JP2004032906A - インバータ装置、および、空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要に応じて、保護レベルを可変できるインバータ装置、および、負荷などの運転状態を考慮した保護を行なう空気調和装置を提供することにある。
【解決手段】パワー・トランジスタモジュール６に流れる電流を、電流検出抵抗８で検出して保護回路９で前記電流が過電流であるか否かを判定して、パワート・ランジスタモジュール６の保護を行なっているインバータ装置１において、この保護回路９内に保護レベル調整手段を設け、インバータ制御部５から保護レベル変更信号Ｚを保護回路９へ入力させることにより、保護回路９の保護レベルを任意に可変することが可能となる。
また、このイバータ装置１を空気調和装置へ搭載し、負荷となる圧縮機３０や、パワー・トランジスタモジュール６などの温度を検出して運転させることにより、運転状況に合わせた保護を行わせることができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
電流検出抵抗を用いて、過電流保護を行なうインバータ装置、および、このインバータ装置を搭載し、圧縮機の能力を可変させて運転を行う空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのインバータ装置では、パワー・トランジスタモジュールを内蔵し、インバータ制御部からの制御信号により電動機などの負荷の可変速運転を行い、能力可変の運転制御を行っているが、このパワー・トランジスタモジュールは、過電流が一瞬でも流れると破壊に至ってしまうことがあった。
【０００３】
このため、このインバータ装置の直流電源上に電流検出抵抗を設け、この電流検出抵抗で検出された電圧を保護回路へ入力して、前記過電流が、前記パワー・トランジスタモジュールに流れない様に、常時直流入力電流を検出し、もし、前記過電流が検出された場合には、前記インバータ制御部から前記パワー・トランジスタモジュールを駆動する制御信号を緊急停止させるなどの保護を行っていた。
【０００４】
また、前記インバータ装置から前記負荷へ供給される交流電源は、３相の正弦波となっているが、前記電流検出抵抗が設けられている前記直流電源に流れる電流は、前記パワー・トランジスタモジュールでチョッピングされた電流が流れるため、パルス状の電流となっており、その電流値は、例えば、空気調和装置では、数十アンペアにも達する電流値となり、前記電流検出抵抗は、数十ミリオーム程度の極低抵抗ではあるものの、数十ワットもの抵抗が使用されていた。
【０００５】
そして、この電流検出抵抗で検出された電圧を入力する保護回路では、フォトカプラや、オペアンプを用いて回路を構成し、この電流検出抵抗の両端に生じた電圧を、分圧抵抗で分圧して前記フォトカプラや、オペアンプへ入力し、その出力を保護信号として、前記インバータ装置の制御信号を出力している前記インバータ制御部の割り込み入力端子などへ入力していた。
【０００６】
これにより、前記インバータ装置に過電流が流れて、この電流検出抵抗の両端に前記過電流に相当する電圧が生じ、一定値以上の電圧が検出されると、前記保護回路から前記インバータ制御部への前記保護信号が変化し、これを前記インバータ制御部で検出して、前記インバータ装置への制御信号を緊急停止させ、前記パワー・トランジスタモジュールの破壊を防止していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでの保護回路では、上記の様に、電流検出抵抗は、もちろん、この保護回路を構成している前記分圧抵抗も、一定値の固定抵抗で構成されているため、前記電動機の捲線の温度上昇による電流値変化や、前記パワー・トランジスタモジュールの温度上昇に関しては、考慮されていない保護回路となってしまっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、必要に応じて、保護レベルを可変できるインバータ装置、および、負荷などの運転状態を考慮した保護を行なう空気調和装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、直流電源をインバータ回路で交流電源に変換し、電動機などの負荷を駆動するインバータ装置において、前記インバータ回路の過電流保護を行なう保護回路へ保護レベル調整手段を設け、この保護レベル調整手段へ前記インバータ回路を制御する制御部の出力ポートを接続して前記保護回路の保護レベルを制御したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記保護回路の判定部へ前記制御部の出力ポートを接続し、前記インバータ回路を流通する電流の入力レベルを前記出力ポートからの出力信号により制御したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記保護回路の判定部へ前記制御部の出力ポートを接続し、前記インバータ回路を流通する電流の入力レベルと比較する判定基準レベルを前記出力ポートからの出力信号により制御したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、直流電源を交流電源に変換するインバータ装置を内蔵し、圧縮機を能力可変に制御して空調運転を行う空気調和装置において、前記インバータ装置の過電流保護を行なう保護回路へ保護レベル調整手段を設け、この保護レベル調整手段へ前記インバータ回路を制御する制御部の出力ポートを接続し、前記圧縮機の温度、或いは、前記インバータ装置の温度に基づいて、前記保護回路の保護レベルを制御したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について、図１から図４を参照して説明を行なう。
【００１４】
まず、図１は、本発明によるインバータ装置の回路について示したブロック図である。
【００１５】
このインバータ装置１は、交流電源２を入力して直流電源に変換する整流回路３と、この整流回路３で直流に変換された電源をインバータ制御部５からの制御信号により任意の周波数の交流電源に変換するインバータ回路４とから構成されており、このインバータ装置１の出力側には、電動機や、圧縮機などの負荷１０が接続されている。
【００１６】
インバータ回路４は、前記直流電源を交流電源へと変換するパワー・トランジスタモジュール６と、このパワー・トランジスタモージュール６を駆動するドライブ回路７と、パワー・トランジスタモジュール６に流れる電流の電流値を検出する電流検出抵抗８と、この電流検出抵抗８で検出された電流値が、一定電流値以上の過電流であるか否かを判定する保護回路９とが内蔵されて構成されている。
【００１７】
そして、このインバータ装置１では、交流電源２からの電力を整流回路３内で全波整流するとともに、図示していない平滑用コンデンサで平滑して、直流電源へと変換し、インバータ制御部５の運転が開始すると、このインバータ制御部５からドライブ回路７へ制御信号が出力され、この制御信号により、パワー・トランジスタモジュール６が駆動され、前記直流電源を、前記インバータ制御部５からの制御信号により、再度、交流電源へと変換して負荷１０へ印加することにより、負荷１０の能力を任意に可変させて運転させていた。
【００１８】
また、パワー・トランジスタモジュール６へ流入する直流電源の負側には、電流検出抵抗８をが設けられており、ドライブ回路７を介して、インバータ制御部５からの制御信号により、パワー・トランジスタモジュール６が駆動されると、このパワー・トランジスタモジュール６へ供給される電流が、同時に、この電流検出抵抗８を流通する様になっている。
【００１９】
そして、電流検出抵抗８へ前記パワー・トランジスタモジュール６を流れる電流が流通することにより、前記電流に相当する電圧が、この電流検出抵抗８の両端に発生し、この電圧が、保護回路９への入力とされている。
【００２０】
そして、パワー・トランジスタモジュール６に過電流となる電流値が流れると、この過電流に相当する電圧が、電圧検出抵抗８の両端に発生して保護回路９へ入力されるため、保護回路９で過電流が流れたとの判断が行なわれて、保護信号Ｙが変化してインバータ制御部５へ伝えられ、インバータ制御部５では、ドライブ回路７への前記駆動信号の出力を中断し、パワー・トランジスタモジュール６を緊急停止させている。
【００２１】
この保護回路９内の回路は、図２に示す様に、電流検出抵抗８の両端に発生した電圧を、帰還抵抗Ｒ２を備えた増幅器ＯＰで増幅し、この増幅された電圧信号を分圧抵抗Ｒ３と、分圧抵抗Ｒ４、および、Ｒ５とで分圧して、比較器ＣＰで基準電圧Ｖｒｅｆとの比較を行ない、フォトカプラＰＣ１を介して、インバータ制御部５へと伝達する回路となっている。
【００２２】
また、分圧抵抗Ｒ５には、保護レベル調整手段として、並列にフォトカプラＰＣ２が接続されており、インバータ制御部５からの保護レベル変更信号Ｚにより、このフォトカプラＰＣ２をオンさせることにより、この分圧抵抗５を短絡できる様になっている。
【００２３】
この保護回路９の動作について説明をすると、まず、インバータ制御部５から出力される保護レベル変更信号Ｚが、例えば、Ｈｉレベルであった場合、トランジスタＱ２はオフとなり、フォトカプラＰＣ２もオフとなっている。
【００２４】
電流検出抵抗８に電流が流れ、その電流値に応じて、電流検出抵抗８の両端に電圧が生じ、この電圧を増幅器ＯＰで増幅して出力することにより、分圧抵抗Ｒ３〜Ｒ５へ増幅器ＯＰの出力電圧が印可される。
【００２５】
この時、Ｘ点の電位は、分圧抵抗Ｒ３と、分圧抵抗Ｒ４、および、Ｒ５とで分圧された電位となる。
【００２６】
比較器ＣＰでは、前記Ｘ点の電位と、基準電圧Ｖｒｅｆとが入力されており、この基準電圧Ｖｒｅｆに比べ、Ｘ点の電位の方が低い時は、Ｌｏレベルが出力され、トランジスタＱ１は、オフとなり、フォトカプラＰＣ１もオフとなって、保護信号Ｙは、プルアップ抵抗Ｒ７によりＨｉレベルとなり、インバータ制御部５では保護信号Ｙは入力されて無いものと判断される。
【００２７】
これに対し、Ｘ点での電位が、基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合は、比較器ＣＰよりＨｉレベルが出力され、トランジスタＱ１がオンとなり、フォトカプラＰＣ１もオンとなるためインバータ制御部５の保護信号Ｙは、Ｌｏレベルとなり、インバータ制御部５では保護信号Ｙが入力されたとの判断が行なわれる。
【００２８】
また、インバータ制御部５からの保護レベル変更信号Ｚが、Ｌｏレベルであった場合は、トランジスタＱ２がオンとなるため、フォトカプラＰＣ２もオンとなり、分圧抵抗Ｒ５が短絡される。
【００２９】
これにより、上記Ｘ点の電位は、分圧抵抗Ｒ３と、分圧抵抗Ｒ４とで分圧された電位となるため、上述の分圧抵抗Ｒ３〜Ｒ５で分圧される場合に対して、低い電位となる。
【００３０】
これにより、電流検出抵抗８の両端に発生する前記電圧が、より高い電圧でなければ、比較器ＣＰへ入力される基準電圧Ｖｒｅｆ以下となるため、比較器ＣＰの出力は、Ｌｏレベルとなり、フォトカプラＰＣ１もオフとなり、保護信号ＹがＨｉレベルとなるため、インバータ制御部５では保護信号Ｙは入力されて無いものと判断されることとなる。
【００３１】
この様にして、インバータ制御部５からの出力信号により保護回路９での保護レベルを変更することが可能となり、電流検出抵抗８で検出され、保護回路９で過電流と判定される保護レベルを可変することが可能となる。
【００３２】
このインバータ装置１を備えた空気調和装置の一実施の形態として、図３に示す。
【００３３】
この図３に示す空気調和装置１００は、室外ユニット５０と、室内ユニット５１とをユニット間配管５２、および、ユニット間配線５３で接続して構成されている。
【００３４】
また、この時のインバータ装置１のブロック図を図４に示す。
【００３５】
室外ユニット５０には、上記説明したインバータ装置１が備えられており、このインバータ装置１の負荷となる冷媒を圧縮して吐出する圧縮機３０と、前記圧縮機３０より吐出された前記冷媒の循環方向を制御する四方弁３１と、前記冷媒と、外気との熱交換を行なわせる室内熱交換器３２と、前記冷媒を減圧して室内ユニット５１へ流通させる室外電動弁３３と、室内ユニット５１を循環して戻った前記冷媒の気液分離を行なうアキュームレータ３４とが冷媒配管で接続されて内蔵されている。
【００３６】
また、このインバータ装置１へは、負荷である圧縮機３０の温度を検出する負荷温度センサ４０と、インバータ装置１に備えられたパワー・トランジスタモジュール６の温度を検出するＰＴ温度センサ４１とが設けられている。
【００３７】
さらに、この室外ユニット５０には、室外熱交換器３２への送風を行なう室外送風機３５と、この室外ユニット５０の制御、および、室内ユニット５１に内蔵された室内制御部３９との通信を行なう室外制御部３６が備えられている。
【００３８】
室内ユニット５１には、前記冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱交換器３７と、この室内熱交換器３７への送風を行なう室内送風機３８と、この室内ユニット５１の制御、および、室外ユニット５０に内蔵された室外制御部３６との通信を行なう室内制御部３９とが内蔵されている。
【００３９】
そして、この空気調和装置１００の運転について説明をすると、室内制御部３９で運転開始の操作が行なわれると、この室内制御部３９は、室内送風機３８をオンさせて、室内ユニット５１の運転を行なわせると共に、ユニット間配線５３を通じて、室外制御部３６へも運転開始の通信データを送信する。
【００４０】
前記運転開始の通信データを受信した室外制御部３６では、前記通信データに含まれる冷暖房の信号により四方弁３１をオン、或いは、オフのいずれかとし、室外送風機３５をオンさせ、室外電動弁３３の開度を制御して、インバータ装置１へ圧縮機３０の運転開始を指示する。
【００４１】
室外制御部３６からの運転指示を受けたインバータ装置１では、ドライブ回路７への運転信号を出力するが、この時、保護回路９へのインバータ制御部５からの保護レベル変更信号Ｚは、負荷温度センサ４０、および、ＰＴ温度センサ４１からの温度信号を検出し、これらの温度信号が、いずれも一定温度以下の温度信号であれば、Ｌｏレベルを出力する。
【００４２】
これにより、保護回路９では、トランジスタＱ２、および、フォトカプラＰＣ２はオフとなり、保護レベルは、電流値の高いラインとして、圧縮機３０の運転を開始させる。
【００４３】
これは、圧縮機３０の停止時間が長く、コールドスタートの状態であった場合、電流検出抵抗８で検出される電流値が伸びるため、この時の電流値を不用意に過電流と判断して、運転出来無く成ることが無い様、保護レベルの電流値を高めている。
【００４４】
そして、圧縮機３０の運転が継続して、圧縮機３０の温度が十分に暖まったことが、負荷温度センサ４０からの温度信号で検出されると、圧縮機３０に内蔵されたモータ部の捲線抵抗が上昇しているため、上記運転開始時ほどの電流値が流れることは、通常有り得ないことから、インバータ制御部５では、保護回路９への保護レベル変更信号をＨｉレベルとして、前記保護レベルを電流値の低いラインとし、より、パワー・トランジスタモジュール６の破壊レベルからの余裕を持たせた前記保護レベルでの運転を行わせる。
【００４５】
同様に、パワー・トランジスタモジュール６の温度を検出するＰＴ温度センサ４１からの温度信号を検出して、運転しているパワー・トランジスタモジュール６の温度が高い場合、保護レベル変更信号ＺをＨｉレベルとして、保護回路９の前記保護レベルを電流値の低いラインとさせることにより、さらに、パワー・トランジスタモジュール６の運転状態も加味されることから、より前記破壊レベルからの余裕を持った安全圏内での運転を行わせることが可能となる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、一例として、保護回路９内で判定させる電流検出抵抗８で検出された電圧レベルを、インバータ制御部５からの保護レベル変更信号Ｚで、分圧抵抗５を短絡させることにより変更して、前記保護レベルの変更を行なう様に説明して来たが、これに限らず、分圧抵抗Ｒ５を、インバータ制御部５からの出力信号により電圧レベルや、抵抗値を可変できる素子として、分圧抵抗Ｒ４の電位を可変し、上記説明のＸ点の電位を制御するかたちとしても、前記保護レベルを変更させることが可能であり、或いは、前記電流検出抵抗８で検出された前記電圧レベルと比較する基準電圧Ｖｒｅｆの電圧レベルを変更させて前記保護レベルを変更することも可能である。
【００４７】
また、図３に示す本発明によるインバータ装置１を搭載した空気調和装置１００において、室外制御部３６と、前記インバータ装置１のインバータ制御部５とを別置の制御部として説明しているが、これも、特にこれに限らず、インバータ制御部５を室外制御部３６に含まれるものとすることも可能である。
【００４８】
さらに、本実施の形態では、負荷温度センサ４０や、ＰＴ温度センサ４１の温度センサを備え、これら温度センサからの温度信号により、保護回路９の保護レベルを変更するものとして説明して来たが、上述の空気調和装置１００などの場合では、冷媒配管上に圧力センサを設け、この圧力センサで検出される圧力信号により、前記保護レベルを変更させることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明より、インバータ装置の過電流保護を行なう保護回路へ保護レベル調整手段を設けて、このインバータ装置を制御する制御部からの出力信号を接続することにより、前記保護回路の保護レベルを可変させて制御することが可能となる。
【００５０】
また、このインバータ装置を空気調和装置へ搭載することにより、運転状況に合わせた保護レベルの設定が可能となるため、インバータ制御される圧縮機や、この圧縮機を運転するインバータ回路の運転状態を考慮した保護を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインバータ装置について示したブロック図である。
【図２】保護回路９について示した回路図である。
【図３】本発明によるインバータ装置を搭載した空気調和装置の冷媒回路図である。
【図４】図３の空気調和装置のインバータ装置について示したブロック図である。
【符号の説明】
１　インバータ装置
４　インバータ回路
５　制御部
６　パワー・トランジスタモジュール
７　ドライブ回路
８　電流検出抵抗
９　保護回路
４０　温度センサ
４１　温度センサ
Ｙ　保護信号
Ｚ　保護レベル変更信号

Claims (4)

1. 直流電源をインバータ回路で交流電源に変換し、電動機などの負荷を駆動するインバータ装置において、
   前記インバータ回路の過電流保護を行なう保護回路へ保護レベル調整手段を設け、この保護レベル調整手段へ前記インバータ回路を制御する制御部の出力ポートを接続して前記保護回路の保護レベルを制御したことを特徴とするインバータ装置。
2. 前記保護回路の判定部へ前記制御部の出力ポートを接続し、前記インバータ回路を流通する電流の入力レベルを前記出力ポートからの出力信号により制御したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記保護回路の判定部へ前記制御部の出力ポートを接続し、前記インバータ回路を流通する電流の入力レベルと比較する判定基準レベルを前記出力ポートからの出力信号により制御したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
4. 直流電源を交流電源に変換するインバータ装置を内蔵し、圧縮機を能力可変に制御して空調運転を行う空気調和装置において、
   前記インバータ装置の過電流保護を行なう保護回路へ保護レベル調整手段を設け、この保護レベル調整手段へ前記インバータ回路を制御する制御部の出力ポートを接続し、前記圧縮機の温度、或いは、前記インバータ装置の温度に基づいて、前記保護回路の保護レベルを制御したことを特徴とする空気調和装置。

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