JPH04368475A - 空気調和機のインバータ制御装置 - Google Patents

空気調和機のインバータ制御装置

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JPH04368475A
JPH04368475A JP3167415A JP16741591A JPH04368475A JP H04368475 A JPH04368475 A JP H04368475A JP 3167415 A JP3167415 A JP 3167415A JP 16741591 A JP16741591 A JP 16741591A JP H04368475 A JPH04368475 A JP H04368475A
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誠 石井
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、不規則な負荷変動が生
ずる圧縮機を有する空気調和機に係り、特に、圧縮機の
電動機を駆動するインバータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の空気調和機の駆動装置の一
例を示すブロック図であって、1は商用交流電源、2は
整流回路、3は平滑コンデンサ、8は電流検出器、5は
インバータ、6は電動機、7はインバータ制御回路であ
る。
【0003】同図において、商用交流電源1からの交流
電圧は整流回路2で整流され、平滑コンデンサ3で平滑
されて直流電圧となる。この直流電圧はインバータ5に
印加される。また、インバータ5はインバータ制御回路
7からPWM(パルス幅変調)信号が供給され、印加さ
れる直流電圧に応じた大きさでかつPWM信号のデュー
ティ比に応じたパルス幅の3相の駆動電流を発生する。 冷凍サイクルにおける圧縮機の電動機6はこの駆動電流
によって駆動され、直流電圧とPWM信号のデューティ
比に応じた回転速度で回転する。
【0004】ところで、圧縮機に加わる負荷は規則的な
短かい周期で変動しており、これに伴なって電動機の回
転速度が変動して振動や騒音が生ずる。これを防止する
ために、従来、種々の方法が提案されているが、その一
例として、負荷の変動とともに電動機の巻線電流が変化
し、これによって電動機の回転速度が変化することから
、巻線電流の変化を検出し、これに応じて巻線の印加電
圧を変化させることにより、電流変化に伴なう巻線での
電圧降下の変動分を補償するようにした技術が知られて
いる(特開昭61−214787号公報)。
【0005】また、他の方法としては、電動機の出力ト
ルクを変化させ、圧縮機に加わる1回転当りの変動負荷
トルクに概略等しくする技術もある(特開平2−797
93号公報)。これは、電動機の回転子位置を検出し、
この検出結果に応じた電流パターンを発生して巻線電流
を制御し、電動機の出力トルクを変化させるものである
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開昭61−214787号公報に記載の従来技術では
、図7のインバータ5に印加される直流電圧が変動する
と、電動機6の印加電圧が変動して巻線電流が変動する
。電動機6の出力トルクはこの巻線電流に比例するが、
電動機6は出力トルクを一定に保とうとするので、回転
速度が変動する。また、電動機6の加減速レートはその
印加電圧に比例する。このため、この印加電圧が変動す
ると、加減速レート(時間当りの回転速度の変化)が変
動する。商用交流電圧は±15%の変動が許容されてお
り、商用交流電圧にかかる変動があると、平滑コンデン
サ3から得られる直流電圧も同様に変動するのである。
【0007】電動機の回転速度が変動すると、空気調和
機の安定した運転ができなくなる。また、加減速レート
が変動し、たとえば加速レートが大きいと、起動時や設
定温度の変更時などの過度時では、振動や騒音が大きく
なり、加速レートが小さいと、運転の立上り特性が低下
するし、設定温度での運転ができなくなる。かかる従来
技術においては、このようなインバータの印加電圧の変
動に対する電動機の回転速度や加減速レートの変動とい
う問題については配慮がなされていなかった。
【0008】また、上記の特開平2−79793号公報
に記載の従来技術では、電動機の回転子の回転位置を検
出して所定の電流パターンを発生し、負荷変動に伴なう
電動機の回転速度を制御するものであるから、この負荷
変動が規則的なものであれば有効であるが、スクロール
圧縮機などを駆動する場合、設定温度が急に変えられる
ことなどによる不規則な負荷変動に対しては、これに即
座に応答することができない。すなわち、予測できない
瞬時の負荷変動に対応できず、これによって回転速度が
低下しても、電動機の巻線電流は回転速度が低下する直
前の電流値に制御されてしまう。このため、特に圧縮機
の低速回転時では、トルク不足が生じてインバータ耐力
が低下し、圧縮機を低速回転状態に維持できなくなる。
【0009】本発明の目的は、かかる問題を解消し、イ
ンバータに印加される直流電圧の変動による回転速度や
加減速レートの変動を低減し、かつ不規則な負荷変動に
対しても、圧縮機の低速回転を安定化させることができ
るようにした空気調和機のインバータ制御装置を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、インバータに印加される直流電圧を検出
し、この検出結果に応じて該インバータに供給されるP
WM信号のデューティ比を制御する。
【0011】
【作用】予め設定された基準電圧と検出された直流電圧
との比に応じてPWM信号のディーティ比の増減を制御
することにより、該直流電圧が基準電圧に等しいときの
加減速レートが得られ、該直流電圧の変動による加減速
レートの変動が低減される。また、検出された直流電圧
の平均値と瞬時値とを比較し、その比較結果に応じてP
WM信号のデューティ比を変動させることにより、該直
流電圧の変動による回転速度の変動が低減される。
【0012】電動機は直流電圧とPWM信号とによって
駆動されるため、不規則な負荷変動があって回転速度が
急に低下すると、電動機の誘起電圧が小さくなり、これ
とともに巻線電流が増加し、これに比例して電動機の出
力トルクが増加する。このために、回転速度は瞬時に増
加して元に戻る。このため、低速回転時に不規則な負荷
変動があっても、回転速度が安定しており、インバータ
耐力が低下することはない。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図1は本発明による空気調和機のインバータ制御装
置の一実施例を示す構成図であって、4は直流電圧検出
器であり、図7に対応する部分には同一符号をつけて重
複する説明を省略する。
【0014】同図において、直流電圧検出器4は平滑コ
ンデンサ3で得られたインバータ5の印加直流電圧Ve
を検出し、その検出出力をインバータ制御回路7に供給
する。インバータ制御回路7は供給されるこの検出出力
に応じたデューティ比のPWM信号を発生し、インバー
タ5に供給する。
【0015】電動機6の回転速度はその印加電圧に応じ
たものであり、この印加電圧はインバータ5に印加され
る直流電圧VeとPWM信号のデューティ比とに比例す
る。また、電動機6の加減速はPWM信号のデューティ
比を変化させることによって行なわれる。このため、直
流電圧Veが変動すると、電動機6の回転速度と加減速
レートとが変動することになる。
【0016】この実施例においては、直流電圧Veに変
動があると、この変動分がPWM信号のデューティ比を
変化させることによって補償され、これにより、電動機
6の回転速度や加減速レートの変動が抑制される。
【0017】また、ある直流電圧Veとあるデューティ
比のPWM信号がインバータ5に供給されている状態で
スクロール圧縮機のような圧縮機にかかる負荷が不規則
に変動し、これによって圧縮機の回転速度、したがって
電動機6の回転速度が急に低下したとすると、この回転
速度の低下に伴なって電動機6の巻線の誘起電圧が低下
し、巻線電流が急速に大きくなる。電動機の出力トルク
は巻線電流に比例するから、巻線電流の急増とともに電
動機6の出力トルクは大きくなり、回転速度が瞬時に増
加する。これにより、圧縮機の低速回転でも安定した状
態となり、インバータ耐力が向上する。
【0018】図2は図1におけるインバータ制御回路7
の一具体例を示すブロック図であって、9は参照電圧発
生器、10は演算回路、11はPWM信号発生器、12
はドイバである。
【0019】同図において、いま、直流電圧検出器4(
図1)で検出される直流電圧の値をVeとすると、演算
回路10はこの直流電圧値Veと参照電圧発生器9から
の参照電圧の値Vsとを用いて次の演算を行ない、直流
電圧値Veに対するパルス増減係数Ceを生成する。 Ce=Cs×Vs/Veここで、Csは加減速時のPW
M信号の基準パルス増減係数であって、直流電圧Veが
参照電圧Vsに等しいときに、設計上の加減速レートが
得られるように、PWM信号のデューティ比を設定する
ためのものである。この基準パルス増減係数Csは実験
的に求められる。また、参照電圧値Vsは商用交流電圧
が100(V)のときの直流電圧値Veに等しい。PW
M信号発生器11は演算回路10で求められたパルス増
減係数で出力するPWM信号のデューティ比を補正し、
そのPWM信号をドライバ12を介してインバータ5(
図1)に送る。
【0020】このように、加減速時に、検出される直流
電圧Veに応じてPWM信号のデューティ比を変化させ
ることにより、この直流電圧Veが変動しても、加減速
レートは変動しない。図3で加減速時のPWM信号のパ
ルス幅(デューティ比)の増減について説明する。いま
、設計上の加減速レートをとるVe=Vs(入力=AC
100(V))のときのパルス幅の変化を実線で示すと
、Ve<Vs(入力<100(V))、すなわち、商用
交流電圧が100(V)よりも小さくなったときには、
パルス増減係数Ceを大きくし、図示するように、PW
M信号のパルス幅の増減幅を大きくする。逆に、Ve>
Vs(入力>AC100(V))、すなわち商用交流電
圧が100(V)よりも大きくなったときには、パルス
増減係数Ceを小さくし、図示するように、PWM信号
のパルス幅の増減幅を小さくする。これにより、商用交
流電圧が100(V)よりも低くなっても、高くなって
も、加減速レートは増減して設計上の加減速レートと一
致するようになる。勿論加減速レートは設定温度と現在
の温度との差で異なるものであるが、かかる温度差に応
じて設計加減速レートが設定されており、商用交流電圧
の変動があっても、温度差に対応した設計加減速レート
が得られるものである。
【0021】図4は商用交流電圧の変動に対する加減速
レートの変動の実験結果を示すものであって、破線aは
従来の補正なしのものであり、実線bはこの実施例によ
るものである。図示するように、商用交流電圧が100
(V)に対して±15%変動した場合、従来技術では加
減速レートが約45min ̄1/秒変動するのに対し、
この実施例ではその半分以下の約20min ̄1/秒の
変動にすぎず、加減速レートの変動が大幅に低減される
ことが明らかである。
【0022】図5は図1におけるインバータ制御回路の
他の具体例を示すブロック図であって、13は平均値化
回路、14は比較回路、15はPWM信号発生器、16
はパルス幅拡大回路、17はパルス幅縮小回路、18は
増減判定回路、19はドライバである。また、図6は図
5における各部の信号を示す波形図である。
【0023】図5および図6において、直流電圧検出器
4(図1)の検出出力Veは平均値化回路13に供給さ
れ、その平均値電圧Voが検出される。比較回路14は
検出出力Veと平均値電圧Voとを比較し、その比較結
果を増減判定回路18に供給する。
【0024】一方、PWM発生器15はPWM信号eを
出力し、パルス幅拡大回路16とパルス幅縮小回路17
に供給する。パルス幅拡大回路16はPWM信号eのパ
ルス幅を所定の割合だけ拡げ、パルス幅縮小回路17は
そのパルス幅を所定の割合だけで狭くする。増減判定回
路18は、比較回路14の比較結果により、電圧Veが
平均値電圧Voよりも低いときにパルス幅拡大回路16
の出力を選択し、電圧Veが平均値電圧Voよりも高い
ときパルス幅縮小回路17の出力を選択する。増減判定
回路18から出力されるPWM信号fはドライバ19を
介してインバータ5(図1)に供給される。
【0025】ここで、PWM信号発生器15から出力さ
れるPWM信号eのパルス幅をd1とすると、これがパ
ルス幅拡大回路16でd1(>d0)となり、パルス幅
縮小回路17でd2(<d0)となる。したがって、増
減判定回路18から出力されるPWM信号fのパルス幅
は、電圧Veが平均値電圧Voよりも低いときにはd1
となり、高いときにはd2となる。
【0026】図6のcは電動機6(図1)の巻線電流で
あり、実線をPWM信号発生器15が出力するPWM信
号eによる電流とすると、図5に示すインバータ制御回
路7の上記の動作により、直流電圧Veの変動に応じて
巻線電流Cは破線で示すようにその幅が変化する。これ
によると、直流電圧Veが高くなると巻線電流cの時間
幅が減少し、直流電圧Veが低くなると巻線電流cの時
間幅が増加して電動機6の回転速度の変動が低減する。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
商用交流電圧が変動しても、加減速時にはこの変動に応
じてPWM信号のパルス幅を増減し、電動機の印加電圧
を制御するものであるから、加減速レートの変動を大幅
に低減でき、過負荷時での圧力保護や立上り時での即暖
房効果などの特性の安定化が図かれるし、直流電圧の瞬
時値と平均値との関係に応じてPWM信号のパルス幅を
補正し、電動機の印加電圧を制御するものであるから、
回転速度の変動が大幅に低減し、商用交流電圧の変動に
伴なう圧縮機の振動、騒音の発生を低減できるとともに
、電動機の電流が安定化して電動機の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による空気調和機のインバータ制御装置
に一実施例を示す構成図である。
【図2】図1におけるインバータ制御回路に一具体例を
示すブロック図である。
【図3】図2に示した具体例の動作を示す図である。
【図4】図1に示した実施例と従来の空気調和機とでに
商用交流電圧の変動に対する加減速レートの変動を比較
した図である。
【図5】図1におけるインバータ制御回路の他の具体例
を示すブロック図である。
【図6】図5における各部の信号を示す波形図である。
【図7】従来の空気調和機の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
1  商用交流電源 2  整流回路 3  平滑コンデンサ 4  直流電圧検出器 5  インバータ 6  電動機 7  インバータ制御回路 9  参照電圧発生器 10  演算回路 11  PWM発生回路 13  平均値化回路 14  比較回路 15  PWM信号発生器 16  パルス幅拡大回路 17  パルス幅縮小回路 18  増減判定回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  商用交流電圧を整流、平滑して得られ
    る直流電圧とPWM信号とが供給され、該直流電圧と該
    PWM信号のパルス幅に応じた電動機の駆動電流を生成
    するインバータを備えた空気調和機において、該直流電
    圧を検出し、該直流電圧に応じて該PWM信号のパルス
    幅を制御することを特徴とする空気調和機のインバータ
    制御装置。
  2. 【請求項2】  請求項1において、予め設定された基
    準電圧と検出した前記直流電圧との比に応じて、前記P
    WM信号のパルス幅を増減し、前記直流電圧の変動に応
    じて加減速レートを補正することを特徴とする空気調和
    機のインバータ制御装置。
  3. 【請求項3】  請求項1において、検出した前記直流
    電圧の瞬時値と平均値とを比較し、比較結果に応じて前
    記PWM信号のパルス幅を制御することを特徴とする空
    気調和機のインバータ制御装置。
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