JP5593214B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は交流電源から得られる交流電圧を直流電源に変換して負荷に供給する整流回路を室内機および室外機に各々備え、入力電流の高調波電流を抑制した空気調和機に関する。

インバータ駆動されるモータ負荷をもつ空気調和機において、主に大きな電流が流れる圧縮機を備えた室外機の電流の高調波電流を抑制する方法がある。この種の高調波電流抑制手段の例としては特許文献１のように、整流回路の交流側にリアクタと、リアクタを介して電源を短絡するスイッチング手段を備え、交流電源のゼロクロス点付近で交流電源を半周期毎に、リアクタを介して短絡動作する回数を室外機の負荷に応じて変更する方法が考案されている。

特開２００６−１７４６８９号公報

しかしながら、上記で述べた先行技術では空気調和機の室外機負荷のみによってスイッチング回数を決定しているので、電源高調波電流は室外機の入力電流の高調波電流を抑制する効果はあるものの、室内機への入力電流を考慮していなかった。その結果、室内機で発生する高調波電流が加算されて、空気調和機の全体の入力電流に多くの高調波電流成分が含まれていた。

本発明の目的は、高調波電流成分を抑制することにある。

上記目的は、
交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する室外機整流回路と、
交流電源と室外機整流回路との間に接続されたリアクタと、
室外機整流回路とリアクタとの間に接続され、交流電源をリアクタを介して短絡するスイッチング手段とを有する室外機と、
交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する室内機整流回路と、
室内機整流回路への入力電流を検出する室内入力電流検出手段とを有する室内機とを備え、
室外機の負荷情報及び室内入力電流検出手段で検出した電流値に基づいて、スイッチング手段の短絡回数を変更する
ことによって達成される。

本発明によれば、高調波電流成分を抑制することができる。

実施例１の回路構成を示すブロック図。 先行技術の場合における各電流波形を示す図。 本発明における各電流波形を示す図。 実施例２の回路構成を示すブロック図。

以下、本発明を空気調和機の実施例について図を用いて説明する。図における同一符号は同一物または相当物を示す。

図１は空気調和機の構成を示すブロック図である。

図１において空気調和機は室内機１００と室外機２００を図示しない接続配管でつなぎ、室内を空気調和する。

室内機１００は室内電気品１０４を備え、室内電気品１０４内には室内マイクロコンピュータ１０８が設けられる。室内マイクロコンピュータ１０８は図示しない室内温度センサー，室内湿度センサー等の各種センサーの信号を受け、図示しないリモコンからの操作信号をうけ、室内送風機等の室内機負荷１０７を制御し、室外機２００内部に備えた室外機マイクロコンピュータ２１０との通信を行い、室内機１００を制御する。

室外機マイクロコンピュータ２１０は室内マイクロコンピュータ１０８からの指令に従い、圧縮機用モータ，室外送風機等の室外機負荷２０５を制御する。

商用電源１０１は図示しないコンセントを経由して室内機１００に接続され、室内機の整流回路１０５は商用電源１０１の交流電圧を整流し、平滑コンデンサ１０６で平滑して直流電圧に変換し、室内機負荷１０７に電力を供給する。

空気調和機を運転する場合、室内マイクロコンピュータ１０８はパワーリレー１０２をオンして室内外接続ケーブル１０３を経由し室外機２００に交流電圧を供給する。

室外機２００に供給された交流電圧を整流回路２０２で整流し、平滑コンデンサ２０４で平滑して直流電圧に変換し、負荷２０５に電力を供給する。

室内マイクロコンピュータ１０８と室外マイクロコンピュータ２１０は室内外接続ケーブル１０３の一線を基準として通信用接続ケーブル１１１で通信を行う。

室外機２００において、通常平滑コンデンサ２０４に蓄えられた電荷による直流電圧のため、交流電圧がこの直流電圧を超えたときにしか電流は流れないので、通電区間は短く、電流波形は鋭く尖って力率が悪くなってしまう。これを改善するためリアクタ２０１を接続すると、電流波形の波高値は低くなり、通電区間が後ろに伸び力率が改善される。

交流電源１０１がリアクタ２０１を介して短絡されるようにスイッチング手段２０３が設けられ、また、交流電源１０１のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段２０６が接続されており、ゼロクロス検出手段２０６で検出されたゼロクロス点に同期させて、スイッチング制御手段２０８でスイッチング手段２０３を駆動する駆動信号を生成し、スイッチング手段２０３を短絡する。

一般に、交流電源を整流回路で直流電源に変換し負荷を駆動する時、交流電源と整流回路の間にリアクタ２０１を設け、リアクタを介して交流電源を短絡する短絡素子であるスイッチング手段２０３を整流回路と並列に設けて、交流電源のゼロクロス点を基準とした適宜な時期に適宜な回数だけスイッチング制御手段２０８によりスイッチング手段２０３を作動させ、力率を改善することが行われている。

これは、力率を改善することで、交流電源の供給者の設備負担を軽減することに加えて、機器を接続するブレーカー、またはコンセントの容量を目いっぱいに活用して機器の能力を最大限に発揮させ、実質的に使用者のコストパフォーマンスを良くすることができるためである。しかし、闇雲に短絡すれば良いわけではなく、短絡の仕方や負荷の状況により、電源高調波電流が増加する場合がある。

機器が発する電源高調波電流を放置すると、種々の機器から発する電源高調波電流が合成されて、交流電源の受電設備に損傷を与える場合が有り、受電設備が損傷を受けると、損傷を受けた受電設備より下流の全設備が停止して、利用者に混乱を招く恐れはあるので、電源高調波電流を規制することが重要である。

このため、わが国では、機器が発する電源高調波電流をＪＩＳで規制し、このＪＩＳの規制値を各機器が遵守することが求められている。

次に電源電圧と目標直流電圧との比に応じて、短絡回数を決める方法について説明する。

空気調和機は周辺の状況に応じた能力で運転することが求められ、この能力の大小は空気調和機が受けている負荷の量の大小と連動し、負荷の量の大小は直流電源装置が電力を供給する圧縮機の回転数，直流電源装置の出力直流電圧，直流電源装置の交流入力電流，空気調和機の機体各部の温度，冷凍サイクルの温度等に応じて変化する。

目標電圧設定手段２１１は、入力電流検出手段２０７が検出した室外機２００への入力電流に応じて目標直流電圧Ｖｇを設定し、コンバータ制御手段２１２に伝える。この場合、入力する電源電圧Ｖｓ（ピーク値）を検出し目標直流電圧Ｖｇ（平均値）との比の値を昇圧比Ｒとし、この昇圧比Ｒ＝Ｖｇ／Ｖｓを計算する。

コンバータ制御手段２１２は室外機用マイクロコンピュータ２１０に内蔵され、電源電圧・ゼロクロス検出手段２０６，目標電圧設定手段２１１からの情報を基にスイッチング制御手段２０８に信号を送り、スイッチング制御手段２０８はスイッチング手段２０３を制御する。

昇圧比が１以上の場合は短絡回数を６回とし、昇圧比が１未満の場合は短絡回数を２〜５回とする。この場合、短絡回数を２⇔６回，３⇔６回，５⇔６回のように短絡回数を飛び飛びに切換えても順に切換えてもよい。

この制御された室外機の入力電流波形は図２の（ｂ）のようになる。図２（ａ）に破線で示したように室内機負荷の入力電流が十分小さいときは高調波の規制値を満足できる。しかし、実線で示したように室内機負荷の入力電流が大きいときには空気調和機全体の入力電流は図２（ｃ）のようになる。これであっても、高調波の規制値は満足できる。

しかし、室外機だけで見て、高調波の規制値の満足の可否を判断せず、本実施例のように室内機の情報をも加味して空気調和機全体で見ると、高調波の規制値が満足できない場合も考えられる。本実施例では、室内機１００に室内機入力電流検出手段１１２を設け、室内機入力電流を室外機マイクロコンピュータ２１０に送信し、コンバータ制御手段２１２では、室内機負荷の入力電流が大きいとき、当該室内機入力を考慮する。

もし、規制値が満足できないような場合には、スイッチング手段２０３の短絡回数を減少させる。短絡回数が少なくなると、空気調和機全体の入力電流は図３（ｃ）のようになり、高調波の規制値を満足できる。このとき、室外機の入力電流は図２（ｂ）よりも歪んだ図３（ｂ）の波形のようになって力率が悪化するが、上述のように空気調和機全体として高調波の規制値を満足できている。

図１では室内機入力電流検出手段１１２は整流回路１０５よりも交流側に設けたが、回路構成等の事情により直流側に設けてもよい。

このため運転領域の全域で高調波の規制値を満足できる空気調和機を実現できる。

次に本発明の実施例２について説明する。

実施例２では図４に示すように室内負荷がファンモータである場合にファンモータの実回転数を回転数検出手段１１４で検出して、室内マイクロコンピュータ１０８で室内機入力電流を推定し、室外マイクロコンピュータ２１０に送信する。

ファンモータ１１３は回転数制御をしているため室内マイクロコンピュータ１０８は実回転数を検知している。モータ回転数を室内機入力電流への換算する方法としては、例えばモータ回転数を適切な数値で区分し、各区分点での室内機入力電流を実験などで確認し、その中間では直線補間，階段状の変化，曲線補間などの方法で室内機入力電流を定める方法などを採用すれば良い。

このため運転領域の全域で高調波の規制値を満足できる空気調和機を実現できる。

空気調和機の全体の入力電流に多くの高調波電流成分が含まれないように、これを抑制するため上記各実施例に説明したように、
室内機の整流回路に流れる電流の情報である整流回路情報又は室内機の負荷に関する負荷情報を室外機に転送し、
室外機の負荷の情報および前記整流回路情報または前記負荷情報に基づいて、室外機内において整流回路とそれよりも交流側に配設されたリアクタとの間に配設されたスイッチング手段を制御することによって、室内機の電源をオン・オフする
ことで、
室内機と室外機の電流の合計である空気調和機に流れる全体の入力電流の高調波電流成分を抑制できる効果がある。

１００ 室内機
１０１ 商用電源
１０２ パワーリレー
１０３ 室内外接続ケーブル
１０４ 室内電気品
１０５ 室内整流回路
１０６ 室内平滑コンデンサ
１０７ 室内機負荷
１０８ 室内マイクロコンピュータ
１０９ 室内制御手段
１１０ 室内通信手段
１１１ 室内外通信ケーブル
１１２ 室内入力電流検出手段
１１３ モータ
１１４ モータ回転数検出手段
２００ 室外機
２０１ リアクタ
２０２ 室外機整流回路
２０３ スイッチング手段
２０４ 室外平滑コンデンサ
２０５ 室外機負荷
２０６ 電源電圧・ゼロクロス検出手段
２０７ 室外入力電流検出手段
２０８ スイッチング制御手段
２０９ 直流電圧検出手段
２１０ 室外マイクロコンピュータ
２１１ 目標電圧設定手段
２１２ コンバータ制御手段
２１３ 室外通信手段

Claims (3)

1. 交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する室外機整流回路と、
   前記交流電源と前記室外機整流回路との間に接続されたリアクタと、
   前記室外機整流回路と前記リアクタとの間に接続され、前記交流電源を前記リアクタを介して短絡するスイッチング手段とを有する室外機と、
   前記交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する室内機整流回路と、
   前記室内機整流回路への入力電流を検出する室内入力電流検出手段とを有する室内機とを備え、
   前記室外機の負荷情報及び前記室内入力電流検出手段で検出した電流値に基づいて、前記スイッチング手段の短絡回数を変更することを特徴とする空気調和機。
2. 前記室外機は前記室外機整流回路への入力電流を検出する室外入力電流検出手段を有し、
   前記室内入力電流検出手段で検出した電流値と前記室外入力電流検出手段で検出した電流値の合計が所定の範囲内になるよう前記スイッチング手段の短絡回数を変更することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 交流電源より入力された交流電力を直流電力に変換する室外機整流回路と、
   前記交流電源と前記室外機整流回路との間に接続されたリアクタと、
   前記室外機整流回路と前記リアクタとの間に接続され、前記交流電源を前記リアクタを介して短絡するスイッチング手段とを有する室外機と、
   室内ファンモータの回転数を検出する回転数検出手段とを有する室内機とを備え、
   前記室外機の負荷情報及び前記回転数検出手段で検出した室内ファンモータの回転数に基づいて、前記スイッチング手段の短絡回数を変更することを特徴とする空気調和機。

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