JP2011112334A - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、昇圧コンバータを備えた複数の空気調和機によって構成される空気調和システムに関するものである。 The present invention relates to an air conditioning system including a plurality of air conditioners including a boost converter.
一般に、家庭用に比べて規模の大きい業務用の空気調和機では三相交流電源を用いている。そして三相交流電源に対応した機器においては、三相全波整流方式のコンバータとして三相交流電圧を整流する三相整流回路と、リアクタとコンデンサとからなり三相整流回路の出力電圧をフィルタリングするフィルタ回路と、フィルタ回路の出力電圧を交流電圧に変換しモータを駆動するインバータ回路と、を備えたものが使用されている。 Generally, a three-phase AC power source is used in a commercial air conditioner that is larger than a home-use air conditioner. In a device compatible with a three-phase AC power supply, the output voltage of the three-phase rectifier circuit is filtered by a three-phase rectifier circuit that rectifies the three-phase AC voltage as a three-phase full-wave rectifier converter, and a reactor and a capacitor. A filter circuit and an inverter circuit that converts an output voltage of the filter circuit into an AC voltage and drives a motor are used.
このような三相全波整流方式のコンバータについて、単一の三相整流回路と単一の昇圧チョッパ回路を用いて電源の力率を高めることができる電力変換装置を提供することを目的として、昇圧チョッパ回路を、整流回路の出力電荷を蓄積するリアクトルと、このリアクトルに蓄積された電荷の充放電をパルス信号のパルス幅に応じて制御するスイッチング素子とを備えるように構成した電力変換装置が知られている(例えば特許文献1)。 For such a three-phase full-wave rectifier converter, for the purpose of providing a power converter that can increase the power factor of the power source using a single three-phase rectifier circuit and a single boost chopper circuit, A power converter configured to include a reactor for accumulating an output charge of a rectifier circuit and a switching element for controlling charging / discharging of the charge accumulated in the reactor according to a pulse width of a pulse signal. Known (for example, Patent Document 1).
また、遠心機用モータの制御装置において、モータの起動・停止特性を滑らかにした制御装置を提供することを目的として、モータが起動・停止する際の低速回転領域では、昇圧コンバータの動作を停止し、パルス幅変調及び交流位相制御素子による平滑用コンデンサの充電電圧の調整により、モータに印加される電圧を抑制し、モータが高速回転領域にあるときは、交流位相制御素子を導通状態にすると共に昇圧コンバータを動作し、パルス幅変調によりモータに印加される電圧を抑制するようにしたものが知られている(例えば特許文献2)。 In addition, in order to provide a control device that smoothes the start / stop characteristics of the motor for the centrifuge motor control device, the operation of the boost converter is stopped in the low-speed rotation region when the motor is started / stopped. Then, the voltage applied to the motor is suppressed by adjusting the charging voltage of the smoothing capacitor by the pulse width modulation and the AC phase control element, and when the motor is in the high speed rotation region, the AC phase control element is made conductive. At the same time, a booster converter is operated to suppress the voltage applied to the motor by pulse width modulation (for example, Patent Document 2).
また、モータのトルク不足による回転停止や過励磁による巻線の焼損を防止することができるようにした空気調和機の制御装置を提供することを目的として、スイッチング素子の制御停止中と制御中とで異なるV/fパターンを用いて前記インバータ手段を制御する手段とを備えたものが知られている(例えば特許文献3)。 In addition, for the purpose of providing a control device for an air conditioner that can prevent rotation stop due to motor torque shortage and burnout of winding due to overexcitation, And a means for controlling the inverter means using different V / f patterns (for example, Patent Document 3).
また、低入力交流電流域でも入力交流電流波形をほぼ正弦波とすることができ、高調波電流を低減することができるようにした空気調和機の制御装置を提供することを目的として、入力交流電流が小さいときには抵抗手段の抵抗値を入力交流電流が大きいときに比べて大きくするようにしたことを特徴としたものが知られている(例えば特許文献4)。 Further, the input AC current waveform can be made substantially sinusoidal even in a low input AC current region, and the input AC current can be provided with a control device for the air conditioner that can reduce the harmonic current. It is known that the resistance value of the resistance means is larger when the input AC current is smaller than when the input AC current is large (for example, Patent Document 4).
上記従来の三相全波整流方式コンバータにおける電源電流はパルス状となり、このとき、電源電流の高調波成分が大きく現れるため、直流リアクタによる高調波電流の抑制を行う必要がある。このとき直流リアクタのインダクタンス値を増加するため、直流リアクタの大型化・損失増加・高コスト化を伴うという問題がある。 The power supply current in the conventional three-phase full-wave rectification type converter is in a pulse shape, and at this time, a harmonic component of the power supply current appears greatly. Therefore, it is necessary to suppress the harmonic current by the DC reactor. At this time, since the inductance value of the DC reactor is increased, there is a problem that the DC reactor is increased in size, increased in loss, and increased in cost.
特に、原子力安全・保安院によって平成16年1月に制定された「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」(以降「特定需要家ガイドライン」と略記する)によれば、需要家の契約電力当たりの各次数の高調波量(高調波流出電流)の発生量に制限が設けられており、それを超えないよう高調波抑制対策を行うことが求められている。その中でも特に5次高調波電流の抑制が求められている。 In particular, according to NISA NISA's “Guidelines for Harmonic Suppression for Consumers Receiving Power at High Voltage or Extra High Voltage” established in January 2004 (hereinafter abbreviated as “Specific Consumer Guidelines”), There is a limit on the amount of harmonics (harmonic outflow current) of each order per customer's contract power, and it is required to take measures to suppress harmonics so as not to exceed it. In particular, suppression of the fifth harmonic current is demanded.
また需要家への空気調和システム導入時、導入する需要家における高調波電流が、特定需要家ガイドラインによって定まる制限を超える場合には、例えばアクティブフィルタなどの高調波抑制対策機器を後付けして対応する必要がある。 In addition, when introducing an air conditioning system to a consumer, if the harmonic current of the consumer to be introduced exceeds the limit determined by the specific consumer guideline, for example, a countermeasure for suppressing harmonics such as an active filter can be retrofitted. There is a need.
こういった高調波抑制対策が求められている中で、特許文献1のように、全運転範囲で昇圧チョッパ回路を動作させた場合、高調波を抑制することはできるが、負荷として駆動するモータの運転範囲により、モータの起動・停止特性の悪化、またはモータのトルク不足・過励磁、または電流検出の精度悪化等が発生して、回路の損失が増大するという問題がある。
While such harmonic suppression measures are required, when a boost chopper circuit is operated in the entire operation range as in
さらに、特許文献1の課題を解決するためになされた特許文献2〜4に示す技術のように、モータの運転範囲のうち、低速域・高速域で昇圧チョッパ回路の動作・停止を切り替えて、母線電圧を最適化する技術が提案されているが、低速域において昇圧チョッパ回路を停止させた場合、高調波電流を低減できないという問題がある。
Furthermore, like the techniques shown in Patent Documents 2 to 4 made to solve the problem of
従って、高調波抑制の観点では、昇圧チョッパ回路は低速域から動作させることが望ましい一方で、モータ特性等の観点では、昇圧チョッパ回路は高速域のみ動作させることが望ましいが、このように、高調波抑制の観点と回路損失抑制の観点とで、昇圧チョッパ回路の最適な動作領域が異なるため、高調波抑制対策と回路損失の改善が効果的に行えないという課題があった。 Therefore, while it is desirable to operate the boost chopper circuit from a low speed range from the viewpoint of suppressing harmonics, it is desirable to operate the boost chopper circuit only from the high speed range from the viewpoint of motor characteristics and the like. Since the optimum operating region of the step-up chopper circuit differs between the viewpoint of wave suppression and the viewpoint of circuit loss suppression, there is a problem that harmonic suppression measures and circuit loss improvement cannot be effectively performed.
本発明に係る空気調和システムは、上記のような課題を解決するためになされたものであり、三相交流電源に接続された複数の空気調和機から構成される空気調和システムであって、各空気調和機には、三相交流電源を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ部と、昇圧コンバータ部の出力を受けてモータを駆動するインバータ部と、空気調和機の負荷状況を検出する負荷状況検出手段と、複数の運転モードが設定可能であって、運転モードと負荷状況とに基づいて、昇圧コンバータ部の動作を制御する運転モード決定部と、が備えられ、それぞれの運転モード決定部において、空気調和システムから発生する高調波量が所定値以下となる条件下で空気調和システム全体の回路損失が最小となるように、運転モードが設定されるものである。 An air conditioning system according to the present invention is made to solve the above-described problems, and is an air conditioning system including a plurality of air conditioners connected to a three-phase AC power source. The air conditioner includes a rectifier circuit that rectifies a three-phase AC power source, a boost converter unit that boosts the output voltage of the rectifier circuit, an inverter unit that receives the output of the boost converter unit, and drives a motor, and an air conditioner A load condition detection means for detecting a load condition, and an operation mode determination unit that can set a plurality of operation modes and controls the operation of the boost converter unit based on the operation mode and the load condition; In each operation mode determination unit, the operation mode is determined so that the circuit loss of the entire air conditioning system is minimized under the condition that the amount of harmonics generated from the air conditioning system is a predetermined value or less. One in which but is set.
本発明によれば、昇圧コンバータを備えた複数の空気調和機によって構成される空気調和システムにおいて、空気調和システム全体の高調波抑制対策と回路損失の改善とを効果的に行うことができる空気調和システムを得ることができる。 According to the present invention, in an air conditioning system including a plurality of air conditioners including a boost converter, air conditioning that can effectively perform harmonic suppression measures and circuit loss improvement of the entire air conditioning system. You can get a system.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る空気調和システムの構成図である。図1において空気調和システムは、複数の空気調和機101からなり、空気調和機101のそれぞれには、運転モード決定部16が設けられている。この運転モード決定部16において、例えばビル等へ該空気調和システムを設置する施工者等が設定を行うことによって、後述する運転モードの決定が行われる。また、これら空気調和機101は、三相交流電源1に接続されており、この三相交流電源1によって三相交流電圧が供給されている。
1 is a configuration diagram of an air-conditioning system according to
図2は、実施の形態1に係る空気調和機101の回路構成図である。図2において、三相交流電源1は、三相整流器2に接続されている。三相整流器2は6個の整流ダイオード2a〜2fをブリッジ接続した構成となっている。三相整流器2の出力側は、昇圧コンバータ部3に接続されている。また、三相整流器2と昇圧コンバータ部3との間の母線には、母線電流検出部8が設けられている。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the
昇圧コンバータ部3は、昇圧リアクタ4と、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなスイッチング素子5と、例えばファストリカバリダイオードのような逆流防止素子6と、により構成されている。昇圧コンバータ部3の出力側は平滑コンデンサ7に接続されている。また、平滑コンデンサ7と並列に出力電圧検出部9が設けられている。
The
スイッチング素子5は、スイッチング制御手段10により制御される。スイッチング制御手段10は、母線電流検出部8での検出値と、出力電圧検出部9での検出値と、後述する運転モード決定部16から出力されるコンバータ動作・停止信号と、に基づいてスイッチング素子5を動作させる駆動信号を生成する。
The switching element 5 is controlled by the switching control means 10. The switching control means 10 performs switching based on a detection value in the bus current detection unit 8, a detection value in the output
また、平滑コンデンサ7の出力側には、インバータ回路12が接続されている。インバータ回路12は、例えばIGBTのようなスイッチング素子12a〜12fで構成されている。インバータ回路12の出力側はモータ15に接続されている。また、モータ15に流れる電流はモータ電流検出手段13により検出される。
An
インバータ回路12は、インバータ駆動手段14によって駆動される。インバータ駆動手段14は、モータ電流検出手段13の検出値と、出力電圧検出部9の検出値とに基づいて、インバータ回路12を動作させる駆動信号を生成し、インバータ回路12を駆動する。また、インバータ駆動手段14は、後述する運転モード決定部に、負荷状況信号を出力する。
The
図3は、実施の形態1に係る空気調和機のスイッチング制御手段10の構成図である。図3において、母線電流指令値演算部21は、出力電圧検出部9で検出された母線電圧検出値と、別途任意に指定する母線電圧指令値とから、母線電流指令値を演算して出力する。
FIG. 3 is a configuration diagram of the switching control means 10 of the air conditioner according to the first embodiment. In FIG. 3, the bus current command
オンデューティ演算部22は、母線電流指令値と、母線電流検出部8での母線電流検出値とからスイッチング素子5のオンデューティを演算する。駆動パルス生成部23は、オンデューティ演算部22にて演算したオンデューティと、後述するコンバータ動作・停止信号とに基づいてスイッチング素子5を動作させる駆動パルスを生成する。
The on-
図4は、実施の形態1に係る空気調和機の運転モード決定部16の構成図である。図4において、運転モード設定部31では、例えば上述のように特定需要家ガイドラインにおける計算書等に適合するように、空気調和機の運転モードが設定される。運転モードについては、後述する動作の中で説明する。コンバータ動作・停止判断部32は、運転モード設定部31からの負荷状況指令と、インバータ駆動手段14から出力される例えば運転周波数のような、空気調和機101単体の負荷状況を把握するための負荷状況信号とから、コンバータの動作又は停止を判断してコンバータ動作・停止信号を出力する。
FIG. 4 is a configuration diagram of the operation
なお、空気調和機101単体の負荷状況信号として、上記ではインバータ駆動手段14から出力される運転周波数をあげたが、これに限られるものではなく、例えば母線電流検出部8で検出した母線電流値、またモータ電流検出手段13で検出したモータ電流値等の信号を用いても同様の効果が得られる。
In addition, although the operating frequency output from the inverter drive means 14 was mentioned above as a load condition signal of the
次に、動作について説明する。
図2において、三相交流電源1の交流電圧は三相整流器2で整流されて直流電圧になる。スイッチング制御手段10により昇圧コンバータ部3のスイッチング素子5のオンオフが制御され、そのチョッピングにより、三相整流器2からの母線電圧は昇圧される。
Next, the operation will be described.
In FIG. 2, the AC voltage of the three-phase
ここで、昇圧コンバータ部3において、スイッチング素子5がオンした場合には、逆流防止素子6は導通が阻止され、昇圧リアクタ4には三相整流器2によって整流された電圧が印加される。一方、スイッチング素子5がオフした場合には、逆流防止素子6は導通し、昇圧リアクタ4には、スイッチング素子5オン時と逆向きの電圧が誘導される。このとき、エネルギーの観点からは、スイッチング素子5のオン時に昇圧リアクタ4に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子5のオフ時に負荷であるインバータ回路12へ移送されると見ることができる。したがって、スイッチング素子5のオンデューティを制御することで、母線電圧を制御することができる。
Here, in the
オンデューティの制御は、スイッチング制御手段10におけるオンデューティ演算部22にて行うが、スイッチング制御手段10における処理は、例えば以下のように行う。
The on-duty control is performed by the on-
図3において、母線電流指令値演算部21では、母線電圧指令値と出力電圧検出部9の検出値との偏差をゼロとするべく、母線電流指令値を決定する。オンデューティ演算部22では、母線電流指令値演算部21で演算した母線電流指令値と母線電流検出部8の検出値との偏差をゼロとするべく、オンデューティを決定する。このオンデューティの値と後述するコンバータ動作・停止信号とに基づき、駆動パルス生成部23にてスイッチング素子5を動作させる駆動パルスを生成する。この駆動パルスに基づき、スイッチング素子5の開閉を制御することで母線電圧を制御する。
In FIG. 3, the bus current command
コンバータ動作・停止信号を出力する運転モード決定部16について説明する。図4において、運転モード決定部16内の運転モード設定部31では、予め、空気調和機101ごとに運転モードを設定しておく。運転モードとしては、例えば、高調波低減優先モードと損失低減優先モードの2つのうちいずれかを設定可能なようにしておく。
The operation
高調波低減優先モードとは、空気調和機101が低負荷である範囲から昇圧コンバータ部3を動作させるモードで、損失は増加するものの、全範囲で効果的に高調波低減を実現できるモードである。また、損失低減優先モードとは、空気調和機101が高負荷である範囲でのみ昇圧コンバータ部3を動作させるモードで、高調波は低減できないものの、全範囲で効果的に損失を低減することができるモードである。
The harmonic reduction priority mode is a mode in which the
運転モード設定部31は、上記いずれかのモードに基づいて、予め設定された負荷状況指令を出力する。負荷状況指令とは、コンバータ動作・停止判断部32において、負荷状況信号との比較をする際の基準となる閾値であり、高調波低減優先モードでは、空気調和機101が低負荷の範囲から昇圧コンバータ部3を動作させるため、この閾値は低く設定され、他方、損失低減優先モードでは、空気調和機101が高負荷の範囲でのみ昇圧コンバータ部3を動作させるため、この閾値は高周波低減優先モードの閾値よりも高く設定される。
The operation
なお、上記では、空気調和機101の運転モードとして、高調波低減優先モード、損失低減優先モードの2つを用いて説明したが、高調波低減、損失低減の効果として、高調波低減優先モード及び損失低減優先モードの中間程度の効果が得られるよう、昇圧コンバータ部3の動作範囲を変えた運転モードを少なくとも1つ以上追加してもよい。また、直接負荷状況指令の数値、すなわち負荷状況信号との比較の基準となる閾値を設定できるようにしても良い。
In the above description, the operation mode of the
そして、コンバータ動作・停止判断部32は、負荷状況指令と負荷状況信号との比較を行い、コンバータ動作・停止信号を出力する。例えば、負荷状況信号がモータの運転周波数である場合には、負荷状況指令よりもモータの運転周波数が高い場合には、コンバータを動作させるべくコンバータ動作・停止信号を出力し、そうでなければ、コンバータを停止させるべくコンバータ動作・停止信号を出力する。
Then, converter operation /
ここで、昇圧コンバータ部3を動作させた場合には、インバータ回路12に印加される電圧が高くなる、すなわちインバータ回路12の出力電圧を高くすることができる。それに伴いモータ15の線間電圧を高くできるため、モータ15の相電流が低減する。またインバータ回路12においては、インバータ回路12を構成するスイッチング素子12a〜12fに流れる電流が低減する。
Here, when the
このため、昇圧コンバータ部3で昇圧を行わない場合に比べると、昇圧コンバータ部3における損失分だけ損失が増加するものの、昇圧によりインバータ損失が低減するため、回路全体としての損失は低減される。
For this reason, although the loss increases by the loss in the
また、モータ15を駆動する際、インバータ回路12によりモータ15に電圧を印加するが、その印加電圧は、母線電圧により上限が決まる一方で、モータ15の駆動に必要な印加電圧は運転周波数に比例して大きくなるため、モータ15の運転範囲も母線電圧によって上限が決まることになる。またモータ巻線の巻数を増加させた場合、誘起電圧φは[数1]に示すように、巻数Nに比例して高くなるため、モータ巻線の巻数Nも母線電圧によって上限が決まる。
Further, when the
昇圧コンバータ部3で母線電圧を昇圧する場合には、この上限を高くすることができ、例えばモータ15の運転範囲拡大により空気調和機としての性能改善を図ったり、また、所望の運転範囲を確保する範囲内でモータ巻線の巻数Nを増加したりすることができる。
When boosting the bus voltage with the
なお、一般にモータ巻線の巻数Nを増加させた場合には、巻線抵抗Rは[数2]に示すように巻数Nの二乗に比例し、モータ電流Iは[数3]に示すように巻数Nに反比例する関係がある。このとき、巻線抵抗によるモータ銅損Loss_motorcpは、[数4]に示すように巻数Nに依存しない。 In general, when the number of turns N of the motor winding is increased, the winding resistance R is proportional to the square of the number of turns N as shown in [Equation 2], and the motor current I as shown in [Equation 3]. There is a relationship inversely proportional to the number of turns N. At this time, the motor copper loss Loss_motorcp due to the winding resistance does not depend on the number of turns N as shown in [Formula 4].
前述したように、モータ15の線間電圧を高くしてモータ15の相電流が低減できれば、インバータ回路12における導通損失を低減できるため、モータ巻線の巻数Nを増加させることで、モータ15における損失を増加させることなく、インバータ回路12における導通損失低減が可能となる。
As described above, if the line voltage of the
したがって、昇圧コンバータ部3によって母線電圧を昇圧させれば、モータ15の巻線の巻数Nを増加させることが可能となる。つまり、モータ15の巻線の巻数を、昇圧コンバータ部3の最大出力電圧、すなわちインバータ回路12の入力電圧にしたがって設計することで、インバータ回路12におけるさらなる導通損失低減を図ることが可能となる。
Therefore, if the bus voltage is boosted by the
上記のような昇圧による損失低減効果は、昇圧コンバータ部3による昇圧を行わない場合においてモータ15への印加電圧が制限される範囲でのみ得られる。このため、これ以下の低負荷の範囲では、スイッチング制御手段10にてスイッチング素子5をオフとし、昇圧コンバータ部3の動作を停止させれば、昇圧コンバータ部3における損失を抑制することができる。なお、モータ巻線の巻数増加による効果は、モータ15への印加電圧が制限される範囲以外で昇圧コンバータ部3を停止しても、得ることができる。
The loss reduction effect by boosting as described above can be obtained only in a range where the voltage applied to the
次に動作波形について図5を用いて説明する。図5は昇圧コンバータ部3の1周期分の電源電流波形図であり、(A)は昇圧コンバータ部3停止時、(B)は昇圧コンバータ部3動作時の図である。図5は、横軸に時間、縦軸に電流値をとっている。
Next, operation waveforms will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a power supply current waveform diagram for one cycle of the
三相交流電源1の交流電圧を三相整流器2で整流した後には、電源の各相は相電圧が最大または最小付近の120deg付近で導通し、導通時は母線電流と同一の電流が流れる。
After the AC voltage of the three-phase
昇圧コンバータ部3による昇圧を行わない場合には、電源電流波形は図5(A)のようになる。電流のリプルは昇圧リアクタ4のインダクタンス値に依存するため、負荷が小さいほど、実効電流に対する電流リプルの割合は大きく、負荷が大きいほど小さくなる。
When boosting by the boosting
これに対し、昇圧コンバータ部3による昇圧を行う場合、電源電流を120deg矩形波状にするべく、スイッチング素子5のオンオフを制御するため、電源電流波形は図5(B)のようになる。スイッチング素子5のオン時の電流立ち上がり、及びオフ時の電流立ち下がりは、図に示すようには直線的に変化する。この電流の変化率は昇圧リアクタ4に印加される電圧とインダクタンス値Lとによって[数5]のように決まる。
On the other hand, when boosting by the
なお、[数5]における各記号の意味は以下のとおりである。
Ilon:スイッチング素子5のオン時に昇圧リアクタ4に流れる電流
Vlon:スイッチング素子5のオン時に昇圧リアクタ4に印加される電圧
Iloff:スイッチング素子5のオフ時に昇圧リアクタ4に流れる電流
Vloff:スイッチング素子5のオフ時に昇圧リアクタ4に印加される電圧
In addition, the meaning of each symbol in [Formula 5] is as follows.
Ilon: current that flows in the boost reactor 4 when the switching element 5 is on Vlon: voltage that is applied to the boost reactor 4 when the switching element 5 is on Iloff: current that flows through the boost reactor 4 when the switching element 5 is off Vloff: Voltage applied to boost reactor 4 when off
昇圧コンバータ部3による昇圧時の電流リプル率は、オン時間またはオフ時間によって決まるため、スイッチング周波数を高くすることで電流リプル率を小さくできる。またインダクタンス値の低減を図ることも可能となる。
Since the current ripple rate at the time of boosting by the boosting
電源電流の高調波成分は、120degの通電区間における電流リプルを小さくし、電流を一定にすることで低減する。昇圧コンバータ部3による昇圧を行わない場合においては、リアクタのインダクタンス値を増加する必要があるため、大型化・損失増加を伴う。一方、昇圧コンバータ部3による昇圧時おいては、スイッチング素子5の制御によって、120degの通電区間における電流リプルを低減できるため、インダクタンス値の増加を伴わずに、電源電流の高調波成分を低減することができる。昇圧コンバータ部3による昇圧時においては、スイッチング素子5のオンデューティを制御することで電源電流を矩形波状に制御している。
The harmonic component of the power supply current is reduced by reducing the current ripple in the 120 deg energization section and keeping the current constant. When boosting by the boosting
上述したように、個々の空気調和機101については、昇圧コンバータ部3は低負荷の範囲において、損失低減のために停止させることが望ましいが、インダクタンス値を小とすると、昇圧コンバータ部3の停止時に高調波成分が大きく、昇圧コンバータ部3を持たない従来の回路構成に比べ、高調波成分を低減できない。このため、空気調和機のシステム全体として高調波成分の低減を図るべく、運転モード設定部31において運転モードを設定する。
As described above, for each
例えば特定需要家ガイドラインにおける計算書上で、空気調和システム全体での高調波量が制限を超える場合には、高調波低減優先モードに設定した空気調和機101を多く設置し、特定需要家ガイドラインでの制限をクリアするべく、空気調和システムを構成する。これにより、空気調和機101に高調波低減の効果が付加できるため、高調波抑制対策機器の設置台数を削減することが可能となる。またその他の空気調和機は損失低減優先モードとすることで、高調波低減優先モードでの損失増加を抑制することが可能となる。
For example, if the amount of harmonics in the entire air conditioning system exceeds the limit on the calculation document in the specific consumer guidelines,
また、例えば空気調和システム全体での効率改善を優先したい場合には、損失低減優先モードに設定した空気調和機101のみで空気調和システムを構成し、特定需要家ガイドラインでの制限に対しては高調波抑制対策機器により対応することとしてもよい。
For example, when priority is given to improving the efficiency of the entire air conditioning system, the air conditioning system is configured only by the
なお、高調波低減優先モード及び損失低減優先モードの他に中間の運転モードを設けたり、負荷状況信号との比較の基準となる閾値を任意に設定できるようにしたりすれば、例えば、ビル等の設備における高調波量が、高調波規制の制限に対しては余裕があるものの、機器1台を損失低減優先モードとすると制限を超えてしまうといった場合、中間の運転モードや任意の閾値を使用することにより、高調波規制による制限の中で損失低減の効果を最大限得ることが可能となる。 If an intermediate operation mode is provided in addition to the harmonic reduction priority mode and loss reduction priority mode, or a threshold value used as a reference for comparison with the load status signal can be arbitrarily set, for example, a building or the like If the amount of harmonics in the facility has a margin for the restriction of harmonic regulation but the limit is exceeded when one device is set to the loss reduction priority mode, an intermediate operation mode or an arbitrary threshold is used. As a result, it is possible to obtain the maximum loss reduction effect within the restrictions imposed by the harmonic regulation.
実施の形態1によれば、昇圧コンバータを備えた複数の空気調和機によって構成される空気調和システムにおいて、個々の空気調和機101に高調波低減優先モードと損失低減優先モードとを設定することにより、空気調和システム全体の高調波抑制対策と回路損失の改善とを効果的に行う空気調和システムを得ることができるという効果がある。
According to the first embodiment, in an air conditioning system including a plurality of air conditioners including a boost converter, by setting a harmonic reduction priority mode and a loss reduction priority mode for each
また、運転モードの数を増やしたり、或いは、直接負荷状況指令の数値設定できるようにしたりすることにより、個々の空気調和機101の設定を細かく調整することができ、空気調和システム全体としての損失低減の効果を最大限得ることが可能となるという効果がある。
In addition, by increasing the number of operation modes or making it possible to directly set the numerical value of the load status command, the settings of the
実施の形態2.
実施の形態1では、空気調和システムの導入時に、例えば特定需要家ガイドラインにおける計算書上で空気調和システム全体での高調波量を算出し、制限を超える場合に各空気調和機101の運転モードを設定して、高調波抑制対策を行うこととなる。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, when the air conditioning system is introduced, for example, the amount of harmonics in the entire air conditioning system is calculated on a calculation document in a specific consumer guideline, and when the limit is exceeded, the operation mode of each
しかし、このような計算書上で算出される高調波量は、空気調和機の運転範囲における最大値を計算するものである。また、実際の運転状況においては、空気調和システムにおいて全ての空気調和機が運転している状況だけでなく、季節や時間帯によっては停止状態の空気調和機が存在する状況も考えられる。したがって、実際の運転状況における高調波量は、計算書上の高調波量に比べ小さい場合がある。 However, the amount of harmonics calculated on such a calculation sheet calculates the maximum value in the operating range of the air conditioner. Moreover, in an actual operation situation, not only a situation where all the air conditioners are operating in the air conditioning system, but also a situation where there is a stopped air conditioner depending on the season and time zone. Therefore, the amount of harmonics in the actual driving situation may be smaller than the amount of harmonics in the calculation document.
そこで、実施の形態2では、各空気調和機101の実際の運転停止状況に基づいて、運転モードを設定する。
Therefore, in the second embodiment, the operation mode is set based on the actual operation stop state of each
図6は、実施の形態2に係る空気調和システムの構成図である。図6において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付しているので、図1との差異について説明する。空気調和機101には、運転モード決定部16に加えて運転停止状況検出手段17が備えられている。運転停止状況検出手段17は、空気調和機101の運転停止状況を検出する。なお、運転停止状況検出手段17は運転停止状況として、例えば、運転中の空気調和機の機種や、運転中の空気調和機の計算書上発生する高調波量などの情報を検出する。前者の場合には、機種と高調波量の関係を運転監視制御部102にて予め設定しておけばよい。
FIG. 6 is a configuration diagram of an air-conditioning system according to Embodiment 2. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and differences from FIG. 1 will be described. In addition to the operation
また、運転監視制御部102は、複数の空気調和機101に接続されており、運転停止状況検出手段17によって検出された空気調和機101の個別の運転停止状況を監視するとともに、それぞれの空気調和機101の運転モード決定部16に対して運転モードの設定を行う。従って、図4で示した運転モード決定部16の構成図において、運転モード設定部31に対する設定は、本実施の形態では、運転監視制御部102が実際の運転停止状況に基づいて行うことになる。
Further, the operation
図7は、実施の形態2に係る空気調和機の回路構成図である。図7において、図2と同じ構成要素には同じ符号を付しているので、図2との差異について説明する。運転停止状況検出手段17は、空気調和機101の運転停止状況を検出し、運転監視制御部102に伝送する。また、運転モード決定部16は、運転監視制御部102からの制御信号に基づき、運転モードの設定を行う。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of an air conditioner according to Embodiment 2. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and differences from FIG. 2 will be described. The operation stop state detection means 17 detects the operation stop state of the
また、同一の三相交流電源1に、空気調和機101以外の他の機器が接続されている場合には、該他の機器にも運転停止状況検出手段を設け、運転監視制御部102に伝送する構成としてもよい。
In addition, when other devices other than the
次に、動作について説明する。図8は、実施の形態2に係る空気調和システムの運転監視制御部102のフローチャート図である。
Next, the operation will be described. FIG. 8 is a flowchart of the operation
図8において、STEP1は、運転停止状況検出手段17より空気調和機101のそれぞれの運転停止状況を検出するステップである。STEP2は、STEP1にて検出した運転停止状況に基づき、運転中の空気調和機の高調波量の総計を算出するステップである。STEP3は、高調波量の総計と、高調波規制での制限値との差を算出するステップである。
In FIG. 8,
なお、同一の三相交流電源1に、空気調和機101以外の他の機器が接続されている場合には、STEP1乃至STEP2において該他の機器からの運転停止状況も合わせて検出すればよい。
In addition, when other apparatuses other than the
STEP4は、SETP3で算出した差分を基に、高調波規制をクリアしているか否かを判断するステップである。高調波規制をクリアしていると判断すると、STEP5にて、高調波規制をクリアする範囲内で、高調波量が最大となるべく、言い換えれば高調波低減優先モードの台数がもっとも少なく、損失低減優先モードの台数がもっとも多くするべく、空気調和機101の運転モードを決定する。
STEP4 is a step of determining whether or not the harmonic regulation is cleared based on the difference calculated in SETP3. If it is judged that the harmonic regulation is cleared, the number of harmonic reduction priority modes is the smallest and the loss reduction priority is given in STEP5 to maximize the amount of harmonics within the range where the harmonic regulation is cleared. In order to maximize the number of modes, the operation mode of the
また、STEP4にて高調波規制をクリアしていないと判断すると、STEP6にて、高調波規制をクリアするような空気調和機101の運転モードを決定する。なお、STEP6においても、高調波低減優先モードの台数がもっとも少なく、損失低減優先モードの台数がもっとも多くするべく、運転モードを決定することで、空気調和システムの損失を最小限に抑制することができる。
If it is determined in STEP 4 that the harmonic regulation is not cleared, the operation mode of the
STEP7は、STEP5又はSTEP6にて決定した空気調和機101の運転モードを、運転モード決定部16に運転モード指令として出力するステップである。
STEP 7 is a step of outputting the operation mode of the
実施の形態2によれば、空気調和システムにおける空気調和機の運転停止状況を検出し、検出した運転停止状況に基づいて運転モードを決定するため、実際の運転停止状況に基づいて損失低減を行うことができるという効果がある。 According to the second embodiment, since the operation stop state of the air conditioner in the air conditioning system is detected and the operation mode is determined based on the detected operation stop state, loss reduction is performed based on the actual operation stop state. There is an effect that can be.
また、運転状態となっている空気調和機の高調波量を、例えば特定需要家ガイドラインによる制限以下となることを条件とすることにより、損失低減優先モードの機器の台数を最大にすることができ、より効果的に損失低減することができるという効果がある。 In addition, the number of devices in loss reduction priority mode can be maximized on condition that the amount of harmonics of the air conditioner that is in operation is less than or equal to the limit specified by the specific consumer guidelines, for example. There is an effect that loss can be reduced more effectively.
また、同一の三相交流電源1に接続されている他の機器にも運転停止状況検出手段を設け、運転監視制御部102が該他の機器の運転停止状況も踏まえた上でシステム全体の高調波量を算出する構成とすれば、他の機器も含めて高調波対策を行うことができるという効果がある。
In addition, other devices connected to the same three-phase
実施の形態3.
実施の形態2では、各機器の運転停止状況を検出して各空気調和機101の運転モードを設定したが、必ずしも実際の高調波量とは一致しないときもある。そこで、本実施の形態では、各機器に高調波量検出部103を設置する。
In the second embodiment, the operation stop state of each device is detected and the operation mode of each
図9は、実施の形態3に係る空気調和システムの構成図である。三相交流電源1からの電源線が各空気調和機101に分岐した後に、空気調和機101ごとに高調波量検出部103を接続した構成としている。この高調波量検出部103により、運転中の空気調和機の高調波量を実際に検出し、運転監視制御部102にて実施の形態2と同様に空気調和機101のコンバータの運転モードを決定する。
FIG. 9 is a configuration diagram of an air-conditioning system according to
また、三相交流電源1に空気調和機101以外の他の機器が接続されている場合には、該他の機器にも高調波量検出部103を接続する構成としても良い。
In addition, when a device other than the
本実施の形態によれば、各空気調和機101の実際の高調波量を検出してコンバータの運転モードを決定することができるので、損失低減優先モードによる効果をより効果的に得ることができる。
According to the present embodiment, the actual harmonic amount of each
また、空気調和機101以外の他の機器にも高調波量検出部103を接続して高調波量を検出することにより、三相交流電源1に接続されている全ての機器を対象に高調波対策を行うことができるという効果がある。
In addition, harmonics are detected for all devices connected to the three-phase
実施の形態4.
図10は、実施の形態4に係る空気調和システムの構成図である。高調波量検出部103は、三相交流電源1からの電源線が各空気調和機101に分岐する前に設けられている。この高調波量検出部103により、他の機器104を含む電源系統全体での高調波量を検出し、運転監視制御部102にて、空気調和システムを構成する空気調和機個々の運転モードを決定して運転する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a configuration diagram of an air-conditioning system according to Embodiment 4. The harmonic amount detection unit 103 is provided before the power line from the three-phase
これにより、同一の電源系統で動作する他の機器104の発生する高調波も含めて、実際の高調波量に基づいて高調波対策を行うことができるという効果があるとともに、高調波量検出部103の数を削減できるという効果がある。 This has the effect of being able to take measures against harmonics based on the actual amount of harmonics, including the harmonics generated by other devices 104 operating on the same power supply system, and the harmonic amount detection unit. There is an effect that the number 103 can be reduced.
本発明は上記実施の形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 三相交流電源
2 三相整流器
2a〜2f 整流ダイオード
3 昇圧コンバータ部
4 昇圧リアクタ
5 スイッチング素子
6 逆流防止素子
7 平滑コンデンサ
8 母線電流検出部
9 出力電圧検出部
10 スイッチング制御手段
12 インバータ回路
12a〜12f スイッチング素子
13 モータ電流検出手段
14 インバータ駆動手段
15 モータ
16 運転モード決定部
17 運転停止状況検出手段
21 母線電流指令値演算部
22 オンデューティ演算部
23 駆動パルス生成部
31 運転モード設定部
32 コンバータ動作・停止判断部
101 空気調和機
102 運転監視制御部
103 高調波量検出部
104 同一の電源系統で動作する他の機器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記各空気調和機には、
前記三相交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ部と、
前記昇圧コンバータ部の出力を受けてモータを駆動するインバータ部と、
前記空気調和機の負荷状況を検出する負荷状況検出手段と、
複数の運転モードが設定可能であって、前記運転モードと前記負荷状況とに基づいて、前記昇圧コンバータ部の動作を制御する運転モード決定部と、
が備えられ、
それぞれの前記運転モード決定部において、前記空気調和システムから発生する高調波量が所定値以下となる条件下で前記空気調和システム全体の回路損失が最小となるように、前記運転モードが設定される空気調和システム。 An air conditioning system comprising a plurality of air conditioners connected to a three-phase AC power source,
In each air conditioner,
A rectifier circuit for rectifying the three-phase AC power supply;
A step-up converter unit for stepping up the output voltage of the rectifier circuit;
An inverter unit that receives the output of the boost converter unit and drives a motor;
Load status detection means for detecting the load status of the air conditioner;
A plurality of operation modes can be set, and an operation mode determination unit that controls the operation of the boost converter unit based on the operation mode and the load situation;
Is provided,
In each of the operation mode determination units, the operation mode is set so that the circuit loss of the entire air conditioning system is minimized under the condition that the amount of harmonics generated from the air conditioning system is a predetermined value or less. Air conditioning system.
前記運転監視制御部は、前記高調波量検出部の検出値に基づき、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する請求項4乃至6のいずれかに記載の空気調和システム。 A harmonic amount detection unit that detects the harmonic amount of each of the air conditioners,
The air conditioning system according to any one of claims 4 to 6, wherein the operation monitoring control unit sets an operation mode of each of the air conditioners based on a detection value of the harmonic amount detection unit.
前記運転監視制御部は、前記高調波量検出部の検出値に基づき、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する請求項4乃至7のいずれかに記載の空気調和システム。 The three-phase AC power source includes a harmonic amount detection unit that detects the total harmonic amount of the air conditioning system,
The air conditioning system according to any one of claims 4 to 7, wherein the operation monitoring control unit sets an operation mode of each of the air conditioners based on a detection value of the harmonic amount detection unit.
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