JP2016077150A - Inverter apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解コンデンサにより平滑された直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ装置に関し、特に低温環境下においても電解コンデンサを使用可能にしようとするインバータ装置に係るものである。 The present invention relates to an inverter device that generates an AC voltage from a DC voltage smoothed by an electrolytic capacitor to drive an electric motor, and particularly relates to an inverter device that is intended to be able to use an electrolytic capacitor even in a low temperature environment.
従来のこの種のインバータ装置は、インバータ回路の上相側の3つのスイッチング素子と下相側の3つのスイッチング素子とを選択的に駆動することにより、直流電圧からU,V,Wの3相電圧を生成して電動機を駆動するもので、インバータ回路の電源の直流電圧を平滑する平滑コンデンサが備えられている(例えば、特許文献1参照)。この場合、平滑コンデンサとしては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ等が使用される。 This type of conventional inverter device selectively drives the three switching elements on the upper phase side and the three switching elements on the lower phase side of the inverter circuit, so that three phases of U, V, and W are generated from the DC voltage. A motor that drives a motor by generating voltage is provided with a smoothing capacitor that smoothes a DC voltage of a power source of an inverter circuit (see, for example, Patent Document 1). In this case, an electrolytic capacitor, a film capacitor, or the like is used as the smoothing capacitor.
しかし、このような従来のインバータ装置において、特に車載用インバータ装置は、低温環境下で使用される場合があり、このような環境下で電解コンデンサを使用したときには、電解コンデンサの等価直列抵抗が上昇してリップル電圧が大きくなり、スイッチング素子や電解コンデンサにかかる電圧がその耐圧を超えたり、逆電圧となったりして電動機としての例えば電動圧縮機等を運転することができないことがあった。 However, in such a conventional inverter device, in particular, the in-vehicle inverter device may be used in a low temperature environment, and when an electrolytic capacitor is used in such an environment, the equivalent series resistance of the electrolytic capacitor increases. As a result, the ripple voltage increases, and the voltage applied to the switching element and the electrolytic capacitor exceeds the withstand voltage or becomes a reverse voltage, so that an electric compressor, for example, as an electric motor cannot be operated.
したがって、低温環境下で使用するインバータ装置においては、平滑コンデンサとして等価直列抵抗が非常に小さい大型のフィルムコンデンサを使用せざるを得なかった。しかし、大型のフィルムコンデンサは高価であり、インバータ装置が大型化し製造コストが高くなるという問題がある。 Therefore, in an inverter device used in a low temperature environment, a large film capacitor having an extremely small equivalent series resistance has to be used as a smoothing capacitor. However, large film capacitors are expensive, and there is a problem that the inverter device becomes large and the manufacturing cost increases.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、低温環境下においても電解コンデンサを使用し得るようにしたインバータ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an inverter device that can cope with such problems and can use an electrolytic capacitor even in a low temperature environment.
上記目的を達成するために、本発明によるインバータ装置は、整流電圧を直流電圧に平滑する電解コンデンサと、前記電解コンデンサにより平滑にされた前記直流電圧が供給されるように設けられ、前記直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御手段と、前記電解コンデンサの温度を検出して前記制御手段に出力する温度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段で取得した前記温度が予め定められた目標温度よりも低いとき、前記電動機の通常運転開始前に、前記整流電圧を平滑化する際に発生する前記直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流を前記電動機に通電し、前記電解コンデンサの温度を前記目標温度まで昇温させるものである。 In order to achieve the above object, an inverter device according to the present invention is provided with an electrolytic capacitor that smoothes a rectified voltage into a DC voltage, and the DC voltage that is smoothed by the electrolytic capacitor. An inverter circuit that generates an AC voltage from the motor to drive the motor, a control unit that controls driving of a plurality of switching elements included in the inverter circuit, and a temperature detector that detects the temperature of the electrolytic capacitor and outputs the detected temperature to the control unit And when the temperature acquired by the temperature detection unit is lower than a predetermined target temperature, the control unit smoothes the rectified voltage before starting the normal operation of the electric motor. A current limited so that a ripple voltage of the generated DC voltage is within an allowable value is applied to the motor, and the temperature of the electrolytic capacitor is set. Until serial target temperature is intended to warm.
本発明によれば、低温環境下において、電動機の通常運転開始前に、電動機に通電して、電解コンデンサの温度を電動機の通常運転開始可能温度まで昇温させる暖機モードを実施しているので、大きなリップル電圧によりスイッチング素子や電解コンデンサにその耐圧を超える電圧がかかり、これらの素子を破壊するという事故の発生を未然に防止することができる。したがって、低温環境下においても安価で小型の電解コンデンサを使用することができ、インバータ装置の小型化を図ることができると共に製造コストを低減することができる。この場合、インバータ回路の電源電圧である直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流を電動機に通電して暖機モードを実施しているので、暖機モード実施中においてもスイッチング素子や電解コンデンサの破壊を未然に防止することができる。 According to the present invention, in the low temperature environment, before starting the normal operation of the electric motor, the warm-up mode is implemented in which the electric motor is energized and the temperature of the electrolytic capacitor is increased to the temperature at which the normal operation of the electric motor can be started. A large ripple voltage causes a voltage exceeding the breakdown voltage to be applied to the switching element and the electrolytic capacitor, and it is possible to prevent the occurrence of an accident that destroys these elements. Therefore, an inexpensive and small electrolytic capacitor can be used even in a low temperature environment, and the inverter device can be miniaturized and the manufacturing cost can be reduced. In this case, since the warm-up mode is implemented by energizing the motor with a current that is limited so that the ripple voltage of the DC voltage that is the power supply voltage of the inverter circuit is within the allowable value, switching is also performed during the warm-up mode. It is possible to prevent destruction of the element and the electrolytic capacitor.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明によるインバータ装置の第1の実施形態の概略構成を示す回路図である。このインバータ装置は、電解コンデンサにより平滑された直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するもので、電解コンデンサ1と、インバータ回路2と、制御手段3と、温度検出手段4と、を備えて構成されている。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an inverter device according to the present invention. This inverter device drives an electric motor by generating an AC voltage from a DC voltage smoothed by an electrolytic capacitor, and includes an electrolytic capacitor 1, an inverter circuit 2, a control means 3, and a temperature detection means 4. Configured.
上記電解コンデンサ1は、整流電圧を直流電圧に平滑するもので、大容量のアルミ電解コンデンサである。このようなアルミ電解コンデンサは、小型で且つ安価であるが、電解液の抵抗分、電解紙の抵抗分等があるため一般に等価直列抵抗Raが大きく、また低温環境下ではより大きくなるという特徴を有する。 The electrolytic capacitor 1 smoothes the rectified voltage into a DC voltage, and is a large capacity aluminum electrolytic capacitor. Such an aluminum electrolytic capacitor is small and inexpensive, but generally has a large equivalent series resistance Ra due to the resistance of the electrolytic solution, the resistance of the electrolytic paper, and the like, and becomes larger in a low temperature environment. Have.
上記電解コンデンサ1により平滑にされた直流電圧が電源電圧として供給されるようにインバータ回路2が設けられている。このインバータ回路2は、直流電圧から3相電圧Vu,Vv,Vwを生成して電動機としての3相ブラシレスモータ(以下、単に「モータ」という)5に供給するものであり、例えば、上相側の3つのスイッチング素子(IGBT)6u,6v,6wと下相側の3つのスイッチング素子(IGBT)7u,7v,7wとを備えて構成されている。 An inverter circuit 2 is provided so that a DC voltage smoothed by the electrolytic capacitor 1 is supplied as a power supply voltage. This inverter circuit 2 generates a three-phase voltage Vu, Vv, Vw from a DC voltage and supplies it to a three-phase brushless motor (hereinafter simply referred to as “motor”) 5 as an electric motor. The three switching elements (IGBT) 6u, 6v, 6w and three switching elements (IGBT) 7u, 7v, 7w on the lower phase side are configured.
上記インバータ回路2に接続して制御手段3が設けられている。この制御手段3は、インバータ回路2の6つのスイッチング素子6u〜6w,7u〜7wのオン・オフ駆動を制御してモータ5を適切に運転させるものであり、電解コンデンサ1の温度が予め定められた目標温度よりも低いとき、モータ5の通常運転開始前に、インバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wをオン・オフ駆動するパルス幅変調(以下「PWM」という)信号のデューティー比を制御することにより、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流をモータ5に通電し、電解コンデンサ1の等価直列抵抗Raに発生するジュール熱により電解コンデンサ1の温度を上記目標温度まで昇温させる暖機モードを実施することができるようになっている。 A control means 3 is provided in connection with the inverter circuit 2. This control means 3 controls the on / off drive of the six switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 so as to operate the motor 5 appropriately, and the temperature of the electrolytic capacitor 1 is predetermined. When the temperature is lower than the target temperature, before starting the normal operation of the motor 5, the duty of the pulse width modulation (hereinafter referred to as "PWM") signal for driving the switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 on and off By controlling the ratio, a current that is limited so that the ripple voltage of the DC voltage is within an allowable value is supplied to the motor 5, and the temperature of the electrolytic capacitor 1 is adjusted by Joule heat generated in the equivalent series resistance Ra of the electrolytic capacitor 1. A warm-up mode for raising the temperature to the target temperature can be performed.
図2は、制御手段3における上記暖機モードの制御回路を示すブロック図である。同図に示すように、暖機モードの制御回路は、インバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられた図示省略のシャント抵抗、又はインバータ回路2のアースライン上に設けられた図示省略のシャント抵抗を流れる電流に基づいてモータ5の通電電流を検出する電流検出部8と、電流検出部8により検出された電流値と直流電圧のリップル電圧を許容値内に抑え得る一定の設定電流値(以下「暖機モード用電流値」という)とを比較する比較器9と、通電電流値と暖機モード用電流値との差分を補正し得るようにPWM信号のデューティー比を計算するPWMデューティー比計算部10と、を備えている。 FIG. 2 is a block diagram showing a control circuit for the warm-up mode in the control means 3. As shown in the figure, the warm-up mode control circuit is connected to the emitters of the lower-phase switching elements 7u to 7w of the inverter circuit 2 and is connected to the shunt resistor (not shown) or on the ground line of the inverter circuit 2. The current detection unit 8 detects the energization current of the motor 5 based on the current flowing through a shunt resistor (not shown) provided in the circuit, and the current value detected by the current detection unit 8 and the ripple voltage of the DC voltage are within an allowable value. A comparator 9 that compares a constant set current value that can be suppressed (hereinafter referred to as “warm-up mode current value”) and a PWM signal so that the difference between the energization current value and the warm-up mode current value can be corrected. And a PWM duty ratio calculation unit 10 for calculating the duty ratio.
このように構成された制御手段3は、電解コンデンサ1の温度が目標温度より低いとき、モータ5の起動前に、暖機モードを実行する。即ち、インバータ回路2の上相側3つのスイッチング素子6u〜6wのうち、例えばスイッチング素子6uを選択してオン駆動し、残りのスイッチング素子6v,6wを選択してオフ駆動すると共に、下相側3つのスイッチング素子7u〜7wのうち、スイッチング素子7v,7wを選択してオン駆動し、残りのスイッチング素子7uを選択してオフ駆動する。同時に、電流検出部8でモータ5の通電電流を検出し、該検出電流値と上記暖機モード用電流値とを比較器9で比較し、その差分を補正し得るようにPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比を計算する。こうして、算出されたデューティー比のPWM信号により上記スイッチング素子6u,7v,7wをオン駆動して前記モータ5に通電する。これにより、モータ5には、インバータ回路2を介して直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が流れる。一方、モータ5への通電中に、電解コンデンサ1は、その等価直列抵抗Raに発生するジュール熱により昇温される。 The control means 3 configured as described above executes the warm-up mode before starting the motor 5 when the temperature of the electrolytic capacitor 1 is lower than the target temperature. That is, among the three switching elements 6u to 6w on the upper phase side of the inverter circuit 2, for example, the switching element 6u is selected and turned on, the remaining switching elements 6v and 6w are selected and driven off, and the lower phase side Among the three switching elements 7u to 7w, the switching elements 7v and 7w are selected and turned on, and the remaining switching elements 7u are selected and driven off. At the same time, the current detection unit 8 detects the energization current of the motor 5, compares the detected current value with the warm-up mode current value by the comparator 9, and the PWM duty ratio calculation unit so that the difference can be corrected. 10 calculates the duty ratio of the PWM signal. Thus, the switching elements 6u, 7v, and 7w are turned on by the PWM signal having the calculated duty ratio to energize the motor 5. As a result, a current limited to the ripple voltage of the DC voltage within the allowable value flows through the inverter circuit 2 through the motor 5. On the other hand, during energization of the motor 5, the electrolytic capacitor 1 is heated by Joule heat generated in its equivalent series resistance Ra.
上記電解コンデンサ1の近傍には、温度検出手段4が設けられている。この温度検出手段4は、電解コンデンサ1の周辺温度を検出して制御手段3に出力するもので、例えば熱電対や抵抗センサー等の各種温度センサーである。なお、電解コンデンサ1がインバータ回路2と同一の基板上に実装されている場合、又は同一の空間に収容されている場合には、温度検出手段4は、発熱の最も大きいインバータ回路2のスイッチング素子近傍の温度を検出するように設け、この温度により電解コンデンサ1の温度を推定してもよいが、以下の説明においては、温度検出手段4が電解コンデンサ1の周辺温度を検出し、これを電解コンデンサ1の温度として推定する場合について述べる。 In the vicinity of the electrolytic capacitor 1, temperature detecting means 4 is provided. This temperature detection means 4 detects the ambient temperature of the electrolytic capacitor 1 and outputs it to the control means 3, and is, for example, various temperature sensors such as a thermocouple or a resistance sensor. When the electrolytic capacitor 1 is mounted on the same substrate as the inverter circuit 2 or is accommodated in the same space, the temperature detecting means 4 is the switching element of the inverter circuit 2 that generates the largest amount of heat. The temperature of the electrolytic capacitor 1 may be estimated by detecting the temperature in the vicinity. However, in the following description, the temperature detecting means 4 detects the ambient temperature of the electrolytic capacitor 1 and electrolyzes it. A case where the temperature of the capacitor 1 is estimated will be described.
次に、このように構成された第1の実施形態の暖機モードの動作について、図3のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップS1においては、運転スイッチが投入(運転指令)されると、電源電圧がインバータ装置に供給されてインバータ装置の制御手段3が起動される。
Next, the operation in the warm-up mode of the first embodiment configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S1, when the operation switch is turned on (operation command), the power supply voltage is supplied to the inverter device and the control means 3 of the inverter device is activated.
次に、ステップS2においては、温度検出手段4により電解コンデンサ1周辺の温度が検出され、その検出出力が制御手段3に送られる。制御手段3の図示省略の判定部では、温度検出手段4で取得した上記検出温度を電解コンデンサ1の温度と推定し、図示省略のメモリに予め設定して保存された、暖機モードの運転を実施するか否かを判定するための目標温度と比較する。ここで、上記検出温度が上記目標温度よりも低いときには、ステップS2は“YES”判定となって、ステップS3に進む。 Next, in step S <b> 2, the temperature around the electrolytic capacitor 1 is detected by the temperature detector 4, and the detected output is sent to the controller 3. The determination unit (not shown) of the control means 3 estimates the detected temperature acquired by the temperature detection means 4 as the temperature of the electrolytic capacitor 1, and performs the operation in the warm-up mode that is preset and stored in a memory (not shown). It compares with the target temperature for determining whether to implement or not. If the detected temperature is lower than the target temperature, step S2 is “YES” and the process proceeds to step S3.
ステップS3においては、予め設定して上記メモリに保存された暖機モード用電流値に基づいて制御手段3のPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比が計算され、算出されたデューティー比のPWM信号によりインバータ回路2の上相側の例えばスイッチング素子6uがオン駆動される一方、下相側の例えばスイッチング素子7v,7wがオン駆動される。これにより、図4に太い実線で示すように、インバータ回路2及びモータ5には、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が流れて暖機モードの運転が実施される。この場合、インバータ回路2のオン駆動されるスイッチング素子は、上相側の例えばスイッチング素子6uと、下相側の例えばスイッチング素子7v,7wに固定されているため、モータ5は停止したままである。このようにして、上記制限された電流がモータ5へ通電されている間、電解コンデンサ1は、その等価直列抵抗Raに発生するジュール熱により温められて昇温する。なお、モータ5の通電電流は、インバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗、又はインバータ回路2のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流に基づいて電流検出部8で検出され、この検出電流を比較器9で上記暖機モード用電流値と比較してその差分を補正し得るようにPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比を計算するようになっているので、暖機モードの実施中は、モータ5に直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が常時流れることになる。この場合、上記暖機モード用電流値は、電解コンデンサ1の温度に相関して変化するものであってもよい。 In step S3, the PWM duty ratio calculation unit 10 of the control means 3 calculates the duty ratio of the PWM signal based on the warm-up mode current value set in advance and stored in the memory, and the calculated duty ratio is calculated. For example, the switching element 6u on the upper phase side of the inverter circuit 2 is turned on by the PWM signal, while the switching elements 7v and 7w on the lower phase side are turned on. As a result, as shown by a thick solid line in FIG. 4, the inverter circuit 2 and the motor 5 are supplied with a current limited so that the ripple voltage of the DC voltage is within the allowable value, and the operation in the warm-up mode is performed. The In this case, since the switching element to be turned on of the inverter circuit 2 is fixed to, for example, the switching element 6u on the upper phase side and the switching elements 7v and 7w on the lower phase side, for example, the motor 5 remains stopped. . In this way, while the limited current is applied to the motor 5, the electrolytic capacitor 1 is warmed by Joule heat generated in its equivalent series resistance Ra and raised in temperature. The energizing current of the motor 5 is a current flowing through a shunt resistor provided in connection with the emitters of the lower-phase switching elements 7u to 7w of the inverter circuit 2 or a shunt resistor provided on the ground line of the inverter circuit 2. Is detected by the current detector 8, and the PWM duty ratio calculator 10 compares the detected current with the warm-up mode current value by the comparator 9 and corrects the difference. Therefore, during the warm-up mode, a current that is limited so that the ripple voltage of the DC voltage is within the allowable value flows through the motor 5 at all times. In this case, the warm-up mode current value may change in correlation with the temperature of the electrolytic capacitor 1.
続いて、ステップS2に戻って、温度検出手段4による検出温度が目標温度よりも低いか否かが制御手段3の判定部で再度判定される。こうして、ステップS2において、上記検出温度が目標温度に達するまで、即ちステップS2において“NO”判定となるまで、ステップS2とステップS3とが繰り返し実行される。 Subsequently, returning to step S2, whether or not the temperature detected by the temperature detecting unit 4 is lower than the target temperature is determined again by the determining unit of the control unit 3. Thus, step S2 and step S3 are repeatedly executed until the detected temperature reaches the target temperature in step S2, that is, until “NO” is determined in step S2.
そして、上記検出温度が目標温度に達して、ステップS2が“NO”判定となると、ステップS4に進み、インバータ回路2の複数のスイッチング素子6u〜6w,7u〜7wが所定の手順に従って順次オン・オフ駆動され、モータ5が起動される。その結果、モータ5は通常運転を行う。 When the detected temperature reaches the target temperature and step S2 is “NO”, the process proceeds to step S4, where the plurality of switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are sequentially turned on / off according to a predetermined procedure. The motor 5 is started by being turned off. As a result, the motor 5 performs normal operation.
図5は、第1の実施形態の暖機モードの別の動作を示すフローチャートである。以下、図5を参照して説明する。
先ず、ステップS10においては、運転スイッチが投入(運転指令)されると、電源電圧がインバータ装置に供給されてインバータ装置の制御手段3が起動される。
FIG. 5 is a flowchart showing another operation in the warm-up mode of the first embodiment. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
First, in step S10, when the operation switch is turned on (operation command), the power supply voltage is supplied to the inverter device, and the control means 3 of the inverter device is activated.
次に、ステップS11においては、温度検出手段4により電解コンデンサ1周辺の温度が検出され、その検出出力が制御手段3に送られる。制御手段3の判定部では、温度検出手段4で取得した上記検出温度を電解コンデンサ1の温度と推定し、メモリに予め設定して保存された、暖機モードの運転を実施するか否かを判定するための目標温度と比較する。ここで、上記検出温度が上記目標温度よりも低いときには、ステップS11は“YES”判定となって、ステップS12に進む。 Next, in step S <b> 11, the temperature around the electrolytic capacitor 1 is detected by the temperature detector 4, and the detected output is sent to the controller 3. In the determination part of the control means 3, the detected temperature acquired by the temperature detection means 4 is estimated as the temperature of the electrolytic capacitor 1, and it is determined whether or not to perform the warm-up mode operation stored in advance in the memory. Compare with target temperature for judgment. Here, when the detected temperature is lower than the target temperature, the determination in step S11 is “YES”, and the process proceeds to step S12.
ステップS12においては、予め設定して上記メモリに保存された暖機モード用電流値に基づいて制御手段3のPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比が計算され、算出されたデューティー比のPWM信号により、インバータ回路2の上相側の例えばスイッチング素子6uがオン駆動される一方、下相側の例えばスイッチング素子7v,7wがオン駆動される。これにより、図4に太い実線で示すように、インバータ回路2及びモータ5には、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流が流れて暖機モードの運転が実施される。この場合、インバータ回路2のオン駆動されるスイッチング素子は、上相側の例えばスイッチング素子6uと、下相側の例えばスイッチング素子7v,7wに固定されているため、モータ5は停止したままである。このようにして、上記制限された電流がモータ5へ通電されている間、電解コンデンサ1は、その等価直列抵抗Raに発生するジュール熱により温められて昇温する。 In step S12, the PWM duty ratio calculation unit 10 of the control means 3 calculates the duty ratio of the PWM signal based on the warm-up mode current value set in advance and stored in the memory, and the calculated duty ratio is calculated. For example, the switching element 6u on the upper phase side of the inverter circuit 2 is turned on by the PWM signal, while the switching elements 7v and 7w on the lower phase side are turned on. As a result, as shown by a thick solid line in FIG. 4, the inverter circuit 2 and the motor 5 are supplied with a current limited so that the ripple voltage of the DC voltage is within the allowable value, and the operation in the warm-up mode is performed. The In this case, since the switching element to be turned on of the inverter circuit 2 is fixed to, for example, the switching element 6u on the upper phase side and the switching elements 7v and 7w on the lower phase side, for example, the motor 5 remains stopped. . In this way, while the limited current is applied to the motor 5, the electrolytic capacitor 1 is warmed by Joule heat generated in its equivalent series resistance Ra and raised in temperature.
ステップS13においては、タイマーにより経過時間が計時され、予め設定してメモリに保存された一定時間が経過すると、ステップS14に進む。なお、電解コンデンサ1の温度及び等価直列抵抗Raと通電時間とは、例えば図6に示す関係にある。即ち、通電時間の経過に伴って、電解コンデンサ1の温度は上昇し、等価直列抵抗Raは低下する。そして、共に、時間tが経過すると一定値となることが分かっている。したがって、図5に示す制御例においては、上記暖機モード用電流値の電流をモータ5に通電してから、電解コンデンサ1の温度及び等価直列抵抗Raが一定となる経過時間tを予め実験により求め、該経過時間tを上記メモリに保存しておく。 In step S13, the elapsed time is counted by the timer, and when a predetermined time set in advance and stored in the memory has elapsed, the process proceeds to step S14. Note that the temperature and equivalent series resistance Ra of the electrolytic capacitor 1 and the energization time have a relationship shown in FIG. 6, for example. That is, as the energization time elapses, the temperature of the electrolytic capacitor 1 increases and the equivalent series resistance Ra decreases. In both cases, it is known that when the time t elapses, the value becomes constant. Therefore, in the control example shown in FIG. 5, the temperature of the electrolytic capacitor 1 and the elapsed time t at which the equivalent series resistance Ra is constant after the current of the current value for the warm-up mode is supplied to the motor 5 are previously experimentally determined. Then, the elapsed time t is stored in the memory.
ステップS13において、一定時間が経過して電解コンデンサ1の温度が目標温度まで上昇するとステップS14に進み、インバータ回路2の6つのスイッチング素子6u〜6w,7u〜7wが所定の手順に従って順次オン・オフ駆動され、モータ5が起動される。その結果、モータ5は通常運転を行う。 In step S13, when a certain time has elapsed and the temperature of the electrolytic capacitor 1 rises to the target temperature, the process proceeds to step S14, and the six switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are sequentially turned on / off according to a predetermined procedure. Driven, the motor 5 is started. As a result, the motor 5 performs normal operation.
また、ステップS11において、上記検出温度が既に目標温度に達している場合には、ステップS11は“NO”判定となってステップS14に進み、この場合も、インバータ回路2の6つのスイッチング素子6u〜6w,7u〜7wが所定の手順に従って順次オン・オフ駆動され、モータ5が起動されてモータ5が通常運転を行う。 If the detected temperature has already reached the target temperature in step S11, the determination in step S11 is “NO” and the process proceeds to step S14. In this case as well, the six switching elements 6u˜ 6w and 7u-7w are sequentially turned on and off according to a predetermined procedure, the motor 5 is started, and the motor 5 performs normal operation.
なお、上記第1の実施形態においては、電流検出部8がインバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗、又はインバータ回路2のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流を検出する場合について説明したが、電解コンデンサ1の負極側に接続した図示省略のシャント抵抗を流れる電流を検出し、該電流に基づいて直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流をモータ5に通電するようにしてもよい。 In the first embodiment, the current detector 8 is provided on the shunt resistor provided by being connected to the emitters of the lower-phase switching elements 7u to 7w of the inverter circuit 2 or on the ground line of the inverter circuit 2. Although the case where the current flowing through the shunt resistor is detected has been described, the current flowing through the shunt resistor (not shown) connected to the negative electrode side of the electrolytic capacitor 1 is detected, and the ripple voltage of the DC voltage is allowed based on the current. The motor 5 may be energized with a current limited to be within.
図7は、本発明のインバータ装置による第2の実施形態の概略構成を示す回路図であり、制御手段3の回路構成を示すブロック図である。ここでは、第1の実施形態と異なる部分について説明する。
この第2の実施形態における制御手段3は、モータ5の起動時から一定時間経過するまで暖機モードを実施するようにインバータ回路2を制御するものであり、電流検出部8と、d,q軸変換部11と、ロータ角度検出部12と、回転数計算部13と、電流計算部14と、比較器9と、印加電圧計算部15と、相電圧変換部16と、PWMデューティー比計算部10と、暖機モード切換部17と、を備えている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the inverter device of the present invention, and is a block diagram showing a circuit configuration of the control means 3. Here, a different part from 1st Embodiment is demonstrated.
The control means 3 in the second embodiment controls the inverter circuit 2 so as to carry out the warm-up mode until a certain time has elapsed since the start of the motor 5, and includes a current detector 8 and d, q Axis converter 11, rotor angle detector 12, rotation speed calculator 13, current calculator 14, comparator 9, applied voltage calculator 15, phase voltage converter 16, and PWM duty ratio calculator 10 and a warm-up mode switching unit 17.
上記電流検出部8は、インバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられた図示省略のシャント抵抗を流れる電流に基づいてモータ5の3相電流Iu,Iv,Iwをそれぞれ検出するものである。また、上記d,q軸変換部11は、3相電流Iu,Iv,Iwからd,q軸の電流Id,Iqに変換するものである。さらに、上記ロータ角度検出部12は、ロータの角度を検出するものであり、例えばホールセンサーを使用して又は相電圧と相電流とに基づいて演算してロータ角度を求めるようになっている。さらにまた、上記回転数計算部13は、検出されたロータ角度に基づいて演算し、ロータの回転数を算出するものである。そして、上記電流計算部14は、電流Id,Iqとロータ角度に基づいて電流値を算出すると共に、電流の位相遅れ又は位相進みを計算するものである。また、上記比較器9は、算出されたロータの回転数と目標回転数とを比較してその差分を出力するものである。さらに、上記印加電圧計算部15は、モータ5を駆動する電圧を計算すると共に電圧の位相調整を行うものである。また、相電圧変換部16は、d,q軸の電圧Vd,Vqから3相電圧Vu,Vv,Vwに変換するものである。さらに、PWMデューティー比計算部10は、上記3相電圧Vu,Vv,Vwに基づいてPWM信号のデューティー比を演算し、算出されたデューティー比のPWM信号によりインバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wをオン駆動させるものである。そして、暖機モード切換部17は、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、温度検出手段4から入力した温度を暖機モードの目標温度と比較し、暖機モードの実施が必要であるときには、インバータ回路2の直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る暖機モード用の電流制限指令、回転数制限指令及びPWMキャリア周波数制限指令のうちの一つを選択して出力するようになっている。この場合、電流制限指令に基づいて暖機モードを実施するときには、電流制限指令を上記電流計算部14に出力する。また、回転数制限指令に基づいて暖機モードを実施するときには、回転数制限指令をメモリに出力する。さらに、PWMキャリア周波数制限指令に基づいて暖機モードを実施するときには、PWMキャリア周波数制限指令を上記PWMデューティー比計算部10に出力する。 The current detection unit 8 is connected to the emitters of the lower phase side switching elements 7u to 7w of the inverter circuit 2 and based on the current flowing through a shunt resistor (not shown) of the motor 5, the three phase currents Iu, Iv, Iw of the motor 5. Are respectively detected. The d and q axis converter 11 converts the three-phase currents Iu, Iv and Iw into d and q axis currents Id and Iq. Further, the rotor angle detector 12 detects the rotor angle, and calculates the rotor angle using, for example, a hall sensor or based on the phase voltage and phase current. Furthermore, the rotational speed calculation unit 13 calculates based on the detected rotor angle and calculates the rotational speed of the rotor. The current calculation unit 14 calculates a current value based on the currents Id and Iq and the rotor angle, and calculates the phase lag or phase advance of the current. The comparator 9 compares the calculated rotor rotation speed with the target rotation speed and outputs the difference. Further, the applied voltage calculator 15 calculates the voltage for driving the motor 5 and adjusts the phase of the voltage. The phase voltage converter 16 converts the d and q-axis voltages Vd and Vq to the three-phase voltages Vu, Vv and Vw. Further, the PWM duty ratio calculation unit 10 calculates the duty ratio of the PWM signal based on the three-phase voltages Vu, Vv, and Vw, and the switching elements 6u to 6w of the inverter circuit 2 based on the PWM signal having the calculated duty ratio. , 7u to 7w are driven on. When the operation switch is turned on and an operation command is issued, the warm-up mode switching unit 17 compares the temperature input from the temperature detection means 4 with the target temperature of the warm-up mode and needs to execute the warm-up mode. In some cases, one of the current limit command for the warm-up mode, the rotational speed limit command, and the PWM carrier frequency limit command that can limit the ripple voltage of the DC voltage of the inverter circuit 2 within an allowable value is selected and output. It is like that. In this case, when the warm-up mode is performed based on the current limit command, the current limit command is output to the current calculation unit 14. Further, when the warm-up mode is performed based on the rotation speed limit command, the rotation speed limit command is output to the memory. Further, when executing the warm-up mode based on the PWM carrier frequency limit command, the PWM carrier frequency limit command is output to the PWM duty ratio calculation unit 10.
次に、このように構成された第2の実施形態の暖機モードの動作について説明する。
先ず、電流制限指令に基づいて暖機モードを実施する場合について、図8のフローチャートを参照して説明する。
ステップS20において、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、ステップS21に進んで、暖機モードを実施するか否かが判定される。
Next, the operation in the warm-up mode of the second embodiment configured as described above will be described.
First, the case where the warm-up mode is performed based on the current limit command will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step S20, when the operation switch is turned on and an operation command is issued, the process proceeds to step S21, and it is determined whether or not to implement the warm-up mode.
詳細には、ステップS21においては、温度検出手段4から入力した電解コンデンサ1周辺温度(以下、単に「電解コンデンサ1の温度」と記載する)を制御手段3内に備える判定部で予め設定してメモリに保存された目標温度と比較する。そして、電解コンデンサ1の温度が目標温度よりも低いときには、ステップS21は“YES”判定となり、暖機モード切換部17をオン駆動して電流制限の暖機モードを選択し、暖機モード切換部17から電流制限指令を電流計算部14に出力してステップS22に進む。 Specifically, in step S21, the ambient temperature of the electrolytic capacitor 1 input from the temperature detection means 4 (hereinafter simply referred to as “temperature of the electrolytic capacitor 1”) is set in advance by a determination unit provided in the control means 3. Compare with the target temperature stored in memory. When the temperature of the electrolytic capacitor 1 is lower than the target temperature, the determination in step S21 is “YES”, the warm-up mode switching unit 17 is turned on to select the current-limiting warm-up mode, and the warm-up mode switching unit The current limit command is output from 17 to the current calculation unit 14, and the process proceeds to step S22.
ステップS22においては、上記電流制限指令に基づいて、電流計算部14で算出される電流値が予め設定された電流値に制限される。ここで、この制限された電流値は、予め設定してメモリに保存されている、例えば直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る一定の設定電流値であり、通常運転時よりも低い電流値である。又は、電解コンデンサ1の温度に相関して変化するように設定された電流値であり、予め実験により作成してメモリに保存されたテーブルに基づいて変化する電流値であってもよい。これにより、d,q軸変換部11で3相電流Iu,Iv,Iwからd,q軸変換された電流Id,Iqとロータ角度検出部12で検出されたロータ角度とに基づいて上記電流計算部14で算出される電流値が上記設定電流値に制限される。なお、上記電流値は、上記テーブルによらず、電解コンデンサ1の温度と直流電圧のリップル電圧とを監視しながら変化させてもよい。 In step S22, the current value calculated by the current calculation unit 14 is limited to a preset current value based on the current limit command. Here, the limited current value is a preset current value that is preset and stored in the memory, for example, can limit the ripple voltage of the DC voltage within an allowable value, and is lower than that during normal operation. Current value. Alternatively, it may be a current value set so as to change in correlation with the temperature of the electrolytic capacitor 1, and may be a current value that changes based on a table created in advance by experiment and stored in a memory. Thus, the current calculation is performed based on the currents Id and Iq converted from the three-phase currents Iu, Iv, and Iw by the d and q axis conversion unit 11 to the d and q axes and the rotor angle detected by the rotor angle detection unit 12. The current value calculated by the unit 14 is limited to the set current value. In addition, you may change the said electric current value, monitoring the temperature of the electrolytic capacitor 1, and the ripple voltage of DC voltage irrespective of the said table.
印加電圧計算部15においては、上記設定電流値と定格の目標回転数とに基づいてモータ5を駆動する印加電圧が計算される。さらに、相電圧変換部16において、3相電圧Vu,Vv,Vwに変換し、該3相電圧Vu,Vv,Vwに基づいてPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比を計算する。そして、この算出されたデューティー比のPWM信号に基づいてインバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wをオン駆動する。これにより、直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限された電流がモータ5に通電され、モータ5が起動する。以後、モータ5は、上記制限された電流値の下で定格の回転数を維持しながら回転する。 The applied voltage calculation unit 15 calculates an applied voltage for driving the motor 5 based on the set current value and the rated target rotational speed. Further, the phase voltage converter 16 converts the voltage into three-phase voltages Vu, Vv, Vw, and the PWM duty ratio calculator 10 calculates the duty ratio of the PWM signal based on the three-phase voltages Vu, Vv, Vw. The switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are turned on based on the PWM signal having the calculated duty ratio. As a result, a current that is limited so that the ripple voltage of the DC voltage is within the allowable value is supplied to the motor 5, and the motor 5 is started. Thereafter, the motor 5 rotates while maintaining the rated number of rotations under the limited current value.
ステップS23においては、モータ5の起動時からの経過時間がタイマーにより計時される。そして、予め設定された一定時間が経過するとステップS24に進む。 In step S23, the elapsed time from the startup of the motor 5 is counted by a timer. Then, when a predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S24.
ステップS24においては、一定時間が経過したことを示す上記タイマーの出力信号に基づいて暖機モード切換部17がオフ駆動され、上記設定電流値による電流制限が解除される。これにより、暖機モードが終了する。 In step S24, the warm-up mode switching unit 17 is driven off based on the output signal of the timer indicating that a certain time has elapsed, and the current limitation based on the set current value is released. Thereby, the warm-up mode ends.
ステップS25においては、制御手段3は、インバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗を流れる電流に基づいて電流検出部8で検出された3相電流Iu,Iv,Iwからd,q軸変換された電流Id,Iqとロータ角度検出部12で検出されたロータ角度とにより電流計算部14で算出された電流値と、ロータ角度検出部12で検出されたロータ角度に基づいて計算された回転数を比較部で定格の目標回転数と比較して得られた回転数の差分とに基づいて印加電圧計算部15でモータ5への印加電圧Vd,Vqを算出する。さらに、相電圧変換部16でd,q軸の印加電圧Vd,Vqから3相電圧Vu,Vv,Vwに変換し、該3相電圧Vu,Vv,Vwに基づいてPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比を算出した後、この算出されたデューティー比のPWM信号によりインバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wを適宜オン駆動してモータ5を通常運転する。 In step S25, the control means 3 detects the three-phase current detected by the current detector 8 based on the current flowing through the shunt resistor provided connected to the emitters of the lower-phase switching elements 7u to 7w of the inverter circuit 2. The current value calculated by the current calculation unit 14 based on the currents Id and Iq converted from du and q axes from Iu, Iv, and Iw and the rotor angle detected by the rotor angle detection unit 12, and detected by the rotor angle detection unit 12 The applied voltage Vd to the motor 5 is applied to the motor 5 by the applied voltage calculator 15 based on the difference between the rotational speeds calculated by comparing the rotational speed calculated based on the rotor angle and the rated target rotational speed by the comparator. Vq is calculated. Further, the phase voltage converter 16 converts the applied voltages Vd and Vq on the d and q axes to the three-phase voltages Vu, Vv and Vw, and the PWM duty ratio calculator 10 based on the three-phase voltages Vu, Vv and Vw. After the duty ratio of the PWM signal is calculated, the switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are appropriately turned on by the PWM signal having the calculated duty ratio, so that the motor 5 is normally operated.
なお、ステップS21において、電解コンデンサ1の温度が既に目標温度に達している場合には、ステップS21は“NO”判定となってステップS25に進み、モータ5は通常運転を行う。 In step S21, if the temperature of the electrolytic capacitor 1 has already reached the target temperature, step S21 is “NO”, the process proceeds to step S25, and the motor 5 performs normal operation.
次に、図9のフローチャートを参照して、回転数制限指令に基づく暖機モードの実施について説明する。
ステップS30において、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、ステップS31に進んで、暖機モードを実施するか否かが判定される。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 9, implementation of the warm-up mode based on the rotational speed restriction command will be described.
In step S30, when the operation switch is turned on and an operation command is issued, the process proceeds to step S31, and it is determined whether or not to implement the warm-up mode.
詳細には、ステップS31においては、温度検出手段4から入力した電解コンデンサ1の温度を制御手段3内に備える判定部で予め設定してメモリに保存された目標温度と比較する。そして、電解コンデンサ1の温度が目標温度よりも低いときには、ステップS31は“YES”判定となり、暖機モード切換部17をオン駆動して回転数制限の暖機モードを選択し、暖機モード切換部17から回転数制限指令をメモリに出力して予め設定してメモリに保存されている、例えば直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る一定の設定回転数(通常運転時よりも低い回転数)をメモリから読み出す。そして、ステップS32に進む。なお、上記設定回転数は、電解コンデンサ1の温度に相関して変化するように設定された回転数であり、予め実験により作成してメモリに保存されたテーブルに基づいて変化する回転数であってもよい。この場合、回転数は、上記テーブルによらず、電解コンデンサ1の温度と直流電圧のリップル電圧とを監視しながら変化させてもよい。 Specifically, in step S31, the temperature of the electrolytic capacitor 1 input from the temperature detection means 4 is set in advance by a determination unit provided in the control means 3 and compared with the target temperature stored in the memory. When the temperature of the electrolytic capacitor 1 is lower than the target temperature, the determination in step S31 is “YES”, and the warm-up mode switching unit 17 is turned on to select the warm-up mode with the rotational speed limit, so that the warm-up mode is switched. A rotation speed limit command is output from the unit 17 to the memory and set in advance and stored in the memory. For example, a constant set rotation speed that can limit the ripple voltage of the DC voltage within an allowable value (lower than that during normal operation) Read the number of revolutions) from the memory. Then, the process proceeds to step S32. The set rotational speed is a rotational speed that is set so as to change in correlation with the temperature of the electrolytic capacitor 1, and is a rotational speed that changes based on a table created in advance by experiment and stored in the memory. May be. In this case, the rotation speed may be changed while monitoring the temperature of the electrolytic capacitor 1 and the ripple voltage of the DC voltage, without depending on the table.
ステップS32においては、上記回転数制限指令に基づいて、メモリから読み出された一定の設定回転数に基づいてモータ5が起動され、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流が通電された状態で上記設定回転数に回転数が制限されて運転される。 In step S32, the motor 5 is started on the basis of the predetermined rotational speed read from the memory based on the rotational speed restriction command, and a current that can restrict the ripple voltage of the DC voltage within the allowable value is energized. In this state, the engine is operated with the rotation speed limited to the set rotation speed.
以後、制御手段3は、インバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗を流れる電流に基づいて電流検出部8で3相電流Iu,Iv,Iwを検出し、d,q軸変換部11で3相電流Iu,Iv,Iwをd,q軸変換して電流Id,Iqを得、この電流Id,Iqとロータ角度検出部12で検出されたロータ角度とに基づいて電流計算部14で電流値、及び位相遅れ又は位相進みを算出する。一方、ロータ角度検出部12で検出されたロータ角度に基づいて回転数計算部13で実際のロータ回転数を計算する。そして、該回転数を上記設定回転数と比較部で比較してその差分を出力し、印加電圧計算部15において上記電流計算部14で算出された電流値と比較部から出力した回転数のずれ量とに基づいてモータ5を駆動する印加電圧Vd,Vqを算出する。さらに、この印加電圧Vd,Vqを3相電圧変換部16で3相電圧Vu,Vv,Vwに変換し、該3相電圧Vu,Vv,Vwに基づいてPWMデューティー比計算部10でPWM信号のデューティー比を算出した後、該デューティー比のPWM信号によりインバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wをオン駆動する。これにより、モータ5は、上記設定回転数を維持しながら回転する。このとき、モータ5への通電電流は、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流値に維持されている。 Thereafter, the control means 3 generates the three-phase currents Iu, Iv, Iw in the current detection unit 8 based on the current flowing through the shunt resistor provided connected to the emitters of the lower-phase switching elements 7u-7w of the inverter circuit 2. Then, the d and q axis conversion unit 11 converts the three-phase currents Iu, Iv, and Iw into the d and q axes to obtain the currents Id and Iq. The rotor detected by the currents Id and Iq and the rotor angle detection unit 12 is detected. Based on the angle, the current calculation unit 14 calculates the current value and the phase lag or phase advance. On the other hand, based on the rotor angle detected by the rotor angle detector 12, the rotational speed calculator 13 calculates the actual rotor rotational speed. Then, the rotation speed is compared with the set rotation speed by the comparison section, and the difference is output. In the applied voltage calculation section 15, the difference between the current value calculated by the current calculation section 14 and the rotation speed output from the comparison section. Based on the amount, applied voltages Vd and Vq for driving the motor 5 are calculated. Further, the applied voltages Vd and Vq are converted into the three-phase voltages Vu, Vv and Vw by the three-phase voltage converter 16, and the PWM duty ratio calculator 10 calculates the PWM signal based on the three-phase voltages Vu, Vv and Vw. After calculating the duty ratio, the switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are turned on by the PWM signal having the duty ratio. Thereby, the motor 5 rotates while maintaining the set rotational speed. At this time, the energization current to the motor 5 is maintained at a current value that can limit the ripple voltage of the DC voltage within an allowable value.
ステップS33においては、モータ5の起動時からの経過時間がタイマーにより計時される。そして、予め設定された一定時間が経過するとステップS34に進む。 In step S33, the elapsed time from the startup of the motor 5 is counted by a timer. Then, when a predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S34.
ステップS34においては、一定時間が経過したことを示す上記タイマーの出力信号に基づいて暖機モード切換部17がオフ駆動され、上記設定回転数による回転数制限が解除される。これにより、暖機モードが終了する。 In step S34, the warm-up mode switching unit 17 is turned off based on the output signal of the timer indicating that a predetermined time has elapsed, and the rotation speed limit based on the set rotation speed is released. Thereby, the warm-up mode ends.
ステップS35においては、メモリから定格値の目標回転数が読み出され、該目標回転数となるように回転数が制御されてモータ5が運転される。こうして、モータ5は通常運転に移行する。 In step S35, the target rotational speed of the rated value is read from the memory, the rotational speed is controlled so as to be the target rotational speed, and the motor 5 is operated. Thus, the motor 5 shifts to normal operation.
なお、ステップS31において、電解コンデンサ1の温度が既に目標温度に達している場合には、ステップS31は“NO”判定となってステップS35に進み、モータ5は通常運転を行う。 In step S31, when the temperature of the electrolytic capacitor 1 has already reached the target temperature, step S31 is “NO” determination, the process proceeds to step S35, and the motor 5 performs normal operation.
さらに、図10のフローチャートを参照して、PWMキャリア周波数制限指令に基づく暖機モードの実施について説明する。
ステップS40において、運転スイッチが投入されて運転指令が出されると、ステップS41に進んで、暖機モードを実施するか否かが判定される。
Furthermore, with reference to the flowchart of FIG. 10, the implementation of the warm-up mode based on the PWM carrier frequency restriction command will be described.
In step S40, when the operation switch is turned on and an operation command is issued, the process proceeds to step S41, and it is determined whether or not to implement the warm-up mode.
詳細には、ステップS41においては、温度検出手段4から入力した電解コンデンサ1の温度を制御手段3内に備える判定部で予め設定してメモリに保存された目標温度と比較する。そして、電解コンデンサ1の温度が目標温度よりも低いときには、ステップS41は“YES”判定となって暖機モード切換部17をオン駆動し、PWMキャリア周波数制限の暖機モードを選択してステップS42に進む。 Specifically, in step S41, the temperature of the electrolytic capacitor 1 input from the temperature detection means 4 is set in advance by a determination unit provided in the control means 3 and compared with the target temperature stored in the memory. When the temperature of the electrolytic capacitor 1 is lower than the target temperature, step S41 is determined as “YES”, the warm-up mode switching unit 17 is turned on, and the warm-up mode with PWM carrier frequency restriction is selected, and step S42 is performed. Proceed to
ステップS42においては、暖機モード切換部17からPWMキャリア周波数制限指令をPWMデューティー比計算部10に出力し、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る例えば一定のPWMキャリア周波数(通常運転時よりも低いキャリア周波数)にキャリア周波数を設定する。そして、PWMデューティー比計算部10で上記設定されたキャリア周波数に基づいてPWM信号を生成すると共に、該生成されたPWM信号のデューティー比を定格の目標回転数に基づいて算出し、該算出されたデューティー比のPWM信号によりインバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wをオン駆動して、モータ5を起動させる。なお、上記設定されたキャリア周波数は、電解コンデンサ1の温度に相関して変化するキャリア周波数であり、予め実験により作成してメモリに保存されたテーブルに基づいて変化するキャリア周波数であってもよい。これにより、モータ5は、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流が通電された状態で、上記設定キャリア周波数にキャリア周波数が制限(低減)されて運転される。なお、キャリア周波数は、上記テーブルによらず、電解コンデンサ1の温度と直流電圧のリップル電圧とを監視しながら変化させてもよい。 In step S42, the warm-up mode switching unit 17 outputs a PWM carrier frequency limit command to the PWM duty ratio calculation unit 10, and can limit the ripple voltage of the DC voltage within an allowable value, for example, a constant PWM carrier frequency (normal operation) Carrier frequency is set to a carrier frequency lower than that). Then, the PWM duty ratio calculation unit 10 generates a PWM signal based on the set carrier frequency, calculates the duty ratio of the generated PWM signal based on the rated target rotational speed, and the calculated The switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are turned on by the PWM signal having the duty ratio to start the motor 5. Note that the set carrier frequency is a carrier frequency that changes in correlation with the temperature of the electrolytic capacitor 1, and may be a carrier frequency that changes based on a table that is created in advance by experiment and stored in the memory. . As a result, the motor 5 is operated with the carrier frequency limited (reduced) to the set carrier frequency in a state in which a current that can limit the ripple voltage of the DC voltage within an allowable value is applied. Note that the carrier frequency may be changed while monitoring the temperature of the electrolytic capacitor 1 and the ripple voltage of the DC voltage, regardless of the above table.
以後、制御手段3は、上記設定キャリア周波数により生成されたPWM信号のデューティー比を、検出された3相電流Iu,Iv,Iw及びロータ角度並びに目標回転数に基づいて計算し、該算出されたデューティー比のPWM信号によりインバータ回路2の各スイッチング素子6u〜6w,7u〜7wをオン駆動する。これにより、モータ5は、上記目標回転数に維持しながら運転する。このとき、モータ5への通電電流は、直流電圧のリップル電圧を許容値内に制限し得る電流値に維持されている。 Thereafter, the control means 3 calculates the duty ratio of the PWM signal generated by the set carrier frequency based on the detected three-phase currents Iu, Iv, Iw, the rotor angle, and the target rotational speed, and the calculated The switching elements 6u to 6w and 7u to 7w of the inverter circuit 2 are turned on by the PWM signal having the duty ratio. As a result, the motor 5 operates while maintaining the target rotational speed. At this time, the energization current to the motor 5 is maintained at a current value that can limit the ripple voltage of the DC voltage within an allowable value.
ステップS43においては、モータ5の起動時からの経過時間がタイマーにより計時される。そして、予め設定された一定時間が経過するとステップS44に進む。 In step S43, the elapsed time from the start of the motor 5 is counted by a timer. Then, when a predetermined time has passed, the process proceeds to step S44.
ステップS44においては、一定時間が経過したことを示す上記タイマーの出力信号に基づいて暖機モード切換部17がオフ駆動され、上記設定キャリア周波数によるキャリア周波数制限(低減)が解除される。これにより、暖機モードが終了する。 In step S44, the warm-up mode switching unit 17 is driven off based on the output signal of the timer indicating that a certain time has elapsed, and the carrier frequency limitation (reduction) by the set carrier frequency is released. Thereby, the warm-up mode ends.
ステップS45においては、通常運転時のキャリア周波数により制御されてモータ5が運転され、モータ5は通常運転に移行する。 In step S45, the motor 5 is operated under the control of the carrier frequency during normal operation, and the motor 5 shifts to normal operation.
なお、ステップS41において、電解コンデンサ1の温度が既に目標温度に達している場合には、ステップS41は“NO”判定となってステップS45に進み、モータ5は通常運転を行う。 In step S41, when the temperature of the electrolytic capacitor 1 has already reached the target temperature, step S41 is determined as “NO”, the process proceeds to step S45, and the motor 5 performs normal operation.
上記第2の実施形態においては、暖機モードの実施を電流、回転数、又はキャリア周波数をそれぞれ単独に制限して行う場合について説明したが、本発明はこれに限られず、電流、回転数及びキャリア周波数の制限を適宜組み合わせて行ってもよい。例えば、電流制限、回転数制限、及びキャリア周波数制限のうち、少なくとも二つを選択してそれぞれ一定時間だけ暖機モードを実施するようにしてもよい。また、電流制限、回転数制限、又はキャリア周波数制限の暖機モードのみの機能を搭載する場合には、上記暖機モード切換部17は無くてもよい。 In the second embodiment, the case where the warm-up mode is performed with the current, the rotational speed, or the carrier frequency limited to each independently has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the current, the rotational speed, You may carry out combining the restriction | limiting of a carrier frequency suitably. For example, at least two of current limitation, rotation speed limitation, and carrier frequency limitation may be selected and the warm-up mode may be performed for a certain period of time. Further, when the function of only the warm-up mode of current limitation, rotation speed limitation, or carrier frequency limitation is installed, the warm-up mode switching unit 17 may not be provided.
また、上記第1及び第2の実施形態においては、インバータ回路2の下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗又はインバータ回路2のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流、若しくは電解コンデンサ1の負極側に接続したシャント抵抗を流れる電流に基づいてモータ5への通電電流を制限する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、上記下相側スイッチング素子7u〜7wのエミッタに接続して設けられたシャント抵抗又はインバータ回路2のアースライン上に設けられたシャント抵抗を流れる電流(検出電流)からリップル電流を推定し、該リップル電流が許容値内となるようにモータ5への通電電流を制限してもよい。この場合、リップル電流は、上記検出電流の交流成分の和によって推定することができる。又は上記検出電流とリップル電流との関係を実験により予め測定しておき、この関係からリップル電流を推定することもできる。 In the first and second embodiments, the shunt resistor provided in connection with the emitters of the lower-phase switching elements 7u to 7w of the inverter circuit 2 or the shunt provided on the ground line of the inverter circuit 2 is used. Although the case where the current flowing to the motor 5 is limited based on the current flowing through the resistor or the current flowing through the shunt resistor connected to the negative electrode side of the electrolytic capacitor 1 has been described, the present invention is not limited to this, and the lower phase side The ripple current is estimated from the current (detection current) flowing through the shunt resistor connected to the emitters of the switching elements 7u to 7w or the shunt resistor provided on the ground line of the inverter circuit 2, and the ripple current is an allowable value. The energization current to the motor 5 may be limited so as to be within. In this case, the ripple current can be estimated by the sum of the AC components of the detection current. Alternatively, the relationship between the detection current and the ripple current is measured in advance by experiments, and the ripple current can be estimated from this relationship.
そして、以上の説明においては、3相のインバータ回路2について説明したが、本発明はこれに限られず、インバータ回路2は、例えば4相等、何相であってもよく、適用する電動機の相数に応じて適宜設定するとよい。 In the above description, the three-phase inverter circuit 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the inverter circuit 2 may have any number of phases, for example, four phases. It is good to set appropriately according to.
1…電解コンデンサ
2…インバータ回路
3…制御手段
4…温度検出手段
5…モータ(電動機)
6u〜6w,7u〜7w…スイッチング素子
Ra…等価直列抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolytic capacitor 2 ... Inverter circuit 3 ... Control means 4 ... Temperature detection means 5 ... Motor (electric motor)
6u-6w, 7u-7w ... Switching element Ra ... Equivalent series resistance
Claims (6)
前記電解コンデンサにより平滑にされた前記直流電圧が供給されるように設けられ、前記直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、
前記インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御手段と、
前記電解コンデンサの温度を検出して前記制御手段に出力する温度検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段で取得した前記温度が予め定められた目標温度よりも低いとき、前記電動機の通常運転開始前に、前記整流電圧を平滑化する際に発生する前記直流電圧のリップル電圧が許容値内となるように制限した電流を前記電動機に通電し、前記電解コンデンサの温度を前記目標温度まで昇温させることを特徴とするインバータ装置。 An electrolytic capacitor that smoothes the rectified voltage into a DC voltage;
An inverter circuit that is provided so that the DC voltage smoothed by the electrolytic capacitor is supplied, generates an AC voltage from the DC voltage, and drives an electric motor;
Control means for controlling driving of a plurality of switching elements included in the inverter circuit;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the electrolytic capacitor and outputting it to the control means;
With
The control means, when the temperature acquired by the temperature detection means is lower than a predetermined target temperature, the DC voltage generated when the rectified voltage is smoothed before the normal operation of the electric motor is started. An inverter device, wherein a current limited so that a ripple voltage is within an allowable value is supplied to the electric motor, and the temperature of the electrolytic capacitor is increased to the target temperature.
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- 2015-12-28 JP JP2015256401A patent/JP2016077150A/en active Pending
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