JPH05184181A - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機の誘導電動機を可変速制御するインバ
ータ装置を内蔵した空気調和機の制御装置において、各
種負荷変動に対しても圧縮機を連続動作可能にし、また
周囲が低温状態であっても空気調和機の能力が低下しな
いようにする。 【構成】 インバータ部４に供給されるコンバータ部２
の電源電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３の動作発振
周波数から求め、その結果に従ってインバータ部４の出
力電圧を補正し、圧縮機の誘導電動機６に供給する電圧
・周波数の信号が常に一定となるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷媒回路内の圧縮機
の誘導電動機を可変速制御するインバータ装置を内蔵し
た空気調和機の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は例えば特開昭６２−２０３５６
５号公報に示された従来の空気調和機の制御装置の構成
を示す図である。同図において、１は交流電源、２は交
流電源１から入力された交流を直流に変換するコンバー
タ部、３は平滑用コンデンサ、４は平滑された直流を再
度任意の電圧・周波数の交流に変換するインバータ部
で、これらの要素によりインバータ装置５が構成されて
いる。６は冷媒回路内の圧縮機の誘導電動機、７はイン
バータ装置５を制御する制御回路である。

【０００３】８はインバータ装置５に印加される交流電
源１からの電圧を検出する検出回路、９はその検出値を
基準値と比較する比較器で、この比較器９の比較結果に
より過負荷領域を判別する。１０はインバータ部４に任
意の電圧・周波数の信号を演算出力するマイクロコンピ
ュータ、１１はその周波数データを検知しているデータ
格納部である。

【０００４】図１２は上記圧縮機の誘導電動機６にイン
バータ装置５より出力される電圧・周波数の特性（以下
Ｖ／Ｆパターンという）を示す図である。図中、曲線Ａ
は通常の定常負荷領域のデータ、曲線Ｂは過負荷領域の
データである。

【０００５】上記のように構成された空気調和機の制御
装置において、インバータ部４が定常負荷領域にて動作
している時、例えば空気調和機の外周温度が変換して過
負荷領域に移行すると、誘導電動機６の電流が増大し、
インバータ装置５に印加される電圧がそれに伴って低下
する。この時、その印加電圧の検出回路８を通して比較
器９に上記インバータ装置５への印加電圧に応じた検出
信号が入力され、比較用の基準電圧信号との比較が行わ
れる。そして、印加電圧の減少時には比較器９から
“Ｈ”信号が入力されたマイクロコンピュータ１０は図
１２の曲線Ｂで示すＶ／Ｆパターンの信号をインバータ
装置５に出力する。これにより、誘導電動機６に前回よ
りも高い電圧が印加され、誘導電動機６に流れる電流は
減少する。

【０００６】また、図１３は例えば特開平１−１０２２
５３号公報に示された他の従来例を示す構成図であり、
図１１と同一符号は同一構成部分を示している。同図に
おいて、１２は室外機ファンの直流モータ１３を制御す
る直流モータ制御回路、１４は冷凍サイクルの切替機
構、１５は室外熱交換器、１６は減圧器、１７は室内熱
交換器、１８は凝縮温度検出用のサーミスタである。

【０００７】図１４はマイクロコンピュータ１０によっ
て構成された制御回路７の詳細構成を示すブロック図で
ある。図中、１９はサーミスタ１８から出力されたアナ
ログ検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手
段、２０はそのデジタル信号と基準信号との比較演算を
行う比較演算手段、２１は比較演算手段２０の出力信号
と冷媒回路の圧力開閉器２２からの信号に基づいて室外
機ファンの回転数を制御する回転数制御手段である。

【０００８】上記のような構成の空気調和機の制御装置
においては、空気調和機が暖房運転を行っている場合や
室外機の周囲温度が低温状態の時、その低温状態で圧縮
機（誘導電動機６）が同一回転数で動作し、また室外機
ファン（直流モータ１３）が同一回転数で動作している
と、室外機の冷凍サイクルの凝縮温度が周囲温度よりも
低下する。これにより、室外熱交換器１５などに結露や
霜が発生し、室外機ファンによる送風での熱交換量が低
下して空気調和機の能力が低下する。そこで、サーミス
タ１８により凝縮温度を検出しており、凝縮温度が基準
設定温度よりも低くなった場合、つまり霜が規定量発生
した場合に、回転数制御手段２１により室外機ファンの
回転数をアップ（風量を増やす）することで能力の低下
を防いでいる。

【０００９】また、室外機の周期温度が高温状態の場
合、圧縮機の吐出圧力が増大し、機器の破壊が発生す
る。このため、圧力開閉器２２により圧縮機の吐出圧力
を検出しており、圧力が規定以上になると圧力開閉器２
２が作動する。そして、この作動信号を回転数制御手段
２１が入力すると、室外機ファンの回転数をダウン（風
量を下げる）することで熱交換量を低下、つまり能力を
低下させ、吐出圧力の増大を防ぎ、機器の破壊を防いで
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の空気調和機の制御装置にあっては、過負荷
領域を判別後Ｖ／Ｆパターンを瞬時に切り替えるため、
特に低周波数領域では過負荷に耐えうる電圧とそれまで
動作していた電圧との格差が大きくなる傾向があり、切
り替え時に誘導電動機の滑りが小さくなって瞬時である
が過大な電流が流れ、この電流によりインバータ装置が
保護作動して誘導電動機を停止させる恐れがあるという
問題点があった。

【００１１】また軽負荷領域を移行した場合において
も、誘導電動機に印加される電圧が高くなり、本来電動
機として動作するものが発電機として動作し、この発電
機となった時に誘導電動機からインバータ装置に対して
回生電流が流れ、この電流によりインバータ装置が保護
作動して同様に誘導電動機を停止させ、連続運転ができ
なくなる恐れがあるという問題点があった。

【００１２】また、低温条件で動作している時、凝縮温
度が周囲温度より低くなると、着霜が進んで霜取り動作
が頻繁に行われ、低温能力が低下し、空気調和機の使用
者が冷風感を感じるなどの問題点があった。

【００１３】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、各種負荷変動に対しても誘導
電動機が連続動作可能な空気調和機の制御装置を提供す
ることを目的としている。

【００１４】また、周囲が低温状態であっても空気調和
機の能力を低下させないように制御可能な空気調和機の
制御装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空気調和
機の制御装置は、次のように構成したものである。

【００１６】（１）入力された交流を直流に変換するコ
ンバータ部と、その直流を再度任意周波数の交流に変換
するインバータ部と、このインバータ部から冷媒回路内
の圧縮機の誘導電動機に可変周波数の出力を供給するイ
ンバータ装置と、このインバータ装置の制御電源を直流
変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ回路より発生させる制
御回路とを有した空気調和機の制御装置において、前記
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の動作発振周波数を検出する
検出手段と、その検出結果よりコンバータ部の電源電圧
を判別する判別手段と、その判別結果に基づいて前記圧
縮機の誘導電動機に供給する出力電圧及び周波数の信号
が一定となるようにインバータ部を制御する制御手段と
を具備した。

【００１７】（２）入力された交流を直流に変換するコ
ンバータ部と、その直流を再度任意周波数の交流に変換
するインバータ部と、このインバータ部から冷媒回路内
の圧縮機の誘導電動機に可変周波数の出力を供給するイ
ンバータ装置と、前記コンバータ部の出力を供給して室
外機ファンを可変速制御する制御手段とを有した空気調
和機の制御装置において、前記冷媒回路内の熱交換器の
温度を検出する温度検出手段と、その検出値と基準設定
値との比較演算を任意の規定時間間隔で行う温度比較演
算手段と、その比較演算の実行回数を記憶する記憶手段
と、その記憶した実行回数と任意の設定回数とを比較す
る比較手段と、その比較結果に基づいて前記室外機ファ
ンの回転方向を反転させる回転制御手段とを具備した。

【００１８】

【作用】この発明の空気調和機の制御装置においては、
インバータ部に供給される電源電圧が検出され、その電
源電圧の変動に対して誘導電動機に供給する電圧・周波
数の信号が補正され、一定の特性が得られるように制御
される。

【００１９】また、この発明の空気調和機の制御装置に
おいては、熱交換器の温度が検出され、その検出温度に
基づいて室外機ファンの回転が制御され、低温条件でも
空気調和機の能力が最大に制御される。

【００２０】

【実施例】図１はこの発明の一実施例による空気調和機
の制御装置を示す構成図であり、図１１と同一符号は同
一構成部分を示している。図において、１は交流電源、
２はその交流を直流に変換するコンバータ部、３は平滑
用コンデンサ、４は変換された直流を再度任意周波数の
交流に変換するインバータ部、５はこのインバータ部４
から冷媒回路内の圧縮機の誘導電動機６に可変周波数の
出力を供給するインバータ装置、７はこのインバータ装
置５の駆動制御を行う制御回路、１１はＶ／Ｆパターン
の周波数データを格納しているデータ格納部である。

【００２１】２３はインバータ装置５の制御電源を発生
するＤＣ／ＤＣコンバータ回路で、コンバータ部２の出
力を平滑した直流を１次電源として直流−直流変換を行
う。２４はインバータ部４に任意の電圧・周波数の信号
を演算出力するマイクロコンピュータ、２５はＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ回路２３の発振周波数信号をマイクロコン
ピュータ２４に入力するための周波数信号変換回路であ
る。

【００２２】図２は上記マイクロコンピュータ２４によ
って構成される各制御用手段の構成を示すブロック図で
ある。図中、２６はＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３の動
作発振周波数を検出する検出手段、２７はその検出結果
からコンバータ部２の電源電圧を判別する判別手段、２
８はその判別結果に基づいて圧縮機の誘導電動機６に供
給する出力電圧及び周波数の信号がコンバータ部２の電
源電圧の変動にかかわらず一定となるようにインバータ
部４を制御する制御手段である。

【００２３】また、図３は上記インバータ装置５から圧
縮機の誘導電動機６に出力される電圧・周波数のＶ／Ｆ
パターンを示したものである。

【００２４】次に、図４のフローチャートを用いて上記
構成の制御装置の動作について説明する。まず、ステッ
プ１０１にて誘導電動機６を動作させる電圧Ｖ０［Ｖ］
・周波数Ｆ０［Ｈｚ］を設定する。そして、ステップ１
０２にてＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３の動作周波数を
読み込む。この動作周波数の読み込みは、マイクロコン
ピュータ２４により周波数信号変換回路２５から出力さ
れる信号を入力し、信号切り替わりまでの時間を演算し
た後、逆数値すなわち周波数値として読み込む。

【００２５】ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３の
一方式としてＲＣＣ方式があるが、このＲＣＣ方式での
動作発振周波数は一般的に図３に示すようにＤＣ／ＤＣ
コンバータ回路１３の一次電圧に対して比例特性を示
す。したがって、その動作発振周波数を読み込むことに
より平滑用コンデンサ３の両端電圧すなわちインバータ
部４に供給する電源電圧を読み込むことが可能となる。

【００２６】次に、ステップ１０３にてデータ格納部１
１より入力した周波数データから基準となる電圧に対し
てのズレを補正する（基準となる周波数値との比較を行
う）。この電圧の補正は、 Ｖｘ＝Ｖ０×ｋ×ｆ０／ｆｘ［Ｖ］ ここで、Ｖ０：目標電圧 ｆ０：各周波数毎のＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３の基
準発振周波数 ｆｘ：動作周波数 ｋ：係数 より演算して求める。例えば、動作周波数ｆｘが基準周
波数ｆ０よりも低い場合、すなわち電源電圧が低い場合
は、補正後の電圧は目標電圧よりも高くなる。そして、
この演算結果の信号をマイクロコンピュータ２４よりイ
ンバータ部４に対して出力すると、誘導電動機６へ供給
される電圧は、電源電圧が通常状態の場合と同じにな
る。動作周波数ｆｘが基準周波数ｆ０よりも高い場合
は、同様に目標電圧よりも低い電圧を出力する（ステッ
プ１０４）。

【００２７】このように、インバータ部４に供給される
電圧をアナログ値で検出し、また誘導電動機６に出力す
る電圧をアナログ値で補正を行い、電源変動が発生して
も常に一定のＶ／Ｆパターン特性を出力するようにして
いるので、各種負荷変動に対しても誘導電動機６を連続
動作させることができる。すなわち、従来では過負荷領
域を判別後Ｖ／Ｆパターンを瞬時に信号を切り替えるた
め、特に低周波数領域では過負荷に耐えうるための電圧
とそれまで動作していた電圧との格差が大きくなる傾向
となり、切り替え時に誘導電動機６の滑りが小さくな
り、瞬時であるが過大な電流が流れ、この電流によりイ
ンバータ装置５が保護作動し、誘導電動機６を停止する
といった恐れがあったが、本実施例においてはその恐れ
はない。

【００２８】図５は上記制御装置の他の制御動作を示す
フローチャートである。ここでは、まずステップ２０１
にて誘導電動機６を動作させる電圧Ｖ０［Ｖ］・周波数
ｆ０［Ｈｚ］を設定する。そして、ステップ２０２にて
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３の動作周波数を読み込
む。この動作周波数の読み込み方法は、前述の実施例と
同様である。

【００２９】次に、ステップ２０３にて動作周波数ｆｘ
が入力されているか否か（ｆｘ＞０）を判別比較する。
この時、入力されている場合はステップ２０５に進み、
上記実施例と同様の電圧補正の処理を行う。しかし、回
路の不具合やマイクロコンピュータ２４の入力ポートの
異常等により信号が入力されないと判別した場合は、ス
テップ２０４に進む。このステップ２０４では、動作周
波数ｆｘを基準周波数ｆ０として電圧補正演算を行う
（係数ｋ＝１）。次にステップ２０６にて、各ステップ
２０４，２０５の演算結果を出力する。

【００３０】このように、制御回路７の何れかが故障し
た場合でも、上記のように構成することにより、同一の
制御にて対応することが可能となり、空気調和機の廉価
な製品を開発することができる。また回路故障時におい
ては、サービス（修理）が完了するまでの応急運転がで
き、製品開発においては周波数信号変換回路２５のコス
ト低減が行える。

【００３１】すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２３
の動作発振周波数の検出手段２６からの信号がインバー
タ装置５の制御電圧の立ち上がり後入力されない場合
は、その検出手段２６からの信号を任意値と仮定してイ
ンバータ部４を駆動するようにすることで、制御回路７
が故障した場合、サービス（修理）が完了するまでの応
急運転が可能となる。また、空気調和機の廉価な製品を
開発する場合に、上位機種と同一の制御にて対応が可能
となり、コスト低減が可能となる。

【００３２】図６はこの発明の他の実施例を示す構成図
であり、図１及び図１３と同一符号は同一構成部分を示
している。図において、２９はインバータ装置５の制御
回路７に設けたマイクロコンピュータで、インバータ部
４に任意の周波数・電圧の信号（ＰＷＭ信号）を演算し
て出力する。３０は冷媒回路内の室外熱交換器１５の温
度を検出するサーミスタである。

【００３３】図７は上記マイクロコンピュータ２９によ
って構成される各制御用手段の構成を示すブロック図で
ある。図中、３１は上記サーミスタ３０の検出値と基準
設定値との比較演算を任意の規定時間間隔で行う温度比
較演算手段、３２はその比較演算の実行回数を記憶する
記憶手段、３３はその記憶した実行回数と任意の設定回
数とを比較する比較手段、３４はその比較結果に基づい
て室外機ファン（直流モータ１３）の回転方向を反転さ
せる回転制御手段である。

【００３４】図８は上記構成の制御装置の制御動作を示
すフローチャートである。まず、ステップ３０１〜３０
４で室外熱交換器１５の温度（Ｔ）をサーミスタ３０に
より検出する。この時、検出誤差を少なくするために例
えば４回入力した後、平均化する。すなわち、サーミス
タ３０の出力値Ｔｄｅｆ（ｉ）を一定間隔で入力し、４
回入力（ｉ≧４）したら平均化して検出温度Ｔｄｅｆ
（ｊ）とする。

【００３５】次にステップ３０５〜３０６にて室外機フ
ァンの回転数を変化させるまでの不動作時間ｔを設定時
間Ａと比較する。またステップ３０７では、上記検出温
度Ｔｄｅｆ（ｊ）が任意設定の温度Ｔｊ［℃］よりも低
くなっているか（Ｔｄｅｆ（ｊ）≦Ｔｊ）、つまり低温
条件であるかを比較する。そして、任意設定の時間Ａ
［ｓｅｃ］を経過し、さらに検出温度が任意設定温度よ
りも低い場合はステップ３０８に進む。このステップ３
０８では、直流モータ１３の動作回転数をアップさせる
ため、現在動作している回転数Ｎに対して任意設定のＢ
［ｒｐｍ］を加える。そしてステップ３０９にて直流モ
ータ１３に対して出力する。

【００３６】次に、ステップ３１０，３１１にて直流モ
ータ１３に対して回転数の補正を加えた回数Ｋをカウン
トする。ここで、図９に示すように、直流モータ１３の
回転方向が一定の場合、着霜が始まる方向も一定とな
り、着霜により熱交換されない部分は本来は片側による
はずが、空気が流れないため反対側の着霜されていない
部分も熱交換されなくなる。そこで、任意設定回数Ｃ回
補正を繰り返した後、ステップ３１２に進み、このステ
ップ３１２にて直流モータ１３が現在回転している方向
と逆方向に動作するようにする。図９の矢印は図の方
向、斜線は霜を示したものである。

【００３７】上記室外機ファンが逆転することにより、
図９中の取り残されていた熱交換器１５の反対側に着霜
動作が始まる。したがって、熱交換器１５の片側に着霜
部が多くなっていた状態に対して均一に着霜することに
なり、従来能力の低下をしていた期間でもその状態で能
力を維持することが可能となる。

【００３８】図１０は上記制御装置の他の制御動作を示
したものである。ステップ４０１〜４０６までは図８の
ステップ３０１〜３０６と同一動作であるが、ステップ
４０７で直流モータ１３が逆回転動作後、任意設定の凝
縮温度Ｔｋ［℃］よりも低くなっているか否か（Ｔｄｅ
ｆ（ｊ）≦Ｔｋ）の判定を行い、低くなっていなければ
逆回転以前と同じだけの着霜状態であり、能力の低下は
ないと判断する。

【００３９】しかし、Ｔｋ［℃］よりも低くなった場合
は、着霜面が成長したと判断し、ステップ４０８に進
む。このステップ２０７では、着霜状態が従来の能力の
低下していた状態と同じと判断され、室外機ファンの回
転方向を元に戻すため直流モータ１３の回転方向を変更
（正転）する。これにより、通常の制御に戻すため、こ
の後霜取り動作を行う。このことにより、能力の低下に
よる空気調和機の使用者に対して冷風感を与えることを
防ぐことが可能となる。また、霜取り回数が減少すると
いう効果も得られる。

【００４０】なお、上記実施例では室外機ファンの可変
駆動手段は直流モータ１３として構成しているが、本発
明を実施する場合にはこれに限定されるものではなく、
回転制御手段３４にて任意の回転数に制御可能なもので
あれば同様の効果が得られる。

【００４１】また、上記実施例の温度検出手段はサーミ
スタ３０として構成しているが、温度を検出可能なもの
であれば他のものでも良い。しかし、サーミスタ３０を
用いれば、安価な構成で高精度の制御を行うことができ
るという効果が得られる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、各種
負荷変動に対しても圧縮機の誘導電動機を連続動作させ
ることができるという効果が得られる。

【００４３】また、周囲が低温状態であっても空気調和
機の能力が低下しないように制御することができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１のマイクロコンピュータによって構成され
る各手段を示すブロック図である。

【図３】図１の誘導電動機に出力される電圧・周波数の
特性図である。

【図４】図１の制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図５】図１の制御装置の他の動作を示すフローチャー
トである。

【図６】この発明の他の実施例を示す構成図である。

【図７】図６のマイクロコンピュータによって構成され
る各手段を示すブロック図である。

【図８】図６の制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図９】図６の室外熱交換器の着霜状態を示す説明図で
ある。

【図１０】図６の制御装置の他の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１１】従来例を示す構成図である。

【図１２】図１１の誘導電動機に出力される電圧・周波
数の特性図である。

【図１３】他の従来例を示す構成図である。

【図１４】図１３のマイクロコンピュータによって構成
される各手段を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ コンバータ部 ４ インバータ部 ５ インバータ装置 ６ 誘導電動機 ７ 制御回路 １２ 直流モータ制御回路 １３ 直流モータ １５ 室外熱交換器 ２６ 検出手段 ２７ 判別手段 ２８ 制御手段 ３１ 温度比較演算手段 ３２ 記憶手段 ３３ 比較手段 ３４ 回転制御手段 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された交流を直流に変換するコンバ
   ータ部と、その直流を再度任意周波数の交流に変換する
   インバータ部と、このインバータ部から冷媒回路内の圧
   縮機の誘導電動機に可変周波数の出力を供給するインバ
   ータ装置と、このインバータ装置の制御電源を直流変換
   を行うＤＣ／ＤＣコンバータ回路より発生させる制御回
   路とを有した空気調和機の制御装置において、前記ＤＣ
   ／ＤＣコンバータ回路の動作発振周波数を検出する検出
   手段と、その検出結果よりコンバータ部の電源電圧を判
   別する判別手段と、その判別結果に基づいて前記圧縮機
   の誘導電動機に供給する出力電圧及び周波数の信号が一
   定となるようにインバータ部を制御する制御手段とを具
   備したことを特徴とする空気調和機の制御装置。
2. 【請求項２】 入力された交流を直流に変換するコンバ
   ータ部と、その直流を再度任意周波数の交流に変換する
   インバータ部と、このインバータ部から冷媒回路内の圧
   縮機の誘導電動機に可変周波数の出力を供給するインバ
   ータ装置と、前記コンバータ部の出力を供給して室外機
   ファンを可変速制御する制御手段とを有した空気調和機
   の制御装置において、前記冷媒回路内の熱交換器の温度
   を検出する温度検出手段と、その検出値と基準設定値と
   の比較演算を任意の規定時間間隔で行う温度比較演算手
   段と、その比較演算の実行回数を記憶する記憶手段と、
   その記憶した実行回数と任意の設定回数とを比較する比
   較手段と、その比較結果に基づいて前記室外機ファンの
   回転方向を反転させる回転制御手段とを具備したことを
   特徴とする空気調和機の制御装置。