JP3316279B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インバータによる可変
能力形の圧縮機(コンプレッサ)を用いた空気調和装置
(エアコン)に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、温度調節をきめ細かく制御できる
エアコンとして、インバータ電源を用いたインバータエ
アコンが普及している。
【0003】インバータエアコンは、温度センサからの
検出温度で求められる空調負荷に応じてコンプレッサの
モータの回転周波数を変化させることにより圧縮能力を
可変制御し、最適空調空間を作るようにしたものであ
る。
【0004】一般に、パッケージ形のインバータエアコ
ンでは、インバータの出力電圧(モータの入力電圧)V
と運転周波数fとの比(V/f)を基準にしてモータを
制御する、いわゆるV/f制御によるオープンループ制
御が用いられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】V/f制御方式のイン
バータエアコンにおいては、インバータの入力電圧に変
動が生じると、同一運転周波数において出力電圧も入力
電圧の変動とほぼ同率の変動が発生する。この出力電圧
の変動には、図7に示すように、中心電圧Cを基準とし
たある程度の許容範囲△Vが設定されている。
【0006】しかしながら、入力電圧が変動上限値UL
あるいは変動下限値LLを越えた場合、次のような問題
が生じる。
【0007】すなわち、図7中a点で示す低運転周波数
f1 時に入力電圧が大幅に上昇すると、出力電圧が上限
値ULを越え、必要以上にモータに過電圧が加わって過
励磁状態となり、著しい場合にはモータの励磁巻線の温
度上昇を招き、焼損するおそれがある。
【0008】また、図7中のbゾーンで示す高運転周波
数f2 〜f3 時に入力電圧が大幅に下降すると、出力電
圧が下限値LLを越えて下降し、モータのトルク不足を
招来して効率の悪い運転となる。
【0009】一方、外国向けのいわゆる輸出用インバー
タエアコンの場合、輸入国の電力事情に合わせた電圧仕
様で作製する必要があるが、各国の電力事情に合わせた
仕様とすることはコスト面で不利であり、使用可能電圧
の範囲を広くしたワイドレンジ形のものが好ましい。し
かし、世界各国の商用電源電圧は多種多様であり、そこ
に電圧変動の発生状況を考慮した一種類のインバータエ
アコンを供給することは極めて困難である。このような
ワイドレンジ形のインバータエアコンにおいては、上述
の電圧変動による問題は特に顕著となる。
【0010】そこで、本発明は、広範囲な電圧変動が生
じても常に最適なV/f制御が可能な空調装置を提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は可変能力形の圧縮機と、この圧縮機の運転
周波数を所定の出力電圧と運転周波数との比で制御する
インバータと、このインバータに空調負荷に応じた可変
周波数制御命令を与えるコントローラとを備えた空気調
和装置において、前記インバータの入力電圧を検出する
入力電圧検出手段を有し、前記コントローラは、前記イ
ンバータの入力電圧を所定範囲ごとに複数に区分してな
る各電圧領域のそれぞれに対応した前記出力電圧と運転
周波数との比のデータが予め格納された参照手段を有
し、検出された入力電圧を含む前記電圧領域に対応し
て、前記参照手段から、検出された前記入力電圧に対応
する前記出力電圧と運転周波数との比のデータを読出し
前記可変周波数制御命令を出力するように構成したこ
とを特徴とするものである。
【0012】また、本発明は、コントローラは、出力電
圧と運転周波数との比のデータを前記参照手段から読出
して前記可変周波数制御命令を出力する際に、圧縮機を
停止するようにしてもよい。
【0013】
【作用】本発明によれば、入力電圧検出手段はインバー
タの入力電圧を検出し、その検出信号はコントローラに
与えられる。コンントローラは入力された入力電圧検出
信号に対応する最適V/f値を参照手段に格納された複
数のV/f値データから選択して切換え、このV/f値
に基づく運転命令をインバータに与える。
【0014】したがって、入力電圧が変動しても、その
変動後の電圧に応じた最適V/f値が自動的に切換え設
定されるので上述の問題は解消される。
【0015】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面を参照し
て説明する。
【0016】図1に、本発明に係るインバータエアコン
の要部の概要を示す。図1において、コンバータ1には
3相交流電源(R.S.T)が供給される。コンバータ
1は供給された3相交流電力を直流電力に整流し、その
直流電力をインバータ2に供給する。インバータ2はコ
ントローラ7からの可変運転周波数の制御信号Vcに従
って空調負荷に応じた周波数の3相駆動電力をコンプレ
ッサ3のモータに供給する。コンプレッサ3の圧縮能力
はインバータ2からの3相駆動電力に従って変化され、
空調ユニット4内の冷媒の循環量の変化による負荷追従
の空調運転が行なわれる。
【0017】コンバータ1の入力側には、入力電圧(こ
の実施例では3相交流電圧R.S.TのSとT相の線間
電圧)VINを検出する入力電圧検出回路6が持続され
る。
【0018】入力電圧検出回路6の例を図2に示す。図
2からわかるように、入力電圧検出回路6は、入力電圧
VINをその後の信号処理に適した電圧値に降圧するため
の絶縁トランス8と、その二次電圧を整流するブリッジ
整流回路9と、整流出力のリップル成分を除去するリッ
プルフィルタを構成するコンデンサCおよび抵抗Rを有
し、検出電圧VD をコントローラ7のA/D変換入力ポ
ートに出力する。なお、この入力電圧検出回路6の構成
は図2に示す態様例には限定されず、必要に応じて種々
の変形が可能である。
【0019】コントローラ7は、マイクロコンピュータ
(図示せず)を利用して構成することが可能であり、上
記した検出電圧VD はこのマイクロコンピュータのA/
D変換入力ポートに入力される。
【0020】マイクロコンピュータは、図示しないが制
御演算プログラムが格納されたROM(Read On
ly Memory)の他、後述するV/f値データが
格納された参照手段としてのROM(Read Onl
y Memory)を有し、適宜必要な入力信号(例え
ば、空調負荷を検出する温度センサからの温度検出信号
等)に応じてインバータ2およびエアコン全体の統括的
制御を行う。
【0021】V/f値データは、V/f制御補正テーブ
ル(以下単にテーブルという)の形式でROMに格納さ
れており、その例を図3および図4に示す。
【0022】図3に示すように、本発明に係るインバー
タエアコンを広範囲な入力電圧VINに対応可能とするた
めに、テーブルは例えば、A地区、B地区、C地区の3
つの地区に対応してTBL1 、TBL2 、TBL3 の三
種類が用意されている。テーブルTBL1 、は制御基準
電圧V01( 例えば370V)を中心にその上下342V
〜389Vに対して所定周波数fごとのV/f値(図4
参照)、テーブルTBL2 は制御基準電圧V02(例え
ば、400V)を中心とする390V〜409Vの範囲
でのV/f値を有し、さらに、テーブルTBL3 は制御
基準電圧V03(例えば430V)を中心とする410V
〜457Vの範囲でのV/f値を有している。
【0023】次に、本発明に係るインバータエアコンの
運転動作について説明する。
【0024】図5に、運転動作の概要フローチャートを
示す。まず、適正なV/f制御を行うためには、コンバ
ータ1に供給される入力電圧VINを読取らなければなら
ない。この入力電圧VINの読取りは電圧検出回路6によ
り空調ユニット4の停止時(具体的には、コンバータ
1、インバータ2、コンプレッサ3など冷媒の動きに関
連する部分の停止時)に行う(ステップS1,S2)。
【0025】入力電圧VINの確定は、所定の時間での読
取値の平均値を用いるのが好ましい。電圧検出回路6に
よる検出電圧Vd はコントローラ7に入力される。コン
トローラ7は図5に示すアルゴリズムに従って以下のよ
うに演算制御を実行する。
【0026】すなわち、検出電圧Vd に対応する最適な
V/f値(f01〜f03)が格納されたテーブルの選択を
行う(ステップS3)。この状態で、入力電圧の変動が
ない場合、すなわち変動率△Vが、所定の基準値Vref
内である場合には、そのときのV/f値を用いて図示し
ない運転制御フローによりコンプレッサ3を駆動し、ス
テップS3とステップS4を繰返している。
【0027】ところが、入力電圧VINの変動率△Vが基
準値Vref を越えた場合(ステップS4,Yes)には
ステップS5に移り、入力電圧VINの再読取りを行う。
このとき、動作の安全性を確保するため、空調ユニット
4を一旦停止させた状態で再読取を行なう。ただし、テ
ーブル変更に伴うV/f値の変更が円滑に行なうことが
可能であるならば、空調ユニット4の停止は不要であ
り、そのような場合には、ステップ3において、V/f
値をゆっくり変更させるプログラム等を用意すればよ
い。
【0028】このようにして、入力電圧VINが変化した
場合に変化後の入力電圧VINに対応する最適V/f値が
再度選択され、そのV/f値を基準にして空調運転が実
行される。
【0029】このように、本実施例によるインバータエ
アコンは図3に示すような電圧地区の異なる国もしくは
地域に搬入され設置されたとしても、V/f制御補正テ
ーブルTBL1 、TBL2 、TBL3 に含まれる電圧地
域であれば、自動的に適正なテーブルTBL1 、TBL
2 、TBL3 のいずれかを選択して切り替えるため、ワ
イドレンジの運転を可能とし、かつ、従来(図7)に示
すようなインバータ2の出力電圧VOUT の大幅な変化は
なく、図6に示すように、中心電圧Cに対する上下動幅
が少なくなるので、コンプレッサ3のモータの過励磁や
トルク不足を生じることがない。
【0030】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、コントロ
ーラが入力電圧に対応したV/f値データを格納する参
照手段を含み、入力電圧の変化に応じて最適なV/f値
データに基づいて運転制御を可能としたことにより、広
範囲な電圧変動が生じても最適なV/f制御が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空調装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】電圧検出回路の例を示す回路図である。
【図3】入力電圧の区分例とV/f制御補正テーブルと
の対応関係を示す説明図である。
【図4】V/f制御補正テーブルの内容の例を示す説明
図である。
【図5】本発明の空調装置の運転動作の概要を示すフロ
ーチャートである。
【図6】本発明によるV/f制御の特性を示す説明図で
ある。
【図7】従来のV/f制御の特性を示す説明図である。
【符号の説明】
1 コンバータ 2 インバータ 3 コンプレッサ 4 空調ユニット 6 電圧検出回路 7 コントローラ 8 トランス 9 全波整流回路 VIN 入力電圧 VOUT 出力電圧 Vc 制御信号 TBL1 〜TBL3 V/f制御補正テーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98 F24F 11/00 - 11/02 F25B 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変能力形の圧縮機と、この圧縮機の運
    転周波数を所定の出力電圧と運転周波数との比で制御す
    るインバータと、このインバータに空調負荷に応じた可
    変周波数制御命令を与えるコントローラとを備えた空気
    調和装置において、 前記インバータの入力電圧を検出する入力電圧検出手段
    を有し、 前記コントローラは、前記インバータの入力電圧を所定
    範囲ごとに複数に区分してなる各電圧領域のそれぞれに
    対応した前記出力電圧と運転周波数との比のデータが予
    め格納された参照手段を有し、検出された入力電圧を含
    む前記電圧領域に対応して、前記参照手段から、検出さ
    れた前記入力電圧に対応する前記出力電圧と運転周波数
    との比のデータを読出して前記可変周波数制御命令を出
    力するように構成したことを特徴とする空気調和装置。
  2. 【請求項2】 前記コントローラは、出力電圧と運転周
    波数との比のデータを前記参照手段から読出して前記可
    変周波数制御命令を出力する際に、圧縮機を停止するこ
    とを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
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