schalters während eines Drehvorgangs der Rotationsmaschine durchführt; einen Stromdetektor, der einen in der Rotationsmaschine fließenden Strom der Rotationsmaschine detektiert; einen Positions-/Geschwindigkeitsschätzer, der eine Magnetpolposition und Geschwindigkeit eines Rotors der Rotationsmaschine auf der Grundlage des Stroms der Rotationsmaschine schätzt; einen Spannungsapplikator, der eine Spannung an die Rotationsmaschine anlegt; und eine Steuerschaltung, die einen Spannungsbefehl erzeugt, der dem Spannungsapplikator auf der Grundlage der Magnetpolposition und der durch den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer geschätzten Geschwindigkeit gegeben wird, und einen Schaltvorgangsbefehl zum Schalten des Verbindungszustands an den Verbindungsschalter ausgibt. Die Steuerschaltung: erzeugt den Spannungsbefehl, um den Strom der Rotationsmaschine nahe Null zu bringen, bevor der Verbindungszustand der Wicklung der Rotationsmaschine geschaltet wird; und gibt nach dem Schalten des Verbindungszustands der Wicklung der Rotationsmaschine eine anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer aus, die auf der Grundlage der geschätzten Geschwindigkeit der Rotationsmaschine vor dem Schalten bestimmt wird. Nach Erhalt der anfänglichen Wiederherstellungsgeschwindigkeit ersetzt der Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer die geschätzte Geschwindigkeit durch die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Rotationsmaschinen-Steuerung bereitgestellt werden, die den Verdrahtungszustand der Wicklung während des Drehvorgangs schnell und stabil schalten und den Betrieb auch in einer Vorrichtung mit großer Last fortsetzen kann.
• Figurenliste
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Rotationsmaschinen-Steuerung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 2 ist ein Flussdiagramm, das eine grundlegende Sequenz zum Schalten eines Verdrahtungszustandes von Wicklungen durch eine Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 3 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Nullstromsteuerung veranschaulicht, wenn die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform einen Synchronmotor mit einer Geschwindigkeitssteuerung antreibt, die keine Flussschwächungssteuerung erfordert.
• 4 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Nullstromsteuerung veranschaulicht, wenn die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform den Synchronmotor mit einer Geschwindigkeitssteuerung antreibt, die eine Flussschwächungssteuerung erfordert.
• 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen veranschaulicht, wenn die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform den Synchronmotor durch eine Flussschwächungssteuerung antreibt.
• 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Rotationsmaschinen-Steuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Schalten eines Verdrahtungszustands der Wicklungen durch die Steuerung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
• 8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Kältemittelkompressors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimavorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, in der die Funktionen einer Steuerschaltung und einer Positions-/Geschwindigkeitssteuerung der Steuerung gemäß der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform durch Hardware implementiert sind.
• 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, in der die Funktionen der Steuerschaltung und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers der Steuerung nach der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform durch Software implementiert sind.
• Figurenbeschreibung
• Im Folgenden werden eine Rotationsmaschinen-Steuerung, ein Kältemittelkompressor, ein Kältemittelkreislaufsystem und eine Klimavorrichtung nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Beachten Sie, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist. Beachten Sie, dass in der folgenden Beschreibung Bauteile, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, gleiche oder ähnliche Funktionen haben.
• Erste Ausführungsform.
• 1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Rotationsmaschinen-Steuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Rotationsmaschinen werden grob in Induktionsmaschinen und Synchronmaschinen eingeteilt. Die Synchronmaschinen werden klassifiziert in: eine Dauermagnetfeld-Synchronmaschine, bei der ein Dauermagnet auf einem Rotor vorgesehen ist; eine Wickelfeld-Synchronmaschine, bei der eine Feldwicklung um einen Rotor gewickelt ist; und eine Reluktanz-Synchronmaschine, die das Drehmoment durch die Ausprägung eines Rotors gewinnt. Unter diesen Arten von Synchronmaschinen ist ein Synchronmotor 1 vom Dreiphasen-Permanentmagnetfeldtyp mit einer Steuerung 100 verbunden, die gemäß der ersten Ausführungsform die Rotationsmaschinen-Steuerung ist.
• Die Steuerung 100 umfasst: einen Verbindungsschalter 20, der einen Verbindungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1 schaltet; einen Spannungsapplikator 3, der den Synchronmotor 1 mit Strom versorgt; einen Stromdetektor 5, der einen im Synchronmotor 1 fließenden Strom der Rotationsmaschine detektiert; und einen Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6. Die Steuerung 100 enthält auch eine Steuerschaltung 70, die einen Spannungsbefehl an den Spannungsapplikator 3 ausgibt und den Verbindungsschalter 20 veranlasst, den Verbindungszustand der Wicklungen umzuschalten. Beachten Sie, dass in der ersten Ausführungsform der Verbindungszustand der Wicklungen einen Verdrahtungszustand der Wicklungen bedeutet. Der Verdrahtungszustand der Wicklungen umfasst eine Y Verbindung und eine Δ Verbindung. Die Y Verbindung wird auch als Sternschaltung bezeichnet, und die Δ Verbindung wird auch als Dreieckschaltung bezeichnet. Darüber hinaus kann der Verdrahtungszustand der Wicklungen zwischen zwei Typen oder drei oder mehr Typen geschaltet werden.
• Der Verbindungsschalter 20: umfasst die Umschalter 21, 22 und 23, bei denen es sich um Schaltkreise handelt, und schaltet den Verbindungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1, indem er einen Schaltvorgang der Umschalter 21, 22 und 23 ausführt, während sich der Synchronmotor 1 in einem Drehvorgang befindet. Die Umschalter 21, 22 und 23 können durch mechanische Relais oder Halbleiterschalter gebildet werden. In der ersten Ausführungsform schalten die Umschalter 21, 22 und 23 den Synchronmotor 1 zwischen der Y Verbindung und der Δ Verbindung.
• Der Spannungsapplikator 3 wandelt Gleichstromleistung, die von einer Gleichspannungsquelle 4 geliefert wird, in Wechselstromleistung um und gibt die Wechselstromleistung an den Synchronmotor 1 aus. In der ersten Ausführungsform wird für den Spannungsapplikator 3 ein Wechselrichter der Spannungsquelle verwendet. Der Spannungsquellen-Wechselrichter ist eine Vorrichtung, die eine von der Gleichspannungsquelle 4 gelieferte Gleichspannung schaltet und in eine Wechselspannung umwandelt. Beachten Sie, dass der Spannungsapplikator 3 nicht auf den Spannungsquellen-Wechselrichter beschränkt ist, solange die Wechselstromleistung zum Antrieb des Synchronmotors 1 ausgegeben werden kann, und dass er eine Schaltung sein kann: z.B. ein Stromquellen-Wechselrichter; ein Matrix-Konverter, der die Wechselstromleistung in Wechselstromleistung mit unterschiedlicher Amplitude und Frequenz umwandelt; und ein mehrstufiger Konverter, bei dem die Ausgänge einer Vielzahl von Konvertern in Reihe oder parallel geschaltet sind.
• Der Stromdetektor 5 detektiert einen Phasenstrom, der vom Spannungsapplikator 3 zum Synchronmotor 1 fließt, und gibt Strominformationen aus, die den Wert des detektierten Phasenstroms angeben.
• Der Stromdetektor 5 kann ein Stromzeilensensor sein, der einen Stromwandler für ein Instrument verwendet, das auch als Stromwandler bezeichnet wird, oder ein Stromsensor, der einen Shunt-Widerstand verwendet. Der Stromdetektor 5 detektiert den Strom in der Steuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Die in 1 veranschaulichte Steuerung 100 detektiert direkt den im Synchronmotor 1 fließenden Phasenstrom, aber das Stromsteuerungsverfahren ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, die den Phasenstrom direkt detektiert, und der im Synchronmotor 1 fließende Phasenstrom muss nur nach dem Kirchhoffschen Stromgesetz berechnet werden. Der Phasenstrom, der im Synchronmotor 1 fließt, kann z.B. mit einem Single-Shunt-Strommessverfahren detektiert werden, das einen Shunt-Widerstand verwendet, der auf einem negativen Gleichstrombus des Spannungsapplikators 3 vorgesehen ist, oder mit einem Shunt-Strommessverfahren für den unteren Arm, das einen Shunt-Widerstand verwendet, der in Reihe mit einem unteren Arm des Spannungsapplikators 3 geschaltet ist. Beachten Sie, dass im Fall des dreiphasigen Spannungsapplikators 3 das Nebenschlussstromerfassungsverfahren für den unteren Arm einen Nebenschlusswiderstand verwendet, der mit jedem der drei unteren Arme in Reihe geschaltet ist, und daher auch als Dreifach-Nebenschlussstromerfassungsverfahren bezeichnet wird. Im Falle des dreiphasigen Synchronmotors 1 muss der Stromsensor nicht an allen Verdrahtungen der drei Phasen installiert werden, denn wenn der Stromsensor an den Verdrahtungen von zwei beliebigen Phasen der an den Synchronmotor 1 angeschlossenen dreiphasigen Verdrahtungen installiert wird, kann der Strom der verbleibenden einen Phase nach dem Kirchhoffschen Stromgesetz berechnet werden. Auch die Konfiguration und Anordnung des Stromdetektors 5 kann in verschiedenen Formen realisiert werden, ist aber nicht auf eine bestimmte Form beschränkt.
• Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 erhält Strominformationen vom Stromdetektor 5. Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 erhält ebenfalls einen Spannungssollwert von einer Stromsteuerung 72. Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6: verwendet den vom Stromdetektor 5 detektierten Strom, d.h. den im Synchronmotor 1 fließenden Phasenstrom und den von der Stromsteuerung 72 ausgegebenen Spannungssollwert; und gibt eine geschätzte Phase, die ein geschätzter Wert der Magnetpolposition eines Rotors des Synchronmotors 1 ist, und eine geschätzte Geschwindigkeit, die ein geschätzter Wert der Geschwindigkeit des Rotors des Synchronmotors 1 ist, aus.
• Wo verschiedene Verfahren zur Schätzung der Magnetpolposition und der Geschwindigkeit des Rotors existieren, bestimmt der Synchronmotor 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Elektrodenposition unter Verwendung von Informationen, die die elektromotorische Kraft des Synchronmotors 1 bei mittlerer oder hoher Geschwindigkeit im gesamten Geschwindigkeitsbereich des Rotors angeben. Die elektromotorische Kraft ist die induzierte Leistung, die innerhalb des Synchronmotors 1 aufgrund der Drehung des Rotors erzeugt wird, und ist proportional zu dem Feldmagneten, der zwischen dem Rotor und dem Stator, die im Synchronmotor 1 enthalten sind, erzeugt wird, und zur Geschwindigkeit des Rotors. Das Verfahren zum Schätzen der Magnetpolposition kann am Beispiel eines Arkustangensverfahrens und eines adaptiven Flussbeobachters veranschaulicht werden, ist jedoch nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt. Die Steuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform schätzt die Magnetpolposition mit Hilfe des adaptiven Flussbeobachters. Der adaptive Flussbeobachter wird als hochleistungsfähiges Geschwindigkeitsschätzverfahren anerkannt, da er robust gegenüber Schwankungen in der Anzahl der Flussverknüpfungen ist und keine stetigen Geschwindigkeitsschätzfehler verursacht.
• Die Steuerschaltung 70 umfasst eine Geschwindigkeitssteuerung 71, die Stromsteuerung 72 und eine Umschaltsteuerung 73. Die Stromsteuerung 72 ist eine Vektorsteuerung, die zur Steuerung des im Synchronmotor 1 fließenden Stroms eine Koordinatentransformation des vom Stromdetektor 5 detektierten Stroms durchführt, um einen Stromsollwert in einem dq-Koordinatensystem durch Vektorsteuerung zu erhalten, wobei eine d-Achse der Richtung des magnetischen Flusses eines Permanentmagneten des im Synchronmotor 1 enthaltenen Rotors entspricht und eine q-Achse eine zur d-Achse orthogonale Achse ist. Eine typische Vektorsteuerung führt eine Stromsteuerung an den dq-Koordinaten in Bezug auf den Magnetpol des Rotors durch. Der Grund dafür ist, dass die Umwandlung des Phasenstroms in einen Wert auf den dq-Koordinaten die Wechselstrommenge in eine Gleichstrommenge umwandelt und die Steuerung erleichtert. Im Synchronmotor 1 ist ein q-Achsenstrom proportional zum Magnetmoment des Synchronmotors 1, so dass die q-Achse als Drehmomentachse und der q-Achsenstrom als Drehmomentstrom bezeichnet wird. Im Gegensatz zum Strom der q-Achse bewirkt ein Strom der d-Achse eine Änderung des im Stator erzeugten Magnetflusses und ändert die Amplitude der Ausgangsspannung des Synchronmotors 1, so dass die d-Achse als Magnetflussachse und der Strom der d-Achse als Magnetflussstrom oder Erregerstrom bezeichnet wird. In einem in einen Permanentmagnet eingebetteten Motor erzeugt der d-Achsen-Strom ein Reluktanzdrehmoment, so dass nicht der q-Achsen-Strom allein auf das Drehmoment wirkt, sondern der q-Achsen-Strom allgemein als Drehmomentstrom bezeichnet wird.
• Die Koordinatentransformation verwendet die geschätzte Phase, die durch den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 berechnet wird. Beachten Sie, dass die Stromsteuerung 72 in der Vektorsteuerung neben dem dq-Koordinatensystem ein Polarkoordinatensystem wie z.B. ein αβ Statorkoordinatensystem oder ein γδ Koordinatensystem verwenden kann. Die Stromsteuerung 72 kann anstelle der Vektorsteuerung auch eine direkte Drehmomentsteuerung (DTC) verwenden. Wenn jedoch die DTC übernommen wird, muss der Strombefehl in einen Magnetflussbefehl und einen Drehmomentbefehl umgewandelt werden.
• Beachten Sie, dass der Drehmomentstrom und der Strom des magnetischen Flusses genauer berechnet werden können, wenn die Steuerung nicht mit dem dq-Koordinatensystem, sondern mit einem Koordinatensystem auf der Grundlage des vom Stator erzeugten magnetischen Flusses erfolgt. Dieses Koordinatensystem wird als f-t-Koordinatensystem, n-t-Koordinatensystem o.ä. bezeichnet und wird nicht weiter beschrieben, da es öffentlich bekannt ist. In der ersten Ausführungsform wird der Strom der q-Achse als Drehmomentstrom und der Strom der d-Achse als Strom des magnetischen Flusses bezeichnet, was jedoch nicht zutrifft, wenn die Steuerung mit einem anderen Koordinatensystem als dem dq-Koordinatensystem durchgeführt wird oder wenn ein Reluktanz-Synchronmotor verwendet wird, der im Prinzip kein magnetisches Drehmoment erzeugt.
• Beachten Sie, dass die Stromsteuerung 72 den im Synchronmotor 1 fließenden Strom so steuert, dass der Strom auf den dq-Koordinaten mit dem Wert des Strombefehls übereinstimmt. Obwohl ein bestimmtes Verfahren zur Implementierung der Stromsteuerung 72 nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt ist, enthält die Stromsteuerung 72 typischerweise eine Proportional-Integral-Steuerung und eine Entkopplungssteuerung. Der Strombefehl kann durch Geschwindigkeitssteuerung berechnet oder von einer Host-Steuerung eingegeben werden. In der ersten Ausführungsform ist der Ausgangswert der Geschwindigkeitssteuerung 71 der Strombefehl.
• Die Geschwindigkeitssteuerung 71 erzeugt den Strombefehl so, dass eine Winkelgeschwindigkeit des Synchronmotors 1 mit dem Wert eines eingegebenen Geschwindigkeitsbefehls übereinstimmt. Obwohl ein bestimmtes Verfahren zur Implementierung der Geschwindigkeitssteuerung 71 nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt ist, verwendet die Geschwindigkeitssteuerung 71 typischerweise eine Proportional-Integral-Steuerung. Beachten Sie, dass die Geschwindigkeitssteuerung 71 den Strombefehl aus dem Geschwindigkeitsbefehl durch Weiterleitung erzeugen oder eine Proportional-Integral-Steuerung und eine Weiterleitungssteuerung zusammen verwenden kann.
• Die Umschaltsteuerung 73 bestimmt den Verbindungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1 auf der Grundlage des Geschwindigkeitbefehls oder der geschätzten Geschwindigkeit oder auf der Grundlage eines von außen eingegebenen Befehls. Beim Schalten des Verbindungszustandes der Wicklungen gibt die Umschaltsteuerung 73 einen Schaltvorgangsbefehl zum Schalten der Kontakte der Umschalter 21, 22 und 23 an den Verbindungsschalter 20 aus. Um den Synchronmotor 1 nach dem Schalten des Verbindungszustandes der Wicklungen wieder stabil starten zu können, gibt die Umschaltsteuerung 73 außerdem eine anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit an den Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 und ein Berechnungsschaltsignal an die Geschwindigkeitssteuerung 71, die Stromsteuerung 72 und den Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 aus. Einzelheiten über die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit und das Berechnungsschaltsignal werden später beschrieben.
• In der in 1 veranschaulichten Steuerung 100 bilden die Geschwindigkeitssteuerung 71 und die Stromsteuerung 72 einen Spannungssollwertgenerator, der den Spannungssollwert erzeugt, aber die Konfiguration des Spannungssollwertgenerators ist nicht auf das Beispiel von 1 beschränkt. Der Spannungsbefehlsgenerator kann durch eine Stromsteuerung gebildet werden, der einen Spannungsbefehl auf der Grundlage eines von außen eingegebenen Strombefehls erzeugt.
• Die Vorteile des Schaltens des Verbindungszustands der Wicklungen des Synchronmotors 1 zwischen der Y Verbindung und der Δ Verbindung werden beschrieben. Im Zustand der Y Verbindung wird die Netzspannung mit VY und der in die Wicklung fließende Strom mit IY bezeichnet. Ebenfalls im Δ Verbindungszustand wird die Netzspannung mit VΔ und der in die Wicklung fließende Strom mit IΔ bezeichnet. Unter der Annahme, dass die an die Wicklungen der Phasen angelegten Spannungen einander gleich sind, gelten die folgenden Ausdrücke (1) und (2). $$\text{V}\mathrm{\Delta =}\text{VY}\surd \text{3}$$

  

  $$\text{I}\mathrm{\Delta }=\surd 3\times \text{IY}$$

  
• Wenn die Spannung VY und der Strom IY im Y Verbindungszustand und die Spannung VΔ und der Strom IΔ im Δ Verbindungszustand die Beziehungen der Ausdrücke (1) und (2) erfüllen, ist die dem Synchronmotor 1 zugeführte Leistung im Y Verbindungszustand und im Δ Verbindungszustand gleich. Das heißt, wenn die dem Synchronmotor 1 zugeführte Leistung im Y Verbindungszustand und im Δ Verbindungszustand gleich ist, hat der Δ Verbindungszustand einen größeren Strom, der in die Wicklungen fließt, und eine geringere Spannung, die für die Ansteuerung erforderlich ist.
• Mit Hilfe der obigen Eigenschaften kann der Verdrahtungszustand der Wicklungen entsprechend dem Lastzustand gewählt werden. Beispielsweise kann ein Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit im Y Verbindungszustand bei niedriger Last und ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit im Δ Verbindungszustand bei hoher Last durchgeführt werden. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad bei niedriger Last verbessert und die Leistung bei hoher Last erhöht werden.
• Dieser Punkt soll am Beispiel eines Falles näher beschrieben werden, bei dem ein Kompressor einer Klimavorrichtung vom Synchronmotor 1 angetrieben wird. Als Synchronmotor 1 zum Antrieb des Kompressors der Klimavorrichtung ist ein Synchronmotor mit Permanentmagnetfeld weit verbreitet, um die Forderung nach Energieeinsparung zu erfüllen. Darüber hinaus führen neuere Klimavorrichtungen einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit durch, der bewirkt, dass der Synchronmotor 1 mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird und die Raumtemperatur schnell auf eine Solltemperatur bringt, wenn eine Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Solltemperatur groß ist, oder sie führen einen Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit durch, der bewirkt, dass der Synchronmotor 1 mit niedriger Geschwindigkeit gedreht wird und die Raumtemperatur beibehält, wenn die Raumtemperatur nahe der Solltemperatur liegt. Im Falle einer solchen Steuerung ist das Verhältnis der Zeit des Betriebs mit niedriger Geschwindigkeit zur Gesamtbetriebszeit größer als das Verhältnis der Zeit des Betriebs mit hoher Geschwindigkeit zur Gesamtbetriebszeit.
• Im Synchronmotor 1 steigt die elektromotorische Kraft mit zunehmender Geschwindigkeit, wodurch sich der für den Antrieb erforderliche Spannungswert erhöht. Die elektromotorische Kraft ist im Y Verbindungszustand höher als im Δ Schaltzustand, wie oben beschrieben. Um die elektromotorische Kraft bei hoher Geschwindigkeit zu reduzieren, kann die Magnetkraft des Permanentmagneten verringert werden, oder die Windungszahl der Wicklung kann verringert werden. Dabei erhöht sich jedoch der Strom zur Erzielung des gleichen Ausgangsdrehmoments, so dass der im Synchronmotor 1 und im Spannungsapplikator 3 fließende Strom erhöht und der Wirkungsgrad verringert wird. Darüber hinaus wird, wenn der für den Antrieb des Synchronmotors 1 erforderliche Spannungswert der Gleichspannungsquelle 4 aufgrund des Anstiegs der elektromotorischen Kraft höher wird als die Spannung der Gleichspannungsquelle 4, die für den Antrieb des Synchronmotors 1 erforderliche Spannung typischerweise mit einer Stromsteuerung zur Flussschwächung geliefert. Bei Verwendung der Flussschwächungssteuerung fließt jedoch ein Blindstrom, der nicht zur Erzeugung von Drehmoment im Synchronmotor 1 und im Spannungsapplikator 3 beiträgt, so dass der Wirkungsgrad reduziert wird.
• Daher kann der Verdrahtungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1 Geschwindigkeitabhängig geschaltet werden. Wenn z.B. ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, werden die Wicklungen des Synchronmotors 1 in den Δ Verbindungszustand geschaltet. Wenn die Wicklungen in den Δ Verbindungszustand gesetzt werden, kann die für den Antrieb erforderliche Spannung das 1/√3-fache der Spannung im Y Verbindungszustand betragen. Daher kann die für den Antrieb erforderliche Spannung verringert werden, ohne dass die Magnetkraft des Permanentmagneten oder die Anzahl der Windungen der Wicklung verringert wird. Außerdem muss keine Flussschwächungssteuerung verwendet werden.
• Andererseits werden die Wicklungen bei Rotation mit niedriger Geschwindigkeit im Y Verbindungszustand so eingestellt, dass der Stromwert das 1/√3-fache des Stromwertes im Δ Verbindungszustand betragen kann. Wenn der Synchronmotor 1 so ausgelegt wird, dass er für den Antrieb bei niedriger Geschwindigkeit geeignet ist, wenn sich die Wicklungen im Y Verbindungszustand befinden, kann der Stromwert über den gesamten Geschwindigkeitsbereich im Vergleich zum Y Verbindungszustand der Wicklungen reduziert werden. Dadurch kann ein Verlust des Spannungsapplikators 3 reduziert und der Wirkungsgrad verbessert werden.
• Wie oben beschrieben, ist es von Bedeutung, den Verdrahtungszustand der Wicklungen entsprechend dem Lastzustand umzuschalten. Die Steuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform enthält den Verbindungsschalter 20, der den Verdrahtungszustand der Wicklungen schaltet. Wenn z.B. ein großer Unterschied zwischen der Raumtemperatur und einer Solltemperatur besteht, versetzt die Umschaltsteuerung 73 die Wicklungen des Synchronmotors 1 in den Δ Verbindungszustand und bewirkt, dass eine hohe Geschwindigkeitssteuerung durchgeführt wird, bis die Raumtemperatur nahe an die Solltemperatur heranreicht. Sobald sich die Raumtemperatur der Solltemperatur annähert, schaltet die Umschaltsteuerung 73 die Wicklungen des Synchronmotors 1 in den Y Verbindungszustand und bewirkt, dass ein Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit durchgeführt wird.
• Wenn jedoch der Synchronmotor 1 den Kompressor der Klimavorrichtung antreibt, erhöht ein vorübergehender Stillstand des Drehvorgangs des Synchronmotors 1 zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen das für den Wiederanlauf erforderliche Drehmoment und führt möglicherweise zu einem Fehlstart. Wenn die Wicklungen durch vorübergehendes Anhalten des Drehvorgangs des Synchronmotors 1 geschaltet werden, muss daher der Wiederanlauf nach einigen Minuten erfolgen, bevor sich der Zustand des Kältemittels stabilisiert. Wenn der Neustart jedoch durchgeführt wird, nachdem sich der Zustand des Kältemittels stabilisiert hat, kann das Kältemittel nicht komprimiert werden, so dass die Raumtemperatur aufgrund einer Verringerung der Kühl- oder Heizleistung möglicherweise nicht konstant gehalten werden kann. Daher schaltet die Umschaltsteuerung 73 vorzugsweise den Verdrahtungszustand der Wicklungen, während sich der Synchronmotor 1 im Drehvorgang befindet.
• Hier wird eine Sequenz zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen während des Drehvorgangs beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, das eine grundlegende Sequenz zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen durch die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wenn der Synchronmotor 1 zum Zeitpunkt des Schaltens des Verdrahtungszustands der Wicklungen im Dauerbetrieb verbleibt, wird der Synchronmotor 1 vom Spannungsapplikator 3 mit Strom versorgt, so dass zum Zeitpunkt des Schaltens des Verdrahtungszustands der Wicklungen eine Lichtbogenentladung zwischen den Kontakten der Umschalter 21, 22 und 23 auftritt, die zu einem Fehler wie z.B. Kontaktschweißen führen kann.
• Um einen Fehler wie Kontaktschweißen zu vermeiden, führt die Steuerung beim Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen im Schritt S1 eine Steuerung durch, die den in den Wicklungen des Synchronmotors 1 fließenden Strom, d.h. den Wert des in den Schaltern 21, 22 und 23 fließenden Stroms, so weit wie möglich gegen Null bringt. Die Steuerung, die den in den Wicklungen des Synchronmotors 1 fließenden Strom so nahe wie möglich an Null bringt, wird im Folgenden als „Nullstromsteuerung“ bezeichnet. Das heißt, im Schritt S1 startet die Steuerung die Nullstromsteuerung. Während der Dauer der Nullstromsteuerung gibt der Spannungsapplikator 3 eine Spannung aus, die die elektromotorische Kraft des Synchronmotors 1 aufhebt, d.h. eine Spannung, deren Betrag und Phase mit der elektromotorischen Kraft übereinstimmt. Infolgedessen kann der durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließende Strom nahe an Null gebracht werden, so dass er im Wesentlichen als Null betrachtet werden kann.
• Während der Periode der Nullstromsteuerung kann der Synchronmotor 1 kein Drehmoment gewinnen und wird daher langsamer. Das heißt, eine Erhöhung der Periode der Nullstromsteuerung macht es schwierig, den Verdrahtungszustand der Wicklungen umzuschalten und einen Neustart während des Drehvorgangs des Synchronmotors 1 durchzuführen. Es ist daher wünschenswert, das Ansprechverhalten der Stromsteuerung 72 so weit anzuheben, dass es nicht zu Instabilität führt, den durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließenden Strom so schnell wie möglich gegen Null zu bringen und in eine nächste Phase überzugehen.
• Sobald die Nullstromsteuerung gestartet ist, betätigt die Steuerung den Verbindungsschalter 20 im Schritt S2. Bei Betätigung des Verbindungsschalters 20 gibt die Umschaltsteuerung 73 einen Schaltvorgangsbefehl zum Schalten der Kontakte der Umschalter 21, 22 und 23 an den Verbindungsschalter 20 aus. Bei Empfang des Schaltvorgangsbefehls betätigt der Verbindungsschalter 20 die Umschalter 21, 22 und 23 und schaltet den Verdrahtungszustand der Wicklungen.
• Nachdem der Verdrahtungszustand der Wicklungen geschaltet wurde, gibt die Steuerung im Schritt S3 ein Schaltsignal aus. Um den Synchronmotor 1 wieder stabil starten zu können, gibt die Umschaltsteuerung 73 eine anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit an den Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 aus und gibt ein Berechnungsschaltsignal an die Geschwindigkeitssteuerung 71, die Stromsteuerung 72 und den Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 aus. Nachdem die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit und das Berechnungsschaltsignal ausgegeben wurden, fährt die Verarbeitung mit Schritt S4 fort und beendet die Nullstromsteuerung.
• Die Nullstromsteuerung muss zu einem Zeitpunkt beendet werden, zu dem sicher ist, dass die Umschalter 21, 22 und 23 vollständig funktionieren, um einen Fehler wie das Kontaktschweißen der Umschalter 21, 22 und 23 zu verhindern. Die Zeit von der Ausgabe des Schaltvorgangsbefehls an den Verbindungsschalter 20 bis zur vollständigen Betätigung aller Umschalter 21, 22 und 23 wird im Voraus erfasst und eine längere Zeitspanne als diese Zeitspanne wird als Nullstromsteuerungsperiode Null eingestellt. Die Nullstrom-Steuerperiode Tzero liegt in der Größenordnung von Millisekunden, wenn die Umschalter 21, 22 und 23 aus typischen mechanischen Relais bestehen, oder in der Größenordnung von hundert Mikrosekunden, wenn die Umschalter 21, 22 und 23 aus typischen Halbleiterschaltern bestehen.
• Es ist jedoch zu beachten, dass das obige Verfahren die Werte des durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließenden Stroms nicht auf Null bringen kann, wenn sich der Synchronmotor 1 mit einer so hohen Geschwindigkeit dreht, dass er mit Flussschwächungssteuerung betrieben wird, d.h. wenn die elektromotorische Kraft des Synchronmotors 1 größer als die Spannung der Gleichspannungsquelle 4 ist. Mit anderen Worten, es ist zu beachten, dass die für den Antrieb erforderliche Spannung durch Fließen des Blindstroms in Richtung der d-Achse geliefert wird, während die Flussschwächungssteuerung durchgeführt wird, aber wenn der in den Wicklungen des Synchronmotors 1 fließende Strom auf Null gesetzt wird, bedeutet dies, dass der Blindstrom nicht fließen kann. 3 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Nullstromsteuerung veranschaulicht, wenn die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform den Synchronmotor mit einer Geschwindigkeitssteuerung antreibt, die keine Flussschwächungssteuerung erfordert. 4 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Nullstromsteuerung veranschaulicht, wenn die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform den Synchronmotor mit einer Geschwindigkeitssteuerung antreibt, die eine Flussschwächungssteuerung erfordert. Wenn die Steuerung 100 den Synchronmotor 1 mit einer Geschwindigkeit antreibt, die keine Flussschwächungssteuerung erfordert, nähern sich die Werte des durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließenden Stroms durch die Nullstromsteuerung nahezu Null, wohingegen, wenn die Steuerung 100 den Synchronmotor 1 mit einer Geschwindigkeit antreibt, die eine Flussschwächungssteuerung erfordert, die Werte des durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließenden Stroms auch mit der Nullstromsteuerung nicht entsprechend dem Sollwert gesteuert werden können und nicht Null sind. Wenn der Verbindungsschalter 20 betätigt wird, um den Verdrahtungszustand der Wicklungen in dem Zustand umzuschalten, in dem die Steuerung 100 den Synchronmotor 1 mit einer Geschwindigkeit ansteuert, die eine Flussschwächungssteuerung erfordert, tritt die Lichtbogenentladung zwischen den Kontakten der Schalter 21, 22 und 23 auf und verursacht möglicherweise einen Fehler wie z.B. Kontaktschweißen.
• 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen veranschaulicht, wenn die Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform den Synchronmotor durch eine Flussschwächungssteuerung antreibt. 5 unterscheidet sich von dem in 2 veranschaulichten Flussdiagramm dadurch, dass die Schritte S5 und S6 vor Schritt S1 gesetzt werden. Das heißt, in Schritt S5 wird im Voraus geprüft, ob eine geschätzte Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 niedriger ist als ein Schwellenwert ωA. Wenn die geschätzte Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 niedriger als der Schwellenwert ωA ist, wird sie in Schritt S5 als „Ja“ bestimmt, und die Verarbeitung fährt mit Schritt S1 fort. Wenn die geschätzte Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 höher oder gleich dem Schwellwert ωA ist, wird sie in Schritt S5 als „Nein“ bestimmt, so dass in Schritt S6 die Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 so verzögert wird, dass sie niedriger als der Schwellwert ωA ist, und die Verarbeitung zu Schritt S5 zurückkehrt.
• Der Schwellenwert ωA für den Start der Nullstromsteuerung kann wie folgt berechnet werden. Wenn der Strom in der dq-Achse nahezu Null ist, ist die elektromotorische Kraft E nur auf die Ankerflussverknüpfung des Permanentmagneten zurückzuführen, und ihre Größe wird durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt. In Ausdruck (3) steht „ω“ für die Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 und „Φ“ für einen Effektivwert der Ankerflussverkettung durch den Permanentmagneten an den dq-Koordinaten. $$\text{E}=\mathrm{\omega }\times \mathrm{\Phi }$$

  
• Wenn „V“ die Größe der von der Gleichspannungsquelle 4 ausgegebenen Spannung darstellt, braucht die Beziehung des folgenden Ausdrucks (4) nur erfüllt zu werden. $$\text{E}<\text{V}$$

  
• Aus den Ausdrücken (3) und (4) wird der Schwellenwert ωA wie im folgenden Ausdruck (5) bestimmt. $$\mathrm{\omega }\text{A}=\text{V}/\mathrm{\Phi }$$

  
• Bei Empfang des Berechnungsschaltsignals ändert die Geschwindigkeitssteuerung 71 eine Konstante des Synchronmotors 1, der für die Proportional-Integral- Steuerung verwendet wird, und einen Anfangswert der Integral-Steuerung, um sie an den Verdrahtungszustand der Wicklungen nach dem Schalten anzupassen. Das heißt, die Geschwindigkeitssteuerung 71 ändert eine Steuerverstärkung in der Proportional-Integral-Steuerung so, dass der Strom der Rotationsmaschinen-Steuerung dem Strombefehl folgt. Wenn zum Beispiel die Wicklungen vom Δ Verbindungszustand in den Y Verbindungszustand geschaltet werden, ist die Anzahl der Flussverknüpfungen auf den dq-Koordinaten des Synchronmotors 1 im Y Verbindungszustand das √3-fache der im Δ Verbindungszustand. Die Geschwindigkeitssteuerung 71 multipliziert somit die Anzahl der für die Proportional-Integral-Steuerung verwendeten Flussverknüpfungen mit a/3. Ebenfalls im Zustand der Y Verbindung beträgt der Strom an den dq-Koordinaten, der zur Erzeugung desselben Drehmoments erforderlich ist, das 1/√3-fache des Stroms im Zustand der Δ Verbindung. Die Geschwindigkeitssteuerung 71 führt also einmal die Berechnung zur Multiplikation des Anfangswertes der Integralsteuerung mit 1/√3 durch. Durch Änderung nicht nur der Konstante des Synchronmotors 1, sondern auch des Anfangswertes der Integralsteuerung wird der Schaltvorgang stabilisiert und der Geschwindigkeitsollwert schneller eingehalten.
• Bei Empfang des Berechnungsschaltsignals ändert die Stromsteuerung 72 eine durch die Konstante des Synchronmotors 1 bestimmte Steuerverstärkung, die für die Proportional-Integral-Steuerung und die Entkopplungssteuerung verwendet wird, um sie an den Verdrahtungszustand der Wicklungen nach dem Schalten anzupassen. Das heißt, die Stromsteuerung 72 ändert die Steuerverstärkung bei der Proportional-Integral-Steuerung so, dass der Strom der Rotationsmaschine dem Strombefehl folgt. Wenn die Wicklungen beispielsweise vom Δ Verbindungszustand in den Y Verbindungszustand geschaltet werden, ist die Impedanz des Synchronmotors 1 in Bezug auf den für die Steuerung verwendeten Y Verbindungszustand im Y Verbindungszustand dreimal so hoch wie im Δ Verbindungszustand, und die Anzahl der Flussverknüpfungen an den dq-Koordinaten des Synchronmotors 1 im Y Verbindungszustand ist √3 mal so hoch wie im Δ Verbindungszustand. Die Stromsteuerung 72 multipliziert also die Impedanz des für die Proportional-Integral-Steuerung und die Entkopplungssteuerung verwendeten Synchronmotors 1 mit drei und multipliziert die Anzahl der Flussverknüpfungen mit √3.
• Beim Empfang des Berechnungsschaltsignals ändert sich der Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6: die Konstante des Synchronmotors 1, die für die Schätzung verwendet wird; die geschätzte Magnetpolposition des Synchronmotors 1; die geschätzte Geschwindigkeit des Synchronmotors 1; und die geschätzte Anzahl der Flussverknüpfungen, so dass sie dem Verdrahtungszustand der Wicklungen nach dem Schalten entspricht. Wenn die Wicklungen zum Beispiel vom Δ Verbindungszustand in den Y Verbindungszustand geschaltet werden, ist die Impedanz des Synchronmotors 1 in Bezug auf den für die Steuerung verwendeten Y Verbindungszustand im Y Verbindungszustand dreimal so hoch wie im Δ Verbindungszustand. Der Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 multipliziert also die Impedanz des Synchronmotors 1, die für die Schätzung verwendet wird, mit drei. Auch im Y Verbindungszustand wird die aktuelle Phase im Vergleich zum Δ Verbindungszustand um 30 Grad vorverlegt. Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 führt also einmal die Berechnung für die Vorverlegung der geschätzten Phase um 30 Grad durch. Auch im Zustand der Y Verbindung ist die Anzahl der Flusskopplungen auf den dq-Koordinaten √3 mal so hoch wie im Zustand der Δ Verbindung. Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 führt also einmal die Berechnung für die Multiplikation der Anzahl der durch √3 geschätzten Flusskopplungen durch. Hier beträgt die Änderung der Stromphase 30°, weil die Umschaltung zwischen dem Y Verbindungszustand und dem Δ Verbindungszustand durchgeführt wird. Wenn jedoch in einem Fall, in dem der Spannungsapplikator 3 einen dreiphasigen Wechselstrom an den Synchronmotor 1 anlegt, eine andere Umschaltung des Verdrahtungszustands als die Umschaltung zwischen dem Y Verbindungszustand und dem Δ Verbindungszustand durchgeführt wird, braucht der von der Stromsteuerung 72 ausgegebene Spannungsbefehl nur dann eine Änderung der Phase im Bereich von 0° bis 120° zu bewirken, wenn der Verbindungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1 von einem Verbindungszustand in einen anderen Verbindungszustand geschaltet wird.
• Außerdem führt der Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 nach Erhalt der anfänglichen Wiederherstellungsgeschwindigkeit eine Konvergenzverarbeitung der geschätzten Geschwindigkeit durch, um den Wert der geschätzten Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 schnell an den Wert der tatsächlichen Geschwindigkeit anzunähern.
• Die Notwendigkeit der oben beschriebenen geschätzten Geschwindigkeitskonvergenzverarbeitung wird beschrieben. Während der Periode der Nullstromsteuerung kann der Synchronmotor 1 kein Drehmoment gewinnen und wird daher langsamer. In der Steuerung 100 nach der ersten Ausführungsform, die nicht über Mittel zur direkten Detektion der Phase des Synchronmotors 1 verfügt, erfährt der Synchronmotor 1 bei der Schätzung von Phase und Geschwindigkeit und dem Wiederanlauf unter Beibehaltung des im Synchronmotor 1 fließenden Stroms um Null nach Umschaltung des Verdrahtungszustands der Wicklungen eine schnelle Abbremsung durch die Nullstromsteuerung im Falle einer großen Last und hält möglicherweise an, bevor sich die geschätzten Werte von Phase und Geschwindigkeit stabilisieren. Alternativ dazu erhöht die geschätzte Reaktion, die mit der Verzögerung nicht Schritt hält, einen Schätzfehler und führt möglicherweise zu einem Step-Out.
• Wenn z.B. der Synchronmotor 1 den Kompressor der Klimavorrichtung antreibt, verursacht die während des Drehvorgangs durchgeführte Nullstromsteuerung einen Drehmomentverlust bei einer großen Kältemittelbelastung der Ordnung N·m, wodurch der Synchronmotor 1 in einer kurzen Zeit von weniger als hundert Millisekunden anhält. Daher ist es nach dem Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen des Synchronmotors 1 unmöglich, die Konvergenz der Schätzung durch den Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 abzuwarten und dann einen Neustart durchzuführen.
• Daher ist eine Konvergenzverarbeitung der geschätzten Geschwindigkeit erforderlich, bei der, selbst wenn der Synchronmotor 1 schnell abgebremst wird, die geschätzte Geschwindigkeit, die das Ausgangssignal des Positions-/Geschwindigkkeitsschätzers 6 ist, durch eine einfachere Berechnung als die Schätzung aus dem im Synchronmotor 1 fließenden Strom und dem an den Spannungsapplikator 3 gegebenen Spannungssollwert schnell zu einem wahren Wert konvergiert.
• Die obige Verarbeitung der geschätzten Geschwindigkeitskonvergenz ist wie folgt implementiert. Eine Verlangsamungsrate Δω wird durch die Größe der Last TL und die Größe des Trägheitsmoments J des Synchronmotors 1 wie im folgenden Ausdruck (6) bestimmt. $$\mathrm{\Delta \omega }=-\text{TL}/\text{J}$$

  
• Beachten Sie, dass die Größe der Last TL ein Wert sein kann, der durch Messung mit einem Messinstrument, wie z.B. eine Drehmomentmessvorrichtung, erhalten wird, oder unter Verwendung des Phasenstroms, der im Synchronmotor 1 fließt, und des Spannungssollwerts, der von der Stromsteuerung 72 ausgegeben wird, geschätzt werden kann. Die Größe des Trägheitsmoments J ist normalerweise ein Wert, der in der Entwurfsphase des Synchronmotors 1 bestimmt wird, kann aber gemessen werden, wenn der Wert des in der Entwurfsphase bestimmten Trägheitsmoments unbekannt ist. Die Größe des Trägheitsmoments J kann mit einer Trägheitsmomentmessvorrichtung gemessen werden oder auf einfache Weise aus der Beschleunigung zum Zeitpunkt der Drehung des Synchronmotors ohne Last gemessen werden. Da das einfache Messverfahren gut bekannt ist, werden die Einzelheiten dazu weggelassen.
• Daher kann ein Schätzwert ωe der Geschwindigkeit des Synchronmotors 1 unmittelbar vor dem Ende der Nullstromsteuerung durch den folgenden Ausdruck (7) berechnet werden, wobei eine geschätzte Geschwindigkeit ω^s des Synchronmotors 1 vor dem Beginn der Nullstromsteuerung, die Nullstromsteuerperiode TNull, die Größe der Last TL und das Trägheitsmoment J des Synchronmotors 1 verwendet werden. $${\mathrm{\omega }}^{\wedge }\text{e}={\mathrm{\omega }}^{\wedge }\text{s}-\left(\text{TL}/\text{J}\right)\times \text{Null}$$

  
• Die Umschaltsteuerung 73 gibt eine anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit ω^e, die durch Ausdruck (7) berechnet wird, an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6. Der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 führt einmal die Verarbeitung durch, die die berechnete geschätzte Geschwindigkeit durch die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit ersetzt. Während der Nullstromsteuerung verlangsamt sich der Synchronmotor 1, ohne dass darin ein Drehmoment erzeugt wird, so dass für die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit ω^e, die niedriger als die geschätzte Geschwindigkeit der Rotationsmaschine ist, an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 gegeben wird, um die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, damit der geschätzte Wert zur tatsächlichen Geschwindigkeit konvergiert.
• Auf diese Weise kann der Schätzfehler des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 verringert werden, wenn der Neustart nach dem Ende der Nullstromsteuerung durchgeführt wird. Dadurch wird die Zeit für die geschätzte Phase und die geschätzte Geschwindigkeit, die vom Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 ausgegeben werden, um sich den wahren Phasen- und Geschwindigkeitswerten des Synchronmotors 1 anzunähern, verkürzt und der Schaltvorgang stabilisiert. Der Ausdruck (7), der für das Schalten der geschätzten Geschwindigkeit verwendet wird, ist sehr einfach und hat eine geringe Rechenlast und kann daher für einen kostengünstigen Mikrocontroller implementiert werden.
• Durch Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen in der oben beschriebenen Reihenfolge kann der Schaltvorgang der Umschalter 21, 22 und 23 durchgeführt werden, ohne dass Strom durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließt, so dass keine Bogenentladung zwischen den Kontakten der Umschalter 21, 22 und 23 erzeugt wird. Wenn mechanische Relais für die Umschalter 21, 22 und 23 verwendet werden, kann daher ein Verschweißen der Kontakte verhindert werden, so dass ein äußerst zuverlässiger Motortreiber implementiert werden kann. Mit anderen Worten, die Steuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform kann eine Fehlerhäufigkeit reduzieren und die Lebensdauer der Vorrichtung verlängern, selbst wenn der Verbindungsschalter 20 preiswerte Komponenten enthält, wodurch die Produktkosten gesenkt werden können.
• Darüber hinaus verursacht die Steuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform bei der Durchführung des Schaltvorgangs der Umschalter 21, 22 und 23 während der Nullstromsteuerperiode T Null keine große Änderung des den Wicklungen des Synchronmotors 1 zugeführten Stroms zum Zeitpunkt des Schaltens des Verdrahtungszustands der Wicklungen. Daher kann der Verdrahtungszustand der Wicklungen geschaltet werden, während die Geräusche und Vibrationen des Synchronmotors 1 unterdrückt werden, und es kann ein qualitativ hochwertiges Produkt bereitgestellt werden.
• Darüber hinaus wird das Schaltsignal am Ende der Nullstromsteuerung an die Geschwindigkeitssteuerung 71, die Stromsteuerung 72 und den Positions-/Geschwindigkkeitsschätzer 6 übertragen, so dass der Synchronmotor 1 stabil wieder gestartet werden kann und die Zuverlässigkeit auch dann verbessert wird, wenn eine lagegeberlose Steuerung des Synchronmotors 1 durchgeführt wird und die auf den Synchronmotor 1 einwirkende Last groß ist.
• Zweite Ausführungsform.
• Die Konfiguration der Steuerung 100 nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie die der Steuerung 100 nach der ersten Ausführungsform. Bei der Steuerung 100 nach der zweiten Ausführungsform stoppt jedoch der Spannungsapplikator 3 den Ausgang zum Zeitpunkt der Nullstromsteuerung. Daher kann die Steuerung 100 nach der zweiten Ausführungsform den im Synchronmotor 1 fließenden Strom in kürzerer Zeit und genauer auf Null bringen als die Steuerung 100 nach der ersten Ausführungsform, die bewirkt, dass der Spannungsapplikator 3 die Spannung ausgibt, deren Betrag und Phase der elektromotorischen Kraft entspricht. Darüber hinaus kann die Steuerung 100 nach der zweiten Ausführungsform den im Synchronmotor 1 fließenden Strom auch dann auf Null bringen, wenn die Geschwindigkeitssteuerung des Synchronmotors 1 größer als die Spannung der Gleichspannungsquelle 4 ist. Daher kann die Steuerung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform den Verdrahtungszustand der Wicklungen in der im Flussdiagramm von 2 veranschaulichten Reihenfolge schalten, selbst wenn der Synchronmotor 1 mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird.
• In der Steuerung 100 nach der zweiten Ausführungsform wird der im Synchronmotor 1 fließende Strom beim Start der Nullstromsteuerung sofort Null, so dass unmittelbar danach der Schaltbefehl zum Schalten der Kontakte der Umschalter 21, 22 und 23 an den Verbindungsschalter 20 übertragen wird. Nach Empfang des Schaltvorgangsbefehls betätigt der Verbindungsschalter 20 die Umschalter 21, 22 und 23 und schaltet den Verdrahtungszustand der Wicklungen.
• Dritte Ausführungsform.
• 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Rotationsmaschinen-Steuerung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen durch die Steuerung gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. 7 unterscheidet sich von der in 2 veranschaulichten Sequenz dadurch, dass Schritt S7 zwischen Schritt S2 und Schritt S3 gesetzt wird. In der Steuerung 100 gemäß der dritten Ausführungsform ist die Nullstrom-Steuerperiode TNull eine Periode vom Beginn der Nullstromsteuerung bis zu dem Zeitpunkt, an dem erkannt wird, dass alle Umschalter 21, 22 und 23 vollständig arbeiten. Es wird detektiert, dass alle Umschalter 21, 22 und 23 vollständig in Betrieb sind, indem der dem Spannungsapplikator 3 gegebene Spannungsbefehl und der Wert der Größe des im Synchronmotor 1 fließenden Phasenstroms, der vom Stromdetektor 5 detektiert wird, verwendet wird.
• Die Steuerung 100 gemäß der dritten Ausführungsform detektiert den vollständigen Betrieb aller Umschalter 21, 22 und 23, indem er eine Änderung des Widerstandswertes zwischen den Phasen oder eine Änderung der Größe der gegenelektromotorischen Kraft des Synchronmotors 1 beobachtet.
• In der Steuerung 100 nach der dritten Ausführungsform bestimmt die Umschaltsteuerung 73 im Schritt S7, ob alle Umschalter 21, 22 und 23 vollständig funktionieren oder nicht. Wenn mindestens einer der Umschalter 21, 22 und 23 den Betrieb nicht abschließt, wird er im Schritt S7 als „Nein“ bestimmt, und die Bestimmung im Schritt S7 wird wiederholt. Wenn der Betrieb aller Umschalter 21, 22 und 23 abgeschlossen ist, wird er in Schritt S7 auf „Ja“ gesetzt, und die Verarbeitung wird mit Schritt S3 fortgesetzt. Das heißt, wenn festgestellt wird, dass alle Umschalter 21, 22 und 23 vollständig in Betrieb sind, sendet die Umschaltsteuerung 73: die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6, so dass der Synchronmotor 1 stabil wieder gestartet werden kann; sendet das Berechnungsschaltsignal an die Geschwindigkeitssteuerung 71, an die Stromsteuerung 72 und an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6; und beendet die Nullstromsteuerung nach Übertragung der anfänglichen Wiederherstellungsgeschwindigkeit und des Berechnungsschaltsignals.
• Durch Ausführen der obigen Operation kann die Nullstromsteuerung über einen angemessenen Zeitraum durchgeführt werden, wobei die Nullstromsteuerungsperiode TNull weder zu lang noch zu kurz ist. Wenn die Nullstrom-Steuerperiode TNull zu lang ist, wird der Synchronmotor 1 stark verzögert und stoppt möglicherweise. Im Gegenteil, wenn die Nullstromsteuerperiode TNull zu kurz ist, fließt der Strom zu den Schaltern 21, 22 und 23, bevor die Schaltvorgänge aller Schalter 21, 22 und 23 abgeschlossen sind, was eine Bogenentladung zwischen den Kontakten der Schalter 21, 22 und 23 verursacht und möglicherweise zu einem Ausfall führt. Daher ist es wichtig, die Nullstromsteuerung für eine angemessene Zeitspanne durchzuführen, um den Verdrahtungszustand der Wicklungen zu schalten, während sich der Synchronmotor 1 im Drehvorgang befindet.
• Vierte Ausführungsform.
• 8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Kältemittelkompressors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ein in 8 veranschaulichter Synchronmotor 1a ist ein Motor, der einer variablen Geschwindigkeitssteuerung durch die Steuerung 100 unterworfen wird, um Kältemittelgas in einem Kompressor 301 zu Hochdruckgas zu komprimieren, und der mit dem Verbindungsschalter 20 verbunden ist, um den Verdrahtungszustand der Wicklungen des Synchronmotors umzuschalten. Die Steuerung 100 ist der Steuerung 100 nach der ersten Ausführungsform ähnlich. Beachten Sie, dass der Kältemittelkompressor 300 anstelle der Steuerung 100, die der ersten Ausführungsform entspricht, auch die Steuerung 100 enthalten kann, die der Steuerung 100 der zweiten oder dritten Ausführungsform entspricht.
• Der in 8 veranschaulichte Kältemittelkompressor 300 enthält die Steuerung 100 der ersten Ausführungsform, und die Steuerung 100 enthält den Spannungsapplikator 3 und eine Stromrichter-Antriebsvorrichtung 200. Die Stromrichter-Antriebsvorrichtung 200 enthält die Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkkeitsschätzers 6.
• Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann der Spannungsapplikator 3 grundsätzlich jede beliebige Schaltungskonfiguration haben, solange er dem Synchronmotor 1a eine beliebige Wechselstromleistung liefern kann. Die vom Stromdetektor 5 detektierte Information wird an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 übertragen.
• Da der Kältemittelkompressor 301 das Kältemittelgas komprimiert, wird der Synchronmotor 1a während der Fahrt stark belastet. Ein Sensor zur Detektion der Magnetpolposition des Synchronmotors 1a ist nicht montiert, da Bedenken hinsichtlich einer Verringerung der Zuverlässigkeit und einer Erhöhung der Kosten bestehen, da der Sensor einer hohen Temperatur und einem hohen Druck des Kompressors 301 ausgesetzt ist. Der Synchronmotor 1a bremst also schnell ab, während der Strom im Synchronmotor 1a nicht fließt, um den Verdrahtungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1a zu ändern. Bei der adaptiven Flussbeobachtung oder dem Arkustangensverfahren, das ein typisches Verfahren zur Schätzung der Magnetpolposition ist, ist das geschätzte Ansprechverhalten langsamer als die Verzögerungsrate, so dass die Schätzung möglicherweise nicht korrekt durchgeführt werden kann.
• Wenn die in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform beschriebene Sequenz zum Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen für die in 8 veranschaulichte Steuerung 100 des Kältemittelkompressors 300 verwendet wird, kann der Wert der geschätzten Geschwindigkeitssteuerung in kurzer Zeit in den Wert der tatsächlichen Geschwindigkeit des Synchronmotors 1a konvergiert werden, selbst in einem Zustand, in dem eine große Last angelegt ist, wodurch ein stabiler Wiederanlauf durchgeführt werden kann. Darüber hinaus ist ein arithmetischer Ausdruck, der zur schnellen Konvergenz der geschätzten Geschwindigkeit verwendet wird, sehr einfach und hat eine geringe Rechenlast und kann daher für einen kostengünstigen Mikrocontroller implementiert werden.
• Darüber hinaus kann der Schaltvorgang der Umschalter 21, 22 und 23 durchgeführt werden, ohne dass Strom durch die Umschalter 21, 22 und 23 fließt, so dass keine Bogenentladung zwischen den Kontakten der Umschalter 21, 22 und 23 erzeugt wird. Wenn mechanische Relais für die Umschalter 21, 22 und 23 verwendet werden, kann daher ein Verschweißen der Kontakte verhindert werden, so dass ein äußerst zuverlässiger Motortreiber implementiert werden kann. Mit anderen Worten, die Steuerung 100 gemäß der ersten Ausführungsform kann eine Fehlerhäufigkeit reduzieren und die Lebensdauer der Vorrichtung verlängern, selbst wenn der Verbindungsschalter 20 preiswerte Komponenten enthält, wodurch die Produktkosten gesenkt werden können.
• Darüber hinaus kann der Kältemittelkompressor 300 der vierten Ausführungsform durch Neuschreiben der Software eines vorhandenen Kältemittelkompressors implementiert werden, der den Motor beim Schalten der Wicklungen des Motors vorübergehend stoppt. Daher kann der Kältemittelkompressor 300, der den Verdrahtungszustand der Wicklungen während des Drehvorgangs schaltet und den Betrieb fortsetzt, erhalten werden, während ein Kostenanstieg verhindert oder reduziert wird.
• Fünfte Ausführungsform.
• 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimavorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Eine Klimavorrichtung 500 umfasst ein Kältekreislaufsystem 400. Das Kältekreislaufsystem 400 nach der fünften Ausführungsform umfasst den Kältemittelkompressor 300, einen Verflüssiger 401, ein Expansionsventil 402 und einen Verdampfer 403. Der Kompressor 301 und der Verflüssiger 401 sind durch Rohrleitungen verbunden. In ähnlicher Weise sind der Verflüssiger 401 und das Expansionsventil 402 durch Rohrleitungen, das Expansionsventil 402 und der Verdampfer 403 durch Rohrleitungen und der Verdampfer 403 und der Kompressor 301 durch Rohrleitungen miteinander verbunden. Dementsprechend bilden der Kältemittelkompressor 301, der Verflüssiger 401, das Expansionsventil 402 und der Verdampfer 403 einen Kältemittelkreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Beachten Sie, dass, obwohl in 9 nicht veranschaulicht, die Steuerung 100 den Stromdetektor 5, den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer 6 und die in 1 dargestellte Steuerschaltung 70 enthält.
• Das Kältekreislaufsystem 400 führt wiederholt Schritte der Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion des Kältemittels aus. Das Kältemittel wechselt von Flüssigkeit zu Gas und weiter von Gas zu Flüssigkeit, wobei ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft stattfindet. Daher kann die Klimavorrichtung 500 durch die Kombination des Kältekreislaufsystems 400 und eines Gebläses 501 zur Umwälzung der Außenluft gebildet werden.
• Der Verdampfer 403 übt eine Kühlwirkung aus, indem er die Kältemittelflüssigkeit im Niederdruckzustand verdampft und der Luft um den Verdampfer 403 Wärme entzieht. Um das Kältemittel zu kondensieren, komprimiert der Kältemittelkompressor 301 das vom Verdampfer 403 vergaste Kältemittelgas und wandelt es in Hochdruckgas um. Der Verflüssiger 401 kondensiert das Hochdruck-Kältemittelgas, indem er die Wärme des Kältemittelgases, dessen Temperatur im Kältemittelkompressor 301 erhöht wird, abgibt und in die Kältemittelflüssigkeit umwandelt. Das Expansionsventil 402 bewirkt eine drosselnde Expansion der Kältemittelflüssigkeit und wandelt die Kältemittelflüssigkeit in Niederdruckflüssigkeit um, so dass das Kältemittel durch den Verdampfer 403 verdampft werden kann.
• Darüber hinaus ist die Klimavorrichtung 500 nicht nur für den Komfort, sondern auch für eine hohe Effizienz erforderlich, da die Energiesparvorschriften von Jahr zu Jahr verschärft werden. Es ist daher wichtig, dass das Kältekreislaufsystem 400 den Synchronmotor 1a mit hoher Effizienz in einem breiten Geschwindigkeitsbereich von niedriger bis hoher Geschwindigkeit betreibt, und daher kann das Schalten des Verdrahtungszustands der Wicklungen des Synchronmotors 1a auf der Grundlage der Geschwindigkeit den Verlust des Spannungsapplikators 3 reduzieren und ist signifikant.
• Wenn z.B. ein großer Unterschied zwischen der Raumtemperatur und einer Solltemperatur besteht, wird der Synchronmotor 1a auf die Δ Verbindung eingestellt und führt einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb durch, bis die Raumtemperatur nahe an die Solltemperatur heranreicht. Sobald die Raumtemperatur sich der Solltemperatur annähert, wird der Synchronmotor 1a auf die Y Verbindung geschaltet und führt einen Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit aus. Wenn jedoch der Synchronmotor 1a wie in der fünften Ausführungsform den Kältemittelkompressor 301 des Kältekreislaufsystems 400 antreibt, erhöht ein vorübergehender Stillstand des Drehvorgangs des Synchronmotors 1a zum Schalten der Wicklungen das für den Wiederanlauf erforderliche Drehmoment und führt möglicherweise zu einem Fehlstart. Es ist daher notwendig, den Wiederanlauf nach einigen Minuten durchzuführen, bis sich der Zustand des Kältemittels ausreichend stabilisiert hat. Dies macht es jedoch unmöglich, das Kältemittel für einige Minuten zu komprimieren, für die der Kältemittelkompressor 301 angehalten wird, so dass die Raumtemperatur aufgrund einer Verringerung der Kühl- oder Heizleistung nicht konstant gehalten werden kann. Daher ist es wünschenswert, die Wicklungen während des Drehvorgangs zu schalten.
• Das Kältekreislaufsystem 400 nach der fünften Ausführungsform verwendet die in der ersten bis vierten Ausführungsform beschriebene Steuerung 100 und kann somit die Umschaltung im laufenden Betrieb durchführen, ohne dass der Schaltvorgang des Verdrahtungszustandes der Wicklungen auch bei großer Last instabil wird. Dadurch kann ein hocheffizienter Betrieb in einem weiten Geschwindigkeitsbereich bei gleichbleibendem Komfort durchgeführt werden. Darüber hinaus ist ein arithmetischer Ausdruck, der zur schnellen Konvergenz der geschätzten Geschwindigkeit nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sehr einfach und hat eine geringe Rechenlast und kann daher für einen kostengünstigen Mikrocontroller implementiert werden. Auch bei den Schaltern 21, 22 und 23, die den Verdrahtungszustand der Wicklungen des Synchronmotors 1a schalten, kann das Verschweißen der Kontakte selbst bei Verwendung preiswerter mechanischer Relais verhindert werden, so dass die Gesamtproduktkosten gesenkt werden können.
• Es ist zu beachten, dass die Steuerung 100 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform die Rotationsmaschine auch ohne Positionssensor und mit großer Last stabil antreiben kann und daher für alle Arten von Vorrichtungen außer dem Kältemittelkompressor 300 und dem Kältekreislaufsystem 400 eingesetzt werden kann und für die Entwicklung der Industrie wertvoll ist.
• Die Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 der Steuerung 100 entsprechend der obigen ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform werden durch Verarbeitungsschaltung implementiert. Bei der Verarbeitungsschaltung kann es sich um dedizierte Hardware oder um eine Verarbeitungsvorrichtung handeln, die ein in einer Speichervorrichtung gespeichertes Programm ausführt.
• Wenn es sich bei der Verarbeitungsschaltung um die dedizierte Hardware handelt, entspricht die Verarbeitungsschaltung einer einzelnen Schaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einem programmierten Prozessor, einem programmierten Parallelprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einem feldprogrammierbaren Gate-Array oder einer Kombination davon. 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, in der die Funktionen der Steuerschaltung und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers der Steuerung gemäß der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform durch Hardware implementiert sind. Die Verarbeitungsschaltung 29 enthält eine Logikschaltung 29a, die die Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 implementiert.
• Wenn die Verarbeitungsschaltung 29 eine Verarbeitungsvorrichtung ist, werden die Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware implementiert.
• 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, in der die Funktionen der Steuerschaltung und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers der Steuerung gemäß der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform durch Software implementiert sind. Die Verarbeitungsschaltung 29 enthält einen Prozessor 291, der ein Programm 29b ausführt, einen Direktzugriffsspeicher 292, der vom Prozessor 291 als Arbeitsbereich verwendet wird, und eine Speichervorrichtung 293, die das Programm 29b speichert. Die Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 werden durch den Prozessor 291 implementiert, der das in der Speichervorrichtung 293 gespeicherte Programm 29b im Direktzugriffsspeicher 292 erweitert und das Programm ausführt. Die Software oder Firmware wird in einer Programmsprache beschrieben und in der Speichervorrichtung 293 gespeichert. Der Prozessor 291 enthält eine Zentraleinheit, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Speichervorrichtung 293 kann einen Halbleiterspeicher wie einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Flash-Speicher, einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) oder einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM (eingetragenes Warenzeichen)) verwenden. Der Halbleiterspeicher kann ein nichtflüchtiger Speicher oder ein flüchtiger Speicher sein. Neben dem Halbleiterspeicher kann die Speichervorrichtung 293 eine Magnetplatte, eine flexible Platte, eine optische Platte, eine Compact Disc, eine Minidisc oder eine Digital Versatile Disc (DVD) verwenden. Beachten Sie, dass der Prozessor 291 Daten wie z.B. ein Berechnungsergebnis an die/die Speichervorrichtung 293 ausgeben oder speichern kann oder die Daten über den Direktzugriffsspeicher 292 in einer Hilfsspeichervorrichtung (nicht abgebildet) speichern kann.
• Die Verarbeitungsschaltung 29 implementiert die Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 durch Lesen und Ausführen des in der Speichervorrichtung 293 gespeicherten Programms 29b. Man kann auch sagen, dass das Programm 29b einen Rechner veranlasst, den Vorgang und das Verfahren zur Implementierung der Funktionen der Steuerschaltung 70 und des Positions-/Geschwindigkeitsschätzers 6 auszuführen.
• Beachten Sie, dass die Verarbeitungsschaltung 29 teilweise durch dedizierte Hardware und teilweise durch Software oder Firmware implementiert werden kann.
• Die Verarbeitungsschaltung 29 kann also die oben genannten Funktionen durch Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon implementieren.
• Die in den obigen Ausführungsformen veranschaulichte Konfiguration stellt lediglich ein Beispiel für den Inhalt der vorliegenden Erfindung dar und kann daher mit einer anderen bekannten Technik kombiniert oder teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1, 1a

Synchronmotor;

3

Spannungsapplikator;

4

Gleichspannungsquelle;

5

Stromdetektor;

6

Positions/Geschwindigkeitsschätzer;

20

Verbindungsschalter;

21, 22,23

Umschalter;

29

Verarbeitungsschaltung;

29a

Logikschaltung;

29b

Programm;

70

Steuerschaltung;

71

Geschwindigkeitssteuerung;

72

Stromsteuerung;

73

Umschaltsteuerung;

100

Steuerung;

200

Stromrichter-Antriebsvorrichtung;

291

Prozessor;

292

Direktzugriffsspeicher;

293

Speichervorrichtung;

300

Kältemittelkompressor;

301

Kompressor;

400

Kältekreislaufsystem;

401

Verflüssiger;

402

Expansionsventil;

403

Verdampfer;

500

Klimavorrichtung;

501

Gebläse.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2008148490 [0003]

Claims (13)

1. Rotationsmaschinen-Steuerung umfassend: einen Verbindungsschalter mit einem Umschalter zum Schalten eines Verbindungszustands einer Wicklung einer Rotationsmaschine durch Ausführen eines Schaltvorgangs des Umschalters während eines Drehvorgangs der Rotationsmaschine; einen Stromdetektor zum Detektieren eines in der Rotationsmaschine fließenden Stroms der Rotationsmaschine; einen Positions-/Geschwindigkeitsschätzer zum Schätzen einer Magnetpolposition und Geschwindigkeit eines Rotors der Rotationsmaschine auf der Grundlage des Stroms der Rotationsmaschine; einen Spannungsapplikator zum Anlegen einer Spannung an die Rotationsmaschine; und eine Steuerschaltung zum Erzeugen eines Spannungsbefehls, der dem Spannungsapplikator auf der Grundlage der Magnetpolposition und der durch den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer geschätzten Geschwindigkeit gegeben wird, und zum Ausgeben eines Schaltvorgangsbefehls zum Schalten des Verbindungszustands an den Verbindungsschalter, wobei die Steuerschaltung den Spannungsbefehl erzeugt, um den Strom der Rotationsmaschine nahe Null zu bringen, bevor der Verbindungszustand der Wicklung der Rotationsmaschine geschaltet wird, und nach dem Schalten des Verbindungszustands der Wicklung der Rotationsmaschine eine anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer ausgibt, die auf der Grundlage der geschätzten Geschwindigkeit der Rotationsmaschine vor dem Schalten bestimmt wird, und der Positions-/Geschwindigkeitsschätzer die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit empfängt und die geschätzte Geschwindigkeit durch die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit ersetzt.
2. Rotationsmaschinen-Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit berechnet, die an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer auf der Grundlage der Beschleunigung ausgegeben wird, wenn der Strom der Rotationsmaschine nahe Null gebracht wird.
3. Rotationsmaschinen-Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung nach dem Schalten des Verbindungszustands der Wicklung der Rotationsmaschine ein Berechnungsschaltsignal zum Ändern einer Konstanten, einer Phase und der Anzahl der zur Schätzung verwendeten Flussverknüpfungen der Rotationsmaschine auf der Grundlage des Verbindungszustands der Wicklung der Rotationsmaschine nach dem Schalten an den Positions-/Geschwindigkeitsschätzer ausgibt, und die anfängliche Wiederherstellungsgeschwindigkeit niedriger ist als die geschätzte Geschwindigkeit der Rotationsmaschine.
4. Rotationsmaschinen-Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schalten des Verbindungszustands das Schalten zwischen einem Y Verbindungszustand und einem Δ Verbindungszustand ist.
5. Rotationsmaschinen-Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung einen Spannungsbefehlsgenerator enthält, um den Spannungsbefehl so zu erzeugen, dass der Strom der Rotationsmaschine einem Strombefehl entspricht, der ein Zielwert des Stroms der Rotationsmaschine ist, und nach dem Schalten des Verbindungszustands der Wicklung der Rotationsmaschine eine Steuerverstärkung des Spannungsbefehlsgenerators so verändert wird, dass der Strom der Rotationsmaschine dem Strombefehl folgt.
6. Rotationsmaschinen-Steuerung nach Anspruch 5, wobei der Spannungsbefehlsgenerator eine Geschwindigkeitssteuerung zur Erzeugung des Strombefehls und eine Stromsteuerung zur Erzeugung des Spannungsbefehls auf der Grundlage des Strombefehls enthält.
7. Rotationsmaschinen-Steuerung nach Anspruch 5, wobei der Spannungsbefehlsgenerator eine Stromsteuerung enthält, um den Spannungsbefehl auf der Grundlage des von außen gegebenen Strombefehls zu erzeugen.
8. Rotationsmaschinen-Steuerung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Schalten des Verbindungszustands ein Schalten zwischen einem Y Verbindungszustand und einem Δ Verbindungszustand ist.
9. Rotationsmaschinen-Steuerung nach Anspruch 8, wobei der Spannungsbefehlsgenerator den Spannungsbefehl durch Proportional-Integral-Steuerung erzeugt und einen Anfangswert der Integral-Steuerung des Spannungsbefehlsgenerators mit √3 oder 1/√3 multipliziert, wenn der Verbindungszustand der Wicklung der Rotationsmaschine von einem Verbindungszustand in einen anderen Verbindungszustand geschaltet wird.
10. Rotationsmaschinen-Steuerung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der Spannungsbefehlsgenerator eine Phase des Spannungsbefehls im Bereich von 0° bis 120° ändert, wenn der Verbindungszustand der Wicklung der Rotationsmaschine von einem Verbindungszustand in einen anderen Verbindungszustand geschaltet wird.
11. Kältemittelkompressor, der einen Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels durch Rotation der Rotationsmaschine und die Rotationsmaschinen-Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
12. Kältekreislaufsystem, das den Kältemittelkompressor nach Anspruch 11 aufweist.
13. Klimavorrichtung, die das Kältekreislaufsystem nach Anspruch 12 aufweist.

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