WO2017163451A1 - ヒートポンプ機器 - Google Patents

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WO2017163451A1
WO2017163451A1 PCT/JP2016/075784 JP2016075784W WO2017163451A1 WO 2017163451 A1 WO2017163451 A1 WO 2017163451A1 JP 2016075784 W JP2016075784 W JP 2016075784W WO 2017163451 A1 WO2017163451 A1 WO 2017163451A1
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converter
voltage
heat pump
control unit
inverter
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健太 山本
加藤　裕二
正樹 金森
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東芝キヤリア株式会社
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • Embodiment of this invention is related with the heat pump apparatus provided with the refrigerating cycle which used the compressor.
  • a heat pump device in which a DC voltage boosted to a desired voltage is supplied to an inverter from a converter connected to a three-phase AC power source, which is a system power source, and a compressor motor of the heat pump device is driven at a variable speed by this inverter.
  • switching elements provided in the current path are switched (ON / OFF) at a high frequency.
  • the converter performs switching of the switching element, that is, feedback control for adjusting the on / off timing and the period thereof so that the output voltage becomes a desired target voltage.
  • the inverter feedback-controls switching of the switching element so that the rotational speed of the compressor matches the target value.
  • harmonic current is generated by switching of the switching element.
  • Harmonics generated in equipment that is the load of the system power supply may cause resonance on the system power supply side depending on the impedance state of the system power supply. Therefore, there is known a system power supply resonance suppression device that detects the occurrence of resonance of the system power supply and provides a switch on / off signal to a switch that opens and closes the reactive power suppression phase advance capacitor so as to suppress this.
  • This system power supply resonance suppression device captures harmonic voltage and harmonic current, and shifts the resonance frequency with a phase advance capacitor for reactive power suppression.
  • the reactive power suppressing phase advance capacitor includes three types of capacitors having different capacitor capacities.
  • the reactive power suppressing phase advance capacitor combines these three types of capacitors to change the capacitor capacity of the entire phase advance capacitor stepwise. As a result, the conventional system power supply resonance suppression device changes the impedance of the current path and prevents the occurrence of resonance.
  • the above-described system power supply resonance suppression device requires a plurality of capacitors, resulting in an increase in the number of parts, an increase in mounting space, and an increase in cost.
  • the capacitor capacity of the phase advance capacitor when the capacitor capacity of the phase advance capacitor is changed, at least one capacitor is disconnected from the system.
  • the capacitor disconnected from this system is only an extra part unless connection is restored to the system, occupying extra space and extra cost.
  • the embodiment according to the present invention proposes a heat pump device that can suppress the increase in the number of parts, the mounting space, and the cost and avoid the resonance of the power source.
  • the heat pump device includes a compressor that compresses a refrigerant, a converter that converts the voltage of an AC power source into DC that is boosted by switching, and an inverter that converts the DC output of the converter into AC and supplies the compressor to the compressor
  • a voltage detection unit that detects an input voltage of the converter, a stop control unit that stops the operation of the converter and the inverter when resonance occurs in the voltage detected by the voltage detection unit, and the resonance
  • a compressor that compresses the refrigerant including a limit control unit that commands to limit the input current to the converter to avoid, and a manually operable input unit that commands to operate the limit control unit Yes.
  • the input unit of the heat pump device is a remote controller of the heat pump device having a plurality of operation buttons, and the operation command to the restriction control unit is a special operation button of the remote controller.
  • the operation is performed, and the input unit is a changeover switch provided in the controller of the heat pump device, and the operation command to the limit control unit is based on the operation of the changeover switch. There may be.
  • the heat pump device includes an operation prohibiting unit that prohibits re-operation of the converter and the inverter until the operation command is received after the stop control unit stops the operation of the converter and the inverter. May be provided.
  • the heat pump device receives the restriction command from the restriction control unit, controls the output frequency so that the input current of the inverter does not exceed a predetermined value, and prevents the resonance from occurring in the converter.
  • An inverter control unit that limits the input current may be provided.
  • the circuit and control block diagram of the heat pump apparatus which concern on 1st Embodiment of this invention The figure which shows notionally the resonance countermeasure of the heat pump apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the wave form diagram which shows the state which resonance produced in the power supply voltage of the heat pump apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • the heat pump device 101 includes a refrigeration cycle for performing air conditioning or cooling.
  • the refrigeration cycle includes a heat exchanger 102 that absorbs heat, a heat exchanger 103 that dissipates heat, an expansion device 105 provided between the two heat exchangers 102 and 103, and a refrigerant for each of the heat exchangers 102 and 103 and the expansion device.
  • Compressor 3 distributed to 105 is provided.
  • the compressor 3 is driven by a DC brushless motor 6.
  • FIG. 1 is a circuit diagram for driving a compressor of a heat pump device according to the first embodiment of the present invention and its control block diagram.
  • the drive device 1 includes a DC brushless motor 6 (hereinafter referred to as “motor 6” or “DC motor 6”) that rotates a compression mechanism in a compressor 3 of a heat pump device.
  • the driving device 1 converts the voltage of the AC power source 2 into a DC voltage, converts the DC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency, and outputs the AC voltage as driving power for the motor 6.
  • AC power supply 2 is a commercial three-phase AC power supply.
  • the AC power source 2 has an impedance 5 (hereinafter referred to as “power source impedance 5”).
  • the power source impedance 5 differs depending on the region, place, connected equipment, and the like.
  • the motor 6 has a stator (armature, not shown) having a plurality of phase windings Lu (not shown), Lv (not shown), and Lw (not shown), and a plurality of, for example, 4-pole permanent magnets embedded therein.
  • a rotor (rotor, not shown) is provided. The rotor rotates by the interaction between the magnetic field generated by the current flowing through the phase windings Lu, Lv, and Lw and the magnetic field generated by each permanent magnet of the stator.
  • the driving device 1 includes a converter 11, a smoothing capacitor 12, an inverter 13, and a controller 15 (MCU: “Micro Control Unit”) as a control unit.
  • MCU Micro Control Unit
  • the converter 11 converts the voltage of the AC power supply 2 into a DC voltage boosted by switching.
  • the converter 11 only needs to perform any one of boosting of the output voltage, power factor improvement, and high frequency reduction.
  • the converter 11 is, for example, a chopper boost converter or a PWM converter.
  • the converter 11 according to the present embodiment is a chopper boost converter.
  • the converter 11 includes an EMI removal filter 21, a rectifier circuit 29 having a diode 22 to a diode 27 connected to the AC power supply 2 through the EMI removal filter 21, and a boost chopper circuit 31 connected to the rectifier circuit 29. I have.
  • the converter 11 performs full-wave rectification on the output voltage of the AC power supply 2 by the rectifier circuit 29, boosts it by the boost chopper circuit 31, and converts it into a DC voltage.
  • the converter 11 can also output a direct current that has been full-wave rectified by the rectifier circuit 29 by stopping the switching of the step-up chopper circuit 31.
  • the rectifier circuit 29 includes a set of diodes 22 and 23 connected in series, a set of diodes 24 and 25 connected in series, and a set of diodes 26 and 27 connected in series. Are connected in parallel.
  • One phase of the three-phase power of the AC power supply 2 is supplied to a connection point of a set of diodes connected in series.
  • the cathode end side of the diode in each series connection is commonly connected to the positive output end of the rectifier circuit 29, and the anode end side in each series connection is commonly connected to the negative output end of the rectifier circuit 29. Yes.
  • the step-up chopper circuit 31 is connected to the output of the rectifier circuit 29, and controls charging / discharging of the current accumulated in the reactor 32 according to the reactor 32 that accumulates current and the pulse width of the pulse signal output by the controller 15 (
  • a switching element 33 that performs PWM control (Pulse Width Modulation), and a reverse current blocking diode 34 (chopper diode) that flows current to the output side and conversely prevents backflow of current from the output side are provided.
  • the switching element 33 is, for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).
  • the switching element 33 may be a self-extinguishing semiconductor element, and may be an IGBT (Insulated Gate Gate Bipolar Transistor) or a bipolar transistor.
  • the positive output terminal of the rectifier circuit 29 is connected to one end side of the reactor 32.
  • the other end side of the reactor 32, the drain side of the switching element 33, and the anode side of the backflow prevention diode 34 are connected to each other.
  • the negative output terminal of the rectifier circuit 29 is connected to the source side of the switching element 33.
  • a parasitic diode is connected to the switching element 33 in parallel. When a MOSFET is used as the switching element 33, the parasitic diode functions as a backflow prevention diode.
  • a smoothing capacitor 12 that smoothes the output of the converter 11 is connected between the cathode terminal of the chopper diode 34 of the boost chopper circuit 31 and the negative output terminal of the rectifier circuit 29.
  • the inverter 13 converts the output voltage of the converter 11 into an AC voltage and supplies the AC voltage to the motor 6.
  • the inverter 13 converts the output voltage of the converter 11 (the voltage of the smoothing capacitor 12) into a three-phase AC voltage having a predetermined frequency and outputs it.
  • the output frequency of the inverter 13 is instructed from a controller (not shown) of the heat pump apparatus 101 at the upper level according to the heat load on the refrigeration cycle side.
  • the output terminal of the inverter 13 is connected to the phase windings Lu, Lv, Lw of the motor 6.
  • a current detector 35 In the energization path between the positive output terminal of the rectifier circuit 29 and the reactor 32 of the step-up chopper circuit 31, a current detector 35 is provided.
  • the current detection unit 35 detects the output current of the rectifier circuit 29 and outputs a detection signal corresponding to the output current to the controller 15.
  • the current value (DC current I) detected by the current detector 35 is used for controlling the converter 11 and the inverter 13.
  • the converter 11 is provided with a voltage detector 36 in parallel in any one of the three phases of the rectifier circuit 29.
  • the voltage detection unit 36 detects the voltage (the output voltage of the AC power supply 2 that has passed through the EMI removal filter 21) input to the rectifier circuit 29, and sends a detection signal corresponding to this input voltage to the controller 15. Output.
  • the voltage detection unit 36 attaches two or more resistors 37 and 38 connected in series to the rectifier circuit 29 in parallel, and detects the voltage across one of the resistors with a differential amplifier or an insulation amplifier. The voltage value detected by the voltage detector 36 is used to determine whether resonance has occurred in the power supply voltage.
  • the voltage detection unit 36 may be provided in all or any two phases of the three phases of the rectifier circuit 29. Further, the voltage detection unit 36 may be provided in any part of the driving device 1 to the extent that it can be determined whether or not resonance has occurred in the voltage.
  • Controller 15 controls the operation of converter 11 and inverter 13.
  • the controller 15 operates the converter 11 and the inverter 13 when resonance occurs in the voltage detected by the converter control unit 41 that controls the converter 11, the inverter control unit 42 that controls the inverter 13, and the voltage detection unit 36. And a stop control unit 43 for stopping the operation.
  • the controller 15 stores the current upper limit value Is in advance or receives a command from the controller of the upper heat pump device.
  • the controller 15 controls the converter 11 and the inverter 13 so that the current detected by the current detection unit 35 does not exceed the current upper limit value Is.
  • the operation when the current detected by the current detection unit 35 is substantially the same as the current upper limit value Is is the maximum capacity (maximum load) of the heat pump device.
  • the controller 15 also issues a command for limiting the input current to the converter 11 (limit command RO) so as to avoid resonance of the voltage detected by the voltage detection unit 36, and a command for operating the limit control unit 45. And a manually operable input unit 46 that performs (restriction command RO).
  • the controller 15 receives an on / off instruction for the drive device 1 from the outside as an operation control command.
  • This instruction is generally sent to the controller 15 from a controller of a higher-level device, for example, a controller (not shown) of a heat pump device.
  • the controller 15 is input with a restriction command RO that restricts the input to the heat pump device to the restriction value Ir so as to avoid the resonance of the voltage detected by the voltage detector 36.
  • the restriction command RO is sent from the input unit 46 to the controller 15.
  • the controller 15 can receive from the input unit 46 a restriction command RO that limits the input current to the converter 11 so as to avoid resonance of the voltage detected by the voltage detection unit 36.
  • the controller 15 receives the restriction command RO transmitted from the input unit 46 by the restriction control unit 45.
  • the input unit 46 is a remote controller 51 of a heat pump device having a plurality of operation buttons (not shown), and the restriction command RO is generated by a special operation of the operation buttons of the remote controller 51.
  • the input unit 46 may be a changeover switch 52 provided in a controller housed inside a housing of a heat pump device that cannot be easily operated.
  • the restriction command RO may be generated by operating the changeover switch 52. .
  • the input unit 46 is one or both of these.
  • the special operation of the remote controller 51 is an operation in which a plurality of switches (push buttons) of the remote controller 51 are operated in a predetermined order or continuously operated a plurality of times, unlike an operation normally performed by the user. is there.
  • the restriction command RO is supplied from the remote controller 51 and the changeover switch 52 to the inverter control part 42 via the restriction control part 45.
  • the limit command RO includes a command for a limit value Ir.
  • the limit value Ir means the upper limit value of the output of the heat pump device. Specifically, the limit value Ir is smaller than the maximum capacity (maximum load) of the heat pump device, that is, the maximum number of rotations of the compressor, to the extent that voltage resonance can be avoided, for example, 50% or 75% of the maximum load. It may be set in advance, or may be set arbitrarily from the input unit 46 or by alternative selection.
  • the limit value Ir that limits the upper limit of the input current supplied from the AC power source to the heat pump device corresponds to the maximum load. It may be set to 50% or 75% of the current upper limit value Is, or it may be set to limit the rotation speed of the compressor, that is, the output frequency of the inverter 11 to 50% or 75% of the maximum rotation speed. Also good. In short, there is a relationship of current upper limit value Is> limit value Ir, and limit value Ir is desirably as high as possible within a range of low values that can avoid voltage resonance.
  • the converter control unit 41 performs PWM control of the switching element 33 of the converter 11 so that the output voltage of the converter 11 becomes a target value, and boosts the converter 11.
  • the inverter control unit 42 controls the inverter 13 so that the motor 6 has the same target rotational speed based on the target rotational speed command of the compressor 3 indicated as the required capacity in the operation control command received from the controller of the heat pump device. To do.
  • the inverter control unit 42 when receiving the limit command RO from the input unit 46, changes the current upper limit value Is received from the controller of the heat pump device to the limit value Ir, and detects the current detected by the current detection unit 35.
  • the output frequency of the inverter 13 is controlled so that the value I is equal to or less than the limit value Ir.
  • the stop control unit 43 monitors the detection result of the voltage detection unit 36 and determines whether or not resonance has occurred in the voltage. When resonance occurs in the voltage detected by the voltage detection unit 36, the stop control unit 43 immediately stops the operation of the converter 11 and the inverter 13 and stops the operation of the converter 11 and the inverter 13 by the occurrence of the resonance. This is displayed on the display unit (not shown) of the remote controller 51 and the display unit (not shown) of the controller of the heat pump device.
  • the user or equipment contractor of the heat pump device can know from the display (abnormal display) on the display unit that the converter 11 and the inverter 13 have been stopped by the stop control unit 43 that has detected resonance.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing resonance countermeasures of the heat pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the input current to the DC motor 6 of the heat pump device and the output voltage of the converter 11.
  • the DC voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit 29 is supplied to the motor 6 while the step-up chopper circuit 31 of the converter 11 is kept OFF (stopped).
  • the step-up chopper 31 is originally provided to prevent the back electromotive force from becoming large when the motor 6 is at a high speed, preventing a sufficient current from flowing from the inverter 11, and the rotation speed from reaching a peak. Yes.
  • boosting is not required in a low rotational speed region (ie, a low load region) where the motor 6 can be controlled to the target rotational speed without boosting.
  • a switching loss due to the on / off operation of the switching element 33 and a power loss in the drive circuit occur.
  • the driving device 1 turns on (operates) the step-up chopper circuit 31 of the converter 11 in a high load region from 40% or more of the maximum load of the motor 6 (step-up operation ON threshold value ⁇ in FIG. 2) to the maximum load.
  • the boosted DC voltage is supplied to the DC motor 6.
  • the inverter 11 can drive the compressor 3 up to the maximum load of the motor 6, that is, the maximum rotational speed.
  • the resonance of the voltage of the driving device 1 occurs when the current flowing through the converter 11 is large.
  • the large voltage resonance that causes a problem occurs when the boost chopper circuit 31 of the converter 11 performs a boost operation.
  • the region ⁇ is on the higher load side than X% (for example, 80%> ⁇ ).
  • the driving device 1 when resonance occurs in the voltage, the driving device 1 temporarily stops the operation of the converter 11 and the inverter 13 and limits the input current to the heat pump device based on an external command (limit command RO). The subsequent resonance is avoided.
  • the limit value Ir is smaller than X% in the high load region, for example, about 75% of the rated load or about 50%.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing a state where resonance occurs in the power supply voltage of the heat pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • ST1 indicates the line correlation voltage between the second phase and the third phase on the AC power supply 2 side
  • TR1 Indicates the line correlation voltage between the third phase and the first phase on the AC power supply 2 side.
  • ST2 indicates the line correlation voltage between the second phase and the third phase on the driving apparatus 1 side
  • TR2 indicates the line correlation voltage between the third phase and the first phase on the driving device 1 side.
  • RS1, ST1, TR1, RS2, ST2, and TR2 have the same vertical axis drawn on the same scale.
  • I-REAC in FIG. 3 indicates a current flowing through the reactor 32 of the converter 11.
  • the line correlation voltages RS1, ST1, and TR1 on the AC power supply 2 side are detection results on the AC power supply 2 side with respect to the power supply impedance 5.
  • the line correlation voltages RS 2, ST 2, and TR 2 on the driving device 1 side are detection results on the driving device 1 side with respect to the power source impedance 5.
  • the heat pump device when resonance occurs in the voltage, the heat pump device according to the present embodiment peaks at RS2, ST2, and TR2 on the driving device 1 side compared to RS1, ST1, and TR1 on the AC power source 2 side.
  • the value expands.
  • FIG. 3 is an example, the peak value is expanded to about twice. For example, when the voltage of the AC power supply 2 is 200V, the peak value of the voltage at the inlet side of the driving device 1 reaches about 400V.
  • the stop control unit 43 of the controller 15 immediately stops the operation of the converter 11 and the inverter 13 when resonance occurs in the voltage detected by the voltage detection unit 36.
  • FIG. 4 is a flowchart of operation control in the heat pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • the controller 15 of the drive device 1 monitors an operation control command sent from the controller of the heat pump device (No in step S1).
  • the controller 15 determines whether or not the restriction command RO is sent from the input unit 46 (Step S2).
  • step S2 If the limit command RO has not been sent from the input unit 46 (No in step S2), the controller 15 does not change the current upper limit value Is received from the controller of the heat pump device, and the current upper limit of the input current I as it is. The value Is is set (step S3).
  • the controller 15 changes the current upper limit value Is received from the controller of the heat pump device to the limit value Ir, and the changed value The current upper limit value Is is set to the upper limit value of the input current I (step S4), that is, the limit value Ir is set to the upper limit value of the input current I.
  • step S4 the limit value Ir is set to the upper limit value of the input current I.
  • the controller 15 operates the drive device 1 (step S5).
  • the converter control unit 41 operates the converter 11 (step S5), and the inverter control unit 42 determines that the rotation speed of the motor 6 is the highest in the target rotation speed within a range where the input current I is within the current upper limit value Is.
  • the inverter 13 is operated so that the rotation speed is close (step S5 to step S8). That is, when the restriction command RO is not sent from the input unit 46 (No in step S2), the inverter control unit 42 sets the current upper limit value Is (allowable maximum current) that the motor 6 receives from the controller of the heat pump device.
  • the inverter 13 is operated so that the maximum rotation speed can be accommodated. In this case, since the allowable maximum current is set, the inverter 13 can be operated in the entire operation range, and the motor 6 is operated at the target rotational speed.
  • the inverter control unit 42 determines that the detection result of the current detection unit 35, that is, the output current (DC current I) of the converter 11 is larger than the current upper limit value Is (Yes in step S6), the inverter 13 When the detection result of the current detector 35 is smaller than the current upper limit value Is (No in step S6), the output frequency of the inverter 13 is maintained with the target rotational speed as the upper limit. Increase (step S8).
  • the inverter control unit 42 controls the output frequency so that the input current of the inverter does not exceed a predetermined value in steps S6 to S8, but instead of steps S6 to S8, the heat pump You may adjust the output frequency of the inverter 13 by adjusting the valve (illustration omitted) of an apparatus and increasing / decreasing a load (motor 6).
  • the stop control unit 43 of the controller 15 determines whether resonance has occurred in the voltage detected by the voltage detection unit 36 during operation of the converter 11 and the inverter 13 (step S5 to step S8). (Step S9).
  • the stop control unit 43 returns to step S5 to operate the converter 11 and the inverter 13 when resonance does not occur in the voltage detected by the voltage detection unit 36, that is, when the voltage is normal (No in step S9). Continue (step S5 to step S8).
  • step S9 when the stop control unit 43 detects that resonance has occurred in the voltage detected by the voltage detection unit 36 (Yes in step S9), the stop control unit 43 stops the converter 11 and the inverter 13, and resonance has occurred.
  • the fact that the operation of the converter 11 and the inverter 13 has been stopped is displayed on the display unit (not shown) of the remote controller 51 and the display unit (not shown) of the controller of the heat pump device (step S10), and the operation control is finished.
  • the determination in step S9 is always No. Therefore, when the limit value Ir is set appropriately, Yes is determined in step S9 only when the current upper limit value Is remains at the initial allowable maximum current value.
  • the user of the heat pump device, the service person, or the equipment supplier knows that the converter 11 and the inverter 13 are stopped due to the voltage resonance from the display (abnormal display) on the display unit, and the power impedance that causes the resonance of the power supply voltage is generated.
  • the user or the like specially operates the remote controller 51 of the heat pump device.
  • the limit command RO is issued to the limit control unit 45 by operating the changeover switch 52 of the control board.
  • step S2 determines whether operation is instructed by the remote controller 51. If operation is instructed by the remote controller 51, the determination in step S2 is Yes, and the current upper limit value Is is changed to the limit value Ir (step S4). Since the current flowing through the driving device 1 is limited to a small value, resonance of the power supply voltage does not occur thereafter, and the operation can be continued.
  • the protection control for stopping the operation of the converter 11 and the inverter 13 is incorporated in the operation control. Due to this, even if oscillation occurs, the malfunction of the controller of the heat pump device and the destruction of the parts of the controller are avoided, and the influence on other devices other than the heat pump device connected to the AC power supply 2 is affected. Can be suppressed.
  • the drive device 1 for the heat pump device may perform protection control for reducing the current upper limit value Is of the inverter 13 by a special operation of the remote controller 51 of the heat pump device or an operation of the changeover switch 52. Therefore, it is possible to resume normal operation in which resonance of the power supply voltage does not occur without connecting a separate external device to the heat pump device.
  • FIG. 5 is a flowchart of resonance determination control in the heat pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a concept of resonance determination control in the heat pump device according to the first embodiment of the present invention.
  • the stop control unit 43 of the drive device 1 zeroes (resets) the count value when the resonance determination control is started (step S21), and sets the count-up timer. Start (step S22).
  • the count-up timer is used for a time measurement process for determining the passage of the resonance determination time T.
  • the stop control unit 43 compares the voltage Va detected by the voltage detection unit 36 with the resonance detection threshold voltage Vs (step S23). If the voltage Va detected by the voltage detection unit 36 exceeds the resonance detection threshold voltage Vs (step S23: Yes), the stop control unit 43 adds “1 value” to the count value (step S24). If the voltage Va detected by the voltage detection unit 36 does not exceed the resonance detection threshold voltage Vs (No in step S23), that is, if the voltage Va is equal to or less than the resonance detection threshold voltage Vs, the stop control unit 43 adds the count value. Detour (Step S24).
  • the stop control unit 43 determines whether or not the count-up timer has reached the resonance determination time T (step S25). The stop control unit 43 repeats step S23 to step S24 until the count-up timer reaches the resonance determination time T (No in step S25). On the other hand, when the count-up timer reaches the resonance determination time T (Yes in step S25), the stop control unit 43 initializes the count-up timer and returns it to zero (step S26).
  • Step S27 when the count value is smaller than the predetermined resonance determination number N (No at Step S27), the stop control unit 43 returns to Step S21 and continues the resonance determination control. On the other hand, when the count value is equal to or greater than the predetermined resonance determination number N (Yes in step S27), the stop control unit 43 determines the occurrence of resonance (step S28).
  • the resonance determination time T is determined according to, for example, the power supply cycle so that the peak voltage can be captured.
  • the data sampling interval S is much shorter than the resonance determination time T, and is determined so that a plurality of data can be acquired before and after the peak voltage.
  • the resonance detection threshold voltage Vs is set to a level at which the resonance phenomenon of the voltage detected by the voltage detection unit 36 can be detected, for example, about 1.5 to 1.8 times the peak voltage at the time of non-resonance (normal time). Yes.
  • the resonance determination number N is an integer that is 1 or more and smaller than the resonance determination time T ⁇ the data sampling interval S, and is appropriately determined.
  • FIG. 7 is a circuit and control block diagram of a heat pump device according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the heat pump device of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the controller 15 ⁇ / b> A of the drive device 1 causes the stop control unit 43 to stop the operation of the converter 11 and the inverter 13 and then receives the restriction command RO until the limit command RO is received.
  • An operation prohibition control unit 55 that prohibits reoperation is provided.
  • the operation prohibition control unit 55 is connected to receive input from the stop control unit 43 and the input unit 46 and to output to the inverter control unit 42 and the converter control unit 41.
  • the operation prohibition control unit 55 is connected to the converter control unit 41 until the limit control unit 45 receives the limit command RO from the input unit 46 after the stop control unit 43 stops the operation of the converter 11 and the inverter 13 due to the occurrence of resonance.
  • command PO is transmitted to each of the inverter control part 42, and the re-operation of the converter 11 and the inverter 13 is prohibited. Therefore, in the heat pump device according to the present embodiment, when resonance occurs in the voltage detected by the voltage detection unit 36 and the converter 11 and the inverter 13 stop, even if the remote controller 51 instructs the operation, until the restriction command RO is issued. Cannot resume operation.
  • the restriction control unit 45 receives the restriction command RO from the input unit 46
  • the operation prohibition control unit 55 stops the transmission of the operation prohibition command PO and permits the converter 11 and the inverter 13 to be restarted.
  • the limit control unit 45 supplies a limit command RO to the inverter control unit 42 in order to limit the input to the converter 11 so as to avoid resonance of the voltage detected by the voltage detection unit 36.
  • the operation prohibition control unit 55 is a function added to the restriction control unit 45, and prohibits the operation of the converter 11 and the inverter 13 and permits the reoperation.
  • FIG. 8 is a flowchart of operation resumption control after stopping by resonance detection of the heat pump device according to the embodiment of the present invention.
  • the operation prohibition control unit 55 of the drive device 1 determines whether or not the restriction command RO is sent from the input unit 46 (step S31).
  • the operation prohibition control unit 55 maintains the stopped state without permitting the converter 11 and the inverter 13 to restart. Continue to wait for the restriction command RO.
  • step S31 when the restriction command RO is sent from the input unit 46 (Yes in step S31), the operation prohibition control unit 55 obtains the current upper limit value Is and the limit value Ir set in the inverter control unit 42. Compare (step S32).
  • the operation prohibition control unit 55 turns off the display (abnormal display) on the display unit (step S33) and returns to the operation control in FIG.
  • the current upper limit value Is is limited to a limit value Ir that can avoid resonance, a large resonance that causes a problem does not occur thereafter.
  • the operation prohibition control unit 55 returns to step S31 and sets an appropriate limit value Ir. Until it is received, the converter 11 and the inverter 13 are not permitted to be re-operated, and the limit command RO is kept waiting while maintaining the stopped state. Therefore, once the occurrence of resonance is detected, re-operation cannot be performed unless the user or the like operates the input unit 46 to input the limit value Ir, and the occurrence of resonance is minimized. Yes.
  • the heat pump device is reactivated by adding control for prohibiting the re-operation of the converter 11 and the inverter 13 until the restriction command RO is received after the operation of the converter 11 and the inverter 13 is stopped. Generation of resonance after operation can be prevented as much as possible.
  • the heat pump device According to the heat pump device according to the present embodiment, it is possible to operate while avoiding power source resonance by suppressing an increase in the number of components, mounting space, and cost.
  • the output frequency of the inverter 13 is controlled so that the input current of the converter 11 becomes equal to or less than the limit value by the limit command RO.
  • the converter 11 since the rated voltage of the commercial power supply 2 is constant, the converter 11 The input power to the power supply may be less than the limit value.

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Abstract

【課題】部品点数、実装スペース、およびコストの増加を抑制して電源の共振を回避できるヒートポンプ機器を提供する。 【解決手段】ヒートポンプ機器は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、交流電源２の電圧をスイッチングにより昇圧した直流に変換するコンバータ１１と、コンバータ１１の直流出力を交流に変換して圧縮機３に供給するインバータ１３と、コンバータ１１の入力電圧を検出する電圧検出部３６と、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させる停止制御部４３と、共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する指令を行う制限制御部４５と、制限制御部４５を動作させる指令を行う手動操作可能な入力部４６と、を備えている。

Description

ヒートポンプ機器
　本発明の実施形態は、圧縮機を用いた冷凍サイクルを備えたヒートポンプ機器に関する。
　系統電源である三相交流電源に接続したコンバータから所望の電圧に昇圧した直流をインバータに供給し、このインバータでヒートポンプ機器の圧縮機のモータを可変速駆動するヒートポンプ機器が知られている。
　このようなヒートポンプ機器のコンバータおよびインバータでは、電流経路に設けられたスイッチング素子が高周波数でスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）している。ここで、コンバータは、その出力電圧が所望の目標電圧となるように、スイッチング素子のスイッチング、すなわち、オン、オフのタイミングやその期間を調整するフィードバック制御を行っている。同様に、インバータは、圧縮機の回転速度が目標値に合致するようにスイッチング素子のスイッチングをフィードバック制御している。これらのスイッチング回路では、スイッチング素子のスイッチングによって高調波電流が発生する。
　系統電源の負荷である機器で発生する高調波は、系統電源のインピーダンスの状態によっては系統電源側に共振を発生させることがある。そこで、系統電源の共振発生を検出し、これを抑制するように無効電力抑制用進相コンデンサを投入開放するスイッチに、投入開放信号を与える系統電源共振抑制装置が知られている。
　この系統電源共振抑制装置は、高調波電圧および高調波電流を捉え、無効電力抑制用進相コンデンサで共振周波数をずらす。無効電力抑制用進相コンデンサは、相互に異なるコンデンサ容量を有する３種類のコンデンサを含む。無効電力抑制用進相コンデンサは、これら３種類のコンデンサを組み合わせて進相コンデンサ全体でのコンデンサ容量を段階的に変化させる。これにより従来の系統電源共振抑制装置は、電流経路のインピーダンスを変化させ、共振の発生を防止する。
特開平９－９３８１３号公報
　上述の系統電源共振抑制装置は、複数のコンデンサを必要とし、部品点数の増加、実装スペースの増加、コストの増加などを招く。
　また、従来の系統電源共振抑制装置は、進相コンデンサのコンデンサ容量を変化させると、少なくとも１つのコンデンサが系統から切り離される。この系統から切り離されたコンデンサは、系統に接続が復帰されない限り余分な部品でしかなくなり、余分なスペースを占有し、余分なコストになる。
　そこで、本発明に係る実施形態は、部品点数、実装スペース、およびコストの増加を抑制して電源の共振を回避できるヒートポンプ機器を提案する。
　本実施形態に係るヒートポンプ機器は、冷媒を圧縮する圧縮機と、交流電源の電圧をスイッチングにより昇圧した直流に変換するコンバータと、前記コンバータの直流出力を交流に変換して圧縮機に供給するインバータと、前記コンバータの入力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出する電圧に共振が発生した場合には、前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させる停止制御部と、前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限する指令を行う制限制御部と、前記制限制御部を動作させる指令を行う手動操作可能な入力部と、を備える冷媒を圧縮する圧縮機と、を備えている。
　また、本実施形態に係るヒートポンプ機器の前記入力部は複数の操作釦を備えた前記ヒートポンプ機器のリモートコントローラであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記リモートコントローラの操作釦の特殊操作によるもの、および前記入力部は前記ヒートポンプ機器の制御器に設けられる切換スイッチであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記切換スイッチの操作によるもの、のいずれか一方または両方であっても良い。
　また、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、前記停止制御部が前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させた後、前記動作の指令を受け取るまで前記コンバータおよび前記インバータの再運転を禁止する運転禁止部を備えていても良い。
　また、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、前記制限制御部から前記制限の指令を受け前記インバータの入力電流が所定値を超えないように出力周波数を制御し、前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限するインバータ制御部を備えていても良い。
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の回路および制御ブロック図。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の共振対策を概念的に示す図。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の電源電圧に共振が生じた状態を示す波形図。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の運転制御のフローチャート。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御のフローチャート。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御の概念を示す図。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ機器の回路および制御ブロック図。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ機器の運転再開制御のフローチャート。
　以下、本発明に係るヒートポンプ機器の実施の形態について、図１から図８を参照して説明する。
　本実施形態に係るヒートポンプ機器１０１は、冷暖房もしくは冷却を行うための冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルは、吸熱する熱交換器１０２と、放熱する熱交換器１０３と、両熱交換器１０２、１０３の間に設けられた膨張装置１０５と、冷媒を各熱交換器１０２、１０３および膨張装置１０５に流通させる圧縮機３、を備えている。圧縮機３は、ＤＣブラシレスモータ６によって駆動される。
　［第１の実施形態］
　本発明に係るヒートポンプ機器の第１実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の圧縮機を駆動させる回路およびその制御ブロック図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る駆動装置１は、ヒートポンプ機器の圧縮機３内の圧縮機構を回転させるＤＣブラシレスモータ６（以下、「モータ６」または「ＤＣモータ６」という）を駆動する。駆動装置１は、交流電源２の電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧をモータ６の駆動電力として出力する。
　交流電源２は商用三相交流電源である。交流電源２にはインピーダンス５（以下、「電源インピーダンス５」と言う。）が存在する。電源インピーダンス５は、地域や場所、接続されている設備等によって相違する。
　モータ６は、複数の相巻線Ｌｕ（図示省略）、Ｌｖ（図示省略）、Ｌｗ（図示省略）を有するステータ（電機子、図示省略）、および複数、例えば４極の永久磁石が埋設されたロータ（回転子、図示省略）を備えている。ロータは、相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電流が流れることにより生じる磁界とステータの各永久磁石が作る磁界との相互作用によって回転する。
　駆動装置１は、コンバータ１１、平滑コンデンサ１２、インバータ１３、および制御部としてのコントローラ１５（ＭＣＵ: Micro Control Unit）を備えている。
　コンバータ１１は、スイッチングにより交流電源２の電圧を昇圧した直流電圧に変換する。コンバータ１１は、出力電圧の昇圧、力率改善、および高周波低減のいずれかを行うものであれば良い。コンバータ１１は、例えばチョッパ方式の昇圧型コンバータや、ＰＷＭコンバータである。本実施形態に係るコンバータ１１は、チョッパ方式の昇圧型コンバータである。
　コンバータ１１は、ＥＭＩ除去フィルタ２１と、ＥＭＩ除去フィルタ２１を介して交流電源２に接続されるダイオード２２～ダイオード２７を有する整流回路２９と、整流回路２９に接続される昇圧チョッパ回路３１と、を備えている。
　コンバータ１１は、交流電源２の出力電圧を整流回路２９で全波整流し、昇圧チョッパ回路３１で昇圧して直流電圧に変換する。コンバータ１１は、昇圧チョッパ回路３１のスイッチングを停止させ、整流回路２９で全波整流した直流の出力も可能である。
　整流回路２９は、直列に接続されるダイオード２２、２３の組と、直列に接続されるダイオード２４、２５の組と、直列に接続されるダイオード２６、２７の組と、を含み、これら３組が並列に接続されたものである。それぞれ直列に接続されるダイオードの組の接続点に、交流電源２の三相電力のうちの各１相分が供給されている。また、それぞれの直列接続におけるダイオードのカソード端側が、整流回路２９の正側出力端に共通に接続され、それぞれの直列接続におけるアノード端側が、整流回路２９の負側出力端に共通に接続されている。
　昇圧チョッパ回路３１は、整流回路２９の出力に接続され、電流を蓄積するリアクトル３２と、コントローラ１５によって出力されるパルス信号のパルス幅に応じてリアクトル３２に蓄積される電流の充放電を制御（PWM制御、Pulse Width Modulation）するスイッチング素子３３と、出力側へ電流を流し、逆に出力側からの電流の逆流を防止する逆流阻止ダイオード３４（チョッパダイオード）と、を備えている。スイッチング素子３３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。スイッチング素子３３は自己消弧型半導体素子であればよく、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタなどでも良い。
　リアクトル３２の一端側には、整流回路２９の正側出力端が接続されている。リアクトル３２の他端側、スイッチング素子３３のドレイン側、および逆流阻止ダイオード３４のアノード側は、相互に接続されている。スイッチング素子３３のソース側には、整流回路２９の負側出力端が接続されている。なお、スイッチング素子３３には、寄生ダイオードが並列に接続されている。スイッチング素子３３としてＭＯＳＦＥＴを使用する場合は、寄生ダイオードが逆流防止ダイオードとして機能する。
　コンバータ１１の出力を平滑化させる平滑コンデンサ１２が、昇圧チョッパ回路３１のチョッパダイオード３４のカソード端と整流回路２９の負側出力端との間に接続されている。
　インバータ１３は、コンバータ１１の出力電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧をモータ６に供給する。インバータ１３は、コンバータ１１の出力電圧（平滑コンデンサ１２の電圧）を所定の周波数の三相交流電圧に変換して出力する。インバータ１３の出力周波数は、冷凍サイクル側の熱負荷に応じて上位にあるヒートポンプ機器１０１の制御器（図示省略）から指示される。
　インバータ１３の出力端は、モータ６の相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに接続されている。
　整流回路２９の正側出力端と昇圧チョッパ回路３１のリアクトル３２との間の通電路には、電流検出部３５が設けられている。電流検出部３５は、整流回路２９の出力電流を検出し、この出力電流に対応する検出信号をコントローラ１５へ出力する。
　電流検出部３５で検出される電流値（直流電流Ｉ）は、コンバータ１１およびインバータ１３の制御に用いられる。
　コンバータ１１には、整流回路２９の三相中のいずれか一相に電圧検出部３６が並列に設けられている。電圧検出部３６は、整流回路２９に入力される電圧（交流電源２の出力電圧であって、ＥＭＩ除去フィルタ２１を通過した電圧）を検出し、この入力電圧に対応する検出信号をコントローラ１５へ出力する。
　電圧検出部３６は、直列接続した２個以上の抵抗３７、３８を整流回路２９に並列に取り付け、その内の１個の抵抗の両端の電圧を差動アンプあるいは絶縁アンプ等で検出する。電圧検出部３６で検出される電圧値は、電源電圧に共振が発生しているか否かの判断に用いられている。
　なお、電圧検出部３６は、整流回路２９の三相中の全て、またはいずれか二相に設けられていても良い。また、電圧検出部３６は、電圧に共振が発生しているか否かを判定できる程度において、駆動装置１の何れの部位に設けられていても良い。
　コントローラ１５は、コンバータ１１およびインバータ１３の動作を制御する。コントローラ１５は、コンバータ１１を制御するコンバータ制御部４１と、インバータ１３を制御するインバータ制御部４２と、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させる停止制御部４３と、を備えている。なお、各種部品定格を超えないように、コントローラ１５は予め電流上限値Ｉｓを記憶し、あるいは上位のヒートポンプ機器の制御器から指令を受け取る。コントローラ１５は、電流検出部３５で検出される電流が電流上限値Ｉｓを超えないようにコンバータ１１およびインバータ１３を制御する。電流検出部３５で検出される電流が電流上限値Ｉｓと実質的に同じになる時の運転が、ヒートポンプ機器の最大能力（最大負荷）である。
　また、コントローラ１５は、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する指令（制限指令ＲＯ）を行う制限制御部４５と、制限制御部４５を動作させる指令（制限指令ＲＯ）を行う手動操作可能な入力部４６と、を備えている。
　コントローラ１５には、外部から駆動装置１のオン／オフの指示が運転制御指令として入力されている。この指示は、一般に上位側の機器の制御器、例えば、ヒートポンプ機器の制御器（図示省略）からコントローラ１５に送られてくる。
　また、コントローラ１５には、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようヒートポンプ機器への入力を制限値Ｉｒに制限する制限指令ＲＯが入力されている。制限指令ＲＯは、入力部４６からコントローラ１５に送られる。換言すると、コントローラ１５は、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する制限指令ＲＯを入力部４６から受信可能である。コントローラ１５は、入力部４６が発信する制限指令ＲＯを制限制御部４５で受信する。
　入力部４６は、複数の操作釦（図示省略）を備えたヒートポンプ機器のリモートコントローラ５１であって、制限指令ＲＯはリモートコントローラ５１の操作釦の特殊操作によって発生する。また、入力部４６は、安易に操作ができないヒートポンプ機器の筐体内部に収納された制御器に設けられる切換スイッチ５２であって、制限指令ＲＯは切換スイッチ５２の操作によるものであっても良い。入力部４６は、これらのいずれか一方または両方である。
　リモートコントローラ５１の特殊操作とは、使用者が通常行う操作とは異なり、リモートコントローラ５１の複数のスイッチ（押しボタン）を予め定める順番で操作したり、連続して複数回操作したりする行為である。
　制限指令ＲＯは、リモートコントローラ５１および切換スイッチ５２から制限制御部４５を経てインバータ制御部４２に供給されている。制限指令ＲＯは、制限値Ｉｒの指令を含む。制限値Ｉｒは、ヒートポンプ機器の出力の上限制限値を意味している。具体的には、制限値Ｉｒは、ヒートポンプ機器の最大能力(最大負荷)、すなわち圧縮機の最大回転数、よりも小さく、電圧の共振を回避できる程度、例えば最大負荷の５０％や、７５％に予め設定されていても良いし、入力部４６から任意に、または択一的な選択で設定できるものであっても良い。なお、ヒートポンプ機器の負荷と圧縮機の回転数および入力電流値は、ほぼ比例関係にあるので、交流電源からヒートポンプ機器に供給される入力電流の上限を制限する制限値Ｉｒとして最大負荷に対応する電流上限値Ｉｓの５０％や、７５％に設定しても良いし、圧縮機の回転数、すなわちインバータ１１の出力周波数を最大回転数の５０％や、７５％に制限するように設定しても良い。要するに、電流上限値Ｉｓ＞制限値Ｉｒの関係にあって、制限値Ｉｒは、電圧の共振を回避できるだけの低い値の範囲内で、できるだけ高い値が望ましい。
　コンバータ制御部４１は、コンバータ１１の出力電圧が目標値になるようにコンバータ１１のスイッチング素子３３をＰＷＭ制御してコンバータ１１を昇圧動作させる。
　インバータ制御部４２は、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る運転制御指令中で要求能力として指示される圧縮機３の目標回転数指令に基づいてモータ６が同目標回転数になるようにインバータ１３を制御する。
　また、インバータ制御部４２は、入力部４６から制限指令ＲＯを受信した場合には、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓを制限値Ｉｒに変更し、電流検出部３５で検出される電流値Ｉが制限値Ｉｒ以下となるようにインバータ１３の出力周波数を制御する。インバータ制御部４２は、制限値Ｉｒに変更された電流上限値Ｉｓ（＝制限値Ｉｒ）の範囲内でインバータ１３を運転することによって、共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する。
　停止制御部４３は、電圧検出部３６の検出結果を監視して電圧に共振が発生しているか否かを判断している。停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を即座に停止させ、かつ共振発生によってコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させたことを、リモートコントローラ５１の表示部（図示省略）や、ヒートポンプ機器の制御器の表示部（図示省略）に表示する。
　つまり、ヒートポンプ機器の使用者や設備業者は、共振を検出した停止制御部４３によってコンバータ１１およびインバータ１３が停止したことを表示部の表示（異常表示）によって知ることができる。
　図２は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の共振対策を概念的に示す図である。
　図２は、ヒートポンプ機器のＤＣモータ６への入力電流と、コンバータ１１の出力電圧との関係を表す線図である。
　本実施形態に係る駆動装置１は、モータ６への入力電流（図２の横軸）がモータ６の最大負荷（入力電流＝１００％）の４０数％（図２中の昇圧動作ＯＮ閾値α）より小さい低負荷領域ではコンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１をＯＦＦ（停止）に維持した状態で、整流回路２９によって全波整流された直流電圧をモータ６に供給する。昇圧チョッパ３１は、もともと、モータ６が、高回転においては、逆起電力が大きくなり、インバータ１１から十分な電流を流せなくなり、回転数が頭打ちになってしまうことを防止するために設けられている。このため、昇圧を行わなくともモータ６を目標回転数に制御できる低回転数の領域（つまり低負荷領域）においては、昇圧は不要である。昇圧を行った場合は、スイッチング素子３３のオン、オフ動作によるスイッチングロスやその駆動回路における電力ロスが生じる。このため、負荷が軽い、すなわち回転数が低い領域（つまり低負荷領域）においては、昇圧チョッパ３１を不動作にすることが省エネの観点からは望ましい。これらのため、上述のように入力電流値または圧縮機の回転数が昇圧動作ＯＮ閾値αより小さい低負荷領域ではコンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１をＯＦＦさせる。
　他方、駆動装置１は、モータ６の最大負荷の４０数％（図２中の昇圧動作ＯＮ閾値α）以上から最大負荷までの高負荷領域ではコンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１をＯＮ（動作）にして昇圧された直流電圧をＤＣモータ６に供給する。この結果、インバータ１１はモータ６の最大負荷、すなわち最大回転数まで圧縮機３を駆動することができる。
　駆動装置１の電圧に共振が生じるのは、コンバータ１１に流れる電流が大きい時であり、特に、問題となる大きな電圧共振が生じるのは、コンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１で昇圧動作を行う高負荷領域のうちＸ％（例えば８０％＞α）より高負荷側の領域βである。
　そこで、駆動装置１は、電圧に共振が生じた場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を一旦停止させ、外部からの指令（制限指令ＲＯ）に基づいてヒートポンプ機器への入力電流を制限し、以後の共振を回避する。制限値Ｉｒは、高負荷領域のうちＸ％よりも小さい、例えば定格負荷の７５％程度であったり、５０％程度であったりする。
　図３は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の電源電圧に共振が生じた状態を示す波形図である。
　図３のＲＳ１は交流電源２側の第一相と第二相との線間相関電圧を示し、ＳＴ１は交流電源２側の第二相と第三相との線間相関電圧を示し、ＴＲ１は交流電源２側の第三相と第一相との線間相関電圧を示している。
　また、図３のＲＳ２は駆動装置１側の第一相と第二相との線間相関電圧を示し、ＳＴ２は駆動装置１側の第二相と第三相との線間相関電圧を示し、ＴＲ２は駆動装置１側の第三相と第一相との線間相関電圧を示している。
　ＲＳ１、ＳＴ１、ＴＲ１、ＲＳ２、ＳＴ２、およびＴＲ２は、縦軸を同じスケールで描いている。
　さらに、図３のＩ－ＲＥＡＣは、コンバータ１１のリアクトル３２に流れる電流を示している。
　なお、交流電源２側の線間相関電圧ＲＳ１、ＳＴ１、およびＴＲ１は、電源インピーダンス５よりも交流電源２側における検出結果である。駆動装置１側の線間相関電圧ＲＳ２、ＳＴ２、およびＴＲ２は、電源インピーダンス５よりも駆動装置１側における検出結果である。
　図３に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、電圧に共振が発生すると、交流電源２側のＲＳ１、ＳＴ１、およびＴＲ１に比べて駆動装置１側のＲＳ２、ＳＴ２、およびＴＲ２でピーク値が拡大してしまう。図３は一例であるが、ピーク値が２倍程度まで拡大している。例えば交流電源２の電圧が２００Ｖの場合には、駆動装置１入口側の電圧のピーク値が４００Ｖ程度に達することになる。
　このように駆動装置１側の電圧が共振すると、ヒートポンプ機器内で交流電源２から電力供給を受けているファンモータ等の他の電気部品が破壊されたり、同じ交流電源２に接続される他の機器に悪影響を及ぼしたりする。
　そこで、コントローラ１５の停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を即座に停止させる。
　図４は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における運転制御のフローチャートである。
　図４に示すように、本実施形態に係る駆動装置１のコントローラ１５は、ヒートポンプ機器の制御器から送られる運転制御指令を監視している（ステップＳ１　Ｎｏ）。コントローラ１５は、ヒートポンプ機器の制御器から運転制御指令を受け取った場合には（ステップＳ１　Ｙｅｓ）、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきているか否かを判定する（ステップＳ２）。
　コントローラ１５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきていない場合には（ステップＳ２　Ｎｏ）、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓを変更せずに、そのまま入力電流Ｉの電流上限値Ｉｓに設定する（ステップＳ３）。
　他方、コントローラ１５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきている場合には（ステップＳ２　Ｙｅｓ）、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓを制限値Ｉｒに変更し、変更後の電流上限値Ｉｓを入力電流Ｉの上限値に設定する（ステップＳ４）、つまり制限値Ｉｒを入力電流Ｉの上限値に設定する。これにより以後は電源電圧の共振は発生しなくなる。
　次いで、コントローラ１５は、駆動装置１を運転する（ステップＳ５）。具体的には、コンバータ制御部４１はコンバータ１１を運転し（ステップＳ５）、インバータ制御部４２は、入力電流Ｉが電流上限値Ｉｓに収まる範囲で、モータ６の回転数が目標回転数に最も近い回転数になるようにインバータ１３を運転する（ステップＳ５からステップＳ８）。つまり、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきていない場合には（ステップＳ２　Ｎｏ）、インバータ制御部４２は、モータ６がヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓ（許容最大電流）に収まる最大回転数になるようにインバータ１３を運転する。この場合、許容最大電流が設定されていることから、インバータ１３は、全運転範囲で運転可能であり、モータ６は目標回転数で運転される。
　他方、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきている場合には（ステップＳ２　Ｙｅｓ）、インバータ制御部４２は、制限値Ｉｒに変更された電流上限値Ｉｓ（＝制限値Ｉｒ）の範囲内で最も目標回転数に近い回転数となるようにインバータ１３を運転する。
　具体的な動作として、インバータ制御部４２は、電流検出部３５の検出結果、つまりコンバータ１１の出力電流（直流電流Ｉ）が電流上限値Ｉｓよりも大きい場合には（ステップＳ６　Ｙｅｓ）、インバータ１３の出力周波数を低下させる一方（ステップＳ７）、電流検出部３５の検出結果が電流上限値Ｉｓよりも小さい場合には（ステップＳ６　Ｎｏ）、インバータ１３の出力周波数を目標回転数を上限として維持または増加させる（ステップＳ８）。
　なお、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、ステップＳ６からステップＳ８においてインバータ制御部４２によってインバータの入力電流が所定値を超えないように出力周波数を制御するが、ステップＳ６からステップＳ８に代えてヒートポンプ機器の弁（図示省略）を調整して負荷（モータ６）の増減することによってインバータ１３の出力周波数を調整しても良い。
　そして、コントローラ１５の停止制御部４３は、コンバータ１１およびインバータ１３を運転している最中（ステップＳ５からステップＳ８）、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生しているか否かを判断する（ステップＳ９）。
　停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生していない場合、つまり電圧が正常な場合には（ステップＳ９　Ｎｏ）、ステップＳ５に戻ってコンバータ１１およびインバータ１３の運転を継続する（ステップＳ５からステップＳ８）。
　他方、停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生していることを検出した場合には（ステップＳ９　Ｙｅｓ）、コンバータ１１およびインバータ１３を停止させ、かつ共振が発生したためコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させたことを、リモートコントローラ５１の表示部（図示省略）や、ヒートポンプ機器の制御器の表示部（図示省略）に表示して（ステップＳ１０）運転制御を終了する。なお、上述したとおり電流上限値Ｉｓが制限値Ｉｒに変更された後は、問題となるような大きな共振は発生しないため、ステップＳ９の判断は、必ずＮｏとなる。したがって、制限値Ｉｒの設定が適切な場合には、ステップＳ９でＹｅｓとなるのは、電流上限値Ｉｓが当初の許容最大電流値のままである場合のみである。
　ヒートポンプ機器の使用者、サービスマンや設備業者は、表示部の表示（異常表示）から電圧の共振によってコンバータ１１およびインバータ１３が停止したことを知り、電源電圧の共振発生の原因となる電源インピーダンスの改善を検討する。検討の結果、電源インピーダンスの改善が困難で、かつ、使用者がヒートポンプ機器の再運転（再始動、再起動）を所望する場合、使用者等は、ヒートポンプ機器のリモートコントローラ５１を特殊操作したり、制御基板の切換スイッチ５２を操作したりして制限制御部４５に制限指令ＲＯを発令する。
　その後、リモートコントローラ５１により運転を指示すれば、ステップＳ２での判断がＹｅｓとなり、電流上限値Ｉｓが制限値Ｉｒに変更される（ステップＳ４）。駆動装置１に流れる電流が小さい値に制限されるため、以後は電源電圧の共振が発生しなくなり、継続して運転が可能となる。
　このように、本第１実施形態に係るヒートポンプ機器の駆動装置１は、電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させる保護制御が運転制御に組み込まれていることによって、万一、発振が発生した場合であってもヒートポンプ機器の制御器の誤動作、および制御器の部品破壊を回避し、かつ交流電源２に接続されるヒートポンプ機器以外の他の機器への影響を抑制できる。
　さらに、本第１実施形態に係るヒートポンプ機器の駆動装置１は、ヒートポンプ機器のリモートコントローラ５１の特殊操作や、切換スイッチ５２の操作によって、インバータ１３の電流上限値Ｉｓを下げる保護制御を行うことができるので、ヒートポンプ機器に別途の外部機器の接続等せずに電源電圧の共振が発生しない正常な運転を再開することができる。
　次いで、停止制御部４３による電圧の共振判定制御について説明する。共振判定制御は、図４のステップＳ９で行われる。
　図５は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御のフローチャートである。
　図６は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御の概念を示す図である。
　図５および図６に示すように、本実施形態に係る駆動装置１の停止制御部４３は、共振判定制御を開始するとカウント値を零値化（リセット）し（ステップＳ２１）、カウントアップタイマーを開始する（ステップＳ２２）。カウントアップタイマーは、共振判定時間Ｔの経過を判定するための計時処理に用いられている。
　次いで、停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧Ｖａと共振検出閾値電圧Ｖｓとを比較する（ステップＳ２３）。停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧Ｖａが共振検出閾値電圧Ｖｓを超えていれば（ステップＳ２３　Ｙｅｓ）カウント値を「１値」加算する（ステップＳ２４）。停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧Ｖａが共振検出閾値電圧Ｖｓを超えていなければ（ステップＳ２３　Ｎｏ）、つまり電圧Ｖａが共振検出閾値電圧Ｖｓ以下であればカウント値の加算処理（ステップＳ２４）を迂回する。
　次いで、停止制御部４３は、カウントアップタイマーが共振判定時間Ｔに達しているか否かを判定する（ステップＳ２５）。停止制御部４３は、カウントアップタイマーが共振判定時間Ｔに達するまでステップＳ２３からステップＳ２４を繰り返す（ステップＳ２５　Ｎｏ）。他方、停止制御部４３は、カウントアップタイマーが共振判定時間Ｔに達すると（ステップＳ２５　Ｙｅｓ）、カウントアップタイマーを初期化して零値に戻す（ステップＳ２６）。
　そして、停止制御部４３は、カウント値が予め定める共振判定数Ｎより小さい場合には（ステップＳ２７　Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻って共振判定制御を継続する。他方、停止制御部４３は、カウント値が予め定める共振判定数Ｎ以上の場合には（ステップＳ２７　Ｙｅｓ）、共振の発生を判定する（ステップＳ２８）。
　共振判定時間Ｔは、ピーク電圧を捉えることができるよう、例えば電源周期に応じて定められている。
　データサンプリング間隔Ｓは、共振判定時間Ｔよりもかなり短く、ピーク電圧の前後で複数のデータを取得することができるよう定められている。
　共振検出閾値電圧Ｖｓは、電圧検出部３６が検出する電圧の共振現象を捉えられる程度、例えば、非共振時（通常時）のピーク電圧の１．５倍から１．８倍程度に設定されている。
　共振判定数Ｎは、１以上、かつ共振判定時間Ｔ÷データサンプリング間隔Ｓより小さい整数であって適宜に定められる。
　［第２の実施形態］
　次いで、本発明に係るヒートポンプ機器の第２実施形態について、図７および図８を参照して説明する。この実施形態は第１実施形態の制限制御部４５に運転禁止制御部５５を加えたものである。
　図７は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ機器の回路および制御ブロック図である。
　本実施形態に係るヒートポンプ機器において第１実施形態のヒートポンプ機器と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　図７に示すように、本実施形態に係る駆動装置１にコントローラ１５Ａは、停止制御部４３がコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させた後、制限指令ＲＯを受け取るまでコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を禁止する運転禁止制御部５５を備えている。
　運転禁止制御部５５は、停止制御部４３および入力部４６からの入力を受け、インバータ制御部４２およびコンバータ制御部４１に出力を行うよう接続されている。運転禁止制御部５５は、停止制御部４３が共振の発生によりコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させた後、制限制御部４５が入力部４６から制限指令ＲＯを受信するまではコンバータ制御部４１およびインバータ制御部４２のそれぞれに運転禁止指令ＰＯを送信してコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を禁止する。したがって、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生しコンバータ１１およびインバータ１３が停止すると、リモートコントローラ５１により運転を指示しても、制限指令ＲＯが出るまでは、運転を再開することができない。
　そして、運転禁止制御部５５は、制限制御部４５が入力部４６から制限指令ＲＯを受信すると運転禁止指令ＰＯの送信を停止してコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を許可する。また、制限制御部４５は、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようコンバータ１１への入力を制限するため、制限指令ＲＯをインバータ制御部４２に供給する。換言すると、運転禁止制御部５５は、制限制御部４５に付加される機能であって、コンバータ１１およびインバータ１３の運転禁止および再運転許可するものである。
　図８は、本発明の実施形態に係るヒートポンプ機器の共振検出による停止後の運転再開制御のフローチャートである。
　図８に示すように、本実施形態に係る駆動装置１の運転禁止制御部５５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきているか否かを判定する（ステップＳ３１）。
　運転禁止制御部５５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきていない場合には（ステップＳ３１　Ｎｏ）、コンバータ１１およびインバータ１３の再運転を許可することなく、停止の状態を維持したまま制限指令ＲＯを待ち続ける。
　他方、運転禁止制御部５５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきている場合には（ステップＳ３１　Ｙｅｓ）、インバータ制御部４２に設定されている電流上限値Ｉｓと制限値Ｉｒとを比較する（ステップＳ３２）。
　運転禁止制御部５５は、制限値Ｉｒが電流上限値Ｉｓよりも小さい場合には（ステップＳ３２　Ｙｅｓ）、表示部の表示（異常表示）を消し（ステップＳ３３）、図４の運転制御に戻る。この場合は、電流上限値Ｉｓが共振を避けることのできる制限値Ｉｒに制限されるため、以後、問題となるような大きな共振は起こらない。
　他方、運転禁止制御部５５は、制限値Ｉｒが電流上限値Ｉｓ以上の場合、すなわち、制限値の変更指示がない場合には（ステップＳ３２　Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻って適切な制限値Ｉｒを受け取るまでコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を許可することなく、停止の状態を維持したまま制限指令ＲＯを待ち続ける。したがって、一旦共振の発生が検知された場合は、使用者等が、入力部４６を操作して制限値Ｉｒを入力しない限り再運転が行えないようになっており、共振の発生を極力なくしている。
　本第２実施形態に係るヒートポンプ機器は、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させた後、制限指令ＲＯを受信するまでコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を禁止する制御を付加することによって、再運転後の共振の発生を極力防ぐことができる。
　以上のとおり、本実施形態に係るヒートポンプ機器によれば、部品点数、実装スペース、およびコストの増加を抑制して電源の共振を回避した運転をすることができる。
　なお、上述の実施形態においては、制限指令ＲＯによってコンバータ１１の入力電流が制限値以下となるようにインバータ１３の出力周波数を制御したが、商用電源２の定格電圧は一定であるため、コンバータ１１への入力電力が制限値以下となるようにしても良い。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１…駆動装置、２…交流電源、３…圧縮機、５…インピーダンス、６…ＤＣモータ、１１…コンバータ、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ、１５、１５Ａ…コントローラ、２１…ＥＭＩ除去フィルタ、２２～２７…ダイオード、２９…整流回路、３１…昇圧チョッパ回路、３２…リアクトル、３３…スイッチング素子、３４…チョッパダイオード、３５…電流検出部、３６…電圧検出部、３７…抵抗、４１…コンバータ制御部、４２…インバータ制御部、４３…停止制御部、４５…制限制御部、４６…入力部、５１…リモートコントローラ、５２…切換スイッチ、５５…運転禁止制御部。

Claims (4)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    　交流電源の電圧をスイッチングにより昇圧した直流に変換するコンバータと、
    　前記コンバータの直流出力を交流に変換して圧縮機に供給するインバータと、
    　前記コンバータの入力電圧を検出する電圧検出部と、
    　前記電圧検出部が検出する電圧に共振が発生した場合には、前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させる停止制御部と、
    　前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限する指令を行う制限制御部と、
    　前記制限制御部を動作させる指令を行う手動操作可能な入力部と、を備えるヒートポンプ機器。
  2. 前記入力部は複数の操作釦を備えた前記ヒートポンプ機器のリモートコントローラであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記リモートコントローラの操作釦の特殊操作によるもの、および
    前記入力部は前記ヒートポンプ機器の制御器に設けられる切換スイッチであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記切換スイッチの操作によるもの、のいずれか一方または両方である請求項１に記載のヒートポンプ機器。
  3. 前記停止制御部が前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させた後、前記動作の指令を受け取るまで前記コンバータおよび前記インバータの再運転を禁止する運転禁止部を備えた請求項１または２に記載のヒートポンプ機器。
  4. 前記制限制御部から前記制限の指令を受け前記インバータの入力電流が所定値を超えないように出力周波数を制御し、前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限するインバータ制御部を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ機器。
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