JP2007159263A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することができるインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】交流電源１を入力とする整流回路２と、直流電圧を任意の周波数の擬似交流電圧に変換するインバータ回路３と、交流電圧により駆動されるモータ４と、前記インバータ回路３の周波数を制御する周波数制御手段５と、モータ４の目標運転周波数を入力する目標運転周波数入力手段６と、前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段７と、モータ４の周波数を検出するモータ周波数検出手段８とを備え、周波数制御手段５は、電源周波数検出手段７で検出した交流電源の周波数と、目標運転周波数入力手段６により入力される目標運転周波数と、モータ周波数検出手段８により検出されるモータの周波数とに基づいて、インバータ回路３に駆動信号を出力することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機のインバータ制御装置に関するものである。

従来、空気調和機に用いられるインバータ制御装置として、周波数下降時に周波数の変化速度を変更するインバータ式空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図３は、従来のインバータ式空気調和機の構成図である。以下、図３を用いて、従来のインバータ式空気調和機の制御装置について説明する。

圧縮機１１の電源側の一次電流（単相）を検出する圧縮機一次電流検出装置１２を室外マイコン１３に接続されるところに設けている。上記構成により、暖房通常運転時は、リモコン１４より設定されたリモコン設定温度と、室内ユニット１５内に設けられた室内吸込温度センサー１６で検出した室内吸込温度とを、室内マイコン１７に入力し、室内マイコン１７で室内要求能力を決定し、室外ユニット１８内にある室外マイコン１３へ送信する。

室外マイコン１３では、圧縮機一次電流検出装置１２で検出した圧縮機１１の一次電流が、周波数ごとに決定されている値（以下、電流制御値と称する。）以下であれば、室内要求能力に応じた目標運転周波数を決定し、現在の運転周波数が、ある特定周波数（例えば、５２Ｈｚ。以下、特定周波数と称する。）未満で、目標運転周波数が、現在の運転周波数から下降する値であれば、現在の運転周波数から目標運転周波数へゆっくり下降するように（例えば、０．１Ｈｚ／ｓｅｃ）トランジスタモジュール１９へ周波数信号を出力し、トランジスタモジュール１９では、コンバータ部（図示せず）で直流化した電流をスイッチングし、目標運転周波数の擬似３相電流を圧縮機１１へ出力する。目標運転周波数が、特定周波数（例えば、５２Ｈｚ）以上か、もしくは現在の運転周波数から上昇する値であれば、現在の運転周波数から目標運転周波数への変化速度を早くする（例えば、２．４Ｈｚ／ｓｅｃ）。また圧縮機一次電流検出装置１２で検出した圧縮機１１の一次電流が電流制御値以上であれば、その一次電流が電流制御値以下となるまで運転周波数を下げるが、その場合であっても、前述したような運転周波数の変化速度のルールに則って実施する。

ここで、例えば、暖房過負荷運転時など圧縮機の二次電流が高くなる条件で、リモコン設定温度に室内吸込温度が近づいてくると、室内要求能力は減少し、運転周波数は下がってくるが、運転周波数の変化速度は、前述のルールに則って、低い周波数で下降の場合はゆっくりと運転周波数を下げ、ゆっくりと電圧も下がり、圧縮機１１のトルクもゆっくりと減少する。運転周波数をゆっくり下げることにより、吐出圧力もゆっくりと減少するが、その下がり方がもともと冷凍サイクルの作動遅れのために、運転周波数の下がり方に依存せずに、運転周波数が低いポイントでも、圧縮機１１がトルク不足とならず、ブレークダウンによる大電流を防止できる。また、高い運転周波数からの下降時は、電圧がもともと高いため、圧縮機１１のトルク不足になりにくく、また運転周波数の上昇時も電圧を上昇させるため、同様にトルク不足となりにくいため、運転周波数の変化速度は速く（例えば、２．４Ｈｚ／ｓｅｃ）して、室内吹出し温度のオーバーシュートによる室内空気のハンチング（室内空気がリモコン設定温度に対し上がったり、下がったりして安定しないこと）を防止することができる。
特開平９−２６４６１８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、インバータの入力側に接続されている整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であると、圧縮機の運転周波数を任意の変化速度で変化させた場合、電源周波数の２倍の周波数（５０Ｈｚであれば１００Ｈｚ、６０Ｈｚであれば１２０Ｈｚ）で直流電圧がほぼ０Ｖまで落ち込むので、この電源周波数の２倍の周波数と、圧縮機周波数の整数倍の周波数の差により、圧縮機にうなり音が生じるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することができるインバータ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、本発明のインバータ制御装置は、交流電源を入力とする整流回路と、直流電圧を任意の周波数の擬似交流電圧に変換するインバータ回路と、交流電圧により駆動されるモータと、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、圧縮機の目標運転周波数を入力する目標運転周波数入力手段と、前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記電源周波数検出手段で検出した交流電源の周波数と、前記目標運転周波数入力手段により入力される目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出されるモータの周波数とに基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力することを特徴とするものである。

これによって、電源周波数とモータ周波数の出力に基づき、周波数制御手段で周波数を時間的に変化させることができる。

整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することができるインバータ制御装置を提供することができる。

第１の発明のインバータ制御装置は、交流電源を入力とする整流回路と、直流電圧を任意の周波数の擬似交流電圧に変換するインバータ回路と、交流電圧により駆動されるモータと、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、圧縮機の目標運転周波数を入力する目標運転周波数入力手段と、前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記電源周波数検出手段で検出した交流電源の周波数と、前記目標運転周波数入力手段により入力される目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出されるモータの周波数とに基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力することにより、電源周波数とモータ周波数の出力に基づき、周波数制御手段で周波数を時間的に変化させることができる。

第２の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、モータ周波数検出手段により検出されるモータ周波数のｎ倍（ｎ＝１、２、３・・・）が、電源周波数検出手段により検出される交流電源の周波数の２倍となる値の近傍であるとき、モータを運転する運転周波数は、上下に幅を持ち、時間周期的に変化する補正運転周波数とし、前記運転周波数が変化する場合、段階的に前記運転周波数を変更し、段階毎の運転周波数に対応した補正運転周波数の１周期の時間内に、次の段階の運転周波数に移動することにより、運転周波数を変化させる時に発生するうなり音を抑制することができる。

第３の発明は、特に第１の発明のインバータ制御装置において、モータ周波数検出手段により検出されるモータ周波数のｎ倍（ｎ＝１、２、３・・・）が、電源周波数検出手段により検出される交流電源の周波数の２倍となる値の近傍であるとき、前記モータ周波数のｎ倍と、交流電源の周波数の２倍となる値との差である周波数の周期以内に、段階的に運転周波数を移動させることにより、運転周波数を変化させる時に発生するうなり音を抑制することができる。

第４の発明は、特に第１〜３の発明のインバータ制御装置を用いた圧縮機である。

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の実施の形態であるインバータ制御装置のブロック図である。
図1は、単相交流電源１を入力とし、直流電力に変換する整流回路２と、直流電力を任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路３と、この交流電力によりモータ４を介して駆動される圧縮機１１と、整流回路２はダイオードブリッジを用い、ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される２ｍＨ以下の小容量のリアクタ９と、ダイオードブリッジの直流出力側に接続される０．４μＦ〜１００μＦの極めて小容量のコンデンサ１０と、インバータ回路３の周波数を制御する周波数制御手段５で構成されている。周波数制御手段５は、目標運転周波数入力手段６から運転要求周波数が入力され、交流電源の周波数を判定する電源周波数検出手段７と、モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段８との出力に基づき、インバータ回路３に駆動信号を出力する。

ここで、電源周波数を５０Ｈｚとし、ダイオードブリッジの直流出力側に接続されているコンデンサ１０が極めて小容量であると、インバータ３の直流母線間電圧は電源周波数の２倍の周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。例えば、電源周波数が５０Ｈｚの場合、２倍の１００Ｈｚの周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。その結果、圧縮機が４８Ｈｚが動作している場合、この４８Ｈｚの２倍である９６Ｈｚと電源周波数の２倍である１００Ｈｚとの差がうなり音となり発生する。うなり音周期は、４Ｈｚである。次に、圧縮機の運転周波数が４９Ｈｚだと、２倍の９８Ｈｚと電源集周波数の２倍の１００Ｈｚとの差、すなわち２Ｈｚのうなり音が発生する。

次に、図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるインバータ制御装置において、目標運転周波数入力手段６から入力される運転要求周波数が４９Ｈｚである場合、このインバータ制御装置によって実際に運転される周波数の時間的変化（補正波形）を示すグラフである。図２（ａ）は、運転要求周波数が４９Ｈｚであることから、４９Ｈｚを中心に、圧縮機の周波数の時間的変化を正弦波状に変化させたものである。振幅は±０．５Ｈｚ、周期は０．５ｓｅｃとする。ここで、振幅を０．５Ｈｚ、周期を０．５ｓｅｃに設定してるが、もちろんこれは別の数値であっても構わない。同様に、図２（ｂ）に運転要求周波数が４８Ｈｚの場合の周波数の時間的変化を示す。図２（ｂ）は、４８Ｈｚを中心に、圧縮機の周波数の時間的変化を正弦波状に変化させたものである。振幅は±０．５Ｈｚ、周期は０．２５ｓｅｃとする。図２（ｃ）は、運転要求周波数が４７Ｈｚの場合の周波数の時間的変化を示す。

図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）のように、圧縮機の運転周波数をうなり周期以上に速く変化させると、うなり音が生じることがなく、うなり音を抑制することができる。

ここで、各運転周波数における周波数の時間的変化は上記の通りであるが、運転周波数を上昇させる場合、または下降させる場合の変化速度について説明する。一定の変化速度
であると、ある周波数時に、うなり音周期よりも遅くなり、うなり音が発生する場合がある。従って、上記図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）で示す各周波数における周波数の時間的変化の補正波形の１周期のポイントをつなぐ包絡線上で、または包絡線より速い変化速度で、運転周波数を変化させると、運転周波数の上昇時、および下降時に発生するうなり音を抑制することが可能である。なお、包絡線より速い変化速度にする場合、直線的変化であっても構わない。また、本発明のインバータ制御装置は、圧縮機を搭載した空気調和機に適用することができる。

本発明のインバータ制御装置は、インバータを使用してモータを駆動するインバータ制御装置に適用できる。例えば、インバータを搭載した冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等である。いずれの製品についても、インバータ制御装置で発生するうなり音を抑制することができ、製品の設計の自由度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１におけるインバータ制御装置を示すブロック図 同実施の形態におけるインバータ制御装置の周波数制御を示す制御図 従来のインバータ式空気調和機を説明するブロック図

符号の説明

１ 単相交流電源
２ 整流回路
３ インバータ回路
４ モータ
５ 周波数制御手段
６ 目標運転周波数入力手段
７ 電源周波数検出手段
８ モータ周波数検出手段
９ リアクタ
１０ コンデンサ
１１ 圧縮機

Claims (4)

1. 交流電源を入力とする整流回路と、直流電圧を任意の周波数の擬似交流電圧に変換するインバータ回路と、交流電圧により駆動されるモータと、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、圧縮機の目標運転周波数を入力する目標運転周波数入力手段と、前記交流電源の周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記電源周波数検出手段で検出した交流電源の周波数と、前記目標運転周波数入力手段により入力される目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出されるモータの周波数とに基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力することを特徴とするインバータ制御装置。
2. モータ周波数検出手段により検出されるモータ周波数のｎ倍（ｎ＝１、２、３・・・）が、電源周波数検出手段により検出される交流電源の周波数の２倍となる値の近傍であるとき、モータを運転する運転周波数は、上下に幅を持ち、時間周期的に変化する補正運転周波数とし、前記運転周波数が変化する場合、段階的に前記運転周波数を変更し、段階毎の運転周波数に対応した補正運転周波数の１周期の時間内に、次の段階の運転周波数に移動することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. モータ周波数検出手段により検出されるモータ周波数のｎ倍（ｎ＝１、２、３・・・）が、電源周波数検出手段により検出される交流電源の周波数の２倍となる値の近傍であるとき、前記モータ周波数のｎ倍と、交流電源の周波数の２倍となる値との差である周波数の周期以内に、段階的に運転周波数を移動させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ制御装置を用いた圧縮機。

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