WO2021255837A1 - 電動機駆動装置およびヒートポンプ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an electric motor drive device and a heat pump device for driving a motor.
- Patent Document 1 discloses a technique in position sensorless control in which a direct current is passed through a motor when the motor is started to pull the rotor position of the motor into a desired position.
- Patent Document 1 The method described in Patent Document 1 is a method in which the current for two phases is detected by a current sensor and the current for the remaining one phase is calculated using the condition of three-phase equilibrium.
- Patent Document 1 does not specify what kind of current sensor is used, but since ACCT (Alternating Current Current Transformer) cannot detect the amount of direct current, DCCT (Direct Current Current Transformer) is used for two phases. ..
- ACCT Alternating Current Current Transformer
- DCCT Direct Current Current Transformer
- DCCT Direct Current Current Transformer
- the present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an electric motor drive device capable of performing overcurrent protection in control of flowing a direct current with an inexpensive circuit configuration.
- the motor drive device drives a motor having three-phase windings.
- the motor drive device includes an inverter that applies a desired voltage to the motor, and an inverter control unit that controls the operation of the inverter.
- the inverter has a DC current detector that detects DC current in the first connection line of the three-phase connection lines that connect each of the three-phase windings and the inverter, and a second of the three-phase connection lines.
- the connection line is provided with an alternating current detecting unit for detecting an alternating current.
- the motor drive device causes the maximum direct current to flow through the first connection line in the first control mode in which the rotor of the motor is positioned.
- the motor drive device has an effect that it can perform overcurrent protection in the control of passing a direct current with an inexpensive circuit configuration.
- the figure which shows the structural example of the inverter which concerns on Embodiment 1. A flowchart showing the operation of the inverter control unit included in the motor drive device according to the first embodiment.
- FIG. 3 shows an example of a magnetic flux vector generated by a motor of the heat pump device according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a first diagram showing an operating state for determining the establishment of a transition condition from a V / F control mode to a position sensorless control mode in an inverter control unit included in the motor drive device according to the second embodiment.
- a second flowchart showing an operation of determining the establishment of a transition condition from the V / F control mode to the position sensorless control mode in the inverter control unit included in the motor drive device according to the second embodiment.
- FIG. 2 is a second diagram showing an operating state for determining the establishment of a transition condition from the V / F control mode to the position sensorless control mode in the inverter control unit included in the motor drive device according to the second embodiment.
- a flowchart showing the operation of the inverter control unit included in the motor drive device according to the second embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the heat pump device 100 according to the first embodiment.
- the heat pump device 100 constitutes, for example, an air conditioner, a refrigerator, and the like.
- the heat pump device 100 includes a refrigerating cycle in which a compressor 1, a four-way valve 2, a heat exchanger 3, an expansion mechanism 4, and a heat exchanger 5 are sequentially connected via a refrigerant pipe 6.
- the heat exchangers 3 and 5 exchange heat with the refrigerant.
- the compressor 1 includes a compression mechanism 7 that compresses the refrigerant, and a motor 8 for the compressor 1 that operates the compression mechanism 7.
- the heat pump device 100 drives a fan 9 for sending wind to the heat exchanger 3, a motor 10 for driving the fan 9, a fan 11 for sending wind to the heat exchanger 5, and a fan 11.
- a motor 12 for the operation is provided.
- Motors 8, 10 and 12 are three-phase motors having three-phase windings of U-phase, V-phase, and W-phase (not shown).
- the motors 8, 10 and 12 are, for example, permanent magnet synchronous motors.
- the heat pump device 100 includes an inverter 13 that applies a desired voltage to the motor 10 to drive the motor 10, and an inverter control unit 14 that controls the operation of the inverter 13.
- the inverter 13 is electrically connected to the motor 10.
- the inverter 13 uses the bus voltage Vdc, which is a DC voltage, as an input power source, applies a voltage Vu to the U-phase winding of the motor 10, applies a voltage Vv to the V-phase winding of the motor 10, and applies a voltage Vv to the W of the motor 10.
- a voltage Vw is applied to the phase windings.
- the inverter control unit 14 is electrically connected to the inverter 13.
- the inverter control unit 14 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal, which is a drive signal for driving the inverter 13, by using the motor current information, which is information on the current flowing between the inverter 13 and the motor 10. Output to the inverter 13.
- the inverter control unit 14 has a positioning control mode, a V / F control mode, and a position sensorless control mode as control modes for controlling the operation of the inverter 13.
- the motor drive device 50 is configured by the inverter 13 and the inverter control unit 14.
- the motor drive device 50 drives the motor 10.
- the heat pump device 100 includes an inverter that drives the motor 8 by applying a voltage, and an inverter control unit that controls the operation of the inverter that drives the motor 8.
- the heat pump device 100 includes an inverter that applies a voltage to the motor 12 to drive the motor 12, and an inverter control unit that controls the operation of the inverter that drives the motor 12.
- the heat pump device 100 individually drives the motors 8, 10 and 12 by providing an inverter and an inverter control unit, that is, an electric motor drive device for each of the motors 8, 10 and 12.
- FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the inverter 13 according to the first embodiment.
- the inverter 13 includes a drive circuit 18 that uses the bus voltage Vdc as an input power source and outputs voltages Vu, Vv, and Vw for three phases.
- the drive circuit 18 includes six switching elements 18a to 18f, and has three series connection portions of the switching elements 18a and 18b, a series connection portion of the switching elements 18c and 18d, and three series connection portions of the switching elements 18e and 18f in parallel. It is a connected configuration.
- the inverter 13 drives the switching elements 18a to 18f of the drive circuit 18 corresponding to each PWM signal according to the PWM signals UP, UN, VP, VN, WP, and WN output from the inverter control unit 14.
- the switching element 18a is driven according to the PWM signal UP
- the switching element 18b is driven according to the PWM signal UN
- the switching element 18c is driven according to the PWM signal VP
- the switching element 18d is driven according to the PWM signal VN.
- the switching element 18e is driven according to the PWM signal WP
- the switching element 18f is driven according to the PWM signal WN.
- the inverter 13 generates voltages Vu, Vv, and Vw for three phases by driving the switching elements 18a to 18f of the drive circuit 18, and the voltage is applied to each winding of the U phase, V phase, and W phase of the motor 10. Is applied.
- the inverter 13 includes a voltage detection unit 19 for detecting the bus voltage Vdc on the input side of the drive circuit 18, that is, on the side where the bus voltage Vdc is supplied to the drive circuit 18.
- the voltage detection unit 19 outputs the detected voltage value, that is, the bus voltage Vdc to the inverter control unit 14.
- the inverter 13 has a first connection line 22a of the three-phase connection lines connecting each of the three-phase windings of the motor 10 to the inverter 13.
- a current detection unit 20 for detecting a direct current flowing between the motor 10 and the inverter 13 is provided.
- the current detection unit 20 outputs the detected current value, that is, the U-phase current Iu, to the inverter control unit 14.
- the inverter 13 detects the alternating current flowing between the motor 10 and the inverter 13 in the second connection line 22b of the three-phase connection lines.
- a current detection unit 21 is provided.
- the current detection unit 21 outputs the detected current value, that is, the W phase current Iw, to the inverter control unit 14.
- DCCT is used for the current detection unit 20 which is a DC current detection unit
- ACCT is used for the current detection unit 21 which is an AC current detection unit.
- the DCCT is attached to the first connection line 22a of the U phase
- the ACCT is attached to the second connection line 22b of the W phase. It does not limit the relationship.
- the switching elements 18a to 18f constituting the drive circuit 18 of the inverter 13 are semiconductor switching elements.
- the semiconductor switching element include an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Transistor), and the like.
- the semiconductor switching element may have a configuration in which recirculation diodes (not shown) are connected in parallel for the purpose of suppressing a surge voltage due to switching.
- the recirculation diode may be a parasitic diode of a semiconductor switching element, but in the case of a MOSFET, the same function can be realized by turning it on at the timing of the recirculation.
- FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the first embodiment.
- the inverter control unit 14 determines whether or not there is a drive command to the motor 10 from the configuration of the previous stage (not shown) (step S101). When there is no drive command (step S101: No), the inverter control unit 14 waits until there is a drive command. When there is a drive command (step S101: Yes), the inverter control unit 14 operates in the positioning control mode (step S102).
- the inverter control unit 14 draws the rotor position of the motor 10 to a desired position when the motor 10 is started, so that the operation of the inverter 13 is controlled and a direct current is passed from the inverter 13 to the motor 10. This is the control mode of 1. The detailed operation of the inverter control unit 14 in the positioning control mode will be described later.
- the inverter control unit 14 determines whether or not the specified first time has elapsed since the operation was started in the positioning control mode (step S103).
- the first time is longer than the time required for the rotor position of the motor 10 to be pulled into a desired position by passing a direct current from the inverter 13 to the motor 10.
- the first time may be changed depending on the current value of the direct current flowing through the motor 10.
- step S103: No the inverter control unit 14 continues the operation of the positioning control mode (step S102).
- the inverter control unit 14 shifts from the positioning control mode to the operation of the V / F control mode (step S104).
- the V / F control mode is generally known, and the inverter control unit 14 controls the operation of the inverter 13 to control the amplitude and frequency of the output voltage from the inverter 13 in proportion to the speed command to the motor 10. This is the second control mode in which the motor 10 is driven by increasing the number.
- the V / F control mode is a control mode in which the inverter control unit 14 does not use the current value acquired from the current detection units 20 and 21 as feedback.
- the inverter control unit 14 determines whether or not the specified transition condition is satisfied during the operation of the V / F control mode (step S105). The details of the transition conditions in the inverter control unit 14 will be described in the second embodiment. If the transition condition is not satisfied (step S105: No), the inverter control unit 14 continues the operation of the V / F control mode (step S104). When the transition condition is satisfied (step S105: Yes), the inverter control unit 14 shifts from the V / F control mode to the operation of the position sensorless control mode (step S106).
- the position sensorless control mode is generally known, and when the inverter control unit 14 controls the operation of the inverter 13 to drive the motor 10, a third control mode by vector control capable of highly efficient drive is performed. Is.
- the position sensorless control mode is a control mode in which the inverter control unit 14 uses the current values acquired from the current detection units 20 and 21 as feedback to estimate the position of the rotor of the motor 10 and perform current control and the like.
- the inverter control unit 14 determines whether or not there is a stop command to the motor 10 from the configuration of the previous stage (not shown) (step S107). When there is no stop command (step S107: No), the inverter control unit 14 continues the operation of the position sensorless control mode (step S106). When there is a stop command (step S107: Yes), the inverter control unit 14 controls to stop the motor 10 (step S108).
- FIG. 4 is a flowchart showing the detailed operation of the positioning control mode in the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the first embodiment.
- the inverter control unit 14 sets the energized phase through which a direct current flows in the three-phase connection line, and sets the duty of the PWM signal for the switching elements 18a to 18f of the drive circuit 18 corresponding to each phase (step S201).
- the inverter control unit 14 sets the U phase of the first connection line 22a to which the current detection unit 20, which is a DCCT, is connected as the phase in which the maximum current flows in the positioning control mode.
- the maximum current is the current having the largest value among the currents flowing through the three-phase connecting lines. That is, the inverter control unit 14 passes the maximum direct current through the first connection line 22a in the positioning control mode.
- the inverter control unit 14 controls the positioning of the rotor of the motor 10 by passing a direct current according to the flowchart shown in FIG.
- the inverter control unit 14 PWM-controls the switching elements 18a to 18f of the drive circuit 18 with a PWM signal to control the U-phase and V-phase.
- FIG. 5 is a first diagram showing an example of an equivalent circuit showing an energized state of the heat pump device 100 when the inverter control unit 14 according to the first embodiment is operating in the positioning control mode.
- the U-phase resistance 31 indicating the resistance of the U-phase winding and the wiring
- the V-phase resistance 32 indicating the resistance of the V-phase winding and the wiring
- the resistance of the W-phase winding and the wiring are shown.
- the resistance values of the W phase resistance 33 are the same.
- FIG. 5 it is assumed that a direct current flows in the direction of the arrow.
- the inverter control unit 14 flows through the U-phase DC current flowing through the first connection line 22a, the W-phase DC current flowing through the second connection line 22b, and the third connection line 22c among the three-phase connection lines.
- FIG. 6 is a first diagram showing an example of a magnetic flux vector generated by the motor 10 of the heat pump device 100 according to the first embodiment.
- the combined magnetic flux vector 44 with a three-phase current obtained by combining the magnetic flux vector 41 with the U-phase current Iu, the magnetic flux vector 42 with the V-phase current Iv, and the magnetic flux vector 43 with the W-phase current Iw is the U-phase.
- the heat pump device 100 monitors the U-phase current Iu detected by the current detection unit 20 because the maximum current flows in the U-phase even if the winding resistance value of each phase varies. This makes it possible to position the rotor of the motor 10 while appropriately protecting the overcurrent.
- the U-phase resistor 31 has no variation
- the V-phase resistor 32 has a variation of + 5%
- the W-phase resistor 33 has a variation of ⁇ 5%.
- the maximum current flows in the U phase of the motor 10, but the current ratio is as follows: U phase current flowing in the U phase Iu: V phase current flowing in the V phase Iv: W phase current flowing in the W phase Iw ⁇ 1: 0 .48: 0.52.
- FIG. 7 is a second diagram showing an example of a magnetic flux vector generated by the motor 10 of the heat pump device 100 according to the first embodiment.
- the combined magnetic flux vector 44 by the three-phase current obtained by combining the magnetic flux vector 41 by the U-phase current Iu, the magnetic flux vector 42 by the V-phase current Iv, and the magnetic flux vector 43 by the W-phase current Iw has a U-phase axis.
- the inverter control unit 14 acquires the U-phase current Iu from the current detection unit 20 (step S202).
- the inverter control unit 14 compares the U-phase current Iu with the threshold value defined for overcurrent protection (step S203).
- the inverter control unit 14 stops energization from the inverter 13 to the motor 10 for overcurrent protection (step S204). That is, in the positioning control mode, the inverter control unit 14 stops energizing the motor 10 when the current value of the current detection unit 20 becomes equal to or higher than the specified threshold value. In this case, the inverter control unit 14 also ends the operation of the flowchart shown in FIG.
- step S203 When the U-phase current Iu is less than the threshold value (step S203: Yes), the inverter control unit 14 performs current control for the U-phase current Iu (step S205).
- the current control for the U-phase current Iu is, for example, control by PI (Proportional Integrated) control.
- step S103: No when the first time has not elapsed (step S103: No), the inverter control unit 14 continues the operation of the positioning control mode of step S102, that is, step S201 to step S205.
- the inverter control unit 14 may allow the maximum current to flow through the first connection line 22a to which the current detection unit 20 is connected, that is, the U phase. Therefore, for example, the inverter control unit 14 does not pass a current through the third connection line 22c, that is, the V phase, and the currents of the U phase of the first connection line 22a and the W phase of the second connection line 22b are the same.
- the Duty of each phase may be controlled so as to be a value.
- FIG. 8 is a second diagram showing an example of an equivalent circuit showing an energized state of the heat pump device 100 when the inverter control unit 14 according to the first embodiment is operating in the positioning control mode.
- the resistance values of the U-phase resistor 31 indicating the U-phase resistance and the W-phase resistor 33 indicating the W-phase resistance are the same. Further, in the equivalent circuit shown in FIG. 8, it is assumed that a direct current flows in the direction of the arrow.
- FIG. 9 is a third diagram showing an example of a magnetic flux vector generated by the motor 10 of the heat pump device 100 according to the first embodiment.
- the combined magnetic flux vector 44 due to the two-phase current obtained by synthesizing the magnetic flux vector 41 due to the U-phase current Iu and the magnetic flux vector 43 due to the W-phase current Iw is the starting point of the magnetic flux vector 41 due to the U-phase current Iu and It becomes a vector connecting the end points of the magnetic flux vector 43 due to the W phase current Iw.
- the heat pump device 100 can draw the rotor position of the motor 10 in the direction of the combined magnetic flux vector 44 shown in FIG.
- the heat pump device 100 adjusts the Duty of the switching element corresponding to the U phase or the W phase to set the current value of each phase to a desired value. It is possible to control to.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of a hardware configuration that realizes the inverter control unit 14 included in the heat pump device 100 according to the first embodiment.
- the inverter control unit 14 is realized by the processor 91 and the memory 92.
- the processor 91 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microprocessor, processor, DSP (Digital Signal Processor)), or system LSI (Large Scale Integration).
- the memory 92 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (registered trademark) (Electrically Memory), or an EEPROM (registered trademark).
- a semiconductor memory can be exemplified. Further, the memory 92 is not limited to these, and may be a magnetic disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, or a DVD (Digital Versaille Disc).
- the inverter control unit 14 may be composed of an electric circuit element such as an analog circuit or a digital circuit.
- the electric motor drive device 50 is a DCCT current detection unit 20 and an ACCT current detection unit 20 between the inverter 13 and the motor 10. 21 is provided.
- the inverter control unit 14 operates in a positioning control mode in which a direct current is passed to draw the rotor of the motor 10 to a desired position using the current value detected by the current detection unit 20.
- the motor drive device 50 has a circuit configuration in which the two current detection units 20 and 21 are combined with DCCT and ACCT, thereby realizing an inexpensive circuit configuration and overcurrent in control of passing a direct current. The protection can be performed stably.
- Embodiment 2 In the second embodiment, the transition condition from the V / F control mode to the operation of the position sensorless control mode in step S105 of the flowchart shown in FIG. 3 of the first embodiment will be described.
- the configuration of the heat pump device 100 is the same as the configuration of the heat pump device 100 of the first embodiment shown in FIG. 1, and the configuration of the inverter 13 is the same as that of the inverter 13 of the first embodiment shown in FIG. Similar to the configuration.
- the current detection unit 21 is an ACCT as described above, the current cannot be detected accurately in the low frequency region. Further, the current detection unit 21 has individual differences, that is, variations in the frequency at which the current can be detected accurately. Therefore, when the inverter control unit 14 shifts from the V / F control mode to the operation of the position sensorless control mode, it is necessary to increase the speed of the motor 10 to a frequency at which the current detection unit 21 which is an ACCT can accurately detect the current. ..
- the inverter control unit 14 is operating in the V / F control mode, and the current value detected by the current detection unit 20 which is DCCT and the current detected by the current detection unit 21 which is ACCT. By comparing with the value, it is monitored whether or not the current detection unit 21 which is an ACCT is in a state where the current can be detected accurately. When the current detection unit 21, which is an ACCT, is in a state where the current detection unit 21 can accurately detect the current, the inverter control unit 14 shifts from the V / F control mode to the operation of the position sensorless control mode.
- FIG. 11 is a first flowchart showing an operation of determining the establishment of a transition condition from the V / F control mode to the position sensorless control mode in the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the second embodiment.
- the flowchart shown in FIG. 11 is an excerpt of the portion of step S106 from step S104 of the flowchart shown in FIG.
- FIG. 12 is a first diagram showing an operating state for determining the establishment of a transition condition from the V / F control mode to the position sensorless control mode in the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the second embodiment. ..
- the inverter control unit 14 acquires the U-phase current Iu from the current detection unit 20 (step S301).
- the inverter control unit 14 compares the U-phase current Iu acquired from the current detection unit 20 for one current cycle, and acquires the maximum value Iu_max of the U-phase current Iu in one current cycle as shown in FIG. 12 (step). S302).
- the inverter control unit 14 acquires the W phase current Iw at the timing when the maximum value Iu_max of the U phase current Iu is obtained from the current detection unit 21 (step S303).
- the drive frequency of the motor 10 is raised to a state where the current detection unit 21 which is an ACCT can accurately detect the current, the motor 10 has a three-phase balanced relationship. Therefore, as shown in FIG. 12, U The relationship between the maximum value Iu_max of the phase current Iu and the W phase current Iw is as shown in the equation (1).
- the inverter control unit 14 determines whether or not the absolute value of the W-phase current Iw is the same as 1/2 of the absolute value of the maximum value Iu_max of the U-phase current Iu (step S304).
- step S304: No When the absolute value of the W-phase current Iw is not the same as 1/2 of the absolute value of the maximum value Iu_max of the U-phase current Iu (step S304: No), the inverter control unit 14 determines that the transition condition is not satisfied. The operation of the V / F control mode is continued (step S104). When the absolute value of the W-phase current Iw is the same as 1/2 of the absolute value of the maximum value Iu_max of the U-phase current Iu (step S304: Yes), the inverter control unit 14 considers that the transition condition is satisfied and V / F. The operation shifts from the control mode to the position sensorless control mode (step S106).
- the inverter control unit 14 is a current when half of the absolute value of the maximum value Iu_max in one cycle of the U-phase current Iu detected by the current detection unit 20 and the maximum value Iu_max are obtained by the current detection unit 20.
- the absolute value of the W phase current Iw which is the current value detected by the detection unit 21 is equal, the operation shifts from the V / F control mode to the position sensorless control mode.
- FIG. 13 is a second flowchart showing an operation of determining the establishment of the transition condition from the V / F control mode to the position sensorless control mode in the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the second embodiment.
- the flowchart shown in FIG. 13 is an excerpt of the portion of step S106 from step S104 of the flowchart shown in FIG.
- FIG. 14 is a second diagram showing an operating state for determining the establishment of a transition condition from the V / F control mode to the position sensorless control mode in the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the second embodiment. ..
- the inverter control unit 14 acquires the U-phase current Iu in the U-phase current phase ⁇ u from the current detection unit 20 (step S401).
- the inverter control unit 14 estimates, that is, calculates the W phase current Iw * in the U phase current phase ⁇ u using the equations (2) and (3) (step S402).
- Iu_max Iu / Sin ( ⁇ u)... (2)
- Iw * Iu_max ⁇ Sin ( ⁇ u + 2 ⁇ / 3)...
- the inverter control unit 14 may obtain the maximum value Iu_max of the U-phase current Iu obtained by the equation (2) by the method of step S302 in the flowchart shown in FIG. 11 described above.
- the inverter control unit 14 acquires the W-phase current Iw at the timing when the U-phase current Iu in the U-phase current phase ⁇ u is acquired from the current detection unit 21 (step S403).
- the inverter control unit 14 determines whether or not the W-phase current Iw acquired from the current detection unit 21 is the same as the calculated W-phase current Iw * (step S404).
- Step S404: No When the acquired W-phase current Iw is not the same as the calculated W-phase current Iw * (step S404: No), the inverter control unit 14 continues the operation of the V / F control mode, assuming that the transition condition is not satisfied. (Step S104).
- the inverter control unit 14 operates from the V / F control mode to the position sensorless control mode, assuming that the transition condition is satisfied. (Step S106). That is, the inverter control unit 14 estimates the current value flowing through the second connection line 22b when the U-phase current Iu, which is the first current value, is detected by the current detection unit 20, and determines the estimated current value and the estimated current value.
- the inverter control unit 14 has a U-phase voltage command, that is, phase information of the voltage Vu, and a zero cross of the U-phase current Iu obtained from the current detection unit 20 during the V / F control mode.
- the phase difference ⁇ between the voltage Vu and the U-phase current Iu can be obtained, and the U-phase current phase ⁇ u, which is the phase of the U-phase current Iu, can be estimated.
- the inverter control unit 14 has a phase difference of 120 degrees between the remaining currents of the other phases. It is possible to calculate the V-phase current Iv * and the W-phase current Iw * that would be obtained if they were present.
- the inverter control unit 14 has the W phase current Iw * , which is an estimated value of the W phase current Iw in the same phase obtained from the instantaneous value of the U phase current Iu and the U phase current phase ⁇ u, and the W obtained from the current detection unit 21. If the phase currents Iw match, it can be determined that the current detection unit 21 is in a state where the current can be detected accurately.
- the inverter control unit 14 compares the W-phase current Iw obtained from the current detection unit 21 which is an ACCT with the calculated W-phase current Iw * , the inverter control unit 14 is affected by variations in the accuracy of the current detection unit 21, noise, and the like.
- the calculated W-phase current Iw * may have a margin of about several% to more than ten%. That is, in the inverter control unit 14, when the W phase current Iw obtained from the current detection unit 21 is within the margin set with respect to the calculated W phase current Iw * , the W phase current Iw is the W phase current Iw. It may be determined that it matches with *.
- the inverter control unit 14 of the motor drive device 50 is the current value acquired from the current detection unit 20 which is DCCT and the current detection unit 21 which is ACCT. It is determined whether or not the relationship with the current value obtained from is in three-phase equilibrium, and when each current value is in the three-phase equilibrium state, the position sensorless from the non-current feedback control as in the V / F control mode. It shifts to the operation of the current feedback control such as to the control mode. In this way, the motor drive device 50 stably shifts from the V / F control mode to the position sensorless control mode even in the circuit configuration in which the two current detection units 20 and 21 are combined with DCCT and ACCT. Can be done.
- FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the inverter control unit 14 included in the motor drive device 50 according to the second embodiment.
- the inverter control unit 14 determines whether or not a specified second time has elapsed since the operation was started in the positioning control mode, instead of step S103 in the flowchart shown in FIG. 3 of the first embodiment. Step S501).
- the second time is longer than the time required to secure the current detection accuracy of the current detection unit 21.
- the second time may be changed depending on the current value of the direct current flowing through the motor 10.
- step S501: No the inverter control unit 14 continues the operation of the positioning control mode (step S102).
- step S501: Yes the inverter control unit 14 shifts from the positioning control mode to the operation of the position sensorless control mode (step S106).
- the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.
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Abstract
3相の巻線を有するモータ(10)を駆動する電動機駆動装置(50)であって、モータ(10)に所望の電圧を印加するインバータ(13)と、インバータ(13)の動作を制御するインバータ制御部(14)と、を備え、インバータ(13)は、3相の巻線の各々とインバータ(13)とを接続する3相の接続線のうち第1の接続線(22a)において、直流電流を検出する電流検出部(20)と、3相の接続線のうち第2の接続線(22b)において、交流電流を検出する電流検出部(21)と、を備え、モータ(10)の回転子の位置決めを行う第1の制御モードの際、第1の接続線(22a)に最大の直流電流を流す。
Description
本開示は、モータを駆動する電動機駆動装置およびヒートポンプ装置に関する。
従来、ヒートポンプ装置において、熱交換器への送風を目的にファンが使用されている。また、ヒートポンプ装置では、ファンを駆動するため、高効率な永久磁石同期モータが広く使用されている。モータを安価に駆動するための手段として、位置センサを用いずにモータの電流からモータの回転子位置を推定する位置センサレス制御技術が広く知られている。例えば、特許文献1には、位置センサレス制御において、モータの始動時にモータに直流電流を流し、モータの回転子位置を所望の位置に引き込む技術が開示されている。
特許文献1に記載の方式は、2相分の電流を電流センサで検出し、残る1相の電流を三相平衡の条件を用いて計算する方式である。特許文献1では、どのような電流センサを用いるかについて明記されていないが、ACCT(Alternating Current Current Transformer)は直流量を検出できないため、DCCT(Direct Current Current Transformer)を2相分用いることになる。しかしながら、一般的には、DCCTの方がACCTよりも高価であり、コストがかかる、という問題があった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、安価な回路構成で、直流電流を流す制御において過電流保護を行うことが可能な電動機駆動装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電動機駆動装置は、3相の巻線を有するモータを駆動する。電動機駆動装置は、モータに所望の電圧を印加するインバータと、インバータの動作を制御するインバータ制御部と、を備える。インバータは、3相の巻線の各々とインバータとを接続する3相の接続線のうち第1の接続線において、直流電流を検出する直流電流検出部と、3相の接続線のうち第2の接続線において、交流電流を検出する交流電流検出部と、を備える。電動機駆動装置は、モータの回転子の位置決めを行う第1の制御モードの際、第1の接続線に最大の直流電流を流す。
本開示に係る電動機駆動装置は、安価な回路構成で、直流電流を流す制御において過電流保護を行うことができる、という効果を奏する。
以下に、本開示の実施の形態に係る電動機駆動装置およびヒートポンプ装置を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るヒートポンプ装置100の構成例を示す図である。ヒートポンプ装置100は、例えば、空気調和機、冷凍機などを構成する。ヒートポンプ装置100は、圧縮機1、四方弁2、熱交換器3、膨張機構4、および熱交換器5が、冷媒配管6を介して、順次接続された冷凍サイクルを備える。熱交換器3,5は、冷媒の熱交換を行う。圧縮機1は、冷媒を圧縮する圧縮機構7と、圧縮機構7を動作させる圧縮機1用のモータ8と、を備える。また、ヒートポンプ装置100は、熱交換器3に風を送るためのファン9と、ファン9を駆動するためのモータ10と、熱交換器5に風を送るためのファン11と、ファン11を駆動するためのモータ12と、を備える。モータ8,10,12は、図示しないU相、V相、およびW相の3相の巻線を有する三相モータである。モータ8,10,12は、例えば、永久磁石同期モータである。
図1は、実施の形態1に係るヒートポンプ装置100の構成例を示す図である。ヒートポンプ装置100は、例えば、空気調和機、冷凍機などを構成する。ヒートポンプ装置100は、圧縮機1、四方弁2、熱交換器3、膨張機構4、および熱交換器5が、冷媒配管6を介して、順次接続された冷凍サイクルを備える。熱交換器3,5は、冷媒の熱交換を行う。圧縮機1は、冷媒を圧縮する圧縮機構7と、圧縮機構7を動作させる圧縮機1用のモータ8と、を備える。また、ヒートポンプ装置100は、熱交換器3に風を送るためのファン9と、ファン9を駆動するためのモータ10と、熱交換器5に風を送るためのファン11と、ファン11を駆動するためのモータ12と、を備える。モータ8,10,12は、図示しないU相、V相、およびW相の3相の巻線を有する三相モータである。モータ8,10,12は、例えば、永久磁石同期モータである。
また、ヒートポンプ装置100は、モータ10に所望の電圧を印加して駆動させるインバータ13と、インバータ13の動作を制御するインバータ制御部14と、を備える。インバータ13は、モータ10と電気的に接続されている。インバータ13は、直流電圧である母線電圧Vdcを入力電源とし、モータ10のU相の巻線に電圧Vuを印加し、モータ10のV相の巻線に電圧Vvを印加し、モータ10のW相の巻線に電圧Vwを印加する。インバータ制御部14は、インバータ13と電気的に接続されている。インバータ制御部14は、インバータ13とモータ10との間に流れる電流の情報であるモータ電流情報を用いて、インバータ13を駆動するための駆動信号であるPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成してインバータ13に出力する。インバータ制御部14は、インバータ13の動作を制御する制御モードとして、位置決め制御モード、V/F制御モード、および位置センサレス制御モードを有する。
ヒートポンプ装置100において、インバータ13およびインバータ制御部14によって、電動機駆動装置50を構成する。電動機駆動装置50は、モータ10を駆動する。なお、図1では記載を省略しているが、ヒートポンプ装置100は、モータ8に電圧を印加して駆動させるインバータと、モータ8を駆動させるインバータの動作を制御するインバータ制御部と、を備える。同様に、ヒートポンプ装置100は、モータ12に電圧を印加して駆動させるインバータと、モータ12を駆動させるインバータの動作を制御するインバータ制御部と、を備える。ヒートポンプ装置100は、モータ8,10,12ごとに、インバータおよびインバータ制御部、すなわち電動機駆動装置を備えることによって、モータ8,10,12を個別に駆動する。
図2は、実施の形態1に係るインバータ13の構成例を示す図である。インバータ13は、母線電圧Vdcを入力電源とし、3相分の電圧Vu,Vv,Vwを出力する駆動回路18を備える。駆動回路18は、6つのスイッチング素子18a~18fを備え、スイッチング素子18a,18bの直列接続部、スイッチング素子18c,18dの直列接続部、およびスイッチング素子18e,18fの直列接続部が並列に3個接続された構成である。インバータ13は、インバータ制御部14から出力されたPWM信号UP,UN,VP,VN,WP,WNに従って、各PWM信号に対応した駆動回路18のスイッチング素子18a~18fを駆動する。図2の例では、スイッチング素子18aはPWM信号UPに従って駆動し、スイッチング素子18bはPWM信号UNに従って駆動し、スイッチング素子18cはPWM信号VPに従って駆動し、スイッチング素子18dはPWM信号VNに従って駆動し、スイッチング素子18eはPWM信号WPに従って駆動し、スイッチング素子18fはPWM信号WNに従って駆動する。インバータ13は、駆動回路18の各スイッチング素子18a~18fを駆動することによって、3相分の電圧Vu,Vv,Vwを発生させ、モータ10のU相,V相,W相の各巻線に電圧を印加する。
インバータ13は、駆動回路18の入力側、すなわち駆動回路18に母線電圧Vdcが供給される側に、母線電圧Vdcを検知するための電圧検出部19を備える。電圧検出部19は、検出した電圧値、すなわち母線電圧Vdcをインバータ制御部14に出力する。インバータ13は、駆動回路18からモータ10に流れる電流を検出するため、モータ10が有する3相の巻線の各々とインバータ13とを接続する3相の接続線のうち第1の接続線22aにおいて、モータ10とインバータ13との間に流れる直流電流を検出する電流検出部20を備える。電流検出部20は、検出した電流値、すなわちU相電流Iuをインバータ制御部14に出力する。また、インバータ13は、駆動回路18からモータ10に流れる電流を検出するため、3相の接続線のうち第2の接続線22bにおいて、モータ10とインバータ13との間に流れる交流電流を検出する電流検出部21を備える。電流検出部21は、検出した電流値、すなわちW相電流Iwをインバータ制御部14に出力する。ここで、本実施の形態では、インバータ13において、直流電流検出部である電流検出部20にDCCTを用いることとし、交流電流検出部である電流検出部21にACCTを用いることとする。なお、図2では、U相の第1の接続線22aにDCCTを取り付け、W相の第2の接続線22bにACCTを取り付けているが、一例であり、各電流検出部と取り付ける相との関係を限定するものではない。
インバータ13の駆動回路18を構成するスイッチング素子18a~18fは、半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などである。半導体スイッチング素子は、スイッチングによるサージ電圧を抑制する目的で、図示しない環流ダイオードを並列に接続した構成としてもよい。環流ダイオードについては、半導体スイッチング素子の寄生ダイオードであってもよいが、MOSFETの場合は環流のタイミングでON状態とすることによって同様の機能を実現することも可能である。また、半導体スイッチング素子を構成する材料は、ケイ素Siだけでなく、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素SiC、窒化ガリウムGaN、酸化ガリウムGa2O3、ダイヤモンドなどを用いることで、低損失化、高速スイッチング化を実現できる。
つづいて、電動機駆動装置50の動作について説明する。図3は、実施の形態1に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14の動作を示すフローチャートである。インバータ制御部14は、図示しない前段の構成からモータ10に対する駆動指令があったか否かを判定する(ステップS101)。駆動指令がない場合(ステップS101:No)、インバータ制御部14は、駆動指令があるまで待機する。駆動指令があった場合(ステップS101:Yes)、インバータ制御部14は、位置決め制御モードで動作を行う(ステップS102)。位置決め制御モードは、インバータ制御部14が、モータ10の始動時にモータ10の回転子位置を所望の位置に引き込むため、インバータ13の動作を制御して、インバータ13からモータ10に直流電流を流す第1の制御モードである。インバータ制御部14における位置決め制御モードでの詳細な動作については後述する。
インバータ制御部14は、位置決め制御モードで動作を開始してから規定された第1の時間が経過したか否かを判定する(ステップS103)。第1の時間は、インバータ13からモータ10に直流電流を流すことによって、モータ10の回転子位置が所望の位置に引き込まれるまでにかかる時間よりも長い時間とする。第1の時間は、モータ10に流す直流電流の電流値によって変化させてもよい。第1の時間が経過していない場合(ステップS103:No)、インバータ制御部14は、位置決め制御モードの動作を継続する(ステップS102)。第1の時間が経過した場合(ステップS103:Yes)、インバータ制御部14は、位置決め制御モードからV/F制御モードの動作に移行する(ステップS104)。V/F制御モードは、一般的に知られており、インバータ制御部14が、インバータ13の動作を制御して、モータ10に対する速度指令に比例してインバータ13からの出力電圧の振幅および周波数を増加させてモータ10を駆動する第2の制御モードである。V/F制御モードは、インバータ制御部14が、電流検出部20,21から取得した電流値をフィードバックとして用いない制御モードである。
インバータ制御部14は、V/F制御モードの動作中において、規定された移行条件が成立したか否かを判定する(ステップS105)。インバータ制御部14における移行条件の詳細については実施の形態2で説明する。移行条件が成立していない場合(ステップS105:No)、インバータ制御部14は、V/F制御モードの動作を継続する(ステップS104)。移行条件が成立した場合(ステップS105:Yes)、インバータ制御部14は、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する(ステップS106)。位置センサレス制御モードは、一般的に知られており、インバータ制御部14が、インバータ13の動作を制御してモータ10を駆動する場合において、高効率駆動が可能なベクトル制御による第3の制御モードである。位置センサレス制御モードは、インバータ制御部14が、電流検出部20,21から取得した電流値をフィードバックとして用いて、モータ10の回転子の位置の推定、電流制御などを行う制御モードである。
インバータ制御部14は、図示しない前段の構成からモータ10に対する停止指令があったか否かを判定する(ステップS107)。停止指令がない場合(ステップS107:No)、インバータ制御部14は、位置センサレス制御モードの動作を継続する(ステップS106)。停止指令があった場合(ステップS107:Yes)、インバータ制御部14は、モータ10を停止する制御を行う(ステップS108)。
ここで、図3のフローチャートに示すステップS102の位置決め制御モードの詳細な動作について説明する。図4は、実施の形態1に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14における位置決め制御モードの詳細な動作を示すフローチャートである。
インバータ制御部14は、3相の接続線において直流電流を流す通電相を設定し、各相に対応した駆動回路18のスイッチング素子18a~18fに対するPWM信号のDutyを設定する(ステップS201)。本実施の形態では、インバータ制御部14は、位置決め制御モードにおいて、DCCTである電流検出部20が接続された第1の接続線22aのU相を最大電流が流れる相とする。最大電流とは、3相の接続線に流れる電流のうち最も値が大きい電流のことである。すなわち、インバータ制御部14は、位置決め制御モードの際、第1の接続線22aに最大の直流電流を流す。インバータ制御部14は、図4に示すフローチャートに従って直流電流を流すことで、モータ10の回転子の位置決め制御を行う。インバータ制御部14は、U相、V相、およびW相の各相に流れる電流を制御するため、例えば、駆動回路18のスイッチング素子18a~18fをPWM信号によってPWM制御して、U相、V相、およびW相の各相に対応するスイッチング素子18a~18fのDutyの比をU相=1:V相=0.5:W相=0.5とする。
このときのヒートポンプ装置100の通電状態は、図5に示すような等価回路で表すことができる。図5は、実施の形態1に係るインバータ制御部14が位置決め制御モードで動作しているときのヒートポンプ装置100の通電状態を示す等価回路の例を示す第1の図である。ここでは、U相の巻線、配線などの抵抗を示すU相抵抗31、V相の巻線、配線などの抵抗を示すV相抵抗32、およびW相の巻線、配線などの抵抗を示すW相抵抗33の抵抗値は同一とする。また、図5に示す等価回路では、矢印の向きに直流電流が流れるものとする。図5は、ヒートポンプ装置100において、モータ10のU相に最大電流が流れ、他のV相およびW相にU相の最大電流の1/2の電流が流れることを示している。インバータ制御部14は、第1の接続線22aに流れるU相の直流電流、第2の接続線22bに流れるW相の直流電流、および3相の接続線のうち第3の接続線22cに流れるV相の直流電流の絶対値の比を1対0.5対0.5とする。すなわち、電流比は、U相に流れるU相電流Iu:V相に流れるV相電流Iv:W相に流れるW相電流Iw=1:0.5:0.5となる。
このような通電状態でモータ10に発生する磁束ベクトルは図6のようになる。図6は、実施の形態1に係るヒートポンプ装置100のモータ10で発生する磁束ベクトルの例を示す第1の図である。U相電流Iuによる磁束ベクトル41、V相電流Ivによる磁束ベクトル42、およびW相電流Iwによる磁束ベクトル43を合成した3相の電流による合成磁束ベクトル44は、図6に示すように、U相軸上、すなわち位相=0°の向きとなる。合成磁束ベクトル44がU相軸上の向きになることから、ヒートポンプ装置100は、U相軸上にモータ10の回転子位置を引き込むことができる。
また、ヒートポンプ装置100は、各相の巻線抵抗値などにばらつきがあった場合でも、最大電流が流れるのはU相であるため、電流検出部20で検出されるU相電流Iuを監視することによって、適切に過電流保護を行いつつ、モータ10の回転子の位置決めを行うことができる。例えは、図5において、U相抵抗31はばらつきなし、V相抵抗32のばらつきが+5%、W相抵抗33のばらつきが-5%の場合を想定する。この場合でも、モータ10のU相に最大電流が流れるが、電流比は、U相に流れるU相電流Iu:V相に流れるV相電流Iv:W相に流れるW相電流Iw≒1:0.48:0.52となる。
図7は、実施の形態1に係るヒートポンプ装置100のモータ10で発生する磁束ベクトルの例を示す第2の図である。U相電流Iuによる磁束ベクトル41、V相電流Ivによる磁束ベクトル42、およびW相電流Iwによる磁束ベクトル43を合成した3相電流による合成磁束ベクトル44は、図7に示すように、U相軸上、すなわち位相=0°からずれた向きとなる。この場合でも、ヒートポンプ装置100は、図7に示す合成磁束ベクトル44の向きにモータ10の回転子位置を引き込むことができる。
図4の説明に戻る。インバータ制御部14は、電流検出部20からU相電流Iuを取得する(ステップS202)。インバータ制御部14は、U相電流Iuと、過電流保護のために規定された閾値とを比較する(ステップS203)。U相電流Iuが閾値以上の場合(ステップS203:No)、インバータ制御部14は、過電流保護のため、インバータ13からモータ10への通電を停止する(ステップS204)。すなわち、インバータ制御部14は、位置決め制御モードにおいて、電流検出部20の電流値が規定された閾値以上になった場合、モータ10への通電を停止する。この場合、インバータ制御部14は、図3に示すフローチャートの動作も終了させる。U相電流Iuが閾値未満の場合(ステップS203:Yes)、インバータ制御部14は、U相電流Iuに対して電流制御を実施する(ステップS205)。U相電流Iuに対する電流制御とは、例えば、PI(Proportional Integral)制御による制御である。前述のように、第1の時間が経過していない場合(ステップS103:No)、インバータ制御部14は、ステップS102、すなわちステップS201からステップS205の位置決め制御モードの動作を継続する。
なお、インバータ制御部14は、電流検出部20が接続されている第1の接続線22a、すなわちU相に最大電流が流れるようにすればよい。そのため、インバータ制御部14は、例えば、第3の接続線22c、すなわちV相には電流を流さず、第1の接続線22aのU相および第2の接続線22bのW相の電流が同じ値になるように、各相のDutyを制御してもよい。
このときのヒートポンプ装置100の通電状態は、図8に示すような等価回路で表すことができる。図8は、実施の形態1に係るインバータ制御部14が位置決め制御モードで動作しているときのヒートポンプ装置100の通電状態を示す等価回路の例を示す第2の図である。ここでは、U相の抵抗を示すU相抵抗31、およびW相の抵抗を示すW相抵抗33の抵抗値は同一とする。また、図8に示す等価回路では、矢印の向きに直流電流が流れるものとする。図8は、ヒートポンプ装置100において、U相およびW相が直列回路を構成するため、モータ10のU相およびW相に同じ電流、すなわち最大電流が流れ、他のV相に電流が流れないことを示している。インバータ制御部14は、第1の接続線22aに流れるU相の直流電流、および第2の接続線22bまたは第3の接続線22cに流れる直流電流の絶対値の比を1対1とする。すなわち、電流比は、U相に流れるU相電流Iu:V相に流れるV相電流Iv:W相に流れるW相電流Iw=1:0:1となる。
このような通電状態でモータ10に発生する磁束ベクトルは図9のようになる。図9は、実施の形態1に係るヒートポンプ装置100のモータ10で発生する磁束ベクトルの例を示す第3の図である。U相電流Iuによる磁束ベクトル41、およびW相電流Iwによる磁束ベクトル43を合成した2相の電流による合成磁束ベクトル44は、図9に示すように、U相電流Iuによる磁束ベクトル41の始点およびW相電流Iwによる磁束ベクトル43の終点を結ぶベクトルとなる。この場合でも、ヒートポンプ装置100は、過電流保護を行いつつ、図9に示す合成磁束ベクトル44の向きにモータ10の回転子位置を引き込むことができる。ヒートポンプ装置100は、図8に示す等価回路において各相の抵抗にばらつきがある場合でも、U相またはW相に対応するスイッチング素子のDutyを調整することによって、各相の電流値を所望の値に制御することが可能である。
つづいて、ヒートポンプ装置100が備えるハードウェア構成について説明する。図10は、実施の形態1に係るヒートポンプ装置100が備えるインバータ制御部14を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。インバータ制御部14は、プロセッサ91およびメモリ92により実現される。
プロセッサ91は、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)、またはシステムLSI(Large Scale Integration)である。メモリ92は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。また、メモリ92は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはDVD(Digital Versatile Disc)でもよい。なお、インバータ制御部14については、アナログ回路、デジタル回路などの電気回路素子などで構成してもよい。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒートポンプ装置100において、電動機駆動装置50は、インバータ13とモータ10との間に、DCCTである電流検出部20、およびACCTである電流検出部21を備える。インバータ制御部14は、電流検出部20で検出される電流値を用いて、直流電流を流してモータ10の回転子を所望の位置に引き込む位置決め制御モードによる動作を行う。このように、電動機駆動装置50は、2つの電流検出部20,21を、DCCTおよびACCTを組み合わせた回路構成にすることによって、安価な回路構成を実現しつつ、直流電流を流す制御において過電流保護を安定して行うことができる。
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1の図3に示すフローチャートのステップS105における、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作への移行条件について説明する。
実施の形態2では、実施の形態1の図3に示すフローチャートのステップS105における、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作への移行条件について説明する。
実施の形態2において、ヒートポンプ装置100の構成は、図1に示す実施の形態1のヒートポンプ装置100の構成と同様であり、インバータ13の構成は、図2に示す実施の形態1のインバータ13の構成と同様である。インバータ13において、電流検出部21は、前述のようにACCTであるため、低い周波数領域では電流を精度よく検出することができない。また、電流検出部21は、電流を精度よく検出できる周波数について、個体差、すなわちばらつきがある。従って、インバータ制御部14は、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する際、ACCTである電流検出部21による電流検出が精度よくできる周波数までモータ10の速度を高める必要がある。
そのため、本実施の形態では、インバータ制御部14は、V/F制御モードで動作中、DCCTである電流検出部20で検出される電流値と、ACCTである電流検出部21で検出される電流値とを比較して、ACCTである電流検出部21が精度よく電流検出できる状態になっているか否かを監視する。インバータ制御部14は、ACCTである電流検出部21が精度よく電流検出できる状態になった場合、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する。
図11は、実施の形態2に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14におけるV/F制御モードから位置センサレス制御モードへの移行条件の成立を判定する動作を示す第1のフローチャートである。図11に示すフローチャートは、図3に示すフローチャートのステップS104からステップS106の部分を抜粋したものである。図12は、実施の形態2に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14におけるV/F制御モードから位置センサレス制御モードへの移行条件の成立を判定する動作状態を示す第1の図である。
インバータ制御部14は、電流検出部20からU相電流Iuを取得する(ステップS301)。インバータ制御部14は、電流検出部20から取得したU相電流Iuを電流1周期分比較し、図12に示すように、U相電流Iuの電流1周期中における最大値Iu_maxを取得する(ステップS302)。インバータ制御部14は、U相電流Iuの最大値Iu_maxが得られたタイミングのW相電流Iwを電流検出部21から取得する(ステップS303)。ここで、ACCTである電流検出部21が精度よく電流検出できる状態までモータ10の駆動周波数が上がっていれば、モータ10が三相平衡の関係であることから、図12に示すように、U相電流Iuの最大値Iu_maxおよびW相電流Iwの関係は式(1)のようになる。
|Iw|=|Iu_max|/2 …(1)
従って、インバータ制御部14は、式(1)を満たす状態になっていればACCTである電流検出部21は精度よく電流を検出できる状態と判定でき、V/F制御モードから位位置センサレス制御モードの動作に移行することができる。図11に示すフローチャートにおいて、インバータ制御部14は、W相電流Iwの絶対値が、U相電流Iuの最大値Iu_maxの絶対値の1/2と同一か否かを判定する(ステップS304)。W相電流Iwの絶対値がU相電流Iuの最大値Iu_maxの絶対値の1/2と同一ではない場合(ステップS304:No)、インバータ制御部14は、移行条件が成立していないとして、V/F制御モードの動作を継続する(ステップS104)。W相電流Iwの絶対値がU相電流Iuの最大値Iu_maxの絶対値の1/2と同一の場合(ステップS304:Yes)、インバータ制御部14は、移行条件が成立したとして、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する(ステップS106)。すなわち、インバータ制御部14は、電流検出部20で検出されるU相電流Iuの1周期中における最大値Iu_maxの絶対値の半分と、電流検出部20で最大値Iu_maxが得られたときに電流検出部21で検出された電流値であるW相電流Iwの絶対値とが等しい場合、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する。
なお、インバータ制御部14におけるV/F制御モードから位置センサレス制御モードへの移行条件の成立の判定方法については、図11および図12に示す方法に限定されない。図13は、実施の形態2に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14におけるV/F制御モードから位置センサレス制御モードへの移行条件の成立を判定する動作を示す第2のフローチャートである。図13に示すフローチャートは、図3に示すフローチャートのステップS104からステップS106の部分を抜粋したものである。図14は、実施の形態2に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14におけるV/F制御モードから位置センサレス制御モードへの移行条件の成立を判定する動作状態を示す第2の図である。
インバータ制御部14は、電流検出部20からU相電流位相θuにおけるU相電流Iuを取得する(ステップS401)。インバータ制御部14は、式(2)および式(3)を用いて、U相電流位相θuにおけるW相電流Iw*を推定、すなわち算出する(ステップS402)。
Iu_max=Iu/Sin(θu) …(2)
Iw*=Iu_max・Sin(θu+2π/3) …(3)
Iw*=Iu_max・Sin(θu+2π/3) …(3)
なお、インバータ制御部14は、式(2)で求めるU相電流Iuの最大値Iu_maxについて、前述の図11に示すフローチャートのステップS302の方法によって求めてもよい。インバータ制御部14は、U相電流位相θuにおけるU相電流Iuを取得したタイミングのW相電流Iwを電流検出部21から取得する(ステップS403)。インバータ制御部14は、電流検出部21から取得したW相電流Iwが、算出したW相電流Iw*と同一か否かを判定する(ステップS404)。取得したW相電流Iwが算出したW相電流Iw*と同一ではない場合(ステップS404:No)、インバータ制御部14は、移行条件が成立していないとして、V/F制御モードの動作を継続する(ステップS104)。取得したW相電流Iwが算出したW相電流Iw*と同一の場合(ステップS404:Yes)、インバータ制御部14は、移行条件が成立したとして、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する(ステップS106)。すなわち、インバータ制御部14は、電流検出部20で第1の電流値であるU相電流Iuが検出されたときの第2の接続線22bに流れる電流値を推定し、推定した電流値と、電流検出部20で第1の電流値が検出されたときに電流検出部21で検出された第2の電流値であるW相電流Iwとが等しい場合、V/F制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する。
このように、インバータ制御部14は、図14に示すように、V/F制御モード中にU相電圧指令、すなわち電圧Vuの位相情報、および電流検出部20から得られるU相電流Iuのゼロクロスなどを比較すれば、電圧VuとU相電流Iuとの位相差Δθを得ることができ、U相電流Iuの位相であるU相電流位相θuを推定することができる。インバータ制御部14は、U相電流位相θuが分かれば、残る他相の電流はそれぞれ120度位相差を持っているため、三角関数から理想の、すなわちU相電流Iuに対して三相平衡であった場合に得られるV相電流Iv*およびW相電流Iw*を算出できる。従って、インバータ制御部14は、U相電流Iuの瞬時値およびU相電流位相θuから求めた同位相におけるW相電流Iwの推定値であるW相電流Iw*と電流検出部21から得たW相電流Iwが一致すれば、電流検出部21が精度よく電流検出できる状態になっていると判断することができる。
なお、インバータ制御部14は、ACCTである電流検出部21から得たW相電流Iwと算出したW相電流Iw*とを比較する際、電流検出部21の精度のばらつき、ノイズなどの影響を考慮し、算出したW相電流Iw*について、数%から十数%程度のマージンを持たせてもよい。すなわち、インバータ制御部14は、電流検出部21から得たW相電流Iwが、算出したW相電流Iw*に対して設定されたマージンの範囲内の場合、W相電流IwがW相電流Iw*と一致していると判定してもよい。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒートポンプ装置100において、電動機駆動装置50のインバータ制御部14は、DCCTである電流検出部20から取得した電流値とACCTである電流検出部21から取得した電流値との関係が三相平衡であるか否かを判定し、各電流値が三相平衡状態となった場合、V/F制御モードのように非電流フィードバック制御から、位置センサレス制御モードへのような電流フィードバック制御の動作に移行する。このように、電動機駆動装置50は、2つの電流検出部20,21を、DCCTおよびACCTを組み合わせた回路構成においても、V/F制御モードから位置センサレス制御モードへの移行を安定して行うことができる。
なお、ヒートポンプ装置100は、モータ10の始動時の駆動周波数として、ACCTである電流検出部21の電流検出精度を確保するために十分な周波数を与える場合、V/F制御モードを実施せず、位置決め制御モードから直接位置センサレス制御モードの動作に移行してもよい。図15は、実施の形態2に係る電動機駆動装置50が備えるインバータ制御部14の動作を示すフローチャートである。インバータ制御部14は、実施の形態1の図3に示すフローチャートのステップS103に替えて、位置決め制御モードで動作を開始してから規定された第2の時間が経過したか否かを判定する(ステップS501)。第2の時間は、電流検出部21の電流検出精度を確保するためにかかる時間よりも長い時間とする。第2の時間は、モータ10に流す直流電流の電流値によって変化させてもよい。第2の時間が経過していない場合(ステップS501:No)、インバータ制御部14は、位置決め制御モードの動作を継続する(ステップS102)。第2の時間が経過した場合(ステップS501:Yes)、インバータ制御部14は、位置決め制御モードから位置センサレス制御モードの動作に移行する(ステップS106)。
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 圧縮機、2 四方弁、3,5 熱交換器、4 膨張機構、6 冷媒配管、7 圧縮機構、8,10,12 モータ、9,11 ファン、13 インバータ、14 インバータ制御部、18 駆動回路、18a~18f スイッチング素子、19 電圧検出部、20,21 電流検出部、22a 第1の接続線、22b 第2の接続線、22c 第3の接続線、31 U相抵抗、32 V相抵抗、33 W相抵抗、41 U相電流Iuによる磁束ベクトル、42 V相電流Ivによる磁束ベクトル、43 W相電流Iwによる磁束ベクトル、44 合成磁束ベクトル、50 電動機駆動装置、100 ヒートポンプ装置。
Claims (9)
- 3相の巻線を有するモータを駆動する電動機駆動装置であって、
前記モータに所望の電圧を印加するインバータと、
前記インバータの動作を制御するインバータ制御部と、
を備え、
前記インバータは、
前記3相の巻線の各々と前記インバータとを接続する3相の接続線のうち第1の接続線において、直流電流を検出する直流電流検出部と、
前記3相の接続線のうち第2の接続線において、交流電流を検出する交流電流検出部と、
を備え、
前記モータの回転子の位置決めを行う第1の制御モードの際、前記第1の接続線に最大の直流電流を流す電動機駆動装置。 - 前記第1の接続線に流れる直流電流、前記第2の接続線に流れる直流電流、および前記3相の接続線のうち第3の接続線に流れる直流電流の絶対値の比を1対0.5対0.5とする、請求項1に記載の電動機駆動装置。
- 前記第1の接続線に流れる直流電流、および前記第2の接続線または前記3相の接続線のうち第3の接続線に流れる直流電流の絶対値の比を1対1とする、請求項1に記載の電動機駆動装置。
- 前記第1の制御モードにおいて、前記直流電流検出部の電流値が閾値以上になった場合、前記モータへの通電を停止する、請求項1から3のいずれか1つに記載の電動機駆動装置。
- 前記第1の制御モードを開始してから第1の時間経過後、前記モータに対する速度指令に比例して前記インバータから前記モータへの出力電圧の振幅および周波数を増加させて前記モータを駆動する第2の制御モードの動作に移行する、請求項1から4のいずれか1つに記載の電動機駆動装置。
- 前記直流電流検出部で検出される電流の1周期中における最大値の絶対値の半分と、前記直流電流検出部で最大値が得られたときに前記交流電流検出部で検出された電流値の絶対値とが等しい場合、前記直流電流検出部および前記交流電流検出部の電流値を用いた電流フィードバック制御によって前記モータを駆動する第3の制御モードの動作に移行する、請求項5に記載の電動機駆動装置。
- 前記直流電流検出部で第1の電流値が検出されたときの前記第2の接続線に流れる電流値を推定し、推定した電流値と、前記直流電流検出部で前記第1の電流値が検出されたときに前記交流電流検出部で検出された第2の電流値とが等しい場合、前記直流電流検出部および前記交流電流検出部の電流値を用いた電流フィードバック制御によって前記モータを駆動する第3の制御モードの動作に移行する、請求項5に記載の電動機駆動装置。
- 前記第1の制御モードを開始してから第2の時間経過後、前記直流電流検出部および前記交流電流検出部の電流値を用いたフィードバック制御によって前記モータを駆動する第3の制御モードの動作に移行する、請求項1から4のいずれか1つに記載の電動機駆動装置。
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒の熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器へ風を送るファンと、
前記ファンを駆動するモータと、
前記モータを駆動する請求項1から8のいずれか1つに記載の電動機駆動装置と、
を備えるヒートポンプ装置。
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