JPH11182445A - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 瞬時電流を精度良く検出し、入力電流を機器
の電源容量に近い値で制御し、瞬時電流の検出タイミン
グによる瞬時電流検出値のバラツキをなくし、電源周波
数によらず、検出した瞬時電流からバラツキのない入力
電流実効値を演算し、圧縮機の運転状態によらず常に入
力電流値の制御を最適化し精度よく行う。 【解決手段】 インバーター装置により駆動される冷凍
サイクルの圧縮機と、コンバーター回路での全波整流後
の入力電流の瞬時電流値を検出する瞬時電流検出手段
と、この瞬時電流検出手段が検出した瞬時電流値から入
力電流実効値を演算する入力電流実効値演算手段と、コ
ンバーター回路の入力電流値が入力電流制限値を超えな
いように圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機運転周波
数制限手段とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機の制
御装置に係り、特にその入力電流検出方式に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のインバーター空気調和機
の機能ブロック図である。図に示すように、従来のイン
バーター空気調和機は、主回路として交流電源１（商用
電源）を直流に変換するコンバーター回路（交流直流変
換器）３、直流電源を交流電源に変換するインバーター
回路（直流交流変換器）４、冷凍サイクルとして、電動
機と圧縮要素からなる冷媒を圧縮し循環させる圧縮機
５、冷媒と室外空気の熱交換を行う室外熱交換器６、冷
媒の絞り量を調整する電磁膨張弁７、冷媒と室内の熱交
換を行う室内熱交換器８を有する。

【０００３】室外制御部として、インバーター回路４の
波形信号を出力するインバーター波形出力手段１１、圧
縮機５のＤＣモーターの回転子の位置を検出する位置検
出信号検出手段１２、圧縮機周波数を計算する圧縮機周
波数検出手段１３、入力電流を検出する入力電流検出回
路１４、入力電流の実効値を演算する入力電流実効値演
算手段１５、入力電流の制限値を予め設定する入力電流
制限値設定手段１６、入力電流と入力電流設定値を比較
して圧縮機周波数指令値を設定する周波数制限手段１
７、空調負荷に応じて圧縮機５の運転周波数を設定する
運転周波数指令手段１８、圧縮機５に運転周波数の指令
を出す圧縮機周波数指令手段１９、圧縮機周波数と圧縮
機周波数指令を比較してＰＷＭ電圧の設定を行うＰＷＭ
電圧設定手段２０、交流電源電圧の位相や電源周波数を
検出するゼロクロス検出回路３１、コンバーターの瞬時
電流値を検出する瞬時電流検出回路３２、ゼロクロス検
出回路で検出されたゼロクロスと瞬時電流検出回路で検
出された瞬時電流からコンバータ出力波形を計算するコ
ンバーター制御回路３３、コンバーターに波形を出力す
るコンバーター波形出力回路３４から構成されている。

【０００４】上記の構成において、入力電流検出手段１
４としては、例えば特開平７−９１７１５号公報に開示
されているものがあり、図９をこれを用いて説明する。
変流器１２１の二次コイル１２１ｂに並列に負荷抵抗１
２７とパスコン１２８が接続されており、二次コイルの
一端を分圧抵抗１３０、１３１及びオペアンプ１３２よ
りマイコン２のＶＲＥＦの１／２に分圧した電源に接続
し、もう一端をマイコンのＡ／Ｄポートに接続されてい
る。

【０００５】次に動作について説明する。図８におい
て、圧縮機５は、商用電源１をコンバーター回路３によ
り直流に変換された直流電源を、インバーター波形出力
回路１１からの波形信号をもとに再度インバーター回路
４により所望の周波数、電圧の３相交流に変換された交
流電源によって駆動される。

【０００６】圧縮機５が運転することにより、冷媒が高
温高圧に圧縮され配管を通って室外熱交換器６を流れ、
ここで室外空気と熱交換し冷媒が冷却される。次に冷却
された冷媒は、電磁膨張弁７で絞られ室内熱交換器８に
流れ室内空気と熱交換し室内空気を冷却する。

【０００７】運転周波数指令手段１８は、室内の空気温
度と設定温度の温度差等の運転要求（運転要求周波数）
に対し、周波数を設定する。圧縮機周波数指令手段１９
は、入力電流検出回路１４で検出された電流値を入力電
流実効値演算手段１５によって入力電流実効値とし、予
め設定された入力電流制限値１６とを比較することによ
って入力電流周波数制御手段１７により機器の電源容量
に応じて設定された運転電流制限値を超えないように周
波数を制限する。

【０００８】インバーター波形出力１１は、圧縮機周波
数指令手段１９と圧縮機周波数検出手段１３とを比較し
ＰＷＭ電圧設定手段２０で設定された電圧でインバータ
ー回路４に出力する。

【０００９】コンバーター波形出力３４は、ダイオード
スタックで、全波整流した入力電流を、瞬時電流検出回
路３２で検出し、ゼロクロス検出回路から得られた入力
電圧位相よりコンバーター制御手段３３によって、入力
電流が正弦波になるように出力される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のインバーター空
気調和機は以上のように構成されているので、以下に述
べる問題点があった。 （１）入力電流検出時に、交流電流波形の正側と負側の
両方を分圧するので、分解能が粗い。また入力電流を電
圧に変換する素子にカレントトランスを使用しているた
め、高周波数領域の周波数特性が悪く入力電流値の検出
精度が悪い。従って機器の電源容量に対して入力電流制
限値に余裕を持たせる必要があった。 （２）瞬時電流検出値のサンプリングタイミングが任意
であり、入力電流実効値演算結果にバラツキが発生し、
入力電流制限値に余裕を持たせる必要があった。 （３）瞬時電流を検出するときのサンプリング周期が一
定であり、電源周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚで電源周期
１周期あたりの検出データー数が変化するため、５０Ｈ
ｚと６０Ｈｚで、実効値演算の段階で入力電流実効値に
誤差が発生する。このため、電源周波数ごとに別の電流
制限値を持たせるか、または電流制限値に余裕を持たせ
る必要があった。 （４）圧縮機周波数制御周期が一定であるため、急激な
入力電流の変化に対して検出値に遅れが生じ、電流制限
値を超えてしまい、このために電流制限値に余裕を持た
せる必要があった。また、圧縮機の周波数が頻繁に上下
し、ハンチングを起こすと、圧縮機から音が出るなどの
問題が発生し電流制限値に不感帯を持たせる必要があっ
た。

【００１１】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、下記内容を目的としている。 （１）瞬時電流を精度良く検出し、入力電流を機器の電
源容量に近い値で制御する。 （２）瞬時電流の検出タイミングによる瞬時電流検出値
のバラツキをなくす。 （３）電源周波数によらず、検出した瞬時電流からバラ
ツキのない入力電流実効値を演算する。 （４）圧縮機の運転状態によらず常に入力電流値の制御
を最適化し精度よく行う。

【００１２】

【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、コンバーター回路とインバーター回路
とを有するインバーター装置と、このインバーター装置
により駆動される冷凍サイクルの圧縮機と、コンバータ
ー回路での全波整流後の入力電流の瞬時電流値を検出す
る瞬時電流検出手段と、この瞬時電流検出手段が検出し
た瞬時電流値から入力電流実効値を演算する入力電流実
効値演算手段と、コンバーター回路の入力電流値が入力
電流制限値を超えないように圧縮機の運転周波数を制御
する圧縮機運転周波数制限手段とを備えたものである。

【００１３】また、瞬時電流値のサンプリング周期の整
数倍が５０Ｈｚ・６０Ｈｚの電源周期の何れの場合も一
致し、かつ入力電流実効値の計算周期を電源周期の公倍
数で行う手段を備えたものである。

【００１４】また、電源周波数を判定する電源周波数判
定手段と、電源周波数に対して瞬時電流値検出のサンプ
リング周期を決定するサンプリング周期決定手段と、サ
ンプリング周期によって得られた瞬時電流値から入力電
流の実効値を計算する入力電流実効値演算手段と、電源
周波数判定手段で判定した電源周波数に対し、判定した
電源周波数によらず電源周期半周期あたりの検出データ
ー数が一定になるよう瞬時電流値の検出周期を変化させ
入力電流を検出する手段とを備えたものである。

【００１５】また、圧縮機の運転周波数を指令する圧縮
機周波数指令手段と圧縮機の運転周波数を検出する圧縮
機周波数検出手段とから入力電流の読み込みの平均回数
を決定する平均回数決定手段と、この平均回数決定手段
から入力電流の平均値を演算する入力電流平均化手段と
を備え、圧縮機運転周波数制限手段は、入力電流平均化
手段から得られた入力電流の平均値と予め定められた入
力電流制限値から圧縮機の運転周波数を制限するもので
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図面を参照して説明する。図１は、この
発明の実施の形態１による空気調和機の機能ブロック図
である。実施の形態１の主たる構成要素は、図１におい
てコンバーター回路３、入力電流制限値１６、周波数制
限手段１７、ゼロクロス検出回路３１、瞬時電流検出回
路３２、入力電流実効値演算手段４０である。

【００１７】また瞬時電流検出回路３２の詳細図は図２
に示してあり、瞬時電流値を電圧に変換する抵抗１１
０、検出した電圧を増幅するオペアンプ１１１、電圧増
幅率を決定する抵抗１１２、１１３とパスコン１１４で
構成されており、マイコン２のＡ／Ｄポートに接続され
デジタル処理される。

【００１８】次に動作について、図３のフローチャート
図を用いて説明する。プログラムがスタートするとゼロ
クロス信号を検出し（ステップ３１０）、カウンタとΣ
l2をクリアし（ステップ３１１、３１２）、タイマーを
スタートさせる（ステップ３１３）。

【００１９】予め設定した時間Δｔ秒経過すると（ステ
ップ３１４）、瞬時電流を読み込む（ステップ３１
５）。タイマーをリセットし（ステップ３１６）、カウ
ンタを＋１する（ステップ３１７）。瞬時電流値を２乗
し（ステップ３１８）、結果をΣl2に加算する（ステッ
プ３１９）。

【００２０】カウンタが、予め設定したカウンタリミッ
タに達したら（ステップ３２０）タイマーをストップし
（ステップ３２１）、Σl2をカウンタリミッタ値で割り
（ステップ３２２）、演算結果の平方根を求める（ステ
ップ３２３）。

【００２１】次に予め定められた入力電流制限値を読み
込み（ステップ３８０）、比較する（ステップ３８
１）。入力電流制限値が演算結果よりも大きい場合は、
圧縮機周波数指令値をあげ（ステップ３８２）、入力電
流制限値が演算結果よりも小さいときは、圧縮機周波数
指令値を下げる（ステップ３８３）。

【００２２】例えばここで、瞬時電流サンプル周期Δｔ
を１６７μｓに、カウンターリミッター値を３００に設
定することによって、５０Ｈｚ・６０Ｈｚのどちらの時
でも、電源電圧のゼロクロス点をサンプルすることが可
能になり、サンプリングの位相差によるバラツキをなく
し、５０Ｈｚでは５周期、６０Ｈｚでは６周期の波形の
電流値の実効値を得ることができる。図４は、サンプリ
ング周期を１．６７ｍｓカウンターリミッター値が３０
の時の瞬時電流波形検出のサンプリングタイミングの例
である。

【００２３】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図面を参照して説明する。図５は、この発明の実
施の形態２による空気調和機の機能ブロック図である。
実施の形態２の主たる構成要素は、図５において、ゼロ
クロス検出回路３１、瞬時電流検出回路３２、電源周波
数判定手段４１、サンプル周期決定手段４２、入力電流
実効値演算手段４３である。

【００２４】次に動作について、図６のフローチャート
図を用いて説明する。プログラムがスタートすると、ま
ず電源周波数判定手段４１で得られた電源周波数を読み
込む（ステップ３０１）。読み込んだ電源周波数に応じ
て、５０Ｈｚの場合はΔｔ１（ステップ３０２）、６０
Ｈｚの場合は、Δｔ２（ステップ３０３）と予め設定し
てある時間をサンプリング周期Δｔに入力する（ステッ
プ３０４）。Δｔ１、Δｔ２は例えばサンプルデータ数
Ｎ０を１００に設定すると電源周期の半周期は、５０Ｈ
ｚで１０ｍｓ、６０Ｈｚで８．１６ｍｓになるので、Δ
ｔ１を１００μｓ、Δｔ２を８１．６μｓに設定する。

【００２５】次にゼロクロス検出回路２１でゼロクロス
信号を検出すると（ステップ３１０）、カウンタとΣl2
をクリアし（ステップ３１１，３１２）、タイマーをス
タートさせる（ステップ３１３）。タイマー値がサンプ
リング周期Δｔになった場合（ステップ３１４）、瞬時
電流値を読み込み（ステップ３１５）、タイマーをリセ
ットし（ステップ３１６）、カウンタを＋１する（ステ
ップ３１７）。

【００２６】次に瞬時電流検出値を２乗し（ステッ３１
８）、２乗した瞬時電流検出値をΣl2に加算し（ステッ
プ３１９）、カウンター値がＮ０になるまでループする
（ステップ３２０）。カウンター値がＮ０になった場合
タイマーをストップさせ（ステップ３２１）、Σl2をカ
ウンター値Ｎ０で割り（ステップ３２２）、平方根を求
めて入力電流実効値とする（ステップ３２３）。次に予
め定められた入力電流制限値を読み込み（ステップ３８
０）、比較する（ステップ３８１）。入力電流制限値が
演算結果よりも大きい場合は、圧縮機周波数指令値を上
げ（ステップ３８２）、入力電流制限値が演算結果より
も小さい場合は、圧縮機周波数指令値を下げる（ステッ
プ３８３）。

【００２７】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図面を参照して説明する。図５は、この発明の実
施の形態３による空気調和機の機能ブロック図である。
実施の形態３の主たる構成要素は、図５において、圧縮
機周波数検出手段１３、圧縮機周波数指令手段１９、入
力電流制限値１６、入力電流周波数制御手段１７であ
る。

【００２８】次に動作について、図７のフローチャート
図を用いて説明する。プログラムがスタートすると圧縮
機周波数指令値と圧縮機周波数検出値を読み込み（ステ
ップ３５１，３５２）、２つのデーターを比較し（ステ
ップ３５３）、等しければＫ１（ステップ３５４）、等
しくなければＫ２（ステップ３５５）と予め設定してあ
るデーターをＫ０に入力する（ステップ３５６）。

【００２９】次にカウンタＫをクリアし（ステップ３５
７）、瞬時電流実効値の和となるＢをクリアする（ステ
ップ３５８）。次に入力電流値実効値を読み込み（ステ
ップ３５９）、カウンターを＋１し（ステップ３６
０）、Ｂに入力電流値実効値を加算し（ステップ３６
１）、カウンター値がＫ０になるまでループする（ステ
ップ３６２）。

【００３０】カウンター値がＫ０になった場合ＢをＫ０
で割り（ステップ３６３）、入力電流制限値を読み込み
（ステップ３８０）、２つのデーターを比較する（ステ
ップ３８１）。制限値が電流値よりも大きい場合は圧縮
機周波数指令値をあげる指示を出し（ステップ３８
２）、等しい場合は何も指示を出さず、小さい場合は圧
縮機周波数指令値を下げる指示を出す（ステップ３８
３）。

【００３１】

【発明の効果】この発明に係る空気調和機の制御装置
は、コンバーター回路とインバーター回路とを有するイ
ンバータ装置と、このインバータ装置により駆動される
冷凍サイクルの圧縮機と、コンバーター回路での全波整
流後の入力電流の瞬時電流値を検出する瞬時電流検出手
段と、この瞬時電流検出手段が検出した瞬時電流値から
入力電流実効値を演算する入力電流実効値演算手段と、
コンバーター回路の入力電流値が入力電流制限値を超え
ないように圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機運転周
波数制限手段とを備えた構成にしたので、高力率コンバ
ーター回路の瞬時電流検出回路と共用する事ができ、高
力率コンバーター回路を搭載しない機種であっても、部
品点数の少ない安価な回路である。また、周波数特性の
良い入力電流検出波形を得ることができ、また瞬時電流
値のバラツキをなくすことができ、入力電流の実効値を
精度よく演算でき、入力電流制限値を高く設定すること
ができる。

【００３２】また、瞬時電流値のサンプリング周期の整
数倍が５０Ｈｚ・６０Ｈｚの電源周期の何れの場合も一
致し、かつ入力電流実効値の計算周期を電源周期の公倍
数で行う手段を備えた構成にしたので、入力電流実効値
のバラツキをなくし、入力電流制限値を高く設定するこ
とができる。

【００３３】また、電源周波数を判定する電源周波数判
定手段と、電源周波数に対して瞬時電流値検出のサンプ
リング周期を決定するサンプリング周期決定手段と、サ
ンプリング周期によって得られた瞬時電流値から入力電
流の実効値を計算する入力電流実効値演算手段と、電源
周波数判定手段で判定した電源周波数に対し、判定した
電源周波数によらず電源周期半周期あたりの検出データ
ー数が一定になるよう瞬時電流値の検出周期を変化させ
入力電流を検出する手段とを備えた構成にしたので、電
源周波数による入力電流演算結果のバラツキをなくし、
電流制限値を高く設定することができる。

【００３４】また、圧縮機の運転周波数を指令する圧縮
機周波数指令手段と圧縮機の運転周波数を検出する圧縮
機周波数検出手段とから入力電流の読み込みの平均回数
を決定する平均回数決定手段と、この平均回数決定手段
から入力電流の平均値を演算する入力電流平均化手段と
を備え、圧縮機運転周波数制限手段は、入力電流平均化
手段から得られた入力電流の平均値と予め定められた入
力電流制限値から圧縮機の運転周波数を制限する構成に
したので、圧縮機運転周波数のハンチングを防ぎ、入力
電流制限値を高く設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による全体像を示す空
気調和機の機能ブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態１による瞬時電流検出回
路図である。

【図３】 本発明の実施の形態１のフローチャート図で
ある。

【図４】 本発明の瞬時電流検出回路での出力電圧波形
図である。

【図５】 本発明の実施の形態２及び３による全体像を
示す空気調和機の機能ブロック図である。

【図６】 本発明の実施の形態２のフローチャート図で
ある。

【図７】 本発明の実施の形態３のフローチャート図で
ある。

【図８】 従来の空気調和機の機能ブロック図である。

【図９】 従来の瞬時電流検出回路図である。

【符号の説明】

１ 商用電源、２ マイコン、３ コンバーター回路、
４ インバーター回路、５ 圧縮機、６ 室外熱交換
器、７ 電磁膨張弁、８ 室内熱交換器、１１インバー
ター波形出力手段、１２ 位置検出信号検出手段、１３
圧縮機周波数検出手段、１６ 入力電流制限値、１７
周波数制限手段、１８ 運転周波数指令手段、１９
圧縮機周波数指令手段、２０ ＰＷＭ電圧設定手段、３
１ ゼロクロス検出回路、３２ 瞬時電流検出回路、３
３ コンバーター制御手段、３４コンバーター波形出力
手段、４１ 電源周波数判定手段、４２ サンプル周期
決定手段、４３ 入力電流実効値演算手段、４４ 平均
回数設定手段、４５ 入力電流平均手段、４６ 入力電
流平均値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷藤 仁 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンバーター回路とインバーター回路と
   を有するインバーター装置と、 このインバーター装置により駆動される冷凍サイクルの
   圧縮機と、 前記コンバーター回路での全波整流後の入力電流の瞬時
   電流値を検出する瞬時電流検出手段と、 この瞬時電流検出手段が検出した瞬時電流値から入力電
   流実効値を演算する入力電流実効値演算手段と、 前記コンバーター回路の入力電流値が入力電流制限値を
   超えないように前記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮
   機運転周波数制限手段と、を備えたことを特徴とする空
   気調和機の制御装置。
2. 【請求項２】 前記瞬時電流値のサンプリング周期の整
   数倍が５０Ｈｚ・６０Ｈｚの電源周期の何れの場合も一
   致し、かつ前記入力電流実効値の計算周期を前記電源周
   期の公倍数で行う手段を備えたことを特徴とする請求項
   １記載の空気調和機の制御装置。
3. 【請求項３】 電源周波数を判定する電源周波数判定手
   段と、 前記電源周波数に対して前記瞬時電流値検出のサンプリ
   ング周期を決定するサンプリング周期決定手段と、 前記サンプリング周期によって得られた前記瞬時電流値
   から入力電流の実効値を計算する入力電流実効値演算手
   段と、 前記電源周波数判定手段で判定した前記電源周波数に対
   し、判定した前記電源周波数によらず電源周期半周期あ
   たりの検出データー数が一定になるよう前記瞬時電流値
   の検出周期を変化させ前記入力電流を検出する手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮機の運転周波数を指令する圧縮
   機周波数指令手段と、前記圧縮機の運転周波数を検出す
   る圧縮機周波数検出手段とから前記入力電流の読み込み
   の平均回数を決定する平均回数決定手段と、 この平均回数決定手段から前記入力電流の平均値を演算
   する入力電流平均化手段と、を備え、前記圧縮機運転周
   波数制限手段は、前記入力電流平均化手段から得られた
   前記入力電流の平均値と予め定められた入力電流制限値
   から前記圧縮機の運転周波数を制限することを特徴とす
   る請求項１記載の空気調和機の制御装置。