(57)【要約】【課題】インバータ装置を備えた空気調和装置において、従来電圧仕様の圧縮機を高電圧仕様の地域で用いる場合に、従来の電流制限値では、保護できない領域の運転となるため、圧縮機の破損につながる。【解決手段】制御装置４は、直流母線電圧検出装置１０で検出された電圧値に基づいて電源電圧が従来の電源電圧地域での使用なのか、高い電圧地域での使用なのかのいずれであるかを判断すると共に、電源電圧が高い電圧地域の場合、直流母線電圧検出装置１０の値に対応した電流制限値を導出し、その電流制限値にて圧縮機の保護を行う。【選択図】    図１
2013024150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量可変型圧縮機モータと、
前記圧縮機モータを回転駆動するインバータ装置と、
前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出装置と、
前記圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度検出装置と、
前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出装置と、
前記圧縮機モータの周波数を検出する周波数検出装置と、
前記圧縮機モータに流れる電流を検出するモータ電流検出装置と、
直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出装置と、
前記吸入圧力検出装置で得られた値、前記吸入温度検出装置で得られた値、前記吐出圧力検出装置で得られた値、前記吐出温度検出装置で得られた値、前記モータ電流検出装置で得られた値、前記直流母線電圧検出装置で得られた値および前記周波数検出装置で得られた値を用いて前記インバータ装置の制御信号を生成する制御装置と、を備えた空気調和装置において、
前記制御装置は、
前記直流母線電圧検出装置で検出された電圧値に基づいて電源電圧の高い地域での使用か従来地域での使用かを判断すると共に、
電源電圧が高い地域で使用する場合、予め設定された直流母線電圧と電流制限値との関係に基づいて、前記直流母線電圧検出装置により得られた直流母線電圧に応じた電流制限値を導出して設定し、前記圧縮機を運転する空気調和装置。
【請求項２】
容量可変型圧縮機モータと、
前記圧縮機モータを回転駆動するインバータ装置と、
前記圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出装置と、
前記圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度検出装置と、
前記圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出装置と、
前記圧縮機モータの周波数を検出する周波数検出装置と、
前記圧縮機モータに流れる電流を検出するモータ電流検出装置と、
直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出装置と、
前記吸入圧力検出装置で得られた値、前記吸入温度検出装置で得られた値、前記吐出圧力検出装置で得られた値、前記吐出温度検出装置で得られた値、前記モータ電流検出装置で得られた値、前記直流母線電圧検出装置で得られた値および前記周波数検出装置で得られた値を用いて前記インバータ装置の制御信号を生成する制御装置と、を備えた空気調和装置において、
前記制御装置は、
前記直流母線電圧検出装置で検出された電圧値に基づいて電源電圧の高い地域での使用か従来地域での使用かを判断すると共に、
電源電圧が高い地域で使用する場合、前記インバータ装置の指令周波数を取得し、予め設定した周波数と圧縮機電力との関係に基づいて、前記指令周波数に応じた圧縮機電力の値を導き、前記圧縮機電力の値と前記直流母線電圧検出装置で検出された値によって算出された最適な電流値が出力されるように前記インバータ装置の出力電圧のパルス幅を調整し、前記最適な電流値により前記圧縮機を運転することを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータにより圧縮機モータの可変速制御を行う空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ装置を備えた空気調和装置における圧縮機モータの回転制御について、図６を参照して説明する。図６において、縦軸のＥ［Ｖ］はインバータ装置の出力電圧を表し、横軸のＦ［ｒｐｓ］は圧縮機モータの回転数を表す。
図６のようにモータの回転数に合わせてインバータの出力電圧が上昇していくのだが、この出力電圧の上限値は電源電圧に依存する。この上限値をＥｍと表す。
【０００３】
図６（ａ）のＡ１は電圧の推移を表し、モータの回転数が０→ｆ１に達するまでは、電源電圧に比例した運転を行う。このｆ１に達すると、インバータの電圧が最大出力電圧Ｅｍとなる。一般的な空気調和装置ではｆ１に達するまでは、電圧利用率を高めるため、インバータの出力電圧を積極的にＥｍになるように制御している。
【０００４】
一方、図６（ａ）のＡ２はインバータ出力電圧が飽和状態であることを表し、回転数がｆ１以上では、インバータの出力電圧を上昇させることが出来ないため、電流を増加させてモータの運転をしていた。電流値は、モータの回転数がｆ２に達すると、これ以上回転しないよう制限されている。これは、回転数過多とならぬよう、圧縮機を保護するためである。
【０００５】
上記の制御を式で表す。インバータ装置の出力電力をＰ、出力電圧をＶ、モータ電流をＩ、力率をＣＯＳθとすると、電力Ｐは以下の式（１）で得られる。
Ｐ＝√３ＶＩ・ＣＯＳθ・・・（１）
式（１）より、従来の制御は、インバータ装置の出力電圧Ｖが最大出力電圧Ｅｍに達した場合であっても、回転数を上げるため、モータ電流Ｉを増加させ運転している。（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
一方、圧縮機の運転範囲は吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄとの関係で表すことができる（図６（ａ１））。運転範囲は実際には複雑な軌跡を描くが、図６では模式的に長方形で表している。この長方形はその許容圧力を表し、圧縮機はこの許容圧力の範囲内で運転させなければならない。圧縮機の内圧が許容圧力を超えると圧縮機の破損を招く。また、図６（ａ１）のＢ１は上述した圧縮機保護のための電流制限値を表す。
【０００７】
従来の運転制御では、電流制限値Ｂ１を設定することにより圧縮機の回転数がｆ２を超えないようにして、圧縮機の保護をしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−３１８２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
空気調和装置が設置される地域によって電源電圧が異なるため、各地域の電源電圧に対応した空気調和装置が要求される。
【００１０】
特に、電源電圧の高い地域で、従来の圧縮機をそのまま使用すると、インバータの最大出力電圧Ｅｍの値が増加することにより、図６の（ｂ）のように、圧縮機の最大回転数ｆ２を超えてしまう。
式（１）により、従来と同じ出力電力を取り出そうとしたとき、電源電圧が高電圧となったことによりインバータ出力電圧が増加し、それによりモータ電流値は減少する。このとき、図６（ｂ１）のように電流制限値Ｂ２が運転範囲を逸脱し、電流制限が掛からない。
【００１１】
上述したように、従来の制御は電源電圧（直流母線電圧）に関係なく電流値で制御を行っていたため、今回のように電源電圧が上昇（直流母線電圧の上昇）すると圧縮機の運転範囲に影響を与えてしまう。
【００１２】
この発明は、圧縮機を様々な電源電圧地域で用いながらも、インバータ装置に入力される直流母線電圧の値によって、圧縮機モータの電流制限値を変更することで、圧縮機の保護を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明にかかる空気調和装置の第１の形態は、容量可変型圧縮機モータと、圧縮機モータを回転駆動するインバータ装置と、圧縮機の吸入圧力を検出する吸入圧力検出装置と、圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度検出装置と、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置と、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出装置と、圧縮機モータに流れる電流を検出するモータ電流検出装置と、直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出装置と、吸入圧力検出装置で得られた値、吸入温度検出装置で得られた値、吐出圧力検出装置で得られた値、吐出温度検出装置で得られた値、モータ電流検出装置で得られた値、直流母線電圧検出装置で得られた値を用いてインバータ装置の制御信号を生成する制御装置と、を備えた空気調和装置において、
制御装置は、
直流母線電圧検出装置で検出された電圧値に基づいて電源電圧がある閾値電圧以上であるかを判断すると共に、
電源電圧が高電圧仕様の場合、予め設定された直流母線電圧と電流制限値との関係に基づき、直流母線電圧検出装置により得られた直流母線電圧に応じた電流制限値を導いて再設定し圧縮機を駆動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明にかかる空気調和装置は、圧縮機に取り付けた各種検出装置から得られた情報に基づいて、圧縮機モータに流れる電流制限値を設定することによって圧縮機の破壊を防止している。また高電圧仕様ではインバータ装置の出力電圧が高くなるため、一定の電力であれば、電流値が少なくて済むので、熱損失が低減され、インバータ装置の効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１における空気調和装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の圧縮機モータの運転範囲を表したグラフである。
【図３】実施の形態１のインバータの出力電圧（駆動信号）を示す図である。
【図４】実施の形態１における圧縮機モータの回転制御の動作を説明するフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２における圧縮機モータの回転制御の動作を説明するフローチャートである。
【図６】電源電圧によるインバータ出力電圧、回転数の推移と運転範囲と電流制限値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の構成を示すブロック図である。空気調和装置は、商用電源１１から供給される交流電力を直流電力に変換する整流部１、モータ駆動用の信号を生成するインバータ装置２、圧縮機３０を回転駆動する圧縮機モータ３、制御装置４ならびに各種物理量を検出する検出装置５〜１０で構成されている。
【００１７】
検出装置５〜１０には、圧縮機３０の吸入圧力を検出する吸入圧力検出装置５、圧縮機３０の吸入温度を検出する吸入温度検出装置６、圧縮機３０の吐出圧力を検出する吐出圧力検出装置７、圧縮機３０の吐出温度を検出する吐出温度検出装置８、圧縮機モータ３に流れる電流を検出するモータ電流検出装置９、直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出装置１０がある。制御装置４は、これらの検出装置５〜１０で検出した値を内蔵のメモリに格納すると共に、検出した値に基づいて電流制限値を設定する。
【００１８】
次に、図２を用いて、この発明における圧縮機モータ３の回転制御について説明する。
図２は、圧縮機モータ３の運転範囲を示す。図２において横軸は低圧側の吸入圧力Ｐｓを、縦軸は高圧側の吐出圧力Ｐｄを示す。圧縮機３０には許容圧力が存在し、圧縮機３０の内圧がこの許容圧力を超えると圧縮機３０の破損を招く。図２（ａ）において、Ａは吐出圧力Ｐｄの許容圧力、Ｂは吸入圧力Ｐｓの許容圧力である。またＥは吐出圧力Ｐｄの下限値、Ｆは吸入圧力Ｐｓの下限値である。なお、斜線Ｃはその圧力で運転するのに必要な運転電流値を表す。
【００１９】
圧縮機３０の運転は、圧縮機モータ３を回転させて吸入した冷媒を圧縮し、ある一定の圧力になれば吐出するという動作を行う。図２（ａ）のエリアＤ１のように、吸入圧力Ｐｓが低く吐出圧力Ｐｄが高い場合は吸入した冷媒圧力が低いため、吐出圧力を上げるための圧縮機モータの仕事量が増え発熱を伴う。その発熱が圧縮機３０の許容温度を超えてしまう場合があるため、運転範囲としては厳しい。
【００２０】
図２（ａ）のエリアＤ２のように、吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄともに高いときは、吸入した冷媒の圧力が初めから高く、圧縮工程の初期で圧縮機３０の許容圧力に達してしまうため、運転範囲としては厳しい。すなわち過負荷領域にある。よって、高圧側、低圧側ともに高圧力の方向で運転条件は厳しくなる。
【００２１】
ここで、図２に圧力条件についての詳細図を示す。図２（a）のＣはモータ電流値を表し、同一線上は同じ電流値を表す。Ｐｓ、Ｐｄが共に上がるほど（右上に行くほど）高負荷での運転となり、モータのトルクが必要となるため、それに応じて電流値も大きくなる。このときのＰｓ、Ｐｄが高い状態を過負荷状態という。
図中Ｃ１は電流制限値を表し、図６（ａ）のｆ２の回転数に達する電流値がＣ１である。この電流値Ｃ１とＰｓ、Ｐｄで描かれる範囲を超えないように制御することで圧縮機を保護しながら運転を行っている。
【００２２】
図２（ｂ）のＣ１はある状態のときの過負荷状態での電流制限値を表し、Ｃ１＝Ｇ［Ａ］とし、Ｃ２はこの過負荷状態時に必要な電流値であり、Ｃ２＝Ｈ［Ａ］とする。仮に今、電流制限が掛かる直前の状態とすれば、Ｃ１、Ｃ２とも同等の電流値（Ｇ＝Ｈ）である。電源電圧の高い地域での運転ではＨ［Ａ］は小さくなるが、電流制限値Ｃ１はＧ［Ａ］のまま変わらないため、Ｇ＞Ｈとなる。よって、電源電圧が高いと電流制限値は図２（ｃ）のＣ３へシフトする。これにより、電流制限値が圧縮機の運転範囲を逸脱してしまうため、電流値で保護を掛けることが出来ない。この場合、運転制限にかかる前に過負荷領域で回り続け、圧縮機の破壊を招くこととなる。
【００２３】
空気調和装置の運転中、予め設定した「直流母線電圧と電流制限値」のテーブルから、直流母線電圧検出装置１０により検出された直流母線電圧に応じた電流制限値を導出し、再設定する。
このテーブルは、直流母線電圧と電流値が式（１）のように反比例する関係を用いて設定する。
【００２４】
このように、直流母線電圧検出装置１０の値に応じて電流制限値を適宜変更することで、電源電圧が高い地域で従来の圧縮機モータの回転制御で運転させた場合に発生する圧縮機３０の破壊を未然に防ぐことが出来る。
【００２５】
次に図４のフローチャートを用いて、圧縮機３０の制御の動作を説明する。制御装置４は、まず直流母線電圧検出装置１０を用いて直流母線電圧を検出する（ステップＳ１）。直流母線電圧は商用電源１１の交流電圧を整流したものであり、商用電源１１がある一定の値での母線電圧Ａ［Ｖ］を閾値として、直流母線電圧がそれを超える場合、制御装置４は、空気調和装置が電源電圧の高い地域で使用されていると判断する（ステップＳ２）。
【００２６】
直流母線電圧の値がＡ［Ｖ］以上である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、ステップＳ３の処理に進み、制御装置４は、予め設定した母線電圧に応じた電流制限値のテーブルを用いて、検出した直流母線電圧の値から電流制限値を導出する（ステップＳ３）。そしてその電流制限値を新たに設定し、運転を行う（ステップＳ５）。一方、直流母線電圧の値がＡ［Ｖ］未満となり、従来の電源電圧地域での使用と判断した場合（ステップＳ２でＮｏ）、制御装置４は、図６を用いて説明した従来の可変速制御を行う（ステップＳ４）。
【００２７】
このように、直流母線電圧検出装置１０により検出した値に応じた電流制限値を新たに設定することで、圧縮機３０を常に適正な圧力範囲で運転できる。
【００２８】
実施の形態２．
本実施の形態では、インバータ装置２のパルス幅を変更することで電流値を変更し、インバータの効率を上げる方法について述べる。
これについて、図６および図３を用いて説明する。なお、図３はインバータ装置２で生成される圧縮機モータ駆動信号の波形を示す。
【００２９】
図３（ａ）に示す圧縮機モータ駆動信号のうち実線は従来電圧仕様の場合の駆動信号を示す。図６において、従来の電圧仕様の場合、圧縮機モータ３の出力電圧は、電源電圧が制限されるためＥｍ以上の電圧を出力することができない。運転環境が高電圧仕様に変わった場合、電源電圧の上昇に伴い、破線で示すように駆動信号の電圧が高くなる。その結果、インバータ装置２から図６の電圧Ｅｍを超えた電圧が出力される。
【００３０】
インバータ装置２から出力される電流値はパルス波形の面積に比例するため、高電圧仕様では出力電圧の制限が解除され、圧縮機モータ３に流れる電流値が大きくなって、圧縮機モータ３のトルクが大きくなり、最悪の場合、圧縮機３０が破壊される。
【００３１】
上述の事態を回避するためには、電流値を下げればよいので、図３の（ｂ）に示すようにインバータの出力電圧が上昇した分、パルスの幅を狭めることでパルス波形の面積を小さくして電流値を下げる。
【００３２】
また、従来の制御では、直流母線電圧（電源電圧）に関係なく一定の電流値で制限して運転を行っていたため、（例えば、電源電圧の誤差（２００Ｖ±１０％）があっても電流制限値は一定）効率の悪い運転であったが、本実施の形態では、パルス幅を調整し、最適な電流値で運転できるよう制御することで、インバータの効率を上げることができる。
【００３３】
この最適な電流値を算出するために、予め設定した周波数と圧縮機の電力Ｐｍとの関係を示すテーブルを用いて、取得したインバータ装置２の指令周波数に応じた圧縮機の電力Ｐｍの値を導出する。そのときの電流は式（１）より、以下の式により求まり、求まった値が最適電流値となる。
Ｉ＝Ｐｍ／（√３（Ｖｄｃ／α）ＣＯＳθ）・・・（２）
Ｖｄｃは直流母線電圧、αは実試験により導く係数（≒√２）を表し、Ｖｄｃ／αはインバータの出力電圧である。
【００３４】
本実施の形態を図５フローチャートを用いて説明する。実施の形態１と同様、まず直流母線電圧検出装置１０を用いて直流母線電圧を検出し（ステップＳ１）、得られた直流母線電圧値により従来よりも高い電源電圧地域か判定し（ステップＳ２）、高い電源電圧地域ではない場合は従来の可変速制御を行う（ステップ４）。
空気調和装置が、高い電源電圧地域で使用と判断された場合（ステップＳ２のＹｅｓ）インバータ装置２の指令周波数値を取得する（ステップＳ３）。周波数と圧縮機の電力Ｐｍとの関係を示すテーブルに基づき、取得した指令周波数値に応じたＰｍの値を導出する。（ステップＳ５）
その後、Ｐｍと直流母線電圧検出装置１０により得られた値から式（２）を用いて最適電流値Ｉを求める（ステップＳ６）。
最適電流値Ｉになるように、インバータ出力電圧のパルス幅を調整する（ステップＳ７）。
【００３５】
上述したように本実施の形態では、予め設定した周波数と圧縮機３０の電力Ｐｍとの関係から、インバータ装置２で取得した指令周波数の値に応じた電力Ｐｍを導出し、直流母線電圧検出装置１０の値との演算により、最適電流値を算出し、その電流値になるようインバータ装置２の出力電圧のパルス幅を調整する。これにより、モータを最適な電流値で運転できるので、インバータの効率を上げることが出来る。
【符号の説明】
【００３６】
１  整流部
２  インバータ装置
３  圧縮機モータ
４  制御装置
５  吸入圧力検出装置
６  吸入温度検出装置
７  吐出圧力検出装置
８  吐出温度検出装置
９  モータ電流検出装置
１０  直流母線電圧検出装置
１１  商用電源
３０  圧縮機
【図１】
2013024150.tif 000003
【図２】
2013024150.tif 000004
【図３】
2013024150.tif 000005
【図４】
2013024150.tif 000006
【図５】
2013024150.tif 000007
【図６】
2013024150.tif 000008