WO2005067133A1 - モータ駆動用インバータ制御装置 - Google Patents

モータ駆動用インバータ制御装置 Download PDF

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WO2005067133A1
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motor
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inverter control
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Inventor
Yoshinori Takeoka
Koji Hamaoka
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a motor driving inverter device mounted on a compressor or a blower included in a refrigeration / air-conditioning system such as a refrigerator and an air conditioner.
  • An inverter control device that drives a motor incorporated in a compressor or a blower in a refrigeration / air-conditioning system generally has the following configuration. That is, the input AC power is full-wave rectified by a rectifier circuit, and a sufficiently large smoothing capacitor is connected between the output terminals. This not only drives the inverter with a DC power supply with a small ripple content, but also absorbs the regenerative energy generated when the motor stops or decelerates, preventing overvoltage.
  • FIG. 6 is a block diagram of a conventional inverter control device for driving a motor using a small-capacity capacitor.
  • the power supplied from the AC power supply 1 is input to the rectifier circuit 2, and the output of the rectifier circuit 2 is connected to the smoothing capacitor 3.
  • the smoothing capacitor 3 has a sufficiently small capacity, and is a conventional capacitor having a capacity of about 1Z100.
  • the inverter 4 is configured by connecting six switching elements (including reverse-direction diodes) in a three-phase bridge, and is connected in parallel with the smoothing capacitor 3.
  • the motor 5 is usually a brushless motor, and its stator has a three-phase winding. One end of each of these three-phase windings is connected to the output of inverter 4!
  • the control circuit 7 includes a voltage v of the AC power supply 1, a current idc of the DC part, an output current ia, ib of the inverter 4. , Ic, and rotational position information ⁇ ⁇ ⁇ of the motor 5 obtained by the position detecting means 6.
  • the control circuit 7 controls the gate of the inverter 4 based on the input of the obtained information so as to drive the motor optimally.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems.
  • a motor drive capable of preventing deterioration of each drive element due to overvoltage of regenerative energy of a motor even when the capacity of a smoothing capacitor is reduced. It is an object to provide an inverter control device for a vehicle.
  • the present motor drive inverter control device has the following configuration.
  • a rectifier circuit for rectifying the AC power an inverter circuit driven by the output of the rectifier circuit, a motor driven by the output of the inverter circuit, and a first capacitor connected in parallel to the output of the rectifier circuit
  • a second capacitor connected in parallel to the first capacitor via a diode, a control power circuit connected in parallel to the second capacitor, and an inverter circuit driven by the control power circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor drive inverter control device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a timing chart showing a voltage waveform of a first capacitor in the embodiment.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing a load current and an instantaneous minimum voltage 'ripple content in the example.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing voltage values at both ends of a first capacitor and a second capacitor in the embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram of a motor drive inverter control device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of a conventional motor drive inverter control device.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor drive inverter control device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a timing chart showing a voltage waveform of the first capacitor 13 in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing the load current and the instantaneous lowest voltage 'ripple content rate in this example.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing a voltage value across the first capacitor 13 and the second capacitor 22 in the present embodiment.
  • the motor drive inverter control device has the following configuration.
  • the AC power supply 11 is rectified by the rectifier circuit 12, smoothed by the first capacitor 13, and supplied to the inverter circuit 14 with DC power.
  • Inverter circuit 14 consists of six switching elements Ql, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 connected in a three-phase bridge, and anti-parallel to them. Consisting of flywheel diodes Dl, D2, D3, D4, D5, D6 connected to the power supply.
  • the motor 15 includes three-phase star-connected stator windings LU, LV, and LW. One end of each of the windings is connected to each connection point of the switching elements connected in series.
  • the motor 15 is generally a brushless DC motor, and includes a position detecting element 16 for detecting a position of a rotor (not shown!) Having a permanent magnet. Usually, three Hall elements are used as this position detecting element.
  • a series circuit of a diode 21 and a second capacitor 22 is connected to the first capacitor 13 in parallel, and a discharging load (hereinafter, referred to as a resistor) 23 is connected in parallel to the second capacitor 22. It is connected.
  • the first capacitor 13 has such a small capacity that it does not have sufficient smoothing ability.
  • the second capacitor 22 is a capacitor intended to absorb regenerative energy, and has a much larger capacity than the first capacitor 13. Generally, the capacity is about 100 times, and at least 3 times or more.
  • the second capacitor for example, an electrolytic capacitor and a film capacitor can be used, and it is particularly preferable that the electrolytic capacitor has a small size, a high capacity, and a low price.
  • Diode 21 is connected so that current flows only in the direction from first capacitor 13 to second capacitor 22.
  • the resistor 23 is for a load for discharging the charge of the second capacitor 22.
  • the control power supply circuit 18 is connected in parallel with the second capacitor 22.
  • the control power supply circuit 18 is configured by a switching regulator / DCZDC converter or the like, and serves as a power supply for a control circuit 17 that controls the inverter circuit 14 by lowering the high voltage between the second capacitors.
  • the control circuit 17 controls the inverter 14 according to the rotational position of the rotor detected by the position detecting element 16 and drives the motor 15.
  • the motor windings LU, LV, and LW connected in a star are sequentially connected at 60 electrical degrees, from LU to LV, from LU to LW, from LV to LW, from LV to LU, from LW to LU, from LW.
  • the motor 15 is rotated in a predetermined direction by diverting the motor current to the LV.
  • This drive system is well known Yes, it is said to be a three-phase 120-degree conduction method.
  • the drive waveform includes a square wave drive and a sine wave drive by PWM, and the present invention can be applied to both drive waveforms.
  • the motor 15 consumes only a very small amount of energy.
  • the AC power supply 11 is a single-phase 100 V, 50 Hz
  • the voltage across the first capacitor 13 becomes a smoothed voltage of 141 V as shown in A of FIG. 2, the average voltage is 141 V, and the ripple voltage is OV and ripple content is 0%.
  • the ripple voltage [V] instantaneous maximum voltage [V]-instantaneous minimum voltage [V].
  • the ripple content [%] (ripple voltage [V] Z average voltage [V]) ⁇ 100.
  • the instantaneous minimum voltage decreases.
  • the instantaneous maximum voltage which also determines the voltage power of the AC power supply 11, remains unchanged at 141V.
  • the instantaneous minimum voltage is 40V, so the average voltage is about 112V, the ripple voltage is 101V, and the ripple content is 90%.
  • the first capacitor 13 hardly stores a charge, and the instantaneous minimum voltage almost drops to OV as shown in C. Come.
  • the instantaneous maximum voltage which also determines the voltage power of the AC power supply 11, remains unchanged at 141V.
  • the instantaneous minimum voltage is OV, so the average voltage is about 100V, the ripple voltage is 141V, and the ripple content is 141%.
  • the first capacitor 13 since the first capacitor 13 has a small capacity, when the load current is taken out, it is hardly smoothed, and the input AC power supply 11 has a full-wave rectified waveform.
  • the horizontal axis is the load current
  • the vertical axis is the instantaneous minimum voltage (left scale) and ripple content (right scale).
  • the solid line shows the characteristic of the instantaneous minimum voltage
  • the broken line shows the characteristic of the ripple content.
  • the input current to the motor 15 is almost OA, the instantaneous minimum voltage is 141 V, and the ripple content is 0%.
  • the load current is 0.25 A
  • the instantaneous minimum voltage is 40 V
  • the ripple content is 90%.
  • the input current to the motor 15 is 0.35 A
  • ripple content is 141%.
  • the actual use range is such that the input current to the motor 15 is 0.25A or more and 1.3A or less.
  • the first capacitor 13 a small-capacity capacitor whose ripple content is always 90% or more is selected.
  • the withstand voltage of the first capacitor 13 and the second capacitor 22 used is 450V.
  • the second capacitor 22 since the second capacitor 22 is connected to the first capacitor 13 via the diode 21, the waveform b when a capacitor is provided in parallel in FIG.
  • the voltage rise due to the regenerative power becomes equal to or less than the withstand voltage.
  • the energy remains accumulated, and there is a possibility that the withstand voltage will be exceeded and an overvoltage will occur.
  • the motor drive inverter control device of the present embodiment includes the rectifier circuit 12 that rectifies the AC power of the AC power supply 11 into DC power, and converts the DC power obtained from the rectifier circuit 12 into AC power.
  • Inverter 14 a motor 15 that receives AC power that also provides the power of the inverter 14, an extremely small-capacity first capacitor 13 connected between the DC buses of the inverter, and a diode 21 in the first capacitor 13.
  • a second capacitor 22 connected in parallel through the second capacitor 22 and a DC high voltage connected in parallel to the second capacitor 22 are converted to a DC low voltage.
  • control power supply circuit 18 for conversion
  • control circuit 17 for controlling an inverter connected to the low voltage side of the control power supply circuit 18, and a resistor 23 connected in parallel to the second capacitor 22 to provide regenerative energy.
  • Absorption by the second capacitor 22 connected via the first capacitor 13 and the diode 21 and consumption of regenerative energy by the resistor 23 prevent deterioration of each drive element due to overvoltage of the regenerative energy. Can be.
  • the second capacitor 22 since the second capacitor 22 has little ripple, the first capacitor 13 has a very small capacity and does not need to take into account the thermal degradation of the ripple, and the ripple ratio is 90% or more.
  • an inexpensive electrolytic capacitor can be used for the second capacitor, it is possible to provide a small and inexpensive inverter control device for driving a motor that prevents deterioration of each drive element due to overvoltage of regenerative energy.
  • the resistor 23 of this embodiment is connected to the high voltage side of the control power supply circuit 18, it may be connected in parallel to the low voltage side of the control power supply circuit 18.
  • the resistor 23 connected to the low voltage side of the control power supply circuit 18 can be omitted, and the control circuit 17 of the inverter 14 can be used instead.
  • This provides a motor drive inverter control device that can reduce the number of components by using necessary components in the circuit configuration, and furthermore, is small and inexpensive and prevents deterioration of each drive element due to overvoltage of regenerative energy. It becomes possible to do.
  • FIG. 5 is a block diagram of a motor drive inverter control device according to a second embodiment of the present invention.
  • the resistor 23 of the motor drive inverter control device according to the first embodiment is a variable load (hereinafter, referred to as a variable resistor) 32, and the voltage of the second capacitor 22 is detected.
  • a voltage detector 31 is provided.
  • the motor drive inverter control device of the present embodiment configured as described above is The operation will be described below.
  • no regenerative energy that is, when the voltage of the second capacitor 22 is lower than the peak value of the AC power supply 11 at the voltage detector 31, the value of the variable resistor 32 is set to the highest value.
  • the energy consumption is set to be low (ie, the resistance value is large), and the energy consumption is reduced as much as possible.
  • the voltage detector 31 detects that regenerative energy is generated and the voltage of the second capacitor 22 exceeds the peak voltage of the AC power supply 11, the value of the variable resistor 32 is consumed.
  • the energy is set to be large (that is, the resistance value is small), and the regenerative energy is consumed quickly.
  • variable resistor 32 switches a resistance value by connecting a plurality of resistors in series or in parallel and short-circuiting or opening with a switching element such as a transistor according to the detection voltage of the voltage detector 31. Configuration is also acceptable. In some cases, the resistance value decreases as the voltage increases. ⁇ ⁇ It is also possible to use a variable resistance element such as a so-called varistor.
  • the inverter control device for driving a motor includes the rectifier circuit 12 that rectifies the voltage of the AC power supply 11 into DC power, and converts the DC power obtained from the rectifier circuit 12 into AC power.
  • a voltage detector 31 As a means for determining the value of the small-capacity second capacitor 22 connected in parallel via the diode 21 and the value of the variable resistor 32 and the variable resistor 32 connected in parallel to the second capacitor 22 And a voltage detector 31.
  • variable resistor 32 and the voltage detector 31 in the control circuit 17 which is always required when the inverter 14 is operated. It is possible to provide a motor drive inverter control device that prevents deterioration of each drive element due to overvoltage.
  • the motor 15 drives a compressor that constitutes a refrigeration and air conditioning system such as a condenser, a decompressor, and an evaporator.
  • a system can be constructed.
  • the AC power supply is rectified by the rectifier circuit, smoothed by the first capacitor having a small capacity, and the regenerative energy of the motor generated when the motor is decelerated or stopped.
  • the provision of the absorbing second capacitor makes it possible to prevent deterioration of each drive element due to overvoltage. Furthermore, since this second capacitor has little ripple, it is possible to use a low-cost electrolytic capacitor that does not need to consider the thermal degradation of the ripple and provide a small and inexpensive inverter control device for driving a motor. It can be applied to drive compressors and blowers that make up refrigeration and air conditioning systems.

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Abstract

　本モータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源を整流する整流回路と、その出力で駆動されるインバータ回路と、その出力で駆動させるモータと、整流回路の出力に並列に接続された第１のコンデンサと、これに並列にダイオードを介して接続された第２のコンデンサとを備える。ここで第２のコンデンサは、第１のコンデンサに比べ、３倍以上大きい容量とし、通常運転時のリプル含有率は９０％以上であるにもかかわらず、モータの回生エネルギーを良好に吸収して、過電圧による素子の劣化を防ぐと共に装置の小型化と低価格化を実現する。

Description

モータ駆動用インバータ制御装置
技術分野
[0001] 本発明は、冷蔵庫やエアコンなどの冷凍空調システムに含まれる圧縮機や送風機 などに搭載されるモータ駆動用インバータ装置に関する。
背景技術
[0002] 冷凍空調システムにおける圧縮機や送風機に組み込まれるモータを駆動するイン バータ制御装置は、一般に次のような構成である。即ち、入力される交流電源を整流 回路で全波整流し、出力端子間に充分大きい容量の平滑用コンデンサを接続して いる。これによりリプル含有率の少ない直流電源でインバータを駆動すると共に、モ ータ停止時や減速時に発生する回生エネルギーを吸収し、過電圧の発生を防止し ている。
[0003] 近年、モータ駆動用インバータ制御装置を小型化するために、平滑コンデンサを大 幅に小容量ィ匕する取り組みがなされている。その関連技術は、例えば、日本特許出 願特開 2002-51589号公報に開示されている。
[0004] 以下、図面を参照しながら上記従来のモータ駆動用のインバータ制御装置を説明 する。図 6は、従来の小容量コンデンサを用いたモータ駆動用インバータ制御装置の ブロック図である。
[0005] 図 6に示すように、従来のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源 1が供給 する電力を整流回路 2の入力とし、整流回路 2の出力には、平滑コンデンサ 3が接続 されている。この平滑コンデンサ 3は、充分に小さい容量のものであり、従来の 1Z10 0程度の容量のコンデンサである。
[0006] インバータ 4は、 6個のスイッチング素子（逆向きのダイオードを含む）を 3相ブリッジ 接続することにより構成され、平滑コンデンサ 3と並列に接続されている。モータ 5は、 通常ブラシレスモータが使用され、その固定子には 3相卷線が施されている。それら 3相卷線のそれぞれの一端は、インバータ 4の出力に接続されて!、る。
[0007] 制御回路 7は交流電源 1の電圧 v、直流部電流 idc、インバータ 4の出力電流 ia、 ib 、 ic、位置検出手段 6によって得られるモータ 5の回転位置情報 Θなどの情報を入力 とするよう接続されている。制御回路 7は、これら得られた情報の入力によって、最適 なモータ駆動を行うようにインバータ 4のゲートを制御して!/、る。
[0008] ここで制御回路 7によってモータ 5が制動運転された場合、回生エネルギーが逆向 きダイオードを介して電源に流れ込むことになる。この時、平滑コンデンサ 3が小容量 であるため、この回生エネルギーを平滑コンデンサ 3が充分に吸収することができな い。結果的に、電源電圧が急激に上昇し、過電圧により各駆動素子に劣化をきたす おそれがあった。
発明の開示
[0009] 本発明は、上記従来の課題を解決するもので、平滑コンデンサを小容量化したとき であっても、モータの回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の劣化を防止する ことができるモータ駆動用インバータ制御装置を提供することを目的とする。
[0010] 本モータ駆動用インバータ制御装置は、次の構成を有する。交流電源を整流する 整流回路と、この整流回路の出力で駆動されるインバータ回路と、このインバータ回 路の出力で駆動されるモータと、整流回路の出力に並列に接続された第 1のコンデ ンサと、この第 1のコンデンサに並列にダイオードを介して接続された第 2のコンデン サと、第 2のコンデンサに並列に接続された制御電源回路と、この制御電源回路で駆 動され、インバータ回路を制御する制御回路とを含む。
[0011] この構成により、モータの減速時や停止時に発生する回生エネルギーを第 1のコン デンサと第 2のコンデンサとで吸収することができるので、各駆動素子の劣化を防止 すると共に装置の小型化と低価格ィ匕が実現できる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施例におけるモータ駆動用インバータ制御装置のプロ ック図である。
[図 2]図 2は同実施例における第 1のコンデンサの電圧波形を示すタイミングチャート である。
[図 3]図 3は同実施例における負荷電流と瞬時最低電圧'リプル含有率を示す特性 図である。 [図 4]図 4は同実施例における第 1のコンデンサと第 2のコンデンサの両端の電圧値を 示す特性図である。
[図 5]図 5は本発明の第 2の実施例におけるモータ駆動用インバータ制御装置のプロ ック図である。
[図 6]図 6は従来のモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図である。
符号の説明
11 交流電源
12 整流回路
13 第 1のコンデンサ
14 インバータ回路
15 モータ
17 制御回路
18 制御電源回路
21 ダイオード
22 第 2のコンデンサ
23 放電用負荷
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
[0015] (第 1の実施例）
図 1は本発明の第 1の実施例によるモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図 である。図 2は本実施例における第 1のコンデンサ 13の電圧波形を示すタイミングチ ヤートである。図 3は本実施例における負荷電流と瞬時最低電圧'リプル含有率を示 す特性図である。図 4は、本実施例における第 1のコンデンサ 13と第 2のコンデンサ 2 2の両端電圧値を示す特性図である。
[0016] 図 1に示す第 1の実施例によるモータ駆動用インバータ制御装置は、次の構成を有 している。交流電源 11は、整流回路 12で整流され、第 1のコンデンサ 13にて平滑さ れ、インバータ回路 14に直流電源が供給される。インバータ回路 14は、 3相ブリッジ 接続された 6個のスイッチング素子 Ql, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6と、それらに逆並列 に接続されたフライホイルダイオード Dl, D2, D3, D4, D5, D6より成る。モータ 15 は、 3相スター接続された固定子卷線 LU, LV, LWを備え、それら卷線のそれぞれ の一端は、直列接続されたスイッチング素子の各接続点に接続されて ヽる。
[0017] このモータ 15は、一般的にはブラシレス DCモータであって、永久磁石を有する回 転子（図示しな!、）の位置を検出するための位置検出素子 16を備えて 、る。この位 置検出素子としては、通常、 3個のホール素子が使用される。
[0018] 第 1のコンデンサ 13には並列にダイオード 21と第 2のコンデンサ 22の直列回路が 接続され、更に第 2のコンデンサ 22に並列に放電用負荷 (以下、抵抗器と示す。） 23 が接続されている。ここで第 1のコンデンサ 13は、充分な平滑能力を有しない程度の 小容量である。
[0019] 一方、第 2のコンデンサ 22は、回生エネルギー吸収することを目的としたコンデンサ であり、第 1のコンデンサ 13に比べてはるかに大きい容量を持つ。一般的には 100倍 程度の容量であり、少なくとも 3倍以上の容量である。この第 2のコンデンサとしては、 例えば電解コンデンサゃフィルムコンデンサなどが使用でき、特に電解コンデンサが 小型、高容量、低価格であるいという点力も好ましい。
[0020] ダイオード 21は、第 1のコンデンサ 13から第 2のコンデンサ 22の向きにのみ電流が 流れるようにするために接続されている。抵抗器 23は、第 2のコンデンサ 22の充電電 荷を放電するための負荷用である。
[0021] 第 2のコンデンサ 22に並列に制御電源回路 18が接続されている。この制御電源回 路 18は、スイッチングレギユレータゃ DCZDCコンバータなどで構成され、第 2のコン デンサ間の高電圧を低電圧化して、インバータ回路 14を制御する制御回路 17の電 源となる。
[0022] 以上のように構成された本実施例のモータ駆動用インバータ制御装置につ 、て、 以下その動作を説明する。制御回路 17は、位置検出素子 16にて検出された回転子 の回転位置に応じてインバータ 14を制御し、モータ 15を駆動する。スター接続され たモータ卷線 LU, LV, LWには、順次電気角で 60度ずつ、 LUから LVへ、 LUから LWへ、 LVから LWへ、 LVから LUへ、 LWから LUへ、 LWから LVへとモータ電流を 転流することでモータ 15を所定の方向に回転させる。この駆動方式は周知のもので あり、 3相 120度通電方式と言われている。また駆動波形は、矩形波駆動と PWMに よる正弦波駆動とがあり、本発明はどちらの駆動波形にも適用できる。
[0023] まず、モータ 15で、ごくわずかなエネルギーのみが消費されているとする。ここで、 交流電源 11を単相 100V、 50Hzとすると、第 1のコンデンサ 13の両端電圧が、図 2 の Aに示すように、 141Vの平滑された電圧となり、平均電圧も 141V、リプル電圧は OV、リプル含有率は 0%である。なお、リプル電圧 [V] =瞬時最高電圧 [V]—瞬時最 低電圧 [V]である。また、リプル含有率 [%] = (リプル電圧 [V]Z平均電圧 [V]) X 1 00である。
[0024] 次に、モータ 15の消費エネルギーを少し大きくしていくと第 1のコンデンサ 13の充 電電荷が使われ、 Bに示すように瞬時最低電圧が低下してくる。ただし、交流電源 11 の電圧力も決まる瞬時最高電圧は 141Vで変わらない。 Bに示す場合、瞬時最低電 圧は 40Vであるので、平均電圧が約 112Vであり、リプル電圧は 101V、リプル含有 率は 90%となる。
[0025] 更に、モータ 15の消費エネルギーを大きくしていくと、第 1のコンデンサ 13には、ほ とんど充電電荷が蓄えられず、 Cに示すように瞬時最低電圧がほとんど OVまで低下 してくる。ただし、交流電源 11の電圧力も決まる瞬時最高電圧は 141Vで変わらない 。 Cに示す場合、瞬時最低電圧は OVであるので、平均電圧が約 100Vであり、リプル 電圧は 141V、リプル含有率は 141%となる。このように第 1のコンデンサ 13は小容 量であるため、負荷電流を取り出すと、ほとんど平滑されず入力の交流電源 11を全 波整流した波形となる。
[0026] 次に、負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率との関係について、図 3を用いてさ らに詳しく説明する。図 3において、横軸は負荷電流であり、縦軸は瞬時最低電圧（ 左側目盛)とリプル含有率 (右側目盛)を示す。また、実線は瞬時最低電圧の特性を 、破線はリプル含有率の特性をそれぞれ示す。
[0027] 図 2において説明を行った Aに示す電流波形の時はモータ 15への入力電流はほ ぼ OAであり、瞬時最低電圧 141V、リプル含有率 0%である。また Bに示す電流波形 の時は負荷電流 0. 25Aであり、瞬時最低電圧 40V、リプル含有率 90%である。また Cに示す電流波形の時はモータ 15への入力電流が 0. 35Aであり、瞬時最低電圧 0 V、リプル含有率 141%である。モータ 15への入力電流が 0. 35A以上の電流にお いては、瞬時最低電圧、リプル含有率ともに変化はしない。
[0028] 本実施例のモータ駆動用インバータ制御装置においては、実使用範囲はモータ 1 5への入力電流は 0. 25A以上、 1. 3A以下であるものとする。実使用範囲において 、第 1のコンデンサ 13は、リプル含有率は常に 90%以上であるような小容量のコンデ ンサを選定している。
[0029] 一方、第 2のコンデンサ 22は、ダイオード 21を介して第 1のコンデンサ 13と並列接 続しているため、第 2のコンデンサ 22のエネルギーを消費するものは抵抗器 23のみ であり、モータ 15のエネルギー消費が大きくなつたとしても、両端にかかる電圧はほ ぼ平滑された状態となる。
[0030] 今ここで、使用している第 1のコンデンサ 13と第 2のコンデンサ 22の耐電圧を 450V とする。ここで、回生が発生したとすると、従来のように第 1のコンデンサ 13のみであ れば、図 4の従来の電圧波形 aに示すように、電圧が急激に上昇して、耐電圧である 450Vを超え過電圧となる。
[0031] 一方、本実施例では、第 1のコンデンサ 13とダイオード 21を介して第 2のコンデン サ 22を接続しているため、図 4の並列にコンデンサを設けたときの波形 bに示すよう に、回生電力による電圧の上昇が耐電圧以下となる。ただし、このままでは、再び回 生が発生したときに、エネルギーがたまったままであるため、耐電圧を超えて過電圧 となる可能性がある。
[0032] 本実施例では第 2のコンデンサ 22と並列に抵抗器 23を接続しているため、抵抗器 23を含んだときの第 1のコンデンサ 13の電圧波形 cが示すように、抵抗器 23がエネ ルギーを消費し電圧が低下するので過電圧を防ぐ。
[0033] 以上のように本実施例のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源 11の交流 電力を直流電力に整流する整流回路 12と、整流回路 12より得られる直流電力を交 流電力に変換するインバータ 14と、このインバータ 14力も得られる交流電力を入力と するモータ 15と、インバータの直流母線間に接続される極めて小容量の第 1のコン デンサ 13と、第 1のコンデンサ 13にダイオード 21を介して並列に接続される第 2のコ ンデンサ 22と、第 2のコンデンサ 22に並列に接続される直流高電圧を直流低電圧に 変換する制御電源回路 18と、制御電源回路 18の低電圧側に接続されたインバータ を制御する制御回路 17と、第 2のコンデンサ 22に並列に接続される抵抗器 23を備 え、回生エネルギーを第 1のコンデンサ 13とダイオード 21を介して接続した第 2のコ ンデンサ 22で吸収し、抵抗器 23で回生エネルギーを消費するようにしたので、回生 エネルギーの過電圧による各駆動素子の劣化を防ぐことができる。
[0034] また、第 2のコンデンサ 22は、リプルがほとんどないため、リプルの熱による劣化を 考慮する必要がなぐ第 1のコンデンサ 13を非常に小容量で、リプル率が 90%以上 であっても、第 2のコンデンサは安価な電解コンデンサを使用できるので、小型で安 価な回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の劣化を防ぐモータ駆動用のイン バータ制御装置を提供することが可能となる。なお、本実施例の抵抗器 23は、制御 電源回路 18の高電圧側に接続されているが、制御電源回路 18の低電圧側に並列 に接続するとしてもよい。
[0035] さらに、制御電源回路 18の低電圧側に接続した抵抗器 23を省略して、インバータ 14の制御回路 17で代用することも可能である。これにより回路構成上の必要な部品 を用いて 、ることで部品数の削減ができ、更に小型で安価な回生エネルギーの過電 圧による各駆動素子の劣化を防ぐモータ駆動用インバータ制御装置を提供すること が可能となる。
[0036] また、第 2のコンデンサ 22に蓄えられるエネルギーを制御回路 17の電源とすること で、効率のよい運転を行うことができ、部品点数を削減できるので、更に小型な回生 エネルギーの過電圧による各駆動素子の劣化を防ぐモータ駆動用インバータ制御装 置を提供することが可能となる。
[0037] (第 2の実施例）
図 5は本発明の第 2の実施例によるモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図 である。なお、第 1の実施例と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な 説明は省略する。本実施例では、第 1の実施例によるモータ駆動用インバータ制御 装置の抵抗器 23を可変負荷 (以下、可変抵抗器と示す。） 32とし、さらに、第 2のコン デンサ 22の電圧を検知する電圧検知器 31を設けている。
[0038] 以上のように構成された本実施例のモータ駆動用インバータ制御装置につ 、て、 以下その動作を説明する。まず、回生エネルギーが発生していないとき、つまり、電 圧検知器 31で第 2のコンデンサ 22の電圧が交流電源 11のピーク値よりも下回って いるときは、可変抵抗器 32の値を最もエネルギーの消費が少ないように (即ち、抵抗 値を大きく)設定し、消費エネルギーをなるベく少なくする。
[0039] ここで、回生エネルギーが発生し、第 2のコンデンサ 22の電圧が交流電源 11のピ ーク電圧を超えたことを電圧検知器 31が検知をすると、可変抵抗器 32の値を消費ェ ネルギ一が大きくなるよう（即ち、抵抗値を小さく）設定し、回生エネルギーをすばやく 消費させる。
[0040] なお、可変抵抗器 32は、複数個の抵抗器を直列又は並列接続し、電圧検知器 31 の検出電圧に応じて、トランジスタ等のスイッチング素子で短絡、開放することにより 抵抗値を切り替える構成でもよ ヽ。ある 、は電圧が高くなるほど抵抗値が小さくなる ヽ わゆるバリスタ等の可変抵抗素子を使うことも可能である。
[0041] 以上のように本実施例のモータ駆動用のインバータ制御装置は、交流電源 11の電 圧を直流電力に整流する整流回路 12と、整流回路 12より得られる直流電力を交流 電力に変換するインバータ 14と、インバータ 14力も得られる交流電力を入力とするモ ータ 15と、インバータ 14の直流母線間に接続される極めて小容量の第 1のコンデン サ 13と、第 1のコンデンサ 13にダイオード 21を介して並列に接続される小容量の第 2 のコンデンサ 22と、第 2のコンデンサ 22に並列に接続される可変抵抗器 32と可変抵 抗器 32の値を決定するための手段として電圧検知器 31とから構成されている。
[0042] この構成により、第 2のコンデンサ 22の電圧に応じたエネルギーを消費することが でき、小容量の第 2のコンデンサ 22を用いることができるので、過電圧による各駆動 素子の劣化を防止できるモータ駆動用のインバータ制御装置をさらに小型化するこ とがでさる。
[0043] なお、可変抵抗器 32と電圧検知器 31を、インバータ 14を動かす際に必ず必要な 制御回路 17に含ませることで、部品数の削減ができるので、更に小型で安価な回生 エネルギーの過電圧による各駆動素子の劣化を防ぐモータ駆動用インバータ制御装 置を提供することが可能となる。
[0044] さらに、制御回路の電源として第 2のコンデンサ 22のエネルギーを使うことで、効率 力 ぐ更に小型化されたモータ駆動用のインバータ制御装置を実現できる。また、 モータ 15が凝縮器、減圧器、蒸発器などの冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆 動するものとすることで、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の劣化を防ぐ小 型の冷凍空調システムを構築することが可能となる。
[0045] また、モータ 15が風を送る送風機を駆動するものであるとすることで、回生エネルギ 一の過電圧による各駆動素子の劣化を防ぐ小型の送風システムを構築することが可 能となる。
産業上の利用可能性
[0046] 本発明によるモータ駆動用インバータ制御装置によると、交流電源を整流回路で 整流し小容量の第 1のコンデンサで平滑すると共に、モータの減速時や停止時に発 生するモータの回生エネルギーを吸収する第 2のコンデンサを備えるので、過電圧に よる各駆動素子の劣化を防ぐことができる。さらに、この第 2のコンデンサはリプルが ほとんどないため、リプルの熱による劣化を考慮する必要がなぐ安価な電解コンデ ンサを使用し、小型で安価なモータ駆動用のインバータ制御装置を提供することが できるので、冷凍空調システムを構成する圧縮機や送風機などの駆動に適用できる

Claims

請求の範囲
[1] 交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力で駆動されるインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力で駆動されるモータと、
前記整流回路の出力に並列に接続された第 1のコンデンサと、
前記第 1のコンデンサに並列にダイオードを介して接続された第 2のコンデンサと、 前記第 2のコンデンサに並列に接続された制御電源回路と、
前記制御電源回路で駆動され、前記インバータ回路を制御する制御回路とを含み、 前記モータの回生エネルギーを前記第 1のコンデンサと前記第 2のコンデンサとで吸 収することを特徴とするモータ駆動用インバータ制御装置。
[2] 前記第 2のコンデンサに並列に放電用負荷を備えたことを特徴とする請求項 1記載 のモータ駆動用インバータ制御装置。
[3] 前記放電用負荷は、抵抗器であることを特徴とする請求項 2記載のモータ駆動用ィ ンバータ制御装置。
[4] 前記第 2のコンデンサの容量は、前記第 1のコンデンサの容量に比べ、 3倍以上大き いことを特徴とする請求項 1記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
[5] 前記第 1のコンデンサの容量は、前記モータの駆動における実使用範囲において、 前記インバータ回路の入力電圧のリプル含有率が 90%以上となる値であることを特 徴とする請求項 1記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
[6] 前記第 2のコンデンサは、電解コンデンサであることを特徴とする請求項 1記載のモ ータ駆動用インバータ制御装置。
[7] 前記制御電源回路は、前記第 2のコンデンサの放電用負荷として働くことを特徴とす る請求項 1記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
[8] 前記インバータ回路は、 6個のスイッチング素子を 3相ブリッジ接続した構成であるこ とを特徴とする請求項 1記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
[9] 前記第 2のコンデンサに並列に可変負荷及び電圧検知器を備え、前記電圧検知器 の出力によって前記可変負荷の値が決定されることを特徴とする請求項 1記載のモ ータ駆動用インバータ制御装置。
[10] 前記可変負荷は、可変抵抗器であって、前記電圧検知器による検出電圧が大きい ほど、小さ！、抵抗値が選択されることを特徴とする請求項 9記載のモータ駆動用イン バータ制御装置。
[11] 前記制御回路は、前記可変負荷及び電圧検知器を含むことを特徴とする請求項 9記 載のモータ駆動用インバータ制御装置。
[12] 前記モータは、凝縮器、減圧器、蒸発器などの冷凍空調システムを構成する圧縮機 を駆動することを特徴とする請求項 1記載のモータ駆動用のインバータ制御装置。
[13] 前記モータは、風を送る送風機を駆動することを特徴とする請求項 1記載のモータ駆 動用インバータ制御装置。
[14] 前記モータは、ブラシレス DCモータであることを特徴とする請求項 1記載のモータ駆 動用インバータ制御装置。
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