JP2005180841A - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機において、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減する。
【解決手段】インバータ部１を駆動するＰＷＭ信号を演算し出力する駆動信号演算部４４とは別に、直流電圧を検出する電圧検出部４１と、検出した直流電圧に含まれる脈動成分の大きさより３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部４２とを備え、乱調状態が検出された時、インバータ部１の出力電圧を上昇させるように駆動信号演算部４４がＰＷＭ信号を補正すると共に、乱調状態時の負荷状態を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後、負荷状態が乱調状態時の負荷状態から変化した場合に、インバータ部１の出力電圧を下降させるように駆動信号演算部４４でＰＷＭ駆動信号を補正する
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電圧を可変周波数・可変電圧の交流電圧に変換して３相モータを搭載した圧縮機を可変速駆動するインバータ制御装置を備えた空気調和機の制御装置に関するものである。

インバータ装置により圧縮機に搭載した３相モータを駆動する場合、インバータ部を駆動するＰＷＭ信号のデッドタイムによる印加電圧歪や３相モータのインピーダンスおよび慣性モーメントなどが複雑に絡み合って電流波形が周期的に振動するいわゆる乱調現象が発生する場合がある。これは特に３相モータが大型となり、また低負荷、低周波数域において頻繁に発生する現象である。

この乱調の発生により３相モータそのものや冷媒配管等に振動が生じ、振動の度合によっては運転を継続するのが困難となる場合が生じる。このような乱調現象を抑制する方法として、３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部を備え、乱調状態が検出された時、インバータ部の出力電圧を上昇させるように駆動信号を補正する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図６は特許文献１に記載された従来の空気調和機のブロック構成図である。図６において、圧縮機１０２に流れる電流をモータ電流検出部１０３で検出し、交流部乱調判別部１０４で乱調を判別し、出力電圧変更指令部１０５から波形演算部１０６に変更指令を出力し、インバータ１０１の駆動信号を補正する。
特開平１０−２３７８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、乱調状態は抑制できるものの、乱調状態を防止する目的でインバータ部の出力電圧を一旦上昇させると、負荷状態が変化してもそのまま上昇させた出力電圧を保持するため、本来３相モータを駆動する上で一番運転効率がよい点、具体的には消費電力がもっとも小さくポイントで出力電圧を設定しているにも関わらず出力電圧が最適点よりも高めになるため、運転効率の悪い点で運転を継続するという課題を有していた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、確実に乱調を防止しつつ消費電力を低減することができる空気調和機の制御装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機の制御装置は、３相モータを搭載した圧縮機を負荷として、直流電圧入力を可変周波数・可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部に対する駆動信号を演算し出力する駆動信号演算部と、前記直流電圧を検出する電圧検出部と、検出した直流電圧に含まれる脈動成分の大きさより前記３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部とを備え、乱調状態が検出された時、前記インバータ部の出力電圧を上昇させるように、前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正すると共に乱調状態時の負荷状態を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後、負荷状態が前記乱調状態時の負荷状態から変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正する構成としたものである。

上記構成によって、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ、消費電力を低減することができる空気調和機の制御装置を提供することができる。

本発明の空気調和機の制御装置は、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ、消費電力を低減することができる。

第１の発明は、乱調状態が検出された時、前記インバータ部の出力電圧を上昇させるように、前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正すると共に、乱調状態時の負荷状態を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後、負荷状態が乱調状態時の負荷状態から変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正することにより、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

第２の発明は、乱調状態時の直流電圧を直流電圧検出部により検出すると共に記憶し、乱調状態が検出されなくなった後、直流電圧と、乱調状態時の直流電圧を比較し、圧縮機の回転数が変化していないにも関わらず、直流電圧が通常運転状態よりも大幅に変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正することにより、乱調検出に使用する直流電圧検出装置を負荷検出手段に用いることで、新たに負荷検出手段を設けることなく、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

第３の発明は、乱調状態時の室内温度と室外温度を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後、室内温度及び室外温度と、乱調状態時の室内温度及び室外温度を比較し、どちらかの温度が通常運転状態よりも大幅に変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正することにより、空気調和機のほとんどの機種に存在する室内温度検出手段及び室外温度検出手段を用いて負荷状態を検出することで、新たに負荷検出手段を設けることなく、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

第４の発明は、乱調状態時の室外機総合交流電流を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後、総合交流電流と、乱調状態時の総合交流電流を比較し、圧縮機の回転数が変化していないにも関わらず、総合交流電流が通常運転状態よりも大幅に変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正することにより、空気調和機の多くの機種で採用されている室外機の総合交流電流の検出手段を用いて負荷状態を検出することで新たに負荷検出手段を設けることなく、また負荷状態に密接に相関のある交流電流により負荷状態を検出することで、より確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

第５の発明は、あらかじめ、圧縮機の回転数毎に、乱調状態が発生しやすい負荷状態を記憶しておき、その乱調状態が発生しやすい負荷状態と現在の負荷状態が一致した場合は、前期インバータ部の出力電圧を高めに補正し、その乱調状態が発生しやすい負荷状態と現在の負荷状態が一致しない場合は、前期インバータ部の出力電圧を補正しないことにより、乱調検出という複雑な処理を頻繁に行うことがなくなるため制御が容易になり、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が制限されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における空気調和機の制御装置のブロック構成図である。

図１において、インバータ部１は複数のスイッチング素子より構成され、可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力する。インバータ部１の出力で駆動される圧縮機２には３相モータとして誘導モータなどが用いられる。直流電源３は前記インバータ部１に電源を供給し、ここでは単相交流電源３ａをリアクタ３ｂを介してダイオードブリッジ３ｃにて全波整流して得られる脈流電圧を電解コンデンサ３ｄにて平滑することにより実現している。

制御装置４では、直流電圧検出部４１で直流電源３の出力電圧をデジタル信号に変換し、直流電圧検出部４１からの信号に含まれる脈動成分の大きさより３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部４２と、乱調時の負荷電流等の負荷状態を記憶する乱調時負荷記憶部４３と、インバータ部１を駆動するためのＰＷＭ信号を演算する駆動信号演算部４４とから構成される。尚、乱調状態検出部４２、乱調時負荷記憶部４３、駆動信号演算部４４は、マイクロコンピュータを用いて実施することが一般的である。

以上のように構成された空気調和機の制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

直流電圧検出部４１にて、電解コンデンサ３ｄの両端電圧を検出すると、その検出した直流電圧値は、乱調状態検出部４２に伝達される。乱調状態検出部４２では、検出した直流電圧から脈流電圧成分の有無を検出することにより乱調の有無を検出する。一般的に、乱調状態は負荷状態が軽い時に起こりやすく、インバータ部への出力電圧が高いほど発生しにくい為、乱調状態を検出した場合、乱調時の負荷電流等の負荷状態を乱調時負荷記憶部４３にて記憶すると共に、インバータ部１の出力電圧を上昇させるように駆動信号演算部が前記駆動信号を補正する。そうすることにより乱調状態は回避することができるが、本来圧縮機の最高効率点になるようにインバータ部１への出力電圧を設定していたものが、出力電圧をアップすることで圧縮機の消費電力が増加してしまう。そのため、駆動信号演算部４４では常時負荷状態を監視しておき、もし乱調状態が検出されなくなった後、負荷電流等の負荷状態が、乱調状態時に乱調時負荷記憶部４３で記憶しておいた負荷状態から変化した場合には、インバータ部１の出力電圧を圧縮機の最高効率点または乱調が再発しない上限電圧まで下降させるように駆動信号演算部４４からの駆動信号を補正する。そうすることにより、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における空気調和機の制御装置のブロック構成図である。

図２において、インバータ部１は、複数のスイッチング素子より構成され可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力し、圧縮機２の３相モータを駆動し、直流電源３は前記インバータ部１に電源を供給する。

制御装置４では、直流電圧検出部４１で直流電源３の出力電圧をデジタルの信号に変換し、直流電圧検出部４１からの信号に含まれる脈動成分の大きさより３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部４２と、乱調時の直流電圧を記憶する直流電圧記憶部４５と、インバータ部１を駆動するためのＰＷＭ信号を演算する駆動信号演算部４４とから構成される。

以上のように構成された空気調和機の制御装置について、以下にその動作、作用を説明
する。

直流電圧検出部４１にて、電解コンデンサ３ｄの両端電圧を検出すると、その検出した直流電圧値は、乱調状態検出部４２に送信される。乱調状態検出部４２では、検出した直流電圧から脈流電圧成分の有無を検出することにより乱調の有無を検出する。一般的に、乱調状態は負荷状態が軽い時に起こりやすく、インバータ部への出力電圧が高いほど、発生しにくい為、乱調状態を検出した場合、乱調時の直流電圧を乱調時直流電圧記憶部４３にて記憶すると共に、インバータ部１の出力電圧を上昇させるように、駆動信号演算部が前記駆動信号を補正する。そうすることにより、乱調状態は回避することができるが、本来、圧縮機の最高効率点になるようにインバータ部１への出力電圧を設定していたものが、出力電圧をアップすることで、圧縮機の消費電力が増加してしまう。そのため、駆動信号演算部４４では、常時直流電圧を監視しておき、もし圧縮機を回転させるＰＷＭ信号の周波数が変化していないにも関わらず、乱調状態が検出されなくなった後、直流電圧が前記乱調状態時に直流電圧記憶部４５で記憶しておいた直流電圧から下降した場合には、空気調和機としての負荷が増加して乱調が起こりにくくなったと推測されることから、インバータ部１の出力電圧を圧縮機の最高効率点または乱調が再発しない上限電圧まで下降させるように駆動信号演算部４４からの駆動信号を補正する。そうすることにより、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における空気調和機の制御装置のブロック構成図である。図３において、インバータ部１は、複数のスイッチング素子より構成され可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力し、圧縮機２の３相モータを駆動し、直流電源３は前記インバータ部１に電源を供給する。

制御装置４では、直流電圧検出部４１で直流電源３の出力電圧をデジタルの信号に変換し、直流電圧検出部４１からの信号に含まれる脈動成分の大きさより３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部４２と、乱調時の温度データを記憶する温度記憶部４６と、インバータ部１を駆動するためのＰＷＭ信号を演算する駆動信号演算部４４と、室外温度センサ４８の温度データをデジタル信号に変換すると共に、室内機から送信される室内温度データを受信する温度検出部４７から構成される。

以上のように構成された空気調和機の制御装置の動作について以下にその動作，作用を説明する。

直流電圧検出部４１にて電解コンデンサ３ｄの両端電圧を検出すると、その検出した直流電圧値は乱調状態検出部４２に送信される。乱調状態検出部４２では、検出した直流電圧から脈流電圧成分の有無を検出することにより乱調の有無を検出する。一般的に、乱調状態は負荷状態が軽い時に起こりやすく、インバータ部への出力電圧が高いほど発生しにくい為、乱調状態を検出した場合、温度検出部４７で検出した乱調時の室内温度及び室外温度を乱調時温度記憶部４６にて記憶すると共に、インバータ部１の出力電圧を上昇させるように駆動信号演算部が前記駆動信号を補正する。そうすることにより、乱調状態は回避することができるが、本来圧縮機の最高効率点になるようにインバータ部１への出力電圧を設定していたものが、出力電圧をアップすることで圧縮機の消費電力が増加してしまう。そのため、駆動信号演算部４４では、常時室内温度と室外温度を監視しておき、もし圧縮機を回転させるＰＷＭ信号の周波数が変化していないにも関わらず、乱調状態が検出されなくなった後、室内温度及び室外温度が前記乱調状態時に温度記憶部４６で記憶しておいた室内温度及び室外温度から通常運転状態よりも大きく変化した場合には、空気調和機としての負荷が増加して乱調が起こりにくくなったと推測されることから、インバータ部１の出力電圧を圧縮機の最高効率点または乱調が再発しない上限電圧まで下降させるよ
うに駆動信号演算部４４からの駆動信号を補正する。そうすることにより、空気調和機のほとんどの機種に存在する室内温度及び室外温度検出部を用いて負荷状態を検出することで、新たに負荷検出手段を設けることなく、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における空気調和機の制御装置のブロック構成図である。図４において、インバータ部１は、複数のスイッチング素子より構成され可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力し、圧縮機２の３相モータを駆動し、直流電源３は前記インバータ部１に電源を供給する。

制御装置４では、直流電圧検出部４１で直流電源３の出力電圧をデジタルの信号に変換し、直流電圧検出部４１からの信号に含まれる脈動成分の大きさより３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部４２と、乱調時の室外機の交流総合電流データを記憶する電流記憶部４３と、インバータ部１を駆動するためのＰＷＭ信号を演算する駆動信号演算部４４と、電流センサ５０で検出した室外機の交流総合電流値をデジタル信号に変換する電流検出部４９から構成される。

以上のように構成された空気調和機の制御装置の動作について以下にその動作，作用を説明する。

直流電圧検出部４１にて電解コンデンサ３ｄの両端電圧を検出すると、その検出した直流電圧値は乱調状態検出部４２に送信される。乱調状態検出部４２では、検出した直流電圧から脈流電圧成分の有無を検出することにより乱調の有無を検出する。一般的に乱調状態は負荷状態が軽い時に起こりやすく、インバータ部への出力電圧が高いほど発生しにくい為、乱調状態を検出した場合、電流検出部４９で検出した乱調時の室外機の交流総合電流を乱調時電流記憶部５１にて記憶すると共に、インバータ部１の出力電圧を上昇させるように駆動信号演算部４４が前記駆動信号を補正する。そうすることにより、乱調状態は回避することができるが、本来圧縮機の最高効率点になるようにインバータ部１への出力電圧を設定していたものが、出力電圧をアップすることで圧縮機の消費電力が増加してしまう。そのため、駆動信号演算部４４では、常時、室外機の交流総合電流を監視しておき、もし圧縮機を回転させるＰＷＭ信号の周波数が変化していないにも関わらず、乱調状態が検出されなくなった後、室外機の総合電流が前記乱調状態時に電流記憶部４３で記憶しておいた室外機の総合電流から通常運転状態よりも大きく増加した場合には、空気調和機としての負荷が増加して乱調が起こりにくくなったと推測されることから、インバータ部１の出力電圧を圧縮機の最高効率点または乱調が再発しない上限電圧まで下降させるように駆動信号演算部４４からの駆動信号を補正する。そうすることにより、空気調和機の多くの機種で採用されている室外機の総合交流電流の検出手段を用いて負荷状態を検出することで、新たに負荷検出手段を設けることなく、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる。

（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における空気調和機の制御装置のブロック構成図である。

図５において、インバータ部１は、複数のスイッチング素子より構成され可変周波数・可変電圧の交流電圧を出力し、圧縮機２の３相モータを駆動し、直流電源３は前記インバータ部１に電源を供給する。

制御装置４では、インバータ部１を駆動するためのＰＷＭ信号を演算する駆動信号演算部４４と、室外温度センサ４８の温度データをデジタル信号に変換すると共に、室内機か
ら送信される室内温度データを受信する温度検出部４７と、電流センサ５０で検出した室外機の交流総合電流値をデジタル信号に変換する電流検出部４９から構成される。

以上のように構成された空気調和機の制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

あらかじめ調査した圧縮機の回転数毎の乱調が起こりやすい条件を乱調時負荷記憶部４３へ記憶しておき、圧縮機運転中は常時室内温度と室外温度及び室外機の交流総合電流を監視すると共に、前記乱調時負荷記憶部４３へ記憶したデータと比較し、もし、現在のデータが乱調が起こりやすい条件と一致した場合は、インバータ部１の出力電圧を上昇させるように駆動信号演算部が駆動信号を補正し、その後もし現在のデータが乱調が起こりやすい条件と異なった場合は、インバータ部１の出力電圧を圧縮機の最高効率点または乱調が再発しない上限電圧まで下降させるように、駆動信号演算部からの駆動信号を補正する。そうすることにより、乱調検出という複雑な処理を頻繁に行う必要がなくなるため制御が容易になり、確実に乱調を防止し圧縮機の振動を低減しつつ消費電力を低減することができる空気調和機の制御装置を提供することができる。

尚、以上の実施の形態１から５において、交流電源は単相電源として説明したが、３相電源であってもよい。また３相モータは誘導（交流）モータでもブラシレス（直流）モータでもよい。

以上のように、本発明にかかる空気調和機の制御装置は、乱調を防止し圧縮器の振動を防止しつつ消費電力を低減することが可能となるので、圧縮機をインバータ駆動する冷蔵庫等の冷蔵・冷凍機器の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の制御装置のブロック構成図 本発明の実施の形態２における空気調和機の制御装置のブロック構成図 本発明の実施の形態３における空気調和機の制御装置のブロック構成図 本発明の実施の形態４における空気調和機の制御装置のブロック構成図 本発明の実施の形態５における空気調和機の制御装置のブロック構成図 従来の空気調和機の制御装置のブロック構成図

符号の説明

１ インバータ部
２ 圧縮機（３相モータ）
３ 直流電源
３ａ 単相交流電源
３ｂ リアクタ
３ｃ ダイオードブリッジ
３ｄ 電解コンデンサ
４ 制御装置
４１ 直流電圧検出部
４２ 乱調状態検出部
４３ 乱調時負荷記憶部
４４ 駆動信号演算部
４５ 乱調時直流電圧記憶部
４６ 乱調時温度記憶部
４７ 温度検出部
４８ 室外温度センサ
４９ 電流検出部
５０ 電流センサ
５１ 乱調時電流記憶部

Claims (5)

1. ３相モータを搭載した圧縮機を負荷として、直流電圧入力を可変周波数・可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部に対する駆動信号を演算し出力する駆動信号演算部と、前記直流電圧を検出する電圧検出部と、検出した直流電圧に含まれる脈動成分の大きさより前記３相モータの乱調状態を検出する乱調状態検出部とを備え、乱調状態が検出された時、前記インバータ部の出力電圧を上昇させるように、前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正すると共に乱調状態時の負荷状態を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後負荷状態が前記乱調状態時の負荷状態から変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正することを特徴とする空気調和機の制御装置。
2. 乱調状態時の直流電圧を直流電圧検出部により検出すると共に記憶し、乱調状態が検出されなくなった後の直流電圧と前記乱調状態時の直流電圧を比較し、圧縮機の回転数が変化していないにも関わらず直流電圧が通常運転状態よりも大幅に変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正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。
3. 室内温度と室外温度を検出する温度検出部を備え乱調状態時の室内温度と室外温度を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後の室内温度及び室外温度と前記乱調状態時の室内温度及び室外温度を比較し、少なくともどちらか一方の温度が通常運転状態よりも大幅に変化した場合に、前記インバータ部の出力電圧を下降させるように前記駆動信号演算部が前記駆動信号を補正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。
4. 室外機の総合交流電流を検出する手段を備えた空気調和機において、乱調状態時の総合交流電流を記憶し、乱調状態が検出されなくなった後の総合交流電流と、前記乱調状態時の総合交流電流を比較し、圧縮機を回転させるための駆動信号の周波数が変化していないにも関わらず総合交流電流が通常運転状態よりも大幅に変化した場合に、インバータ部の出力電圧を下降させるように駆動信号演算部が駆動信号を補正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。
5. 室外機の総合交流電流を検出する電流検出部及び室内温度と室外温度を検出する温度検出部を備え、あらかじめ圧縮機の回転数毎に乱調状態が発生しやすい負荷状態を記憶しておき、その乱調状態が発生しやすい負荷状態と現在の負荷状態が一致した場合は、インバータ部の出力電圧を高めに補正し、その乱調状態が発生しやすい負荷状態と現在の負荷状態が一致しない場合は、前記インバータ部の出力電圧を補正しない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。

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