JP7034368B1 - Motor drive control device, drive control method and refrigeration air conditioner - Google Patents
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Abstract
【課題】 冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御装置、駆動制御方法および冷凍空調機を提供すること。【解決手段】 冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御装置が提供される。駆動制御装置１００は、モータ１０２に接続されるインバータ回路１２２と、モータ１０２を起動する際に、モータ１０２の回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流をモータ１０２に流すようインバータ回路１２２を制御する制御部１２８を含み、制御部１２８は、冷凍サイクルの状態に応じて位置決め電流の大きさを調整する。【選択図】 図２PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive control device, a drive control method and a refrigeration air conditioner for controlling a motor used in a refrigeration cycle. A drive control device for controlling a motor used in a refrigeration cycle is provided. The drive control device 100 sends an inverter circuit 122 connected to the motor 102 and a positioning current for fixing or adjusting the position of the rotor of the motor 102 to the motor 102 when the motor 102 is started. The control unit 128 includes a control unit 128 that controls the size of the positioning current according to the state of the refrigeration cycle. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、モータの駆動制御装置、モータの駆動制御方法およびモータを備えた圧縮機を備える冷凍空調機に関する。 The present invention relates to a motor drive control device, a motor drive control method, and a refrigerating air conditioner including a compressor provided with the motor.
永久磁石同期モータをインバータで制御する場合、モータ回転子の位相を検出することが望ましい一方で、圧縮機のような装置の内部は、通常高温高圧となるため、装置内にホール素子などの位相検出器を設置することが難しい。従来、圧縮機などの装置用インバータ回路に関しては、モータ巻線に流れる電流（モータ電流）から位相を推定する、いわゆるセンサレス制御と呼ばれる技術が用いられている。 When controlling a permanent magnet synchronous motor with an inverter, it is desirable to detect the phase of the motor rotor, but since the inside of a device such as a compressor usually has a high temperature and high pressure, the phase of a hall element or the like inside the device. Difficult to install a detector. Conventionally, for inverter circuits for devices such as compressors, a technique called sensorless control, in which the phase is estimated from the current (motor current) flowing in the motor winding, has been used.
一方、センサレス制御は、モータが回転する際に発生する誘起電圧を利用した制御方法であるため、圧縮機などの装置起動時における低回転領域においては、モータ回転子の位相の推定精度が低下してしまう。そこで、位置決め電流と呼ばれる直流電流をモータ巻線に流して、固定磁界を発生させることにより、回転子の位相を固定させる、位置決め制御と呼ばれる制御方法が知られている。位置決め制御後は、モータ電流の位相を徐々に進め、すなわち直流電流を交流電流に変化させモータを回転させる。 On the other hand, sensorless control is a control method that uses the induced voltage generated when the motor rotates, so the phase estimation accuracy of the motor rotor deteriorates in the low rotation region when a device such as a compressor is started. Will end up. Therefore, a control method called positioning control is known in which a direct current called a positioning current is passed through a motor winding to generate a fixed magnetic field to fix the phase of the rotor. After the positioning control, the phase of the motor current is gradually advanced, that is, the direct current is changed to the alternating current to rotate the motor.
モータ起動時は、起動が失敗しないように、予想される負荷トルクよりも充分に大きなモータ電流に設定する必要がある。そのため、従来では、このモータ電流は、インバータ回路のハードウェア仕様から決定し、固定値としていた。 When starting the motor, it is necessary to set the motor current to be sufficiently larger than the expected load torque so that the start does not fail. Therefore, in the past, this motor current was determined from the hardware specifications of the inverter circuit and was set to a fixed value.
特許文献１（特開２００８－１５７１８２号公報）は、起動時における圧縮機の駆動を安定させることを目的として、起動時に実施される同期運転モードにおいて、圧縮機の低圧側圧力または環境温度に応じて起動電流値を決定する構成を開示する。特許文献１の従来技術は、同期運転モードにおける振幅となる起動電流値を決定するものであり、一方、同期運転モードの前の初期励磁モードに関しては、各相に流れる電流値を、通常運転時において各相に流すことができる最大電流値（電流ピーク値）以下の範囲において、ゼロから徐々に大きくしている。位置決め電流のような直流成分の電流は、インバータ回路に熱ストレスを与えるところ、特許文献１は、このような位置決め電流についての改善を開示するものではなく、依然として、位置決め制御における改善の余地があった。
US Pat. Disclose the configuration that determines the starting current value. The prior art of
本開示は、従来技術における上記点に鑑みてなされたものであり、本開示は、冷凍サイクルで使用されるモータの起動を安定化するとともに、起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては、インバータ回路を含む装置の故障の防止および長寿命化を図ることが可能なモータの駆動制御装置、駆動制御方法および冷凍空調機を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above points in the prior art, and the present disclosure stabilizes the start-up of the motor used in the refrigeration cycle and reduces the thermal stress on the inverter circuit during the start-up. To provide a motor drive control device, a drive control method, and a refrigerating air conditioner capable of suppressing fatigue and deterioration of elements of an inverter circuit, and eventually preventing failure and prolonging the life of a device including an inverter circuit. With the goal.
本開示では、上記課題を解決するために、下記特徴を有する、冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御装置を提供する。駆動制御装置は、モータに接続されるインバータ回路と、制御部とを含む。制御部は、モータを起動する際に、モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流をモータに流すようインバータ回路を制御する。制御部は、冷凍サイクルの状態に応じて、位置決め電流の大きさを調整する。 The present disclosure provides a drive control device for controlling a motor used in a refrigeration cycle, which has the following features in order to solve the above problems. The drive control device includes an inverter circuit connected to the motor and a control unit. When the motor is started, the control unit controls the inverter circuit so that a positioning current for fixing or adjusting the position of the rotor of the motor flows through the motor. The control unit adjusts the magnitude of the positioning current according to the state of the refrigeration cycle.
さらに、本開示によれば、下記特徴を有する、冷凍空調機が提供されてもよい。冷凍空調機は、熱交換器と、モータを備える圧縮機と、モータに接続されるインバータ回路と、インバータ回路を制御する制御部とを備える。制御部は、モータを起動する際に、モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流をモータに流すようインバータ回路を制御する。制御部は、冷凍サイクルの状態に応じて位置決め電流の大きさを決定する。 Further, according to the present disclosure, a refrigerating air conditioner having the following features may be provided. The refrigerating air conditioner includes a heat exchanger, a compressor including a motor, an inverter circuit connected to the motor, and a control unit for controlling the inverter circuit. When the motor is started, the control unit controls the inverter circuit so that a positioning current for fixing or adjusting the position of the rotor of the motor flows through the motor. The control unit determines the magnitude of the positioning current according to the state of the refrigeration cycle.
さらに、本開示によれば、下記特徴を有する、冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御方法が提供されてもよい。駆動制御方法は、モータの回転子の位置を固定ないし調整するために流す位置決め電流の大きさを、冷凍サイクルの状態に応じて決定するステップと、モータを起動する際に、決定された大きさに従って位置決め電流をモータに流すようにモータに接続されるインバータ回路を制御するステップとを含む。 Further, according to the present disclosure, a drive control method for controlling a motor used in a refrigeration cycle may be provided, which has the following characteristics. The drive control method is a step of determining the magnitude of the positioning current to be passed to fix or adjust the position of the rotor of the motor according to the state of the refrigeration cycle, and the magnitude determined when the motor is started. Includes a step of controlling the inverter circuit connected to the motor so that the positioning current flows through the motor according to.
その他、本願が開示する課題、およびその解決方法は、発明を実施するための形態の欄および図面により明らかにされるであろう。 In addition, the problems disclosed in the present application and the solutions thereof will be clarified by the columns and drawings of the mode for carrying out the invention.
上記構成によれば、冷凍サイクルで使用されるモータの起動を安定化するとともに、起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいてはインバータ回路を含む装置の故障の防止および長寿命化を図ることが可能となる。 According to the above configuration, the start of the motor used in the refrigeration cycle is stabilized, the thermal stress on the inverter circuit at the time of start is reduced, the fatigue and deterioration of the elements of the inverter circuit are suppressed, and the inverter circuit is formed. It is possible to prevent failures of the including devices and extend their life.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明の実施形態は、以下に説明する具体的な実施形態に限定されるものではない。なお、図面において、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the embodiments of the present invention are not limited to the specific embodiments described below. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
本開示は、冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御装置、冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御方法、駆動制御装置を備える冷凍空気調和（以下、空気調和を空調と略す場合がある。）機を対象とする。本発明の実施形態による駆動制御装置は、例えば冷凍空調機の冷凍サイクルにおいて、例えば圧縮機内で使用されるモータに接続されるインバータ回路と、モータを起動する際に、モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流をモータに流すようインバータ回路を制御する制御部を備え、制御部が、冷凍サイクルの状態に応じて位置決め電流の大きさを調整することを特徴とするものである。これにより、冷凍サイクルで使用されるモータの起動を安定化するとともに、起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては装置の故障の防止および長寿命化を図る。 In the present disclosure, a drive control device for controlling a motor used in a refrigeration cycle, a drive control method for controlling a motor used in a refrigeration cycle, and a refrigerated air conditioner including a drive control device (hereinafter, air conditioning is abbreviated as air conditioning). There is.) Target the machine. The drive control device according to the embodiment of the present invention determines the position of the inverter circuit connected to the motor used in the compressor, for example, and the position of the rotor of the motor when the motor is started, for example, in the refrigeration cycle of the refrigerating air conditioner. It is provided with a control unit that controls an inverter circuit so that a positioning current for fixing or adjusting flows to a motor, and the control unit is characterized in that the magnitude of the positioning current is adjusted according to the state of the refrigeration cycle. .. As a result, the start-up of the motor used in the refrigeration cycle is stabilized, the thermal stress on the inverter circuit at the time of start-up is reduced, the fatigue and deterioration of the elements of the inverter circuit are suppressed, and the failure of the device is prevented. Aim to extend the service life.
以下、図面を参照しながら、より具体的な実施形態をもって、冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御装置、冷凍サイクルにおいて使用されるモータを制御する駆動制御方法、駆動制御装置を備える冷凍空調機について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a freezing device comprising a drive control device for controlling a motor used in a refrigeration cycle, a drive control method for controlling a motor used in the refrigeration cycle, and a drive control device with a more specific embodiment. The air conditioner will be described.
以下、図１～図５を参照しながら、本発明の実施形態によるモータの駆動制御装置およびその駆動制御方法について説明する。なお、図１～図５に示した実施形態は、冷凍空調機の一例としての空気調和機用のモータ駆動制御装置およびその駆動制御方法に対応するものである。ここで、冷凍空調機（冷凍空気調和機器）とは、エアーコンディショナーや、冷蔵庫、冷凍庫など、冷媒および冷凍サイクルを利用した機器を総称するものである。冷凍空気調和機の例としては、より具体的には、ルームエアコンやガスエンジンヒートポンプエアコンなど空気調和機、冷凍機やチリングユニットなどの熱源機器、ショーケースや冷凍冷蔵庫、ユニットクーラー、製氷機など業務用冷凍機、カーエアコンなどの輸送用冷凍機器、ヒートポンプ給湯機などが含まれ得るが、以下の説明では、空気調和機を一例として説明する。 Hereinafter, a motor drive control device and a drive control method thereof according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. The embodiments shown in FIGS. 1 to 5 correspond to a motor drive control device for an air conditioner as an example of a refrigerating air conditioner and a drive control method thereof. Here, the refrigerating air conditioner (frozen air conditioning equipment) is a general term for equipment using a refrigerant and a refrigerating cycle, such as an air conditioner, a refrigerator, and a freezer. More specifically, examples of refrigerated air conditioners include air conditioners such as room air conditioners and gas engine heat pump air conditioners, heat source equipment such as refrigerators and chilling units, showcases, refrigerators and freezers, unit coolers, and ice makers. Refrigerators for transportation, refrigerating equipment for transportation such as car air conditioners, heat pump water heaters, etc. may be included, but in the following description, an air conditioner will be described as an example.
以下、まず、図１を参照しながら、モータの駆動制御装置およびその駆動制御方法が実装される冷凍空調機の一例としての空気調和機１の全体構成について説明する。
Hereinafter, the overall configuration of an
図１は、本実施形態による空気調和機１の構成図である。図１に示す空気調和機１は、冷房運転および暖房運転を切り替えて行う機器であり、冷媒回路Ｑと、制御装置３０とを備える。なお、図１では、冷房運転中、冷媒回路Ｑにおける冷媒が流れる向きを実線矢印で示しており、以下、特に断りがない限り冷房運転を前提として説明するが、暖房運転中は、逆向きで冷媒が循環することになる。
FIG. 1 is a configuration diagram of an
冷媒回路Ｑは、圧縮機１１、室外熱交換器１３、室内膨張弁２１および室内熱交換器２２を順次接続して構成される。冷媒回路Ｑは、室外機１０に設置される各機器と、室内機２０に設置される各機器と、接続配管ｋ１，ｋ３とを含み構成される。
The refrigerant circuit Q is configured by sequentially connecting a
室外機１０は、圧縮機１１と、アキュムレータ１２と、室外熱交換器１３と、室外ファン１４と、四方弁１５と、ガス阻止弁１８ａと、液阻止弁１８ｂと、センサ類１９とを備える。
The
圧縮機１１は、制御装置３０からの指令に従って、アキュムレータ１２を介して流入するガス状の冷媒を圧縮する。圧縮機１１は、本実施形態におけるインバータ回路が制御および駆動する対象であるモータを備える。このような圧縮機１１としては、特に限定されるものではないが、スクロール圧縮機を用いることができる。
The
アキュムレータ１２は、圧縮機１１の吸入側に設置されており、室内熱交換器２２から流入する冷媒を気液分離する。アキュムレータ１２を設けることにより、圧縮機１１での液圧縮が防止され、また、圧縮機１１に吸入される冷媒の乾き度が適度に調整される。
The
室外熱交換器１３は、そこで、圧縮機１１から吐出される高温高圧の冷媒と、室外ファン１４によって送り込まれる外気との間で熱交換が行われる、熱交換器である。室外熱交換器１３は、冷房運転においては、圧縮機１１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。図１に示す例では、室外熱交換器１３の上流端が、四方弁１５を介して圧縮機１１の吐出口に接続されている。室外熱交換器１３の下流端は、液阻止弁１８ｂ、接続配管ｋ３および室内膨張弁２１を順次介して、室内熱交換器２２に接続されている。
The
室外ファン１４は、室外熱交換器１３の付近に設置されており、制御装置３０からの指令に従って、室外熱交換器１３に外気を送り込む。
The
四方弁１５は、冷媒回路Ｑにおいて冷媒が流れる向きを切り替える弁である。冷房運転時には、四方弁１５は、実線で示す流路に切り替えられ、圧縮機１１と、室外熱交換器１３（冷房運転においては凝縮器としてはたらく。）と、室内膨張弁２１と、室内熱交換器２２（冷房運転においては蒸発器としてはたらく。）とが、環状に順次接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて冷媒が循環する。これに対して、暖房運転時には、四方弁１５は、破線で示す流路に切り替えられ、圧縮機１１と、室内熱交換器２２（暖房運転においては凝縮器としてはたらく。）と、室内膨張弁２１と、室外熱交換器１３（暖房運転においては蒸発器としてはたらく）とが環状に順次接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて冷媒が循環する。
The four-
ガス阻止弁１８ａおよび液阻止弁１８ｂは、空気調和機１の据付作業後に開弁されることで、室外機１０に封入されていた冷媒を冷媒回路Ｑの全体に行き渡らせるための弁である。ガス阻止弁１８ａは、その一方側（冷房運転の下流側）が、四方弁１５に接続され、他方側（冷房運転の上流側）が接続配管ｋ１を介して室内熱交換器２２に接続されている。液阻止弁１８ｂは、その一方側（冷房運転の上流側）が、室外熱交換器１３に接続され、他方側（冷房運転の下流側）が接続配管ｋ３を介して室内膨張弁２１に接続されている。
The
室外機１０のセンサ類１９としては、吸入圧力センサ１９ａ、吐出圧力センサ１９ｂ、吐出温度センサ１９ｃ、温度センサ１９ｄ、外気温度センサ１９ｇおよび室外熱交換器中間温度センサ１９ｈが含まれる。
The
吸入圧力センサ１９ａは、圧縮機１１の吸入側に設置されており、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を検出する。吐出圧力センサ１９ｂは、圧縮機１１の吐出側に設置されており、圧縮機１１から吐出される冷媒の圧力を検出する。吐出温度センサ１９ｃは、圧縮機１１の吐出口の付近に設置されており、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度を検出する。温度センサ１９ｄは、アキュムレータ１２の上流側に設置されており、その温度を検出する。外気温度センサ１９ｇは、室外機１０の所定箇所に設置されており、外気の温度を検出する。室外熱交換器中間温度センサ１９ｈは、室外熱交換器１３に設置されており、室外熱交換器１３の中間部（冷媒が通流する伝熱管の中間部）付近の温度（以下、中間温度と参照する。）を検出する。
The
図１においては、信号線を破線矢印で示しているが、これらのセンサ類１９の検出値は、制御装置３０に出力される。
In FIG. 1, the signal line is indicated by a broken line arrow, and the detected values of these
室内機２０は、室内膨張弁２１と、室内熱交換器２２と、室内ファン２３と、室内電磁弁２４と、室内熱交換器中間温度センサ２５とを備える。
The
室内膨張弁２１は、室外熱交換器１３で凝縮された冷媒を減圧する弁である。室内膨張弁２１は、冷房運転において、室外熱交換器１３から接続配管ｋ３を介して室内熱交換器２２に向かう冷媒を減圧する機能を有している。なお、室内膨張弁２１の開度は、制御装置３０によって調整される。
The
室内熱交換器２２は、そこで、室内膨張弁２１によって減圧された冷媒と、室内空気（被空調空間の空気）との間で熱交換が行われる熱交換器である。冷房運転においては、室内熱交換器２２は、室内膨張弁２１で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。そして、室内熱交換器２２を流れる冷媒の蒸発潜熱によって、室内空気が冷やされる。
The
室内ファン２３は、室内熱交換器２２の付近に設置されており、制御装置３０からの指令によって、室内熱交換器２２に室内空気を送り込む。室内電磁弁２４は、室内膨張弁２１の上流側に設置されており、室内機２０を運転する際に冷媒を流通させるために開かれる。なお、室内膨張弁２１が全閉可能な構造であれば、室内電磁弁２４を省略することも可能である。
The
室内熱交換器中間温度センサ２５は、室内熱交換器２２に設置されており、室内熱交換器２２の中間部付近の温度を検出する。
The indoor heat exchanger
図１においては、信号線を破線矢印で示しているが、室内熱交換器中間温度センサ２５の検出値は、制御装置３０に出力される。
In FIG. 1, the signal line is indicated by a broken line arrow, but the detection value of the indoor heat exchanger
制御装置３０は、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、各種インタフェースを含む。ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行する。また、制御装置３０は、後述するモータ駆動制御装置を備えており、上述したセンサ類１９，２５の検出値やリモート・コントローラからの操作信号に基づいて、圧縮機１１や室内膨張弁２１を含む各機器を制御する。
Although not shown, the control device 30 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and various interfaces. The program stored in the ROM is read out and expanded in the RAM, and the CPU executes various processes. Further, the control device 30 includes a motor drive control device described later, and includes a
以下、図２を参照しながら、本発明の実施形態によるモータ駆動制御装置１００およびその駆動制御方法について説明する。なお、図２に示した実施形態は、圧縮機１１が備える空気調和機向けモータ１０２の駆動制御装置および駆動制御方法に対応するものである。モータ１０２は、交流モータであり、より具体的には、同期モータであり、典型的には、所定の磁極数の永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ、Permanent Magnet Synchronous Motor）が用いられる。
Hereinafter, the motor
図２は、本実施形態によるモータ駆動制御装置１００の全体構成を示す図である。なお、図２に示すモータ駆動制御装置１００は、特に限定されるものではないが、図１に示す制御装置３０に実装することができる。図２に示すように、モータ駆動制御装置１００には、交流電源１０１とモータ１０２とが接続されており、モータ駆動制御装置１００は、主に、コンバータ部１１０と、インバータ部１２０とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the motor
コンバータ部１１０は、整流回路１１１、平滑リアクトル１１３および平滑コンデンサ１１４を含み構成される。
The
交流電源１０１は、３相交流電源であり、これに対応して、整流回路１１１は、３相全波整流回路として構成されている。整流回路１１１は、６つのダイオード（ダイオードに代えてサイリスタであってもよい。）１１２を用いた３相ブリッジ構成となっている。整流回路１１１は、交流電源１０１に接続され、交流電源１０１からの交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ部１２０に出力する。
The
平滑リアクトル１１３および平滑コンデンサ１１４は、整流回路１１１の直流出力端子に接続される。平滑リアクトル１１３および平滑コンデンサ１１４は、直流フィルタを構成し、整流回路１１１から出力される直流電圧を平滑する。
The smoothing
インバータ部１２０は、直流電圧検出部１２１、インバータ回路１２２、電流センサ１２５，１２６、ゲートドライブ回路１２７およびインバータ制御器１２８を含み構成される。インバータ部１２０には、コンバータ部１１０からの直流電圧が入力される。
The
直流電圧検出部１２１は、インバータ回路１２２入力側に設けられ、整流回路１１１の出力（平滑コンデンサ１１４の両端）の直流電圧を検出し、検出した電圧値をインバータ制御器１２８に出力する。
The DC
インバータ回路１２２は、コンバータ部１１０からの直流電力を交流電力へ変換して、交流負荷であるモータ１０２に出力する。インバータ回路１２２は、３相交流に対応して、６個の半導体スイッチング素子１２３と、各半導体スイッチング素子１２３に逆並列に接続されたダイオード１２４とによって３相ブリッジ回路が構成されている。なお、各スイッチング素子１２３に逆並列に接続されたダイオード１２４は、それぞれのスイッチング素子１２３のオフ時の転流動作のためのダイオードである。
The
ゲートドライブ回路１２７は、インバータ制御器１２８の制御の下、インバータ回路１２２のパルス幅変調（以下、パルス幅変調をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）と参照する場合がある。）駆動を行う回路である。 The gate drive circuit 127 is a circuit that drives the pulse width modulation of the inverter circuit 122 (hereinafter, the pulse width modulation may be referred to as PWM (Pulse Width Modulation)) under the control of the inverter controller 128.
インバータ回路１２２は、ゲートドライブ回路１２７から入力されるＰＷＭ信号に従って、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子１２３をオンおよびオフ動作させ、コンバータ部１１０の出力である直流電圧を交流電圧に変換して出力し、モータ１０２の回転数を制御する。
The
電流センサ１２５，１２６は、交流出力の交流電圧を検出し、測定値をインバータ制御器１２８に出力する。
The
インバータ制御器１２８は、直流電圧検出部１２１からの直流電圧値および電流センサ１２５，１２６からの交流電流値の検出信号に基づいて、ゲートドライブ回路１２７を制御し、ＰＷＭ信号を生成させる。インバータ制御器１２８としては、マイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置が用いられ得る。インバータ制御器１２８は、また、サンプリングホールド回路およびＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部を備えており、入力される各電圧・電流の検出信号がデジタル信号に変換される。
The inverter controller 128 controls the gate drive circuit 127 based on the detection signals of the DC voltage value from the DC
図２に示した回路構成において、インバータ制御器１２８は、圧縮機１１を起動する契機となる条件（電源オンなど）が満たされたことに応答して、ゲートドライブ回路１２７を介して、インバータ回路１２２に所定のＰＷＭ信号を入力することによって、圧縮機１１（およびそのモータ１０２）を起動し、求められる回転数で圧縮機１１を動作させる。
In the circuit configuration shown in FIG. 2, the inverter controller 128 passes through the gate drive circuit 127 to the inverter circuit in response to the condition (power on, etc.) that triggers the activation of the
上述したように、圧縮機に内蔵されたモータ（例えば永久磁石同期モータ）をインバータ制御する場合、モータ回転子の位相（機械角）を検出することが望ましい。しかしながら、圧縮機内部は高温高圧となるため、圧縮機内にはホール素子などの位相検出のための素子を設置することが難しい。そのため、一般的には、モータ巻線に流れる電流（モータ電流）から位相を推定するセンサレス制御を行う。 As described above, when the motor built in the compressor (for example, a permanent magnet synchronous motor) is controlled by an inverter, it is desirable to detect the phase (mechanical angle) of the motor rotor. However, since the inside of the compressor has a high temperature and high pressure, it is difficult to install an element for phase detection such as a Hall element inside the compressor. Therefore, in general, sensorless control is performed in which the phase is estimated from the current (motor current) flowing in the motor winding.
一方、センサレス制御は、モータが回転する際に発生する誘起電圧を利用した制御方法であるため、圧縮機の起動時の低回転領域においては、回転子の位相の推知精度が低下する可能性がある。モータの誘起電圧が、回転数に比例して高くなるためである。そのため、圧縮機１１の起動時は、モータ回転子の位相情報を必要としないように構成され、具体的には、位置決め電流と呼ばれる直流電流をモータ巻線に流し、固定磁界を発生させることにより、回転子の位相を固定させる位置決め制御と、その後、モータ電流の位相を徐々に進め、すなわち直流電流を交流電流に変化させモータを回転させる同期制御とが行われる。
On the other hand, sensorless control is a control method that uses the induced voltage generated when the motor rotates, so there is a possibility that the accuracy of rotor phase estimation will decrease in the low rotation region when the compressor is started. be. This is because the induced voltage of the motor increases in proportion to the rotation speed. Therefore, when the
一方、この位置決め電流のような直流電流（直流成分）は、インバータ回路に与える熱ストレスが大きく、インバータ回路を構成する素子の疲労や劣化を進め、インバータ回路、ひいてはインバータ回路を備える装置の故障や寿命低下の原因となる可能性がある。そのため、モータ起動時の初期の直流電流は、可能な限り小さく、かつ、短時間とすることが望ましい。一方で、位置決め電流を小さくすれば、発生トルクが小さくなるため、発生トルクが負荷トルクを下回る場合に脱調を引き起こし、圧縮機１１の起動に失敗してしまうことになる。
On the other hand, a direct current (direct current component) such as this positioning current exerts a large thermal stress on the inverter circuit, which promotes fatigue and deterioration of the elements constituting the inverter circuit, resulting in failure of the inverter circuit and eventually a device equipped with the inverter circuit. It may cause a decrease in life. Therefore, it is desirable that the initial DC current at the time of starting the motor is as small as possible and short. On the other hand, if the positioning current is made small, the generated torque becomes small, so that if the generated torque is lower than the load torque, step-out is caused and the
そのため、従来では、モータの脱調、ひいては圧縮機１１の起動失敗を防止する観点からは、起動時の安定性を重視した設計とし、想定される負荷トルクよりも充分に大きなモータ電流を設定するべく、インバータ回路のハードウェア仕様から、充分な発生トルクが確保できるような固定値を用いていた。しかしながら、固定値は、マージンを取った値であるため、位置決め電流をさらに削減できる余地がある。
Therefore, conventionally, from the viewpoint of preventing the step-out of the motor and eventually the start failure of the
そこで、本実施形態においては、図１に示す空気調和機１の冷凍サイクルにおいて圧縮機１１内で使用されるモータ１０２に接続されるインバータ回路１２２を備えるモータ駆動制御装置１００において、インバータ制御器１２８が、モータ１０２を起動する際に、モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流をモータに流すようインバータ回路を制御するとともに、その際に、冷凍サイクルの状態に応じて位置決め電流の大きさを調整するよう構成される。これにより、冷凍サイクルで使用されるモータの起動を安定化するとともに、起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては装置の故障の防止および長寿命化を図っている。
Therefore, in the present embodiment, in the motor
インバータ制御器１２８には、各種センサ類１９ａ，１９ｂ，１９ｈ，２５の測定値や空気調和機の動作状態の情報が入力される。上述した位置決め電流を調整するために検知する冷凍サイクルの状態は、図1に示す圧縮機１１の吐出圧力を検知する吐出圧力センサ１９ｂ、圧縮機１１の吸入圧力を検知する吸入圧力センサ１９ａ、熱交換器１３，２２の中間温度を検知する中間温度センサ１９ｈ、２５および圧縮機を停止させてから起動するまでの経過時間を計測する手段からなる群から選択された少なくとも１つの手段に基づいて検知され得る。
The measured values of
より具体的には、冷凍サイクルの状態は、例えば起動直前の圧縮機１１の吐出圧力および吸入圧力の差圧に基づいて検知されてもよく、その場合において、位置決め電流は、差圧が大きい場合に大きくなるように調整されてもよい。また、冷凍サイクルの状態は、熱交換器の中間温度に基づいて検知されてもよく、この場合において、位置決め電流は、冷房運転の場合は室外機熱交換器の中間温度が高い場合に、暖房運転の場合は、中間温度が低い場合に、大きくなるように調整されてもよい。また、１または複数の実施形態では、冷凍サイクルの状態は、圧縮機１１を一度停止させてから起動するまでの停止経過時間を計測し、計測される停止経過時間に基づいて検知されてもよく、この場合において、位置決め電流は、経過時間が短い場に大きくなるように調整されてもよい。
More specifically, the state of the refrigeration cycle may be detected based on, for example, the differential pressure between the discharge pressure and the suction pressure of the
以下、冷凍サイクルの状態をどのように検知し、検知した冷凍サイクルに基づいてどのように位置決め電流の大きさを調整するのかについて、図３および図４を参照しながら、より具体的に説明する。 Hereinafter, how to detect the state of the refrigeration cycle and how to adjust the magnitude of the positioning current based on the detected refrigeration cycle will be described more specifically with reference to FIGS. 3 and 4. ..
図３は、本発明の実施形態によるモータ駆動制御装置１００においてインバータ制御器１２８が実行する、圧縮機１１の起動時の電流値の大きさの決定処理を説明するフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of determining the magnitude of the current value at the time of starting the
図３に示す処理は、ステップＳ１００から開始し、ステップＳ１０１では、インバータ制御器１２８は、起動前（直前）の圧縮機１１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差（差圧）、室外熱交換器の中間温度および圧縮機１１の停止継続期間を求める。圧力差（差圧）は、起動前の時点で吐出圧力センサ１９ｂおよび吸入圧力センサ１９ａの測定値を読み取り、差分を算出することによって求められる。中間温度は、起動前の時点で中間温度センサ１９ｈ（室内熱交換器を用いる場合は２５）の測定値を読み取ることによって求められる。差分および中間温度は、起動前の１時点の値であってもよいし、起動前の複数時点の平均値であってもよい。圧縮機１１の停止継続期間は、圧縮機１１が停止されたタイミングで時刻を記憶し、起動前の時点で時刻を取得し、記憶した停止時刻との差分から求めることができる。
The process shown in FIG. 3 starts from step S100, and in step S101, the inverter controller 128 has a pressure difference (differential pressure) between the discharge pressure and the suction pressure of the
ステップＳ１０２では、インバータ制御器１２８は、求められた吐出圧力および吸入圧力の圧力差を閾値（以下、差圧に対する閾値を閾値１と参照する。）と比較し、求められた圧力差が閾値１を上回るか否かを判定する。ステップＳ１０２で、求められた圧力差が閾値１を上回ると判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０３へ分岐される。ステップＳ１０３では、段階を１引き上げ、ステップＳ１０４へ処理を進める。差圧が大きい場合、圧縮機１１に加わる負荷トルクは大きいため、よりモータ電流を大きくする必要があるためである。一方、ステップＳ１０２で、求められた圧力差が閾値１を上回らないと判定された場合（ＮＯ）は、ステップ１０４へ直接処理が進められる。
In step S102, the inverter controller 128 compares the obtained pressure difference between the discharge pressure and the suction pressure with a threshold value (hereinafter, the threshold value for the differential pressure is referred to as a threshold value 1), and the obtained pressure difference is the
ステップＳ１０４では、インバータ制御器１２８は、求められた中間温度を閾値（以下、中間温度に対する閾値を閾値２と参照する。）と比較し、求められた中間温度が閾値２を上回るか否かを判定する。ステップＳ１０４で、求められた中間温度が閾値２を上回ると判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０５へ分岐される。ステップＳ１０５では、段階を１引き上げ、ステップＳ１０６へ処理を進める。例えば、冷房運転においては、室外熱交換器１３の中間温度が外気温より高い場合、吐出圧力が高いことが推定されるため、モータ電流を大きくする必要がある。一方、ステップＳ１０４で、求められた中間温度が閾値２を上回らないと判定された場合（ＮＯ）は、ステップ１０６へ直接処理が進められる。なお、暖房運転の場合は、室外熱交換器１３の中間温度が外気温より低い場合に負荷トルクが大きくなるため、中間温度を別の閾値と比較して低い場合にモータ電流をより大きくする必要があるとして段階を１引き上げればよい。また、室内熱交換器の中間温度を用いる場合は、これらは逆転する。
In step S104, the inverter controller 128 compares the obtained intermediate temperature with the threshold value (hereinafter, the threshold value for the intermediate temperature is referred to as the threshold value 2), and determines whether or not the obtained intermediate temperature exceeds the
ステップＳ１０６では、インバータ制御器１２８は、求められた停止継続期間を閾値（以下、停止継続期間に対する閾値を閾値３と参照する。）と比較し、求められた停止継続期間が閾値３を下回るか否かを判定する。ステップＳ１０６で、求められた停止継続期間が閾値３を下回ると判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０７へ分岐される。ステップＳ１０７では、段階を１引き上げ、ステップＳ１０８へ処理を進める。圧縮機１１を停止させてから起動するまでの停止経過時間が短い場合、冷凍サイクル内の圧力差が残っていることが想定されるため、モータ電流は大きくする必要があるためである。一方、ステップS１０６で、求められた停止継続期間が閾値３を下回らないと判定された場合（ＮＯ）は、ステップ１０８へ直接処理が進められる。
In step S106, the inverter controller 128 compares the obtained stop duration with the threshold value (hereinafter, the threshold value for the stop duration is referred to as the threshold value 3), and whether the obtained stop duration is below the
ステップＳ１０８では、インバータ制御器１２８は、これまでの判定結果に基づいて、起動初期のモータ電流（位置決め電流および任意で同期電流）の大きさを決定する。なお、説明する実施形態では、段階の初期値が０であるとして、ステップＳ１０２～Ｓ１０７を経て、０～３までの４段階のうちのいずれかの判定結果が得られている。ステップＳ１０８では、段階０～段階３の各段階に対して用意されたプリセットの位置決め電流および任意で同期電流の大きさから、該当する段階のものを選択することができる。このように、吐出圧力および吸入圧力の差圧、熱交換器の中間温度、圧縮機を停止させてから起動するまでの停止経過時間に対して、それぞれ閾値を設け、各閾値との大小関係によって、段階的に起動時のモータ電流の大きさが調整される。
In step S108, the inverter controller 128 determines the magnitude of the motor current (positioning current and optionally synchronous current) at the initial stage of startup based on the determination results so far. In the embodiment to be described, assuming that the initial value of the stage is 0, the determination result of any one of the four stages from 0 to 3 is obtained through steps S102 to S107. In step S108, it is possible to select the corresponding stage from the preset positioning currents prepared for each stage from
なお、説明する実施形態では、判定結果は、３つの判定項目についてそれぞれ１つの判定条件を設け、各判定条件が同得点であるとして合計４段階あるものとして説明した。しかしながら、段階数は、４未満でも５以上でもよいし、重み付けて加算されて段階が求められてもよい。また、各判定結果の真偽で合わせて８通りを保持するテーブルを用意してもよい。さらに、差圧、熱交換器の中間温度および停止継続時間の各項目に対して複数の閾値判定が設けられてもよく、いずれかの項目を条件から外してもよいし、別の判定項目が加わってもよい。さらに、閾値判定ではなく、圧力差、中間温度および停止継続期間の関数を用いてモータ電流の大きさを決定してもよい。 In the embodiment to be described, the judgment result is described as having one judgment condition for each of the three judgment items and having a total of four stages assuming that each judgment condition has the same score. However, the number of steps may be less than 4 or 5 or more, and the steps may be obtained by weighting and adding. In addition, a table may be prepared that holds eight ways in total depending on the authenticity of each determination result. Further, a plurality of threshold value determinations may be provided for each item of differential pressure, heat exchanger intermediate temperature and stop duration, one of the items may be excluded from the conditions, or another determination item may be provided. You may join. Further, instead of the threshold determination, the magnitude of the motor current may be determined using a function of pressure difference, intermediate temperature and stop duration.
続いて、ステップＳ１０９で本処理を終了させる。以降、決定されたモータ電流の大きさに従って位置決め制御および同期制御が行われる。 Subsequently, this process is terminated in step S109. After that, positioning control and synchronous control are performed according to the determined magnitude of the motor current.
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本実施形態によるモータ駆動制御装置１００の決定に基づく位置決め制御および同期制御時の電流値の時間変化を模式的に示す。なお、インバータの制御状態（位置決め制御および同期制御の別）が両矢印で示されている。上述した説明では、判定結果が４段階あるものとして説明したが、図４（Ａ）は、位置決め制御中と同期起動制御中のモータ電流が最も大きくなる場合（上記３項目の判定条件をすべて満たす場合）を例示し、図４（Ｂ）は、位置決め制御中と同期起動制御中のモータ電流が最も小さくなる場合（上記３項目の判定条件をすべてが満たされない場合）を模式的に表している。なお、図４には、３相分の電流値の時間変化が示されており、実線、破線および一点鎖線で３相の信号が識別される。
4 (A) and 4 (B) schematically show the time change of the current value during the positioning control and the synchronous control based on the determination of the motor
位置決め制御および同期制御時の３相の電流の時間変化は、例えば、以下の式で表される。 The time change of the three-phase current during the positioning control and the synchronous control is expressed by the following equation, for example.
（数１）
Ｉｕ＝Ａ（ｔ）*ｓｉｎ（ωｔ）
Ｉｖ＝Ａ（ｔ）*ｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）
Ｉｗ＝Ａ（ｔ）*ｓｉｎ（ωｔ＋２４０°）
(Number 1)
Iu = A (t) * sin (ωt)
Iv = A (t) * sin (ωt + 120 °)
Iw = A (t) * sin (ωt + 240 °)
ωは、角周波数であり、同期制御の期間中は、所定周波数まで徐々に増大する関数である。Ａ（ｔ）は、電流の振幅を表す関数であり、通常運転時において各相に流すことができる最大電流以下の範囲で、かつ、上述した判定結果に応じた上限値以下の範囲で、時刻０で０から単調増加（例えば線形に増加）する関数である。Ａ（ｔ）の増加率（線形増加の場合は傾き）も、上述した判定結果に応じた値とすることができる。なお、Ａ（ｔ）は、時間の関数であるが、図３に示すステップＳ１０８で判定結果に基づいて上限値および増加率を決定することによって、一義的に決定される。なお、ωｔは、位置決め制御の期間中は、固定されており、そのため、電流は、位置決め制御の期間中は、直流であり、同期制御の期間中は、振幅Ａ（ｔ）の周波数ω（同期制御期間中増加する時間の関数である。）の交流となる。なお、位置決め制御期間中のωｔは、図４に示す例では、説明の便宜上、９０°に固定される。３相の電流は、位相が互いに１２０°ずれている状態が維持される。 ω is an angular frequency, which is a function that gradually increases to a predetermined frequency during the period of synchronous control. A (t) is a function representing the amplitude of the current, and the time is within the range below the maximum current that can be passed through each phase during normal operation and within the range below the upper limit according to the above-mentioned determination result. It is a function that monotonically increases (for example, linearly increases) from 0 at 0. The rate of increase of A (t) (in the case of linear increase, the slope) can also be a value according to the above-mentioned determination result. Although A (t) is a function of time, it is uniquely determined by determining the upper limit value and the rate of increase based on the determination result in step S108 shown in FIG. Note that ωt is fixed during the positioning control period, so that the current is direct current during the positioning control period and the frequency ω (synchronous) of the amplitude A (t) during the synchronous control period. It is a function of time that increases during the control period.) It becomes an alternating current. In the example shown in FIG. 4, the ωt during the positioning control period is fixed at 90 ° for convenience of explanation. The three-phase currents are maintained in a state of being 120 ° out of phase with each other.
図４（Ａ）は、最も大きな電流となる場合を示しており、太い破線で示すＡ（ｔ）は、位置決め制御の期間いっぱいで上限値（最大値）まで線形に増加し、以降、同期制御中は、一定となっている。一方、図４（Ｂ）は、最も小さな電流となる場合を示し、太い破線で示すＡ（ｔ）は、位置決め制御および同期制御の期間において線形に増加する。なお、図４（Ｂ）に示した例では、Ａ（ｔ）は、図４（Ａ）の場合と比べて低い上限値以下の範囲に制限されている。しかしながら、これに限定されず、上限値を変更せずに、増加率（線形増加の場合は傾き）だけを変更することとしてもよい。 FIG. 4A shows the case where the maximum current is reached, and A (t) shown by the thick broken line linearly increases to the upper limit value (maximum value) during the entire positioning control period, and thereafter, synchronous control is performed. The inside is constant. On the other hand, FIG. 4B shows the case where the current is the smallest, and A (t) shown by the thick broken line increases linearly during the period of positioning control and synchronous control. In the example shown in FIG. 4 (B), A (t) is limited to a range of a lower upper limit value or less than in the case of FIG. 4 (A). However, the present invention is not limited to this, and only the rate of increase (in the case of linear increase, the slope) may be changed without changing the upper limit value.
図４（Ａ）では、同期制御中のモータ電流の波高値は一定であるが、図４（Ｂ）では、同期制御中のモータ電流の波高値は、徐々に高くなっている。位置決め制御中および同期制御中のモータ電流を調整するのは、直流電流（成分）が与える熱ストレスを軽減することであるため、同期制御中に周波数が高まれば、モータ電流の波高値を低くする必要性が低くなり、むしろモータ電流を高めることで、起動の安定性を確保することできる。 In FIG. 4A, the peak value of the motor current during synchronous control is constant, but in FIG. 4B, the peak value of the motor current during synchronous control gradually increases. Adjusting the motor current during positioning control and synchronous control is to reduce the thermal stress given by the direct current (component), so if the frequency increases during synchronous control, the peak value of the motor current will be lowered. The need is reduced, but rather the motor current can be increased to ensure start-up stability.
なお、図４に示す電流値の時間変化は例示であり、図４（Ａ）および図４（Ｂ）の中間的な段階もあり、Ａ（ｔ）の増加率を各段階に応じて適宜設定することが可能である。また、Ａ（ｔ）の関数の形状も線形を一例に説明したが、これに限定されず、任意の単調増加関数を用いることもできる。 The time change of the current value shown in FIG. 4 is an example, and there is an intermediate stage between FIGS. 4 (A) and 4 (B), and the rate of increase of A (t) is appropriately set according to each stage. It is possible to do. Further, although the shape of the function of A (t) has been described by using linear as an example, the shape is not limited to this, and any monotonically increasing function can be used.
図５（Ａ）および（Ｂ）は、本実施形態によるモータ駆動制御装置における位置決め制御および同期制御時の電流値の時間変化およびその際の負荷トルクをプロットしたグラフである。なお、インバータの制御状態が両矢印で示されている。また、図５には、代表して１相の電流の時間変化が示されている。 5 (A) and 5 (B) are graphs plotting the time change of the current value at the time of positioning control and synchronous control in the motor drive control device according to the present embodiment and the load torque at that time. The control state of the inverter is indicated by double-headed arrows. Further, FIG. 5 shows the time change of the current of one phase as a representative.
図４および図５に示すように、インバータ制御状態は、位置決め制御で開始し、同期（起動）制御が後続し、図５に示すようにさらにセンサレス制御（通常制御）に遷移する。位置決め制御中は、モータには位置決め電流（直流電流）を流す。つまり位置決め電流の極性は、変化しない。同期制御中は、同期電流と呼ばれる交流電流を流す。この交流電流の周波数は徐々に高くなり、圧縮機の回転数は増加する。圧縮機１１の回転数が所定値に達したら、センサレス制御に遷移する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the inverter control state starts with the positioning control, is followed by the synchronous (start) control, and further transitions to the sensorless control (normal control) as shown in FIG. During positioning control, a positioning current (direct current) is passed through the motor. That is, the polarity of the positioning current does not change. During synchronous control, an alternating current called synchronous current is passed. The frequency of this alternating current gradually increases, and the rotation speed of the compressor increases. When the rotation speed of the
なお、センサレス制御中は、モータ電流検出値からモータ回転子の位相を推定し、さらにモータ電流検出値と回転子の位相から負荷トルクを推定する。負荷トルクが推定できれば、モータ電流は、負荷トルクに応じた必要最小限の値に調整することができる。一方、起動初期の位置決め制御および同期起動制御中は、モータ電流の調整に回転子の位相情報を用いず、その点でオープンループ制御が行われる。オープンループ制御中は、負荷トルクに対して、充分大きいモータ電流を流す必要があるが、説明する実施形態においては、上述した冷凍サイクルの状態を表す判定結果に応じて電流値の大きさが調整される。そのため、モータ電流が小さすぎてモータが脱調するというような事象を回避しながら、位置決め制御（さらには同期起動制御中）においてモータ電流が必要最小限の値に調整される。このためインバータ回路の寿命の低下を防止することができる。このように起動初期の位置決め制御中および任意で同期制御中のモータ電流を、起動時の冷凍サイクルの状態に基づいて、脱調が起きない範囲で可能な限り小さな値に調整することで、インバータ回路やモータの損失を低減し、高効率化を図ることができる。 During sensorless control, the phase of the motor rotor is estimated from the motor current detection value, and the load torque is estimated from the motor current detection value and the rotor phase. If the load torque can be estimated, the motor current can be adjusted to the minimum necessary value according to the load torque. On the other hand, during the positioning control and the synchronous start control at the initial stage of starting, the phase information of the rotor is not used for adjusting the motor current, and the open loop control is performed at that point. During open loop control, it is necessary to pass a sufficiently large motor current with respect to the load torque, but in the embodiment described above, the magnitude of the current value is adjusted according to the determination result representing the state of the refrigeration cycle described above. Will be done. Therefore, the motor current is adjusted to the minimum necessary value in the positioning control (further, during the synchronous start control) while avoiding the event that the motor current is too small and the motor is out of step. Therefore, it is possible to prevent the life of the inverter circuit from being shortened. In this way, by adjusting the motor current during positioning control at the initial start-up and optionally synchronous control to the smallest possible value within the range where step-out does not occur, based on the state of the refrigeration cycle at start-up, the inverter It is possible to reduce the loss of circuits and motors and improve efficiency.
上述したように、図５は、位置決め制御、同期制御を行いその後センサレス制御に遷移する過程をたどっているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、位置決め制御（直流）と同期制御（交流）とが明確に分かれず、位置決め制御の期間中においても、周波数が小さな（例えば周波数１以下程度の）交流電流となっていてもよい。その場合、周波数ωが０に近い領域の直流成分が位置決め電流の役割を果たす。 As described above, FIG. 5 follows a process of performing positioning control and synchronous control and then transitioning to sensorless control, but the present invention is not necessarily limited to this. For example, the positioning control (direct current) and the synchronous control (alternating current) are not clearly separated, and the alternating current may have a small frequency (for example, a frequency of about 1 or less) even during the positioning control period. In that case, the DC component in the region where the frequency ω is close to 0 plays the role of the positioning current.
なお、上述した実施形態では、圧縮機１１が１台しかない構成を前提としていた。しかしながら、他の実施形態では、圧縮機１１が複数台設けられていてもよい。１つの冷凍サイクル中に複数の圧縮機１１が配置されている場合、他の圧縮機が駆動している場合と、停止している場合とで負荷トルクが異なることが想定される。例えば、全ての圧縮機が停止した状態から圧縮機を起動する場合と、１つ以上の他の圧縮機が既に駆動した状態で圧縮機を起動する場合とでは、前者の方が起動時の差圧が低く負荷トルクは小さい。そのため前者は、位置決め制御中と同期制御開始時のモータ電流波高値をより低くし、後者は位置決め制御中と同期起動制御開始時のモータ電流波高値をより高く設定することができる。つまり、ある一台の圧縮機に備えられたモータを起動する際に、他の圧縮機が駆動しているか否かに基づいて冷凍サイクルの状態を検知することができ、その場合に、位置決め電流は、他の圧縮機いずれかが駆動している場合に大きくなるように調整されてもよい。この判定条件は、単独で用いられてもよいし、上述した差圧、中間温度および停止継続時間の一部または全部と組み合わせられてもよい。
In the above-described embodiment, it is assumed that there is only one
以下、図６～図８を参照しながら、好適な実施形態について説明する。上述までの実施形態では、位置決め制御中は、各相の電流は、直流であり、よって位置決め制御中のモータ電流の位相は変化しない。これに対して、以下に説明する好適な実施形態は、位置決め制御中の位置決め電流の位相をさらに調整することにより、位置決め電流を小さくした場合でも、より起動の安定性を高めることができるというものである。 Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to FIGS. 6 to 8. In the above-described embodiment, the current of each phase is direct current during the positioning control, so that the phase of the motor current during the positioning control does not change. On the other hand, in a preferred embodiment described below, by further adjusting the phase of the positioning current during the positioning control, the start-up stability can be further improved even when the positioning current is reduced. Is.
上述したように、位置決め制御中のモータ電流の位相は変化しない。しかしながら、モータ回転子の位相（機械角）は、回転子の初期位相に応じて変化する。図６は、種々の初期位相から起動した場合の位置決め制御および同期制御時の電流値の時間変化および回転子の位相の変化をプロットしたグラフである。 As described above, the phase of the motor current during positioning control does not change. However, the phase (mechanical angle) of the motor rotor changes according to the initial phase of the rotor. FIG. 6 is a graph plotting changes in the current value over time and changes in the phase of the rotor during positioning control and synchronous control when starting from various initial phases.
図６では３通りの回転子の初期位相（Ａ）～（Ｃ）を示しているが、位置決め制御中のモータ電流の位相は、全て、０ｒａｄ（０°）である。図６（Ａ）では、回転子の初期位相は、－０．８７ｒａｄ（‐５０°）であり遅れている。そのため、位置決め制御中に回転子の位相は、－０．８７ｒａｄ（‐５０°）から０ｒａｄ（０°）に変化する。図６（Ｂ）では、回転子の初期位相は、０ｒａｄ（０°）であり電流の位相と一致している。そのため、位置決め制御中に回転子の位相は変化しない。図６（Ｃ）では、回転子の初期位相は、１．０４ｒａｄ（＋６０°）であり進んでいる。そのため、位置決め制御中に回転子の位相は、１．０４ｒａｄ（＋６０°）から０ｒａｄ（０°）に変化する。 Although FIG. 6 shows the initial phases (A) to (C) of the three rotors, the phases of the motor currents during the positioning control are all 0 rad (0 °). In FIG. 6A, the initial phase of the rotor is −0.87 rad (-50 °), which is delayed. Therefore, the phase of the rotor changes from −0.87 rad (-50 °) to 0 rad (0 °) during the positioning control. In FIG. 6B, the initial phase of the rotor is 0 rad (0 °), which coincides with the phase of the current. Therefore, the phase of the rotor does not change during the positioning control. In FIG. 6C, the initial phase of the rotor is 1.04 rad (+ 60 °), which is advanced. Therefore, the phase of the rotor changes from 1.04 rad (+ 60 °) to 0 rad (0 °) during the positioning control.
以上より、モータ電流の位相に対して回転子の位相初期が遅れている場合、位置決め制御中に回転子の位相は正方向に進み、逆に回転子の初期位相が進んでいる場合、位置決め制御中に回転子の位相は、負方向に進むことが分かる。なお、図６は、３極対の永久磁石同期モータの挙動を表しており、３極対の場合、モータ電流の位相変化量に対して回転子の位相の変化量は１／３となる点に留意されたい。 From the above, when the initial phase of the rotor is delayed with respect to the phase of the motor current, the phase of the rotor advances in the positive direction during the positioning control, and conversely, when the initial phase of the rotor advances, the positioning control is performed. It can be seen that the phase of the rotor advances in the negative direction. Note that FIG. 6 shows the behavior of a permanent magnet synchronous motor with a 3-pole pair, and in the case of a 3-pole pair, the amount of change in the phase of the rotor is 1/3 of the amount of phase change in the motor current. Please note.
ここで回転子の位相の変化と冷媒の圧縮について考察すると、回転子の位相を正方向に進める場合、冷媒が圧縮されることによる負荷トルクが発生するが、一方で、回転子の位相を負方向に進める場合は、冷媒圧縮による負荷トルクは発生しない。よって回転子の位相を正方向よりも、負方向に進める方が負荷トルクは小さく、これは、位置決め電流を下げる余地がより増えることを意味する。 Considering the change in the phase of the rotor and the compression of the refrigerant, when the phase of the rotor is advanced in the positive direction, load torque is generated due to the compression of the refrigerant, but on the other hand, the phase of the rotor is negative. When advancing in the direction, no load torque is generated due to the compression of the refrigerant. Therefore, the load torque is smaller when the phase of the rotor is advanced in the negative direction than in the positive direction, which means that there is more room for reducing the positioning current.
そこで、好ましい実施形態においては、インバータ制御器１２８は、回転子の初期位相に関わらず、位置決め制御中は、回転子の位相が負方向に進むような制御を行う。 Therefore, in a preferred embodiment, the inverter controller 128 performs control so that the phase of the rotor advances in the negative direction during the positioning control regardless of the initial phase of the rotor.
位相調整を伴う位置決め制御時の３相の電流の時間変化は、例えば、以下の式で表される。 The time change of the three-phase current at the time of positioning control accompanied by phase adjustment is expressed by the following equation, for example.
（数２）
Ｉｕ＝Ａ（ｔ）*ｓｉｎ（ωｔ＋θ（ｔ））
Ｉｖ＝Ａ（ｔ）*ｓｉｎ（ωｔ＋１２０°＋θ（ｔ））
Ｉｗ＝Ａ（ｔ）*ｓｉｎ（ωｔ＋２４０°＋θ（ｔ））
(Number 2)
Iu = A (t) * sin (ωt + θ (t))
Iv = A (t) * sin (ωt + 120 ° + θ (t))
Iw = A (t) * sin (ωt + 240 ° + θ (t))
上記と同様に、ωは、角周波数であり、同期制御の期間中は、所定周波数まで徐々に増大する関数である。Ａ（ｔ）は、電流の振幅を表す関数であり、通常運転時において各相に流すことができる最大電流以下の範囲で、かつ、上述した判定結果に応じた上限値以下の範囲で、時刻０で０から単調増加（例えば線形に増加）する関数である。Ａ（ｔ）の増加率（線形増加の場合は傾き）も、上述した判定結果に応じた値とすることができる。ωｔは、上述した実施形態と同様に、位置決め制御の期間中は、固定されているが、位相θ（ｔ）が加わっており、３相の電流の位相が互いに１２０°ずれている状態は維持されるが、θ（ｔ）分だけ、位置決め制御中も位相が変化することを表す。そして、θ（ｔ）は、より具体的には、位置決め制御の期間いっぱいで、‐２πｒａｄ（３６０°逆方向の回転）に変化する関数となる。 Similar to the above, ω is an angular frequency, which is a function that gradually increases to a predetermined frequency during the period of synchronous control. A (t) is a function representing the amplitude of the current, and the time is within the range below the maximum current that can be passed through each phase during normal operation and within the range below the upper limit according to the above-mentioned determination result. It is a function that monotonically increases (for example, linearly increases) from 0 at 0. The rate of increase of A (t) (in the case of linear increase, the slope) can also be a value according to the above-mentioned determination result. Similar to the above-described embodiment, ωt is fixed during the positioning control period, but the phase θ (t) is added, and the phase of the three-phase currents is maintained in a state of being 120 ° out of phase with each other. However, it means that the phase changes by θ (t) even during the positioning control. Then, θ (t) becomes a function that changes to −2πrad (rotation in the reverse direction of 360 °) over the entire period of positioning control.
図７は、好適な実施形態による位相調整を伴う位置決め制御および同期制御時の電流値の時間変化を模式的に示す。なお、図７にも、図４と同様に、３相分の電流値の時間変化が示されており、実線、破線、一点鎖線で３相の信号が識別される。図８は、種々の初期位相から起動した場合の、好適な実施形態による位相調整を伴う位置決め制御および同期制御時の電流値の時間変化および回転子の位相の変化をプロットしたグラフである。図８には、代表して１相の電流の時間変化が示されている。図８も、３極対の永久磁石同期モータの挙動を表しており、３極対の場合、モータ電流の位相変化量に対して回転子の位相の変化量は１／３となる点に留意されたい。 FIG. 7 schematically shows the time change of the current value during the positioning control and the synchronous control with the phase adjustment according to the preferred embodiment. As in FIG. 4, FIG. 7 also shows the time change of the current value for three phases, and the three-phase signal is identified by the solid line, the broken line, and the alternate long and short dash line. FIG. 8 is a graph plotting changes in the current value over time and changes in the phase of the rotor during positioning control and synchronous control with phase adjustment according to a preferred embodiment when starting from various initial phases. FIG. 8 typically shows the time variation of the one-phase current. FIG. 8 also shows the behavior of the permanent magnet synchronous motor of the 3-pole pair, and it should be noted that in the case of the 3-pole pair, the amount of change in the phase of the rotor is 1/3 with respect to the amount of phase change in the motor current. I want to be.
図７および図８に示すように位置決め制御中は、モータ電流の位相を負方向に電気角で２πｒａｄ（３６０°）変化させる。図８（Ａ）では回転子の位相は、位置決め制御中に、－０．８７ｒａｄ（‐５０°）から－２．０９ｒａｄ(‐１２０°)に変化する。図８（Ｃ）では、回転子の位相は位置決め制御中に１．０４ｒａｄ（６０°）から０ｒａｄに変化する。このように、位相を固定していた位置決め電流を、負方向に進めることで、回転子の初期位相によらず確実に回転子の位相を負方向に進めることが可能となる。したがって、冷媒圧縮による負荷トルクは発生しない方向に進められるので、負荷トルクはより小さなり、その分だけ、位置決め電流をより下げることができる。 As shown in FIGS. 7 and 8, during the positioning control, the phase of the motor current is changed in the negative direction by 2πrad (360 °) in the electric angle. In FIG. 8A, the phase of the rotor changes from −0.87 rad (−50 °) to −2.09 rad (−120 °) during positioning control. In FIG. 8C, the phase of the rotor changes from 1.04 rad (60 °) to 0 rad during positioning control. By advancing the positioning current whose phase is fixed in the negative direction in this way, it is possible to reliably advance the phase of the rotor in the negative direction regardless of the initial phase of the rotor. Therefore, since the load torque due to the compression of the refrigerant is not generated, the load torque can be made smaller, and the positioning current can be further reduced by that amount.
以上説明したように、本開示によれば、冷凍サイクルで使用されるモータの起動を安定化するとともに、起動時にかかるインバータ回路への熱ストレスを低減し、インバータ回路の素子の疲労や劣化を抑制し、ひいては、インバータ回路を含む装置の故障の防止および長寿命化を図ることが可能なモータの駆動制御装置、駆動制御方法および冷凍空調機を提供することが可能となる。 As described above, according to the present disclosure, the start-up of the motor used in the refrigeration cycle is stabilized, the thermal stress on the inverter circuit applied at the time of start-up is reduced, and the fatigue and deterioration of the elements of the inverter circuit are suppressed. As a result, it becomes possible to provide a motor drive control device, a drive control method, and a refrigerating / air conditioner capable of preventing failure of a device including an inverter circuit and extending the life of the device.
本実施形態によるモータの駆動制御装置、駆動制御方法および冷凍空調機におけるインバータ回路においては、モータの起動時に流れる電流が、冷凍サイクルの状態に応じた最小限のものとなり、熱ストレスが可能な限り軽減される。特に、冷凍空調機の圧縮機など装置において、好適に、モータ駆動用インバータ回路の損耗を低減することにより、冷凍空調機など装置の故障の防止および長寿命化を図ることができる。 In the motor drive control device, drive control method, and inverter circuit in the refrigeration and air conditioner according to the present embodiment, the current flowing at the time of starting the motor is minimized according to the state of the refrigeration cycle, and heat stress is as much as possible. It will be reduced. In particular, in a device such as a compressor of a refrigerating air conditioner, it is possible to prevent a failure of the device such as a refrigerating air conditioner and extend the life by preferably reducing the wear of the inverter circuit for driving the motor.
上述した特許文献１の従来技術では、同期運転モード前に行われる、各相に直流電流を流す初期励磁モードに関しては、各相の直流電流が、通常運転時において各相に流すことができる最大電流値電流ピーク値以下の範囲においてゼロから徐々に大きくする点のみを開示しており、同期制御中の波高値も一定に制御されている。これに対して本開示による制御では、吐出圧力および吸入圧力の差圧、熱交換器の中間温度、停止継続時間、他の圧縮機の動作状態から、位置決め制御および任意で同期制御の期間中の電流値の大きさを調整することで、より圧縮機の負荷に適した起動電流が決定できる。
In the above-mentioned prior art of
なお、本発明の実施形態は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれ得る。例えば、上記した実施形態は、分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may include various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail for the sake of easy understanding, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
また上記の各構成、機能、処理部、処理手段等の一部または全部は、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。さらに、上記の各構成、機能等の一部または全部は、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）などのレガシープログラミング言語やオブジェクト指向プログラミング言語などで記述された、プロセッサがそれぞれの機能を実現するコンピュータ実行可能なプログラムにより実現でき、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどの記憶装置、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＷ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－ＲＷ、ブルーレイディスク、ＳＤ（登録商標）カード、ＭＯなどコンピュータ可読な記録媒体に格納して、あるいは電気通信回線を通じて頒布することができる。 Further, some or all of the above configurations, functions, processing units, processing means and the like may be realized by hardware, for example, by designing with an integrated circuit. Furthermore, some or all of the above configurations, functions, etc. are written in legacy programming languages such as assembler, C, C ++, C #, Java (registered trademark), object-oriented programming languages, etc. Computers that realize functions This can be realized by executable programs, and information such as programs, tables, and files that realize each function can be found in HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive) ROM, EEPROM, EPROM, flash memory, etc. Storage device, flexible disc, CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, Blu-ray disc, SD (registered trademark) card, MO, etc. It can be distributed through telecommunications lines.
また、さらに、上記の各構成、機能等の一部または全部は、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブル・デバイス（ＰＤ）上に実装することができ、上記機能部をＰＤ上に実現するためにＰＤにダウンロードする回路構成データ（ビットストリームデータ）、回路構成データを生成するためのＨＤＬ（Hardware Description Language）、ＶＨＤＬ（Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language）、Ｖｅｒｉｌｏｇ－ＨＤＬなどにより記述されたデータとして記録媒体により配布することができる。また制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。また以上の説明で例示した各種のデータの形式は、例えば、ＣＳＶ（Comma-Separated Values）、ＸＭＬ（eXtensible Markup Language）、バイナリ（binary）などにより構成することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。 Further, a part or all of each of the above configurations, functions, etc. can be mounted on a programmable device (PD) such as a field programmable gate array (FPGA), and the above functional unit can be mounted on the PD. Circuit configuration data (bit stream data) to be downloaded to PD to realize the above, HDL (Hardware Description Language) for generating circuit configuration data, VHDL (Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language), Verilog-HDL, etc. It can be distributed by a recording medium as the data described by. In addition, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines in the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected. Further, the various data formats exemplified in the above description can be configured by, for example, CSV (Comma-Separated Values), XML (eXtensible Markup Language), binary (binary), etc., but are not necessarily limited to these. It's not a thing.
１…空気調和機、Ｑ…冷媒回路、１０…室外機、１１…圧縮機、１２…アキュムレータ、１３…室外熱交換器、１４…室外ファン、１５…四方弁、１８ａ…ガス阻止弁、１８ｂ…液阻止弁、１９ａ…吸入圧力センサ、１９ｂ…吐出圧力センサ、１９ｃ…吐出温度センサ、１９ｄ…温度センサ、１９ｇ…外気温度センサ、１９ｈ…室外熱交換器中間温度センサ、２０…室内機、２１…室内膨張弁、２２…室内熱交換器、２３…室内ファン、２４…室内電磁弁、２５…室内熱交換器中間温度センサ、３０…制御装置、１００…モータ駆動制御装置１００、１０１…交流電源、１０２…モータ、１１０…コンバータ部、１１１…整流回路、１１２‥ダイオード、１１３…平滑リアクトル、１１４…平滑コンデンサ、１２０…インバータ部、１２１…直流電圧検出部、１２２…インバータ回路、１２３…半導体スイッチング素子、１２４…ダイオード、１２５，１２６…電流センサ、１２７…ゲートドライブ回路、１２８…インバータ制御器
1 ... air conditioner, Q ... refrigerant circuit, 10 ... outdoor unit, 11 ... compressor, 12 ... accumulator, 13 ... outdoor heat exchanger, 14 ... outdoor fan, 15 ... four-way valve, 18a ... gas stop valve, 18b ... Liquid blocking valve, 19a ... Suction pressure sensor, 19b ... Discharge pressure sensor, 19c ... Discharge temperature sensor, 19d ... Temperature sensor, 19g ... Outside air temperature sensor, 19h ... Outdoor heat exchanger intermediate temperature sensor, 20 ... Indoor unit, 21 ... Indoor expansion valve, 22 ... Indoor heat exchanger, 23 ... Indoor fan, 24 ... Indoor electromagnetic valve, 25 ... Indoor heat exchanger intermediate temperature sensor, 30 ... Control device, 100 ... Motor
Claims (10)
前記モータに接続されるインバータ回路と
前記モータを起動する際に、前記モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流を前記モータに流すよう前記インバータ回路を制御する制御部であって、前記冷凍サイクルの状態に応じて前記位置決め電流の大きさを調整する、制御部と
を含む、駆動制御装置。 A drive control device that controls the motor used in the refrigeration cycle.
An inverter circuit connected to the motor and a control unit that controls the inverter circuit so that a positioning current for fixing or adjusting the position of the rotor of the motor is passed through the motor when the motor is started. , A drive control device including a control unit that adjusts the magnitude of the positioning current according to the state of the refrigeration cycle.
モータを備える圧縮機と、
前記モータに接続されるインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御部と
を備え、前記制御部は、前記モータを起動する際に、前記モータの回転子の位置を固定ないし調整するための位置決め電流を前記モータに流すよう前記インバータ回路を制御し、冷凍サイクルの状態に応じて前記位置決め電流の大きさを決定することを特徴とする、冷凍空調機。 With a heat exchanger,
A compressor with a motor and
The inverter circuit connected to the motor and
The inverter circuit includes a control unit that controls the inverter circuit, and the control unit causes the inverter circuit to pass a positioning current for fixing or adjusting the position of the rotor of the motor to the motor when the motor is started. A refrigerating air conditioner, characterized in that the magnitude of the positioning current is determined according to the state of the refrigerating cycle.
前記圧縮機の吐出圧力を検知する吐出圧力センサ、前記圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサ、前記熱交換器の温度を検知する温度センサ、前記圧縮機を停止させてから起動するまでの停止経過時間を計測する手段および他の圧縮機の駆動状態を検知する手段からなる群から選択された少なくとも１つの手段を含み、前記冷凍サイクルの状態は、前記少なくとも１つの手段に基づいて検知される、請求項８に記載の冷凍空調機。 The refrigerating air conditioner further
Discharge pressure sensor that detects the discharge pressure of the compressor, suction pressure sensor that detects the suction pressure of the compressor, temperature sensor that detects the temperature of the heat exchanger, from stopping the compressor to starting it. The state of the refrigeration cycle is detected based on the at least one means, including at least one means selected from the group consisting of a means for measuring the elapsed stop time and a means for detecting the drive state of another compressor. The refrigerating air conditioner according to claim 8.
前記モータの回転子の位置を固定ないし調整するために流す位置決め電流の大きさを、前記冷凍サイクルの状態に応じて決定するステップと、
前記モータを起動する際に、決定された前記大きさに従って前記位置決め電流を前記モータに流すように前記モータに接続されるインバータ回路を制御するステップと
を含む、駆動制御方法。 A drive control method that controls the motor used in the refrigeration cycle.
A step of determining the magnitude of the positioning current to be passed to fix or adjust the position of the rotor of the motor according to the state of the refrigeration cycle, and
A drive control method comprising the step of controlling an inverter circuit connected to the motor so that the positioning current flows through the motor according to the determined magnitude when the motor is started.
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