JP5050485B2 - Electric motor control device and air conditioner equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、整流手段の出力端子に著しく小容量のコンデンサ、リアクタで構成される平滑手段を接続する電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric motor control apparatus in which a smoothing means including a capacitor and a reactor having a remarkably small capacity is connected to an output terminal of a rectifying means.
従来、家電機器や産業機器に広く一般的に用いられている電動機制御装置における平滑手段を構成するコンデンサは、整流後の電圧リプルを除去するため大容量のコンデンサが用いられている(例えば、非特許文献1参照)。このため電動機停止時における回生電圧による跳ね上がり電圧は該大容量コンデンサにより吸収抑制し、また、電源異常による電源電圧急変に対して直接電動機側へ影響が及ぶことを抑制していた。
しかしながら、整流手段の出力端子に著しく小容量のコンデンサ、リアクタで構成される平滑手段を接続し、その出力電圧が交流電源周波数の2倍周波数で大きく脈動するような電動機制御装置による駆動では、平滑手段の出力端に並列接続されるコンデンサ容量が小さいため、電動機停止時に回生電圧による電圧の跳ね上がりが生じ、平滑手段の出力脈動電圧が最大値となる位相近傍で電動機を停止させると、回生電圧による跳ね上がり電圧により部品の定格を越える電圧に達する。 However, in the case of driving by an electric motor control device in which a smoothing means composed of a remarkably small capacitor and a reactor is connected to the output terminal of the rectifying means and the output voltage pulsates at a frequency twice the AC power supply frequency, smoothing is not possible. Since the capacity of the capacitor connected in parallel to the output terminal of the means is small, the voltage jumps due to the regenerative voltage when the motor stops, and if the motor is stopped near the phase where the output pulsation voltage of the smoothing means becomes the maximum value, A voltage exceeding the rating of the component is reached by the jumping voltage.
更に電源電圧の異常により電源電圧が急激に低下した場合、電動機電流が跳ね上がり部品や電動機の定格を越える電流に達するという課題を有する。 Furthermore, when the power supply voltage is suddenly reduced due to an abnormality in the power supply voltage, there is a problem that the motor current jumps and reaches a current exceeding the rating of the component or the motor.
本発明は、前記課題を解決するもので電動機停止時における回生電圧、電動機電流の跳ね上がりを抑制した電動機駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric motor drive device that suppresses the regenerative voltage and motor current jumping when the electric motor is stopped.
前記課題を解決するために、本発明の電動機制御装置は、交流電圧を入力し整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を平滑化し平滑電圧として出力する平滑手段と、前記平滑電圧を交流電圧に変換する直交変換手段と、前記直交変換手段を駆動制御する駆動制御手段と、前記平滑電圧を検出する電圧検出手段と、前記平滑電圧の脈動の位相を検出する位相検出手段と、前記電圧検出手段と位相検出手段との検出値に基づき前記直交変換手段に停止指令を出力する停止指令出力手段とを備えたものである。 In order to solve the above-described problems, an electric motor control device according to the present invention includes a rectifying unit that inputs and rectifies an AC voltage, a smoothing unit that smoothes an output voltage of the rectifying unit and outputs the smoothed voltage, and the smoothed voltage is converted into an AC voltage. Orthogonal transformation means for converting to voltage, drive control means for driving and controlling the orthogonal transformation means, voltage detection means for detecting the smoothed voltage, phase detection means for detecting the pulsation phase of the smooth voltage, and the voltage And a stop command output means for outputting a stop command to the orthogonal transform means based on detection values of the detection means and the phase detection means.
本発明の電動機制御装置は、小容量の平滑コンデンサで構成される平滑手段を用いた電動機制御装置において、電動機停止時の電圧・電流の跳ね上がりを抑制した電動機駆動を実現することが出来る。 The motor control device according to the present invention can realize motor drive that suppresses the jump of voltage and current when the motor is stopped in the motor control device using the smoothing means formed of a small-capacity smoothing capacitor.
第1の発明は、交流電圧を入力し整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を平滑化し平滑電圧として出力する平滑手段と、前記平滑電圧を交流電圧に変換する直交変換手段と、前記直交変換手段を駆動制御する駆動制御手段と、前記平滑電圧を検出する電圧検出手段と、前記平滑電圧の脈動の位相を検出する位相検出手段と、前記電圧検出手段と位相検出手段との検出値に基づき前記直交変換手段に電動機の駆動を停止する停止指令を出力する停止指令出力手段とを備えたものである。 The first invention includes a rectifying means for inputting and rectifying an AC voltage, a smoothing means for smoothing an output voltage of the rectifying means and outputting the smoothed voltage, an orthogonal transform means for converting the smoothed voltage to an AC voltage, Drive control means for driving and controlling the orthogonal transform means, voltage detection means for detecting the smooth voltage, phase detection means for detecting the pulsation phase of the smooth voltage, and detection values of the voltage detection means and the phase detection means And a stop command output means for outputting a stop command for stopping the driving of the electric motor to the orthogonal transform means.
これにより、平滑手段から出力させる脈動電圧の位相と電圧値を検出し、回生電圧・電動機電流の跳ね上がりを抑制可能なタイミングで電動機駆動の停止を実現させることが出来る。 As a result, the phase and voltage value of the pulsating voltage output from the smoothing means can be detected, and the motor drive can be stopped at a timing at which the jump of the regenerative voltage / motor current can be suppressed.
第2の発明は、第1の発明において、前記位相検出手段は、前記電圧検出手段の検出電圧値の最大値、最小値あるいは交流電源のゼロクロスの少なくとも1つから前記平滑電圧の脈動の位相を検出することにより、平滑手段から出力される脈動電圧の位相を正確に検出し、回生電圧・電動機電流の跳ね上がりを抑制するタイミングで電動機の停止を実現させることが出来る。 According to a second aspect, in the first aspect, the phase detection unit calculates the phase of the pulsation of the smoothing voltage from at least one of a maximum value, a minimum value of a detection voltage value of the voltage detection unit, or a zero cross of an AC power supply. By detecting, the phase of the pulsating voltage output from the smoothing means can be accurately detected, and the motor can be stopped at a timing that suppresses the jump of the regenerative voltage / motor current.
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記停止指令出力手段は、前記直交変換手段に停止指令を出力する場合、前記平滑電圧が最小値となる脈動の位相近傍で前記駆動制御手段が前記直交変換手段を停止させる指令を出力することにより、停止時の回生電圧による電圧の跳ね上がり抑制を実現することが出来る。 According to a third invention, in the first or second invention, when the stop command output means outputs a stop command to the orthogonal transform means, the drive control is performed in the vicinity of a pulsation phase at which the smoothing voltage becomes a minimum value. When the means outputs a command to stop the orthogonal transformation means, it is possible to suppress the jumping of the voltage due to the regenerative voltage at the time of the stop.
第4の発明は、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記停止指令出力手段は、前記平滑電圧の脈動が最大値となる位相近傍の電圧値が、前回の前記平滑電圧の脈動の最大値となる位相近傍の電圧値より低下し、設定された基準電圧より低くなる場合に、駆動制御手段が直交変換手段を停止させる指令を出力することにより、瞬時停電や電源遮断のような電源電圧異常時において回生電圧・電動機電流の跳ね上がり抑制を実現することが出来る。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the stop command output means has a voltage value in the vicinity of a phase where the pulsation of the smoothing voltage becomes a maximum value, beat low Ri by the voltage value of the phase near to be a maximum value, when lower than a reference voltage set by the drive control means outputs a command for stopping the orthogonal transformation means, as instantaneous power failure or power shutdown When the power supply voltage is abnormal, it is possible to suppress the jump of the regenerative voltage / motor current.
第5の発明は、第1から第4のいずれかにおいて、前記平滑手段は、コンデンサとリアクタとを有し、前記コンデンサと前記リアクタとの共振周波数が前記交流電源の周波数の40倍以上であることにより、整流手段への入力電流の電源高調波特性の高性能化を実現させることが出来る。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth, the smoothing means includes a capacitor and a reactor, and a resonance frequency of the capacitor and the reactor is 40 times or more of a frequency of the AC power supply. Thus, it is possible to realize high performance of the power supply harmonic characteristics of the input current to the rectifying means.
第6の発明は、第1から第5のいずれかにおいて、前記平滑手段を構成するコンデンサにフィルムコンデンサを用いることにより、温度による寿命特性への影響を気にせず使用環境を選択することが出来る。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, by using a film capacitor as the capacitor constituting the smoothing means, the use environment can be selected without worrying about the effect on the life characteristics due to temperature. .
第7の発明は、第1から第6のいずれかの電動機制御装置を空気調和機に備えることにより、平滑手段を構成するコンデンサおよびリアクタの小容量化による装置サイズの小型化・軽量化、低コスト化と、小容量化により発生するうなり音を抑制した駆動を実現させることが出来る。 According to a seventh aspect of the present invention, any one of the first to sixth electric motor control devices is provided in an air conditioner, thereby reducing the size and weight of the device by reducing the capacity of the condenser and reactor constituting the smoothing means, and reducing the size of the apparatus. It is possible to realize driving that suppresses the beat sound generated due to cost reduction and capacity reduction.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における電動機制御装置の制御ブロック図を示したものである。該電動機制御装置は、単相交流電源である商用電源などの交流電源1より電力を供給され、交流電源1から供給された交流電圧を全波整流するダイオードブリッジで構成された整流手段2と、整流手段2の出力電圧を受け、交流電源1の供給交流電圧の2倍周波数で大きく脈動(脈拍のような、周期的・律動的な動きのこと)する平滑電圧として出力する平滑手段3と、平滑手段3の出力する平滑電圧を電動機5の駆動のために所望の交流電圧に変換する半導体スイッチング素子により構成される直交変換手段4と、直交変換手段を駆動制御するための駆動制御手段6と、平滑手段3の出力する平滑電圧を検出する電圧検出手段7と、電圧検出手段7による検出値の最大値、最小値あるいは交流電源1の供
給交流電圧のゼロクロス(供給交流電圧が0Vになる時点)より平滑手段3から出力される脈動電圧の位相を検出する位相検出手段8と、電圧検出手段7および位相検出手段8の検出値により駆動制御手段6から直交変換手段4を停止させる指令を出力させる停止指令出力手段9を有している。
(Embodiment)
FIG. 1 is a control block diagram of an electric motor control device according to an embodiment of the present invention. The electric motor control device is supplied with power from an
ここで、平滑手段3は共振周波数が交流電源1の供給電圧の周波数の40倍以上になるように設定された小容量のコンデンサと該コンデンサへの突入充放電電流のピーク値を下げるためのリアクタを有している。
Here, the smoothing means 3 includes a small-capacity capacitor set so that the resonance frequency is 40 times or more the frequency of the supply voltage of the
なお、平滑手段3を構成するリアクタは交流電源1と平滑手段3を構成するコンデンサの間に挿入するため、整流手段2の前後どちらでも構わない。
Since the reactor constituting the smoothing means 3 is inserted between the
以上のように構成された電動機制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。 About the motor control apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、平滑手段3から出力される脈動電圧波形を図2に示す。ここで脈動電圧の最大・最小値をそれぞれVmax、Vminとし、そのときのタイミングをそれぞれt_max、t_minとする。ここで、隣り合うt_max間あるいはt_min間の時間を脈動電圧周期とする(本実施の形態ではt_min間の時間を脈動電圧周期として以降説明を行うが、t_max間を脈動電圧周期としてもよい。また交流電源のゼロクロス間を脈動電圧周期としてもよい)。 First, the pulsating voltage waveform output from the smoothing means 3 is shown in FIG. Here, the maximum and minimum values of the pulsating voltage are Vmax and Vmin, respectively, and the timings at that time are t_max and t_min, respectively. Here, the time between adjacent t_max or t_min is defined as a pulsation voltage cycle (in this embodiment, the time between t_min is described as a pulsation voltage cycle, but the time between t_max may be defined as a pulsation voltage cycle. The pulsating voltage cycle may be between the zero crosses of the AC power supply).
更にVth(Vmin<Vth<Vmax)を設定し、脈動電圧位相Phase1<θ<Phase2間の脈動電圧VdcはVdc>Vthとなるようにする。 Further, Vth (Vmin <Vth <Vmax) is set so that the pulsation voltage Vdc during the pulsation voltage phase Phase1 <θ <Phase2 is Vdc> Vth.
ここで交流電源1に周波数50Hzの商用電源を用いた場合、平滑手段3を構成するリアクタとコンデンサの値は、その共振周波数fc=1/(2π×√(L1×C1))が交流電源1の供給電圧の周波数の40倍以上、すなわち2000Hz以上になるように設定する。このためリアクタンス値0.5mH、キャパシタンス値10μFのリアクタとコンデンサを用いることでfc(=2250Hz)>40×交流電源1の供給電圧の周波数(50Hz)とする。このように平滑手段3のコンデンサ容量を著しく小さくすることで交流電源1の供給電圧の周波数の2倍周波数で大きく脈動(リップル率80%以上)することになる。つまりこの場合、t_min間(あるいはt_max間)は10msecとなり、脈動電圧はこの10secを1周期として脈動することになる。
Here, when a commercial power supply having a frequency of 50 Hz is used as the
次に電動機の停止時における電圧・電流の跳ね上がり抑制の動作について図3から図10を用いて説明を行う。 Next, the operation of suppressing the jump of voltage / current when the motor is stopped will be described with reference to FIGS.
まず、平滑手段3を構成するコンデンサ容量が著しく小容量で出力電圧が大きく脈動するような電動機制御装置では、電動機5を停止させる際、停止タイミングt0を脈動電圧値がVthを越える脈動電圧位相(Phase1<θ<Phase2)に設定すると図3に示すように停止時の回生電圧により跳ね上がり電圧Vmax1が大きくなり直交変換手段4を構成するパワーデバイスなど部品の定格値を超える可能性がある。
First, in an electric motor control device in which the capacitor capacity constituting the smoothing means 3 is extremely small and the output voltage pulsates greatly, when the
そこで電動機5を停止させる際、駆動制御装置6から直交変換手段4への停止指令を、脈動電圧値が設定するVthより低くなる脈動電圧位相(Phase1<θ<Phase2以外の位相θ)で電動機を停止させる指令を出力させるように停止指令出力手段9によりタイミングを調整することにより、図4に示すように回生電圧による跳ね上がり電圧Vmax2(<Vmax1)を抑制することが出来る。
Therefore, when the
次に交流電源1に異常が生じた場合についての説明を行う。まず、交流電源1側におい
て瞬間的な停電などが生じた場合、平滑手段3を構成するコンデンサ容量が著しく小容量となる電動機制御装置では、図5に示すタイミングt1からの歪みのように平滑手段3の出力電圧に直接的に表れ、その影響が電動機5側に伝わり停止に至ることがある。
Next, a case where an abnormality occurs in the
この場合、図6に示すようにVthを超える電圧値(タイミングt0)で停止した場合、回生電圧による跳ね上がり電圧Vmax1が大きくなり直交変換手段4を構成するパワーデバイスなど部品の定格値を超える可能性がある。
In this case, as shown in FIG. 6, when stopping at a voltage value exceeding Vth (timing t0), the jump voltage Vmax1 due to the regenerative voltage becomes large and may exceed the rated value of components such as a power device constituting the
そこで図7に示すように脈動電圧位相Phase1<θ<Phase2間の電圧値がVthより低下した場合、停止指令出力手段9により電動機5を停止させる指令を出力する、つまり図7においてPhase1において停止指令を停止指令出力手段9から出力することで回生電圧による跳ね上がり電圧Vmax2(<Vmax1)を抑制することが出来る。
Therefore, as shown in FIG. 7, when the voltage value between the pulsating voltage phases Phase1 <θ <Phase2 falls below Vth, a stop command output means 9 outputs a command to stop the
次に交流電源1側において電源遮断などが生じ、電力供給が急に絶たれた場合、平滑手段3の出力電圧波形は図8に示すようになる。このような電圧が直交変換手段4に印加される場合、電動機5が停止するまでの間に電動機5に流れる電流が図9に示すようにImax1まで跳ね上がり、直交変換手段4を構成するパワーデバイスや電動機5の定格値を超える可能性がある。
Next, when the power supply is cut off on the
そこで図10に示すように脈動電圧位相Phase1<θ<Phase2間の電圧値がVthより低下した場合、停止指令出力手段9により電動機5を停止させる指令を出力する、つまり図10においてPhase1において停止指令を停止指令出力手段9から出力することで電動機5に流れる電流の跳ね上がりImax2(<Imax1)を抑制することが出来る。
Therefore, as shown in FIG. 10, when the voltage value between the pulsating voltage phases Phase1 <θ <Phase2 falls below Vth, a command to stop the
以上のように本実施の形態においては平滑手段3から出力される脈動電圧の電圧位相と電圧値を検知し、電動機5の停止のタイミングを制御することにより、通常の停止時および交流電源1の異常による緊急停止時において電圧・電流の跳ね上がりの抑制を実現させることが出来る。
As described above, in the present embodiment, the voltage phase and voltage value of the pulsating voltage output from the smoothing means 3 are detected and the stop timing of the
以上のように、本発明にかかる電動機制御装置は、電動機の停止時における電圧・電流の跳ね上がりを抑制することが出来るため、使用する部品の定格値を必要最小限に設定することができ、装置の低コスト化・小型化が可能であるため、装置の低コスト化・小型化が求められるあらゆる電動機制御装置に適用できる。 As described above, since the motor control device according to the present invention can suppress the jump of voltage / current when the motor is stopped, the rated values of the components to be used can be set to the minimum necessary. Therefore, the present invention can be applied to any motor control device that requires cost reduction and size reduction of the device.
1 交流電源
2 整流手段
3 平滑手段
4 直交変換手段
5 電動機
6 駆動制御手段
7 電圧検出手段
8 位相検出手段
9 停止指令出力手段
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