JP2010200438A - Inverter controller, electric compressor, and home electrical equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスDCモータのインバータ制御装置における始動制御に関するものであり、またインバータ制御装置を用いた電動圧縮機及び冷蔵庫等の家庭用電気機器における始動制御に関するものである。 The present invention relates to start control in an inverter control device of a brushless DC motor, and also relates to start control in household electric equipment such as an electric compressor and a refrigerator using the inverter control device.
従来、インバータにより回転数を制御するブラシレスDCモータの回転子磁極位置検出をステータ巻線の誘起電圧を利用してセンサレス方式で行なうインバータ制御装置において、ブラシレスDCモータを起動する場合、停止状態では誘起電圧が発生しないためセンサレス方式での位置検出はできない。このため、位置検出が可能となるある回転数までは、あらかじめ決めておいた起動シーケンスパターンにより強制転流を行なうことによってモータを起動し、その後センサレス方式に切り替えるものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in an inverter control device that detects a rotor magnetic pole position of a brushless DC motor whose rotation speed is controlled by an inverter by a sensorless method using an induced voltage of a stator winding, when the brushless DC motor is started, it is induced in a stopped state. Since no voltage is generated, position detection cannot be performed using the sensorless method. For this reason, up to a certain number of rotations at which position detection is possible, there is a type in which the motor is started by performing forced commutation according to a predetermined start sequence pattern and then switched to a sensorless system (for example, Patent Document 1). reference).
以下、図面を参照しながら上記従来のインバータ制御装置を説明する。 The conventional inverter control apparatus will be described below with reference to the drawings.
図3は、特許文献1に記載された従来のインバータ制御装置の構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a conventional inverter control device described in Patent Document 1. In FIG.
図3において、交流電源1の交流電圧は、倍電圧整流回路2で直流電圧に変換される。倍電圧整流回路2は、ダイオード2a〜2dとコンデンサ2e〜2fが接続された構成となっている。 In FIG. 3, the AC voltage of the AC power source 1 is converted into a DC voltage by the voltage doubler rectifier circuit 2. The voltage doubler rectifier circuit 2 has a configuration in which diodes 2a to 2d and capacitors 2e to 2f are connected.
インバータ回路3は、半導体スイッチ(トランジスタ)3a〜3fが3相ブリッジ接続されており、かつ各々のトランジスタ3a〜3fに並列・逆方向でダイオード3g〜3lが接続されている。 In the inverter circuit 3, semiconductor switches (transistors) 3a to 3f are connected in a three-phase bridge, and diodes 3g to 3l are connected to the transistors 3a to 3f in parallel and in opposite directions.
直流電動機であるブラシレスDCモータ4は、インバータ回路3の出力により駆動される。往復動圧縮機5は、ブラシレスDCモータ4により駆動される。位置検出回路6は、ブラシレスDCモータ4の回転子(図示せず)の回転位置を検出するとともに、ブラシレスDCモータ4の逆起電圧から位置を検出する位置検出信号を発生する。 The brushless DC motor 4 that is a DC motor is driven by the output of the inverter circuit 3. The reciprocating compressor 5 is driven by a brushless DC motor 4. The position detection circuit 6 detects the rotational position of a rotor (not shown) of the brushless DC motor 4 and generates a position detection signal for detecting the position from the back electromotive voltage of the brushless DC motor 4.
転流回路7は、位置検出回路6の出力からインバータ回路3の半導体スイッチ3a〜3fを転流させる転流パルスを作り出す。回転数指令手段8は、ブラシレスDCモータ4の回転数指令信号を出力する。回転数検出手段9は、位置検出回路6の位置検出信号を一定期間(例えば0.5秒など)カウントする。 The commutation circuit 7 generates a commutation pulse that commutates the semiconductor switches 3 a to 3 f of the inverter circuit 3 from the output of the position detection circuit 6. The rotation speed command means 8 outputs a rotation speed command signal for the brushless DC motor 4. The rotation speed detection means 9 counts the position detection signal of the position detection circuit 6 for a certain period (for example, 0.5 seconds).
デューティ設定手段10は、回転数指令手段8の回転数指令信号と、回転数検出手段9で検出された実際の回転数の差から、両者が一致するようにデューティ値を出力する。チョッピング信号発生回路11は、ブラシレスDCモータ4の回転数を可変にするために、デューティ値に従い一定周波数でオン/オフ比率の異なる波形を作り出す。 The duty setting means 10 outputs a duty value so that both coincide with each other based on the difference between the rotational speed command signal of the rotational speed command means 8 and the actual rotational speed detected by the rotational speed detection means 9. The chopping signal generation circuit 11 generates waveforms with different on / off ratios at a constant frequency according to the duty value in order to make the rotation speed of the brushless DC motor 4 variable.
センサレス運転部12は、位置検出回路6、転流回路7、回転数指令手段8、回転数検出手段9、デューティ設定手段10、チョッピング信号発生手段11とから構成される。 The sensorless operation unit 12 includes a position detection circuit 6, a commutation circuit 7, a rotation speed command means 8, a rotation speed detection means 9, a duty setting means 10, and a chopping signal generation means 11.
強制転流制御手段13は起動時の出力パターンを記憶しており、ブラシレスDCモータ4の起動時には位置検出回路6の出力が得られないため、転流パルスとチョッピング信号とを出力する。 The forced commutation control means 13 stores an output pattern at the time of activation, and outputs the commutation pulse and the chopping signal because the output of the position detection circuit 6 cannot be obtained when the brushless DC motor 4 is activated.
起動シーケンスパターン記憶手段14は、起動時に往復動圧縮機5を正転させるための転流パルスとチョッピング信号とを記憶している。 The activation sequence pattern storage means 14 stores a commutation pulse and a chopping signal for causing the reciprocating compressor 5 to normally rotate at the time of activation.
起動シーケンス運転部15は、強制転流制御手段13、起動シーケンスパターン記憶手段14とから構成される。 The startup sequence operation unit 15 includes forced commutation control means 13 and startup sequence pattern storage means 14.
運転モード切り替え手段16は、起動時には強制転流制御手段13と後述する合成回路17とを接続し、起動後は転流回路7とチョッピング信号発生回路11とを合成回路21に接続する。 The operation mode switching means 16 connects the forced commutation control means 13 and a synthesis circuit 17 to be described later at the time of activation, and connects the commutation circuit 7 and the chopping signal generation circuit 11 to the synthesis circuit 21 after the activation.
合成回路17は、転流パルスとチョッピング信号とを合成する。ドライブ回路18は、合成回路17の出力によりインバータ回路3の半導体スイッチ3a〜3fをオン/オフさせる。 The synthesis circuit 17 synthesizes the commutation pulse and the chopping signal. The drive circuit 18 turns on / off the semiconductor switches 3 a to 3 f of the inverter circuit 3 based on the output of the synthesis circuit 17.
回転子位置確認手段19は、起動シーケンスによる強制転流終了時点で回転子位置を確認する。 The rotor position confirmation means 19 confirms the rotor position at the end of forced commutation by the activation sequence.
以上の様に構成することによって、ブラシレスDCモータ4の起動時は、まず起動シーケンス運転部15によって強制的に転流を行なう。その後、回転子の位置を検出できる回転数となった時点で、回転子位置確認手段19により回転子位置を確認してドライブ回路の出力パターンを確定し強制転流を終了する。そして、センサレス運転部12による位置検出転流運転に切り替える。
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来の構成では、チョッピング信号発生回路であるPWM信号発生回路11は、デューティ設定手段10からのデューティ値に従って一定周波数でオン/オフ比率の異なる波形を作り出しており、ブラシレスDCモータ4起動時の低デューティ領域においてはオン時間が短くなるため、位置検出回路6における誘起電圧の検出時にリンギング波形等の影響が無視できなくなり、正確な位置検出が難しく高負荷時に脱調して起動失敗しやすいという課題を有していた。 However, in the conventional configuration described in Patent Document 1, the PWM signal generation circuit 11 that is a chopping signal generation circuit generates waveforms with different on / off ratios at a constant frequency according to the duty value from the duty setting means 10. In addition, since the on-time is shortened in the low duty region when the brushless DC motor 4 is started, the influence of the ringing waveform or the like cannot be ignored when detecting the induced voltage in the position detection circuit 6, and it is difficult to accurately detect the position when the load is high. It had the problem of being out of step and failing to start up easily.
そのため、始動時はPWM信号のキャリア周波数を低下させてPWM信号のオン時間を増加させることで位置検出を確実に行なえる様に構成することが考えられる。 Therefore, at the time of starting, it can be considered that the position can be reliably detected by decreasing the carrier frequency of the PWM signal and increasing the ON time of the PWM signal.
ところが、一般に、キャリア周波数はブラシレスDCモータ4運転時の騒音発生を抑えるため、可聴周波数範囲における騒音発生の原因となる周波数を避けて設定される。そのため、キャリア周波数を低下させることは騒音を増加させる可能性があり、特に起動時において、ブラシレスDCモータ4の起動音を増加させる原因となる。 However, in general, the carrier frequency is set to avoid frequencies that cause noise generation in the audible frequency range in order to suppress noise generation during operation of the brushless DC motor 4. Therefore, lowering the carrier frequency may increase noise, and causes the startup sound of the brushless DC motor 4 to increase, especially at startup.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、強制転流運転、およびセンサレス運転のシーケンスの各段階に応じてキャリア周波数を変更することにより、モータ始動時における始動時の脱調停止を防止し良好な始動性を確保するとともに、騒音の発生を抑える信頼性の高いインバータ制御装置を提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and prevents the step-out stop at the start of the motor at the start of the motor by changing the carrier frequency according to each stage of the sequence of the forced commutation operation and the sensorless operation. The present invention provides a highly reliable inverter control device that ensures good startability and suppresses the generation of noise.
上記従来の課題を解決するために本発明のインバータ制御装置は、位置決め制御手段による転流信号、強制転流制御手段による転流信号、または転流制御手段による転流信号のいずれかの信号とPWM制御手段によるPWM信号とを合成してインバータ回路の半導体スイッチを動作させるドライブ制御手段を備え、ブラシレスDCモータの起動時にPWM信号のキャリア周波数を変更することで騒音の発生を抑え、位置検知の失敗を低減するという作用を有する。 In order to solve the above conventional problems, the inverter control device of the present invention includes a commutation signal by the positioning control means, a commutation signal by the forced commutation control means, or a commutation signal by the commutation control means. Drive control means that synthesizes the PWM signal by the PWM control means to operate the semiconductor switch of the inverter circuit, and suppresses the generation of noise by changing the carrier frequency of the PWM signal at the start of the brushless DC motor, and the position detection It has the effect of reducing failure.
本発明のインバータ制御装置は、ブラシレスDCモータの起動時において位置決め動作、強制転流運転、およびセンサレス運転のシーケンスの各段階に応じてPWM信号のキャリア周波数を変更することにより、転流失敗や脱調によるモータ停止を防止するとともにモータ起動時における騒音の発生を抑えることができる。 The inverter control device according to the present invention changes the carrier frequency of the PWM signal in accordance with each stage of the sequence of the positioning operation, forced commutation operation, and sensorless operation when the brushless DC motor is started up. It is possible to prevent the motor from being stopped due to adjustment, and to suppress the generation of noise when starting the motor.
請求項1に記載の発明は、ロータに永久磁石を設けたブラシレスDCモータを駆動する複数個の半導体スイッチ及びダイオードをブリッジ結線したインバータ回路部と、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出する位置検出回路部と、前記位置検出回路部で検出した誘起電圧に基づき前記ロータの位置検出信号を出力する位置検出判定手段と、前記ブラシレスDCモータの回転数を可変するPWM制御を行なうためのPWM信号を発生するPWM制御手段と、PWM信号のキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、前記ブラシレスDCモータの起動直前に前記ロータの位置を仮決めするための転流信号を出力する位置決め制御手段と、前記ブラシレスDCモータの起動直後に前記位置検出判定手段から出力が得られない場合あらかじめ設定した所定のパターンの転流信号を出力する強制転流制御手段と、前記ブラシレスDCモータの運転時に前記位置検出判定手段が出力する位置検出信号を受けて転流信号を出力する転流制御手段と、前記位置決め制御手段による転流信号、前記強制転流制御手段による転流信号、または前記転流制御手段による転流信号のいずれかの信号と前記PWM制御手段によるPWM信号とを合成して前記インバータ回路部の前記半導体スイッチを動作させるドライブ制御手段を備え、前記ブラシレスDCモータの起動時にPWM信号のキャリア周波数を変更するもので、ブラシレスDCモータの起動時において位置決め動作、強制転流運転、およびセンサレス運転のシーケンスの各段階に応じてPWM信号のキャリア周波数を変更することができる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an inverter circuit section in which a plurality of semiconductor switches and diodes for driving a brushless DC motor having a permanent magnet provided on a rotor are bridge-connected, and position detection for detecting an induced voltage of the brushless DC motor. A circuit unit, position detection determination means for outputting a position detection signal of the rotor based on the induced voltage detected by the position detection circuit unit, and a PWM signal for performing PWM control for varying the rotation speed of the brushless DC motor. Generated PWM control means, carrier frequency setting means for setting the carrier frequency of the PWM signal, positioning control means for outputting a commutation signal for tentatively determining the position of the rotor immediately before starting the brushless DC motor, When no output is obtained from the position detection / determination means immediately after the brushless DC motor is started A forced commutation control means for outputting a predetermined commutation signal set in advance and a position detection signal output by the position detection judgment means during operation of the brushless DC motor are received and a commutation signal is output. A flow control means, a commutation signal from the positioning control means, a commutation signal from the forced commutation control means, or a commutation signal from the commutation control means, and a PWM signal from the PWM control means. Drive control means for synthesizing and operating the semiconductor switch of the inverter circuit unit is used to change the carrier frequency of the PWM signal when the brushless DC motor is started. The carrier frequency of the PWM signal is changed according to each stage of the flow operation and sensorless operation sequences. Can.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、強制転流制御手段により転流信号を出力する場合のPWM信号のキャリア周波数は、転流制御手段が転流信号を出力する場合のPWM信号のキャリア周波数より小さく設定したもので、請求項1に記載の発明の効果に加えてさらにモータ起動時の強制転流動作時における位置検出の失敗を低減することによって転流失敗や脱調によるモータ停止を防止することができる。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the carrier frequency of the PWM signal when the commutation signal is output by the forced commutation control means is output by the commutation control means. In addition to the effect of the invention according to claim 1, in addition to the effect of the invention according to claim 1, commutation failure or It is possible to prevent the motor from stopping due to step-out.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、起動時の位置決め制御手段により転流信号を出力する場合のキャリア周波数は、強制転流動作が転流信号を出力する場合のキャリア周波数より大きく設定したもので、請求項1または2に記載の発明の効果に加えてさらにモータ起動時のロータ位置決め動作時における騒音の発生を抑えることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the carrier frequency when the commutation signal is output by the positioning control means at the start is the forced commutation operation to output the commutation signal. In addition to the effect of the first or second aspect of the invention, the generation of noise during the rotor positioning operation at the start of the motor can be suppressed.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載のインバータ制御装置を用いた電動圧縮機であり、モータ起動時における騒音の発生を抑えるとともに転流失敗や脱調によるモータ停止を防止することができ、信頼性の高い電動圧縮機を提供することができる。 Invention of Claim 4 is an electric compressor using the inverter control apparatus as described in any one of Claim 1 to 3, and suppresses generation | occurrence | production of the noise at the time of motor starting, and commutation failure or step-out. Therefore, it is possible to provide a highly reliable electric compressor.
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載のインバータ制御装置を用いた冷蔵庫等の家庭用電気機器であり、モータ起動時における騒音の発生を抑えるとともに転流失敗や脱調によるモータ停止を防止することができ、信頼性の高い冷蔵庫等の家庭用電気機器を提供することができる。 Invention of Claim 5 is household electric appliances, such as a refrigerator, using the inverter control apparatus as described in any one of Claim 1 to 4, and suppresses generation | occurrence | production of the noise at the time of motor starting, and commutation A motor stop due to failure or step-out can be prevented, and a highly reliable household electric appliance such as a refrigerator can be provided.
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この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 to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置のブロック図、図2は、同実施の形態における各部の信号波形と処理内容を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of an inverter control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms and processing contents of respective units in the same embodiment.
図1において、インバータ制御装置200は商用交流電源201と電動圧縮機(図示せず)に接続されており、商用交流電源201を直流電源に変換する整流部202と、電動圧縮機のブラシレスDCモータ203を駆動するインバータ回路部204を備えている。 In FIG. 1, an inverter control device 200 is connected to a commercial AC power source 201 and an electric compressor (not shown), a rectifying unit 202 that converts the commercial AC power source 201 into a DC power source, and a brushless DC motor of the electric compressor. An inverter circuit unit 204 for driving 203 is provided.
さらにインバータ回路部204を駆動するドライブ回路205と、ブラシレスDCモータ203の端子電圧を検出する位置検出回路部206とインバータ回路部204を制御するマイクロプロセッサ207を備えている。 Furthermore, a drive circuit 205 that drives the inverter circuit unit 204, a position detection circuit unit 206 that detects a terminal voltage of the brushless DC motor 203, and a microprocessor 207 that controls the inverter circuit unit 204 are provided.
マイクロプロセッサ207は、位置検出回路部206からの出力信号に対してブラシレスDCモータ203の磁極位置を検出する位置検出判定手段208と、転流信号を生成する転流制御手段209を備えている。 The microprocessor 207 includes a position detection determination unit 208 that detects the magnetic pole position of the brushless DC motor 203 in response to an output signal from the position detection circuit unit 206, and a commutation control unit 209 that generates a commutation signal.
さらに、位置検出判定手段208からの出力に対し回転速度を算出する回転速度検出手段210、回転速度に応じて転流信号に対しPWM変調を行なうためのPWM信号を出力するPWM制御手段211、回転速度検出手段210によって得られた回転速度と回転速度指令との偏差に応じてPWM信号の出力デューティ値を設定するデューティ設定手段212、PWM信号のキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段213、そして、転流制御手段209と位置決め制御手段214と強制転流制御手段215、およびPWM制御手段211の出力によりドライブ回路205を駆動するためのドライブ制御手段216を備えている。 Further, a rotation speed detection unit 210 that calculates a rotation speed with respect to an output from the position detection determination unit 208, a PWM control unit 211 that outputs a PWM signal for performing PWM modulation on the commutation signal according to the rotation speed, and a rotation Duty setting means 212 for setting the output duty value of the PWM signal in accordance with the deviation between the rotation speed obtained by the speed detection means 210 and the rotation speed command, carrier frequency setting means 213 for setting the carrier frequency of the PWM signal, and The commutation control means 209, the positioning control means 214, the forced commutation control means 215, and the drive control means 216 for driving the drive circuit 205 by the output of the PWM control means 211 are provided.
ブラシレスDCモータ203は、3相巻線のステータ203aとロータ203bとで構成されている。 The brushless DC motor 203 includes a three-phase winding stator 203a and a rotor 203b.
ステータ203aは、ステータ巻線203u,203v,203wで構成されている。ロータ203bは、内部に永久磁石203α,203β,203γ,203δ,203ε,203ζを配置している。インバータ回路部204は、6つの三相ブリッジ接続されたスイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,Trzと、それぞれに並列に接続された環流ダイオードDu,Dx,Dv,Dy,Dw,Dzより構成されている。 The stator 203a is composed of stator windings 203u, 203v, and 203w. The rotor 203b has permanent magnets 203α, 203β, 203γ, 203δ, 203ε, 203ζ arranged therein. The inverter circuit unit 204 includes six switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, Trz connected in a three-phase bridge, and free-wheeling diodes Du, Dx, Dv, Dy, Dw, Dz connected in parallel to the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, Trz, respectively. It is configured.
位置検出回路部206は、コンパレータ(図示せず)などから構成されておりブラシレスDCモータ203の誘起電圧に基づく端子電圧信号と基準電圧とをコンパレータにより比較して位置検出信号を得ている。 The position detection circuit unit 206 includes a comparator (not shown) and the like, and obtains a position detection signal by comparing a terminal voltage signal based on the induced voltage of the brushless DC motor 203 with a reference voltage using a comparator.
位置検出判定手段208は、位置検出回路部206の出力信号からロータ203bの位置信号を得て位置検出信号を生成する。 The position detection determination unit 208 obtains the position signal of the rotor 203b from the output signal of the position detection circuit unit 206 and generates a position detection signal.
転流制御手段209は、位置検出判定手段208の位置信号から転流のタイミングを計算し、スイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,Trzの転流信号を生成する。 The commutation control unit 209 calculates a commutation timing from the position signal of the position detection determination unit 208 and generates a commutation signal of the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, and Trz.
回転速度検出手段210は、位置検出判定手段208からの位置信号を一定期間カウントすること、またはパルス間隔を測定することなどの方法によりブラシレスDCモータ203の回転速度を算出する。 The rotation speed detection unit 210 calculates the rotation speed of the brushless DC motor 203 by a method such as counting a position signal from the position detection determination unit 208 for a certain period or measuring a pulse interval.
デューティ設定手段212は、回転速度検出手段210から得られた回転速度と、回転速度指令との偏差からデューティ値の加減演算を行い、デューティ値をPWM制御手段211へ出力する。回転速度指令に対し実回転速度が低いとデューティ値を大きくし、逆に実回転速度が高いとデューティ値を小さくする。 The duty setting means 212 performs an addition / subtraction operation of the duty value from the deviation between the rotation speed obtained from the rotation speed detection means 210 and the rotation speed command, and outputs the duty value to the PWM control means 211. When the actual rotational speed is low with respect to the rotational speed command, the duty value is increased. Conversely, when the actual rotational speed is high, the duty value is decreased.
キャリア周波数設定手段213ではスイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,Trzをスイッチングするキャリア周波数を設定する。 The carrier frequency setting means 213 sets the carrier frequency for switching the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, Trz.
PWM制御手段211では、デューティ設定手段212で設定されたデューティ値と、キャリア周波数設定手段213で設定されたキャリア周波数から、PWM変調信号を出力する。 The PWM control unit 211 outputs a PWM modulation signal from the duty value set by the duty setting unit 212 and the carrier frequency set by the carrier frequency setting unit 213.
ドライブ制御手段216では、転流信号とPWM変調信号を合成し、スイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,TrzをON/OFFするドライブ信号を生成し、ドライブ回路205へ出力する。ドライブ回路205では、ドライブ信号に基づき、スイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,TrzのON/OFFスイッチングを行ない、ブラシレスDCモータ203を駆動する。 The drive control unit 216 combines the commutation signal and the PWM modulation signal, generates a drive signal for turning on / off the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, and Trz, and outputs the drive signal to the drive circuit 205. The drive circuit 205 performs ON / OFF switching of the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, and Trz based on the drive signal to drive the brushless DC motor 203.
次に図2に示すインバータ制御装置200の各種波形について説明する。 Next, various waveforms of the inverter control device 200 shown in FIG. 2 will be described.
(A),(B),(C)は、ブラシレスDCモータ203のU相,V相,W相の端子電圧Vu,Vv,Vwであり、それぞれの位相が120度ずつずれた状態で変化する。 (A), (B), and (C) are the terminal voltages Vu, Vv, and Vw of the U-phase, V-phase, and W-phase of the brushless DC motor 203, and change in a state where the respective phases are shifted by 120 degrees. .
これらの端子電圧は、インバータ回路部204による供給電圧Vua,Vva,Vwaと、ステータ巻線203u,203v,203wに発生する誘起電圧Vub,Vvb,Vwbと、転流切り換え時にインバータ回路部204の還流ダイオードDu,Dx,Dv,Dy,Dw,Dzの内のいずれかが導通することにより生じるパルス状のスパイク電圧Vuc,Vvc,Vwcとの合成波形となる。 These terminal voltages are the supply voltages Vua, Vva, Vwa by the inverter circuit unit 204, the induced voltages Vub, Vvb, Vwb generated in the stator windings 203u, 203v, 203w, and the return of the inverter circuit unit 204 at the time of commutation switching. It becomes a composite waveform with pulse-like spike voltages Vuc, Vvc, Vwc generated when any one of the diodes Du, Dx, Dv, Dy, Dw, Dz becomes conductive.
そして、これらの端子電圧Vu,Vv,Vwと直流電源電圧の1/2の電圧たる仮想中性点電圧VNとを比較し、コンパレータより出力する出力信号PSu,PSv,PSwを(D),(E),(F)に示している。 Then, these terminal voltages Vu, Vv, Vw are compared with a virtual neutral point voltage VN which is a half voltage of the DC power supply voltage, and output signals PSu, PSv, PSw output from the comparator are (D), ( E) and (F).
この出力信号は、供給電圧Vua,Vva,Vwaに対応するPSua,PSva,PSwaと、スパイク電圧Vuc,Vvc,Vwcに対応するPSuc,PSvc,PSwcと、誘起電圧Vub,Vvb,Vwbと仮想中性点電圧VN比較中の期間に相当するPSub,PSvb,PSwbとの合成信号となる。 This output signal includes PSua, PSva, PSwa corresponding to supply voltages Vua, Vva, Vwa, PSuc, PSvc, PSwc corresponding to spike voltages Vuc, Vvc, Vwc, and induced voltages Vub, Vvb, Vwb and virtual neutrality. It becomes a composite signal with PSub, PSvb, PSwb corresponding to the period during the point voltage VN comparison.
ここで、パルス状のスパイク電圧Vuc,Vvc,Vwcは、位置検出判定手段208であらかじめ設定したウェイト時間(G)によって無視するため、コンパレータの出力信号PSu,PSv,PSwは、結果として誘起電圧Vub,Vvb,Vwbの正および負ならびに位相を示すものとなる。 Here, since the pulse-like spike voltages Vuc, Vvc, Vwc are ignored by the wait time (G) set in advance by the position detection determination means 208, the output signals PSu, PSv, PSw of the comparator result in the induced voltage Vub. , Vvb, Vwb, and phase.
マイクロプロセッサ207は、各コンパレータの出力信号PSu,PSv,PSwの状態に基づいて(H)に示す如き6つのモードA〜Fを認識し、出力信号PSu,PSv,PSwの状態に応じて、ドライブ信号DSu(I)からDSz(N)を出力する。 The microprocessor 207 recognizes the six modes A to F as shown in (H) based on the states of the output signals PSu, PSv, and PSw of each comparator, and drives according to the states of the output signals PSu, PSv, and PSw. DSz (N) is output from the signal DSu (I).
以上の様に構成されたインバータ制御装置200について、以下その動作、作用を説明する。 About the inverter control apparatus 200 comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
ブラシレスDCモータ203が停止している時に、マイクロプロセッサ207は、回転速度指令を認識するとブラシレスDCモータ203を起動する。 When the brushless DC motor 203 is stopped, the microprocessor 207 activates the brushless DC motor 203 upon recognizing the rotation speed command.
ブラシレスDCモータ203の起動の際は、位置決め制御手段214、および強制転流制御手段215からの転流信号でドライブ制御手段216が動作することによりドライブ回路205を駆動しインバータ回路部204の転流動作を行なう。 When the brushless DC motor 203 is started, the drive control unit 216 is operated by the commutation signals from the positioning control unit 214 and the forced commutation control unit 215 to drive the drive circuit 205 and to commutate the inverter circuit unit 204. Perform the action.
まず、位置決め制御手段214によってドライブ制御手段216を動作させる。 First, the drive control means 216 is operated by the positioning control means 214.
ブラシレスDCモータ203が停止している時はロータ203bの位置が不定であることから、始動を円滑に行なうためにステータ203aに対するロータ203bの相対位置をあらかじめ確定させる。このため、位置決め制御手段214からの信号によって、ドライブ制御手段216はインバータ回路部204のスイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,Trzをあらかじめ設定した所定の出力パターンで動作させる。例えば、ドライブ回路205への図2におけるドライブ信号DSu,およびDSyを出力することでモードBの状態にロータの位置を仮決めする。 Since the position of the rotor 203b is indefinite when the brushless DC motor 203 is stopped, the relative position of the rotor 203b with respect to the stator 203a is determined in advance for smooth start-up. For this reason, the drive control means 216 operates the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try, Trw, Trz of the inverter circuit unit 204 with a predetermined output pattern in accordance with a signal from the positioning control means 214. For example, by outputting the drive signals DSu and DSy in FIG. 2 to the drive circuit 205, the position of the rotor is temporarily determined in the mode B state.
次に、強制転流制御手段215によって転流動作を行なう。 Next, the commutation operation is performed by the forced commutation control means 215.
起動時にブラシレスDCモータ203の回転数が極めて低い場合、ステータ巻線203u,203v,203wに発生する誘起電圧も小さいため、位置検出回路部206からの出力によって位置検出判定手段208からの位置検出信号が得られない。このため誘起電圧による位置検出が可能となるまで、強制転流制御手段215からの転流信号によって、あらかじめ設定した回転数、例えば3rps、で強制的に転流動作を行なうことによって、ブラシレスDCモータ203を駆動する。 When the rotational speed of the brushless DC motor 203 is extremely low at the time of startup, the induced voltage generated in the stator windings 203u, 203v, 203w is also small, so that the position detection signal from the position detection determination unit 208 is output by the output from the position detection circuit unit 206. Cannot be obtained. Therefore, the brushless DC motor is forcibly operated at a preset rotation speed, for example, 3 rps, by a commutation signal from the forced commutation control means 215 until position detection by the induced voltage becomes possible. 203 is driven.
例えば、前述の位置決め制御手段214によって固定されたモードBのロータ203bの位置に対して、一定時間経過毎にドライブ回路205へのドライブ信号DSu,DSv,DSw,DSx,DSy,DSzをモードC、D、E、と強制的に出力して転流動作を行なう。 For example, the drive signals DSu, DSv, DSw, DSx, DSy, DSz to the drive circuit 205 are sent to the mode C at every predetermined time with respect to the position of the mode B rotor 203b fixed by the positioning control means 214 described above. D and E are forcibly output to perform the commutation operation.
そして、位置検出判定手段208による位置検出が可能となった時点で起動を完了し、位置検出判定手段208の位置検出信号に基づいた転流制御手段209からの転流信号によって、ドライブ制御手段216はドライブ回路205へのドライブ信号DSu,DSv,DSw,DSx,DSy,DSzを出力して転流動作を行ない、ブラシレスDCモータ203を運転する。 Then, the activation is completed when the position detection by the position detection determination unit 208 becomes possible, and the drive control unit 216 is used by the commutation signal from the commutation control unit 209 based on the position detection signal of the position detection determination unit 208. Outputs drive signals DSu, DSv, DSw, DSx, DSy, DSz to the drive circuit 205 to perform a commutation operation, and operates the brushless DC motor 203.
インバータ回路部204の出力電圧は、ドライブ制御手段216に入力された転流信号をPWM制御手段211によって生成されたPWM信号によってPWM変調されたものであるため、スイッチングトランジスタTru,Trx,Trv,Try,Trw,Trzの内のいずれかはPWMによるスイッチング動作を行なっている。位置検出回路部206に入力されるステータ巻線203u,203v,203wの誘起電圧波形は、スイッチング動作しているトランジスタ素子がONした直後にスイッチングによるリンギング波形が重畳した波形となる。 Since the output voltage of the inverter circuit unit 204 is obtained by PWM-modulating the commutation signal input to the drive control unit 216 by the PWM signal generated by the PWM control unit 211, the switching transistors Tru, Trx, Trv, Try , Trw, Trz perform a switching operation by PWM. The induced voltage waveform of the stator windings 203u, 203v, and 203w input to the position detection circuit unit 206 is a waveform in which a ringing waveform due to switching is superimposed immediately after the transistor element performing the switching operation is turned on.
リンギング波形の継続時間は、位置検出回路部206の構成によってほぼ決定されるため、位置検出回路部206において低域通過フィルタを設けること、または位置検出判定手段208においてディレイ時間を設けること、等の手段によって除去している。 Since the duration of the ringing waveform is substantially determined by the configuration of the position detection circuit unit 206, a low-pass filter is provided in the position detection circuit unit 206, or a delay time is provided in the position detection determination unit 208. Removed by means.
ところが、PWM波形のオン時間が短い場合は、リンギング波形の継続時間が無視できなくなり、リンギング波形によって誘起電圧による位置検出を失敗、誤検知することとなる。 However, when the on-time of the PWM waveform is short, the duration of the ringing waveform cannot be ignored, and the position detection based on the induced voltage fails due to the ringing waveform, resulting in erroneous detection.
そこで、本実施の形態では、位置決め制御手段214、強制転流制御手段215、または転流制御手段209のいずれの転流信号によってドライブ制御手段216が動作しているかに応じて、キャリア周波数設定手段213からのPWM制御手段211へのキャリア周波数を変更する。 Therefore, in the present embodiment, the carrier frequency setting means depends on which one of the commutation signals of the positioning control means 214, forced commutation control means 215, or commutation control means 209 is operating the drive control means 216. The carrier frequency from 213 to the PWM control means 211 is changed.
よって、強制転流制御手段215による低デューティ運転時は、キャリア周波数を低下させることでPWMオン時間を拡大することによって、起動時の位置検出の失敗、誤検知から脱調によるモータ停止を防止することができる。 Therefore, during low duty operation by the forced commutation control means 215, the PWM on time is increased by lowering the carrier frequency, thereby preventing position detection failure at start-up and motor stop due to step-out from false detection. be able to.
また、位置決め制御手段214によるロータ位置決め時は、キャリア周波数を増加させることで騒音発生の原因となる周波数を回避することによって、起動時の騒音発生を最低限に抑えることができる。 Further, at the time of rotor positioning by the positioning control means 214, it is possible to minimize the generation of noise at the time of starting by avoiding the frequency that causes noise generation by increasing the carrier frequency.
また、電動圧縮機220に上記インバータ制御装置200を用いても、良好な運転が可能となり、冷蔵庫等の家庭用電気機器に上記インバータ制御装置200を用いても、良好なシステム運転が可能となる。 Moreover, even if the inverter control device 200 is used for the electric compressor 220, good operation is possible, and even when the inverter control device 200 is used for household electric appliances such as a refrigerator, good system operation is possible. .
以上のように、本発明にかかるインバータ制御装置は、ブラシレスDCモータの起動時のセンサレス運転への移行において、位置検出の誤検知、失敗を低減し脱調を防止できるとともに、起動音を抑えることができるので、エアコン、冷蔵庫等の家庭用電気機器に有用である。 As described above, the inverter control device according to the present invention can reduce misdetection and failure of position detection and prevent step-out in the transition to sensorless operation at the time of startup of the brushless DC motor, and suppress startup noise. Therefore, it is useful for household electric appliances such as air conditioners and refrigerators.
200 インバータ制御装置
203 ブラシレスDCモータ
203b ロータ
203α,203β,203γ,203δ,203ε,203ζ 永久磁石
204 インバータ回路部
206 位置検出回路部
208 位置検出判定手段
209 転流制御手段
211 PWM制御手段
213 キャリア周波数設定手段
214 位置決め制御手段
215 強制転流制御手段
216 ドライブ制御手段
200 Inverter control unit 203 Brushless DC motor 203b Rotor 203α, 203β, 203γ, 203δ, 203ε, 203ζ Permanent magnet 204 Inverter circuit unit 206 Position detection circuit unit 208 Position detection determination unit 209 Commutation control unit 211 PWM control unit 213 Carrier frequency setting Means 214 Positioning control means 215 Forced commutation control means 216 Drive control means
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