KR20070085184A - 인버터 에어컨 - Google Patents

Abstract

본 발명의 인버터 에어컨은, 정류 회로(2)의 2개의 출력단 간에 접속된 컨덴서 회로(4, 5)와, 정류 회로(2)의 한쪽의 입력단과 컨덴서 회로(4, 5) 내의 1개의 접속점 간에 접속된 제1 스위치 장치(7)와, 정류 회로(2)의 다른 쪽의 입력단과 컨덴서 회로(4, 5) 내의 접속점 간에 접속된 제2 스위치 장치(8)를 구비하고, 제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)를 적절히 전환함으로써 고역률과 고조파 억제를 양립시키고, 또한 에어컨의 최대 능력 및 효율을 향상시키는 것이다.

Description

인버터 에어컨{INVERTER AIR-CONDITIONER}

본 발명은, 정류 회로를 사용한 컨버터를 구비하는 인버터 에어컨에 관한 것이다.

종래부터, 컨버터로서 다이오드를 이용한 정류 회로를 탑재한 인버터 에어컨이 알려져 있다.

도 15a, 도 15b, 도 15c에 브릿지 정류 회로를 이용한 배전압 정류 회로를 구비한 인버터 에어컨의 회로 구성의 일례 및 전류의 움직임을 나타낸다. 인버터 에어컨의 회로는, 교류 전원(1)과 압축기(11)와 인버터부(10)로 구성되어 있다. 이 배전압 정류 회로는, 교류 전원 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로(2)를 구비하고 있다.

도 15a는, 또 교류 전원(1)으로부터의 양의 반주기 간에서의 전류의 흐름을 나타내고 있다. 전류는 화살표로 나타낸 바와 같이 교류 전원(1)·정류 회로(2)·컨덴서(4)·교류 전원(1)의 순으로 흐르는 루프와, 교류 전원(1)·정류 회로(2)·평활 컨덴서(6)·컨덴서(5)·교류 전원(1)의 순으로 흐르는 루프로 나뉘어져, 평활 컨덴서(6)의 양단에서 양의 전압(Vo)을 취출할 수 있다.

도 15b는, 교류 전원(1)으로부터의 음의 반주기 간에서의 전류의 흐름을 나타내고 있다. 전류는 화살표로 나타낸 바와 같이 교류 전원(1)·컨덴서(5)·정류 회로(2)·교류 전원(1)의 순으로 흐르는 루프와, 교류 전원(1)·컨덴서(4)·평활 컨덴서(6)·정류 회로(2)·교류 전원(1)으로 흐르는 루프로 나뉘어져, 양의 전압(Vo)을 취출할 수 있다. 즉, 교류 전원(1)으로부터의 교류 입력은 배전압 정류되어, 양의 직류전압이 얻어지게 된다.

도 16은, 도 15a, 도 15b에 도시하는 인버터 에어컨에서의 컨버터의 출력 전압과 압축기(11)의 회전수 및 인버터부로의 통류율의 관계를 나타내고 있다. 컨버터의 출력 전압은 전원 전압과 압축기의 부하에 의해 정해지는 고정치이므로, 압축기(11)의 회전수는 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 제어된다.

따라서 인버터부로의 통류율이 상한치에 달한 시점이 압축기(11)의 최고 회전수이다(예를 들면, 겐 고우치 저술, “전원 계통에 있어서의 고주파 왜곡 규제와 대책/측정 기술"에 기재).

그러나, 종래의 컨버터를 구비한 인버터 에어컨에서는, 교류 전원(1)의 전압이 컨덴서(4) 또는 컨덴서(5)의 전압보다 높은 기간밖에 입력 전류가 흐르지 않기 때문에 역률이 낮고, 전원 고조파도 커지는 동시에, 부하가 상승함에 따라 출력 전압이 하강하므로, 압축기(11)의 최고 회전수가 상승하지 않는다고 하는 과제가 있었다.

통상 고조파의 개선책으로는 교류 전원(1)과 정류 회로(2) 간에 리액터를 접속하는 방법이 사용되지만, 이 방법에서는 고조파는 억제할 수 있어도 역률이 약70%정도밖에 얻어지지 않기 때문에, 전원 계통에 부담을 준다는 과제가 있었다.

또, 출력 전압을 상승시키기 위한 개선책으로서는, 고주파 스위칭식의 승압형 컨버터를 탑재하는 방법이 사용되지만, 이 방식에서는 고주파 스위칭용의 소자를 사용하는 것에 의한 비용 상승 및 고주파 스위칭에 따른 발생 소음의 증가라는 과제가 있었다.

또, 일반적으로 압축기(11)의 부하를 고정한 경우, 컨버터의 출력 전압이 낮을 때, 즉 인버터부로의 통류율이 높을 때, 압축기(11)의 효율이 좋아지는 것이 알려져 있으나, 컨버터의 출력 전압은 전원 전압과 압축기(11)의 부하에 의해 정해지는 고정치이므로, 인버터 에어컨의 고효율화가 곤란했다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 2개의 입력단과 2개의 출력단을 갖고 상 기 입력단의 한 쪽에 리액터를 통하여 교류 전원에 접속되어 교류 전원 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로와, 상기 정류 회로의 2개의 출력단 간에 병렬로 접속되고, 직렬로 접속된 복수의 컨덴서로 이루어지는 컨덴서 회로와, 상기 정류 회로의 한 쪽의 입력단과 상기 컨덴서 회로 내의 컨덴서 간의 하나의 접속점 간에 접속된 제1 스위치 장치와, 상기 정류 회로의 다른 쪽의 입력단과 상기 컨덴서 회로 내의 컨덴서 간의 상기 접속점 간에 접속된 제2 스위치 장치를 갖는 컨버터; 상기 교류 전원의 위상을 검출하는 전원 위상 검출 장치; 상기 교류 전원의 주파수를 검출하는 교류 전원 주파수 검출 장치; 상기 전원 위상 검출 장치의 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 스위치 장치를 제어하는 제어 장치; 상기 컨버터의 직류 출력 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터부 및 인버터부로의 통류율을 변경함으로써 인버터부 출력 주파수 또는 인버터부 출력 전압을 제어하는 압축기 회전수 제어장치로 이루어지는 인버터 장치; 및 상기 인버터 장치에 의해 구동되는 압축기를 갖고, 상기 제어 장치는 제1 동작 모드와 제2 동작 모드로 이루어지고, 상기 제1 동작 모드는 상기 제1 스위치 장치를 상기 교류 전원 전압의 반주기에서 상기 교류 전원 전압의 제로 크로스의 위치로부터의 지연시간 △d(0≤d) 후부터 ON기간 △t(0≤t) 간만 연속적으로 ON으로 제어하고, 또한 상기 제2 스위치 장치를 상시 OFF로 제어하고, 상기 제2 동작 모드는 상기 제1 스위치 장치를 상기 교류 전원 전압의 반주기에서 상기 교류 전원 전압의 제로 크로스의 위치로부터의 지연시간 △d(0≤d) 후부터 ON기간 △t(0≤t) 간만 연속적으로 ON으로 제어하고, 또한 상기 제2 스위치 장치를 상시 ON으로 제어하고, 상기 제어 장치는, 압축기 회전수에 따른 상기 지연시간 △d를 기억하는 기억 장치를 더 갖고, 상기 교류 전원 주파수 검출 장치의 출력에 기초하여 상기 교류 전원 주파수에 따른 상기 지연시간 △d를 선택하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨이 제공된다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1의 구성에 더하여, 입력 전류를 검출하는 부하 검출 장치를 더 갖고, 상기 입력 전류가 소정치를 초과하고 있으면 상기 ON기간 △t는, △t>0으로 하고, 소정치 이하이면 △t=0으로 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨이 제공된다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 청구항 2의 구성에 더하여, 상기 입력 전류의 소정치는 냉방 운전시와 난방 운전시에서 다른 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨이 제공된다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1의 구성에 더하여, 상기 ON기간 △t는, 상기 압축기 회전수가 소정치를 초과하고 있으면 △t>0으로 하고, 상기 압축기 회전수가 소정치 이하이면 △t=0으로 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨이 제공된다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1의 구성에 더하여, 상기 ON기간 △t는, 상기 압축기의 지령 회전수가 소정치를 초과하고 있으면 △t>0으로 하고, 상기 압축기의 지령 회전수가 소정치 이하이면 △t=0으로 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨이 제공된다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1의 구성에 더하여, 상기 제어 장치는, 상기 ON기간 △t가 소정치보다 커졌을 때, 상기 제1 동작 모드에서 상기 제2 동작 모드로 전환하고, 상기 ON기간 △t가 소정치보다 작아졌을 때, 상기 제2 동작 모드에서 상기 제1 동작 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨이 제공된다.

이상과 같이 본 발명의 인버터 에어컨에 의하면, 컨버터의 정류 회로의 직류출력단에 접속된 다수개의 컨덴서 간의 접속점과 정류 회로의 교류 입력 단자 간에 각각 제1 및 제2 스위치 장치를 설치하고, 제1 및 제2 스위치 장치를 적절히 구동하여, 압축기의 회전수 제어 방식을 적절히 전환함으로써 고역률과 고조파 억제를 양립시킬 수 있고, 또한 에어컨의 최대 능력 및 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의해, 경부하시에 필요 이상으로 컨버터의 직류 출력 전압이 상승하는 것을 방지하고 있어, 인버터 에어컨의 전자 제어 장치에 있어서의 각 소자의 내압 파괴를 방지할 수 있다.

또, 본 발명은, 입력 전류, 압축기 회전수 또는 압축기의 지령 회전수의 소정치가 냉방 운전시와 난방 운전시에서 다른 것으로, 각각의 운전시에 있어서 최적의 전환점에서 컨버터를 구동하는 것이 가능하여, 에어컨의 소비 전력을 저감할 수 있다.

(실시형태 1)

도 1a는 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 회로 구성의 개략을 도시한 도면이다. 도 1a에 도시하는 바와 같이 인버터 에어컨은, 교류 전원(1)으로부터의 전압을 리액터(3)를 통하여 정류하는 정류 회로(2)와, 컨덴서(4, 5)와, 정류 회로(2)의 각 하프 브릿지의 중점(中點)과 컨덴서(4, 5) 간의 접속점을 접속하는 제1 스위치 장치(7), 제2 스위치 장치(8)를 갖는 컨버터와, 교류 전원의 위상을 검출하는 전원 위상 검출 장치(14)와, 전원 위상 검출 장치(14)의 신호에 기초하여 제1 스위치(7) 및 제2 스위치(8)를 제어하는 제어 장치(9)와, 컨버터의 직류 출력 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터부 및 인버터부로의 통류율을 변경함으로써 인버터부 출력 주파수 또는 인버터부 출력 전압을 제어하는 압축기 회전수 제어 장치로 이루어지는 인버터 장치(10)와, 이 인버터 장치(10)에 의해 구동되는 압축기(11)를 갖는다.

정류 회로(2)는, 2개의 다이오드의 하프 브릿지로 구성된다. 또한, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 평활용 컨덴서(6)를 컨덴서(4) 및 컨덴서(5)에 병렬로 설치해도 된다.

또, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 컨덴서는 컨덴서(4)와 컨덴서(5)의 2개에 한정되지 않고, 컨덴서(12, 13)와 같이 짝수 개 설치할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 인버터 에어컨은, 제1 스위치 장치(7), 제2 스위치 장치(8)의 ON·OFF의 상태에 따라 2개의 동작 모드(모드 1, 모드 2)로 동작한다.

(1) 모드 1 : 제어 장치(9)의 지령에 기초하여, 제2 스위치 장치(8)는 상시 OFF로 제어된 상태로, 제1 스위치 장치(7)가 펄스 폭 제어된다. 모드 1에 있어서는 전원 전압의 약

배 ∼2

배의 범위의 직류 출력 전압이 얻어진다.

(2) 모드 2 : 제어 장치(9)의 지령에 기초하여, 제2 스위치 장치(8)는 상시 ON 또는 펄스 폭 제어되는 상태로, 제1 스위치 장치(7)는 펄스 폭 제어된다. 모 드 2에 있어서는 배전압 정류 회로가 기본 회로 구성이 되므로, 전원 전압의 2

배 이상의 직류 출력 전압까지 얻을 수 있다.

제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)의 펄스 폭 제어는, 그들에 대해 출력되는 제어 펄스의 펄스 폭을 제어함으로써 행해진다.

여기서, 제어 펄스는, 전원 전압의 반주기마다 1개만 출력된다. 이하, 이러한 반주기마다 1개만 출력되는 펄스에 의한 스위칭 제어를「1펄스 제어」라고 한다.

이 1펄스 제어는, 펄스 폭 제어에 있어서의 캐리어 주기를 전원 전압의 반주기로 설정한 경우의 제어와 동등하다. 1펄스 제어에서는 전원 주파수의 2배인 100Hz 또는 120Hz와 같은 저속 스위칭 동작을 기본으로 한다. 따라서, 액티브 필터 방식과 같이 수십 kHz의 고속 스위칭 동작이 없어, 발생 소음이 작다.

그 때문에, 소음 대책을 위한 회로를 간략화할 수 있어, 공간이나, 비용을 삭감할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 제1 스위치 장치(7)에는, 전계 효과형 트랜지스터(FET) 등의 스위치 소자를 사용하는 것이 가능하다.

또, 본 발명에서는, 모드 1, 모드 2의 어느 동작 모드에 있더라도, 제2 스위치 장치(8)는, ON 고정 또는 OFF 고정 중 어느 하나로 제어되고 있으며, 모드 전환시를 제외하고 기본적으로 스위칭 동작을 필요로 하지 않는다. 따라서, 제2 스위치 장치(8)에는 릴레이 등의 비교적 저속의 스위치 소자를 사용하는 것이 가능하다.

도 2a, 도 2b, 도 2c를 사용하여 인버터 에어컨의 각 동작 모드에서의 동작을 설명한다.

도 2a는 각 스위치의 상태에 대응한 직류 출력 전압의 변화를 나타내고, 도 2b는 제1 스위치 장치(7)의 듀티비의 변화의 형태를 나타내고, 도 2c는 제2 스위치 장치(8)의 ON·OFF상태를 나타내고 있다. 도 2a, 도 2b, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 모드 1에서는, 제2 스위치 장치(8)가 상시 OFF의 상태로, 제1 스위치 장치(7)가 요구되는 직류 출력 전압에 따라 펄스 폭 제어된다.

즉, 모드 1에서, 보다 높은 직류 출력 전압을 얻고자 할 때는 제1 스위치 장치(7)의 제어 펄스의 펄스 폭을 보다 크게 해 간다. 그 때, 제1 스위치 장치(7)에 대한 듀티비가 소정치(도 2b의 경우 100%)에 달하고(이 때, 전원 주파수의 반주기 중 제1 스위치 장치(7)가 ON으로 제어된다), 또한 그 이상의 직류 출력 전압이 요구되는 경우, 제1 스위치 장치(7)의 펄스 폭을 그 이상으로 제어할 수 없기 때문에, 동작 모드를 모드 1에서 모드 2로 전환한다.

모드 1에서 모드 2로의 전환 전후에서는, 제1 스위치 장치(7)의 듀티비가 100%에서 0%로 전환되고, 제2 스위치 장치(8)가 OFF에서 ON으로 전환된다. 이 때, 전환 전후의 회로는 모두 배전압 정류 회로 그 자체이므로, 전환 전후에 있어서의 직류 출력 전압의 변동은 발생하지 않는다.

또한, 모드 2에서는, 제2 스위치 장치(8)는, 상시 ON으로 제어되고, 제1 스위치 장치(7)는, 직류 출력 전압에 따라 펄스 폭 제어된다. 모드 2에 있어서는 배전압 정류 회로 베이스의 회로 구성이 되므로, 모드 1의 경우에 비교하여 약 2배의 직류 출력 전압이 얻어진다. 모드 2에 있어서 직류 출력 전압을 저하시켜 가는 경우는, 제1 스위치 장치(7)의 듀티비가 소정치에 달했을 때, 제2 스위치 장치(8)를 ON에서 OFF로 전환하고, 제1 스위치 장치(7)의 듀티비를 0%에서 100%로 함으로써 모드 2에서 모드 1로의 전환을 행한다.

도 3a, 도 3b, 도 3c는, 실시형태 1의 인버터 에어컨의 모드 1에 있어서의, 제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)에 대한 제어 펄스, 전원 전압, 입력 전류, 직류 출력 전압(평활 컨덴서(6)의 양단 전압), 컨덴서(4, 5)의 접속점의 전압의 각각의 파형을 나타낸 도면이다. 도 3a, 도 3b, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 제1 스위치 장치(7)의 제어 펄스는 전원 전압의 제로 크로스 위치에서 출력되고, 전원 전압의 반주기마다 1개만 출력되고 있다.

도면에 도시하는 바와 같이, 이 제어 펄스에 의해, 입력 전류는, 전원 전압이 컨덴서(4, 5)의 중점 전압 이상이 된 시점부터 흐르기 시작한다. 즉, 기간 A 동안, 여분으로 입력 전류를 도통시키는 것이 가능해지고, 이렇게 전류 도통 기간을 확장할 수 있으므로 역률을 개선할 수 있다. 또한, 입력 전류의 파형을 전원 전압의 파형에 가깝게 할 수 있기 때문에 고조파 규제를 클리어할 수 있다.

도 2a, 도 2b, 도 2c에서 제어 펄스가 어느 정도 커질 때까지 출력 전압이 상승하고 있지 않으나, 이것은 제어 펄스가 작은 구간에서는 전원 전압이 작아, 입력 전류가 흐르지 않기 때문이다.

또한, 모드 전환시에 있어서는, 제2 스위치 장치(8)는 전원 전압의 제로 크로스의 위치에서 ON/OFF가 전환되는 것이 바람직하다.

도 4a, 도 4b, 도 4c는, 실시형태 1의 인버터 에어컨의 모드 2에 있어서의, 제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)에 대한 제어 펄스, 전원 전압 및 입력 전류의 파형을 나타낸 도면이다. 도 4a, 도 4b, 도 4c에서는, 제1 스위치 장치(7)의 제어 펄스는 전원 전압의 제로 크로스 위치로부터 △d만큼 지연된 뒤에 출력되고 있다.

△d는 고조파 규제를 클리어 가능한 값으로 설정할 필요가 있다. △d는, 부하 출력이 작아질수록 큰 값으로 하는 편이 고조파 규제를 클리어하기 쉽지만 반드시 필요한 것은 아니므로, △d=0으로 해도 된다(즉, 제1 스위치 장치(7)의 제어 펄스를 제로 크로스의 타이밍으로 출력하도록 해도 된다).

모드 1에서는, 제어 펄스가 ON이 되어도, 전원 전압이 컨덴서(4, 5)의 중점 전압 이상이 되는 시점 이후가 아니면 입력 전력이 흐르기 시작하지 않았던 것에 비해, 모드 2에서는 제1 스위치 장치(7)의 제어 펄스가 ON으로 되는 동시에 입력 전류가 흐르기 시작하고 있다.

이상과 같이, 제1 스위치 장치(7)를 ON함으로써 펄스 폭의 기간 △t 동안, 여분으로 입력 전류를 도통시키는 것이 가능해지므로, 모드 1의 경우와 마찬가지로 전류 도통 기간을 확장할 수 있어, 역률을 개선할 수 있다. 또한, 입력 전류의 파형을 전원 전압의 파형에 가깝게 할 수 있어, 고조파 규제를 클리어할 수 있다.

또, 입력 전류의 고조파의 억제와 고 역률화를 양립할 수 있고, 또한 교류 전원의 전압치의 2배 ∼ 2

배 이상의 직류 출력 전압이 얻어지고, 게다가 그 출력 전압치가 제어 가능해지므로, 압축기의 최대 회전수의 증가와 고 효율화가 가능해진다.

도 5a, 도 5b, 도 5c는, 모드 전환시의 전원 전압 및 입력 전류의 변화를 설명한 도면이다.

도 5a, 도 5b, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 모드 전환의 직전, 직후에서 거의 같은 전류 파형이 얻어지고 있다. 이에 의해, 모드 전환시에 있어서 전류 파형의 변화가 없고, 출력 전압 범위 내에서 직류 출력 전압을 매끄럽게 변경할 수 있다. 즉, 목표 출력 전압의 변경시에 있어서의 전압의 급변을 억제할 수 있다.

이상과 같이, 컨버터의 직류 출력 전압을 저전압으로 제어했을 때는 압축기의 고효율 운전이 가능해져, 에어컨의 효율이 상승한다. 또, 직류 출력 전압을 고전압으로 제어했을 때는 압축기의 최고 회전수의 상승이 가능해져, 에어컨의 최대 능력이 상승한다. 또, 에어컨의 최대 입력 전력은 일반적으로

최대 입력 전력=입력 전압×최대 입력 전류×역률

로 표시된다. 입력 전압은 고정이고, 최대 입력 전류는 콘센트의 최대 용량으로 제한되므로, 역률을 향상시킴으로써 최대 입력 전력이 상승한다. 그 결과로서, 에어컨의 최대 능력을 향상시킬 수 있다. 또, 모드 전환시의 전원 전압의 급변을 억제할 수 있으므로, 에어컨을 안정적으로 운전하는 것이 가능해진다.

(실시형태 2)

도 6은, 도 1에 출력 전압 검출 장치(15)를 추가하여, 그 출력에 기초하여 제어 장치(9)가 제1 스위치 장치(7)의 ON기간 △t를 설정하는 것이다. 압축기의 회전수 제어의 안정성은 출력 전압의 변동에 큰 영향을 받는다. 따라서 상기 구성에 있어서 출력 전압 검출 장치(15)는 출력 전압을 검출하여, 제어 장치(9)로 전달 한다. 그리고 제어 장치(9)는 미리 정해진 출력 전압이 되도록 △t를 설정한다. 즉, 컨버터 출력 전압이 목표 전압 이하이면 △t를 증가시키고, 컨버터 출력 전압이 목표 전압을 초과하고 있으면 △t를 감소시킴으로써, 컨버터 출력 전압이 항상 목표 전압의 근방에 가까워지도록 △t를 제어한다. 그리고 압축기의 속도 제어 장치는 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기의 회전수를 제어한다.

이상의 동작에 의해, 부하 변동·전원 전압 변동의 유무에 관계 없이 출력 전압을 일정하게 할 수 있어, 안정된 압축기 회전수 제어가 가능해진다.

(실시형태 3)

도 7은, 도 1에 부하 검출 장치(16)와, 제어 장치(9)의 내부에 전원 전압의 제로 크로스로부터 제1 스위치 장치(7)가 ON이 될 때까지의 지연 시간 △d 및 △t를 기억하는 기억 장치(9a)를 추가한 것이다.

이상의 구성에 있어서, 기억 장치(9a)에는, 부하의 크기에 따라 최적의 △d, △t의 값을 미리 구한 테이블을 기억시켜 두고, 부하 검출 장치(16)의 출력을 받아, 부하의 크기에 따른 △d, △t를 테이블로부터 읽어 내어, 그들에 기초하여 제1 스위치 장치(7)를 구동하는 것이다.

이상의 동작에 의해, 모든 부하에 대해 최적의 역률과 출력 전압치, 및 고조파 억제 효과가 얻어지게 된다.

(실시형태 4)

도 7의 구성에 있어서, 제어 장치(9)는 컨버터의 입력 전류를 검출하는 부하 검출 장치(16)의 출력을 받아, 출력이 미리 정해진 크기에 달한 경우, △t 또는 △ d를 증감함으로써, 출력이 보다 작아지는 조합을 선택하여, 그것에 기초하여 제1 스위치 장치(7)를 구동하는 것이다.

이상의 동작에 의해, 특히 고부하시에 최적의 역률을 얻을 수 있고, 전원 용량을 유효 이용할 수 있어, 에어컨의 최대 능력을 향상시킬 수 있다.

(실시형태 5)

도 8은, 도 1에 압축기 회전수 검출 장치(17)와, 제어 장치(9)의 내부에 △d 및 △t를 기억하는 기억 장치(9a)를 추가한 것이다. 이상의 구성에 있어서, 기억 장치(9a)에는, 압축기(11)의 회전수에 따라 최적의 △d, △t의 값을 미리 구한 테이블을 기억시켜 두고, 압축기 회전수 검출 장치(17)의 출력을 받아, 회전수에 따른 △d, △t를 테이블로부터 읽어 내어, 그들에 기초하여 제1 스위치 장치(7)를 구동하는 것이다. 또는, 기억 장치(9a)에 미리 압축기 지령 회전수에 따른 △d와 △t의 조합을 기억시키고, 압축기 지령 회전수에 기초하여 △d와 △t의 조합을 선택해도 된다.

이상의 동작에 의해, 모든 회전수에 대해 최적의 역률과 출력 전압치, 및 고조파 억제 효과가 얻어지게 된다.

(실시형태 6)

도 9는, 도 1에 출력 전압 검출 장치(15)와, 압축기 회전수 검출 장치(17)를 추가한 것이다. 또, 도 10의 구성에 있어서, 압축기(11)의 회전수에 따라 제어 장치(9)가 △t를 설정하여 제1 스위치 장치(7)를 구동하여, 출력 전압을 소정치로 제어하면서, 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기(11)의 회전수를 제어하는 제1 영역과, 인버터부로의 통류율을 고정하여 출력 전압을 가변시킴으로써 압축기(11)의 회전수를 제어하는 제2 영역과, 출력 전압과 인버터부로의 통류율을 같이 가변시켜 압축기(11)의 회전수를 제어하는 제3 영역을 구비한 경우의 출력 전압과 인버터부로의 통류율 및 압축기 회전수의 관계를 나타낸 것이다.

상기 구성에 있어서 제1 영역에서는, 출력 전압 검출 장치(15)는 컨버터의 직류 출력 전압을 검출하여, 제어 장치(9)로 전달한다. 그리고, 제어 장치(9)는 미리 정해진 출력 전압이 되도록 △t를 설정하여 제1 스위치 장치(7)를 구동한다. 또 제2 영역에서는 압축기 회전수 검출 장치(17)는 압축기(11)의 회전수를 검출하여, 제어 장치(9)로 전달한다.

그리고 제어 장치(9)는 압축기(11)가 소정의 회전수가 되도록 △t를 설정하여, 제1 스위치 장치(7)를 구동한다.

제3 영역에서는, 압축기 회전수 검출 장치(17)는 압축기(11)의 회전수를 검출하여, 제어 장치(9)로 전달한다. 그리고 제어 장치(9)는 압축기(11)가 소정의 회전수가 되도록 △t를 설정하여, 제1 스위치 장치(7)를 구동하는 동시에, 인버터 제어에 있어서의 인버터부로의 통류율을 △t의 증감에 맞춰 증감시킨다.

이상과 같이, △t를 설정하여, 제1 스위치 장치(7)를 제어함으로써, 제1 영역에서는 부하 변동, 출력 전압 변동의 유무에 관계 없이 출력 전압을 일정하게 할 수 있어, 안정된 압축기 회전수 제어가 가능해진다. 또, 각 회전수에 있어서 컨버터 및 인버터 장치의 전체 효율이 최적이 되는 출력 전압을 미리 정해 둠으로써, 에어컨의 고 효율화를 실현할 수 있다.

제2 영역에서는, 인버터부로의 통류율이 100%의 상태로 압축기(11)의 회전수 제어를 행할 수 있으므로, 인버터부의 스위칭 소자의 손실이 감소하여, 고 효율화를 도모할수 있는 동시에, 출력 전압을 상승시킴으로써 회전수를 증가시킬 수 있으므로, 압축기(11)의 최고 회전수가 상승하여, 에어컨의 최대 능력이 상승한다.

제3 영역에서는, 인버터부로의 통류율과 출력 전압을 같이 상승시킴으로써, 인버터부로의 통류율만으로 압축기(11)의 회전수를 제어하는 영역과, 출력 전압만으로 압축기(11)의 회전수를 제어하는 영역의 전환 주기(changeover period)를 설정함으로써, 영역 사이의 이행시에도, 압축기(11)의 회전수를 순조롭게 변화시킬 수 있다.

(실시형태 7)

도 11은, 도 9의 구성에 있어서, 출력 전압이 항상 일정해지도록 제어 장치(9)가 △t를 0≤△t≤t1에서 설정하고, 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기(11)의 회전수를 제어하는 제1 영역과, △t를 t1에 고정하고, 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기(11)의 회전수를 제어하는 제2 영역을 구비한 경우의 △t와 출력 전압 및 인버터부로의 통류율의 관계를 나타낸 것이다. 목표 출력 전압은 압축기의 회전수 또는 압축기의 지령 회전수 또는 컨버터의 입력 전류 중 적어도 하나에 따라 정해진다.

상기 구성에 있어서 출력 전압 검출 장치(15)는 컨버터의 직류 출력 전압을 검출하여, 제어 장치(9)로 전달한다. 그리고 제어 장치(9)는 출력 전압이 미리 정해진 소정치가 되도록 0≤△t≤t1의 범위에서 △t를 설정한다.

제1 영역에서는, 컨버터의 출력 전압은 미리 정해진 소정치로 제어되고, 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기(11)의 회전수를 제어한다. 부하가 상승해 가는 경우, △t를 증가시킴에 따라 컨버터의 직류 출력 전압을 소정치로 제어하므로, 어떤 부하에서는 △t= t1에 도달하여, 제2 영역으로 이행한다.

제2 영역에서는, 컨버터의 출력 전압은 미리 정해진 소정치보다도 낮은 전압이지만, 그것에 관계 없이 제어 장치(9)는 △t=t1에 고정하고, 인버터부로의 통류율을 가변시킴으로써 압축기(11)의 회전수를 제어한다. △t를 t1에 고정한 상태로 부하가 하강하는 것에 의해 컨버터의 출력 전압이 상승하여, 미리 정해진 소정치에 도달하면, 제2 영역에서 제1 영역으로 이행한다.

상기 구성에 의해, △t의 상한치를 정함으로써, 고조파 전류를 적절히 억제하면서, 출력 전압이 필요 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.

또, 제1 스위치 장치(7)의 최대 용량은 △t의 최대치에 의존하므로, △t의 상한치를 정함으로써, 제1 스위치 장치(7)의 최대 용량을 제한할 수 있어, 소자의 소형화·비용 저감이 가능해진다. 또한, △t를 고정한 영역에서는, 인버터부로의 통류율만으로 압축기의 회전수를 제어할 수 있기 때문에, 압축기의 회전수 제어를 간략화할 수 있다.

(실시형태 8)

도 6의 구성에 있어서, 제어 장치(9)는 미리 정해진 출력 전압이 되도록 △t를 설정하여, 인버터부로의 통류율을 증감시킴으로써 압축기의 회전수를 제어한다. 이 경우의, 압축기의 회전수를 제어하는 인버터부로의 통류율의 증감 속도와, 컨버 터의 직류 출력 전압을 제어하는 △t의 증감 속도가 압축기의 회전수에 미치는 영향에 대해 설명한다.

예를 들면 인버터부로의 통류율을 증가시켜 압축기의 회전수를 상승시켰을 때, 동시에 부하가 상승하므로, 출력 전압이 감소한다. 그래서, 제어 장치(9)는, 미리 정해진 출력 전압이 되도록 △t를 증가시켜, 출력 전압을 상승시킨다.

이 때, 인버터부로의 통류율의 증감 속도가 느리면, 출력 전압의 상승에 대해 인버터부로의 통류율의 감소가 늦어, 압축기의 회전수가 더욱 상승하여, 정해진 회전수를 초과해 버리는 경우가 발생하여, 안정된 회전수 제어가 곤란해지는 것처럼, 컨버터의 직류 출력 전압 제어와 인버터 장치의 압축기 회전수 제어가 서로 간섭할 가능성이 있다. 그래서, 인버터부의 통류율의 증감 속도를, △t의 증감에 의한 직류 출력 전압의 상승·하강 속도를 충분히 상회하는 속도로 설정함으로써, 압축기의 회전수는 직류 출력 전압의 변화에 대단히 단시간에 대응하는 것이 가능해져, 안정적인 회전수 제어가 가능해진다. 또, 부하 검출 장치(16)를 추가하고, △t의 증감 속도와 인버터부로의 통류율의 변경 속도 중 적어도 한 쪽을, 압축기의 회전수 또는 압축기의 지령 회전수 또는 부하 검출 장치의 출력 중 적어도 하나에 따라 변경하는 것에 의해, 안정적인 회전수 제어가 가능해진다.

(실시형태 9)

도 12는 도 7의 구성에 있어서, 입력 전류치가 소정치 이하이면 △t=0, 소정치를 초과하고 있으면 △t>0으로 한 경우의 입력 전류와 △t의 관계를 나타낸 것이다. 부하가 작은 경우, △t=0으로 함으로써, 직류 출력 전압이 필요 이상으로 상 승할 가능성이 있다.

이상의 구성에 있어서, 제어 장치(9)는 부하 검출 장치(16)로부터 전달된 입력 전류가 소정치 이하이면 △t=0을 선택하고, 소정치를 초과하고 있으면 △t>0을 선택함으로써, 직류 출력 전압의 비정상적인 상승을 방지할 수 있다.

(실시형태 10)

도 13은 도 8의 구성에 있어서, 압축기의 회전수가 소정치 이하이면 △t=0, 소정치를 초과하고 있으면 △t>0으로 한 경우의 압축기의 회전수와 △t의 관계를 나타낸 것이다.

이상의 구성에 있어서, 제어 장치(9)는 압축기 회전수 검출 장치(17)로부터 전달된 회전수가 소정치 이하이면 △t=0을 선택하고, 소정치를 초과하고 있으면 △t>0을 선택함으로써, 직류 출력 전압의 비정상적인 상승을 방지할 수 있다.

(실시형태 11)

도 14는 도 7에 교류 전원 주파수 검출 장치(14a)를 추가하여, 그 출력에 기초하여 제어 장치(9)가 △d를 설정하는 것이다. △d는 특정한 부하 변동 범위에 있어서는, 부하에 따라 세밀한 조정을 하지 않고 일정치로 해도 적절한 역률과 고조파 억제 효과가 얻어진다. 한편, 교류 전원 주파수에 대해서는 50Hz, 60Hz에 따라 각각 적절한 값으로 전환할 필요가 있다.

따라서, 상기 구성에 있어서 교류 전원 주파수 검출 장치(14a)는 교류 전원 주파수를 검출하여, 제어 장치(9)로 전달한다. 그리고 제어 장치(9)는 교류 전원 주파수에 따라 미리 정해진 △d를 설정하여, 그것에 기초하여 제1 스위치 장치(7) 를 구동한다.

이상의 동작에 의해, 특정한 부하 영역에서 △d를 일정치로 할 수 있어, 제어를 간단히 할 수 있고, 또한 교류 전원 주파수의 여하에 관계없이 적절한 역률과 출력 전압치, 및 고조파 억제 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본원의 상기 각 실시형태에서는, 인버터 에어컨의 압축기에 대해 설명했으나, 다른 전동기, 예를 들면 송풍 장치의 전동기여도 기술적으로 동일하며, 아무런 지장이 없다.

도 1a, 도 1b, 도 1c는 본 발명의 실시형태 1에 따른 인버터 에어컨의 구성도,

도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 실시형태 1에 따른 컨버터의 동작을 설명하는 도면,

도 3a, 도 3b, 도 3c는 본 발명의 실시형태 1에 따른 전원 전압, 입력 전류, 출력 전압, 컨덴서의 중점(中點) 전위 및 제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)의 ON/OFF를 나타내는 도면,

도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 실시형태 1에 따른 전원 전압, 입력 전류, 및 제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)의 ON/OFF를 나타내는 도면,

도 5a, 도 5b, 도 5c는 본 발명의 실시형태 1에 따른 동작 모드의 전환시에 있어서의 전원 전압, 입력 전류, 출력 전압 및 제1 및 제2 스위치 장치(7, 8)의 ON/OFF를 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 실시형태 2에 따른 인버터 에어컨의 구성도,

도 7은 본 발명의 실시형태 3, 4에 따른 인버터 에어컨의 구성도,

도 8은 본 발명의 실시형태 5에 따른 인버터 에어컨의 구성도,

도 9는 본 발명의 실시형태 6에 따른 인버터 에어컨의 구성도,

도 10은 본 발명의 실시형태 6에 따른 압축기 회전수 제어를 설명하는 도면,

도 11은 본 발명의 실시형태 7에 따른 압축기 회전수 제어를 설명하는 도면,

도 12는 본 발명의 실시형태 9에 따른 입력 전류와 △t의 관계를 설명하는 인버터 에어컨의 구성도,

도 13은 본 발명의 실시형태 10에 따른 회전수와 △t의 관계를 설명하는 도면,

도 14는 본 발명의 실시형태 11에 따른 인버터 에어컨의 구성도,

도 15a, 도 15b는 종래의 인버터 에어컨에 있어서의 컨버터의 일례에 따른 회로도,

도 16은 종래의 인버터 에어컨에 있어서의 압축기 회전수 제어를 설명하는 도면이다.

Claims (6)

1. 2개의 입력단과 2개의 출력단을 갖고 상기 입력단의 한 쪽에 리액터를 통하여 교류 전원에 접속되어 교류 전원 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로와,

   상기 정류 회로의 2개의 출력단 간에 병렬로 접속되고, 직렬로 접속된 복수의 컨덴서로 이루어지는 컨덴서 회로와,

   상기 정류 회로의 한 쪽의 입력단과 상기 컨덴서 회로 내의 컨덴서 간의 하나의 접속점 간에 접속된 제1 스위치 장치와,

   상기 정류 회로의 다른 쪽의 입력단과 상기 컨덴서 회로 내의 컨덴서 간의 상기 접속점 간에 접속된 제2 스위치 장치를 갖는 컨버터;

   상기 교류 전원의 위상을 검출하는 전원 위상 검출 장치;

   상기 교류 전원의 주파수를 검출하는 교류 전원 주파수 검출 장치;

   상기 전원 위상 검출 장치의 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 스위치 장치를 제어하는 제어 장치;

   상기 컨버터의 직류 출력 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터부 및 인버터부로의 통류율을 변경함으로써 인버터부 출력 주파수 또는 인버터부 출력 전압을 제어하는 압축기 회전수 제어장치로 이루어지는 인버터 장치; 및

   상기 인버터 장치에 의해 구동되는 압축기를 갖고,

   상기 제어 장치는 제1 동작 모드와 제2 동작 모드로 이루어지고,

   상기 제1 동작 모드는 상기 제1 스위치 장치를 상기 교류 전원 전압의 반주 기에서 상기 교류 전원 전압의 제로 크로스의 위치로부터의 지연시간 △d(0≤d) 후부터 ON기간 △t(0≤t) 간만 연속적으로 ON으로 제어하고, 또한 상기 제2 스위치 장치를 상시 OFF로 제어하고,

   상기 제2 동작 모드는 상기 제1 스위치 장치를 상기 교류 전원 전압의 반주기에서 상기 교류 전원 전압의 제로 크로스의 위치로부터의 지연시간 △d(0≤d) 후부터 ON기간 △t(0≤t) 간만 연속적으로 ON으로 제어하고, 또한 상기 제2 스위치 장치를 상시 ON으로 제어하고,

   상기 제어 장치는, 압축기 회전수에 따른 상기 지연시간 △d를 기억하는 기억 장치를 더 갖고, 상기 교류 전원 주파수 검출 장치의 출력에 기초하여 상기 교류 전원 주파수에 따른 상기 지연시간 △d를 선택하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
2. 청구항 1에 있어서,

   입력 전류를 검출하는 부하 검출 장치를 더 갖고,

   상기 입력 전류가 소정치를 초과하고 있으면 상기 ON기간 △t는, △t>0으로 하고, 소정치 이하이면 △t=0으로 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 입력 전류의 소정치는 냉방 운전시와 난방 운전시에서 다른 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 ON기간 △t는, 상기 압축기 회전수가 소정치를 초과하고 있으면 △t>0으로 하고, 상기 압축기 회전수가 소정치 이하이면 △t=0으로 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 ON기간 △t는, 상기 압축기의 지령 회전수가 소정치를 초과하고 있으면 △t>0으로 하고, 상기 압축기의 지령 회전수가 소정치 이하이면 △t=0으로 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어 장치는, 상기 ON기간 △t가 소정치보다 커졌을 때, 상기 제1 동작 모드에서 상기 제2 동작 모드로 전환하고, 상기 ON기간 △t가 소정치보다 작아졌을 때, 상기 제2 동작 모드에서 상기 제1 동작 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨.

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