JP2007221851A - 空気調和機用インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波漏れ電流の低減を目的とした空気調和機用インバータ装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１と、圧縮機１とアース間に浮遊する浮遊容量２と、交流電源３を直流電圧に変換するコンバータ４と、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ５と、直流電圧をキャリア周波数でチョッピングして、圧縮機１を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータ６と、交流電源３とコンバータ４との間に設けられ、浮遊容量２に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器７と、漏れ電流検出器７の出力と第１の閾値との差を比較する第１の比較器８と、第１の比較器８の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器９と、インバータ６を駆動するドライバ１０とを備え、高周波漏れ電流が第１の閾値よりも大きければキャリア周波数を低下させることで、高周波漏れ電流の低減が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機駆動用モータの巻線からアースに浮遊容量を介して流れる高周波漏れ電流の低減を目的とした空気調和機用インバータ装置に関するものである。

従来、この種の空気調和機用インバータ装置は、漏れ電流の如何に関わらず、一定のキャリア周波数でインバータを駆動している（例えば、特許文献１参照）。そのため、インバータのチョッピングに伴い、圧縮機とアース間の浮遊容量を介して高周波の漏れ電流が流れる。

この高周波漏れ電流は、交流電源へと誘電的に伝わり、当該空気調和機用インバータ装置に悪影響を及ぼしたり、他の機器やブレーカなどの誤動作を引き起こす恐れがある。

図４は、特許文献１に記載された従来の空気調和機用インバータ装置を示すものである。図４に示すように、三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容した圧縮機１と、供給電源１２と、コンバータ４と、平滑コンデンサ５と、インバータ６と、電流センサ１３と、制御装置１４から構成されている。
特開平３−１７８５９５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、漏れ電流を検知していないので、周囲環境（温度・湿度）に伴う浮遊容量の誘電率の変化や、経年変化による漏れ電流の増加には対処できず、当該空気調和機用インバータ装置に悪影響を及ぼしたり、他の機器やブレーカなどの誤動作を引き起こす、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、圧縮機駆動用モータの巻線からアースに浮遊容量を介して流れる高周波漏れ電流の低減を目的とした空気調和機用インバータ装置を提供するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機用インバータ装置は、三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容しアースとの間に浮遊容量が存在する圧縮機と、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を前記圧縮機の運転周波数よりも高いキャリア周波数でチョッピングして、前記圧縮機を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータと、前記交流電源とコンバータとの間に設けられ、前記浮遊容量に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、この漏れ電流検出器の出力と内部であらかじめ設定された第１の閾値との差を比較する第１の比較器と、この第１の比較器の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器と、前記インバータを駆動するドライバとを備え、前記漏れ電流が第１の閾値よりも大きければ、キャリア周波数を低下させることとしたものである。

これによって、周囲環境や経年変化などで高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となる。

また、本発明の空気調和機用インバータ装置は、三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容しアースとの間に浮遊容量が存在する圧縮機と、交流電源の電圧を直流電圧に変換
するコンバータと、直流電圧を前記圧縮機の運転周波数よりも高いキャリア周波数でチョッピングして、前記圧縮機を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータと、前記交流電源とコンバータとの間に設けられ、前記浮遊容量に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、この漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値との差を比較する第１の比較器と、前記漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値よりも小さい第２の閾値との差を比較する第２の比較器と、前記第１の比較器及び第２の比較器の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器と、前記インバータを駆動するドライバとを備え、前記漏れ電流が第１の閾値よりも大きければ、キャリア周波数を低下させ、第２の閾値よりも小さければ、キャリア周波数を上昇させることとしたものである。

これによって、周囲環境や経年変化などで高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となるとともに、高周波漏れ電流が低下した場合には、再度キャリア周波数を上昇させることが可能となる。

本発明の空気調和機用インバータ装置は、高周波漏れ電流があらかじめ設定された閾値を超えると、キャリア周波数を低下させ、結果、高周波漏れ電流の低減を図ることが可能となる。

第１の発明は、三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容しアースとの間に浮遊容量が存在する圧縮機と、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を前記圧縮機の運転周波数よりも高いキャリア周波数でチョッピングして、前記圧縮機を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータと、前記交流電源とコンバータとの間に設けられ、前記浮遊容量に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、この漏れ電流検出器の出力と内部であらかじめ設定された第１の閾値との差を比較する第１の比較器と、この第１の比較器の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器と、前記インバータを駆動するドライバとを備え、前記漏れ電流が第１の閾値よりも大きければ、キャリア周波数を低下させることを特徴とした空気調和機用インバータ装置とすることにより、高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となる。

第２の発明は、三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容しアースとの間に浮遊容量が存在する圧縮機と、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を前記圧縮機の運転周波数よりも高いキャリア周波数でチョッピングして、前記圧縮機を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータと、前記交流電源とコンバータとの間に設けられ、前記浮遊容量に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、この漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値との差を比較する第１の比較器と、前記漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値よりも小さい第２の閾値との差を比較する第２の比較器と、前記第１の比較器及び第２の比較器の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器と、前記インバータを駆動するドライバとを備え、前記漏れ電流が第１の閾値よりも大きければ、キャリア周波数を低下させ、第２の閾値よりも小さければ、キャリア周波数を上昇させることを特徴とした空気調和機用インバータ装置とすることにより、高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となるとともに、高周波漏れ電流が低下した場合には、再度キャリア周波数を上昇させることが可能となる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の漏れ電流検出器を、平滑コンデンサとインバータの間に設けることにより、交流側と直流側の絶縁が不要となり、低コストを図る
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の実施の形態における空気調和機用インバータ装置のブロック図を示すものである。

図１において、１は三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容した圧縮機、２は圧縮機１とアースとの間に浮遊する浮遊容量、３は交流電源、４は交流電源３の電圧を直流電圧に変換するコンバータ、５はコンバータ４で変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、６は直流電圧をキャリア周波数でチョッピングして圧縮機１を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータ、７は浮遊容量２に流れる高周波漏れ電流を検出する漏れ電流検出器、８は漏れ電流検出器７の出力と第１の閾値との差を比較する第１の比較器、９は第１の比較器８の出力に応じてキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器、１０はインバータ６を駆動するドライバである。

以上のように構成された空気調和機用インバータ装置について、以下にその動作、作用を説明する。

交流電源３の電圧をコンバータ４で直流電源に変換したのち、平滑コンデンサ５で平滑し、リプルの小さい直流電圧に整流する。この直流電圧をインバータ６でキャリア周波数にてチョッピングして、圧縮機駆動用モータに印加される電圧を制御し、圧縮機１の運転周波数を制御している。

ここで、浮遊容量２に流れる高周波漏れ電流が増加すると、漏れ電流検出器７の出力が増加する。この出力が第１の閾値よりも大きくなると、第１の比較器８の出力が反転する。第１の比較器８の出力が反転すると、キャリア周波数制御器９はキャリア周波数を低下させる動作を行う。キャリア周波数が低下すると、周波数に比例した高周波漏れ電流が低下する。この低下した高周波漏れ電流による漏れ電流検出器７の出力が、まだ第１の閾値よりも大きいと、一層のキャリア周波数の低下を図り、逆に第１の閾値よりも小さいと、そのキャリア周波数で固定する。

以上のように、本実施の形態においては、高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における空気調和機用インバータ装置のブロック図を示すものである。

図１において、１は三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容した圧縮機、２は圧縮機１とアースとの間に浮遊する浮遊容量、３は交流電源、４は交流電源３の電圧を直流電圧に変換するコンバータ、５はコンバータ４で変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、６は直流電圧をキャリア周波数でチョッピングして圧縮機１を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータ、７は浮遊容量２に流れる高周波漏れ電流を検出する漏れ電流検出器、８は漏れ電流検出器７の出力と第１の閾値との差を比較する第１の比較器、１１は漏れ電流検出器７の出力と第２の閾値との差を比較する第２の比較器、９は第１の比較器８の出力及び第２の比較器１１の出力に応じてキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器、１０はインバータ６を駆動するドライバである。

以上のように構成された空気調和機用インバータ装置について、以下にその動作、作用を説明する。

交流電源３の電圧をコンバータ４で直流電源に変換したのち、平滑コンデンサ５で平滑し、リプルの小さい直流電圧に整流する。この直流電圧をインバータ６でキャリア周波数にてチョッピングして、圧縮機駆動用モータに印加される電圧を制御し、圧縮機１の運転周波数を制御している。

ここで、浮遊容量２に流れる高周波漏れ電流が増加すると、漏れ電流検出器７の出力が増加する。この出力が第１の閾値よりも大きくなると、第１の比較器８の出力が反転する。第１の比較器８の出力が反転すると、キャリア周波数制御器９はキャリア周波数を低下させる動作を行う。キャリア周波数が低下すると、周波数に比例した高周波漏れ電流が低下する。この低下した高周波漏れ電流による漏れ電流検出器７の出力が、まだ第１の閾値よりも大きいと、一層のキャリア周波数の低下を図り、逆に第１の閾値よりも小さいと、そのキャリア周波数で固定する。

また、漏れ電流検出器７の出力が第２の閾値よりも小さくなると、第２の比較器１１の出力が反転する。第２の比較器の出力が反転すると、キャリア周波数制御器９はキャリア周波数を上昇させる動作を行う。キャリア周波数が上昇すると、周波数に比例した高周波漏れ電流が上昇する。この上昇した高周波漏れ電流による漏れ電流検出器７の出力が、まだ第２の閾値よりも小さいと、一層のキャリア周波数の上昇を図り、逆に第２の閾値よりも大きく、第１の閾値よりも小さいと、そのキャリア周波数で固定する。

以上のように、本実施の形態においては、高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となるとともに、高周波漏れ電流が低下した場合には、再度キャリア周波数を上昇させることが可能となり、高周波漏れ電流をある一定の幅に制御することが可能となる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における空気調和機用インバータ装置のブロック図を示すものである。本実施の形態において実施の形態１と異なる点は、漏れ電流検出器７を平滑コンデンサとインバータの間に設けている点である。

以上のように構成された空気調和機用インバータ装置についも、実施の形態１と同様に、高周波漏れ電流が増加した場合、キャリア周波数を下げることで高周波漏れ電流を低減させることが可能となる。また、全て直流側で構成が可能なため、交流側と直流側の絶縁が不要となり、低コストを図ることができる。

図示はしていないが、実施の形態２においても、漏れ電流検出器を平滑コンデンサとインバータの間に設けることで同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機用インバータ装置は、高周波漏れ電流があらかじめ設定された閾値を超えると、キャリア周波数を低下させ、結果、高周波漏れ電流の低減を図ることが可能となるので、冷凍装置や冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機、ヒートポンプ式洗濯乾燥機等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用インバータ装置のブロック図 本発明の実施の形態２における空気調和機用インバータ装置のブロック図 本発明の実施の形態３における空気調和機用インバータ装置のブロック図 従来の空気調和機用インバータ装置のブロック図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 浮遊容量
３ 交流電源
４ コンバータ
５ 平滑コンデンサ
６ インバータ
７ 漏れ電流検出器
８ 第１の比較器
９ キャリア周波数制御器
１０ ドライバ
１１ 第２の比較器
１２ ３相供給電源
１３ 電流センサ
１４ 制御装置

Claims (3)

1. 三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容しアースとの間に浮遊容量が存在する圧縮機と、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を前記圧縮機の運転周波数よりも高いキャリア周波数でチョッピングして、前記圧縮機を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータと、前記交流電源とコンバータとの間に設けられ、前記浮遊容量に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、この漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値との差を比較する第１の比較器と、この第１の比較器の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器と、前記インバータを駆動するドライバとを備え、前記漏れ電流が前記第１の閾値よりも大きければ、前記キャリア周波数を低下させることを特徴とした空気調和機用インバータ装置。
2. 三相巻線を有するモータを密閉ケースに収容しアースとの間に浮遊容量が存在する圧縮機と、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を前記圧縮機の運転周波数よりも高いキャリア周波数でチョッピングして、前記圧縮機を駆動するモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータと、前記交流電源とコンバータとの間に設けられ、前記浮遊容量に流れる漏れ電流を検出する漏れ電流検出器と、この漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値との差を比較する第１の比較器と、前記漏れ電流検出器の出力とあらかじめ設定された第１の閾値よりも小さい第２の閾値との差を比較する第２の比較器と、前記第１の比較器及び第２の比較器の出力に応じて前記キャリア周波数を可変するキャリア周波数制御器と、前記インバータを駆動するドライバとを備え、前記漏れ電流が前記第１の閾値よりも大きければ、前記キャリア周波数を低下させ、前記第２の閾値よりも小さければ、前記キャリア周波数を上昇させることを特徴とした空気調和機用インバータ装置。
3. 前記漏れ電流検出器を、平滑コンデンサとインバータの間に設けることを特徴とした請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の空気調和機用インバータ装置。

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