(57)【要約】【課題】  高調波抑制の観点とモータ特性等の観点とで、昇圧チョッパ回路の最適な動作領域が異なるため、高調波抑制対策と回路損失の改善が効果的に行えないという課題があった。【解決手段】  三相交流電源に接続された複数の空気調和機から構成される空気調和システムであって、各空気調和機には、三相交流電源を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ部と、昇圧コンバータ部の出力を受けてモータを駆動するインバータ部と、空気調和機の負荷状況を検出する負荷状況検出手段と、複数の運転モードが設定可能であって、運転モードと負荷状況とに基づいて、昇圧コンバータ部の動作を制御する運転モード決定部と、が備えられ、それぞれの運転モード決定部において、空気調和システムから発生する高調波量が所定値以下となる条件下で空気調和システム全体の回路損失が最小となるように、運転モードが設定される。【選択図】  図１
2011112334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源に接続された複数の空気調和機から構成される空気調和システムであって、
前記各空気調和機には、
前記三相交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ部と、
前記昇圧コンバータ部の出力を受けてモータを駆動するインバータ部と、
前記空気調和機の負荷状況を検出する負荷状況検出手段と、
複数の運転モードが設定可能であって、前記運転モードと前記負荷状況とに基づいて、前記昇圧コンバータ部の動作を制御する運転モード決定部と、
が備えられ、
それぞれの前記運転モード決定部において、前記空気調和システムから発生する高調波量が所定値以下となる条件下で前記空気調和システム全体の回路損失が最小となるように、前記運転モードが設定される空気調和システム。
【請求項２】
前記運転モード決定部は、前記昇圧コンバータ部を前記空気調和機の低負荷域から動作させる高調波低減優先モードと、前記昇圧コンバータ部を前記空気調和機の高負荷域のみ動作させる損失低減優先モードのいずれかの運転モードが設定可能な請求項１に記載の空気調和システム。
【請求項３】
前記負荷状況検出手段は、前記モータの運転周波数、前記昇圧コンバータ部の母線電流値、前記モータに流れるモータ電流値、のいずれか１つ以上を検出する請求項１又は２に記載の空気調和システム。
【請求項４】
前記空気調和機の運転停止状況を監視するとともに、それぞれの前記空気調和機の運転停止状況に基づいて、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する運転監視制御部を備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和システム。
【請求項５】
前記運転監視制御部は、前記空気調和機の機種及び台数を検出するとともに、予め設定された機種と高調波量との関係に基づき、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する請求項４に記載の空気調和システム。
【請求項６】
前記運転監視制御部は、前記空気調和システムから発生する高調波量が所定値以下となる条件下で前記空気調和システム全体の回路損失が最小となるように、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する請求項４又は５に記載の空気調和システム。
【請求項７】
それぞれの前記空気調和機の高調波量を検出する高調波量検出部を備え、
前記運転監視制御部は、前記高調波量検出部の検出値に基づき、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する請求項４乃至６のいずれかに記載の空気調和システム。
【請求項８】
前記三相交流電源には、前記空気調和システムの全体の高調波量を検出する高調波量検出部が備えられ、
前記運転監視制御部は、前記高調波量検出部の検出値に基づき、それぞれの前記空気調和機の運転モードを設定する請求項４乃至７のいずれかに記載の空気調和システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧コンバータを備えた複数の空気調和機によって構成される空気調和システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、家庭用に比べて規模の大きい業務用の空気調和機では三相交流電源を用いている。そして三相交流電源に対応した機器においては、三相全波整流方式のコンバータとして三相交流電圧を整流する三相整流回路と、リアクタとコンデンサとからなり三相整流回路の出力電圧をフィルタリングするフィルタ回路と、フィルタ回路の出力電圧を交流電圧に変換しモータを駆動するインバータ回路と、を備えたものが使用されている。
【０００３】
このような三相全波整流方式のコンバータについて、単一の三相整流回路と単一の昇圧チョッパ回路を用いて電源の力率を高めることができる電力変換装置を提供することを目的として、昇圧チョッパ回路を、整流回路の出力電荷を蓄積するリアクトルと、このリアクトルに蓄積された電荷の充放電をパルス信号のパルス幅に応じて制御するスイッチング素子とを備えるように構成した電力変換装置が知られている（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、遠心機用モータの制御装置において、モータの起動・停止特性を滑らかにした制御装置を提供することを目的として、モータが起動・停止する際の低速回転領域では、昇圧コンバータの動作を停止し、パルス幅変調及び交流位相制御素子による平滑用コンデンサの充電電圧の調整により、モータに印加される電圧を抑制し、モータが高速回転領域にあるときは、交流位相制御素子を導通状態にすると共に昇圧コンバータを動作し、パルス幅変調によりモータに印加される電圧を抑制するようにしたものが知られている（例えば特許文献２）。
【０００５】
また、モータのトルク不足による回転停止や過励磁による巻線の焼損を防止することができるようにした空気調和機の制御装置を提供することを目的として、スイッチング素子の制御停止中と制御中とで異なるＶ／ｆパターンを用いて前記インバータ手段を制御する手段とを備えたものが知られている（例えば特許文献３）。
【０００６】
また、低入力交流電流域でも入力交流電流波形をほぼ正弦波とすることができ、高調波電流を低減することができるようにした空気調和機の制御装置を提供することを目的として、入力交流電流が小さいときには抵抗手段の抵抗値を入力交流電流が大きいときに比べて大きくするようにしたことを特徴としたものが知られている（例えば特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８６９４９８号公報
【特許文献２】特開平７−２５６１４７号公報
【特許文献３】特開平１０−５２０９２号公報
【特許文献４】特開平１０−５２０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の三相全波整流方式コンバータにおける電源電流はパルス状となり、このとき、電源電流の高調波成分が大きく現れるため、直流リアクタによる高調波電流の抑制を行う必要がある。このとき直流リアクタのインダクタンス値を増加するため、直流リアクタの大型化・損失増加・高コスト化を伴うという問題がある。
【０００９】
特に、原子力安全・保安院によって平成１６年１月に制定された「高圧又は特別高圧で受電する需要家の高調波抑制対策ガイドライン」（以降「特定需要家ガイドライン」と略記する）によれば、需要家の契約電力当たりの各次数の高調波量（高調波流出電流）の発生量に制限が設けられており、それを超えないよう高調波抑制対策を行うことが求められている。その中でも特に５次高調波電流の抑制が求められている。
【００１０】
また需要家への空気調和システム導入時、導入する需要家における高調波電流が、特定需要家ガイドラインによって定まる制限を超える場合には、例えばアクティブフィルタなどの高調波抑制対策機器を後付けして対応する必要がある。
【００１１】
こういった高調波抑制対策が求められている中で、特許文献１のように、全運転範囲で昇圧チョッパ回路を動作させた場合、高調波を抑制することはできるが、負荷として駆動するモータの運転範囲により、モータの起動・停止特性の悪化、またはモータのトルク不足・過励磁、または電流検出の精度悪化等が発生して、回路の損失が増大するという問題がある。
【００１２】
さらに、特許文献１の課題を解決するためになされた特許文献２〜４に示す技術のように、モータの運転範囲のうち、低速域・高速域で昇圧チョッパ回路の動作・停止を切り替えて、母線電圧を最適化する技術が提案されているが、低速域において昇圧チョッパ回路を停止させた場合、高調波電流を低減できないという問題がある。
【００１３】
従って、高調波抑制の観点では、昇圧チョッパ回路は低速域から動作させることが望ましい一方で、モータ特性等の観点では、昇圧チョッパ回路は高速域のみ動作させることが望ましいが、このように、高調波抑制の観点と回路損失抑制の観点とで、昇圧チョッパ回路の最適な動作領域が異なるため、高調波抑制対策と回路損失の改善が効果的に行えないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る空気調和システムは、上記のような課題を解決するためになされたものであり、三相交流電源に接続された複数の空気調和機から構成される空気調和システムであって、各空気調和機には、三相交流電源を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ部と、昇圧コンバータ部の出力を受けてモータを駆動するインバータ部と、空気調和機の負荷状況を検出する負荷状況検出手段と、複数の運転モードが設定可能であって、運転モードと負荷状況とに基づいて、昇圧コンバータ部の動作を制御する運転モード決定部と、が備えられ、それぞれの運転モード決定部において、空気調和システムから発生する高調波量が所定値以下となる条件下で空気調和システム全体の回路損失が最小となるように、運転モードが設定されるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、昇圧コンバータを備えた複数の空気調和機によって構成される空気調和システムにおいて、空気調和システム全体の高調波抑制対策と回路損失の改善とを効果的に行うことができる空気調和システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る空気調和システムの構成図である。
【図２】実施の形態１に係る空気調和機の回路構成図である。
【図３】実施の形態１に係る空気調和機のスイッチング制御手段の構成図である。
【図４】実施の形態１に係る空気調和機の運転モード決定部の構成図である。
【図５】昇圧コンバータ部の１周期分の電源電流波形図であり、（Ａ）は昇圧コンバータ部停止時、（Ｂ）は昇圧コンバータ部動作時の図である。
【図６】実施の形態２に係る空気調和システムの構成図である。
【図７】実施の形態２に係る空気調和機の回路構成図である。
【図８】実施の形態２に係る空気調和システムの運転監視制御部のフローチャート図である。
【図９】実施の形態３に係る空気調和システムの構成図である。
【図１０】実施の形態４に係る空気調和システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和システムの構成図である。図１において空気調和システムは、複数の空気調和機１０１からなり、空気調和機１０１のそれぞれには、運転モード決定部１６が設けられている。この運転モード決定部１６において、例えばビル等へ該空気調和システムを設置する施工者等が設定を行うことによって、後述する運転モードの決定が行われる。また、これら空気調和機１０１は、三相交流電源１に接続されており、この三相交流電源１によって三相交流電圧が供給されている。
【００１８】
図２は、実施の形態１に係る空気調和機１０１の回路構成図である。図２において、三相交流電源１は、三相整流器２に接続されている。三相整流器２は６個の整流ダイオード２ａ〜２ｆをブリッジ接続した構成となっている。三相整流器２の出力側は、昇圧コンバータ部３に接続されている。また、三相整流器２と昇圧コンバータ部３との間の母線には、母線電流検出部８が設けられている。
【００１９】
昇圧コンバータ部３は、昇圧リアクタ４と、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子５と、例えばファストリカバリダイオードのような逆流防止素子６と、により構成されている。昇圧コンバータ部３の出力側は平滑コンデンサ７に接続されている。また、平滑コンデンサ７と並列に出力電圧検出部９が設けられている。
【００２０】
スイッチング素子５は、スイッチング制御手段１０により制御される。スイッチング制御手段１０は、母線電流検出部８での検出値と、出力電圧検出部９での検出値と、後述する運転モード決定部１６から出力されるコンバータ動作・停止信号と、に基づいてスイッチング素子５を動作させる駆動信号を生成する。
【００２１】
また、平滑コンデンサ７の出力側には、インバータ回路１２が接続されている。インバータ回路１２は、例えばＩＧＢＴのようなスイッチング素子１２ａ〜１２ｆで構成されている。インバータ回路１２の出力側はモータ１５に接続されている。また、モータ１５に流れる電流はモータ電流検出手段１３により検出される。
【００２２】
インバータ回路１２は、インバータ駆動手段１４によって駆動される。インバータ駆動手段１４は、モータ電流検出手段１３の検出値と、出力電圧検出部９の検出値とに基づいて、インバータ回路１２を動作させる駆動信号を生成し、インバータ回路１２を駆動する。また、インバータ駆動手段１４は、後述する運転モード決定部に、負荷状況信号を出力する。
【００２３】
図３は、実施の形態１に係る空気調和機のスイッチング制御手段１０の構成図である。図３において、母線電流指令値演算部２１は、出力電圧検出部９で検出された母線電圧検出値と、別途任意に指定する母線電圧指令値とから、母線電流指令値を演算して出力する。
【００２４】
オンデューティ演算部２２は、母線電流指令値と、母線電流検出部８での母線電流検出値とからスイッチング素子５のオンデューティを演算する。駆動パルス生成部２３は、オンデューティ演算部２２にて演算したオンデューティと、後述するコンバータ動作・停止信号とに基づいてスイッチング素子５を動作させる駆動パルスを生成する。
【００２５】
図４は、実施の形態１に係る空気調和機の運転モード決定部１６の構成図である。図４において、運転モード設定部３１では、例えば上述のように特定需要家ガイドラインにおける計算書等に適合するように、空気調和機の運転モードが設定される。運転モードについては、後述する動作の中で説明する。コンバータ動作・停止判断部３２は、運転モード設定部３１からの負荷状況指令と、インバータ駆動手段１４から出力される例えば運転周波数のような、空気調和機１０１単体の負荷状況を把握するための負荷状況信号とから、コンバータの動作又は停止を判断してコンバータ動作・停止信号を出力する。
【００２６】
なお、空気調和機１０１単体の負荷状況信号として、上記ではインバータ駆動手段１４から出力される運転周波数をあげたが、これに限られるものではなく、例えば母線電流検出部８で検出した母線電流値、またモータ電流検出手段１３で検出したモータ電流値等の信号を用いても同様の効果が得られる。
【００２７】
次に、動作について説明する。
図２において、三相交流電源１の交流電圧は三相整流器２で整流されて直流電圧になる。スイッチング制御手段１０により昇圧コンバータ部３のスイッチング素子５のオンオフが制御され、そのチョッピングにより、三相整流器２からの母線電圧は昇圧される。
【００２８】
ここで、昇圧コンバータ部３において、スイッチング素子５がオンした場合には、逆流防止素子６は導通が阻止され、昇圧リアクタ４には三相整流器２によって整流された電圧が印加される。一方、スイッチング素子５がオフした場合には、逆流防止素子６は導通し、昇圧リアクタ４には、スイッチング素子５オン時と逆向きの電圧が誘導される。このとき、エネルギーの観点からは、スイッチング素子５のオン時に昇圧リアクタ４に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子５のオフ時に負荷であるインバータ回路１２へ移送されると見ることができる。したがって、スイッチング素子５のオンデューティを制御することで、母線電圧を制御することができる。
【００２９】
オンデューティの制御は、スイッチング制御手段１０におけるオンデューティ演算部２２にて行うが、スイッチング制御手段１０における処理は、例えば以下のように行う。
【００３０】
図３において、母線電流指令値演算部２１では、母線電圧指令値と出力電圧検出部９の検出値との偏差をゼロとするべく、母線電流指令値を決定する。オンデューティ演算部２２では、母線電流指令値演算部２１で演算した母線電流指令値と母線電流検出部８の検出値との偏差をゼロとするべく、オンデューティを決定する。このオンデューティの値と後述するコンバータ動作・停止信号とに基づき、駆動パルス生成部２３にてスイッチング素子５を動作させる駆動パルスを生成する。この駆動パルスに基づき、スイッチング素子５の開閉を制御することで母線電圧を制御する。
【００３１】
コンバータ動作・停止信号を出力する運転モード決定部１６について説明する。図４において、運転モード決定部１６内の運転モード設定部３１では、予め、空気調和機１０１ごとに運転モードを設定しておく。運転モードとしては、例えば、高調波低減優先モードと損失低減優先モードの２つのうちいずれかを設定可能なようにしておく。
【００３２】
高調波低減優先モードとは、空気調和機１０１が低負荷である範囲から昇圧コンバータ部３を動作させるモードで、損失は増加するものの、全範囲で効果的に高調波低減を実現できるモードである。また、損失低減優先モードとは、空気調和機１０１が高負荷である範囲でのみ昇圧コンバータ部３を動作させるモードで、高調波は低減できないものの、全範囲で効果的に損失を低減することができるモードである。
【００３３】
運転モード設定部３１は、上記いずれかのモードに基づいて、予め設定された負荷状況指令を出力する。負荷状況指令とは、コンバータ動作・停止判断部３２において、負荷状況信号との比較をする際の基準となる閾値であり、高調波低減優先モードでは、空気調和機１０１が低負荷の範囲から昇圧コンバータ部３を動作させるため、この閾値は低く設定され、他方、損失低減優先モードでは、空気調和機１０１が高負荷の範囲でのみ昇圧コンバータ部３を動作させるため、この閾値は高周波低減優先モードの閾値よりも高く設定される。
【００３４】
なお、上記では、空気調和機１０１の運転モードとして、高調波低減優先モード、損失低減優先モードの２つを用いて説明したが、高調波低減、損失低減の効果として、高調波低減優先モード及び損失低減優先モードの中間程度の効果が得られるよう、昇圧コンバータ部３の動作範囲を変えた運転モードを少なくとも１つ以上追加してもよい。また、直接負荷状況指令の数値、すなわち負荷状況信号との比較の基準となる閾値を設定できるようにしても良い。
【００３５】
そして、コンバータ動作・停止判断部３２は、負荷状況指令と負荷状況信号との比較を行い、コンバータ動作・停止信号を出力する。例えば、負荷状況信号がモータの運転周波数である場合には、負荷状況指令よりもモータの運転周波数が高い場合には、コンバータを動作させるべくコンバータ動作・停止信号を出力し、そうでなければ、コンバータを停止させるべくコンバータ動作・停止信号を出力する。
【００３６】
ここで、昇圧コンバータ部３を動作させた場合には、インバータ回路１２に印加される電圧が高くなる、すなわちインバータ回路１２の出力電圧を高くすることができる。それに伴いモータ１５の線間電圧を高くできるため、モータ１５の相電流が低減する。またインバータ回路１２においては、インバータ回路１２を構成するスイッチング素子１２ａ〜１２ｆに流れる電流が低減する。
【００３７】
このため、昇圧コンバータ部３で昇圧を行わない場合に比べると、昇圧コンバータ部３における損失分だけ損失が増加するものの、昇圧によりインバータ損失が低減するため、回路全体としての損失は低減される。
【００３８】
また、モータ１５を駆動する際、インバータ回路１２によりモータ１５に電圧を印加するが、その印加電圧は、母線電圧により上限が決まる一方で、モータ１５の駆動に必要な印加電圧は運転周波数に比例して大きくなるため、モータ１５の運転範囲も母線電圧によって上限が決まることになる。またモータ巻線の巻数を増加させた場合、誘起電圧φは［数１］に示すように、巻数Ｎに比例して高くなるため、モータ巻線の巻数Ｎも母線電圧によって上限が決まる。
【００３９】
【数１】
2011112334.tif 000003
【００４０】
昇圧コンバータ部３で母線電圧を昇圧する場合には、この上限を高くすることができ、例えばモータ１５の運転範囲拡大により空気調和機としての性能改善を図ったり、また、所望の運転範囲を確保する範囲内でモータ巻線の巻数Ｎを増加したりすることができる。
【００４１】
なお、一般にモータ巻線の巻数Ｎを増加させた場合には、巻線抵抗Ｒは［数２］に示すように巻数Ｎの二乗に比例し、モータ電流Ｉは［数３］に示すように巻数Ｎに反比例する関係がある。このとき、巻線抵抗によるモータ銅損Ｌｏｓｓ＿ｍｏｔｏｒｃｐは、［数４］に示すように巻数Ｎに依存しない。
【００４２】
【数２】
2011112334.tif 000004
【００４３】
【数３】
2011112334.tif 000005
【００４４】
【数４】
2011112334.tif 000006
【００４５】
前述したように、モータ１５の線間電圧を高くしてモータ１５の相電流が低減できれば、インバータ回路１２における導通損失を低減できるため、モータ巻線の巻数Ｎを増加させることで、モータ１５における損失を増加させることなく、インバータ回路１２における導通損失低減が可能となる。
【００４６】
したがって、昇圧コンバータ部３によって母線電圧を昇圧させれば、モータ１５の巻線の巻数Ｎを増加させることが可能となる。つまり、モータ１５の巻線の巻数を、昇圧コンバータ部３の最大出力電圧、すなわちインバータ回路１２の入力電圧にしたがって設計することで、インバータ回路１２におけるさらなる導通損失低減を図ることが可能となる。
【００４７】
上記のような昇圧による損失低減効果は、昇圧コンバータ部３による昇圧を行わない場合においてモータ１５への印加電圧が制限される範囲でのみ得られる。このため、これ以下の低負荷の範囲では、スイッチング制御手段１０にてスイッチング素子５をオフとし、昇圧コンバータ部３の動作を停止させれば、昇圧コンバータ部３における損失を抑制することができる。なお、モータ巻線の巻数増加による効果は、モータ１５への印加電圧が制限される範囲以外で昇圧コンバータ部３を停止しても、得ることができる。
【００４８】
次に動作波形について図５を用いて説明する。図５は昇圧コンバータ部３の１周期分の電源電流波形図であり、（Ａ）は昇圧コンバータ部３停止時、（Ｂ）は昇圧コンバータ部３動作時の図である。図５は、横軸に時間、縦軸に電流値をとっている。
【００４９】
三相交流電源１の交流電圧を三相整流器２で整流した後には、電源の各相は相電圧が最大または最小付近の１２０ｄｅｇ付近で導通し、導通時は母線電流と同一の電流が流れる。
【００５０】
昇圧コンバータ部３による昇圧を行わない場合には、電源電流波形は図５（Ａ）のようになる。電流のリプルは昇圧リアクタ４のインダクタンス値に依存するため、負荷が小さいほど、実効電流に対する電流リプルの割合は大きく、負荷が大きいほど小さくなる。
【００５１】
これに対し、昇圧コンバータ部３による昇圧を行う場合、電源電流を１２０ｄｅｇ矩形波状にするべく、スイッチング素子５のオンオフを制御するため、電源電流波形は図５（Ｂ）のようになる。スイッチング素子５のオン時の電流立ち上がり、及びオフ時の電流立ち下がりは、図に示すようには直線的に変化する。この電流の変化率は昇圧リアクタ４に印加される電圧とインダクタンス値Ｌとによって［数５］のように決まる。
【００５２】
【数５】
2011112334.tif 000007
【００５３】
なお、［数５］における各記号の意味は以下のとおりである。
Ｉｌｏｎ：スイッチング素子５のオン時に昇圧リアクタ４に流れる電流
Ｖｌｏｎ：スイッチング素子５のオン時に昇圧リアクタ４に印加される電圧
Ｉｌｏｆｆ：スイッチング素子５のオフ時に昇圧リアクタ４に流れる電流
Ｖｌｏｆｆ：スイッチング素子５のオフ時に昇圧リアクタ４に印加される電圧
【００５４】
昇圧コンバータ部３による昇圧時の電流リプル率は、オン時間またはオフ時間によって決まるため、スイッチング周波数を高くすることで電流リプル率を小さくできる。またインダクタンス値の低減を図ることも可能となる。
【００５５】
電源電流の高調波成分は、１２０ｄｅｇの通電区間における電流リプルを小さくし、電流を一定にすることで低減する。昇圧コンバータ部３による昇圧を行わない場合においては、リアクタのインダクタンス値を増加する必要があるため、大型化・損失増加を伴う。一方、昇圧コンバータ部３による昇圧時おいては、スイッチング素子５の制御によって、１２０ｄｅｇの通電区間における電流リプルを低減できるため、インダクタンス値の増加を伴わずに、電源電流の高調波成分を低減することができる。昇圧コンバータ部３による昇圧時においては、スイッチング素子５のオンデューティを制御することで電源電流を矩形波状に制御している。
【００５６】
上述したように、個々の空気調和機１０１については、昇圧コンバータ部３は低負荷の範囲において、損失低減のために停止させることが望ましいが、インダクタンス値を小とすると、昇圧コンバータ部３の停止時に高調波成分が大きく、昇圧コンバータ部３を持たない従来の回路構成に比べ、高調波成分を低減できない。このため、空気調和機のシステム全体として高調波成分の低減を図るべく、運転モード設定部３１において運転モードを設定する。
【００５７】
例えば特定需要家ガイドラインにおける計算書上で、空気調和システム全体での高調波量が制限を超える場合には、高調波低減優先モードに設定した空気調和機１０１を多く設置し、特定需要家ガイドラインでの制限をクリアするべく、空気調和システムを構成する。これにより、空気調和機１０１に高調波低減の効果が付加できるため、高調波抑制対策機器の設置台数を削減することが可能となる。またその他の空気調和機は損失低減優先モードとすることで、高調波低減優先モードでの損失増加を抑制することが可能となる。
【００５８】
また、例えば空気調和システム全体での効率改善を優先したい場合には、損失低減優先モードに設定した空気調和機１０１のみで空気調和システムを構成し、特定需要家ガイドラインでの制限に対しては高調波抑制対策機器により対応することとしてもよい。
【００５９】
なお、高調波低減優先モード及び損失低減優先モードの他に中間の運転モードを設けたり、負荷状況信号との比較の基準となる閾値を任意に設定できるようにしたりすれば、例えば、ビル等の設備における高調波量が、高調波規制の制限に対しては余裕があるものの、機器１台を損失低減優先モードとすると制限を超えてしまうといった場合、中間の運転モードや任意の閾値を使用することにより、高調波規制による制限の中で損失低減の効果を最大限得ることが可能となる。
【００６０】
実施の形態１によれば、昇圧コンバータを備えた複数の空気調和機によって構成される空気調和システムにおいて、個々の空気調和機１０１に高調波低減優先モードと損失低減優先モードとを設定することにより、空気調和システム全体の高調波抑制対策と回路損失の改善とを効果的に行う空気調和システムを得ることができるという効果がある。
【００６１】
また、運転モードの数を増やしたり、或いは、直接負荷状況指令の数値設定できるようにしたりすることにより、個々の空気調和機１０１の設定を細かく調整することができ、空気調和システム全体としての損失低減の効果を最大限得ることが可能となるという効果がある。
【００６２】
実施の形態２．
実施の形態１では、空気調和システムの導入時に、例えば特定需要家ガイドラインにおける計算書上で空気調和システム全体での高調波量を算出し、制限を超える場合に各空気調和機１０１の運転モードを設定して、高調波抑制対策を行うこととなる。
【００６３】
しかし、このような計算書上で算出される高調波量は、空気調和機の運転範囲における最大値を計算するものである。また、実際の運転状況においては、空気調和システムにおいて全ての空気調和機が運転している状況だけでなく、季節や時間帯によっては停止状態の空気調和機が存在する状況も考えられる。したがって、実際の運転状況における高調波量は、計算書上の高調波量に比べ小さい場合がある。
【００６４】
そこで、実施の形態２では、各空気調和機１０１の実際の運転停止状況に基づいて、運転モードを設定する。
【００６５】
図６は、実施の形態２に係る空気調和システムの構成図である。図６において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付しているので、図１との差異について説明する。空気調和機１０１には、運転モード決定部１６に加えて運転停止状況検出手段１７が備えられている。運転停止状況検出手段１７は、空気調和機１０１の運転停止状況を検出する。なお、運転停止状況検出手段１７は運転停止状況として、例えば、運転中の空気調和機の機種や、運転中の空気調和機の計算書上発生する高調波量などの情報を検出する。前者の場合には、機種と高調波量の関係を運転監視制御部１０２にて予め設定しておけばよい。
【００６６】
また、運転監視制御部１０２は、複数の空気調和機１０１に接続されており、運転停止状況検出手段１７によって検出された空気調和機１０１の個別の運転停止状況を監視するとともに、それぞれの空気調和機１０１の運転モード決定部１６に対して運転モードの設定を行う。従って、図４で示した運転モード決定部１６の構成図において、運転モード設定部３１に対する設定は、本実施の形態では、運転監視制御部１０２が実際の運転停止状況に基づいて行うことになる。
【００６７】
図７は、実施の形態２に係る空気調和機の回路構成図である。図７において、図２と同じ構成要素には同じ符号を付しているので、図２との差異について説明する。運転停止状況検出手段１７は、空気調和機１０１の運転停止状況を検出し、運転監視制御部１０２に伝送する。また、運転モード決定部１６は、運転監視制御部１０２からの制御信号に基づき、運転モードの設定を行う。
【００６８】
また、同一の三相交流電源１に、空気調和機１０１以外の他の機器が接続されている場合には、該他の機器にも運転停止状況検出手段を設け、運転監視制御部１０２に伝送する構成としてもよい。
【００６９】
次に、動作について説明する。図８は、実施の形態２に係る空気調和システムの運転監視制御部１０２のフローチャート図である。
【００７０】
図８において、ＳＴＥＰ１は、運転停止状況検出手段１７より空気調和機１０１のそれぞれの運転停止状況を検出するステップである。ＳＴＥＰ２は、ＳＴＥＰ１にて検出した運転停止状況に基づき、運転中の空気調和機の高調波量の総計を算出するステップである。ＳＴＥＰ３は、高調波量の総計と、高調波規制での制限値との差を算出するステップである。
【００７１】
なお、同一の三相交流電源１に、空気調和機１０１以外の他の機器が接続されている場合には、ＳＴＥＰ１乃至ＳＴＥＰ２において該他の機器からの運転停止状況も合わせて検出すればよい。
【００７２】
ＳＴＥＰ４は、ＳＥＴＰ３で算出した差分を基に、高調波規制をクリアしているか否かを判断するステップである。高調波規制をクリアしていると判断すると、ＳＴＥＰ５にて、高調波規制をクリアする範囲内で、高調波量が最大となるべく、言い換えれば高調波低減優先モードの台数がもっとも少なく、損失低減優先モードの台数がもっとも多くするべく、空気調和機１０１の運転モードを決定する。
【００７３】
また、ＳＴＥＰ４にて高調波規制をクリアしていないと判断すると、ＳＴＥＰ６にて、高調波規制をクリアするような空気調和機１０１の運転モードを決定する。なお、ＳＴＥＰ６においても、高調波低減優先モードの台数がもっとも少なく、損失低減優先モードの台数がもっとも多くするべく、運転モードを決定することで、空気調和システムの損失を最小限に抑制することができる。
【００７４】
ＳＴＥＰ７は、ＳＴＥＰ５又はＳＴＥＰ６にて決定した空気調和機１０１の運転モードを、運転モード決定部１６に運転モード指令として出力するステップである。
【００７５】
実施の形態２によれば、空気調和システムにおける空気調和機の運転停止状況を検出し、検出した運転停止状況に基づいて運転モードを決定するため、実際の運転停止状況に基づいて損失低減を行うことができるという効果がある。
【００７６】
また、運転状態となっている空気調和機の高調波量を、例えば特定需要家ガイドラインによる制限以下となることを条件とすることにより、損失低減優先モードの機器の台数を最大にすることができ、より効果的に損失低減することができるという効果がある。
【００７７】
また、同一の三相交流電源１に接続されている他の機器にも運転停止状況検出手段を設け、運転監視制御部１０２が該他の機器の運転停止状況も踏まえた上でシステム全体の高調波量を算出する構成とすれば、他の機器も含めて高調波対策を行うことができるという効果がある。
【００７８】
実施の形態３．
実施の形態２では、各機器の運転停止状況を検出して各空気調和機１０１の運転モードを設定したが、必ずしも実際の高調波量とは一致しないときもある。そこで、本実施の形態では、各機器に高調波量検出部１０３を設置する。
【００７９】
図９は、実施の形態３に係る空気調和システムの構成図である。三相交流電源１からの電源線が各空気調和機１０１に分岐した後に、空気調和機１０１ごとに高調波量検出部１０３を接続した構成としている。この高調波量検出部１０３により、運転中の空気調和機の高調波量を実際に検出し、運転監視制御部１０２にて実施の形態２と同様に空気調和機１０１のコンバータの運転モードを決定する。
【００８０】
また、三相交流電源１に空気調和機１０１以外の他の機器が接続されている場合には、該他の機器にも高調波量検出部１０３を接続する構成としても良い。
【００８１】
本実施の形態によれば、各空気調和機１０１の実際の高調波量を検出してコンバータの運転モードを決定することができるので、損失低減優先モードによる効果をより効果的に得ることができる。
【００８２】
また、空気調和機１０１以外の他の機器にも高調波量検出部１０３を接続して高調波量を検出することにより、三相交流電源１に接続されている全ての機器を対象に高調波対策を行うことができるという効果がある。
【００８３】
実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る空気調和システムの構成図である。高調波量検出部１０３は、三相交流電源１からの電源線が各空気調和機１０１に分岐する前に設けられている。この高調波量検出部１０３により、他の機器１０４を含む電源系統全体での高調波量を検出し、運転監視制御部１０２にて、空気調和システムを構成する空気調和機個々の運転モードを決定して運転する。
【００８４】
これにより、同一の電源系統で動作する他の機器１０４の発生する高調波も含めて、実際の高調波量に基づいて高調波対策を行うことができるという効果があるとともに、高調波量検出部１０３の数を削減できるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は上記実施の形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１  三相交流電源
２  三相整流器
２ａ〜２ｆ  整流ダイオード
３  昇圧コンバータ部
４  昇圧リアクタ
５  スイッチング素子
６  逆流防止素子
７  平滑コンデンサ
８  母線電流検出部
９  出力電圧検出部
１０  スイッチング制御手段
１２  インバータ回路
１２ａ〜１２ｆ  スイッチング素子
１３  モータ電流検出手段
１４  インバータ駆動手段
１５  モータ
１６  運転モード決定部
１７  運転停止状況検出手段
２１  母線電流指令値演算部
２２  オンデューティ演算部
２３  駆動パルス生成部
３１  運転モード設定部
３２  コンバータ動作・停止判断部
１０１  空気調和機
１０２  運転監視制御部
１０３  高調波量検出部
１０４  同一の電源系統で動作する他の機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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