JP2004187493A - モータの変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機モータ負荷を減少させる単一の変速駆動装置（１２）を有する複数圧縮機装置を提供する。
【解決手段】
可変負荷要求に対して複数のモータ（１６−１，１６−２，１６−３）を変速制御する装置が提供される。この装置は、定出力電源（２２）と、この定出力電源との接続のためのスイッチ（２０−１，２０−２，２０−３）を含む電気回路（１８）を有する複数のモータと、を有する。この装置は、さらに複数のモータをそれぞれ変速状態で駆動する変速駆動装置（１２）を含み、これらの複数のモータは、変速駆動装置との接続のためのスイッチ（１４−１，１４−２，１４−３）をそれぞれ有する。各々の複数のモータは、負荷要求に応じて変速または定速のいずれかでそれぞれ駆動されるように、上記スイッチによって選択的に変速駆動装置と定出力電源に電気的に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主にモータ制御に関し、特に複数の空調機用圧縮機および冷凍機用圧縮機の変速制御に関する。

モータの変速制御、特に冷凍用途や空調用途における圧縮機モータの変速制御は、一般に変速駆動装置によって行われる。これにより、圧縮機装置から負荷減少機器を取り除くことができる。多回路冷凍機や複数圧縮機冷凍機などの２つ以上の圧縮機を含む典型的な用途では、変速制御は、装置の要求に基づいて圧縮機負荷を選択的に減少させるように各々の圧縮機で使用可能である。変速駆動装置は高価なので、複数の変速駆動装置を必要とする複数圧縮機装置はかなり高価になってしまう。加えて、複数の変速駆動装置の追加は、空調装置や冷凍装置の複雑さや寸法を増加させるおそれがある。

従って、複数モータまたは複数圧縮機装置で必要な変速駆動装置の数を減少させることで、コストおよび装置の複雑さを低下させることができる解決法が求められている。

本発明の目的は、モータ負荷、特に圧縮機モータ負荷を減少させる単一の変速駆動装置を有する複数モータ装置、特に複数圧縮機装置を提供することである。

本発明の他の目的は、比較的低コストでかつ比較的複雑でなく、複数の圧縮機およびモータを含むとともに単一の変速駆動装置を有する変速圧縮機装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、１つの圧縮機モータ負荷をライン電力まで減少させるとともに変速制御される第２の圧縮機モータ負荷を増加させるときに、第２のモータの加速時間（ｔｉｍｅ ｔｏ ｓｐｅｅｄ）を考慮しながら所望の組合わせ負荷を維持する機構を提供することである。

上述の目的および以下の利点に従って、可変負荷要求に対する複数のモータの変速制御装置が提供される。この装置は、定出力電源と、この定出力電源との接続のためのスイッチを含む電気回路を有する複数のモータと、を有する。この装置は、さらに複数のモータをそれぞれ変速状態で駆動する変速駆動装置を含み、これらの複数のモータは、変速駆動装置との接続のためのスイッチをそれぞれ有する。各々の複数のモータは、負荷要求に応じて変速または定速のいずれかでそれぞれ駆動されるように、上記スイッチによって選択的に変速駆動装置と定出力電源に電気的に接続される。装置の要求が増加している状況におけるモータの短いサイクル動作を防止するために、電気スイッチの制御アルゴリズムは、変速モードから定速モードへと切り替わる前に一方のモータを加速度で運転することによってヒステリシスを提供する。同様に、装置の要求が減少している状況におけるモータの短いサイクル動作を防止するためにも、制御アルゴリズムにヒステリシスが含まれている。

図面を参照すると、図１には、本発明の制御回路および装置全体の概略説明図が符号１０として示されている。この装置は、単一の変速駆動装置（ＶＳＤ）１２、変速駆動装置１２への電力線１３、および変速駆動装置１２と各々の圧縮機１７−１，１７−２，１７−３のモータ１６−１，１６−２，１６−３とを接続する複数のスイッチ１４−１，１４−２，１４−３を含む。

図示のように、変速駆動装置１２は、電気回路１８を介して複数のモータ、特に圧縮機モータ１６とスイッチ１４によって接続されているが、回路１８は、一度に１つのモータ１６だけを変速駆動装置１２に接続するように機能する。これにより、可変負荷および広範囲の負荷に対処できる。すなわち、負荷が１つのモータ１６の容量を超えると、このモータ１６は変速駆動装置１２から切り離されるとともに、ライン電力２２によって回路１８内で全負荷すなわち固定速度で運転され、次に他の圧縮機１７が変速駆動装置１２の電力で始動されて追加の冷却容量を提供する。

スイッチ２０−１，２０−２，２０−３は、圧縮機モータ１６を変速駆動装置１２から切り離し、ライン電力すなわち一定電力２２に接続するために設けられている。例えば、モータ１６−１を可変駆動装置１２の制御から切り離すには、スイッチ１４−１を開くとともにスイッチ２０−１を閉じ、モータ１６−１をライン電力２２に接続する。続いて、スイッチ１４を閉じることによって可変駆動装置１２の電力を装置内の他のモータ１６に利用することができる。１つのモータ１６の（１４−１，２０−１などの）スイッチが同時に閉じないように、装置を確実かつ適切に保護することが重要である。また、変速駆動装置１２の電力用のスイッチ１４が変速駆動装置１２に過負荷がかかるような方法で閉じないように、装置を適切に保護することも重要である。

図２には、このようなヒステリシスを含む典型的な負荷アルゴリズムが示されている。回路１８の制御アルゴリズムは、圧縮機モータ１６の短いサイクル動作を防ぐヒステリシスを含む。これにより、圧縮機１７をライン速度に切り換える前に圧縮機１７を過速度で運転することによって、圧縮機容量の１１０％などの装置の要求負荷を達成できる。この１０％のような要求負荷は、要求容量が低いために、次の圧縮機１７を変速で使用することで達成することは難しい。従って、例えば、各々の圧縮機１７の公称速度が６０Ｈｚであり、装置が６Ｈｚに等しい追加容量を要求する場合には（図２（１）参照）、すぐに第１の圧縮機１７−１をライン電力２２に接続して第２の圧縮機１７−２を１０％で運転する代わりに、第１の圧縮機モータ１６−１を６６Ｈｚの過速度で運転し、要求が高くなるに従い変速制御されている圧縮機１７−１が最大許容運転速度に達した時点で、第１のモータ１６−１をライン電力２２に切り換えて速度を低下させ、かつ変速制御される第２の圧縮機１７−２を、要求される装置負荷を満たす速度で回路１８に接続する（図２（２）参照）。第２の圧縮機モータ１６−２は、その最小許容速度よりも高い速度で接続されるので、装置負荷をすぐに減少させることができ、第２の圧縮機１７−２をすぐに停止する必要がない。このパターンは、要求が減少するときには逆転される（図２（３），（４）参照）。また、図２では、２つのモータ１６を示しているが、３つまたはそれ以上のモータ１６にも容易に適用可能である。

ここで示した圧縮機モータ速度は、単に例示的なものであり、実際の速度は、使用される圧縮機の寸法、種類、および装置によって異なる。

図１，図２（特に（３），（４））を参照すると、運転時に負荷がユニットの全容量に近づくと、（例えば１７−３などの）最後に始動された圧縮機以外の全ての圧縮機１７がライン電力２２で運転されている状態となる。最後のモータ１６−３は、装置の負荷が減少し始めるまで変速駆動装置１２の電力で運転され続ける。負荷が減少するに従って、モータ１６−３の速度が減少していき、負荷を満たすためにもはや必要でなくなる。モータ１６−３は、この時点でスイッチ１４−３を開くことで停止され、例えば、スイッチ２０−２を開くとともにスイッチ１４−２を閉じることにより、１６−２などの他のモータがライン電力２２から変速駆動装置１２の電力に変更される。最小圧縮機要求速度がゼロよりも高い場合には、モータ１６−３は、速度がゼロまで完全に減少する前に停止される。この圧縮機１７−３が停止すると、第１の圧縮機は、公称速度６０Ｈｚを越えて速度を増加させる必要がありうる。これにより、第２の圧縮機をすぐに再始動する必要なく装置負荷をすぐに増加させることができる。この容量の減少方法は、ライン電力２２で運転されるモータ１６がなくなり、かつ１つのモータ１６のみが変速駆動装置１２の電力で運転されている状態まで続けられる。この方法によって、圧縮機モータ１６がいくつあっても単一の変速駆動装置１２を使用して効果的な制御が可能となる。

本発明の主な利点は、要求に基づいて圧縮機負荷を増加および減少させる単一の変速駆動装置であって、装置容量と負荷とをより良好に一致させることができる変速駆動装置を有する複数圧縮機装置が提供されることである。

本発明の他の利点は、単一の変速駆動装置によって制御される複数の圧縮機およびモータを有するとともに比較的低コストでかつ比較的複雑でない変速圧縮機装置が提供され、これにより、変速駆動装置の寸法を、これによって運転されうる最大の１つのモータに充分な電力を提供するように設ければ充分となることである。

本発明のさらに他の利点は、１つの圧縮機モータの負荷をライン電力まで減少させるとともに第２の圧縮機モータの負荷を変速まで増加させるときに所望の組合わせ負荷を維持し、かつモータの短いサイクル動作のおそれを減少させる機構が提供されることである。

本発明を変速制御によって効果的に運転可能な（スクリュー式、往復動式、回転式、スクロール式などの）圧縮機装置に適用可能なものとして説明したが、本発明は、使用される変速駆動装置機器の種類とは無関係にあらゆる種類の変速駆動装置に適用可能である。従って、本発明は請求項の範囲のみによって限定されるものである。

１つの変速駆動装置が複数の圧縮機モータを駆動する本発明の制御回路の概略説明図である。 圧縮機モータの短いサイクル動作を防止するために必要なヒステリシスを含む典型的な負荷アルゴリズムのグラフである。

符号の説明

１０…制御回路および装置
１２…変速駆動装置
１３…電力線
１４−１，１４−２，１４−３…スイッチ
１６−１，１６−２，１６−３…モータ
１７−１，１７−２，１７−３…圧縮機
２０−１，２０−２，２０−３…スイッチ
１８…電気回路
２２…ライン電力

Claims (8)

1. 可変負荷要求に対するモータの変速制御装置であって、
   定出力電源と、
   前記定出力電源と接続されているとともに電気回路を有し、かつ定速モードおよび変速モードの少なくとも一方でそれぞれ動作する複数のモータと、
   前記複数のモータの少なくとも１つを前記変速モードで駆動する駆動手段と、を有し、前記複数のモータは、前記電気回路を介して前記駆動手段にそれぞれ接続されており、
   前記複数のモータは、装置の負荷要求に応じて変速または定速の一方でそれぞれ駆動されるように、選択的に前記駆動手段または前記定出力電源に電気的に接続されており、
   前記電気回路の制御は、変速モードから定速モードに切り換わるときにヒステリシスを含み、かつ定速モードから変速モードに切り換わるときにもヒステリシスを含むことを特徴とするモータの変速制御装置。
2. 前記駆動手段は、単一の変速駆動装置であることを特徴とする請求項１記載のモータの変速制御装置。
3. 前記駆動手段は、一度に前記複数のモータの１つだけと電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載のモータの変速制御装置。
4. 前記変速駆動装置と電気的に接続されていない前記複数のモータは、前記定出力電源とそれぞれ接続されているか、または全ての電源から切り離されていることを特徴とする請求項３記載のモータの変速制御装置。
5. 前記複数のモータは、空調装置または冷凍装置のいずれかの圧縮機をそれぞれ駆動していることを特徴とする請求項１記載のモータの変速制御装置。
6. 前記駆動手段は、単一の変速駆動装置であることを特徴とする請求項５記載のモータの変速制御装置。
7. 前記駆動手段は、一度に前記複数のモータの１つだけと電気的に接続されていることを特徴とする請求項６記載のモータの変速制御装置。
8. 前記変速駆動装置と電気的に接続されていない前記複数のモータは、前記定出力電源とそれぞれ接続されているか、または全ての電源から切り離されていることを特徴とする請求項７記載のモータの変速制御装置。
   

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