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電動機驅動裝置製造方法

2023-12-06 16:50:56

電動機驅動裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供能夠在抑制耗電增大的同時、持續對電動機進行適當的速度控制的電動機驅動裝置。在交流電源發生故障的情況下,將電動機的目標速度維持在與逆變器中的直流電壓相對應的上限速度和預先確定的下限速度的範圍以內。
【專利說明】電動機驅動裝直
【技術領域】
[0001]實施方式涉及對例如用作為壓縮機電動機的無刷DC電動機進行驅動的電動機驅
動裝置。
【背景技術】
[0002]例如用作為熱泵式冷凍機的壓縮機電動機的無刷DC電動機(也稱為永磁體同步電動機)具有安裝有多個相繞組的定子及埋設有多個永磁體的轉子,在對製冷劑進行吸入.壓縮.噴出的同時,驅動壓縮機內的潤滑油泵。
[0003]驅動該無刷DC電動機的電動機驅動裝置包括用於對各相繞組提供驅動電壓的逆變器,進行所謂的矢量控制。矢量控制根據無刷DC電動機的各相繞組中流過的電流來推定該無刷DC電動機的速度(也稱為轉子速度),並根據該推定速度來求出要提供給該無刷DC電動機的驅動電壓,生成為了從上述逆變器得到所求出的驅動電壓所需的驅動信號(PWM信號)。
[0004]在需要較大熱量的運行開始等時期,無刷DC電動機需要高速旋轉。其中,若無刷DC電動機高速旋轉,則各相繞組中感應的電壓值高於提供給各相繞組的驅動電壓值。這樣的話,無法在各相繞組中流過電流,其結果是,不能對無刷DC電動機進行速度控制(也稱為轉速控制)。
[0005]作為應對策略,在無刷DC電動機的高速旋轉區域中,進行注入負勵磁分量電流的所謂弱磁控制。若進行該弱磁控制,則對於各相繞組的感應電壓的上升被抑制,該感應電壓值不會高於提供給各相繞組的驅動電壓值。即,能夠不中斷地持續對無刷DC電動機進行速度控制。
[0006]另一方面,在商用交流電源中發生電壓下降的電源故障的情況下,提供給各相繞組的驅動電壓值低於對於各相繞組的感應電壓值。在這種情況下,也不能對無刷DC電動機進行速度控制。作為應對策略,考慮通過監視商用交流電源的電壓,在發生電壓下降的電源故障的情況下進行弱磁控制,從而持續對無刷DC電動機進行速度控制。
[0007]此外,對於電源電壓下降的應對措施,已知有如下示例:在停電時使電動機的旋轉能量再生至逆變器,利用該再生來抑制該逆變器中的直流部電壓的下降(日本專利特開2002-374700號公報)。另外,已知有如下示例:根據逆變器中的直流部電壓是否在一定值以上,來切換弱磁控制的執行和不執行(日本專利特開2009-268304號公報)。而且,已知有如下示例:通過在商用交流電源瞬間停電時使對於無刷DC電動機的速度控制停止,從而使逆變器中的直流部電壓上升(日本專利特開2004-304965號公報)。

【發明內容】

[0008]用於弱磁控制的負勵磁分量電流會發生作用以使得從相繞組發出的磁通抵消。因此,若進行弱磁控制,則會發生相當於所注入的負勵磁分量電流的平方與相繞組電阻之積的損耗。其導致耗電的增大。[0009]實施方式的目的在於提供能夠在抑制耗電增大的同時、持續對電動機進行適當的速度控制的電動機驅動裝置。
[0010]實施方式的電動機驅動裝置包括逆變器、第一控制單元、檢測單元、以及第二檢測單元。逆變器將交流電源的電壓轉換成直流並將該直流電壓轉換成交流進行輸出以作為對無刷DC電動機的驅動電壓。第一控制單元根據所述無刷DC電動機中流過的電流來推定該無刷DC電動機的速度,並對所述逆變器進行驅動控制以使得該推定速度成為目標速度。檢測單元檢測所述交流電源中故障的發生。第二控制單元在由所述檢測單元檢測出發生故障的情況下,將所述目標速度維持在與所述逆變器中的直流電壓相對應的上限速度和預先確定的下限速度的範圍以內。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示各實施方式的框圖。
[0012]圖2是表示一個實施方式的控制的流程圖。
[0013]圖3是表示一個實施方式中的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的時序圖。
[0014]圖4是表示一個實施方式中的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的其他不例的時序圖。
[0015]圖5是表示一個實施方式的控制的變形例的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面,參照附圖來說明一個實施方式。
[0017]如圖1所示,逆變器10經由電抗器2與商用交流電源I相連接,該逆變器10的輸出端連接有例如用作為熱泵式冷凍機的壓縮機電動機的無刷DC電動機(也稱為永磁體同步電動機)3。
[0018]逆變器10具有將商用交流電源I的交流電壓轉換成直流電壓的整流電路11 ;對從該整流電路11輸出的直流電壓進行平滑的平滑電容器12 ;利用開關元件的導通、斷開將該平滑電容器12的電壓轉換成預定頻率的三相交流電壓的開關電路13。該開關電路13的輸出作為驅動電壓提供給無刷DC電動機3。
[0019]無刷DC電動機3具有安裝有多個相繞組的定子及埋設有多個永磁體的轉子,且收納在壓縮機殼體內,在對熱泵式冷凍循環中的製冷劑進行吸入?壓縮?噴出的同時,驅動壓縮機殼體內的潤滑油泵。潤滑油泵將積存在壓縮機殼體底部的潤滑油提供給無刷DC電動機3的滑動部。通過該提供,從而在無刷DC電動機3的滑動部形成油膜。
[0020]在上述開關電路13的輸出端與無刷DC電動機3之間的U相通電路徑上,配置有對無刷DC電動機3的U相繞組中流過的電流(相電流)進行檢測的電流傳感器4。在上述開關電路13的輸出端與無刷DC電動機3之間的V相通電路徑上,配置有對無刷DC電動機3的V相繞組中流過的電流(相電流)進行檢測的電流傳感器5。該電流傳感器4、5的輸出提供給電動機控制部20。無刷DC電動機3的W相繞組中流過的電流能根據電流傳感器4、5的檢測電流來計算出。
[0021]電動機控制部20根據電流傳感器4、5的檢測電流來推定無刷DC電動機3的速度(也稱為轉子速度),並對要使如下驅動電壓從逆變器10輸出的該逆變器10的開關元件進行導通、斷開驅動以進行無傳感器.矢量控制(第一控制單元),該驅動電壓用於使該推定速度ωπι到達與來自空調控制部(未圖示)的速度指令相對應的目標速度coref,電動機控制部20包括坐標轉換部21、速度推定部22、速度控制部23、電流控制部24、坐標轉換部25、電壓檢測電路26、輸出佔空比計算部27、PWM轉換部28、電源故障檢測部29。
[0022]坐標轉換部21將電流傳感器4、5的檢測電流轉換成分別換算為無刷DC電動機3中轉子軸上的勵磁軸(d軸)坐標及轉矩軸(q軸)坐標後的勵磁分量電流(也稱為d軸電流)Id及轉矩分量電流(也稱為q軸電流)Iq。速度推定部22利用基於由坐標轉換部21得到的勵磁分量電流Id及轉矩分量電流Iq和無刷DC電動機3的等價方程式進行的運算,來推定無刷DC電動機3的速度。速度控制部23求出與速度指令相對應的上述目標速度ω ref與上述推定速度ωπι之差。電流控制部24根據由速度控制部23求出的差(=coref-com)來設定對於由上述坐標轉換部21轉換後的轉矩分量電流Iq的目標值及對於上述勵磁分量電流Id的目標值。
[0023]坐標轉換部25將由電流控制部24設定的對於轉矩分量電流Iq的目標值及對於勵磁分量電流Id的目標值轉換成換算為無刷DC電動機3中轉子軸上的d軸坐標後的勵磁分量電壓Vd及換算為q軸坐標後的轉矩分量電壓Vq。電壓檢測電路26檢測平滑電容器12的電壓,以作為逆變器10中的直流部的直流電壓Vin。輸出佔空比計算部27基於由坐標轉換部25轉換後的勵磁分量電壓Vd和轉矩分量電壓Vq以及電壓檢測電路26的檢測電壓Vin,計算出對於開關電路13的各開關元件的導通、斷開佔空比D。PWM轉換部28生成與由輸出佔空比計算部27計算出的導通、斷開佔空比D相對應的脈衝寬度的驅動信號(PWM信號)。根據該驅動信號,開關電路13的各開關元件導通、斷開。根據該導通、斷開,從開關電路13輸出用於驅動無刷DC電動機3的三相交流電壓。
[0024]另外,速度控制部23進行如下弱磁控制(弱磁控制單元):將該導通、斷開佔空比D越接近100%越增加的負勵磁分量電流(也稱為負的d軸電流)加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標值上,以使得由輸出佔空比計算部27計算出的導通、斷開佔空比D未達到100%。
[0025]電源故障檢測部29在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設定值Vdip以下的情況下,將其檢測為商用交流電源I中發生故障(也稱為發生異常)。下面,將該發生故障稱為發生電源故障。另外,電源故障檢測部29在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr為一定幅度Vdr以上的情況下,將其檢測為發生電源故障。而且,電源故障檢測部29在檢測出發生電源故障之後,電壓檢測電路26的檢測電壓Vin超過上述設定值Vdip且該狀態持續預定時間以上的情況下,將其檢測為電源故障修復。該電源故障檢測部29的檢測結果提供給速度控制部23及電流控制部24。
[0026]由電壓檢測電路26及電源故障檢測部29來構成分別檢測電源故障的發生及修復的電源監視系統(電源監視單元)。
[0027]速度控制部23除了上述第一控制單元及上述弱磁控制單元以外,還具有下述
(I)?(6)的單元。
[0028](I)第二控制單元,該第二控制單元在由電源故障檢測部29檢測出發生電源故障的情況下,根據該檢測電壓Vin計算出與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應的上限速度《h,並執行速度維持模式控制以將目標速度《ref維持在其上限速度coh和預先確定的下限速度ω I的範圍以內。下限速度ω I是無刷DC電動機3驅動壓縮機內的潤滑油泵所需的最低限度的速度。與檢測電壓Vin相對應的上限速度《h是檢測電壓Vin越低其越低的值。
[0029](2)第三控制單元,該第三控制單元在由第二控制單元執行速度維持模式控制之後,電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設定值Vreg(〈Vdip)以下的情況下,將目標速度《ref以比無刷DC電動機3的實際速度下降率大的下降率且以下限速度ω?為限度朝下降方向進行修正,由此執行再生模式控制以將無刷DC電動機3的旋轉能量作為再生電壓向平滑電容器12進行充電,在通過該再生模式控制使得平滑電容器12的電壓上升且電壓檢測電路26的檢測電壓Vin上升至設定值Vkp OVreg)以上的情況下,結束再生模式控制並恢復為第二控制單元的速度維持模式控制。
[0030](3)第四控制單元,該第四控制單元在由第三控制單元恢復為速度維持模式控制之後,商用交流電源I的電壓發生恢復而使得電壓檢測電路26的檢測電壓VIN上升至超過設定值VREG的情況下,首先執行恢復模式控制以使目標速度Ω以預先確定的通常速度上升率上升(恢復),在商用交流電源I的電壓繼續恢復而由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復的情況下,執行急速上升模式控制以使目標速度QREF以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應的原來的值急速上升。
[0031](4)第五控制單元,該第五控制單元在由第三控制單元恢復為速度維持模式控制之後,商用交流電源I的電壓未發生恢復而使得電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至預定值Voff ( < Vreg)以下的情況下,在判斷為無法將電動機速度維持在下限速度ω?的基礎上,執行停止模式控制以使目標速度《ref以跟隨速度推定部22所進行的速度推定處理的速率朝下降方向進行修正並通過該修正使無刷DC電動機3停止。
[0032](5)第六控制單元,該第六控制單元在通過第五控制單元的停止模式控制的執行而使無刷DC電動機3停止之後,商用交流電源I的電壓發生恢復而使得電壓檢測電路26的檢測電壓Vin上升至超過設定值Vreg的情況下,首先執行再啟動模式控制以對無刷DC電動機3進行再啟動且使目標速度coref以上述通常速度上升率上升,在商用交流電源I的電壓繼續恢復而由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復的情況下,執行急速上升模式控制以使目標速度《ref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應的原來的值急速上升。
[0033](6)第七控制單元,該第七控制單元在由第四控制單元執行急速上升模式控制及由第六控制單元執行急速上升模式控制時,在由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復起的一定時間Trt內,執行電動機電流限制控制以用於防止因驅動信號生成控制對於檢測電壓Vin上升的響應延遲而發生的失步。電動機電流限制控制具體而言是指將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標值上以使得無刷DC電動機3中流過的電流不低於預先確定的下限值的控制。驅動信號生成控制包含輸出佔空比計算部27的導通、斷開佔空比計算處理及PWM轉換部28的驅動信號生成處理。
[0034]即,參照圖2的流程圖、圖3的時序圖、圖4的時序圖來說明電動機控制部20的控制。圖3是發生電源故障之後無刷DC電動機3不停止時的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的示例。圖4是發生電源故障之後無刷DC電動機3停止時的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的示例。
[0035]首先,用圖3的示例進行說明。逆變器10中的直流部的直流電壓Vin及該直流電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr由電壓檢測電路26檢測出(步驟101)。
[0036]在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降的情況下,伴隨著該下降,速度控制部23的弱磁控制起作用。由於該弱磁控制,電動機電流逐漸上升。
[0037]若電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設定值Vdip以下,則由電源故障檢測部29將其檢測為發生電源故障(步驟102的是)。此時,速度控制部23中,若故障檢測標記f為「O」(步驟103的是),則對該故障檢測標記f設置「 I」(步驟104),並且根據該檢測電壓Vin計算出與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應的上限速度oh(步驟105)。與檢測電壓Vin相對應的上限速度oh是檢測電壓Vin越低其越低的值。
[0038]速度控制部23在目標速度《ref比上述計算出的上限速度coh高的情況下(步驟106的是),將目標速度coref修正為上限速度coh(步驟107)。這樣,通過將目標速度?ref的上升限制在上限速度《h,從而電動機電流下降。
[0039]速度控制部23在目標速度《ref比預先確定的下限速度ω I低的情況下(步驟108的是),將目標速度oref修正為其下限速度ω I (步驟109)。
[0040]速度控制部23在目標速度《ref為上限速度coh以下且為下限速度ω?以上的情況下(步驟106的否,步驟108的否),將目標速度《ref原樣設定為與指令速度相對應的值(步驟110)。這樣,通過將目標速度《ref的下降限制在下限速度ω?,從而可確保壓縮機內的潤滑油泵的驅動所需的動力。
[0041 ] 利用這些步驟104~110,來執行速度維持模式控制以將目標速度ω ref維持在上限速度oh和下限速度ω?的範圍內。
[0042]速度控制部23在由電源故障`檢測部29檢測出電源發生故障之後(步驟102的是),若故障檢測標記f為「 I」(步驟103的否),則在判斷為已執行速度維持模式控制的基礎上,判定檢測電壓Vin是否在預定值Voff以下(步驟11)。速度控制部23中,若檢測電壓Vin不在預定值Voff以下(步驟111的否),則判定檢測電壓Vin是否在設定值Vreg以下(步驟113)。
[0043]隨著檢測電壓Vin下降的進行,速度控制部23的弱磁控制再次起作用,電動機電流逐漸上升。
[0044]速度控制部23在檢測電壓Vin下降至設定值Vreg以下時(步驟111的否,步驟113的是),執行再生模式控制(步驟114)。即,速度控制部23使目標速度coref以比無刷DC電動機3的實際速度下降率大的下降率且以下限速度ω I為限度朝下降方向進行修正。由此,無刷DC電動機3的旋轉能量作為再生電壓向平滑電容器12進行充電。
[0045]速度控制部23在執行再生模式控制的過程中,判定檢測電壓Vin是否在設定值Vkp以上(步驟115)。速度控制部23在檢測電壓Vin小於設定值Vkp的情況下(步驟115的否),繼續執行再生模式控制(步驟114)。速度控制部23中,若檢測電壓Vin變為設定值Vkp以上(步驟115的是),則為了結束再生模式控制並恢復為速度維持模式控制,將故障檢測標記f重置為「O」 (步驟116)。
[0046]若故障檢測標記f為「0」(步驟103的是),則速度控制部23重複執行步驟104~110的速度維持模式控制。圖3的示例中,在執行再生模式控制之後,目標速度《ref被限制在下限速度ω I。
[0047]之後,速度控制部23在商用交流電源I的電壓發生恢復而使得檢測電壓Vin上升至超過設定值Vreg時(步驟111的否,步驟113的否),在這種情況下無刷DC電動機3不停止(步驟117的否),因此執行恢復模式控制(步驟118)。即,速度控制部23使目標速度《ref以預先確定的通常速度上升率上升(恢復),並且為了回到速度維持模式控制,將故障檢測標記f重置為「O」。
[0048]若商用交流電源I的電壓繼續恢復,檢測電壓Vin超過設定值Vdip且該狀態持續預定時間以上,則由電源故障檢測部29將其檢測為電源故障修復(步驟102的否)。此時,速度控制部23中,若故障檢測標記f為「I」(步驟120的是),則執行急速上升模式控制(步驟121)。即,速度控制部23使目標速度oref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應的原來的值急速上升,並且為了回到速度維持模式控制,將故障檢測標記f重置為「O」。
[0049]速度控制部23在執行該急速上升模式控制時,在由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復起的一定時間Trt內,執行電動機電流限制控制。即,速度控制部23為了防止因驅動信號生成控制(包含輸出佔空比計算部27的導通、斷開佔空比計算處理及PWM轉換部28的驅動信號生成處理)對於檢測電壓Vin上升的響應延遲而會發生的失步,將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標值上,以使得無刷DC電動機3中流過的電流不低於預先確定的下限值。一定時間Trt是比控制對於檢測電壓Vin上升的響應延遲長的時間。然後,速度控制部23在經過一定時間Trt之後,結束急速上升模式控制並轉移至通常控制(步驟122)。
[0050]另一方面,圖4的示例中,在檢測電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr成為一定幅度Vdr以上的時間點,利用電源故障檢測部29將其檢測為發生電源故障(步驟102的是)。此時,速度控制部23中,若故障檢測標記f為「O」 (步驟103的是),則執行上述的速度維持模式控制(步驟104~110)。通過執行該速度維持模式控制,從而將電動機速度維持在下限速度《I。由此,可確保壓縮機內的`潤滑油泵的驅動所需的動力。
[0051]速度控制部23在由電源故障檢測部29檢測出電源發生故障之後(步驟102的是),若故障檢測標記f為「 1」(步驟103的否),則在判斷為已執行速度維持模式控制的基礎上,判定檢測電壓Vin是否為預定值Voff以下(步驟111)。
[0052]速度控制部23中,若檢測電壓Vin在預定值Voff以下(步驟111的是),則在判斷為無法將電動機速度維持在下限速度ω I的基礎上,執行停止模式控制(步驟112)。SP,速度控制部23將目標速度《ref以跟隨速度推定部22所進行的速度推定處理的速率朝下降方向進行修正,通過該修正使無刷DC電動機3停止。在這種情況下,由於在使目標速度?ref以跟隨速度推定處理的速率下降的同時使無刷DC電動機3停止,因此能夠可靠地掌握其停止時的轉子位置。進而,能夠確保較大的啟動轉矩,且能夠縮短無刷DC電動機3的再啟動所需的時間。
[0053]速度控制部23在通過執行停止模式控制而使無刷DC電動機3停止之後,商用交流電源I的電壓發生恢復而使得檢測電壓Vin上升至超過設定值Vreg時(步驟111的否,步驟113的否),在這種情況下無刷DC電動機3停止(步驟117的是),執行再啟動模式控制(步驟119)。即,速度控制部23對無刷DC電動機3進行再啟動且使目標速度coref以上述通常速度上升率上升,並且為了回到速度維持模式控制,將故障檢測標記f重置為「O」。
[0054]若商用交流電源I的電壓繼續恢復,檢測電壓Vin超過設定值Vdip且該狀態持續預定時間以上,則由電源故障檢測部29將其檢測為電源故障修復(步驟102的否)。此時,速度控制部23中,若故障檢測標記f為「I」(步驟120的是),則執行急速上升模式控制(步驟121)。即,速度控制部23使目標速度oref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應的原來的值急速上升,並且為了回到速度維持模式控制,將故障檢測標記f重置為「O。」
[0055]速度控制部23在執行該急速上升模式控制時,在由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復起的一定時間Trt內,執行電動機電流限制控制。即,速度控制部23為了防止因驅動信號生成控制對於檢測電壓Vin上升的響應延遲而會發生的失步,將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標值上,以使得無刷DC電動機3中流過的電流不低於預先確定的下限值。一定時間Trt是比控制對於檢測電壓Vin上升的響應延遲長的時間。然後,速度控制部23在經過一定時間Trt之後,結束急速上升模式控制並 轉移至通常控制(步驟122)。
[0056]如上所述,在發生電源故障的情況下,通過將目標速度《ref維持在與逆變器10中的直流部的直流電壓Vin相對應的上限速度oh和預先確定的下限速度ω?的範圍以內,從而能夠減少注入負勵磁分量電流的弱磁控制的執行。
[0057]若執行弱磁控制,則會發生與負勵磁分量電流的平方與相繞組電阻之積相當的損耗,因此通過減少該弱磁控制的執行,從而能夠抑制耗電的增大。因而,能夠在抑制耗電增大的同時,持續對無刷DC電動機3進行適當的速度控制。
[0058]由於選定與商用交流電源I的電壓相對應的值以作為上限速度《h,因此能夠進行最大限度地活用來自商用交流電源I的提供能量的運行。由此,能夠使由無刷DC電動機3驅動的熱泵式冷凍循環的運行儘可能地穩定。
[0059]由於選定與商用交流電源I的電壓相對應的值以作為上限速度《h,因此在電源故障修復時,能夠使無刷DC電動機3的速度迅速地跟隨從商用交流電源I的電壓下降開始的恢復。由此,能夠迅速地補償熱泵式冷凍循環的能力不足。
[0060]由於確定無刷DC電動機3驅動壓縮機內的潤滑油泵所需的最低限度的速度以作為下限速度ω?,因此能夠儘可能地持續對無刷DC電動機3的滑動部等提供潤滑油。因此,能夠確保無刷DC電動機3的安全。
[0061]在檢測出發生電源故障的情況下,將無刷DC電動機3的旋轉能量作為再生電壓回收至平滑電容器12,以將該充電電壓用於速度維持模式控制所進行的電動機驅動,因此能夠在更長的時間內耐受電源故障的同時繼續驅動電動機。根據平滑電容器12的額定值,來改變將目標速度《ref朝下降方向修正時的下降率,從而能夠將再生電壓限制在不超過平滑電容器12的額定值的值。利用該限制,能夠防止平滑電容器12的故障。
[0062]在直流電壓Vin的下降進行至預定值Voff以下的情況下,在判斷為無法將電動機速度維持在下限速度ω I的基礎上,停止無刷DC電動機3,因此平滑電容器12的電壓會殘留而不會消失。因而,在使用平滑電容器12的電壓以作為電動機控制部20的動作電力的情況下,能夠利用平滑電容器12的殘留電壓來繼續進行之後的電動機控制部20的動作。假設平滑電容器12的電壓變為0,則會發生電動機控制部20內的至此為止的運行信息消失、或者在電源故障修復之前無法再啟動無刷DC電動機3這樣的不良情況,但能夠防止這樣的不良情況。即,在檢測出電源故障修復時,能夠迅速地再啟動無刷DC電動機3。
[0063]在無刷DC電動機3停止時,使目標速度coref以跟隨速度推定處理的速率下降的同時使無刷DC電動機3停止,因此能夠可靠地掌握其停止時的轉子位置,進而能夠確保較大的啟動轉矩,能夠縮短再啟動無刷DC電動機3所需的時間。
[0064]雖然檢測電壓Vin已超過設定值Vdip但並非馬上將其檢測為電源故障修復,而是在檢測電壓Vin超過設定值Vdip且該狀態持續預定時間以上的情況下將其檢測為電源故障修復,因此能夠防止由於因再生能量使平滑電容器12的電壓上升而引起的電源故障修復的誤檢測。作為預定時間的具體值,在無刷DC電動機3繼續動作的情況下,設定為例如I秒以上,在無刷DC電動機3停止的情況下,為了想要加快再啟動而設定為例如小於I秒。假設發生了由於因再生能量使平滑電容器12的電壓上升而引起的電源故障修復的誤檢測,則由於想要將無刷DC電動機3的速度加快回到電源故障發生前的狀態而會額外地消耗儲存在平滑電容器12中的能量,因此耐受電源故障的時間變短。通過使這種誤檢測不發生,從而能夠抑制儲存在平滑電容器12中的能量的額外消耗。其結果是,耐受電源故障的時間變長。
[0065]在對瞬間停電等電源故障進行修復時,直流電壓Vin急劇變高。此時,由於直到獲取直流電壓Vin而生成驅動信號(PWM信號)為止的驅動信號生成控制的響應延遲(時間延遲),使得實際的電動機電流變得大於目標值,隨之驅動信號的導通、斷開佔空比D急劇變小。這樣的話,電動機電流下降,控制變得不穩定,有時會發生失步。與此不同的是,本實施方式中,由於在從電源故障進恢復時,在比驅動信號生成控制對於檢測電壓Vin上升的響應延遲長的時間即一定時間Trt內進行電動機電流限制控制,即由於將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標值上以使得無刷DC電動機3中流過的電流不低於預先確定的下限值,因此能夠防止因驅動信號生成控制對於檢測電壓Vin上升的響應延遲而會發生的失步。
[0066]此外,上述實施方式中,電源故障檢測部29在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設定值Vdip以下的情況下將其檢測為發生電源故障,在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr在一定幅度Vdr以上的情況下將其檢測為發生電源故障,但並不局限於此,也可根據對於逆變器10的驅動信號的導通、斷開佔空比(對於逆變器10的開關元件的導通、斷開佔空比)D的大小來推定逆變器10的直流部中的直流電壓Vin,在該推定電壓下降至設定值Vdip以下時,將其檢測為發生電源故障。或者,電源故障檢測部29也可在上述推定電壓每單位時間的下降幅度Vr在一定幅度Vdr以上時,將其檢測為發生電源故障。或者,電源故障檢測部29也可在上述導通、斷開佔空比D每單位時間的增加幅度在預定幅度以上時,將其檢測為發生電源故障。
[0067]另外,上述實施方式中,電源故障檢測部29在檢測出發生電源故障之後,電壓檢測電路26的檢測電壓Vin超過設定值Vdip且該狀態持續預定時間以上的情況下,將其檢測為電源故障修復,但並不局限於此,也可在根據上述導通、斷開佔空比D的推定電壓超過設定值其該狀態持續一定時間以上時,將其檢測為電源故障修復。
[0068]在電源故障的發生及修復的檢測中使用推定電壓的情況下,能夠去除電壓檢測電路26,因此可力圖使電路小型化,並且存在於電壓檢測電路26與電動機控制部20之間的信號線消失。若信號線消失,則電動機控制部20的絕緣性提高,即使用手觸摸電動機控制部20,也不會觸電,維護服務時的危險性減少。
[0069]在日本,標準電壓為100V的情況下,商用交流電源的電壓的變動範圍為10V±6V,在標準電壓為200V的情況下,商用交流電源的電壓的變動範圍為202V±20V。若將布線中的電壓下降設為5%,則標準電壓為100V時的下限值為9IV,標準電壓為200V時的下限值為172V。在未發生電源故障的情況下,提供該下限值以上的電壓。在檢測出小於該下限值的電壓的情況下判斷為發生了電源故障,從而能夠可靠地檢測出發生電源故障。
[0070]關於商用交流電源的電壓範圍,在標準電壓為100V的情況下為101V±6V,在標準電壓為200V的情況下為202V±20V,在標準電壓為100V的情況下具有12V的幅度,在標準電壓為200V的情況下具有40V的幅度。與提供商用交流電源的電壓的系統相連的設備的耗電發生變動而導致布線中的電壓下降發生變化是電源故障以外的電壓變動的主要原因,在檢測出比該通常發生的電壓變動大的電壓下降時判斷為發生了電源故障,從而能夠在提供電壓高於標準時較早地檢測出電源故障。通過將受電端開始的布線中所設想的最大電壓變動以上的變動作為基準,從而在標準電壓為100V且上限值為107V的情況下,在成為比107V下降了 5%的102V時,將其檢測為電源故障。在這種情況下,由於能夠在比僅用電壓值檢測時的91V要早IlV的時間點檢測出,因此能夠較早地使電動機的旋轉下降以抑制耗電。進而,能夠在更長的時間內耐受電源故障。
[0071]另外,上述實施方式中,速度控制部23作為速度維持模式控制,執行了對與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應的上限速度《h進行計算的處理(步驟105);判定目標速度《ref是否高於該上限速度coh的處理(步驟106);在目標速度coref高於上限速度《h時將目標速度《ref修正為上限速度coh的處理(步驟107),但作為其替代,也可如圖5所示,執行對與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應的上限導通、斷開佔空比Dh進行計算的處理(步驟105);判定由輸出佔空比計算部27計算出的導通、斷開佔空比D是否高於該上限導通、斷開佔空比Dh的處理(步驟106);在導通、斷開佔空比D高於上限導通、斷開佔空比Dh時將目標速度《ref修正為對上限導通、斷開佔空比Dh與導通、斷開佔空比D之差乘上係數α後所得到的值[=?ref-(`Dh-D).α ]的處理(步驟107)。導通、斷開佔空比D基於由坐標轉換部25轉換後的勵磁分量電壓Vd和轉矩分量電壓Vq以及電壓檢測電路26的檢測電壓Vin來計算出,因此包含直流電壓Vin的變化以作為參數。
[0072]另外,實施方式及變形例是作為示例而呈現的,不旨在限定發明的範圍。這些新的實施方式及變形例可通過其它各種方式來實施,在不脫離發明要旨的範圍內,可進行各種省略、改寫、變更。這些實施方式及其變形均包含在發明的範圍和要旨中,並且包含在專利權利要求書所記載的發明及其等同範圍內。
[0073]工業上的實用性
[0074]實施方式的電動機驅動裝置可用於例如用作為熱泵式冷凍機的壓縮機電動機的無刷DC電動機的驅動。
【權利要求】
1.一種電動機驅動裝置,包括: 逆變器,該逆變器將交流電源的電壓轉換成直流並將該直流電壓轉換成交流進行輸出以作為對無刷DC電動機的驅動電壓; 第一控制單元,該第一控制單元根據所述無刷DC電動機中流過的電流來推定該無刷DC電動機的速度,並對所述逆變器進行驅動控制以使得該推定速度成為目標速度; 檢測單元,該檢測單元檢測所述交流電源中故障的發生;以及 第二控制單元,該第二控制單元在由所述檢測單元檢測出發生故障的情況下,將所述目標速度維持在與所述逆變器中的直流電壓相對應的上限速度和預先確定的下限速度的範圍以內。
2.如權利要求1所述的電動機驅動裝置,其特徵在於,還包括: 平滑電容器,該平滑電容器對所述逆變器中的直流電壓進行平滑;以及 第三控制單元,該第三控制單元在由所述第二控制單元執行控制之後,所述平滑電容器的電壓下降至設定值以下的情況下,通過將所述目標速度以比所述無刷DC電動機的實際速度下降率大的下降率且以所述下限速度為限度朝下降方向進行修正,從而將所述無刷DC電動機的旋轉能量作為再生電壓向所述平滑電容器進行充電,在該平滑電容器的電壓上升至高於所述設定值的值的情況下,恢復為所述第二控制單元的控制。
3.如權利要求2所述的電動機驅動裝置,其特徵在於, 所述檢測單元檢測所述交流電源中故障的發生及修復, 還包括第四控制單元,該第四控制單元在由所述第三控制單元恢復為所述第二控制單元的控制之後,所述交流電源的電壓發生恢復而使得所述平滑電容器的電壓超過所述設定值的情況下,使所述目標速度首先以預先確定的通常速度上升率上升,接著在由所述檢測單元檢測出故障修復的情況下,使所述目標速度以比所述通常速度上升率大的上升率朝向原來的值急速上升。
4.如權利要求3所述的電動機驅動裝置,其特徵在於,還包括 第五控制單元,該第五控制單元在由所述第三控制單元恢復為所述第二控制單元的控制之後,所述交流電源的電壓未發生恢復而使得所述平滑電容器的電壓下降至預定值以下的情況下,使所述無 刷DC電動機停止。
5.如權利要求4所述的電動機驅動裝置,其特徵在於, 所述第五控制單元在由所述第三控制單元恢復為所述第二控制單元的控制之後,所述交流電源的電壓未發生恢復而使得所述平滑電容器的電壓下降至預定值以下的情況下,將所述目標速度以跟隨所述速度推定的速率朝下降方向進行修正,並通過該修正使所述無刷DC電動機停止。
6.如權利要求4所述的電動機驅動裝置,其特徵在於,還包括 第六控制單元,該第六控制單元在通過所述第五控制單元的控制而使所述無刷DC電動機停止之後,所述交流電源的電壓發生恢復而使得所述平滑電容器的電壓超過所述設定值的情況下,使所述無刷DC電動機再啟動且使所述目標速度首先以所述通常速度上升率上升,接著在由所述檢測單元檢測出故障修復的情況下,使所述目標速度以比所述通常速度上升率大的上升率朝向原來的值急速上升。
7.如權利要求6所述的電動機驅動裝置,其特徵在於,還包括第七控制單元,該第七控制單元在由所述第四控制單元使得所述目標速度急速上升以及由所述第六控制單元使得所述目標速度急速上升時,在由檢測單元檢測出故障修復起的一定時間內,執行電動機電流限制控制,以使得流過所述無刷DC電動機的電流不低於預先確定的下限值。
8.如權利要求1所述的電動機驅動裝置,其特徵在於, 所述逆變器將交流電源的電壓轉換成直流並利用開關元件的導通、斷開將該直流電壓轉換成交流進行輸出以作為對無刷DC電動機的驅動電壓, 所述第一控制單元根據所述無刷DC電動機中流過的電流來推定該無刷DC電動機的速度,並對所述逆變器的開關元件進行導通、斷開驅動控制以使得該推定速度成為目標速度, 所述檢測單元在檢測出所述逆變器中的直流電壓且該檢測電壓下降至設定值以下時,或者在該檢測電壓每單位時間的下降幅度為一定幅度以上時,或者在根據對於所述逆變器的開關元件的導通、斷開佔空比大小來推定所述逆變器中的直流電壓且該推定電壓下降至所述設定值以下時,或者在該推定電壓每單位時間的下降幅度為所述一定幅度以上時,或者對於所述逆變器的開關元件的導通、斷開佔空比每單位時間的增加幅度為預定幅度以上時,將其檢測為所述交流電源中發生故障。
9.如權利要求8所述的電動機驅動裝置,其特徵在於, 所述檢測單元在檢測出所述交流電源中發生故障之後,所述檢測電壓或所述推定電壓超過所述設定值且該狀 態持續一定時間以上時,將其檢測為所述交流電源中故障修復。
【文檔編號】H02P27/06GK103782504SQ201280041899
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月15日 優先權日:2011年12月15日
【發明者】溫品治信 申請人:東芝開利株式會社

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