JP2007267545A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサの端子間短絡、及び電解コンデンサに並列に接続される負荷の短絡を早い段階で検出し、周辺部品へ悪影響を与える前に適切に処理する制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置４では、マイコン５，６が、第２リレー８４をオン動作させ、限流抵抗８５を介して電解コンデンサ８３を徐々に充電し、さらに第２リレー８４をオン動作させてから第１設定時間が経過したときの電解コンデンサ８３の端子間電圧を検出する第１電圧検出制御と、第２リレー８４をオン動作させてから第１設定時間よりも長い第２設定時間が経過したときの電解コンデンサ８３の端子間電圧を検出する第２電圧検出制御とを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、交流出力を直流に変換するコンバータを備えた制御装置に関する。

従来、多くの制御装置にコンバータと呼ばれる回路が使用されている。このコンバータは、限流抵抗から成る限流回路と、ダイオードから成る整流回路と、リアクタンスと電解コンデンサから成る平滑回路とで構成されており、交流出力を直流に変換する機能を有している。コンバータ内に配置されている電解コンデンサは、インバータに安定した直流電圧を供給するための重要な部品であり、仮に電解コンデンサ、及び電解コンデンサに並列に接続される負荷の短絡故障が発生した場合、二次故障として、限流抵抗やインバータのパワートランジスタを破壊する可能性が高い。そのような故障を防止するために、電解コンデンサの端子間電圧を検出して故障診断を行う制御装置が広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−２２８２１号公報

しかしながら、従来の制御装置では、電解コンデンサの端子間電圧の異常が、周辺部品に悪影響を及ぼす致命的な異常であっても、それを優先的に診断しようとする配慮がなされておらず、電解コンデンサの端子間短絡のような早期検出が必要な異常に対しては、診断が完了するまでに周辺部品へ熱的悪影響を与えてしまう可能性があった。
本発明の課題は、上記問題に鑑み、電解コンデンサの端子間短絡及び電解コンデンサに並列に接続される負荷の短絡を早い段階で検出し、周辺部品へ悪影響を与える前に適切に処理する制御装置を提供することにある。

第１発明に係る制御装置は、コンバータと、限流回路と、電圧検出手段と、マイコンとを備える。コンバータは、交流電源の出力を直流に変換する。限流回路は、コンバータの整流回路の前に配置されており、リレーと限流抵抗から成る。電圧検出手段は、コンバータ内の平滑回路に配置されている電解コンデンサの端子間電圧を検出する。マイコンは、予め設定されている充電時間が終了するまでの間、リレーをオン動作させ、限流抵抗を介して電解コンデンサを徐々に充電する。充電時間が終了したときに、電解コンデンサの端子間電圧を検出する第２電圧検出制御を行う。さらに、マイコンは、第１電圧検出制御を行う。第１電圧検出制御とは、リレーをオン動作させてから充電時間よりも短い第１時間が経過したときの電解コンデンサの端子間電圧を検出する制御である。
この制御装置では、電解コンデンサの端子間短絡が発生すれば、第１時間経過時の電解コンデンサの端子間電圧が基準値に達しない。このため、電解コンデンサの端子間短絡が早い段階で検出され、周辺部品へ悪影響を与える前に適切な処置が施される。

第２発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、第１電圧検出制御において検出される電解コンデンサの端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足していない場合は、充電時間の終了を待たずにリレーをオフ動作させる。
ここでは、電解コンデンサの端子間短絡があった場合には充電が中止されるので、限流抵抗に過電圧が印加される時間が短くなる。このため、過電圧による限流抵抗の異常発熱が回避される。

第３発明に係る制御装置は、第２発明に係る制御装置であって、第１電圧検出制御によって検出される電解コンデンサの端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足しない場合は、異常と判定されて、もう一度第１電圧検出制御を行うための再試行制御が実行される。
ここでは、第１電圧検出制御の再試行によって、先の異常判定が偶発か否かが確認される。このため、異常判定の確度が高くなる。

第４発明に係る制御装置は、第３発明に係る制御装置であって、第１電圧検出制御において、電解コンデンサの端子間電圧が異常と判定された場合は、異常判定の計数が開始される。異常判定の回数が、予め設定した数値に達した場合は、電解コンデンサの端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定される。
ここでは、ノイズによる誤判定が回避されるので、異常を確定する信頼性が高くなる。

第５発明に係る制御装置は、第４発明に係る制御装置であって、電解コンデンサの端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定された場合は、再試行制御が実行されない。
ここでは、不必要な再試行の反復が無く、限流抵抗への無駄な通電が抑制される。このため、限流抵抗の温度上昇による周辺部品への熱的影響が緩和される。

第６発明に係る制御装置は、第４発明に係る制御装置であって、遠隔操作装置をさらに備えている。電解コンデンサの端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定された場合は、異常表示が行なわれる。遠隔操作装置によって操作されるまで再試行制御が実行されない。
ここでは、電解コンデンサの端子間電圧の異常原因が解消されるまで、運転されないので、安全性が高まる。

第７発明に係る制御装置は、第１発明に係る制御装置であって、第１電圧検出制御において検出される前記電解コンデンサの端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足している場合は、充電時間が終了したときに電解コンデンサの端子間電圧を検出する第２電圧検出制御を行う。
ここでは、第１電圧検出制御で検出されない電解コンデンサの端子間異常が、第２電圧検出制御で検出される。このため、電解コンデンサの端子間異常を検出する動作の信頼性が向上する。

第１発明に係る制御装置では、電解コンデンサの端子間短絡が早期に検出されるので、周辺部品へ悪影響を与える前に適当な処置が施される。
第２発明に係る制御装置では、限流抵抗に過電圧が印加される時間が短くなり、過電圧による限流抵抗の異常発熱が回避される。
第３発明に係る制御装置では、第１電圧検出制御の再試行によって、先の異常判定が偶発か否かが確認されるので、異常判定の確度が高くなる。

第４発明に係る制御装置では、ノイズによる誤判定が回避されるので、異常を確定する信頼性が高くなる。
第５発明に係る制御装置では、不必要な再試行の反復が無く、限流抵抗への無駄な通電が抑制される。このため、限流抵抗の温度上昇による周辺部品への熱的影響が緩和される。

第６発明に係る制御装置では、電解コンデンサの端子間電圧の異常原因が解消されるまで、運転されないので、安全性が高まる。
第７発明に係る制御装置では、第１電圧検出制御で検出されない電解コンデンサの端子間異常が、第２電圧検出制御で検出されるので、電解コンデンサの端子間異常を検出する動作の信頼性が向上する。

＜空気調和装置の構成＞
空気調和装置の構成図を、図１に示す。空気調和装置１は、ビル用のマルチタイプの空気調和装置であって、１つ又は複数の室外ユニット２に対して複数の室内ユニット３が並列に接続され、冷媒が流通できるように、冷媒回路１０が形成されている。制御装置４は、空気調和装置１が効率よく運転されるように、圧縮機１１など各種構成機器を制御する。遠隔操作装置４ａは、手動操作によって制御装置４との間で信号の送受信を行い、圧縮機１１の起動、停止を行う。
なお、圧縮機１１は、インバータによる回転数制御を行う容量可変のインバータ圧縮機と、オンオフ制御がなされる定容量の定容量圧縮機とが組み合わされて用いられるものが多い。

＜空気調和装置の制御装置＞
図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図であり、図３は、同制御装置の電気回路図である。図２において、制御装置４は、制御マイコン５と、インバータ制御マイコン（以下、ＩＮＶ制御マイコンと呼ぶ）６を含んでいる。制御マイコン５は、後述の第１リレー５２（図３参照）及び第２リレー８４（図３参照）を操作し、コンバータ８の電解コンデンサ８３（図３参照）を保護する。ＩＮＶ制御マイコン６は、ドライブ回路４１を介してインバータ９を制御する。

図３において、制御装置４では、電源を交流から直流に変換するため、交流電源７のＲ相、Ｓ相、及びＴ相が、コンバータ８に接続されている。なお、Ｒ相とＴ相は、第１リレー５２を介してコンバータ８に接続されている。また、第２リレー８４と限流抵抗８５から成る限流回路８ｃが、Ｔ相の第１リレー５２と並列に接続されている。
コンバータ８は、６個のダイオード８１から成る整流回路８ａと、リアクタンス８２と電解コンデンサ８３から成る平滑回路８ｂとで構成されている。インバータ９は、コンバータ８から出力される直流を、任意の周波数の交流に変換し、圧縮機１１のモータに供給する。なお、インバータ９は、ドライブ回路４１によって駆動され、ドライブ回路４１は、ＩＮＶ制御マイコン６によって制御されている。また、ＩＮＶ制御マイコン６は、電圧検出手段４２を介して、電解コンデンサ８３の端子間電圧Ｖｐｎを検出する。

＜限流抵抗の温度上昇抑制制御＞
電源が投入されると、第１リレー５２に先立ち、第２リレー８４がオン動作され、電解コンデンサ８３は、限流抵抗８５によって徐々に充電される。仮に、電解コンデンサ８３が空充電或いは充電不足の状態で第１リレー５２がオン動作されると、電解コンデンサ８３に突入電圧が印加され、電解コンデンサ８３が損傷する可能性がある。このため、第１リレー５２は、電解コンデンサ８３が適度に充電されてからオン動作される。充電時間は、空気調和装置１の機種によって異なるが、本実施形態では４秒間充電される。

図３において、仮にＰＮ間が短絡、即ち電解コンデンサ８３の端子間が短絡した場合、充電の際に、限流抵抗８５の両端には電源電圧の２００Ｖが印加され、限流抵抗８５が異常発熱し、周辺の部品を損傷させる可能性がある。制御装置４には、早い段階でＰＮ間（電解コンデンサ８３の端子間）の短絡を見極め、限流抵抗８５の異常発熱を未然に防止するための、温度上昇抑制ロジックが設定されている。以下図面を参照しながら、限流抵抗８５の温度上昇抑制制御ロジックについて説明する。

＜限流抵抗の温度上昇抑制制御ロジック＞
図４は、限流抵抗８５の温度上昇抑制制御のフローチャートである。図４において、電源が投入されると、制御マイコン５は、第２リレー８４をオン動作させ（Ｓ１）、Ｖｐｎ検出指令フラグをＩＮＶ制御マイコン６へ送信する（Ｓ２）。ＩＮＶ制御マイコン６は、Ｖｐｎ検出フラグを受信し（Ｓ２１）、タイマーを動作させて、第２リレー８４がオン動作してから経過した時間ｔ１を計時する（Ｓ２２）。次に、ＩＮＶ制御マイコン６は、ｔ１が０．３秒に達したか否かを判定し（Ｓ２３）、Ｙｅｓならば、Ｖｐｎが１０Ｖ以下であるか否かを判定する（Ｓ２４）。Ｓ２４でＹｅｓならば、電解コンデンサ８３の端子間が短絡している可能性が高いので、制御マイコン５へ異常フラグと待機要求フラグを送信する（Ｓ２５）。なお、Ｓ２４でＮｏならば、Ａへ進む。Ｓ２１からＳ２５までの流れを第１電圧検出制御と呼ぶ。

制御マイコン５は、ＩＮＶ制御マイコン６から送信された異常フラグと待機要求フラグを受信し（Ｓ３）、第２リレー８４をオフ動作させる（Ｓ４）。そして、異常フラグの受信回数Ｎ１の計数を開始する（Ｓ５）。そして、Ｎ１が２未満であるか否かを判定し（Ｓ６）、Ｙｅｓならば、タイマーを動作させｔ２を計時する（Ｓ７）。そして、ｔ２が６００秒に達したか否かを判定し（Ｓ８）、Ｙｅｓならば、Ｓ１へ戻る。なお、Ｓ６で判定がＮｏならば、制御マイコン５は、電解コンデンサ８３の端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定し、異常表示を行う。Ｓ３からＳ８までの流れを再試行制御と呼ぶ。

以上のように、制御装置４のマイコン５，６は、第２リレー８４をオン動作させてから０．３秒後のＶｐｎが、１０Ｖ以下であるならば、６００秒後に再度第２リレー８４をオン動作させて、０．３秒後のＶｐｎを検出する。２回目に検出されたＶｐｎも１０Ｖ以下ならば、ＰＮ間（電解コンデンサ８３の端子間）の短絡であると判定され、運転が停止されて、異常表示が行なわれる。異常表示が行われた場合は、遠隔操作装置４ａによって手動復帰（リモコン復帰）させなければ、再試行制御は再開されない。このようにして、限流抵抗８５の温度上昇が抑制されるのである。

＜不足電圧検出制御＞
制御装置４は、ＰＮ間に異常がないと判定されると、電解コンデンサ８３への充電を継続する。電解コンデンサ８３への充電が正常に行われた場合、制御装置４は、第１リレー５２をオンさせて、圧縮機１１のモータを起動させることができる。しかし、電解コンデンサ８３への充電が正常に行われていない場合は、第１リレー５２をオンした際に、電解コンデンサ８３に突入電圧が印加され、この突入電圧が繰返し印加されると電解コンデンサ８３が破壊される可能性がある。このため、制御装置４は、第１リレー５２をオンさせる前に、電解コンデンサ８３の端子間電圧Ｖｐｎを検出し、電圧値が不足しているか否かを判定する必要がある。制御装置４には、電解コンデンサ８３の不足電圧検出制御ロジックが設定されている。

＜不足電圧検出制御ロジック＞
図５は、電解コンデンサ８３の不足電圧検出制御のフローチャートである。限流抵抗８５の温度上昇抑制制御のＳ２４で、「Ｖｐｎが１０Ｖを超えている」と判定されると、マイコン５は、第２リレー８４がオン動作してから経過した時間ｔ１の計時をマイコン６から引継いで継続し、ｔ１が４秒に達したか否かの判定を行う（Ｓ１１）。Ｓ１１でＹｅｓならば、第２リレー８４をオフ動作させ（Ｓ１２）、Ｖｐｎ検出指令フラグをＩＮＶ制御マイコン６へ送信する（Ｓ１３）。ＩＮＶ制御マイコン６は、Ｖｐｎ検出指令フラグを受信し（Ｓ３１）、Ｖｐｎが１６０Ｖ以下であるか否かを判定する（Ｓ３２）。Ｓ３２でＹｅｓならば、制御マイコン５へ、異常フラグと待機要求フラグを送信する（Ｓ３３）。Ｓ３２でＮｏならば、正常と判断し、圧縮機１１を起動させるため、第１リレー５２をオンする。ここで、Ｓ１１からＳ１３及びＳ３１からＳ３３の一連の流れを第２電圧検出制御と呼ぶ。

制御マイコン５は、ＩＮＶ制御マイコン６から送信された異常フラグと待機要求フラグを受信し（Ｓ１４）、異常フラグの受信回数Ｎ２の計数を開始する（Ｓ１５）。Ｎ２が４未満であるか否かを判定し（Ｓ１６）、Ｙｅｓならば、タイマーを動作させｔ３を計時する（Ｓ１７）。そして、ｔ３が１８０秒以上か否かを判定し（Ｓ１８）、Ｙｅｓならば、Ｓ１へ戻る。なお、Ｓ１８で１８０秒の待機時間を設けたのは、電解コンデンサ８３内の電荷を十分に放電させるためである。上述のＳ１６で判定がＮｏならば、異常表示を行う。Ｓ１３からＳ１８までの流れを再試行制御と呼ぶ。

以上のように、制御装置４のマイコン５，６は、第２リレー８４をオンさせてから４秒後に、第２リレー８４をオフ動作させ、Ｖｐｎを検出する。そのＶｐｎが１６０Ｖ以下ならば、異常と判定されて１８０秒後に再度第２リレー８４がオン動作される。４回連続して異常と判定された場合は、電解コンデンサ８３の故障であると判定され、運転は停止され、異常表示が行なわれる。異常表示が行われた場合は、遠隔操作装置４ａによって手動復帰（リモコン復帰）させなければ、再試行制御は再開されない。このようにして、電解コンデンサ８３の故障を判断し、適切な処置が為される。

＜特徴＞
（１）
この制御装置４では、制御マイコン５が、予め設定されている充電時間（４秒）が終了するまでの間、第２リレー８４をオン動作させ、限流抵抗８５を介して電解コンデンサ８３を徐々に充電する。そして、充電時間が終了したときに、電解コンデンサ８３の端子間電圧を検出する第２電圧検出制御を行う。さらに、制御マイコン５とＩＮＶ制御マイコン６とが、第１電圧検出制御を行う。第１電圧検出制御とは、第２リレー８４をオン動作させてから充電時間よりも短い第１時間（０．３秒）が経過したときの電解コンデンサ８３の端子間電圧を検出する制御である。電解コンデンサ８３の端子間短絡が発生すれば、第１時間経過時の電解コンデンサ８３の端子間電圧が基準値に達しないので、第１電圧検出制御によって電解コンデンサ８３の端子間短絡が早い段階で検出される。このため周辺部品へ悪影響を与える前に適切な処置が施される。また、第１電圧検出制御において検出される電解コンデンサ８３の端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足していない場合は、充電時間の終了を待たずに第２リレー８４がオフ動作されるので、限流抵抗８５に過電圧が印加される時間が短くなり、過電圧による限流抵抗８５の異常発熱が回避される。また、第１電圧検出制御において検出される前記電解コンデンサの端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足している場合は、充電時間が終了したときに電解コンデンサ（８３）の端子間電圧を検出する第２電圧検出制御が行行われる。このため、第１電圧検出制御で検出されない電解コンデンサの端子間異常が、第２電圧検出制御で検出され、電解コンデンサの端子間異常を検出する動作の信頼性が向上する。

（２）
この制御装置４は、第１電圧検出制御によって検出される電解コンデンサ８３の端子間電圧が、予め設定されている基準値（１０Ｖを超える）を満足しない場合は、異常と判定して、もう一度第１電圧検出制御を行うための再試行制御を実行する。第１電圧検出制御によって検出された電解コンデンサ８３の端子間電圧が、正常でなければ第２電圧検出制御は実行されない。このため、限流抵抗８５への無駄な通電が抑制され、限流抵抗８５の温度上昇による周辺部品への熱的影響が緩和される。また、第１電圧検出制御において異常と判定された場合は、異常判定の計数を開始し、異常判定の回数が予め設定した数値に達した場合は、電解コンデンサ８３の端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定される。このため、ノイズによる誤判定を回避することができるので、異常を確定する信頼性が高くなる。さらに、電解コンデンサ８３の端子間が異常であると確定された場合、再試行制御は実行されない。このため、不必要な再試行が繰り返されることは無く、限流抵抗８５への無駄な通電が抑制され、限流抵抗８５の温度上昇による周辺部品への熱的影響が緩和される。

（３）
この制御装置４は、遠隔操作装置４ａをさらに備えており、電解コンデンサ８３の端子間が異常であると確定された場合は、異常表示が行われる。そして、遠隔操作装置４ａによって異常表示が解除されるまで再試行制御が実行されない。このため、電解コンデンサ８３の端子間の異常原因が解消されるまで、運転されないので、安全性が高まる。

＜変形例＞
以上、本発明について説明したが、具体的な構成は、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記実施形態では、三相交流電源用のコンバータ回路を対象としているが、単相交流電源用のコンバータ回路に対しても有効である。

また、上記実施形態では、制御マイコン５とＩＮＶ制御マイコン６とを分けて取り扱っているが、制御マイコン５とＩＮＶ制御マイコン６を共通の１つの制御マイコンへ統一してもよい。
また、上記実施形態では、コンバータ８の平滑回路８ｂ内にリアクタンス８２を配置しているが、無くてもよい。

さらに、上記実施形態では、コンバータ８に接続される機器をインバータ９と圧縮機１１としているが、他の機器でもよい。

以上のように本発明によれば、コンバータ内の電解コンデンサの端子間短絡等の異常を早期に検出できるので、制御装置に有用である。

空気調和装置の構成図 本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図 同制御装置の電気回路図 限流抵抗の温度上昇抑制制御のフローチャート 電解コンデンサの不足電圧検出制御のフローチャート

符号の説明

１ 空気調和装置
４ 制御装置
４ａ 遠隔操作装置
５ 制御マイコン
６ ＩＮＶ制御マイコン
７ 交流電源
８ コンバータ
８ａ 整流回路
８ｂ 平滑回路
８ｃ 限流回路
４２ 電圧検出装置
８３ 電解コンデンサ
８４ リレー（第２リレー）
８５ 限流抵抗

Claims (7)

1. 交流電源（７）の出力を直流に変換するコンバータ（８）と、
   前記コンバータ（８）内の整流回路（８ａ）の前に配置される、リレー（８４）と限流抵抗（８５）とから成る限流回路（８ｃ）と、
   前記コンバータ（８）内の平滑回路（８ｂ）に配置されている電解コンデンサ（８３）の端子間電圧を検出する電圧検出手段（４２）と、
   前記電圧検出手段（４２）によって検出される前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧に基づいて、前記リレー（８４）のオンオフ制御を行うマイコン（５、６）と、
   を備え、
   前記マイコン（５，６）は、予め設定されている充電時間が終了するまでの間、前記リレー（８４）をオン動作させ、前記限流抵抗（８５）を介して前記電解コンデンサ（８３）を徐々に充電し、
   さらに、前記マイコン（５，６）は、前記リレー（８４）をオン動作させてから前記充電時間よりも短い第１時間が経過したときの前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧を検出する第１電圧検出制御を行う、
   の制御装置（４）。
2. 前記第１電圧検出制御において検出される前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足していない場合は、前記充電時間の終了を待たずに前記リレー（８４）をオフ動作させる、
   請求項１に記載の制御装置（４）。
3. 前記第１電圧検出制御によって検出される前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足しない場合は、異常と判定されて、もう一度前記第１電圧検出制御を行うための再試行制御が実行される、
   請求項２に記載の制御装置（４）。
4. 前記第１電圧検出制御において、前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧が異常と判定された場合は、異常判定の計数が開始され、前記異常判定の回数が、予め設定した数値に達した場合は、前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定される、
   請求項３に記載の制御装置（４）。
5. 前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定された場合は、前記再試行制御が実行されない、
   請求項４に記載の制御装置（４）。
6. 前記空気調和装置（１）は、遠隔操作装置（４ａ）をさらに備え、
   前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧の異常を引き起こす故障があると判定された場合は、異常表示が行われ、前記遠隔操作装置（４ａ）によって操作されるまで前記再試行制御が実行されない、
   請求項４に記載の制御装置（４）。
7. 前記第１電圧検出制御において検出される前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧が、予め設定されている基準値を満足している場合は、前記充電時間が終了したときに前記電解コンデンサ（８３）の端子間電圧を検出する第２電圧検出制御を行う、
   請求項１に記載の制御装置（４）。

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