JPH019280Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は圧縮機を無段階的に容量制御する装置
の構造に関し、特に巾広い容量制御を能力の小さ
いインバータを使用して低コストの下で行える容
量制御装置を提供しようとするものである。

圧縮機、例えば空気調和機用圧縮機を空調負荷
に適応した能力で制御することは、省エネルギー
が強く望まれている現今において好ましい運転方
式であり、冷凍機、空調機の運転にも採用されて
いているが、最近になつて信頼性が高くかつ廉価
な半導体素子が容易に得られるところから、静止
形インバータ（周波数変換器）による無段階的な
容量制御を行う装置が汎用化されるに及んでい
る。

ところで空気調和機の場合、圧縮機を空調負荷
に応じて発停制御したのでは温度変動幅が大きく
て好ましくないこと、停止後直ちに起動したので
は冷凍系内の高・低圧圧力差が大きくて過大な起
動トルクを要するので好ましくなく、そのために
タイムラグをとつて起動させる再起動補償を採用
しなければならないことなどの点から圧縮機を無
段階的な容量制御するなどして停止させずに連続
的に運転することが望ましい所以である。

しかしながら、この種のインバータで交流モー
タを運転制御する場合に、モータに見合つた容量
のインバータを使用するのはコスト面で矢張り不
経済であつて、汎用品としては適当でなく、特に
空調機のように負荷の変動巾が広いものに使用し
た場合、100％能力で運転する度合いが少ない点
から年間を通じてのエネルギー有効比が改善され
る割りに装置コストが高騰して必ずしも経済的に
は有利と云えなかつた。

そこで本考案は、単一系負荷に複数台の圧縮機
を併用させて設け、各圧縮機を夫々個別に、１台
のインバータ駆動の第１交流モータと、商用交流
電源駆動の１台以上の第２交流モータとで運転し
て無段階的容量制御をすることにより、インバー
タ方式におけるコストダウンに著効を有する如き
改善された圧縮機用容量制御装置を提供すること
を目的とする。

しかして本考案は実施例を示す図面により明ら
かな如く、インバータ３によつて駆動される１台
の第１交流モータ１と、商用交流電源によつて駆
動される１台以上の第２交流モータ２とにより
夫々個別に駆動される複数台の圧縮機を、それ等
の容量をほぼ等しくせしめて単一系負荷に併用さ
せて設ける一方、前記単一負荷の変化に比例した
値の電圧として取り出した容量制御信号S₁と、前
記第１交流モータ１が定格出力で運転した際の負
荷に対応する基準設定電圧信号S₂とを比較して、
負荷増加過程では前記容量制御信号S₁が前記基準
設定電圧信号S₂以上の値となる条件の下で第２交
流モータ２に運転出力を発し、負荷減少過程では
前記容量制御信号S₁が前記基準設定電圧信号S₂よ
りも若干低い値の電圧信号S₃以下の値となる条件
の下で第２交流モータ２に停止出力を発する発停
制御手段４，５，６と、前記発停制御手段４，
５，６が停止出力を発しているときには、前記容
量制御信号S₂に比例した周波数を前記インバータ
３に出力させる指令を発し、前記発停制御手段
４，５，６が運転出力を発しているときには、前
記容量制御信号S₁から前記第２交流モータ２が定
格出力で運転した際の負荷に対応する電圧信号S₄
を差引いた値に比例した周波数を前記インバータ
３に出力させる指令を発する無段階的容量制御手
段７，８とを設けたことを特徴とするものであつ
て、これによりいかなる負荷条件であつても、１
台の小容量のインバータ駆動の第１交流モータで
追従できるように構成したのである。

以下に本考案装置の内容については添付図面を
参照しつつ詳述する。

容量制御の直接対象となるものはインバータ３
によつて駆動される１台の第１交流モータ１と、
商用交流電源によつて駆動される１台以上の第２
交流モータ２とであつて、両者間の定格出力差は
小さくて、相互間の容量差が小さい複数台の圧縮
機に対し夫々機械的に連結せしめてなる個別駆動
方式に形成している。

なお、第１交流モータ１によつて駆動される圧
縮機の最大容量は、第２交流モータ２によつて駆
動される圧縮機の定格容量よりも若干大きくする
ことが好ましく、かかる容量関係とすることによ
つて連続的に無段階の容量制御を行わせることが
できる。

例えば、圧縮機が合計２台の場合には第１交流
モータ１に対応する圧縮機の最大容量を全体の52
％とし、第２交流モータ２に対応する圧縮機の定
格容量を同じく48％とすればよく、また合計３台
の場合には第１交流モータ１に対応するものを全
体の36％、第２交流モータ２，２′に対応するも
のをそれぞれ32％、32％とすればよい。

上記両圧縮機は単一系負荷に併用させて配設す
ることにより、負荷と前記インバータ３によつて
決まる容量下限値（β％）と両定格能力の合計に
なる最高能力との間で容量制御が行われるように
なつている。

そして第１交流モータ１はインバータ３（第３
図参照）による周波数変換で無段階的に容量制御
が行われる一方、第２交流モータ２は定格出力か
零かのオン−オフ発停制御が行われるものであつ
て、両制御運転の間に下記の如き関連を有せしめ
ることによつて総合的に容量下限値（β％）と
100％の間で負荷に応じた容量の無段階的制御が
可能となる。

この制御の１例を第１図、第２図によつて説明
すると、圧縮機を容量に余り差がないもの２台に
対して、合計出力に比し夫々50％程度の出力を有
する前記第１交流モータ１、第２交流モータ２を
連結したものについて、(i)０〜（50＋α）％の範
囲の容量が必要なときは、（50＋α）％出力の第
１交流モータ１をインバータ３により制御せしめ
る。この運転状態は第１図に示した通りである。
(ii)（50−α）〜100％の範囲の容量が必要なとき
は、第２交流モータ２を運転して50−α％の出力
を発せしめ、これと同時に前(i)項の第１交流モー
タ１により容量制御を重畳せしめればよく、この
運転状態は第２図に示した通りである。

この場合、(i)項の運転から(ii)項の運転への切換
え（負荷増加過程の制御）、また、この逆の切換
え（負荷減少過程の制御）に際して容量増減が急
変することなく連続した安定的に切換えがなされ
るように形成している点は本考案の特徴とすると
ころである。

すなわち、負荷が軽い領域では、第１交流モー
タ１が無段階的容量制御下で負荷の全てを担持
し、負荷が重い領域では、第２交流モータ２が定
格出力下で約50％負荷を担持すると共に実負荷と
第２交流モータ２による出力との差分を第１交流
モータ１が容量制御下で担持するようにしてお
り、しかも第２交流モータ２の運転と停止の間に
はデイフアレンシヤルを持たせるように発停制御
を行うことによつて円滑な切換えが可能となつた
ものである。

かかる制御を行うための具体的電気回路を第３
図によつて次に説明すると、第２モータ２は出力
部６が付勢することによつて商用交流電源が印加
されて運転し、消勢することによつてこの電源が
釈放され停止される。

一方、第１モータ１はインバータ３から制御周
波数を持つ電源が出されることによつて可変速下
で運転されるようになつている。

第２交流モータ２を発停制御する回路部はコン
パレータ４、電圧レベル設定回路５および出力部
６からなり、第１交流モータ１を可変速制御する
回路部はインピーダンス変換用フオロアー７、差
動増幅器８およびインバータ３からなつている。

コンパレータ４は演算増幅器OP₁を要素とし
て、非反転端子に加えられる容量制御信号S₁と、
反転端子に加えられる基準設定電圧信号S₂とを比
較し、前者の信号S₁が増加してきて後者の信号S₂
以上になると出力端子から出力「Ｈ」を発し、一
方前者の信号S₁が減少してきて後者の信号S₂より
も若干低い値となつたときに出力端子の出力
「Ｈ」を「Ｌ」に転じる作動をなすものであつて、
所謂デイフアレンシヤルを有するスイツチング作
用をなすものである。

電圧レベル設定回路５はコンパレータ４の出力
が「Ｈ」のときにラインの電圧を設定レベルe₂に
保持せしめるためのものであり、後述する電圧フ
オロアー７にこのレベル電圧e₂を与えるととも
に、出力部６を作動せしめるようになつている。

電圧フオロアー７は高入力インピーダンス、低
出力インピーダンスに形成したインピーダンス変
換用増幅器OP₂を要素としたものであつて、前記
レベル電圧e₂が非反転端子に入力されるとe₃で示
す電圧信号S₄を出力端子から発せしめる。

差動増幅器８は演算増幅器OP₃を要素としてい
て、前記電圧フオロアー７の出力が反転端子に加
えられ、前記容量制御信号S₁が非反転端子に加え
られて、後者の信号S₁が電圧フオロアー７の出力
に比して高いときにその差分に応じた電圧信号S₅
が出力されるようになつている。

インバータ３は周知の静止形周波数変換器であ
つて、前記電圧信号S₅の値に比例した周波数を有
する電圧を出力し第１交流モータ１に印加せしめ
る。

容量制御装置の構造は叙上の通りであるが、容
量制御信号S₁は第１交流モータ１、第２交流モー
タ２に関連する前記単一系負荷の程度を検出する
検出器から出される信号であつて、空調負荷の場
合は室温と設定温度との差を検出する温度調節器
の信号が相当するものであり、負荷変化に比例し
た値の電圧として取り出される。

次に基準設定電圧信号S₂はインバータ３により
制御される第１交流モータ１が定格出力で運転し
た際に見合う負荷に対応する一定の電圧である。

また、電圧信号S₄は発停制御される第２交流モ
ータ２が定格出力で運転した際に見合つた負荷に
対応する電圧に設定されている。

次いで、第３図々示の装置による運転制御の態
様を第４図、第５図を参照しつつ説明すると、負
荷が軽くて容量制御信号S₁が基準設定電圧信号S₂
よりも小さい間はコンパレータ４が出力「Ｌ」と
なつて出力部６は作動せず、従つて第２交流モー
タ２は停止のままである。

コンパレータ４の出力「Ｌ」によつて、電圧フ
オロアー７の出力端子における電圧e₃は低い状態
にあるので、差動増幅器８からは容量制御信号S₁
に対応したレベルの電圧信号（S_5-1）（第４図参
照）が出される結果、インバータ３は第１交流モ
ータ１を第５図々示領域イの如く下限値（β％）
から定格出力である（50＋α％）の範囲内で無段
階的に回転制御するための信号を発する。

この状態から負荷が増大してきて前記容量制御
信号S₁が基準設定電圧信号S₂以上になると、コン
パレータ４の出力が「Ｈ」となり、出力部６の作
動により第２交流モータ２は全出力（50−α％）
で運転に入る。

これと同時に、電圧フオロアー７からは、第２
交流モータ２が定格出力（50−α％）で運転した
際の負荷に対応する電圧信号S₄が出力される結
果、差動増幅器８は容量制御信号S₁から電圧信号
S₄を差引いた値に対応したレベルの電圧信号S_5-2
を発する。

従つてインバータ３は第１交流モータ１を第５
図々示領域イ′の如く負荷（50＋α％）から第２
交流モータ２の定格出力（50−α％）を差引いた
値（2α％）から定格出力である（50＋α％）の
範囲内で無段階的に回転制御するための信号を発
する。

この状態で運転中に、負荷が減少してきて容量
制御信号S₁が基準設定電圧信号S₂に達するところ
まで至つても前述の如くコンパレータ４は出力
「Ｈ」を出した状態のままであるので第１交流モ
ータ１と第２交流モータ２の同時運転下で負荷に
見合つた出力が発せられるが、基準設定電圧信号
S₂よりも低い値の電圧信号S₃例えば（50−α＋β
％）負荷に対応する電圧信号に一致するところま
で容量制御信号S₁が下つてくると、はじめてコン
パレータ４が出力「Ｌ」の状態に復する結果、第
２交流モータ２は停止すると同時に、電圧フオロ
アー７の出力端子における電圧e₃は元の低い状態
に戻る。

従つて、インバータ３は第１交流モータ１をそ
のときの負荷に対応した出力に回転制御するため
の信号を発する。

このように負荷が軽い間は第１交流モータ１の
みによる無段階的な容量制御が、負荷が重い間は
第２交流モータ２の全出力運転と第１交流モータ
１の容量制御の併行運転が成される。

しかも切換え作動を負荷増加時と負荷減少時と
でデイフアレンシヤルが存するようにしているの
で、円滑に切換えが行えるものであり、かくして
容量下限値β％と全容量100％との間の広い範囲
内で負荷に応じた容量制御を確実に行うことが可
能である。

以上の装置例は第１交流モータ１と第２交流モ
ータ２の２台について容量制御を行うものである
が、さらに商用交流電源によつて駆動される第２
交流モータ２′により駆動される回転機械を追加
した装置によつても同様な容量制御が可能であ
る。

この場合には第６図々示の如く、第２交流モー
タ２′の制御ラインをコンパレータ４′、電圧レベ
ル設定回路５′、電圧フオロアー７′および出力部
６′とから構成してコンパレータ４′の反転端子に
は第１交流モータ１、一方の第２交流モータ２の
定格出力合計で運転した際の負荷に対応する設定
電圧信号S₆を加える一方、電圧フオロアー７′の
出力端子すなわち他方の第２交流モータ２′が定
格出力で運転した際の負荷に対応する電圧信号S₇
が出される出力端子を前記差動増幅器８の反転端
子に接続すればよく、３台の交流モータ１，２，
２′使用による容量制御運転は第７図および第８
図に示す通りであつて、負荷が全負荷に対してほ
ぼ1/3以下の範囲では第１交流モータ１のみによ
る容量制御運転を、ほぼ1/3を超えほぼ2/3以下の
範囲では一方の第２交流モータ２の定格出力運転
と第１交流モータ１による容量制御運転との併用
運転を、さらにほぼ2/3を超え全負荷までの範囲
ではさらに他方の第２交流モータ２′の定格出力
運転を付加した併用運転を行つて、広範囲での容
量制御を円滑に行うことができる。

本考案は以上述べた構成および作用を有するも
のであつて、容量が小さいインバータ３を用いて
限度一杯の最低負荷から全負荷までの広い範囲内
における容量制御を円滑に行うことができる。

しかも第１交流モータ１のみの容量制御運転
と、第２交流モータ２の定格出力運転と第１交流
モータ１の容量制御運転の併用運転との切り換え
を、負荷増加時と負荷減少時とでデイフアレンシ
ヤルが存するように切り換え時点をずらしている
ので、切り換え点前後における不安定動作による
擾乱を起こすことは全くなくなり、容量の急激な
変動が生じなくて安定性の良い制御が可能であ
る。

また、本考案は第２交流モータ２を常に定格出
力で運転させ、一方、第１交流モータ１は定格出
力一杯まで運転させながら負荷の変動によつても
停止させることなく周波数変換制御を行わせるだ
けで連続運転が可能であるので、高エネルギー効
率の運転が果される。

さらに本考案はインバータ３の容量を小さくし
得るので低コストの装置を提供し得る経済的利点
をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案装置に係る容量制
御運転説明図、第３図は本考案装置の１例に係る
電気回路図、第４図は第３図々示回路中の各部に
おける信号の波形図、第５図は同じく第３図々示
回路による容量制御運転の運転領域図、第６図は
本考案装置の他例に係る容量制御装置の電気回路
図、第７図は第６図々示回路中の各部における信
号の波形図、第８図は第６図々示回路による容量
制御運転の運転領域図である。 １……第１交流モータ、２……第２交流モー
タ、３……インバータ、S₁……容量制御信号、S₂
……基準設定電圧信号、S₃……電圧信号、S₄……
電圧信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. インバータ３によつて駆動される１台の第１交
   流モータ１と、商用交流電源によつて駆動される
   １台以上の第２交流モータ２とにより夫々個別に
   駆動される複数台の圧縮機を、それ等の容量をほ
   ぼ等しくせしめて単一系負荷に併用させて設ける
   一方、前記単一負荷の変化に比例した値の電圧と
   して取り出した容量制御信号S₁と、前記第１交流
   モータ１が定格出力で運転した際の負荷に対応す
   る基準設定電圧信号S₂とを比較して、負荷増加過
   程では前記容量制御信号S₁が前記基準設定電圧信
   号S₂以上の値となる条件の下で第２交流モータ２
   に運転出力を発し、負荷減少過程では前記容量制
   御信号S₁が前記基準設定電圧信号S₂よりも若干低
   い値の電圧信号S₃以下の値となる条件の下で第２
   交流モータ２に停止出力を発する発停制御手段
   ４，５，６と、前記発停制御手段４，５，６が停
   止出力を発しているときには、前記容量制御信号
   S₁に比例した周波数を前記インバータ３に出力さ
   せる指令を発し、前記発停制御手段４，５，６が
   運転出力を発しているときには、前記容量制御信
   号S₁から前記第２交流モータ２が定格出力で運転
   した際の負荷に対応する電圧信号S₄を差引いた値
   に比例した周波数を前記インバータ３に出力させ
   る指令を発する無段階的容量制御手段７，８とを
   設けたことを特徴とする圧縮機の容量制御装置。