JP2014150603A - パッシブフィルタ、及び、空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三相交流電源に接続された負荷により三相の電流が不平衡となる場合であっても、高調波を抑制することが可能なパッシブフィルタ、及び、空気調和装置を提供する。
【解決手段】三相交流の電源系統２のＲ、Ｓ、Ｔの各相から電力供給を受けて駆動される三相交流負荷５１と、電源系統２のＮ相と他相に接続される負荷６１とを有する負荷回路５０の高調波を抑制するパッシブフィルタ３０は、負荷回路５０よりも電源系統２側において各相に接続され、コイル３７及びコンデンサ３８を直列接続して構成される共振回路３５と、電源系統２のＮ相と交流負荷の給電点との間に直列接続されたコイル３３と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、高調波電流を抑制するパッシブフィルタ、及び、このパッシブフィルタを備えた空気調和装置に関する。

従来、空気調和装置のモータを駆動するインバータ回路から発生する高調波電流を抑制する手法が、種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の構成は、三相交流電力により駆動される負荷回路に、共振回路を利用したパッシブフィルタを接続することで、負荷回路から発生する高調波電流を抑制する。

特開２０１１−５０２１１号公報

ところで、上述した負荷回路に加えて三相交流の電源系統にＮ相を介して別の負荷を接続した場合には、電流不平衡となるため、特許文献１記載のように共振回路を利用するパッシブフィルタだけでは高調波の抑制が不十分になるという懸念があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、三相交流電源に接続された負荷により電流が不平衡となる場合であっても、高調波を抑制することが可能なパッシブフィルタ、及び、空気調和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、三相交流の電源系統のＲ、Ｓ、Ｔの各相から電力供給を受けて駆動される三相交流負荷と、前記電源系統のＮ相と他相に接続される交流負荷とを有する負荷回路の高調波を抑制するパッシブフィルタであって、前記負荷回路よりも前記電源系統側において各相に接続され、第１のコイル及びコンデンサを直列接続して構成される共振回路と、前記電源系統のＮ相と前記交流負荷の給電点との間に直列接続された第２のコイルと、を備えたことを特徴とする。

上記のパッシブフィルタにおいて、前記電源系統と前記共振回路との間に配置され、前記電源系統のＲ、Ｓ、Ｔ各相のうちいずれか２以上の相を接離するスイッチ部を備えた構成としてもよい。
また、上記のパッシブフィルタにおいて、前記共振回路の相毎に設けられた前記コンデンサのいずれかに、放電抵抗を並列接続した構成としてもよい。

また、上記目的を達成するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と、前記圧縮機を駆動するモータ、及び、三相交流の電源系統のＲ、Ｓ、Ｔの各相から電力供給を受けて前記モータを駆動するインバータを備えた三相交流負荷と、熱源側熱交換器に送風するファンを駆動するファンモータ、及び、前記電源系統のＮ相と他相に接続され、前記ファンモータを駆動する回路とを有する負荷回路と、前記負荷回路よりも前記電源系統側に接続されたパッシブフィルタと、を備え、前記パッシブフィルタは、前記負荷回路よりも前記電源系統側において各相に接続され、第１のコイル及びコンデンサを直列接続して構成される共振回路と、前記電源系統のＮ相と前記交流負荷の給電点との間に直列接続された第２のコイルとを備えて構成されたこと、を特徴とする。

上記の空気調和装置において、前記電源系統と前記共振回路との間に配置され、前記電源系統のＲ、Ｓ、Ｔ各相のうちいずれか２以上の相を接離するスイッチ部を備えた構成としてもよい。
また、上記の空気調和装置において、前記共振回路の相毎に設けられた前記コンデンサのいずれかに、放電抵抗を並列接続した構成としてもよい。

本発明によれば、三相交流電源に、電流が不平衡となるような負荷を接続した場合であっても、高調波を抑制できる。

実施の形態に係る空気調和装置を構成する室外ユニットの斜視図である。 実施の形態に係るパッシブフィルタの回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態に係る空気調和装置の室外ユニット１の斜視図である。
図１に示すように、室外ユニット１は略箱形の室外機本体１０を有する。室外機本体１０の上部にはファン１２が収容され、ファン１２の下方には室外熱交換器１４（熱源側熱交換器）が配置されている。室外熱交換器１４は室外機本体１０の左右側面及び背面において露出しており、ファン１２は、室外熱交換器１４を通して吸気し、室外機本体１０の上部開口から排気する。
室外機本体１０の下部は、圧縮機、アキュムレータ、レシーバタンク及びこれらを接続する冷媒配管等、冷媒回路の各部を収容する機械室１６となっている。また、室外機本体１０の上部には、圧縮機のモータに電力を供給するインバータ等を備えた電源回路基板や、空気調和装置の運転を制御する制御基板等を収容する電装ボックス１８が収容されている。電装ボックス１８は室外機本体１０の前面において露出していて、電装ボックス１８内部の回路基板のメンテナンスを容易に行える構成となっている。

室外機本体１０の前面下部には、上下一対のブラケット２０、２２を介して、フィルタケース２４が取り付けられている。フィルタケース２４は、後述するパッシブフィルタ３０が実装されたフィルタ基板を収容する。
フィルタケース２４を室外機本体１０の前面に配置することにより、フィルタケース２４内のフィルタ基板を、電装ボックス１８内部の電源回路基板や制御基板、及び、機械室１６に配置されたモータ等と近い位置に設置できる。このため、フィルタケース２４内のフィルタ基板を電装ボックス１８内の回路基板や機械室１６内の圧縮機等と接続する作業を、簡単に行うことができる。例えば、設置済みの室外ユニット１に対し、パッシブフィルタ３０を容易に後付け設置できる。また、フィルタケース２４は室外機本体１０の前面に露出しているため。フィルタケース２４内のフィルタ基板に対するメンテナンスが容易である。

図２は、室外ユニット１が備えるパッシブフィルタ３０、及び、その周辺回路を含む回路図である。
図２において、２は三相交流電源系統（相電圧２２０Ｖ〜２４０Ｖ）である。電源系統２には、負荷回路５０が接続される。負荷回路５０は、受電点Ｐ１を介して電源系統２に接続される三相交流負荷５１と、受電点Ｐ２を介して電源系統２に接続される負荷６１（交流負荷）と、を含む。三相交流負荷５１は、整流器５６、平滑コンデンサ５７、及びインバータ５８を備えて構成される。電源系統２から供給される三相交流電力は整流器５６により整流され、平滑コンデンサ５７にて平滑される。インバータ５８は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子が２個直列接続された三つのアーム（図示略）から構成される。各アームは互いに並列接続され、三相のインバータが構成されると共に、各スイッチング素子のゲートが室外ユニット１の電装ボックス１８（図１）に収容される制御基板（図示略）によりＯＮ−ＯＦＦ制御され、平滑された直流電力から所定周波数の三相交流電力を生成し、モータ５５を駆動する。

また、負荷６１は、受電点Ｐ２において電源系統２のＮ相とＳ相に接続される。負荷６１は、電源系統２から供給される交流電流を整流する整流器６３、平滑コンデンサ６５、インバータ６７、及びファンモータ６８を備えている。整流器６３により整流された電流は平滑コンデンサ６５により平滑される。インバータ６７は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子が２個直列接続された三つのアーム（図示略）から構成される。各アームは互いに並列接続され、三相のインバータが構成されると共に、各スイッチング素子のゲートが制御基板（図示略）によりＯＮ−ＯＦＦ制御され、平滑された直流電力から所定周波数の三相交流電力を生成し、ファンモータ６８を駆動する。ファンモータ６８は、ファン１２（図１）を回転させる。

三相交流負荷５１が備えるインバータ５８は直流電力を矩形波の交流電力に変換するものであるため、高調波電流が発生し、電源系統２に流れ込むことになる。また、負荷６１が備えるインバータ６７も同様に、直流電力を矩形波の交流電力に変換するものである。このため、負荷６１により高調波電流が発生し、電源系統２に流れ込むことになる。そこで、この電源系統２と、三相交流負荷５１の受電点Ｐ１及び負荷６１の受電点Ｐ２との間に、本発明のパッシブフィルタ３０が接続される。

パッシブフィルタ３０は、共振回路部３１、リレー３２（スイッチ部）、及び、コイル３３（第２のコイル）を備えて構成される。
共振回路部３１は、直列接続されたコイル３６、及び、コイル３７（第１のコイル）とコンデンサ３８とを直列接続して構成される共振回路３５とによって構成される。コイル３７及びコンデンサ３８は、ＲＳＴの各相にそれぞれ接続される。より詳細には、共振回路３５のコイル３７の一端がコイル３６と受電点Ｐ１との間に接続され、各相のコンデンサ３８の他端が相互に接続されている。さらに、Ｔ相に接続されるコンデンサ３８には、放電抵抗３９が並列接続されている。

共振回路部３１は、コイル３６によって高周波を除去するとともに、共振回路３５の共振周波数のピークを中心とする周波数の高調波を抑制する。例えば電源系統２が３８０Ｖ、５０Ｈｚの交流電力を供給する場合、コイル３７のインダクタンスは１４ｍＨ、コンデンサ３８の容量は３０μＦとすることが好ましい。また、コイル３６のインダクタンスは１２ｍＨとすることが好ましい。
この共振回路部３１は、特に三相交流負荷５１により発生する高調波を抑制する作用を発揮する。

ところで、この空気調和装置においては負荷６１がＮ相とＳ相に接続されているため、この負荷６１により発生する高調波が電源系統２に流れ込むことも懸念される。そこで、パッシブフィルタ３０は、受電点Ｐ２と電源系統２のＮ相との間にコイル３３を直列接続した構成となっている。コイル３３は直列リアクトルとして作用し、受電点Ｐ２の電源系統２側に接続されたコイル３６とともに、負荷６１により発生する高調波電流を抑制する。コイル３３のインダクタンスは、例えば電源系統２が５０Ｈｚの交流電力を供給する場合、１４ｍＨとすることができる。
このように、パッシブフィルタ３０は、三相交流負荷５１及び負荷６１の各々により生じる高調波を効果的に抑制できる。

パッシブフィルタ３０の共振回路部３１は、上述のように室外ユニット１に設けられたフィルタケース２４内に収容される。また、リレー３２及びコイル３３は、フィルタケース２４に収容されてもよいが、電源系統２に繋がる電源基板や、負荷６１の整流器６３等とともに設置されてもよい。

また、共振回路３５は電源系統２のＲ、Ｓ、Ｔの各相を接続する構成となっているため、インバータ５８が運転されていない状態であっても共振回路３５に電流（無効電流）が流れてしまう。そこで、パッシブフィルタ３０は、共振回路３５の無効電流が流れないようにリレー３２を備えている。

上述のように、負荷回路５０が備えるインバータ５８、及びインバータ６７は、電装ボックス１８（図１）に収容される制御基板によって駆動される。この制御基板は、被調和室に設置された操作パネルやリモコン装置の操作、或いは、室外ユニット１に接続された制御装置から入力される制御信号に従って動作し、室外ユニット１を含む空気調和装置全体の運転を制御する。この制御基板は、被調和室の気温、冷媒回路における冷媒温度、圧縮機５４の吐出圧、室内ユニットの吸い込み温度等を検出し、適宜、インバータ５８をスイッチングさせてモータ５５を動作させて空調運転を実行する。また、制御基板は、圧縮機５４の動作に合わせたタイミングで、インバータ６７を制御することによりファンモータ６８を駆動する。これにより、ファン１２により室外熱交換器１４に送風がなされ、速やかに熱交換が行われる。

パッシブフィルタ３０が備えるリレー３２は、上記のように空気調和装置の運転を制御する制御基板によって開閉される。
リレー３２は、電源系統２のＲ、Ｓ、Ｔの各相のうち少なくとも２つの相を開閉する。このリレー３２が開かれた状態では共振回路３５に電流が流れない。また、本実施形態では、負荷６１が接続されていないＲ相及びＴ相がリレー３２により開閉される構成となっている。このため、リレー３２が開かれている状態であっても、Ｓ相とＮ相に接続される負荷６１に給電が可能であり、制御基板がインバータ６７を駆動させることができる。従って、制御基板によって、モータ５５の停止中にファンモータ６８を駆動させることが可能であり、かつ、モータ５５の停止中における無効電流を確実にカットできる。

さらに、リレー３２が閉じた状態から開かれた場合、共振回路３５のコンデンサ３８は充電されたままの状態となる。本実施形態のパッシブフィルタ３０においては、放電抵抗３９が設けられているため、リレー３２が開かれた状態で３つのコンデンサ３８に蓄積された電荷が放電される。この放電抵抗３９は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ接続される３つのコンデンサ３８のいずれか一つに並列接続されていればよい。

以上のように、本発明を適用したパッシブフィルタ３０は、三相交流の電源系統２のＲ、Ｓ、Ｔの各相から電力供給を受けて駆動される三相交流負荷５１と、電源系統２のＮ相と他相に接続される負荷６１とを有する負荷回路５０の高調波を抑制するよう構成され、負荷回路５０よりも電源系統２側において各相に接続され、コイル３７及びコンデンサ３８を直列接続して構成される共振回路３５と、電源系統２のＮ相と交流負荷の給電点との間に直列接続されたコイル３３と、を備えている。このため、三相交流負荷５１により生じる高調波を共振回路部３１により抑制するとともに、負荷６１により生じる高調波をコイル３３によって抑制できる。このため、三相交流負荷５１と負荷６１とにより不平衡負荷が構成された空気調和装置において、高調波を抑制できる。
また、受電点Ｐ２を介して負荷６１に接続されるＳ相にコイル３６を設けたことにより、このコイル３６がコイル３３とともに直列リアクトルとして作用し、より効果的に、負荷６１により発生する高調波を抑制できる。

また、パッシブフィルタ３０は、電源系統２と共振回路３５との間に配置され、電源系統２のＲ、Ｓ、Ｔ各相のうちいずれか２以上の相を接離するリレー３２を備えている。このため、共振回路３５に流れる無効電流をカットできる。
さらに、パッシブフィルタ３０は、共振回路３５の相毎に設けられたコンデンサ３８のいずれかに、放電抵抗３９を並列接続した構成となっている。このため、リレー３２により共振回路３５が電源系統２から切り離された場合に、共振回路３５の各コンデンサ３８に蓄積された電荷を放電できる。
さらにまた、リレー３２は、電源系統２のＲ、Ｓ、Ｔ相のうちＲ相及びＴ相を開閉するので、共振回路３５の無効電流をカットすることができ、かつ、リレー３２が開いた状態であっても負荷６１への給電が可能になっている。

そして、このパッシブフィルタ３０を搭載した空気調和装置は、インバータ５８におけるスイッチングを制御して、モータ５５を適宜運転させる制御基板により、リレー３２を接離（開閉）する。このため、モータ５５の運転状態に合わせてリレー３２を適宜開閉し、効果的に無効電流をカットできる。

なお、上記各実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであり、本発明を限定するものではない。例えば、上記各実施の形態では、空気調和装置の圧縮機を駆動するモータ５５を備えた構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば給湯器の貯湯タンクを加熱する冷媒回路を構成する圧縮機を駆動するモータを備え、このモータをインバータにより駆動する構成等にも適用可能である。また、その他の細部についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。

１ 室外ユニット
２ 電源系統
１２ ファン
１４ 室外熱交換器
３０ パッシブフィルタ
３１ 共振回路部
３２ リレー（スイッチ部）
３３ コイル（第２のコイル）
３６ コイル
３７ コイル（第１のコイル）
３５ 共振回路
３８ コンデンサ
３９ 放電抵抗
５０ 負荷回路
５１ 三相交流負荷
５４ 圧縮機
５５ モータ
５６、６３ 整流器
５７、６５ 平滑コンデンサ
５８、６７ インバータ
６１ 負荷（交流負荷）
６８ ファンモータ
Ｐ１、Ｐ２ 受電点

Claims (6)

1. 三相交流の電源系統のＲ、Ｓ、Ｔの各相から電力供給を受けて駆動される三相交流負荷と、前記電源系統のＮ相と他相に接続される交流負荷とを有する負荷回路の高調波を抑制するパッシブフィルタであって、
   前記負荷回路よりも前記電源系統側において各相に接続され、第１のコイル及びコンデンサを直列接続して構成される共振回路と、
   前記電源系統のＮ相と前記交流負荷の給電点との間に直列接続された第２のコイルと、
   を備えたことを特徴とするパッシブフィルタ。
2. 前記電源系統と前記共振回路との間に配置され、前記電源系統のＲ、Ｓ、Ｔ各相のうちいずれか２以上の相を接離するスイッチ部を備えたことを特徴とする請求項１記載のパッシブフィルタ。
3. 前記共振回路の相毎に設けられた前記コンデンサのいずれかに、放電抵抗を並列接続したことを特徴とする請求項２記載のパッシブフィルタ。
4. 圧縮機と、
   前記圧縮機を駆動するモータ、及び、三相交流の電源系統のＲ、Ｓ、Ｔの各相から電力供給を受けて前記モータを駆動するインバータを備えた三相交流負荷と、
   熱源側熱交換器に送風するファンを駆動するファンモータ、及び、前記電源系統のＮ相と他相に接続され、前記ファンモータを駆動する回路とを有する負荷回路と、
   前記負荷回路よりも前記電源系統側に接続されたパッシブフィルタと、を備え、
   前記パッシブフィルタは、前記負荷回路よりも前記電源系統側において各相に接続され、第１のコイル及びコンデンサを直列接続して構成される共振回路と、
   前記電源系統のＮ相と前記交流負荷の給電点との間に直列接続された第２のコイルとを備えて構成されたこと、
   を特徴とする空気調和装置。
5. 前記電源系統と前記共振回路との間に配置され、前記電源系統のＲ、Ｓ、Ｔ各相のうちいずれか２以上の相を接離するスイッチ部を備えたことを特徴とする請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記共振回路の相毎に設けられた前記コンデンサのいずれかに、放電抵抗を並列接続したことを特徴とする請求項５記載の空気調和装置。

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