JP4120693B1

JP4120693B1 - インバータ圧縮機の運転方法及び圧縮機駆動装置

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Publication number: JP4120693B1
Application number: JP2007001009A
Authority: JP
Inventors: 浩仁前田; 圭介嶋谷; 雅一加藤; 健臣鵜飼; 浩伸溝部; 伸起北野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: CN101542123A; CN101542123B; JP2008169699A

Abstract

【課題】漏洩電流を低減するインバータ圧縮機の運転方法及び圧縮機駆動装置を提供する。
【解決手段】インバータ（３）に設けられたハイアーム側トランジスタ（３０１）の動作電源として機能するブートコンデンサ（３０７）は、モータ（２）の通常運転前に充電される必要がある。このブートコンデンサ（３０７）の充電動作を通常運転時のキャリア周波数よりも低いキャリア周波数で実行する。よって、ブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ圧縮機の運転方法及び圧縮機駆動装置に関し、特に漏洩電流を低減する技術に関する。

モータを介して圧縮機を駆動するインバータにおいて、当該圧縮機の通常運転に先立って予備運転が実行される。当該予備運転の一つとして予熱運転がある。予熱運転とは、圧縮機を駆動するモータに電流を流してモータを予熱する運転である。

また、インバータのハイアーム側トランジスタの動作電源として機能するブートコンデンサが設けられている場合には、当該ブートコンデンサを充電する必要がある。この充電動作も予備運転の一つである。

なお、本発明に関連する技術として特許文献１が開示されている。

特開２００５−３３７２３４号公報

予備運転での、ブートコンデンサの充電動作時に生じる漏洩電流は、他の予備運転（例えば予熱運転）で生じる漏洩電流に比べて大きかった。

本発明は漏洩電流を低減するインバータ圧縮機の運転方法及び圧縮機駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るインバータ圧縮機の運転方法の第１の態様は、ハイアーム側スイッチ（３０１）と、前記ハイアーム側スイッチへスイッチ信号を出力するための動作電源として機能するブートコンデンサ（３０７）とを有するインバータ（３）から交流電流が供給されるモータ（４）によって駆動され、冷媒を圧縮するインバータ圧縮機の運転方法であって、前記圧縮機の通常運転に先立って実行される前記ブートコンデンサの充電動作を、前記通常運転時のキャリア周波数より低いキャリア周波数で実行する。

本発明に係るインバータ圧縮機の運転方法の第２の態様は、第１の態様に係るインバータ圧縮機の運転方法であって、前記ブートコンデンサの充電動作時のキャリア周波数は、前記通常運転に先立って実行される予備運転時のキャリア周波数と同じもしくは低い。

本発明に係る圧縮機駆動装置の第１の態様は、冷媒を圧縮する圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置であって、前記圧縮機を駆動するモータ（４）と、ハイアーム側スイッチ（３０１）と、前記ハイアーム側スイッチへスイッチ信号を出力するための動作電源として機能するブートコンデンサ（３０７）とを有し、前記モータに交流電流を供給するインバータ（３）と、前記インバータに対して、前記圧縮機の通常運転に先立つブートコンデンサの充電動作を、前記通常運転時のキャリア周波数より低いキャリア周波数で実行する制御部（５）とを備える。

本発明に係る圧縮機駆動装置の第２の態様は、第１の態様に係る圧縮機駆動装置であって、前記ブートコンデンサの充電動作時のキャリア周波数は、前記通常運転に先立って実行される予備運転時のキャリア周波数と同じもしくは低い。

本発明に係るインバータ圧縮機の運転方法の第１の態様及び圧縮機駆動装置の第１の態様によれば、ブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流を低減することができる。通常運転前のブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流は他の予備運転に比べて大きいため、漏洩電流の低減効果が高い。

本発明に係るインバータ圧縮機の運転方法の第２の態様及び圧縮機駆動装置の第２の態様によれば、他の予備運転で生じるモータの騒音を低減することができる。

本発明に係る実施の形態の圧縮機駆動装置の概略構成図を図１に示す。本圧縮機駆動装置は、交流電源１と、ダイオードブリッジ２と、平滑コンデンサ２１と、インバータ３と、モータ４と、スイッチング制御部５とを備えている。

交流電源１は例えば単相交流電源である。なお、３相交流電源であってもよい。

ダイオードブリッジ２は交流電源１と接続され、交流電源１からの交流電圧を全波整流して、高電位出力線１０ａと低電位出力線１０ｂの間に直流電圧を出力する。

平滑コンデンサ２１は高電位出力線１０ａと低電位出力線１０ｂの間に接続され、ダイオードブリッジ２からの直流電圧を平滑する。

インバータ３は、パワーモジュール３０，３１と、制御電源回路３２とを備えている。パワーモジュール３０は、ハイアーム側トランジスタ３０１と、ローアーム側トランジスタ３０２と、フリーホールダイオード３０３，３０４と、ハイアーム制御回路３０５と、ローアーム制御回路３０６と、ブートコンデンサ３０７と、ダイオード３０８と、抵抗３０９とを備えている。

ハイアーム側トランジスタ３０１とローアーム側トランジスタ３０２は高電位出力線１０ａ及び低電位出力線１０ｂの間で同一方向に直列接続されている。フリーホールダイオード３０３，３０４はそれぞれハイアーム側トランジスタ３０１及びローアーム側トランジスタ３０２と逆方向に並列接続されている。そして、ハイアーム側トランジスタ３０１及びローアーム側トランジスタ３０２の接続点がモータ４と接続されている。

ハイアーム制御回路３０５及びローアーム制御回路３０６はそれぞれハイアーム側トランジスタ３０１及びローアーム側トランジスタ３０２のベースと接続されている。そして、スイッチング制御部５からのスイッチ信号をそれぞれハイアーム側トランジスタ３０１、ローアーム側トランジスタ３０２に出力する。

ハイアーム制御回路３０５は制御電源回路３２からの直流電源が抵抗３０９、ダイオード３０８、ブートコンデンサ３０７をこの順で介して供給される。ブートコンデンサ３０７はハイアーム制御回路３０５の動作電源、即ちハイアーム側トランジスタ３０１へスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する。

パワーモジュール３１はパワーモジュール３０と同一構成であるため説明を省略する。

スイッチング制御部５はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により所定のキャリア周波数で生成したスイッチ信号をインバータ３に出力する。

インバータ３は、平滑コンデンサ２１によって平滑された直流電流を、入力されたスイッチ信号に基づいて交流電流に変換し、モータ４に供給する。モータ４は当該交流電流によって励磁されて回転する。そして、モータ４の回転によって不図示の圧縮機が駆動される。

このような構成の圧縮機駆動装置において、通常運転の開始時はブートコンデンサ３０７には電荷が蓄電されていないため、通常運転の開始前にブートコンデンサ３０７を充電する必要がある。また、周囲温度が低いときは通常運転の開始前に予備運転の一つとして予熱運転などを行う場合がある。予熱運転は通常運転前にスイッチング制御部５によってインバータ３を動作させ、モータ４に電流を供給してモータ４を予熱することで実施される。

ここで、同一のキャリア周波数であれば、ブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流は、他の動作（予熱運転、通常運転等）で生じる漏洩電流に比べて大きいことが実験により判明した。

そこで、次に本発明による圧縮機駆動装置の動作を説明する。本圧縮機駆動装置において、通常運転に先立ってブートコンデンサの充電動作が行われる。具体的に、例えばスイッチング制御部５はキャリア周波数ｆ１でローアーム制御回路３０６にスイッチ信号を出力して、ローアーム側トランジスタ３０２を繰り返しＯＮ／ＯＦＦする。すると、制御電源回路３２、抵抗３０９、ダイオード３０８、ブートコンデンサ３０７、ローアーム側トランジスタ３０２から成る閉回路に電流が断続的に流れ、ブートコンデンサ３０７に電圧が充電される。

同様に、スイッチング制御部５はキャリア周波数ｆ１でパワーモジュール３１が有するローアーム制御回路にスイッチ信号を出力して、ローアーム側トランジスタを繰り返しＯＮ／ＯＦＦする。すると、パワーモジュール３１が有するブートコンデンサに電圧が充電される。

そして、ブートコンデンサの充電動作が終了すると、スイッチング制御部５は一旦スイッチ信号の出力を停止し、その後速やかにキャリア周波数ｆ２（＞ｆ１）で通常運転に移行する。本発明においては、ブートコンデンサの充電動作を、通常運転で用いるキャリア周波数ｆ２よりも低いキャリア周波数ｆ１で実行する。図２は上述した動作で生じる漏洩電流を示す図である。なお、比較のために図３にキャリア周波数ｆ２でブートコンデンサの充電動作を行い、続いてキャリア周波数ｆ２で通常運転を行う際に生じる漏洩電流を示す。

図２，３に示すように、ブートコンデンサの充電動作で用いるキャリア周波数ｆ１を通常運転で用いるキャリア周波数ｆ２よりも低くすることで、ブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流を低減することができ、所定の基準値を下回ることができる。これは、キャリア周波数を低くすることで、漏洩電流の経路にある寄生静電容量のインピーダンスが上昇するからと考えられる。また、ブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流は他の動作で生じる漏洩電流に比べて大きいので、本発明によれば特に漏洩電流の低減効果が大きい。なお、ここでいう基準値とは、例えば圧縮機駆動装置に設けられた漏電ブレーカ（図示せず）が動作する際の基準値である。

次に、通常運転前に予熱運転を実行する場合について述べる。予熱運転の開始時にはブートコンデンサに電荷が蓄積されていないので、やはり予熱運転に先立ってブートコンデンサの充電動作が実行される。このとき、キャリア周波数ｆ１でブートコンデンサの充電動作を実行した後、一旦停止してその後速やかにキャリア周波数ｆ１で予熱運転を実行する態様が考えられる。このとき、ブートコンデンサの充電動作及び予熱運転で生じる漏洩電流は基準値を下回っている。

ここで、ブートコンデンサの充電動作で生じる漏洩電流を所定の基準値以下まで低減するためにキャリア周波数ｆ１で充電動作を実行した場合、予熱運転で生じる漏洩電流を所定の基準値以下まで低減するためには、必ずしもキャリア周波数ｆ１で予熱運転を実行する必要はない。キャリア周波数ｆ３（ｆ１＜ｆ３）で予熱運転を実行すれば、予熱運転で生じる漏洩電流を所定の基準値以下とすることが可能である。

そして、キャリア周波数が低くなるにつれてモータ４の騒音が大きくなることに鑑みると、予熱運転のキャリア周波数がブートコンデンサの充電動作よりも高い場合、予熱運転で生じるモータ４の騒音を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、インバータ３から単相交流が単相モータ４に出力される態様で説明したがこれに限らず、インバータ３から３相交流が３相モータ４に出力されても良い。

なお、通常運転前に実行される予備運転として予熱運転を用いて説明したがこれに限らない。例えば、本圧縮機駆動装置が空気調和機に用いられる態様であれば、圧縮機に溜まった液冷媒を冷媒回路に排出するための液排出運転であってもよい。予熱運転と液排出運転を実行する場合であれば、ブートコンデンサの充電動作時のキャリア周波数を予備運転（予熱運転及び液排出運転）で用いられるキャリア周波数の中で最も小さくするとよい。

圧縮機駆動装置の概略構成図である。漏洩電流を示す図である。漏洩電流を示す図である。

符号の説明

３インバータ
４モータ
５スイッチング制御部
３０１ハイアーム側トランジスタ
３０７ブートコンデンサ

Claims

ハイアーム側スイッチ（３０１）と、前記ハイアーム側スイッチへスイッチ信号を出力するための動作電源として機能するブートコンデンサ（３０７）とを有するインバータ（３）から交流電流が供給されるモータ（４）によって駆動され、冷媒を圧縮するインバータ圧縮機の運転方法であって、
前記圧縮機の通常運転に先立って実行される前記ブートコンデンサの充電動作を、前記通常運転時のキャリア周波数より低いキャリア周波数で実行する、インバータ圧縮機の運転方法。
前記ブートコンデンサの充電動作時のキャリア周波数は、前記通常運転に先立って実行される予備運転時のキャリア周波数と同じもしくは低い、請求項１に記載のインバータ圧縮機の運転方法。
冷媒を圧縮する圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置であって、
前記圧縮機を駆動するモータ（４）と、
ハイアーム側スイッチ（３０１）と、前記ハイアーム側スイッチへスイッチ信号を出力するための動作電源として機能するブートコンデンサ（３０７）とを有し、前記モータに交流電流を供給するインバータ（３）と、
前記インバータに対して、前記圧縮機の通常運転に先立つブートコンデンサの充電動作を、前記通常運転時のキャリア周波数より低いキャリア周波数で実行する制御部（５）と
を備える、圧縮機駆動装置。
前記ブートコンデンサの充電動作のキャリア周波数は、前記通常運転に先立って実行される予備運転時のキャリア周波数と同じもしくは低い、請求項３に記載の圧縮機駆動装置。