JPH1189282A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、電源の力率を改善し、電源電
流の高調波含有率を低減すると共に、インバータ部と電
動機での損失と機器の漏洩電流を低減した空気調和器を
提供することにある。 【解決手段】平滑コンデンサと前記インバータの間にス
イッチ素子とリアクタと平滑コンデンサとダイオードか
らなる降圧チョッパ回路を設け、降圧チョッパ回路の動
作を制御して、インバータに印加される直流電圧を任意
に変化させる手段を設け、直流電圧を変化させることに
よりインバータの通電率を１００％の状態で前記電動機
を所望の回転数に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータルーム
エアコン用圧縮機の電動機駆動装置に係り、特に、交流
電源の力率を改善し、インバータと電動機での損失を低
減し、インバータ部と圧縮機からの漏洩電流を低減する
ことができる電動機の回転数制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来例として、交流電源の力率を
改善し、インバータと電動機での損失を低減する電動機
駆動装置が、特願平8−264713 号公報に示されている。

【０００３】図６は、かかる従来の電動機駆動装置を示
すブロック図であって、１は交流電源、２は整流器、３
はリアクトル、４はダイオード、５はコンデンサ、６は
スイッチ素子、７は電圧比較器、８は掛け算器、９は負
荷電流検出器、１０は電流比較器、１１は発振器、１２
は駆動回路、１３はインバータ、１４は電動機、１５は
マイコン、１６はインバータ駆動回路、１８は直流電圧
切り替えスイッチ、１９はトリガ素子、２０は同期信号
切り替えスイッチ、２１は電圧指令切り替えスイッチ、
２２はドライブ信号切り替えスイッチ、２３は供給電流
検出器、２４はアクティブコンバータブロック、２５は
ローパスフィルタである。

【０００４】同図において、整流器２，リアクトル３，
ダイオード４，コンデンサ５，スイッチ素子６，電圧比
較器７，掛け算器８，負荷電流検出器９，電流比較器１
０，発振器１１，駆動回路１２及び変調器１７からなる
部分は電力変換器を構成しており、インバータ１３はこ
の電力変換器を電源としている。

【０００５】まず、この電力変換器について説明する。
交流電源１からの交流電源電圧は、整流器２で全波整流
されて、整流電圧Ｅｓに変換される。この整流電圧Ｅｓ
はリアクトル３とダイオード４を介してコンデンサ５に
印加され、平滑された直流電圧Ｅｄが得られる。これら
ダイオード４とコンデンサ５とに並列にスイッチ素子６
が設けられている。

【０００６】コンデンサ５で平滑された直流電圧Ｅｄは
抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６で分圧されて直流電圧Ｅｄ′が形
成され、これと基準電圧Ｅｏとの偏差値が電圧比較器７
で求められて電圧制御信号Ｖｅが作成される。

【０００７】整流器２で正弦波状の交流電源電圧を全波
整流して得られる整流電圧Ｅｓは、また、抵抗Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３で分圧されて正弦波同期信号Ｅｓ′が得られ、
この正弦波同期信号Ｅｓ′と電圧比較器７からの電圧制
御信号Ｖｅとが掛け算器８で演算されて電流基準信号Ｖ
ｉ′が形成される。この電流基準信号Ｖｉ′は負荷電流
検出器９で得られる電流信号Ｖｉと電流比較器１０で比
較され、変調信号Ｖｋが得られる。この変調信号Ｖｋは
変調器１７に供給されて発振器１１からの鋸歯波状や三
角波状の搬送波Ｖｋ′を変調し、この変調信号Ｖｋに応
じてデューティ比が変化するＰＷＭ波のスイッチング駆
動信号Ｖｇが作成される。このスイッチング駆動信号Ｖ
ｇにより、駆動回路１２がスイッチング素子６をオン，
オフ駆動する。

【０００８】以上のように、この従来例は、正弦波状の
整流信号Ｅｓの波形に追従させながらスイッチング素子
６をオン，オフさせるものであって、これにより、入力
交流電流ｉを高力率で高調波の少ない正弦波状の電流と
することができ、また、基準電圧Ｅｏと直流電圧Ｅｄと
の偏差値に応じてスイッチング素子６の通電率を変化さ
せており、これにより、負荷の変動にかかわらず、安定
した直流電圧Ｅｄが得られる。従って、基準電圧Ｅｏや
Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を適宜設定することにより、直流電圧
Ｅｄを所望の電圧値にすることができ、入力交流電力を
直流電力に変換することができる。

【０００９】次に、電動機駆動回路について説明する。

【００１０】上記の電力変換器で作成された直流電力は
インバータ１３で交流電力に逆変換され、電動機１４に
供給されてこれを駆動する。また、外部回転数指令に基
づいてマイコン１５から演算出力されるＰＷＭ信号がイ
ンバータ駆動回路１６を介してこのインバータ１３に供
給され、これによってこのインバータ１３が駆動され
て、そのスイッチング素子を（図示せず）が所定の通電
率でオン，オフ動作し、電動機１４の回転数を制御す
る。

【００１１】また第２の従来例として、交流電源の力率
を改善し、直流電圧を平滑する電動機駆動装置が、特公
開昭57−177292号公報に示されている。

【００１２】図７は、かかる従来の電動機駆動装置を示
すブロック図であり、１は交流電源、２は整流器、３は
リアクトル、４はダイオード、５はコンデンサ、６はス
イッチ素子、２６は降圧チョッパ用スイッチ素子、２７
は降圧チョッパ用ダイオード、３５は昇圧チョッパ、３
６は降圧チョッパである。

【００１３】動作は、整流電圧の小さい時には昇圧チョ
ッパを、整流電圧の大きい時には降圧チョッパを作動さ
せ、直流電圧を平滑すると共に、入力電流の波高値を下
げ、入力電流を正弦波状にし全体としての力率を向上さ
せる。また、スイッチ素子６と２６の通電率を適宜制御
することにより、直流電圧レベルを変化させ電動機の回
転数を制御するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術
は、昇圧型の力率改善回路であるため、安定した動作を
させるためには、直流電圧指令を交流電源電圧の√２倍
以上の値に設定しなければならない。従って、例えば、
入力が１００Ｖの時は直流電圧が１５０Ｖとなり、１５
０Ｖ以上の領域ではインバータの通電率を１００％とし
て直流電圧を変化することにより回転数を制御するＰＡ
Ｍ制御とすることができ、チョッパによる損失を低減で
きる。しかし、入力が２００Ｖの時は、直流電圧が３０
０Ｖとなるため、インバータの通電率が１００％未満と
なり、インバータと電動機にてチョッパによる損失が発
生する。

【００１５】また、３００Ｖに昇圧された状態でインバ
ータがチョッパを行うため、大地アースと電動機の各端
子間には３００Ｖで変化する電圧が発生する。この電圧
変動により、比較的大きい圧縮機の浮遊容量と周辺の浮
遊容量を介し、機器の匡体に漏洩電流が流れる。また、
周波数が高くなる程漏洩電流が流れる。従って、機器と
して漏洩電流が増大し、感電や雑音端子電圧の悪化とい
った問題が生じる。

【００１６】上記第２の従来技術は、昇降圧型の電動機
駆動装置であり、直流電圧を変化することにより電動機
の回転数を制御するＰＡＭ制御とすることができ、チョ
ッパによる損失を低減できる。しかし、降圧チョッパ動
作時は入力電流波形が断続となるため、逆に力率が低下
し高調波が増大する問題がある。また、仮にリアクトル
とコンデンサとで構成するフィルタ回路を電源ラインに
追加し電流を連続としても、電流の波形整形を行ってい
ないため、第１の従来技術程の電源の力率改善と電源電
流の高調波含有率低減は不可能である。

【００１７】本発明の目的は、電源の力率を改善し、電
源電流の高調波含有率を低減すると共に、インバータ部
と電動機での損失と機器の漏洩電流を低減した空気調和
器を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】交流電源電圧を整流して
整流電圧を出力する整流器と、該整流器の直流出力側に
直列に接続されたリアクトルと、該整流器と該リアクト
ルを介して出力される該整流電圧がダイオードを介して
印加され平滑された直流電圧を得る平滑コンデンサと、
前記整流出力を前記リアクトルを介して短絡するスイッ
チ素子とからなる昇圧チョッパ回路と、前記昇圧チョッ
パ回路のスイッチ素子の動作を制御して力率改善及び直
流電圧の制御を行う力率改善手段と、前記直流電圧を交
流電圧に変換するインバータと、該インバータにより駆
動される電動機とを備えた空気調和機において、前記平
滑コンデンサと前記インバータの間に、スイッチ素子と
リアクタと平滑コンデンサとダイオードからなる降圧チ
ョッパ回路を設け、降圧チョッパ回路の動作を昇圧チョ
ッパ回路とは独立して制御して、インバータに印加され
る直流電圧を任意に変化させる手段を設け、直流電圧を
変化させることによりインバータの通電率を１００％の
状態で前記電動機を所望の回転数に制御する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面を用
いて説明する。

【００２０】図１は本発明による空気調和機の第１の実
施形態を示すブロック図であり、１は交流電源、２は整
流器、３はリアクトル、４はダイオード、５はコンデン
サ、６はスイッチング素子、１３はインバータ、１４は
電動機、１５はマイコン、１６はインバータ駆動回路、
２６は降圧チョッパ用スイッチ素子、２７は降圧チョッ
パ用ダイオード、２８は降圧チョッパ用リアクトル、２
９は降圧チョッパ用平滑コンデンサ、３０は降圧チョッ
パ駆動回路、３１は位置検出回路、３２は外部からの回
転数指令である。

【００２１】同図において、整流器２，リアクトル３，
ダイオード４，コンデンサ５，スイッチ素子６，アクテ
ィブコンバータブロック２４からなる部分は交流を直流
に変換する電力変換器を構成しており、降圧チョッパ用
スイッチ素子２６，降圧チョッパ用ダイオード２７，降
圧チョッパ用リアクトル２８，降圧チョッパ用平滑コン
デンサ２９は、直流電圧を任意の直流電圧に変換する、
リアクトルのエネルギ蓄積効果を利用した降圧チョッパ
回路である。

【００２２】まず、交流−直流電力変換器について説明
する。本回路は第１の従来技術同様、交流電源電圧と同
期した正弦波状の電圧波形に追従させながらスイッチ素
子のオン，オフを制御するものであり、これにより高力
率で高調波の少ない正弦波状の入力交流電流にすること
ができる。また、基準電圧と直流電圧との偏差に応じて
スイッチ素子６の通電率を変化させるため、負荷の変動
に関わらず安定した直流電圧が得られる。入力ＡＣ２０
０Ｖを想定すると直流電圧は約３００Ｖとなる。

【００２３】次に電動機の回転数制御方法について図
２，図３で説明する。

【００２４】図２の場合は、まず、電源がオンするとマ
イコン１５が初期状態に設定され降圧チョッパ用スイッ
チ素子２６をオン状態にする。次に、外部からの回転数
指令３２に基づきインバータ１３のオン，オフの通電率
を制御するＰＷＭ制御にて電動機１４を駆動し、一度所
定の回転数（例えば２０００回転）に制御する。その状
態でマイコンはその所定の回転数を持続しながら降圧チ
ョッパの電圧制御用ＰＷＭ信号を出力し、降圧チョッパ
用ドライブ回路３０を介し降圧チョッパ用スイッチ素子
２６のオン，オフを制御し、インバータの通電率が１０
０％となるまでインバータに印加される直流電圧を低下
させる。インバータの通電率が１００％となった時点で
直流電圧を変化させることにより電動機１４の回転数を
制御するＰＡＭ制御方式に切り替え、マイコン内部にて
外部からの回転数指令３２と位置検出回路３１より得ら
れる実回転数とを比較し、その偏差に応じて降圧用チョ
ッパの電圧制御用ＰＷＭ信号を変化させ、外部からの回
転数指令３２に一致させるよう降圧チョッパ素子２６の
オン，オフを制御する。

【００２５】これにより、インバータ１３の通電率が１
００％の状態で、直流電圧を変化させることにより電動
機１４の回転数を制御することができる。従って、イン
バータ１３によるチョッパが不要となりチョッパ周期で
の電圧変動がなくなるため、インバータ１３と電動機１
４での損失が低減すると共に、漏洩電流を低減すること
ができノイズも低減される。

【００２６】図３の場合は、まず、電源がオンするとマ
イコン１５が初期状態に設定され、外部からの回転数指
令３２が入力されると、インバータ１３に印加される直
流電圧をＲ７とＲ８の分圧により検出し、その値がある
所定の値（例えば、直流電圧５０Ｖ) となるよう降圧チ
ョッパ電圧制御用ＰＷＭ信号を出力し、降圧チョッパ用
ドライブ回路３０を介し降圧チョッパ用スイッチ素子２
６のオン，オフを制御する。

【００２７】インバータ１３の印加電圧が所定の値にな
った時点でインバータをＰＷＭ制御にて起動し、外部か
らの回転数指令３２と位置検出回路３１より得られる実
回転数との偏差に応じてインバータ１３のオン，オフの
通電率を制御し電動機１４の回転数を制御する。

【００２８】インバータ１３の通電率が１００％となっ
たことをマイコン１５が認識した時点で、直流電圧を変
化させることにより電動機１４の回転数を制御するＰＡ
Ｍ制御方式に切り替え、前記図２と同様に、インバータ
１３の通電率が１００％の状態で電動機１４の回転数を
制御することができる。従って、インバータ１３による
チョッパが不要となりチョッパ周期での電圧変動がなく
なるため、インバータ１３と電動機１４での損失が低減
すると共に、漏洩電流を低減することができノイズも低
減される。

【００２９】図４は本発明による空気調和機の第２の実
施形態を示すブロック図であり、３３は電源切り替えス
イッチ、３４は直流電源であり、図１に対応する部分に
ついては同一符号をつけて重複する説明を省略する。

【００３０】同図において、この第２の実施形態は、交
流−直流電力変換器のかわりにソーラー電源等の直流電
源３４（例えば３００Ｖ程度）を設け、これらを電源切
り替えスイッチ３３で選択することを可能にしている。

【００３１】直流電源３４を選択した場合でも電動機の
回転数制御方法は、第１の実施形態と同様となるため、
インバータ１３の通電率が１００％の状態で電動機１４
の回転数を制御することができる。従って、インバータ
１３によるチョッパが不要となりチョッパ周期での電圧
変動がなくなるため、インバータ１３と電動機１４での
損失が低減すると共に、漏洩電流を低減することができ
ノイズも低減される。

【００３２】図５は本発明による空気調和機の第３の実
施形態を示すブロック図であり、同一システム内に複数
のインバータ１３と電動機１４を備えたものである。

【００３３】これは、本発明による電動機の回転数制御
方法により、インバータ１３と電動機１４からの漏洩電
流を低減することができるため、同一システム内に複数
のインバータ１３と電動機１４の接続が可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によると、昇降圧チョッパが独立
して制御されるため、電源の力率を改善し電源電流の高
調波含有率を低減すると共に、インバータ１３の通電率
が100％の状態で直流電圧を変化させることにより、電
動機１４の回転数を制御することができる。従って、イ
ンバータ１３によるチョッパが不要となりチョッパ周期
での電圧変動がなくなるため、インバータ１３と電動機
１４での損失が低減すると共に、漏洩電流を低減するこ
とができノイズも低減される。また、漏洩電流とノイズ
を低減することができるため、同一システム内に複数の
インバータ１３と電動機１４の接続を可能とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和機の第１の実施形態を示
すブロック図である。

【図２】図１に示した第１の実施形態の一制御方法を示
すフローチャート図である。

【図３】図１に示した第１の実施形態の一制御方法を示
すフローチャート図である。

【図４】本発明による空気調和機の第２の実施形態を示
すブロック図である。

【図５】本発明による空気調和機の第３の実施形態を示
すブロック図である。

【図６】従来の空気調和機での電動機駆動装置の第１の
回路構成図である。

【図７】従来の空気調和機での電動機駆動装置の第２の
回路構成図である。

【符号の説明】

１…交流電源、２…整流器、３…リアクトル、４…ダイ
オード、５…コンデンサ、６…スイッチング素子、１３
…インバータ、１４…電動機、１５…マイコン、１６…
インバータ駆動回路、２６…降圧チョッパ用スイッチ素
子、２７…降圧チョッパ用ダイオード、２８…降圧チョ
ッパ用リアクトル、２９…降圧チョッパ用平滑コンデン
サ、３０…降圧チョッパ駆動回路、３１…位置検出回
路、３２…回転数指令、３３…電源切り替えスイッチ、
３４…直流電源、３５…昇圧チョッパ、３６…降圧チョ
ッパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 想田 欣一 栃木県下都賀郡大平町大字富田709番地の ２ 株式会社日立栃木エレクトロニクス内 (72)発明者 川口 裕次 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源電圧を整流して整流電圧を出力す
   る整流器と、該整流器の直流出力側に直列に接続された
   リアクトルと、該整流器と該リアクトルを介して出力さ
   れる該整流電圧がダイオードを介して印加され平滑され
   た直流電圧を得る平滑コンデンサと、前記整流出力を前
   記リアクトルを介して短絡するスイッチ素子とからなる
   昇圧チョッパ回路と、前記昇圧チョッパ回路のスイッチ
   素子の動作を制御して力率改善及び直流電圧の制御を行
   う力率改善手段と、前記直流電圧を交流電圧に変換する
   インバータと、該インバータにより駆動される電動機と
   を備えた空気調和機において、前記平滑コンデンサと前
   記インバータの間にスイッチ素子とリアクトルと平滑コ
   ンデンサとダイオードからなる降圧チョッパ回路を設け
   たことを特徴とする空気調和機。