WO2007116730A1 - レシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

レシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法 Download PDF

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WO2007116730A1
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synchronous motor
reciprocating compressor
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reverse rotation
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Inventor
Seiichi Funakura
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Sanken Electric Co., Ltd.
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00Motor parameters
    • F04B2203/02Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0207Torque

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method for a reciprocating compressor (reciprocating compressor), and in particular, a control device for a reciprocating compressor that performs control to give a reverse rotation command when the reciprocating compressor is started. And a control method.
  • Reciprocating compressors are used in refrigerators and the like, and synchronous motors having permanent magnets as rotors are often used as drive motors for the reciprocating compressors.
  • the reciprocating compressor has a characteristic that the load torque is small during the refrigerant gas suction stroke, and the load torque is large during the refrigerant gas compression stroke.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a reciprocating compressor.
  • one end of a connecting rod 2 is connected to one end of the circumference of the motor rotor 1
  • the other end of the connecting rod 2 is connected to a piston 3 provided in the cylinder 4.
  • the rotational motion of the motor rotor 1 is converted into linear motion (reciprocating motion) in the cylinder 4 via the connecting rod 2. For this reason, when the motor rotor 1 rotates once, the piston 3 reciprocates once.
  • FIG. 1 when the rotation direction of the motor is counterclockwise on the paper, the force Fg that presses the piston 3 by the pressure of the refrigerant gas is estimated by the load torque with respect to the angle ⁇ of the motor rotor 1.
  • FIG. 2 shows the relationship between the motor rotor angle and the load torque.
  • the motor rotor angle ⁇ is the counterclockwise direction on the page of Fig. 1 as the normal rotation direction.
  • the load torque becomes the largest when the angle ⁇ force of the motor rotor 1 is near SO radians (or near 2 ⁇ radians).
  • the maximum value of the load torque is further increased.
  • the start-up control device for a reciprocating device drive motor described in this patent document includes a current detection circuit that detects an overcurrent of the DC input current of the inverter, and a forward / reverse switching circuit that switches the phase rotation direction of the inverter. . If the rotation angle position at start-up is between 3 ⁇ / 2 and 0 (or 2 ⁇ ), the start-up torque increases, a large start-up current flows, and the current detection circuit detects an overcurrent at start-up. Then, the control circuit stops the motor start operation of the inverter for a predetermined time, and then operates the forward / reverse switching circuit to reverse the phase rotation direction of the inverter and restart the crankshaft in the reverse rotation direction.
  • the motor rotates in a direction in which the starting torque decreases with respect to the rotational angle position of the motor. That is, depending on the rotational angle position, the electric motor continues to rotate in the forward rotation direction, or the electric motor continues to rotate in the reverse rotation direction.
  • the current detection circuit must detect the overcurrent of the DC input current of the inverter in the forward rotation direction of the motor and the overcurrent of the DC input current of the inverter in the reverse rotation direction of the motor. Therefore, the configuration becomes more complicated and the cost is further increased.
  • the problem of the present invention is that even when the pressure of the refrigerant gas of the reciprocating compressor is high and the load torque is large, the reciprocating compressor can be operated without failing using the torque due to inertia. It is an object of the present invention to provide a control device and a control method for a reciprocating compressor that is simple in construction and inexpensive.
  • a control device for a reciprocating compressor is a synchronous motor for driving a reciprocating compressor having a permanent magnet as a rotor, An inverter circuit for driving the synchronous motor; and a control means for controlling the inverter circuit, wherein the control means has a maximum load torque with respect to the inverter circuit when the synchronous motor is started.
  • Start control for giving a reverse rotation command for reversely rotating the synchronous motor with a motor torque not exceeding a predetermined time, and giving a normal rotation command for rotating the synchronous motor forward after the predetermined time has elapsed It has a part.
  • a synchronous motor for driving a reciprocating compressor that has a permanent magnet as a rotor is driven by an inverter circuit.
  • a reverse rotation command for reversely rotating the synchronous motor with a motor torque that does not exceed the maximum load torque is given to the inverter circuit for a predetermined time.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a general reciprocating compressor.
  • FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a motor rotor angle and a load torque.
  • FIG. 3 is a block diagram of a control device for a reciprocating compressor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between motor torque, load torque, and motor rotor rotational speed when the motor rotor angular position is in the state of 3 ⁇ 2 to 0 when the reciprocating compressor is started. is there.
  • Fig. 5 shows the motor torque, load torque, and rotation of the motor rotator when a reverse rotation command is given once at the start of the reciprocating compressor and the motor rotor angular position is ⁇ -3 ⁇ / 2. It is a figure which shows the relationship of speed.
  • FIG. 6 is a diagram showing motor torque, load torque, and motor rotor angle when the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention is started.
  • FIG. 7 is a diagram showing motor torque, load torque, and motor rotor angle when the reciprocating compressor according to the second embodiment of the present invention is started.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the control device for the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention.
  • the control device for the reciprocating compressor shown in FIG. 3 has a commercial power source 10, a rectifier circuit 11, an inverter circuit 12, a reciprocating compressor 13, and a control unit 14.
  • the commercial power supply 10 supplies an AC voltage of 100 V or 200 V to the rectifier circuit 11 as electric power necessary for driving the reciprocating compressor 13.
  • the rectifier circuit 11 converts the AC voltage of the commercial power supply 10 into a DC voltage.
  • the rectifier circuit 11 is composed of a full-wave rectifier circuit, and this full-wave rectifier circuit is connected in parallel to the four diodes D1 to D4 connected in a bridge and the four diodes D1 to D4. Connected smoothing capacitor C1 and force are also configured.
  • the inverter circuit 12 converts the DC voltage of the rectifier circuit 11 into an AC voltage, and drives the synchronous motor 131 with this AC voltage.
  • the inverter circuit 12 is composed of six switching elements Q1 to Q6 connected in a three-phase bridge, and six diodes D5 to D10 connected in parallel in the reverse direction to the six switching elements Q1 to Q6. Yes. 6 switching
  • the elements Q1 to Q6 also have, for example, an insulated gate bipolar transistor power.
  • connection point between switching element Q1 and switching element Q2 is the first phase of synchronous motor 131.
  • connection point of switching element Q3 and switching element Q4 is connected to the second phase (V phase) of synchronous motor 131, and the connection point of switching element Q5 and switching element Q6 is synchronous. It is connected to the third phase (W phase) of the motor 131.
  • the control unit 14 controls the inverter circuit 12. That is, when the control signal is also applied to the gate of each of the six switching elements Q1 to Q6, the six switching elements Q1 to Q6 are switched and the inverter circuit 12 is The voltage and frequency can be obtained.
  • the reciprocating compressor 13 includes a synchronous motor 131 having a permanent magnet in the rotor and a compression mechanism 132, and the compression mechanism 132 is operated by the rotation of the synchronous motor 131 to compress the refrigerant gas.
  • This reciprocating compressor 13 corresponds to the configuration shown in FIG. 1, and the motor rotor 1 shown in FIG. 1 corresponds to the motor rotating shaft of the synchronous motor 131 shown in FIG. 3, and the connecting rod 2 shown in FIG.
  • the piston 3 and the cylinder 4 correspond to the compression mechanism 132 shown in FIG.
  • the synchronous motor 131 has a rotor force having a stator with a three-phase winding and a permanent magnet.
  • a rotor is generally composed of four or six pole permanent magnets arranged alternately with ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ S poles.
  • the number of rotations of the rotor of the synchronous motor 131 is 1Z2 of the inverter output frequency when the permanent magnet has 4 poles, and when the permanent magnet has a permanent magnet power pole. Is the inverter output frequency 1Z3. That is, the motor rotor 1 rotates 1Z2 or 1Z3 for one period of the frequency output from the inverter circuit 12. Therefore, the motor rotor 1 passes through the point where the load torque becomes the largest once every two or three periods of the frequency output from the inverter circuit 12.
  • the control unit 14 includes a position detection unit 141, a speed control unit 142, an output signal generation unit 143, a drive unit 144, and an activation control unit 145.
  • the control unit 14 receives a rotational speed command for rotating the synchronous motor 131 from an external device, and controls the output voltage and output frequency of the inverter circuit 12 so as to correspond to the rotational speed command.
  • the start control unit 145 generates and outputs a reverse rotation command for reversely rotating the synchronous motor 131 when both the external device force and the stop command state force are received. Thereafter, a normal rotation command for causing the synchronous motor 131 to rotate normally is output, and the synchronous motor 131 is accelerated.
  • the start control unit 145 when starting the synchronous motor 131, the start control unit 145 gives a reverse rotation command to the inverter circuit 12 for a predetermined time with a motor torque of a value that does not exceed the maximum value of the load torque. After the elapse of time, a forward rotation command is given. At this time, the activation control unit 145 moves the motor rotor angular position at the time of activation of the synchronous motor 131 to a position of ⁇ to 3 ⁇ 2 by giving a reverse rotation command for a predetermined time. The rotation command, reverse rotation command, and forward rotation command of the start control unit 145 are sent to the speed control unit 142.
  • the position detection unit 141 detects the position of the motor rotor angle of the synchronous motor 131 based on the output voltage and output current signals of the inverter circuit 12.
  • the voltage of the phase that is not conductive in the upper and lower sides among the six switching elements Q1 to Q6 is detected.
  • the phase is switched every ⁇ 6, and the position detector 141 outputs the phase switching information.
  • the speed control unit 142 calculates the rotation speed of the motor rotor 1 based on the phase switching information from the position detection unit 141.
  • the speed control unit 142 compares the rotational speed command from the activation control unit 145 with the motor rotational speed obtained by calculation, and according to the difference between the rotational speed command and the motor rotational speed, Find the output voltage that generates the motor torque.
  • the output signal generation unit 143 determines the pulse width of the output signal based on the output voltage from the speed control unit 142 and the phase switching information from the position detection unit 141, and the period in which the upper and lower switching elements are not conductive at the same time.
  • the output signal is output to the drive unit 144.
  • the command signal generated by the output signal generation unit 143 is output to the drive unit 144 to be driven.
  • the section 144 drives the switching elements Q1 to Q6 of the inverter circuit 12.
  • the control process when starting up the reciprocating compressor will be described in detail.
  • the inverter circuit 12 When driving a reciprocating compressor 13 used in a refrigerator / freezer, etc., with an inverter circuit 12, the inverter circuit 12 is used to perform the defrosting operation of the evaporator for lowering the set temperature in the refrigerator or for cooling. Is stopped several times a day.
  • T J X ( ⁇ ⁇ / dt) -TL...
  • FIG. 5 shows the relationship between the motor torque, load torque, and motor rotor rotation speed when a reverse rotation command is given once at the start of the reciprocating compressor and the motor rotor angular position is ⁇ -3 ⁇ ⁇ 2.
  • FIG. Figures 4 (a) and 5 (a) show the motor torque T, which is constant.
  • Figures 4 (b) and 5 (b) show the load torque TL.
  • 4 (c) and 5 (c) show the rotational speed ⁇ of the motor rotor 1.
  • synchronous motor 131 is activated by motor torque T to start acceleration.
  • T TL.
  • the synchronous motor 131 may stop due to the motor rotor angle 0.
  • FIG. 6 is a diagram showing motor torque, load torque, and motor rotor angle when the reciprocating compressor according to the first embodiment of the present invention is started.
  • 6 (a) shows the motor torque T
  • FIG. 6 (b) shows the load torque TL
  • FIG. 6 (c) shows the motor rotor angle ⁇ of the motor rotor 1.
  • motor torque T is negative.
  • the frequency output by the inverter circuit 12 is set lower than the output frequency during normal forward rotation, and the motor torque T is set by the output voltage so as not to exceed the maximum value of the load torque TL. .
  • the rotational speed ⁇ of the motor rotor 1 decreases, and the motor torque T eventually overcomes the load torque TL, and the motor rotor 1 stops at time t3.
  • activation control unit 145 gives a normal rotation command to inverter circuit 12. As shown in Fig. 6 (a), the reverse rotation command is switched to the forward rotation command, and the time t4 force is activated during normal forward rotation.
  • the start control unit 145 when starting the synchronous motor 131, the start control unit 145 does not exceed the maximum load torque with respect to the inverter circuit 12. Since the reverse rotation command for reverse rotation with the value of the motor torque is given for a predetermined time, the synchronous motor 131 rotates reversely and load torque is applied, so that the rotation speed of the motor rotor 1 decreases and eventually the motor torque is loaded. Motor rotor 1 stops without overcoming the torque. Then, when a normal rotation command is given to the synchronous motor 131, the rotation direction becomes the load torque decreasing direction, and the synchronous motor 131 can be easily started without increasing the motor torque.
  • the motor rotor angular position at the time of starting the synchronous motor is moved to a position of ⁇ to 3 ⁇ Z2, and thus a normal rotation command
  • the rotation direction tends to decrease the load torque, and the synchronous motor can be easily started without increasing the motor torque.
  • FIG. 7 is a diagram showing motor torque, load torque, and motor rotor angle when the reciprocating compressor according to the second embodiment of the present invention is started.
  • 7 (a) shows the motor torque T
  • FIG. 7 (b) shows the load torque TL
  • FIG. 7 (c) shows the motor rotor angle ⁇ of the motor rotor 1.
  • FIG. 7 (a) shows the motor torque T
  • FIG. 7 (b) shows the load torque TL
  • FIG. 7 (c) shows the motor rotor angle ⁇ of the motor rotor 1.
  • the activation control unit 14 provides a short-term stop command (stop period) after the reverse rotation command, and then gives a normal rotation command to start the normal rotation.
  • the normal startup method has a startup success rate of 50%.
  • the startup method 2 has a startup success rate of 100%.
  • the reciprocating compressor can be operated without fail using the torque due to inertia.
  • the force is not provided with a conventional current detection circuit, so the configuration is simple and inexpensive.
  • the stopping time until the restarting force of the reciprocating compressor normally installed can be shortened.
  • the start-up is successful even if the pressure difference between the discharge pressure and the suction pressure of the reciprocating compressor is large.
  • the rate can be increased.
  • the present invention is applicable to a refrigerator-freezer and the like. Further, it is particularly useful for a multi-cylinder reciprocating compressor provided with a plurality of cylinders 4.

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Abstract

 レシプロ式圧縮機を駆動するための同期モータであって回転子として永久磁石を有するものと、前記同期モータを駆動するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するための制御部とを備え、前記制御部は、前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与し、所定時間経過後、前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与する。

Description

明 細 書
レシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、レシプロ式圧縮機 (往復式圧縮機)の制御装置及び制御方法に関し、 特に、レシプロ式圧縮機の起動時に逆回転指令を与える制御を行なうレシプロ式圧 縮機の制御装置及び制御方法に関する。
背景技術
[0002] レシプロ式圧縮機は、冷凍冷蔵庫などで使用されており、このレシプロ式圧縮機の 駆動モータには、回転子としての永久磁石を有する同期モータが多く使用されてい る。
[0003] レシプロ式圧縮機はその構造上冷媒ガスの吸入行程では負荷トルクが小さ!/、が、 冷媒ガスの圧縮行程では負荷トルクが大きくなる特性を持つ。
[0004] 図 1はレシプロ式圧縮機の構造図である。図 1において、モータ回転子 1の円周の 一端には連接棒 2の一端が接続され、連接棒 2の他端はシリンダ 4内に設けられたピ ストン 3に接続されている。モータ回転子 1の回転運動が連接棒 2を介してシリンダ 4 内における直線運動 (往復運動)に変換される。このため、モータ回転子 1が 1回転す るとピストン 3が 1往復する。
[0005] 図 1に示すように、モータの回転方向が紙面上反時計方向の場合に、冷媒ガスの 圧力によりピストン 3を押圧する力 Fgをモータ回転子 1の角度 Θに対する負荷トルク で見積もると図 2に示すようになる。即ち、図 2はモータ回転子角度と負荷トルクの関 係を示している。図 2では、モータ回転子角度 Θは、図 1の紙面上反時計方向を正回 転方向としている。また、 X軸方向を 0ラジアン( Θ =0)としモータ回転子 1の回転中 心 Oを中心に紙面上反時計方向にモータ回転子角度 Θを設定している。このため、 ピストン 3が最下端 (吸入行程から圧縮行程に移行する位置)にあるとき 0 = 3 π Z2 となる。
[0006] 図 2からわ力るように、モータ回転子 1の角度 Θ力 SOラジアン付近(又は 2 πラジアン 付近)のときに負荷トルクが最も大きくなる。さらに、レシプロ式圧縮機の吐出側の冷 媒ガスの圧力が高くなつている場合には、さらに負荷トルクの最大値が大きくなる。
[0007] このように負荷トルクが大きくなると、レシプロ式圧縮機の起動時には大きなモータト ルクが必要となる。特に、モータ回転子 1が圧縮行程にある場合からのレシプロ式圧 縮機の起動はさらに困難である。
[0008] 起動時のモータトルクを大きくするためには電流を増やす方法がある。しかし、モー タを駆動するインバータ回路のスイッチング素子の電流容量を増加させる必要がある 力 この場合、効率が悪くなり、モータ回転子に使用している永久磁石が減磁してし まうという問題がある。
[0009] このため、ー且、レシプロ式圧縮機が運転を停止した場合、即時再起動は行なわ ず、ある一定期間をおいてレシプロ式圧縮機の吐出側冷媒ガスの圧力が低下した後 に、レシプロ式圧縮機を駆動するようなシーケンスが組まれている場合が多い。これ は、冷媒ガスの圧力が高い場合には、レシプロ式圧縮機の起動が失敗しやすくなる ので、一定期間の休止状態が必要となるからである。
[0010] また、関連技術として例えば日本国特許公開公報特開昭 60— 134783号が知ら れている。この特許文献に記載された往復動機器駆動電動機の起動制御装置は、ィ ンバータの直流入力電流の過電流を検出する電流検出回路と、インバータの相回転 方向を切り換える正転逆転切換回路とを備える。起動時の回転角度位置が 3 π /2 〜0 (又は 2 π )にあると、起動トルクが大きくなり、大きな起動電流が流れ、電流検出 回路が起動時の過電流を検出する。すると、制御回路がインバータの電動機起動動 作を所定時間停止させた後、正転逆転切換回路を動作させ、インバータの相回転方 向を逆転させて、クランク軸を逆回転方向に再起動させる。
[0011] これにより、電動機を逆回転すれば、トルク減少方向の回転方向となり、容易に起 動できる。即ち、起動容易な方向に回転させることができるため、出力電流容量を小 さくでさる。
発明の開示
[0012] し力しながら、関連技術の往復動機器駆動電動機の起動制御装置にあっては、過 電流を検出するための電流検出回路を設けなければならず、回路構成が複雑化す るとともに、コストアップになる。 [0013] また、モータの回転角度位置に対して起動トルクが低下する方向に回転する。即ち 、回転角度位置によっては、電動機が正回転方向に回転し続けたり、あるいは、電動 機が逆回転方向に回転し続けたりする。このため、電流検出回路は、電動機が正回 転方向におけるインバータの直流入力電流の過電流の検出と、電動機が逆回転方 向におけるインバータの直流入力電流の過電流の検出とを行わなければならず、そ の構成がさらに複雑ィ匕しさらにコストアップすることになる。
[0014] 本発明の課題は、レシプロ式圧縮機の冷媒ガスの圧力が高く負荷トルクが大きいと きでも慣性によるトルクを利用してレシプロ式圧縮機の起動を失敗することなく運転で き、しかも構成が簡単で安価なレシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法を提供 することにある。
[0015] 前記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用した。すなわち、本発明の 第 1の技術的側面によれば、レシプロ式圧縮機の制御装置は、レシプロ式圧縮機を 駆動するための同期モータであって、回転子として永久磁石を有するものと、 前記 同期モータを駆動するためのインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するため の制御手段とを具備し、前記制御手段は前記同期モータを起動する時に、前記イン バータ回路に対して負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モ 一タを逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与し、前記所定時間経過後に 前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与する起動制御部を有する ことを特徴とする。
[0016] 本発明の第 2の技術的側面によれば、レシプロ式圧縮機を駆動するための同期モ ータであって回転子として永久磁石を有するものをインバータ回路により駆動するレ シプロ式圧縮機の制御方法は、前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回 路に対して、負荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆 回転させるための逆回転指令を所定時間付与することと、前記所定時間経過後、前 記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与することとを含むことを特徴と する。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]図 1は、一般的なレシプロ式圧縮機の構造図である。 [図 2]図 2は、モータ回転子角度と負荷トルクの関係を示す図である。
[図 3]図 3は、本発明の実施例 1のレシプロ式圧縮機の制御装置の構成図である。
[図 4]図 4は、レシプロ式圧縮機の起動時にモータ回転子角度位置が 3 π Ζ2〜0の 状態にある場合におけるモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子の回転速度の 関係を示す図である。
[図 5]図 5は、レシプロ式圧縮機の起動時に一度逆回転指令を与えてモータ回転子 角度位置が π〜3 π /2とした場合におけるモータトルク、負荷トルクおよびモータ回 転子の回転速度の関係を示す図である。
[図 6]図 6は、本発明の実施例 1のレシプロ式圧縮機の起動時のモータトルク、負荷ト ルクおよびモータ回転子角度を示す図である。
[図 7]図 7は、本発明の実施例 2のレシプロ式圧縮機の起動時のモータトルク、負荷ト ルクおよびモータ回転子角度を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明のレシプロ式圧縮機の制御装置及び制御方法の実施の形態を図面 を参照しながら詳細に説明する。
[0019] 実施例 1
図 3は本発明の実施例 1のレシプロ式圧縮機の制御装置の構成図である。図 3〖こ 示すレシプロ式圧縮機の制御装置は、商用電源 10、整流回路 11、インバータ回路 1 2、レシプロ式圧縮機 13、制御部 14を有している。
[0020] 商用電源 10は、 100V又は 200Vの交流電圧をレシプロ式圧縮機 13の駆動に必 要な電力として整流回路 11に供給する。整流回路 11は、商用電源 10の交流電圧を 直流電圧に変換する。ここでは、整流回路 11は、全波整流回路で構成されており、 この全波整流回路は、ブリッジ接続された 4個のダイオード D1〜D4と、この 4個のダ ィオード Dl〜D4に並列に接続された平滑コンデンサ C 1と力も構成されている。
[0021] インバータ回路 12は、整流回路 11の直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電 圧により同期モータ 131を駆動する。インバータ回路 12は、 3相ブリッジ接続された 6 個のスイッチング素子 Q1〜Q6と、 6個のスイッチング素子 Q1〜Q6に逆方向に並列 に接続された 6個のダイオード D5〜D10と力も構成されている。 6個のスイッチング 素子 Q1〜Q6は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ力もなる。
[0022] スイッチング素子 Q1とスイッチング素子 Q2との接続点は、同期モータ 131の第 1相
(U相)に接続され、スイッチング素子 Q3とスイッチング素子 Q4との接続点は、同期 モータ 131の第 2相(V相)に接続され、スイッチング素子 Q5とスイッチング素子 Q6と の接続点は、同期モータ 131の第 3相 (W相)に接続されている。
[0023] 制御部 14は、インバータ回路 12を制御する。即ち、 6個のスイッチング素子 Q1〜Q 6の各々のゲートに制御部 14力も制御信号が印加されることにより、 6個のスィッチン グ素子 Q1〜Q6がスイッチング制御されて、インバータ回路 12は、所望の電圧、周 波数を得ることができる。
[0024] レシプロ式圧縮機 13は、回転子に永久磁石を有する同期モータ 131と圧縮機構 1 32とを有し、同期モータ 131の回転により圧縮機構 132が動作して冷媒ガスの圧縮 を行なう。このレシプロ式圧縮機 13は図 1に示した構成に対応しており、図 1に示す モータ回転子 1が図 3に示す同期モータ 131のモータ回転軸に対応し、図 1に示す 連接棒 2、ピストン 3、及びシリンダ 4が、図 3に示す圧縮機構 132に対応する。
[0025] 同期モータ 131は、図示しないが、 3相卷線が施された固定子と、永久磁石を持つ 回転子力 構成されている。回転子は、一般に 4極あるいは 6極の永久磁石が Ν¾· S極を交互に配置して構成される。
[0026] インバータ回路 12から出力される周波数に対して、同期モータ 131の回転子の回 転数は、永久磁石が 4極の場合にはインバータ出力周波数の 1Z2となり、永久磁石 力 極の場合にはインバータ出力周波数の 1Z3となる。即ち、インバータ回路 12か ら出力される周波数の 1周期に対して、モータ回転子 1は、 1Z2回転あるいは 1Z3 回転することになる。従って、負荷トルクが最も大きくなる点をモータ回転子 1が通過 するのは、インバータ回路 12から出力される周波数の 2周期あるいは 3周期に 1回と なる。
[0027] 制御部 14は、位置検出部 141、速度制御部 142、出力信号生成部 143、ドライブ 部 144、起動制御部 145を有する。制御部 14は、例えば、外部機器から同期モータ 131を回転させるための回転数指令を受け取り、この回転数指令に対応するように、 インバータ回路 12の出力電圧及び出力周波数を制御する。 [0028] 起動制御部 145は、外部機器力も停止指令状態力も回転数指令を受けた場合に は、同期モータ 131を逆回転させるための逆回転指令を生成して出力する。その後、 同期モータ 131を正回転させるための正回転指令を出力し、同期モータ 131の加速 を行なう。
[0029] 即ち、起動制御部 145は、同期モータ 131を起動する時に、インバータ回路 12に 対して、負荷トルクの最大値を超えな 、値のモータトルクで逆回転指令を所定時間 付与し、所定時間経過後、正回転指令を付与する。このとき、起動制御部 145は、逆 回転指令を所定時間付与することにより、同期モータ 131の起動時におけるモータ 回転子角度位置を π〜3 π Ζ2の位置に移動させる。起動制御部 145の回転数指 令や逆回転指令や正回転指令は速度制御部 142に送られる。
[0030] レシプロ式圧縮機 13内に、同期モータ 131の軸角度 (モータ回転子角度)やピスト ンの位置を検出するセンサを後付けすることは、レシプロ式圧縮機の構造上困難で ある。このため、位置検出部 141は、インバータ回路 12の出力電圧や出力電流の信 号に基づいて、同期モータ 131のモータ回転子角度の位置を検出する。
[0031] 同期モータ 131のモータ回転子角度の最も簡単な位置検出及び相切替方法として 、例えば、 6個のスイッチング素子 Q1〜Q6のうち上下とも導通していない相の電圧 を検出し、この電圧がある基準点を横切ったときを基準にして出力相の切替を行うと いう方法がある。この方法では、モータ回転子 1の瞬時の位置はわ力もないが、相の 切替動作は行える。相の切替は π Ζ6毎に行なわれ、位置検出部 141は、相切替情 報を出力する。速度制御部 142は、位置検出部 141からの相切替情報に基づいて モータ回転子 1の回転速度を計算する。
[0032] また、速度制御部 142は、起動制御部 145からの回転数指令と計算により求められ たモータ回転速度とを比較し、回転数指令とモータ回転速度との差に応じて、必要な モータトルクを発生させる出力電圧を求める。
[0033] 出力信号生成部 143は、速度制御部 142からの出力電圧と位置検出部 141からの 相切替情報とに基づき出力信号のパルス幅を決定し、上下のスイッチング素子が共 に導通しない期間を設ける処理などを行ない、ドライブ部 144に出力信号を出力する 。出力信号生成部 143で生成された指令信号は、ドライブ部 144に出力され、ドライ ブ部 144は、インバータ回路 12のスイッチング素子 Q1〜Q6の駆動を行なう。
[0034] レシプロ式圧縮機の起動時における制御処理
レシプロ式圧縮機の起動時における制御処理にっ 、て詳しく説明する。冷凍冷蔵 庫などで使用されるレシプロ式圧縮機 13をインバータ回路 12で駆動する場合、庫内 の設定温度を下回ったときや冷却を行なうための蒸発器の霜取り動作を行うために、 インバータ回路 12の停止は一日に数回行なわれる。
[0035] インバータ回路 12の停止に伴い、同期モータ 131も停止する。同期モータ 131が 停止したときのモータ回転子角度 Θは一定していないが、負荷トルクが増加する Θ
= 3 π Ζ2〜0 (又は 2 π )の領域で停止する場合が多 ヽ。
[0036] インバータ回路 12が停止した直後では、レシプロ式圧縮機 13による冷媒の圧縮が 行なわれて ヽたためガス圧力は高くなつて!/、る。このガスの圧力は時間とともに低下 していき、一般に数分でガス圧力は安定状態に達する。
[0037] ここで、同期モータ 131が発生するモータトルクを Τ、モータ回転子 1の慣性モーメ ントを J、モータ回転子 1の回転速度を ω 、負荷トルクを TLとした場合のつりあいは 関係(1)によって表現される。
[0038] T=J X (ά ω /dt) -TL …ひ)
m
したがって、このガスによる負荷トルクに打ち勝って所望の回転方向(例えば、正回 転)を維持するためには、モータ回転速度 ω を正を保つ必要がある。
[0039] 図 4はレシプロ式圧縮機の起動時にモータ回転子角度位置が 3 π Ζ2〜0の状態 にある場合におけるモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子の回転速度の関係 を示す図である。起動時のモータ回転子角度位置が通常停止すると考えられるのは θ = 3 π Ζ2〜0の状態である。
[0040] 図 5はレシプロ式圧縮機の起動時に一度逆回転指令を与えてモータ回転子角度 位置が π〜3 π Ζ2とした場合におけるモータトルク、負荷トルクおよびモータ回転子 の回転速度の関係を示す図である。図 4 (a)及び図 5 (a)は、モータトルク Tを示し、 一定である。図 4 (b)及び図 5 (b)は、負荷トルク TLを示している。図 4 (c)及び図 5 (c )は、モータ回転子 1の回転速度 ω を示している。
[0041] 時刻 tlにおいて、モータトルク Tにより同期モータ 131を起動して加速を開始する 力 時刻 t2において、 T=TLとなる。さら〖こ、時刻 t2以降では、 T<TLとなり、加速 力も減速へ転換する。この状態が継続されると、終に時刻 t3において、 ω =0となり 、同期モータ 131が停止してしまう。
[0042] 一方、図 5では、時刻 tlにおいて、同期モータ 131を起動して加速を開始し、時刻 t 4力 負荷トルク TLが加わってくる。時刻 t5では、 T<TLとなり、回転速度 ω は減速 し始める。しかし、時刻 t5の時点で同期モータ 131は充分な回転速度 ω を有してい るため、再び、時刻 t6において T>TLとなるまでは同期モータ 131は正回転を継続 している。それ以降は加速を継続している。
[0043] このようにモータトルク Tが同一でもモータ回転子角度 0によって同期モータ 131が 停止する場合もある。
[0044] 図 6は本発明の実施例 1のレシプロ式圧縮機の起動時のモータトルク、負荷トルク およびモータ回転子角度を示す図である。図 6 (a)はモータトルク Tを示し、図 6 (b) は負荷トルク TLを示し、図 6 (c)はモータ回転子 1のモータ回転子角度 Θを示してい る。
[0045] 本実施例では、図 4のように、負荷トルク TLの最大値に近い位置にモータ回転子 角度 Θがあるときでも、起動時に逆回転指令を与えることで起動時のモータ回転子 角度を 0 = π〜3 π Ζ2の位置へ移動させ、起動失敗の可能性を低減するよう動作 する。
[0046] 同期モータ 131の逆回転動作
同期モータ 131の逆回転動作について以下に詳しく説明する。モータ回転子角度 力 S 0 = 3 π /2〜0 (又は 2 π )にあるときに(図 4に示す場合)、インバータ回路 12に 逆回転指令を与えた場合のモータ回転子角度 Θを示したのが図 6 (c)である。
[0047] 時刻 tlにおいて、モータ回転子角度は 0 =3 π Ζ2〜2 πの位置にあり、同期モー タ 131を逆回転動作させるために、起動制御部 145は、インバータ回路 12に対して、 負荷トルク TLの最大値を超えない値のモータトルク Τで逆回転させるための逆回転 指令を所定時間(時刻 tl〜t4)付与する。
[0048] このため、モータトルク Tは、インバータ回路 12により時計方向に発生し始める(図 6
(a)ではモータトルク Tは負表示となっている。 ) o [0049] インバータ回路 12により出力される周波数は、通常の正回転時の出力周波数に比 ベ低く設定され、モータトルク Tは負荷トルク TLの最大値を越えな 、ように出力電圧 で設定される。
[0050] 次に、時刻 t2において、モータ回転子角度が 0 = 3 π Ζ2に到達し、負荷トルク TL が加わり始める。負荷トルク TLが加わることでモータ回転子 1の回転速度 ω が低下 し、やがてモータトルク Tが負荷トルク TLに打ち勝てずに時刻 t3では、モータ回転子 1は停止する。このときのモータ回転子角度の位置は 0 = π〜3 π Ζ2との範囲とな る。
[0051] 所定時間経過した後の時刻 t4において、起動制御部 145は、インバータ回路 12に 対して、正回転指令を付与する。図 6 (a)からもわ力るように、逆回転指令から正回転 指令に切り替えており時刻 t4力 通常の正回転時の起動を行なう。
[0052] このように、本実施例のレシプロ式圧縮機の制御装置によれば、同期モータ 131を 起動する時に、起動制御部 145がインバータ回路 12に対して、負荷トルクの最大値 を超えない値のモータトルクで逆回転させるための逆回転指令を所定時間付与する ので、同期モータ 131は逆回転し負荷トルクが加わることでモータ回転子 1の回転速 度は低下し、やがてモータトルクが負荷トルクに打ち勝てずにモータ回転子 1は停止 する。そして、同期モータ 131に正回転指令を付与すると、負荷トルク減少方向の回 転方向となり、モータトルクを増加させることなく容易に同期モータ 131を起動できる。
[0053] 本実施形態によれば、逆回転指令を所定時間付与することにより、同期モータの起 動時におけるモータ回転子角度位置を π〜3 π Z2の位置に移動させることにより、 正回転指令を付与すると負荷トルクが減少する傾向の回転方向となり、モータトルク を増加させることなく容易に同期モータを起動できる。
[0054] 従って、レシプロ式圧縮機の冷媒ガスの圧力が高く負荷トルクが大きいときでも慣 性によるトルクを利用してレシプロ式圧縮機の起動を失敗することなく運転でき、しか も従来のような電流検出回路を設けていないので、構成が簡単で安価になる。また、 通常設けているレシプロ式圧縮機の停止から再起動するまでの停止期間を短くする ことができる。
[0055] 実施例 2 図 7は本発明の実施例 2のレシプロ式圧縮機の起動時のモータトルク、負荷トルク およびモータ回転子角度を示す図である。図 7 (a)は、モータトルク Tを示し、図 7 (b) は、負荷トルク TLを示し、図 7 (c)は、モータ回転子 1のモータ回転子角度 Θを示し ている。
[0056] 本実施例は、起動制御部 14は、逆回転指令の後に短期間の停止指令 (停止期間 )を設け、その後正回転指令を与えて正回転起動を行なうようにしたものである。
[0057] 時刻 tlから時刻 t4までは図 6に示す実施例 1の動作と同様である。時刻 t4〜t5で は同期モータ 131の停止動作を行い、時刻 t5力 正回転による起動動作を行なう。
[0058] このような制御を行なうことで、レシプロ式圧縮機 13の吐出圧力と吸入圧力の差が 例えば 6気圧のとき、通常の起動方法では起動成功率 50%であったものが、実施例 2の起動方法では 100%の起動成功率となっている。
[0059] 本発明によれば、レシプロ式圧縮機の冷媒ガスの圧力が高く負荷トルクが大きいと きでも慣性によるトルクを利用してレシプロ式圧縮機の起動を失敗することなく運転で き、し力も従来のような電流検出回路を設けていないので、構成が簡単で安価になる 。また、通常設けているレシプロ式圧縮機の停止力 再起動するまでの停止期間を 短くすることができる。
[0060] また、本発明によれば、逆回転指令と正回転指令との間に停止指令を設けることに より、レシプロ式圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧力差が大きくても起動成功率を 高くすることができる。
産業上の利用可能性
[0061] 本発明は、冷凍冷蔵庫などに適用可能である。また、シリンダ 4を複数個設けた多 気筒のレシプロ式圧縮機に特に、有用である。
[0062] (米国指定)
本国際特許出願は米国指定に関し、 2006年 3月 27日に出願された日本国特許 出願第 2006 - 086096号(2006年 3月 27日出願)につ 、て米国特許法第 119条( a)に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。

Claims

請求の範囲
[1] レシプロ式圧縮機を駆動するための同期モータであって、回転子として永久磁石を 有するものと、
前記同期モータを駆動するためのインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御するための制御手段とを具備し、
前記制御手段は前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して負 荷トルクの最大値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるため の逆回転指令を所定時間付与し、前記所定時間経過後に前記同期モータを正回転 させるための正回転指令を付与する起動制御部を有することを特徴とするレシプロ式 圧縮機の制御装置。
[2] 前記起動制御部は、前記逆回転指令と前記正回転指令との間に、前記同期モー タを停止させるための停止指令を設けることを特徴とする請求項 1記載のレシプロ式 圧縮機の制御装置。
[3] 前記起動制御部は、 X軸方向を 0ラジアンとしモータ回転子の回転中心を中心に正 回転方向にモータ回転子角度を設定した場合に、前記逆回転指令を前記所定時間 付与することにより、前記同期モータの起動時におけるモータ回転子角度位置を π 〜3 π Ζ2の位置に移動させることを特徴とする請求項 1記載のレシプロ式圧縮機の 制御装置。
[4] 前記起動制御部は、 X軸方向を 0ラジアンとしモータ回転子の回転中心を中心に正 回転方向にモータ回転子角度を設定した場合に、前記逆回転指令を前記所定時間 付与することにより、前記同期モータの起動時におけるモータ回転子角度位置を π 〜3 π Ζ2の位置に移動させることを特徴とする請求項 2記載のレシプロ式圧縮機の 制御装置。
[5] レシプロ式圧縮機を駆動するための同期モータであって回転子として永久磁石を 有するものをインバータ回路により駆動するレシプロ式圧縮機の制御方法であって、 前記同期モータを起動する時に、前記インバータ回路に対して、負荷トルクの最大 値を超えない値のモータトルクで前記同期モータを逆回転させるための逆回転指令 を所定時間付与することと、 前記所定時間経過後、前記同期モータを正回転させるための正回転指令を付与 することと
を含むことを特徴とする制御方法。
[6] 前記逆回転指令と前記正回転指令との間に、前記同期モータを停止させるための 停止指令を付与することをさらに含むことを特徴とする請求項 5記載のレシプロ式圧 縮機の制御方法。
[7] 前記逆回転指令を所定時間付与することは、 X軸方向を 0ラジアンとしモータ回転 子の回転中心を中心に正回転方向にモータ回転子角度を設定した場合に、前記逆 回転指令を前記所定時間付与することにより、前記同期モータの起動時におけるモ ータ回転子角度位置を π〜3 π Ζ2の位置に移動させることを特徴とする請求項 5記 載のレシプロ式圧縮機の制御方法。
[8] 前記逆回転指令を所定時間付与することは、 X軸方向を 0ラジアンとしモータ回転 子の回転中心を中心に正回転方向にモータ回転子角度を設定した場合に、前記逆 回転指令を前記所定時間付与することにより、前記同期モータの起動時におけるモ ータ回転子角度位置を π〜3 π Ζ2の位置に移動させることを特徴とする請求項 6記 載のレシプロ式圧縮機の制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5122366B2 (ja) * 2008-05-09 2013-01-16 シャープ株式会社 空気調和機
JP2015065730A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 日立工機株式会社 モータの起動制御装置および空気圧縮機
JP6322115B2 (ja) * 2014-10-03 2018-05-09 株式会社日立産機システム 気体圧縮装置およびその起動方法
CN114144585A (zh) * 2019-11-22 2022-03-04 松下知识产权经营株式会社 电机驱动装置和使用它的冷藏库

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60134783A (ja) * 1983-12-22 1985-07-18 Mitsubishi Electric Corp 往復動機器駆動電動機の起動制御装置
JPH11164584A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Toshiba Corp モータ制御装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60134783A (ja) * 1983-12-22 1985-07-18 Mitsubishi Electric Corp 往復動機器駆動電動機の起動制御装置
JPH11164584A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Toshiba Corp モータ制御装置

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