專利名稱：電動機控制裝置及使用該控制裝置的空調機的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據室溫與設定溫度之差對驅動壓縮機的電動機進行速度控制的制冷循環驅動裝置用電動機的控制裝置，特別是涉及具備改善從交流電源輸入的電源的功率因數的電源裝置的制冷循環驅動裝置用電動機的控制裝置及使用這種這種裝置的空調機。
通常，在制冷循環驅動裝置用的電動機的控制裝置內設置有將交流電源提供的交流電壓變換為直流電壓，并對這種直流電壓進行脈沖寬度調制，在向形成制冷循環的驅動壓縮機用電動機供電時在連接交流電源的通路上設置電抗器，強制性地使該電抗器與交流電源短路通電，利用儲能效果改善制冷循環驅動裝置用電動機的控制裝置。
在連接交流電源的通路上設置電抗器的已有的制冷循環驅動裝置用電動機的控制裝置為了改善電源的功率因數，在從交流輸入電流小的時候至達到最大值為止的廣闊范圍內由于電抗器與交流電源短路通電，因此在交流輸入電流小的范圍內，變換過的直流電壓有過度上升的傾向，為了抑制該電壓的上升而減小脈沖寬度調制的頻寬比(duty)，則有斬波(chopping)次數增加，損失增加，同時漏電流也增加的問題。
又，通常作為變換裝置的電容輸入式直流電源電路中，只是在輸入電壓超過電容器的兩端電壓的區間有輸入電流流動，又，由于在該區間沒有限制電流的因素，輸入電流的峰值大，成為通電寬度狹窄的脈沖狀電流，導致向電源側漏電的高次諧波增大。為了防止發生這種情況，通常是在輸入電路上連接電抗器。以此可以提高功率因數，同時減小電源的高次諧波。
但是，為了提高功率因數，減小電源的高次諧波，需要大電感量的電抗器。
另一方面，使用大電感量的電抗器，則從電源輸入的電流相位落后，直流輸出的電壓降變大，最大輸出功率受到限制。
還提出了使用電感量小的電抗器，只在規定的時間內強制性地使其與交流電源短路通電，以謀求與使用大電感量電抗器一樣改善波形的直流電源裝置。
但是這種直流電源裝置沒有考慮以通過變頻器裝置驅動的電動機的負載(轉矩)變動為依據的直流輸出的變動和轉速變動，在為了提高電源的功率因數而使電抗器與交流電源短路的情況下，低負載時直流輸出有過度上升的傾向，為了抑制這種傾向而減小變頻器裝置進行的脈沖調制的頻寬比，則有斬波次數增多，損失增加，同時來自電動機的漏電流變大的問題。
本發明的第1個目的在于，提供能夠簡單、容易地減小漏電流的電動機控制裝置及使用這種控制裝置的空調機。
本發明的第2個目的在于，提供能夠適應電動機負載(轉矩)的變動，減小直流輸出的過度上升的電動機控制裝置及使用這種電動機控制裝置的制冷循環裝置。
本發明的第3個目的在于，提供在將變換裝置的直流電壓用變頻器裝置變換成交流提供給電動機時能夠借助于變換裝置補償變頻器裝置變速能力不足的電動機控制裝置、使用這種電動機控制裝置的制冷循環裝置及空調機。
圖1部分以方框圖表示本發明第1實施例的總體結構。
圖2是表示圖1所示的實施形態的要素的詳細結構的方框圖。
圖3是說明圖1所示的實施形態的動作用的交流輸入電流與直流電壓的關系曲線圖。
圖4是說明圖1所示的實施形態的動作用的電壓、電流及短路通電脈沖的波形圖。
圖5是說明圖1所示的實施形態的動作用的電壓及電流的波形圖。
圖6是說明圖1所示的實施形態的動作用的電壓及電流的波形圖。
圖7是說明圖1所示的實施形態的動作用的電壓及短路通電脈沖的波形圖。
圖8是說明圖1所示的實施形態的動作用的電壓及強制通電脈沖的波形圖。
圖9說明圖1所示的實施形態的動作用的強制通電回路的動作范圍。
圖10是抑制電抗器的電磁聲的通電脈沖的波形圖。
圖11是表示本發明電動機控制裝置的第2實施例的結構的方框圖。
圖12表示構成圖11所示的電動機控制裝置的變換器裝置的詳細結構的例子的電路圖。
圖13是說明圖11所示的電動機控制裝置動作的概略圖。
圖14是說明圖11所示的電動機控制裝置的動作用的、表示直流無電刷電動機的轉速與反電動勢的關系的曲線圖。
圖15是說明圖11所示的電動機控制裝置動作用的、表示交流電動機的指令轉速、脈沖寬度調制波形的頻寬比、直流電壓及強制通電時間的關系的曲線圖。
圖16是表示構成圖11所示的電動機控制裝置的變換器裝置的其他詳細結構例的電路圖。
圖17是表示本發明的電動機控制裝置的第3實施例的結構的方框圖。
圖18是表示本發明的空調機的一實施形態的結構的方框圖。
圖19是在本發明的電動機控制裝置中使用消音通電脈沖的情況下的波形圖。
下面根據適合的實施形態對本發明進行詳細說明。圖1是部分以方框圖表示作為本發明第1實施例的制冷循環驅動裝置用的電動機的控制裝置的總體結構的電路圖。圖1表示作為制冷循環驅動裝置用的電動機的控制裝置的空調機控制裝置，該空調機由室內機和室外機構成，將室內機連接于交流電源101。其中，室內機是由交流電源101通過噪聲濾波器102向內藏微電腦的室內控制部103提供電力的。在室內控制部103連接著接收遙控裝置104來的指令的接收部105、檢測室內溫度的溫度傳感器106、顯示運行狀態的顯示器107、通過未圖示的室內熱交換器使風循環的室內電扇108及改變吹出的空氣的方向的百葉窗109。
而在室外機中，交流電源101通過噪聲濾波器111向壓縮機驅動用的電動機119及室外控制部130提供工作電力(為了簡化附圖，圖中省略了向室外控制部130供電的導線)。在這種情況下，在噪聲濾波器111的負載側一邊的供電路徑上連接電抗器，另一邊的供電路徑上連接變流器112。在變流器112上連接根據其輸出電壓檢測交流輸入電流的交流輸入電流檢測器113。又在電抗器L的電源側和變流器的負載側之間連接檢測交流電壓的過零點的過零檢測器114。還在電抗器L的負載側的交流電源線與變流器112的負載側的交流電源線之間連接強制通電電路115。該強制通電電路115包含二極管D3～D6橋式連接的全波整流電路，其交流輸入端子通過熔斷器F連接于交流電源線之間。
又，與過零檢測器114并聯連接著基極驅動電源DS。該基極驅動電源DS用于將交流電源電壓整流并平滑化，將直流電壓加在光耦合器PC的受光元件上。然后，在構成強制通電電路115的全波整流電路的直流輸出端子之間連接晶體管Q，基極驅動電源DS的一端連接于光耦合器PC的受光元件的一端，該受光元件的另一端連接于晶體管Q的基極，該晶體管Q的射極上連接基極驅動電源DS的另一端。又，光耦合器PC的發光元件連接于室外控制部130。這些基極驅動電源DS、光耦合器PC及晶體管Q構成控制強制通電回路115的通電控制電路116。
又設置有二極管DH及DL的串聯連接電路與電容器CH及CL的串聯連接電路的并聯連接電路，在二極管DH及DL相互連接的連接點上連接電抗器L的負載側的交流電源線，在電容器CH及CL相互連接的連接點上連接變流器112的負載側的交流電源線形成的倍壓整流電路117。還在電容器CH上并聯連接防止其反向充電的二極管D1，在電容器CL上并聯連接防止其反向充電的二極管D2。然后在倍壓整流電路117的兩端，即直流電壓的輸出端子之間連接使電壓平滑用的電容器CD，由倍壓整流電路117及平滑用的電容器CD構成眾所周知的變換裝置。
在這種變換裝置上連接借助于對開關元件組的通斷控制，將直流電壓變換為脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，即PWM)電壓加在壓縮機驅動用電動機119上的變頻器主回路118上，用這個變頻器主回路118與包含于室外控制部130的下述變頻器控制電路構成眾所周知的逆變裝置。在這種情況下，設置檢測變換裝置輸出的直流電壓的直流電壓檢測器121和檢測壓縮機驅動用電動機119的轉子位置的轉子位置檢測器22，分別連接在室外控制部130上。在該室外控制部130連接相應于冷氣、暖氣運行模式改變制冷劑的循環方向的四通閥123、檢測室外熱交換器的溫度的溫度傳感器124和把風送進未圖示的室外熱交換器的室外電風扇125。這室外控制部也內藏微電腦，與室內控制部103互相傳送控制信息。
圖2是表示室內控制部103及室外控制部130的詳細結構的方框圖，室內機內的室內風扇108、百葉窗109的控制系統和室外機中的四通閥123及室外風扇125的控制系統是眾所周知的，故在圖示中省略，表示出對于與本發明關系深刻的通電控制電路116的通電控制系統，以及對變頻器主回路118的PWM的調制系統。
在該圖中，室內控制部103具備通信控制部141及通信控制模式設定手段142。另一方面，室外控制部130具備通信控制部131、轉速指令部132、轉速差檢測手段133、頻寬比指令手段134、變頻器控制電路135、數據存儲器136、通電方式切換手段137及通電狀態判定手段138、其中，室外控制部130的通信控制部131與室內控制部3的通信控制部141相互傳送接收控制信息，轉速指令部132用于根據通信控制部131的收信信號判別轉速指令。然后，將所判別的轉速指令加到轉速差檢測手段133及頻寬比指令手段134。
轉速差檢測手段133根據轉子位置檢測器122檢測出的壓縮機驅動用電動機119的轉子位置信號計算實際轉速，再與轉速指令部132的指令轉速加以比較，將其偏差信號加在頻寬比指令手段134上，頻寬比指令手段134在接收到轉速指令部132來的轉速指令時參照后面所述的數據存儲器136的表等，向變頻器控制電路135輸送PWM信號，同時修正PWM信號的頻寬比以修正轉速差檢測手段133的轉速差。
數據存儲器136把切換通電模式的閾值、交流輸入電流的設定電流值11及最大允許值作為“交流輸入電流設定值”SA，把對強制通電回路115的直流電壓優先通電方式時的短路通電時間與頻寬比的關系作為“短路通電時間/頻寬比表”TA，把高功率因數優先通電方式時短路通電時間與頻寬比的關系作為“短路通電時間/頻寬比表”TB，把對壓縮機驅動用電動機119的指令轉速與對變頻器主回路118的PWM頻寬比的關系作為“PWM頻寬比/指令轉速表”TR、把短路通電回路115的通電方式的不同產生的對交流輸入電流檢測器113的檢測值進行補正的值作為“交流輸入電流補正值”CA，把借助于電源頻率修正通電時間，或在通電方式切換時修正通電間隔或通電時間的修正值作為“變換器開關時間補正表”TS分別存儲。
通電方式切換手段137按照通過通信控制部131接收的通信控制模式，根據過零檢測器114的輸出信號，交流輸入電流檢測器113的電流檢測值，過電壓檢測器121是否檢測出過電壓，以及數據存儲器136的存儲數據生成短路通電信號提供通電控制電路116。還有，通電狀態判定手段138按照交流輸入電流檢測器113檢測出的電流檢測值和頻寬比指令手段134輸出的頻寬比指令判斷短路通電回路115是否在正常工作著，將該判斷信號加在通電控制部131發送到室內控制部103。還有，交流輸入電流檢測器113的電流信息通過圖中省略的、室外控制部130的通信控制部131和室內控制部103的通信控制部141，提供給通電控制模式設定手段142。
下面將對如上所述構成的本實施形態的動作，首先是對空調器的一般性控制動作，然后是參照圖3～圖9對短路通電的動作加以說明。
首先，交流電源101的交流電壓通過噪聲濾波器102提供給室內控制部103，而且通過噪聲濾波器111提供給倍壓整流電路117及室外控制部130。倍壓整流電路117在交流電源電壓的正半周通過二極管DH對電容器CH充電，在交流電源電壓的負半周通過二極管DL對電容器CL充電。從而，把電容器CH的電壓與電容器CL的電壓之和加在平滑電容器CD上，在該平滑電容器CD的兩端上產生交流電源電壓的2倍的直流電壓，該電壓提供給變頻器主回路118。還有，二極管D1及D2具有阻止在運行開始的初期電容器CH及CL反向充電的功能。
在這種情況下，若遙控裝置104把運行開始、冷氣、暖氣運行方式、室內設定溫度、室內風扇的風速、風向等指令加在收信部105。與此相應，室內控制部103使顯示器107顯示運動狀態等，實行室內電風扇108及百葉窗109的驅動控制，同時根據設定溫度和室內溫度的差計算壓縮機驅動用的電動機119的驅動轉速，把轉速指令與運行方式一起傳送到室外控制部130。
室外控制部130根據運行方式(冷氣、暖氣)使四通閥123取勵磁或非勵磁狀態，對變頻器主回路118的開關元件組進行導通/截止控制，使轉子位置檢測器122檢測出的實際轉速與轉速指令一致。又，室外控制部130驅動室外電風扇125，同時在暖氣方式中根據溫度傳感器124的檢測溫度控制四通閥123進行除霜運行。
下面對短路通電動作加以說明，在對電容器CH、CL充電的情況下，在電源電壓的瞬時值超過電容器兩端的電壓的期間，使電流流過電抗器L。在這種情況下，由過零檢測器114檢測出交流電壓的過零點，通電方式切換手段137以過零點或從過零點起經過一定的延遲時間的時刻作為開始點，只在規定的時間向光電耦合器PH提供信號，一旦晶體管Q處于導通狀態，不管電容器CH、CL的充電電壓如何，交流電流通過強制通電回路115與電抗器形成交流電流短路，電流流過電抗器。這樣強制地使來自交流電源的電流流往電抗器L的操作稱為短路通電。而如果短路通電停止，則流往電抗器的電流流入電容器CH、CL。從而可以借助于改變短路通電的時間將變換器裝置的輸出，即直流電壓維持于對PWM控制適合的范圍內，或改變電流波形謀求電源功率因數的改善。而且，也可以不進行短路通電操作地運行，還有，為了維持指令轉速，在PWM控制的頻寬比達到100％時，也可以借助于短路通電，控制使直流電壓上升以補償轉速的不足。
下面將完全不進行短路通電操作的方式稱為非短路通電方式M0，將利用短路通電操作使電源功率因數保持于92％左右，并且把直流電壓維持于規定值以下的通電方式稱為直流電壓優先通電方式M1，將利用短路通電操作使電源功率因數保持于98％左右的通電方式稱為高功率因數優先通電方式M2，將借助于短路通電操作控制直流電壓增減，維持指令轉速的通電方式稱為轉速優先通電方式M3，將上述直流電壓優先通電方式M1、高功率因數優先通電方式M2和轉速優先通電方式M3總稱為短路通電。還有，為了將電源功率因數調整為92％或98％，可以進行調整，改變短路通電時間的長度。
本實施形態備有根據交流輸入電流是否超過在壓縮機轉速低的范圍決定的規定值、頻寬比是否達到預先設定的設定頻寬比(100％)、交流輸入電流是否達到允許范圍的最大值等改變通電方式的多種控制模式，自動設定或利用遙控裝置104手動設定控制模式，以使漏電流不變大。這里為了容易理解，將代表性的控制模式示于圖3。
在該圖中，控制模式①表示在交流輸入電流達到設定電流值I1之前不使用非短路通電方式M0短路通電，在超過交流輸入電流I1的全部范圍使用直流電壓優先通電方式M1運行的情況。控制模式②表示在交流輸入電流達到設定電流值I1之前不使用非短路通電方式M0短路通電，在交流輸入電流超過I1后，PWM信號的頻寬比達到設定頻寬比100％之前以直流電壓優先通電方式M1運行，不管PWM信號的頻寬比達到100％，壓縮機驅動用電動機119的實際轉速比指令轉速低的情況下還是利用轉速優先通電方式M3進行短路通電的情況。在這種情況下也是轉速優先通電方式M3也是以PWM信號的頻寬比為100％時的交流輸入電流13比最大允許電流小作為前提進行。控制模式③是在PWM信號的頻寬比達到100％之前不利用非短路通電方式M0短路通電，不管PWM信號的頻寬比是否達到100％，壓縮機驅動用電動機119的實際轉速比指令轉速低的情況下利用轉速優先通電方式M3進行短路通電的例子。而且，轉速優先通電方式M3也可以在PWM信號的頻寬比在設定頻寬比為100％時達到70％～100％的范圍時采用。交流輸入電流I2是最大允許電流，在一般家庭的情況下以小于20安培為前提進行。控制模式④表示在交流輸入電流達到I1之前不使用非短路通電方式M0短路通電，在交流輸入電流超過I1的全部范圍以高功率因數優先通電方式M2運行的情況。控制模式⑤表示不管交流輸入電流如何，以直流電壓優先通電方式M1運行的情況。
圖2所示的構成室內控制部103的通電控制模式設定手段142，根據連接于室內控制部103的存儲部存儲的空調機機種代碼或遙控裝置104的設定內容，輸出自動設定短路通電控制模式①、②、③、④中的某一種的設定的控制模式信號。還有，在沒有根據機種代碼設定短路通電的控制模式時，以冷氣和暖氣的運行模式及交流輸入電流檢測器113檢測出的電流信息為依據自動設定強制通電的控制模式。
順便提一下，在具有強制通電回路的空調機中，不管交流輸入電流如何，采用以直流電壓優先通電方式M1運行的控制模式⑤。總之，像分別在圖4(a)表示電壓、電流波形圖、在圖4(b)表示短路通電脈沖FD那樣，在以非短路通電方式M0運行的情況下，流動的交流電流I11相位相對于交流電壓有所延遲，使得電源的功率因數低下，而使用直流電壓優先通電方式M1時，只是從交流電源的過零點起使電抗器L短路時間T使交流電流I12通過，謀求以此改善波形，同時可以謀求提高功率因數。在這種情況下，使用直流電壓優先通電方式M1，根據交流輸入電流改變短路通電時間T，以維持對PWM控制合適的電壓。
然而，在交流輸入電流小的范圍，例如圖3所示的到達電流I1為止的α區間實施短路通電控制，則由于電動機處于小負載的狀態直流電壓有過度上升的傾向。因此，為了抑制電壓上升壓縮通電時間，其控制變得困難，有時候如圖5所示，交流電壓的半周的時間里由于短路通電產生的電流I21與流往倍壓整流電路117的電流I22在時間軸上偏離而存在兩個峰。電流這樣分為兩個峰流動的狀態涉及到功率因數的惡化。于是，為了在圖3所示的電流區間α也確保規定的功率因數，也有必要像分別在圖6(a)表示電壓、電流的波形圖，在圖6(b)表示強制通電脈沖FP那樣，借助于從由交流電壓的過零點延遲T0的時間的時刻起強制通電T1的時間，如I31所示對電流波形進行整形。
因此，本實施形態中通電控制模式設定手段142自動決定的控制模式①～④中的任何一個都在圖3所示的設定電流值I1以下的電流區間α的范圍內經常以非短路通電模式M0運轉，防止直流電壓的上升。具體地說，在空調負載比較大的暖氣模式運行時，為了提高電源的功率因數，將電流值抑制于較低，設定在從超過作為「交流輸入電流設定值」SA存儲的電流I1起到PWM信號的頻寬比100％達到設定的頻寬比的范圍以直流電壓優先通電方式M2運行，頻寬比高于設定的頻寬比則以轉速優先通電方式M3運行的控制模式②，在空調負載比較小的冷卻模式運行時，為擴展頻寬比，設定在超過電流I1的范圍以直流電壓優先通電方式M1運行的控制模式①。
又，通電控制模式設定手段142具有在以模式①或模式②的轉速優先通電方式M3進行運行過程中交流輸入電流到達作為「交流輸入電流設定值」SA存儲的允許的最大值時變更短路通電時間的設定，使該電流值處在允許范圍內的功能。
上述通電控制模式信號與冷氣、暖氣的運行模式指令、壓縮機驅動用電動機的轉速指令一起作為串行指令信號傳輸到室外控制部130。室外控制部130以通信控制部131接收該信號，同時變換為并行信號加在轉速指令部132及通電模式切換手段137上。轉速指令部132從該信號提取出轉速指令加在轉速差檢測手段133及頻寬比指令手段134上。
頻寬比指令手段134參照數據存儲器136的「PWM頻寬比/指令轉速表」TR生成與轉速指令對應的頻寬比的PWM信號加在變頻器控制電路135上。轉速差檢測手段133根據轉子位置檢測手段檢測出的轉子位置信號計算實際轉速，再與轉速指令比較，將其偏差信號加在頻寬比指令手段134上。而頻寬比指令手段134根據轉速差檢測手段133輸出的轉速差信號，對PWM信號的頻寬比進行修正，使轉速差為0。變頻器控制電路135按照該PWM信號對構成變頻器主回路118的開關元件組進行通斷控制。
另一方面，通電模式切換手段137接收來自通信控制部131的信號，判定設定的控制模式。這時，控制模式如果是包含直流電壓優先通電方式M1的圖3中的控制模式①，則參照「短路通電時間/頻寬比表」TA，生成短路通電信號加在通電控制電路116上。這時，從「短路通電時間/頻寬比表」TA讀出與頻寬比指令手段輸出的頻寬比對應的短路通電時間，以過零檢測器114檢測出過零點為基準輸出短路通電信號。然后，在交流輸入電流比設定電流值I1小的范圍以非短路通電模式M0運行，在交流輸入電流比I1大的范圍以直流電壓優先運行模式M1運行。在控制模式②的情況下參照「短路通電時間/頻寬比表」TA，在交流輸入電流比電流I1小的范圍以非短路通電模式運行，在交流輸入電流比I1大，PWM信號的頻寬比達到100％之前以直流電壓優先運行模式M1運行，在頻寬比為100％的狀態下參照「變換器開關時間修正值表」TS，以轉速優先通電方式M3運行。還有，在通電模式切換手段137在以直流電壓優先運行模式M1運行中用過電壓檢測器121檢測過電壓時參照「變換器開關時間修正值表」TS進行修正，使短路通電時間縮短。
接著，通電模式切換手段137，根據通信控制部131的輸出信號判定通電控制模式的判斷結果如果是控制模式③，就在PWM信號的頻寬比達到設定的頻寬比之前以非短路通電模式運行，一旦超過設定頻寬比，則參照上述表TS以轉速優先通電方式M1運行。
接著，通電模式切換手段137，根據通信控制部131的輸出信號判定通電控制模式的判斷結果如果是包含高功率因數優先通電方式M2的圖3中的控制模式④，就參照「短路通電時間/頻寬比表」TB，生成短路通電信號加在通電控制電路116上。這時，從「短路通電時間/頻寬比表」TB讀出與交流輸入電流檢測器113的檢測值對應的短路通電時間，以過零檢測器114檢測出的過零點為基準輸出短路通電信號。然后，在交流輸入電流比I1小的范圍以非短路通電模式M0運行，在交流輸入電流比I1大的范圍以高功率因數優先通電方式M2運行。
由于控制模式①～④都這樣在交流輸入電流小的范圍以禁止短路通電的非短路通電方式運轉，可以抑制直流電壓的過分上升，由于沒有必要增加變頻器主回路的通斷次數，以此可以減少漏電流的發生。從而，在使用容易增加從壓縮機機殼的漏電流的用HFC(hydrofluorocarbon)制冷的空調機和制冷裝置中，采用本實施形態的控制可以提高使用HFC制冷劑的空調機和制冷裝置的可靠性和安全性能。
HFC制冷劑的具體成份可以使用R32(二氟甲烷；difluoromethane)與R125(五氟乙烷；pentafluoroethane)各大約50重量％混合而成的R410A。
但是，在以控制模式④運轉中，從非短路通電方式M0轉移到高功率因數優先通電方式M2時，或是在以控制模式①或②運轉中從非短路通電方式M0轉移到直流電壓優先通電方式M1時，交流輸入電流波形發生變化。該電流波形的變化以電流檢測值的誤差出現。修正該誤差用的修正值在數據存儲器136作為「交流輸入電流修正值」CA存儲。因此，通電方式切換手段137在進行通電方式切換時對交流輸入電流檢測器113的電流檢測值進行修正，從表TA、TB讀出與此相應的短路通電時間，生成短路通電信號。
又，在控制模式①、②、④，從非短路通電方式M0轉移到直流電壓優先通電方式M1或高功率因數優先通電方式M2時，由于直流電壓急劇上升，壓縮機驅動用電動機119的旋轉狀態發生變化，發生「蜂鳴聲」。通電方式切換手段137具備防止這種「蜂鳴聲」發生的功能。作為防止「蜂鳴聲」發生的方法，可以如圖7所示，使在交流電壓V的每一過零點輸出的短路通電脈沖FP的寬度以T1、T1、T2(＞T1)、T2、T3(＞T2)T3……這樣的順序依次擴大，回到原來的「短路通電時間/頻寬比表」TB的值，也可以如圖8所示，加大剛進行過通電方式切換后的短路通電脈沖FP的輸出間隔，然后慢慢使通電間隔變小，變成在交流電壓的每一過零點發生。
又，像控制模式①、②、④那樣，從非短路通電方式M0轉移到直流電壓優先通電方式M1或高功率因數優先通電方式M2時，電抗器容易產生電磁聲。作為防止這種情況產生的方法，像圖10所示那樣，在短路通電脈沖FP的后面多次使用短時間的短路通電脈沖FS可以得到消音效果。
但是，也有必要確認上述強制通電回路115是否正常運轉。因此在本實施形態中設置通電狀態判定手段138。在這種情況下，在直流電壓優先通電方式M1、高功率因數優先通電方式M2及轉速優先通電方式M3的交流輸入電流及頻寬比比在非短路通電方式M0的交流輸入電流及頻寬比大。因此，如圖9所示，對交流輸入電流I設定閾值Ir，對頻寬比也設定閾值Dr，在交流輸入電流I＞Ir，并且頻寬比D＞DT時，判定為強制通電回路正常運行，將該信息作為控制信息送回室內控制部103，在室內控制部103的顯示器107顯示。這時閾值Ir、Dr，依照額定等而改變，因此預先利用模擬或實驗選定好最合適的數值。
于是，盡管設定于電流通電方式，如果不使強制通電回路正常運轉的內容顯示于室內控制部103的顯示器107上，則可以判定為強制通電回路異常。即使是判定為異常的情況下，也可以通過禁止強制通電回路短路通電，以非短路通電方式繼續。
還有，作為判定是否以短路通電方式運轉的簡易方法，可以是根據例如頻寬比的增大份額是否超過規定值，或是根據交流輸入電流的增大份額是否超過規定值判別。
圖1所示的強制通電回路115將二極管D3～D6作橋式連接，將其交流端子連接于交流電源線上，在直流端子間形成連接晶體管Q的結構，因此，一旦晶體管短路，變換器就失去本身的功能，就不能驅動壓縮機驅動用電動機119。本實施形態中由于在強制通電路徑上連接熔斷器F，如果晶體管Q短路，熔斷器F立即熔斷，將強制通電回路115切斷。因此，即使強制通電回路115失去功能，也能夠借助于非短路通電方式M0繼續驅動壓縮機驅動用電動機119。
又，在上述實施形態中，通電方式切換手段根據數據存儲器的數據輸出強制通電脈沖，但是也可以將上述存儲手段與通電方式切換手段設置于短路通電專用的常規LSI或IC中，輸出并控制短路通電脈沖，在這種情況下，用軟件處理消除了時間延遲，使高精度處理成為可能。
又，上述實施形態中使用了數據存儲器，但是，這些功能也可以使用微電腦根據交流輸入電流或壓縮機轉速或PWM信號的頻寬比計算短路通電時間(或短路通電時間的修正值)，再把來自過零檢測器的過零信號輸出到微電腦，利用微電腦內的時間繼電器生成短路通電脈沖的結構，在這種情況下反而有不使用IC也可以的優點。而且在這種情況下對壓縮機負載的判斷不必使用直流電壓檢測器。
又，在上述實施形態中，以交流輸入電流達到I1為條件，從非短路通電方式M0轉移到直流電壓優先通電方式M1、高功率因數優先通電方式M2，但也可以采用在壓縮機驅動用電動機運轉，交流輸入電流超過規定值，PWM電壓的頻寬比超過規定值的邏輯積條件成立時，能夠從非短路通電方式M0轉移到直流電壓優先通電方式M1、高功率因數優先通電方式M2的結構，能夠實現不受噪聲影響的可靠的運轉控制。
由上述說明可知，采用實施第1實施例所示的本發明，由于具備將交流電源提供的交流電壓變換為直流電壓的變換器裝置、將變換器裝置變換過的直流電壓變換為PWM電壓，提供給形成制冷循環的壓縮機驅動用電動機的變頻器裝置、串聯連接于變換器的電源側的電抗器、包含強制使交流電源與電抗器短路通電的開關元件的強制通電回路，以及設定利用強制通電回路的短路通電控制電源的功率因數或直流電壓的短路通電方式、設定禁止設定短路通電的非短路通電方式中的某一個的通電控制模式的設定手段，在交流輸入電流小于規定值時以非短路通電方式運轉，以此能夠達到對直流上升引起的電動機漏電流增加、電源功率因數惡化防患于未然的效果。
下面對本發明第2實施例加以說明。
圖11是本發明的電動機控制裝置的第2實施例的結構方框圖。在該圖中，具備將市電的交流電源201的交流電壓變換為直流電壓的變換器裝置210、將該變換器裝置210的直流電壓變換為可變電壓可變頻率的交流電壓提供給電動機202的變頻器裝置220、控制對變換器裝置210的輸出電壓不足的部分進行補償的電壓補償部230，以及將根據電動機轉速決定手段203的轉速指令選擇變換器裝置210和變頻器裝置220的運轉方式的輸出運轉方式指令的運轉方式切換手段240。其中變換器裝置210由電抗器211、整流電路212、平滑電容器213及強制通電回路214構成。這里，交流電源201的一端上連接電抗器211的一端，該電抗器211的另一端上連接整流電路212的單向輸入端。交流電源201的另一端與整流電路212的另一輸入端相連而電抗器211的另一端與交流電源201的另一端之間連接著強制通電回路214。還在整流電路212的正負輸出端之間連接著平滑電容器213。
又，變頻器裝置220由變頻器主回路221、位置檢測器222、變頻器控制電路223轉速檢測手段224及轉速差檢測手段225構成。這里，變頻器主回路221由開關元件作三相橋式連接構成，其輸入端連接于變換器210的輸出端，即整流電路212的直流電壓輸出端，其輸出端上連接電動機202。位置檢測器222檢測電動機202的轉子位置，轉速檢測手段224從其位置檢測信號檢測出電動機202的實際轉速。位置檢測器222的位置檢測信號也加在變頻器控制電路223上。轉速差檢測手段225根據電動機轉速決定手段203輸出的電動機的指令轉速與轉速檢測手段224檢測出的實際轉速的差、即將轉速差計算并加在變頻器控制電路223上。變頻器控制電路223以位置檢測器222的輸出信號為基準，對變頻器主回路221進行控制，使轉速差檢測手段225輸出的轉速差為零，或按照電動機轉速決定手段203的基準轉速對變頻器主回路221進行控制。
還有，電壓補償部230由過零檢測器231、通電區間決定手段232及通電控制電路233構成。在這種情況下，過零檢測器231檢測交流電源201的交流電壓的過零點，將其定時信號加在通電控制電路233上，通電區間決定手段232決定使轉速差檢測手段225檢測出的轉速差為零的短路通電區間。通電控制電路233在每一過零點檢測出的時刻使強制通電回路214導通由通電區間決定手段232決定的時間。
又，運轉方式切換手段240根據變頻器控制電路223檢測出的脈沖寬度調制信號的頻寬比的變動范圍是否超過規定值而區分為低負載(低速)區域和高負載(高速)區域，相應于各負載區域，將第1、第2運轉方式指令加在變頻器控制電路223及電壓補償部230上。
而且，上述電動機是具備永磁體轉子的無整流子電動機，將電動機驅動時發生的感應電壓作為信號取入，根據該信號檢測出轉子的位置和轉速。
圖12是表示上述變換器裝置210的詳細結構的電路圖。該變換器裝置210是與本申請相同的申請人在日本提出的申請特愿平8-74675號中提出的，下面對其進行大概說明。
整流電路212是二極管DH、DL、D3、D4構成的全波整流電路。二極管DH與DL的連接點通過電抗器211連接于交流電源201的一端。二極管D3、D4的連接點連接于交流電源201的另一端。又，整流電路212的直流輸出端之間，即在二極管D3和D4的串聯連接電路的兩端連接中間電容器CH和CL的串聯連接電路，再在二極管D3和D4的連接點上連接中間電容器CH和CL的連接點。又在中間電容器CH和CL的串聯連接電路上連接平滑用的電容器CD。
而且，強制通電電路214由二極管D5～D8構成的全波整流二極管橋式電路、控制其電流的晶體管Q，以及向該晶體管的基極通提供驅動電流的基極驅動電路G構成。而晶體管Q使用IGBT。
為了容易理解，對具有上述結構的第2實施例的動作，在使用以開關、加法器、減法器等表達的圖13的動作說明圖作大概說明之后，將詳細進行說明。
首先，以Ns表示電動機202的指令轉速，以Na表示其實際轉速。減法器251將指令轉速Ns減去實際轉速Na，輸出轉速差ΔN。另一方面，運轉方式切換手段240將變頻器223輸出的脈沖寬度調制信號的頻寬比Da的變動范圍根據切換頻寬比D1區分為2個區域，即Da≤D1的低負載區域和Da＜D1的高負載區域，分別輸出第1、第2運轉方式指令。
接著，在脈沖寬度調制信號的頻寬比Da處于低負載區域時運轉方式切換手段240作為第1運轉方式指令將開關253、254保持于SW1一側，將從減法器252輸出的轉速差ΔN加在變頻器控制電路223上，使電壓補償部230的動作處于停止狀態，使其實質上停止起作用。這時變頻器控制電路223利用改變脈沖寬度調制信號的頻寬比及頻率(在通常的可變速區域中使頻寬比與頻率成比例，因此在下面的說明中除了特別的場合外，將對頻率的敘述加以省略)進行改變PWM的頻寬比和速度反饋的控制，以使轉速差ΔN為零。
接著，在電動機202處于高負載區域時，運轉方式切換手段240作為第2運轉方式指令將開關253、254切換到SW2一側。借助于此，可以將指令轉速Ns原封不動地加在變頻器控制回路223上，同時使電壓補償部230能夠進行補償動作。這時變頻器控制電路223與指令轉速Ns成比例地改變脈沖寬度調制波形的頻寬比Ds，在高負載區域具有高于設定轉速Nm，頻寬比為100％的數據表256。因此，控制變頻器主回路221，使得頻寬比隨著指令轉速Ns的上升而變大，在大于轉速Nm時頻寬比保持于100％。另一方面，由于加在變頻器主回路221的直流電壓隨著頻寬比的增加而下降，為了控制補償該下降量，即控制減法器251輸出的轉速差ΔN為零，使直流電壓上升，實行改變PAM強制通電、速度反饋的控制，使電壓補償部230與轉速差ΔN的增加成比例地增加強制通電回路的短路通電時間。
接著，在電動機202的指令轉速Ns達到轉速Nm時，在數據表256頻寬比成為定值100％。其結果是，變頻器控制回路223一邊保持頻寬比為100％不變，繼續進行根據指令轉速Ns只改變頻率的控制，一邊使強制通電回路的短路通電時間發生變化，實行改變PAM強制通電、速度反饋的控制。
上面使用圖13對第2實施例的動作的大概情況作出了說明，下面還參照圖14和圖15對圖11和圖12所示的第2實施例的動作進行詳細說明。首先就表示其詳細電路的圖12對變換器裝置210的動作進行說明。
在交流電源201的正半周，充電電流通過電抗器211和二極管DH流往中間電容器CH。這時二極管D4形成其放電回路，使中間電容器CL不能反向充電。而在交流電源201的負半周，充電電流通過電抗器211和二極管DL流往中間電容器CL。這時二極管D4形成其放電回路，使中間電容器CH不能反向充電。
由于中間電容器CH和CL被充電，各端點間存在相同方向的電壓，即只要畫面上存在著向上的電壓，因此二極管D3、D4實質上不起作用，而后，中間電容器CH通過二極管DH充電，中間電容器CL通過二極管DL充電。
這樣一來，串聯連接的電容器CL和CH的端電壓之和加在平滑電容器CD的兩端，對該平滑電容器CD充電。總而言之，利用中間電容器CL和CH的充電電荷的放電對平滑電容器CD充電。該平滑電容器CD的兩端電壓作為變換器裝置210的輸出提供給變頻器裝置220。強制通電回路214在每一次將交流電源201加在整流電路212的交流電壓的過零點時，借助于通電控制電路233的輸出，由基極驅動電路G在規定的時間向晶體管Q提供基極電流。每當晶體管Q處于導通狀態，使電抗器211與交流電流強制短路，利用短路通電取得積蓄能量的效果。通常，越是擴展強制短路電流的短路通電區間，流過的電流越大，那時，一旦使晶體管Q1截止，電抗器211的能量即流入平滑用電容器CD，使直流輸出電壓增大。
另外，直流無電刷電動機的轉速與反電動勢Vf具有圖14所示的關系。對其進行驅動的變頻器裝置220在反向電壓Vf上加以與負載轉矩相應的電壓VT所得到的電壓，以PWM的頻寬比調制，以此實施速度控制。亦即對無電刷電動機施加的電壓VM表示如下式。
VM＝k×(Vf+VT) ……(1)其中，k為比例常數，Vf為速度電動勢常數，VT轉矩分壓。
變頻器裝置以直流輸入電壓為一定，改變所有的脈沖寬度調制波形(PWM)的頻寬比，控制(Vf+VT)。或是在直流電壓可變的系統中，電壓控制全部在變換器一側實施，變頻器只起換流作用。其中前者相當于PWM方式，后者相當于PAM方式。
圖11所示的第2實施例兼備這兩種運轉方式，具有使變頻器裝置220分擔相當于Vf的電壓，使變換器裝置210分擔相當于VT的電壓的結構。
因此，電動機轉速決定手段203根據負載狀態計算對電動機202的設定轉速Ns并加在變頻器裝置220上。
在變頻器裝置220，位置檢測器222檢測出電動機202的轉子位置，將該位置檢測信號加在變頻器控制電路223和轉速檢測手段224上。轉速檢測手段224根據該位置檢測信號檢測出電動機202的實際轉速Na，將該檢測信號加在轉速差檢測手段225上。轉速差檢測手段225從指令轉速Ns減去實際轉速Na，檢測出轉速差ΔN加在變頻器控制電路223上，變頻器控制電路223以位置檢測器222的位置檢測信號為基準，對構成變頻器主回路221的開關元件進行通斷控制。
變頻器控制電路223在控制變頻器主回路221時按照運轉方式切換手段240的運轉方式指令實行PWM調制控制。亦即運轉方式切換手段240如圖15所示，以規定值D1為界將PWM頻寬比D的變動范圍區分為低負載區域與高負載區域，在低負載區域，將使PWM波形的頻寬比Da改變的PWM方式1的指令加在變頻器控制電路223上，以使轉速差ΔN為零。又，運轉方式切換手段240在高負載區域將按照指令轉速Ns使PWM波形的頻寬比和頻率發生變化的、按上述數據表為依據的PWM方式2的指令加到變頻器控制電路223上，同時將控制變換器裝置210的電壓的PAM方式指令加在通電區間決定手段232上，使轉速差為零。然後按照數據表，如果指令轉速Ns大于設定轉速Nm，則將使PWM波形的頻寬比原封不動保持100％，只使頻率發生變化的指令加在變頻器控制電路223上，同時繼續將令變換器裝置210的直流電壓增加的PAM方式指令加在通電區間決定手段232上，以使轉速差ΔN為零。
其結果是，變頻器控制電路223如圖15(a)所示，在低負載區域進行改變頻寬比的PWM方式1的控制，使指令轉速Ns與實際轉速Na的差ΔN為零。而在高負載區域，根據指令轉速Ns進行控制PWM的頻寬比的PWM方式2的控制。還有，變頻器控制電路223內藏的數據表決定為，在轉速指令Ns等于Nm時PWM的頻寬比為100％。
通常，在用變頻器裝置對電動機進行控制時，隨著PWM頻寬比的增加，變換器裝置210的輸出電壓如圖15(b)中的虛線V0所示，逐步減少。這時，由于產生指令轉速Ns與實際轉速Na之差，通電區間決定手段232決定能夠使轉速差ΔN為零的短路通電區域。又，加上PAM方式指令，以便通電控制電路233以過零點為基準控制短路通電時間。圖15(c)表示電動機轉速Ns上升時強制通電回路214的短路通電時間變化的結果。而且，該短路通電時間如圖13所示，隨轉速差的變化而線性增大。而相應于該通電時間的增大，變換器裝置210的輸出電壓在PWM頻寬比達到100％之前大致保持一定。
而一旦指令轉速Ns超過設定轉速Nm，變頻器控制短路223即保持PWM的頻寬比為100％不變而只改變頻率。另一方面，在電壓補償部230，繼續以強制通電回路214對強制短路通電的時間繼續控制，以使轉速差ΔN為零。其結果如圖15(c)所示，隨著轉速N的增大，短路通電時間變長，變換器裝置210的輸出電壓上升如圖15(b)所示。
于是，采用本第2實施例，由于在低負載區域強制通電回路不進行短路通電，可以防止低負載時的變換器裝置的輸出電壓過度上升，可以減少漏電流。
而且，由于根據PWM的頻寬比判別負載變化，可以不必使用直接檢測負載變動的交流輸入電流檢測器，形成簡單的結構。而且即使發生交流電源的電壓、頻率的變動和電動機轉矩的變動，也能夠使電動機的轉速與指令轉速一致。
又，采用本第2實施例，在將變換器裝置的直流輸出用變頻器裝置變換為交流提供給電動機的時候，變換器裝置能補償變頻器裝置變速能力的不足。
但是，構成強制通電回路214的IGBT，如果在高負載區域的短路通電時間如果長了，就有因溫度上升而受到破壞的可能。因此設置檢測IGBT溫度的溫度傳感器，采取在檢測出的溫度達到預定值時，使電壓補償部230停止動作的結構，這樣就能夠防止IGBT受破壞于未然。
又，為了防止控制的振蕩，構成電壓補償部230的通電區間決定手段232也可以在PWM的頻寬比增大時和減少時使其具有磁滯特性，決定短路通電區間。
又，本第2實施例由于能夠抑制漏電流，在制冷循環所用的制冷劑采用HFC構成的單一或混合制冷劑的制冷循環裝置上使用上述電動機控制裝置可以提高可靠性和安全性。這種HFC制冷劑可以使用例如R32(difluoromethane)與R125(pentafluoroethane)各大約50重量％混合的R410A。
圖16是表示變換器裝置210的其他結構例的電路圖。在圖中與圖12相同的要素標以相同的符號，省略其說明。這種裝置是將晶體管Q并聯連接于構成全波整流電路的二極管DH、DL的串聯連接電路上，將通電控制回路233連接于其基極驅動電路G的裝置，形成除去圖12所述的二極管D5～D8的簡單結構。
在這圖16中，在交流電源201的正半周，充電電流通過電抗器211和二極管DH流入中間電容器CH。這時，二極管D4形成其放電電路，使中間電容器CL不能反向充電。而在交流電源201的負半周，充電電流通過電抗器211和二極管DL流入中間電容器CL。這時，二極管D4形成其放電電路，使中間電容器CH不能反向充電。
中間電容器CH和CL充電，只要各端點間存在相同方向的電壓，也就是圖上的向上的電壓，二極管D3、D4實質上不起作用，然後，中間電容器CH通過二極管DH進行充電，中間電容器CL通過二極管DL進行充電。
于是，串聯連接的電容器CL與CH的端子電壓之和加在平滑電容器CD的兩端，使該平滑電容器CD充電。也就是，利用中間電容器CL和CH充電的電荷的放電對平滑電容器CD進行充電。該平滑電容器CD的兩端電壓作為變換器裝置210的輸出提供給變頻器裝置20。
每當交流電源201加在整流器212的交流電壓經過過零點時，強制通電回路214就利用通電控制電路233的輸出從基極驅動電路G向晶體管Q提供基極電流。每當晶體管Q處于導通狀態，就強制使電流流入電抗器211。在這種情況下，越是擴大強制電流的短路通電區間就越是流過大電流，這時，一旦使晶體管Q處于截止狀態，電抗器211的能量就流入平滑用電容器CD，使直流輸出電壓增大。
因此，利用圖16所示的結構簡單的變換器裝置210也能夠實現與上述實施形態相同的動作。
圖17是表示本發明第3實施形態的結構的方框圖。在圖中與圖11相同的要素標以相同的符號，省略其說明。該第3實施例在電壓補償部230中設置檢測變換器裝置210的輸出電壓的直流電壓檢測器234，同時設置將該檢測值與短路通電區間的關系線性化的數據表235。以此使通電區間決定手段232中的短路通電區間的決定更加容易。
還有，上述第2和第3實施例只是在以過零檢測器231檢測出交流電壓的過零點的時刻作為起點決定的通電區間強制使電抗器通電，而在交流電壓的瞬時值的絕對值接近平滑用電容器的兩端電壓的時刻才強制使其通電，以此可以提高其效果。因此也可以將檢測出過零點起經過規定時間的時刻作為強制通電的起點。
圖18是使用上述電動機控制裝置的空調機的實施形態的結構的方框圖。這一實施形態使用圖11或圖16所示的電力變換裝置作為將交流電變換為直流電的裝置。變換器裝置210和變頻器裝置220以外的控制要素中，將電動機轉速決定手段203裝入室內控制部，將電壓補償部230和運行方式切換手段240裝入室外控制部。
這種空調機以室內機與室外機構成，形成將室內機連接于交流電源201的結構。于是，在室內機中交流電源201通過噪聲濾波器261向室內控制部300提供工作電力。室內控制部300上連接著接收遙控器263來的指令的收信部264、檢測室內溫度的溫度傳感器265、顯示運行狀態的顯示器266、通過未圖示出的室內熱交換器的使風在室內循環的室內電風扇267、改變吹出的空氣的方向的百葉窗268。而在室外機中，交流電源201也通過噪聲濾波器262向變換器裝置210及室外控制部400提供工作電力。這時，室外控制部400上連接著檢測室外熱交換器的溫度的溫度傳感器271、根據運行方式改變制冷劑的循環方向的四通閥272和向省略未圖示的室外熱交換器送風的室外電風扇273。
而且室內控制部300和室外控制部400之間相互進行著信息交換。
下面對具有上述結構的空調機的動作加以說明。
首先，遙控裝置263向收信部264發送運行開始、運行方式、室內設定溫度、室內電風扇的風速、風向等指令。室內控制部300據此在顯示器266上顯示運行狀態等指令，在驅動控制室內電風扇267和百葉窗268的同時，在電動機轉速決定手段203根據設定溫度與室內溫度的差決定壓縮機驅動用電動機202a的轉速，將指令轉速Ns與運行方式信號一起發送到室外控制部400。
接著，室外控制部400根據運行方式信號使四通閥272處于勵磁(或非勵磁)狀態，根據指令轉速Ns控制變換器裝置210和變頻器裝置220，同時利用溫度傳感器271的檢測信號等控制四通閥272進行除霜運行等動作。又，在室外控制部400，運行方式切換手段240和上面所述一樣判定是低負載區域還是高負載區域，輸出上述第1或第2運行方式指令。根據這些運行方式指令，變頻器裝置220實行脈沖寬度調制控制，電壓補償部230強制變換器裝置210短路通電，對電壓低下的部分進行補償。
但是，空調機以暖氣方式運行時的空調負載比以制冷方式運行的空調負載要大得多。因此制冷運行時壓縮機驅動用電動機202a的轉速決定得低，所以脈沖寬度調制控制引起的變換器210的輸出電壓下降很少。因此，在制冷運行時即使省去靠電壓補償部230進行的強制通電也可以不發生故障。據此可以簡化微電腦等的處理。
因此，采用圖18所示的實施形態，可以提供能夠對付交流電源的電壓、頻率變動和電動機的轉矩變動等情況的空調機。
而且能夠提供利用變頻器裝置將變換器裝置的直流電壓變換為交流電，提供給交流電動機時，利用變換器裝置補償變頻器裝置的變換能力的不足的空調機。
又如圖19所示，在短路通電PD的規定時間之后，進行比PD更短時間的短路通電，因此可以抑制電抗器發生的電磁噪聲。
從上面所述可知，采用第2和第3實施例所示的本發明，在低負載區域不利用強制通電回路進行短路通電動作，因此能夠防止低負載時變換器裝置輸出電壓的過度上升，能夠減少漏電流。
而且，由于根據PWM的頻寬比判別負載的變動，所以不必使用直接檢測負載變動的交流輸入電流的檢測器，可以采用簡單的結構。
權利要求
1.一種電動機控制裝置，其特征在于，具備將交流電源供給的交流電壓變換為直流電壓的變換器裝置、將用所述變換器裝置變換了的直流電壓變換為PWM電壓，提供給形成制冷循環的壓縮機驅動用電動機的變頻器裝置、串聯連接于所述變換器裝置的電源側的電抗器、包含強制使所述電抗器與交流電源短路通電的開關元件的強制通電回路，以及設定借助于所述強制電路的短路通電控制電源功率因數或直流電壓的短路通電方式和禁止所述短路通電的非短路通電方式中的任意一種的通電控制模式設定手段。
2.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，交流輸入電流小于規定的電流值時，采用非短路通電方式。
3.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，在從非短路通電方式轉變到短路通電方式時，使所述短路通電時間慢慢延長。
4.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，在從短路通電方式轉變到非短路通電方式時，使短路通電時間慢慢縮短。
5.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，在從非短路通電方式轉變到短路通電方式時，以規定數目的過零點之間的間隔開始短路通電，慢慢使短路通電的間隔變小。
6.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述通電控制模式設定手段，具有借助于上述強制通電回路的短路通電將所述變換器裝置輸出的直流電壓抑制于規定的電壓值以下的直流電壓優先通電方式，和借助于上述強制通電回路的短路通電控制壓縮機驅動用電動機的轉速的轉速優先通電方式，設定禁止所述短路通電的非短路通電方式的任一種。
7.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述通電控制模式設定手段在借助于上述強制通電回路的短路通電將所述變換器裝置輸出的直流電壓抑制于規定值以下的直流電壓優先通電方式、借助于上述強制通電回路的短路通電，增減所述直流電壓，控制壓縮機驅動用電動機的轉速的轉速優先通電方式，以及不實行這些優先控制的非短路通電方式中，設定根據交流輸入電流選擇切換單一的通電方式或多種通電方式的多種控制模式中的任一種。
8.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述通電控制模式設定手段在借助于上述強制通電回路的短路通電將所述變換器裝置的電源功率因數控制于規定值以上的高功率因數優先通電方式、借助于上述強制通電回路的短路通電，將所述變換器裝置輸出的直流電壓抑制在規定值以下的直流電壓優先方式、借助于上述強制通電回路的短路通電，控制壓縮機驅動用電動機的轉速的轉速優先通電方式，以及不實行這些優先控制的非短路通電模式中，設定根據交流輸入電流選擇切換單一的通電方式或多種通電方式的多種控制模式中的任一種。
9.根據權利要求7或8所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備對于所述每一種通電方式，將對交流輸入電流的強制通電時間作為列表數據存儲的存儲手段、檢測交流輸入電流的交流輸入電流檢測器、檢測交流電壓的過零點的過零點檢測手段，以及按照所述通電控制模式設定手段設定的控制模式，對所述開關元件進行導通、截止控制，只在與所述交流輸入電流檢測器的檢測值對應的所述存儲手段存儲的短路通電時間，以交流電壓的過零點或從過零點起經過規定的時間后的時刻作為開始點，使上述強制通電回路通電的通電方式切換手段。
10.根據權利要求4～6中的任何一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式包含在所述PWM電壓的頻寬比未達到預先設定的頻寬比時用非短路通電方式；如果所述頻寬比達到設定的頻寬比，就轉移到轉速優先通電方式的控制模式。
11.根據權利要求4～6中的任何一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式包含在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式；在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到直流電壓優先通電方式，如果所述PWM電壓的頻寬比達到設定的頻寬比，就轉移到轉速優先通電方式的控制模式。
12.根據權利要求4～6中的任何一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式包含在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式；在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到所述直流電壓通電方式的控制模式。
13.根據權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式包含在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式；在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到所述高功率因數通電模式的控制模式。
14.根據權利要求4所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式由在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式，在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到所述直流電壓通電方式的第1控制模式、在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式，在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到直流電壓優先通電方式，如果所述PWM電壓的頻寬比達到預先設定的設定頻寬比，就轉移到轉速優先通電方式的第2控制模式構成。
15.根據權利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式由在交流輸入電流小于規定的電流值時用短路通電方式，在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到直流電壓優先通電方式的第1控制模式、在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到直流電壓優先通電方式，在所述PWM電壓的頻寬比達到設定頻寬比時轉移到轉速優先通電方式的第2控制模式，以及在所述PWM電壓的頻寬比小于預先設定的設定頻寬比時用非短路通電方式，在達到設定頻寬比時轉移到轉速優先通電方式的第3控制模式構成。
16.根據權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于，對多種通電方式進行選擇切換的所述控制模式由在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式，在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到所述直流電壓通電方式的第1控制模式、在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式，在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到直流電壓優先通電方式，如果所述PWM電壓的頻寬比達到預先設定的設定頻寬比，則轉移到轉速優先通電方式的第2控制模式、在所述PWM電壓的頻寬比小于預先設定的設定頻寬比時用非短路通電方式，在所述頻寬比達到設定頻寬比時轉移到轉速優先通電方式的第3控制模式，以及在交流輸入電流小于規定的電流值時用非短路通電方式，在交流輸入電流超過規定的電流值時轉移到所述高功率因數通電模式的第4控制模式構成。
17.一種空調機，使用權利要求4～6中的任何一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，根據空調機的運行方式是冷氣運行還是暖氣運行切換所述控制模式。
18.一種空調機，使用權利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述通電控制模式設定手段在冷氣運行方式下設定用所述第1控制模式，在暖氣運行方式下設定用所述第2控制模式。
19.根據權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述通電控制模式設定手段的控制模式具備在交流輸入電流達到允許的最大值時變更設定為所述高功率因數優先方式的控制模式。
20.根據權利要求7所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備檢測交流電源的頻率的電源頻率檢測手段，所述存儲手段存儲與電源頻率對應的通電時間修正值，所述通電方式切換手段在所述電源頻率檢測手段檢測出的頻率為規定的電源頻率以外的頻率時根據所述通電時間修正值對短路通電時間進行修正。
21.根據權利要求20所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備檢測交流電源的頻率的電源頻率檢測手段所述存儲手段將與所檢測出的第1、第2電源頻率分別對應的短路通電時間加以存儲。
22.根據權利要求20所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述存儲手段存儲對所述交流輸入電流檢測器得到的電流檢測值修正由于通電方式的不同而引起的這一部分電流波形差異的輸入電流修正值，，所述通電方式切換手段以規定的通電方式以外的通電方式用所述輸入電流修正值修正所述電流檢測值。
23.根據權利要求20～23中的任何一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述存儲手段為了生成與所述壓縮機驅動用電動機的指令轉速相應的頻寬比的PWM電壓，具備使指令頻寬比與指令轉速對應的表，所述通電方式切換手段在所述壓縮機驅動用電動機運轉，交流輸入電流超過規定值，PWM電壓的頻寬比超過規定值的邏輯積條件成立時以所述直流電壓優先通電方式或高功率因數優先通電方式運行。
24.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述強制通電回路具備在短路通電電流超過規定值時切斷通電回路的熔斷器。
25.根據權利要求9所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備在用所述交流輸入電流檢測器檢測出的交流輸入電流超過規定值，并且所述PWM電壓的頻寬比超過規定值時判定所述強制通電回路的動作狀態為正常的通電狀態判定手段。
26.根據權利要求9所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備在從非短路通電方式切換到直流電壓優先通電方式或高功率因數通電方式的時刻檢測出電流值增大的份額，在該增大的份額超過規定值時，判定為所述強制通電回路的動作狀態正常的通電狀態判定手段。
27.根據權利要求9所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備在從非短路通電方式切換到直流電壓優先通電方式或高功率因數通電方式的時刻檢測出頻寬比增大的份額，在該增大的份額超過規定值時，判定為所述強制通電回路的動作狀態正常的通電狀態判定手段。
28.根據權利要求9所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述存儲手段及通電方式切換手段用專用的集成電路(IC)構成。
29.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備在所述強制通電回路的開關元件短路通電后，在比所述短路通電的通電時間更短的時間內再次使所述開關元件導通，使其短路通電的電抗器消音通電手段。
30.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，制冷循環所使用的制冷劑使用HFC。
31.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備包含檢測所述電動機的實際轉速的手段及檢測指令轉速與實際轉速的轉速差的檢測手段，對從所述變換器裝置輸出的直流電壓進行脈沖寬度調制提供給上述電動機，同時在所述電動機處于低負載區域時增減變頻器裝置的頻寬比，進行脈沖寬度調制，使所述轉速差為零的第1控制手段、在所述電動機處于高負載區域時，對應于指令轉速以預定的指令頻寬比進行脈沖寬度調制的第2控制手段，以及在處于所述低負載區域時使所述強制通電回路的短路通電不動作，在處于所述高負載區域時變更所述強制通電回路的短路通電區間，使所述轉速差為零的電壓補償部。
32.根據權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備在所述脈沖寬度調制信號的頻寬比小于規定值的低負載區域輸出第1運轉方式指令，在脈沖寬度調制信號的頻寬比大于規定值的高負載區域輸出第2運轉方式指令的運轉方式切換手段，所述變頻器裝置在所述運轉方式切換手段輸出第1運轉模式指令時改變所述變頻器裝置的脈沖寬度調制波形的頻寬比，使所述轉速差為零，在所述運轉方式切換手段輸出第2運轉模式指令時相應于指令轉速的增大，將脈沖寬度調制波形的頻寬比加大，所述電壓補償部包含檢測所述交流電源的過零點的過零檢測器，在所述運轉方式切換手段輸出第1運轉方式指令時將所述強制通電回路保持于截止狀態，在所述運轉方式切換手段輸出第2運轉方式指令時以所述交流電源的過零點或從該過零點起經過一定時間的時刻為開始點，使所述強制通電回路在規定的時間處于導通狀態實施短路通電動作，變更短路通電區間使所述轉速差為零。
33.根據權利要求32所述的電動機控制裝置，其特征在于，處于脈沖寬度調制信號的頻寬比大于規定值的高負載區域，并且一旦超過比所述規定值大的最大設定值，就取其脈沖寬度調制波形的頻寬比為最大值，使所述電壓補償部的短路通電區間增大。
34.根據權利要求31～33中的任何一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，使所述運轉方式切換手段的低負載區域的第1運轉方式和高負載區域的第2運轉方式的切換具有磁滯現象。
35.根據權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，在所述電壓補償部的短路通電區間減少時和增大時使其具有磁滯特性。
36.根據權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述電壓補償部具備檢測所述變換器裝置的輸出電壓的直流電壓檢測器，以及使所述變換器裝置的輸出電壓與短路通電區間的關系線性化的數據表，按照該數據表變更短路通電時間。
37.根據權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述強制通電回路，開關元件包含IGBT，該IGBT的溫度超過規定值時，使所述變換器裝置的短路通電動作停止。
38.一種制冷循環裝置，其特征在于，所述電動機是驅動形成制冷循環的壓縮機的壓縮機驅動用電動機，使用權利要求31所述的電動機控制裝置驅動該壓縮機驅動用電動機。
39.一種空調機，使用權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，在冷氣運轉方式中，停止所述變換器裝置的短路通電動作，在低負載區域和高負載區域中的任何一個區域都利用變頻器裝置改變頻寬比，調制脈沖寬度，使轉速差為零，在暖氣運轉方式實行所述變換器的短路通電動作。
40.根據權利要求1所述的制冷循環裝置，其特征在于，所述電動機是驅動形成制冷循環的壓縮機的壓縮機驅動用電動機，所述制冷循環所使用的制冷劑是HFC。
全文摘要
本發明提供能簡易地減小漏電流的制冷循環驅動裝置用電動機的控制裝置及使用該裝置的空調機。該裝置具備將交流電壓變換為直流電壓的變換器裝置、將該直流電壓變換為PWM電壓供給制冷循環的壓縮機驅動用電動機的變頻器裝置、串聯連接變換器裝置電源側的電抗器、包含強制使電抗器與交流電源短路通電的開關元件的強制通電回路及設定利用強制電路的短路通電控制電源功率因數或直流電壓的短路通電方式和禁止短路通電的非短路通電方式中的任何一種的通電控制模式設定手段。
文檔編號H02M7/48GK1208281SQ9811624
公開日1999年2月17日 申請日期1998年8月7日 優先權日1997年8月7日
發明者井川進吾, 前島章宏, 加藤裕二, 五十嵐唯之, 大村直起, 金澤秀俊, 小林壯寬, 蛭間淳之 申請人:東芝株式會社