DE69513249T2

DE69513249T2 - Regelverfahren und Vorrichtung zum Regeln der Motoren einer Klimaanlage

Info

Publication number: DE69513249T2
Application number: DE69513249T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ogawa; Koichi Toda
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2015-05-16
Also published as: AU1365495A; CN1116291A; GR3031968T3; CN1064122C; EP0698769A1; EP0698769B1; JPH0835713A; US5712540A; PT698769E; TW262611B; KR0149268B1; MY111978A; ES2138108T3; DE69513249D1; AU670728B2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Motoren eines Kompressors und eines Gebläses einer Klimaanlage und sieht insbesondere vor, daß der Kompressor und das Gebläse sowie eine Gleichrichtereinrichtung, mit deren Hilfe eine Gleichspannung erhalten wird, die für eine Wechselrichtereinrichtung benötigt wird, mit deren Hilfe der Kompressor und das Gebläse angetrieben werden, durch einen einzigen Mikrocomputer geregelt werden.

Beschreibung des Stands der Technik

Bisher hatte eine Klimaanlage Regeleinrichtungen für Motoren einerseits zum Antrieb des Kompressors und andererseits zum Antrieb des Gebläses. Beispielsweise wird für den Antrieb des Kompressormotors ein kommerziell verfügbarer Wechselstrom in einen Gleichstrom umgesetzt und der umgesetzte Gleichstrom durch eine Steuereinrichtung in eine beliebige Wechselspannung umgesetzt und dem Kompressormotor eingespeist. Im allgemeinen wird als Gleichrichtereinrichtung zum Umsetzen des Wechselstroms in den Gleichstrom eine Gleichrichtereinrichtung der Kondensatoreingangsart verwendet. Da jedoch der Verlauf des Eingangswechselstroms von der Wechselstromquelle eine verzerrte Welle wird, verschlechtert sich der Leistungsfaktor und es wird ein Oberwellenstrom erzeugt.
Es wurden deshalb bereits verschiedene Gleichrichtereinrichtungen zum Festsetzen eines Eingangswechselstromverlaufs auf einen Sinusverlauf gleicher Phase wie der der Eingangsspannung zur Verbesserung des Eingangsleistungsfaktors und zur Verminderung der Oberwellen vorgeschlagen. Die die Gleichrichteranlage verwendende Klimaanlage treibt die Motoren für den Kompressor und das Gebläse und wird von einem Mikrocomputer geregelt. Ein Beispiel einer solchen Regelung wird im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.
Die Regelvorrichtung der Klimaanlage umfaßt: Eine Stromrichterschaltung 2 zum Umsetzen eines handelsüblichen Wechselstroms von einer Stromquelle 1 in Gleichstrom; eine erste Wechselrichterschaltung 4 zum Umsetzen der Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2 in eine gegebene Wechselspannung und Anlegen dieser Wechselspannung an einen ersten bürstenlosen Motor 3 für den Kompressor; eine Stromrichter-Steuerschaltung 5 zum Abgeben eines Steuersignals für einen Transistor "IGBT" entsprechend dem Eingangsstrom (dem gleichgerichteten Strom), der Eingangsspannung (der gleichgerichteten Spannung) und der Ausgangsspannung in der Stromrichterschaltung 2 und zur Durchlaß-/Sperr-Steuerung eines IGBT-Transistors 2a als Schaltereinrichtung; eine Positionsdetektorschaltung 6 zum Ermitteln der Rotorposition des ersten bürstenlosen Motors 3 anhand der Klemmenspannung dieses Motors; einen Mikrocomputer 7, dem die ermittelten Positionsdetektorsignale eingegeben werden und der ein Wechselrichter-Steuersignal (PWM-signal = pulse-width-modulation-signal, Pulsbreitenmodulationssignal) für die Durchlaß-/Sperr-Steuerung wenigstens einer Anzahl von Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya und Za der ersten Wechselrichterschaltung 4 auf der Basis der eingegangenen Positionsdetektorsignale abgibt; eine Treiberschaltung 8 für die obere Reihe und eine Treiberschaltung 9 für die untere Reihe zum Eingeben eines Steuersignals und zum Durchlaß-/Sperr-Treiben der Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya und Za; eine Taktungsschaltung 10 zum bedarfsgemäßen Unterbrechen der Durchlaßteile des Ausgangstreibersignals der Treiberschaltung 8 für die obere Reihe durch ein Unterbrechungssignal von Mikrocomputer 7; eine Schaltleistungsschaltung 11 zum Umsetzen des kommerziellen Wechselstroms 1 in einen gegebenen Gleichstrom; eine zweite Wechselrichterschaltung 13 zum Umsetzen der Ausgangs-Gleichspannung der Schaltlei stungsschaltung 11 in eine gegebene Wechselspannung und zu deren Anlegen an einen zweiten bürstenlosen Motor 12 für ein Außengebläse; und eine Steuerschaltung 14 für den zweiten bürstenlosen Motor zum Eingeben von Positionsdetektorsignalen eines Rotors dieses zweiten bürstenlosen Motors 12, die von Hallelementen 12a im Motor 12 erzeugt werden, zum Eingeben eines Drehzahlbefehlsignals vom Mikrocomputer 7 und zum Ausgeben eines Wechselrichter-Steuersignals zum Durchlaß-/Sperr-Schalten von wenigstens einem Transistor 11d als Schalteinrichtung der Schaltleistungsschaltung 11 und zum Durchlaß-/Sperr-Schalten einer Vielzahl von Transistoren Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb der zweiten Wechselrichterschaltung 13 auf der Basis der eingegebenen Positionsdetektorsignale.
Zusätzlich zum Transistor 2a der Schalteinrichtung umfaßt die Stromrichterschaltung 2 eine Gleichrichterschaltung 2b zum Gleichrichten des kommerziellen Wechselstroms 1 in den Gleichstrom, eine Reaktorspule 2c, eine Diode 2d zum Sperren eines Rückstroms und einen Glättungskondensator 2e. Die Stromrichterschaltung 2 setzt den kommerziellen Wechselstrom von der Quelle 1 in den Gleichstrom um und liefert eine gegebene Gleichspannung an die erste Wechselrichterschaltung 4.
Die erste Wechselrichterschaltung 4 ist aus den folgenden Teilen aufgebaut: Einer oberen Transistorreihe aus drei Transistoren Ua, Va und Wa zum Schalten der Verbindungen zwischen einer positiven Klemme der Stromrichterschaltung 2 und Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 des ersten bürstenlosen Motors 3; und eine untere Transistorreihe aus drei Transistoren Xa, Ya und Za zum Schalten der Verbindungen zwischen den Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 und einer negativen Klemme der Stromrichterschaltung 2.
Die Stromrichter-Steuerschaltung 5 umfaßt: eine Stromdetektorschaltung; zwei Spannungsdetektorschaltungen; eine Treiberschaltung für den IGBT-Transistor; einen integrierten Schaltkreis für exklusiven Gebrauch für die Stromrichtersteuerung, mit einer PWM-Signal-Generatorschaltung, die aus einem Oszillator, einem Multiplizierer, einem Komparator usw. besteht; und dergleichen. Die Stromrichter-Steuerschaltung 5 ermittelt den Strom durch Verwendung eines Stromsensors 5a, ermittelt weiterhin den durch die Gleichrichtung der Wechselspannung erhaltenen Spannungsverlauf und schließlich die Ausgangs-Gleichspannung und erzeugt ein Steuersignal (PWM-Signal: gezeigt in Fig. 11 [a]) zum Steuern des Transistors 2a der Stromrichterschaltung 2 aufgrund der ermittelten Werte für Strom und Spannung in solcher Weise, daß der Eingangs-Wechselstrom von der Wechselstromquelle einen Sinusverlauf mit der gleichen Phase wie der der Eingangs- Wechselspannung (in Fig. 11 [b] gezeigt) hat.
Dem Mikrocomputer 7 werden die Positionsdetektorsignale [bei (a) bis (c) in Fig. 12 gezeigt] von der Positionsdetektorschaltung 6 eingegeben und er erzeugt Treibersignale Ua1, Va1, Wa1, Xa1, Ya1 und Za1, die bei (d) bis (i) in Fig. 12 gezeigt sind, für die Treiberschaltung 8 für die obere Reihe und für die Treiberschaltung 9 für die untere Reihe, um die Transistoren Ua, Va und Wa der oberen Reihe bzw. die Transistoren Xa, Ya und Za der unteren Reihe der ersten Wechselrichterschaltung auf der Basis der Positionsdetektorsignale bedarfsgemäß auf Durchlaß zu schalten und so den ersten bürstenlosen Motor 3 in Drehung zu versetzen.
Der Mikrocomputer 7 gibt ein Rechteck- oder Taktungssignal, wie es, bei (j) in Fig. 12 gezeigt ist, an die Taktungsschaltung 10 ab. Die Taktungsschaltung 10 unterbricht zerhackerartig eine Stromquelle der Treiberschaltung 8 für die obere Reihe auf der Basis des eingegebenen Taktungssignals, um das Ausgangssignal beispielsweise der Treiberschaltung 8 für die obere Reihe auf der Basis des Eingangs-Taktungssignals bedarfsgemäß zu takten.
Die PWM-Signafe Ua1, Va1 und Wa1, bei denen die Durchlaß-Teile der Eingangstreibersignale gemäß der Darstellung bei (k) bis (m) in Fig. 12 getaktet sind, werden von der Treiberschaltung 8 für die obere Reihe an die Transistoren Ua, Va und Wa der oberen Reihe der Wechselrichterschaltung 4 abgegeben. Die Signale Xa1, Ya1 und Za1, die bei (n) bis (p) in Fig. 12 dargestellt sind, werden von der Treiberschaltung 9 für die untere Reihe an die Transistoren Xa, Ya und Za der unteren Reihe der Wechselrichterschaltung 4 auf der Basis der Eingangstreibersignale abgegeben.
Die Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya und Za der oberen und der unteren Reihe der ersten Wechselrichterschaltung 4 werden durch die Ausgangssignale der Treiberschaltung 8 für die obere Reihe und der Treiberschaltung 9 für die untere Reihe im bedarfsgemäßen Maß auf Durchlaß geschaltet. Es werden die Verbindungen zwischen der positiven und der negativen Klemme der Wechselrichterschaltung 4 einerseits und den Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 des ersten bürstenlosen Motors 3 geschaltet. Somit wird die Gleichspannung von der Stromrichterschaltung 2 in eine Wechselspannung umgesetzt und an die Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 des ersten bürstenlosen Motors 3 angelegt. Gleichzeitig werden die Transistoren Ua, Va und Wa der oberen Reihe in getakteter Weise durch das Ausgangssignal der Treiberschaltung 8 für die obere Reihe getrieben, wenn sie auf Durchlaß gesteuert werden. Somit werden die bei (q) bis (s) in Fig. 12 gezeigten getakteten Wechselspannungen an die Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 des ersten bürstenlosen Motors 3 angelegt.
Im Mikrocomputer 7 wird das An-/Aus-Verhältnis des Taktungssignals, das an die Taktungsschaltung 10 angelegt wird, variabel gemacht, um die Drehzahl des ersten bürstenlosen Motors 3 auf einen gegebenen Wert zu setzen. Das An-/Aus-Verhältnis der Taktung der Wechselspannungen, die an die Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 des ersten bürstenlosen Motors 3 angelegt werden, wird also variabel gemacht, wodurch die angelegten Spannungen geändert und die Drehzahl des Motors 3 gesteuert wird.
Auf der anderen Seite wird in der Schaltleistungsschaltung 11 der kommerzielle Wechselstrom von der Quelle 1 durch eine Gleichrichterschaltung 11a und einen Glättungskondensator 11b in einen Gleichstrom umgesetzt und eine gegebene Gleichspannung erzeugt. Diese wird über einen Transformator 11c, den Transistor 11d, eine Diode 11e und einen Glättungskondensator 11f in eine variable Gleichspannung umgewandelt, die der zweiten Wechselrichterschaltung 13 eingespeist wird, die die sechs Transistoren Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb enthält.
Im zweiten bürstenlosen Motor 12 befindet sich der Positionsdetektorsensor (Hallelemente) 12a, der die Position eines Rotors des zweiten bürstenlosen Motors 12 feststellt und Positionsdetektorsignale erzeugt, die bei (a) bis (c) in Fig. 13 dargestellt sind.
Die Steuerschaltung 14 für den bürstenlosen Motor, die die Positionsdetektorsignale von den Hallelementen 12a empfängt, ist beispielsweise durch einen integrierten Schaltkreis (IC) für exklusiven Gebrauch für die Steuerung des bürstenlosen Motors und dergleichen konstruiert. Diese Steuerschaltung 14 für den bürstenlosen Motor gibt Treibersignale Ub1, Vb1, Wb1, Xb1, Yb1 und Zb1, die bei (d) bis (i) in Fig. 13 gezeigt sind, an die Transistoren Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb der zweiten Wechselrichtenschaltung 13 auf der Basis der eingegangenen Positionsdetektorsignale so ab, daß der zweite bürstenlose Motor 12 in Drehung versetzt wird.
Die Transistoren der zweiten Wechselrichterschaltung 13 werden nach Wunsch durch diese Treibersignale auf Durchlaß geschaltet. Die veränderliche Gleichspannung von der Schaltleistungsschaltung 11, die der Wechselrichterschaltung 13 eingespeist wird, wird in die bei (j) bis (e) in Fig. 13 gezeigte Wechselspannungen umgesetzt, die an Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12 angelegt werden.
Der Mikrocomputer 7 erzeugt auch für den zweiten bürstenlosen Motor 12 ein Drehzahlbefehlssignal. Die Steuerschaltung 14 für diesen bürstenlosen Motor, die das Drehzahlbefehlssignal empfängt, erzeugt ein Schaltsignal zur Schaltsteuerung des Transistors 11d der Schaltleistungsschaltung 11 [das bei (m) in Fig. 13 gezeigt ist]. Die Steuerschaltung 14 für den bürstenlosen Motor verändert das An-/Aus-Verhältnis des beschriebenen Schaltsignals auf der Basis des eingegangenen Drehzahlbefehlssignals und verändert die Gleichspannung, die von der Schaltleistungsschaltung 11 erzeugt wird. Die veränderte Gleichspannung wird von der Wechselrichterschaltung 13 in die veränderliche Wechselspannung umgesetzt und diese Wechselspannung wird an die Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12 angelegt. Da die an die Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 angelegte Wechselspannung variabel gemacht ist, ist der zweite bürstenlose Motor 12 drehzahlgesteuert.
Bei diesem beschriebenen bekannten Regelverfahren für die Klimaanlage benötigt man jedoch drei Steuereinrichtungen wie die Stromrichter-Steuerschaltung 5, den Mikrocomputer 7 und die Steuerschaltung 14 für den bürstenlosen Motor, um den Eingangsleistungsfaktor zu verbessern, die Stromrichterschaltung 2 im Hinblick auf die Reduzierung des Oberwellenstroms zu steuern und die Drehzahlen der Motoren (des ersten bürstenlosen Motors 3 und des zweiten bürstenlosen Motors 12) zu steuern, um den Kompressor und das Gebläse, die für die Klimaanlage erforderlich sind, anzutreiben. Zum Treiben des zweiten bürstenlosen Motors 12 benötigt man die Schaltleistungsschaltung 11 zum Verändern und Abgeben der Gleichspannung. Außerdem sind die Regelschaltung und die Stromversorgungsschaltung der Klimaanlage kompliziert. Die Teilezahl ist hoch. Die Zuverlässigkeit ist verschlechtert. Diese drei Steuereinrichtungen werden zu einem Faktor der Erhöhung von Kosten und der Größe der Klimaanlage.
Bei der Drehzahlsteuerung des zweiten bürstenlosen Motors 12 wird das An-/Aus-Verhältnis des Schaltsignals nur durch das Drehzahlbefehlssignal vom Mikrocomputer 7 bestimmt. Der Wert der Gleichspannung, die von der Schaltleistungsschaltung 11 abgegeben wird, wird festgelegt. Folglich fluktuiert die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 entsprechend einer Fluktuation der Belastung. Die tatsächliche Drehzahl stimmt nicht mit der durch das Drehzahlbefehlssignal gegebenen Drehzahl überein. Es ergibt sich also das Problem, daß die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 nicht in Übereinstimmung mit dem Drehzahlbefehlssignal ist.

Zusammengefaßte Darstellung der Erfindung

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Regelverfahren und eine Regelvorrichtung einer Klimaanlage zu schaffen, wobei ein Stromrichter, ein Kompressor und ein Gebläse der Klimaanlage durch einen einzigen Mikrocomputer der Klimaanlage gesteuert werden können.
Die Erfindung schafft ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 definiert ist, und eine Vorrichtung, wie sie in Anspruch 4 definiert ist.
Eine Regelvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt: eine Stromrichtereinrichtung zum Umsetzen eines Wechselstroms in Gleichstrom und zum Wandeln eines eingangsseitigen Wechselstromverlaufs in eine Sinuswelle der gleichen Phase wie der der Eingangsspannung wenigstens durch Schalteinrichtungen; eine Mehrzahl von Motoren zum Treiben eines Kompressors und eines Gebläses; eine Mehrzahl von Wechselrichtern zum Umsetzen des umgesetzten Gleichstroms in einen Wechselstrom und zu dessen Einspeisen in die Motoren; und einen Mikrocomputer zum Steuern wenigstens des Kompressors und des Gebläses der Klimaanlage, wobei die Regelvorrichtung weiterhin umfaßt: die Mehrzahl von Wechselrichtern, die parallel geschaltet sind und vom Stromrichter einen Ausgangs-Gleichstrom empfangen; Stromrichter-Steuereinrichtungen zum Abgeben eines Steuersignals zum Steuern der Schalteinrichtungen in Übereinstimmung mit wenigstens dem Eingangswechselstrom vom Mikrocomputer und der Ausgangs-Gleichspannung des Stromrichters; und eine Wechselrichter-Steuereinrichtung zum Abgeben eines Steuersignals zum Steuern der Wechselrichter. Die Angabe "wenigstens" vor dem Begriff "Schalteinrichtungen" erscheint aus dem Grund, daß bei der Erfindung der Mikrocomputer Steuersignale zum Steuern der Schalteinrichtung (Transistor IGBT) abgibt und daß ebenso wie beim Stand der Technik die Stromrichter- Steuerschaltung Steuersignale zum Steuern der Schalteinrichtung (IGBT) so abgibt, daß der Eingangswechselstrom von der Wechselstromquelle einen Sinusverlauf der gleichen Phase wie der der Eingangswechselspannung hat.
Mit dieser Konstruktion führt der Mikrocomputer Eingangs-/Ausgangs-Operationen von und zu Eingangs-/Ausgangs-Schaltungen, die für die Klimaanlage erforderlich sind, durch und steuert dadurch die Klimaanlage. Gleichzeitig erzeugt der Mikrocomputer ein PWM-Signal zum Schalten der Schalteinrichtung des Stromrichters auf Durchlaß/Sperrung in einer Weise, daß dem von der kommerziellen Wechselstromquelle abgenommene Eingangswechselstrom ein Sinusverlauf aufgeprägt wird, dar die gleiche Phase hat wie die Eingangs-Wechselspannung, wobei der Eingangsleistungsfaktor von der kommerziellen Wechselstromquelle verbessert wird.
Außerdem erzeugt gleichzeitig mit obiger Operation der Mikrocomputer das PWM-Signal zum Steuern der Schalteinrichtung jedes Wechselrichters auf Sperrung bzw. Durchlaß, um jeden der Motoren (bürstenlose Motoren oder Asynchronmotoren) per Wechselrichter dazu zu steuern, den Kompressor und das Gebläse, die für die Klimaanlage erforderlich sind, anzutreiben.
Es werden also vom Mikrocomputer als einzigem Steuerorgan die Regelung der Klimaanlage, die Steuerung der Schalteinrichtung des Stromrichters und die Wechselrichter-Steuerung der Motoren für den Kompressor und das Gebläse, die für die Klimaanlage erforderlich sind, durchgeführt.
Da die Ausgangs-Gleichspannung des Stromrichters an jeden Motor angelegt wird, wird jeder Motor durch die einzige Leistungsschaltung getrieben. Die Zahl der Teile kann also vermindert werden, die Zuverlässigkeit kann verbessert werden und die Kosten und Größe der Klimaanlage können reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematischer Blockschaltplan einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung einer Klimaanlage;
Fig. 2 ist eine schematische Zeitverlaufsdarstellung zum Erläutern des Betriebs und des Regelverfahrens der Regelvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Zeitverlaufsdarstellung zum Erläutern des Betriebs und des Regelverfahrens der Regelvorrichtung von Fig. 1;
Fig. 4 ist ein schematischer Blockschaltplan einer Regelvorrichtung einer Klimaanlage und stellt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dar;
Fig. 5 ist eine schematische Zeitverlaufsdarstellung zum Erläutern des Betriebs und des Regelverfahrens der Regelvorrichtung von Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Aufbauschema eines Mikrocomputers, der in der Regelvorrichtung der Klimaanlage gemäß Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 7 ist eine schematische Zeitdarstellung zum Erläutern des Betriebs des Mikrocomputers nach Fig. 6;
Fig. 8 ist ein schematisches Aufbauschema eines unterschiedlichen Mikrocomputers, der in der Regelvorrichtung der Klimaanlage gemäß Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 9 ist ein schematisches Aufbauschema eines Mikrocomputers, der ün der Regelvorrichtung der Klimaanlage gemäß Fig. 4 verwendet wird;
Fig. 10 ist ein schematischer Blockschaltplan einer Regelvorrichtung einer Klimaanlage nach dem Stand der Technik;
Fig. 11 ist eine Zeitdarstellung zur Erläuterung des Betriebs der Regelvorrichtung nach Fig. 10;
Fig. 12 ist eine Zeitdarstellung zur Erläuterung des Betriebs der Regelvorrichtung nach Fig. 10; und
Fig. 13 ist eine Zeitdarstellung zur Erläuterung des Betriebs der Regelvorrichtung nach Fig. 10.

Ins Einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden werden ein Regelverfahren und eine Regelvorrichtung einer Klimaanlage gemäß der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den schematischen Zeichnungen sind gleiche und entsprechende Teile wie die gemäß Fig. 10 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre überlappenden Beschreibungen sind weggelassen.
Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Regelvorrichtung 32 der Klimaanlage: einen Stromsensor 20 und eine Stromdetektorschaltung 21 zum Ermitteln des Eingangswechselstroms der Stromrichterschaltung 2; eine Spannungsdetektorschaltung 22 zum Ermitteln der Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2; eine erste Positionsdetektorschaltung 23 von gleichem Aufbau wie dem der Positionsdetektorschaltung 6 von Fig. 10 zum Abgeben von Positionsdetektorsignalen des Rotors des bürstenlosen Motors 3 zum Antreiben des Kompressors 33; eine zweite Positionsdetektorschaltung 24 zum Abgeben von Positionsdetektorsignalen des Rotors des bürstenlosen Motors 12 zum Antreiben eines Gebläses 34; und einen Mikrocomputer 25 zum Durchführen von Eingangs-/Ausgangsoperationen, die zum Steuern der Klimaanlage erforderlich sind, zum Eingeben eines Stromdetektorsignals von der Stromdetektorschaltung 21, eines Spannungsdetektorsignals von der Spannungsdetektorschaltung 22, der Positionsdetektorsignale von der ersten Positionsdetektor schaltung 23 und der Positionsdetektorsignale von der zweiten Positionsdetektorschaltung 24, zum auf Durchlaß oder Sperrung Stellen, je nach Wunsch, des IGBT- Transistors 2a, der in der Stromrichterschaltung 2 enthalten ist, zum Abgeben eines Steuersignals [eines Wechselrichtersteuersignals (PWM-Signal)], in dem das Tastverhältnis verändert wird, und zum Abgeben von Steuersignalen (einschließlich des PWM-Signals) zum Steuern der ersten Wechselrichterschaltung 4 bzw. der zweiten Wechselrichterschaltung 13, zusätzlich den Funktionen (Funktion des Ausgangs des PWM-Signals und dergleichen) des Mikrocomputers 7 gemäß Fig. 10; die Regelvorrichtung 32 umfaßt weiterhin erste und zweite Treiberschaltungen 26 und 27 zum Treiben der mehreren Transistoren der ersten Wechselrichterschaltund 4 und der zweiten Wechselrichterschaltung 13 durch die Steuersignale vom Mikrocomputer 25, und eine dritte Treiberschaltung 28 zum Schalten des IGHT-Transistors 2a durch das PWM-Signal vom Mikrocomputer 25 auf Durchlaß oder Sperrung.
Es wird nun der Betrieb der Regelvorrichtung 32 der Klimaanlage beschrieben. Der Mikrocomputer 25 steuert die außerhalb des Raums befindliche Vorrichtung und erzeugt das PWM-Signal zum bedarfsgemäßen Schalten des Transistors 2a der Stromrichterschaltung 2, das an die dritte Treiberschaltung 28 geht, entsprechend den Detektorsignalen von der Stromdetektorschaltung 21 und der Spannungsdetektorschaltung 22. Auch die Positionsdetektorsignale des Rotors des ersten bürstenlosen Motors 3 für den Kompressor 33 werden von der ersten Positionsdetektorschaltung 23 dem Mikrocomputer 25 eingegeben und dieser erzeugt Steuersignale zum Steuern der sechs Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya und Za der ersten Wechselrichterschaltung 4. Gleichzeitig werden dem Mikrocomputer 25 die Positionsdetektorsignale des Rotors des zweiten bürstenlosen Motors 12 für das Gebläse 34 von der zweiten Positionsdetektorschaltung 24 eingegeben und er erzeugt Steuersignale zum Steuern der sechs Transistoren Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb der zweiten Wechselrichterschaltung 13.
Die Stromdetektorschaltung 21 umfaßt beispielsweise eine gleichrichtende Diode und eine Widerstandsschaltung und setzt den vom Stromdetektor 20 ermittelten Eingangswechselstromverlauf auf einen Pegel (Spannungswert) um, der dem Mikrocomputer 25 einspeisbar ist.
Die Spannungsdetektorschaltung 22 umfaßt beispielsweise: eine spannungsteilende Widerstandsschaltung zum Erniedrigen der Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2; und eine Fotokopplerschaltung zum Trennen des herabgesetz ten analogen Spannungswerts und zu seiner Umwandlung in digitale Werte (H, L), die dem Mikrocomputer 25 eingespeist werden. Das Spannungsteilungsverhältnis der spannungsteilenden Widerstandsschaltung der Spannungsdetektorschaltung 22 ist so festgesetzt, daß dann, wenn die Ausgangsgleichspannung der Stromrichterschaltung 2 gleich einem gegebenen Wert oder niedriger als dieser Wert ist [beispielsweise 300 V, wie bei (a) in Fig. 2 gezeigt ist], das Ausgangssignal der Fotokopplerschaltung den Pegel H hat, und, wenn die Ausgangs-Gleichspannung den gegebenen Wert übersteigt, das Ausgangssignal der Fotokopplerschaltung den Wert L hat. Das Spannungsdetektorsignal der Spannungsdetektorschaltung 22 hat also den Spannungswert H oder L. Dieses H- oder L-Pegel-Signal wird dem Mikrocomputer 25 eingegeben.
Die Spannungsdetektorschaltung 22 könnte auch einen Analogwert entsprechend der Differenz zwischen der Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2 und einem gegebenen Wert ausgeben. In diesem Fall genügt es, daß das Analogsignal von der Spannungsdetektorschaltung 22 an den Eingangsanschluß eines Analog-/Digital-Umsetzers des Mikrocomputers 25 gegeben wird.
Im folgenden wird das Steuerverfahren des in der Regelvorrichtung 32 der Klimaanlage verwendeten Stromrichters 2 unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von Fig. 2 beschrieben.
Zuerst berechnet der Mikrocomputer 25 einen bei (c) in Fig. 2 gezeigten Strombefehl ISn auf der Basis von Daten [IMn, gezeigt bei (b) in Fig. 2; n ist eine ganze Zahl], die vorher in einem internen Speicher gespeichert worden sind, und auf der Basis des Detektorsignals (Pegel H oder L) der Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2, das ihm eingegeben wurde. Die Speicherdaten IMn bestehen aus Sinusverlaufsdaten (Grunddaten) der Halbperiode des Eingangs-Wechselstroms.
Als Verfahren der Berechnung des Strombefehls ISn wird das Spannungsdetektorsignal von der Spannungsdetektorschaltung 22 zu jeder vorgegebenen Zeit [beispielsweise am Nulldurchgangspunkt der Eingangs-Wechselspannung gemäß (d) in Fig. 2] ermittelt und, wenn es sich auf dem Pegel H befindet (300 V oder weniger), ein gegebener Bruchteil der Speicherdaten zu den Speicherdaten IMn hinzuaddiert, wodurch der Strombefehl ISn erhöht wird. Somit wird, bis das Spannungsdetektorsignal auf den Pegel L gesetzt wird (über 300 V), der gegebene Bruchteil der Speicherdaten zu diesen Speicherdaten IMn hinzuaddiert und somit der Strombefehl erhöht. Findet dann der Wechsel des Spannungsdetektorsignals auf den Pegel L (für über 300 V) statt, so wird der gegebene Bruchteil der Speicherdaten von den Speicherdaten IMn subtrahiert, wodurch der Strombefehl ISn erniedrigt wird. Dieser gegebene Bruchteil der Speicherdaten wird weiterhin so lange subtrahiert, bis das Spannungsdetektorsignal wieder auf den Pegel H (für 300 V oder weniger) gesetzt wird, und der Strombefehl lSn wird entsprechend erniedrigt.
Auf der Basis des auf diese Weise berechneten Strombefehls lSn wird der Transistor 2a der Stromrichterschaltung 2 bedarfsgemäß auf Durchlaß geschaltet oder gesperrt, wodurch die Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2 auf den gegebenen Wert (300 V) justiert wird.
Die Stromdetektorschaltung 21 ermittelt den Eingangs-Wechselstum und liefert das Stromdetektorsignal an den Mikrocomputer 25. Dieser ermittelt einen Stromwert IRn, wie er bei (e) in Fig. 2 dargestellt ist, durch das Stromdetektorsignal zu Zeiten tn (t0 bis t9) jeweils in gegebenen Zeitabständen T ab einem Nulldurchgangspunkt (t0). Der Nulldurchgangspunkt (t0) wird durch ein Detektorsignal von einer Nulldurchgangs- Detektorschaltung ermittelt, die zur Feststellung der Frequenz des Eingangswechselstroms oder dergleichen als eine der vorhandenen Eingangs-/Ausgangs-Schaltungen der Außenvorrichtung verwendet wird.
Der Strombefehl ISn [der bei (c) in Fig. 2 gezeigt ist] zur Zeit tn wird nachfolgend mit dem ermittelten Stromwert IRn [der bei (e) in Fig. 2 gezeigt ist] verglichen. Wenn ISn > IRn, so wird die AN-Zeit Dn des PWM-Signals zur Steuerung des Transistors 2a der Stromrichterschaltung 2 um nur einen gegebenen Wert erhöht. Ist ISn < IRn, so wird die AN-Zeit Dn des PWM-Signals zur Steuerung des Transistors 2a der Stromrichterschaltung 2 um nur den gegebenen Wert [siehe bei (f) in Fig. 2] erniedrigt.
Der Eingangswechselstrom von der kommerziellen Stromquelle 1 kann also dazu gesteuert werden, daß sein Verlauf ein Sinusverlauf mit gleicher Phase wie die Eingangs-Wechselspannung ist, wie es bei (d) in Fig. 2 dargestellt ist. Hierbei wird, wie bereits oben beschrieben wurde, auch die Ausgangs-Gleichspannung der Stromrichterschaltung 2 auf den gegebenen Wert eingesteuert.
Andererseits sind, wie der Fig. 1 klar entnehmbar ist, die erste Wechselrichterschaltung 4 und die zweite Wechselrichterschaltung 13 einander am Ausgang der Stromrichterschaltung 2 parallel geschaltet. Die erste Wechselrichterschaltung 4 treibt den ersten bürstenlosen Motor 3 für den Kompressor 33. Die zweite Wechselrichterschaltung 13 treibt den zweiten bürstenlosen Motor 12 für das Gebläse 34. Der erste bürstenlose Motor 3 und der zweite bürstenlose Motor 12 sind Dreiphaserrmotoren und werden allein durch den Mikrocomputer 25 gesteuert, der sowohl das außer Haus befindliche Gerät als auch den Transistor 2a der Stromrichterschaltung 2 steuert.
Die zweite Positionsdetektorschaltung 24 umfaßt beispielsweise Komparator- und Verstärkungseinrichtungen; ihr werden Signale von drei Hallelementen 12a eingegeben, die sich im zweiten bürstenlosen Motor 12 befinden, und sie liefert die Positionsdetektorsignale des Rotors des zweiten bürstenlosen Motors 12 an den Mikrocomputer 25.
Die zweite Wechselrichterschaltung 13 ist aus folgenden Teilen aufgebaut: einer oberen Reihe mit drei Transistoren Ub, Vb und Wb zum Schalten der Verbindungen zwischen einer positiven Klemme der Stromrichterschaltung 2 und den Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12; und einer unteren Reihe mit drei Transistoren Xb, Yb und Zb zum Schalten der Verbindungen zwischen den Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 und einer negativen Klemme der Stromrichterschaltung 2.
Gemäß Fig. 1 hat die erste Treiberschaltung 26 einen solchen Aufbau, daß die Treiberschaltung 8 für die obere Reihe und die Treiberschaltung 9 für die untere Reihe gemäß Fig. 10 vereinigt sind. Die zweite Treiberschaltung 27 hat einen dem Aufbau der Treiberschaltung 26 gleichen Aufbau.
Das Regelverfahren wird nun unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von Fig. 3 beschrieben. Es sei zuerst angenommen, daß der Mikrocomputer 25 den Kompressor 33 und das Gebläse 34 der Außenvorrichtung in Übereinstimmung mit Befehlen oder dergleichen von einer Regelvorrichtung eines im Raum befindlichen Geräts steuert.
Die [bei von (a) bis (c) in Fig. 3 gezeigten] Signale von den Hallelementen 12a im zweiten bürstenlosen Motor 12 werden an die zweite Positionsdetektorvorrichtung 24 gegeben. Diese gibt die bei (d) bis (f) in Fig. 3 gezeigten Positionsdetektorsignale an den Mikrocomputer 25 ab.
Der Mikrocomputer 25 schaltet bedarfsgemäß die Transistoren Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb der zweiten Wechselrichterschaltung 13 auf der Basis der eingehenden Positionsdetektorsignale so auf Durchlaß, daß der zweite bürstenlose Motor 12 sich in Drehung versetzt, und schaltet die Verbindungen zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der Stromrichterschaltung 12 und der Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12, und setzt die Gleichspannungen von der Stromrichterschaltung 2 in die Wechselspannungen um, legt diese an die Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 und erzeugt Steuersignale U2, V2, W2, X2, Y2 und Z2 zum Rotieren des zweiten bürstenlosen Motors 12.
Hierbei setzt der Mikrocomputer 25 die AN-Teile der Steuersignale unter den erzeugten Steuersignalen zum bedarfsgemäßen Durchschalten der Transistoren Ub, Vb und Wb von wenigstens einer, nämlich der oberen oder der unteren Reihe, beispielsweise der oberen Reihe der zweiten Wechselrichterschaltung 13, auf Taktungssignale eines gegebenen An-/Aus-Verhältnisses zum Durchschalten/Sperren der Transistoren Ub, Vb und Wb der oberen Reihe mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz der Steuersignale im Mikrocomputer 25. Es werden also vom Mikrocomputer 25 die Steuersignale U2, V2 und W2 [die bei (g) bis (i) in Fig. 3 gezeigt sind], bei denen die AN- Teile als Taktungssignale verwendet werden, und die anderen Steuersignale X2, Y2 und 22 [die bei (j) bis (e) in Fig. 3 gezeigt sind] erzeugt. Die erzeugten Steuersignale U2, V2, W2, X2, Y2 und Z2 werden der zweiten Wechselrichterschaltung 13 über die zweite Treiberschaltung 27 eingespeist. Die Transistoren Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb der zweiten Wechselrichterschaltung 13 werden entsprechend den Bedürfnissen angeschaltet. Zur Zeit, zu der die Transistoren Ub, Vb und Wb der oberen Reihe im Prinzip auf Durchlaß geschaltet sind, werden sie tatsächlich durch die Taktungssignale der Steuersignale Ein/Aus geschaltet.
Die Gleichspannungen von der Stromrichterschaltung 2 werden in Wechselspannungen umgesetzt und getaktet. Die Wechselspannungen werden auf gegebene Spannungswerte gesetzt. Die bei (m) bis (o) in Fig. 3 gezeigten Wechselspannungen werden an die Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12 angelegt, so daß dieser umdrehungsgeregelt ist.
Auch in Bezug auf den ersten bürstenlosen Motor 3 wird die Umdrehung durch den Mikrocomputer 25 mit einem Verfahren gesteuert, das dem beschriebenen Verfahren gleicht. Dem Mikrocomputer 25 werden die Positionsdetektorsignale, die von der ersten Positionsdetektorschaltung 23 abgegeben werden, eingegeben und er erzeugt Steuersignale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1, um nach den Bedürfnissen die Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya und Za der ersten Wechselrichterschaltung 4 auf der Basis der Positionsdetektorsignale so auf Durchlaß zu schalten, daß der erste bürstenlose Motor 3 in Drehung gerät.
Unter den Steuersignalen U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 werden die AN-Teile der Steuersignale U1, V1 und W1, die nach den Bedürfnissen die Transistoren Ua, Va und Wa auf Durchlaß schalten, von wenigstens einer, nämlich der oberen oder der unteren Reihe, beispielsweise der oberen Reihe der ersten Wechselrichterschaltung 4 zu Taktungssignalen eines gegebenen An-/Aus-Verhältnisses gemacht, um die Transistoren Ua, Va und Wa mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz der Steuersignale im Mikrocomputer 25, auf Durchlaß und Sperrung zu schalten. Der Mikrocomputer 25 erzeugt die Steuersignale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 einschließlich der Treibersignale, die als Taktungssignale dienen.
Die erzeugten Steuersignale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 werden der ersten Wechselrichterschaltung 4 über die erste Treiberschaltung 26 eingegeben. Die Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya und Za der ersten Wechselrichterschaltung 4 werden nach den Bedürfnissen auf Durchlaß geschaltet und gleichzeitig werden die Transistoren Ua, Va und Wa zur Zeit, zu der sie auf Durchlaß geschaltet sind, getaktet. Die Gleichspannung von der Stromrichterschaltung 2 wird also in Wechselspannungen umgesetzt und die getakteten Wechselspannungeri werden an die Dreiphasenwicklungen a1, b1 und c1 des ersten bürstenlosen Motors 3 angelegt, wodurch dieser Motor rotationsgesteuert wird.
Die Steuersignale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 gleichen den Signalen Ua1, Va1, Wa1, Xa1, Ya1 und Za1 gemäß Fig. 12.
Im folgenden wird die Umdrehungsregelung des zweiten bürstenlosen Motors 12 im einzelnen beschrieben. Der Mikrocomputer 25 berechnet die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 auf der Grundlage der Positionsdetektorsignale [die bei (d) bis (f) in Fig. 3 gezeigt sind], die über einen Eingangsanschluß eingegeben werden. Als Berechnungsverfahren der Drehzahl wird beispielsweise die Zeitspanne zwischen den ansteigenden Flanken oder den abfallenden Flanken der drei einlaufenden Positionsdetektorsignale [die von (d) bis (f) in Fig. 3 gezeigt sind] gemessen und hieraus die Drehzahl berechnet.
Diese berechnete Drehzahl wird mit einem gegebenen Drehzahlwert für den zweiten bürstenlosen Motor 12 verglichen. Ist die berechnete Drehzahl niedriger als die gegebene Drehzahl, so wird die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 auf die gegebene Drehzahl gesetzt. Zu diesem Zweck werden die AN-Zeiten der Taktungssignale der Treibersignale U2, V2 und W2 der Transistoren Ub, Vb und Wb der oberen Reihe, die die zweite Wechselrichterschaltung 13 bilden, erhöht (nämlich werden die Aus-Zeiten erniedrigt und damit das An-/Aus-Verhältnis verändert). Die resultierenden Wechselspannungen, die an die Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12 angelegt werden, werden erhöht und die Drehzahl dieses Motors steigt.
Ist die berechnete Drehzahl höher als die gegebene Drehzahl, so werden, um die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 auf die gegebene Drehzahl zu bringen, die AN-Zeiten der Taktungssignale der Steuersignale U2, V2 und W2 der Transistoren Ub, Vb und Wb der oberen Reihe erniedrigt (nämlich werden die AUS-Zeiten erhöht und somit das An-/Aus-Verhältnis verändert). Die resultierenden Wechselspannungen, die an die Dreiphasenwicklungen a2, b2 und c2 des zweiten bürstenlosen Motors 12 angelegt werden, werden also niedriger und die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 fällt ab.
Durch Wiederholung dieser Vorgänge wird die Drehzahl des zweiten bürstenlosen Motors 12 veränderlich gesteuert und der Motor 12 rotiert beständig und in geregelter Weise mit der gegebenen Drehzahl.
Auch bezüglich des ersten bürstenlosen Motors 3 wird eine Drehzahlregelung gleich der Drehzahlregelung des zweiten bürstenlosen Motors 12 durchgeführt. Sowohl der erste als auch der zweite bürstenlose Motor 3 und 12 werden vom Mikrocomputer beständig und in geregelter Weise mit gegebener Drehzahl in Drehung gehalten.
Fig. 4 stellt einen schematischen Schaltplan der Regelvorrichtung 32 der Klimaanlage dar, wobei eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. In dem Schaltplan sind gleiche und entsprechende Teile wie die gemäß Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre überlappende Beschreibung ist weggelassen.
Bei dieser Ausführungsform wird anstelle des ersten bürstenlosen Motors 3 für den Kompressor 33 ein Asynchronmotor 30 verwendet. Die Stromrichterschaltung 2 und der zweite bürstenlose Motor 12 für das Gebläse 34 gleichen denen der vorhergehenden Ausführungsform.
Gemäß Fig. 4 weist die Regelvorrichtung der Klimaanlage einen Mikrocomputer 31 auf, der die Funktionen des Mikrocomputers 25 nach Fig. 1 hat und die Drehung des Asynchronmotors 30 für den Kompressor 33 regelt.
Bei der Drehzahlregelung des Asynchronmotors 30 vergleicht zunächst der Mikrocomputer 31 eine bei (a) in Fig. 5 gezeigte Modulationswelle mit Grundwellen U, V und W bei jeder Halbperiode Tf4 und erhält Schnittpunkte zwischen der Modulationswelle und den Grundwellen U, V, bzw. W. Auf der Basis der erhaltenen Schnittpunkte werden Zeiten Tu4, Tv4 und Tw4 bis zu den bei (a) in Fig. 5 gezeigten Schnittpunkten erhalten. Auf der Basis der ermittelten Zeiten Tu4, Tv4 und Tw4 werden Steuersignale (PWM-Signale) U4, X4, V4, Y4, W4 und Z4 [die bei (b) bis (g) in Fig. 5 gezeigt sind] erzeugt und abgegeben (X4, Y4 und Z4 sind die durch Invertieren von U4, V4 und W4 erhaltenen Signale).
Die erste Treiberschaltung 26, die die ersten PWM-Signale U4, X4, V4, Y4, W4 und Z4 vom Mikrocomputer 31 erhält, schaltet die sechs Transistoren Ua, Xa, Va, Ya, Wa und Za, die die erste Wechselrichterschaltung 4 bilden, auf der Basis der Treibersignale U4, X4, V4, Y4, W4 und Z4 auf Durchlaß und Sperrung. Da, wie erwähnt, die Transistoren Ua, Xa, Va, Ya, Wa und Za der ersten Wechselrichterschaltung 4 Durchlaß- /Sperrung-gesteuert sind, wird die Ausgangs-Gleichspannung von der Stromrichterschaltung 2 in die dreiphasigen Wechselströme umgesetzt. Diese dreiphasigen Wechselströme werden an die Dreiphasenwicklungen a3, b3 und c3 des Asynchronmotors 30 angelegt [dargestellt bei (h) in Fig. 5], so daß der Asynchronmotor 30 läuft.
Um hierbei den Asynchronmotor 30 auf eine gegebene Drehzahl zu bringen, setzt der Mikrocomputer 31 die Grundwellen U, V und W auf gegebene Amplituden und gegebene Frequenzen, die der vorbestimmten Drehzahl des Asynchronmotors 30 entsprechen, wodurch die Schnittpunkte zwischen der Modulationswelle und den Grundwellen U, V und W und damit die oben genannten Zeiten Tu4, Tv4 Lnd Tw4 sich ändern. Hierbei werden die Impulsbreiten (An-/Aus-Zeitsteuerungen) der Steuersignale (PWM-Signale) U4, X4, V4, Y4, W4 und Z4 durch diese Änderungen verändert und vom Mikrocomputer 31 ausgegeben. Die von der ersten Wechselrichterschaltung 4 zu liefernden Dreiphasenströme für den Asynchronmotor 30 werden dann auf gegebene Spannungen und Frequenzen festgesetzt. Der Asynchronmotor 30 dreht sich mit einer gegebenen Drehzahl.
Im folgenden wird der Mikrocomputer beschrieben, der in der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung verwendet wird. Die gesamte Konstruktion der ersten Regelvorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt.
Fig. 6 ist ein spezifischer Block-Aufbauschaltplan einer signalerzeugenden Einrichtung im in Fig. 1 erkennbaren Mikrocomputer 25. Gemäß Fig. 6 hat der Mikrocom puter 25 eine erste Signalerzeugungseinrichtung 40, eine zweite Signalerzeugungseinrichtung 41 und eine dritte Signalerzeugungseinrichtung 42.
Die dritte Signalerzeugungseinrichtung 42 erzeugt das dritte PWM-Signal zum Steuern des Transistors 2a der Stromrichterschaltung 2. Die erste Signalerzeugungseinrichtung 40 erzeugt ein erstes Steuersignal zum Steuern der ersten Wechselrichterschaltung 4 und die zweite Signalerzeugungseinrichtung 41 erzeugt ein zweites Steuersignal zum Steuern der zweiten Wechselrichterschaltung 13. Das erste und das zweite Steuersignal sowie das dritte Signal, nämlich das PWM-Signal, sind Ausgangssignale des Mikrocomputers 25.
Im folgenden wird die dritte Signalerzeugungseinrichtung 42 beschrieben. Sie erzeugt das bei (a) in Fig. 7 gezeigte dritte PWM-Signal. Hierbei gibt der Mikrocomputer 25 eine Periode Tf3 und eine AN-Zeit Ton3 [die bei (a) in Fig. 7 gezeigt ist] des dritten PWM-Signals in einen internen Speicher 42a ein und stellt einen Zeitzähler 42b zurück und startet. Gleichzeitig legt der Mikrocomputer 25 das dritte PWM-Signal, das von einer Komparatoreinrichtung 42c abgegeben wird, auf den Pegel H (AN).
Die Komparatoreinrichtung 42c vergleicht einen Zählwert des Zeitzählers 42b mit dem Wert Ton3 im Speicher 42a. Stimmen die Werte überein, so wird ein Ausgangssignal, nämlich das dritte PWM-Signal, der Komparatoreinrichtung 42c auf den Pegel L (AUS) gestellt.
Wenn hierauf dann Tf3 im Speicher 42a mit dem Zählwert des Zeitzählers 42b übereinstimmt, wird der Zeitzähler 42b zurückgestellt und neu gestartet. Gleichzeitig wird das dritte PWM-Signal, das von der Komparatoreinrichtung 42c abgegeben wird, auf den Pegel H (AN) gesetzt. Für diese Zeitspanne wird der Wert von Ton3 im Speicher 42a neu vom Mikrocomputer 25 auf die AN-Zeit-Daten des nächsten Impulses geschrieben, so daß die Impulsbreite des abgegebenen dritten PWM-Signals sich ändert.
Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird das bei (a) in Fig. 7 gezeigt dritte PWM-Signal erzeugt und vom Mikrocomputer 25 abgegeben.
Erste Steuersignalerzeugungseinrichtungen 40e der ersten Signalerzeugungseinrichtung 40 und zweite Steuersignalerzeugungseinrichtungen 41e der zweiten Signalerzeugungseinrichtung 41 empfangen das erste bzw. das zweite Positionsdetektorsignal [das bei (b) bis (d) in Fig. 7 gezeigt ist] des ersten bürstenlosen Motors 3 bzw. des zweiten bürstenlosen Motors 12. Auf der Basis der Positionsdetektorsignale werden die Steuersignale U1, V1, W1, X1, Y1 und Z1 der ersten Wechselrichter schaltung 4 und die bei (e) bis (j) in Fig. 7 dargestellten Steuersignale U2, V2, W2, X2, Y2 und Z2 der zweiten Wechselrichterschaltung 13, die dem bedarfsgemäßen Auf- Durchlaß-Schalten der Transistoren Ua, Va, Wa, Xa, Ya, Za, Ub, Vb, Wb, Xb, Yb und Zb dienen, so erzeugt, daß sie den ersten bürstenlosen Motor 3 bzw. den zweiten bürstenlosen Motor 12 zur Drehung bringen.
In Speichern 40a und 41a, Zeitzählern 40b und 41b und Komparatoreinrichtungen 40c und 41c werden ein erstes PWM-Bezugssignal und ein zweites PWM- Bezugssignal [das bei (k) in Fig. 7 gezeigt ist] von gegebenem Taktverhältnis mit Frequenzen erzeugt, die höher sind als die Frequenz jedes der jeweiligen erzeugten Steuersignale. Hierbei werden die Perioden Tf1 und Tf2 [das bei (k) in Fig. 7 gezeigt ist] des ersten bzw. des zweiten PWM-Bezugssignals in die Speicher 40a und 41a gesetzt. Außerdem werden gegebene AN-Zeiten Ton1 und Ton2 des ersten bzw. des zweiten PWM-Bezugssignals in die Speicher 40a bzw. 41a gesetzt. Die Zeitzähler 40b und 41b werden zurückgestellt und gestartet und gleichzeitig werden das erste und das zweite PWM-Bezugssignal auf den Pegel H (AN) gesetzt.
In den Komparatoreinrichtungen 40c und 41c werden die Zählwerte der Zeitzähler 40b und 41b mit Werten der AN-Zeiten Ton1 bzw. Ton2 des ersten und zweiten PWM-Bezugssignals in den Speichern 40a bzw. 41a verglichen. Wenn sie übereinstimmen, wird das entsprechende PWM-Bezugssignal auf den Pegel L (AUS) gesetzt.
Hierauf werden die Zählwerte der Zeitzähler 40b und 41b mit den Werten der Perioden Tf1 und Tf2 des ersten bzw. des zweiten PWM-Bezugssignals in den Speichern 40a bzw. 41a verglichen. Wenn sie übereinstimmen, werden die Zeitzähler 40b und 41b zurückgestellt und neu gestartet. Gleichzeitig hiermit werden das erste und das zweite PWM-Bezugssignal auf den Pegel H (AN) gesetzt. Hierauf werden durch wiederholte Vorgänge gleich den beschriebenen das erste und das zweite PWM-Bezugssignal [das bei (k) in Fig. 7 gezeigt ist] erzeugt.
Den ersten und den zweiten PWM-Signalerzeugungseinrichtungen 40d und 41d werden die erzeugten Steuersignale und außerdem die erzeugten ersten und zweiten PWM-Bezugssignale eingegeben. Unter den eingehenden Steuersignalen werden die AN-Teile der Steuersignale U1, V1, W1, U2, V2 und W2 zum bedarfsgemäßen Durchschalten der Transistoren Ua, Va, Wa, Ub, Vb und Wb wenigstens einer Reihe, nämlich der oberen oder unteren Reihe, beim dargestellten Beispiel der oberen Reihe, der ersten und der zweiten Wechselrichterschaltungen 4 und 13 durch das erste und zweite PWM- Bezugssignal auf die PWM-Signale gesetzt.
In der ersten und der zweiten PWM-Signalerzeugungseinrichtung 40d und 41d werden die UND-oder ODER-Verknüpfungen zwischen den Steuersignaleii U1, V1, W1, U2, V2 und W2 als PWM-Signale und der ersten und der zweiten PWM-Elezugssignale erhalten, beim dargestellten Beispiel UND-Verknüpfungen. Im Fall der zweiten PWM- Signalerzeugungseinrichtung 41d werden, wie bei (e) bis (n) in Fig. 7 gezeigt ist, die zweiten Steuersignale U2, V2 und W2 auf das zweite PWM-Bezugssignal [das bei (k) in Fig. 7 gezeigt ist] nur dann gesetzt, wenn die Ausgangssignale den Pegel H haben.
Die AN-Teile der Steuersignale der oberen Reihe der ersten und der zweiten Wechselrichterschaltungen 4 und 13 werden also auf das erste bzw. zweite PWM- Bezugssignal gesetzt. Die ersten und die zweiten PWM-Signale U1, V1 und W1 sowie U2, V2 und W2, die bei (e) bis (n) in Fig. 7 gezeigt sind und bei denen die AN-Teile auf das erste bzw. zweite PWM-Bezugssignal gesetzt sind, und die weiteren ersten und zweiten Steuersignale X1, Y1 und Z1 sowie X2, Y2 und Z2, die bei (o) bis (q) in Fig. 7 gezeigt sind, werden also von der ersten PWM-Signalerzeugungseinrichtung 40d bzw. von der zweiten PWM-Signalerzeugungseinrichtung 41d erzeugt. Die erzeugten zwölf ersten und zweiten Ausgangssteuersignale werden vom Mikrocomputer 25 abgegeben.
Die erste und die zweite Steuersignalerzeugungseinrichtung 40e und 41e erzeugen die Steuersignale für die erste und die zweite PWM-Signalerzeugungseinrichtung 40d bzw. 41d auf der Basis des ersten Positionsdetektorsignals bzw. des zweiten Positionsdetektorsignals.
Der Mikrocomputer 25 verändert nach Bedarf die AN-Zeiten Ton1 und Ton2 des ersten und des zweiten PWM-Bezugssignals, die in die Speicher 40a und 41a gesetzt werden, wodurch der erste bürstenlose Motor 3 und der zweite bürstenlose Motor 12 jeweils auf gegebene Drehzahlen umdrehungsgeregelt werden.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden die Perioden Tf1, Tf2 und Tf3 des ersten bis dritten PWM-Signals einzeln festgesetzt. Jedoch können auch zwei oder drei dieser Perioden auf einen gemeinsamen Wert festgesetzt werden. In diesem Fall können die Speicher, Zeitzähler und Komparatoreinrichtungen ebenfalls gemeinsam konstruiert sein.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für den Fall, daß die oben beschriebenen drei Perioden gemeinsam festgesetzt werden. Wie sich aus Fig. 8 offensichtlich ergibt, umfaßt die erste, zweite und dritte Signalerzeugungseinrichtung 50 des Mikrocomputers 25 folgende Teile: einen Speicher 50a zum Setzen der Periode Tf des PWM-Signals, der AN-ZIeit Ton1 des ersten PWM-Signals, der AN-Zeit Ton2 des zweiten PWM-Signals und der AN-Zeit Ton3 des dritten PWM-Signals; einen Zeitzähler 50b; eine Komparatoreinrichtung 50c; erste und zweite PWM-Signalerzeugungseinrichtungen 50d und 50e; und erste und zweite Steuersignalerzeugungseinrichtungen 50f und 50g.
Hierbei entsprechen der Speicher 50a dem in Fig. 6 gezeigten Speicher, der Zeitzähler 50b dem in Fig. 6 gezeigten Zeitzähler, die Komparatoreinrichtung 50c der in Fig. 6 gezeigten Komparatoreinrichtung, die erste und die zweite PWM-Signalerzeugungseinrichtungen 50d und 50e der ersten bzw. der zweiten PWM-Signalerzeugungseinrichtung gemäß Fig. 6 und die erste und zweite Steuersignalerzeugungseinrichtung 50f und 50g der ersten bzw. zweiten Steuersignalerzeugungseinrichtung gemäß Fig. 6. Da auch die Betriebsvorgänge der Signalerzeugungseinrichtungen bei diesem Aufbau den oben beschriebenen gleichen, wird ihre Beschreibung hier weggelassen.
Fig. 9 ist ein schematischer Blockschaltplan, der den Aufbau Einer Signalerzeugungseinrichtung im Mikrocomputer 31 gemäß Fig. 4 zeigt. Bei diesem Beispiel ist eine erste Signalerzeugungseinrichtung 60 vorhanden, die den Asynchronmotor 30 für den in Fig. 4 angedeuteten Kompressor 33 steuert. Die Perioden des zweiten und des dritten PWM-Signals sind auf den gleichen Wert gesetzt. Zweite und dritte Signalerzeugungseinrichtungen 61 zum Erzeugen des zweiten und des dritten PWM-Signals sind vereinigt. Die zweite und dritte Signalerzeugungseinrichtung 61 hat eine Konstruktion gleich der der ersten, der zweiten und der dritten Signalerzeugungseinrichtung gemäß Fig. 8.
Die gesamte Konstruktion dieser zweiten Regelvorrichtung für die Klimaanlage ist im schematischen Blockschaltplan von Fig. 4 dargestellt. Die Vorgänge sind in den Zeittafeln von Fig. 5 dargestellt.
Es wird zuerst die erste Signalerzeugungseinrichtung 60 des Mikrocomputers 31 beschrieben. In der Halbperiode Tf4 der Modulationswelle werden Schnittpunkte zwischen der Modulationswelle und den Grundwellen U, V und W erhalten [Bezugnahme auf (a) in Fig. 5] und man erhält die Zeiten Tu4, Tv4 und Tw4 bis zu diesen Schnittpunkten [Bezugnahme auf (b), (d) und (f) in Fig. 5].
Der Mikrocomputer 31 setzt die Halbperiode Tf4 der Modulationswelle in den Speicher 60a und setzt in diesen Speicher 60a außerdem die erhaltenen Werte Tu4, Tv4 und Tw4.
Ein Zeitzähler 60b wird zurückgestellt und gestartet. Gleichzeitig werden drei Signale Uv, V4 und W4 [Bezugnahme auf (b), (d) und (f) in Fig. 5], die von einer Komparatoreinrichtung 60c abgegeben werden, auf den Pegel L gesetzt.
Die Komparatoreinrichtung 60c vergleicht einen Zählwert des Zeitzählers 60b mit den Werten Tu4, Tv4 bzw. Tw4 im Speicher 60a. Wenn sie übereinstimmen, wird jedes Ausgangssignal invertiert. Stimmt der Zählwert des Zeitzählers 60b mit dem Wert im Speicher 60a als Halbperiode Tf4 der Modulationswelle überein, so setzt die Komparatoreinrichtung 60c den Zeitzähler 60b zurück. Für diese Zeitspanne werden im Mikrocomputer 31 die Schnittpunkte zwischen der Modulationswelle in deren nächster Halbperiode und den Grundwellen U, V und W ermittelt. Aus diesen Schnittpunkten werden die neuen Werte Tu4, Tv4 und Tw4 erhalten und wiederum in den Speicher 60a gesetzt, und zwar gleichzeitig mit der Rückstellung des Zeitzählers 60b. Dieser Zeitzähler EiOb wird neu gestartet.
Durch Wiederholung dieser Vorgänge werden die in Fig. 5 gezeigten PWM- Signale U4, V4 und W4 von der Komparatoreinrichtung 60c abgegeben.
Die genannten drei PWM-Signale U4, V4 und W4 werden jeweils durch eine Inversionseinrichtung 60d, 60e bzw. 60f invertiert und werden zu den PWM-Signalen X4, Y4 und Z4, die bei (c), (e) und (g) in Fig. 5 gezeigt sind. Die invertierten Signale X4, Y4 und Z4 und die nicht-invertierten Signale U4, V4 und W4 werden einer Totzeiterzeugungseinrichtung 60g eingegeben. Diese ist eine Verzögerungseinrichtung. Um zu verhindern, daß die beiden Transistoren (Ua und Xa; Va und Ya; Wa und Za) der selben Phase der ersten Wechselrichterschaltung 4 gleichzeitig auf Durchlaß geschaltet werden und die Stromquelle kurzgeschlossen wird, werden beispielsweise die ansteigenden Flanken der eingegebenen Signale U4, V4, W4, X4, Y4 und Z4 um eine gegebene Zeitspanne verzögert, wodurch verhindert wird, daß die beiden Transistoren gleicher Phase gleichzeitig auf den Pegel H (AN) gesetzt werden.
Wie beschrieben, werden die sechs PWM-Signale U4, V4, W4, X4, Y4 und Z4 als erste Steuersignale von der ersten Signalerzeugungseinrichtung 60 erzeugt und vom Mikrocomputer 31 abgegeben.
Gleichzeitig verändert der Mikrocomputer 31, um dem Asynchronmotor 30 eine gegebene Drehzahl zu erteilen, die Grundwellen U, V und W auf gegebene Amplituden und gegebene Frequenzen in Übereinstimmung mit der Solldrehzahl, wodurch die Schnittpunkte zwischen der Modulationswelle und den Grundwellen verändert werden. Es werden also die Werte Tu4, Tv4 und Tw4, die in den Speicher 60a gesetzt sind, verändert, weiterhin die Impulsbreiten (An-/Aus-Zeitsteuerung) der sechs PWM-Signale verändert und abgegeben und die Drehzahl des Asynchronmotors 30 verändert, wodurch der Asynchronmotor auf die gegebene Drehzahl gebracht wird. Die Halbperiode Tf4 der Modulationswelle, die in den Speicher 60a gesetzt ist, kann ebenfalls nach Bedarf geändert werden.
Da die zweite und dritte Signalerzeugungseinrichtung 61 bereits unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben wurde, kann die Beschreibung ihrer Arbeitsweise hier weggelassen werden. In diesem Fall, in Fig. 9, entspricht der Speicher 61a dem in Fig. 8 gezeigten Speicher 50a, der Zeitzähler 61b dem in Fig. 8 gezeigten Zeitzähler 50b, die Komparatoreinrichtung 61c der in Fig. 8 gezeigten Komparatoreinrichtung 5%, die zweite PWM-Signalerzeugungseinrichtung 61d der in Fig. 8 gezeigten zweiten PWM-Signalerzeugungseinrichtung 50e und die zweite Steuersignalerzeugungseinrichtung 61e der in Fig. 8 gezeigten zweiten Steuersignalerzeugungseinrichtung 50g.

Claims

1. Verfahren zum Regeln von Motoren (3, 12, 30), die dem Antrieb eines Kompressors (33) und eines Gebläses (34) dienen, einer Klimaanlage, die weiterhin umfaßt: einen Stromrichter (2) zum Umsetzen eines Wechselstroms (1) in einen Gleichstrom, wobei der Stromrichter wenigstens durch Schalteinrichtungen (2a) gesteuert wird, eine Mehrzahl von Wechselrichtern (4, 13) zum Umsetzen des durch die Umsetzung erzeugten Gleichstroms in Wechselströme und zum Liefern dieser Wechselströme an die Motoren, und einen Mikrocomputer (25, 31) zum Steuern wenigstens des Kompressors und des Gebläses der Klimaanlage, wobei die Wechselrichter parallel an den Gleichstromausgang des Stromrichters angeschlossen sind;

wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß vom Mikrocomputer abgegeben werden:

ein Steuersignal zum Steuern der Schalteinrichtungen (2a) in Übereinstimmung mit wenigstens dem Eingangswechselstrom und der Ausgangsgleichspannung des Stromrichters (2) so, daß der von der Wechselstromquelle (1) an den Stromrichter gelieferte Strom in Phase mit der Spannung der Wechselstromquelle ist; und

Steuersignale zum Steuern der Wechselrichter (4, 13).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Signale getaktete An-/Aus-Signale mit variablem Tastverhältnis sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Signale Pulsbreitmodulationssignale (PWM-Signale) (Fig. 2(f), Fig. 3(g)-(i)) sind.

4. Vorrichtung zur Regelung von Motoren (3, 12, 30), die zum Antreiben eines Kompressors (33) und eines Gebläses (34) dienen, einer Klimaanlage, wobei die Vorrichtung umfaßt: einen Stromrichter (2) zum Umsetzen eines Wechselstroms (1) in einen Gleichstrom, wobei der Stromrichter wenigstens durch Schalteinrichtungen (2a) gesteuert ist, eine Mehrzahl von Wechselrichtern (4, 13) zum Umsetzen des durch die Umsetzung entstandenen Gleichstroms in Wechselströme und zum Liefern dieser Wechselströme an die Motoren, und einen Mikrocomputer (25, 31) zum Steuern wenigstens des Kompressors und des Gebläses der Klimaanlage, wobei die Wechselrichter parallel an den Gleichstromausgang des Stromrichters angeschlossen sind; wobei der Mikrocomputer abgibt:

Steuersignale zum Steuern der Wechselrichter (4, 13).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin die Motoren zum Antreiben des Kompressors und des Gebläses umfaßt, die bürstenlose Motoren sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter- Steuereinrichtungen (25, 26, 27) die Steuersignale zum Steuern der Wechselrichter (4, 12) vom Mikrocomputer (31) auf der Basis von Positionsdetektorsignalen (Fig. 3 (d)-(f), Fig. 7 (b)-(d)) der Rotoren der bürstenlosen Motoren (3, 12) abgeben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den Motoren zum Antreiben des Kompressors (33) und des Gebläses (34) wenigstens einer der Motoren ein Asynchronmotor (30) und die anderen Motoren bürstenlose Motoren sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichter- Steuereinrichtungen (26, 27, 31) die Steuersignale zum Steuern der Wechselrichter (12) zum Liefern von Wechselströmen an die bürstenlosen Motoren (12) vom Mikrocomputer (31) auf der Basis von Positionsdetektorsignalen der Rotoren der bürstenlosen Motoren (12) abgeben und ein Steuersignal (Fig. 5 (b)-(g)) zum Steuern des Wechselrichters (4) zum Liefern des Wechselstroms (Fig. 5 (h)) an den Asynchronmotor (30) abgeben.