JP2011172450A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁極位置センサを用いない、センサレスベクトル方式によりコンプレッサ用電動機を制御するインバータ装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter device that controls a compressor motor by a sensorless vector method without using a magnetic pole position sensor.
従来より、例えば業務用冷蔵庫の冷媒回路を構成するコンプレッサを駆動するためのブラシレスモータ(電動機)をセンサレスベクトル制御で運転する場合、インバータ主回路を流れる相電流から電圧指令値、回転速度(角周波数)、及び、位相を算出するものであるが、この相電流を検出する装置として小型で安価なシャント抵抗が用いられる。 Conventionally, for example, when a brushless motor (motor) for driving a compressor constituting a refrigerant circuit of a commercial refrigerator is operated by sensorless vector control, a voltage command value, a rotation speed (angular frequency) is calculated from a phase current flowing through the inverter main circuit. ) And a phase, a small and inexpensive shunt resistor is used as a device for detecting this phase current.
係るシャント抵抗方式(1シャント方式、特許文献1参照)のインバータ装置は、三相PWM(Pulse Width Modulation)方式のインバータ主回路を備えており、直流電源部から供給される電圧を、任意の可変電圧、可変周波数の三相疑似交流電圧に変換して出力し、電動機(モータ例えば、同期電動機)に供給する。インバータ主回路は、相反するON/OFF動作を行う二つのスイッチング素子を直流電源部に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線して構成される。 The shunt resistance type inverter device (one shunt type, see Patent Document 1) includes a three-phase PWM (Pulse Width Modulation) type inverter main circuit, and the voltage supplied from the DC power supply unit can be arbitrarily changed. The voltage is converted into a three-phase pseudo-AC voltage having a variable frequency and output, and supplied to an electric motor (for example, a synchronous motor). The inverter main circuit is configured by connecting three arms that are connected in series to a DC power supply unit in the form of a three-phase bridge.
即ち、インバータ主回路は、U相用の上アームのスイッチング素子、U相用の下アームのスイッチング素子、V相用の上アームのスイッチング素子、V相用の下アームのスイッチング素子、W相用の上アームのスイッチング素子、W相用の下アームのスイッチング素子を備えて構成される。 That is, the inverter main circuit includes a U-phase upper arm switching element, a U-phase lower arm switching element, a V-phase upper arm switching element, a V-phase lower arm switching element, and a W-phase switching element. The upper arm switching element and the W-phase lower arm switching element are provided.
各スイッチング素子は、ゲートに入力されるパルス信号が「H」レベルのときにONとなり、「L」レベルのときにOFFとなる。そして、シャント抵抗は直流母線に接続され、このシャント抵抗には直流母線電流Idc(電動機に流れる電流)が流れる構成とされる。 Each switching element is turned on when the pulse signal input to the gate is at “H” level, and turned off when it is at “L” level. The shunt resistor is connected to a DC bus, and a DC bus current Idc (current flowing through the electric motor) flows through the shunt resistor.
この場合、シャント抵抗の端子電圧がOPアンプ(増幅器)を介して制御装置に入力される。即ち、直流母線電流Idcはシャント抵抗にて電圧に変換され、OPアンプで増幅された後、制御装置に取り込まれることになる。 In this case, the terminal voltage of the shunt resistor is input to the control device via the OP amplifier (amplifier). That is, the DC bus current Idc is converted into a voltage by the shunt resistor, amplified by the OP amplifier, and then taken into the control device.
マイクロコンピュータにて構成される制御装置は、自らが出力するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarに基づき、所定周期(キャリア信号の周期)でシャント抵抗に流れる直流母線電流Idc(電圧に変換され、OPアンプで増幅された値)を取り込んで検出し、検出した直流母線電流Idcより電動機に流れる三相電流、即ち、U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを推定する。 The control device constituted by the microcomputer is based on the pulse signals U, Ubar, V, Vbar, W, Wbar output by itself, and the DC bus current Idc (voltage) that flows through the shunt resistor at a predetermined cycle (carrier signal cycle). And the three-phase current flowing through the motor from the detected DC bus current Idc, that is, the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw are estimated. To do.
そして、制御装置の3相2相座標変換部が、推定された三相の電流Iu、Iv、Iwを用い、各相電流Iu、Iv、Iwを3相2相変換し、q軸電流Iqと、d軸電流Idを算出する。次に、制御装置の位置・速度推定器が、3相2相座標変換部で算出されたq軸電流Iqとd軸電流Id、及び、同じく制御装置のq軸電流制御部及びd軸電流制御部で算出されるq軸電圧Vq及びd軸電圧Vdを用いて電動機の回転速度、ロータ(回転子)の磁極位置を推定する。 Then, the three-phase two-phase coordinate conversion unit of the control device uses the estimated three-phase currents Iu, Iv, and Iw to perform three-phase to two-phase conversion on each phase current Iu, Iv, and Iw, and the q-axis current Iq and D-axis current Id is calculated. Next, the position / velocity estimator of the control device calculates the q-axis current Iq and the d-axis current Id calculated by the three-phase / two-phase coordinate conversion unit, and the q-axis current control unit and the d-axis current control of the control device. The rotation speed of the electric motor and the magnetic pole position of the rotor (rotor) are estimated using the q-axis voltage Vq and the d-axis voltage Vd calculated by the unit.
次に、制御装置の速度制御部が、位置・速度推定器で推定された回転速度及び目標回転速度から、PI制御により目標q軸電流(q軸電流はトルクに比例)を算出する。次に、q軸電流制御部が、この速度制御部で算出された目標q軸電流と、3相2相座標変換部で算出された実際のq軸電流Iqから、PI制御によりq軸電圧Vqを算出する。 Next, the speed control unit of the control device calculates a target q-axis current (the q-axis current is proportional to the torque) by PI control from the rotation speed and the target rotation speed estimated by the position / speed estimator. Next, the q-axis current control unit calculates the q-axis voltage Vq by PI control from the target q-axis current calculated by the speed control unit and the actual q-axis current Iq calculated by the three-phase two-phase coordinate conversion unit. Is calculated.
一方、制御装置の弱め磁束制御部が、位置・速度推定器で推定された回転速度(推定値)と速度制御部で算出された目標q軸電流から目標d軸電流を求める。次に、d軸電流制御部が、この弱め磁束制御部で算出された目標d軸電流と3相2相座標変換部で算出された実際のd軸電流Idから、PI制御によりd軸電圧Vdを算出する。 On the other hand, the flux weakening control unit of the control device obtains the target d-axis current from the rotation speed (estimated value) estimated by the position / speed estimator and the target q-axis current calculated by the speed control unit. Next, the d-axis current control unit performs d-axis voltage Vd by PI control from the target d-axis current calculated by the magnetic flux weakening control unit and the actual d-axis current Id calculated by the three-phase two-phase coordinate conversion unit. Is calculated.
そして、制御装置の2相3相座標変換部が、q軸電流制御部及びd軸電流制御部で算出されたq軸電圧Vqとd軸電圧Vdを2相3相変換することにより、U相の電圧指令値Vu、V相の電圧指令値Vv、W相の電圧指令値Vwを算出する。この三相の電圧指令値Vu、Vv、Vwは、更にパルス幅変調され、インバータ主回路の各アームのスイッチング素子をそれぞれON/OFF制御するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarが生成され、出力されるものであった。 Then, the two-phase three-phase coordinate conversion unit of the control device performs two-phase three-phase conversion on the q-axis voltage Vq and the d-axis voltage Vd calculated by the q-axis current control unit and the d-axis current control unit. Voltage command value Vu, V-phase voltage command value Vv, and W-phase voltage command value Vw. The three-phase voltage command values Vu, Vv, Vw are further pulse width modulated, and pulse signals U, Ubar, V, Vbar, W, Wbar for controlling ON / OFF of the switching elements of the arms of the inverter main circuit are respectively obtained. It was generated and output.
ここで、上記目標回転速度は業務用冷蔵庫の貯蔵室内の温度に基づいて決定される。そして、制御装置の速度制御部は、位置・速度推定器で推定された回転速度と目標回転速度との偏差eに基づき、この偏差eを減少(無くす)方向で、所定の制御係数(ゲイン)を用い、PI(比例積分。尚、P(比例)のみ、I(積分)のみ、D(微分)のみ、PD、PIDの何れでも可。以下、同じ。)制御により目標q軸電流を算出する。また、q軸電流制御部も、速度制御部で算出された目標q軸電流と、3相2相座標変換部で算出された実際のq軸電流Iqから、同様に所定の制御係数を用いたPI制御によりq軸電圧Vqを算出するものであるが、制御対象である電動機が冷媒回路を構成するコンプレッサ(例えばロータリコンプレッサ)用の電動機である場合、冷媒の吐出工程においてロータリ圧縮部の吐出弁が開く直前が最も高圧となって負荷(電動機に加わる負荷)が大きくなり、冷媒の吸入工程においては逆に負荷は著しく低下する。 Here, the target rotation speed is determined based on the temperature in the storage compartment of the commercial refrigerator. Then, the speed control unit of the control device, based on the deviation e between the rotational speed estimated by the position / speed estimator and the target rotational speed, reduces (eliminates) the deviation e in a predetermined control coefficient (gain). The target q-axis current is calculated by controlling PI (proportional integration, P (proportional) only, I (integral) only, D (differential) only, PD, PID, and so on). . Similarly, the q-axis current control unit also uses a predetermined control coefficient from the target q-axis current calculated by the speed control unit and the actual q-axis current Iq calculated by the three-phase two-phase coordinate conversion unit. The q-axis voltage Vq is calculated by PI control. When the electric motor to be controlled is an electric motor for a compressor (for example, a rotary compressor) constituting the refrigerant circuit, the discharge valve of the rotary compression unit in the refrigerant discharge process Immediately before opening, the pressure becomes the highest and the load (load applied to the electric motor) increases, and the load significantly decreases in the refrigerant suction process.
そのため、回転速度を目標回転速度に制御するために速度制御部にて算出される目標q軸電流に応じて結果的に流れることになるq軸電流Iqやq軸電圧Vqは、吐出工程で大きくなり、吸入工程では小さくなる変化を示す。この様子が図3及び図4に示される。 For this reason, the q-axis current Iq and the q-axis voltage Vq that eventually flow according to the target q-axis current calculated by the speed control unit to control the rotation speed to the target rotation speed are large in the discharge process. Thus, the change becomes smaller in the inhalation process. This is shown in FIGS. 3 and 4. FIG.
このとき、上記速度制御部におけるPI制御の制御係数により、図3及び図4中の(b)に示すようにq軸電流Iqとq軸電圧Vqの変化は小さくなったり図3及び図4中の(a)に示すようにq軸電流Iqとq軸電圧Vqの変化は大きくなったりする。即ち、制御係数により、図3及び図4中の(b)のようにコンプレッサの吸入工程において過剰なトルクが発生することになり、そのため、コンプレッサにて発生する振動が大きくなり、コンプレッサに接続されている配管が折損する等の不都合が生じる。また、余分なトルクを発生するための電力が消費される問題もある。 At this time, the change in the q-axis current Iq and the q-axis voltage Vq becomes smaller as shown in (b) of FIG. 3 and FIG. As shown in (a), the changes in the q-axis current Iq and the q-axis voltage Vq become large. That is, due to the control coefficient, an excessive torque is generated in the compressor suction process as shown in FIG. 3 and FIG. 4B, so that the vibration generated in the compressor increases and is connected to the compressor. Inconveniences such as breakage of the piping that occurs. There is also a problem that power for generating extra torque is consumed.
そこで、制御係数の変更により、図3及び図4中の(a)のようにコンプレッサの吸入工程においてq軸電流Iq及びq軸電圧Vqを急激に低下させることができるため、係る過剰なトルクによる問題を解消することができるため、従来では(b)の場合の制御係数ではなく(a)の制御係数を用いた制御を行っていた。 Therefore, by changing the control coefficient, the q-axis current Iq and the q-axis voltage Vq can be drastically reduced in the compressor intake process as shown in FIG. 3 and FIG. Since the problem can be solved, conventionally, control using the control coefficient of (a) is performed instead of the control coefficient of (b).
しかしながら、係る制御係数の(a)の制御を行った場合、q軸電流Iqを軽負荷時に急激に低下させることができる反面、重負荷(例えば過負荷時における吐出工程)時にq軸電流Iqが急激に増大し、電動機に流れる電流が急激に上昇することになる。そのため、シャント抵抗の端子電圧も上昇し、OPアンプの出力電圧が飽和領域(図2にOPアンプの入出力電圧を示す)に達してしまって、制御装置がロータ位置の検出するための直流母線電流Idc(電動機に流れる電流)を正確に検出できなくなる。 However, when the control of the control coefficient (a) is performed, the q-axis current Iq can be drastically decreased at a light load, but the q-axis current Iq is reduced at a heavy load (for example, a discharge process at an overload). The current increases rapidly, and the current flowing through the motor increases rapidly. As a result, the terminal voltage of the shunt resistor also rises, and the output voltage of the OP amplifier reaches the saturation region (showing the input / output voltage of the OP amplifier in FIG. 2), and the DC bus for the control device to detect the rotor position. The current Idc (current flowing through the electric motor) cannot be accurately detected.
この状態を解消するためには、OPアンプのゲイン(増幅度)を下げることも考えられるが、それでは分解能が低下してしまい、制御装置におけるロータ位置検出の精度が低下してしまう。また、OPアンプとしてフルスケール対応(直流電源電圧のフルスケール)のものを用いても良いが、高価となる問題があった。 In order to eliminate this state, it is conceivable to reduce the gain (amplification degree) of the OP amplifier. However, this reduces the resolution, and the accuracy of rotor position detection in the control device decreases. Further, an OP amplifier that is compatible with full scale (full scale of DC power supply voltage) may be used, but there is a problem that it is expensive.
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、コンプレッサ用電動機を所謂センサレスベクトル制御にて制御する場合に、配管の折損を防止し、省エネルギーにも寄与できるインバータ装置を安価に提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and when the compressor motor is controlled by so-called sensorless vector control, the breakage of the pipe can be prevented and the inverter can contribute to energy saving. The object is to provide the device at a low cost.
上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、冷媒回路を構成するコンプレッサ用電動機を制御するものであって、相反するON/OFF動作を行う2つのスイッチング素子を直流電源に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相PWM方式の三相疑似交流電圧を電動機に印加するインバータ主回路と、電動機に流れる電流を電圧に変換するためのシャント抵抗と、このシャント抵抗の端子電圧を増幅するOPアンプと、このOPアンプの出力から電動機に流れる電流を検出し、その検出された電流に基づいて電動機のロータ位置を推定し、インバータ主回路のそれぞれのスイッチング素子のON/OFF動作を制御する制御手段とを備え、シャント抵抗の端子電圧が入力されるOPアンプの出力電圧が飽和状態となる状況において、制御手段は、電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an inverter device of the present invention controls a compressor motor that constitutes a refrigerant circuit, and two switching elements that perform opposite ON / OFF operations are connected in series to a DC power source. The three arms are connected in a three-phase bridge shape, an inverter main circuit that applies a three-phase PWM method three-phase pseudo-AC voltage to the motor, a shunt resistor for converting the current flowing through the motor into a voltage, The OP amplifier that amplifies the terminal voltage of the shunt resistor, and the current flowing to the motor is detected from the output of the OP amplifier, the rotor position of the motor is estimated based on the detected current, and each switching of the inverter main circuit is performed. Control means for controlling the ON / OFF operation of the element, and the output voltage of the OP amplifier to which the terminal voltage of the shunt resistor is input is saturated. In situations where a state, the control means may change the control factor in a direction to reduce a change in the current flowing through the electric motor.
請求項2の発明のインバータ装置は、上記において制御手段は、OPアンプの出力電圧が飽和状態となった場合、電動機に流れる電流の変化を段階的に小さくするよう制御係数を変更することを特徴とする。
The inverter device of the invention of
請求項3の発明のインバータ装置は、請求項1において制御手段は、OPアンプの出力電圧が飽和状態に近づいた場合、電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an inverter device according to the first aspect, wherein the control means changes the control coefficient in such a direction that the change of the current flowing through the motor is reduced when the output voltage of the OP amplifier approaches a saturated state. And
請求項4の発明のインバータ装置は、上記において制御手段は、電動機に流れる電流の変化を段階的に小さくするよう制御係数を変更することを特徴とする。 The inverter device according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the above, the control means changes the control coefficient so as to reduce the change in the current flowing through the motor stepwise.
請求項5の発明のインバータ装置は、上記各発明において制御手段は、電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更した後、電動機に流れる電流が所定の値に低下した場合、変更前の値に制御係数を戻すことを特徴とする。
In the inverter device according to the invention of
請求項6の発明のインバータ装置は、上記において制御手段は、制御係数を段階的に戻すことを特徴とする。
The inverter device of the invention of
本発明によれば、冷媒回路を構成するコンプレッサ用電動機を制御するインバータ装置において、相反するON/OFF動作を行う2つのスイッチング素子を直流電源に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相PWM方式の三相疑似交流電圧を電動機に印加するインバータ主回路と、電動機に流れる電流を電圧に変換するためのシャント抵抗と、このシャント抵抗の端子電圧を増幅するOPアンプと、このOPアンプの出力から電動機に流れる電流を検出し、その検出された電流に基づいて電動機のロータ位置を推定し、インバータ主回路のそれぞれのスイッチング素子のON/OFF動作を制御する制御手段とを備え、シャント抵抗の端子電圧が入力されるOPアンプの出力電圧が飽和状態となる状況において、制御手段は、電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更するようにしたので、通常は制御係数を変更してコンプレッサの振動を抑制し、且つ、省エネルギーに寄与しながら、電動機のロータ位置検出のためにシャント抵抗の端子電圧を増幅して制御手段に入力するOPアンプの出力電圧が飽和状態となる不都合を効果的に解消し、コンプレッサ用電動機をセンサレスベクトル方式にて的確に運転制御することができるようになるものである。 According to the present invention, in an inverter device for controlling an electric motor for a compressor constituting a refrigerant circuit, three arms formed by connecting two switching elements that perform opposite ON / OFF operations in series with a DC power source are connected to a three-phase bridge. Inverter main circuit that applies a three-phase PWM method three-phase pseudo AC voltage to the motor, a shunt resistor for converting the current flowing through the motor into a voltage, and an OP that amplifies the terminal voltage of this shunt resistor Control that detects the current flowing to the motor from the amplifier and the output of this OP amplifier, estimates the rotor position of the motor based on the detected current, and controls the ON / OFF operation of each switching element of the inverter main circuit In a situation where the output voltage of the OP amplifier to which the terminal voltage of the shunt resistor is input is saturated, Since the control means changes the control coefficient in a direction to reduce the change in the current flowing to the motor, normally, the control coefficient is changed to suppress the vibration of the compressor and contribute to energy saving, while Amplifies the terminal voltage of the shunt resistor to detect the rotor position and effectively eliminates the problem of saturation of the output voltage of the OP amplifier that is input to the control means, and accurately operates the compressor motor using the sensorless vector method. It will be able to control.
この場合、請求項2の発明の如く制御手段が、OPアンプの出力電圧が飽和状態となった場合、電動機に流れる電流の変化を段階的に小さくするよう制御係数を変更するようにすれば、コンプレッサ用電動機に加わる負荷の変動に応じて、より的確に制御係数を変更することができるようになるものである。
In this case, if the control means as in the invention of
一方、請求項3の発明の如く制御手段が、OPアンプの出力電圧が飽和状態に近づいた場合、電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更するようにすれば、コンプレッサ用電動機に加わる負荷が急激に増大した場合にも、OPアンプの出力電圧が飽和状態となる不都合を未然に回避することができるようになるものである。
On the other hand, if the control means changes the control coefficient in such a direction that the change in the current flowing through the motor is reduced when the output voltage of the OP amplifier approaches the saturated state as in the invention of
また、この場合も請求項4の発明の如く制御手段が、電動機に流れる電流の変化を段階的に小さくするよう制御係数を変更するようにすれば、コンプレッサ用電動機に加わる負荷の変動に応じて、より的確に制御係数を変更することができるようになるものである。 Also in this case, if the control means changes the control coefficient so as to reduce the change in the current flowing through the motor in a stepwise manner as in the invention of the fourth aspect, it corresponds to the fluctuation of the load applied to the compressor motor. Thus, the control coefficient can be changed more accurately.
そして、請求項5の発明によれば、上記各発明に加えて制御手段は、電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更した後、電動機に流れる電流が所定の値に低下した場合、変更前の値に制御係数を戻すので、過剰トルクによって発生するコンプレッサの振動による不都合等も支障無く解消できるものである。
According to the invention of
また、この場合にも請求項6の発明の如く制御手段が、制御係数を段階的に戻すようにすれば、コンプレッサ用電動機に加わる負荷の変動に応じて、より的確に制御係数を戻すことができるようになるものである。
Also in this case, if the control means returns the control coefficient in a stepwise manner as in the invention of
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。実施例のインバータ装置1は、所謂1シャント方式のインバータ装置であり、3は三相PWM(Pulse Width Modulation)方式のインバータ主回路である。インバータ主回路3は、直流電源部4から供給される電圧を、任意の可変電圧、可変周波数の三相疑似交流電圧に変換して出力し、実施例では業務用冷蔵庫の冷媒回路を構成するコンプレッサ用の電動機(例えば、同期電動機)6に供給する。インバータ主回路3は、相反するON/OFF動作を行う二つのスイッチング素子(7u〜7w、8u〜8w)を直流電源部4に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線して構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The
即ち、インバータ主回路3は、U相用の上アームのスイッチング素子7u、U相用の下アームのスイッチング素子8u、V相用の上アームのスイッチング素子7v、V相用の下アームのスイッチング素子8v、W相用の上アームのスイッチング素子7w、W相用の下アームのスイッチング素子8wを備え、各スイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wには、電動機6の巻線に流れる電流を還流させるダイオードが逆並列接続されている。尚、前記のスイッチング素子には、MOS−FETが使用されている。このMOS−FETはONのときに双方向で電流を流すことができるものであるが、スイッチング素子としては、IGBTも使用可能である。
That is, the inverter
スイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wは、ゲートに入力されるパルス信号が「H」レベルのときにONとなり、「L」レベルのときにOFFとなる。そして、シャント抵抗2はインバータ主回路3の直流母線と直列に直流電源部4に接続され、このシャント抵抗2に直流母線電流Idc(1シャント電流)が流れる構成とされている。
The
このシャント抵抗2の端子電圧はOPアンプ31にて増幅された後、制御装置(制御手段)11に入力される。即ち、シャント抵抗2は電動機6に流れる電流である直流母線電流Idcを電圧に変換する。そして、この変換された電圧がOPアンプ31で増幅された後、制御装置11に取り込まれることになる。
The terminal voltage of the
尚、32は負帰還抵抗、33、34、35は抵抗でありシャント抵抗2の端子電圧(スイッチング素子8w側)はOPアンプ31の非反転入力端子(+)に入力され、シャント抵抗2のグランド(GND)側(直流電源部4のグランド側)は反転入力端子(−)に入力される。36は弱め磁束制御のとき等に流れるマイナス電流に対応するために非反転入力(+)に接続された電源である。このOPアンプ31の入出力電圧は図2に示される。
32 is a negative feedback resistor, 33, 34 and 35 are resistors, and the terminal voltage of the shunt resistor 2 (on the
マイクロコンピュータにて構成される制御装置11は、自らが出力するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarに基づき、所定周期(キャリア信号の周期)でOPアンプ31の出力電圧を取り込み、この出力電圧からシャント抵抗2に流れる直流母線電流Idc(電動機6に流れる電流)を検出し、検出した直流母線電流Idcより電動機6に流れる三相電流、即ち、U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを推定する。
The
図5は係る制御装置11の機能ブロックを示している。シャント抵抗2に流れる母線電流Idcは電流検出部21に取り込まれ、この電流検出部21において三相の相電流Iu、Iv、Iwが求められる。即ち、U相用の上アームのスイッチング素子7uがONで、V相用の下アームのスイッチング素子8vがON、W相用の下アームのスイッチング素子8wがONであるときは、U相の電流Iu(符号は負)は検出された直流母線電流Idcであると推定される。
FIG. 5 shows functional blocks of the
また、U相用の上アームのスイッチング素子7uがONで、V相用の上アームのスイッチング素子7vがON、W相用の下アームのスイッチング素子8wがONであるときは、W相の電流Iw(符号は負)は検出された直流母線電流Idcであると推定される。
When the U-phase upper
また、U相の電流IuとV相の電流IvとW相の電流Iwとの和が零となることからIv=−(Iu+Iw)でV相の電流Ivも推定される。このようにして電流検出部21はIu、Iv、Iwを求める。
Further, since the sum of the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw becomes zero, the V-phase current Iv is also estimated by Iv = − (Iu + Iw). In this way, the
次に、3相2相座標変換部22において、電流検出部21で求められた各相電流Iu、Iv、Iwを3相2相変換し、q軸電流Iqと、d軸電流Idが算出される。次に、位置・速度推定器23において、3相2相座標変換部22で算出されたq軸電流Iqとd軸電流Id、及び、q軸電流制御部24及びd軸電流制御部26で算出されるq軸電圧Vq及びd軸電圧Vdを用いて電動機6の回転速度、ロータ(回転子)の磁極位置が推定される。
Next, in the three-phase / two-phase coordinate
次に、速度制御部27において、位置・速度推定器22で推定された回転速度及び目標回転速度(例えば、業務用冷蔵庫の貯蔵室内の温度に基づいて算出される)から、PI制御により目標q軸電流(q軸電流はトルクに比例)が算出される。この場合、速度制御部27は、位置・速度推定器22で推定された回転速度と目標回転速度との偏差eに基づき、この偏差eを減少(無くす)方向で、予め設定された制御係数(PID係数(ゲイン)。図3、図4中の(a)で示されるIq、Vqの変化を示すもの。)を用い、PI(比例積分。尚、P(比例)のみ、I(積分)のみ、D(微分)のみ、PD、PIDの何れでも可。以下、同じ。)制御により目標q軸電流を算出する。
Next, in the
次に、q軸電流制御部24において、この速度制御部27で算出された目標q軸電流と、3相2相座標変換部22で算出された実際のq軸電流Iqから、所定の制御係数(PID係数)を用い、同じくPI制御によりq軸電圧Vqが算出される。
Next, in the q-axis
一方、弱め磁束制御部28(弱め磁束制御とは誘起電圧を減らす制御)において、位置・速度推定器23で推定された回転速度(推定値)と速度制御部27で算出された目標q軸電流から目標d軸電流が求められる。次に、d軸電流制御部26において、この弱め磁束制御部28で算出された目標d軸電流と3相2相座標変換部22で算出された実際のd軸電流Idから、同じくPI制御によりd軸電圧Vdが算出される。
On the other hand, in the flux weakening control unit 28 (control to reduce the induced voltage), the rotational speed (estimated value) estimated by the position /
そして、2相3相座標変換部29において、q軸電流制御部24及びd軸電流制御部26で算出されたq軸電圧Vqとd軸電圧Vdを2相3相変換することにより、U相の電圧指令値Vu、V相の電圧指令値Vv、W相の電圧指令値Vwが算出される。この三相の電圧指令値Vu、Vv、Vwは、更にパルス幅変調され、インバータ主回路3の各アームのスイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wをそれぞれON/OFF制御するパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarが生成される。
In the two-phase / three-phase coordinate
インバータ主回路3ではこのパルス信号U、Ubar、V、Vbar、W、Wbarにより各スイッチング素子7u、8u、7v、8v、7w、8wがON/OFF制御され、電動機6が運転制御されるものである。このようにして、制御装置11は電動機6のセンサレスベクトル制御を実行する。
In the inverter
ここで、制御装置11の速度制御部27は前述した制御係数を使用してPI制御しているため、図3及び図4中の(a)のように電動機6が軽負荷となるコンプレッサの吸入工程において、q軸電流Iq及びq軸電圧Vqを急激に低下させることができる。これにより、過剰なトルクによる配管の折損や無駄な電力消費の問題を解消することができる。また、電動機6に加わる負荷が大きくなる吐出工程ではq軸電流Iq及びq軸電圧Vqを急激に増大させて負荷変動に迅速に対処することができるようになる。
Here, since the
しかしながら、係る制御係数による制御では、業務用冷蔵庫の外気温度が高くなる環境や、冷媒回路の凝縮器を空冷するための凝縮器用送風機がロックした場合等には、吐出工程において電動機6が過負荷状態となる。係る場合、q軸電流Iqが急激に増大し、電動機6に流れる直流母線電流Idcも急激に上昇するため、シャント抵抗2の端子電圧も急激に上昇し、OPアンプ31の出力電圧が飽和領域(図2における4V以上)に達してしまうようになる。
However, in the control based on such a control coefficient, the
OPアンプ31の出力電圧が飽和してしまうと、制御装置11の電流検出部21は直流母線電流Idcを正確に検出できなくなり、各相電流Iu、Iv、Iwの推定も不可能となって制御装置11はロータの磁極位置を推定できなくなってしまう。
When the output voltage of the
そこで、実施例では制御装置11はOPアンプ31の出力電圧を監視し、出力電圧が飽和状態(実施例では4V以上)となった場合、速度制御部27における制御係数を、図3、図4で(b)で示すようなq軸電流Iq及びq軸電圧Vqの変化となる値に変更する。この変更の度合いは予め実験により定めておく。
Therefore, in the embodiment, the
これにより、変更後はq軸電流Iqの変化が小さくなり、電動機6に流れる直流母線電流Idcの変化も小さくなるので、コンプレッサの吐出工程においてもOPアンプ31の出力電圧が飽和しなくなり、正確な直流母線電流Idcの検出が可能となる。
Thereby, after the change, the change in the q-axis current Iq is reduced, and the change in the DC bus current Idc flowing through the
ここで、制御係数の変更は、所定ステップ毎に段階的に変更してもよい。即ち、所定ステップ小さくした後、未だOPアンプ31の出力が飽和するようであれば、更に所定ステップ小さくするという方式でもよい。このように段階的に低下させれば、より的確な飽和防止の制御が可能となる。
Here, the control coefficient may be changed step by step for each predetermined step. That is, after the predetermined step is reduced, if the output of the
また、上記ではOPアンプ31の出力が飽和した時点で制御係数を変更したが、それに限らず、飽和に近づく直前の値(例えば図2における3.8V等)まで出力電圧が上昇した場合に、制御係数を変更してもよい。係る制御によれば急激な負荷変動時にもOPアンプ31の出力電圧の飽和を未然に回避できるようになる。更に、この場合にも直前の値から所定ステップ毎に段階的に変更するようにすれば、より的確な制御が可能となる。
In the above description, the control coefficient is changed when the output of the
そして、制御装置11はシャント抵抗2により検出している直流母線電流Idcの値(例えば、ピーク値)が所定の低い値(元の制御係数に戻してもOPアンプ31の出力電圧が飽和しないであろう値)に低下した場合、速度制御部27における制御係数を元の値(図3、図4に(a)の変化を示す値)まで変更する(復帰)。これによって、以後はコンプレッサの振動抑制と省エネ運転に復帰できる。また、この場合にも所定ステップ毎に段階的に変更する方式とすれば、より的確な復帰制御が可能となる。
Then, the
尚、実施例では速度制御部27の制御係数を変更したが、それに限らず、図5のq軸電流制御部24やd軸電流制御部26、その他の各制御部における制御係数を変更してもよい。また、実施例では1シャント抵抗方式のインバータ装置で説明したが、それに限らず、各相のアームにシャント抵抗を挿入した2シャント、3シャント方式にも本発明は有効である。
In the embodiment, the control coefficient of the
1 インバータ装置
2 シャント抵抗
3 インバータ主回路
4 直流電源部
6 電動機
7u〜7w、8u〜8w スイッチング素子
11 制御装置
21 電流検出部
27 速度制御部
31 OPアンプ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
相反するON/OFF動作を行う2つのスイッチング素子を直流電源に直列に接続して成る三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相PWM方式の三相疑似交流電圧を前記電動機に印加するインバータ主回路と、
前記電動機に流れる電流を電圧に変換するためのシャント抵抗と、
該シャント抵抗の端子電圧を増幅するOPアンプと、
該OPアンプの出力から前記電動機に流れる電流を検出し、その検出された電流に基づいて前記電動機のロータ位置を推定し、前記インバータ主回路のそれぞれのスイッチング素子のON/OFF動作を制御する制御手段とを備え、
前記シャント抵抗の端子電圧が入力される前記OPアンプの出力電圧が飽和状態となる状況において、前記制御手段は、前記電動機に流れる電流の変化を小さくする方向で制御係数を変更することを特徴とするインバータ装置。 In the inverter device for controlling the compressor motor constituting the refrigerant circuit,
Three arms formed by connecting two switching elements that perform opposite ON / OFF operations in series to a DC power source are connected in a three-phase bridge shape, and a three-phase PWM three-phase pseudo AC voltage is applied to the motor. An inverter main circuit;
A shunt resistor for converting the current flowing through the motor into a voltage;
An OP amplifier for amplifying the terminal voltage of the shunt resistor;
Control for detecting the current flowing through the motor from the output of the OP amplifier, estimating the rotor position of the motor based on the detected current, and controlling the ON / OFF operation of each switching element of the inverter main circuit Means and
In a situation where the output voltage of the OP amplifier to which the terminal voltage of the shunt resistor is input is saturated, the control means changes the control coefficient in a direction to reduce the change in the current flowing through the motor. Inverter device.
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2010
- 2010-02-22 JP JP2010036244A patent/JP2011172450A/en active Pending
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