KR20080102163A - 인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치 - Google Patents

인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 누설 전류를 저감시키는 인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치이다. 인버터(4)에 설치된 하이 아암측 트랜지스터(401)의 동작 전원으로서 기능하는 부트 콘덴서(407)는 모터(M1)의 통상 운전 전에 충전될 필요가 있다. 이 부트 콘덴서(407)의 충전 동작을 통상 운전시의 캐리어 주파수(f1)보다도 낮은 캐리어 주파수(f2)에서 실행한다. 따라서 부트 콘덴서의 충전 동작에 의해 발생하는 누설 전류를 저감할 수 있다.
Figure P1020087021884
누설 전류, 인버터, 트랜지스터, 콘덴서, 압축기 구동 장치

Description

인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치{INVERTER COMPRESSOR OPERATION METHOD AND COMPRESSOR DRIVE DEVICE}
본 발명은 인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치에 관한 것으로, 특히 누설 전류를 저감시키는 기술에 관한 것이다.
모터를 통해 압축기를 구동하는 인버터에 있어서, 당해 압축기의 통상 운전에 앞서 예열 운전이나 액 배출 운전이 행해진다. 예열 운전이라 함은, 압축기를 구동하는 모터에 전류를 흘려 모터를 예열하는 운전이다. 액 배출 운전에서는 압축기 내부에 저류된 액 냉매를 냉매 순환 경로로 배출한다. 예열 운전이나 액 배출 운전은 통상 운전에 대해 예비 운전으로서 인식된다.
또한, 인버터의 하이 아암측 트랜지스터의 동작 전원으로서 기능하는 부트 콘덴서가 설치되어 있는 경우에는, 당해 부트 콘덴서를 충전할 필요가 있다. 이 충전 동작도 예비 운전으로서 실행되는 경우가 있다. 혹은 예비 운전의 실행 후에 일단 운전을 정지하고, 부트 콘덴서를 충전한 후에 통상 운전으로 이행한다. 혹은 통상 운전 중에 부트 콘덴서를 충전하는 경우도 있다.
또한, 본 발명에 관련되는 기술로서 특허 문헌 1 내지 4가 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2005-337234호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 소61-31859호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 평10-318173호 공보
특허 문헌 4 : 일본 특허 출원 공개 제2001-186793호 공보
부트 콘덴서의 충전 동작시에 발생하는 누설 전류는, 다른 운전(예를 들어, 예열 운전)에서 발생하는 누설 전류에 비해 컸다. 그로 인해, 누전 브레이커가 동작할 가능성이 있었다.
그래서 본 발명은 누설 전류를 저감시키는 인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제1 형태는, 하이 아암측 스위치(401)와, 상기 하이 아암측 스위치로 스위치 신호를 출력하기 위한 동작 전원으로서 기능하는 부트 콘덴서(407)를 갖는 인버터(4)로부터 교류 전류가 공급되는 모터(M1)에 의해 구동되고, 냉매를 압축하는 인버터 압축기(11)의 운전 방법이며, 상기 압축기의 통상 운전에 앞서 실행되는 상기 부트 콘덴서의 충전 동작을 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행한다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제2 형태는, 제1 형태에 관한 인버터 압축기의 운전 방법이며, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작시의 캐리어 주파수는 상기 통상 운전에 앞서 실행되는 예비 운전시의 캐리어 주파수와 동일하거나 혹은 낮다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제3 형태는, 제1 형태에 관한 인버터 압축기의 운전 방법이며, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작과 상기 통상 운전 사이에서 예비 운전을, 상기 예비 운전을 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하고, 캐리어 주파수를 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수까지 단조 비감소에 의해 증가시키면서 통상 운전으로 이행한다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제4 형태는, 제3 형태에 관한 인버터 압축기의 운전 방법이며, 상기 예비 운전은 상기 압축기(11)의 내부에 저류되는 상기 냉매를 배출하는 액 배출 운전이다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제5 형태는, 제3 또는 제4 형태에 관한 인버터 압축기의 운전 방법이며, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작시에 이용하는 캐리어 주파수는 상기 예비 운전시의 캐리어 주파수 이하이다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제6 형태는, 제3 내지 제5 중 어느 하나의 형태에 관한 인버터 압축기의 운전 방법이며, 상기 예비 운전을 실행하고 있는 동안에 상기 모터(M1)의 회전수를 상승시킨다.
본 발명에 관한 압축기 구동 장치의 제1 형태는, 냉매를 압축하는 압축기를 구동하는 압축기 구동 장치이며, 상기 압축기를 구동하는 모터(M1)와, 하이 아암측 스위치(401)와, 상기 하이 아암측 스위치로 스위치 신호를 출력하기 위한 동작 전원으로서 기능하는 부트 콘덴서(407)를 갖고, 상기 모터에 교류 전류를 공급하는 인버터(4)와, 상기 인버터에 대해 상기 압축기의 통상 운전에 앞선 상기 부트 콘덴서의 충전 동작을 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하는 제어부(5, 6)를 구비한다.
본 발명에 관한 압축기 구동 장치의 제2 형태는, 제1 형태에 관한 압축기 구동 장치이며, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작의 캐리어 주파수는 상기 통상 운전에 앞서 실행되는 예비 운전시의 캐리어 주파수와 동일하거나 혹은 낮다.
본 발명에 관한 압축기 구동 장치의 제3 형태는, 제1 형태에 관한 압축기 구동 장치이며, 상기 제어부(5, 6)는 상기 인버터(4)에 대해 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작과 상기 통상 운전 사이에서 예비 운전을, 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하고, 캐리어 주파수를 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수까지 단조 비감소에 의해 증가시키면서 통상 운전으로 이행시킨다.
본 발명에 관한 압축기 구동 장치의 제4 형태는, 제3 형태에 관한 압축기 구동 장치이며, 상기 예비 운전은 상기 압축기(11)의 내부에 저류되는 상기 냉매를 배출하는 액 배출 운전이다.
본 발명에 관한 압축기 구동 장치의 제5 형태는, 제3 또는 제4 형태에 관한 압축기 구동 장치이며, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작을 행할 때에 이용하는 캐리어 주파수는 상기 예비 운전을 행할 때에 이용하는 캐리어 주파수 이하이다.
본 발명에 관한 압축기 구동 장치의 제6 형태는, 제3 내지 제5 중 어느 하나의 형태에 관한 압축기 구동 장치이며, 상기 제어부(5, 6)는 상기 예비 운전을 실행하고 있는 동안에 상기 모터의 회전수를 상승시킨다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제1 형태 및 압축기 구동 장치의 제1 형태에 따르면, 부트 콘덴서의 충전 동작에서 발생하는 누설 전류를 저감시킬 수 있다. 통상 운전 전의 부트 콘덴서의 충전 동작에서 발생하는 누설 전류는 다른 예비 운전에 비해 크기 때문에 누설 전류의 저감 효과가 높다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제2 형태 및 압축기 구동 장치의 제2 형태에 따르면, 다른 예비 운전에서 발생하는 모터의 소음을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제3 형태 또는 압축기 구동 장치의 제3 형태에 따르면, 예비 운전과 통상 운전의 사이에서는 부트 콘덴서의 충전 동작을 생략할 수 있으므로 누설 전류를 저감할 수 있다.
액 배출 운전에 의해 압축기의 내부에는 차압이 발생한다. 본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제4 형태 또는 압축기 구동 장치의 제4 형태에 따르면, 압축기를 정지하지 않고 통상 운전으로 이행하므로 차압에 의한 압축기의 기동 불량을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제5 형태 또는 압축기 구동 장치의 제5 형태에 따르면, 부트 콘덴서를 충전할 때에 발생하는 누설 전류는 다른 동작에 비해 크기 때문에 누설 전류의 저감 효과가 높다.
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법의 제6 형태 또는 압축기 구동 장치의 제6 형태에 따르면, 예비 운전의 필요 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 보다 명백해진다.
도1은 압축기 구동 장치의 개략 구성도이다.
도2는 누설 전류를 나타내는 도면이다.
도3은 누설 전류를 나타내는 도면이다.
도4는 공기 조화기의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도5는 각 동작 모드에서의 누설 전류의 일례를 나타내는 도면이다.
도6은 압축기 구동 장치의 액 배출 운전 동작을 나타내는 흐름도이다.
도7은 압축기 구동 장치의 액 배출 운전 동작에 이용하는 각 파라미터를 나타내는 도면이다.
도8은 압축기 구동 장치의 액 배출 운전 동작에 이용하는 회전수 지령 및 실제 회전수를 나타내는 도면이다.
도9는 캐리어 주파수의 증가 패턴을 나타내는 도면이다.
<제1 실시 형태>
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치의 제1 실시 형태에 대해 이하에 설명한다. 도1은 압축기 구동 장치(17)를 나타내는 개략 구성도이다. 압축기 구동 장치(17)는 교류 전원(E1)과, 다이오드 브리지(DB1)와, 평활 콘덴서(C1)와, 인버터(4)와, 모터(M1)와, 인버터 제어부(5)와, 스위치 파형 출력부(6)와, 위치 검출 센서(7)를 구비하고 있다.
교류 전원(E1)은, 예를 들어 단상 교류 전원이다. 또한, 교류 전원(E1)은 3상 교류 전원이라도 좋다.
다이오드 브리지(DB1)는 교류 전원(E1)과 접속되어 있다. 그리고 교류 전원(E1)으로부터의 교류 전압을 전파 정류(全波整流)하여, 고전위 출력선(10a)과 저전위 출력선(10b) 사이에 직류 전압을 출력한다.
평활 콘덴서(C1)는 고전위 출력선(10a)과 저전위 출력선(10b) 사이에 접속되고, 다이오드 브리지(DB1)로부터의 직류 전압을 평활한다.
인버터(4)는 파워 모듈(40, 41)과 제어 전원 회로(42)를 구비하고 있다. 파워 모듈(40)은 하이 아암측 트랜지스터(401)와, 로우 아암측 트랜지스터(402)와, 프리 홀 다이오드(403, 404)와, 하이 아암 제어 회로(405)와, 로우 아암 제어 회로(406)와, 부트 콘덴서(407)와, 다이오드(408)와, 저항(409)을 구비하고 있다.
하이 아암측 트랜지스터(401)와 로우 아암측 트랜지스터(402)는 고전위 출력선(10a) 및 저전위 출력선(10b) 사이에서 동일 방향으로 직렬 접속되어 있다. 프리 홀 다이오드(403, 404)는 각각 하이 아암측 트랜지스터(401) 및 로우 아암측 트랜지스터(402)와 역방향으로 병렬 접속되어 있다. 그리고 하이 아암측 트랜지스터(401)와 로우 아암측 트랜지스터(402)의 접속점이 모터(M1)와 접속되어 있다.
하이 아암 제어 회로(405) 및 로우 아암 제어 회로(406)는 각각 하이 아암측 트랜지스터(401) 및 로우 아암측 트랜지스터(402)의 베이스와 접속되어 있다. 그리고 스위치 파형 출력부(6)로부터의 스위치 신호를 하이 아암측 트랜지스터(401), 로우 아암측 트랜지스터(402)에 각각 출력한다.
하이 아암 제어 회로(405)는 제어 전원 회로(42)로부터의 직류 전원이 저항(409), 다이오드(408), 부트 콘덴서(407)를 이 순서로 거쳐서 공급된다. 부트 콘덴서(407)는 하이 아암 제어 회로(405)의 동작 전원, 즉 하이 아암측 트랜지스터(401)에 스위치 신호를 출력하기 위한 동작 전원으로서 기능한다. 또한, 공기 조화기의 운전 개시시는 부트 콘덴서(407)에는 축전되어 있지 않으므로, 운전 개시 전에 부트 콘덴서(407)를 충전할 필요가 있다.
파워 모듈(41)은 파워 모듈(40)과 동일 구성이므로 설명을 생략한다.
위치 검출 센서(7)는 모터(M1)의 회전자(도시하지 않음)의 위치를 검출하여 위치 검출 신호를 스위치 파형 출력부(6)에 출력한다.
인버터 제어부(5)는 도시하지 않는 외부(예를 들어, 실외기 제어부)와 스위치 파형 출력부(6) 사이에 접속되고, 상호 신호를 송수신하여 압축기 구동 장치(17)의 동작을 제어한다.
스위치 파형 출력부(6)는 PWM(Pulse Width Modulation)에 의해 소정의 캐리어 주파수에서 생성된 스위치 신호를 인버터(4)에 출력한다. 인버터(4)는 평활 콘덴서(C1)에 의해 평활된 직류 전류를, 입력된 스위치 신호를 기초로 하여 교류 전류로 변환하고, 인버터(4)로부터 당해 교류 전류가 모터(M1)에 공급된다. 모터(M1)는 당해 교류 전류에 의해 여자되어 회전한다. 그리고 모터(M1)의 회전에 의해 도시하지 않은 부하(예를 들어, 압축기)가 구동된다. 또한, 스위치 파형 출력부(6)는 압축기(11)를 기동할 때의 동기 운전과, 위치 검출 센서(7)로부터의 위치 검출 신호를 기초로 한 위치 검출 운전의 각각에 대응하여 스위치 신호를 인버터(4)에 출력할 수 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서 인버터 제어부(5) 및 스위치 파형 출력부(6)로 이루어지는 부분을 통합하여 스위칭 제어부(8)라고도 호칭한 다. 또한, 위치 센서(7)는 반드시 필요한 것은 아니며, 예를 들어 모터(M1)에 흐르는 전류를 기초로 하여 위치가 검출되어도 좋다.
이러한 구성의 압축기 구동 장치에 있어서, 통상 운전의 개시시는 부트 콘덴서(407)에는 전하가 축전되어 있지 않으므로, 통상 운전의 개시 전에 부트 콘덴서(407)를 충전할 필요가 있다. 또한, 주위 온도가 낮을 때에는 통상 운전의 개시 전에 예비 운전의 하나로서 예열 운전 등을 행하는 경우가 있다. 예열 운전은 통상 운전 전에 스위칭 제어부(8)에 의해 인버터(4)를 동작시키고, 모터(M1)에 전류를 공급하여 모터(M1)를 예열함으로써 실시된다.
여기서, 동일한 캐리어 주파수이면, 부트 콘덴서 충전 동작에서 발생하는 누설 전류는 다른 동작(예열 운전, 통상 운전 등)에서 발생하는 누설 전류에 비해 큰 것이 실험에 의해 판명되었다.
그래서, 다음에 본 압축기 구동 장치의 동작을 설명한다. 본 압축기 구동 장치(17)에 있어서, 통상 운전에 앞서 부트 콘덴서 충전 동작이 행해진다. 구체적으로, 예를 들어 스위칭 제어부(8)는 캐리어 주파수(f1)에서 로우 아암 제어 회로(406)에 스위치 신호를 출력하고, 로우 아암측 트랜지스터(402)를 반복하여 온/오프(ON/OFF)한다. 그러면, 제어 전원 회로(42), 저항(409), 다이오드(408), 부트 콘덴서(407), 로우 아암측 트랜지스터(402)로 이루어지는 폐회로에 전류가 단속적으로 흘러 부트 콘덴서(407)에 전압이 충전된다.
마찬가지로, 스위칭 제어부(8)는 캐리어 주파수(f1)에서 파워 모듈(41)이 갖는 로우 아암 제어 회로(도시하지 않음)에 스위치 신호를 출력하고, 로우 아암측 트랜지스터(도시하지 않음)를 반복하여 온/오프한다. 그러면, 파워 모듈(41)이 갖는 부트 콘덴서(도시하지 않음)에 전압이 충전된다.
그리고 부트 콘덴서 충전 동작이 종료되면, 스위칭 제어부(8)는 일단 스위치 신호의 출력을 정지하고, 그 후 신속하게 캐리어 주파수[f2(> f1)]에서 통상 운전으로 이행한다. 본 제1 실시 형태에 있어서는, 통상 운전에 앞서 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작을, 통상 운전에서 이용하는 캐리어 주파수(f2)보다도 낮은 캐리어 주파수(f1)에서 실행한다. 도2는 상술한 동작에서 발생하는 누설 전류를 나타내는 도면이다. 또한, 비교를 위해 도3에 캐리어 주파수(f2)에서 부트 콘덴서 충전 동작을 행하고, 계속해서 캐리어 주파수(f2)에서 통상 운전을 행할 때에 발생하는 누설 전류를 나타낸다.
도2 및 도3에 나타내는 바와 같이, 통상 운전에 앞서 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작에서 이용하는 캐리어 주파수(f1)를 통상 운전에서 이용하는 캐리어 주파수(f2)보다도 낮게 함으로써, 부트 콘덴서 충전 동작에서 발생하는 누설 전류를 저감할 수 있어 소정의 기준치를 하회할 수 있다. 이것은 캐리어 주파수를 낮게 함으로써, 누설 전류의 경로에 있는 기생 정전 용량(예를 들어, 압축기의 내부에 저류된 액 냉매가 유전체로서 기능함)의 임피던스가 상승하기 때문이라고 생각된다. 또한, 부트 콘덴서 충전 동작에서 발생하는 누설 전류는 다른 동작에서 발생하는 누설 전류에 비해 크기 때문에, 본 제1 실시 형태에 따르면 특히 누설 전류의 저감 효과가 크다. 또한, 여기서 말하는 기준치라 함은, 예를 들어 압축기 구동 장치에 설치된 누전 브레이커(도시하지 않음)가 동작할 때의 기준치이다.
다음에, 통상 운전 전에 예열 운전을 실행하는 경우에 대해 서술한다. 예열 운전의 개시시에는 부트 콘덴서에 전하가 축적되어 있지 않으므로, 역시 예열 운전에 앞서 부트 콘덴서 충전 동작이 실행된다. 이때, 캐리어 주파수(f1)에서 부트 콘덴서 충전 동작을 실행한 후 일단 정지하고 그 후 신속하게 캐리어 주파수(f1)에서 예열 운전을 실행하는 형태가 고려된다. 이때, 부트 콘덴서 충전 동작 및 예열 운전에서 발생하는 누설 전류는 기준치를 하회하고 있다.
여기서, 부트 콘덴서 충전 동작에서 발생하는 누설 전류를 소정의 기준치 이하까지 저감시키기 위해 캐리어 주파수(f1)에서 충전 동작을 실행한 경우, 예열 운전에서 발생하는 누설 전류를 소정의 기준치 이하까지 저감시키기 위해서는 반드시 캐리어 주파수(f1)에서 예열 운전을 실행할 필요는 없다. 캐리어 주파수[f3(f1 < f3)]에서 예열 운전을 실행하면 예열 운전에서 발생하는 누설 전류를 소정의 기준치 이하로 하는 것이 가능하다.
그리고 캐리어 주파수가 낮아짐에 따라 모터(M1)의 소음이 커지는 것을 감안하면, 예열 운전의 캐리어 주파수가 부트 콘덴서 충전 동작의 캐리어 주파수보다도 높은 경우, 예열 운전에서 발생하는 모터(M1)의 소음을 저감할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 있어서는 인버터(4)로부터 단상 교류가 단상 모터(M1)에 출력되는 형태로 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 인버터(4)로부터 3상 교류가 3상 모터(M1)에 출력되어도 좋다.
또한, 통상 운전 전에 실행되는 예비 운전으로서 예열 운전을 이용하여 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 압축기 구동 장치가 공기 조화기 에 이용되는 형태이면, 압축기에 저류된 액 냉매를 냉매 회로로 배출하기 위한 액 배출 운전(상세한 것은 제2 실시 형태에서 서술함)이라도 좋다. 예열 운전과 액 배출 운전을 실행하는 경우이면, 부트 콘덴서 충전 동작시의 캐리어 주파수를 예비 운전(예열 운전 및 액 배출 운전)에서 이용되는 캐리어 주파수 중에서 가장 작게 하면 좋다.
<제2 실시 형태>
{공기 조화기의 구성}
본 발명에 관한 인버터 압축기의 운전 방법 및 압축기 구동 장치의 제2 실시 형태에 대해 이하에 설명한다. 도4는 공기 조화기의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 본 공기 조화기는 실외기(1)와, 실내기(2)와, 액 냉매 연락 배관(31)과, 가스 냉매 연락 배관(32)과, 리모콘(3)을 구비하고 있다. 실외기(1) 및 실내기(2)는 액 냉매 연락 배관(31) 및 가스 냉매 연락 배관(32)의 각각에 의해 상호 접속되어, 공기 조화기의 냉매 회로를 구성하고 있다. 또한, 복수의 실내기(2)가 실외기(1)와 병렬로 이어져 있어도 좋다.
실외기(1)는 압축기(11)와, 압축기 구동 장치(17)와, 실외기 제어부(12)와, 어큐뮬레이터(13)와, 팬(14)과, 열교환기(15)와, 사방 밸브(16)를 구비하고 있다. 실내기(2)는 팽창 밸브(21)와, 실내기 제어부(22)와, 팬(24)과, 열교환기(25)를 구비하고 있다.
압축기(11)는 압축기 구동 장치(17)에 의해 구동되고, 냉매를 압축하여 토출한다. 압축기 구동 장치(17)의 구성은 도1에 나타낸 구성과 동일하다. 또한, 인 버터 제어부(5)는 실외기 제어부(12)와 스위치 파형 출력부(6) 사이에 접속되어 있다.
사방 밸브(16)는 냉매의 흐름을 절환하기 위한 밸브이다. 그리고 냉방 운전시에는 열교환기(15)를 압축기(11)에 있어서 압축되는 냉매의 응축기로서, 열교환기(25)를 열교환기(15)에 있어서 응축되는 냉매의 증발기로서 각각 기능시키기 위해, 사방 밸브(16)는 압축기(11)의 토출측의 냉매 배관(33a)과 열교환기(15)의 가스측의 냉매 배관(33b)을 접속하는 동시에, 압축기(11)의 흡입측의 냉매 배관(33c)[구체적으로는, 어큐뮬레이터(13)의 흡입측의 냉매 배관(33d)]과 가스 냉매 연락 배관(32)을 접속한다[도1의 사방 밸브(16)의 실선].
또한, 난방 운전시에는 열교환기(25)를 압축기(11)에 있어서 압축되는 냉매의 응축기로서, 열교환기(15)를 열교환기(25)에 있어서 응축되는 냉매의 증발기로서 각각 기능시키기 위해, 사방 밸브(16)는 냉매 배관(33a)과 가스 냉매 연락 배관(32)을 접속하는 동시에, 냉매 배관(33d)과 냉매 배관(33b)을 접속한다[도1의 사방 밸브(16)의 점선].
어큐뮬레이터(13)는 압축기(11)의 흡입측과 사방 밸브(16) 사이에서 접속되고, 냉매 회로에 발생하는 잉여 냉매를 저류하는 것이 가능한 용기이다.
팬(14)은 외기를 흡입하여 열교환기(15)로 공급하고, 외기와 열교환기(15)를 흐르는 냉매와의 사이에서 열교환을 촉진시킨다.
실외기 제어부(12)는 리모콘(3)과, 실내기 제어부(22)와, 팬(14)과, 사방 밸브(16)와, 압축기 구동 장치(17)와 전기적으로 접속되어 있다. 실외기 제어부(12) 는 리모콘(3)으로부터의 지령(예를 들어, 난방 운전, 냉방 운전을 지정하는 지령 등)을 받아 팬(14)과 사방 밸브(16)와 압축기 구동 장치(17)를 제어하는 동시에, 당해 지령을 기초로 하여 실내기 제어부(22)에 제어 신호를 출력할 수 있다.
팽창 밸브(21)는 가스 냉매 연락 배관(31) 상의 열교환기(15, 25) 사이에 접속되어, 응축기로서 기능하는 열교환기로부터 송출된 액 냉매를 압축하여 팽창시켜 증발기로서 기능하는 열교환기로 보낸다.
팬(24)은 외기를 흡입하여 열교환기(25)로 공급하고, 외기와 열교환기(25)를 흐르는 냉매와의 사이에서 열교환을 촉진시킨다.
실내기 제어부(22)는 리모콘(3)과, 실외기 제어부(12)와, 팽창 밸브(21)와, 팬(24)과 전기적으로 접속되어 있다. 실내기 제어부(22)는 리모콘(3)으로부터의 지령을 모니터하거나, 실외기 제어부(12)로부터의 제어 신호를 기초로 하여 팽창 밸브(21)의 개방도나 팬(24)의 회전수를 제어할 수 있다. 또한, 팽창 밸브(21)는 반드시 실내기(2)에 설치될 필요는 없고, 실외기(1)에 설치되어 있어도 좋다.
{압축기의 운전 방법의 개요}
계속해서, 본 압축기 구동 장치의 운전 방법에 대해 도5를 참조하여 개략 설명한다. 상세한 것은 이후에 서술한다. 도5는 각 운전 모드에 발생하는 누설 전류를 나타내는 도면이다. 도5에 나타내는 바와 같이, 본 공기 조화기에 있어서는 통상 운전에 앞서 부트 콘덴서 충전 동작과 액 배출 운전(예비 운전에 상당)이 실행된다.
부트 콘덴서 충전 동작이라 함은 인버터(4)가 갖는 부트 콘덴서의 충전 동작 이다. 구체적으로는, 스위치 파형 출력부(6)가 스위치 신호를 인버터(4)에 출력하고, 예를 들어 로우 아암측 트랜지스터의 온/오프를 반복 절환하여 실행된다(도1 참조). 도5에 나타내는 바와 같이, 이 부트 콘덴서 충전 동작에서 발생하는 누설 전류는 다른 운전 모드에 비해 크다.
또한, 부트 콘덴서에 축전된 전압은 모터(M1)의 정지에 의해 방전되므로, 부트 콘덴서 충전 동작은 운전이 일단 정지되고 다시 운전을 개시할 때마다 실행된다(도5에 있어서의 통상 운전시의 부트 콘덴서 충전 동작을 참조). 또한, 누설 전류 저감을 위해 액 배출 운전 전에 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작의 캐리어 주파수는 통상 운전시에 비해 작은 값이 이용된다.
액 배출 운전이라 함은 냉매 정체를 해소하기 위한 운전이다. 액 냉매는 압축기(11)로부터의 누설 전류의 경로에 있어서의 부유 용량(제1 실시 형태에서 서술한 누설 전류의 경로에 있는 기생 정전 용량)의 유전체로서 기능한다. 따라서 통상 운전 전에 압축기(11)를 저속으로 동작시켜, 압축기(11)의 내부에 저류된 액 냉매를 냉매 배관(33a)(도4 참조)으로 배출한다. 액 배출 운전은 당해 부유 용량을 저감시키기 때문에 누설 전류의 저감에 기여한다. 또한, 누설 전류 저감을 위해 액 배출 운전의 캐리어 주파수도 통상 운전시에 비해 작은 값이 이용된다. 캐리어 주파수가 낮을수록 당해 부유 용량의 임피던스가 높아지기 때문이다.
또한, 부트 콘덴서 충전 동작의 캐리어 주파수는 액 배출 운전의 캐리어 주파수 이하로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 부트 콘덴서 충전 동작시에 발생하는 누설 전류는 다른 동작에서 발생하는 누설 전류보다도 크다. 그리고 특히 액 배출 운전 전에 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작에서는, 압축기(11)로부터의 누설 전류의 경로에 있어서의 부유 용량이 액 냉매에 의해 높여져 있으므로, 이 경우라면 누설 전류의 저감 효과가 높다.
압축기(11)의 내부에 저류된 액 냉매가 충분히 냉매 배관으로 배출되면, 캐리어 주파수를 서서히 통상 운전시에 이용되는 값으로 단조 증가시키면서 통상 운전으로 이행한다. 환언하면, 액 배출 운전의 동작을 속행하면서 캐리어 주파수를 상승시켜, 캐리어 주파수가 통상 운전시의 값에 도달하였을 때에 통상 운전을 개시한다. 또한, 액 배출 운전에 대해서는 이후에 상세하게 서술한다.
따라서 액 배출 운전의 완료 후에 압축기(11)[모터(M1)]를 정지하지 않고 통상 운전으로 이행할 수 있다. 액 배출 운전의 완료 후에 압축기(11)[모터(M1)]를 일단 정지하고 캐리어 주파수를 변경하여 통상 운전으로 이행하는 경우와 비교하여, 액 배출 운전과 통상 운전 사이에 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작을 생략할 수 있어 누설 전류를 저감시킬 수 있다.
또한, 액 배출 운전에 의해 압축기(11)의 내부에는 차압이 발생한다. 액 배출 운전의 완료 후에 일단 압축기(11)[모터(M1)]를 정지하고 통상 운전을 실행하면, 압축기(11)의 내부에 발생한 차압에 기인하여 압축기(11)에 기동 문제가 발생할 가능성이 있다. 그러나 본 운전 방법에서는 액 배출 운전의 완료 후에 압축기(11)의 동작을 정지하지 않고 통상 운전으로 이행하므로, 당해 차압에 기인한 압축기(11)의 기동 문제를 해소할 수 있다.
{압축기의 운전 방법의 상세}
다음에, 액 배출 운전에 있어서의 본 압축기 구동 장치(17)의 구체적인 동작에 대해 설명한다. 도6은 압축기 구동 장치(17)의 액 배출 운전시의 동작의 흐름을 나타내는 흐름도이고, 도7은 당해 동작에 이용되는 파라미터의 상태를 나타내는 도면이다.
우선, 액 배출 운전시에 이용되는 파라미터(도7 참조)에 대해 설명한다. 액 배출 운전 지시는 액 배출 운전을 개시할 때에 실외기 제어부(12)로부터 인버터 제어부(5)에 출력하는 파라미터이며, 액티브 H이다. 액 배출 운전 플래그, 압축기 운전 플래그, 액 배출 운전 완료 플래그는 인버터 제어부(5)에 의해 재기록 가능하며, 각각 실외기 제어부(12) 및 스위치 파형 출력부(6)에 출력 가능하다. 위치 검출 운전 플래그는 스위치 파형 출력부(6)에 의해 재기록 가능하며, 인버터 제어부(5)에 출력 가능하다.
회전수 지령은 모터(M1)의 회전수를 지령하는 신호로, 실외기 제어부(12)가 인버터 제어부(5)에 출력하고, 인버터 제어부(5)가 스위치 파형 출력부(6)에 출력한다. 운전 지령은 모터(M1)[압축기(11)]의 운전을 지시하는 신호로, 인버터 제어부(5)가 스위치 파형 출력부(6)에 출력한다. 또한, 각 파라미터는 초기적으로 저전위(L 혹은 "0")이다. 또한, 도7에는 액 배출 운전시에 이용되는 캐리어 주파수와 모터(M1)의 실제 회전수도 나타내고 있다.
다음에, 도6을 참조하여 구체적 동작에 대해 설명한다. 우선, 스텝 S1에서 실외기 제어부(12)는 액 배출 운전 지시를 H로 높여 인버터 제어부(5)에 출력한다. 또한, 도7에 나타내는 액 배출 운전 지시는 H로 높여진 시점으로부터 나타내고 있 다.
다음에, 스텝 S2에서 인버터 제어부(5)는 조건 : 압축기 운전 플래그 = 0, 또한 액 배출 운전 지시 = 있음(H), 또한 액 배출 운전 완료 플래그 = 0을 충족시키고 있다고 판단하면, 액 배출 운전 플래그를 1로 한다. 또한, 도7에 나타내는 액 배출 운전 플래그는 1이 된 시점으로부터 나타내고 있다. 그리고 시각 t1에서 압축기 운전 플래그를 1로 한다.
다음에, 스텝 S3에서 실외기 제어부(12)는 조건 : 액 배출 운전 지시 = 있음(H), 또한 압축기 운전 플래그 = 1을 충족시키고 있다고 판단하면, 액 배출 운전시의 모터(M1)의 회전수를 지시하는 회전수 지령(예를 들어, 25 rps)을 인버터 제어부(5)에 출력한다(도7에 있어서의 시각 t1 참조). 동시에, 도시하지 않은 타이머 회로 등에 의해 액 배출 운전 타이머를 세팅한다.
다음에, 스텝 S4에서 인버터 제어부(5)는 조건 : 압축기 운전 플래그 = 1, 또한 액 배출 운전 지시 = 있음(H), 또한 액 배출 운전 플래그 = 1, 또한 액 배출 운전 완료 플래그 = 0을 충족시키고 있다고 판단하면, 운전 지령 및 당해 회전수 지령을 스위치 파형 출력부(6)에 출력한다(도7에 있어서의 시각 t1 참조).
스위치 파형 출력부(6)는 기동 운전 패턴에 의한 스위치 신호를 인버터(4)에 출력하여 동기 운전에 의해 모터(M1)를 구동한다. 그리고 당해 모터(M1)의 회전에 의해 압축기(11)가 구동된다. 또한, 이때의 캐리어 주파수는 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 기정값이 이용된다.
다음에, 스텝 S5에서, 예를 들어 액 배출 운전 개시 시점으로부터 소정의 시 간 경과 후에 스위치 파형 출력부(6)는 동기 운전으로부터, 위치 검출 센서(7)로부터의 위치 검출 신호를 기초로 한 위치 검출 운전으로 이행하는 동시에 위치 검출 운전 플래그를 1로 한다(도7에 있어서의 시각 t2 참조). 여기서, 위치 검출 운전 이행 후에, 인버터 제어부(5)가 회전수 지령을 상승시켜 모터(M1)[압축기(11)]의 회전수를 높여도 좋다. 이 점에 대해서는 후술한다.
다음에, 스텝 S6에서 실외기 제어부(12)는 액 배출 타이머가 미리 설정된 시간 T1을 초과하고 있는지 여부를 판단하여, 초과하고 있지 않으면 스텝 S5를 실행하고, 초과하고 있으면 스텝 S7을 실행한다. 또한, 시간 T1은 액 배출 운전이 종료되는 데 충분한 시간이다.
스텝 S7에서 실외기 제어부(12)는 액 배출 운전 지시를 L로 낮춘다.
다음에, 스텝 S8에서 인버터 제어부(5)는 조건 : 압축기 운전 플래그 = 1, 또한 위치 검출 운전 플래그 = 1, 또한 액 배출 운전 플래그 = 1, 또한 액 배출 운전 지시 = 없음(L)을 충족시키고 있다고 판단하면, 액 배출 운전 플래그를 0으로 하여 스위치 파형 출력부(6)에 출력하는 동시에, 도시하지 않은 타이머 회로 등에 의해 액 배출 운전 후 대기 시간 타이머를 세팅한다.
스위치 파형 출력부(6)는 조건 : 액 배출 운전 플래그 = 0, 또한 회전수 지령 ≠ 0을 충족시킨다고 판단하면, 도시하지 않은 타이머 회로 등에 의해 캐리어 주파수 변경 시간 타이머를 세팅한다.
다음에, 스텝 S9에서 스위치 파형 출력부(6)는 캐리어 주파수를 소정의 비율로 상승시킨다(도7에 있어서 시각 t3 참조). 이때, 모터(M1)의 회전수는 변경하지 않는다.
다음에, 스텝 S10에서 스위치 파형 출력부(6)는 캐리어 주파수 변경 시간 타이머가 미리 설정된 시간 T2를 초과하고 있는지 여부를 판단하여, 초과하고 있지 않으면 다시 스텝 S9를 실행하고, 초과하고 있으면 스텝 S11을 실행한다. 여기서, 시간 T2는 캐리어 주파수가 액 배출 운전시의 값으로부터 통상 운전시의 값으로 상승하기 위해 필요한 시간이다.
다음에, 스텝 S11에서 인버터 제어부(5)는 액 배출 운전 후 대기 시간 타이머가 미리 설정된 시간 T3(> T2)을 초과하고 있는지 여부를 판단하여, 초과하고 있지 않으면 다시 스텝 S10을 실행하고, 초과하고 있으면 스텝 S12를 실행한다.
스텝 S12에서 인버터 제어부(5)는 액 배출 운전 완료 플래그를 1로 하여 실외기 제어부(12)에 출력한다(도7에 있어서의 시각 t4 참조).
다음에, 스텝 S13에서 실외기 제어부(12)는 조건 : 액 배출 운전 완료 플래그 = 1을 충족시키고 있다고 판단하면, 통상 운전으로 이행하여 원하는 회전수 지령을 인버터 제어부(5)에 출력한다. 인버터 제어부(5)는 당해 회전수 지령을 스위치 파형 출력부(6)에 출력하고, 스위치 파형 출력부(6)는 당해 회전수 지령을 기초로 하여 스위치 신호를 인버터(4)에 출력한다.
여기서, 상술한 각 스텝에 있어서 어떠한 문제에 의해 조건을 충족시키지 않는다고 판단한 경우에는 운전을 정지하면 된다.
또한, 실외기 제어부(12), 인버터 제어부(5), 스위치 파형 출력부(6)로 이루어지는 부분을 제어부라 간주할 수 있다.
이상과 같이, 압축기를 정지하지 않고 액 배출 운전으로부터 통상 운전으로 이행하기 때문에, 액 배출 운전과 통상 운전의 사이에서 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작을 생략할 수 있다. 또한, 액 배출 운전에 의해 발생하는 압축기(11)의 내부의 차압에 기인한 문제를 해소할 수 있다.
또한, 도7에 있어서 모터(M1)의 실제 회전수로 나타내는 바와 같이, 미리 회전수를 높인 상태로부터 통상 운전이 실시되므로, 통상 운전에 있어서 원하는 회전수에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 시간 T1은 액 배출 운전이 종료되는 데 충분한 시간이라고 하여 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 시간 T1 + T3 내에 액 배출 운전을 종료해도 좋다.
또한, 액 배출 운전에 있어서 위치 검출 운전으로 이행하고 있으므로, 위치 검출 운전의 이행 후에 모터(M1)의 회전수를 상승시켜도 상관없다. 도8의 (b)는 액 배출 운전에 있어서의 위치 검출 운전에서 회전수를 상승시킨 경우의 회전수 지령 및 실제 회전수를 나타내는 도면이고, 도8의 (a)는 비교를 위해 도7에 있어서의 회전수 지령 및 실제 회전수를 나타내는 도면이다.
도8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 액 배출 운전에 있어서의 위치 검출 운전의 이행 후, 예를 들어 시각 t2'에(도6에 있어서의 스텝 S5에서), 인버터 제어부(5)가 회전수 지령을 상승시켜 스위치 파형 출력부(6)에 출력하여 모터(M1)의 실제 회전수를 상승시킨다. 또한, 실외기 제어부(12)가 회전수 지령을 상승시켜도 좋다. 이 경우, 액 배출 운전에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 또한, 액 배출 운전 중에 회전수를 상승시키고 있으므로, 통상 운전에 있어서 원하는 회전수에 도달할 때까지의 시간을 더욱 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 스텝 S9에서 캐리어 주파수를 소정의 비율로 증가시키고 있었지만 이에 한정되지 않고, 예를 들어 도9의 (a) 내지 도9의 (d)에 나타내는 바와 같이 증가시켜도 상관없다. 즉, 도9의 (a)에 나타내는 바와 같이 캐리어 주파수를 계단 형상으로 증가시켜도 좋다. 도9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 캐리어 주파수의 증가 곡선이 아래로 볼록해지도록 증가시켜도 좋다. 도9의 (c)에 나타내는 바와 같이, 캐리어 주파수의 증가 곡선이 위로 볼록해지도록 증가시켜도 좋다. 도9의 (d)에 나타내는 바와 같이, 캐리어 주파수를 계단 형상으로 증가시켜도 좋다.
단, 예를 들어 도9의 (a)에 나타내는 바와 같은 급격한 캐리어 주파수의 변화는 제어의 불안정성을 야기시킬 가능성이 있다. 따라서 도7의 (b) 내지 도7의 (d)에 나타낸 형태 및 스텝 S9에서 서술한 형태와 같이, 일정한 기간을 소비하여 캐리어 주파수를 증가시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 제2 실시 형태에 있어서는 인버터(4)가 단상 교류를 단상 모터(M1)에 출력하는 형태로 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 인버터(4)가 3상 교류를 3상 모터(M1)에 출력해도 좋다.
<변형예>
본 제2 실시 형태에 있어서는, 액 배출 운전을 예로 들어 설명하고 있지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 예열 운전시에 적용할 수도 있다. 예열 운전 은 모터(M1)[압축기(11)]를 예열하기 위한 운전이다. 이 경우도, 누설 전류 저감을 위해 캐리어 주파수를 통상 운전시의 값보다 낮은 값을 이용한다.
그리고 예열 운전의 목적을 달성하였을 때에, 예열 운전을 정지하지 않고 캐리어 주파수를 통상 운전시의 값으로 변경함으로써 예열 운전과 통상 운전 사이에 실행되는 부트 콘덴서 충전 동작을 생략할 수 있어 누설 전류를 저감시킬 수 있다.
본 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은 모든 국면에 있어서 예시이며, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것이라 해석 바란다.

Claims (14)

  1. 하이 아암측 스위치(401)와, 상기 하이 아암측 스위치로 스위치 신호를 출력하기 위한 동작 전원으로서 기능하는 부트 콘덴서(407)를 갖는 인버터(4)로부터 교류 전류가 공급되는 모터(M1)에 의해 구동되고, 냉매를 압축하는 인버터 압축기(11)의 운전 방법이며,
    상기 압축기의 통상 운전에 앞서 실행되는 상기 부트 콘덴서의 충전 동작을 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하는 인버터 압축기의 운전 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작시의 캐리어 주파수는 상기 통상 운전에 앞서 실행되는 예비 운전시의 캐리어 주파수와 동일하거나 혹은 낮은 인버터 압축기의 운전 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작과 상기 통상 운전 사이에서 예비 운전을, 상기 예비 운전을 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하고, 캐리어 주파수를 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수까지 단조 비감소에 의해 증가시키면서 통상 운전으로 이행하는 인버터 압축기의 운전 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 예비 운전은 상기 압축기(11)의 내부에 저류되는 상기 냉매를 배출하는 액 배출 운전인 인버터 압축기의 운전 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작시에 이용하는 캐리어 주파수는 상기 예비 운전시의 캐리어 주파수 이하인 인버터 압축기의 운전 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작시에 이용하는 캐리어 주파수는 상기 예비 운전시의 캐리어 주파수 이하인 인버터 압축기의 운전 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 운전을 실행하고 있는 동안에 상기 모터(M1)의 회전수를 상승시키는 인버터 압축기의 운전 방법.
  8. 냉매를 압축하는 압축기를 구동하는 압축기 구동 장치이며,
    상기 압축기를 구동하는 모터(M1)와,
    하이 아암측 스위치(401)와, 상기 하이 아암측 스위치로 스위치 신호를 출력하기 위한 동작 전원으로서 기능하는 부트 콘덴서(407)를 갖고, 상기 모터에 교류 전류를 공급하는 인버터(4)와,
    상기 인버터에 대해, 상기 압축기의 통상 운전에 앞선 상기 부트 콘덴서의 충전 동작을 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하는 제어부(5, 6)를 구비하는 압축기 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작의 캐리어 주파수는 상기 통상 운전에 앞서 실행되는 예비 운전시의 캐리어 주파수와 동일하거나 혹은 낮은 압축기 구동 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제어부(5, 6)는 상기 인버터(4)에 대해 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작과 상기 통상 운전 사이에서 예비 운전을, 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수보다 낮은 캐리어 주파수에서 실행하고, 캐리어 주파수를 상기 통상 운전시의 캐리어 주파수까지 단조 비감소에 의해 증가시키면서 통상 운전으로 이행시키는 압축기 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 예비 운전은 상기 압축기(11)의 내부에 저류되는 상기 냉매를 배출하는 액 배출 운전인 압축기 구동 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작을 행할 때에 이용하는 캐리어 주파수는 상기 예비 운전을 행할 때에 이용하는 캐리어 주파수 이하인 압축기 구동 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 부트 콘덴서(407)의 충전 동작을 행할 때에 이용하는 캐리어 주파수는 상기 예비 운전을 행할 때에 이용하는 캐리어 주파수 이하인 압축 기 구동 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부(5, 6)는 상기 예비 운전을 실행하고 있는 동안에 상기 모터의 회전수를 상승시키는 압축기 구동 장치.
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