JP2000295855A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２個のスイッチ素子による三相高力率改善形
コンバータを一定周波数で駆動した場合、空気調和装置
の負荷状態により入力電流の歪率が悪化する。 【解決手段】 電力変換装置として２個のスイッチング
素子で構成されたチョッパ部１３と、この出力を任意の
周波数及び電圧に変換する電力変換器９を有し、入力電
流検出器６と、入力電流の５次高調波を検出する周波数
分析部５と、チョッパ制御部８と、パルスのオンデュー
ティーからチョッピング周波数加減指令を出力するオン
デューティー監視部４と、チョッピング周波数加減指令
と５次高調波上限値から入力電流の５次高調波が５次高
調波上限値以下になるようにチョッピング周波数指令値
を加減するチョッピング周波数司令部７により構成さ
れ、負荷に合わせ５次高調波レベルが低下するようにチ
ョッピング周波数を可変とすることで負荷とは無関係に
入力電流の低歪率化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高力率整流回路を
用いた電力変換装置を搭載した空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、平成５年電気学会産業応用部門
全国大会講演論文集に「三相高力率コンバータ」として
掲載された高力率整流回路の回路図である。

【０００３】同図において、６個のダイオードＤ１〜Ｄ
６がブリッジ接続されており、これらが整流部を構成し
ている。この整流部の交流側端子、すなわち、直列接続
されたダイオードＤ１，Ｄ２の相互接合点、ダイオード
Ｄ３，Ｄ４の相互接合点及びダイオードＤ５，Ｄ６の相
互接合点がそれぞれ、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を介
して、三相交流電源ＰＳに接続されている。

【０００４】また、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３と三相
交流電源ＰＳとの間の各電源ラインに一端が接続され、
他端が共通接続されてなる星形接続コンデンサＣ１，Ｃ
２，Ｃ３が設けられている。

【０００５】一方、ダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路、
ダイオードＤ３，Ｄ４の直列回路、ダイオードＤ５，Ｄ
６の直列回路を互いに並列接続した両端、すなわち、整
流部の直流側端子間に、ＩＧＢＴを用いた上アームスイ
ッチ，下アームスイッチの直列回路でなるチョッパ回路
が接続されると共に、これらの上アームスイッチ，下ア
ームスイッチの相互接合点が星形接続コンデンサＣ１，
Ｃ２，Ｃ３の共通接続端、すなわち、中性点に接続され
ている。また、整流部の直流側端子間に、平滑コンデン
サＣｄｃと、負荷抵抗ＲＬとが接続されている。

【０００６】この高力率整流回路の動作原理は公知であ
るので、その詳しい説明を省略するが、上アームスイッ
チ，下アームスイッチのゲートｇ１，ｇ２に、電源周波
数よりもはるかに高い周波数のオン，オフ信号を加え
て、上アームスイッチ，下アームスイッチを交互にオ
ン，オフさせたとき、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３の電
源側における相電流、すなわち、入力電流を、図５に示
したように、歪分の少ない正弦波に近付けることができ
るものである。そして、この高力率整流回路は、コンデ
ンサ入力形整流回路に、若干の素子を加えるだけで済
み、その制御も電流値等の検出やＰＷＭ制御（パルス幅
変調制御）のような複雑な制御を必要としないため、簡
易な構成で入力電流の波形及び力率を改善できる特徴を
有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の高力率
整流回路が入力電源の歪みを低く維持できるのは上アー
ムスイッチ，下アームスイッチのオンデューティがそれ
ぞれ４０％〜５０％の時であり、この高力率整流回路を
空気調和装置などの整流回路として組み込む場合、負荷
の変化に従い高力率整流回路の出力電力を調整するため
にオンデューティーが変化する。軽負荷の場合はオンデ
ューティーが小さくなるため、入力電流波形が歪んでし
まうという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に請求項１記載の本発明の空気調和装置は、空気調和装
置における圧縮機駆動用モータが、交流を直流に変換し
得られた直流を交流に変換する電力変換装置を利用し、
その電力変換装置として三相交流電源にラインフィルタ
が接続され、ラインフィルタの出力側の各相にリアクト
ルが接続され、各々のリアクトルが整流部であるダイオ
ードブリッジに接続され、一端が前記ラインフィルタと
前記リアクトルとの間の前記各電源ラインに接続され、
他端が共通接続された星形接続コンデンサと、前記整流
部の直流側端子間に直列接続された２個のスイッチング
素子を含み、これらのスイッチング素子の相互接合点が
前記星形接続コンデンサの共通接続端に接続され前記リ
アクトルと平滑コンデンサの働きにより任意の直流電圧
を出力するチョッパ部と、前記チョッパ部の出力を任意
の周波数及び電圧に変換する電力変換器と、前記電力変
換器に接続された圧縮機駆動用モータを有し、前記チョ
ッパ部の２個のスイッチング素子を前記交流電源の周波
数よりも格段に高い周波数で交互にオン，オフ制御する
構成を持つものに関し、入力電流を検出する入力電流検
出器と、前記入力電流検出器の出力から５次高調波を検
出する周波数分析部と、前記チョッパ部の出力電圧をチ
ョッパ出力電圧設定値に従い一定の電圧になるように２
個のスイッチング素子をスイッチングするパルス波形を
形成するチョッパ制御部と、チョッパ制御部の出力する
パルス波形のオンデューティーを測定し目標オンデュー
ティー設定値及び最大オンデューティー設定値と比較し
それに従いチョッピング周波数加減指令を出力するオン
デューティー監視部と、前記オンデューティー監視部の
出力であるチョッピング周波数加減指令と前記周波数分
析部の出力信号と５次高調波上限値から入力電流の５次
高調波が５次高調波上限値以下になるようにチョッピン
グ周波数指令値を加減するチョッピング周波数司令部
と、前記チョッピング周波数司令部の出力であるチョッ
ピング周波数指令値に従い前記チョッパ部を制御する前
記チョッパ制御部を備えた構成としたものである。

【０００９】この本発明によれば、実際の入力電流の５
次高調波を確認しながら必要に応じてチョッピング周波
数を加減することにより、結果的に適当なオンデューテ
ィーに設定されるため、あらゆる負荷状態において入力
電流波形の歪みを低く押さえることが可能となる。

【００１０】また、請求項２記載の本発明の空気調和装
置は、請求項１の周波数分析部において５次高調波上限
値と比較し、５次高調波上限値を越えるレベルの時は制
御異常信号を出力し、異常表示部で表示を行い外部に対
し異常を知らせる表示回路を備えた構成としたものであ
る。

【００１１】この本発明によれば、チョッパが動作して
いるにも関わらず入力電流の５次高調波が５次高調波上
限値以下に下がらないことから、星形接続コンデンサな
どの異常が考えられるため、これを外部に通知する事に
より致命的なダメージが発生する前に対策をとることが
可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、空気調和装置における圧縮機駆動用モータが、交流
を直流に変換し得られた直流を交流に変換する電力変換
装置を利用し、その電力変換装置として三相交流電源に
ラインフィルタが接続され、ラインフィルタの出力側の
各相にリアクトルが接続され、各々のリアクトルが整流
部であるダイオードブリッジに接続され、一端が前記ラ
インフィルタと前記リアクトルとの間の前記各電源ライ
ンに接続され、他端が共通接続された星形接続コンデン
サと、前記整流部の直流側端子間に直列接続された２個
のスイッチング素子を含み、これらのスイッチング素子
の相互接合点が前記星形接続コンデンサの共通接続端に
接続され前記リアクトルと平滑コンデンサの働きにより
任意の直流電圧を出力するチョッパ部と、前記チョッパ
部の出力を任意の周波数及び電圧に変換する電力変換器
と、前記電力変換器に接続された圧縮機駆動用モータを
有し、前記チョッパ部の２個のスイッチング素子を前記
交流電源の周波数よりも格段に高い周波数で交互にオ
ン，オフ制御する構成を持つものに関し、入力電流を検
出する入力電流検出器と、前記入力電流検出器の出力か
ら５次高調波を検出する周波数分析部と、前記チョッパ
部の出力電圧をチョッパ出力電圧設定値に従い一定の電
圧になるように２個のスイッチング素子をスイッチング
するパルス波形を形成するチョッパ制御部と、チョッパ
制御部の出力するパルス波形のオンデューティーを測定
し目標オンデューティー設定値及び最大オンデューティ
ー設定値と比較しそれに従いチョッピング周波数加減指
令を出力するオンデューティー監視部と、前記オンデュ
ーティー監視部の出力であるチョッピング周波数加減指
令と前記周波数分析部の出力信号と５次高調波上限値か
ら入力電流の５次高調波が５次高調波上限値以下になる
ようにチョッピング周波数指令値を加減するチョッピン
グ周波数司令部と、前記チョッピング周波数司令部の出
力であるチョッピング周波数指令値に従い前記チョッパ
部を制御する前記チョッパ制御部を備えた空気調和装置
であり、実際の入力電流の５次高調波を確認しながら必
要に応じてチョッピング周波数を加減することにより、
結果的に適当なオンデューティーに設定されるため、あ
らゆる負荷状態において入力電流波形の歪みを低く押さ
えることが可能となる作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記周波数分析
部において５次高調波上限値と比較し、５次高調波上限
値を越えるレベルの時は制御異常信号を出力し、異常表
示部で表示を行い外部に対し異常を知らせる表示回路を
備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置
であり、チョッパが動作しているにも関わらず入力電流
の５次高調波が５次高調波上限値以下に下がらないこと
から、星形接続コンデンサなどの異常が考えられるた
め、これを外部に通知する事により致命的なダメージが
発生する前に対策をとることが可能となる作用を有す
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１から図３
を用いて説明する。

【００１５】（実施例１）図１は本発明の実施例の空気
調和装置の構成図である。

【００１６】これは、チョッパを搭載した電力変換装置
を用いて冷凍サイクル系統を構成する圧縮機を駆動する
ものである。

【００１７】まず冷凍サイクルの概略を説明する。電力
変換器９の出力により圧縮機２０に内蔵されている圧縮
機駆動用モータ１０を駆動する。

【００１８】ここで、圧縮機２０は四方弁２１，室内熱
交換器２２，膨張弁２３，室外熱交換器２４によって周
知の冷凍サイクルを形成し、室内熱交換器２２の熱交換
を促進するために室内送風機２５が、室外熱交換器２４
の熱交換を促進するために室外送風機２６がそれぞれ設
けられている。

【００１９】これはＡ矢印方向に冷媒を循環させて暖房
運転をする場合を例示しており、冷房運転を行う場合に
は四方弁２１を切り替えてＡ矢印方向とは逆方向に冷媒
を循環させることとなる。

【００２０】また、電力変換器９は空調負荷に応じて出
力周波数と電圧を予め定めた関係に従い変化させる、い
わゆるＶ／Ｆパターンに従い周波数を制御するようにな
っている。この空調負荷に対応した圧縮機２０の能力制
御運転及びＶ／Ｆパターンについては公知であるのでそ
の説明は省略する。

【００２１】次に２つのトランジスタである上アームス
イッチ１と下アームスイッチ２の駆動方法により全負荷
領域で入力電流の歪みを下げる工夫について説明する。

【００２２】上アームスイッチ２あるいは下アームスイ
ッチ３のオンデューティーをオンデューティー監視部で
測定する。ここで、測定されたオンデューティーが目標
オンデューティー設定値以下であれば、チョッピング周
波数加算指令をチョッピング周波数司令部７に対し出力
する。

【００２３】また、負荷の増加が要因で測定されたオン
デューティーが目標オンデューティーを越え最大オンデ
ューティーに近づいた場合はチョッピング周波数減算指
令を同様に出力する。

【００２４】周波数分析部５では、入力電流検出器６に
より入力電流の周波数分析を行い５次高調波のレベルを
測定し、５次高調波レベルをチョッピング周波数司令部
７に出力する。

【００２５】チョッピング周波数司令部７では、周波数
分析部５の出力である５次高調波レベルとオンデューテ
ィー監視部４の出力であるチョッピング周波数加減算指
令により、チョッピング周波数を決定する。チョッピン
グ周波数を決定する処理を図２のフローチャートで説明
する。

【００２６】現時点でチョッピング周波数加算指令が出
ているかどうかを確認する（ステップ１）。チョッピン
グ周波数加算指令が出ている場合はチョッピング周波数
を上げオンデューティーを増加させる余裕があるためス
テップ２に進む。

【００２７】一方チョッピング周波数減算指令が出てい
る場合には周波数を下げオンデューティーを下げる必要
があるのでステップ４へ進む。

【００２８】ステップ２では、現在の５次高調波レベル
が５次高調波上限値を越えているかどうかを確認する。
越えている場合はステップ３に進み、５次高調波レベル
が５次高調波上限値以下の場合は終了する。

【００２９】ステップ３では、次式に従いチョッピング
周波数を増加させ終了する。

【００３０】 チョッピング周波数 ＝チョッピング周波数 ＋ Δｆ 但しΔｆは、チョッピング周波数変更時にチョッパ動作
が不連続にならない周波数量 ステップ４では次式に従いチョッピング周波数を減少さ
せ、終了する。

【００３１】 チョッピング周波数 ＝チョッピング周波数 − Δｆ 但しΔｆは、チョッピング周波数変更時にチョッパ動作
が不連続にならない周波数量 以上のように、チョッピング周波数司令部７では、適切
なチョッピング周波数を決定し出力する。チョッパ制御
部８ではチョッピング周波数司令部７が出力したチョッ
ピング周波数で、チョッパ部１３の出力電圧がチョッパ
出力電圧設定値と一致するようにチョッパ部１３を駆動
する。

【００３２】このチョッパ部１３を駆動するＰＷＭパル
スの生成の内容については、スイッチング電源用コント
ロールＩＣなどで周知の内容であるので説明は省略す
る。

【００３３】（実施例２）図３は本発明の実施例２の空
気調和装置の構成図であり、図中、図１の同一の要素に
は同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３４】この中で図１の周波数分析部５の処理内容
が実施例１とは異なっている。

【００３５】本実施例２では、入力電流検出器６の出力
を周波数分析部で５次高調波のレベルを検出すると共に
５次高調波上限値と比較し、検出された５次高調波レベ
ルが５次高調波上限値を越えている場合は、チョッパ能
力異常として異常表示部１２へ信号を出力する。

【００３６】異常表示部１２では、周波数分析部５から
の信号を受けると、外部に対しＬＥＤや通信を利用し異
常であることを表示又は通知する。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、実際の入
力電流の５次高調波を確認しながら必要に応じてチョッ
ピング周波数を加減することにより、結果的に適当なオ
ンデューティーに設定されるため、あらゆる負荷状態に
おいて入力電流波形の歪みを低く押さえることが可能と
なる作用を有する。

【００３８】また、チョッパが動作しているにも関わら
ず入力電流の５次高調波が５次高調波上限値以上に下が
らないことから、星形接続コンデンサなどの異常が考え
られるため、これを外部に通知する事により致命的なダ
メージが発生する前に対策をとることが可能となる作用
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における空気調和装置の構成
図

【図２】本発明の実施例１におけるチョッピング周波数
司令部の処理内容を示すフローチャート

【図３】本発明の実施例２における空気調和装置の構成
図

【図４】従来の力率改善形三相コンバータの構成図

【図５】従来の力率改善形三相コンバータによる入力電
流を示す波形図

【符号の説明】

１ 三相交流電源 ２ 上アームスイッチ ３ 下アームスイッチ ４ オンデューティー監視部 ５ 周波数分析部 ６ 入力電流検出器 ７ チョッピング周波数司令部 ８ チョッパ制御部 ９ 電力変換器 １１ 電圧検出器 １２ 異常表示部 １３ チョッパ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和装置における圧縮機駆動用モー
   タが、交流を直流に変換し得られた直流を交流に変換す
   る電力変換装置を利用し、その電力変換装置として三相
   交流電源にラインフィルタが接続され、ラインフィルタ
   の出力側の各相にリアクトルが接続され、各々のリアク
   トルが整流部であるダイオードブリッジに接続され、一
   端が前記ラインフィルタと前記リアクトルとの間の前記
   各電源ラインに接続され、他端が共通接続された星形接
   続コンデンサと、前記整流部の直流側端子間に直列接続
   された２個のスイッチング素子を含み、これらのスイッ
   チング素子の相互接合点が前記星形接続コンデンサの共
   通接続端に接続され前記リアクトルと平滑コンデンサの
   働きにより任意の直流電圧を出力するチョッパ部と、前
   記チョッパ部の出力を任意の周波数及び電圧に変換する
   電力変換器と、前記電力変換器に接続された圧縮機駆動
   用モータを有し、前記チョッパ部の２個のスイッチング
   素子を前記交流電源の周波数よりも格段に高い周波数で
   交互にオン，オフ制御する構成を持つものに関し、入力
   電流を検出する入力電流検出器と、前記入力電流検出器
   の出力から５次高調波を検出する周波数分析部と、前記
   チョッパ部の出力電圧をチョッパ出力電圧設定値に従い
   一定の電圧になるように２個のスイッチング素子をスイ
   ッチングするパルス波形を形成するチョッパ制御部と、
   チョッパ制御部の出力するパルス波形のオンデューティ
   ーを測定し目標オンデューティー設定値及び最大オンデ
   ューティー設定値と比較しそれに従いチョッピング周波
   数加減指令を出力するオンデューティー監視部と、前記
   オンデューティー監視部の出力であるチョッピング周波
   数加減指令と前記周波数分析部の出力信号と５次高調波
   上限値から入力電流の５次高調波が５次高調波上限値以
   下になるようにチョッピング周波数指令値を加減するチ
   ョッピング周波数司令部と、前記チョッピング周波数司
   令部の出力であるチョッピング周波数指令値に従い前記
   チョッパ部を制御する前記チョッパ制御部を備えたこと
   を特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 周波数分析部において５次高調波上限値
   と比較し、５次高調波上限値を越えるレベルの時は制御
   異常信号を出力し、異常表示部で表示を行い外部に対し
   異常を知らせる表示回路を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の空気調和装置。