JP2016001062A - Inverter control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気調和機等に用いられる圧縮機のモータを任意の回転数で駆動するインバータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter control device that drives a motor of a compressor used in an air conditioner or the like at an arbitrary rotational speed.
従来、空気調和機に使用される圧縮機モータの制御装置として、冷媒寝込み時に圧縮機の圧縮動作時の運転周波数範囲より高い高周波交流電圧をモータに出力することで、モータに発生する銅損と鉄損により圧縮機内の冷媒を加熱するものがある（例えば特許文献１を参照）。 Conventionally, as a control device for a compressor motor used in an air conditioner, a high frequency AC voltage higher than the operating frequency range at the time of compressor compression operation is output to the motor at the time of refrigerant stagnation. There is one that heats the refrigerant in the compressor by iron loss (see, for example, Patent Document 1).
特許文献１に開示された技術によれば、圧縮機の運転停止中に冷媒寝込み検出手段により寝込み状態であることを検出した場合、圧縮動作時の運転周波数（〜１ｋＨｚ）より高い周波数の高周波電圧をモータに出力することで、回転トルクや振動が発生すること無く、高周波電圧の印加によるモータの鉄損と、モータ巻線に流れる電流によって発生する銅損を利用することで、効率良くモータを加熱することが可能となる。モータの加熱により圧縮機内に滞留する液冷媒が加熱されて気化し、圧縮機の外部へと漏出する。寝込み検出手段はこの冷媒漏出が所定量あるいは所定時間行われたことを判断して寝込み状態から正常状態への復帰を判別し、モータの加熱を終了する。 According to the technique disclosed in Patent Document 1, when it is detected that the refrigerant is in a stagnation state by the refrigerant stagnation detection means while the compressor is stopped, a high-frequency voltage having a frequency higher than the operation frequency (up to 1 kHz) during the compression operation. Is output to the motor without causing rotational torque or vibration, and by using the iron loss of the motor due to the application of the high frequency voltage and the copper loss generated by the current flowing in the motor winding, the motor can be efficiently operated. It becomes possible to heat. The liquid refrigerant staying in the compressor is heated and vaporized by the heating of the motor, and leaks to the outside of the compressor. The stagnation detecting means determines that the refrigerant leakage has been performed for a predetermined amount or for a predetermined time, determines the return from the stagnation state to the normal state, and ends the heating of the motor.
さらに、高周波電圧の周波数は１４ｋＨｚ以上とすればモータの鉄心の振動音がほぼ可聴範囲外となるため、騒音の低減にも効果がある。また、圧縮機が磁石埋め込み型モータの場合、高周波磁束が鎖交する回転子表面も発熱部となるため、冷媒接触面増加や圧縮機への速やかな加熱が実現されるため効率の良い冷媒の加熱が可能となる。 Furthermore, if the frequency of the high-frequency voltage is 14 kHz or more, the vibration sound of the motor iron core is almost outside the audible range, which is effective in reducing noise. In addition, when the compressor is a magnet-embedded motor, the surface of the rotor where the high-frequency magnetic flux interlinks also becomes a heat generating part, so that an increase in the refrigerant contact surface and rapid heating of the compressor are realized, so that an efficient refrigerant Heating is possible.
しかしながら、前記従来の構成の制御装置では、予熱運転のための一方法であり、圧縮機モータの運転停止時（回転トルクを発生させない）しか考慮されておらず、除霜運転等の圧縮機モータの回転駆動中には適用することができないという課題を有していた。 However, the control device having the above-described conventional configuration is a method for preheating operation, and only takes into account when the compressor motor is stopped (not generating rotational torque). However, it has a problem that it cannot be applied during the rotation driving.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機モータの回転駆動中に圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させることで、モータ発熱効果を高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができるインバータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and superimposes a high frequency voltage higher than the operating frequency during the compression operation during the rotation of the compressor motor, thereby enhancing the heat generation effect of the motor and the refrigerant temperature inside the compressor. Another object of the present invention is to provide an inverter control device that can quickly raise the temperature of the lubricating oil.
前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、モータの出力トルクが所要のトルクとなるようにモータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、除霜運転モード時に、圧縮機の圧縮動作に必要なモータの駆動電圧に、圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させるものである。 In order to solve the above conventional problems, an inverter control device according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a motor that drives the compressor, and an inverter that converts DC power into AC power and supplies the motor with power. And a current detection means for detecting a current value for driving the motor, and an inverter control device for controlling the current value for driving the motor so that the output torque of the motor becomes a required torque. A high frequency voltage higher than the operating frequency during the compression operation is superimposed on the motor drive voltage required for the compression operation of the machine.
これによって、圧縮機モータの回転駆動に要するモータの電流値に、高周波電圧の印加による高周波電流が重畳されるため、モータ電流のリプル（高周波成分の変動値）が大となることでモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。 As a result, the high-frequency current generated by the application of the high-frequency voltage is superimposed on the motor current value required for rotational driving of the compressor motor, so that the motor current ripple (variation value of the high-frequency component) becomes large and the motor generates heat. The amount can be increased, and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be quickly raised. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.
本発明のインバータ制御装置は、圧縮機モータの回転駆動中に圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させることで、モータ発熱効果を高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることができる。 The inverter control apparatus of the present invention superimposes a high frequency voltage higher than the operating frequency during the compression operation during the rotation of the compressor motor, thereby enhancing the heat generation effect of the motor and quickly increasing the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor. Can be raised.
第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと、直流電力を交流電力に変換し、モータへ電力を供給するインバータと、モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段を含み、モータの出力トルクが所要のトルクとなるように前記モータを駆動する電流値を制御するインバータ制御装置において、除霜運転モード時に、圧縮機の圧縮動作に必要なモータの駆動電圧に、圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させるものであり、圧縮機モータの回転駆動に要する電流値に、高周波電圧の印加による高周波電流が重畳されるため、モータ電流のリプル（高周波成分の変動値）が大となることでモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。 1st invention is the compressor which compresses a refrigerant | coolant, the motor which drives a compressor, the inverter which converts direct-current power into alternating current power, and supplies electric power to a motor, and the electric current which detects the electric current value which drives a motor In the inverter control device that includes a detection unit and controls the current value for driving the motor so that the output torque of the motor becomes a required torque, the motor drive voltage required for the compressor compression operation in the defrosting operation mode A high-frequency voltage higher than the operating frequency during the compression operation is superimposed on the motor. Since the high-frequency current due to the application of the high-frequency voltage is superimposed on the current value required for rotational driving of the compressor motor, the motor current ripple (high-frequency As the component fluctuation value increases, the amount of heat generated by the motor can be increased, and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.
第２の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、モータの電流位相を調整する電流位相調整手段をさらに備え、除霜運転モード時に、電流位相調整手段は、モータの電流位相を出力トルクが最大となる位相から出力トルクが正の範囲内で進み方向に位相を調整するものであり、圧縮機モータの電流位相を最適ポイントからずらす運転をしつつ、高周波電圧の印加による高周波電流を重畳させることで、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。 According to a second aspect of the invention, particularly in the inverter control device of the first aspect of the invention, the inverter control device further comprises a current phase adjusting means for adjusting the current phase of the motor, and the current phase adjusting means outputs the current phase of the motor in the defrosting operation mode. The phase is adjusted in the forward direction within the positive range of the output torque from the phase where the torque is maximum, and the operation is performed by shifting the current phase of the compressor motor from the optimum point. By superimposing, the motor heat generation effect can be maximized and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased more rapidly.
第３の発明は、特に第１または第２の発明のインバータ制御装置において、高周波電圧の周波数の上限値は、圧縮機の圧縮動作時の運転周波数の２４倍以下、またはインバータのキャリア周波数の２分の１以下のうち大きいほうの周波数とし、モータを駆動する電流のリプルが最大となるように、上限値の範囲内で高周波電圧の周波数を設定するものであり、圧縮機モータの回転駆動を維持することが可能な高周波電圧の周波数で、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。 According to a third aspect of the invention, in the inverter control device of the first or second aspect of the invention, the upper limit value of the frequency of the high frequency voltage is 24 times or less the operating frequency during the compression operation of the compressor, or 2 of the carrier frequency of the inverter. The frequency of the high frequency voltage is set within the upper limit value so that the ripple of the current that drives the motor is maximized, and the frequency of the motor that drives the motor is rotated. With the frequency of the high-frequency voltage that can be maintained, the motor heat generation effect can be maximized to increase the refrigerant temperature and the lubricating oil temperature inside the compressor more rapidly.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
本発明のインバータ制御装置の冷凍サイクル装置の適用例として、一般家庭で使用されている空気調和機で説明を行う。図１は本発明のインバータ制御装置を備えた冷凍サイクル装置（空気調和機）の構成図である。
(Embodiment 1)
As an application example of the refrigeration cycle apparatus of the inverter control apparatus of the present invention, an air conditioner used in a general household will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus (air conditioner) provided with an inverter control apparatus of the present invention.
冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機３１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁３２、冷房時には凝縮器となり暖房時には蒸発器となる冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３３、室外熱交換器３３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン３７、冷媒を減圧する絞り装置３４、冷媒と室内空気の熱を交換し冷房時には蒸発器となり暖房時には凝縮器となる室内熱交換器３５、室内熱交換器３５内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン３８、圧縮機３１の吸い込み側に設けられたアキュムレータ３６を備えている。 The refrigeration cycle apparatus includes a compressor 31 that compresses refrigerant, a four-way valve 32 that switches a refrigerant circuit during cooling and heating operation, an outdoor heat exchanger 33 that exchanges heat of the outside air with the refrigerant that functions as a condenser during cooling and serves as an evaporator during heating. The outdoor fan 37 that promotes heat exchange between the refrigerant flowing in the outdoor heat exchanger 33 and the outside air, the expansion device 34 that depressurizes the refrigerant, the evaporator and the air during the cooling by exchanging the heat of the refrigerant and the indoor air, and the condenser during the heating. An indoor heat exchanger 35, an indoor fan 38 that promotes heat exchange between the refrigerant flowing in the indoor heat exchanger 35 and room air, and an accumulator 36 provided on the suction side of the compressor 31 are provided.
室内機４１は、室内熱交換器３５、室内ファン３８を備えている。室外機４２は、圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、絞り装置３４、アキュムレータ３６、室外ファン３７を備えている。室内機４１と室外機４２は、液側接続管４３とガス側接続管４４で接続されている。 The indoor unit 41 includes an indoor heat exchanger 35 and an indoor fan 38. The outdoor unit 42 includes a compressor 31, a four-way valve 32, an outdoor heat exchanger 33, an expansion device 34, an accumulator 36, and an outdoor fan 37. The indoor unit 41 and the outdoor unit 42 are connected by a liquid side connection pipe 43 and a gas side connection pipe 44.
圧縮機３１の内部には、圧縮機モータ５が設けられており、冷媒を圧縮する圧縮機構（図示せず）を回転駆動する。また、圧縮機モータ５は、後述するインバータ制御手段６に電気的に接続されている。 A compressor motor 5 is provided inside the compressor 31 and rotationally drives a compression mechanism (not shown) that compresses the refrigerant. The compressor motor 5 is electrically connected to inverter control means 6 described later.
室外機４２は、四方弁３２、絞り装置３４、室外ファン３７等を制御する制御装置（図示せず）を備えている。なお、後述するインバータ制御手段６は、制御装置内に設けられていてもよい。 The outdoor unit 42 includes a control device (not shown) that controls the four-way valve 32, the expansion device 34, the outdoor fan 37, and the like. In addition, the inverter control means 6 mentioned later may be provided in the control apparatus.
このように構成された、冷凍サイクル装置について動作を説明する。まず、通常運転モードである冷房運転と暖房運転について説明する。 Operation | movement is demonstrated about the refrigeration cycle apparatus comprised in this way. First, the cooling operation and the heating operation which are normal operation modes will be described.
冷房運転時には、圧縮機３１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁３２を通って室外熱交換器３３に送られる。そして、室外ファン３７によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置３４に送られる。絞り装置３４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液側接続管４３を通って、室内熱交換器３５に送られる。 During the cooling operation, the refrigerant compressed by the compressor 31 becomes a high-temperature and high-pressure refrigerant and is sent to the outdoor heat exchanger 33 through the four-way valve 32. Then, the outdoor fan 37 promotes heat exchange with the outside air to dissipate heat and becomes a high-pressure liquid refrigerant that is sent to the expansion device 34. In the expansion device 34, the pressure is reduced to form a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, which is sent to the indoor heat exchanger 35 through the liquid side connection pipe 43.
室内ファン３８によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器３５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して室内ファン３８によって室内に吹き出され室内を冷房する。 The indoor air sucked by the indoor fan 38 exchanges heat with the refrigerant through the indoor heat exchanger 35, and the refrigerant absorbs the heat of the indoor air and evaporates to become a low-temperature gas refrigerant. At this time, the indoor air absorbed by the refrigerant is lowered in temperature and humidity and blown out into the room by the indoor fan 38 to cool the room.
ガス冷媒は、ガス側接続管４４を通過して四方弁３２に入り、アキュムレータ３６を経て圧縮機３１に戻る。 The gas refrigerant passes through the gas side connection pipe 44 and enters the four-way valve 32, and returns to the compressor 31 through the accumulator 36.
一方、暖房運転時には、圧縮機３１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁３２を通り、ガス側接続管４４に送られる。室内ファン３８によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器３５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン３８によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液側接続管４３を通って絞り装置３４に送られ、絞り装置３４において減圧されて低温低圧の二相冷媒と
なり、室外熱交換器３３に送られて、室外ファン３７によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁３２を経てアキュムレータ３６を通って圧縮機３１へ戻される。
On the other hand, during the heating operation, the refrigerant compressed by the compressor 31 passes through the four-way valve 32 and is sent to the gas side connection pipe 44 as a high-temperature and high-pressure refrigerant. The indoor air sucked in by the indoor fan 38 exchanges heat with the refrigerant through the indoor heat exchanger 35, and the refrigerant dissipates heat to the indoor air and condenses to become high-pressure liquid refrigerant. At this time, the indoor air absorbs the heat of the refrigerant and is blown into the room by the indoor fan 38 in a state where the temperature is raised, thereby heating the room. Thereafter, the refrigerant is sent to the expansion device 34 through the liquid side connection pipe 43, and is reduced in pressure by the expansion device 34 to become a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, and is sent to the outdoor heat exchanger 33, and the outdoor fan 37 Heat exchange is promoted to evaporate, and the vapor is returned to the compressor 31 through the accumulator 36 through the four-way valve 32.
次に、除霜運転モードについて説明する。上述した暖房運転中に室外熱交換器３３に霜が発生し、その霜が成長すると、室外熱交換器３３の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器３３内の蒸発温度が低下する。室外熱交換器３３の配管温度を検出する温度センサ（図示せず）が、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを検出すると、制御装置（図示せず）から暖房運転から移行する除霜運転指示が出力される。 Next, the defrosting operation mode will be described. When frost is generated in the outdoor heat exchanger 33 during the heating operation described above and the frost grows, the ventilation resistance of the outdoor heat exchanger 33 increases and the air volume decreases, and the evaporation temperature in the outdoor heat exchanger 33 is reduced. descend. When a temperature sensor (not shown) that detects the piping temperature of the outdoor heat exchanger 33 detects that the evaporation temperature has decreased as compared to the time of non-frosting, the control device (not shown) shifts from the heating operation. A defrosting operation instruction is output.
暖房運転から除霜運転に移行すると、四方弁３２が切り換えられ、上述した冷房運転時の冷媒の流れとなる。なお、除霜運転時には、室外ファン３７、室内ファン３８は停止させる。これにより、圧縮機３１によって圧縮された高温の冷媒は、四方弁３２を介して室外熱交換器３３に送られ、室外熱交換器３３に発生した霜を融かすことができる。 When the heating operation is shifted to the defrosting operation, the four-way valve 32 is switched, and the refrigerant flows during the cooling operation described above. During the defrosting operation, the outdoor fan 37 and the indoor fan 38 are stopped. Thereby, the high-temperature refrigerant | coolant compressed by the compressor 31 is sent to the outdoor heat exchanger 33 via the four-way valve 32, and the frost generated in the outdoor heat exchanger 33 can be melted.
除霜運転により、霜が融け、室外熱交換器３３の温度センサの検知値が上昇すると、制御装置から、再び、暖房運転（通常運転モード）へ復帰する除霜運転解除指示が出力される。 When the frost melts and the detection value of the temperature sensor of the outdoor heat exchanger 33 increases due to the defrosting operation, a defrosting operation release instruction for returning to the heating operation (normal operation mode) is output again from the control device.
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ制御装置のシステム構成図である。このインバータ制御装置は、商用電源等の交流電源１より電力を供給され、供給された電力を整流する整流手段２と、整流手段２からの出力電圧を平滑する平滑手段３と、平滑手段３からの平滑電圧を所望の周波数、電圧値の交流電圧に変換する直交変換手段４と、圧縮機モータ５を駆動するための情報を直交変換手段４に伝達するインバータ制御手段６を備える。 FIG. 2 is a system configuration diagram of the inverter control device according to the first embodiment of the present invention. This inverter control device is supplied with electric power from an AC power source 1 such as a commercial power source, rectifying means 2 for rectifying the supplied electric power, smoothing means 3 for smoothing the output voltage from the rectifying means 2, and smoothing means 3 Are provided with an orthogonal transform means 4 for converting the smoothed voltage into an alternating voltage having a desired frequency and voltage value, and an inverter control means 6 for transmitting information for driving the compressor motor 5 to the orthogonal transform means 4.
このインバータ制御手段６は、マイクロコンピュータやシステムＬＳＩ等により構成可能なもので、ベースドライバ１０、ＰＷＭ信号生成部１１、相電流変換部１２、回転子位置速度推定部１３、速度制御部１４、電流指令生成部１５、運転モード切替部１６、電流位相調整部１７、高周波電流演算部１８の各機能ブロックを備えている。 The inverter control means 6 can be configured by a microcomputer, a system LSI, or the like, and includes a base driver 10, a PWM signal generation unit 11, a phase current conversion unit 12, a rotor position speed estimation unit 13, a speed control unit 14, a current Each function block includes a command generation unit 15, an operation mode switching unit 16, a current phase adjustment unit 17, and a high-frequency current calculation unit 18.
相電流変換部１２では電流検出手段７に流れる直交変換手段４の直流側の母線電流を観察し、その母線電流を圧縮機モータ５の相電流に変換する（相電流変換部１２の具体的な方法については例えば特開２００３−１８９６７０号公報等の文献を参照されたい）。 The phase current conversion unit 12 observes the DC-side bus current of the orthogonal conversion unit 4 flowing in the current detection unit 7 and converts the bus current into the phase current of the compressor motor 5 (a specific example of the phase current conversion unit 12). For the method, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-189670.
なお、電流センサ等を用いて圧縮機モータ５の相電流を直接検出しても良いことは言うまでもない。 Needless to say, the phase current of the compressor motor 5 may be directly detected using a current sensor or the like.
回転子位置速度推定部１３では、相電流変換部１２により変換された圧縮機モータ５の相電流と、ＰＷＭ信号生成部１１で演算される圧縮機モータ５への印加電圧の情報により、圧縮機モータ５の回転子磁極位置と回転速度を推定する（回転子位置速度推定部１３の具体的な方法については例えば特開２００１−３７２８１号公報等の文献を参照されたい）。 The rotor position speed estimation unit 13 uses the information on the phase current of the compressor motor 5 converted by the phase current conversion unit 12 and the voltage applied to the compressor motor 5 calculated by the PWM signal generation unit 11. The rotor magnetic pole position and the rotation speed of the motor 5 are estimated (for a specific method of the rotor position / speed estimation unit 13, refer to, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-37281).
運転モード切替部１６では、外部から与えられる除霜運転指示に応じて、通常運転モードと除霜運転モードの運転モードの切り替えを行う。 The operation mode switching unit 16 switches the operation mode between the normal operation mode and the defrost operation mode in accordance with a defrost operation instruction given from the outside.
本発明のインバータ制御装置では、除霜運転モード時にのみ、圧縮機の圧縮動作に必要なモータの駆動電圧に、圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させるものである。 In the inverter control device of the present invention, only in the defrosting operation mode, a high-frequency voltage higher than the operation frequency during the compression operation is superimposed on the motor drive voltage necessary for the compression operation of the compressor.
ただし、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ制御装置では、圧縮機モータの速度と電流が指令通りとなるようなベクトル制御を実施するため、電流指令値に高周波成分を重畳させることで、間接的にモータの駆動電圧に高周波電圧を重畳させる構成とする。 However, in the inverter control apparatus in the first embodiment of the present invention, in order to perform vector control such that the speed and current of the compressor motor are as commanded, by superimposing a high frequency component on the current command value, The high frequency voltage is superimposed on the motor drive voltage indirectly.
速度制御部１４では、回転子位置速度推定部１３で推定された圧縮機モータ５の速度推定値（速度推定値にはフィルタ処理や平均処理を施しても良い）と外部から与えられる速度指令値との偏差情報に基づいて圧縮機モータ５の回転速度が速度指令値に一致するように第１の電流指令値Ｉｓ０（圧縮機モータ５の回転駆動に要する電流値で、モータの出力トルク平均値に相当する電流値）をＰＩ演算等を用いて導出する。 The speed controller 14 estimates the speed of the compressor motor 5 estimated by the rotor position speed estimator 13 (the speed estimate may be filtered or averaged) and a speed command value given from the outside. The first current command value Is0 (current value required for rotational driving of the compressor motor 5 and the motor output torque average value so that the rotational speed of the compressor motor 5 matches the speed command value based on the deviation information Current value) is derived using PI calculation or the like.
高周波電流演算部１８では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、回転子位置速度推定部１３で推定された圧縮機モータ５の速度情報と、速度制御部１４から出力される第１の電流指令値Ｉｓ０に基づいて、第２の電流指令値Ｉｓｈ（高周波電圧の印加による高周波電流に相当する電流値）を導出し、第１の電流指令値Ｉｓ０と第２の電流指令値Ｉｓｈとの合成値である電流指令値Ｉｓを出力する。 In the high-frequency current calculation unit 18, when the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the defrost operation mode, the speed information of the compressor motor 5 estimated by the rotor position speed estimation unit 13 and the speed Based on the first current command value Is0 output from the control unit 14, a second current command value Ish (a current value corresponding to a high-frequency current by application of a high-frequency voltage) is derived, and the first current command value Is0. Current command value Is, which is a composite value of the current command value Ish and the second current command value Ish.
第２の電流指令値Ｉｓｈは、例えば次式のように設定する。 The second current command value Ish is set, for example, as in the following equation.
Ｉｓｈ＝Ｋ×Ｉｓ０×ＳＩＮ（Ｎ×ω１×ｔ＋δ） ・・・（１）
ここで、Ｋは振幅倍率、Ｎは周波数倍率（１より大）、ω１は速度推定値（速度推定値にはフィルタ処理や平均処理を施しても良い）、δは位相角である。ただし、振幅倍率Ｋや位相角δは圧縮機モータ５の仕様や負荷条件等に依存するため、例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、予め回転数等のテーブルデータとして設定値を設けておく必要がある。
Ish = K × Is0 × SIN (N × ω1 × t + δ) (1)
Here, K is an amplitude magnification, N is a frequency magnification (greater than 1), ω1 is a speed estimation value (the speed estimation value may be subjected to filtering or averaging), and δ is a phase angle. However, since the amplitude magnification K and the phase angle δ depend on the specifications and load conditions of the compressor motor 5, for example, based on actual machine test results and simulation analysis results, preset values are set as table data such as the number of revolutions. It is necessary to keep.
したがって、第２の電流指令値Ｉｓｈが式（１）のように設定される場合には、電流指令値Ｉｓは次式で表される。 Therefore, when the second current command value Ish is set as shown in Equation (1), the current command value Is is expressed by the following equation.
Ｉｓ＝｛１＋Ｋ×ＳＩＮ（Ｎ×ω１×ｔ＋δ）｝×Ｉｓ０ ・・・（２）
なお、電流指令値Ｉｓは圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の周波数成分で変動させるものであるが、式（２）のように必ずしも正弦波状に限定したものではなく、例えば方形波状に変動させても良い。さらに、周波数倍率Ｎは整数に限定したものではない。
Is = {1 + K × SIN (N × ω1 × t + δ)} × Is0 (2)
The current command value Is varies with a frequency component that is N times the rotational speed of the compressor motor 5, but is not necessarily limited to a sine wave as shown in Equation (2), and varies in a square waveform, for example. You may let them. Furthermore, the frequency magnification N is not limited to an integer.
なお、第１の実施の形態におけるインバータ制御装置では、速度推定値ω１（速度推定値にはフィルタ処理や平均処理を施しても良い）に基づいて第２の電流指令値Ｉｓｈを導出する構成としているが、速度指令値に基づいて導出する構成であっても良いことは言うまでもない。 In the inverter control device according to the first embodiment, the second current command value Ish is derived based on the estimated speed value ω1 (the estimated speed value may be subjected to filter processing or average processing). However, it goes without saying that it may be derived based on the speed command value.
また、高周波電流演算部１８では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、第１の電流指令値Ｉｓ０をそのまま出力する（もしくは式（２）の振幅倍率Ｋをゼロとして電流指令値Ｉｓを導出しても良い）。 Further, in the case where the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the normal operation mode, the high-frequency current calculation unit 18 outputs the first current command value Is0 as it is (or the amplitude magnification of Expression (2)). The current command value Is may be derived with K as zero).
なお、本発明のインバータ制御装置における高周波電流（間接的には高周波電圧）の周波数上限値については、圧縮機モータ５の圧縮機モータ５の回転駆動を維持することが可能な周波数（好ましくは圧縮機の圧縮動作時の運転周波数の２４倍以下、またはインバータのキャリア周波数の２分の１以下のうち大きいほうの周波数）とし、その周波数上限値の範囲内で、例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、除霜運転モード時におけるモータ相電流のリプル（高周波成分の変動値）が最大となるように、高周波電流（間接的には高周波電圧）の周波数を予め設定するものである（その周波数設定値
より周波数倍率Ｎを決定）。
The frequency upper limit value of the high-frequency current (indirectly high-frequency voltage) in the inverter control device of the present invention is a frequency (preferably compression) that can maintain the rotational drive of the compressor motor 5 of the compressor motor 5. Less than 24 times the operating frequency at the time of compressor compression or less than half the carrier frequency of the inverter), and within the range of the upper frequency limit, for example, actual machine test results and simulation analysis results Based on the above, the frequency of the high-frequency current (indirectly the high-frequency voltage) is set in advance so that the ripple of the motor phase current (the fluctuation value of the high-frequency component) in the defrosting operation mode is maximized ( The frequency magnification N is determined from the frequency setting value).
電流指令生成部１５では、高周波電流演算部１８から出力される電流指令値Ｉｓと、電流位相調整部１７から出力される電流位相βｍ（例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、予め電源電圧や回転数等のテーブルデータとして電流位相設定値を設けておく）により、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）を導出する。 In the current command generation unit 15, based on the current command value Is output from the high-frequency current calculation unit 18 and the current phase βm output from the current phase adjustment unit 17 (for example, based on actual machine test results, simulation analysis results, etc.) Current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived from current phase setting values as table data such as voltage and rotational speed.
Ｉｄｓ＝−｜Ｉｓ｜×ＳＩＮ（βｍ） ・・・（３）
Ｉｑｓ＝＋｜Ｉｓ｜×ＣＯＳ（βｍ） ・・・（４）
ここで、｜Ｉｓ｜は電流指令値Ｉｓの絶対値である。
Ids = − | Is | × SIN (βm) (3)
Iqs = + | Is | × COS (βm) (4)
Here, | Is | is the absolute value of the current command value Is.
ＰＷＭ信号生成部１１では、前述のように求められた回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）と、圧縮機モータ５の電流検出値（Ｉｄ、Ｉｑ）（相電流変換部１２より変換された圧縮機モータ５の相電流を３相／２相変換することで算出）とが一致するようにＰＩ演算等を用いて回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）が導出される。その回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）を２相／３相変換することで相電圧指令値（Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓ）が導出され、この相電圧指令値（Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓ）より圧縮機モータ５を駆動するためのＰＷＭ信号が生成される。 The PWM signal generator 11 converts the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system obtained as described above and the current detection value (Id, Iq) of the compressor motor 5 (converted by the phase current converter 12). The voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are derived using PI calculation or the like so that the phase current of the compressor motor 5 is calculated by converting the phase current of the compressor motor 5 by three-phase / two-phase conversion. A phase voltage command value (Vus, Vvs, Vws) is derived by performing a two-phase / three-phase conversion on the voltage command value (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system, and this phase voltage command value (Vus, Vvs, Vws). Thus, a PWM signal for driving the compressor motor 5 is generated.
したがって、除霜運転モード時の場合には、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）は式（２）〜式（４）により圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の高周波成分で正弦波状に変動するため、圧縮機モータ５の電流が指令通りとなるようにＰＩ演算等を用いて導出される回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）には高周波成分（高周波電圧に相当）が含まれることになる。この構成により、電流指令値Ｉｓに高周波成分を重畳させることで、間接的にモータの駆動電圧に高周波電圧を重畳させることが可能となる。 Therefore, in the defrosting operation mode, the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system is a sine with a high frequency component N times the rotational speed of the compressor motor 5 according to the equations (2) to (4). Since the voltage fluctuates, the voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system derived by using PI calculation or the like so that the current of the compressor motor 5 becomes as commanded are high-frequency components (corresponding to high-frequency voltages). Will be included. With this configuration, it is possible to indirectly superimpose the high frequency voltage on the drive voltage of the motor by superimposing the high frequency component on the current command value Is.
前述のように求められたＰＷＭ信号は最終的にベースドライバ１０に出力され、直交変換手段４を構成するスイッチング素子を駆動する。 The PWM signal obtained as described above is finally output to the base driver 10 to drive the switching elements constituting the orthogonal transform means 4.
本発明の第１の実施の形態におけるインバータ制御装置の動作波形例を図５および図６に示す。図５は通常運転モード時の場合、図６は除霜運転モード時の場合の動作波形例で、各動作波形について、（ａ）は電流指令値Ｉｓ、（ｂ）は回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）、（ｃ）はモータ相電流である。 FIG. 5 and FIG. 6 show examples of operation waveforms of the inverter control device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is an example of operation waveforms in the normal operation mode, and FIG. 6 is an example of operation waveforms in the defrosting operation mode. For each operation waveform, (a) is the current command value Is, and (b) is the current command in the rotating coordinate system. Values (Ids, Iqs) and (c) are motor phase currents.
通常運転モード時の場合には、高周波電流演算部１８から出力される電流指令値Ｉｓは図５（ａ）のように第１の電流指令値Ｉｓ０と等しく、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）は図５（ｂ）のように直流成分のみとなり、ＰＷＭ信号生成部１１において圧縮機モータ５の電流が指令通りとなるような印加電圧で圧縮機モータ５を駆動することで、モータ相電流は図５（ｃ）のように圧縮機モータ５の回転速度に即した周波数で正弦波状に変化する動作波形となる。 In the normal operation mode, the current command value Is output from the high-frequency current calculator 18 is equal to the first current command value Is0 as shown in FIG. 5A, and the current command value (Ids) of the rotating coordinate system. , Iqs) is only a direct current component as shown in FIG. 5B, and the PWM signal generator 11 drives the compressor motor 5 with an applied voltage such that the current of the compressor motor 5 is as commanded. As shown in FIG. 5C, the phase current has an operation waveform that changes in a sine wave shape at a frequency corresponding to the rotational speed of the compressor motor 5.
また、除霜運転モード時の場合には、高周波電流演算部１８から出力される電流指令値Ｉｓは図６（ａ）のように第１の電流指令値Ｉｓ０（直流成分）に第２の電流指令値Ｉｓｈ（圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の高周波成分）が合成されることで正弦波状に変化し、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）は図６（ｂ）のように圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の高周波成分で正弦波状に変動し、ＰＷＭ信号生成部１１において圧縮機モータ５の電流が指令通りとなるような印加電圧で圧縮機モータ５を駆動することで、モータ相電流は図６（ｃ）のように圧縮機モータ５の回転速度に即した周波数成分で正弦波状に変化しつつ、高周波成分が重畳された動作波形となる。 In the defrosting operation mode, the current command value Is output from the high-frequency current calculation unit 18 is set to the first current command value Is0 (DC component) as shown in FIG. The command value Ish (a high frequency component N times the rotational speed of the compressor motor 5) is combined to change into a sine wave shape, and the current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are as shown in FIG. Then, the compressor motor 5 is driven with an applied voltage that fluctuates in a sine wave shape with a high-frequency component N times the rotational speed of the compressor motor 5 and the current of the compressor motor 5 becomes as commanded in the PWM signal generator 11. As a result, the motor phase current changes in a sine wave shape with a frequency component corresponding to the rotational speed of the compressor motor 5 as shown in FIG.
図５および図６については、所定の圧縮機モータ仕様において出力トルクの平均値が同一となるように高周波電流を重畳させたものであり、図５の場合（高周波電流の重畳なし）のモータ相電流実効値を１とすると、図６の場合（高周波電流の重畳あり）にはモータ電流実効値は約１．０８倍となり、モータの発熱量として銅損は約１．１７倍となり、高周波成分の重畳によりモータ電流のリプル（高周波成分の変動値）が大となることで鉄損の増加も見込まれる。 5 and 6, the high-frequency current is superimposed so that the average value of the output torque is the same in a predetermined compressor motor specification, and the motor phase in the case of FIG. 5 (no superposition of the high-frequency current). Assuming that the effective current value is 1, in the case of FIG. 6 (with high-frequency current superposition), the effective motor current value is approximately 1.08 times, and the copper loss is approximately 1.17 times as the amount of heat generated by the motor. As the motor current ripple (the fluctuation value of the high-frequency component) increases due to the superposition of the motor, an increase in iron loss is expected.
このように、圧縮機モータの回転駆動に要する電流値に、高周波電圧の印加による高周波電流が重畳されるため、モータ電流のリプル（高周波成分の変動値）が大となることでモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるインバータ制御装置のシステム構成図を示すものである。図２に示す第１の実施の形態にけるインバータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するため省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
As described above, since the high-frequency current generated by the application of the high-frequency voltage is superimposed on the current value required for rotational driving of the compressor motor, the amount of heat generated by the motor increases due to a large motor current ripple (variation value of the high-frequency component) And the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a system configuration diagram of the inverter control device according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the inverter control device according to the first embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is duplicated, and only different portions will be described here.
本発明の第２の実施の形態におけるインバータ制御装置では、電流指令生成部１５と電流位相調整部１７の２つの機能ブロックが第１の実施の形態におけるインバータ制御装置と動作が異なるため、以下その内容について説明する。 In the inverter control device according to the second embodiment of the present invention, the operation of the two functional blocks of the current command generation unit 15 and the current phase adjustment unit 17 is different from that of the inverter control device according to the first embodiment. The contents will be described.
電流位相調整部１７では、運転モード切替部１６から出力される運転モードの情報により、通常運転モード時と除霜運転モード時とで電流位相を切り替える。 The current phase adjustment unit 17 switches the current phase between the normal operation mode and the defrosting operation mode based on the operation mode information output from the operation mode switching unit 16.
図８はモータ電流値が一定条件下での電流位相に対するモータトルク特性の一例を示したもので、埋め込み磁石界磁型同期モータ（ＩＰＭＳＭ）等、リラクタンストルクを活用するモータでは、マグネットトルクとリラクタンストルクとの合成値がモータの出力トルクとなり、電流位相βｍ１は最大となるとなる位相である。 FIG. 8 shows an example of a motor torque characteristic with respect to a current phase under a constant motor current value. In a motor utilizing reluctance torque, such as an embedded magnet field type synchronous motor (IPMSM), magnet torque and reluctance are shown. The combined value with the torque is the output torque of the motor, and the current phase βm1 is the maximum phase.
電流位相調整部１７では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、電流位相βｍ（例えば実機試験結果等を踏まえて、予め電源電圧や回転数等のテーブルデータとして電流位相設定値を設けておき、消費電力低減の観点から圧縮機モータ５の動作可能な範囲で電流位相βｍ１（最大トルクとなる位相）を設定するのが好ましい）を出力する。 In the current phase adjustment unit 17, when the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the normal operation mode, the current phase βm (for example, a table of the power supply voltage, the number of revolutions, etc. in advance based on the actual machine test results, etc.) A current phase set value is provided as data, and a current phase βm1 (preferably a phase that provides maximum torque) is output within a range in which the compressor motor 5 can operate from the viewpoint of reducing power consumption.
また、電流位相調整部１７では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、モータの発熱効果を最大限高めるため、電流位相βｍ１（最大トルクとなる位相）から出力トルクが正の範囲内で進み方向に位相を調整（電流位相βｍ１から９０ｄｅｇ未満の範囲内で、例えば電流位相βｍ２を設定）することで弱め界磁制御の効果を高め、モータに過多な電流を負荷することができる。 Further, in the current phase adjusting unit 17, when the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the defrosting operation mode, the current phase βm1 (the phase that becomes the maximum torque) is used to maximize the heat generation effect of the motor. ) To increase the effect of field-weakening control by adjusting the phase in the forward direction within the positive output torque range (for example, setting the current phase βm2 within the range of less than 90 deg from the current phase βm1), and excessive current in the motor Can be loaded.
電流指令生成部１５では、高周波電流演算部１８から出力される電流指令値Ｉｓと、電流位相調整部１７から出力される電流位相β（通常運転モード時の場合は電流位相βｍ、除霜運転モード時の場合は電流位相βｍ２）により、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）を導出する。 In the current command generator 15, the current command value Is output from the high-frequency current calculator 18 and the current phase β output from the current phase adjuster 17 (current phase βm in the normal operation mode, defrosting operation mode) In the case of time, the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system is derived from the current phase βm2).
Ｉｄｓ＝−｜Ｉｓ｜×ＳＩＮ（β） ・・・（５）
Ｉｑｓ＝＋｜Ｉｓ｜×ＣＯＳ（β） ・・・（６）
ここで、｜Ｉｓ｜は電流指令値Ｉｓの絶対値である。
Ids = − | Is | × SIN (β) (5)
Iqs = + | Is | × COS (β) (6)
Here, | Is | is the absolute value of the current command value Is.
本発明の第２の実施の形態におけるインバータ制御装置の動作波形例を図７に示す。図７は除霜運転モード時の場合の動作波形例で、電流位相調整部１７から出力される電流位相βはβｍ２であり、各動作波形について、（ａ）は電流指令値Ｉｓ、（ｂ）は回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）、（ｃ）はモータ相電流である。 FIG. 7 shows an example of operation waveforms of the inverter control device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is an example of an operation waveform in the defrosting operation mode. The current phase β output from the current phase adjustment unit 17 is βm2. For each operation waveform, (a) is a current command value Is, (b). Is a current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system, and (c) is a motor phase current.
図６（第１の実施の形態におけるインバータ制御装置）と同様に、高周波電流演算部１８から出力される電流指令値Ｉｓは図７（ａ）のように第１の電流指令値Ｉｓ０（直流成分）に第２の電流指令値Ｉｓｈ（圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の高周波成分）が合成されることで正弦波状に変化し、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）は図７（ｂ）のように圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の高周波成分で正弦波状に変動し、ＰＷＭ信号生成部１１において圧縮機モータ５の電流が指令通りとなるような印加電圧で圧縮機モータ５を駆動することで、モータ相電流は図７（ｃ）のように圧縮機モータ５の回転速度に即した周波数成分で正弦波状に変化しつつ、高周波成分が重畳された動作波形となる。 As in FIG. 6 (inverter control device in the first embodiment), the current command value Is output from the high-frequency current calculation unit 18 is the first current command value Is0 (DC component) as shown in FIG. ) Is combined with a second current command value Ish (a high frequency component N times the rotational speed of the compressor motor 5), and the current command value (Ids, Iqs) of the rotational coordinate system is changed to a sine wave shape. As shown in FIG. 7B, the PWM signal generator 11 compresses with an applied voltage so that the current of the compressor motor 5 becomes as commanded by a high frequency component N times the rotational speed of the compressor motor 5 and changes in a sinusoidal shape. By driving the motor 5, the motor phase current changes in a sine wave shape with a frequency component corresponding to the rotational speed of the compressor motor 5 as shown in FIG. Become.
図６および図７については、所定の圧縮機モータ仕様において出力トルクの平均値が同一となるように電流位相βを変化させたものであり、図６の場合（通常運転モード時の場合と同一の電流位相βｍ）のモータ相電流実効値を１とすると、図７の場合（除霜運転モード時の場合の電流位相βｍ２）にはモータ電流実効値は約１．３３倍となり、モータの発熱量として銅損は約１．７６倍となり、高周波成分の重畳によりモータ電流のリプル（高周波成分の変動値）が大となることで鉄損の増加も見込まれる。 6 and 7, the current phase β is changed so that the average value of the output torque is the same in a predetermined compressor motor specification. In the case of FIG. 6 (the same as in the normal operation mode). In this case (current phase βm2 in the defrosting operation mode), the motor current effective value is about 1.33 times that of the motor heat generation. The copper loss is about 1.76 times as an amount, and an increase in iron loss is expected due to a large motor current ripple (fluctuation value of the high frequency component) due to the superposition of the high frequency component.
このように、除霜運転モード時には圧縮機モータの電流位相を最適ポイントからずらす運転をしつつ、圧縮機モータの回転駆動に要する電流値に、高周波電圧の印加による高周波電流が重畳されるため、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を一層迅速に上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、一層迅速に暖房運転に切り替えることができる。
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態におけるインバータ制御装置のシステム構成図を示すものである。図２に示す第１の実施の形態にけるインバータ制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明は重複するため省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
In this way, during the defrosting operation mode, while the operation of shifting the current phase of the compressor motor from the optimum point, the high frequency current due to the application of the high frequency voltage is superimposed on the current value required for the rotational driving of the compressor motor, The heat generation effect of the motor can be maximized, and the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased more rapidly. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and the heating operation can be switched more rapidly.
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a system configuration diagram of an inverter control device according to the third embodiment of the present invention. The same components as those of the inverter control device according to the first embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted because it is duplicated, and only different portions will be described here.
本発明のインバータ制御装置では、除霜運転モード時にのみ、圧縮機の圧縮動作に必要なモータの駆動電圧に、圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させるものである。 In the inverter control device of the present invention, only in the defrosting operation mode, a high-frequency voltage higher than the operation frequency during the compression operation is superimposed on the motor drive voltage necessary for the compression operation of the compressor.
ただし、第１の実施の形態におけるインバータ制御装置とは異なり、直接モータの駆動電圧に高周波電圧を重畳させる構成とする。 However, unlike the inverter control apparatus according to the first embodiment, the high frequency voltage is directly superimposed on the drive voltage of the motor.
速度制御部１４では、回転子位置速度推定部１３で推定された圧縮機モータ５の速度推定値（速度推定値にはフィルタ処理や平均処理を施しても良い）と外部から与えられる速度指令値との偏差情報に基づいて圧縮機モータ５の回転速度が速度指令値に一致するように電流指令値Ｉｓ（圧縮機モータ５の回転駆動に要する電流値で、モータの出力トルク平均値に相当する電流値）をＰＩ演算等を用いて導出する。 The speed controller 14 estimates the speed of the compressor motor 5 estimated by the rotor position speed estimator 13 (the speed estimate may be filtered or averaged) and a speed command value given from the outside. Current command value Is (current value required for rotational driving of the compressor motor 5 and corresponding to the motor output torque average value so that the rotational speed of the compressor motor 5 matches the speed command value. Current value) is derived using PI calculation or the like.
電流指令生成部１５では、速度制御部１４から出力される電流指令値Ｉｓと、電流位相調整部１７（第２の実施の形態におけるインバータ制御装置と同様の動作を行う）から出力される電流位相β（通常運転モード時の場合は電流位相βｍ、除霜運転モード時の場合
は電流位相βｍ２）により、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）を導出する。
In the current command generation unit 15, the current command value Is output from the speed control unit 14 and the current phase output from the current phase adjustment unit 17 (performs the same operation as the inverter control device in the second embodiment). Based on β (current phase βm in the normal operation mode and current phase βm2 in the defrosting operation mode), current command values (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system are derived.
Ｉｄｓ＝−｜Ｉｓ｜×ＳＩＮ（β） ・・・（７）
Ｉｑｓ＝＋｜Ｉｓ｜×ＣＯＳ（β） ・・・（８）
ここで、｜Ｉｓ｜は電流指令値Ｉｓの絶対値である。
Ids = − | Is | × SIN (β) (7)
Iqs = + | Is | × COS (β) (8)
Here, | Is | is the absolute value of the current command value Is.
なお、電流位相調整部１７は第１の実施の形態におけるインバータ制御装置と同様の動作を行っても良いことは言うまでもない。 Needless to say, the current phase adjustment unit 17 may perform the same operation as that of the inverter control device according to the first embodiment.
高周波電圧演算部１９では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、回転子位置速度推定部１３で推定された圧縮機モータ５の速度情報に基づいて第２の相電圧指令値（Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２）を導出する。 When the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the defrost operation mode, the high frequency voltage calculation unit 19 is based on the speed information of the compressor motor 5 estimated by the rotor position speed estimation unit 13. Second phase voltage command values (Vu2, Vv2, Vw2) are derived.
Ｖｕ２＝Ｖｈ×ＳＩＮ（Ｎ×ω１×ｔ＋δ） ・・・（９）
Ｖｖ２＝Ｖｈ×ＳＩＮ（Ｎ×ω１×ｔ＋δ−２π／３） ・・・（１０）
Ｖｗ２＝Ｖｈ×ＳＩＮ（Ｎ×ω１×ｔ＋δ＋２π／３） ・・・（１１）
ここで、Ｖｈは高周波電圧振幅、Ｎは周波数倍率（１より大）、ω１は速度推定値（速度推定値にはフィルタ処理や平均処理を施しても良い）、δは位相角である。ただし、高周波電圧振幅Ｖｈや位相角δは圧縮機モータ５の仕様や負荷条件等に依存するため、例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、予め回転数等のテーブルデータとして設定値を設けておく必要がある。
Vu2 = Vh × SIN (N × ω1 × t + δ) (9)
Vv2 = Vh × SIN (N × ω1 × t + δ−2π / 3) (10)
Vw2 = Vh × SIN (N × ω1 × t + δ + 2π / 3) (11)
Here, Vh is a high-frequency voltage amplitude, N is a frequency magnification (greater than 1), ω1 is a speed estimation value (the speed estimation value may be subjected to filtering or averaging), and δ is a phase angle. However, since the high-frequency voltage amplitude Vh and the phase angle δ depend on the specifications and load conditions of the compressor motor 5, for example, based on actual machine test results and simulation analysis results, set values as table data such as rotation speeds in advance. It is necessary to provide it.
なお、第２の相電圧指令値（Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２）は圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の周波数成分で変動させるものであるが、式（９）〜式（１１）のように必ずしも正弦波状に限定したものではなく、例えば方形波状に変動させても良い。さらに、周波数倍率Ｎは整数に限定したものではない。 The second phase voltage command values (Vu2, Vv2, Vw2) are fluctuated with a frequency component that is N times the rotational speed of the compressor motor 5, but as in equations (9) to (11). The shape is not necessarily limited to a sine wave shape, and may be changed to a square wave shape, for example. Furthermore, the frequency magnification N is not limited to an integer.
なお、第３の実施の形態におけるインバータ制御装置では、速度推定値ω１（速度推定値にはフィルタ処理や平均処理を施しても良い）に基づいて第２の相電圧指令値（Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２）を導出する構成としているが、速度指令値に基づいて導出する構成であっても良いことは言うまでもない。 In the inverter control device in the third embodiment, the second phase voltage command value (Vu2, Vv2,...) Is based on the estimated speed value ω1 (the estimated speed value may be subjected to filter processing or average processing). Although Vw2) is derived, it goes without saying that it may be derived based on the speed command value.
また、高周波電圧演算部１９では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、第２の相電圧指令値（Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２）をゼロとして出力する。 The high-frequency voltage calculation unit 19 outputs the second phase voltage command values (Vu2, Vv2, Vw2) as zero when the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the normal operation mode.
なお、本発明のインバータ制御装置における高周波電圧の周波数上限値については、圧縮機モータ５の圧縮機モータ５の回転駆動を維持することが可能な周波数（好ましくは圧縮機の圧縮動作時の運転周波数の２４倍以下、またはインバータのキャリア周波数の２分の１以下のうち大きいほうの周波数）とし、その周波数上限値の範囲内で、例えば実機試験結果やシミュレーション解析結果等を踏まえて、除霜運転モード時におけるモータ相電流のリプル（高周波成分の変動値）が最大となるように、高周波電圧の周波数を予め設定するものである（その周波数設定値より周波数倍率Ｎを決定）。 In addition, about the frequency upper limit of the high frequency voltage in the inverter control apparatus of this invention, it is the frequency which can maintain the rotational drive of the compressor motor 5 of the compressor motor 5 (preferably the operating frequency at the time of compression operation of a compressor) Defrosting operation within the range of the upper limit of the frequency, for example, based on actual machine test results and simulation analysis results, etc. The frequency of the high frequency voltage is set in advance so that the ripple of the motor phase current in the mode (the fluctuation value of the high frequency component) is maximized (the frequency magnification N is determined from the frequency setting value).
ＰＷＭ信号生成部１１では、運転モード切替部１６から出力される運転モードが通常運転モード時の場合には、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）と、圧縮機モータ５の電流検出値（Ｉｄ、Ｉｑ）（相電流変換部１２より変換された圧縮機モータ５の相電流を３相／２相変換することで算出）とが一致するようにＰＩ演算等を用いて回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）が導出される。その回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）を２相／３相変換することで第１の相電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）が導
出され、この第１の相電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）より圧縮機モータ５を駆動するためのＰＷＭ信号が生成される。
In the PWM signal generation unit 11, when the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the normal operation mode, the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system and the current detection value of the compressor motor 5 are detected. (Id, Iq) (calculated by converting the phase current of the compressor motor 5 converted by the phase current conversion unit 12 by three-phase / two-phase conversion) using the PI calculation or the like so as to match Voltage command values (Vds, Vqs) are derived. A first phase voltage command value (Vu1, Vv1, Vw1) is derived by performing a two-phase / three-phase conversion on the voltage command value (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system, and this first phase voltage command value ( PWM signals for driving the compressor motor 5 are generated from Vu1, Vv1, Vw1).
通常運転モード時の場合には、一般的なベクトル制御と同様に、回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）は概ね直流値となるため、第１の相電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）は圧縮機モータ５の回転速度に即した周波数成分で正弦波状に変化する。 In the normal operation mode, as in general vector control, the voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are substantially DC values, so the first phase voltage command values (Vu1, Vv1, Vw1) changes in a sinusoidal shape with a frequency component corresponding to the rotational speed of the compressor motor 5.
また、運転モード切替部１６から出力される運転モードが除霜運転モード時の場合には、圧縮機の圧縮動作に必要な駆動電圧に高周波電圧を重畳させることで、モータの回転駆動に要する電流値に高周波電流が重畳されるため、通常運転モード時と同様の方法では回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）は直流値とはならない。そこで、除霜運転モード時の場合には、回転座標系の電流指令値（Ｉｄｓ、Ｉｑｓ）と、圧縮機モータ５の電流検出値のフィルタ値（あるいは平均値）（Ｉｄｆ、Ｉｑｆ）とが一致するようにＰＩ演算等を用いて回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）を導出する。その回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）を２相／３相変換することで第１の相電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）が導出される。さらに、その第１の相電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）に高周波電圧演算部１９から出力される第２の相電圧指令値（Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２）を各相毎に加算することで得られる相電圧指令値（Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓ）より圧縮機モータ５を駆動するためのＰＷＭ信号が生成される。 Further, when the operation mode output from the operation mode switching unit 16 is the defrost operation mode, the current required for the rotational drive of the motor is superimposed on the drive voltage necessary for the compression operation of the compressor by superimposing the high frequency voltage. Since the high-frequency current is superimposed on the value, the voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are not DC values in the same manner as in the normal operation mode. Therefore, in the defrosting operation mode, the current command value (Ids, Iqs) of the rotating coordinate system matches the filter value (or average value) (Idf, Iqf) of the current detection value of the compressor motor 5. As described above, the voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are derived using PI calculation or the like. The first phase voltage command values (Vu1, Vv1, Vw1) are derived by performing two-phase / three-phase conversion on the voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system. Further, the second phase voltage command value (Vu2, Vv2, Vw2) output from the high-frequency voltage calculation unit 19 is added to the first phase voltage command value (Vu1, Vv1, Vw1) for each phase. A PWM signal for driving the compressor motor 5 is generated from the obtained phase voltage command values (Vus, Vvs, Vws).
除霜運転モード時の場合には、電流検出値にフィルタ処理（あるいは平均処理）を施すことで回転座標系の電圧指令値（Ｖｄｓ、Ｖｑｓ）は概ね直流値となるため、通常運転モード時と同様に第１の相電圧指令値（Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１）は圧縮機モータ５の回転速度に即した周波数成分で正弦波状に変化し、第２の相電圧指令値（Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２）は圧縮機モータ５の回転速度のＮ倍の周波数成分で正弦波状に変化するため、圧縮機モータ５の相電流は回転速度に即した周波数成分で正弦波状に変化しつつ、高周波成分が重畳された動作波形となる。 In the defrosting operation mode, the voltage command values (Vds, Vqs) of the rotating coordinate system are substantially DC values by performing filtering (or averaging) on the current detection value. Similarly, the first phase voltage command value (Vu1, Vv1, Vw1) changes in a sine wave shape with a frequency component corresponding to the rotational speed of the compressor motor 5, and the second phase voltage command value (Vu2, Vv2, Vw2). Since the phase current of the compressor motor 5 changes in a sine wave shape with a frequency component corresponding to the rotation speed, the high frequency component is superimposed. It becomes the operation waveform.
このように、圧縮機モータの回転駆動に要する電流値に、高周波電圧の印加による高周波電流が重畳されるため、モータ電流のリプル（高周波成分の変動値）が大となることでモータの発熱量を増加させ、圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を上昇させることができる。特に、空気調和機等の除霜時において、冷媒温度を上昇させることで除霜時間を短縮することができ、迅速に暖房運転に切り替えることができる。 As described above, since the high-frequency current generated by the application of the high-frequency voltage is superimposed on the current value required for rotational driving of the compressor motor, the amount of heat generated by the motor increases due to a large motor current ripple (fluctuation value of the high-frequency component). And the refrigerant temperature and lubricating oil temperature inside the compressor can be increased. In particular, during defrosting of an air conditioner or the like, the defrosting time can be shortened by increasing the refrigerant temperature, and can be quickly switched to heating operation.
以上のように、本発明にかかるインバータ制御装置は、モータ発熱効果を最大限高めて圧縮機内部の冷媒温度や潤滑油温度を迅速に上昇させることが可能となるため、空気調和機、冷蔵庫、冷凍機、ヒートポンプ給湯機等の圧縮機モータを駆動する用途に適用できる。 As described above, the inverter control device according to the present invention can maximize the motor heat generation effect and quickly increase the refrigerant temperature and the lubricating oil temperature inside the compressor. Therefore, the air conditioner, the refrigerator, The present invention can be applied to an application for driving a compressor motor such as a refrigerator or a heat pump water heater.
１ 交流電源
２ 整流手段
３ 平滑手段
３ａ リアクタ
３ｂ コンデンサ
４ 直交変換手段
５ 圧縮機モータ
６ インバータ制御手段
７ 電流検出手段
１０ ベースドライバ
１１ ＰＷＭ信号生成部
１２ 相電流変換部
１３ 回転子位置速度推定部
１４ 速度制御部
１５ 電流指令生成部
１６ 運転モード切替部
１７ 電流位相調整部
１８ 高周波電流演算部
１９ 高周波電圧演算部
３１ 圧縮機
３２ 四方弁
３３ 室外熱交換器
３４ 絞り装置
３５ 室内熱交換器
３６ アキュムレータ
３７ 室外ファン
３８ 室内ファン
４１ 室内機
４２ 室外機
４３ 液側接続管
４４ ガス側接続管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Rectification means 3 Smoothing means 3a Reactor 3b Capacitor 4 Orthogonal transformation means 5 Compressor motor 6 Inverter control means 7 Current detection means 10 Base driver 11 PWM signal generation part 12 Phase current conversion part 13 Rotor position speed estimation part 14 Speed control unit 15 Current command generation unit 16 Operation mode switching unit 17 Current phase adjustment unit 18 High frequency current calculation unit 19 High frequency voltage calculation unit 31 Compressor 32 Four-way valve 33 Outdoor heat exchanger 34 Throttle device 35 Indoor heat exchanger 36 Accumulator 37 Outdoor fan 38 Indoor fan 41 Indoor unit 42 Outdoor unit 43 Liquid side connection pipe 44 Gas side connection pipe
Claims (3)
除霜運転モード時に、前記圧縮機の圧縮動作に必要な前記モータの駆動電圧に、圧縮動作時の運転周波数より高い高周波電圧を重畳させることを特徴とするインバータ制御装置。 A compressor that compresses refrigerant; a motor that drives the compressor; an inverter that converts DC power into AC power and supplies the motor; and current detection means that detects a current value that drives the motor. Including an inverter control device for controlling a current value for driving the motor so that an output torque of the motor becomes a required torque.
An inverter control device, wherein a high frequency voltage higher than an operation frequency at the time of a compression operation is superimposed on a drive voltage of the motor necessary for a compression operation of the compressor during a defrosting operation mode.
除霜運転モード時に、前記電流位相調整手段は、前記モータの電流位相を出力トルクが最大となる位相から出力トルクが正の範囲内で進み方向に位相を調整することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。 A current phase adjusting means for adjusting the current phase of the motor;
The current phase adjusting means adjusts the phase of the motor current phase in the direction in which the output torque is in a positive range from the phase in which the output torque is maximum in the defrosting operation mode. The inverter control device described in 1.
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