JP2008099505A - 空気調和機用インバータ装置 - Google Patents

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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7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5と、漏れ電流検出器5の出力と第1の閾値との差を比較する第1の比較器6と、第1の比較器に応じて直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器8と、キャリア周波数でチョッピングして、圧縮機1を駆動する圧縮機電圧を制御する電圧型PWM方式のインバータ9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圧縮機電圧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。この漏れ電流は、浮遊容量、キャリア周波数、電源電圧に比例する。
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を低減する空気調和機用インバータ装置を提供することを目的としたものである。
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、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直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器と、前記圧縮機電圧調整器の出力である圧縮機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、前記圧縮機電圧を降圧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調波漏れ電流が増加した場合、圧縮機電圧を降圧することで高周波漏れ電流を低減することが可能となるため、上記課題を解決することができる。
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、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の比較器の出力と前記第2の比較器の出力に応じて前記直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器と、前記圧縮機電圧調整器の出力である圧縮機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、前記圧縮機電圧を降圧させることとし、前記漏れ電流が前記第2の閾値よりも小さければ昇圧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調波漏れ電流が増加した場合、圧縮機電圧を降圧することで高周波漏れ電流を低減することが可能となるため、上記課題を解決することができる。逆に、高周波漏れ電流が低下した場合、圧縮機電圧を昇圧することで圧縮機の回転数を上げることができるため、空気調和機の性能向上を図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に応じて、圧縮機電圧を降圧・昇圧させ、結果、高周波漏れ電流をあらかじめ設定された閾値以下に低減することが可能となり、漏れ電流による感電への安全性の確保が可能となる。
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、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直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器と、前記圧縮機電圧調整器の出力である圧縮機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、前記圧縮機電圧を降圧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、周囲環境や経年変化などで高調波漏れ電流が増加した場合、圧縮機電圧を降圧することで高周波漏れ電流を低減することが可能となり、漏れ電流による感電への安全性が確保できる。
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、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の比較器の出力と前記第2の比較器の出力に応じて前記直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器と、前記圧縮機電圧調整器の出力である圧縮機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、前記圧縮機電圧を降圧させ、逆に前記漏れ電流が前記第2の閾値よりも小さければ、前記圧縮機電圧を昇圧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、周囲環境や経年変化などで高調波漏れ電流が増加した場合、圧縮機電圧を降圧することで高周波漏れ電
流を低減することが可能となり、漏れ電流による感電への安全性が確保できる。逆に、高周波漏れ電流が低下した場合、圧縮機電圧を昇圧することで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。
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、平滑コンデンサと圧縮機電圧調整器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、6は漏れ電流検出器5の出力と第1の閾値との差を比較する第1の比較器、7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、8は第1の比較器6の出力に応じて圧縮機電圧を可変する圧縮機電圧調整器、9は圧縮機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。この直流電圧を第1の比較器6の出力に応じて圧縮機電圧調整器8で圧縮機電圧に降圧する。この調整された圧縮機電圧をインバータ9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5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6の出力が反転する。第1の比較器6の出力が反転すると、圧縮機電圧調整器8は直流電圧を降圧させる動作を行う。圧縮機電圧が低下すると、電圧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6の出力が、まだ第1の閾値よりも大きいと、一層の降圧を図り、逆に第1の閾値よりも小さいと、その圧縮機電圧で固定する。
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、圧縮機電圧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2において、1は三相巻線を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、
6は漏れ電流検出器5の出力と第1の閾値との差を比較する第1の比較器、7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、8は第1の比較器6の出力に応じて圧縮機電圧を可変する圧縮機電圧調整器、9は圧縮機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、10は漏れ電流検出器5の出力と第2の閾値との差を比較する第2の比較器である。
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。この直流電圧を第1の比較器6の出力及び第2の比較器の出力に応じて圧縮機電圧調整器8で圧縮機電圧に降圧もしくは昇圧する。この調整された圧縮機電圧をインバータ9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5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6の出力が反転する。第1の比較器6の出力が反転すると、圧縮機電圧調整器8は直流電圧を降圧させる動作を行う。圧縮機電圧が低下すると、電圧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6の出力が、まだ第1の閾値よりも大きいと、一層の降圧を図り、逆に第1の閾値よりも小さいと、その圧縮機電圧で固定する。
また、漏れ電流検出器5の出力が第2の閾値よりも小さくなると、第2の比較器10の出力が反転する。第2の比較器の出力が反転すると、圧縮機電圧調整器8は圧縮機電圧を昇圧させる動作を行う。圧縮機電圧が上昇すると、電圧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5の出力が、まだ第2の閾値よりも小さいと、一層の昇圧を図り、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、その圧縮機電圧で固定する。
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、圧縮機電圧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共に、高周波漏れ電流が低下した場合には、再度圧縮機電圧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5を平滑コンデンサ7と圧縮機電圧調整器8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、圧縮機電圧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、圧縮機電圧を低下させ、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 漏れ電流検出器
6 第1の比較器
7 平滑コンデンサ
8 圧縮機電圧調整器
9 インバータ
10 第2の比較器
11 3相供給電源
12 電流センサ
13 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、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直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器と、前記圧縮機電圧調整器の出力である圧縮機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、前記圧縮機電圧を降圧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、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の比較器の出力と前記第2の比較器の出力に応じて前記直流電圧を可変する圧縮機電圧調整器と、前記圧縮機電圧調整器の出力である圧縮機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、前記圧縮機電圧を降圧させ、逆に前記漏れ電流が前記第2の閾値よりも小さければ、前記圧縮機電圧を昇圧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、平滑コンデンサと圧縮機電圧調整器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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