熱泵裝置、空調(diào)機(jī)和制冷機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用壓縮機(jī)的熱泵裝置、空調(diào)機(jī)和制冷機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在以往的熱泵裝置的壓縮機(jī)中，在以無傳感器方式控制壓縮機(jī)具備的永久磁鐵同步電動機(jī)的磁極位置時(shí)，通常采用矢量控制。在矢量控制中，將電動機(jī)的電流分離成d軸分量和q軸分量，計(jì)算與轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的最佳的電流值，能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)矩變動較少的高效率的控制。
[0003]為了進(jìn)行這樣的矢量控制，需要把握轉(zhuǎn)子的磁極位置。在不使用磁極位置傳感器的高速用無傳感器矢量控制中，基于流過電動機(jī)的電流(電動機(jī)電流)值推定磁極位置。即，利用電流傳感器檢測電動機(jī)電流，并將檢測出的電流分離成勵(lì)磁電流(d軸電流Id)和轉(zhuǎn)矩電流(q軸電流Iq)來進(jìn)行磁極位置的推定。
[0004]在實(shí)際的矢量控制中，相對于轉(zhuǎn)子的磁極位置成為實(shí)際角度0d的旋轉(zhuǎn)位置的d_q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在控制系統(tǒng)中假定成為推定角度Θ dc的dc-qc旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并推定運(yùn)算它們的軸誤差Λ Θ。然后，進(jìn)行如下控制:對逆變器的電壓指令值進(jìn)行反饋校正以使該軸誤差Λ Θ為0，由此使實(shí)際的磁極位置與控制上的磁極位置一致。
[0005]通過這樣的矢量控制，由逆變器根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù))或負(fù)載的高低理想地控制用于驅(qū)動電動機(jī)的電流的大小和相位，能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、高響應(yīng)、高性能、高精度的控制。然而，在不能利用流過電動機(jī)的電流的啟動期間，無法使用無傳感器矢量控制。因此，一直以來在研宄通過從啟動至低速運(yùn)轉(zhuǎn)的區(qū)間和超過低速運(yùn)轉(zhuǎn)的區(qū)間這兩個(gè)區(qū)間切換控制方式的方法等。例如在專利文獻(xiàn)I中公開了如下技術(shù):在從啟動時(shí)至低速動作時(shí)，進(jìn)行不需要檢測磁極位置的V/F恒定控制，而在超過規(guī)定的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù))或負(fù)載進(jìn)行高速動作時(shí)，使用預(yù)先設(shè)定的初始磁極位置轉(zhuǎn)換為矢量控制。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-48886號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在電動機(jī)以低轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù)小)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況或者處于低負(fù)載狀態(tài)的情況下，電動機(jī)電流(轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁電流分量的總和)也較小。因此，用于檢測電動機(jī)電流的電流傳感器的輸出的磁動勢減弱，輸出波形產(chǎn)生失真，或者檢測出的電動機(jī)電流的相位相對于實(shí)際電流的相位超前。輸出波形的失真和相位的超前使磁極位置的推定失敗而引起失步，會使電動機(jī)強(qiáng)制停止。
[0008]為了在電動機(jī)電流較小的情況下也獲得足夠的磁動勢，可考慮增加變壓器的匝數(shù)或提高電流傳感器的分辨率等。然而，無論哪種方式都會增加成本。因此，根據(jù)以往的技術(shù)，難以在抑制成本增加的同時(shí)順利進(jìn)行低速(或者低負(fù)載)時(shí)的無傳感器矢量控制。
[0009]此外，根據(jù)專利文獻(xiàn)I所示的技術(shù)，雖然能夠區(qū)別使用V/F恒定控制和矢量控制，但是在電動機(jī)以低轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù)小)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況或者處于低負(fù)載狀態(tài)的情況下難以進(jìn)行無傳感器矢量控制。
[0010]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠抑制成本增加、并且即使在低轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù)小)或者低負(fù)載的情況下也能夠進(jìn)行無傳感器矢量控制的熱泵裝置。
[0011]為了解決上述問題、實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明的熱泵裝置包括:壓縮機(jī)，其由電動機(jī)驅(qū)動，對制冷劑進(jìn)行壓縮；逆變器部，其對上述電動機(jī)施加電壓；電流傳感器，其檢測流過上述電動機(jī)的電流；以及逆變器控制部，其向上述逆變器部輸出驅(qū)動信號，上述逆變器控制部包括:電壓指令運(yùn)算部，其計(jì)算電壓指令值；以及驅(qū)動信號生成部，其基于上述電壓指令值生成上述驅(qū)動信號，其中，上述驅(qū)動信號生成部具備振幅相位決定部，其根據(jù)來自上述電流傳感器的信號，決定上述壓縮機(jī)的所需制冷劑壓縮量，并且基于上述所需制冷劑壓縮量決定振幅和相位，使上述驅(qū)動信號生成部生成上述驅(qū)動信號，上述電壓指令運(yùn)算部在上述電動機(jī)為設(shè)定值以下的轉(zhuǎn)速或負(fù)載狀態(tài)的情況下，使用根據(jù)該轉(zhuǎn)速或該負(fù)載狀態(tài)預(yù)先測量的相位補(bǔ)償量，對來自上述電流傳感器的信號進(jìn)行校正。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，起到能夠獲得具有如下壓縮機(jī)的熱泵裝置的效果:該壓縮機(jī)具備能夠抑制成本增加、并且即使在低轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)數(shù)小)或者低負(fù)載的情況下也能夠進(jìn)行無傳感器矢量控制的電動機(jī)。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示實(shí)施方式I涉及的熱泵裝置的一結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0014]圖2是表示構(gòu)成實(shí)施方式I涉及的熱泵裝置的一部分的逆變器部、逆變器控制部和壓縮機(jī)的一結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0015]圖3是表示在實(shí)施方式I涉及的電動機(jī)為低轉(zhuǎn)速(小轉(zhuǎn)數(shù))或者低負(fù)載的情況下電動機(jī)電流波形和電流傳感器(ACCT)的輸出波形的關(guān)系的比較圖。
[0016]圖4是表示實(shí)施方式I涉及的圖3的電動機(jī)電流波形(正弦波狀的實(shí)際電流波形)的d_q轉(zhuǎn)換結(jié)果的圖。
[0017]圖5是表示實(shí)施方式I涉及的圖3的失真的ACCT的輸出波形的d_q轉(zhuǎn)換結(jié)果的圖。
[0018]圖6是說明實(shí)施方式I涉及的電壓指令運(yùn)算部的動作的流程圖。
[0019]圖7是表示實(shí)施方式2涉及的ACCT的二次側(cè)電阻使用低電阻的電阻元件的情況下的一結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0020]圖8是表示實(shí)施方式2涉及的ACCT的二次側(cè)電阻使用高電阻的電阻元件的情況下的一結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0021]圖9是表示實(shí)施方式3涉及的Si元件及SiC元件的耐壓與導(dǎo)通電阻的關(guān)系的圖。
[0022]圖10-1是表示具備實(shí)施方式4涉及的熱泵裝置的設(shè)備在制熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0023]圖10-2是表示具備實(shí)施方式4涉及的熱泵裝置的設(shè)備在制冷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的結(jié)構(gòu)示例的圖。
[0024]圖11是關(guān)于實(shí)施方式4涉及的圖10-1和圖10-2所示的熱泵裝置的制冷劑的莫里爾圖。
[0025](符號說明)
[0026]10熱泵裝置；11制冷循環(huán)部；12逆變器部；13逆變器控制部；14、49壓縮機(jī)；15、57四通閥；16、18、50、55熱交換器；17、51、54、59膨脹機(jī)構(gòu)；19制冷劑配管；20壓縮機(jī)構(gòu)；21電動機(jī)；22制冷劑壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)模式控制部；23驅(qū)動信號生成部；24d軸與q軸電流檢測部；25電壓指令運(yùn)算部；25a校正控制部；25aa表；26a、26b電流傳感器；27a?27f開關(guān)元件；28、47LPF ；29相電流運(yùn)算部；30三相兩相轉(zhuǎn)換部；31兩相三相轉(zhuǎn)換部；32PWM信號生成部；33振幅相位決定部；34電動機(jī)電流波形；35ACCT的輸出波形；36、38d軸電流；37、39q軸電流；43、46 二次側(cè)電阻；44放大器；45、48微機(jī)；52接收器；53內(nèi)部熱交換器；56a?56k主制冷劑回路；58風(fēng)扇；60a?60c注入回路；61a、61b水回路；S1第一步驟；S2第二步驟；S3第三步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面，基于附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明涉及的熱泵裝置的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明并不由該實(shí)施方式限定。
[0028]實(shí)施方式I
[0029]在本實(shí)施方式中，參照圖1?圖6來說明本發(fā)明的熱泵裝置的結(jié)構(gòu)和動作。
[0030]圖1是表示作為本實(shí)施方式的熱泵裝置的一結(jié)構(gòu)示例的熱泵裝置10的圖。圖1所示的熱泵裝置10具備制冷循環(huán)部11、逆變器部12和逆變器控制部13。熱泵裝置10例如應(yīng)用于空調(diào)機(jī)或制冷機(jī)。
[0031]在制冷循環(huán)部11中，具備壓縮機(jī)14、四通閥15、熱交換器16、膨脹機(jī)構(gòu)17和熱交換器18，它們通過制冷劑配管19連接。
[0032]壓縮機(jī)14在內(nèi)部具備壓縮機(jī)構(gòu)20和電動機(jī)21。壓縮機(jī)構(gòu)20對制冷劑進(jìn)行壓縮。電動機(jī)21是具有U相、V相、W相的三相繞組的三相電動機(jī)，使壓縮機(jī)構(gòu)20動作。
[0033]逆變器部12具備電流傳感器26a和電流傳感器26b (參照圖2)。這里，逆變器部12與電動機(jī)21電連接，供給交流電力來驅(qū)動電動機(jī)21。
[0034]為了推定磁極位置，電流傳感器26a和電流傳感器26b檢測流過電動機(jī)21的電流(電動機(jī)電流)。由電流傳感器26a和電流傳感器26b檢測出的信號被輸出到逆變器控制部13具備的制冷劑壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)模式控制部22中包含的d軸與q軸電流檢測部24。
[0035]在逆變器部12中，供給有直流電力(母線電壓VJ。此外，逆變器部12的電源只要能夠供給直流電力即可，也可以是太陽能電池或者帶有整流器的交流電源等。逆變器部12分別向電動機(jī)21的U相、V相、W相的各繞組施加U相電壓Vu、V相電壓Vv和W相電壓Vw0
[0036]逆變器控制部13具備制冷劑壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)模式控制部22和驅(qū)動信號生成部23。逆變器控制部13與逆變器部12電連接，基于壓縮機(jī)14的所需制冷劑壓縮量生成逆變器驅(qū)動信號(例如PWM(Pulse Width Modulat1n，脈寬調(diào)制)信號)，輸出到逆變器部12。
[0037]制冷劑壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)模式控制部22具備d軸與q軸電流檢測部24和電壓指令運(yùn)算部25。制冷劑壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)模式控制部22在熱泵裝置10的制冷劑壓縮動作中使用。制冷劑壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)模式控制