JP2022024787A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】三相交流電源を使用する空気調和機において、過電圧による電子機器の保護を行うと共に、過電圧の保護に伴う空気調和機の運転停止により室内の温度が不快になることを防止する。【解決手段】室外機２は、第１電源ライン１３に直列に接続された第１リレー１１と、直流電圧信号に基づいて、第１リレー１１により第１電源ライン１３を遮断する過電圧制御部３０を備えている。過電圧制御部３０は、空気調和機１が運転中の場合、直流電圧が予め定められた第１閾値を超えた時、第１リレー１１により第１電源ライン１３を遮断する。同時にマイコン２３は三相運転から欠相運転に切り替えて運転を継続させる。【選択図】図１

Description

本発明は、三相交流電源を用いる空気調和機に係わり、より詳細には、三相交流電源が過電圧となった時の室外機の保護動作に関する。

従来、三相交流電源を使用する電子機器の電源装置は、例えば、特許文献１に開示されているものが有る。この電源装置は三相交流電源の入力側の３本の電源ラインにそれぞれ直列に電流を遮断する遮断回路を設けており、３本の電源ラインの下流側に設けられた整流器で整流された電圧が過電圧となった時、遮断回路により三相交流電源を遮断して電源装置を保護するようになっている。

このような電源装置を空気調和機に備えた場合、仕向け先によっては実用上問題となる場合がある。例えば商用電源の整備が進んでいない地域向けの空気調和機の使用状態においては、交流電圧が不安定で時間帯によって一時的に過電圧状態となったり、定格電圧に復帰したりすることが頻繁に発生する。

この空気調和機に前述した過電圧保護機能を備えた電源装置を採用した場合、過電圧になる都度、保護回路が動作して空気調和機の動作が停止し、これを解除するために交流電源が定格電圧に復帰してから手動により空気調和機を再起動しなければならない。
このため再起動に手間がかかり、また、空気調和機の運転停止により室内の温度が不快になる問題があった。

特開２００５－２０４４２９号公報（段落番号００３６～００３８）

本発明は以上述べた問題点を解決し、三相交流電源を使用する空気調和機において、過電圧による電子機器の保護を行うと共に、過電圧の保護に伴う空気調和機の運転停止により室内の温度が不快になることを防止することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため本発明は、
三相交流電源に３本の電源ラインで接続され、同三相交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器の出力に並列に接続された平滑コンデンサ及び直流電圧検出部と、前記整流器の出力が入力されるインバータと、同インバータで駆動されるモータとを備えた空気調和機であって、
前記３本の電源ラインのうちの１本の電源ラインである第１電源ラインに直列に接続されたスイッチ手段と、
前記直流電圧検出部で検出された電圧に基づいて、前記第１電源ラインを前記スイッチ手段により遮断する過電圧制御手段と、を備え、
前記過電圧制御手段は、前記空気調和機が運転中の場合、
前記直流電圧検出部で検出された電圧が予め定められた第１閾値を超えた時、前記第１電源ラインを前記スイッチ手段により遮断することを特徴とする。

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、三相交流電源を使用する空気調和機において、過電圧による電子機器の保護を行うと共に、過電圧の保護に伴う空気調和機の運転停止により室内の温度が不快になることを防止することができる。

本発明による空気調和機の実施例を示すブロック図である。 過電圧制御部の内部を示すブロック図である。 過電圧制御部の動作を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による空気調和機１の実施例を示すブロック図である。この空気調和機１は室内機３と室外機２が通信接続されている。
室外機２は、スター結線された三相交流電源４に接続される、第１電源ライン１３と第２電源ライン１４と第３電源ライン１５と、これらの電源ラインが入力に接続された整流器１７と、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する整流器１７の出力が入力に接続されるインバータ２０と、このインバータ２０の出力に接続された圧縮機のモータ２１と、整流器１７の正出力端と負出力端の間に並列に接続された直流電圧検出部１８、及び平滑コンデンサ１９を備えている。

さらに、第１電源ライン１３には直列に第１リレー（スイッチ手段）１１が、また、第２電源ライン１４には直列に第２リレー１２が、それぞれ備えられている。このため、第１リレー１１の接点が開になった時、第１電源ラインを遮断し、第１リレー１１の接点が閉になった時、第１電源ラインを接続することになる。
また、室外機２は第２電源ライン１４と第３電源ライン１５の間に入力が接続され、制御用電圧を出力する制御用電源部１６と、過電圧制御部（過電圧制御手段）３０とマイコン２３を備えた室外機制御部２２を備えている。なお、室外機制御部２２は入力された制御用電圧を用いて動作する。

そして、過電圧制御部３０は、直流電圧検出部１８で検出した直流電圧信号と、マイコン２３が出力し、空気調和機１が運転中か停止中かを示す運転状態信号が入力され、これらの信号の状態によって第１リレー１１を開閉させる第１リレー制御信号と、第２リレー１２を開閉させる第２リレー制御信号と、欠相運転指示信号を出力する。また、マイコン２３は、直流電圧検出部１８で検出した直流電圧信号と、欠相運転指示信号が入力され、これらの信号に基づいてインバータ制御信号をインバータ２０へ出力する。

なお、空気調和機１の定格電圧はＡＣ２３０ボルト（実効値）、これを整流した場合の直流電圧の波高値は３９８ボルトであり、定格電圧範囲の上限値は定格電圧の＋１０％（ＡＣ２５３ボルト～実効値）、つまり、この時の直流電圧の波高値は４３８ボルトである。このため、この電圧を超えると空気調和機１は第１リレー１１を開とすることで欠相運転を行って、整流器１７が出力する直流電圧を低下させると共に圧縮機のモータ２１の回転数や駆動電圧を低下させて運転能力低下させ、以降の運転が継続できるようにする。
また、空気調和機１が耐えられる電圧の上限値は定格電圧の＋１５％（ＡＣ２６４ボルト～実効値）であり、この時の直流電圧の波高値は４５７ボルトに相当する。これを超える電圧が室外機２に印加されると部品が壊れるおそれがあるため空気調和機１は三相交流電源４との接続を遮断して運転を停止する。

図２は過電圧制御部３０の内部を示すブロック図である。
過電圧制御部３０は、過電圧判定部３３と、電圧保護判定部３４と、第１リレー駆動部３１と、第２リレー駆動部３２を備えている。

過電圧判定部３３と電圧保護判定部３４には直流電圧検出部１８で検出した直流電圧信号が入力されている。過電圧判定部３３は直流電圧信号が示す電圧が第１閾値（４３８ボルト）を超えるとローレベルの欠相運転指示信号をハイレベルにしてマイコン２３と第１リレー駆動部３１へ出力する。その後、過電圧判定部３３は直流電圧信号が示す電圧が第２閾値（３９８ボルト）以下になるとハイレベルの欠相運転指示信号をローレベルにしてマイコン２３と第１リレー駆動部３１へ出力する。このように第２閾値を第１閾値よりも小さくすることで、閾値による判定にヒステリシスを持たせている。
電圧保護判定部３４は入力された直流電圧信号が第３閾値（４５７ボルト）を超えるとハイレベルの保護指示信号を第２リレー駆動部３２へ出力する。

第１リレー駆動部３１と第２リレー駆動部３２には運転状態信号が入力されており、この信号が運転状態（ハイレベル）の時、第１リレー制御信号により第１リレー１１の接点を閉とし、第２リレー制御信号により第２リレー１２の接点を閉とする。なお、運転状態信号が運転停止状態（ローレベル）の時、それぞれのリレーの接点は開となるように各リレー駆動部はリレー制御信号を出力する。

一方、運転状態信号が運転状態となっている場合であっても、欠相運転指示信号が欠相運転指示（ハイレベル）の場合、第１リレー駆動部３１は第１リレー制御信号をローレベルにして三相交流電源４の三相の相電圧のうち１相の相電圧を遮断して欠相させる。ただし、空気調和機としての動作は継続される。その後、運転状態信号が運転状態となっている場合であっても、保護指示信号が保護指示（ハイレベル）の場合、第２リレー駆動部３２は第２リレー制御信号をローレベルにして三相交流電源４の三相の相電圧の残りの二相の相電圧のうちさらにもう１相の相電圧を遮断して整流器１７以降に電源が供給されないようにして部品を保護する。

図３は、過電圧制御部３０の動作を説明する説明図である。
図３の横軸は時間である。縦軸において図３（１）は交流電圧（実効値）を、図３（２）は直流電圧検出部１８で検出した直流電圧を、図３（３）は運転状態信号を、図３（４）は欠相運転指示信号を、図３（５）は保護指示信号を、図３（６）は第１リレー制御信号を、図３（７）は第２リレー制御信号を、それぞれ示している。なおｔ０～ｔ７は時刻である。

図３においてｔ０の時点では交流電圧は２３０ボルト（定格電圧）である。また、空気調和機１は運転を停止した状態である。そしてｔ１で図３（３）に示すようにマイコン２３が空気調和機１の運転を開始するために運転状態信号をローレベル（停止）からハイレベル（運転）にして出力すると、第１リレー駆動部３１はハイレベルの第１リレー制御信号を、また、第２リレー駆動部３２はハイレベルの第２リレー制御信号を、それぞれ出力する。この結果、第１リレー１１と第２リレー１２の接点が閉となる。

その後、交流電圧は電圧変動により徐々に上昇し、これに対応して図３（２）に示すように直流電圧がｔ２で第１閾値を超える。これを過電圧と判定した過電圧判定部３３はローレベルの欠相運転指示信号をハイレベルにして出力する。このハイレベルの欠相運転指示信号が入力された第１リレー駆動部３１は第１リレー１１の接点を開にする。この結果、三相運転でなく二相による欠相運転となり、整流器１７の出力電圧（直流電圧）は低下する。ただし、運転能力が三相運転のままだとマイコン２３は直流電圧の低下を補うようにインバータ２０を制御するため、入力電流が増えて整流器１７の定格電流を超えるおそれがある。

このため、このハイレベルの欠相運転指示信号が入力されたマイコン２３は、同時に運転能力を低下させてモータ２１に流れる電流を低下させる。この結果、室外機２の入力電流が低下して欠相運転でも整流器１７の定格電流を超えるおそれがない。このため図示しない過電流保護回路による電流トリップを防止して過電圧状態であっても部品を保護しつつ電流トリップによる運転停止を防止することができる。

一方、ｔ２以降に上昇していた交流電圧は下降に転じて、ｔ５で定格電圧範囲の上限値であるＡＣ２５３ボルトまで低下している。従って、もしｔ２以降も三相運転のままであれば図３（２）に示すように直流電圧は破線のように第３閾値である４５７ボルトを超えていた、つまり部品が破壊されていた可能性がある。
本願では直流電圧が第１閾値を超えた段階で二相による欠相運転に切り替えており、直流電圧の上昇が抑制される。

そしてｔ３で直流電圧が第１閾値以下になっているが、前述したように過電圧判定部３３の判定において、第２閾値が第１閾値より小さく設定されているので直流電圧が第２閾値以下になるまで二相による欠相運転を継続する。そしてｔ４において直流電圧が第２閾値以下になったため、過電圧判定部３３は欠相運転指示信号をハイレベル（欠相運転）からローレベル（三相運転）にして出力する。

このため第１リレー駆動部３１は第１リレー制御信号をハイレベルにして第１リレー１１の接点を閉とする。一方、マイコン２３はローレベルの欠相運転指示信号の入力により、二相による欠相運転を通常の三相運転に切り替えて、この通常運転を継続する。

そして、電源電圧変動によりｔ６で再び直流電圧が第１閾値を超えると、過電圧判定部３３は前述のように第１リレー１１の接点を開にさせる一方、マイコン２３は二相による欠相運転を開始する。そして、さらに上昇する交流電圧によりｔ８で直流電圧が第３閾値を超えた時、電圧保護判定部３４は保護指示信号をローレベル（未保護）からハイレベル（保護）にして第２リレー駆動部３２に出力する。

これが入力された第２リレー駆動部３２は、第２リレー制御信号をローレベルからハイレベルにして第２リレー１２の接点を開にする。このため、第１リレー１１と第２リレー１２の接点が共に開となり、整流器１７へ供給される交流電圧が遮断され、部品を過電圧から保護することができる。
なお、ｔ８以降に直流電圧が供給されなくなって電圧が急激に低下したため、マイコン２３は運転を停止する。

室外機２は整流器１７や平滑コンデンサ１９、インバータ２０など高電圧で大電流を扱う部品が多用されている。一般的にこれらは高価な部品であり、できるだけコストを低減させるため、電圧マージンを大きく取ることができない。このため過電圧に対しては余裕がないが、本願で説明したように定格電圧範囲では三相運転を行い、製品の保証範囲外である定格電圧範囲の上限を超えた場合は欠相運転により直流電圧を低下させて部品破壊を防止しつつ運転を継続し、部品の定格電圧を超える場合は空気調和機の運転を停止する。

これにより、三相交流電源を使用する空気調和機において、過電圧による電子機器の保護を行いつつ、空気調和機の運転停止により室内の温度が不快になることを防止することができる。

本実施例では定格電圧が２３０ボルトの場合を説明しているが、これに限るものでなく、２００ボルトやその他の電圧でもよい。また、それぞれの閾値は製品の仕様によって任意に変更してもよい。また、本実施例では過電圧制御部３０をハードウェアとして説明しているが、この機能をソフトウェアで実現し、マイコン２３に内蔵させてもよい。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
４ 三相交流電源
１１ 第1リレー（スイッチ手段）
１２ 第２リレー
１３ 第１電源ライン
１４ 第２電源ライン
１５ 第３電源ライン
１６ 制御用電源部
１７ 整流器
１８ 直流電圧検出部
１９ 平滑コンデンサ
２０ インバータ
２１ モータ
２２ 室外機制御部
２３ マイコン
３０ 過電圧制御部（過電圧制御手段）
３１ 第１リレー駆動部
３２ 第２リレー駆動部
３３ 過電圧判定部
３４ 電圧保護判定部

Claims (3)

1. 三相交流電源に３本の電源ラインで接続され、同三相交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、前記整流器の出力に並列に接続された平滑コンデンサ及び直流電圧検出部と、前記整流器の出力が入力されるインバータと、同インバータで駆動されるモータとを備えた空気調和機であって、
   前記３本の電源ラインのうちの１本の電源ラインである第１電源ラインに直列に接続されたスイッチ手段と、
   前記直流電圧検出部で検出された電圧に基づいて、前記第１電源ラインを前記スイッチ手段により遮断する過電圧制御手段と、を備え、
   前記過電圧制御手段は、前記空気調和機が運転中の場合、
   前記直流電圧検出部で検出された電圧が予め定められた第１閾値を超えた時、前記第１電源ラインを前記スイッチ手段により遮断することを特徴とする空気調和機。
2. 前記空気調和気は、前記過電圧制御手段が前記スイッチ手段により前記第１電源ラインを遮断した後、前記モータの回転数を低下させて欠相運転を行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記過電圧制御手段は、前記空気調和機が運転中の場合であって、前記スイッチ手段により前記第１電源ラインが遮断されている場合、前記直流電圧検出部で検出された電圧が、前記第１閾値よりも小さな値である第２閾値以下となった時、前記第１電源ラインを前記スイッチ手段により接続することを特徴とする請求項１または請求項２記載の空気調和機。
   

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