JP2006006046A - コンバータ制御方法及びコンバータ制御装置並びに空調機及びその制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調機において冷房と暖房とを切り替える指令のみで、コンバータから出力される直流電圧を制御することが目的とされる。
【解決手段】空調機は、コンバータ制御装置１と、３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を直流電圧Ｖｄｃに変換するコンバータ３１とを備える。コンバータ制御装置１は、直流電圧指令値選択部１１、直流電圧指令値記憶部１２と、コンバータ波形制御部１３とを備える。直流電圧指令値選択部１１は、冷房と暖房とを切り替える冷暖指令Ｓ^＊のみに基づいて、直流電圧指令値記憶部１２に記憶された前記直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈの一を選択する。コンバータ波形制御部１３は、選択された直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈ、直流電圧Ｖｄｃ及び３相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を用いて、ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６のオン／オフのタイミングを求め、そのタイミングで制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンバータ制御方法及びコンバータ制御装置並びに空調機及びその制御方法及び制御装置に関し、例えば空調機等に適用することができる。

空調機等に備わる圧縮機に所望の電圧を供給するために、コンバータ及びインバータが設けられる。コンバータは、例えば３相交流電圧を直流電圧に変換する。また、インバータは、例えば直流電圧を所望の３相交流電圧に変換する。

例えば日本のように高調波規制のない国においては、特に高調波を低減する等の対策を施す必要がないため、コンバータの回路が例えばダイオードで構成されてもよい。ところが、高調波規制のある国においては、高調波を低減するために、コンバータの回路がＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子で構成される。

なお、本発明に関連する技術を以下に示す。

特開平１１−２９９２９０号公報 特開平１１−３１６０４１号公報 特開２００３−３０６２７３号公報

スイッチング素子での電力損失は、ダイオード等に比べて大きい。このため、スイッチング素子で構成されたコンバータでの電力損失は、ダイオード等で構成されたコンバータよりも大きくなる。

また、コンバータから出力される直流電圧の昇圧率を高めると、スイッチング素子での電力損失が大きくなる。

コンバータの入力側にフィルタとしてのリアクトルが設けられている場合には、スイッチング素子のスイッチングに伴い、リアクトルで電磁騒音が発生する。この電磁騒音は、例えばスイッチング周波数を高めることで抑制される。しかし、このような対策では、コンバータでの電力損失がさらに大きくなる。

これらの対策として、例えば圧縮機に設けられたモータの回転速度に応じて、コンバータから出力される直流電圧の値を変化させることで、コンバータでの電力損失が低減される。このような技術は、上記した特許文献１乃至特許文献３で開示されている。

しかし、これらの技術では、モータの回転速度を精度良く検出する必要がある。さらには、スイッチング素子を制御するための信号を、時々刻々と変化する回転速度に応じて発生させる必要があり、制御が煩雑化しやすい。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、空調機において冷房と暖房とを切り替える指令のみで、コンバータから出力される直流電圧を制御することが目的とされる。

この発明の請求項１にかかるコンバータ制御方法は、交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する方法であって、前記コンバータはスイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、冷房と暖房とを切り替える指令（Ｓ^＊）のみに基づいて、前記冷房及び前記暖房の各々に対応した直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈ）の一を選択し、選択された前記直流電圧指令値と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とを用いて、前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求め、前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフする。

この発明の請求項２にかかるコンバータ制御方法は、請求項１記載のコンバータ制御方法であって、前記冷房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ）は、前記暖房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｈ）よりも小さい。

この発明の請求項３にかかるコンバータ制御方法は、交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する方法であって、前記コンバータはスイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、変調率指令値（Ｋ^＊ｃ；Ｋ^＊ｈ）に基づいて直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ；Ｖ^＊ｄｃｈ）を求めるステップと、前記直流電圧指令値と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とを用いて、変調率（Ｋ）を得て前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求めるステップと、前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフするステップとを備え、前記直流電圧指令値は、前記変調率と前記変調率指令値との差がなくなるように求められる。

この発明の請求項４にかかるコンバータ制御方法は、請求項３記載のコンバータ制御方法であって、前記変調率指令値（Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈ）は、所定の指令に基づいて複数の前記変調率指令値からその一が選択される。

この発明の請求項５にかかるコンバータ制御方法は、請求項４記載のコンバータ制御方法であって、前記所定の指令は、冷房と暖房とを切り替える。

この発明の請求項６にかかる空調機の制御方法は、請求項１、請求項２及び請求項５のいずれか一つに記載のコンバータ制御方法により、前記コンバータ（３１）から前記直流電圧（Ｖｄｃ）が出力され、前記冷房及び前記暖房を行う空調機を前記直流電圧に基づいて制御する。

この発明の請求項７にかかるコンバータ制御装置は、交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する装置であって、前記コンバータは、スイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、選択部（１１）と、記憶部（１２）と、制御部（１３）とを備え、前記記憶部は、冷房及び暖房の各々に対応した直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈ）を記憶し、前記選択部は、前記冷房と前記暖房とを切り替える指令（Ｓ^＊）のみに基づいて、前記記憶部から前記直流電圧指令値の一を選択し、前記制御部は、選択された前記直流電圧指令値と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とを用いて、前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求め、前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフする。

この発明の請求項８にかかるコンバータ制御装置は、請求項７記載のコンバータ制御装置であって、前記冷房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ）は、前記暖房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｈ）よりも小さい。

この発明の請求項９にかかるコンバータ制御装置は、交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する装置であって、前記コンバータは、スイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、演算部（２４）と、制御部（２３）とを備え、前記制御部は、直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ；Ｖ^＊ｄｃｈ）と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とが入力され、それらを用いて変調率（Ｋ）を得て前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求め、前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフし、前記演算部は、変調率指令値（Ｋ^＊ｃ；Ｋ^＊ｈ）及び前記変調率が入力され、前記変調率と前記変調率指令値との差がなくなるように前記直流電圧指令値を求める。

この発明の請求項１０にかかるコンバータ制御装置は、請求項９記載のコンバータ制御装置であって、選択部（２１）と、記憶部（２２）とを更に備え、前記記憶部は、冷房及び暖房の各々に対応した前記変調率指令値（Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈ）を記憶し、前記選択部は、所定の指令に基づいて、前記記憶部から前記変調率指令値の一を選択し、前記演算部（２４）に与える。

この発明の請求項１１にかかるコンバータ制御装置は、請求項１０記載のコンバータ制御装置であって、前記所定の指令値は、前記冷房と前記暖房とを切り替える。

この発明の請求項１２にかかる空調機の制御装置は、請求項７、請求項８及び請求項１１のいずれか一つに記載のコンバータ制御装置と、前記コンバータ（３１）とを備え、前記冷房及び前記暖房を行う空調機を、前記コンバータから出力される前記直流電圧（Ｖｄｃ）に基づいて制御する。

この発明の請求項１３にかかる空調機は、請求項１２記載の空調機の制御装置を備え、前記制御装置から出力される前記直流電圧（Ｖｄｃ）に基づいて制御される。

この発明の請求項１にかかるコンバータの制御方法及び請求項７にかかるコンバータの制御装置によれば、冷房と暖房とを切り替えるだけで、コンバータから出力される直流電圧が制御される。よって、コンバータの制御が簡単化される。

この発明の請求項２にかかるコンバータの制御方法及び請求項８にかかるコンバータの制御装置によれば、冷房時では、暖房時に比して直流電圧が低くなり、スイッチング素子での電力損失が小さくなる。よって、効率良くコンバータを制御することできる。しかも、損失低減の効果により、より小型な放熱フィンや少ない風量で運転ができるようになり、コストが低減される。

この発明の請求項３にかかるコンバータの制御方法及び請求項９にかかるコンバータの制御装置によれば、変調率指令値を入力するだけで、コンバータに入力される交流電圧が所定の変調率で直流電圧に変換されるので、直流電圧指令値を記憶しておく必要がない。したがって、コンバータ入力の交流電圧の実効値が変更される場合であっても、直流電圧指令値を記憶させ直す必要でない。

この発明の請求項４にかかるコンバータの制御方法及び請求項１０にかかるコンバータの制御装置によれば、例えば冷房と暖房との切替を行うための指令が入力されるだけで、コンバータから出力される直流電圧が制御される。

この発明の請求項５にかかるコンバータの制御方法及び請求項１１にかかるコンバータの制御装置によれば、冷房と暖房を切り替える指令が入力されるので、請求項４にかかるコンバータの制御方法及び請求項１０にかかるコンバータの制御装置に適用できる。

この発明の請求項６にかかる空調機の制御方法及び請求項１２にかかる空調機の制御装置並びに請求項１３にかかる空調機によれば、空調機の制御が簡単化される。

第１の実施の形態．
図１は、コンバータ制御装置１を備えた空調機の本実施の形態にかかる主要部を示す。空調機は、３相交流電源５、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）フィルタ３３、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３、コンバータ３１、コンデンサＣ、インバータ３２、圧縮機４、インバータ波形制御部６及びコンバータ制御装置１を備える。

コンバータ３１は、ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６を有する。ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６の各々は、ＩＧＢＴと、ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続されるダイオードとを有する。このとき、ダイオードには、エミッタ端子側からコレクタ端子側へのみ電流が流れる。

ＩＧＢＴモジュール３１１のコレクタ端子とＩＧＢＴモジュール３１４のエミッタ端子とは、接続点Ｎ３を介して接続される。ＩＧＢＴモジュール３１２のコレクタ端子とＩＧＢＴモジュール３１５のエミッタ端子とは、接続点Ｎ４を介して接続される。ＩＧＢＴモジュール３１３のコレクタ端子とＩＧＢＴモジュール３１６のエミッタ端子とは、接続点Ｎ５を介して接続される。

ＩＧＢＴモジュール３１１，３１２，３１３の各々のエミッタ端子は、コンバータ３１の出力端子Ｎ２に接続される。ＩＧＢＴモジュール３１４，３１５，３１６の各々のコレクタ端子は、コンバータ３１の出力端子Ｎ１に接続される。

３相交流電源５は出力端子５１１，５１２，５１３を有する。出力端子５１１は、ＥＭＩフィルタ３３及びリアクトルＬ１を介して接続点Ｎ３に接続される。出力端子５１２は、ＥＭＩフィルタ３３及びリアクトルＬ２を介して接続点Ｎ４に接続される。出力端子５１３は、ＥＭＩフィルタ３３及びリアクトルＬ３を介して接続点Ｎ５に接続される。

コンデンサＣは、出力端子Ｎ１，Ｎ２の間に接続される。

インバータ３２は、ＩＧＢＴモジュール３２１〜３２６を有する。ＩＧＢＴモジュール３２１〜３２６の各々は、ＩＧＢＴと、ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続されるダイオードとを有する。このとき、ダイオードには、エミッタ端子側からコレクタ端子側へのみ電流が流れる。

ＩＧＢＴモジュール３２１のコレクタ端子とＩＧＢＴモジュール３２４のエミッタ端子とは、接続点Ｎ６を介して接続される。ＩＧＢＴモジュール３２２のコレクタ端子とＩＧＢＴモジュール３２５のエミッタ端子とは、接続点Ｎ７を介して接続される。ＩＧＢＴモジュール３２３のコレクタ端子とＩＧＢＴモジュール３２６のエミッタ端子とは、接続点Ｎ８を介して接続される。

ＩＧＢＴモジュール３２１，３２２，３２３の各々のエミッタ端子は、インバータ３２の入力端子Ｎ２に接続される。ＩＧＢＴモジュール３２４，３２５，３２６の各々のコレクタ端子は、インバータ３２の入力端子Ｎ１に接続される。ここで、コンバータ３１の出力端子Ｎ１，Ｎ２を、インバータ３２については入力端子Ｎ１，Ｎ２として把握した。

圧縮機４は入力端子４１１，４１２，４１３を有する。入力端子４１１，４１２，４１３は、接続点Ｎ６，Ｎ７，Ｎ８のそれぞれに接続される。

３相交流電源５から出力された３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、ＥＭＩフィルタ３３及びリアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、それぞれコンバータ３１に入力される。

ＥＭＩフィルタは、３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に含まれる高周波ノイズ等を除去する。また、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に起因してコンバータ３１に突入電流が流れることを防止する。

コンバータ３１は、ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６をオン／オフして、３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を整流して、コンバータ３１の出力端子Ｎ１，Ｎ２の間に印加する。ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６のオン／オフは、後述するコンバータ制御装置１により制御される。

コンデンサＣは、コンバータ３１の出力を平滑にして直流電圧Ｖｄｃを得る。このとき、直流電圧Ｖｄｃは、コンバータ３１から出力される直流電圧Ｖｄｃと把握することができる。そして、直流電圧Ｖｄｃはインバータ３２に入力される。

インバータ３２は、ＩＧＢＴモジュール３２１〜３２６をオン／オフして、直流電圧Ｖｄｃを３相交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に変換する。ＩＧＢＴモジュール３２１〜３２６のオン／オフは、後述するインバータ波形制御部６により制御される。

圧縮機４は、インバータ３２から出力される３相交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に従って動作する。

コンバータ制御装置１は、直流電圧指令値選択部１１，直流電圧指令値記憶部１２及びコンバータ波形制御部１３を有し、入力された冷暖指令Ｓ^＊に基づいて、コンバータ３１を制御する。

冷暖指令Ｓ^＊は、冷房と暖房とを切り替えるための指令であり、例えば空調機内を流れる冷媒の方向を切り替える四路切替え弁に与える指令が採用される。

直流電圧指令値選択部１１には、冷暖指令Ｓ^＊が与えられる。そして、冷暖指令Ｓ^＊が冷房へ切り替える指令であれば、直流電圧指令値記憶部１２から冷房に対応する直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃを取り出す。冷暖指令Ｓ^＊が暖房へ切り替える指令であれば、直流電圧指令値記憶部１２から暖房に対応する直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｈを取り出す。直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈは、コンバータ波形制御部１３に与えられる。

コンバータ波形制御部１３は、さらにコンバータ３１の出力を平滑して得られる直流電圧Ｖｄｃと、コンバータ３１へ入力される３相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１と、３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のゼロクロス信号Ｓ３とが与えられる。

図２は、コンバータ波形制御部１３を概念的に示すブロック図である。コンバータ波形制御部１３は、加減算器１３１ａ〜１３１ｄ、加算器１３１ｅ、比例積分（ＰＩ）制御部１３２ａ〜１３２ｃ、電圧演算部１３３ａ，１３３ｂ、変換部１３４、位相演算部１３５及びＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部１３６を有する。

位相演算部１３５にはゼロクロス信号Ｓ３が与えられる。位相演算部１３５は、これを用いて、交流電圧の位相θと、電気角速度ω１とを求める。

変換部１３４には、位相θが与えられる。変換部１３４は、位相θに従って、３相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を、電気角速度ω１で回転するｄ軸−ｑ軸座標系に変換し、有効電流Ｉｄと無効電流Ｉｑを得る。

加減算器１３１ａは、冷房時には直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃから直流電圧Ｖｄｃを差し引いて、また暖房時には直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｈから直流電圧Ｖｄｃを差し引いて、電圧差ΔＶ^＊を求める。

ＰＩ制御部１３２ａは、電圧差ΔＶ^＊に基づいてＰＩ制御することで、有効電流指令値Ｉ^＊ｄを求める。

電圧演算部１３３ａは、有効電流指令値Ｉ^＊ｄ、電気角速度ω１及びインダクタンスＬに基づいて、それらの積を求めて電圧指令値Ｖ^＊ｄ１を得る。ここで、インダクタンスＬは、ｄ軸−ｑ軸座標系にリアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を変換した値である。また、一般にリアクトル値は互いに等しく、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３とする。

加減算器１３１ｃは、無効電流指令値Ｉ^＊ｑ及び無効電流Ｉｑが与えられ、無効電流指令値Ｉ^＊ｑから無効電流Ｉｑを差し引いて電流差ΔＩ^＊ｑを求める。無効電流指令値Ｉ^＊ｑは０に設定してもよく、かかる設定はコンバータ３１の力率が改善されるという点で望ましい。

ＰＩ制御部１３２ｃは、電流差ΔＩ^＊ｑに基づいてＰＩ制御することで、電圧指令値Ｖ^＊ｑ２を得る。

加算器１３１ｅは、電圧指令値Ｖ^＊ｄ１，Ｖ^＊ｑ２の和を求めることで、電圧指令値Ｖ^＊ｑを求める。

電圧演算部１３３ｂは、無効電流指令値Ｉ^＊ｑ、電気角速度ω１及びインダクタンスＬに基づいて、それらの積を求めて電圧指令値Ｖ^＊ｑ１を得る。

加減算器１３１ｂは、有効電流指令値Ｉ^＊ｄ及び有効電流Ｉｄが与えられ、有効電流指令値Ｉ^＊ｄから有効電流Ｉｄを差し引いて電流差ΔＩ^＊ｄを求める。

ＰＩ制御部１３２ｂは、電流差ΔＩ^＊ｄに基づいてＰＩ制御することで、電圧指令値Ｖ^＊ｄ２を得る。

加減算器１３１ｄは、電圧指令値Ｖ^＊ｄ２から電圧指令値Ｖ^＊ｑ１を差し引いて、電圧指令値Ｖ^＊ｄを求める。

ＰＷＭ制御部１３６には、電圧指令値Ｖ^＊ｄ，Ｖ^＊ｑ、直流電圧Ｖｄｃ及び位相θが与えられる。ＰＷＭ制御部１３６は、式（１）に従って変調率Ｋを求め、式（２）に従って位相φを求める。そして、変調率Ｋ及び位相φ、θに基づいて、ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６のオン／オフのタイミングを求める。詳細は従来公知であるので省略する。

ＰＷＭ制御部１３６は、当該タイミングを信号Ｓ１としてコンバータ３１に与えることで、そのタイミングでＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６のオン／オフを制御する。

インバータ波形制御部６は、インバータ３２から出力される３相交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２と、それに従って流れる３相電流Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２と、圧縮機４に備えられるモータの回転速度指令値ω^＊が与えられる。そして、３相交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２、３相電流Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２及び回転速度指令値ω^＊に基づいて、ＩＧＢＴモジュール３２１〜３２６のオン／オフのタイミングを求める。詳細は従来公知であるので省略する。

インバータ波形制御部６は、当該タイミングを信号Ｓ２としてインバータ３２に与えることで、そのタイミングでＩＧＢＴモジュール３２１〜３２６のオン／オフを制御する。

上述したコンバータ３１を制御する技術によれば、冷房と暖房とを切り替えるだけで、コンバータ３１から出力される直流電圧Ｖｄｃが制御される。よって、コンバータ３１の制御が簡単化される。

図３は、モータの回転速度と圧縮機４の吐出圧との関係を例示する。冷房時では、暖房時に比べて、圧縮機４に設けられたモータの回転速度が小さい。従って、冷房時では、暖房時に比べて、モータの回転速度起電圧が小さく、これに起因してインバータ３２から出力すべき最大電圧が小さい。このため、インバータ３２の入力電圧、換言すればコンバータ３１から出力される直流電圧Ｖｄｃを、低くすることができる。

よって、上述した内容において、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃを直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｈよりも小さく設定してもよい。例えば、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃを６００Ｖ、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｈを７００Ｖに設定される。

このように直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを設定することで、冷房時では、暖房時に比して直流電圧Ｖｄｃが低くなり、スイッチング素子での電力損失が小さくなる。よって、効率良くコンバータ３１を制御することできる。更に、損失低減の効果により、より小型な放熱フィンや少ない風量で運転ができるようになり、延いては、コストが低減される。なお、概して、放熱フィンサイズは、室外機の周囲温度が高い冷房状態で決まる。

第２の実施の形態．
図４は、コンバータ制御装置２を備えた空調機の本実施の形態にかかる主要部を示す。この空調機は、図１で示される空調機について、コンバータ制御装置１に代えてコンバータ制御装置２を備えたものである。図４で示される構成要素のうち図１で示される構成要素と同じものには、同符号が付されている。

コンバータ制御装置２は、コンバータ変調率指令値選択部２１、コンバータ変調率指令値記憶部２２、コンバータ波形制御部２３及び直流電圧指令値演算部２４を有する。

コンバータ変調率指令値選択部２１には、冷暖指令Ｓ^＊が与えられる。そして、冷暖指令Ｓ^＊が冷房へ切り替える指令であれば、コンバータ変調率指令値記憶部２２から冷房に対応する変調率指令値Ｋ^＊ｃを取り出す。冷暖指令Ｓ^＊が暖房へ切り替える指令であれば、コンバータ変調率指令値記憶部２２から暖房に対応する変調率指令値Ｋ^＊ｈを取り出す。変調率指令値Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈは、直流電圧指令値演算部２４に与えられる。

コンバータ波形制御部２３は、第１の実施の形態で説明したコンバータ波形制御部１３と同様にして、冷房時には直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ、また暖房時にはＶ^＊ｄｃｈに基づいて、ＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６のオン／オフのタイミングをそれぞれ求める。そして、当該タイミングを信号Ｓ１としてコンバータ３１に与えることで、そのタイミングでＩＧＢＴモジュール３１１〜３１６のオン／オフを制御する。ここで、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈは、直流電圧指令値演算部２４から与えられる。また、タイミングを求める過程で得られる変調率Ｋは、直流電圧指令値演算部２４に与えられる。

直流電圧指令値演算部２４は、平均演算部２４１、加減算器２４２及び制限付積分部２４３を有する。そして、冷房時には、変調率指令値Ｋ^＊ｃ及び変調率Ｋに基づいて、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃを求める。暖房時には、変調率指令値Ｋ^＊ｈ及び変調率Ｋに基づいて、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｈを求める。

平均演算部２４１は、コンバータ波形制御部２３から与えられた変調率Ｋからその変動成分を除去して、平均変調率Ｋ’を求める。例えば、変調率Ｋに一次遅れ演算を施すことで、その変動成分が除去される。

平均演算部２４１は、例えば、変調率Ｋについて所定の期間での平均を求め、これを平均変調率Ｋ’としてもよい。

加減算器２４２は、冷房時には、平均変調率Ｋ’から変調率指令値Ｋ^＊ｃを差し引いて、差分ΔＫ^＊ｃを求める。また暖房時には、平均変調率Ｋ’から変調率指令値Ｋ^＊ｈを差し引いて、差分ΔＫ^＊ｈを求める。差分ΔＫ^＊ｃ，ΔＫ^＊ｈは、制限付積分部２４３に与えられる。

図５は、制限付積分部２４３を概念的に示すブロック図である。制限付積分部２４３は、比例演算部２４３１、積算部２４３２、制限部２４３３及び積分部２４３４を有する。

比例演算部２４３１は、差分ΔＫ^＊ｃ，ΔＫ^＊ｈに比例係数を掛けて差分ΔＫ^＊を求め、それを積算部２３４２に与える。

制限部２４３３は、後述する積分部２４３４から出力される直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈの値に基づいて、１または０を値εとして出力する。つまり、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈの値が所定の範囲Ｖ^＊ｄｃ１〜Ｖ^＊ｄｃ２内にあるときには、ε＝１を出力する。直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈの値が下限値Ｖ^＊ｄｃ１未満になるときには、ΔＫ^＊が負ならばε＝０、ΔＫ^＊が正ならばε＝１をそれぞれ出力する。直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈの値が上限値Ｖ^＊ｄｃ２を超えるときには、ΔＫ^＊が負ならばε＝１、ΔＫ^＊が正ならばε＝０をそれぞれ出力する。値εは積算部２４３２に与えられる。

上記した所定の範囲の下限値Ｖ^＊ｄｃ１及び上限値Ｖ^＊ｄｃ２は、例えば次のようにして設定される。３相交流電源５から出力される３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の線間電圧実効値ＶａｃがＶａｃ１〜Ｖａｃ２の範囲内にある設定では、下限値Ｖ^＊ｄｃ１は√２・Ｖａｃ１で設定され、上限値Ｖ^＊ｄｃ２は、√２・Ｖａｃ２以上であって、コンバータ３１を構成する部品の耐圧などを超えない程度に設定される。なお、電圧Ｖａｃ１、Ｖａｃ２は、電源電圧変動や各国の電源電圧などに応じて定められる。

積算部２４３２は、差分ΔＫ^＊と値εとの積ε・ΔＫ^＊を求めて、積分部２４３４に与える。

積分部２４３４は、積ε・ΔＫ^＊を積分することで、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを求める。そして、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈは、コンバータ波形制御部２３に与えられる。

制限付積分部２４３は、例えば、差分ΔＫ^＊ｃ，ΔＫ^＊ｈに基づいてＰＩ制御し、それにより求められた直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈに制限を設けてもよい。

いずれにしても、直流電圧指令値演算部２４は、冷房時には、変調率Ｋと変調率指令値Ｋ^＊ｃとの差がなくなるように、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃを求める。また暖房時には、変調率Ｋと変調率指令値Ｋ^＊ｈとの差がなくなるように、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｈを求める。

上述したコンバータ３１を制御する技術によれば、選択された変調率指令値Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈに基づいて、コンバータ３１に入力される３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１が所定の変調率で直流電圧Ｖｄｃに変換されるので、直流電圧指令値を記憶しておく必要がない。したがって、３相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の線間電圧実効値ＶａｃがＶａｃ１〜Ｖａｃ２の範囲内で変動する場合であっても、記憶された直流電圧指令値の変更処理が必要でない。これによって、特に、国毎に異なる電源電圧の値に柔軟に対応できる。

しかも、冷暖指令Ｓ^＊に基づいて変調率指令値Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈが選択されるので、冷暖指令Ｓ^＊が入力されるだけで、コンバータ３１から出力される直流電圧Ｖｄｃが制御される。

上述したコンバータ制御装置２は、例えばコンバータ変調率指令値選択部２１及びコンバータ変調率指令値記憶部２２を含まなくてもよい。この場合、冷暖指令Ｓ^＊に代えて変調率指令値Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈが、コンバータ３１に入力される指令として採用される。

本実施の形態において、直流電圧Ｖｄｃがほぼ一定になった後は、このときの直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを記憶しておいてもよい。この場合、次の冷暖指令Ｓ^＊が入力される迄は、変調率指令値Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈにより直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを求めることなしに、記憶された直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈに基づいてコンバータ３１を制御することができる。

従って、例えば運転が停止した後に、再び同じ状態で運転させる場合には、運転が停止する前の直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを記憶しておくことで、直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを改めて求めることなく運転が再開できる。

また、直流電圧Ｖｄｃがほぼ一定になった後は、所定の時間間隔ごとに直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを改めて求め、その都度、記憶された直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを更新してもよい。

例えば、直流電圧指令値演算部２４及びその他の空調機器は、その制御処理がマイコンにより行われる。上述した技術によれば、記憶された直流電圧指令値Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈを用いてコンバータ３１を制御している期間は、マイコンにより直流電圧指令値演算部２４を制御しなくてもよい。よって、マイコンによる制御処理が簡単化される。

上述したいずれの実施の形態においても、コンバータ制御装置１もしくはコンバータ制御装置２と、コンバータ３１とを含む装置を、空調機の制御装置と把握して、空調機の制御装置は、冷房と暖房とを行う空調機を、コンバータ３１から出力される直流電圧Ｖｄｃに基づいて制御すると把握できる。

また、空調機は、上記した空調機の制御装置を備え、空調機の制御装置から出力される直流電圧Ｖｄｃに基づいて制御されると把握できる。

この空調機及び空調機を制御する技術によれば、第１の実施の形態もしくは本実施の形態で説明したコンバータ制御技術を含むので、空調機の制御が簡単化される。

コンバータ制御装置１を備えた空調機の第１の実施の形態にかかる主要部を示すブロック図である。 コンバータ波形制御部１３を概念的に示すブロック図である。 モータの回転速度と圧縮機の吐出圧との関係を示す図である。 コンバータ制御装置２を備えた空調機の第２の実施の形態にかかる主要部を示すブロック図である。 制限付積分部２４３を概念的に示すブロック図である。

符号の説明

Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１ ３相交流電圧
Ｖｄｃ 直流電圧
Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈ 直流電圧指令値
Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１ ３相電流
Ｋ 変調率
Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈ 変調率指令値
１１ 直流電圧指令値選択部
１２ 直流電圧指令値記憶部
１３，２３ コンバータ波形制御部
２１ コンバータ変調率指令値選択部
２２ コンバータ変調率指令値記憶部
２４ 直流電圧指令値演算部
３１ コンバータ
３１１〜３１６ ＩＧＢＴモジュール（スイッチング素子）

Claims (13)

1. 交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する方法であって、
   前記コンバータはスイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、
   冷房と暖房とを切り替える指令（Ｓ^＊）のみに基づいて、前記冷房及び前記暖房の各々に対応した直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈ）の一を選択し、
   選択された前記直流電圧指令値と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とを用いて、前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求め、
   前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフする、コンバータ制御方法。
2. 前記冷房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ）は、前記暖房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｈ）よりも小さい、請求項１記載のコンバータ制御方法。
3. 交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する方法であって、
   前記コンバータはスイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、
   変調率指令値（Ｋ^＊ｃ；Ｋ^＊ｈ）に基づいて直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ；Ｖ^＊ｄｃｈ）を求めるステップと、
   前記直流電圧指令値と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とを用いて、変調率（Ｋ）を得て前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求めるステップと、
   前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフするステップと
   を備え、
   前記直流電圧指令値は、前記変調率と前記変調率指令値との差がなくなるように求められる、コンバータ制御方法。
4. 前記変調率指令値（Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈ）は、所定の指令に基づいて複数の前記変調率指令値からその一が選択される、請求項３記載のコンバータ制御方法。
5. 前記所定の指令は、冷房と暖房とを切り替える、請求項４記載のコンバータ制御方法。
6. 請求項１、請求項２及び請求項５のいずれか一つに記載のコンバータ制御方法により、前記コンバータ（３１）から前記直流電圧（Ｖｄｃ）が出力され、
   前記冷房及び前記暖房を行う空調機を前記直流電圧に基づいて制御する、空調機の制御方法。
7. 交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する装置であって、
   前記コンバータは、スイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、
   選択部（１１）と、
   記憶部（１２）と、
   制御部（１３）と
   を備え、
   前記記憶部は、冷房及び暖房の各々に対応した直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ，Ｖ^＊ｄｃｈ）を記憶し、
   前記選択部は、前記冷房と前記暖房とを切り替える指令（Ｓ^＊）のみに基づいて、前記記憶部から前記直流電圧指令値の一を選択し、
   前記制御部は、選択された前記直流電圧指令値と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とを用いて、前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求め、前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフする、コンバータ制御装置。
8. 前記冷房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ）は、前記暖房に対応した前記直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｈ）よりも小さい、請求項７記載のコンバータ制御装置。
9. 交流電圧（Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１）を直流電圧（Ｖｄｃ）に変換するコンバータ（３１）を制御する装置であって、
   前記コンバータは、スイッチング素子（３１１〜３１６）を有し、
   演算部（２４）と、
   制御部（２３）と
   を備え、
   前記制御部は、直流電圧指令値（Ｖ^＊ｄｃｃ；Ｖ^＊ｄｃｈ）と、前記コンバータから出力される前記直流電圧と、前記コンバータへ入力される電流（Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１）とが入力され、それらを用いて変調率（Ｋ）を得て前記スイッチング素子のオン／オフのタイミングを求め、前記タイミングで前記スイッチング素子をオン／オフし、
   前記演算部は、変調率指令値（Ｋ^＊ｃ；Ｋ^＊ｈ）及び前記変調率が入力され、前記変調率と前記変調率指令値との差がなくなるように前記直流電圧指令値を求める、コンバータ制御装置。
10. 選択部（２１）と、
    記憶部（２２）と
    を更に備え、
    前記記憶部は、冷房及び暖房の各々に対応した前記変調率指令値（Ｋ^＊ｃ，Ｋ^＊ｈ）を記憶し、
    前記選択部は、所定の指令に基づいて、前記記憶部から前記変調率指令値の一を選択し、前記演算部（２４）に与える、請求項９記載のコンバータ制御装置。
11. 前記所定の指令値は、前記冷房と前記暖房とを切り替える、請求項１０記載のコンバータ制御装置。
12. 請求項７、請求項８及び請求項１１のいずれか一つに記載のコンバータ制御装置と、
    前記コンバータ（３１）と
    を備え、
    前記冷房及び前記暖房を行う空調機を、前記コンバータから出力される前記直流電圧（Ｖｄｃ）に基づいて制御する、空調機の制御装置。
13. 請求項１２記載の空調機の制御装置を備え、
    前記制御装置から出力される前記直流電圧（Ｖｄｃ）に基づいて制御される、空調機。

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