CN102457225A - 制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高电感的辨别精度，能够提高运转效率的制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置。具有：辨别模式控制单元(21)，在矢量控制运转过程中，作为辨别电感设定值(L^＊)的辨别模式，在规定时间内，固定旋转速度指令值(ω^＊)，并且将第一d轴电流指令值(Idc^＊)固定为规定的设定值(Idc_at)；以及电感辨别单元(23～26)，对辨别模式的情况下的第二d轴电流指令值(Idc^＊＊)与第一d轴电流指令值(Idc^＊)的差分进行积分而运算平均值，据此运算校正量(ΔL^＊)，将加上了校正量(ΔL^＊)而得到的电感设定值(L^＊)用于电压指令运算单元(45)的运算，辨别模式控制单元(21)在由电流检测单元(243)检测出的电流(Ish)达到了预先设定的不同的多个规定值(Ish1、Ish2)的情况下，执行辨别模式。

Description

制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置

技术领域

本发明涉及制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置，特别涉及通过控制装置对驱动制冷环路(热泵环路)的压缩机的永久磁铁同步电机的旋转速度进行可变控制的制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置。

背景技术

例如在空调、制冷机等制冷装置中，周知为了实现高效的运转，在向驱动压缩机的永久磁铁同步电机供给电力的逆变器装置中采用矢量控制。矢量控制使用电机常数(详细而言，电阻、感应电压、以及电感)，所以需要预先设定该电机常数。

但是，电机常数根据电机制造时的偏离、运转条件而变动，而有可能在预先设定的设定值与实际值之间产生偏移。

因此，提出了在刚要实际运转之前、实际运转过程中辨别电机常数而自动地修正电机常数设定值的矢量控制装置(逆变器装置)(例如，参照专利文献1)。

专利文献1记载的矢量控制装置具备：检测三相交流电流的电流检测器；将三相交流电流的检测值变换为d轴电流检测值以及q轴电流检测值的坐标变换部；根据第一d轴电流指令值与d轴电流检测值的偏差生成第二d轴电流指令值的d轴电流指令运算部；根据第一q轴电流指令值与q轴电流检测值的偏差生成第二q轴电流指令值的q轴电流指令运算部；辨别电机常数而修正电机常数设定值的电机常数辨别部；根据电机常数的设定值、旋转速度指令值、第二d轴电流指令值、以及第二q轴电流指令值运算d轴电压指令值以及q轴电压指令值的矢量控制运算部(电压指令运算部)；将d轴电压指令值以及q轴电压指令值变换为三相交流的电压指令值的坐标变换部；和将与三相交流的电压指令值成比例的电压施加到永久磁铁同步电机的电力变换器(参照专利文献1的图1)。

另外，在高速域中，将d轴电流控制为“零”和“零以外的规定值”，分别运算这两个控制状态下的第二d轴电流指令值的差分和d轴电流检测值的差分(或者第一d轴电流指令值的差分)，对该第二d轴电流指令值的差分和d轴电流检测值的差分(或者第一d轴电流指令值的差分)之比乘以d轴电感的设定值，而修正d轴电感的设定值。

另外，在高速域中，如果q轴电流是“规定值以上”，则对第二q轴电流指令值与q轴电流检测值(或者第一q轴电流指令值)之比乘以q轴电感的设定值，来修正q轴电感的设定值。

专利文献1：日本特开2007-49843号公报。

发明内容

电机常数的辨别精度影响电机的控制性能(详细而言，驱动效率、响应速度、稳定性等)。特别地，电感的辨别精度关系到电机最大扭矩控制，所以对电机电流、驱动效率造成大的影响。

在专利文献1公开的矢量控制装置(逆变器装置)中，将d轴电流指令值控制为“零”和“零以外的规定值”，根据这两个控制状态下的第二d轴电流指令值的差分和d轴电流检测值的差分来辨别d轴电感。

因此，易于受到由于电流的波动、相位的偏离引起的影响，在电感的辨别精度这一点上存在改善的余地。

因此，本发明的课题在于提供一种能够提高电感的辨别精度，能够提高运转效率的制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置。

为了解决这样的课题，本发明的第一方面提供一种制冷装置，具备：制冷环路的压缩机；永久磁铁同步电机，驱动所述压缩机；以及逆变器装置，通过矢量控制对所述永久磁铁同步电机的旋转速度进行可变控制，其特征在于，所述逆变器装置具有：逆变器电路，从直流电力生成交流电力并供给到所述永久磁铁同步电机；电流检测单元，对所述逆变器电路的输入直流电流或者输出交流电流进行检测；电流检测运算单元，根据由所述电流检测单元检测出的电流，运算d轴电流检测值以及q轴电流检测值；d轴电流指令运算单元，根据第一d轴电流指令值与所述d轴电流检测值的偏差，校正所述第一d轴电流指令值而生成第二d轴电流指令值；q轴电流指令运算单元，根据第一q轴电流指令值与所述q轴电流检测值的偏差，校正所述第一q轴电流指令值而生成第二q轴电流指令值；电压指令运算单元，根据包括所述永久磁铁同步电机的电感设定值的电机常数设定值、所述永久磁铁同步电机的旋转速度指令值、所述第二d轴电流指令值、以及所述第二q轴电流指令值，运算d轴电压指令值以及q轴电压指令值；逆变器控制单元，根据所述d轴电压指令值以及所述q轴电压指令值控制所述逆变器电路；辨别模式控制单元，在使所述第一q轴电流指令值成为零以外的值的矢量控制运转过程中，作为辨别所述电感设定值的辨别模式，在规定时间内固定所述旋转速度指令值，并且将所述第一d轴电流指令值固定为规定的设定值；以及电感辨别单元，对所述辨别模式的情况下的所述第二d轴电流指令值与所述第一d轴电流指令值的差分进行积分而运算平均值，据此运算所述电感设定值的校正量，将加上了该校正量而得到的电感设定值用于所述电压指令运算单元的运算，所述辨别模式控制单元在由所述电流检测单元检测出的电流达到了预先设定的不同的多个规定值的情况下，执行所述辨别模式。

根据本发明，能够提供能提高电感的辨别精度、能提高运转效率的制冷装置以及永久磁铁同步电机的控制装置。

附图说明

图1是空调的结构图。

图2是对压缩机的永久磁铁同步电机进行控制的逆变器装置的结构图。

图3是示出微型机的功能性结构的功能框图。

图4是速度·相位推定部的功能框图。

图5是矢量控制运算部以及电机常数辨别部的功能框图。

图6是示出电机转子轴、电机最大扭矩轴以及控制系统的推定轴的图。

图7是示出本实施方式的空调的动作的时序图。

图8是示出变形例的空调的动作的时序图。

(符号说明)

10：速度指令生成部；11：减法部；12：q轴电流指令生成部；13：d轴电流指令生成部；14：矢量控制运算部；15：2轴/三相变换部(逆变器控制单元)；16：PWM输出部(逆变器控制单元)；17：电流再现部(电流检测单元)；18：三相/2轴变换部(电流检测运算单元)；19：速度·相位推定部；20：电机常数辨别部；21：辨别模式控制部(辨别模式控制单元)；22：输入切换部；23：积算部(电感辨别单元)；24：保存部(电感辨别单元)；25：初始值存储部(电感辨别单元)；26：加法部(电感辨别单元)；31：轴误差运算部；33：减法部；34：旋转速度运算部；35：相位运算部；41：减法部；42：q轴电流指令运算部(q轴电流指令运算单元)；43：减法部；44：d轴电流指令运算部(d轴电流指令运算单元)；45：电压指令运算部(电压指令运算单元)；46：减法部；100：空调(制冷装置)；101：压缩机；102：四通阀；103：室外热交换器；104：室外送风机；105：室外膨胀阀；106：室内膨胀阀；107：室内热交换器；108：室内送风机；109：贮液器；110：室外机；111：室外送风机用电机；112：永久磁铁同步电机；120：室内机；121：室内送风机用电机；200：逆变器装置(永久磁铁同步电机的控制装置)；210：转换器电路；211：整流元件；220：逆变器电路；221：开关元件；222：飞轮元件；231：电磁接触器；232：突入电流限制电阻器；233：功率因数改善用电抗器；234：平滑电容器；241：微型机；242：驱动器电路(逆变器控制单元)；243：电流检测电路(电流检测单元)；244：电压检测电路；245：电源电路；246：分流电阻；250：交流电源；Δθc：轴误差；θdc：相位检测值；ω：旋转速度检测值；ω^＊：旋转速度指令值；Ish：直流电流(输入直流电流)；Iu、Iv、Iw：三相交流的电流检测值(输出直流电流)；Idc：dc轴电流检测值(d轴电流检测值)；Iqc：qc轴电流检测值(q轴电流检测值)；Idc^＊：第一dc轴电流指令值(第一d轴电流指令值)；Iqc^＊：第一qc轴电流指令值(第一q轴电流指令值)；Idc^＊＊：第二dc轴电流指令值(第二d轴电流指令值)；Iqc^＊＊：第二qc轴电流指令值(第二q轴电流指令值)；Vdc^＊：dc轴电压指令值(d轴电压指令值)；Vqc^＊：qc轴电压指令值(q轴电压指令值)；Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊：三相交流的电压指令值；r：电阻(电机常数)；r^＊：电阻设定值(电机常数设定值)；Ke：感应电压(电机常数)；Ke^＊：感应电压设定值(电机常数设定值)；L：假想电感(电机常数)；L^＊：假想电感设定值(电感设定值、电机常数设定值)；ΔL^＊：校正量。

具体实施方式

以下，适当参照附图，详细说明用于实施本发明的实施方式(以下称为“实施方式”)。另外，在各图中，对共通的部分附加同一符号并省略重复的说明。

<空调(制冷装置)100>

图1是空调(制冷装置)100的结构图。空调100具备室外机110以及室内机120，如后文所述，能够实现冷气运转以及暖气运转。

室外机110具备压缩机101、四通阀102、室外热交换器103、室外送风机104、室外膨胀阀105、贮液器109、室外送风机用电机111、永久磁铁同步电机112以及逆变器装置200。

室内机120具备室内膨胀阀106、室内热交换器107、室内送风机108以及室内送风机用电机121。

四通阀102在空调100的冷气运转时，进行切换以使压缩机101和室外热交换器103连通、并且使室内热交换器107和贮液器109连通(参照图1)。由此，空调100形成了将压缩机101、室外热交换器103、室外膨胀阀105、室内膨胀阀106、室内热交换器107、以及贮液器109依次连结的制冷环路(热泵环路)。

由压缩机101压缩后的高温高压制冷剂通过在室外热交换器103中与空气(户外空气)进行热交换(排热)而凝结并液化，在室外膨胀阀105以及室内膨胀阀106中减压而成为易于蒸发的低温低压制冷剂。然后，低温低压制冷剂通过在室内热交换器107中与空气(设置了室内机120的室内空气)进行热交换(吸热)而蒸发，经由贮液器109，返回到压缩机101。

另一方面，四通阀102在空调100的暖气运转时，进行切换以使压缩机101和室内热交换器107连通，并且使室外热交换器103和贮液器109连通(未图示)。由此，空调100形成了将压缩机101、室内热交换器107、室内膨胀阀106、室外膨胀阀105、室外热交换器103、以及贮液器109依次连结的制冷环路(热泵环路)。

由压缩机101压缩后的高温高压制冷剂通过在室内热交换器107中与空气(设置了室内机120的室内空气)进行热交换(排热)而凝结并液化，在室内膨胀阀106以及室外膨胀阀105中减压而成为易于蒸发的低温低压制冷剂。然后，低温低压制冷剂通过在室外热交换器103中与空气(户外空气)进行热交换(吸热)而蒸发，经由贮液器109，返回到压缩机101。

室外送风机104将户外空气导入到室外机110，促进室外热交换器103中的空气(户外空气)和制冷剂的热交换。另外，室外送风机104通过室外送风机用电机111来驱动。

室内送风机108将设置了室内机120的室内的空气导入到室内机120中，促进室内热交换器107中的空气(设置了室内机120的室内空气)和制冷剂的热交换。另外，室内送风机108通过室内送风机用电机121来驱动。

压缩机101通过永久磁铁同步电机112来驱动。该永久磁铁同步电机112的旋转速度(运转频率)通过逆变器装置200进行可变控制。由此，对应于空调100的制冷环路(热泵环路)所需的能力。

另外，切换室外膨胀阀105或者室内膨胀阀106的开度、室外送风机104以及室内送风机108的旋转速度、冷气运转/暖气运转的运转模式的四通阀102的状态等通过逆变器装置200(微型机241(参照图2))来控制。

<逆变器装置200>

图2是对压缩机101的永久磁铁同步电机112进行控制的逆变器装置200的结构图。图2所示的逆变器装置200控制永久磁铁同步电机112。另外，在本实施方式中，逆变器装置200(微型机241)不仅控制对压缩机101进行驱动的永久磁铁同步电机112的旋转速度，而且还控制四通阀102、室外送风机104、室外膨胀阀105、室内膨胀阀106、室内送风机108等(参照图1)，但省略说明。

逆变器装置200具备转换器电路210、逆变器电路220、电磁接触器231、突入电流限制电阻器232、功率因数改善用电抗器233、平滑电容器234、微型机241、驱动器电路242、电流检测电路243、电压检测电路244、电源电路245、以及分流电阻246。

转换器电路210将从交流电源250输出的交流电力变换为直流电力并输出到逆变器电路220。具体而言，转换器电路210是将多个整流元件211进行桥接线而成的电路，将来自交流电源250的交流电力变换为直流电力。

逆变器电路220将从转换器电路210输出的直流电力变换为交流电力并输出到永久磁铁同步电机112。具体而言，逆变器电路220是将多个开关元件221进行三相桥接线而成的电路。另外，为了再生开关元件221在开关时产生的逆电动势，与开关元件221并列设置了飞轮元件222。

在转换器电路210与逆变器电路220之间，连接了用于使永久磁铁同步电机112运转或者停止的电磁接触器231、功率因数改善用电抗器233、以及平滑电容器234。另外，与电磁接触器231并联地设置了突入电流限制电阻器232，以使在电源接通时等闭合的电磁接触器231不会由于平滑电容器234中流过的过大的突入电流而熔接。

微型机241经由驱动器电路242控制逆变器电路220。

驱动器电路242对来自微型机241的微弱的信号(后述的从图3所示的PWM输出部16输出的PWM信号)进行放大，控制开关元件221的开关动作。由此，由逆变器电路220生成交流电力并且其频率被控制。

电流检测电路243使用分流电阻246来检测逆变器电路220的输入直流电流。由电流检测电路243检测出的电流值(后述的如图3所示的直流电流Ish)发送到微型机241。

电压检测电路244检测转换器电路210的输出直流电压。由电压检测电路244检测出的电压值发送到微型机241。

电源电路245将由转换器电路210生成的高电压调整为例如5V或者15V左右的控制电源，供给到微型机241、驱动器电路242等。

<微型机241>

如图2所示，微型机241具有无传感器类型的矢量控制功能。即，微型机241根据由电流检测电路243检测出的逆变器电路220的输入直流电流(后述的如图3所示的直流电流Ish)等而再现永久磁铁同步电机112的驱动电流(即、逆变器电路220的输出交流电流)，而不需要检测交流电流的电流传感器。另外，微型机241推定永久磁铁同步电机112的旋转速度、相位(磁极位置)，不需要旋转速度传感器、磁极位置传感器。以下详细说明这样的矢量控制。

图3是示出微型机241的功能性结构的功能框图。微型机241具有速度指令生成部10、减法部11、q轴电流指令生成部12、d轴电流指令生成部13、矢量控制运算部14、2轴/三相变换部15、PWM输出部16、电流再现部17、三相/2轴变换部18、速度·相位推定部19、以及电机常数辨别部20。

<电流再现部17>

电流再现部17根据由电流检测电路243(参照图2)检测出的直流电流Ish、和由2轴/三相变换部15运算出的三相交流的电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊，推定永久磁铁同步电机112的驱动电流(三相交流的电流检测值Iu、Iv、Iw)。由电流再现部17推定出的三相交流的电流检测值Iu、Iv、Iw输出到三相/2轴变换部18。这样，微型机241具有电流再现部17，再现(推定)永久磁铁同步电机112的驱动电流。由此，逆变器装置200不需要检测交流电流的电流传感器。

<三相/2轴变换部18>

三相/2轴变换部18根据由速度·相位推定部19推定出的相位检测值θdc，将由电流再现部17推定出的三相交流的电流检测值Iu、Iv、Iw变换为dc轴电流检测值Idc以及qc轴电流检测值Iqc。式(1)以及式(2)示出从三相交流的电流检测值Iu、Iv、Iw变换为dc轴电流检测值Idc以及qc轴电流检测值Iqc的变换式。

此处，如图6所示，d-q轴是电机转子轴、do-qo轴是电机最大扭矩轴、dc-qc轴是控制系统的推定轴。另外，将do-qo轴(电机最大扭矩轴)与dc-qc轴(控制系统的推定轴)的轴误差定义为Δθc。

[数式1]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{I\&alpha;}\\ \mathrm{I\&beta;}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}\cos \left(0\right)& \cos (2\mathrm{\&pi;}/3)& \cos (4\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin \left(0\right)& \sin (2\mathrm{\&pi;}/3)& \sin (4\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Iu}\\ \mathrm{Iv}\\ \mathrm{Iw}\end{array}\right)...\left(1\right)$

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)& -\sin \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)& \cos \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{I\&alpha;}\\ \mathrm{I\&beta;}\end{array}\right)...\left(2\right)$

由三相/2轴变换部18变换后的dc轴电流检测值Idc以及qc轴电流检测值Iqc输出到矢量控制运算部14以及速度·相位推定部19。

<速度·相位推定部19>

速度·相位推定部19根据由三相/2轴变换部18变换后的dc轴电流检测值Idc以及qc轴电流检测值Iqc、由速度指令生成部10生成的旋转速度指令值ω^＊、由矢量控制运算部14运算出的dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊、以及由电机常数辨别部20辨别出的电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)，推定永久磁铁同步电机112的旋转速度即旋转速度检测值ω以及永久磁铁同步电机112的相位(磁极位置)即相位检测值θdc。

图4是速度·相位推定部19的功能框图。

速度·相位推定部19具有运算轴误差Δθc(参照图6)的轴误差运算部31、对轴误差Δθc提供零指令的零产生部32、减法部33、推定旋转速度检测值ω的旋转速度运算部34、以及推定相位检测值θdc的相位运算部35。

轴误差运算部31根据dc轴电压指令值Vdc^＊、qc轴电压指令值Vqc^＊、dc轴电流检测值Idc、qc轴电流检测值Iqc、电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)、以及旋转速度指令值ω^＊运算轴误差Δθc。式(3)示出轴误差Δθc的运算式。由轴误差运算部31运算出的轴误差Δθc输出到减法部33。

[数式2]

Δθc＝tan^-1{(V′_dc-r′I_dc+ω′L′I_qc)/(V′_qc-r′I_qc-ω′L′I_dc)}    ···(3)

零产生部32产生零指令(零值)并输出到减法部33。

减法部33从由零产生部32产生的零指令(零值)，减去由轴误差运算部31运算出的轴误差Δθc。由减法部33运算出的差分值输出到旋转速度运算部34。

旋转速度运算部34以使由轴误差运算部31运算出的轴误差Δθc(零值与轴误差Δθc的差分值)成为零的方式(以使轴误差Δθc的绝对值减少的方式)，推定旋转速度检测值ω。换言之，零产生部32、减法部33以及旋转速度运算部34构成了PLL(Phase Locked Loop，锁相环)控制电路。

例如在轴误差Δθc为正的情况下，控制系统的推定轴即dc-qc轴，比电机最大扭矩轴即do-qo轴超前，所以旋转速度运算部34推定为使旋转速度检测值ω增加。另一方面，在轴误差Δθc是负的情况下，控制系统的推定轴即dc-qc轴比电机最大扭矩轴即do-qo轴延迟，所以旋转速度运算部34推定为使旋转速度检测值ω减少。

相位运算部35对由旋转速度运算部34推定出的旋转速度检测值ω进行积分，运算控制系统的相位即相位检测值θdc。

然后，如图3所示，由速度·相位推定部19(旋转速度运算部34)推定出的旋转速度检测值ω输出到减法部11。另外，由速度·相位推定部19(相位运算部35)推定出的相位检测值θdc输出到2轴/三相变换部15以及三相/2轴变换部18。这样，微型机241具有速度·相位推定部19，推定永久磁铁同步电机112的旋转速度和相位(磁极位置)。由此，逆变器装置200不需要旋转速度传感器、磁极位置传感器。

回到图3，再次开始微型机241的各部分的说明。

<速度指令生成部10>

速度指令生成部10生成永久磁铁同步电机112(参照图2)的旋转速度的指令值即旋转速度指令值ω^＊。由速度指令生成部10生成的旋转速度指令值ω^＊输出到减法部11、矢量控制运算部14以及速度·相位推定部19。

另外，对于从电机常数辨别部20接收到表示是“辨别模式”的信号的情况下的速度指令生成部10的动作，另作后述。

<减法部11>

减法部11从由速度指令生成部10生成的旋转速度指令值ω^＊，减去由速度·相位推定部19推定出的旋转速度检测值ω。由减法部11运算出的差分值(偏差)输出到q轴电流指令生成部12。

<q轴电流指令生成部12>

q轴电流指令生成部12以使旋转速度指令值ω^＊与旋转速度检测值ω的偏差成为零的方式(以使偏差的绝对值减少的方式)，生成第一qc轴电流指令值Iqc^＊。由q轴电流指令生成部12生成的第一qc轴电流指令值Iqc^＊输出到矢量控制运算部14。

<d轴电流指令生成部13>

d轴电流指令生成部13生成第一dc轴电流指令值Idc^＊。由d轴电流指令生成部13生成的第一dc轴电流指令值Idc^＊输出到矢量控制运算部14。

另外，对于从电机常数辨别部20接收到表示是“辨别模式”的信号的情况下的d轴电流指令生成部13的动作，另作后述。

<矢量控制运算部14>

矢量控制运算部14根据由速度指令生成部10生成的旋转速度指令值ω^＊、由q轴电流指令生成部12生成的第一qc轴电流指令值Iqc^＊、由d轴电流指令生成部13生成的第一dc轴电流指令值Idc^＊、由三相/2轴变换部18变换的dc轴电流检测值Idc及qc轴电流检测值Iqc、以及由电机常数辨别部20辨别的电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)，运算永久磁铁同步电机112(参照图2)的2轴电压指令值即dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊。

图5是矢量控制运算部14以及电机常数辨别部20的功能框图。另外，在图5中，除了矢量控制运算部14以外还图示了电机常数辨别部20，但此处仅说明矢量控制运算部14，关于电机常数辨别部20的说明后述。

矢量控制运算部14具有减法部41、q轴电流指令运算部42、减法部43、d轴电流指令运算部44以及电压指令运算部45。

减法部41从第一qc轴电流指令值Iqc^＊减去qc轴电流检测值Iqc。q轴电流指令运算部42根据由减法部41运算出的第一qc轴电流指令值Iqc^＊与qc轴电流检测值Iqc的差分，校正第一qc轴电流指令值Iqc^＊而生成第二qc轴电流指令值Iqc^＊＊。

同样地，减法部43从第一dc轴电流指令值Idc^＊减去dc轴电流检测值Idc。d轴电流指令运算部44根据由减法部43运算出的第一dc轴电流指令值Idc^＊与dc轴电流检测值Idc的差分，校正第一dc轴电流指令值Idc^＊而生成第二dc轴电流指令值Idc^＊＊。

电压指令运算部45根据第二qc轴电流指令值Iqc^＊＊、第二dc轴电流指令值Idc^＊＊、电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)、以及旋转速度指令值ω^＊，运算dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊。式(4)以及式(5)示出dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊的运算式。另外，在式(4)以及式(5)中，在本实施方式中，假设永久磁铁同步电机112(参照图2)的d轴假想电感设定值Ld^＊和q轴假想电感设定值Lq^＊大致相等的情况，将其设定为假想电感设定值L^＊(＝Ld^＊＝Lq^＊)。

[数式3]

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}-{\mathrm{\&omega;}}^{*}{L}^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{**}...\left(4\right)\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{**}+{\mathrm{\&omega;}}^{*}{L}^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}+{\mathrm{\&omega;}}^{*}{\mathrm{Ke}}^{*}...\left(5\right)\end{array}\right.$

然后，如图3所示，由矢量控制运算部14(电压指令运算部45(参照图5))推定出的dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊输出到2轴/三相变换部15以及速度·相位推定部19。

另外，如图5所示，矢量控制运算部14也具有减法部46。减法部46从第二dc轴电流指令值Idc^＊＊中减去第一dc轴电流指令值Idc^＊。由减法部46运算出的差分值，输出到电机常数辨别部20。

再次返回到图3，再次开始微型机241的各部分的说明。

<2轴/三相变换部15>

2轴/三相变换部15根据由速度·相位推定部19推定出的相位检测值θdc，将由矢量控制运算部14运算出的dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊变换为三相交流的电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊。式(6)以及式(7)示出从dc轴电压指令值Vdc^＊以及qc轴电压指令值Vqc^＊变换为三相交流的电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊的变换式。由2轴/三相变换部15变换后的三相交流的电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊输出到PWM输出部16。

[数式4]

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\sin \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)& \cos \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)\\ -\cos \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)& \sin \left(\mathrm{\&theta;dc}\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}\end{array}\right)...\left(6\right)$

$\left(\begin{array}{c}{V}_u^{*}\\ V_v^{*}\\ V_w^{*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(0\right)& \sin \left(0\right)\\ \cos (2\mathrm{\&pi;}/3)& \sin (2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \cos (4\mathrm{\&pi;}/3)& \sin (4\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right)...\left(7\right)$

<PWM输出部16>

PWM输出部16生成与由2轴/三相变换部15变换后的三相交流的电压指令值Vu^＊、Vv^＊、Vw^＊分别成比例的PWM(Pulse WidthModulation)信号(脉冲宽度调制信号)并输出到驱动器电路242(参照图2)。

这样，微型机241根据由电流检测电路243检测出的直流电流Ish，推定永久磁铁同步电机112的旋转速度即旋转速度检测值ω(参照速度·相位推定部19)，以成为由速度指令生成部10生成的旋转速度指令值ω^＊的方式，针对永久磁铁同步电机112的旋转速度将PWM信号输出到驱动器电路242(参照图2)，而控制永久磁铁同步电机112(参照图2)的旋转速度。

通过重复该控制，而控制成永久磁铁同步电机112(参照图2)的旋转速度成为由微型机241的速度指令生成部10生成的旋转速度指令值ω^＊。

<电机常数辨别部20>

如图3所示，电机常数辨别部20向矢量控制运算部14以及速度·相位推定部19输出电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)。

另外，电机常数辨别部20辨别永久磁铁同步电机112(参照图2)的电机常数(电阻r、感应电压Ke、假想电感L)，修正电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)。另外，在电机常数的辨别时，电机常数辨别部20将表示是辨别电机常数的辨别模式的“辨别模式信号”发送到速度指令生成部10以及d轴电流指令生成部13。

(假想电感L的辨别方法)

首先，说明假想电感L的辨别方法的原理。

在稳定状态下，电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)与实际的电机常数(电阻r、感应电压Ke、假想电感L)一致的情况下，电流检测值Idc、Iqc(或者第一电流指令值Idc^＊、Iqc^＊)和第二电流指令值Idc^＊＊、Iqc^＊＊大致相等。

但是，在稳定状态下，电机常数设定值(电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊、假想电感设定值L^＊)与实际的电机常数(电阻r、感应电压Ke、假想电感L)有偏移的情况下，在电流检测值Idc、Iqc(或者第一电流指令值Idc^＊、Iqc^＊)与第二电流指令值Idc^＊＊、Iqc^＊＊之间产生偏差。

此处，稳定状态下的电流检测值Idc、Iqc与电压指令值Vdc^＊、Vqc^＊的关系通过式(8)以及式(9)近似地表示。

[数式5]

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}={\mathrm{rI}}_{\mathrm{dc}}-\mathrm{\&omega;L}{I}_{\mathrm{qc}}...\left(8\right)\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}=r{I}_{\mathrm{qc}}+\mathrm{\&omega;L}{I}_{\mathrm{dc}}+\mathrm{\&omega;Ke}...\left(9\right)\end{array}\right.$

在稳定状态下，旋转速度指令值ω^＊与旋转速度检测值ω大致相等，第一dc轴电流指令值Idc^＊与dc轴电流检测值Idc大致相等。另外，在永久磁铁同步电机112以中高速旋转着的情况、或者电阻设定值r^＊的误差少的情况下，如果假设(r^＊＝r)，则能够从式(4)(5)和式(8)(9)，导出下式(10)。

[数式6]

$L^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}+{\mathrm{Ke}}^{*}={\mathrm{LI}}_{\mathrm{dc}}+\mathrm{Ke}...\left(10\right)$

如果将该式(10)变形，则得到下式(11)。另外，在稳定状态下，第一dc轴电流指令值Idc^＊与dc轴电流检测值Idc大致相等，所以设成(Idc＝Idc^＊)。

[数式7]

$I_{\mathrm{dc}}^{**}=\frac{L}{L^{*}}{I}_{\mathrm{dc}}^{*}+\frac{\mathrm{Ke}-{\mathrm{Ke}}^{*}}{L^{*}}...\left(11\right)$

进而，如果在感应电压Ke的辨别完成之后(即，Ke^＊＝Ke)，作为第一dc轴电流指令值Idc^＊而提供规定的设定值Idc^＊_at，则能够使用式(11)，导出求解假想电感设定值L^＊的误差ΔL^＊的式(12)。

[数式8]

$\mathrm{\&Delta;L}=L-L^{*}=\frac{I_{\mathrm{dc}}^{**}-I_{\mathrm{dc}\_\mathrm{at}}^{*}}{I_{\mathrm{dc}\_\mathrm{at}}^{*}}{L}^{*}...\left(12\right)$

(电机常数辨别部20的功能性结构)

接下来，使用图5，说明电机常数辨别部20的功能性结构。电机常数辨别部20为了进行上述假想电感L的辨别，具有辨别模式控制部21、输入切换部22、积算部23、保存部24、初始值存储部25、以及加法部26。另外，对于进行电阻r、感应电压Ke的辨别来进行电阻设定值r^＊、感应电压设定值Ke^＊的修正的功能，省略说明。

辨别模式控制部21在永久磁铁同步电机112的矢量控制运转过程中，例如输入由电流检测电路243(参照图2)检测出的直流电流Ish，判定该直流电流Ish是否达到预先设定的规定值Ish1。

然后，在直流电流Ish达到了规定值Ish1的情况(即，直流电流Ish上升或者下降至规定值Ish1的情况)下，作为“辨别模式”，在规定时间内，对速度指令生成部10(参照图3)以及d轴电流指令生成部13(参照图3)指示辨别模式，并且将输入切换部22切换为连接状态。另外，在本实施方式中，按预先设定的规定的次数(例如两次(参照图7、图8))重复执行辨别模式。

速度指令生成部10(参照图3)根据辨别模式的指令，将旋转速度指令值ω^＊固定为当前值(当前的旋转速度检测值ω)。

另外，d轴电流指令生成部13(参照图3)根据辨别模式的指令，将第一dc轴电流指令值Idc^＊固定为规定的设定值Idc^＊_at。另外，为了避免逆变器涡电流以及电机磁饱和的影响，优选将规定的设定值Idc^＊_at设定得较小。另外，为了在考虑电流检测电路243(参照图2)的电流检测分辨率、微型机241的各部分(参照图3)中的运算误差的同时确保假想电感L的辨别精度，优选地，在例如永久磁铁同步电机112(参照图2)的额定电流的约1/10～1/2的范围内设定规定的设定值Idc^＊_at。

输入切换部22通过辨别模式控制部21切换为连接状态，将由矢量控制运算部14的减法部46运算出的第二dc轴电流指令值Idc^＊＊与第一dc轴电流指令值Idc^＊的差分值输出到积算部23。另外，在辨别模式下，第一dc轴电流指令值Idc^＊被固定为规定的设定值Idc^＊_at。

积算部23经由输入切换部22，输入辨别模式期间中的第二dc轴电流指令值Idc^＊＊与第一dc轴电流指令值Idc^＊(规定的设定值Idc^＊_at)的差分值(Idc^＊＊-Idc^＊_at)，对该辨别模式期间中的差分值(Idc^＊＊-Idc^＊_at)进行积分而计算平均值。

然后，积算部23使用上述式(12)，运算假想电感设定值L^＊的误差ΔL^＊。另外，为了抑制电流波动、相位偏离等的影响，优选以使积算部23的响应比矢量控制运算部14的控制响应迟的方式，设定时间常数。

然后，在进行n次辨别模式而得到了误差ΔL^＊_1、···、ΔL^＊_n的情况下，积算部23将它们的总和ΔL^＊_all(＝ΔL^＊_1+···+ΔL^＊_n)存储到保存部24中。

加法部26对保存部24中存储的误差ΔL^＊_all、和初始值存储部25中存储的假想电感初始设定值L^＊_0进行相加，将其作为假想电感设定值L^＊(＝L^＊_0+ΔL^＊_all)输出到矢量控制运算部14的电压指令运算部45以及速度·相位推定部19。

<对永久磁铁同步电机112进行控制的逆变器装置200的动作>

根据图7说明本实施方式的动作。图7是示出本实施方式的空调的动作的时序图。

逆变器装置200(参照图2)通过矢量控制来驱动永久磁铁同步电机112(参照图2)。

在由电流检测电路243(参照图2)检测出的逆变器电路220(参照图2)的输入直流电流(直流电流Ish)达到第一规定的设定值Ish1的情况下，作为“辨别模式”，在规定时间内，固定旋转速度指令值ω^＊，并且将第一dc轴电流指令值Idc^＊固定为规定的设定值Idc^＊_at。

然后，对辨别模式期间中的第二dc轴电流指令值Idc^＊＊与第一dc轴电流指令值Idc^＊(规定的设定值Idc^＊_at)的差分值(Idc^＊＊-Idc^＊_at)进行积分而运算平均值，据此运算假想电感设定值L^＊的校正量(误差)ΔL^＊。

之后，使用加上了校正量ΔL^＊而得到的假想电感设定值L^＊来进行矢量控制运转。

在继续运转规定时间后，直流电流Ish达到了第二规定的设定值Ish2的情况下，再次作为“辨别模式”，在规定时间内，固定旋转速度指令值ω^＊，并且将第一dc轴电流指令值Idc^＊固定为规定的设定值Idc^＊_at。同样地，运算假想电感设定值L^＊的校正量(误差)ΔL^＊，使用加上了校正量ΔL^＊而得到的假想电感设定值L^＊来进行矢量控制运转。

在这样的本实施方式中，能够抑制电流的波动、相位的偏离的影响，并且提高永久磁铁同步电机112的假想电感L的辨别精度。

另外，通过根据逆变器电路220的输入直流电流(直流电流Ish)以不同的规定的设定值(Ish1、Ish2)执行“辨别模式”，并且重复进行预先设定的次数(在图7中两次)，能够提高假想电感L的辨别精度。

通过使假想电感L的辨别精度提高，能够更适合地控制永久磁铁同步电机112，能够提高空调(制冷装置)100的运转效率。

<变形例>

另外，本实施方式的空调(制冷装置)不限于上述实施方式的结构，而是能够在不脱离发明的要旨的范围内实现各种变更。

在图7中，说明了在由电流检测电路243(参照图2)检测出的逆变器电路220(参照图2)的输入直流电流(直流电流Ish)达到了预先设定的不同的多个设定值(Ish1、Ish2)的情况下，执行“辨别模式”，将第一dc轴电流指令值Idc^＊固定为规定的设定值Idc^＊_at的例子，但由于假想电感L存在电流依赖性，所以也可以如图8所示，针对输入直流电流(直流电流Ish)的每个设定值(Ish1、Ish2)，将第一dc轴电流指令值Idc^＊固定为不同的规定的设定值(Idc^＊_at1、Idc^＊_at2)。即使在这种情况下，也可以得到上述同样的效果。

另外，也可以构成为电机常数辨别部20的辨别模式控制部21(参照图5)即使在逆变器电路220(参照图2)的输入直流电流(直流电流Ish)达到了规定的设定值Ish1(Ish2)的情况下，在从进行上次的假想电感L的辨别之后没有经过规定时间时，也不执行“辨别模式”。

由此，频繁地执行“辨别模式”，在“辨别模式”执行中永久磁铁同步电机112(参照图2)的旋转速度被固定，从而能够防止直至使永久磁铁同步电机112(参照图2)的旋转速度成为旋转速度指令值ω^＊为止的时间长期化。

另外，虽然说明了作为电机常数辨别部20的辨别模式控制部21(参照图5)在逆变器电路220(参照图2)的输入直流电流(直流电流Ish)达到了规定的设定值Ish1(Ish2)时执行“辨别模式”的例子，但也可以构成为使用速度·相位推定部19(参照图3)推定出的永久磁铁同步电机112(参照图2)的旋转速度检测值ω，在旋转速度检测值ω达到了规定的设定旋转速度时执行“辨别模式”。

另外，说明为微型机241具有无传感器类型的矢量控制功能，但也可以构成为具备对永久磁铁同步电机112的驱动电流(逆变器电路220的输出交流电流)进行检测的电流传感器、对永久磁铁同步电机112的旋转速度进行检测的旋转速度传感器、对相位(磁极位置)进行检测的磁极位置传感器，并使用它们对永久磁铁同步电机112(参照图2)进行矢量控制。

另外，永久磁铁同步电机112的控制装置(逆变器装置200)不限于制冷装置(空调100的冷气运转时)具备的制冷环路的压缩机的控制，而也可以用于加热装置(空调100的暖气运转时、例如，热泵式供热水机)具备的热泵环路的压缩机的控制。

Claims (5)

1.一种制冷装置，具备：

制冷环路的压缩机；

永久磁铁同步电机，驱动所述压缩机；以及

逆变器装置，通过矢量控制对所述永久磁铁同步电机的旋转速度进行可变控制，

该制冷装置的特征在于，

所述逆变器装置具有：

逆变器电路，从直流电力生成交流电力并供给到所述永久磁铁同步电机；

电流检测单元，对所述逆变器电路的输入直流电流或者输出交流电流进行检测；

电流检测运算单元，根据由所述电流检测单元检测出的电流，运算d轴电流检测值以及q轴电流检测值；

d轴电流指令运算单元，根据第一d轴电流指令值与所述d轴电流检测值的偏差，校正所述第一d轴电流指令值而生成第二d轴电流指令值；

q轴电流指令运算单元，根据第一q轴电流指令值与所述q轴电流检测值的偏差，校正所述第一q轴电流指令值而生成第二q轴电流指令值；

电压指令运算单元，根据包括所述永久磁铁同步电机的电感设定值的电机常数设定值、所述永久磁铁同步电机的旋转速度指令值、所述第二d轴电流指令值、以及所述第二q轴电流指令值，运算d轴电压指令值以及q轴电压指令值；

逆变器控制单元，根据所述d轴电压指令值以及所述q轴电压指令值控制所述逆变器电路；

辨别模式控制单元，在使所述第一q轴电流指令值成为零以外的值的矢量控制运转过程中，作为辨别所述电感设定值的辨别模式，在规定时间内固定所述旋转速度指令值，并且将所述第一d轴电流指令值固定为规定的设定值；以及

电感辨别单元，对所述辨别模式的情况下的所述第二d轴电流指令值与所述第一d轴电流指令值的差分进行积分而运算平均值，据此运算所述电感设定值的校正量，将加上了该校正量而得到的电感设定值用于所述电压指令运算单元的运算，其中

所述辨别模式控制单元在由所述电流检测单元检测出的电流达到了预先设定的不同的多个规定值的情况下，执行所述辨别模式。

2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，

所述辨别模式控制单元以重复预先设定的规定的次数的方式，执行所述辨别模式。

3.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，

所述辨别模式控制单元设置预先设定的规定时间的间隔来执行所述辨别模式。

4.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，

所述辨别模式控制单元根据由所述电流检测单元检测出的电流，将所述第一d轴电流指令值固定为不同的规定的设定值。

5.一种永久磁铁同步电机的控制装置，通过矢量控制对永久磁铁同步电机的旋转速度进行可变控制，其特征在于，具备：

逆变器电路，从直流电力生成交流电力并供给到所述永久磁铁同步电机；

电流检测单元，对所述逆变器电路的输入直流电流或者输出交流电流进行检测；

电流检测运算单元，根据由所述电流检测单元检测出的电流，运算d轴电流检测值以及q轴电流检测值；

d轴电流指令运算单元，根据第一d轴电流指令值与所述d轴电流检测值的偏差，校正所述第一d轴电流指令值而生成第二d轴电流指令值；

q轴电流指令运算单元，根据第一q轴电流指令值与所述q轴电流检测值的偏差，校正所述第一q轴电流指令值而生成第二q轴电流指令值；

电压指令运算单元，根据包括所述永久磁铁同步电机的电感设定值的电机常数设定值、所述永久磁铁同步电机的旋转速度指令值、所述第二d轴电流指令值、以及所述第二q轴电流指令值，运算d轴电压指令值以及q轴电压指令值；

逆变器控制单元，根据所述d轴电压指令值以及所述q轴电压指令值，控制所述逆变器电路；

辨别模式控制单元，在使所述第一q轴电流指令值成为零以外的值的矢量控制运转过程中，作为辨别所述电感设定值的辨别模式，在规定时间内固定所述旋转速度指令值，并且将所述第一d轴电流指令值固定为规定的设定值；以及

电感辨别单元，对所述辨别模式的情况下的所述第二d轴电流指令值与所述第一d轴电流指令值的差分进行积分而运算平均值，据此运算所述电感设定值的校正量，将加上了该校正量而得到的电感设定值用于所述电压指令运算单元的运算，其中

所述辨别模式控制单元在由所述电流检测单元检测出的电流达到了预先设定的不同的多个规定值的情况下，执行所述辨别模式。

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