KR100892807B1 - 인버터 에어컨디셔너 - Google Patents

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KR100892807B1
KR100892807B1 KR1020020058630A KR20020058630A KR100892807B1 KR 100892807 B1 KR100892807 B1 KR 100892807B1 KR 1020020058630 A KR1020020058630 A KR 1020020058630A KR 20020058630 A KR20020058630 A KR 20020058630A KR 100892807 B1 KR100892807 B1 KR 100892807B1
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마에다시로
바바도시나리
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스기모토도모히로
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Abstract

본 발명의 인버터 에어컨디셔너는, 교류 전원(1)으로부터의 교류를 전파 정류하는 브리지 정류 회로(6)와, 교류 전원(1)과 브리지 정류 회로(6)의 교류 입력의 한쪽 단부 사이에 접속된 리액터(reactor)(8)와, 교류 입력의 다른쪽 단부와 직류 출력단 사이에 쌍방향 스위치(9)를 거쳐서 접속된 콘덴서(10)와, 평활 콘덴서(7)와, 제로 크로스(zero cross) 검출 수단(13)과, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)과, 쌍방향 스위치 구동 수단(15)과, 압축기 구동 수단(20)과, 압축기(12)를 갖는 것이다.

Description

인버터 에어컨디셔너{INVERTER AIR CONDITIONER}
도 1은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 컨버터의 동작 설명도,
도 6은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 컨버터의 동작 설명도,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 컨버터의 동작 설명도,
도 8은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 컨버터의 동작 설명도,
도 9는 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 각부 파형도,
도 10은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 각부 파형도,
도 11은 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 입력 전류의 고조파 성분과 고조파 규제국내 가이드 라인을 나타내는 설명도,
도 12는 본 발명의 실시예 1 및 2의 컨버터의 특성도,
도 13은 본 발명의 실시예 2의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 14는 본 발명의 실시예 3 및 4의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 15는 본 발명의 실시예 5의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 16은 본 발명의 실시예 6의 인버터 에어컨디셔너의 제어 설명도,
도 17은 본 발명의 실시예 7의 인버터 에어컨디셔너의 제어 설명도,
도 18은 본 발명의 실시예 9의 인버터 에어컨디셔너의 특성도,
도 19는 본 발명의 실시예 10의 인버터 에어컨디셔너의 특성도,
도 20은 본 발명의 실시예 11의 인버터 에어컨디셔너의 구성도,
도 21은 종래의 인버터 에어컨디셔너의 컨버터의 회로도,
도 22는 종래의 컨버터의 회로도,
도 23은 종래의 인버터 에어컨디셔너에 있어서의 제어 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 교류 전원 2∼5 : 다이오드
6 : 브리지 정류 회로 7 : 평활 콘덴서
8 : 리액터 9 : 쌍방향 스위치
10 : 콘덴서 11 : 인버터부
12 : 압축기 13 : 제로 크로스 검출 수단
14 : 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단
15 : 쌍방향 스위치 구동 수단
20 : 속도 제어 수단
본 발명은, 브리지 정류 회로를 이용한 정류 방식을 이용한 컨버터를 구비하는 인버터 에어컨디셔너에 관한 것이다.
컨버터로서 다이오드를 이용한 정류 회로를 탑재한 인버터 에어컨디셔너가 알려져 있다. 도 21, 도 22에 브리지 정류 회로를 이용한 전파 정류 회로를 구비한 인버터 에어컨디셔너의 회로 구성의 일례를 나타낸다. 인버터 에어컨디셔너의 회로는, 교류 전원(1)과 전파 정류 회로(6)와 평활 콘덴서(7)와 인버터부(11)와 압축기(12)로 구성되어 있다. 도 21, 도 22에 나타낸 전파 정류 회로는, 4개의 다이오드(2∼5)로 구성된 브리지 정류 회로(6)이다.
도 21은, 교류 전원(1)으로부터의 교류가 정(正)의 반주기 동안에서의 전류 흐름을 나타낸다. 전류는, 화살표로 나타낸 바와 같이, 다이오드(2), 평활 콘덴서(7), 다이오드(5)의 순서대로 흘러, 정의 전압 Vo를 평활 콘덴서(7)에 발생한다.
도 22는, 교류 전원(1)으로부터의 교류가 부(負)의 반주기 동안에서의 전류 흐름을 나타낸다. 전류는 화살표로 나타낸 바와 같이, 다이오드(4), 평활 콘덴서(7), 다이오드(3)의 순서대로 흘러, 정의 전압 Vo가 평활 콘덴서(7)에 발생한다.
즉, 교류 전원(1)으로부터의 교류 입력 전압은, 전파 정류되어, 정의 직류 출력 전압이 발생한다.
도 23은, 도 21, 도 22에 나타내는 인버터 에어컨디셔너에 있어서의 직류 출력 전압과 압축기(12)의 회전수 및 펄스 폭 제어 방식(이후, PWM라고 칭함)의 인버터부(11)로의 통류율의 관계를 나타낸다. 직류 출력 전압은, 교류 전압과 부하에 의해서 정해지는 고정값이기 때문에, 압축기(12)의 회전수는 인버터부(11)로의 통류율을 가변시킴으로써 제어된다. 따라서, 인버터부(11)로의 통류율이 상한값에 도달한 시점이 압축기(12)의 최고 회전수이다.
그러나, 전술의 종래의 컨버터를 구비한 인버터 에어컨디셔너에서는, 교류 전원(1)의 전압이 직류 출력 전압보다 높은 기간밖에 입력 전류가 흐르지 않기 때문에 입력 력율이 낮고, 전원으로부터의 고조파 전류도 커짐과 동시에, 부하가 상승함에 따라 직류 출력 전압이 하강하기 때문에, 압축기(12)의 최고 회전수가 상승하지 않는다고 하는 문제가 있었다.
통상, 고조파 전류의 개선책으로서는, 교류 전원(1)과 브리지 정류 회로(6) 사이에 리액터를 접속하는 방법이 이용되지만, 이 방법에서는 고조파 성분은 억제할 수 있더라도 입력 역률이 약 70% 정도밖에 얻어지지 않기 때문에, 전원 계통에 부담을 끼친다고 하는 문제가 있었다.
또한, 직류 출력 전압을 상승시키기 위한 개선책으로서는, 고주파 스위칭식의 승압형 컨버터를 탑재하는 방법이 이용되지만, 이 방식에서는, 고주파 스위칭용 의 소자를 이용하는 것에 따른 비용 상승 및 고주파 스위칭에 따른 발생 노이즈의 증가라는 문제가 있었다.
본 발명은, 교류 전원과, 교류 전원으로부터의 교류를 전파 정류하는 브리지 정류 회로와, 브리지 정류 회로의 직류 출력단에 접속된 평활 콘덴서와, 교류 전원과 브리지 정류 회로의 교류 입력의 한쪽 단부 사이에 접속된 리액터와, 브리지 정류 회로의 교류 입력의 다른쪽 단부와 직류 출력단 사이에 쌍방향 스위치를 거쳐서 접속된 콘덴서와, 교류 전원의 전압의 제로점을 검출하는 제로 크로스 검출 수단과, 제로 크로스 검출 수단의 출력에 근거하여 쌍방향 스위치의 구동 신호를 생성하는 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단과, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단의 신호에 근거하여 쌍방향 스위치를 구동하는 쌍방향 스위치 구동 수단을 갖는 컨버터와, 컨버터의 직류 출력 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터부와, 인버터부에 의해 구동되는 압축기와, 압축기가 지령의 속도로 운전하도록 인버터부로의 통류율을 변경하는 것에 의해 인버터부 출력 주파수 또는 인버터부 출력 전압을 제어하는 속도 제어 수단을 갖는 인버터 에어컨디셔너가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 종래 예와 동일 구성의 것은, 동일 번호를 부여하여 설명한다.

(실시예 1)
도 1∼도 4는, 본 발명의 실시예 1의 인버터 에어컨디셔너의 구성도를 나타낸다.
도 1∼도 4에 나타낸 인버터 에어컨디셔너의 컨버터는, 4개의 다이오드(2∼5)로 형성된 브리지 정류 회로(6)와, 교류 전원(1)을 구비하고 있다. 교류 전원(1)과 브리지 정류 회로(6)의 교류 입력의 한쪽 단부 사이에는 리액터(8)가, 브리지 정류 회로(6)의 교류 입력의 다른쪽 단부와 직류 출력단 사이에는, 콘덴서(10)가 접속되어 있다.
도 1, 도 2에 나타낸 구성도에서는, 콘덴서(10)는, 브리지 정류 회로(6)의 교류 입력단(6a 또는 6b)과, 부의 직류 출력단(6d) 사이에 쌍방향 스위치(9)를 거쳐서 접속되어 있고, 도 3, 도 4에 나타낸 구성도에서는, 콘덴서(10)는, 브리지 정류 회로(6)의 교류 입력단(6a 또는 6b)과, 정의 직류 출력단(6c) 사이에 쌍방향 스위치(9)를 거쳐서 접속되어 있다.
또한, 브리지 정류 회로(6)의 정의 직류 출력단(6c)과, 부의 직류 출력단(6d) 사이에는, 평활 콘덴서(7)가 접속되어 있다. 이 평활 콘덴서(7)에 의해, 브리지 정류 회로(6)에 의해서 얻어진 리플이 큰 직류를 리플이 작은 직류로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 인버터 에어컨디셔너의 회로는, 교류 전원(1)의 전압의 제로 크로스점을 검출하는 제로 크로스 검출 수단(13)과, 제로 크로스 검출 수단(13)의 출력에 근거하여, 쌍방향 스위치(9)의 구동 신호를 생성하는 쌍방향 스위치 구 동 신호 생성 수단(14)과, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)의 출력에 근거하여, 쌍방향 스위치(9)의 구동을 실행하는 쌍방향 스위치 구동 수단(15)을 갖고 있다.
또, 도 2∼도 4에서는, 제로 크로스 검출 수단(13), 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14), 쌍방향 스위치 구동 수단(15)과 압축기의 속도 제어 수단(20)의 기재가 생략되어 있다.
이하, 도 5∼도 8을 이용하여, 도 1에 나타낸 컨버터의 동작에 대해 설명한다. 도 5, 도 6은, 교류 입력 전압 Vi가 정의 반주기의 동안을 나타내고, 도 7, 도 8은, 부의 반주기의 동안을 나타내고 있다. 또한, 도 9, 도 10은, 도 1에 나타낸 컨버터에 대해 Vi를 200V, L을 10mH, C를 300㎌, Co를 1800㎌로 한 경우의 실시예 1의 각부 파형을 나타낸다.
도 9는, 교류 입력 전압 Vi, 리액터(8)를 흐르는 전류(교류 입력 전류) IL, 직류 출력 전압 Vo, 및 쌍방향 스위치(9)의 구동 신호 Vg의 각 파형을 나타낸다. 도 10은, 교류 입력 전압 Vi, 콘덴서(10)를 흐르는 전류 Ic, 및 콘덴서(10)의 양단간의 전압 Vc의 각 파형을 나타낸다.
이상의 구성에 있어서, 교류 입력 전압 Vi의, 정의 교류 반주기의 제로 크로스 직후에서는 쌍방향 스위치(9)가 오프되어 있고, 직류 출력 전압 Vo가 교류 입력 전압 Vi보다 높고, 다이오드(2, 5)가 역바이어스되어 있기 때문에, 입력 전류는 흐르지 않는다.
또, 이 때, 콘덴서(10)는, 이전 주기에서 충전된 결과, 도시한 극성으로 전 압 Vc1을 갖는다. 교류 입력 전압 Vi의 부로부터 정으로의 제로 크로스점에서 시간 Δd 후에 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 쌍방향 스위치(9)의 온 신호를 생성하고, 쌍방향 스위치 구동 수단(15)에 의해 쌍방향 스위치(9)가 온되면, 도 5의 화살표로 도시하는 바와 같이 전류가 흐른다.
즉, 교류 전원(1)으로부터 순서대로, 리액터(8), 다이오드(2), 평활 콘덴서(7), 콘덴서(10)에 전류가 흐르고, 콘덴서(10)는 방전하여, 그 전압은 Vc1보다 저하한다. 또한, 이 쌍방향 스위치(9)의 온 시점에서 교류 입력 전압 Vi와 콘덴서(10)의 전압 Vc1의 합이 평활 콘덴서(7)의 전압 Vo보다 커지도록, Δd를 선택하는 것으로 한다.
그리고, 쌍방향 스위치(9)의 온 시점으로부터 시간 Δt 후에 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 쌍방향 스위치(9)의 오프 신호를 생성하고, 쌍방향 스위치 구동 수단(15)에 의해 쌍방향 스위치(9)가 오프되면, 콘덴서(10)는 그 시점의 전압 Vc2를 유지하면서, 전류는 도 6에 도시하는 바와 같이, 교류 전원(1)으로부터 리액터(8), 다이오드(2), 평활 콘덴서(7), 다이오드(5)의 순서대로 흐르고, 교류 입력 전압 Vi의 저하에 의해 이윽고 제로가 된다.
교류 입력 전압 Vi의, 부의 교류 반주기의 제로 크로스 직후에서는, 쌍방향 스위치(9)는 오프되어 있고, 직류 출력 전압 Vo가 교류 입력 전압 Vi보다 높고, 다이오드(3, 4)가 역바이어스되어 있기 때문에 입력 전류는 흐르지 않는다.
교류 입력 전압 Vi의 정으로부터 부로의 제로 크로스점에서 Δd 후에 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 쌍방향 스위치(9)의 온 신호를 생성하고, 쌍방 향 스위치 구동 수단(15)에 의해 쌍방향 스위치(9)가 온되면, 도 7의 화살표로 도시하는 바와 같이 전류가 흐른다.
즉, 교류 전원(1)으로부터 순서대로, 콘덴서(10), 다이오드(3), 리액터(8)에 전류가 흘러, 콘덴서(10)는 충전된다. 그리고, 쌍방향 스위치(9)의 온 시점으로부터 Δt 후에 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 쌍방향 스위치(9)의 오프 신호를 생성하고, 쌍방향 스위치 구동 수단(15)에 의해 쌍방향 스위치(9)가 오프되면, 콘덴서(10)는 전압 Vc1까지 충전된 상태로 그 전압을 유지한다.
다음에, 전류는 도 8에 도시하는 바와 같이, 교류 전원(1)으로부터, 다이오드(4), 평활 콘덴서(7), 다이오드(3), 리액터(8)의 순서대로 흘러, 교류 입력 전압 Vi의 저하에 의해 이윽고 제로가 된다.
이상과 같이, 콘덴서(10)를 충방전시키는 것에 의해, 종래 예보다 입력 전압의 제로 크로스에 가까운 곳으로부터 입력 전류를 흘릴 수 있기 때문에, 고입력 력율화를 도모할 수 있다.
또한, Δt를 증가시키는 것에 의해, 리액터(8)로의 자기 에너지 축적량 및 콘덴서(10)로의 충전량을 증가시켜, 직류 출력 전압 Vo를 증가시킬 수 있다. 마찬가지로, Δt를 감소시키는 것에 의해 직류 출력 전압 Vo를 감소시킬 수 있어, Δt의 증감에 의해 직류 출력 전압 Vo를 가변시킬 수 있다.
또한, 전류는, 리액터(8)와, 콘덴서(10) 또는 평활 콘덴서(7)의 직렬 공진 전류로 되기 때문에, 승압 회로에서 일반적으로 이용되는 리액터(8)의 단락 회로보다 전류의 급증을 억제할 수 있어, 리액터(8)의 신음도 억제할 수 있다.
또한, 전류는 리액터(8)와, 콘덴서(10) 또는 평활 콘덴서(7)와의 직렬 공진 전류로 되어, 고주파의 링잉(ringing) 성분을 포함하지 않기 때문에, 리액터(8)의 인덕턴스 L과 콘덴서(10)의 캐패시턴스 C, Δd, Δt를 적당하게 선택하는 것에 의해, 고조파 성분을 적절하게 억제할 수 있다.
도 11에, 입력 전류의 고조파 성분과 고조파 규제국내 가이드 포스트(21)와의 비교 일례를 나타내고 있다. 본 도면에서는, 횡축이 고조파의 차수, 종축이 전류값을 나타내고 있다.
또, 도 1에 나타낸 컨버터의 동작에 대해 설명했지만, 도 2∼도 4에 나타낸 어긋남의 컨버터에 관해서도 동작은 마찬가지이다.
이상의 동작에 의해, 직류 출력 전압 Vo를 증가시키는 것에 의해 압축기(12)의 최고 회전수를 상승시킬 수 있어, 에어컨디셔너의 최대 능력이 상승한다.
또한, 에어컨디셔너의 최대 입력 전력은 일반적으로,
(최대 입력 전력)=(입력 전압)×(최대 입력 전류)×(입력 력율)
로 표시된다. 입력 전압은 고정이며, 최대 입력 전류는 콘센트의 최대 용량으로 제한되기 때문에, 입력 력율을 향상시키는 것에 의해, 최대 입력 전력이 상승한다. 그 결과로서, 에어컨디셔너의 최대 능력을 향상시킬 수 있다.
(실시예 2)
도 13은, 도 1에 출력 전압 검출 수단(17)을 추가한 것으로, 그 출력에 근거하여 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)이 Δt를 설정한다.
압축기의 회전수 제어의 안정성은, 직류 출력 전압의 변동에 큰 영향을 받는다. 따라서, 상기 구성에 있어서, 출력 전압 검출 수단(17)은, 직류 출력 전압을 검출하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 전달한다. 그리고, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 미리 정해진 직류 출력 전압이 되도록 Δt를 설정한다.
그리고, 압축기(12)의 속도 제어 수단(20)은, 펄스 폭 제어 방식(이후, PWM라고 칭함)의 인버터부(11)로의 통류율을 가변시키는 것에 의해 압축기(12)의 회전수를 제어한다.
이상의 동작에 의해, 부하 변동·전원 전압 변동의 유무에 관계없이 직류 출력 전압을 일정하게 할 수 있어, 안정한 압축기 회전수 제어가 가능해진다.
(실시예 3)
도 14는, 도 1에 부하 검출 수단(16)과, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)의 내부에 Δd 및 Δt를 기억하는 기억 수단(14a)을 추가한 것이다.
이상의 구성에 있어서, 기억 수단(14a)에는, 부하의 크기에 따라 최적의 Δd, Δt의 값을 미리 구한 테이블을 기억시켜 놓고, 부하 검출 수단(16)의 출력을 수취하여, 부하의 크기에 따른 Δd, Δt를 테이블로부터 판독하며, 그것들에 근거하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 의해서, 쌍방향 스위치 구동 신호를 생성한다. 그리고, 쌍방향 스위치 구동 수단(15)에 의해 쌍방향 스위치(9)를 구동하는 것이다.
이상의 동작에 의해, 모든 부하에 대해 최적의 입력 력율과 직류 출력 전압값, 및 고조파 억제 효과가 얻어진다.
또한, 부하 변동에 대해 항상 최적의 동작점에서 컨버터를 구동할 수 있기 때문에, 에어컨디셔너의 소비 전력을 저감할 수 있다.
(실시예 4)
도 14의 구성에 있어서, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 부하 검출 수단(16)의 출력을 수취하여, 출력이 미리 정해진 크기에 도달한 경우, Δt 또는 Δd를 증감하는 것에 의해, 출력이 보다 작게 되는 Δt와 Δd의 조합을 선택하고, 그것에 근거하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 의해서, 쌍방향 스위치 구동 신호를 생성한다.
이상의 동작에 의해, 특히 고부하시에 최적의 입력 력율을 얻을 수 있고, 전원 용량을 유효 이용할 수 있어, 에어컨디셔너의 최대 능력을 향상할 수 있다.
(실시예 5)
도 15는, 도 14에, 압축기 회전수 검출 수단(18)을 추가한 것이다.
이상의 구성에 있어서, 기억 수단(14a)에는, 압축기의 회전수에 따라 최적의 Δd, Δt의 값을 미리 구한 테이블을 기억시켜 놓고, 압축기 회전수 검출 수단(18)의 출력을 수취하며, 회전수에 따른 Δd, Δt를 테이블로부터 판독하고, 그것들에 근거하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 의해서, 쌍방향 스위치 구동 신호를 생성한다.
그리고, 쌍방향 스위치 구동 수단(15)에 의해 쌍방향 스위치(9)를 구동하는 것이다.
이상의 동작에 의해, 모든 회전수에 대해 최적의 입력 력율과 직류 출력 전압값, 및 고조파 억제 효과가 얻어지게 된다.
(실시예 6)
도 16은, 도 15의 구성에 있어서, 압축기(12)의 회전수에 따라 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)이, Δt를 설정하여 직류 출력 전압을 소정 값으로 제어하면서, PWM 제어의 인버터부(11)로의 통류율을 가변시키는 것에 의해 압축기의 회전수를 제어하는 제 1 영역과, 인버터부(11)로의 통류율을 고정하여 직류 출력 전압을 가변시키는 것에 의해 압축기의 회전수를 제어하는 제 2 영역과, 직류 출력 전압과 인버터부(11)로의 통류율을 함께 가변하여 압축기(12)의 회전수를 제어하는 제 3 영역을 구비한 경우의 직류 출력 전압과 인버터부(11)로의 통류율의 압축기 회전수와의 관계를 나타낸 것이다.
상기 구성에 있어서, 제 1 영역에서는 출력 전압 검출 수단(17)은, 컨버터의 직류 출력 전압을 검출하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 전달한다. 그리고, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 미리 정해진 직류 출력 전압이 되도록 Δt를 설정한다.
또한, 제 2 영역에서는, 압축기 회전수 검출 수단(18)은, 압축기(12)의 회전 수를 검출하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 전달한다. 그리고, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 압축기(12)가 소정의 회전수가 되도록 Δt를 설정한다.
제 3 영역에서는, 압축기 회전수 검출 수단(18)은, 압축기(12)의 회전수를 검출하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 전달한다. 그리고, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 압축기(12)가 소정의 회전수로 되도록 Δt를 설정함과 동시에, PWM 제어에 있어서의 인버터부(11)로의 통류율을 Δt의 증감에 병행하여 증감시킨다.
이상의 동작에 의해, 제 1 영역에서는 부하 변동, 직류 출력 전압 변동의 유무에 관계없이 직류 출력 전압을 일정하게 할 수 있어, 안정한 압축기 회전수 제어가 가능해진다.
또한, 각 회전수에 있어서 컨버터 및 인버터부의 종합 효율이 최적으로 되는 것과 같은 직류 출력 전압을 미리 정해 놓은 것에 의해, 에어컨디셔너의 고효율화를 실현할 수 있다.
제 2 영역에서는, 인버터부(11)로의 통류율이 100%의 상태로 압축기(12)의 회전수 제어를 실행할 수 있기 때문에, 인버터부(11)의 스위칭 소자의 손실이 감소하여, 고효율화를 도모할 수 있음과 동시에, 출력 전압을 상승시키는 것에 의해 회전수를 증가시킬 수 있기 때문에, 압축기(12)의 최고 회전수가 상승하여, 에어컨디셔너의 최대 능력이 상승한다.
제 3 영역에서는, 인버터부(11)로의 통류율과 직류 출력 전압을 함께 상승시 키는 것에 의해, 인버터부(11)로의 통류율만으로 압축기(12)의 회전수를 제어하는 영역과, 직류 출력 전압만으로 압축기(12)의 회전수를 제어하는 영역의 단경기(端境期)를 마련함으로써 영역간의 이행시에도, 압축기(12)의 회전수를 유연하게 변화시킬 수 있다.
또한, 비교적 경(輕)부하의 영역에서는 안정한 압축기(12)의 회전수 제어가 가능해진다. 또한, 고부하의 영역에서는, 직류 출력 전압을 상승시키는 것에 의해 압축기(12)의 최고 회전수를 증가시킬 수 있기 때문에, 에어컨디셔너의 최고 능력이 향상한다.
(실시예 7)
도 17은, 도 15의 구성에 있어서, 출력 전압이 항상 일정하게 되도록 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)이, Δt를 0≤Δt≤t1에서 설정하고, PWM 제어의 인버터부(11)로의 통류율을 가변시키는 것에 의해 압축기(12)의 회전수를 제어하는 제 1 영역과, Δt를 t1로 고정하여, 인버터부(11)로의 통류율을 가변시키는 것에 의해 압축기(12)의 회전수를 제어하는 제 2 영역을 구비한 경우의 Δt와 출력 전압 및 인버터부(11)로의 통류율의 관계를 나타낸 것이다.
상기 동작에 있어서, 출력 전압 검출 수단(17)은, 컨버터의 직류 출력 전압을 검출하여, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 전달한다. 그리고 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 직류 출력 전압이 미리 정해진 소정 값으로 되도록 0≤Δt≤t1의 범위에서 Δt를 설정한다. 제 1 영역에서는, 컨버터의 직류 출 력 전압은 미리 정해진 소정값으로 제어되어, 인버터부(11)로의 통류율을 가변시키는 것에 의해 압축기(12)의 회전수를 제어한다.
부하가 상승해 가는 경우, Δt를 증가시킴으로써 컨버터의 직류 출력 전압을 소정값으로 제어하기 때문에, 소정의 부하에서는 Δt=t1에 도달하여, 제 2 영역으로 이행한다. 제 2 영역에서는, 컨버터의 직류 출력 전압은 미리 정해진 소정값보다도 낮은 전압이지만, 그것에 관계없이 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, Δt= t1로 고정하여, 인버터부(11)로의 통류율을 가변시키는 것에 의해 압축기(12)의 회전수를 제어한다.
Δt를 t1로 고정한 상태에서 부하가 하강하는 것에 의해 컨버터의 직류 출력 전압이 상승하여, 미리 정해진 소정값에 도달하면, 제 2 영역으로부터 제 1 영역으로 이행한다. 상기 동작에 의해, Δt의 상한값을 정하는 것에 의해, 고조파 전류를 적절하게 억제하면서, 직류 출력 전압이 필요 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 쌍방향 스위치(9)의 최대 용량은, Δt의 최대값에 의존하기 때문에, Δt의 상한값을 정하는 것에 의해, 쌍방향 스위치(9)의 최대 용량을 제한할 수 있어, 소자의 소형화·비용 절감이 가능해진다.
또한, Δt를 고정한 영역에서는, 인버터부(11)로의 통류율만으로 압축기(12)의 회전수를 제어할 수 있기 때문에, 압축기(12)의 회전수 제어를 간략화할 수 있다.
또한, 경부하시에 필요 이상으로 컨버터의 직류 출력 전압이 상승하는 것을 방지하고 있어, 인버터 에어컨디셔너의 전자 제어 장치에 있어서의 각 소자의 내압 파괴를 방지할 수 있다.
(실시예 8)
도 13의 구성에 있어서, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 미리 정해진 직류 출력 전압으로 되도록 Δt를 설정하여, PWM의 인버터부(11)로의 통류율을 증감한다.
그 결과, 압축기(12)의 회전수를 제어한 경우의, 압축기(12)의 회전수를 제어하는 인버터부(11)로의 통류율의 증감 속도와, 컨버터의 직류 출력 전압을 제어하는 Δt의 증감 속도가 압축기의 회전수에 미치게 하는 영향에 대해 설명한다.
예컨대, 인버터부(11)로의 통류율을 증가시켜 압축기(12)의 회전수를 상승시켰을 때, 동시에 부하가 상승하기 때문에, 직류 출력 전압이 감소한다. 그래서, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 미리 정해진 직류 출력 전압으로 되도록 Δt를 증가시켜, 직류 출력 전압을 상승시킨다.
이 때, 인버터부(11)로의 통류율의 증감 속도가 느린 경우, 출력 전압의 상승에 대해 인버터부(11)로의 통류율의 감소가 시간에 맞지 않고, 압축기(12)의 회전수가 더 상승하여, 정해진 회전수를 초과하게 되는 경우가 발생하며, 안정한 회전수 제어가 곤란하게 되는 바와 같이, 컨버터부(11)의 직류 출력 전압 제어와 인버터부(11)의 압축기 회전수 제어가 서로 간섭할 가능성이 있다.
그래서, 인버터부(11)의 통류율의 증감 속도를, Δt의 증감에 의한 직류 출 력 전압의 상승·하강 속도를 충분히 상회하는 속도로 설정하는 것에 의해, 압축기(12)의 회전수는 직류 출력 전압의 변화에 극히 단시간에 대응하는 것이 가능해져, 안정한 회전수 제어가 가능해진다.
(실시예 9)
도 18은, 도 14의 구성에 있어서, 입력 전류값이 소정값 이하이면 Δt=0, 소정값을 초과하고 있으면 Δt>0으로 한 경우의 입력 전류와 Δt의 관계를 나타낸 것이다.
부하가 작은 경우, Δt=0으로 하는 것에 의해, 직류 출력 전압이 필요 이상으로 상승할 가능성이 있다. 이상의 구성에 있어서, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 입력 전류 검출 수단(16)으로부터 전달된 입력 전류가 소정값 이하이면 Δt=0을 선택하고, 소정값을 초과하고 있으면 Δt>0을 선택하는 것에 의해, 직류 출력 전압의 이상한 상승을 방지할 수 있다.
또, 본 실시예 9는, 입력 전류의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 것으로, 각각의 운전시에 있어서 최적의 전환점에서 컨버터를 구동하는 것이 가능하고, 에어컨디셔너의 소비 전력을 저감할 수 있다.
(실시예 10)
도 19는, 도 15의 구성에 있어서, 압축기(12)의 회전수가 소정값 이하이면 Δt=0, 소정값을 초과하고 있으면 Δt>0으로 한 경우의 압축기(12)의 회전수와 Δt 의 변화 관계를 나타낸 것이다.
이상의 구성에 있어서, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은, 압축기 회전수 검출 수단(18)으로부터 전달된 회전수가 소정값 이하이면 Δt=0을 선택하고, 소정값을 초과하고 있으면 Δt>0을 선택하는 것에 의해, 직류 출력 전압의 이상한 상승을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예 10은, 압축기 회전수의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 것으로, 각각의 운전시에 있어서 최적의 전환점에서 컨버터를 구동하는 것이 가능하고, 에어컨디셔너의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예 10은, 압축기의 지령 회전수가 소정값을 초과하고 있으면 Δt>0, 소정값 이하이면 Δt=0으로 하는 것으로, 경부하시에 필요 이상으로 출력 전압이 상승하는 것을 방지하고 있어, 인버터 에어컨디셔너의 전자 제어 장치에 있어서의 각 소자의 내압 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예 10은, 압축기의 지령 회전수의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 것으로, 각각의 운전시에 있어서 최적의 전환점에서 컨버터를 구동하는 것이 가능하고, 에어컨디셔너의 소비 전력을 저감할 수 있다.
(실시예 11)
도 20은, 도 13에 전원 주파수 검출 수단(13a)을 추가하고, 그 출력에 근거하여 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)이 Δd를 설정하는 것이다.
Δd는, 특정한 부하 변동 범위에 있어서는, 부하에 따라 미세한 조정을 행하 지 않고 일정값으로서도 적절한 입력 력율과 고조파 억제 효과가 얻어진다. 한편, 전원 주파수에 대해서는 50Hz, 60Hz에 따라 각각 적절한 값으로 Δd를 전환할 필요가 있다.
따라서, 상기 구성에 있어서 전원 주파수 검출 수단(13a)은, 전원 주파수를 검출하여, 그 신호를 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)에 전달한다. 그리고, 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단(14)은 전원 주파수에 따라 미리 정해진 Δd를 설정하고, 그것에 근거하여 쌍방향 스위치 구동 수단(15)이 쌍방향 스위치(9)를 구동한다.
이상의 동작에 의해, 특정한 부하 영역에서 Δd를 일정값으로 할 수 있어, 쌍방향 스위치(9)의 제어를 간단하게 할 수 있고, 또한 전원 주파수의 여하에 관계없이 적절한 입력 력율과 직류 출력 전압값, 및 고조파 억제 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 있어서, 쌍방향 스위치는, 쌍방향 사이리스터나 쌍방향으로 전류가 흐르도록 FET 트랜지스터 등을 병렬 접속한 것도 포함된다.
이상과 같이, 본 발명의 인버터 에어컨디셔너에 의하면, 컨버터의 브리지 정류 회로의 교류 입력단과 직류 출력단 사이에 쌍방향 스위치를 거쳐서 콘덴서를 접속하고, 쌍방향 스위치를 적절하게 구동하여, 압축기의 회전수 제어 방식을 적절하게 전환하는 것에 의해 고입력 력률과 고조파 억제를 양립시킬 수 있고, 또한 에어컨디셔너의 최대 능력을 향상할 수 있다.

Claims (27)

  1. 교류 전원과,
    상기 교류 전원으로부터의 교류를 전파 정류하는 브리지 정류 회로와,
    상기 브리지 정류 회로의 직류 출력단에 접속된 평활 콘덴서와,
    상기 교류 전원과, 상기 브리지 정류 회로의 교류 입력의 한쪽 단부와의 사이에 접속된 리액터와,
    상기 브리지 정류 회로의 교류 입력의 다른쪽 단부와 직류 출력단 사이에 쌍방향 스위치를 거쳐서 접속된 콘덴서와,
    상기 교류 전원의 전압의 제로점을 검출하는 제로 크로스 검출 수단과,
    상기 제로 크로스 검출 수단의 출력에 근거하여 상기 쌍방향 스위치의 구동 신호를 생성하는 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단과,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단의 신호에 근거하여 상기 쌍방향 스위치를 구동하는 쌍방향 스위치 구동 수단
    을 갖는 컨버터와,
    상기 컨버터의 직류 출력 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터부와,
    상기 인버터부에 의해 구동되는 압축기와,
    상기 압축기가 지령된 속도로 운전되도록 상기 인버터부로의 통류율을 변경하는 것에 의해 인버터부 출력 주파수 또는 인버터부 출력 전압을 제어하는 압축기 속도 제어 수단
    을 구비하는 인버터 에어컨디셔너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단은, 상기 교류 전원의 전압의 제로점으로부터 시간 Δd(0≤d) 후에 온 신호를 생성하고, 상기 온 신호의 생성시로부터 시간 Δt(0≤t) 후에 오프 신호를 생성하며, 상기 교류 전원으로부터 유입하는 입력 전류의 고조파 성분과 평활 콘덴서의 양단 전압인 직류 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한 인버터 에어컨디셔너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨버터의 직류 출력 전압을 검출하는 컨버터 출력 전압 검출 수단과,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단에 소정의 목표 출력 전압을 기억시킨 기억 수단
    을 더 갖고,
    상기 컨버터 출력 전압이 목표 전압 이하이면 시간 Δt를 증가시키고, 상기 컨버터 출력 전압이 목표 전압을 초과하고 있으면 시간 Δt를 감소시킴으로써, 상기 컨버터 출력 전압이 항상 목표 전압의 근방에 근접하도록 시간 Δt를 제어하는
    인버터 에어컨디셔너.
  4. 제 2 항에 있어서,
    입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출 수단과,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단의 내부에 미리 입력 전류에 따른 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 기억시킨 기억 수단
    을 더 갖고,
    상기 입력 전류 검출 수단의 출력에 근거하여 상기 기억 수단으로부터 입력 전류에 따른 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 선택하는
    인버터 에어컨디셔너.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입력 전류 검출 수단의 출력이 일정값에 도달한 시점에서 입력 전류가 작게 되도록, 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
  6. 제 2 항에 있어서,
    압축기 회전수를 검출하는 압축기 회전수 검출 수단과,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단의 내부에 미리 상기 압축기 회전수에 따른 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 기억하는 기억 수단
    을 더 갖고,
    상기 압축기 회전수 검출 수단의 출력에 근거하여 상기 기억 수단으로부터 회전수에 따른 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 선택하는
    인버터 에어컨디셔너.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단의 내부에 미리 압축기 지령 회전수에 따른 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 기억하는 기억 수단을 더 갖고,
    상기 압축기 지령 회전수에 근거하여 시간 Δd와 시간 Δt의 조합을 선택하는
    인버터 에어컨디셔너.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨버터의 부하를 검출하는 부하 검출 수단과,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단의 내부에 미리 압축기의 회전수 또는 압축기의 지령 회전수 또는 상기 부하 검출 수단의 출력 중 적어도 하나에 따른 컨버터의 목표 출력 전압을 기억시킨 기억 수단
    을 더 갖고,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단이,
    상기 출력 전압 검출 수단의 출력에 근거하여 상기 기억 수단에 기억된 목표 출력 전압에 근접하도록 시간 Δt을 선택하고, 또한 압축기의 속도 제어 수단이 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기의 회전수를 제어하는 제 1 영역과,
    상기 인버터부로의 통류율을 고정시키고, 또한 상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단이 압축기 회전수를 검출하는 압축기 회전수 검출 수단의 출력에 근거하여 시간 Δt를 증감하는 것에 의해 컨버터 직류 출력 전압을 가변시켜 압축기의 회전수를 제어하는 제 2 영역과,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단에 있어서의 시간 Δt와 인버터부로의 통류율을 동시에 가변하는 것에 의해 압축기의 회전수를 제어하는 제 3 영역을 갖는
    인버터 에어컨디셔너.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단은,
    상기 컨버터 출력 전압이 기억 수단에 미리 정해진 소정값으로 되도록 시간 Δt를 0≤Δt<t1의 범위에서 선택하고, 또한 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기의 회전수를 제어하는 제 1 영역과,
    시간 Δt를 t1로 고정시켜, 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기의 회전수를 제어하는 제 2 영역을 갖는
    인버터 에어컨디셔너.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 압축기 속도 제어 수단에 있어서의 상기 인버터부로의 통류율의 증감 속도는, 상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단에 있어서의 시간 Δt의 증감 속도를 상회하는 인버터 에어컨디셔너.
  11. 제 10 항에 있어서,
    시간 Δt의 증감 속도와, 상기 인버터부로의 통류율의 변경 속도 중 적어도 한쪽을, 압축기의 회전수와 압축기의 지령 회전수와 부하 검출 수단의 출력 중 적어도 하나에 따라 변화시키는 인버터 에어컨디셔너.
  12. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    입력 전류를 검출하는 입력 전류 검출 수단을 더 갖고,
    입력 전류가 소정값을 초과하고 있으면 상기 시간 Δt>0인 상태, 소정값 이하이면 시간 Δt=0인 상태로 하는 인버터 에어컨디셔너.
  13. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 입력 전류 검출 수단에서 검출된 상기 입력 전류가, 소정값을 초과하고 있으면 상기 시간 Δt>0인 상태, 소정값 이하이면 시간 Δt=0인 상태로 하는 인버터 에어컨디셔너.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 입력 전류의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 인버터 에어컨디셔너.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 입력 전류의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 인버터 에어컨디셔너.
  16. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기의 회전수를 검출하는 회전수 검출 수단을 더 구비하며,
    상기 압축기의 회전수가 소정값을 초과하고 있으면 상기 시간 Δt>0, 소정값 이하이면 시간 Δt=0으로 하는 인버터 에어컨디셔너.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 압축기 회전수 검출 수단에서 검출된 상기 압축기의 회전수가 소정값을 초과하고 있으면 상기 시간 Δt>0, 소정값 이하이면 시간 Δt=0으로 하는 인버터 에어컨디셔너.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 압축기 회전수의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 인버터 에어컨디셔너.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 압축기 회전수의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 인버터 에어컨디셔너.
  20. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쌍방향 스위치 구동 신호 생성 수단에 의한 오프 신호의 생성에 있어서, 압축기의 지령 회전수가 소정값을 초과하고 있으면 시간 Δt>0인 상태, 소정값 이하이면 시간 Δt=0으로 하는 인버터 에어컨디셔너.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 압축기 지령 회전수의 소정값이 냉방 운전시와 난방 운전시에서 상이한 인버터 에어컨디셔너.
  22. 제 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출 수단을 더 갖고,
    상기 전원 주파수 검출 수단의 출력에 근거하여 전원 주파수에 따른 시간 Δd를 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
  23. 제 12 항에 있어서,
    전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출 수단을 더 갖고,
    상기 전원 주파수 검출 수단의 출력에 근거하여 전원 주파수에 따른 시간 Δd를 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
  24. 제 13 항에 있어서,
    전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출 수단을 더 갖고,
    상기 전원 주파수 검출 수단의 출력에 근거하여 전원 주파수에 따른 시간 Δd를 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
  25. 제 16 항에 있어서,
    전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출 수단을 더 갖고,
    상기 전원 주파수 검출 수단의 출력에 근거하여 전원 주파수에 따른 시간 Δd를 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
  26. 제 17 항에 있어서,
    전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출 수단을 더 갖고,
    상기 전원 주파수 검출 수단의 출력에 근거하여 전원 주파수에 따른 시간 Δd를 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
  27. 제 20 항에 있어서,
    전원 주파수를 검출하는 전원 주파수 검출 수단을 더 갖고,
    상기 전원 주파수 검출 수단의 출력에 근거하여 전원 주파수에 따른 시간 Δd를 선택하는 인버터 에어컨디셔너.
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