JP5306262B2 - Drive controller for compressor for air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、空気調和機の圧縮機に係わり、さらに詳しくは、運転停止中に圧縮機内の冷凍機油に冷媒が溶解する冷媒寝込みを防止する空気調和機用圧縮機の駆動制御装置に関するものである。 The present invention relates to an air conditioner compressor, and more particularly to an air conditioner compressor drive control device for preventing refrigerant stagnation in which refrigerant is dissolved in refrigerating machine oil in the compressor during operation stop. .
空気調和機においては、圧縮機の運転停止中に冷媒の温度差や圧力差によって圧縮機内に冷媒が溜まりこむ冷媒寝込み現象が発生することがある。冷媒寝込み現象が発生すると、圧縮機の起動負荷が大きくなったり、起動時には圧縮機内の冷凍機油と冷媒の混合液が短時間に大量に圧縮機外に吹き出されて、圧縮機内の冷凍機油が枯渇して軸破損などの不具合を発生する虞があった。
一般的に圧縮機への寝込み防止対策として、圧縮機の運転停止中は、ヒーターによって圧縮機内を加熱したり、インバーターによって圧縮機モーターの巻線に拘束通電(圧縮機モーターを駆動しない電圧)して、圧縮機内を加熱している。しかしながら、運転停止中に圧縮機内の加熱のために電力を常に消費し、待機電力が増大するという課題があった。
そこで、従来の圧縮機の加熱制御は、外気温度検出器によって外気温度を検出し、検出された外気温度が所定値以上となった場合に拘束通電またはヒーターによる加熱を停止して消費電力を低減している(例えば、特許文献1参照)。
In an air conditioner, a refrigerant stagnation phenomenon may occur in which refrigerant accumulates in the compressor due to a temperature difference or pressure difference of the refrigerant while the compressor is stopped. When the refrigerant stagnation occurs, the start-up load of the compressor increases, or at the time of start-up, a large amount of the mixture of refrigeration oil and refrigerant in the compressor is blown out of the compressor in a short time, and the refrigeration oil in the compressor is depleted. As a result, problems such as shaft breakage may occur.
In general, as a measure to prevent stagnation in the compressor, when the compressor is stopped, the inside of the compressor is heated by a heater, or the compressor motor winding is energized (voltage that does not drive the compressor motor) by an inverter. The inside of the compressor is heated. However, there is a problem that power is always consumed for heating in the compressor during operation stop, and standby power is increased.
Therefore, the conventional compressor heating control detects the outside air temperature with an outside air temperature detector, and when the detected outside air temperature exceeds a predetermined value, stops energization or heating by the heater to reduce power consumption. (For example, refer to Patent Document 1).
また、他の圧縮機の加熱制御では、運転停止中に圧縮機を加熱する加熱手段と、外気温度を検出する外気温度検出器とを設け、外気温度が低下傾向にある間は熱容量が最も大きく圧縮機が最も高温となるため冷媒寝込みが発生しないと判定し、圧縮機の加熱を停止状態に保持することで停止中の消費電力を低減しているものがある(例えば、特許文献2参照)。 In the heating control of other compressors, a heating means for heating the compressor during operation stop and an outside air temperature detector for detecting the outside air temperature are provided, and the heat capacity is the largest while the outside air temperature tends to decrease. It is determined that refrigerant stagnation does not occur because the compressor is at the highest temperature, and there is one that reduces power consumption during stoppage by holding the compressor in a stopped state (for example, see Patent Document 2). .
また、上記2つの方式は外気温度やその他の部分の温度を検出することで、圧縮機内の冷媒状態を予測するものであるが、圧縮機に冷媒状態を検出するセンサーを設置することで直接的に冷媒状態を検出する方式がある。この方式は、圧縮機を加熱するヒーターと、冷媒と冷凍機油の電気抵抗を検知する絶縁抵抗センサーとを備え、そのセンサーによって検出された絶縁抵抗値が所定値以下となった場合にヒーターに通電し、冷凍機油を加熱することで冷媒の二相分離を防止する。また、絶縁抵抗値が所定値以上となった場合には、ヒーターへの通電を停止して消費電力の低減を図っている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, the above two methods predict the refrigerant state in the compressor by detecting the outside air temperature and the temperature of other parts, but directly by installing a sensor for detecting the refrigerant state in the compressor. There is a method for detecting the refrigerant state. This system includes a heater that heats the compressor and an insulation resistance sensor that detects the electrical resistance of the refrigerant and the refrigeration oil. When the insulation resistance value detected by the sensor falls below a predetermined value, the heater is energized. Then, two-phase separation of the refrigerant is prevented by heating the refrigerator oil. In addition, when the insulation resistance value is equal to or greater than a predetermined value, the power supply to the heater is reduced by stopping energization of the heater (see, for example, Patent Document 3).
特許文献1に記載された圧縮機の加熱制御は、外気温度によって圧縮機の加熱時間を短縮し、運転停止中の消費電力を低減しているが、外気温度から圧縮機内部の冷媒状態を予測するものであり、確実に冷媒状態を検出するものではない。運転停止中における冷媒回路内の冷媒は最も低温の部分に集まる特性があり、室内機と室外機の温度差が大きくなる外気温度が低いときに圧縮機へ冷媒が溜まり込むことが多い。しかしながら、室外機の冷媒回路内の温度差によって外気温度が高い場合でも室外機の冷媒回路内において、圧縮機の温度が最も低くなる状態がある。また、外気温度が低い場合でも室外機の冷媒回路内において、圧縮機よりも室外熱交換器のほうが低温になり、圧縮機へ冷媒が溜まり込まない場合がある。そのため、実際には圧縮機の加熱が必要ではない冷媒寝込みが発生していない時にも圧縮機内を加熱しているため無駄な電力を消費している。また、実際には圧縮機の加熱が必要である冷媒寝込みが発生している時に圧縮機の加熱を停止してしまうことによって圧縮機の軸破損などの不具合が発生する虞がある。 The heating control of the compressor described in Patent Document 1 shortens the heating time of the compressor by the outside air temperature and reduces the power consumption during operation stop, but predicts the refrigerant state inside the compressor from the outside air temperature. However, the refrigerant state is not reliably detected. When the operation is stopped, the refrigerant in the refrigerant circuit has a characteristic of gathering at the lowest temperature portion, and the refrigerant often accumulates in the compressor when the outside air temperature at which the temperature difference between the indoor unit and the outdoor unit becomes large is low. However, even when the outside air temperature is high due to a temperature difference in the refrigerant circuit of the outdoor unit, there is a state where the temperature of the compressor is the lowest in the refrigerant circuit of the outdoor unit. Even when the outside air temperature is low, the outdoor heat exchanger may be cooler than the compressor in the refrigerant circuit of the outdoor unit, and the refrigerant may not accumulate in the compressor. Therefore, wasteful power is consumed because the inside of the compressor is heated even when refrigerant stagnation that does not require heating of the compressor has actually occurred. In addition, when the refrigerant stagnation, which actually requires heating of the compressor, is stopped, the heating of the compressor may be stopped, which may cause problems such as breakage of the compressor shaft.
また、特許文献2における圧縮機の加熱制御では、外気温度を検出し外気温度が低下中にヒーターまたは拘束通電による圧縮機内の加熱を停止し、上昇中はヒーターまたは拘束通電によって圧縮機内を加熱するものである。冷媒は冷媒回路内の最も低温な部分で凝縮し、その部分へ溜まり込んでいく特性を利用して外気温度が上昇または下降しているかを検出して圧縮機の加熱が必要か否かを判定し、必要な時のみ圧縮機の加熱を行うことで消費電力を低減するものであるが、外気温度から冷媒の溜まり込むタイミングを予測するものであり、圧縮機の加熱が必要か否かを確実に検出できるものではない。しかしながら、冷媒回路における熱交換器や圧縮機の熱容量は機種毎にその値が異なることや、外気温度の上昇または下降の傾きによって圧縮機が最も低温となるタイミングに誤差が生じ、圧縮機に液冷媒が溜まり込む瞬間を検出することができない。そのため、圧縮機への冷媒寝込みを防止するためには、ある程度のマージンを設ける必要があり、圧縮機の加熱が不要な場合においても圧縮機の加熱を行い無駄な電力を消費することがある。
In the heating control of the compressor in
また、特許文献3に記載の冷凍装置では、圧縮機の給油管の下方に絶縁抵抗センサーを設置し、冷媒と冷凍機油の二相分離を絶縁抵抗によって検出するようにしている。絶縁抵抗が所定値以下になった時のみヒーターに通電を行い、冷凍機油を加熱することで停止中の消費電力を消費している。しかしながら、絶縁抵抗を精度良く検出するためには高コストな絶縁抵抗センサーが必要となるといった課題がある。
Further, in the refrigeration apparatus described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は、圧縮機内部の冷媒状態を検出することができる検出器を使用して圧縮機の加熱が必要な時のみ拘束通電またはヒーターに通電して圧縮機の運転停止中の電力消費を必要最小限に抑えることができる空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object is to use a detector capable of detecting the refrigerant state inside the compressor to heat the compressor. It is possible to obtain a drive control device for an air conditioner compressor capable of suppressing power consumption during operation stop of a compressor by restricting energization or heating a heater only when necessary.
また、第2の目的は、低コストな漏洩電流検出器であっても圧縮機内部の冷媒の状態を高精度に検出することができる空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を得るものである。 A second object is to provide a drive control device for a compressor for an air conditioner that can detect the state of the refrigerant inside the compressor with high accuracy even with a low-cost leakage current detector. .
本発明に係る空気調和機用圧縮機の駆動制御装置は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、直流電源回路により変換された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機内の圧縮機モータを駆動するインバーターと、圧縮機から大地に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、圧縮機の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数によりインバーターを制御し、前記漏洩電流を増加させるキャリア周波数制御部と、漏洩電流検出器により検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機内を加熱する冷媒寝込み防止制御部とを備えたものである。 A compressor drive control device for an air conditioner according to the present invention includes a DC power supply circuit that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage, a DC voltage converted by the DC power supply circuit, into an AC voltage, An inverter for driving the compressor motor of the motor, a leakage current detector for detecting a leakage current flowing from the compressor to the ground, and controlling the inverter with a predetermined carrier frequency at predetermined intervals while the compressor is stopped. A carrier frequency control unit for increasing the refrigerant, and a refrigerant stagnation prevention control unit that reads the leakage current detected by the leakage current detector and determines whether the leakage current is less than a predetermined value and heats the inside of the compressor when the leakage current is larger than the predetermined value It is equipped with.
本発明においては、圧縮機の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数によりインバーターを制御して圧縮機と大地との間の漏洩電流を増加させ、その漏洩電流を漏洩電流検出器で検出して所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときのみ圧縮機内を加熱するようにしている。これにより、低コストな漏洩電流検出器であっても精度良く漏洩電流を検出することができ、圧縮機5の運転停止中の消費電力を低減することができ、確実に冷媒の溜まりこみの発生を防止することが可能になる。 In the present invention, while the compressor is stopped, the inverter is controlled by a predetermined carrier frequency at predetermined intervals to increase the leakage current between the compressor and the ground, and the leakage current is detected by the leakage current detector. Whether or not it is less than a predetermined value is determined, and the inside of the compressor is heated only when the leakage current is larger than the predetermined value. As a result, even a low-cost leakage current detector can accurately detect the leakage current, reduce the power consumption during the shutdown of the compressor 5, and reliably generate refrigerant accumulation. Can be prevented.
図1は本発明の実施の形態に係る空気調和機用圧縮機の駆動制御装置を示す概略構成のブロック図である。
図1において、本実施の形態の駆動制御装置は、交流電源1の交流電圧を全波整流する整流器2と、整流器2の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ2aと、平滑コンデンサ2aにより平滑された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換し、圧縮機5内に設けられた圧縮機モーター4を駆動するインバーター3と、インバーター3を制御するインバーター制御装置6と、圧縮機モーター4と圧縮機5との間に生じる浮遊容量10を介して圧縮機5から大地に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器9とを備えている。なお、本実施の形態においては、整流器2と平滑コンデンサ2aとで直流電源回路が構成されている。
FIG. 1 is a block diagram of a schematic configuration showing a drive control device for an air conditioner compressor according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the drive control apparatus of the present embodiment includes a
前述のインバーター制御装置6には、冷媒寝込み防止制御部7と、キャリア周波数制御部8とが設けられている。このキャリア周波数制御部8は、圧縮機5の運転停止中に所定間隔毎にかつ一定時間、所定のキャリア周波数によりインバーター3を制御し、圧縮機モーター4と圧縮機5との間の浮遊容量10を上げて圧縮機5と大地との間の漏洩電流を増加させる。所定のキャリア周波数は、圧縮機モーター4を駆動することなく巻線に大きな電流が流れるようにするための周波数である。冷媒寝込み防止制御部7は、漏洩電流検出器9によって検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときには圧縮機5の内部に液冷媒が寝込んでいると判定し、漏洩電流が所定値以下のときには圧縮機5の内部に液冷媒が寝込んでいないと判定する。冷媒寝込み防止制御部7は、圧縮機5内に液冷媒が寝込んでいると判定した際、圧縮機モーター4の巻線に拘束通電されるようにインバーター3を制御し、その電流により巻線を発熱させて圧縮機5内を加熱し冷媒寝込みを防止する。
In the inverter control device 6 described above, a refrigerant stagnation
漏洩電流は、下記の式に示すように誘電率、キャリア周波数にそれぞれ比例する。
Ir∝ε・f
Ir:漏洩電流[A]
ε :誘電率
f :キャリア周波数[Hz]
The leakage current is proportional to the dielectric constant and the carrier frequency as shown in the following equation.
Ir∝ε · f
Ir: Leakage current [A]
ε: dielectric constant f: carrier frequency [Hz]
空気調和機における冷媒の誘電率εは、冷媒が気体の状態よりも液体の状態のほうが大きくなる特性を有している。また、漏洩電流Irは、電気用品安全法によって基準値以下にすることが定められており、そのため、微少な電流値となっている。そこで、本実施の形態では、その誘電率εの特性を利用し、キャリア周波数fを上げて漏洩電流Irを増加させるようにしている。そのキャリア周波数fを増加させることにより、高コストな漏洩電流検出器を用いることなく、低コストな漏洩電流検出器9で漏洩電流Irの変化を読み取ることができる。なお、これに代えて、冷媒が気体のときの値をモニタし、その所定倍を所定値としても良い。
The dielectric constant ε of the refrigerant in the air conditioner has a characteristic that the refrigerant is larger in the liquid state than in the gas state. In addition, the leakage current Ir is stipulated to be a reference value or less by the Electrical Appliance and Material Safety Law, and therefore has a very small current value. Therefore, in the present embodiment, the leakage current Ir is increased by increasing the carrier frequency f using the characteristic of the dielectric constant ε. By increasing the carrier frequency f, the change in the leakage current Ir can be read by the low-cost leakage
次に、本実施の形態の動作を図2に基づいて説明する。
図2は図1の駆動制御装置における圧縮機モーターの運転停止時の動作を示すフローチャートである。
キャリア周波数制御部8は、インバーター制御装置6により圧縮機5の運転が停止されたことを検知すると(ステップ1)、所定のキャリア周波数となるようにキャリア周波数を上げてインバーター3を制御し(ステップ2)、圧縮機モーター4と圧縮機5との間の浮遊容量10を増加させる。この時、漏洩電流検出器9は、その浮遊容量10を介して圧縮機5から大地に流れる漏洩電流を検出し(ステップ3)、冷媒寝込み防止制御部7は、漏洩電流検出器9により検出された漏洩電流を読み込む。一方、キャリア周波数制御部8は、冷媒寝込み防止制御部7により漏洩電流が読み込まれたときに、キャリア周波数を下げて漏洩電流を減少させる(ステップ4)。
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the compressor motor in FIG. 1 when the operation of the compressor motor is stopped.
When detecting that the operation of the compressor 5 is stopped by the inverter control device 6 (step 1), the carrier
一方、冷媒寝込み防止制御部7は、漏洩電流検出器9から読み込んだ漏洩電流が所定値以下かどうかを判定する(ステップ5)。冷媒寝込み防止制御部7は、漏洩電流が所定値以下のときには圧縮機モーター4への拘束通電を行うことなく終了し(ステップ7)、その旨をキャリア周波数制御部8に通知して、下げたキャリア周波数の出力を停止させる。また、冷媒寝込み防止制御部7は、漏洩電流値が所定値より高いときには圧縮機5内に液冷媒が溜まり込んでいると判定して、圧縮機モーター4の巻線に拘束通電が行われるようにインバーター3を制御する(ステップ6)。この拘束通電により、圧縮機モーター4の巻線が発熱し、圧縮機5内が加熱される。前述した一連の動作は、所定間隔毎にかつ一定時間繰り返し行われ、圧縮機5の内部に液冷媒が溜まり込んだときのみ圧縮機5の加熱を行う。
On the other hand, the refrigerant stagnation
以上のように本実施の形態においては、圧縮機5の運転停止中に所定間隔毎にかつ一定時間、所定のキャリア周波数によりインバーター3を制御し、圧縮機モーター4と圧縮機5との間の浮遊容量10を上げて圧縮機5と大地との間の漏洩電流を増加させるようにしている。このため、低コストな漏洩電流検出器9でも精度良く漏洩電流を検出することができ、コスト削減を図ることが可能になる。また、その漏洩電流検出器9により検出された漏洩電流が所定値より大きいときのみ圧縮機モーター4の巻線に拘束通電を行って圧縮機5内を加熱するようにしている。これにより、圧縮機5の運転停止中の消費電力を低減することができ、確実に冷媒の溜まりこみの発生を防止することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、実施の形態では、漏洩電流検出器9により検出された漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機モーター4の巻線に拘束通電して圧縮機5内を加熱するようにしたが、加熱用ヒータを備えた圧縮機においては、圧縮機モーター4の巻線に拘束通電を行うことなく、加熱用ヒーターに通電して圧縮機5内を加熱する。
In the embodiment, when the leakage current detected by the leakage
1 交流電源、2 整流器、2a 平滑コンデンサ、3 インバーター、4 圧縮機モーター、5 圧縮機、6 インバーター制御装置、7 冷媒寝込み防止制御部、8 キャリア周波数制御部、9 漏洩電流検出器、10 浮遊容量。 1 AC power source, 2 rectifier, 2a smoothing capacitor, 3 inverter, 4 compressor motor, 5 compressor, 6 inverter control device, 7 refrigerant stagnation prevention control unit, 8 carrier frequency control unit, 9 leakage current detector, 10 floating capacity .
Claims (3)
前記直流電源回路により変換された直流電圧を交流電圧に変換し、圧縮機内の圧縮機モータを駆動するインバーターと、
圧縮機から大地に流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、
圧縮機の運転停止中に所定間隔で所定のキャリア周波数により前記インバーターを制御し、前記漏洩電流を増加させるキャリア周波数制御部と、
前記漏洩電流検出器により検出された漏洩電流を読み込んで所定値以下かどうかを判定し、漏洩電流が所定値より大きいときに圧縮機内を加熱する冷媒寝込み防止制御部と
を備えたことを特徴とする空気調和機用圧縮機の駆動制御装置。 A DC power supply circuit that converts the AC voltage of the AC power supply into a DC voltage;
An inverter that converts the DC voltage converted by the DC power supply circuit into an AC voltage and drives a compressor motor in the compressor;
A leakage current detector for detecting leakage current flowing from the compressor to the ground;
A carrier frequency control unit that controls the inverter with a predetermined carrier frequency at predetermined intervals while the compressor is stopped, and increases the leakage current;
A refrigerant stagnation prevention control unit that reads the leakage current detected by the leakage current detector, determines whether the leakage current is less than or equal to a predetermined value, and heats the inside of the compressor when the leakage current is larger than the predetermined value. A drive control device for a compressor for an air conditioner.
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