JPH0356089A - 密閉型圧縮機の制御装置 - Google Patents

密閉型圧縮機の制御装置

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JPH0356089A
JPH0356089A JP1289562A JP28956289A JPH0356089A JP H0356089 A JPH0356089 A JP H0356089A JP 1289562 A JP1289562 A JP 1289562A JP 28956289 A JP28956289 A JP 28956289A JP H0356089 A JPH0356089 A JP H0356089A
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current
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JP1289562A
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English (en)
Inventor
Kenji Kawagishi
川岸 賢至
Kazuyuki Mitsushima
和行 満嶋
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH0356089A publication Critical patent/JPH0356089A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ この発明は、密閉型圧縮機の制御装置に関するものであ
る。
[従来の技術] この種の圧縮機に用いられる電動機の制御装置は、例え
ば、昭和62年電気学会全国大会1676脈動負荷対応
形ブラシレス直流モータの速度制御法」(P.P.83
3−834を参照)として知られている。
第6図及び第7図は上記資料に示された空気調和機及び
圧縮機の制御装置のシステム構成図であり、第6図にお
いて(1)は三相誘導電動機に廓動される圧縮機、(2
)及び(4)はそれぞれこの圧縮機に冷媒配管を介して
接続された凝縮器及び蒸発器,(3)はこれら凝縮器及
び蒸発器との間に冷媒配管を介して接続されたキャピラ
リチューブ、(5)及び(6)はそれぞれ上記凝縮器(
2)及び蒸発器(4)にそれぞれ設けられた負荷検出器
で、それぞれ上記圧縮機(1)に加わる負荷情報を検出
するものである。(7)は上記圧縮機(1)に取り付け
られ、この圧縮機(1)の回転位置を検出する位置検出
器,(8)は交流電源(11)から駐動電力を受け、上
記負荷検出器(5)(6)及び位置検出器(7)からの
出力信号を受けてこれら出力信号をデジタル量に変換す
る信号変換部、(9)はこの信号変換部にてデジタル量
に変換された信号を受け、これら信号に基づいて上記圧
縮機(1)の制御のための演算処理を行って制御指令信
号を出力する制御部で、例えばマイクロコンピュータで
構成されている。(10)はこの制御部からの制御指令
信号を受けるとともに上記交流電源(11)に接続され
て、上記圧縮機(1)の電動機を駆動制御する可変周波
数電力を上記電動機に供給する可変周波数電力変換部で
ある。
この可変周波数電力変換部(10)は第7図に示すよう
に構威されており、第7図において(10a)は上記交
流電源(11)に接続されて交流を直流に変換する整流
器、(fob)はこの整流器の出力端に並列に接続され
、この整流器の直流出力を平滑化する平滑コンデンサ、
(10c)はこれら整流器(10a)及び平滑コンデン
サ(fob)による直流出力を、上記制御部(9)から
の制御指令信号に基づいた周波数の三和交流に変換する
インバータ回路で、上記圧縮機(1)の三相誘導電動機
(1a)に交流電力を供給するものである。(10b)
は上記整流器(10a)の出力端とインバータ(10c
)との間に接続された抵抗素子からなり、上記整流器(
10a)からインバータ(10c)に流れる直流電流を
検出する直流電流検出器である。なお、第7図において
(l2)は上記インバータ(10c)からの交流出力を
検出し、この検出した出力を上記信号変換部(8)に出
力する交流電流検出器、(13)は上記直流電流検出器
(10b)からの検出出力を受けるとともに上記制御部
(9)からの電流指令信号を受け、両値を比較演算して
電流制御指令信号を出力する電流制御部、(l4)は上
記制御部(9)からの制御指令信号及び電流制御部(1
3)からの電流制御指令信号を増幅して上記インバータ
(10c)に出力するベースアンプである。
次にこの様に構成された電動機の制御装置の動作につい
て説明する。まず、交流電源(1l)から可変周波数電
力変換部(IO)に交流電力を供給すると,整流器(1
0a)にて直流電力に変換されてインバータ(10c)
により所定の周波数の交流に変換されて電動機(1a)
に供給され、電動機(1a)が廓動される。
電動機(1a)が恥動されることによって、圧縮機(1
)が關動されて空気調和機が運転される.そして、圧縮
機(1)に加わる負荷の情報が負荷検出器(5) (6
)から、圧縮機(1)の回転位置の情報が位置検出器(
7)から信号変換部(8)に与えられる。これらの検出
信号がこの信号変換部(8)によりデジタル量に変換さ
れて制御部(9)に供給される。制御部(9)ではデジ
タル量に変換された検出信号に基づいて圧縮機(1)に
加わる1回転中の負荷トルクの大きさ及び回転位置を算
出判定し、電流指令信号として電流制御部(13)に出
力する。この電流指令信号を受けた電流制御部(13)
は,直流電流検出器(10d)で検出された電流(モー
タ電流)と電流指令信号とを比較演算してその差信号を
電流制御指令信号としてベースアンプ(14)に出力す
る。ベースアンプ(14)は電流制御部(13)からの
電流制御指令信号と制御部(9)からの制御指令信号を
増幅してインバータ(10c)に出力し、圧縮機(1)
の負荷状態に応じて電動機(1a)への供給電力が変化
するようにインバータ(10)からの交流出力の周波数
を変化させる。
この様に制御された電動機(1a)によって註動される
圧縮機(1)では、第8図に示すように1回転中の負荷
トルクTOの波形変化と同期したモータ出力トルクTN
が出力されるから両者が釣合い,圧縮機(1)の回転軸
系においても加振トルク(ToTM)がゼロとなり、振
動加振源が少なくなって低振動の密閉型圧縮機を実現で
きるものである。
[発明が解決しようとする課題] しかるに、この様に構成された密閉型圧縮機に用いられ
る電動機の制御装置にあっては、モータ出力トルクを負
荷トルクに追従させるように制御するものであるため、
モータ効率の低下とインバータの変換素子容量の増大を
招くという課題を有していた。
すなわち、圧縮機(1)が、例えばロータリ圧縮機のよ
うな場合、その負荷トルクToは第9図(a)に示すよ
うな波形(第8図に示した波形と同じ)となり、この時
の誘導電動機(1a)の発生トルクTMが第9図(a)
に示す波形(第8図に示した波形と同じ)であると、T
O− TMの差分トルクが電動機(la)の回転速度f
に第9図(b)に示す回転変動を生じさせる.従って、
電動機(1a)に印加される電流を直流量に直すと、そ
の電流iは第9図(c)に示すようにすべり変化(回転
変動)を受けて脈動することになる.その結果、電動機
(la)の効率nも第10図(a)に示すように、第1
0図(b)に示すすべり変化を受けて脈動することにな
り、効率の平均値が低下することになるものである。
この発明は,上記した点に鑑みてなされたものであり,
モータ効率の低下及びインバータ素子容量の増大を招く
ことなく,空調機ユニットの能力(性能)を向上できる
密閉型圧縮機の制御装置を得ることを目的とするもので
ある. [課題を解決するための手段〕 この発明に係わる密閉型圧縮機の制御装置は、密閉型圧
縮機の電動機を可変周波数の交流電力により開動制御す
る可変周波数電力変換部を備えたものにおいて,電動機
の回転速度に応じた値と基準回転速度値に基づいて可変
周波数電力変換部から電動機に供給する電源電流を脈動
負荷の影響を受けない一定となすための制御指令信号を
可変周波数電力変換部に与える制御手段を設けたもので
ある。
この発明の第2の発明に係わる密閉型圧縮機の制御装置
は,電動機の回転速度に応じた値と基準回転速度値に基
づいて、可変周波数電力変換部から電動機に供給する交
流電力を、上記電動機が脈動負荷の影響を受けず、すべ
り回転速度を一定となす交流電力として出力させるため
の制御指令信号を可変周波数電力変換部に与える制御手
段を設けたものである。
[作用] この発明においては、制御手段が可変周波数電力変換部
から電動機に供給する電源電流を、脈動負荷の影響を受
けない一定となし、電動機の効率を高める. また,この発明の第2の発明においては、制御手段が可
変電力変換部から電動機に供給する交流電力を制御して
電動機を脈動負荷の影響を受けず、すベリ回転を一定と
なり、電動機の効率を高める.[実施例] 以下に、この発明の第1の実施例を第1図及び第2図に
基づいて説明すると、第1図において、(1)は三相誘
導電動機(1a)に駆動される圧縮機、(1a)はこの
圧縮機(1)を駆動するための三相誘導電動機, (1
0)は上記圧縮機(1)の電動機を駆動制御する可変周
波数電力変換部. (15)は上記圧縮機(1)の吐出
側に接続された冷、暖房切換え用の四方弁、(l6)は
この四方弁に冷媒配管(17)を介して接続されて室内
熱交換器、(l8)はこの室内熱交換器の送風用ファン
、(19)は上気四方弁(15)に冷媒配管(21)を
介して接続された室外熱交換器で、上記室内熱交換器(
l6)と膨張弁(22)を介して冷媒配管(23)によ
って接続されている。(20)はこの室外熱交換器の送
風用ファン、(24)は上記圧縮機(1),の吸込側と
四方弁(15)との間に接続された配管、(26)は上
記電動機(la))の回転速度を検出する速度検出器、
(25)はこの速度検出器からの上記電動機(la)の
回転速度に応じた値と基準回転速度値とを受け、これら
両値に基づいて上記可変周波数電力変換部(10)から
上記電動機(1a)に供給する電源電流を脈動負荷の影
響を受けない一定となすための制御指令信号を上記可変
周波数電力変換部(10)に与える制御手段で,上記圧
縮機(1)の脈動負荷に関係なく上記電動機(1a)の
l回転中の電源電流の歪みをなくす機能を備えており、
例えばマイクロコンピュータによって構威されている。
上記可変周波数電力変換部(10)及び制御手段(25
)は第2図に示すように構威されており、第2図におい
て(10a)は交流電源(l1)に接続されて交流を直
流に変換する整流器、(lob)はこの整流器の出力端
に並列に接続され,この整流器(10a)の直流出力を
平滑化する平滑コンデンサ、(10c)はこれら整流器
(10a)及び平滑コンデンサ(10b)による直流出
力を、上記制御手段(25)からの制御指令信号に基づ
いた周波数の三相交流に交換するインバータ回路で、上
記三和誘導電動機(la)に交流電力を供給するもので
ある。(10d)は上記整流器(10a)の出力端とイ
ンバータ(10c)との間に接続された抵抗素子からな
り、上記整流器(10a)からインバータ(10c)に
流れる直流電流を検出する直流電流検出器で、上記整流
器(10a)、平滑コンデンサ(10b) .及びイン
バータ(10c)とで可変周波数電力変換部(10)を
構成しているものである。(27)は上記インバータ(
10c)からの交流出力、つまりモータ電流を検出する
交流電流検出器、(251)は上記速度検出器(26)
からの速度信号を波形整形する波形整形回路、(252
)はこの波形整形回路で波型整形された速度信号fから
速度成分以外の信号を除去するフィルタ回路、(253
)はこのフィルタ回路から出力される速度信号fと基準
速度信号fOとを比較演算して速度指令信号fPを得る
速度制御回路、(254)はこの速度制御回路(253
)からの速度指令信号fPを電流指令信号Ioに変換す
る速度一電流変換回路、(255)はこの速度一電流変
換回路からの電流指令信号Ioと上記交流電流検出器(
27)で検出したモータ電流工とを比較演算する電流制
御回路、(256)はこの電流制御回路からの電流制御
指令信号を増幅して上記インバータ(10c)に出力す
るベースアンプ回路である。
次に、この様に構成された圧縮機における電動機の制御
装置の動作について説明する。
まず、第1図の冷媒回路の暖房運転について説明する. 電動機(1a)によって廓動された圧縮機(1)で圧縮
された冷媒は、高温高圧の状態で四方弁(l5)及び配
管(17)を介して室内熱交換器(l6)に流れる.こ
こで,室内側の送風用ファン(l8)によって室内の冷
たい空気が室内熱交換器(16)を通過することで高温
高圧の冷媒と熱交換され、温風となって室内に吹き出す
ことにより,室内を暖房する。この時、室内熱交換器(
16)を流れる冷媒は冷却されて低温の液体となる.冷
却された冷媒は、膨張弁(22)により膨張されて低温
低圧の液体となる。そして、この液体冷媒は室外熱交換
器(19)に送られる。この時の冷媒の温度は,例えば
O℃などの外気温度より充分に低いので、外気から熱を
吸収する。その際,室外側の送風用ファン(20)は外
気のもつ熱を冷媒に与える役割を果たす。液体冷媒は室
外熱交換器(19)で熱を吸収して再びガス状になり、
低温高圧となって配管(21) ,四方弁(15)及び
配管(24)を介して圧縮機(1)に戻って圧縮される
ことになる.ここで、誘導電動機(1a)は圧縮機(1
)に直結されており、電動機(1a)の回転動作は圧縮
機(1)の圧縮動作に変換されているものである.そし
て、この様な暖房運転において,圧縮機(1)を疑動す
る電動機(la)の制御装置の動作は次の様になる.ま
ず、交流電源(1l)から可変周波数電力変換部(lO
)に交流電力を供給すると,整流器(10a)にて直流
電力に変換されてインバータ(10c)により所定の周
波数の交流に変換されて電動機(1a)に供給され、電
動機(1a)が駆動される.電動機(la)が駆動され
ることによって,圧縮機(1)が駆動されて空気調和機
が運転される.そして、電動機(la)の回路速度を速
度検出器(26)で検出し、この検出信号を波形整形回
路(251)により波型整形して速度信号fを得る.こ
の時の速度信号fは負荷トルクの脈動を受けて変動して
いるので,これをフィルタ回路(252)を通すことに
より、電動機(1a)の回転成分以上の周波数を除去す
る.すると、このフィルタ回路(252)から出力され
る速度信号は,平均速度だけを表わす速度信号fとなる
。このようにフィルタリングされ速度信号fと基準速度
信号fOとが速度制御回路(253)により比較演算さ
れ、速度指令信号fPが得られる.この速度指令信号f
pは速度一電流変換回路(254)により電流値に変換
され、電流指令信号IOとして電流制御回路(255)
に供給される.この電流制御回路(255)には、この
電流指令信号(基準信号)Ioと交流電流検出器〈27
)からの電動機電流工電流が入力され、この電動機電流
工を電流指令信号Ioに対して完全に追従するようにイ
ンバータ(10c)を制御するために、電流制御回路(
255)が電動機電流Iと電流指令信号Ioとを比較演
算して、電流制御指令信号を出力する。この電流指令信
号がベースアンプ回路(256)によって増幅されてイ
ンバータ(10c)に入力され、インバータ(10c)
が制御される。
その結果、電動機(la)はその電動機電流工が電流指
令信号Ioにより一定に制御されるので、誘導電動機(
1a)の効率は第3図(a)に示すように高い値で平坦
化されたものとなり、高い電動機効率が得られることに
なり、かつ、電動機(1a)のすべりも第3図(b)に
示すように略一定となる。そして、電動機効率は空調ユ
ニット性能に直接関係するから、結果として高い能力係
数(cop)を得ることができ,効率(性能)の高い空
調機が実現できることになる. なお、上記第lの実施例においては、電流制御を電動機
電流を用いて制御するものとしたが、コンバータとイン
バータ相互間に流れる直流電流を用いて制御するように
しても良い.また、電動機(1a)に入出力する有効電
力のリップルをなくすようにしても、上記第1の実施例
と同様の効果を奏するものである. 第4図及び第5図はこの発明の第2の実施例を示すもの
であり、第4図において(25)は速度検出器(26)
からの電動機(1a)の回転速度に応じた値と基準回転
速度値fO本とを受け、これら両値に基づいて、可変周
波数電力変換部(10)から電動機(1a)に供給する
交流電力を、電動機(1a)が脈動負荷の影響を受けず
、すべり回転速度を一定となす交流電力として出力させ
るための制御指令信号を可変周波数電力変換部に与える
制御手段で、圧縮機(1)の脈動負荷に関係なく電動機
のl回転中の電源電流の歪みをなくす機能を備えており
、例えばマイクロコンピュータによって構成されている
。(257)はこの制御手段(25)の速度制御回路で
、波形整形回路(251)から出力される速度信号fr
と基準速度信号fo本とを比較演算して速度指令信号f
oを得るものである。(25g)は上記制御手段(25
)の速度−電圧変換回路で、上記速度制御回路(253
)からの速度指令信号fOを電圧指令信号Voに変換す
るものである。(259)は上記制御手段(25)のベ
ースアンプで、上記速度一電圧変換回路(257)から
の電圧指令信号vOを増幅して上記インバータ(10c
)に出力するものである. そして、上記速度制御回路(257)は第5図に示すよ
うに構威されており、第5図において(257a)は基
準速度信号はfaxが入力されてこの基準信号fo本か
らある周波数における誘導電動機(la)の最大効率を
示すすベリデータを参照してすべり基準周波数fs本を
出力する最大効率すベリテーブル参照部、(257b)
は上記基準速度信号foeと波形整形回路(251)か
らの速度信号frとが入力され、基準速度信号fo本か
ら速度信号frを減算して得られたすベリ周波数fsを
出力する減算手段,(257c)は上記最大効率すベリ
テーブル参照部(257a)からのすべり基準周波数f
s本と減算手段(257b)からのすべり周波数fsが
入力され、すベリ基準周波数fs車からすべり周波数f
sを減算して差分すベリ周波数Δfsを出力する減算手
段、(257d)は波形整形回路(251)からの速度
信号frを積分して回転位置θrを出力する積分手段,
(257e)はこの積分手段からの回転位置信号θrと
上記減算手段(257c)からの差分すベリ周波数Δf
sとが入力され、この回転位置信号orによって各区間
毎に差分すべリ周波数Δfsを学習(積分)して出力す
る繰り返し制御部で、上記減算手段(257c)の出力
に接続され、上記回転位置信号θrにより交互にオンオ
フ制御されるスイッチ手段(257el)(257e2
)と、それぞれこれらスイッチ手段(257el) (
257e2)に一方の入力端が接続される加算手段(2
57e3) (257e4)と、それぞれこれら加算手
段(257e3) (257e4)の出力端と他方の入
力端との間に接続された積分手段(257e5) (2
57e6)と、それぞれ上記加算手段(257e3)(
257e4)の出力端に接続された積分手段(257e
7)(257e8)とから構威されているものである。
(257f)は上記加算手段(257c)の出力端に接
続された積分手段、(257g)はこの積分手段(25
7f)の出力と上記繰り返し制御部(257e)の出力
とを加算して補正差分すベリ周波数Δfs’を出力する
加算手段、(257h)はこの補正差分すベリ周波数Δ
fs’と基準速度信号fO本とを加算して速度指令信号
fOを出力する加算手段である。
上記第1の実施例にて説明した暖房運転において、この
第2の実施例における圧縮機(1)を能動する電動機(
1a)の制御装置の動作は次のようになる。まず、交流
電源(11)から可変周波数電力変換部(10)に交流
電力を供給すると、整流器(10a)にて直流電力に変
換されてインバータ(10c)により所定の周波数の交
流に変換されて電動機(1a)に供給され,電動機(1
a)力<a動される。電動機(1a)が邸動されること
によって、圧縮機(1)が駆動されて空気調和機が運転
される。そして、電動機(1a)の回転速度を速度検出
器(26)で検出し,この検出信号を波形整形回路(2
51)により波形整形して速度信号frを得る.この速
度信号frが速度制御回路(257)に入力され、速度
制御回路(257)がこの速度信号frと基準速度信号
fo本とに基づいてずベリ一定制御を行うための速度指
令信号foを出力する。この速度指令信号fOは速度一
電圧変換回路(258)により電圧値に変換され,電圧
信号指令Voがとしてベースアンプ回路(256)に供
給され,電圧指令信号Vo増幅されてインバータ(10
c)に入力され、インバータ(10c)が制御される.
その結果、誘導電動機(1a)のすベリは上記第1の実
施例と同様に第3図(b)に示すように略一定となり、
誘導電動機(1a)の効率は上記第lの実施例と同様に
第3図(a)に示すように高い値に平坦化されたものと
なり、高い電動機効率が得られることになる。この時、
電動機電流(直流値に換算した値)も一定になっている
。そして、電動機効率は空調ユニット性能に直接関係す
るから,結果として高い能力係数(COP)を得ること
ができ、効率(性能)の高い空調機が実現できることに
なる。
[発明の効果] この発明は、以上に述べたように、密閉型圧縮機の電動
機を可変周波数の交流電力により暉動制御する可変周波
数電力変換部を備えたものにおいて、電動機の回転速度
に応じた値と基準回転速度値に基づいて可変周波数電力
変換部から電動機に供給する電源電流を脈動負荷の影響
を受けない一定となずめための制御指令信号を可変周波
数電力変換部に与える制御手段を設けたものとしたので
、高い電動機効率が得られるという効果を有するもので
ある。
また,この発明の第2の発明は、電動機の回転速度に応
じた値と基準回転速度値に基づいて、可変周波数電力変
換部から電動機に供給する交流電力を、電動機が脈動負
荷の影響を受けず,すベリ回転速度を一定となす交流電
力として出力させるための制御指令信号を可変周波数電
力変換部に与える制御手段を設けたものとしたので、高
い電動機効率が得られるという効果を有するものである
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はこの発明の第1の実施例を示すもの
であり、第1図は空気調和機全体の構或図,第2図は可
変周波数電力変換部(lO)と制御手段(25)を示す
ブロック図、第3図はこの発明の第1及び第2の実施例
における電動機(1a)の効率どすベリの変化を示す図
,第4図及び第5図はこの発明の第2の実施例を示すも
のであり、第4図は可変周波数電力変換部(IO)と制
御手段(25)を示すブロック図、第5図は制御手段(
25)の速度制御回路(257)を示すブロック図、第
6図及び第7図は従来例を示すものであり、第6図は空
気調和機の構成図,第7図は可変周波数電カ変換部(1
o)及び制御部(9)を示すブロック図,第8図、第9
図及び第lO図はこの従来例の電動機(la)の回転角
とトルクとの関係を、電動機(la)の時間に対するト
ルク、速度及び電流の関係を、電動機(1a)の時間に
対する効率及びすベリの関係をそれぞれ示す図である. 図において、(1)は圧縮機、(1a)は電動機、(1
o)は可変周波数電力変換部. (25)は制御手段、
(26)は速度検出器である。 なお、各図中同一符号は同一又は相同部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)密閉型圧縮機の電動機を可変周波数の交流電力に
    より駆動制御する可変周波数電力変換部、上記電動機の
    回転速度に応じた値と基準回転速度値とを受け、これら
    両値に基づいて上記可変周波数電力変換部から電動機に
    供給する電源電流を脈動負荷の影響を受けない一定とな
    すための制御指令信号を上記可変周波数電力変換部に与
    える制御手段を備えた密閉型圧縮機の制御装置。
  2. (2)密閉型圧縮機の電動機を可変周波数の交流電力に
    より駆動制御する可変周波数電力変換部、上記電動機の
    回転速度に応じた値と基準回転速度値とを受け、これら
    両値に基づいて、上記可変周波数電力変換部から電動機
    に供給する交流電力を、上記電動機が脈動負荷の影響を
    受けず、すべり回転速度を一定となす交流電力として出
    力させるための制御指令信号を上記可変周波数電力変換
    部に与える制御手段を備えた密閉型圧縮機の制御装置。
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