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JP2020080582A - Motor controller and air conditioner having the same - Google Patents

Motor controller and air conditioner having the same Download PDF

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JP2020080582A
JP2020080582A JP2018211866A JP2018211866A JP2020080582A JP 2020080582 A JP2020080582 A JP 2020080582A JP 2018211866 A JP2018211866 A JP 2018211866A JP 2018211866 A JP2018211866 A JP 2018211866A JP 2020080582 A JP2020080582 A JP 2020080582A
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Japan
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motor
phase difference
current
torque
value
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JP2018211866A
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Japanese (ja)
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雄太 古川
Yuta Furukawa
雄太 古川
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Fujitsu General Ltd
Original Assignee
Fujitsu General Ltd
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Publication date
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Abstract

To achieve control with reduced motor phase current in a motor controller in a power factor control (phase difference control of voltage and current) system and an air conditioner having the motor controller.SOLUTION: A motor controller 16 comprises a target phase difference setting section 30 for outputting a target phase difference to a phase difference control section 22. The target phase difference setting section 30 comprises: a torque calculation section 21 for detecting a torque value of a motor 7a; and a phase difference extraction section 32 for extracting a minimum current target phase difference which is experimentally obtained and with which motor phase current of the motor 7a becomes minimum at every torque value on the basis of the calculated operation torque value to be outputted. Even if the torque value of a compressor 7 variously changes in accordance with a state of a refrigerant load, control with reduced motor phase current can be performed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧縮機などに用いられる埋込磁石同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor 以下、モータという。)の制御装置に関し、特に正弦波駆動方式においてモータ相電圧とモータ相電流との位相差に基づいてモータの制御を行うモータ制御装置及びこれを備えた空気調和機に関する。   The present invention relates to a control device for an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM) used in a compressor or the like, and particularly, in a sinusoidal drive system, the position of a motor phase voltage and a motor phase current. The present invention relates to a motor control device that controls a motor based on a phase difference and an air conditioner including the motor control device.

圧縮機のモータをモータ相電流とモータ相電圧の位相差によって制御する力率制御(電圧・電流の位相差制御)が、例えば、特許文献1に開示されている。この文献に記載のモータ制御装置を図5のブロック図に示す。   For example, Patent Document 1 discloses power factor control (voltage/current phase difference control) for controlling a compressor motor by a phase difference between a motor phase current and a motor phase voltage. The motor control device described in this document is shown in the block diagram of FIG.

図5のモータ制御装置において、位相差制御部110の位相差検出部111は、モータ100におけるモータ相電圧とモータ相電流との位相差を検出する。また、電力検出部117は、モータ100の駆動に使用されている電力を検出する。そして、電力最小化部118は、検出された電力を最小値に近づける位相差目標値を決定する。そして、位相差制御部110は、位相差検出部111によって検出された位相差を位相差目標値に近づけるように制御信号を生成する。インバータ部102は、この生成された制御信号に基づいてモータ100を駆動する。   In the motor control device of FIG. 5, the phase difference detection unit 111 of the phase difference control unit 110 detects the phase difference between the motor phase voltage and the motor phase current in the motor 100. Further, the power detection unit 117 detects the power used to drive the motor 100. Then, the power minimization unit 118 determines the phase difference target value that brings the detected power close to the minimum value. Then, the phase difference control unit 110 generates a control signal so that the phase difference detected by the phase difference detection unit 111 approaches the phase difference target value. The inverter unit 102 drives the motor 100 based on the generated control signal.

ところで、モータ100の回転数を一定とし、モータ100の消費電力を縦軸に、目標位相差を横軸としてその特性をグラフで見た場合、モータの消費電力と目標位相差にはU字状の曲線となる特性が存在している。例えば、ある回転数においてモータ100を制御する目標位相差を例えば5度から40度まで変化させて、それぞれの目標位相差の場合の消費電力を比較した場合、その消費電力の値が最小となる目標位相差が存在している。このため、電力最小化部118は回転数が変化するごとに、目標位相差を順次変更しながらこの消費電力が最小となる目標位相差を探索し、この探索で抽出した目標位相差を位相差制御部110へ出力する。この結果、様々な回転数で消費電力を最小にすることができる。   By the way, when the number of revolutions of the motor 100 is constant, the power consumption of the motor 100 is plotted on the vertical axis, and the target phase difference is plotted on the horizontal axis. There is a characteristic that becomes a curve of. For example, when the target phase difference for controlling the motor 100 is changed from 5 degrees to 40 degrees at a certain rotation speed and the power consumptions at the respective target phase differences are compared, the value of the power consumption becomes the minimum. There is a target phase difference. Therefore, the power minimization unit 118 searches for the target phase difference that minimizes the power consumption while sequentially changing the target phase difference each time the rotation speed changes, and uses the target phase difference extracted in this search as the phase difference. Output to the control unit 110. As a result, power consumption can be minimized at various rotation speeds.

一方、モータ100を運転中に目標位相差を順次変更しながらこの消費電力が最小となる目標位相差を探索した場合、どの目標位相差が最小の消費電力となるか事前には不明なため、探索の1回目の目標位相差の設定によっては消費電力が最大となり、インバータ部102に使用されている部品が劣化したり、モータ相電流が所定値を越えて過電流となる場合がある。   On the other hand, when the target phase difference that minimizes the power consumption is searched while sequentially changing the target phase difference while the motor 100 is operating, it is not known in advance which target phase difference will be the minimum power consumption. Depending on the setting of the target phase difference in the first search, the power consumption may be maximum, the components used in the inverter unit 102 may deteriorate, and the motor phase current may exceed a predetermined value and become an overcurrent.

また、このような力率制御方式ではモータ相電圧とモータ相電流の位相差を変化させるためにモータ相電圧を変化させている。具体的には、モータ相電圧の振幅を大きくすることで位相差を大きく、モータ相電圧の振幅を小さくすることで位相差を小さくする。また、モータ相電流はモータのトルクの影響を受けるため、前述した消費電力が最小となる目標位相差において、モータ相電流が必ずしも最小になるとは限らない。   Further, in such a power factor control method, the motor phase voltage is changed in order to change the phase difference between the motor phase voltage and the motor phase current. Specifically, the phase difference is increased by increasing the amplitude of the motor phase voltage, and the phase difference is decreased by decreasing the amplitude of the motor phase voltage. Further, since the motor phase current is affected by the torque of the motor, the motor phase current does not always become the minimum at the target phase difference that minimizes the power consumption described above.

ところで、このような力率制御方式で大型の機器、例えば業務用空調機の圧縮機を制御する場合、モータ相電流も70〜80アンペア流れる場合がある。このためインバータ部を構成するIPM(Intelligent Power Module)もこの電流に耐えるものが必要であるが、電流定格が大きい部品は非常に高価である。また、空調機では過電流防止のために電流を監視しており、前述した消費電力が最小となる目標位相差を探索するために目標位相差を変化させた場合、大きなモータ相電流が流れて過電流となり空調機全体が停止し、安定的な運転ができないなどの問題もあった。   By the way, when controlling a large-sized device, for example, a compressor of a commercial air conditioner by such a power factor control method, a motor phase current may also flow by 70-80 amperes. For this reason, an IPM (Intelligent Power Module) that constitutes the inverter unit must also be able to withstand this current, but parts with a large current rating are very expensive. Also, the air conditioner monitors the current to prevent overcurrent, and if the target phase difference is changed to search for the target phase difference that minimizes the power consumption described above, a large motor phase current will flow. There was also a problem that overcurrent caused the entire air conditioner to stop and stable operation could not be achieved.

特開2002−374691号公報(段落番号0069〜0087)JP-A-2002-374691 (paragraph numbers 0069 to 0087)

本発明は以上述べた問題点を解決し、力率制御(電圧・電流の位相差制御)方式のモータ制御装置及びこれを備えた空気調和機において、モータ相電流を低減させることを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and reduce a motor phase current in a power factor control (voltage/current phase difference control) type motor control device and an air conditioner including the same. ..

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項1に記載のモータ制御装置の発明は、
モータ相電流とモータ相電圧の位相差を前記モータ相電圧の振幅により制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記モータ相電流を検出し同モータ相電流と前記モータ相電圧との位相差が目標位相差となるように前記モータ相電圧の振幅を制御する位相差制御部と、
前記位相差制御部へ前記目標位相差を出力する目標位相差設定手段とを備え、
前記目標位相差設定手段は、
前記モータの運転中のトルクである運転トルクの値毎に前記モータ相電流が最小となる最小電流目標位相差が予め記憶され、前記モータの運転中に入力された前記運転トルクの値と対応する前記最小電流目標位相差を前記目標位相差として出力する位相差抽出手段とを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a motor control device according to claim 1 of the present invention.
A motor control device for driving a motor by controlling a phase difference between a motor phase current and a motor phase voltage by an amplitude of the motor phase voltage,
The motor control device,
A phase difference control unit that detects the motor phase current and controls the amplitude of the motor phase voltage so that the phase difference between the motor phase current and the motor phase voltage becomes a target phase difference,
A target phase difference setting unit that outputs the target phase difference to the phase difference control unit,
The target phase difference setting means,
A minimum current target phase difference that minimizes the motor phase current is stored in advance for each value of the operating torque that is the torque during operation of the motor, and corresponds to the value of the operating torque input during operation of the motor. Phase difference extracting means for outputting the minimum current target phase difference as the target phase difference.

また、本発明の請求項2に記載の空気調和機の発明は、
前記モータ制御装置と、同モータ制御装置で駆動されるモータと、前記モータを備えた圧縮機と、前記モータの運転トルクの値を算出して前記位相差抽出手段に出力するトルク算出手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサとを備え、
前記トルク算出手段は、前記吐出圧力に基づいて前記運転トルクの値を算出することを特徴とする。
The invention of the air conditioner according to claim 2 of the present invention is
The motor control device, a motor driven by the motor control device, a compressor provided with the motor, and a torque calculation means for calculating the value of the operating torque of the motor and outputting the value to the phase difference extraction means; A discharge pressure sensor for detecting the discharge pressure of the compressor,
The torque calculating means calculates the value of the operating torque based on the discharge pressure.

以上の手段を用いることにより、本発明によるモータ制御装置及びこれを備えた空気調和機によれば、モータ相電流を低減させた制御を行うことができる。
また、本発明では位相差抽出手段が入力された運転トルクから最小電流目標位相差を探索することなく抽出できる。このため、背景技術で説明した消費電力が最小となる目標位相差を運転中に変化させて、つまり、相電流を増加/減少させて消費電力の最小点を探索することが無いため、過電流を発生させることなく空調機を安定的に運転することができる。
By using the above means, the motor control device according to the present invention and the air conditioner including the same can perform control with the motor phase current reduced.
Further, according to the present invention, the minimum current target phase difference can be extracted from the input operating torque by the phase difference extracting means without searching. Therefore, it is not necessary to change the target phase difference that minimizes the power consumption described in the background art during operation, that is, to increase/decrease the phase current to search for the minimum point of power consumption, and It is possible to stably operate the air conditioner without generating

本発明によるモータ制御装置を備えた空気調和機の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of an air harmony machine provided with a motor control device by the present invention. トルクを算出する式である。It is an equation for calculating the torque. 位相差テーブルを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a phase difference table. 本発明の原理を説明する位相差−モータ相電流特性のグラフである。3 is a graph of phase difference-motor phase current characteristics for explaining the principle of the present invention. 従来のモータ制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional motor control apparatus.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail as examples based on the accompanying drawings.

図1は本発明による空気調和機1を示すブロック図である。
この空気調和機1は三相の交流電源2が接続された室外機40と、室外機40と通信接続された室内機50を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing an air conditioner 1 according to the present invention.
The air conditioner 1 includes an outdoor unit 40 to which a three-phase AC power source 2 is connected, and an indoor unit 50 that is communicatively connected to the outdoor unit 40.

また、室外機40は、交流電源2が接続されたモータ制御装置16と、内部にモータ7aを備えた圧縮機7と、流量計17と、四方弁8と、熱交換器9と、電子膨張弁10と、第1操作弁11と、第2操作弁12と、吐出圧力センサ13と、吸入圧力センサ14を備えている。なお、吐出圧力センサ13は検出した圧力を吐出圧力信号として、また、吸入圧力センサ14は検出した圧力を吸入圧力信号としてそれぞれ出力する。また、流量計17は冷媒の流量を測定して流量信号として出力する。なお、モータ7aは内部に図示しない巻線を備えており、この巻線にモータ相電流が流れることでモータ7a内部の回転子が回転する。   Further, the outdoor unit 40 includes a motor control device 16 to which the AC power source 2 is connected, a compressor 7 having a motor 7a therein, a flow meter 17, a four-way valve 8, a heat exchanger 9, and an electronic expansion device. A valve 10, a first operation valve 11, a second operation valve 12, a discharge pressure sensor 13, and a suction pressure sensor 14 are provided. The discharge pressure sensor 13 outputs the detected pressure as a discharge pressure signal, and the suction pressure sensor 14 outputs the detected pressure as a suction pressure signal. Further, the flow meter 17 measures the flow rate of the refrigerant and outputs it as a flow rate signal. The motor 7a has a winding (not shown) inside, and the rotor inside the motor 7a rotates when a motor phase current flows through this winding.

圧縮機7の吐出口は流量計17を介して吐出管15aで、また、吸入口はガス管15bで、それぞれ四方弁8と接続されている。また、四方弁8は熱交換器9、電子膨張弁10、第1冷媒管15c、第2操作弁12と順次配管で接続されている。さらに四方弁8は、第2冷媒管15dで第1操作弁11に接続されている。なお、室外機40と室内機50は第1操作弁11と第2操作弁12を介してそれぞれの冷媒回路が接続されている。一方、吐出圧力センサ13は吐出管15aに、吸入圧力センサ14はガス管15bにそれぞれ設けられている。   A discharge port of the compressor 7 is a discharge pipe 15a via a flow meter 17, and a suction port thereof is a gas pipe 15b, which are connected to the four-way valve 8, respectively. Further, the four-way valve 8 is connected to the heat exchanger 9, the electronic expansion valve 10, the first refrigerant pipe 15c, and the second operation valve 12 by sequential piping. Further, the four-way valve 8 is connected to the first operation valve 11 by the second refrigerant pipe 15d. The outdoor unit 40 and the indoor unit 50 are connected to their respective refrigerant circuits via the first operation valve 11 and the second operation valve 12. On the other hand, the discharge pressure sensor 13 is provided in the discharge pipe 15a, and the suction pressure sensor 14 is provided in the gas pipe 15b.

一方、モータ制御装置16は、交流電源2を整流して直流電圧を出力する整流器3と、整流器3の正極出力端と負極出力端に接続された平滑コンデンサ4と、整流器3の正極出力端と負極出力端のそれぞれが入力端に接続され、入力された直流電圧を変換して三相の交流電圧(モータ相電圧)をモータ7aに供給するとともに、モータ7aに印加するモータ相電圧の振幅を制御してモータ7aを正弦波駆動するインバータ部5と、モータ7aの3つの巻線のうち1つの巻線に流れるモータ相電流を検出してモータ相電流信号として出力する電流センサ6と、モータ制御装置16を含む室外機全体を制御する室外機制御部20を備えている。   On the other hand, the motor control device 16 rectifies the AC power supply 2 and outputs a DC voltage, the smoothing capacitor 4 connected to the positive output terminal and the negative output terminal of the rectifier 3, and the positive output terminal of the rectifier 3. Each of the negative output terminals is connected to the input terminal, and the input DC voltage is converted to supply a three-phase AC voltage (motor phase voltage) to the motor 7a and the amplitude of the motor phase voltage applied to the motor 7a is changed. An inverter unit 5 that controls and drives the motor 7a in a sine wave; a current sensor 6 that detects a motor phase current flowing in one of the three windings of the motor 7a and outputs it as a motor phase current signal; An outdoor unit controller 20 that controls the entire outdoor unit including the control device 16 is provided.

そして、室外機制御部20は、トルク算出部(トルク算出手段)21と位相差制御部22と目標位相差設定部(目標位相差設定手段)30を備えている。モータ制御装置16においてモータ7aのトルクは圧縮機7で冷媒を圧縮するための圧力(負荷)で決定されるものである。そして、インバータ部5はこの負荷に対応するトルクでモータ7aを回転させる必要が有る。一方、室外機40と室内機50の冷媒回路に関わる空調負荷の変動によりモータ7aのトルクが変動する。   The outdoor unit control unit 20 includes a torque calculation unit (torque calculation unit) 21, a phase difference control unit 22, and a target phase difference setting unit (target phase difference setting unit) 30. In the motor control device 16, the torque of the motor 7a is determined by the pressure (load) for compressing the refrigerant in the compressor 7. Then, the inverter unit 5 needs to rotate the motor 7a with a torque corresponding to this load. On the other hand, the torque of the motor 7a fluctuates due to fluctuations in the air conditioning load related to the refrigerant circuits of the outdoor unit 40 and the indoor unit 50.

具体的には空気調和機1は、設定温度と室温が大きく乖離して空調負荷が大きい場合、この乖離を小さくするように制御を行う。このため、空気調和機1は圧縮機7を高速回転にして圧縮機7の圧力を上昇させる。つまり、圧縮機7の負荷が大きくなる。一方、空気調和機1は、設定温度と室温の乖離が小さくて空調負荷が小さい場合、圧縮機7を低速回転にして圧縮機7の圧力を低下させる。この結果、圧縮機7の負荷が小さくなる。圧縮機7の負荷(圧力)はモータ7aにとってのトルクであるため、前述のように空調負荷の状態によってトルクが変動することになる。   Specifically, when the set temperature and the room temperature largely deviate from each other and the air conditioning load is large, the air conditioner 1 performs control so as to reduce the deviation. Therefore, the air conditioner 1 rotates the compressor 7 at high speed to increase the pressure of the compressor 7. That is, the load on the compressor 7 increases. On the other hand, the air conditioner 1 reduces the pressure of the compressor 7 by rotating the compressor 7 at a low speed when the difference between the set temperature and the room temperature is small and the air conditioning load is small. As a result, the load on the compressor 7 is reduced. Since the load (pressure) of the compressor 7 is the torque for the motor 7a, the torque varies depending on the condition of the air conditioning load as described above.

この変動するトルクを求めるため、トルク算出部21は入力された、モータ回転数と吐出圧力信号と吸入圧力信号と流量信号に基づいてモータ7aの運転中のトルクの値を算出して運転トルク値として目標位相差設定部30へ出力する。なお、トルクの値の算出方法については後で詳細に説明する。   In order to obtain this fluctuating torque, the torque calculation unit 21 calculates a torque value during operation of the motor 7a based on the input motor rotation speed, discharge pressure signal, suction pressure signal, and flow rate signal, and calculates the operating torque value. Is output to the target phase difference setting unit 30. The method of calculating the torque value will be described in detail later.

目標位相差設定部30は内部に記憶しているテーブルを用いて、入力された運転トルク値から目標位相差(後述する最小電流目標位相差)を抽出して位相差制御部22へ出力する。位相差制御部22は、入力されたモータ相電流信号と目標位相差に従ってインバータ部5へインバータ制御信号を出力すると共に、モータ7aの回転数であるモータ回転数をトルク算出部21へ出力する。なお、位相差制御部22はモータ7aを制御するため内部で回転数を監視しており、この回転数の値をモータ回転数として出力する。   The target phase difference setting unit 30 extracts a target phase difference (minimum current target phase difference described later) from the input operating torque value using a table stored inside and outputs it to the phase difference control unit 22. The phase difference control unit 22 outputs an inverter control signal to the inverter unit 5 in accordance with the input motor phase current signal and the target phase difference, and also outputs the motor rotation speed, which is the rotation speed of the motor 7a, to the torque calculation unit 21. The phase difference control unit 22 internally monitors the rotation speed in order to control the motor 7a, and outputs the value of this rotation speed as the motor rotation speed.

目標位相差設定部30は、入力された運転トルク値と対応する位相差である最小電流目標位相差を抽出して出力する位相差抽出部(位相差抽出手段)32と、最小電流目標位相差を一時的に記憶し、次に最小電流目標位相差が入力されるまで、すでに記憶している最小電流目標位相差を目標位相差として位相差制御部22へ出力する位相差記憶部31を備えている。   The target phase difference setting unit 30 extracts a minimum current target phase difference, which is a phase difference corresponding to the input operating torque value, and outputs the minimum current target phase difference, and a minimum current target phase difference. Is temporarily stored, and the phase difference storage unit 31 is provided for outputting the already stored minimum current target phase difference to the phase difference control unit 22 as the target phase difference until the minimum current target phase difference is input. ing.

次にトルク算出部21について詳細に説明する。冷媒を循環させる圧縮機の動作中のトルクの値を算出する計算式として例えば図2の式1が知られている。ここでTr:圧縮機トルク[kgf・m]、Pd:吐出圧力[kgf/平方センチメートル]、Ps:吸入圧力[kgf/平方センチメートル]、k,m:定数、Vc:圧縮機吐出量[cc]である。ここでVcはGr:冷媒流量[kg/h]、Nc:圧縮機回転数[rpm]と時間t[Sec]で算出できるため、最終的にトルクの値は図2の式2で求めることができる。なお、トルクを求める式はこれ以外も知られているため、それらを用いてもよい。   Next, the torque calculation unit 21 will be described in detail. As a calculation formula for calculating the value of the torque during operation of the compressor that circulates the refrigerant, for example, formula 1 of FIG. 2 is known. Where Tr: compressor torque [kgf·m], Pd: discharge pressure [kgf/square centimeter], Ps: suction pressure [kgf/square centimeter], k, m: constant, Vc: compressor discharge amount [cc]. .. Here, Vc can be calculated from Gr: refrigerant flow rate [kg/h], Nc: compressor rotation speed [rpm], and time t [Sec], so that the torque value can be finally obtained by Equation 2 in FIG. it can. It should be noted that other formulas for obtaining the torque are known and may be used.

圧縮機のトルクの値は吐出圧力に大きく依存するため、簡易的には式1においてVc:圧縮機吐出量を吐出圧力に係数を乗じたものとして式1を簡略化してもよい。
このようにトルク算出部21は圧縮機トルクを[kgf・m]の単位で算出している。一方、位相差抽出部32では運転トルクを[N・m]の単位で取り扱うため、トルク算出部21は算出結果に単位変換係数:9.81を乗じて運転トルクを[N・m]の単位に変換した後に運転トルク値として出力する。
Since the value of the torque of the compressor largely depends on the discharge pressure, the formula 1 may be simplified by simply setting Vc: the compressor discharge amount in the formula 1 by multiplying the discharge pressure by a coefficient.
In this way, the torque calculation unit 21 calculates the compressor torque in units of [kgf·m]. On the other hand, since the phase difference extracting unit 32 handles the operating torque in the unit of [N·m], the torque calculating unit 21 multiplies the calculation result by the unit conversion coefficient: 9.81 to calculate the operating torque in the unit of [N·m]. It is output as an operating torque value after conversion into

前述したように圧縮機7で冷媒を圧縮するための圧力がモータ7aの負荷となり、インバータ部5はこの負荷に対応するトルクでモータ7aを回転させる必要が有る。位相差抽出部32は、圧縮機7の運転時にモータ7aに印加されるトルク[単位:N・m]の値である運転トルク値と、その運転トルク値の時にモータ相電流が最小となる最小電流目標位相差(度)を対応させて格納した図3に示す位相差テーブルを備えている。位相差抽出部32は、運転トルク値が入力されると、この位相差テーブルから運転トルク値と対応する最小電流目標位相差を抽出し、これを位相差記憶部31へ出力する。例えば運転トルク値:10[N・m]が入力された場合、位相差抽出部32は、位相差テーブルを参照して最小電流目標位相差:11.0度を抽出する。   As described above, the pressure for compressing the refrigerant in the compressor 7 becomes the load of the motor 7a, and the inverter unit 5 needs to rotate the motor 7a with the torque corresponding to this load. The phase difference extraction unit 32 determines the operating torque value that is the value of the torque [unit: N·m] applied to the motor 7a during operation of the compressor 7 and the minimum value that minimizes the motor phase current when the operating torque value is reached. The phase difference table shown in FIG. 3 in which the current target phase differences (degrees) are stored in association with each other is provided. When the operating torque value is input, the phase difference extracting unit 32 extracts the minimum current target phase difference corresponding to the operating torque value from this phase difference table and outputs it to the phase difference storage unit 31. For example, when the operating torque value: 10 [N·m] is input, the phase difference extracting unit 32 refers to the phase difference table and extracts the minimum current target phase difference: 11.0 degrees.

次に位相差テーブルの作成方法について説明する。なお、位相差テーブル作成において、予め実験的に求めた特性に基づいてテーブルの値を決定する。従って本発明において図1の空気調和機1を実験機とする。ただし、位相差抽出部32の位相差テーブルは未完成のため、最小電流目標位相差の値は手動で変化させる。   Next, a method of creating the phase difference table will be described. When creating the phase difference table, the values in the table are determined based on the characteristics obtained experimentally in advance. Therefore, in the present invention, the air conditioner 1 of FIG. 1 is used as an experimental machine. However, since the phase difference table of the phase difference extraction unit 32 is incomplete, the value of the minimum current target phase difference is manually changed.

図4はモータ7aに印加される圧縮機7の負荷を固定にすることでモータ7aのトルクの値を一定にしたまま最小電流目標位相差を手動で変化させ、その時のモータ相電流を測定して太い実線としてグラフ化したものである。なお、トルクの値は10N・m、20N・m、30N・mの3つの値を設定してそれぞれモータ相電流を測定した。この結果、この3つの値において位相差を変化させることによりモータ相電流が変化し、かつ、それぞれのトルクの値の場合において必ずモータ相電流が最小となる位相差があった。   In FIG. 4, the minimum current target phase difference is manually changed while the torque value of the motor 7a is fixed by fixing the load of the compressor 7 applied to the motor 7a, and the motor phase current at that time is measured. It is plotted as a thick solid line. The torque value was set to three values of 10 N·m, 20 N·m, and 30 N·m, and the motor phase current was measured. As a result, there was a phase difference in which the motor phase current was changed by changing the phase difference among these three values, and the motor phase current was always the minimum for each torque value.

例えば、トルクの値が10N・mの場合は位相差が11°のとき、モータ相電流が29.2アンペア、トルクの値が20N・mの場合は位相差が23°のとき、モータ相電流が39.5アンペア、トルクの値が30N・mの場合は位相差が36°のとき、モータ相電流が50.1アンペアとなり、各トルクの値の中では最も小さいモータ相電流(最小電流)となっている。また、トルクの値が大きくなるにつれてこの最小電流となる位相差が大きくなっている。   For example, when the torque value is 10 N·m and the phase difference is 11°, the motor phase current is 29.2 amperes, and when the torque value is 20 N·m, the phase difference is 23° and the motor phase current is 23°. Is 39.5 amps and the torque value is 30 N·m, the motor phase current is 50.1 amps when the phase difference is 36°, which is the smallest motor phase current among the torque values (minimum current). Has become. Further, as the torque value increases, the phase difference that produces this minimum current increases.

また、測定した3つのトルクの値以外の場合であっても、そのトルクの値における最小相電流をプロットした軌跡は直線になることを確認した。そこで、トルクの値が10N・mの場合でモータ相電流が29.2アンペアの点と、トルクの値が30N・mの場合でモータ相電流が50.1アンペアとなる点を結ぶ線を破線で示している。この破線で示されるグラフを最小電流位相差特性線と呼称する。なお、トルクの値が20N・mの場合でモータ相電流が39.5アンペアの点はこの最小電流位相差特性線上に存在している。   Further, it was confirmed that the locus plotting the minimum phase current at the torque values was a straight line even when the measured torque values were other than the three torque values. Then, the line connecting the point where the motor phase current is 29.2 amperes when the torque value is 10 N·m and the point where the motor phase current is 50.1 amperes when the torque value is 30 N·m is a broken line. It shows with. The graph shown by this broken line is called the minimum current phase difference characteristic line. It should be noted that the point where the motor phase current is 39.5 amperes when the torque value is 20 N·m exists on this minimum current phase difference characteristic line.

この最小電流位相差特性線上に各トルクの値における最小電流と、その時の位相差が存在することになる。ここで3つのトルクの値と、各トルクの値における最小電流となる位相差が既知であるため、これらのトルク値の間において、とりうるトルク値、及び、このトルク値における最小電流を示す位相差の値を補間するように算出して格納したものが図3の位相差テーブルである。なお、計算でなく、実際に多数のトルク値において最小電流位相差特性を測定すればさらに正確な位相差テーブルを作成することができる。   The minimum current at each torque value and the phase difference at that time exist on this minimum current phase difference characteristic line. Since the three torque values and the phase difference that is the minimum current at each torque value are already known, the possible torque values between these torque values and the position indicating the minimum current at this torque value are shown. What is calculated and stored so as to interpolate the value of the phase difference is the phase difference table of FIG. It should be noted that a more accurate phase difference table can be created by actually measuring the minimum current phase difference characteristic at a large number of torque values instead of calculation.

室外機制御部20はこの位相差テーブルに基づいて種々のトルクが必要な場合であっても、インバータ部5がその必要なトルクを発生させる制御を行う。この時、目標位相差設定部30は、モータ相電流がそのトルクにおける最小電流となる最小電流目標位相差を位相差制御部22へ出力し、これに従って位相差制御部22がインバータ部5を駆動する。つまり、モータ7aの負荷がどのような値になってもインバータ部5内の図示しないIPMに流れる電流を低減する事ができる。また、モータ7aに流れるモータ相電流も同時に低減する事ができる。   The outdoor unit control unit 20 controls the inverter unit 5 to generate the required torque even when various torques are required based on the phase difference table. At this time, the target phase difference setting unit 30 outputs the minimum current target phase difference at which the motor phase current becomes the minimum current in the torque to the phase difference control unit 22, and the phase difference control unit 22 drives the inverter unit 5 accordingly. To do. That is, it is possible to reduce the current flowing through the IPM (not shown) in the inverter unit 5 regardless of the value of the load of the motor 7a. Further, the motor phase current flowing through the motor 7a can be reduced at the same time.

以上説明したように、本発明によるモータ制御装置16は、位相差制御部22へ目標位相差(最小電流目標位相差)を出力する目標位相差設定部30と、モータ7aの運転トルクの値を検出するトルク算出部21を備えている。そして、目標位相差設定部30は予め実験的に求められ、運転トルクの値毎にモータ7aのモータ相電流が最小となる最小電流目標位相差を、算出された運転トルクの値に基づいて抽出して出力する位相差抽出部32を備えている。   As described above, the motor control device 16 according to the present invention sets the target phase difference setting unit 30 that outputs the target phase difference (minimum current target phase difference) to the phase difference control unit 22 and the value of the operating torque of the motor 7a. A torque calculation unit 21 for detecting is provided. Then, the target phase difference setting unit 30 is experimentally obtained in advance and extracts the minimum current target phase difference that minimizes the motor phase current of the motor 7a for each value of the operating torque, based on the calculated value of the operating torque. A phase difference extraction unit 32 for outputting the output is provided.

このため、圧縮機7のトルクの値が負荷の状態によって種々に変化した場合であっても、モータ相電流を低減させた制御を行うことができる。従って、インバータ部5を構成するIPMなどの部品に関して、定格電流の小さい安価な部品を採用できる。この結果、モータ制御装置16のコストを低減させることができる。
また、背景技術で説明した消費電力が最小となる目標位相差を探索するために目標位相差を変化させることが無いため、空気調和機1を安定的に運転することができる。また、圧縮機7を駆動する電流を低減させることができるため、圧縮機7の発熱低下やモータ7a内に備えられている永久磁石の減磁を防止して信頼性を向上させることができる。
Therefore, even when the torque value of the compressor 7 changes variously depending on the load state, it is possible to perform control with the motor phase current reduced. Therefore, with respect to the components such as the IPM forming the inverter unit 5, inexpensive components having a small rated current can be adopted. As a result, the cost of the motor control device 16 can be reduced.
Moreover, since the target phase difference is not changed in order to search for the target phase difference that minimizes the power consumption described in the background art, the air conditioner 1 can be stably operated. Further, since the current for driving the compressor 7 can be reduced, it is possible to prevent the heat generation of the compressor 7 and the demagnetization of the permanent magnet provided in the motor 7a to be prevented, thereby improving the reliability.

なお、本実施例では位相差抽出部32は位相差テーブルを用いて運転トルクから最小電流目標位相差を抽出しているが、これに限るものでなく、最小電流位相差特性線を計算式として例えば位相差抽出部32の内部に記憶しておき、入力された運転トルク値を演算し演算結果を最小電流目標位相差として出力してもよい。例えば図3の位相差テーブルにおいて運転トルクの値と最小電流目標位相差を式に表した場合、Tr:運転トルク[N・m]、a:最小電流位相差特性線の傾き(定数で1.25)、b:オフセット値(定数で6)、Ph:最小電流目標位相差[度]とした時、Ph=a(Tr−b)+bとなる。
また、本実施例ではモータ7aの相電流を電流センサ6で検出しているが、これに限るものでなく、インバータ部5の電源が入力される入力端の直前にシャント抵抗を設け、このシャント抵抗で検出した母線電流に基づいて求めた相電流値を用いてもよい。
Although the phase difference extraction unit 32 extracts the minimum current target phase difference from the operating torque using the phase difference table in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and the minimum current phase difference characteristic line is used as a calculation formula. For example, it may be stored in the phase difference extraction unit 32, the input operating torque value may be calculated, and the calculation result may be output as the minimum current target phase difference. For example, when the value of the operating torque and the minimum current target phase difference are expressed by the equation in the phase difference table of FIG. 3, Tr: operating torque [N·m], a: slope of the minimum current phase difference characteristic line (constant: 1. 25), b: offset value (constant 6), Ph: minimum current target phase difference [degree], Ph=a(Tr-b)+b.
Further, in the present embodiment, the phase current of the motor 7a is detected by the current sensor 6, but the present invention is not limited to this, and a shunt resistor is provided immediately before the input terminal to which the power source of the inverter unit 5 is input. The phase current value obtained based on the bus current detected by the resistance may be used.

1 空気調和機
2 交流電源
3 整流器
4 平滑コンデンサ
5 インバータ部
6 電流センサ
7 圧縮機
7a モータ
8 四方弁
9 熱交換器
10 電子膨張弁
11 第1操作弁
12 第2操作弁
13 吐出圧力センサ
14 吸入圧力センサ
15a 吐出管
15b ガス管
15c 第1冷媒管
15d 第2冷媒管
16 モータ制御装置
17 流量計
20 室外機制御部
21 トルク算出部(トルク算出手段)
22 位相差制御部
30 目標位相差設定部(目標位相差設定手段)
31 位相差記憶部
32 位相差抽出部(位相差抽出手段)
40 室外機
50 室内機
1 Air Conditioner 2 AC Power Supply 3 Rectifier 4 Smoothing Capacitor 5 Inverter Section 6 Current Sensor 7 Compressor 7a Motor 8 Four-way Valve 9 Heat Exchanger 10 Electronic Expansion Valve 11 First Operation Valve 12 Second Operation Valve 13 Discharge Pressure Sensor 14 Intake Pressure sensor 15a Discharge pipe 15b Gas pipe 15c First refrigerant pipe 15d Second refrigerant pipe 16 Motor controller 17 Flow meter 20 Outdoor unit controller 21 Torque calculator (torque calculator)
22 Phase Difference Control Section 30 Target Phase Difference Setting Section (Target Phase Difference Setting Means)
31 phase difference storage section 32 phase difference extraction section (phase difference extraction means)
40 Outdoor unit 50 Indoor unit

Claims (2)

モータ相電流とモータ相電圧の位相差を前記モータ相電圧の振幅により制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記モータ相電流を検出し同モータ相電流と前記モータ相電圧との位相差が目標位相差となるように前記モータ相電圧の振幅を制御する位相差制御部と、
前記位相差制御部へ前記目標位相差を出力する目標位相差設定手段とを備え、
前記目標位相差設定手段は、
前記モータの運転中のトルクである運転トルクの値毎に前記モータ相電流が最小となる最小電流目標位相差が予め記憶され、前記モータの運転中に入力された前記運転トルクの値と対応する前記最小電流目標位相差を前記目標位相差として出力する位相差抽出手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device for driving a motor by controlling a phase difference between a motor phase current and a motor phase voltage by an amplitude of the motor phase voltage,
The motor control device,
A phase difference control unit that detects the motor phase current and controls the amplitude of the motor phase voltage so that the phase difference between the motor phase current and the motor phase voltage becomes a target phase difference,
A target phase difference setting unit that outputs the target phase difference to the phase difference control unit,
The target phase difference setting means,
The minimum current target phase difference that minimizes the motor phase current is stored in advance for each value of the operating torque that is the torque during operation of the motor, and corresponds to the value of the operating torque input during operation of the motor. A motor control device, comprising: a phase difference extracting means for outputting the minimum current target phase difference as the target phase difference.
前記モータ制御装置と、同モータ制御装置で駆動されるモータと、前記モータを備えた圧縮機と、前記モータの運転トルクの値を算出して前記位相差抽出手段に出力するトルク算出手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力センサとを備え、
前記トルク算出手段は、前記吐出圧力に基づいて前記運転トルクの値を算出することを特徴とする空気調和機。

The motor control device, a motor driven by the motor control device, a compressor provided with the motor, and a torque calculation means for calculating the value of the operating torque of the motor and outputting the value to the phase difference extraction means; A discharge pressure sensor for detecting the discharge pressure of the compressor,
The air conditioner, wherein the torque calculating means calculates a value of the operating torque based on the discharge pressure.

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