JP5523195B2

JP5523195B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP5523195B2
Application number: JP2010109348A
Authority: JP
Inventors: 建太櫻井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP2011239582A

Description

本発明は、リアクターを備えたコンバーターにより駆動される圧縮機を用いた空気調和機に関するものである。

空気調和機の圧縮機等に用いられ、リアクターを用いて昇圧を行う従来のコンバーターとして、「入力電源１を直流電圧に変換して昇圧チョッパ回路３で負荷４の電圧を得る際、昇圧チョッパ回路３のスイッチング素子３ｃをスイッチングし、リアクター（昇圧チョークコイル）３ａを介して短絡して力率を改善する。・・・・そのスイッチング素子３ｃをオン、オフする。」というものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１２９８４９号公報（要約、図１）

従来のコンバーターは、接続された負荷装置の駆動範囲を広げる場合、容量の大きいリアクターを用いて高い直流電圧を生成していた。しかし、リアクター容量が大きいとインダクタンスが大きいため、コンバーターの変換効率が悪くなるという問題点があった。また、リアクター容量が大きいと圧縮機起動から昇圧用スイッチング素子を始動するまでの間の電圧降下が大きくなり、コンバーターの変換効率が悪くなるという問題点があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、コンバーターに容量の大きいリアクターを用いた場合、軽負荷のとき又は負荷起動時には、そのリアクターのインダクタンスを小さくすることができるコンバーターを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

本発明における空気調和機は、中間タップを備え、交流電源に直列に接続されたリアクターと、前記中間タップと前記リアクターの一方の端子との間に、前記リアクターの一部と並列に設けられた第一のスイッチと、前記リアクターの一方の端子に接続され、第一の整流器及び該第一の整流器に並列接続された第二のスイッチを備えたスイッチング手段と、前記スイッチング手段に第二の整流器を介して接続されたコンデンサーとを備えた昇圧チョッパ回路を有するコンバーターと、前記コンデンサー間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記第一のスイッチ及び前記第二のスイッチを制御する制御部と、前記コンバーターから出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバーターと、前記交流電圧により駆動される圧縮機と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出手段により検出された前記電圧が所定値以下の場合に、前記第二のスイッチに周期的に開閉動作をさせることで昇圧を行うとともに、前記第一のスイッチを開にし、前記圧縮機の負荷電力が所定値以下の場合に、前記第二のスイッチの開閉動作を停止するとともに、前記第一のスイッチを閉にすることを特徴とするものである。

本発明により、リアクターに中間タップを設け、そのリアクターの一部と並列に設けられたスイッチの開閉によりインダクタンスが調整できる。そのため、大きい容量のリアクターを用いても軽負荷のとき又は負荷起動時にはインダクタンスを小さくできるので、効率の良いコンバーターを得ることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の、コンバーターおよびコンバーターにより駆動される圧縮機の周辺を示した図である。本発明の実施の形態１における制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１におけるコンバーターの、圧縮機起動時の直流電圧検出値と負荷状態を示す図である。本発明の実施の形態１におけるコンバーターの、圧縮機停止時の直流電圧検出値と負荷状態を示す図である。

以下、本発明におけるコンバーター、および本コンバーターにより駆動される圧縮機を用いた空気調和機について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１における空気調和機１００の、コンバーター２０およびコンバーター２０により駆動される圧縮機の周辺を示した図である。
図１の空気調和機１００において、コンバーター２０の入力端子には、交流電源１と、交流電源１による電源供給をＯＮ，ＯＦＦするためのブレーカー２とが直列に接続されている。コンバーター２０の出力端子には、直流電圧を交流電圧に変換するインバーター１１が接続されており、その交流電圧により駆動される圧縮機１２がインバーター１１に接続されている。また、制御部１３は、空気調和機１００内の任意の場所にあり、電流検出手段９と電圧検出手段１０からの検出値が入力され、スイッチ４、スイッチング素子６、ブレーカー２およびインバーター１１を制御する。なお、コンバーター２０に接続する負荷装置は空気調和機１００に用いられる圧縮機１２に限られるものではなく、他の負荷装置でもよい。例えば、負荷装置が直流負荷であればインバーター１１を使用しなくてもよい。また、コンバーター２０は、昇圧チョッパ回路４０と、スイッチング手段３０に並列に接続された整流器７（本発明における第二の整流器に相当）とで構成される。

次に、昇圧回路チョッパ４０の構成について説明する。
昇圧チョッパ回路４０は、交流電源１とブレーカー２に直列に接続されたリアクター３は、中間タップ３ａを備えている。また、中間タップ３ａとリアクター３の一方の端子との間に、リアクター３のインダクタンスを変更できるスイッチ４（本発明における第一のスイッチに相当）が接続されている。また、交流電源１にリアクター３を介して接続されるスイッチング手段３０がある。スイッチング手段３０は、整流器５（本発明における第一の整流器に相当）と、整流器５の出力端子間に並列接続された昇圧用のスイッチング素子６（本発明における第二のスイッチに相当）とで構成される。また、整流器７の出力端子間に並列接続された平滑用のコンデンサー８がある。

次に、コンバーター２０に接続する電流検出手段９と電圧検出手段１０について説明する。
コンバーター２０の整流器５の入力端子に電流を検出するための電流検出手段９が接続されている。また、整流器７の出力端子に、整流された電圧を検出するための電圧検出手段１０が接続されている。電圧検出手段１０は、ダイオード１０ａと抵抗１０ｂとで構成されている。
なお、電流検出手段９は、コンバーター２０に接続する負荷を算出できればよく、上記の位置でなくても例えば整流器７の出力端子に接続し、整流された後の電流を検出してもよい。電圧検出手段１０は、整流された電圧を検出できればよく、上記の位置および上記の構成でなくてもよい。

次に、本実施の形態１におけるコンバーター２０と圧縮機１２の動作について、図２、図３、および図４を用いて説明する。
図２は、本実施の形態１におけるコンバーター２０の制御動作を説明するフローチャートである。また、図３は、本実施の形態１におけるコンバーター２０の、圧縮機１２起動時の電圧検出値（電圧検出手段１０による検出値）と負荷状態を示す図である。図４は、本実施の形態１におけるコンバーター２０の、圧縮機１２停止時の電圧検出値（電圧検出手段１０による検出値）と負荷状態を示す図である。

以下、図２のフローチャートの開始から順に説明する。
ＳＴＥＰ１は本制御動作の初期状態であり、制御部１３は、ブレーカー２をＯＦＦにし、スイッチ４を閉、スイッチング素子６を開にする。また、ＳＴＥＰ１では、図３の区間１に示すように、圧縮機１２の負荷は無い状態で、電圧検出値は０である。

ＳＴＥＰ２において、制御部１３は、ブレーカー２をＯＮにし、交流電源１による交流電源がコンバーター２０に供給されると、図３の区間２に示すように、電圧検出値は上昇する。そして、交流電源１により出力された交流電圧は、整流器７により整流されて直流電圧となり、コンデンサー８により平滑される。

ＳＴＥＰ３において、その直流電圧は、インバーター１１により交流電圧に変換されて圧縮機１２に送られ、圧縮機１２が起動する。

ＳＴＥＰ４において、制御部１３は、電源ＯＦＦ指令が無いか確認する。

ＳＴＥＰ４で電源ＯＦＦ指令が無い場合、制御部１３は、電圧検出手段１０にて検出した電圧検出値と閾値とを比較する。ここで、電圧検出値が閾値（例えば２５０Ｖ）より大きい場合は、ＳＴＥＰ４に戻る。（ＳＴＥＰ５）

ＳＴＥＰ５において、制御部１３は、電圧検出手段１０にて検出した電圧検出値と閾値とを比較する。そして、電圧検出値が閾値以下の場合、図３の区間３に示すように圧縮機１２の負荷が重くなったことにより直流電圧が降下したと考えられる。そのため、制御部１３からスイッチング素子６に動作指令を出し、昇圧のためにスイッチング素子６を開閉動作させる。（ＳＴＥＰ６）

スイッチング素子６が開閉動作をすると図３の区間４に示すように、直流電圧が上昇する。ここで、制御部１３がスイッチ４に開指令を出し、リアクター３のインダクタンスを大きくすると、図３の区間５に示すように直流電圧の上昇速度が増加する。（ＳＴＥＰ７）

ＳＴＥＰ８において、制御部１３は、電源ＯＦＦ指令が無いかどうか確認する。

電源ＯＦＦ指令が無い場合、制御部１３は、電流検出手段９にて検出した電流値から圧縮機１２の負荷を算出し閾値（例えば５００Ｗ）と比較する。（ＳＴＥＰ９）

算出された負荷が閾値以下の場合、制御部１３は、スイッチング素子６に動作停止指令を出す。スイッチング素子６の開閉動作が停止すると図４の区間６のように電圧検出値は降下し始める。（ＳＴＥＰ１０）

スイッチング素子６の開閉動作停止後、制御部１３は、スイッチ４を閉にしてリアクター３のインダクタンスを小さくする（ＳＴＥＰ１１）。そして、ＳＴＥＰ４に戻る。

以上に圧縮機１２の起動時の動作を説明したが、以下から圧縮機１２の停止時の動作を説明する。
ＳＴＥＰ４において、電源ＯＦＦ指令があった場合、制御部１３は、ブレーカー２をＯＦＦする。（ＳＴＥＰ１２）

ブレーカー２がＯＦＦとなった場合、電源の供給が無くなるため、圧縮機１２は停止する。（ＳＴＥＰ１３）

また、ＳＴＥＰ８（スイッチ４は開状態）において電源ＯＦＦ指令があった場合、制御部１３は、ブレーカー２をＯＦＦする。（ＳＴＥＰ１４）

ブレーカー２がＯＦＦになると、電源の供給が無くなるため、圧縮機１２が停止する。（ＳＴＥＰ１５）

電源供給が無くなると、制御部１３は、スイッチ４を閉にするためリアクター３のインダクタンスは小さくなる。（ＳＴＥＰ１６）

以上に、本実施の形態１における圧縮機１２の起動時および停止時の制御動作例について説明した。
なお、本実施の形態１の制御動作において、圧縮機１２の起動および停止でなくても負荷上昇および負荷下降が発生した場合であっても上記と同様に制御される。例えば、空気調和機１００の設定温度変更による圧縮機１２の負荷上昇および負荷下降でも上記と同様に制御される。

以上のように、圧縮機１２のような負荷装置の起動時に、リアクター３のインダクタンスを小さくしておくことで、電圧降下を軽減できるため、コンバーター２０の効率を改善できる。
また、負荷装置の容量が大きくリアクター３の容量が大きい場合でも、負荷が軽いときにはリアクター３のインダクタンスを小さくしておくことで、コンバーター２０の効率を改善できる。そして、コンバーター２０により駆動される圧縮機１２を用いた空気調和機１００の効率を改善できる。

１交流電源、２ブレーカー、３リアクター、３ａ中間タップ、４スイッチ、５整流器、６スイッチング素子、７整流器、８コンデンサー、９電流検出手段、１０電圧検出手段、１０ａダイオード、１０ｂ抵抗、１１インバーター、１２圧縮機、１３制御部、３０スイッチング手段、４０昇圧チョッパ回路、１００空気調和機。

Claims

中間タップを備え、交流電源に直列に接続されたリアクターと、前記中間タップと前記リアクターの一方の端子との間に、前記リアクターの一部と並列に設けられた第一のスイッチと、前記リアクターの一方の端子に接続され、第一の整流器及び該第一の整流器に並列接続された第二のスイッチを備えたスイッチング手段と、前記スイッチング手段に第二の整流器を介して接続されたコンデンサーとを備えた昇圧チョッパ回路を有するコンバーターと、
前記コンデンサー間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記第一のスイッチ及び前記第二のスイッチを制御する制御部と、
前記コンバーターから出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバーターと、
前記交流電圧により駆動される圧縮機と、
を備え、
前記制御部は、
前記電圧検出手段により検出された前記電圧が所定値以下の場合に、前記第二のスイッチに周期的に開閉動作をさせることで昇圧を行うとともに、前記第一のスイッチを開にし、
前記圧縮機の負荷電力が所定値以下の場合に、前記第二のスイッチの開閉動作を停止するとともに、前記第一のスイッチを閉にすることを特徴とする空気調和機。
前記コンバーターの入力電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御部は、
前記入力電流に基づいて、前記負荷電力を算出することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。