JP2005312090A - 電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障箇所を限定することが可能で早期に欠相検出を行なえる電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】圧縮機３各相へ流れる電流を検出する電流検出手段４と、前記電流検出手段４によって検出したインバータ２の各素子、圧縮機３各相の電流を所定値ａと比較し、所定値ａ以下か否かを圧縮機３始動前に比較する比較手段５と、前記比較手段５によって各相の電流が所定値ａ以下の時は欠相箇所を断定し、前記圧縮機３の始動動作を停止させる保護動作手段６を備えることで、インバータ２、圧縮機３の欠相を早期かつ確実に検出することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機等に使用されるインバータ方式の電動機駆動装置の欠相検出保護に関するものである。

従来は図１１が示すように、圧縮機３の各相に流れる電流を電流検出手段４を用いて検出し、規定以上の電流即ち過電流であれば保護手段１３にて圧縮機３を停止させるといった保護動作を行なう。過電流保護は、圧縮機３の運転周波数領域のみで動作し、運転周波数領域よりも低い始動周波数では動作せず、負荷の大きさによって通電開始から例えば数秒間は圧縮機３の各相に流れる電流の過電流を検出しないものである。即ち圧縮機３の始動が開始されずに、圧縮機３の各相に過電流が流れたとしても、始動が継続し、圧縮機３を確実に始動させることができる制御装置であった。また、三相出力の内、最大電流値が最小電流値の１．２倍以上の値となった場合場合も同様に圧縮機３を停止させるといった保護動作を行なう相電流アンバランス時の保護手段１３を備えたものであった。

図１２のフローチャートを用いて説明するとＳＴＥＰ１０１にて圧縮機各相に流れる電流を検出、ＳＴＥＰ１０２にて検出した電流値の最小値を図１２―１の方法で求め１．２倍する。ＳＴＥＰ１０３では、検出した電流値の最大値を図１２−２の方法で求め、ＳＴＥＰ１０４にて最大電流値が最小電流値の１．２倍以上の値であるか比較し、最大電流値が最小電流値の１．２倍以上の値であればＳＴＥＰ１０５にて圧縮機停止とし、小さければＳＴＥＰ１０６で次処理へ進むという制御である（特許文献１参照）。
特開２０００−２４５１９６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、相電流のアンバランス判定をする為に、圧縮機を一定時間安定運転させる必要があり、また運転周波数領域より低い始動回転数では動作しないので部品故障等により当初から欠相状態である場合、欠相判定が早急に行なえない為、制御装置や圧縮機故障の拡大を招く可能性がある。また三相出力の内、最大電流値が最小電流値の１．２倍以上の値を算出するなど、ソフトウエアの構成が複雑になるという課題を有していた。また、各相電流検出を個別に検出する構成となっている為、電流センサが複数必要となりコストアップにつながる課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、その目的とするところは簡素な回路、ソフトウエアの構成で、部品故障等による欠相検出を早期に行える電動機駆動装置を提供することにある。

上記従来の課題を解決する為に、本発明の電動機駆動装置は、インバータ各素子と圧縮機の各相へ流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出した電流値が所定値以下か否かを圧縮機始動前に比較する比較手段を有し、前記比較手段によって比較された電流値が所定値以下の時は欠相箇所を断定し、前記圧縮機の始動動作を停止させる保護動作手段を備えた電動機駆動装置である。これによって、欠相状態である時は、圧縮機の始動を停止し、不具合を未然に防ぐことができる。

本発明の電動機駆動装置は、欠相が生じた場合、欠相を早く確実に検出し圧縮機に保護
動作をかけることにより欠相による不具合から制御装置や圧縮機の損傷を回避することができる。

また、各相の電流値と基準となる電流値を比較するだけであり、複雑な演算を必要としない為、従来よりソフトウエアの構成が簡略化できる。

また、インバータ各素子、圧縮機各相いずれかの欠相箇所を断定することが可能であり、欠相箇所の早期発見が可能となり、メンテナンス性の向上を図ることができる。

第１の発明は、三相電動機を駆動源とする圧縮機において、インバータ各素子、圧縮機各相へ流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出した電流値を所定値以下か否かを圧縮機始動前に比較する比較手段を有し、前記比較手段によって比較された電流値が所定値以下の時は欠相箇所を断定し、保護動作手段にて圧縮機の始動動作を停止する構成とすることで、欠相を早期かつ確実に検出することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明の保護動作手段で圧縮機の始動動作を停止させた後、所定時間経過後に圧縮機の再始動動作を行い、連続して前期保護動作手段にて圧縮機始動を停止させる動作が所定回数継続した時、圧縮機の再始動を停止させる構成とすることで、圧縮機電流誤検出による不用意な圧縮機始動動作停止を確実に防止し、信頼性の高い電動機駆動装置を得ることが出来る。

第３の発明は、第２の発明で圧縮機の再始動動作を停止した後、ユーザーへインバータ各素子、圧縮機各相のいずれかが欠相異常であることを発信する構成とすることで、ユーザーへの欠相を確実に知らすことができ、また故障箇所が明確となりメンテナンス性を向上させることが出来る。

第４の発明は、第１〜３発明の電動機駆動装置を空気調和機に使用したものであり、各発明の効果が最大限に発揮できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１、２の実施の形態における圧縮機駆動装置の構成を示す図である。

図１において、直流電源１よりインバータ２へ直流電源が供給され制御部１０からインバータ２への運転指示で圧縮機３が動作する。以上のように構成された圧縮機駆動装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、制御部１０より圧縮機３の運転指示がインバータ２へ伝達される。その後、制御部１０からの信号により７Ｕ、８Ｖのスイッチング素子を数μＳ間ＯＮさせることで、図２の経路で電流が流れ、電流検出手段４にて電流を検出する。以下、前述と同じ動作にて、７Ｖ、８Ｕのスイッチング素子、７Ｗ、８Ｕのスイッチング素子、７Ｕ、８Ｗのスイッチング素子、７Ｖ、８Ｗのスイッチング素子、７Ｗ、８Ｖのスイッチング素子を数μＳ間ＯＮさせることで、図３、図４、図５、図６、図７の経路で電流が流れ、電流検出手段４にて電流を検出する。上述の計６パターンの動作を行い、インバータ２の素子、圧縮機３の各相の経路へ電流を流し、比較手段５にて所定値ａと各電流を比較する。なお、所定値
ａは圧縮機３始動前の電流をｂとすると、ａ＜圧縮機各相電流−ｂとする。比較された６パターンの電流値のいずれかが所定値a以下であれば、所定値以下であるパターンの組み合わせにより、欠相箇所を断定し、保護動作手段６にて圧縮機３の始動動作を停止する。

欠相箇所の断定方法を説明すると、図２〜図７の経路をパターン１〜６として図１０の表にして各パターンごとの通電ポイントを示す。たとえば、インバータ２の７Ｕが欠相の場合。パターン1で通電されるポイントは７Ｕ、８Ｖ、９Ｕ、９Ｖである。７Ｕが欠相である為、パターン１は電流が流れない為、所定値ａ以下となる。この時、欠相の可能性を持っている箇所は７Ｕ、８Ｖ、９Ｕ、９Ｖ全てである。パターン２にて７Ｖ、８Ｕ、９Ｕ、９Ｖへ、パターン３にて７Ｗ、８Ｕ、９Ｕ、９Ｗへ、通電されることで、欠相の可能性は７Ｕ、８Ｖとなる。パターン４にて７Ｕ、８Ｗ、９Ｕ、９Ｗへ通電されるが、７Ｕが欠相である為、所定値ａ以下となる。パターン５にて７Ｖ、８Ｗ、９Ｖ、９Ｗへ通電され、パターン６で７Ｗ、８Ｖ、９Ｖ、９Ｗへ通電されることで、７Ｕの欠相と判断できる。結果、７Ｕの欠相の場合はパターン１、４が所定値ａ以下であれば確定となる。前述に述べたとおり、計６の通電パターンを動作させることで、欠相箇所が容易に推測できることが分かり。あらかじめ、各素子欠相時パターンの組み合わせを記憶させておくことで、故障箇所の断定が可能となる。

前記記載の制御部１０の動作を図８のフローチャートを用いて説明すると、ＳＴＥＰ１にて運転指示、ＳＴＥＰ２にて図２の経路でインバータ２と圧縮機３に流れる電流を検出、ＳＴＥＰ３にて図３の経路、ＳＴＥＰ４にて図４の経路、ＳＴＥＰ５にて図５の経路、ＳＴＥＰ６にて図６の経路、ＳＴＥＰ７にて図７の経路で電流を検出、ＳＴＥＰ８にて検出した電流値と所定値ａと比較し、比較された６パターンの電流値のいずれかが所定値a以下であれば、組み合わせにより、欠相箇所を断定しＳＴＥＰ９にて７Ｕ欠相、ＳＴＥＰ１０にて７Ｖ欠相、ＳＴＥＰ１１にて７Ｗ欠相、ＳＴＥＰ１２にて８Ｕ欠相、ＳＴＥＰ１３にて８Ｖ欠相、ＳてＰ１４にて８Ｗ欠相、ＳＴＥＰ１５にて９Ｕ欠相、ＳＴＥＰ１６にて９Ｖ欠相、ＳＴＥＰ１７にて９Ｗ欠相と判断しＳＴＥＰ１８にて圧縮機３始動動作を停止し、所定値ａ以上であればＳＴＥＰ１９で次処理へ進む。

以上のように、本実施の形態においては、インバータ２の各素子と圧縮機３各相へ流れる電流を検出して所定値ａと比較し、所定値ａ以下か否かを圧縮機３始動前に判定することにより、インバータ２の各素子、圧縮機３各相の欠相箇所を断定して早期に判定することができ、欠相時の不具合が生じる前に制御装置、圧縮機に保護動作をかけることができる。また、本実施の形態では、インバータ２の各素子と圧縮機３の各相に流れる電流と基準となる電流を比較するのみで、従来のように複雑な演算がないので、ソフトウエアの構造が大幅に簡略化でき、乗算機レスの安価なマイクロコンピュータを採用することができ、コスト面で有利な制御装置を提供することができる。

（実施の形態２）
図１において保護動作手段６で圧縮機３の始動動作を停止させた後、所定時間（ｔａ）経過後に圧縮機３の再始動動作を行い、連続して前期保護動作手段６にて圧縮機始動動作を停止させる回数が所定回数（ｎａ）継続した時、圧縮機３の再始動を停止させる構成とする。以後、前記記載の内容を図９のフローチャートを用いて説明する、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ１９までの流れは図８と同様であるので省略する。

ＳＴＥＰ１８にて圧縮機３の始動動作を停止した後、ＳＴＥＰ２０にての所定時間（ｔａ）経過、ＳＴＥＰ２１にて再始動回数が所定回数（ｎａ）以下であれば、ＳＴＥＰ１へ移行し、圧縮機３の運転指示が再度、制御部１０よりなされる。また、再始動回数が所定回数（ｎａ）以上であれば、ＳＴＥＰ２２へ移行して再始動動作を停止する。その後ＳＴＥＰ１４にて、例えば欠相異常箇所を表示するＬＥＤ１１を点灯させ、インバータ各素子
及び、圧縮機各相のいずれかが欠相異常であることを発信する。

以上のように、本実施の形態においては、圧縮機３の再始動動作を数回行なうことで圧縮機３の電流誤検出による不用意な圧縮機停止を確実に防止し、信頼性の高い圧縮機制御装置を得ることが出来る。また、圧縮機再始動動作停止後、ＳＴＥＰ２３にて欠相異常ＬＥＤ１１を点灯させる（例えば空気調和機などの室内表示部）ことで、ユーザーへインバータ２、及び圧縮機３の欠相を確実に知らすことができ、メンテナンス性を向上させることが出来る。

以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、圧縮機欠相検出が可能となるので、圧縮機を駆動制御する空気調和機等の電動機駆動装置に適用できる。

本発明の実施の形態１、２における電動機駆動装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子７Ｕ、８Ｖ、ＯＮ時の電流経路図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子７Ｖ、８Ｗ、ＯＮ時の電流経路図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子７Ｗ、８Ｕ、ＯＮ時の電流経路図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子７Ｕ、８Ｗ、ＯＮ時の電流経路図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子７Ｖ、８Ｗ、ＯＮ時の電流経路図 本発明の実施の形態１におけるスイッチング素子７Ｗ、８Ｖ、ＯＮ時の電流経路図 本発明の実施の形態１におけるフローチャート 本発明の実施の形態２におけるフローチャート 本発明の実施の形態１における通電パターン表を示す図 従来の電動機駆動装置を示す図 従来の圧縮機電流検出におけるフローチャート 図８のＳＴＥＰ１０２の詳細フローチャート 図８のＳＴＥＰ１０３の詳細フローチャート

符号の説明

１ 直流電源
２ インバータ
３ 圧縮機
４ 電流検出手段
５ 比較手段
６ 保護動作手段
７ 上アームスイッチング各素子
８ 下アームスイッチング各素子
９ 圧縮機各相
１０ 制御部
１１ 欠相異常ＬＥＤ
１２ 所定値ａ
１３ 保護手段

Claims (4)

1. 三相電動機を駆動源とする圧縮機において、インバータ各素子と圧縮機各相へ流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出した電流値が所定値以下か否かを圧縮機始動前に比較する比較手段を有し、前記比較手段によって比較された電流値が所定値以下の時は欠相箇所を断定し、前記圧縮機の始動を停止させる保護動作手段とを備えたことを特徴とした電動機駆動装置。
2. 保護動作手段で圧縮機の始動を停止させた後、所定時間経過後に圧縮機の再始動動作を行い、連続して前期保護動作手段で圧縮機の始動を停止させる動作が所定回数継続した時、圧縮機の再始動動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 圧縮機の再始動動作を停止した後、ユーザーへインバータ各素子及び、圧縮機各相のいずれかが欠相異常であることを発信することを特徴とする請求項１、２に記載の電動機駆動装置。
4. 請求項１〜３に記載の電動機駆動装置を用いた空気調和機。

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