JP5490612B2

JP5490612B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP5490612B2
Application number: JP2010121526A
Authority: JP
Inventors: 健太郎鈴木; 淳一鈴木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: CN102297492A; EP2390674B1; EP2390674A2; EP2390674A3; CN102297492B; JP2011247497A

Description

本発明は、３相４線式交流電源から電力供給を受ける空気調和装置に関するものである。

従来よりこの種空気調和装置においては、Ｎ相を有する３相４線式交流電源から電力を供給して運転されるものがある。このような空気調和装置において、電源接続状態の異常を検出する場合、電源の各相間のゼロクロス波形を生成し、この波形をコントローラ（制御手段）に入力してそれらの波形の位相差から欠相等の異常を検出するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３０４１２９号公報

しかしながら、電源のＮ相が欠相した場合、Ｎ相を含めた電源（例えばＬ１相−Ｎ相間）での消費電力が大きくないと、回路上のコンデンサの影響で明らかな異常を検出できる程の位相差が発生しない。

また、空気調和装置にはコンプレッサを加熱するクランクケースヒータを搭載しているものがあるが、断線等の異常を検出するためには、温度センサ等を用いてコンプレッサの温度上昇を確認する以外に無かった。しかしながら、コンプレッサの運転状況や周囲の温度状況により、係る温度上昇による異常検知基準が変化してしまうため、確実な検出は困難であった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、３相４線式交流電源から電力供給を受ける空気調和装置において、Ｎ相の欠相を的確に検出できるようにすることを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、３相４線式交流電源から電力供給を受けるものであって、交流電源のＮ相とこのＮ相以外の相との間に接続された電気的負荷と、Ｎ相及びＮ相以外の相に流れる電流を検出するためにそれぞれ設けられた第１の変流器及び第２の変流器と、各変流器の二次巻線の出力が接続され、電気的負荷を含む交流電源に接続された電気機器の制御を実行する制御手段とを備え、第１の変流器の二次巻線は第２の変流器の二次巻線より多く捲装されており、制御手段は、電気的負荷以外の電気機器が停止している状態で、電気的負荷に通電した際の各変流器の出力に基づき、第１の変流器の出力が第２の変流器の出力より小さい場合、又は、第１の変流器の出力が所定の値に達しない場合、Ｎ相の欠相、若しくは、電気的負荷の異常と判断することを特徴とする。

請求項２の発明の空気調和装置は、上記において電気的負荷の消費電力により、第１の変流器の二次巻線の出力が第２の変流器の二次巻線の出力より大きくなるよう第１の変流器の二次巻線の捲数が設定されていることを特徴とする。

請求項３の発明の空気調和装置は、上記各発明において電気的負荷は、電気機器としてコンプレッサを加熱するためのクランクケースヒータであることを特徴とする。

本発明では、３相４線式交流電源から電力供給を受ける空気調和装置において、交流電源のＮ相とこのＮ相以外の相との間に接続された電気的負荷と、Ｎ相及びＮ相以外の相に流れる電流を検出するためにそれぞれ設けられた第１の変流器及び第２の変流器と、各変流器の二次巻線の出力が接続され、電気的負荷を含む交流電源に接続された電気機器の制御を実行する制御手段とを備えており、第１の変流器の二次巻線を第２の変流器の二次巻線より多く捲装したので、電気的負荷以外の電気機器が停止している状態で、電気的負荷に通電した場合、Ｎ相の欠相、又は、電気的負荷に異常が発生していなければ、第１の変流器の出力は所定の値に達して第２の変流器の出力より大きくなる。

一方、Ｎ相が欠相している場合、又は、電気的負荷に異常が発生している場合、第１の変流器の出力は所定の値より小さくなって第２の変流器の出力に達しなくなる。

そこで、本発明によれば制御手段が、電気的負荷以外の電気機器が停止している状態で、電気的負荷に通電した際の各変流器の出力に基づき、第１の変流器の出力が第２の変流器の出力より小さい場合、又は、第１の変流器の出力が所定の値に達しない場合、Ｎ相の欠相、若しくは、電気的負荷の異常と判断するようにしたので、従来の位相差による方法では検出困難であったＮ相の欠相、及び、当該Ｎ相とＮ相以外の相の間に接続された電気的負荷の異常を的確に検出することができるようになる。

特に、第１の変流器の二次巻線を第２の変流器の二次巻線より多く捲装しているので、両変流器の出力を制御手段に入力するための周辺の回路構成及び制御手段のソフトウエアを同一とすることができる。

この場合、請求項２の発明の如く電気的負荷の消費電力により、第１の変流器の二次巻線の出力が第２の変流器の二次巻線の出力より大きくなるよう第１の変流器の二次巻線の捲数を設定すれば、確実にＮ相の欠相や電気的負荷の異常を検出可能となる。

また、請求項３の発明の如く電気的負荷を、電気機器としてコンプレッサを加熱するためのクランクケースヒータとすれば、従来検出困難であったクランクケースヒータの異常も的確に検出することが可能となる。また、クランクケースヒータはコンプレッサが停止中に通電されるものであるから、交流電源を投入後、コンプレッサを起動する以前にＮ相の欠相、若しくは、クランクケースヒータの異常を検出することができるようになる。

本発明を適用した空気調和装置の電気回路図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１において、実施例の空気調和装置ＡＣは、空調負荷に応じて、例えば１５Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で駆動電源周波数を変化させることにより、コンプレッサ（交流電源１に接続された電気機器）７の圧縮能力を調整するものであり、この駆動電源周波数の可変制御は、空気調和装置ＡＣに内蔵されたコントローラ（制御手段）１２により行われる。

Ｎ相を有する３相４線式交流電源１から供給される３相交流電力（Ｌ１相〜Ｌ３相）は、ノイズフィルタ２に与えられる。ノイズフィルタ２はリアクタ、コンデンサを含むＬＣ積分型のノイズフィルタであり、交流電源１からの供給電力に含まれるノイズ（特に高調波ノイズ）を除去して、その交流電力を整流回路３に出力する。整流回路３は、ダイオードから成る３相ブリッジ整流回路であり、供給された交流電力を直流電力に変換する。

変換された直流電力は、リアクタ４及び平滑コンデンサ５から成る平滑回路によりリップル成分が除去された後、トランジスタモジュール６に供給される。トランジスタモジュール６は、供給された直流電力をコントローラ１２（後述するコントローラ本体部１８）から制御信号線１０を介して送られる制御信号に従い、ＰＷＭ制御により所定の周波数の交流電力を生成し、コンプレッサ７のコンプレッサモータを駆動する。

コントローラ１２の電源端子２１には、電源配線１９を介してノイズフィルタ２の出力端からＮ相とＬ１相間の交流電力が供給されるよう配線されている。このノイズフィルタ２を介して、交流電力は整流回路１６により直流電力に変換される。整流回路１６はダイオードから成るブリッジ整流回路が用いられる。この整流回路１６によって変換された直流電力は平滑コンデンサ１５で平滑された後、スイッチングレギュレータ１７に送られ、レギュレーションが向上、即ち、安定化されてコントローラ１２のコントローラ本体部１８（制御手段であるコントローラ１２を構成するマイクロコンピュータ）の電源に提供される。スイッチングレギュレータ１７は、例えば高調波トランスを用いた自励発振式のものが用いられる。

ノイズフィルタ２の出力端側のＮ相とＬ１相間には更に本発明における電気的負荷（交流電源１に接続された電気機器）の実施例としてのクランクケースヒータ２６とスイッチ２７の直列回路が接続される。このクランクケースヒータ２６は、コンプレッサ７の停止中に通電して当該コンプレッサ７を加熱し、冷凍機油中に溶解した液冷媒を分離、気化させた状態にしてからコンプレッサ７を運転するようにするためのヒータである。仮にこのクランクケースヒータ２６が断線した状態でコンプレッサ７を運転すると、液圧縮が発生してコンプレッサ７の破損等の問題が発生する。そして、スイッチ２７はコントローラ１２のコントローラ本体部１８により開閉制御される。コントローラ１２はコンプレッサ７の停止中にスイッチ２７を閉路し、クランクケースヒータ２６に通電する。これにより、コンプレッサ７のクランクケースを加熱し、上記液圧縮の発生を防止するものである。

一方、ノイズフィルタ２の入力端側における交流電源１のＮ相とＬ１相（クランクケースヒータ２６が接続されている相）には、それぞれ第１の変流器２８と、第２の変流器２９が設けられている。各変流器２８、２９はそれぞれ環状磁芯３１、３２を有し、第１の変流器２８の環状磁芯３１にＮ相の電源線が一次導体３３として貫通し、更に、電気信号を取り出すための二次巻線３４が環状磁芯３１に捲装されている。また、第２の変流器２９の環状磁芯３２にはＬ１相の電源線が一次導体３７として貫通し、更に、電気信号を取り出すための二次巻線３８が環状磁芯３２に捲装されている。

特に、本発明では第１の変流器２８の二次巻線３４は第２の変流器２９の二次巻線３８よりも多く捲装されている。この場合、コンプレッサ７が停止中に通電されるクランクケースヒータ２６における消費電力により、第１の変流器２８の二次巻線３４の出力が第２の変流器２９の二次巻線３８の出力より大きくなるように二次巻線３４の捲数が設定されているものとする。

そして、上記各二次巻線３４、３８の出力がコントローラ１２の電流検出信号波形整形回路４１、４２をそれぞれ介してコントローラ本体部１８に接続される。この電流検出波形整形回路４１、４２は各二次巻線３４、３８に流れる電流（出力）を電圧に変換してコントローラ本体部１８に入力させる。ここで、コンプレッサ７が運転している場合、Ｌ１相の電流を検出する第２の変流器２９にはクランクケースヒータ２６への通電とは比較にならない程の電流が流れるため、両変流器２８、２９の二次巻線３４、３８の捲数が同一の場合は、第２の変流器２９用の周辺回路及びソフトウエアではコントローラ本体部１８は第１の変流器２８の出力変化を判断できなくなるため、第１の変流器２８用の格別な周辺回路及びソフトウエアが必要となる。

しかしながら、本発明では第１の変流器２８の二次巻線３４の捲数を第２の変流器２９の二次巻線３８の捲数より多くしているので、両変流器２８、２９の出力を入力するためのコントローラ１２周辺の回路構成、及び、コントローラ本体部１８のソフトウエアとして両変流器２８、２９に対して同一のものを使用しても支障が生じなくなる。また、コントローラ１２のコントローラ本体部１８には、警報手段としての異常表示装置４３（ＬＥＤ等により構成される）が接続されている。

以上の構成で、本発明における交流電源１のＮ相の欠相異常とクランクケースヒータ２６の断線異常の検出動作について説明する。交流電源１が投入され、空気調和装置ＡＣの消費電力の殆どを示すコンプレッサ７（図示しないファンモータを含む）が停止している状態で、コントローラ１２のコントローラ本体部１８はスイッチ２７を閉じ、クランクケースヒータ２６に通電する。Ｎ相が欠相（Ｎ相の電源線である一次導体３３の外れ）しておらず、クランクケースヒータ２６にも断線が生じていない場合、スイッチ２７の閉路によりクランクケースヒータ２６には交流電源１のＬ１相−Ｎ相間に電流が流れ、クランクケースヒータ２６は発熱する。

この場合、前述した如く第１の変流器２８の二次巻線３４は第２の変流器２９の二次巻線３８よりも多く捲装されており、且つ、クランクケースヒータ２６の消費電力で当該二次巻線３４の出力が二次巻線３８の出力よりも大きくなるように二次巻線３４の捲数は設定されているので、コントローラ１２のコントローラ本体部１８に入力される第１の変流器２８の二次巻線３４の出力は所定の値（予めコントローラ本体部１８に設定されている）より大きく成り、且つ、第２の変流器２９の二次巻線３８の出力よりも大きくなる。コントローラ本体部１８は、その場合、Ｎ相の欠相異常及びクランクケースヒータ２６の断線異常は発生していないと判断する。

一方、交流電源１のＮ相が欠相している場合、又は、クランクケースヒータ２６に断線が発生している場合、スイッチ２７を閉じてもクランクケースヒータ２６は発熱しないため、第１の変流器２８の二次巻線３４の出力は前記所定の値まで達しなくなる。また、クランクケースヒータ２６が断線しておらず、Ｎ相が欠相していてる場合、Ｎ相が欠相しているにも拘わらず、スイッチ２７を閉じると電気回路内のコンデンサに充電された電力等の影響で、Ｌ１相の電源線である第２の変流器２９の一次導体３７に電流が流れ、第２の変流器２９の二次巻線３８に出力が生じる。しかしながら、Ｎ相が欠相していればＮ相の電源線である第１の変流器２８の一次導体３３には電流は流れないので第１の変流器２８の二次巻線３４には出力は生じず、従って、第１の変流器２８の二次巻線３４の出力は第２の変流器２９の二次巻線３８の出力よりも小さくなる。

そこで、コントローラ１２のコントローラ本体部１８は、コンプレッサ７の停止中にクランクケースヒータ２６に通電しようとしてスイッチ２７を閉じたとき、第１の変流器２８の二次巻線３４の出力が第２の変流器２９の二次巻線３８の出力より小さい場合、又は、第１の変流器２８の二次巻線３４の出力が所定の値に達しない場合、交流電源１のＮ相が欠相しているか、若しくは、クランクケースヒータ２６が断線しているものと判断し、異常表示装置４３を点灯させて警報すると共に、コンプレッサ７の起動を禁止する。

このように、コントローラ１２のコントローラ本体部１８が、コンプレッサ７（電気機器）が停止している状態で、クランクケースヒータ２６（電気的負荷）に通電した際の各変流器２８、２９の出力に基づき、第１の変流器２８の出力が第２の変流器２９の出力より小さい場合、又は、第１の変流器２８の出力が所定の値に達しない場合、Ｎ相の欠相、若しくは、クランクケースヒータ２６の異常と判断するので、従来の位相差による方法では検出困難であったＮ相の欠相、及び、当該Ｎ相とＮ相以外のＬ１相の間に接続されたクランクケースヒータ２６の異常を的確に検出することができるようになる。

特に、第１の変流器２８の二次巻線３４を第２の変流器２９の二次巻線３８より多く捲装しているので、両変流器２８、２９の出力をコントローラ本体部１８に入力するための電流検出信号波形整形回路４１、４２等の周辺の回路構成及びコントローラ本体部１８のソフトウエアも同一とすることができる。

この場合、クランクケースヒータ２６の消費電力により、第１の変流器２８の二次巻線３４の出力が第２の変流器２９の二次巻線３８の出力より大きくなるよう第１の変流器２８の二次巻線３４の捲数が設定されているので、確実にＮ相の欠相やクランクケースヒータ２６の異常を検出可能となる。

また、クランクケースヒータ２６はコンプレッサ７が停止中に通電されるものであるから、交流電源１を投入後、コンプレッサ７を起動する以前にＮ相の欠相、若しくは、クランクケースヒータ２６の異常を検出することができるようになる。

ＡＣ空気調和装置
１交流電源
７コンプレッサ（電気機器）
１２コントローラ（制御手段）
１８コントローラ本体部
２６クランクケースヒータ
２８第１の変流器
２９第２の変流器
３４、３８二次巻線

Claims

３相４線式交流電源から電力供給を受ける空気調和装置において、
前記交流電源のＮ相と該Ｎ相以外の相との間に接続された電気的負荷と、
前記Ｎ相及び前記Ｎ相以外の相に流れる電流を検出するためにそれぞれ設けられた第１の変流器及び第２の変流器と、
各変流器の二次巻線の出力が接続され、前記電気的負荷を含む前記交流電源に接続された電気機器の制御を実行する制御手段とを備え、
前記第１の変流器の二次巻線は前記第２の変流器の二次巻線より多く捲装されており、
前記制御手段は、前記電気的負荷以外の前記電気機器が停止している状態で、前記電気的負荷に通電した際の前記各変流器の出力に基づき、前記第１の変流器の出力が前記第２の変流器の出力より小さい場合、又は、前記第１の変流器の出力が所定の値に達しない場合、前記Ｎ相の欠相、若しくは、前記電気的負荷の異常と判断することを特徴とする空気調和装置。
前記電気的負荷の消費電力により、前記第１の変流器の二次巻線の出力が前記第２の変流器の二次巻線の出力より大きくなるよう前記第１の変流器の二次巻線の捲数が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記電気的負荷は、前記電気機器としてコンプレッサを加熱するためのクランクケースヒータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。