[发明专利]逆变装置以及使用该逆变装置的空调、洗衣机、冰箱

说明书

技术领域

本发明涉及驱动永磁同步电动机的逆变装置，特别是涉及使用PWM控制来进行高转速驱动的逆变装置以及使用该逆变装置的空调、洗衣机、冰箱。

背景技术

一般，为了可变速驱动永磁同步电动机(以下称为电动机)，使用将直流电力变换为任意的频率和电压的逆变装置。逆变装置由使用半导体开关元件的主电路和控制上述开关元件的控制器构成，通过对上述开关元件进行脉冲宽度调制控制(PWM控制)，控制对电动机的施加电压以及频率，由此进行电动机的转速控制。

此外，使用上述逆变装置的空调、洗衣机以及冰箱被称为白色家电，是占据家庭中的耗电量的主要位置的产品。因此，这些产品的节能成为重要的研发课题。另一方面，这些产品不断地进行高输出化以及大容量化，所以应用于这些产品的逆变装置在今后的研发课题是要兼顾节能化和高输出化。

在此，在考虑高输出化时，以高速旋转来驱动电动机即可，但是永磁同步电动机的感应电压与转速成比例地增加，所以无法在作为逆变装置的输入的直流电压以上进行驱动。

作为解决上述课题的方法，一般使用弱磁场控制或过调制PWM控制。弱磁场控制是通过流过作为无效电流的d轴电流，消除磁铁磁通来进行高速旋转的控制方法，但是需要流过无效电流，产生损失的增加以及逆变装置的电流容量受到制约的问题。

与此相对，过调制PWM控制是通过提高PWM信号的调制率，使电动机施加电压的基本波成分增加的方式。此时，电动机施加电压不成为正弦波，而是成为梯形波形，但基本波成分增加。本方式与弱磁场控制不同，是有效利用直流电压的方式，所以损失的增加减少，可以实现电动机的高速旋转。

在当前的白色家电产品中，很多产品一并采用上述的弱磁场控制和过调制PWM控制。

如上所述，过调制PWM控制是高转速化的有效方法之一，但是已知在PWM频率和电动机施加电压频率的比为整数倍附近存在电动机电流变动的不稳定区域。特别是在过调制PWM控制区域中显著地发生。

作为抑制上述电动机电流的脉动的方式，在铁路或电梯等大容量设备中使用了同步PWM控制方式。如专利文献1记载的那样，同步PWM控制方式是输出与电动机施加电压频率同步的PWM信号(PWM频率变更)，以使PWM频率与电动机施加电压频率的比必定成为整数倍的方式，是以难以进行高频开关动作的大容量设备为中心而开发出的技术。

另一方面，在以白色家电为首的中低容量设备中，非同步PWM控制方式是主流，作为非同步PWM控制时的解决方法，提出了专利文献2、3。基本的方法是变更PWM频率，以使PWM频率和电动机施加电压频率的比不成为整数倍的方式。

在本方式中，也能够抑制在PWM频率和电动机施加电压频率的比为整数倍时产生的电动机电流的脉动。

但是，在将上述两种方式用于白色家电产品时存在必须解决的课题。

那就是PWM频率的变更方法。无论在上述哪种方式中，都记载了为了抑制电动机电流的脉动而根据电动机施加电压频率变更PWM频率的方式，但是在实际的产品中，产生配管等机械系统和PWM频率引起的共振，成为噪音或异常噪声的产生原因。特别是在白色家电产品中，听觉也是重要的项目，在产品的最终研究时微调决定PWM频率。

因此，无法在运转时大范围地变更PWM频率，电动机转速的驱动范围大的空调等尤其不能采用同步PWM控制方式。此外，非同步PWM控制方式的专利文献2、3记载的方式没有记载具体的PWM频率的变更方法，没有考虑实际的产品应用。

换句话说，用于以白色家电为首的产品的逆变装置无法大幅度地变更PWM频率，需要在预定的微小范围内改变PWM频率，但是所述现有技术没有针对实际的产品应用进行研究。

如上所述，作为现有技术，叙述了变更PWM频率的方式，但是作为抑制PWM频率和电动机施加电压频率为整数倍时的电动机电流脉动的方法，还考虑微小地变更电动机施加电压频率的电压相位的方式。

电动机电流脉动的产生原因在于，PWM周期和电动机施加电压周期成为预定的期间同步状态，此时实际施加的电动机电压具有偏差，由此在控制系统中产生误差。

使用图6进行具体的说明。图6是PWM频率和电动机施加电压频率的比为整数倍，尤其是在进行了过调制PWM控制时显著发生的原因的说明图。

图6表示PWM信号生成用三角波信号(称为载波)和电动机施加电压指令值(过调制控制状态的1相位信号)。比较上述载波和上述电动机施加电压指令值来生成PWM信号(PWM脉冲)。

如图6所示，在过调制状态下成为电动机施加电压指令值几乎达到最大值的梯形波状态，所以PWM信号如图所示，成为几乎没有脉冲加入的信号。