JP2009147993A - インバータ制御装置並びに電動機駆動装置並びに空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】切替手段13は、圧縮機の回転数よりも低い周波数成分で脈動する圧縮機入力電流を抑制し、圧縮機を安定駆動するための電流脈動抑制手段12の出力を、インバータ周波数が第1の閾値よりも大きいという条件、圧縮機入力力率が第2の閾値よりも大きいという条件、変調率が第3の閾値よりも大きいという条件を組み合わせた場合にのみ有効とする。
【選択図】図2
Description
図1はこの発明の実施の形態1における空気調和装置の圧縮機内の電動機を駆動する電動機駆動装置の構成図であり、図2はこの発明の実施の形態1における空気調和装置のインバータを制御するインバータ制御部のブロック図である。
図1において、電動機駆動装置は、交流電源1と、交流電源1からの交流を直流電力に変換する整流器2と、整流器2の出力に接続されたリアクタ3と、整流器2の出力を平滑化するための平滑コンデンサ4と、平滑コンデンサ4の直流電圧を検出する電圧検出器5と、平滑コンデンサ4によって平滑された直流電源を交流電源に変換するインバータ6と、インバータ6から出力される交流電流を検出する交流電流検出器7a/7bと、インバータ6の出力側に接続される圧縮機に設けられた電動機8とから構成される。なお、ここでは、電動機8は空気調和装置を構成する圧縮機用であるが、これに限らず、他の用途に利用しても良い。
このように構成された圧縮機駆動装置においては、交流電源1から供給された交流電力は、整流器2により直流電力に変換され、リアクトル3を介して、平滑コンデンサ4に充電される。また、電圧検出器5は平滑コンデンサ4の直流電圧を検出する。平滑コンデンサ4に蓄えられた直流電力は、インバータ6により可変周波数可変電圧の交流電力に変換され、圧縮機に設けられた電動機8に印加される。
図2に示す制御ブロック図において、電動機8に流れる電流を電流検出器7a及び7bにより検出し、圧縮機電流9として座標変換手段10に入力する。座標変換手段10は電動機電流9を2相から3相へ変換した後、速度指令値の積分により演算される回転角度を用いて静止座標系から回転座標系に変換する。回転座標系に変換された電流値(d軸電流Id、q軸電流Iq)は、安定動作補償手段11及び電流脈動抑制手段12、出力電圧演算手段19に入力される。安定動作補償手段11は、座標変換された電動機電流(d軸電流Id、q軸電流Iq)を基に安定動作補償量(例えばIqの逆相の成分)を演算し、速度制御手段17に入力させる。同様に電流脈動抑制手段12は、d軸電流Id、q軸電流Iqに含まれる電流脈動抑制量を演算し、この電流脈動量を抑制するような補償量を生成して切替手段13に入力させる。切替手段13は、外部から設定されたインバータ周波数指令値16を予め設定された閾値と比較して後述する所定の条件を満足した場合に電流脈動抑制手段からの補償値を速度制御手段17に入力するように制御する。また、上記比較の結果、上記所定の条件を満足しない場合には補償値をゼロとすることで速度制御手段17への入力制御を無効にできる。速度制御手段17は、安定動作補償手段11の出力と、切替手段13の出力をインバータ周波数指令値16に加算することで速度制御値を演算し、出力電圧演算手段19及び積分手段20に入力する。座標変換手段21は、出力電圧演算手段19からの出力値を、回転角度を用いて回転座標系から静止座標系に変換し、インバータ駆動素子を制御するインバータ指令として出力する。
切替手段13は、インバータ周波数(圧縮機の運転周波数)と閾値fAを比較して以下の条件式により電流脈動抑制手段の出力を有効にするか無効にするかの制御(補償値)を切り替える。
実施の形態1では、インバータ周波数(圧縮機の運転周波数)に基づいて電流脈動抑制手段の出力を有効にするか無効にするかを制御したが、電動機の入力力率に基づいて制御してもよい。この実施の形態では、このような態様について説明する。
図において、入力力率演算手段15が追加されている以外は図2と同じである。
次に実施の形態2の動作を図1および図3を用いて説明する。説明の冗長を避けるために、実施の形態1と異なる部分について説明する。
切替手段13は、圧縮機の入力力率と閾値cosθrを用いて以下の条件式により電流脈動抑制手段の出力を有効にするか無効にするかの制御(補償値)を切り替える。
なお、入力力率演算手段15は入力力率を、座標変換手段10から出力される電流と出力電圧演算手段19から出力される電圧指令値の位相角θを用いて公知の方法で演算する。
実施の形態1では、インバータ周波数(圧縮機の運転周波数)に基づいて電流脈動抑制手段の出力を有効にするか無効にするかを制御したが、変調率に基づいて制御してもよい。この実施の形態では、このような態様について説明する。
図において、変調率演算手段14が追加されている以外は図2と同じである。
次に実施の形態3の動作を図1および図4を用いて説明する。説明の冗長を避けるために、実施の形態1と異なる部分について説明する。
変調率は母線電圧検出手段5の検出値と出力電圧演算手段19から出力される電圧指令値を用いて以下の式により演算する。
また、実施の形態1〜3で用いた各閾値は、任意に設定可能であり、空気調和装置が設置される環境に応じて適当に設定される。
以上のように、脈動抑制制御の切替をインバータ周波数、圧縮機入力力率、変調率に対して所定の条件が成立した場合にのみ有効とすることで、運転範囲全域で圧縮機の安定駆動を実現することができる。また、圧縮機にロックや欠相といった異常が発生した場合においても電流脈動を増幅させることなく、安定に停止できることができる。
実施の形態1〜3では、電流脈動抑制手段の出力を切替手段を介して、そのまま速度制御手段に入力していた。従って、切替手段の出力はステップ応答となるため、脈動抑制制御切替え時に速度制御手段の出力が急変する。切替手段の出力に時定数乗数手段を設けることによりスムーズな切り替えが可能である。この実施の形態2ではこのような態様について説明する。
図5は、この発明の実施の形態4におけるインバータ制御装置の要部構成を示す。
実施の形態1からの変更点は、切替手段13と速度制御手段17との間に時定数乗数手段23を設けたことである。時定数手段23により切替手段13から出力される補償値を予め設定した時定数で緩やかに変化させる。
以上のように制御することで脈動抑制制御切替え時の急峻な速度変動を抑えることができ圧縮機の安定動作を確保することができる。
Claims (10)
- 交流電源の交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、更にこの直流電力をインバータによって交流電力に変換して電動機を駆動する際の前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流を静止座標系から回転座標系に変換する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力に基づいて前記電動機を安定に駆動するための第1の補償量を生成する安定動作補償手段と、
前記インバータを駆動するインバータ周波数と前記交流電源の電源周波数との干渉で発生する第1の電流脈動または前記インバータを駆動するインバータ周波数と前記インバータのキャリア周波数との干渉で発生する第2の電流脈動を抑制するための第2の補償量を生成する電流脈動抑制手段と、
この電流脈動抑制手段の出力を有効にしたり無効にしたりする切替手段と、
この切替手段の出力と前記安定動作補償手段からの出力とを外部からのインバータ周波数指令値に加算して前記インバータ周波数を生成することで前記電動機を速度制御する速度制御手段と、を備え、
前記切替手段は、前記インバータ周波数が所定の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とすることを特徴とするインバータ制御装置。 - 前記インバータの出力電圧の位相と前記電流検出手段で検出した出力電流の位相から前記電動機の入力力率を演算する入力力率演算手段を備え、
前記切替手段に代えて、
前記インバータ周波数が第1の閾値よりも大きく且つ前記入力力率演算手段で求めた入力力率が第2の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とする切替手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。 - 前記コンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段の出力と前記インバータの出力電圧指令値から変調率を演算する変調率演算手段と、を備え、
前記切替手段に代えて、
前記インバータ周波数が第1の閾値よりも大きく且つ前記変調率演算手段で求めた変調率が第2の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とする切替手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。 - 前記コンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段の出力と前記インバータの出力電圧指令値から変調率を演算する変調率演算手段と、
前記電圧検出手段で検出したコンバータの出力電圧と前記インバータの出力電圧指令値から変調率を演算する変調率演算手段と、を備え、
前記切替手段に代えて、
前記インバータ周波数が第1の閾値よりも大きく且つ前記入力力率演算手段で求めた入力力率が第2の閾値よりも大きく且つ前記変調率演算手段で求めた変調率が第3の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とする切替手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のインバータ制御装置。 - 交流電源の交流電力をコンバータによって直流電力に変換し、更にこの直流電力をインバータによって交流電力に変換して電動機を駆動する際の前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流を静止座標系から回転座標系に変換する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力に基づいて前記電動機を安定に駆動するための第1の補償量を生成する安定動作補償手段と、
前記インバータを駆動するインバータ周波数と前記交流電源の電源周波数との干渉で発生する第1の電流脈動または前記インバータを駆動するインバータ周波数と前記インバータのキャリア周波数との干渉で発生する第2の電流脈動を抑制するための第2の補償量を生成する電流脈動抑制手段と、
前記インバータの出力電圧の位相と前記電流検出手段で検出した出力電流の位相から前記電動機の入力力率を演算する入力力率演算手段と、
前記電流脈動抑制手段の出力を有効にしたり無効にしたりする切替手段と、
この切替手段の出力と前記安定動作補償手段からの出力とを外部からのインバータ周波数指令値に加算して前記インバータ周波数を生成することで前記電動機を速度制御する速度制御手段と、を備え、
前記切替手段は、前記入力力率演算手段で求めた入力力率が所定の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とすることを特徴とするインバータ制御装置。 - 前記コンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段の出力と前記インバータの出力電圧指令値から変調率を演算する変調率演算手段と、を備え、
前記切替手段に代えて、
前記入力力率演算手段で求めた入力力率が第1の閾値よりも大きく且つ前記変調率演算手段で求めた変調率が第2の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とする切替手段を備えたことを特徴とする請求項5記載のインバータ制御装置。 - 交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記コンバータの出力を交流電力に変換して電動機を駆動するインバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段によって検出された電流を静止座標系から回転座標系に変換する座標変換手段と、
この座標変換手段の出力に基づいて前記電動機を安定に駆動するための第1の補償量を生成する安定動作補償手段と、
前記インバータを駆動するインバータ周波数と前記交流電源の電源周波数との干渉で発生する第1の電流脈動または前記インバータを駆動するインバータ周波数と前記インバータのキャリア周波数との干渉で発生する第2の電流脈動を抑制するための第2の補償量を生成する電流脈動抑制手段と、
前記電圧検出手段で検出したコンバータの出力電圧と前記インバータの出力電圧指令値から変調率を演算する変調率演算手段と、
前記電流脈動抑制手段の出力を有効にしたり無効にしたりする切替手段と、
この切替手段の出力と前記安定動作補償手段からの出力とを外部からのインバータ周波数指令値に加算して前記インバータ周波数を生成することで前記電動機を速度制御する速度制御手段と、を備え、
前記切替手段は、前記変調率演算手段で求めた変調率が所定の閾値よりも大きい場合に前記電流脈動抑制手段の出力を有効とすることを特徴とするインバータ制御装置。 - 前記切替手段が前記電流脈動抑制手段の出力を有効にしたときに、この出力に対して所定の時定数を持たせて補償量を変化させる時定数乗算手段を備え、
前記速度制御手段は、前記切替手段の出力に代えて、前記時定数乗算手段の出力に基づいて前記インバータ周波数を生成することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のインバータ制御装置。 - 交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力を交流電力に変換して電動機を駆動するインバータと、
請求項1〜8のいずれかに記載のインバータ制御装置と、を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。 - 前記インバータによって駆動される電動機と、
この電動機を備えた圧縮機と、
請求項9記載の電動機駆動装置と、を備えたことを特徴とする空気調和装置。
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