JP2005045955A

JP2005045955A - 空気調和機の制御装置

Info

Publication number: JP2005045955A
Application number: JP2003279063A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tanifuji; 仁谷藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】従来、力率改善や直流電圧昇圧に用いる複数スイッチング型のＰＡＭを搭載した空気調和機に関して、電源変動発生時に、ＰＡＭ機構の過電流保護停止による力率低下、直流電圧低下や半導体の熱問題等があった。
【解決手段】この発明は、商用電源の周波数を検知する電源周期検知手段と、商用電源の零点を検知するゼロクロス検知手段と、コンバータ部に流入する電流を検知する一次電流検知手段と、直流電圧を検知する直流電圧検知手段と、インバータ部の周波数及び電圧を記憶する制御電圧記憶手段と、商用電源の電源電圧を検知する一次電圧検知手段とを具備し、直流電圧検知手段の検知結果が制御電圧記憶手段に記憶される電圧となるようにコンバータ部の駆動時間を制御し、一次電圧検知手段の検知結果によりコンバータ部の駆動時間を補正制御する構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気調和機に搭載するコンバータ装置の電圧制御に係わるものである。

従来の空気調和機の制御装置は、商用電源等の交流電源２の一方の出力端にリアクタの一端を直列に接続している。このリアクタの他端は、４個のダイオードからなり、導通方向を一方向に揃えている第１のダイオードブリッジと、全波整流器の一端を構成している第２のダイオードブリッジのそれぞれの一方の入力端に接続されている。第１，第２のダイオードブリッジのそれぞれの他方の入力端は交流電源２の他方の出力端に接続され、第２のダイオードブリッジの出力端には一対の倍電圧電解コンデンサと平滑コンデンサとを介して負荷を接続するようになっている。一方、第１のダイオードブリッジ４の両出力端は例えばバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子のコレクタとエミッタ間に接続され、このスイッチング素子がオンしたときに、第１のダイオードブリッジとリアクタを介して交流電源２の出力側の両端を短絡する短絡回路になるよう構成している。スイッチング素子のゲートはマイクロプロセッサ等よりなる制御手段に接続され、この制御手段によってスイッチング素子がオンオフ制御されるようになっている。（特許文献１参照）

特開平１１−１６４５６１号公報（第４頁〜第５頁、図１及び図２）特開平１１−０２７９３４号公報（第３頁〜第４頁、図１）特開２００２−０９５２４３号公報（第４頁〜第５頁、図１）特開平１０−０７５５７０号公報（第３頁、図４）

従来の空気調和機の制御装置は、コンバータ部のスイッチング素子に対して所定の駆動時間のみでスイッチングを行うため、商用電源電圧が高い場合においては、スイッチング素子に過大電流が流れ保護機能により停止し力率が低下するなどの問題点があった。

また、商用電源電圧が低い場合には、スイッチング素子の駆動時間が拡大し、スイッチング素子の損失量が増大し、熱信頼性、空気調和機の損失量の拡大などの問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、商用電源の電圧が変動しても継続して安定動作する、空気調和機の制御装置を提供するものである。

この発明の空気調和機の制御装置は、商用電源の一次電圧、周波数及び零点を検知し、また、コンバータ部に流入する一次電流と直流電圧を検知する。インバータ部の周波数及び電圧を記憶し、コンバータ部の駆動時間を記憶された電圧となるように制御すると共に、一次電圧の値によりコンバータ部の駆動時間を補正制御する手段を備えたものである。

また、この発明の空気調和機の制御装置は、商用電源の一次電圧、周波数及び零点を検知し、また、コンバータ部に流入する一次電流と直流電圧を検知する。インバータ部が低回転数時は、一次電流が最小となるようにコンバータ部の駆動時間を制御する手段を備えたものである。

この発明の空気調和機の制御装置によれば、商用電源の一次電圧、周波数及び零点を検知し、また、コンバータ部に流入する一次電流と直流電圧を検知する。インバータ部の周波数及び電圧を記憶し、コンバータ部の駆動時間を記憶された電圧となるように制御すると共に、一次電圧の値によりコンバータ部の駆動時間を補正制御する手段を備えた構成とすることで、標準電圧以外の場合にはスイッチング素子の駆動時間を標準電圧の場合よりも短い状態で動作することができ、スイッチング素子に過大電流が流れ保護機能により停止し力率が低下するなどの問題点や、商用電源電圧が低い場合には、スイッチング素子の駆動時間が拡大することでスイッチング素子の損失量が増大し、熱信頼性、空気調和機の損失量の拡大などの問題に対して信頼性の高い空気調和機を提供できるものである。

また、この発明の空気調和機の制御装置は、商用電源の一次電圧、周波数及び零点を検知し、また、コンバータ部に流入する一次電流と直流電圧を検知する。インバータ部が低回転数時は、一次電流が最小となるようにコンバータ部の駆動時間を制御する手段を備えた構成とすることで、圧縮機モータが安定動作は一次電流が最小となり、力率値が最高となる状態での動作が可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による空気調和機の制御装置を図について説明する。図１は空気調和機の室外機の構成を示す図、図２は実施の形態１の制御フローチャートを示す図である。図において、商用電源等の交流電源２の一方の出力端にリアクタ３の一端を直列に接続している。このリアクタ３の他端は、４個のダイオードからなり、導通方向を一方向に揃えている第１のダイオードブリッジ４と、全波整流器の一端を構成している第２のダイオードブリッジ５のそれぞれの一方の入力端に接続されている。第１，第２のダイオードブリッジ４，５のそれぞれの他方の入力端は交流電源２の他方の出力端に接続されている。第２のダイオードブリッジ５の出力端には一対の倍電圧電解コンデンサ６ａ，６ｂを介して任意の電圧及び周波数を出力するパワーモジュール７を接続するようになっている。

一方、第１のダイオードブリッジ４の両出力端は例えばバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子８のコレクタとエミッタ間に接続され、このスイッチング素子８がオンしたときに、第１のダイオードブリッジ４とリアクタ３を介して交流電源２の出力側の両端を短絡する短絡回路になるよう構成している。スイッチング素子８のゲートはマイクロプロセッサ等よりなる制御手段９に接続され、この制御手段９によってスイッチング素子８がオンオフ制御されるようになっており、空気調和機の圧縮機モータ１０、商用電源の周期を検出する電源周期検知手段１１、前記圧縮機モータ１０を駆動するための目標直流電圧を記憶する制御電圧記憶手段１２、直流電圧を検知する直流電圧検知手段１３および商用電源電圧を検知する一次電圧検知用ダイオード１４ａ、電圧分圧抵抗１４ｂから成る一次電圧検知手段１４をそれぞれ備えている。

次に実施の形態１の動作について図２に示すフローチャート図を基に説明する。ステップ１０１にてマイクロプロセッサ等により構成される制御手段９により、圧縮機モータ１０を駆動するための目標直流電圧を制御電圧記憶手段１２より読み込む。ステップ１０２にて商用電源２の電源周期を電源周期検知手段１１にて読込、ステップ１０３にて５０Ｈｚの場合には制御手段９で生成される波形時間に補正量としてＫ＝１．２、ステップ１０４にて６０Ｈｚの場合にはＫ＝１を設定する。ステップ１０５にてゼロクロス検知手段１５により商用電源２のゼロクロス点ＯＸを通過する時点を検出する。ステップ１０６にて直流電圧検知手段１３により現在の直流電圧を検知し、ステップ１０７にて制御手段９によりスイッチング素子８の駆動信号を生成する。次にステップ１０８にて一次電圧検知手段１４より商用電源２の電源電圧を検知し、標準電圧の場合は補正量Ｋ１＝１とし、上記補正量Ｋと積算し最終補正量を決定する。標準電圧以外の場合においては、補正量Ｋ１＜１として最終補正量を決定し、ステップ１０９にてスイッチング素子８の駆動信号を生成する。

以上の動作により、標準電圧以外の場合にはスイッチング素子８の駆動時間を標準電圧の場合よりも短い状態で動作することができ、スイッチング素子８に過大電流が流れ保護機能により停止し力率が低下するなどの問題点や、商用電源電圧が低い場合には、スイッチング素子８の駆動時間が拡大することでスイッチング素子８の損失量が増大し、熱信頼性、空気調和機の損失量の拡大などの問題に対して信頼性の高い空気調和機を提供できるものである。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による空気調和機の制御装置を図について説明する。図３は実施の形態２の空気調和機の室外機の構成を示す図、図４は実施の形態２の制御フローチャートを示す図である。図３において１６は空気調和機に流入する電流を検知する一次電流検知手段、１７は一次電流を検知する電流センサである。

次にこの発明の実施の形態２の動作について制御フローチャート図を基に説明する。図２中、ステップ２０１からステップ２０８までは実施の形態１と動作は同一である。圧縮機モータ１０が目標回転数に到達後、ステップ２０９にてスイッチング素子８の駆動信号に対して補正量Ｋ３を変化させ一次電流検知手段１６より一次電流を読み込み前回読込値よりも小さくなる補正量を設定する。以上の動作により、圧縮機モータ１０の安定動作は一次電流が最小となり、力率値が最高となる状態での動作が可能となる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による空気調和機の制御装置を図について説明する。図５は実施の形態３の制御フローチャートを示す図である。次に実施の形態３の動作について制御フローチャート図を基に説明する。フローチャート図中ステップ３０１からステップ３０９までは前記実施の形態２と動作は同一である。圧縮機モータ１０が目標回転数に到達後、ステップ３１０にて一次電流値と一次電圧値を積算し電力量を求め、次にスイッチング素子８の駆動信号に対して補正量Ｋ５を変化させ電力量が前回積算値よりも小さくなる補正量を設定する。以上の動作により、圧縮機モータ１０が安定動作は電力量が最小となり、力率値が最高となる状態での動作が可能となる。

実施の形態４．
次に実施の形態４について説明する。図６は実施の形態４の制御フローチャートを示す図である。次に実施の形態４の動作について制御フローチャート図を基に説明する。フローチャート図中ステップ４０１からステップ４０８までは実施の形態１と動作は同一である。ステップ４０９にて一次電圧値が標準電圧よりも高いか否か判定し、標準電圧以下の場合にはステップ４１０にて補正量は変更せず。標準電圧よりも高い場合にはステップ４１１にて目標電圧に対して補正量を加え（Ｋ８＜１以下）、スイッチング素子８の駆動信号を演算する。以上の動作により、標準電圧よりも高い場合にはスイッチング素子８の駆動時間を標準電圧の場合よりも短い状態で動作することができ、スイッチング素子８に過大電流が流れ保護機能により停止し力率が低下するなどの問題に対して信頼性の高い空気調和機を提供できるものである。

実施の形態５．
次に実施の形態５について説明する。図７は実施の形態５の制御フローチャートを示す図である。次に実施の形態５の動作について制御フローチャート図を基に説明する。フローチャート図中ステップ５０１からステップ５０８までは実施の形態４と動作は同一である。ステップ５０９にて一次電圧値が標準電圧よりも低いか否か判定し、標準電圧以下の場合にはステップ５１０にて補正量は変更せず。標準電圧よりも低い場合にはステップ５１１にて目標電圧に対して補正量を加え（Ｋ８＜１以下）、スイッチング素子８の駆動信号を演算する。以上の動作により、標準電圧よりも低い場合にはスイッチング素子８の駆動時間を標準電圧の場合よりも短い状態で動作することができ、スイッチング素子の駆動時間が拡大し、スイッチング素子の損失量が増大し、熱信頼性、空気調和機の損失量の拡大などの問題に対して信頼性の高い空気調和機を提供できるものである。

実施の形態６．
次に実施の形態６について説明する。実施の形態６は図１にて示す構成図で説明する。一次電圧検知手段１４を商用電源２の一方を一次電圧検知用ダイオード１４ａのアノード側と接続し、一次電圧検知用ダイオード１４ａのカソード側を電圧分圧用抵抗１４ｂの一方に接続し、電圧分圧用抵抗１４ｂの一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続する構成としたことで、制御手段９に使用されるマイクロプロセッサより直接一次電圧検出手段１４からの信号を読み込むことが可能であり、回路絶縁等の必要が無く、安価に構成できる。

実施の形態７．
次に実施の形態７について説明する。図８は実施の形態７を示す空気調和機の構成を示す図である。一次電圧検知手段１４をコンバータ部のダイオードブリッジ出力のプラス電極よりダイオード１８のアノード側と電圧分圧抵抗１４ｂの一方と接続し、ダイオード１８のカソード側を倍電圧電解コンデンサ６ａ、６ｂの＋電極に接続し、電圧分圧用抵抗１４ｂの一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続する構成としたことで、制御手段９に使用されるマイクロプロセッサより直接一次電圧検出手段１４からの信号を読み込むことが可能であり、回路絶縁等の必要が無く、安価に構成できる。

実施の形態８．
次に実施の形態８について説明する。実施の形態８は図８にて示す構成図で説明する。一次電圧検知手段１４をコンバータ部のダイオードブリッジ出力のプラス電極よりダイオード１８のアノード側と電圧分圧抵抗１４ｂの一方と接続し、ダイオード１８のカソード側を倍電圧電解コンデンサ６ａ、６ｂのプラス電極と接続し、電圧分圧用抵抗の一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続し、電圧分圧用抵抗１４ｂの出力電圧をコンデンサにより平均化し制御手段９に取り込む構成としたことで、制御手段９に使用されるマイクロプロセッサより直接一次電圧検出手段１４からの安定した信号を読み込むことが可能であり、回路絶縁等の必要が無く、安価に構成できる。

実施の形態９．
次に実施の形態９について説明する。実施の形態９は図９にて示す構成図で説明する。一次電圧検知手段１４をコンバータ部のダイオードブリッジ出力よりダイオード１８のアノード側と接続し、ダイオード１８のカソード側を倍電圧電解コンデンサ６ａ、６ｂと接続し、電圧分圧用抵抗１４ｂの一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続し、電圧分圧用抵抗１４ｂの出力電圧を直接制御手段９に取り込む構成とし、制御手段９に使用されるマイクロプロセッサにて時間積分を行い平均電圧を求めることで、更に回路絶縁等の必要が無く、安価に構成できる。

この発明の実施の形態１による空気調和機の制御装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１による空気調和機の制御装置のフローチャート図である。この発明の実施の形態２による空気調和機の制御装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２によるフローチャート図である。この発明の実施の形態３によるフローチャート図である。この発明の実施の形態４によるフローチャート図である。この発明の実施の形態５によるフローチャート図である。この発明の実施の形態６による空気調和機の制御装置を示す構成図である。この発明の実施の形態７による空気調和機の制御装置を示す構成図である。

符号の説明

２交流電源、３リアクタ、４第１のダイオードブリッジ、５第２のダイオードブリッジ、６ａ倍電圧電解コンデンサ、６ｂ倍電圧電解コンデンサ、７パワーモジュール、８スイッチング素子、９制御手段、１０圧縮機モータ、１１電源周期検知手段、１２制御電圧記憶手段、１３直流電圧検知手段、１４一次電圧検知手段、１４ａ一次電圧検知用ダイオード、１４ｂ電圧分圧抵抗、１５ゼロクロス検知手段、１６１次電流検知手段、１７電流センサ、18 ダイオード。

Claims

商用電源を任意の直流電圧に変換するコンバータ部と、直流電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ部とを搭載する空気調和機の制御装置に関して、商用電源の周波数を検知する電源周期検知手段と、商用電源の零点を検知するゼロクロス検知手段と、コンバータ部に流入する電流を検知する一次電流検知手段と、直流電圧を検知する直流電圧検知手段と、インバータ部の周波数及び電圧を記憶する制御電圧記憶手段と、商用電源の電源電圧を検知する一次電圧検知手段とを具備し、直流電圧検知手段の検知結果が制御電圧記憶手段に記憶される電圧となるようにコンバータ部の駆動時間を制御するものであって、前記一次電圧検知手段の検知結果によりコンバータ部の駆動時間を補正制御することを特徴とする空気調和機の制御装置。
一次電圧検知手段の検知結果が標準電圧に対して任意の電圧より高い場合には、駆動時間記憶手段に記憶される駆動時間の最大値に対して任意の時間量を小さくし駆動することを特徴とする請求項１記載の空気調和機の制御装置。
一次電圧検知手段の検知結果が標準電圧に対して任意の電圧より低い場合には、駆動時間記憶手段に記憶される駆動時間の最大値に対して任意の時間量を小さくし駆動することを特徴とする請求項１記載の空気調和機の制御装置。
商用電源の周波数を検知する電源周期検知手段と、商用電源の零点を検知するゼロクロス検知手段と、コンバータ部に流入する電流を検知する一次電流検知手段と、直流電圧を検知する直流電圧検知手段と、インバータ部の周波数及び電圧を記憶する制御電圧記憶手段と、商用電源の電源電圧を検知する一次電圧検知手段とを具備たものであって、前記インバータ部が低回転数時は、一次電流検知手段の検知結果が最小となるようにコンバータ部の駆動時間を制御することを特徴とする空気調和機の制御装置。
インバータ部が低回転数時は、一次電流検知手段の検知結果及び一次電圧検知手段の検知結果の積が最小となるようにコンバータ部の駆動時間を制御することを特徴とする請求項４記載の空気調和機の制御装置。
商用電源の一方をダイオードのアノード側と接続し、ダイオードのカソード側を電圧分圧用抵抗の一方に接続し、電圧分圧用抵抗の一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続した一次電圧検知手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項5記載の空気調和機の制御装置。
コンバータ部のダイオードブリッジ出力のプラス電極よりダイオードのアノード側と電圧分圧抵抗の一方と接続し、ダイオードのカソード側を倍電圧用コンデンサのプラス電極に接続し、電圧分圧用抵抗の一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続した一次電圧検知手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項5記載の空気調和機の制御装置。
コンバータ部のダイオードブリッジ出力のプラス電極よりダイオードのアノード側と電圧分圧抵抗の一方と接続し、ダイオードのカソード側を倍電圧電解コンデンサに接続し、電圧分圧用抵抗の一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続し、電圧分圧用抵抗の出力電圧をコンデンサにより平均化し制御用マイクロプロセッサに取り込むことを特徴とする請求項６記載の空気調和機の制御装置。
コンバータ部のダイオードブリッジ出力のプラス電極よりダイオードのアノード側と接続し、ダイオードのカソード側を倍電圧電解コンデンサに接続し、電圧分圧用抵抗の一方をインバータ部の制御グランド電位部に接続し、電圧分圧用抵抗の出力電圧の脈流をピーク値で検知することを特徴とする請求項６記載の空気調和機の制御装置。