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JP2018182975A - Compressor motor drive device - Google Patents

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Publication number
JP2018182975A
JP2018182975A JP2017082829A JP2017082829A JP2018182975A JP 2018182975 A JP2018182975 A JP 2018182975A JP 2017082829 A JP2017082829 A JP 2017082829A JP 2017082829 A JP2017082829 A JP 2017082829A JP 2018182975 A JP2018182975 A JP 2018182975A
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JP
Japan
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current
compressor motor
voltage
motor
torque
Prior art date
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Pending
Application number
JP2017082829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
吉朗 土山
Yoshiro Tsuchiyama
吉朗 土山
吉田 泉
Izumi Yoshida
泉 吉田
京極 章弘
Akihiro Kyogoku
章弘 京極
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor motor drive circuit capable of preventing an increase in the size of a smoothing capacitor of a direct current unit while keeping a power supply current in a state with less harmonics.SOLUTION: In a voltage control system of a smoothing capacitor 2, control means that adjusts the input current amplitude such that the input current amplitude becomes a desired DC voltage (Vdc*) and PWM-controls a semiconductor switch 152 so as to adjust the amplitude of an AC power supply current (Iac*) even with information of the product of the rotation number (ω*) and a current (Iq*) corresponding to a magnet torque of a compressor motor 4. As a result, in a low speed range, the output power to the load is substantially balanced with the input power, and in a high speed range, the pulsation is reduced, and the output power to the load is balanced with the input power by a DC voltage control system, and the voltage fluctuation of a smoothing capacitor 2 can be reduced.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、商用の単相交流電源を整流して略直流とし、得られた直流を電力変換回路により、再度、任意周波数と任意電圧の交流に変換して、エアコンディショナーなどに用いる冷媒圧縮機を駆動する圧縮機モータを可変速で駆動する装置であり、モータの回転位相毎に必要なトルクが大きく変動する圧縮機構を有しており、商用の交流電源からの電流に含まれる電源高調波の低減や、力率を改善することにより、送電系統の負担を軽減させる技術の高効率な駆動制御に関するものである。   The present invention rectifies a commercial single-phase AC power supply into a substantially direct current, and converts the obtained direct current into an alternating current of an arbitrary frequency and an arbitrary voltage by an electric power conversion circuit, and is used as an air conditioner or the like. Power source harmonics included in the current from a commercial AC power source, having a compression mechanism that drives the compressor motor at variable speed, and the torque required for each rotational phase of the motor fluctuates significantly. The present invention relates to highly efficient drive control of technology that reduces the load on the transmission system by reducing the power factor and improving the power factor.

従来、この種の圧縮機モータ駆動回路は、特許文献1に示す方法が提案されている。ここでは、モータ回転位相毎に速度を記憶する手段を設け、同じ回転位相毎に検出された速度を所望値に収束すべく、駆動電圧あるいは駆動電流を調節制御するものである。これにより、瞬時瞬時の回転変動を小さくできるとしている。   Conventionally, as a compressor motor drive circuit of this type, a method shown in Patent Document 1 has been proposed. Here, means for storing the speed for each motor rotation phase is provided, and the drive voltage or the drive current is adjusted and controlled in order to converge the speed detected for each same rotation phase to a desired value. As a result, it is possible to reduce the instantaneous rotational fluctuation.

さらに、モータの駆動を、回転子に内蔵される磁石の位相に合わせて、2つの軸で記述し、それらの軸に応じた電流成分を制御する、いわゆるベクトル制御に基づいて、変動する負荷トルクに対応させる方法が特許文献2などに紹介されている。   Furthermore, the drive of the motor is described by two axes in accordance with the phase of the magnet incorporated in the rotor, and the load torque fluctuates based on the so-called vector control that controls the current component according to those axes. Patent Document 2 and the like introduce a method of making it correspond to.

また、モータ駆動するための電源として、商用の交流電源が用いられることが通常行われる。その場合、商用の交流電源を一旦整流して直流として、直流からインバータ回路により、任意の周波数の擬似交流に変換してモータを駆動するが、商用の交流からモータ駆動用の擬似交流までの変換も効率よく実現することが望ましい。さらに、商用交流電源から流入する電流に高調波歪が少なく、電源力率が高いことも望ましい。このためには、中間の直流電圧をできるだけ低く保つことや、整流回路部でも半導体スイッチのオン/オフをできるだけ少なくすることが肝要である。このための方法として、特許文献3に示す方法が提案されている。   In addition, as a power source for driving a motor, a commercial AC power source is usually used. In that case, a commercial AC power supply is once rectified and converted to DC, and the DC is converted to a pseudo AC of any frequency by the inverter circuit to drive the motor, but conversion from commercial AC to a pseudo AC for motor drive is performed. It is desirable to realize it efficiently. Furthermore, it is desirable that the current flowing from the commercial AC power source has less harmonic distortion and a high power factor. To this end, it is important to keep the intermediate DC voltage as low as possible, and to minimize the on / off of the semiconductor switch in the rectifier circuit as much as possible. As a method for this purpose, a method shown in Patent Document 3 has been proposed.

特許文献3においては、整流回路部において、半導体スイッチのオン/オフを休止する期間、すなわちオフになる期間を所望値にすべく、直流電圧を調整することにより実現させるものである。   According to Patent Document 3, the rectification circuit section is realized by adjusting a DC voltage so as to set a period in which the semiconductor switch is turned on or off, that is, a period in which the semiconductor switch is turned off, to a desired value.

これらの先行技術はそれぞれ独立して実現することを前提としており、同時に充足するための方法は、回転数とトルクとの積であるモータへの投入エネルギと、商用電源から流入するエネルギを瞬時毎にて釣り合わせることであり、その詳細は特許文献4に記載されている。   These prior art techniques are premised to be realized independently of each other, and the method for simultaneously fulfilling is to instantaneously input energy to the motor, which is the product of the rotational speed and torque, and energy flowing from the commercial power source. The details are described in Patent Document 4.

特開昭61−173690号公報JP-A-61-173690 特開2010−259133号公報JP, 2010-259133, A 国際公開第2014/034003号International Publication No. 2014/034003 特開2016―154434号公報JP, 2016-154434, A

しかしながら、前記従来の構成では、モータのトルクに関する情報が必要であり、トルクを直接検出することや、あるいは、高効率駆動時にはトルクとモータ電流とが比例関係
にあることを用いて、トルクに代わってモータ電流情報を用いるなどをしている。
However, in the above-described conventional configuration, information on the torque of the motor is required, and instead of directly detecting the torque, or by using the proportional relationship between the torque and the motor current at the time of high efficiency driving, torque is replaced. The motor current information is used.

ところが、冷凍空調機器の密閉型の冷媒圧縮機では、モータを含む内部が高温高圧の雰囲気になるため、モータの回転位相を直接検出することは非常に高価になり困難である。このため、電圧や電流などのモータ駆動情報とモータパラメータを用いてモータの回転位相を推定する方法がとられている。ただし、モータ駆動情報やモータパラメータにはそれぞれ誤差が含まれる可能性があるため、回転位相の推定にも誤差が含まれる可能性がある。推定した回転位相に誤差があると、トルクとモータ電流との間の比例定数が乱されることになる。   However, in the closed type refrigerant compressor of the refrigeration air conditioning equipment, since the inside including the motor is in a high temperature and high pressure atmosphere, it is very expensive and difficult to directly detect the rotational phase of the motor. For this reason, there has been adopted a method of estimating the rotational phase of the motor using motor drive information such as voltage and current and motor parameters. However, since the motor drive information and the motor parameters may contain errors, the estimation of the rotational phase may also contain errors. An error in the estimated rotational phase will disturb the proportionality constant between the torque and the motor current.

また、エアコンディショナーでは、冷暖房運転開始時で室温が所望値に近づくまでの期間や、低外気温時の暖房運転をする場合などでは、圧縮機モータを高速回転させて、大きな冷暖房能力を出させることがある。モータを高速回転させるには高い駆動電圧を必要とし、実際には適用することが困難になる場合もある。しかし、効率を犠牲にすれば、弱め界磁による低い電圧での高速回転駆動が可能になる。この場合、磁束を弱めるための電流であるd軸電流が増加して、通常より大きな電流でモータを駆動することになる。
ところが、モータの回転位相の推定において、大きな電流になれば、モータパラメータのバラツキの影響を受けやすくなり、推定誤差が増加する一因になる。また、リラクタンストルクも利用するモータでは、弱め界磁駆動時にはリラクタンストルクの利用率が上昇しており、リラクタンストルクの利用を前提とした、精度の高い回転位相推定が必要になる。図3はこの関係を示す特性図である。すなわち、低回転数領域においては、マグネットトルク主体で駆動するが、高速回転域においては、結果として、リラクタンストルクの利用率が増大していき、前述したように、大きな電流でモータを駆動することになり、推定誤差が増加する一因になる。
In the air conditioner, the compressor motor is rotated at a high speed to provide a large cooling and heating capacity in the period until the room temperature approaches the desired value at the start of the cooling and heating operation, or in the heating operation at low outside air temperature. Sometimes. In order to rotate the motor at high speed, a high drive voltage is required, which may be difficult to apply in practice. However, at the expense of efficiency, high-speed rotational drive at low voltage by field weakening becomes possible. In this case, the d-axis current, which is a current for weakening the magnetic flux, increases to drive the motor with a larger current than usual.
However, in the estimation of the rotational phase of the motor, if the current becomes large, it becomes susceptible to variations in motor parameters, which contributes to an increase in estimation error. Further, in a motor that also uses reluctance torque, the utilization factor of reluctance torque is increased during field-weakening driving, and accurate rotation phase estimation based on the use of reluctance torque is required. FIG. 3 is a characteristic diagram showing this relationship. That is, in the low rotation speed region, the magnet torque is mainly driven, but in the high speed rotation region, as a result, the utilization rate of the reluctance torque is increased, and as described above, the motor is driven with a large current And contribute to an increase in estimation error.

すなわち、これら、回転位相推定にまつわる誤差により、特許文献4の方法では、入力電流の変調不足だけでなく、モータへの投入エネルギに相当する量を超えた入力電流変調を行うなどの変調過多を招くこともあり、直流部分の電圧変動を十分に抑圧できない可能性があるという課題を有していた。   That is, due to these errors associated with rotational phase estimation, the method of Patent Document 4 causes not only insufficient modulation of the input current but also excessive modulation such as performing input current modulation exceeding the amount equivalent to the energy input to the motor. In some cases, there is a problem that the voltage fluctuation of the direct current portion may not be sufficiently suppressed.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、回転位相推定にまつわる誤差の影響を受けない、直流部分の電圧変動の少ない、圧縮機モータ駆動回路を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a compressor motor drive circuit which is not affected by an error related to rotational phase estimation and has a small voltage fluctuation in a direct current portion.

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機モータ駆動装置は、交流電源に対して、半導体スイッチとリアクタを用いて、流入する電流の高調波成分が少なくなるように制御しながら、電流振幅を調整することにより所望の電圧の直流に変換し、得られた直流を任意の周波数と電圧の擬似交流に再変換することにより、マグネットを含む圧縮機モータを任意の回転速度で駆動する圧縮機モータ駆動装置であって、圧縮機モータの特性値と駆動状態から、圧縮機モータの瞬時瞬時の回転位相を推定し、推定回転位相にもとづき、圧縮機モータを任意の回転速度で駆動するとともに、マグネットトルクの推定情報と圧縮機モータの回転数との積に応じて、前記、交流電源から流入する電流の振幅がさらに調整される手段を具備する。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the compressor motor drive device of the present invention controls the alternating current power supply using a semiconductor switch and a reactor while reducing harmonic components of the inflowing current. A compressor motor including a magnet is driven at an arbitrary rotation speed by converting the obtained direct current into a direct current of a desired voltage by adjusting the current amplitude and reconverting the obtained direct current into a pseudo alternating current of an arbitrary frequency and voltage. The compressor motor drive device estimates the instantaneous rotational phase of the compressor motor from the characteristic value and the driving state of the compressor motor, and drives the compressor motor at an arbitrary rotational speed based on the estimated rotational phase. In addition, according to the product of the estimated information of the magnet torque and the rotational speed of the compressor motor, there is provided means for further adjusting the amplitude of the current flowing from the AC power supply.

ここで、回転位相推定あるいは速度推定を前提として、モータのトルクと電流との関係を説明する。モータのトルクのうち、マグネットトルクに比例する電流はq軸電流と呼ばれ、マグネットの回転に応じてその軸が回転していく。その比例定数は発電定数といわれ、モータの緒元が確定したら一定値になる。   Here, the relationship between the torque of the motor and the current will be described on the assumption of rotational phase estimation or speed estimation. Of the motor torque, a current proportional to the magnet torque is called a q-axis current, and the axis rotates in accordance with the rotation of the magnet. The proportional constant is called the power generation constant, and becomes constant when the source of the motor is determined.

位相推定のずれをΔとすると、q軸電流の推定値は、cos(Δ)の比率でずれる。つまり、マグネットトルクの推定値も、cos(Δ)の比率でずれる。   Assuming that the phase estimation deviation is Δ, the estimated value of the q-axis current is deviated by the ratio of cos (Δ). That is, the estimated value of the magnet torque is also shifted by the ratio of cos (Δ).

一方、リラクタンストルク推定値は、q軸電流とq軸と90度ずれて回転する軸であるd軸電流との積に比例するので、位相推定のずれをΔとすると、リラクタンストルク推定値は、
cos(Δ)×sin(Δ)=0.5×sin(2・Δ)
の比率でずれる。推定ずれΔが大きい値でないとすると、それぞれの変化は
cos(Δ)≒1
0.5×sin(2・Δ)≒Δ
となるので、マグネットトルク推定値は位相推定ずれΔの影響を受けにくい。したがって、リラクタンストルクが小さい駆動条件では、位相推定の影響が小さいため、モータへ供給される電力と、交流電源から供給される電力が略一致するため、中間直流部分の電圧変動が小さくなり、直流電力を一時蓄積する平滑コンデンサの耐電圧を下げることや静電容量を削減することができ、駆動装置の小型化がはかれる。
On the other hand, since the reluctance torque estimated value is proportional to the product of the q-axis current and the d-axis current which is an axis rotating 90 degrees out of phase, assuming that the phase estimation deviation is Δ, the reluctance torque estimated value is
cos (Δ) × sin (Δ) = 0.5 × sin (2 · Δ)
Shift at the rate of Assuming that the estimated deviation Δ is not a large value, each change is cos (Δ) ≒ 1
0.5 × sin (2 · Δ) ≒ Δ
Therefore, the magnet torque estimated value is less susceptible to the phase estimation deviation Δ. Therefore, under driving conditions where the reluctance torque is small, the influence of phase estimation is small, and the power supplied to the motor and the power supplied from the AC power supply substantially match, so the voltage fluctuation in the intermediate DC portion becomes small. It is possible to reduce the withstand voltage of the smoothing capacitor that temporarily accumulates electric power and to reduce the electrostatic capacity, and the drive device can be miniaturized.

また、本発明が適用する圧縮機においては、高速回転においては、圧縮機構やモータの慣性モーメントにより回転数の脈動が下がり、瞬時回転速度を一定に保つために瞬時瞬時のトルクを変動させる必要がなくなる。このため、リラクタンストルクも一定でよく、マグネットトルクと回転数の積と圧縮機モータ出力との差は、脈動のない一定値になる。この一定値のずれに対しては、整流回路部の直流電圧フィードバック制御に含まれる積分補償により、容易に解消される。   Further, in the compressor to which the present invention is applied, at high speed rotation, the pulsation of the rotational speed is reduced due to the inertia moment of the compression mechanism and the motor, and it is necessary to fluctuate the instantaneous torque to keep the instantaneous rotational speed constant. It disappears. For this reason, the reluctance torque may also be constant, and the difference between the product of the magnet torque and the rotational speed and the compressor motor output becomes a constant value without pulsation. The deviation of the constant value is easily eliminated by integral compensation included in DC voltage feedback control of the rectifier circuit unit.

本発明の圧縮機モータ駆動回路は、位相推定誤差の影響が小さく、モータへ供給される電力と、交流電源から供給される電力が略一致するため、中間直流部分の電圧変動が小さくなり、直流電力を一時蓄積する平滑コンデンサの耐電圧を下げることや静電容量を削減することができ、駆動装置の小型化がはかれる。   In the compressor motor drive circuit according to the present invention, the influence of the phase estimation error is small, and the power supplied to the motor and the power supplied from the AC power source substantially match, so the voltage fluctuation in the intermediate DC portion becomes small. It is possible to reduce the withstand voltage of the smoothing capacitor that temporarily accumulates electric power and to reduce the electrostatic capacity, and the drive device can be miniaturized.

本発明の実施の形態1における圧縮機モータ駆動装置の回路ブロック図The circuit block diagram of the compressor motor drive unit according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施の形態1における回転数と負荷トルク発生手段とトルク脈動率との関係特性図The relationship characteristic figure between the number of revolutions, the load torque generating means and the torque ripple rate in the first embodiment of the present invention 圧縮機モータにおける回転数と負荷トルク発生手段との関係特性図Relation characteristic figure of the number of revolutions and load torque generating means in compressor motor 本発明の別の実施の形態における全体回路構成図The whole circuit block diagram in another embodiment of the present invention 本発明の別の実施の形態における全体回路構成図The whole circuit block diagram in another embodiment of the present invention 本発明の別の実施の形態における全体回路構成図The whole circuit block diagram in another embodiment of the present invention 本発明の別の実施の形態における全体回路構成図The whole circuit block diagram in another embodiment of the present invention 本発明の別の実施の形態における全体回路構成図The whole circuit block diagram in another embodiment of the present invention

第1の発明は、交流電源に対して、半導体スイッチとリアクタを用いて、流入する電流の高調波成分が少なくなるように制御しながら、電流振幅を調整することにより所望の電圧の直流に変換し、得られた直流を任意の周波数と電圧の擬似交流に再変換することにより、マグネットを含む圧縮機モータを任意の回転速度で駆動する圧縮機モータ駆動装置であって、圧縮機モータの特性値と駆動状態から、圧縮機モータの瞬時瞬時の回転位相を推定し、推定回転位相にもとづき、圧縮機モータを任意の回転速度で駆動するとともに、マグネットトルクの推定情報と圧縮機モータの回転数との積に応じて、前記、交流電源から流入する電流の振幅がさらに調整される手段を具備するものである。マグネットトルクの推定情報として、q軸電流に比例定数を乗じたものを用いることができる。また、所望の
直流電圧値と実際の直流電圧とを比較し、その誤差に基づき入力電流振幅を調整する中に、誤差の積分情報を用いるものが含まれているようにする。
According to the first aspect of the present invention, conversion to a direct current of a desired voltage is performed by adjusting the current amplitude while controlling the alternating current power supply to reduce harmonic components of the inflowing current using a semiconductor switch and a reactor. A compressor motor drive device for driving a compressor motor including a magnet at an arbitrary rotational speed by reconverting the obtained direct current into a pseudo alternating current of an arbitrary frequency and voltage, and the characteristics of the compressor motor Based on the estimated rotational phase, the compressor motor is driven at an arbitrary rotational speed based on the estimated rotational phase, and the estimated information on the magnet torque and the rotational speed of the compressor motor And means for further adjusting the amplitude of the current flowing from the AC power supply according to the product of As the estimation information of the magnet torque, it is possible to use the q-axis current multiplied by a proportional constant. Further, while comparing the desired DC voltage value with the actual DC voltage and adjusting the input current amplitude based on the error, it is made to include one that uses the integral information of the error.

これらによって、低速回転域においては、圧縮機モータのトルクは大半がマグネットトルクであるので、入力電力とモータ出力とが略一致し、高速回転域では、圧縮機モータのトルクは一定でよいので、利用しているリラクタンストルクも脈動のない一定値と摺ることが出来る。そして、一定値のずれに対しては、整流回路部の直流電圧フィードバック制御に含まれる積分補償により、容易に解消することができる。   As a result, since the torque of the compressor motor is mostly the magnet torque in the low speed rotation range, the input power and the motor output substantially match, and the torque of the compressor motor may be constant in the high speed rotation range. The reluctance torque used can also be rubbed against a constant value without pulsation. Then, the deviation of the fixed value can be easily eliminated by the integral compensation included in the DC voltage feedback control of the rectifier circuit unit.

したがって、両方の回転域において、直流電力を一時蓄積する平滑コンデンサの耐電圧を下げることや静電容量を削減することができ、駆動装置の小型化がはかれる。   Therefore, in both rotation ranges, the withstand voltage of the smoothing capacitor for temporarily storing DC power can be lowered and the capacitance can be reduced, and the drive device can be miniaturized.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における圧縮機モータ駆動装置の全体回路構成図を示すものである。ダイオードブリッジ151、リアクタ153、半導体スイッチ152、ダイオード154とで構成される整流回路を経て、平滑コンデンサ2にて平滑することにより、交流電力を直流電力に変換する。得られた直流電力をモータ駆動回路(インバータ回路)3で再度交流電力に変換し、圧縮機モータ4を駆動する。圧縮機モータ4のトルクや速度を直接は検出していない。
Embodiment 1
FIG. 1 shows an entire circuit configuration diagram of a compressor motor drive device according to a first embodiment of the present invention. AC power is converted into DC power by smoothing with a smoothing capacitor 2 through a rectifier circuit including a diode bridge 151, a reactor 153, a semiconductor switch 152, and a diode 154. The obtained DC power is converted again into AC power by the motor drive circuit (inverter circuit) 3 to drive the compressor motor 4. The torque or speed of the compressor motor 4 is not detected directly.

圧縮機モータ4とモータ駆動回路(インバータ回路)3の間の結線には電流検出手段155が取り付けられ、モータ4に流れる電流を検出できるように構成する。検出された電流をdq変換手段156にて回転座標情報に変換し、変換された電流はd軸電流(Id)、q軸電流(Iq)と呼ばれ、q軸電流がマグネットトルクに比例する電流であり、d軸電流はq軸電流に直交する関係にある電流である。この2種類の電流を位置推定手段157に入力する。位置推定手段157では、電流情報だけでなく、圧縮機モータ4のインダクタンス情報なども用いて、圧縮機モータ4の回転速度(ω^)や回転位相(θ^)を推定する。   A current detection means 155 is attached to the connection between the compressor motor 4 and the motor drive circuit (inverter circuit) 3 so that the current flowing through the motor 4 can be detected. The detected current is converted to rotational coordinate information by the dq conversion means 156, and the converted current is called d-axis current (Id) or q-axis current (Iq), and the q-axis current is a current proportional to the magnet torque And the d-axis current is a current that is orthogonal to the q-axis current. The two types of currents are input to the position estimation means 157. The position estimation means 157 estimates the rotational speed (ω ^) and the rotational phase (θ ^) of the compressor motor 4 using not only the current information but also the inductance information of the compressor motor 4 or the like.

推定された回転速度(ω^)は回転速度の所望値(ω*)と比較手段9にて比較され、その誤差情報が速度制御の安定化のための速度PI補償手段15に送られる。速度PI補償手段15で得られた結果はモータ電流指令(Im*)として、所望速度に対してトルクをどのように増減すべきかを示す情報値である。このモータ電流指令(Im*)はdq分配手段170により、d軸電流指令(Id*)とq軸電流指令(Iq*)に分配される。分配された2つの電流指令は比較手段158に送られて、実際のモータ電流(IdおよびIq)と比較される。比較の結果、得られた電流誤差は電流制御を安定化するための電流PI補償手段159に送られ、逆dq変換手段160を経て、モータの固定座標に変換されて、PWM変換手段161にてパルス幅信号に変換され、モータ駆動回路(インバータ回路)3を駆動して、モータの速度制御系を構成する。すなわち、速度制御系は、速度を一定にすべく、モータの所望電流(Id*、Iq*)を調整するが、内部ループとして、実際の電流(Id、Iq)が所望電流に近づくようにモータへの印加電圧を調整する、電流制御系を有している。電流制御系が動作することにより、モータの電流(Id、Iq)は所望電流(Id*、Iq*)と略一致し、また、速度制御系が動作することにより、回転速度(ω^)は回転速度所望値(ω*)に略一致する。   The estimated rotational speed (ω ^) is compared with the desired value (ω *) of the rotational speed in the comparison means 9 and the error information is sent to the speed PI compensation means 15 for speed control stabilization. The result obtained by the speed PI compensation means 15 is an information value indicating how to increase or decrease the torque with respect to the desired speed as a motor current command (Im *). The motor current command (Im *) is distributed by the dq distributing means 170 into the d-axis current command (Id *) and the q-axis current command (Iq *). The two distributed current commands are sent to the comparing means 158 to be compared with the actual motor current (Id and Iq). As a result of comparison, the obtained current error is sent to the current PI compensation means 159 for stabilizing the current control, passes through the inverse dq conversion means 160, is converted into fixed coordinates of the motor, and is converted by the PWM conversion means 161. The pulse width signal is converted to drive a motor drive circuit (inverter circuit) 3 to configure a speed control system of the motor. That is, the speed control system adjusts the desired current (Id *, Iq *) of the motor to make the speed constant, but as the inner loop, the motor is controlled so that the actual current (Id, Iq) approaches the desired current. It has a current control system that regulates the voltage applied to it. The operation of the current control system causes the motor current (Id, Iq) to substantially match the desired current (Id *, Iq *), and the operation of the speed control system causes the rotational speed (ω ^) to It substantially matches the rotational speed desired value (ω *).

一方、推定された回転位相(θ^)はdq変換手段156や逆dq変換手段160に送られて、モータの駆動制御における座標変換に用いられる。位置推定手段157における
処理内容は、たとえば、特許文献2などに記載されているものを使用することができる。
On the other hand, the estimated rotational phase (θ ^) is sent to the dq conversion means 156 and the inverse dq conversion means 160 and used for coordinate conversion in the drive control of the motor. The processing content in the position estimation means 157 can use what is described, for example in patent document 2 grade | etc.,.

次に整流回路の構成を説明する。交流電源1をダイオードブリッジ151にて直流脈流化し、そこからの出力をリアクタ153、ダイオード154を通じて平滑コンデンサ2に電力を供給する。リアクタ153とダイオード154との接続点と直流のもう一端子との間に半導体スイッチ152を設け、交流電源1を、リアクタ153を経由して短絡・開放可能な構成としている。また、電流検出手段5によりリアクタ153に流れる電流を検出できるようにしている。   Next, the configuration of the rectifier circuit will be described. The AC power supply 1 is DC-pulsed by the diode bridge 151, and the output therefrom is supplied to the smoothing capacitor 2 through the reactor 153 and the diode 154. A semiconductor switch 152 is provided between the connection point of the reactor 153 and the diode 154 and the other terminal of the direct current, and the alternating current power source 1 can be short-circuited / opened via the reactor 153. Further, the current flowing in the reactor 153 can be detected by the current detection means 5.

整流回路としての動作を説明する。平滑コンデンサ2の電圧(Vdc)を検出し、比較手段20で所望値(Vdc*)と比較し、その誤差情報を電圧制御安定化のための電圧PI補償手段21に入力する。電圧PI補償手段21の出力は加算手段22を経て乗算手段7に入力され、交流電圧波形情報6と乗算され、交流電流の電流所望値(Iac*)を得る。加算手段22に入力されるもう一方の情報については後述する。   The operation as a rectifier circuit will be described. The voltage (Vdc) of the smoothing capacitor 2 is detected, compared with a desired value (Vdc *) by the comparison means 20, and the error information is input to the voltage PI compensation means 21 for voltage control stabilization. The output of the voltage PI compensation means 21 is input to the multiplication means 7 through the addition means 22 and multiplied with the AC voltage waveform information 6 to obtain the desired current value (Iac *) of the AC current. The other information input to the addition means 22 will be described later.

すなわち、平滑コンデンサ2の電圧(Vdc)の所望電圧(Vdc*)に対する過不足により、交流電流の電流所望値をその波形を保ったまま調整するようにするものである。このようにして決定された交流電流の所望値(Iac*)は比較手段8に送られ、実際に検出された交流電流(Iac)と比較され、その誤差情報を、電流制御を安定化するための電流PI補償手段10に入力する。   That is, due to excess or deficiency of the voltage (Vdc) of the smoothing capacitor 2 with respect to the desired voltage (Vdc *), the desired current value of the alternating current is adjusted with its waveform maintained. The desired value (Iac *) of the alternating current determined in this way is sent to the comparison means 8 to be compared with the actually detected alternating current (Iac), and its error information is used to stabilize the current control. Current PI compensation means 10 of FIG.

電流PI補償手段10の出力はPWM変換手段165に送られパルス幅信号に変換され、半導体スイッチ152をオン・オフ制御する。すなわち、交流電流(Iac)を所望値(Iac*)に近づける制御系を構成している。   The output of the current PI compensation means 10 is sent to the PWM conversion means 165 and converted to a pulse width signal to control the semiconductor switch 152 on / off. That is, the control system is configured to bring the alternating current (Iac) close to the desired value (Iac *).

平滑コンデンサ2の電圧(Vdc)の制御系に設けられた加算手段22へ入力されるもう一方の情報は、モータ駆動制御系からの情報である。具体的には、圧縮機モータ4のマグネットトルクに比例する電流であるq軸電流の指令情報(Iq*)と圧縮機モータの回転数指令(ω*)とを乗算手段23に入力した結果の情報である。   The other information input to the addition means 22 provided in the control system of the voltage (Vdc) of the smoothing capacitor 2 is information from the motor drive control system. Specifically, command information (Iq *) of the q-axis current, which is a current proportional to the magnet torque of the compressor motor 4, and the rotation speed command (ω *) of the compressor motor are input to the multiplication means 23 as a result It is information.

ここで、図3に示したように、圧縮機モータ4の回転数が低いところでは、圧縮機モータ4に必要なトルクの大半をマグネットトルクで賄っている。モータの回転位相を推定しながら駆動する場合でも、マグネットトルクは推定誤差の影響が少ないため、殆ど精度の低下しないトルク推定を行える。   Here, as shown in FIG. 3, when the number of revolutions of the compressor motor 4 is low, most of the torque required for the compressor motor 4 is supplied by the magnet torque. Even in the case of driving while estimating the rotational phase of the motor, since the magnet torque is less affected by the estimation error, it is possible to estimate the torque with almost no deterioration.

すなわち、低回転域ではマグネットトルクに比例する電流情報を用いるだけで、トルクを精度良く推定することができる。そして乗算手段23で回転数指令(ω*)と乗算すれば、モータ4に投入される瞬時の電力情報になる。このモータの瞬時の電力情報を加算手段22に入力することにより、交流電源1からの電流(Iac)が連動するようにその所望値(Iac*)を直接調整してやれば、モータ4の負荷脈動に直接電源電流が連動するようになるので、平滑コンデンサ2によるモータ4の負荷脈動分の調整が不要となり、平滑コンデンサ2の低容量化、低耐電圧化などの小型化が可能になる。しかも、モータ4の負荷トルク検出手段を必要としない。   That is, in the low rotation range, the torque can be accurately estimated only by using current information proportional to the magnet torque. Then, when it is multiplied by the rotation speed command (ω *) by the multiplication means 23, it becomes the instantaneous power information input to the motor 4. If the desired value (Iac *) is directly adjusted so that the current (Iac) from the AC power supply 1 interlocks by inputting the instantaneous power information of the motor into the adding means 22, the load pulsation of the motor 4 can be obtained. Since the power supply current directly interlocks, the adjustment of the load pulsation of the motor 4 by the smoothing capacitor 2 becomes unnecessary, and the downsizing of the smoothing capacitor 2 such as the low capacity and the low withstand voltage becomes possible. Moreover, no load torque detection means for the motor 4 is required.

一方、高回転域では、図3に示すように、必要トルクが増加し、リラクタンストルクの負担率も増加する。しかしながら、図2の、圧縮機モータ4のトルク脈動との関連を示す特性図に示すように、高い回転数になると、トルク脈動率は低下する。この原理は、圧縮機回転数が増大すると、モータや圧縮機構の慣性モーメントにより、負荷トルク脈動をモータトルクで補償しなくても、回転変動が少なくなるためである。この場合、リラクタンストルクの脈動も低下しているので、結果として、直流電圧の脈動変動も大きくならない
。ただし、このままでは、モータのマグネットトルクと回転数で決まる計算値と、電源電流と電源電圧から決まる入力値との間には、脈動を含まないリラクタンストルクに基づく差異が残り、直流電圧は所望値からゆっくりとずれていくことになるが、実際には、図1の電圧PI補償手段21の積分作用により、直流電圧の所望値からのずれは解消される。すなわち、増大したリラクタンストルクに基づく誤差は、整流回路側で解消されることになる。
On the other hand, in the high rotation range, as shown in FIG. 3, the required torque increases and the load ratio of the reluctance torque also increases. However, as shown in the characteristic diagram showing the relationship with the torque pulsation of the compressor motor 4 in FIG. 2, the torque pulsation rate decreases when the rotational speed becomes high. The principle is that as the compressor rotational speed increases, the rotational fluctuation is reduced due to the moment of inertia of the motor and the compression mechanism, even if the load torque pulsation is not compensated by the motor torque. In this case, since the pulsation of the reluctance torque is also reduced, as a result, the pulsation fluctuation of the DC voltage is not increased. However, as it is, the difference based on the reluctance torque not including pulsation remains between the calculated value determined by the motor's magnet torque and rotation speed and the input value determined by the power supply current and the power supply voltage, and the DC voltage has a desired value. The deviation of the DC voltage from the desired value is actually eliminated by the integral action of the voltage PI compensation means 21 of FIG. That is, the error based on the increased reluctance torque is eliminated at the rectifier circuit side.

なお、整流回路11の回路構成方法について以下に述べる。図1では、ダイオードブリッジにより整流したものをリアクタと半導体スイッチとダイオードを用いて実現するものを示したが、特に限定されるものではない。たとえば、本願の図8や特許文献3の図1に示すような、ダイオードブリッジの手前にリアクタと双方向スイッチを設けるものや、特許文献3の図11に示すように、ダイオードブリッジの一方の直列アームに半導体スイッチをそれぞれ並列接続し、その接続点と電源の間にリアクタを設けるものや、本願の図7や特許文献3の図12に示すように、ダイオードブリッジの直流側の一端に接続される側に半導体スイッチをそれぞれ並列接続し、その接続点と電源の間にリアクタを設けるものでも同様のことが実現できることは明白である。   In addition, the circuit configuration method of the rectifier circuit 11 is described below. In FIG. 1, although what was implement | achieved using a reactor, a semiconductor switch, and a diode what was rectified | straightened with the diode bridge was shown, it does not specifically limit. For example, as shown in FIG. 8 of the present application and FIG. 1 of Patent Document 3, a reactor and a bidirectional switch are provided in front of the diode bridge, or as shown in FIG. A semiconductor switch is connected in parallel to the arm, and a reactor is provided between the connection point and the power supply, or, as shown in FIG. 7 of this application or FIG. It is obvious that the same thing can be realized by connecting semiconductor switches in parallel to each other and providing a reactor between the connection point and the power supply.

同様に、本願の図4に示されているように、基本周波数成分のみを連動させる手段を設けることや、本願の図7、図8、図9に示すように、交流電圧の情報を用いてさらに精度を向上させることや、特許文献3の半導体スイッチのオフになる期間を所望値に保つ制御を併用すべく、本願の図5で開示されているよう構成することも、同様に実現できることは明白である。   Similarly, as shown in FIG. 4 of the present application, providing means for interlocking only the fundamental frequency components, or using information of AC voltage as shown in FIGS. 7, 8 and 9 of the present application. Further, the configuration as disclosed in FIG. 5 of the present application can be similarly realized in order to further improve the accuracy and to perform control to keep the semiconductor switch OFF period of the patent document 3 at a desired value. It is obvious.

以上のように、本発明にかかる圧縮機モータ駆動回路は、中間直流部分の電圧変動が小さくなり、直流電力を一時蓄積する平滑コンデンサの耐電圧を下げることや静電容量を削減することができ、駆動装置の小型化がはかれる。このことは、同じ占有空間では、熱交換器を増大させるなども可能であり、エアコンディショナーや各種ヒートポンプ機器の省エネルギ化もはかれる。   As described above, in the compressor motor drive circuit according to the present invention, the voltage fluctuation in the intermediate DC portion is reduced, and the withstand voltage of the smoothing capacitor for temporarily storing DC power can be reduced and the capacitance can be reduced. The drive device can be miniaturized. It is also possible to increase the number of heat exchangers in the same occupied space, and energy saving of air conditioners and various heat pump devices can be achieved.

1 交流電源
2 平滑コンデンサ
3 モータ駆動回路(インバータ回路)
4 モータ
5、155 電流検出手段
6 交流電圧波形情報
7、23 乗算手段
8、9、20、158,181 比較手段
10、159 電流PI補償手段
11 整流回路
12 速度検出手段
15 速度PI補償手段
16 駆動制御回路
17 駆動回路
21 電圧PI補償手段
22 加算手段
151 ダイオードブリッジ
152 半導体スイッチ
153 リアクタ
154 ダイオード
156 dq変換手段
157 位置推定手段
160 逆dq変換手段
161、165 PWM変換手段
1 AC power supply 2 smoothing capacitor 3 motor drive circuit (inverter circuit)
Reference Signs List 4 motor 5, 155 current detection means 6 AC voltage waveform information 7, 23 multiplication means 8, 9, 20, 158, 181 comparison means 10, 159 current PI compensation means 11 rectification circuit 12 speed detection means 15 speed PI compensation means 16 drive Control circuit 17 Drive circuit 21 Voltage PI compensation means 22 Addition means 151 Diode bridge 152 Semiconductor switch 153 Reactor 154 Diode 156 dq conversion means 157 Position estimation means 160 Inverse dq conversion means 161, 165 PWM conversion means

Claims (4)

交流電源に対して、半導体スイッチとリアクタを用いて、流入する電流の高調波成分が少なくなるように制御しながら、電流振幅を調整することにより所望の電圧の直流に変換し、得られた直流を任意の周波数と電圧の擬似交流に再変換することにより、マグネットを含む圧縮機モータを任意の回転速度で駆動する圧縮機モータ駆動装置であって、圧縮機モータの特性値と駆動状態から、圧縮機モータの瞬時瞬時の回転位相を推定し、推定回転位相にもとづき、圧縮機モータを任意の回転速度で駆動するとともに、マグネットトルクの推定情報と圧縮機モータの回転数との積に応じて、前記、交流電源から流入する電流の振幅がさらに調整される手段を有する、圧縮機モータ駆動装置。   A direct current obtained by converting the AC voltage to a desired voltage by adjusting the current amplitude while controlling the alternating current power supply to reduce harmonic components of the inflowing current using the semiconductor switch and the reactor. A compressor motor drive device for driving a compressor motor including a magnet at an arbitrary rotation speed by reconverting into a pseudo-AC of an arbitrary frequency and voltage, and from the characteristic value and the driving state of the compressor motor The instantaneous instantaneous rotational phase of the compressor motor is estimated, and the compressor motor is driven at an arbitrary rotational speed based on the estimated rotational phase, and according to the product of the estimated information of the magnet torque and the rotational speed of the compressor motor A compressor motor drive, comprising: means for further adjusting the amplitude of the current flowing from the AC power supply. マグネットトルクの推定情報として、マグネットトルクに比例する電流の推定値を用いることを特徴とする請求項1記載の圧縮機モータ駆動装置。   The compressor motor drive device according to claim 1, wherein an estimated value of a current proportional to the magnet torque is used as the estimated information of the magnet torque. 前記、電流振幅を調整することにより所望の電圧の直流に変換する手段として、所望の電圧値と実際の直流電圧とを比較し、その誤差に基づき電流振幅を調整する演算の中に、誤差の積分情報を用いるものが含まれていることを特徴とする、請求項1あるいは2のいずれか一項に記載の圧縮機モータ駆動装置。 As a means for converting into a direct current of a desired voltage by adjusting the current amplitude, the desired voltage value is compared with the actual direct current voltage, and in the operation of adjusting the current amplitude based on the error, The compressor motor drive device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the use of integral information is included. マグネットトルクに比例する電流の推定値の代わりに、マグネットトルクに比例する電流の推定値の指令情報を、回転数の代わりに、回転数指令を用いることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の圧縮機モータ駆動装置。 The command information of the estimated value of the current proportional to the magnet torque is used instead of the estimated value of the current proportional to the magnet torque, and the rotational speed command is used instead of the rotational speed. A compressor motor drive according to any one of the preceding claims.
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