JP2019156036A - Railway vehicle air conditioner - Google Patents

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Abstract

To operate a railway vehicle air conditioner, following an operation pattern created to consider resonance and efficiency while securing a necessary cooling capacity during both a sound operation and a failed operation of an inverter device.SOLUTION: A railway vehicle air conditioner 11 comprises an outdoor blower 22, first and second compressors 23, 24, and first to third inverter devices 41-43 to drive the blower and compressors. The first inverter device 41 drives the outdoor blower 22 when the first inverter device 41 is sound, and the outdoor blower 22 and the first compressor 23 are inverter-driven by the second inverter device 42 when the inverter is failed. During both a sound operation and a failed operation, the first to third inverter devices 41-43 are controlled to follow an operation pattern determined based on an air conditioning capacity, a vehicle body resonance frequency and an energy efficiency.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、鉄道車両用空気調和装置に関する。   The present invention relates to an air conditioner for a railway vehicle.

鉄道車両用の空気調和装置は、熱媒体を圧縮機により圧縮することにより熱交換を可能とする。従来、圧縮機は一定速度で回転するものが主流であったが、近時では、インバータ装置を使って回転数を任意に変更できるものが多くなっている。   An air conditioner for a railway vehicle enables heat exchange by compressing a heat medium with a compressor. Conventionally, compressors that rotate at a constant speed have been the mainstream, but recently, there are many compressors that can arbitrarily change the rotational speed using an inverter device.

インバータ制御を採用することにより、車内の熱負荷が小さいときには、圧縮機運転周波数を下げることで消費電力を抑え、一方、車内の熱負荷が大きいときには、圧縮機の運転周波数を上げて、快適性を高めることができる。しかし、運転周波数によっては、圧縮機の運転による振動が車体と共振して車内振動及び共鳴音が大きくなり、快適性が低下することがある。   By adopting inverter control, when the heat load in the vehicle is small, the power consumption is reduced by lowering the compressor operating frequency, while when the heat load in the vehicle is large, the compressor operating frequency is increased to increase comfort. Can be increased. However, depending on the operating frequency, the vibration caused by the operation of the compressor may resonate with the vehicle body, resulting in increased in-vehicle vibration and resonance noise, which may reduce comfort.

特開2004−3854号公報(段落0005)JP 2004-3854 A (paragraph 0005)

共振を避けるため、特許文献1に記載の空気調和装置の運転方法では、運転パターンを設計するに際し、多数の測定ポイントにおいて共振が生じないことを確認し、共振が発生しない運転パターンを設定する。   In order to avoid resonance, in the operation method of the air conditioning apparatus described in Patent Document 1, when designing an operation pattern, it is confirmed that resonance does not occur at many measurement points, and an operation pattern in which resonance does not occur is set.

しかし、この手法では、共振を避けることを主眼に運転パターンを設計するため、空気調和装置の成績係数、即ち、効率が低下してしまう虞がある。   However, in this method, since an operation pattern is designed with a focus on avoiding resonance, the coefficient of performance of the air conditioner, that is, the efficiency may be reduced.

また、従来のインバータ制御の空気調和装置の場合、各機器のインバータ装置が独立している。このため、例えば、室外送風機用のインバータ装置または圧縮機用インバータ装置が故障した場合には、他のインバータ装置が健全な状態であっても、空気調和装置を運転できなくなる。故障時のバックアップ用に新たにインバータ装置を追加する場合、空気調和装置の大型化、質量の増加、コストの増加を招いてしまう。   In the case of a conventional inverter-controlled air conditioner, the inverter device of each device is independent. For this reason, for example, when an inverter device for an outdoor blower or an inverter device for a compressor fails, the air conditioner cannot be operated even if other inverter devices are in a healthy state. When a new inverter device is added for backup at the time of failure, the air conditioning device is increased in size, increased in mass, and increased in cost.

この発明は上記の課題を解決するためにされたものであり、インバータ装置健全時・故障時の双方において、必要な冷房能力を確保しつつ、車体との共振点を避けつつ効率の高い運転が可能な鉄道車両用空気調和装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and ensures efficient operation while avoiding a resonance point with the vehicle body while ensuring the necessary cooling capacity both in the case of healthy and failure of the inverter device. An object of the present invention is to provide a railway vehicle air conditioner that can be used.

この発明に係る鉄道車両用空気調和装置は、室外送風機と、室外送風機をインバータ駆動する第1のインバータ装置と、第1の圧縮機と、第1の圧縮機をインバータ駆動する第2のインバータ装置と、第2の圧縮機と、第2の圧縮機をインバータ駆動する第3のインバータ装置と、第1のインバータ装置の故障時に、第2のインバータ装置が出力する電力を室外送風機に供給するために、第1のインバータ装置と室外送風機との間に配置され、回路を開閉する第1の接触器と、一端が室外送風機と第1の接触器との間の回路に接続され、他端が第2のインバータ装置に接続され、第2の接触器と過電流継電器との直列回路を備えるバックアップ用給電回路と、制御装置と、を備える。制御装置は、第1のインバータの健全時に、第1の接触器を閉じて、第2の接触器を開き、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められた第1の運転パターンを選択し、選択した第1の運転パターンに基づいて、第1から第3のインバータ装置を制御し、第1のインバータ装置の故障時には、第1の接触器を開いて、第2の接触器を閉じることにより、第2のインバータ装置から室外送風機に給電し、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められ、第1の運転パターンとは異なる第2の運転パターンを選択し、選択した第2の運転パターンに基づいて、第1から第3のインバータ装置を制御し、第2又は第3のインバータ装置の故障時には、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められ、第1及び第2の運転パターンとは異なる第3の運転パターンを選択し、選択した第3の運転パターンに基づいて、第1から第3のインバータ装置を制御する。   An air conditioner for a railway vehicle according to the present invention includes an outdoor fan, a first inverter device that drives the outdoor fan by inverter, a first compressor, and a second inverter device that drives the first compressor by inverter. And the second compressor, the third inverter device that drives the second compressor by an inverter, and the electric power output from the second inverter device when the first inverter device fails, to supply the outdoor fan And a first contactor disposed between the first inverter device and the outdoor blower, for opening and closing the circuit, and one end connected to a circuit between the outdoor blower and the first contactor, and the other end A backup power supply circuit that is connected to the second inverter device and includes a series circuit of a second contactor and an overcurrent relay, and a control device. The control device closes the first contactor and opens the second contactor when the first inverter is healthy, and performs the first operation determined based on the air conditioning capability, the resonance frequency of the vehicle body, and the energy efficiency. A pattern is selected, and the first to third inverter devices are controlled based on the selected first operation pattern. When the first inverter device fails, the first contactor is opened and the second contact device is opened. By closing the unit, power is supplied to the outdoor fan from the second inverter device, and a second operation pattern that is determined based on the air conditioning capability, the resonance frequency of the vehicle body, and the energy efficiency is selected from the first operation pattern. Then, the first to third inverter devices are controlled based on the selected second operation pattern, and based on the air conditioning capability, the resonance frequency of the vehicle body, and the energy efficiency when the second or third inverter device fails. Defined, select a different third drive pattern from the first and second driving patterns, based on the third driving pattern selected, controls the third inverter device from the first.

本発明によれば、インバータ装置の健全時と故障時の双方において、必要な冷房能力を確保しつつ、車体との共振点および効率を考慮した運転パターンを個別に用意することで、省エネおよび快適性向上を図ることができる。また、インバータ故障時のバックアップ回路を構成したので、空調装置の寸法・質量を最小限に抑えることができる。   According to the present invention, it is possible to save energy and comfort by separately preparing an operation pattern that takes into consideration the resonance point and efficiency with the vehicle body while ensuring the necessary cooling capacity both in the case of a healthy and failure of the inverter device. It is possible to improve the performance. In addition, since the backup circuit at the time of inverter failure is configured, the size and mass of the air conditioner can be minimized.

本発明の実施の形態に係る鉄道車両用空気調和装置のブロック図1 is a block diagram of a railcar air conditioner according to an embodiment of the present invention. 図1に示す制御装置のブロック図Block diagram of the control device shown in FIG. 図2に示す記憶部に記憶された開閉テーブルを例示する図The figure which illustrates the opening / closing table memorize | stored in the memory | storage part shown in FIG. (A)は、図1に示す室外送風機の運転周波数と圧縮機の動作台数及び運転周波数と空調能力との関係を例示する図、(B)は、図1に示す圧縮機の運転周波数と振動の大きさの関係を例示する図、(C)は、図1に示す圧縮機の運転周波数と騒音の大きさの関係を例示する図、(D)は、図1に示す室外送風機の運転周波数と圧縮機の台数及び運転周波数と成績係数との関係を例示する図(A) is a diagram illustrating the relationship between the operating frequency of the outdoor blower shown in FIG. 1, the number of operating compressors, the operating frequency, and the air conditioning capacity, and (B) is the operating frequency and vibration of the compressor shown in FIG. The figure which illustrates the relationship of the magnitude | size of FIG., (C) is a figure which illustrates the relationship between the operating frequency of the compressor shown in FIG. 1, and the magnitude | size of a noise, (D) is the operating frequency of the outdoor air blower shown in FIG. Of the relationship between the number of compressors, the number of compressors, operating frequency, and coefficient of performance (A)は、図1に示す室外送風機と第1の圧縮機とが同期運転した場合の、第2の圧縮機の運転周波数と空調能力との関係を例示する図、(B)は、圧縮機が1台だけ運転する場合の圧縮機の運転周波数と空調能力との関係を例示する図(A) is a figure illustrating the relationship between the operating frequency of the second compressor and the air conditioning capacity when the outdoor fan and the first compressor shown in FIG. The figure which illustrates the relationship between the operation frequency of a compressor when only one machine operates, and air-conditioning capacity 図2に示すプロセッサが実行する運転制御処理のフローチャートThe flowchart of the operation control process which the processor shown in FIG. 2 performs 図1に示す鉄道車両用空気調和装置の正常時の接触器の開閉状態と給電ルートを示す図The figure which shows the opening-and-closing state of a contactor at the time of the normal time of the air conditioning apparatus for rail vehicles shown in FIG. 1, and an electric power feeding route (A)と(B)は運転パターンを求める手順の具体例を説明する図(A) And (B) is a figure explaining the specific example of the procedure which calculates | requires a driving | running pattern. (A)と(B)は運転パターンを求める手順の具体例を説明する図(A) And (B) is a figure explaining the specific example of the procedure which calculates | requires a driving | running pattern. 図1に示す第1のインバータ装置が故障した際の接触器の開閉状態と給電ルートを示す図The figure which shows the switching state of a contactor at the time of failure of the 1st inverter apparatus shown in FIG. 1, and an electric power feeding route 図10に示す場合に、運転パターンを求める手順の具体例を説明する図The figure explaining the specific example of the procedure which calculates | requires a driving | running pattern in the case shown in FIG. 図1に示す第2のインバータ装置が故障した際の接触器の開閉状態と給電ルートを示す図The figure which shows the switching state of a contactor at the time of failure of the 2nd inverter apparatus shown in FIG. 1, and a feeding route 図12に示す場合に、運転パターンを求める手順の具体例を説明する図The figure explaining the specific example of the procedure which calculates | requires a driving | running pattern in the case shown in FIG. 図1に示す第3のインバータ装置が故障した際の接触器の開閉状態と給電ルートを示す図The figure which shows the opening-and-closing state of a contactor at the time of failure of the 3rd inverter apparatus shown in FIG. 1, and an electric power feeding route

以下、本発明の実施形態に係る鉄道車両用空気調和装置について説明する。
本実施の形態に係る鉄道車両用空気調和装置11は、図1に示すように、鉄道車両に設置されるものであり、1台の室内送風機21と、1台の室外送風機22と、第1と第2の圧縮機23,24と、交流を直流に変換するコンバータ31と、直流を三相の交流に変換する第1〜第3のインバータ装置41〜43と、2台の開閉器CB1,CB2と、3台の接触器MC1〜MC3と、第1〜第3のインバータ装置41〜43の故障を検出する第1〜第3の故障検出センサ51〜53と、制御装置61とを備える。
Hereinafter, a railcar air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, an air conditioner 11 for a railway vehicle according to the present embodiment is installed in a railway vehicle, and includes one indoor blower 21, one outdoor blower 22, and a first , Second compressors 23, 24, converter 31 for converting alternating current to direct current, first to third inverter devices 41 to 43 for converting direct current to three-phase alternating current, and two switches CB1, CB2, three contactors MC1-MC3, the 1st-3rd failure detection sensors 51-53 which detect the failure of the 1st-3rd inverter apparatuses 41-43, and the control apparatus 61 are provided.

室内送風機21は、交流モータにより駆動されるファンと熱媒体が流通する熱交換器とを備える。室内送風機21は、ファンの回転により送風し、空気と熱交換器との間で熱交換を行って、空気を加熱又は冷却した上で、空調対象空間に送風する。室内送風機21の交流モータには、車内電源より、開閉器CB1と接触器MC1との直列の回路を介して交流電力が供給される。車内電源は、例えば、60Hzに設定されている。   The indoor blower 21 includes a fan driven by an AC motor and a heat exchanger through which a heat medium flows. The indoor blower 21 blows air by rotating the fan, performs heat exchange between the air and the heat exchanger, heats or cools the air, and then blows the air into the air-conditioning target space. AC power is supplied from an in-vehicle power source to the AC motor of the indoor blower 21 via a series circuit of the switch CB1 and the contactor MC1. The in-vehicle power supply is set to 60 Hz, for example.

室外送風機22は、三相誘導モータにより駆動されるファンと熱媒体が流通する熱交換器とを備える。室外送風機22は、ファンの回転により外気を熱交換器に送風し、外気と熱交換器との間で熱交換を行う。熱媒体は、接続管を介して室内送風機21の熱交換器と室外送風機22の熱交換器との間を巡回する。   The outdoor blower 22 includes a fan driven by a three-phase induction motor and a heat exchanger through which a heat medium flows. The outdoor blower 22 blows outside air to the heat exchanger by the rotation of the fan, and performs heat exchange between the outside air and the heat exchanger. The heat medium circulates between the heat exchanger of the indoor blower 21 and the heat exchanger of the outdoor blower 22 through the connection pipe.

第1の圧縮機23は、三相誘導モータにより駆動され、熱媒体を圧縮して高温・高圧の状態とし、また、熱媒体を室内送風機21と室外送風機22との間で循環させる。   The first compressor 23 is driven by a three-phase induction motor, compresses the heat medium to a high temperature / high pressure state, and circulates the heat medium between the indoor blower 21 and the outdoor blower 22.

第2の圧縮機24は、三相誘導モータにより駆動され、熱媒体を圧縮して高温・高圧の状態とし、また、熱媒体を室内送風機21と室外送風機22との間で循環させる。なお、第1と第2の圧縮機23,24は、ピストン型、レシプロ型、ロータリ型等、任意の構造を採用可能である。   The second compressor 24 is driven by a three-phase induction motor, compresses the heat medium to a high temperature / high pressure state, and circulates the heat medium between the indoor blower 21 and the outdoor blower 22. The first and second compressors 23 and 24 can employ any structure such as a piston type, a reciprocating type, and a rotary type.

コンバータ31は、接触器MC2を介して鉄道車両の交流電源に接続され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する。交流電源の周波数は、例えば、60Hzである。   Converter 31 is connected to an AC power supply of the railway vehicle via contactor MC2, converts AC power supplied from the AC power supply to DC power, and outputs the DC power. The frequency of the AC power supply is 60 Hz, for example.

第1のインバータ装置41は、コンバータ31が供給する直流電圧を三相交流電圧に変換して、接触器MC2を介して室外送風機22の三相誘導モータに印加し、これを駆動する。即ち、第1のインバータ装置41は、室外送風機22をインバータ制御或いはインバータ駆動する。第1のインバータ装置41の出力電圧の周波数は制御装置61から供給される周波数指示信号SF1により制御される。   The first inverter device 41 converts the DC voltage supplied by the converter 31 into a three-phase AC voltage, applies it to the three-phase induction motor of the outdoor blower 22 via the contactor MC2, and drives it. That is, the first inverter device 41 performs inverter control or inverter drive on the outdoor fan 22. The frequency of the output voltage of the first inverter device 41 is controlled by a frequency instruction signal SF <b> 1 supplied from the control device 61.

なお、以下の説明においては、室外送風機22の運転周波数とは、室外送風機22を構成するファンの1秒間の回転数を意味する。室外送風機22の運転周波数は、第1のインバータ装置41の出力する三相交流電圧の周波数とは、必ずしも一致しない。しかし、以下の説明では、理解を容易にするため、第1のインバータ装置41の出力電圧の周波数と室外送風機22の運転周波数は一致するものとする。   In the following description, the operating frequency of the outdoor blower 22 means the number of rotations per second of the fan constituting the outdoor blower 22. The operating frequency of the outdoor blower 22 does not necessarily match the frequency of the three-phase AC voltage output from the first inverter device 41. However, in the following description, in order to facilitate understanding, it is assumed that the frequency of the output voltage of the first inverter device 41 and the operating frequency of the outdoor blower 22 match.

第2のインバータ装置42は、コンバータ31が供給する直流電力を三相の交流電力に変換して、第1の圧縮機23を回転駆動する三相誘導モータに印加し、これを駆動する。即ち、第2のインバータ装置42は、第1の圧縮機23をインバータ制御或いはインバータ駆動する。第2のインバータ装置42の出力電圧の周波数は制御装置61から供給される周波数指示信号SF2により制御される。   The second inverter device 42 converts the DC power supplied by the converter 31 into three-phase AC power, and applies it to the three-phase induction motor that rotationally drives the first compressor 23 to drive it. That is, the second inverter device 42 performs inverter control or inverter drive on the first compressor 23. The frequency of the output voltage of the second inverter device 42 is controlled by a frequency instruction signal SF2 supplied from the control device 61.

第3のインバータ装置43は、コンバータ31が供給する直流電力を三相の交流電力に変換して、第2の圧縮機24を回転駆動する三相誘導モータに印加し、これを駆動する。即ち、第3のインバータ装置43は、第2の圧縮機24をインバータ制御或いはインバータ駆動する。第3のインバータ装置43の出力電圧の周波数は制御装置61から供給される周波数指示信号SF3により制御される。   The third inverter device 43 converts the DC power supplied from the converter 31 into three-phase AC power, and applies it to the three-phase induction motor that rotationally drives the second compressor 24 to drive it. That is, the third inverter device 43 performs inverter control or inverter drive on the second compressor 24. The frequency of the output voltage of the third inverter device 43 is controlled by a frequency instruction signal SF3 supplied from the control device 61.

なお、第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数とは、熱媒体の吸入行程、圧縮行程、吐出行程から構成される1サイクルが1秒間に何回実行されるかを示す。これは、第2のインバータ装置42及び第3のインバータ装置43が出力する三相交流電圧の周波数とは必ずしも一致しない。しかし、以下の説明では理解を容易にするため、第2、第3のインバータ装置42,43の出力する三相交流電圧の周波数と、第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数は等しいものとする。   The operating frequencies of the first and second compressors 23 and 24 indicate how many times a cycle composed of the heat medium suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke is executed per second. This does not necessarily match the frequency of the three-phase AC voltage output from the second inverter device 42 and the third inverter device 43. However, in the following description, for easy understanding, the frequency of the three-phase AC voltage output from the second and third inverter devices 42 and 43 and the operating frequency of the first and second compressors 23 and 24 are as follows. It shall be equal.

また、第1〜第3のインバータ装置41〜43は、例えば、第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数を30〜90Hz、室外送風機22の運転周波数を30〜60Hzの範囲で制御するとする。   Moreover, the 1st-3rd inverter apparatuses 41-43 control the operating frequency of the 1st and 2nd compressors 23 and 24 in the range of 30-90 Hz, and the operating frequency of the outdoor air blower 22, for example in the range of 30-60 Hz. Then.

接触器MC2と室外送風機22との接続ノードと、第2のインバータ装置42の出力端とには、バックアップ用給電回路72の一端と他端が接続されている。バックアップ用給電回路72は、第1のインバータ装置41が故障したときに、第2のインバータ装置42から室外送風機22に電力をバイパスしてバックアップ供給することにより、室外送風機22をインバータ駆動可能とするためのものである。バックアップ用給電回路72は、過電流継電器(OCR-Over Current Relay)71と接触器MC3との直列回路を備える。過電流継電器71は、電路の短絡、過負荷による過電流等を変流器(CT)により取り出し、その電流値の大きさによって動作する継電器である。バックアップ用給電回路72は、他の保護装置等を備えていてもよい。   One end and the other end of the backup power supply circuit 72 are connected to a connection node between the contactor MC <b> 2 and the outdoor blower 22 and an output end of the second inverter device 42. The backup power supply circuit 72 allows the outdoor blower 22 to be driven by an inverter by bypassing power supply from the second inverter device 42 to the outdoor blower 22 when the first inverter device 41 fails. Is for. The backup power supply circuit 72 includes a series circuit of an overcurrent relay (OCR-Over Current Relay) 71 and a contactor MC3. The overcurrent relay 71 is a relay that operates according to the magnitude of the current value obtained by taking out an overcurrent or the like caused by a short circuit or overload by means of a current transformer (CT). The backup power supply circuit 72 may include other protection devices.

第1〜第3の故障検出センサ51〜53は、それぞれ、第1〜第3のインバータ装置41〜43に近接して配置される。第1〜第3の故障検出センサ51〜53は、第1〜第3のインバータ装置41〜43の故障の有無を検出し、故障を検出すると、故障検出信号SD1〜SD3を制御装置61に出力する。   The first to third failure detection sensors 51 to 53 are arranged close to the first to third inverter devices 41 to 43, respectively. The first to third failure detection sensors 51 to 53 detect the presence or absence of a failure in the first to third inverter devices 41 to 43, and output failure detection signals SD1 to SD3 to the control device 61 when a failure is detected. To do.

制御装置61は、開閉器CB1,CB2及び接触器MC1〜MC3の開閉を制御する。また、制御装置61は、第1〜第3の故障検出センサ51〜53の出力する故障検出信号SD1〜SD3に応答して、結果に従って、第1〜第3の接触器MC1〜MC3の開・閉を制御する。
また、制御装置61は第1〜第3のインバータ装置41〜43に、出力電圧の周波数を指示する周波数指示信号SF1〜SF3を出力する。
The control device 61 controls the opening / closing of the switches CB1 and CB2 and the contactors MC1 to MC3. Further, the control device 61 responds to the failure detection signals SD1 to SD3 output from the first to third failure detection sensors 51 to 53, and opens / closes the first to third contactors MC1 to MC3 according to the result. Control closing.
Further, the control device 61 outputs frequency instruction signals SF1 to SF3 for instructing the frequency of the output voltage to the first to third inverter devices 41 to 43.

次に、制御装置61の詳細を図2を参照して説明する。
制御装置61は、図2に示すように、バス115を介して相互に接続されたプロセッサ111と、メモリ112と、記憶部113と、I/Oポート114とを備える。
Next, details of the control device 61 will be described with reference to FIG.
As illustrated in FIG. 2, the control device 61 includes a processor 111, a memory 112, a storage unit 113, and an I / O port 114 that are connected to each other via a bus 115.

プロセッサ111は、CPU(Central Processing Unit)、マイクロプロセッサユニット等から構成され、メモリ112をワークエリアとして使用して、記憶部113に記憶された制御プログラムを実行することにより、図1に示す鉄道車両用空気調和装置11の動作を制御する。   The processor 111 includes a CPU (Central Processing Unit), a microprocessor unit, and the like, and uses the memory 112 as a work area to execute a control program stored in the storage unit 113, thereby causing the railway vehicle shown in FIG. The operation of the industrial air conditioner 11 is controlled.

メモリ112は、RAM(Random Access Memory)から構成され、プロセッサ111のワークメモリとして機能し、プログラム、データ等を記憶する。   The memory 112 includes a RAM (Random Access Memory), functions as a work memory for the processor 111, and stores programs, data, and the like.

記憶部113は、フラッシュメモリ、ハードディスク装置等の不揮発性記憶装置を備え、プロセッサ111が実行する制御プログラムを記憶する。記憶部113には、プロセッサ111が各部を制御して、この鉄道車両用空気調和装置11の動作を制御するための制御プログラムを記憶する。制御プログラムの内容については、図6を参照して後述する。   The storage unit 113 includes a nonvolatile storage device such as a flash memory or a hard disk device, and stores a control program executed by the processor 111. The storage unit 113 stores a control program for the processor 111 to control each unit and control the operation of the railway vehicle air conditioner 11. The contents of the control program will be described later with reference to FIG.

制御装置61は、接触器MC1〜MC3の開・閉を、接触器制御信号SM1〜SM3により制御する。このため、記憶部113には、状況に応じて、接触器MC1〜MC3をどのように開閉をすべきかを示す図3に示す開閉テーブルが格納されている。   The control device 61 controls the opening / closing of the contactors MC1 to MC3 by contactor control signals SM1 to SM3. Therefore, the storage unit 113 stores an open / close table shown in FIG. 3 indicating how the contactors MC1 to MC3 should be opened / closed depending on the situation.

記憶部113には、プロセッサ111が制御過程で参照するために、この鉄道車両用空気調和装置11の特性を示す様々な特性データが格納されている。記憶されている特性データは、図4(A)〜図5(B)に示す特性データを含む。   The storage unit 113 stores various characteristic data indicating the characteristics of the railway vehicle air conditioner 11 for the processor 111 to refer to in the control process. The stored characteristic data includes the characteristic data shown in FIGS. 4 (A) to 5 (B).

図4(A)に例示する「圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データは、室外送風機22の運転周波数と第1と第2の圧縮機23,24の動作台数及び運転周波数と空調能力との関係を特定するデータである。この特性データは、冷房用と暖房用が用意される。空調能力は、冷房と暖房でそれぞれ、8段階に設定され、室外送風機22の運転周波数は30〜60Hzの範囲で選択され、圧縮機の運転周波数はおおよそ30〜90Hzの範囲に設定されている。   Characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and air conditioning capacity” illustrated in FIG. 4A includes the operating frequency of the outdoor blower 22, the number of operating units of the first and second compressors 23 and 24, and the operating frequency. It is the data which specifies the relationship between the air conditioning capacity. This characteristic data is prepared for cooling and heating. The air conditioning capacity is set in 8 stages for each of cooling and heating, the operating frequency of the outdoor blower 22 is selected in the range of 30 to 60 Hz, and the operating frequency of the compressor is set in the range of about 30 to 90 Hz.

図4(B)に例示する「圧縮機運転周波数と車体の共振点との関係」を示す特性データは、第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数と車体の共振振動の大きさとの関係を示す特性データである。振動が極大値を示す点が共振点であり、その運転周波数が共振周波数である。   Characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and vehicle body resonance point” illustrated in FIG. 4B includes the operating frequency of the first and second compressors 23 and 24 and the magnitude of the resonance vibration of the vehicle body. It is characteristic data which shows the relationship. The point where the vibration shows the maximum value is the resonance point, and the operating frequency is the resonance frequency.

図4(C)に例示する「圧縮機運転周波数と車両空洞共鳴との関係」を示す特性データは、第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数と車両の空洞、即ち、客車内の共鳴による騒音の大きさとの関係を示す特性データである。騒音が極大値を示す点が共鳴点であり、その運転周波数が共鳴周波数である。   Characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and vehicle cavity resonance” illustrated in FIG. 4C is the operating frequency of the first and second compressors 23 and 24 and the vehicle cavity, that is, inside the passenger car. It is the characteristic data which shows the relationship with the magnitude of the noise by resonance. The point where the noise shows the maximum value is the resonance point, and the operation frequency is the resonance frequency.

図4(D)に例示する「圧縮機運転周波数と成績係数との関係」を示す特性データは、室外送風機22の運転台数及び運転周波数と第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数とこの鉄道車両用空気調和装置11の成績係数(COP[Coefficient Of Performance])との関係を示す特性データである。この特性データは、冷房用と暖房用が用意される。   Characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and coefficient of performance” illustrated in FIG. 4D is the number of operating and operating frequencies of the outdoor blower 22 and the operating frequencies of the first and second compressors 23 and 24. And characteristic data showing the relationship between the coefficient of performance (COP [Coefficient Of Performance]) of the air conditioner 11 for railway vehicles. This characteristic data is prepared for cooling and heating.

図5(A)に例示する「室外送風機と第1の圧縮機が同期運転する場合の圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データは、図4(A)に示す特性データの特例に相当するものであり、第1のインバータ装置41が故障して、第2のインバータ装置42からの電力で室外送風機22と第1の圧縮機23とを運転した場合の「圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データである。空調能力は、冷房と暖房でそれぞれ、8段階に設定され、室外送風機22と第1の圧縮機23の運転周波数は30〜60Hzの範囲で選択され、第2の圧縮機24の運転周波数はおおよそ30〜90Hzの範囲に設定されている。   The characteristic data indicating “relation between compressor operating frequency and air conditioning capacity when the outdoor fan and the first compressor are operated synchronously” illustrated in FIG. 5A is the characteristic data shown in FIG. This corresponds to a special case, in which the first inverter device 41 fails and the outdoor blower 22 and the first compressor 23 are operated by the electric power from the second inverter device 42 as “compressor operating frequency”. It is characteristic data which shows "relation between air conditioning capacity". The air conditioning capacity is set in 8 stages for cooling and heating, respectively, the operating frequency of the outdoor fan 22 and the first compressor 23 is selected in the range of 30 to 60 Hz, and the operating frequency of the second compressor 24 is approximately It is set in the range of 30 to 90 Hz.

図5(B)に例示する「圧縮機1台運転時の圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データは、図4(A)に示す特性データの特例に相当するものであり、第1と第2の圧縮機23,24の何れか一方のみが稼働する場合の「圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データである。空調能力は、冷房と暖房でそれぞれ、8段階に設定され、室外送風機22の運転周波数は30〜60Hzの範囲で選択され、圧縮機の運転周波数はおおよそ30〜90Hzの範囲に設定されている。この特性データは、図4(A)の健全時の特性データと比較して、第2の圧縮機24を増速運転する形態となっている。   The characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and air conditioning capacity when operating one compressor” illustrated in FIG. 5B corresponds to a special case of the characteristic data shown in FIG. This is characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and air conditioning capacity” when only one of the first and second compressors 23 and 24 is operating. The air conditioning capacity is set in 8 stages for each of cooling and heating, the operating frequency of the outdoor blower 22 is selected in the range of 30 to 60 Hz, and the operating frequency of the compressor is set in the range of about 30 to 90 Hz. This characteristic data has a form in which the second compressor 24 is operated at a higher speed than the characteristic data at the time of sound in FIG.

これらの特性データは、試験・実験により、予め求められていたものである。
また、特性データの記憶形態は任意であり、例えば、テーブル形式、関数の形式、グラフの形式などでよい。
These characteristic data are obtained in advance by tests and experiments.
The storage mode of the characteristic data is arbitrary, and may be, for example, a table format, a function format, a graph format, or the like.

図2に示すI/Oポート114は、プロセッサ111の制御に従って、外部装置に信号を送信し、また、外部装置から信号を受信し、プロセッサ111に提供する。具体的には、I/Oポート114は、プロセッサ111の制御に従って、a)開閉器CB1とCB2に断続を指示する開閉器制御信号SB1,SB2を供給し、b)接触器MC1〜MC3に開閉を指示する接触器制御信号SM1〜SM3を供給し、c)第1〜第3のインバータ装置41〜43に、出力する交流電圧の周波数を指示する周波数指示信号SF1〜SF3を出力する。また、I/Oポート114は、a)第1〜第3の故障検出センサ51〜53から、第1〜第3のインバータ装置41〜43が故障したことを示す故障検出信号SD1〜SD3を受信して、プロセッサ111に通知し、b)車両の空気バネの圧力などから車両の熱負荷を示す熱負荷指示信号SLを受信し、プロセッサ111に通知する。   The I / O port 114 shown in FIG. 2 transmits a signal to an external device under the control of the processor 111, receives a signal from the external device, and provides the signal to the processor 111. Specifically, the I / O port 114 a) supplies switch control signals SB1 and SB2 for instructing switching to the switches CB1 and CB2 according to the control of the processor 111, and b) switches to the contactors MC1 to MC3. And c) output frequency instruction signals SF1 to SF3 for instructing the frequency of the AC voltage to be output to the first to third inverter devices 41 to 43, respectively. The I / O port 114 also receives a) failure detection signals SD1 to SD3 indicating that the first to third inverter devices 41 to 43 have failed from the first to third failure detection sensors 51 to 53. Then, the processor 111 is notified, and b) a thermal load instruction signal SL indicating the thermal load of the vehicle is received from the pressure of the air spring of the vehicle, and the processor 111 is notified.

次に、上記構成を有する鉄道車両用空気調和装置11の動作を、図6を参照しつつ説明する。
鉄道車両用空気調和装置11が起動されると、プロセッサ111は、記憶部113に記憶されている制御プログラムを読み出し、制御動作を開始する。
Next, the operation of the railway vehicle air conditioner 11 having the above configuration will be described with reference to FIG.
When the railway vehicle air conditioner 11 is activated, the processor 111 reads the control program stored in the storage unit 113 and starts the control operation.

プロセッサ111は、まず、I/Oポート114から、開閉器CB1とCB2に開閉器制御信号SB1、SB2を送信し、これらを閉じる。これにより、コンバータ31に電力が供給され、第1〜第3のインバータ装置41〜43、第1〜第3の故障検出センサ51〜53に動作用の電力が供給される。第1〜第3のインバータ装置41〜43は、それぞれ、デフォルトで定められた周波数の三相交流電圧を出力する。   First, the processor 111 transmits the switch control signals SB1 and SB2 from the I / O port 114 to the switches CB1 and CB2, and closes them. Thereby, electric power is supplied to the converter 31, and electric power for operation is supplied to the first to third inverter devices 41 to 43 and the first to third failure detection sensors 51 to 53. First to third inverter devices 41 to 43 each output a three-phase AC voltage having a frequency determined by default.

続いて、プロセッサ111は、図6のフローチャートに示す運転制御処理を開始し、まず、熱負荷指示信号SLをI/Oポート114を介して取り込み、必要な熱負荷を求める。次に、プロセッサ111は必要熱負荷に基づいて、必要な空調能力を求める(ステップS11)。なお、空調能力は、例えば、冷房8段階、暖房8段階に設定され、予め設定された何れかの空調能力のうちから適切なものが選択されるものとする。   Subsequently, the processor 111 starts the operation control process shown in the flowchart of FIG. 6. First, the processor 111 takes in the heat load instruction signal SL through the I / O port 114 and obtains a necessary heat load. Next, the processor 111 obtains necessary air conditioning capacity based on the necessary heat load (step S11). The air conditioning capacity is set to, for example, 8 stages of cooling and 8 stages of heating, and an appropriate one is selected from any one of preset air conditioning capabilities.

次に、プロセッサ111は、故障検出信号SD1〜SD3をI/Oポート114を介して取り込み、第1〜第3のインバータ装置41〜43が故障しているか否かを判別する(ステップS12)。   Next, the processor 111 takes in the failure detection signals SD1 to SD3 via the I / O port 114, and determines whether or not the first to third inverter devices 41 to 43 have failed (step S12).

ここでは、第1〜第3のインバータ装置41〜43は正常であり、故障は発生していないと仮定する。この場合、フローは、ステップS13に進む。プロセッサ111は、記憶部113に記憶された図3に示す開閉テーブルから、正常時用の開閉パターンを読み出し、これに従って、図7に示すように、第1と第2の接触器MC1とMC2とを閉状態とし、第3の接触器MC3を開状態とする(ステップS13)。これにより、破線で模式的に示すように、室内送風機21、室外送風機22、第1と第2の圧縮機23,24に給電され、室外送風機22と第1と第2の圧縮機23、24が、それぞれ、第1〜第3のインバータ装置41〜43によりインバータ駆動される。   Here, it is assumed that the first to third inverter devices 41 to 43 are normal and no failure has occurred. In this case, the flow proceeds to step S13. The processor 111 reads the normal open / close pattern from the open / close table shown in FIG. 3 stored in the storage unit 113, and according to this, as shown in FIG. 7, the first and second contactors MC1 and MC2 Is closed, and the third contactor MC3 is opened (step S13). As a result, as schematically shown by a broken line, power is supplied to the indoor blower 21, the outdoor blower 22, and the first and second compressors 23 and 24, and the outdoor blower 22 and the first and second compressors 23 and 24 are supplied. Are driven by inverters by first to third inverter devices 41 to 43, respectively.

プロセッサ111は、外部より供給される熱負荷指示信号SLにより指示される熱負荷に基づいて、運転パターンを決定する。
具体的には、第1と第2の圧縮機23,24の運転台数と、室外送風機22及び第1と第2の圧縮機23,24の運転周波数との組み合わせを、次の要件(1)〜(4)を満たすように決定する。
The processor 111 determines an operation pattern based on the thermal load instructed by the thermal load instruction signal SL supplied from the outside.
Specifically, the combination of the operating number of the first and second compressors 23 and 24 and the operating frequency of the outdoor blower 22 and the first and second compressors 23 and 24 is as follows: To (4).

(1)必要空調能力を満足すること。
(2)車体の共振による振動を抑えること。
(3)車室空洞内の共鳴による騒音を抑えること。
(4)エネルギ効率を示す成績係数(COP)をできるだけ高くすること。
ここでは一例として、優先順位を(1)>(2)>(3)>(4)とした場合を説明する。
(1) Satisfy the required air conditioning capacity.
(2) Suppress vibration due to vehicle body resonance.
(3) To suppress noise caused by resonance in the passenger compartment cavity.
(4) The coefficient of performance (COP) that indicates energy efficiency should be as high as possible.
Here, as an example, a case where the priority order is (1)>(2)>(3)> (4) will be described.

まず、プロセッサ111は、(1)の条件を充足するため、必要な空調能力を得られるような、室外送風機22と第1と第2の圧縮機23,24の組み合わせとその動作を求める(ステップS14)。   First, in order to satisfy the condition (1), the processor 111 obtains the combination of the outdoor fan 22 and the first and second compressors 23 and 24 and the operation thereof so as to obtain the necessary air conditioning capability (step) S14).

このため、プロセッサ111は、記憶部113に記憶されている図4(A)に例示した「圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データを読み出す。プロセッサ111は、図8(A)に例示するように、この特性データにステップS11で求めた必要空調能力を適用し、各特性曲線との交点を求め、交点で示される組み合わせを候補とする。この場合、a)室外送風機22を運転速度30Hzで運転し、第1と第2の圧縮機23,24を運転周波数f1で運転する候補1、b)室外送風機22を運転周波数60Hzで運転し、第1と第2の圧縮機23,24の一方のみを運転周波数f2で運転する候補2、c)室外送風機22を運転周波数30Hzで運転し、第1と第2の圧縮機23,24の一方のみを運転周波数f3で運転する候補3を組み合わせの候補として仮定する。なお、必要空調能力以上の空調能力が得られる組み合わせは、効率の低下に繋がるので、ここでは、必要空調能力と各特性曲線との交点での運転周波数のみを候補とする。   For this reason, the processor 111 reads out characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and air conditioning capability” illustrated in FIG. 4A stored in the storage unit 113. As illustrated in FIG. 8A, the processor 111 applies the necessary air conditioning capacity obtained in step S11 to this characteristic data, obtains an intersection with each characteristic curve, and sets a combination indicated by the intersection as a candidate. In this case, a) the outdoor fan 22 is operated at an operating speed of 30 Hz, the first and second compressors 23 and 24 are operated at an operating frequency f1, and the candidate 1 is operated. B) the outdoor fan 22 is operated at an operating frequency of 60 Hz. Candidate 2 for operating only one of the first and second compressors 23, 24 at the operation frequency f2, c) One of the first and second compressors 23, 24 is operated by operating the outdoor fan 22 at an operation frequency of 30 Hz. Only candidate 3 driving at operating frequency f3 is assumed as a candidate for combination. In addition, since the combination from which the air conditioning capability more than a required air conditioning capability is obtained will lead to a reduction in efficiency, only the operation frequency at the intersection of the necessary air conditioning capability and each characteristic curve is a candidate here.

次に、(2)の条件を充足するため、プロセッサ111は、記憶部113から、図4(B)に例示した「圧縮機運転周波数と車体の共振点との関係」を示す特性データを読み出す。プロセッサ111は、図8(B)に例示するように、ステップS14で得られた候補を特性データに適用し、各候補での振動の大きさを求め、共振による振動が大きくなるものを候補から除外する(ステップS15)。この例では、候補3は車体共振点と合致またはその近傍にあり、共振による車体振動が大きくなるため、候補から除外される。従って、候補1,2だけが残る。なお、共振点にどの程度近いものを除外するかの基準は予め定めておく。例えば、振動が共振点での振動の大きさの1/p以下となるような候補を選択し、それ以外の候補を除外する基準とする。なお、pは1より大きい実数である。   Next, in order to satisfy the condition (2), the processor 111 reads out characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and vehicle body resonance point” illustrated in FIG. 4B from the storage unit 113. . As illustrated in FIG. 8B, the processor 111 applies the candidate obtained in step S14 to the characteristic data, obtains the magnitude of the vibration in each candidate, and selects the one that increases the vibration due to resonance from the candidate. Exclude (step S15). In this example, candidate 3 is excluded from the candidates because it matches or is in the vicinity of the vehicle body resonance point and the vehicle body vibration due to resonance increases. Therefore, only candidates 1 and 2 remain. It should be noted that a criterion for how close to the resonance point is excluded is determined in advance. For example, a candidate whose vibration is 1 / p or less of the magnitude of the vibration at the resonance point is selected and used as a reference for excluding other candidates. Note that p is a real number larger than 1.

次に、(3)の条件を充足するため、プロセッサ111は、記憶部113から、図4(C)に例示した「圧縮機運転周波数と車両空洞共鳴との関係」を示す特性データを読み出す。プロセッサ111は、図9(A)に例示するように、ステップS14で得られた候補を特性データに適用し、各候補での騒音の大きさを求め、共鳴による騒音が大きくなるものを候補から除外する(ステップS16)。この例では、候補3は共鳴点と合致またはその近傍にあり、共鳴による騒音が大きくなるため、候補から除外される。従って、候補1,2だけが残る。なお、共鳴点にどの程度近いものを除外するかの基準は予め定めておく。例えば、騒音が、共鳴点での騒音の大きさの1/q以下となるような候補を選択し、それ以外の候補を除外する基準とする。なお、qは1より大きい実数である。なお、説明では、候補1〜3を特性データに適用したが、ステップS15で残った、候補1と2のみを特性データに適用してもよい。   Next, in order to satisfy the condition (3), the processor 111 reads out characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and vehicle cavity resonance” illustrated in FIG. 4C from the storage unit 113. As illustrated in FIG. 9A, the processor 111 applies the candidate obtained in step S14 to the characteristic data, obtains the noise level of each candidate, and selects the candidate that increases the noise due to resonance. Exclude (step S16). In this example, candidate 3 matches or is in the vicinity of the resonance point, and noise due to resonance increases, so it is excluded from the candidates. Therefore, only candidates 1 and 2 remain. It should be noted that a criterion for how close to the resonance point is excluded is determined in advance. For example, a candidate is selected such that the noise is 1 / q or less of the noise level at the resonance point, and other candidates are excluded. Note that q is a real number larger than 1. In the description, candidates 1 to 3 are applied to the characteristic data. However, only candidates 1 and 2 remaining in step S15 may be applied to the characteristic data.

最後に、(4)の条件を充足する組み合わせを選択するため、プロセッサ111は、記憶部113から、図4(D)に例示した「圧縮機運転周波数と成績係数との関係」を示す特性データを読み出す。プロセッサ111は、図9(B)に示すように、残った候補を、読み出した特性データに適用し、最大の成績係数が得られる候補を選択し、選択した候補で特定される運転台数と運転周波数の組み合わせを、正常時用の第1の運転パターンとする(ステップS17)。図9(B)の例では、候補1よりも候補2の方が成績係数が大きいため、エネルギ効率の観点からは、候補2の方が優れている。そこで、運転パターンとして候補2を採択し、これで特定される運転台数と運転周波数の組み合わせを、正常時用の第1の運転パターンとする。   Finally, in order to select a combination that satisfies the condition (4), the processor 111 stores characteristic data indicating “relationship between compressor operating frequency and coefficient of performance” illustrated in FIG. Is read. As shown in FIG. 9B, the processor 111 applies the remaining candidates to the read characteristic data, selects a candidate that provides the maximum coefficient of performance, and determines the number of operations and the number of operations specified by the selected candidate. The combination of frequencies is set as a first operation pattern for normal use (step S17). In the example of FIG. 9B, since candidate 2 has a higher coefficient of performance than candidate 1, candidate 2 is superior from the viewpoint of energy efficiency. Therefore, candidate 2 is adopted as an operation pattern, and the combination of the number of operation and the operation frequency specified by this is set as the first operation pattern for normal operation.

続いて、プロセッサ111は、第1〜第3のインバータ装置41〜43に、ステップS17で選択された候補に相当する運転周波数を指示する(ステップS18)。   Subsequently, the processor 111 instructs the first to third inverter devices 41 to 43 about the operation frequency corresponding to the candidate selected in step S17 (step S18).

候補2が選択されたとすれば、プロセッサ111は、第1のインバータ装置41に周波数60Hzを示す周波数指示信号SF1を送信し、第2のインバータ装置42に周波数f2を指示する周波数指示信号SF2を送信し、第3のインバータ装置43に停止を指示する周波数指示信号SF3を送信する。なお、第3のインバータ装置43に運転周波数f2を指示する周波数指示信号SF3を送信し、第2のインバータ装置42に停止を指示する周波数指示信号SF2を送信してもよい。   If the candidate 2 is selected, the processor 111 transmits a frequency instruction signal SF1 indicating a frequency of 60 Hz to the first inverter device 41, and transmits a frequency instruction signal SF2 indicating the frequency f2 to the second inverter device 42. Then, the frequency instruction signal SF3 for instructing the third inverter device 43 to stop is transmitted. Alternatively, the frequency instruction signal SF3 for instructing the operating frequency f2 may be transmitted to the third inverter device 43, and the frequency instruction signal SF2 for instructing the second inverter device 42 to stop may be transmitted.

以後、第1〜第3のインバータ装置41〜43は、周波数指示信号SF1〜SF3で指示された周波数の三相交流信号を出力する。室外送風機22のファンと、第1と第2の圧縮機23,24は、それぞれ、供給された交流電力で動作するため、結果的に、ステップS17で選択された候補が指定する運転周波数で動作する。   Thereafter, the first to third inverter devices 41 to 43 output a three-phase AC signal having a frequency indicated by the frequency indication signals SF1 to SF3. Since the fan of the outdoor blower 22 and the first and second compressors 23 and 24 operate with the supplied AC power, respectively, as a result, the operation is performed at the operation frequency specified by the candidate selected in step S17. To do.

候補2が選択されたとすれば、プロセッサ111は、第1のインバータ装置41に周波数60Hzを示す周波数指示信号SF1を送信し、第2のインバータ装置42に周波数f2を指示する周波数指示信号SF2を送信し、第3のインバータ装置43に停止を指示する周波数指示信号SF3を送信する。これにより、室外送風機22は、運転周波数60Hzで、第1の圧縮機23は運転周波数f2で動作し、第2の圧縮機24は停止する。これにより、必要な空調能力を充足し、振動及び騒音が少なく、エネルギ効率の高い運転パターンで鉄道車両用空気調和装置11が運転される。従って、従来よりも省エネルギおよび快適性の向上を図ることができる。   If the candidate 2 is selected, the processor 111 transmits a frequency instruction signal SF1 indicating a frequency of 60 Hz to the first inverter device 41, and transmits a frequency instruction signal SF2 indicating the frequency f2 to the second inverter device 42. Then, the frequency instruction signal SF3 for instructing the third inverter device 43 to stop is transmitted. Thereby, the outdoor blower 22 operates at the operating frequency 60 Hz, the first compressor 23 operates at the operating frequency f2, and the second compressor 24 stops. As a result, the air conditioning apparatus 11 for railway vehicles is operated with an operation pattern that satisfies the necessary air conditioning capability, has less vibration and noise, and has high energy efficiency. Therefore, energy saving and comfort can be improved as compared with the conventional case.

プロセッサ111は、周期的に、図6に示す運転制御処理を実行する。   The processor 111 periodically executes the operation control process shown in FIG.

次に、図10に示すように、第1のインバータ装置41が故障したと仮定する。この場合、室外送風機22への第1のインバータ装置41からの電力の供給は停止する。第1の故障検出センサ51は、これを検出し、故障検出信号SD1を出力する。プロセッサ111は、I/Oポート114を介して、故障検出信号SD1を取り込み、第1のインバータ装置41が故障したと判別する。   Next, as shown in FIG. 10, it is assumed that the first inverter device 41 has failed. In this case, the supply of power from the first inverter device 41 to the outdoor blower 22 is stopped. The first failure detection sensor 51 detects this and outputs a failure detection signal SD1. The processor 111 takes in the failure detection signal SD1 via the I / O port 114 and determines that the first inverter device 41 has failed.

プロセッサ111は、その後、図6の運転制御処理を開始すると、ステップS12で、第1のインバータ装置41が故障していると判別し、処理をステップS21に進める。   Thereafter, when the operation control process of FIG. 6 is started, the processor 111 determines in step S12 that the first inverter device 41 has failed, and advances the process to step S21.

ステップS21において、プロセッサ111は、記憶部113に記憶された図3に示す開閉テーブルから、第1のインバータ装置41が故障したとき用の開閉パターンを読み出し、これに従って、接触器MC1とMC3を閉じ、接触器MC2を開く(ステップS21)。これにより、破線で模式的に示すように、室内送風機21、室外送風機22、第1と第2の圧縮機23,24にそれぞれ給電され、室外送風機22と第1の圧縮機23が第2のインバータ装置42によりインバータ駆動され、第2の圧縮機24が第3のインバータ装置43によりインバータ駆動される。   In step S21, the processor 111 reads the opening / closing pattern for when the first inverter device 41 fails from the opening / closing table shown in FIG. 3 stored in the storage unit 113, and closes the contactors MC1 and MC3 accordingly. Then, the contactor MC2 is opened (step S21). Thereby, as schematically shown by a broken line, power is supplied to the indoor blower 21, the outdoor blower 22, and the first and second compressors 23 and 24, respectively, and the outdoor blower 22 and the first compressor 23 are connected to the second blower. The inverter device 42 is inverter-driven, and the second compressor 24 is inverter-driven by the third inverter device 43.

次に、プロセッサ111は、運転パターンを決定する。この状態では、室外送風機22と第1の圧縮機23とは共通の第2のインバータ装置42から給電され、同期運転となる。このため、プロセッサ111は、図4(A)に示す「圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データではなく、図5(A)に例示した「室外送風機と第1の圧縮機が同期運転する場合の圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データを記憶部113から読み出す。プロセッサ111は、図11に例示するように、読み出した特性データに、ステップS11で特定した必要空調能力を適用し、組み合わせの候補を求める(ステップS22)。   Next, the processor 111 determines an operation pattern. In this state, the outdoor blower 22 and the first compressor 23 are supplied with power from the common second inverter device 42 and are operated synchronously. For this reason, the processor 111 does not represent the characteristic data indicating the “relationship between the compressor operating frequency and the air conditioning capacity” illustrated in FIG. 4A, but the “outdoor blower and the first compressor” illustrated in FIG. Characteristic data indicating “relation between compressor operating frequency and air conditioning capability when synchronous operation is performed” is read from the storage unit 113. As illustrated in FIG. 11, the processor 111 applies the necessary air conditioning capability specified in step S <b> 11 to the read characteristic data to obtain a combination candidate (step S <b> 22).

図11の例では、運転周波数f11〜f13に相当する候補4〜候補6が求められる。
その後、フローは、前述のステップS15に進み、以後、前述の共振に関する条件(2)、共鳴に関する条件(3)、エネルギ効率に関する条件(4)を満たす候補を選定する(ステップS15〜S17)。選択された候補で特定される運転台数と運転周波数の組み合わせを、第1のインバータ装置41が故障したとき用の第2の運転パターンとする。続いて、第1〜第3のインバータ装置41〜43に出力電圧の周波数を指示し(ステップS18)、運転を継続する。これにより、空調能力を確保しつつ、低振動及び低騒音で、且つ、高効率で鉄道車両用空気調和装置11の運転が継続される。
In the example of FIG. 11, candidates 4 to 6 corresponding to the operating frequencies f11 to f13 are obtained.
Thereafter, the flow proceeds to step S15 described above, and thereafter, candidates that satisfy the condition (2) related to resonance, the condition (3) related to resonance, and the condition (4) related to energy efficiency are selected (steps S15 to S17). A combination of the number of operating units and the operating frequency specified by the selected candidate is set as a second operation pattern for when the first inverter device 41 fails. Subsequently, the first to third inverter devices 41 to 43 are instructed about the frequency of the output voltage (step S18), and the operation is continued. As a result, the operation of the railway vehicle air conditioner 11 is continued with low vibration and noise and high efficiency while ensuring air conditioning capability.

次に、図12に模式的に示すように、第2のインバータ装置42が故障したときの動作を説明する。この場合、第1の圧縮機23への第2のインバータ装置42からの電力の供給は停止する。第2の故障検出センサ52は、これを検出し、故障検出信号SD2を出力する。プロセッサ111は、故障検出信号SD2から、第2のインバータ装置42が故障したと判別する。   Next, as schematically shown in FIG. 12, the operation when the second inverter device 42 fails will be described. In this case, the supply of power from the second inverter device 42 to the first compressor 23 is stopped. The second failure detection sensor 52 detects this and outputs a failure detection signal SD2. The processor 111 determines from the failure detection signal SD2 that the second inverter device 42 has failed.

プロセッサ111は、その後、図6の運転制御処理を開始すると、ステップS12で、第2のインバータ装置42が故障していると判別し、処理をステップS31に進める。   Thereafter, when the operation control process of FIG. 6 is started, the processor 111 determines in step S12 that the second inverter device 42 has failed, and advances the process to step S31.

ステップS31において、プロセッサ111は、接触器MC1〜MC3に接触器制御信号SM1〜SM3を送信し、図12に示すように、第1と第2の接触器MC1とMC2を閉じ、第3の接触器MC3を開く。これにより、破線で示すように給電がされ、室外送風機22が第1のインバータ装置41によりインバータ駆動され、第2の圧縮機24が第3のインバータ装置43によりインバータ駆動される。   In step S31, the processor 111 transmits contactor control signals SM1 to SM3 to the contactors MC1 to MC3, and closes the first and second contactors MC1 and MC2 as shown in FIG. Open the container MC3. Accordingly, power is supplied as indicated by the broken line, the outdoor fan 22 is inverter-driven by the first inverter device 41, and the second compressor 24 is inverter-driven by the third inverter device 43.

次に、プロセッサ111は、運転パターンを決定する。この状態では、第1の圧縮機23は停止しており、圧縮機は1台のみの運転となる。このため、プロセッサ111は、図4(A)に示す特性データではなく、図5(B)に例示した「圧縮機が1台のみ運転時の圧縮機運転周波数と空調能力との関係」を示す特性データを記憶部113から読み出す。プロセッサ111は、図13に例示するように、読み出した特性データに、ステップS11で特定した現在の必要空調能力を適用し、組み合わせの候補を求める(ステップS32)。   Next, the processor 111 determines an operation pattern. In this state, the first compressor 23 is stopped and only one compressor is operated. For this reason, the processor 111 does not represent the characteristic data shown in FIG. 4A but the “relationship between the compressor operating frequency and the air conditioning capability when only one compressor is operating” illustrated in FIG. 5B. The characteristic data is read from the storage unit 113. As illustrated in FIG. 13, the processor 111 applies the current necessary air conditioning capacity specified in step S <b> 11 to the read characteristic data, and obtains a combination candidate (step S <b> 32).

図13の例では、運転周波数f21〜f23に相当する候補7〜候補9が求められる。運転周波数f21〜f23は、健全時のステップS22で選択される候補の運転周波数f1〜f3よりも相対的に高く、第2の圧縮機24を増速運転するパターンとなっている。   In the example of FIG. 13, candidates 7 to 9 corresponding to the operating frequencies f21 to f23 are obtained. The operating frequencies f21 to f23 are relatively higher than the candidate operating frequencies f1 to f3 selected in step S22 at the time of soundness, and the second compressor 24 is driven at a higher speed.

その後、フローは、前述のステップS15に進み、以後、前述の共振に関する条件(2)、共鳴に関する条件(3)、エネルギ効率に関する条件(4)を満たす候補が選定される(ステップS15〜S17)。選択された候補で特定される運転台数と運転周波数の組み合わせを、第2のインバータ装置42が故障したとき用の第3の運転パターンとする。この運転パターンは、第2の圧縮機24を増速運転するパターンとなっている。   Thereafter, the flow proceeds to the above-described step S15, and thereafter, candidates that satisfy the above-described resonance condition (2), the resonance condition (3), and the energy efficiency condition (4) are selected (steps S15 to S17). . The combination of the number of operating units specified by the selected candidate and the operating frequency is set as a third operating pattern for when the second inverter device 42 fails. This operation pattern is a pattern for increasing the speed of the second compressor 24.

続いて、第1〜第3のインバータ装置41〜43に出力電圧の周波数が指示され(ステップS18)、運転が継続される。これにより、空調能力を確保しつつ、低振動及び低騒音で、且つ、高効率でこの鉄道車両用空気調和装置11の運転が継続される。   Subsequently, the frequency of the output voltage is instructed to the first to third inverter devices 41 to 43 (step S18), and the operation is continued. Thereby, the operation of the air conditioner 11 for a railway vehicle is continued with low vibration and noise and high efficiency while ensuring the air conditioning capability.

次に、図14に模式的に示すように、第3のインバータ装置43が故障したときの動作を説明する。破線で示すように給電がされ、室外送風機22が第1のインバータ装置41によりインバータ駆動され、第1の圧縮機23が第2のインバータ装置42によりインバータ駆動され、第2の圧縮機24は停止し、第1の圧縮機23のみの運転となる。   Next, the operation when the third inverter device 43 fails will be described as schematically shown in FIG. As indicated by the broken line, power is supplied, the outdoor fan 22 is inverter-driven by the first inverter device 41, the first compressor 23 is inverter-driven by the second inverter device 42, and the second compressor 24 is stopped. However, only the first compressor 23 is operated.

プロセッサ111は、故障検出信号SD3から、第3のインバータ装置43が故障したと判別する。プロセッサ111は、その後、図6の運転制御処理を開始すると、ステップS12で、第3のインバータ装置43が故障していると判別し、処理をステップS31に進める。以後の処理は、第2のインバータ装置42が故障した場合の処理と同様である。選択された候補で特定される運転台数と運転周波数の組み合わせを、第3のインバータ装置43が故障したとき用の第3の運転パターンとする。このとき、第1の圧縮機23は増速運転となる。   The processor 111 determines from the failure detection signal SD3 that the third inverter device 43 has failed. Thereafter, when the operation control process of FIG. 6 is started, the processor 111 determines in step S12 that the third inverter device 43 has failed, and advances the process to step S31. The subsequent processing is the same as the processing when the second inverter device 42 fails. The combination of the number of operating units specified by the selected candidate and the operating frequency is set as a third operating pattern for when the third inverter device 43 fails. At this time, the first compressor 23 is in a speed increasing operation.

以上説明したように、本実施の形態によれば、第1のインバータ装置41の健全時には、第1のインバータ装置41で室外送風機22を駆動し、故障時には、第2のインバータ装置42により室外送風機22と第1の圧縮機23とをインバータ駆動する。健全時と故障時、それぞれ、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められた運転パターンに基づいて、第1から第3のインバータ装置41〜43を制御する。これにより、必要空調能力を充足しつつ、低振動低騒音化、さらに、高エネルギ効率で、省エネ型運転が可能な鉄道車両用空気調和装置11を提供できる。   As described above, according to the present embodiment, the outdoor fan 22 is driven by the first inverter device 41 when the first inverter device 41 is healthy, and the outdoor fan is driven by the second inverter device 42 when a failure occurs. 22 and the first compressor 23 are inverter-driven. The first to third inverter devices 41 to 43 are controlled based on an operation pattern determined based on the air conditioning capability, the resonance frequency of the vehicle body, and the energy efficiency, respectively, at the time of soundness and failure. As a result, it is possible to provide the rail vehicle air conditioner 11 capable of low-vibration and noise reduction, high energy efficiency, and energy-saving operation while satisfying the required air conditioning capability.

この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、図1に示した鉄道車両用空気調和装置の構成は例示であり、適宜変更可能である。例えば、上記実施の形態においては、室内送風機21には、インバータ装置を介さずに固定周波数の電力を供給したが、室内送風機21にもインバータ装置から可変周波数の電力を供給してもよい。この場合、室内送風機21の運転周波数を考慮した特性データを準備し、記憶部113に記憶しておけばよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible.
For example, the configuration of the railcar air conditioner shown in FIG. 1 is an example, and can be changed as appropriate. For example, in the above-described embodiment, the fixed frequency power is supplied to the indoor blower 21 without going through the inverter device, but the variable frequency power may be supplied to the indoor blower 21 from the inverter device. In this case, characteristic data considering the operating frequency of the indoor blower 21 may be prepared and stored in the storage unit 113.

コンバータ31により、交流の車内電源を直流に変換してインバータ装置に供給する構成を例示したが、車内電源を直流としてもよい。   Although the converter 31 converts the AC in-vehicle power source into DC and supplies it to the inverter device, the in-vehicle power source may be DC.

また、圧縮機の台数は2台に限定されず、1台でも3台以上でもよい。同様に、室内送風機の台数と室外送風機の台数も任意であり、2台以上でもよい。
また、バックアップ給電用の回路を他の構成部分に配置してもよい。
Further, the number of compressors is not limited to two, and may be one or three or more. Similarly, the number of indoor fans and the number of outdoor fans are arbitrary, and may be two or more.
Further, a backup power supply circuit may be arranged in another component.

上記実施の形態においては、第1のインバータ装置41の出力電圧の周波数と室外送風機22の運転周波数が等しく、第2のインバータ装置42の出力電圧の周波数と第1の圧縮機23の運転周波数が等しく、第3のインバータ装置43の出力電圧の周波数と第2の圧縮機24の運転周波数が等しいとして、説明したが、これらは等しい値である必要はない。例えば、第1のインバータ装置41の出力電圧のr周期で、室外送風機22の1運転周期が成立するようにしてもよい。rは正の実数である。この場合、プロセッサ111は、第1のインバータ装置41に必要とされる運転周波数のr倍の周波数を指示すればよい。また、プロセッサ111が、第1のインバータ装置41に運転周波数を通知し、第1のインバータ装置41が自己の出力電圧の必要な周波数を求めて、その周波数を有する電圧を出力するようにしてもよい。第2と第3のインバータ装置42,43についても同様である。   In the above embodiment, the frequency of the output voltage of the first inverter device 41 and the operating frequency of the outdoor fan 22 are equal, and the frequency of the output voltage of the second inverter device 42 and the operating frequency of the first compressor 23 are the same. Although it has been described that the frequency of the output voltage of the third inverter device 43 is equal to the operating frequency of the second compressor 24, they need not be equal. For example, one operation cycle of the outdoor blower 22 may be established with the r cycle of the output voltage of the first inverter device 41. r is a positive real number. In this case, the processor 111 may indicate a frequency r times the operating frequency required for the first inverter device 41. Further, the processor 111 notifies the first inverter device 41 of the operating frequency so that the first inverter device 41 obtains a necessary frequency of its own output voltage and outputs a voltage having that frequency. Good. The same applies to the second and third inverter devices 42 and 43.

上記実施の形態においては、運転パターンを決定するに際し、充足すべき条件(1)〜(4)の優先順位を、(1)>(2)>(3)>(4)としたが、適宜変更可能である。例えば、エネルギ効率を最優先とする場合には、(4)の条件を最優先し、以下、(1)〜(3)の条件の優先順位を適宜設定すればよい。
図6に示すフローチャートも一例であり、適宜変更可能である。
In the above embodiment, when determining the driving pattern, the priorities of the conditions (1) to (4) to be satisfied are (1)>(2)>(3)> (4). It can be changed. For example, when energy efficiency is given the highest priority, the condition (4) is given the highest priority, and the priorities of the conditions (1) to (3) may be set as appropriate.
The flowchart shown in FIG. 6 is also an example and can be changed as appropriate.

上記実施の形態においては、バックアップ用給電回路72を、過電流継電器71と接触器MC3との直列回路から構成したが、バックアップ時に、第2のインバータ装置42から室外送風機22への給電路が成立するならば、その構成は任意である。   In the above embodiment, the backup power supply circuit 72 is constituted by a series circuit of the overcurrent relay 71 and the contactor MC3. However, at the time of backup, a power supply path from the second inverter device 42 to the outdoor blower 22 is established. If it does, the structure is arbitrary.

また、上記実施の形態においては、圧縮機の台数は2台であったが、2台に限定されず、1台でも3台以上でもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the number of the compressors was two units, it is not limited to two units, One unit or three units or more may be sufficient.

第1〜第3のインバータ装置41〜43の故障を第1〜第3の故障検出センサ51〜53で検出し、プロセッサ111が故障検出信号SD1〜SD3を制御に使用する例を説明した。この発明はこれに限定されない。第1〜第3のインバータ装置41〜43の故障を、ユーザがプロセッサ111に入力する形態とする等、適宜変更可能である。   An example has been described in which a failure of the first to third inverter devices 41 to 43 is detected by the first to third failure detection sensors 51 to 53 and the processor 111 uses the failure detection signals SD1 to SD3 for control. The present invention is not limited to this. The failure of the first to third inverter devices 41 to 43 can be changed as appropriate, such as a mode in which the user inputs to the processor 111.

第1〜第3のインバータ装置41〜43の出力を三相交流電圧、室内送風機21と第1と第2の圧縮機23、24の駆動モータを三相誘導モータとする例を示したが、第1〜第3のインバータ装置41〜43の出力を単相交流電圧とし、モータを単相モータとしてもよい。また、モータを誘導モータ以外の構成としてもよい。   Although the output of the 1st-3rd inverter apparatuses 41-43 showed the three-phase alternating current voltage, the example which made the drive motor of the indoor air blower 21 and the 1st and 2nd compressors 23 and 24 the three-phase induction motor, The outputs of the first to third inverter devices 41 to 43 may be single-phase AC voltages, and the motor may be a single-phase motor. The motor may be configured other than the induction motor.

11 鉄道車両用空気調和装置、21 室内送風機、22 室外送風機、23 第1の圧縮機、24第2の圧縮機、31 コンバータ、41〜43 第1〜第3のインバータ装置、51〜53 第1〜第3の故障検出センサ、61 制御装置、71 過電流継電器、72 バックアップ用給電回路、MC1〜MC3 接触器、111 プロセッサ、112 メモリ、113 記憶部 114 I/Oポート、115 バス   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Rail vehicle air conditioner, 21 indoor fan, 22 outdoor fan, 23 1st compressor, 24 2nd compressor, 31 converter, 41-43 1st-3rd inverter apparatus, 51-53 1st -Third failure detection sensor, 61 control device, 71 overcurrent relay, 72 power supply circuit for backup, MC1-MC3 contactor, 111 processor, 112 memory, 113 storage unit 114 I / O port, 115 bus

Claims (3)

室外送風機と、
前記室外送風機をインバータ駆動する第1のインバータ装置と、
第1の圧縮機と、
前記第1の圧縮機をインバータ駆動する第2のインバータ装置と、
第2の圧縮機と、
前記第2の圧縮機をインバータ駆動する第3のインバータ装置と、
前記第1のインバータ装置の故障時に、前記第2のインバータ装置が出力する電力を前記室外送風機に供給するために、前記第1のインバータ装置と前記室外送風機との間に配置され、回路を開閉する第1の接触器と、一端が前記室外送風機と前記第1の接触器との間の回路に接続され、他端が前記第2のインバータ装置に接続され、第2の接触器と過電流継電器との直列回路を備えるバックアップ用給電回路と、
制御装置と、
を備えるインバータ駆動の鉄道車両用空気調和装置であって、
前記制御装置は、前記第1のインバータ装置の健全時に、前記第1の接触器を閉じて、前記第2の接触器を開き、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められた第1の運転パターンを選択し、選択した第1の運転パターンに基づいて、前記第1から第3のインバータ装置を制御し、
前記第1のインバータ装置の故障時には、前記第1の接触器を開いて、前記第2の接触器を閉じることにより、前記第2のインバータ装置から前記室外送風機に給電し、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められ、前記第1の運転パターンとは異なる第2の運転パターンを選択し、選択した第2の運転パターンに基づいて、前記第1から第3のインバータ装置を制御し、
前記第2又は第3のインバータ装置の故障時には、空調能力と車体の共振周波数とエネルギ効率とに基づいて定められ、前記第1及び第2の運転パターンとは異なる第3の運転パターンを選択し、選択した第3の運転パターンに基づいて、前記第1から第3のインバータ装置を制御する、
鉄道車両用空気調和装置。
An outdoor blower,
A first inverter device for driving the outdoor blower with an inverter;
A first compressor;
A second inverter device for driving the first compressor with an inverter;
A second compressor;
A third inverter device for driving the second compressor by inverter;
In order to supply the electric power output from the second inverter device to the outdoor blower when the first inverter device fails, it is arranged between the first inverter device and the outdoor blower, and opens and closes the circuit. A first contactor that has one end connected to a circuit between the outdoor blower and the first contactor, the other end connected to the second inverter device, and a second contactor and an overcurrent A backup power supply circuit comprising a series circuit with a relay;
A control device;
An air conditioner for an inverter-driven railway vehicle comprising:
The control device is determined based on the air conditioning capability, the resonance frequency of the vehicle body, and the energy efficiency, when the first inverter device is healthy, closing the first contactor and opening the second contactor. Selecting the first operation pattern, and controlling the first to third inverter devices based on the selected first operation pattern,
When the first inverter device fails, the first contactor is opened and the second contactor is closed to supply power to the outdoor blower from the second inverter device. A second operation pattern that is determined based on a resonance frequency and energy efficiency and is different from the first operation pattern is selected, and the first to third inverter devices are selected based on the selected second operation pattern. Control
At the time of failure of the second or third inverter device, a third operation pattern that is determined based on the air conditioning capability, the resonance frequency of the vehicle body, and the energy efficiency and is different from the first and second operation patterns is selected. Controlling the first to third inverter devices based on the selected third operation pattern;
Air conditioner for railway vehicles.
前記制御装置は、空調能力を冷房と暖房それぞれ8段階に制御する、請求項1に記載の鉄道車両用空気調和装置。   The air conditioner for a railway vehicle according to claim 1, wherein the control device controls the air conditioning capability in 8 stages each of cooling and heating. 前記制御装置は、前記第1と第2の圧縮機の運転周波数を30〜90Hz、前記室外送風機の運転周波数を30〜60Hzの範囲で制御する、請求項1に記載の鉄道車両用空気調和装置。   The air conditioner for a railway vehicle according to claim 1, wherein the control device controls an operating frequency of the first and second compressors in a range of 30 to 90 Hz and an operating frequency of the outdoor blower in a range of 30 to 60 Hz. .
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