JPH10174456A - インバータ付き空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量制御を行う空気調和機の電気回路で発生
する高調波を低減すると共に、実装スペースが従来と同
等の電力変換装置を提供する。 【解決手段】 電力変換装置は、三相交流電源１からの
交流を整流するダイオードモジュール２と、平滑化用電
解コンデンサ４と、電解コンデンサ４を含め直流リアク
トル３、ダイオード２ａ及びスイッチング素子のトラン
ジスタ６からなる昇圧チョッパ回路と、昇圧された直流
を周波数可変に変換し圧縮機駆動用誘導電動機に三相交
流を供給するトランジスタモジュール５と、ダイオード
モジュール２と電解コンデンサ４間に設けた電流センサ
９とから構成し、制御装置８は電流センサ９に流れる直
流電流が一定となるように制御することで電源１の各ラ
インに１２０度通流の矩形波を生成して従来より高調波
を低減し、またスイッチング素子６、ダイオード２ａ、
トランジスタモジュール５を一つのパッケージモールド
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータを用い
て容量制御を行う空気調和機にかかり、特に電気回路に
おける高調波を低減するためにアクティブコンバータを
持つインバータ付き空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータ付空気調和機は、イン
バータの電源となる直流電圧を作るコンバータ回路を、
特開平２−１３４３１４号公報などに示される、ダイオ
ードモジュールと電解コンデンサを使用したコンデンサ
インプット型整流回路で構成することが一般的であっ
た。また三相整流回路と単一の昇圧チョッパ回路を用い
た方式としては、特開平４−１２１０５９号公報に開示
されたものがある

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、コンデンサイ
ンプット型整流回路は、受動的な回路のために、高調波
の発生が大きくなることが避けられない。リアクトルを
追加することで、高調波を低減することができるが、電
気製品より発生する高調波の問題は社会問題化しつつあ
り、今後より一層の低減が必要とされている。また、イ
ンバータを用いなければ、高調波が発生することはなく
なるが、容量制御を必要とする空気調和機のように負荷
が大きく変動する場合、圧縮機に内蔵された誘導電動機
を効率良く駆動するためには、インバータが必要とな
る。

【０００４】本発明の目的は、容量制御を必要とする空
気調和機の電気回路の実装スペースを従来と同等に保
ち、且つ安価に高調波の低減を解決したインバータ付空
気調和機を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータ付き
空気調和機は、圧縮機駆動用の誘導電動機を制御する電
力変換装置として、三相交流から直流電圧を生成するコ
ンデンサインプット型整流回路と、整流された電流を一
定の直流にする昇圧チョッパ回路と、昇圧された電力を
適宜周波数を変換して誘導電動機に供給するインバータ
としてのトランジスタモジュールを備えている。また単
相交流電源の場合にはインバータに供給する直流電圧を
生成するコンデンサインプット型整流回路と、単相電源
側に正弦波の交流電流が流れるようにする昇圧チョッパ
回路と、上記同様のトランジスタモジュールを備えてい
る。

【０００６】上記目的を達成するために、本発明の第１
のインバータ付き空気調和機は、三相交流電源を用いる
もので、冷凍サイクルに冷媒を供給する圧縮機の容量制
御を行うために、圧縮機駆動用誘導電動機を制御する電
力変換装置を、三相交流電源からの電力を整流するダイ
オードモジュールと、このダイオードモジュールの出力
電圧を平滑化する電解コンデンサと、平滑化した電圧を
三相の交流電圧に変換し圧縮機駆動用誘導電動機に出力
するためトランジスタ及び該トランジスタに逆並列に接
続する帰還ダイオードからなるインバータとしてのトラ
ンジスタモジュールと、ダイオードモジュールの正極端
子から電解コンデンサの正極端子の間に順次接続する直
流リアクトル及びチョッパ用ダイオードと、該直流リア
クトル及び該ダイオード間にコレクタを接続し、ダイオ
ードモジュールの負極端子と電解コンデンサの負極端子
間にエミッタを接続するスイッチング素子としてのトラ
ンジスタと、ダイオードモジュール及び電解コンデンサ
の各負極電子間に設けた電流センサと、該電流センサで
検出する電流が一定となるようスイッチング素子として
のトランジスタのチョッピング動作を制御する制御手段
とから構成し、そしてスイッチング素子としてのトラン
ジスタ、チョッパ用ダイオード及びトランジスタモジュ
ールを一パッケージのモールドとして用いることを特徴
とする。ここで直流リアクトル及びチョッパ用ダイオー
ド、スイッチング素子としてのトランジスタ及び電解コ
ンデンサは、昇圧チョッパ回路を構成している。

【０００７】また、本発明の第２のインバータ付き空気
調和機は、単相交流電源を用いるもので、冷凍サイクル
に冷媒を供給する圧縮機の容量制御を行うために、圧縮
機駆動用誘導電動機を制御する電力変換装置を、単相交
流電源からの電力を整流するダイオードモジュールと、
ダイオードモジュールからの出力電圧を平滑化する電解
コンデンサと、第１のインバータ付き空気調和機と同じ
く、トランジスタ及び帰還ダイオードからなるインバー
タとしてのトランジスタモジュール、直流リアクトル、
チョッパ用ダイオード及びスイッチング素子としてのト
ランジスタの各要素と、単相交流電源の出力側に設けた
電流センサと、該電流センサで検出する電流が正弦波と
なるようにスイッチング素子としてのトランジスタのチ
ョッピング動作を制御する制御手段とから構成し、そし
てスイッチング素子としてのトランジスタ、チョッパ用
ダイオード及びトランジスタモジュールを一パッケージ
のモールドとして用いることを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図５
を用いて説明する。 〔実施の形態１〕図２は、本発明を実施するインバータ
付き空気調和機であり、凝縮器１２、蒸発器１３、アキ
ュームレータ１４、膨脹弁１５、圧縮機１６などを配管
接続して冷凍サイクルを構成している。そして圧縮機１
６に内蔵された誘導電動機７は図１に示す電力変換装置
によって駆動される。

【０００９】図１は本発明の実施の形態１のインバータ
付き空気調和機のインバータを含む電力変換装置を示す
図である。この電力変換装置は、三相交流を全波整流す
るダイオードモジュールと、該ダイオードモジュールか
らの入力電圧を昇圧させる昇圧チョッパ回路と、該昇圧
された電圧を交流に変換するトランジスタモジュールと
からなる。このトランジスタモジュールは、圧縮機を駆
動する誘導電動機に周波数可変にして三相交流の電力を
供給する。

【００１０】図１に示すように、この電力変換装置は、
２００Ｖ三相交流電源１からの交流電力を全波整流する
ダイオードモジュール２(いわゆるコンバータ)と、ダイ
オードモジュール２からの整流出力電圧を平滑化する電
解コンデンサ４と、平滑化された電圧を電源として三相
の交流電圧を出力するために、トランジスタ(ＩＧＢＴ)
５ａ及びこれに逆並列に接続する帰還ダイオード５ｂか
らなるトランジスタモジュール５（いわゆるインバー
タ）と、ダイオードモジュール２の(＋)端子から電解コ
ンデンサの(＋)端子の間に順次に接続した直流リアクト
ル３及びダイオード２ａと、直流リアクトル３とダイオ
ード２ａ間を接続するラインにコレクタを接続し、ダイ
オードモジュール２の(−)端子と電解コンデンサの負極
(Ｎ)端子間を接続するラインにエミッタを接続したトラ
ンジスタ６と、ダイオードモジュール２の(−)端子と電
解コンデンサの負極(Ｎ)端子間を接続するラインに設け
た電流センサ９とから構成されている。ここで昇圧チョ
ッパ回路は、直流リアクトル３、ダイオード２ａおよび
トランジスタ６と、平滑用の電解コンデンサ４とから構
成されている。トランジスタ６は、昇圧チョッパ回路に
おいてブレーキ用スイッチング素子として設けられたも
ので、電流センサ９が検出する電流値をフィードバック
してチョッピング動作を制御する制御手段（インバータ
プリント板８）によって制御される。

【００１１】図３は、昇圧チョッパの制御方法を示した
図である。インバータプリント板８により昇圧チョッパ
のスイッチング素子６を動作させ、ダイオードモジュー
ル２出力側の電流センサ９に流れる電流が直流の電流と
なるように制御することで、３相電源１の各ラインには
１２０度通流の矩形波が流れるようになり、昇圧チョッ
パ回路のないコンデンサインプット型コンバータの場合
と比較して、約１／３に高調波を低減できる。図３(ａ)
は三相電源１のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電圧波形を示す。図
３(ｂ)はＲ相に流れる矩形波電流Ｉｒを、図３(ｃ)はＳ
相に流れる矩形波電流Ｉｓを、図３(ｄ)はＴ相に流れる
矩形波電流Ｉｔを示す。なお電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔの矩
形波中で破線で示す山形の波形２７は、昇圧チョッパに
よる制御を行わない場合の電流波形である。

【００１２】この実施の形態では、図１に示すように、
トランジスタモジュール５と、昇圧チョッパ回路の構成
要素のうちダイオード２ａ及びトランジスタ６とを一つ
のパッケージ内に収納してブレーキ付トランジスタモジ
ュール１０を構成しているという特徴がある。このブレ
ーキ付トランジスタモジュール１０は、そのパッケージ
の大きさの点で、昇圧チョッパ回路の構成要素であるダ
イオード２ａ、トランジスタ６を含まない従来から用い
ているトランジスタモジュール５とは変えずに製作でき
るので、このブレーキ付トランジスタモジュール１０を
実装している放熱フィンの投影面積は、従来から用いて
いるトランジスタモジュール５のそれとは変わらない。

【００１３】〔実施の形態２〕この実施の形態のインバ
ータ付き空気調和機における冷凍サイクル構成は図２に
示すとおりである。これには、実施の形態１とは異な
り、２００Ｖ単相電源を用いる電力変換装置を備えてい
る。

【００１４】図４に示すように、実施の形態２における
電力変換装置は、２００Ｖ単相電源２４からの交流を整
流するダイオードモジュール２６と、該ダイオードモジ
ュールからの入力電圧を昇圧させる昇圧チョッパ回路
と、該昇圧チョッパ回路から電力を交流に変換するトラ
ンジスタモジュールとからなる。この昇圧チョッパ回路
及びトランジスタモジュールは図１に示すものと同一で
あり、またブレーキ付トランジスタモジュール１０も図
１に示すものと同一である。

【００１５】この電力変換装置においては、２００Ｖ単
相電源２４とダイオードモジュール２６のＲ端子とをつ
なぐ配線を電流センサ２５に通してコンバータ回路を構
成しており、インバータプリント板８により電流センサ
２５の検出値を監視して、図５に示すように単相電源２
４側に正弦波電流２８が流れるようにスイッチング素子
６を動作させることにより、高調波の発生量を、実施の
形態１のように三相電源を用いる場合より、さらに低減
することができる。なお、正弦波電流２８の波形中に鎖
線で示す山形の波形は、昇圧チョッパによる制御を行わ
ない場合の電流を示す。

【００１６】昇圧チョッパでこの様な動作を行った場
合、スイッチング素子としてのトランジスタ６に流れる
電流は、ブレーキとして使われる場合よりも大きくな
る。このことから、ブレーキ部の絶縁ゲート・バイポー
ラ・トランジスタ(ＩＧＢＴ)６とダイオード２ａの容量
をブレーキ用の時のものに比べて、２倍の容量を持たせ
たものに変更しておくことで、前述の構成による昇圧チ
ョッパ回路が実現できる。ところで、ブレーキ用として
使われるスイッチング素子(ＩＧＢＴ)とは次のようなも
のである。例えば回生制御のできないダイオードモジュ
ール(コンバータ)の入力側に、抵抗とスイッチング素子
(ＩＧＢＴ)とを設け、ダイオードモジュール出力側には
負荷として直流モータを接続する回路において、直流モ
ータにブレーキをかけた際、スイッチング素子を開動作
させて、このスイッチング素子に直列接続する抵抗によ
り、直流モータ側からの回生電流を消費させる。

【００１７】また、昇圧チョッパの動作により、インバ
ータの電圧源となる平滑用コンデンサ４に充電される電
圧が、ダイオードモジュール２の出力電圧より高くなる
ことから、インバータの出力電圧を従来より高くするこ
とができるので、圧縮機内のモータの定格電圧を高いも
のに変更することで、同じ仕事をするにも電流が少なく
てすみ、モータを小さくすることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、インバータ付き空気調
和機は、圧縮機駆動用誘導電動機を制御する電力変換装
置として、三相電源からの交流を整流するコンデンサイ
ンプット型整流回路と、昇圧チョッパ回路と、インバー
タとしてのトランジスタモジュールを備えものとし、制
御装置により昇圧チョッパ回路のスイッチング素子であ
るトランジスタをチョッピング動作させて、整流回路と
インバータ間に流れる直流電流を一定になるように制御
することで、電源１の各ラインに１２０度通流の矩形波
を生成することにより、従来より高調波を低減すること
ができる。

【００１９】また、別のインバータ付き空気調和機は、
圧縮機駆動用誘導電動機を制御する電力変換装置とし
て、単相電源からの交流を整流するコンデンサインプッ
ト型整流回路と、昇圧チョッパ回路と、インバータとし
てのトランジスタモジュールを備えものとし、制御装置
により昇圧チョッパ回路のスイッチング素子であるトラ
ンジスタをチョッピング動作させて、電源１に流れる交
流電流を正弦波形にすることにより、従来より高調波を
低減することができる。

【００２０】また、上記の各インバータ付き空気調和機
の電力変換装置において、昇圧チョッパ回路の構成要素
であるスイッチング素子およびダイオードと、トランジ
スタモジュールとを一つのパッケージにモールドするこ
とにより、簡単な回路で従来の実装スペースとほとんど
変わらない電力変換回路を安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のインバータ付き空気調
和機に用いる三相電源用電力変換装置を示す図である。

【図２】空気調和機の冷凍サイクル構成を示す図であ
る。

【図３】三相電源用電力変換装置における昇圧チョッパ
の制御を説明する図である。

【図４】本発明の実施の形態２のインバータ付き空気調
和機に用いる単相電源用電力変換装置を示す図である。

【図５】単相電源用電力変換装置における昇圧チョッパ
の制御を説明する図である。

【符号の説明】

１ ２００Ｖ三相電源 ２ ダイオードモジュール ３ 直流リアクトル（ＤＣＬ） ４ 平滑用電解コンデンサ ５ トランジスタモジュール ６ ブレーキ用スイッチング素子 ７ 誘導電動機 ８ インバータプリント板 ９ 電流センサ １０ ブレーキ付トランジスタモジュール １２ 凝縮器 １３ 蒸発器 １４ アキュームレータ １５ 膨脹弁 １６ 圧縮機 ２４ ２００Ｖ単相電源 ２５ 電流センサ ２６ ダイオードモジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高塚 邦明 静岡県清水市村松390番地 日立清水エン ジニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を供給する圧縮機の容量制御を行う
   インバータ付き空気調和機において、圧縮機駆動用誘導
   電動機を制御する電力変換装置を、三相交流電源からの
   電力を整流するダイオードモジュールと、該ダイオード
   モジュールの出力電圧を平滑化する電解コンデンサと、
   該平滑化した電圧を三相の交流電圧に変換し圧縮機駆動
   用誘導電動機に出力するためトランジスタ及び該トラン
   ジスタに逆並列に接続する帰還ダイオードからなるイン
   バータとしてのトランジスタモジュールと、ダイオード
   モジュールの正極端子から電解コンデンサの正極端子の
   間に順次接続する直流リアクトル及びチョッパ用ダイオ
   ードと、該直流リアクトル及び該チョッパ用ダイオード
   間にコレクタを接続し、ダイオードモジュールの負極端
   子と電解コンデンサの負極端子間にエミッタを接続する
   スイッチング素子としてのトランジスタと、ダイオード
   モジュール及び電解コンデンサの各負極電子間に設けた
   電流センサと、該電流センサで検出する電流が一定とな
   るようスイッチング素子としてのトランジスタのチョッ
   ピング動作を制御する制御手段とから構成し、そしてス
   イッチング素子としてのトランジスタ、チョッパ用ダイ
   オード及びトランジスタモジュールを一パッケージのモ
   ールドとして用いることを特徴としたインバータ付き空
   気調和機。
2. 【請求項２】 冷媒を供給する圧縮機の容量制御を行う
   インバータ付き空気調和機において、圧縮機駆動用誘導
   電動機を制御する電力変換装置を、単相交流電源からの
   電力を整流するダイオードモジュールと、ダイオードモ
   ジュールからの出力電圧を平滑化する電解コンデンサ
   と、該平滑化した電圧を電源として三相の交流電圧を圧
   縮機駆動用誘導電動機に出力するためトランジスタ及び
   該トランジスタに逆並列に接続する帰還ダイオードから
   なるインバータとしてのトランジスタモジュールと、ダ
   イオードモジュールの正極端子から電解コンデンサの正
   極端子の間に順次接続する直流リアクトル及びチョッパ
   用ダイオードと、該直流リアクトル及び該チョッパ用ダ
   イオード間にコレクタを接続し、ダイオードモジュール
   の負極端子と電解コンデンサの負極端子間にエミッタを
   接続するスイッチング素子としてのトランジスタと、単
   相交流電源の出力側に設けた電流センサと、該電流セン
   サで検出する電流が正弦波となるようにスイッチング素
   子としてのトランジスタのチョッピング動作を制御する
   制御手段とから構成し、そしてスイッチング素子として
   のトランジスタ、チョッパ用ダイオード及びトランジス
   タモジュールを一パッケージのモールドとして用いるこ
   とを特徴としたインバータ付き空気調和機。