JPH0965659A - インバータ付き空気調和機及び電力変換装置 - Google Patents

インバータ付き空気調和機及び電力変換装置

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JPH0965659A
JPH0965659A JP7219964A JP21996495A JPH0965659A JP H0965659 A JPH0965659 A JP H0965659A JP 7219964 A JP7219964 A JP 7219964A JP 21996495 A JP21996495 A JP 21996495A JP H0965659 A JPH0965659 A JP H0965659A
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達夫 安藤
Kuniaki Takatsuka
邦明 高塚
Makoto Ito
伊藤  誠
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Hitachi Shimizu Engineering Co Ltd
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Hitachi Shimizu Engineering Co Ltd
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数台の室内機が接続される多室空気調和機
などのようにその負荷が大きく変動する場合において、
より冷房能力を拡大し、かつきめ細かい能力制御が可能
なように、インバータ電源を用いる。そして、電源容量
が大きいにも係わらず、高調波の発生を低減した空気調
和機を提供する。 【構成】 複数台の室内機用熱交換器、室外機用熱交換
器、四方弁、圧縮機とが接続される冷凍サイクルと、圧
縮機に内蔵された誘導電動機とからなる多室空気調和機
において、誘導電動機をインバータ電源で駆動し、イン
バータ電源に供給する直流電圧を三相交流電源から、例
えばトランジスタモジュールなどによる能動素子を用い
て、いわゆるアクティブコンバータを構成して生成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機及び電力変
換装置に関し、特に、少なくとも複数台の室内機が接続
され、その冷房あるいは暖房能力をきめ細かく制御する
必要があるインバータ付き空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、インバータ付き空気調和機は、イ
ンバータの電源となる直流電圧を作るコンバータ回路を
特開平2−134314号公報などに示されるダイオー
ドモジュールと電解コンデンサを使用したコンデンサイ
ンプット型整流回路で構成することが一般的であった。
また、大電力が得られる三相電源から能動素子であるト
ランジスタモジュールなどのスイッチングパワー素子を
用いて直流電圧を得る例としては、特開平4−1210
59号公報が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、空気調和機の
冷房能力を大きくするためには、その電源容量を大きく
しなければならず、コンデンサインプット型整流回路
は、受動的な回路の為に高調波の発生が大きくなること
が避けられない。そのため、コンデンサインプット型の
整流回路にリアクトルを追加することで、高調波を低減
することができるが、電気製品及び電力変換装置より発
生する高調波の問題は、製品需要の拡大と共に社会問題
化しつつあり、今後より一層の低減が必要とされてい
る。
【0004】また、インバータ電源を用いなければ、高
調波が発生するという問題はなくなるが、空気調和機に
対する負荷が大きく変動する場合、あるいはより制御性
を良くするためにはインバータ電源を用いて大容量の交
流電源から効率良く圧縮機に内蔵された誘導電動機を駆
動しなければならない。さらに、大容量の交流電源とし
ては三相交流電源を用いることが適しているが、三相交
流電源からインバータ電源を生成することは、通常の単
相交流電源からインバータ電源に供給する直流電圧を生
成するのに比べ、その高調波の発生は、スイッチングの
機会が多くなることも含めて顕著となる。
【0005】上記第2の従来技術では、三相交流電源か
ら電源力率を向上させてインバータ電源である直流電圧
を得ているが、高調波の発生については、充分に考慮さ
れていなかった。本発明の目的は、上記従来技術の問題
点を解決し、複数台の室内機が接続される多室空気調和
機などのようにその負荷が大きく変動する場合において
も、より冷房能力を拡大して対応が可能で、かつきめ細
かい能力制御が可能な空気調和機を提供するものであ
る。
【0006】さらに本発明は、上記従来技術の問題点で
あり、比較的に大電力を扱う場合の電力変換装置より発
生する高調波の問題を解決し、システム全体で低価格な
電力変換装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の空気調和機は、
誘導電動機を駆動するインバータ電源と、インバータ電
源に供給する直流電圧を三相交流電源から能動素子を用
いて生成するアクティブコンバータとを備えている。ま
た、少なくとも三相交流電源に重畳する第3次ないし第
13次の高調波電流を2.3Aから0.2Aにしてい
る。
【0008】さらに、上記において、少なくとも三相交
流電源に重畳する第3次の高調波電流を2.30A未
満、かつ1.6A以上、第5次の高調波電流を1.14
A未満、かつ0.8A以上、第7次の高調波電流を0.
77A未満、かつ0.5A以上、第9次の高調波電流を
0.40Aから0.2A以上、第11次の高調波電流を
0.33Aから0.2A以上としている。
【0009】さらに、三相交流電源に重畳する少なくと
も15以上で39以下の奇数次の第n次の高調波電流を
(0.15×15/n)A未満、かつ(0.12×15
/n)A以上、8以上で40以下の偶数次の第m次の高
調波電流を(0.23×8/m)A未満、かつ(0.1
8×8/m)A以上としている。
【0010】さらに、本発明の空気調和機は、誘導電動
機を駆動するトランジスタモジュールと、三相の交流電
源に接続され、各相それぞれに設けられたノイズフィル
タと、各ノイズフィルタに接続された2〜14mHの値
である交流リアクトルと、交流リアクトルの出力が接続
され、トランジスタモジュールに供給される直流電圧を
生成するコンバータ用トランジスタモジュールとを備え
ている。
【0011】さらに、誘導電動機を駆動するトランジス
タモジュールと、トランジスタモジュールに供給する直
流電圧を検出するセンサと、トランジスタモジュールの
出力であるU相及びV相の電流を検出するU相電流セン
サ及びV相電流センサと、トランジスタモジュールにP
WM信号を出力するインバータ回路と、三相の交流電源
に接続され、各相それぞれに設けられたノイズフィルタ
と、各ノイズフィルタに接続された交流リアクトルと、
交流リアクトルの出力が接続され、その出力を整流する
フライホイールダイオードが設けられたコンバータ用ト
ランジスタモジュールと、コンバータ用トランジスタモ
ジュールの出力が接続され、その出力を平滑することに
より直流電圧を生成する電解コンデンサと、交流リアク
トルとコンバータ用トランジスタモジュールの間に設け
られ、三相の交流電源のR相及びS相の電流を検出する
R相電流センサ及びS相電流センサと、ノイズフィルタ
の出力から三相の交流電源の各相それぞれの電圧を検出
する絶縁トランスと、絶縁トランスによって検出された
三相の交流電源の電圧位相にあわせて、PWM信号をコ
ンバータ用トランジスタモジュールへ出力するコンバー
タ回路とを備えている。
【0012】また、上記において、絶縁トランスの出力
をコンバータ回路の電源としている。さらに、コンバー
タ回路の電源が入った時点から直流電圧の検出をする手
段と、予め定めた前記直流電圧の不足電圧検出レベル
と、不足電圧検出レベルを越えて予め定めた安定電圧検
出レベルと、直流電圧の値が安定電圧検出レベルを越え
たら、PWM信号をコンバータ用トランジスタモジュー
ルへ出力する手段とを備えている。
【0013】さらに、空気調和機室外機の室外機制御回
路と、室外機制御回路とインバータ回路との間で送受し
ている伝送データの内容によって、コンバータ回路の駆
動及び停止を行う手段とを備えている。
【0014】さらに、空気調和機室外機の室外機制御回
路と、室外機制御回路とインバータ回路との間で行って
いる運転停止命令と、運転停止命令によって、コンバー
タ回路の駆動及び停止を行う手段とを備えている。ま
た、本発明による電力変換装置は、三相交流電源に接続
され、各相それぞれに設けられたノイズフィルタと、各
ノイズフィルタに接続された交流リアクトルと、交流リ
アクトルの出力が接続され、その出力を整流するフライ
ホイールダイオードが設けられたコンバータ用トランジ
スタモジュールと、コンバータ用トランジスタモジュー
ルの出力が接続され、その出力を平滑することにより直
流電圧を生成する電解コンデンサと、交流リアクトルと
コンバータ用トランジスタモジュールの間に設けられ、
三相の交流電源のR相及びS相の電流を検出するR相電
流センサ及びS相電流センサと、ノイズフィルタの出力
から三相の交流電源の各相それぞれの電圧を検出する絶
縁トランスと、絶縁トランスによって検出された三相交
流電源の電圧位相にあわせて、PWM信号をコンバータ
用トランジスタモジュールへ出力するコンバータ回路と
を備えている。
【0015】さらに、上記電力変換装置は、絶縁トラン
スの出力をコンバータ回路の電源とすることを特徴とし
ている。さらに、上記電力変換装置は、コンバータ回路
の電源が入った時点から直流電圧の検出をする手段と、
予め定めた直流電圧の不足電圧検出レベルと、不足電圧
検出レベルを越えて予め定めた安定電圧検出レベルと、
直流電圧の値が安定電圧検出レベルを越えたら、PWM
信号をコンバータ用トランジスタモジュールへ出力する
手段とを備えたことを特徴としている。
【0016】
【作用】本発明では、空調機の誘導電動機をインバータ
電源で駆動するので、例えば多室空気調和機などのよう
に各部屋での運転の停止、開始などによって負荷が大き
く変動する場合においても、インバータ電源を駆動する
PWM信号の周波数を変えることによって、制御性が良
く充分な対応が可能となる。また、インバータ電源に供
給する直流電圧を三相交流電源から生成するので、空気
調和機がシステムとして大規模化するに連れて、冷房あ
るいは暖房能力が大きく必要とされ、電源容量を大きく
しなければならないが、その容量の確保が単相交流電源
を用いる場合に比べ、効率良く行い得る。さらに、直流
電圧を三相交流電源から、例えばトランジスタモジュー
ルなどによる能動素子を用いて、いわゆるアクティブコ
ンバータを構成して生成し、三相交流電源の電圧と同じ
位相になるように電流を電源に戻すことを可能としてい
る。
【0017】これによって、スイッチングの機会が多く
なり、高調波の発生が顕著になる三相交流電源において
も、その電源に流出する高調波の発生を実用レベルまで
に抑制し、今後より一層の改善を可能にすることができ
る。ここで、コンバータとは、交流電源から直流電圧を
生成する部分のことを言い、アクティブコンバータと
は、コンバータに能動素子を用いることを意味してい
る。また、アクティブコンバータによって、直流電圧を
生成することにより、能動素子を用いない従来のコンデ
ンサインプット型に比べ、より高い電圧を生成できる。
したがって、圧縮機の回転数の可変範囲をより広くする
ことができる。以上によって、複数台の室内機が接続さ
れる多室空気調和機などのようにその負荷が大きく変動
したり、今後、ますます大容量化が進む空気調和機にお
いて、大容量化に伴って、電源に流出する高調波の発生
が増加するという相反する条件を解決することが可能と
なる。
【0018】また、上記において、少なくとも三相交流
電源に重畳する第3次ないし第13次の高調波電流を
2.3Aから0.2Aとすることにより、多室空気調和
機として充分な冷房能力などの性能を確保し、かつ高調
波の発生を充分な値まで低減された空気調和機を構成で
きる。
【0019】さらに、少なくとも三相交流電源に重畳す
る第3次の高調波電流を2.30A未満、かつ1.6A
以上、第5次の高調波電流を1.14A未満、かつ0.
8A以上、第7次の高調波電流を0.77A未満、かつ
0.5A以上、第9次の高調波電流を0.40Aから
0.2A以上、第11次の高調波電流を0.33Aから
0.2A以上とすることにより、高調波の発生だけを過
度に低減することなく、多室空気調和機として充分な冷
房能力、及び運転台数の変化などによる大きな負荷変動
に対応が充分可能な性能を確保することができる。
【0020】さらに、三相交流電源に重畳する少なくと
も15以上で39以下の奇数次の第n次の高調波電流を
(0.15×15/n)A未満、かつ(0.12×15
/n)A以上、8以上で40以下の偶数次の第m次の高
調波電流を(0.23×8/m)A未満、かつ(0.1
8×8/n)A以上とすることにより、特に、高次の高
調波の発生を過度に低減することなく、パソコン、ワー
プロなどのOA機器への干渉を防ぎ、かつ多室空気調和
機として充分な冷房能力、及び運転台数の変化などによ
る大きな負荷変動に対応が充分可能な性能を確保するこ
とができる。
【0021】さらに、三相の交流電源の各相それぞれに
ノイズフィルタを設け、各ノイズフィルタに2〜14m
Hの値である交流リアクトルを接続し、交流リアクトル
の出力を直流電圧を生成するコンバータ用トランジスタ
モジュールに接続する。それによって、コンバータの動
作により発生するリップル電流に含まれる高次高調波電
流が低減される。
【0022】さらに、誘導電動機の駆動をトランジスタ
モジュールによるものとし、トランジスタモジュールに
供給する直流電圧を検出するセンサと、トランジスタモ
ジュールの出力であるU相及びV相の電流を検出するU
相電流センサ及びV相電流センサと、トランジスタモジ
ュールにPWM信号を出力するインバータ回路とを備え
ることにより、圧縮機モータである誘導電動機を、その
負荷に応じて電流を監視しながら空気調和機の運転をき
め細かく制御することができる。そのうえで、三相の交
流電源の各相それぞれにノイズフィルタを設け、各ノイ
ズフィルタに接続された交流リアクトルと、交流リアク
トルの出力を接続することにより、まず、交流電源の歪
み、スイッチングノイズなどによる元々のリップル電流
をとることで高調波電流を低減できる。さらに、交流リ
アクトルの出力を整流するフライホイールダイオードが
設けられたコンバータ用トランジスタモジュールと、コ
ンバータ用トランジスタモジュールの出力が接続され、
その出力を平滑する電解コンデンサと、交流リアクトル
とコンバータ用トランジスタモジュールの間に設けら
れ、三相の交流電源のR相及びS相の電流を検出するR
相電流センサ及びS相電流センサと、ノイズフィルタの
出力から三相の交流電源の各相それぞれの電圧を検出す
る絶縁トランスと、絶縁トランスによって検出された三
相の交流電源の電圧位相にあわせて、PWM信号をコン
バータ用トランジスタモジュールへ出力するコンバータ
回路とからアクティブコンバータを構成する。これによ
って、三相交流電源の電圧と同じ位相になるような電流
をコンバータ回路の動作によって電源に流すことで、高
調波電流が低減できる。
【0023】さらに、上記において、電圧を検出するた
めの絶縁トランスの出力をコンバータ回路の電源とする
ことによって、コンバータ回路の電源用のトランスを別
途設けなくても良くなり、その分コスト的に有利とな
る。また、絶縁トランスからは、3回路まで電源を作り
だすことができるので、他の回路への電源供給が可能と
なり、システム全体での低価格化に大きく寄与できる。
【0024】さらに、コンバータ回路の電源が入った時
点から、インバータ電源に供給する直流電圧を検出をす
る手段として、直流電圧の検出センサを設け、直流電圧
の不足電圧検出レベルと、不足電圧検出レベルを越えた
安定電圧検出レベルを予め定める。そして、コンバータ
回路は、直流電圧の値が安定電圧検出レベルを越えた
ら、PWM信号をコンバータ用トランジスタモジュール
へ出力する。この手段として具体的には、コンバータ回
路内に設けられたマイクロコンピュータが用いられる。
これにより、通常の制御時は、直流電圧が充分高い電圧
にないとき電圧不足として動作の停止が可能で、しかも
空気調和機の主回路の電源を投入したとき、自動的にア
クティブコンバータとしての動作を開始することがで
き、別の回路などからアクティブコンバータの動作指令
を出力する必要をなくすことができる。
【0025】さらに、空気調和機室外機の室外機制御回
路と、室外機制御回路とインバータ回路との間で送受し
ている伝送データの内容によって、コンバータ回路の駆
動及び停止を行うことにより、伝送データとして例え
ば、室外機制御回路から識別コード、種別コード、レン
グスデータ、アドレス、周波数指令、加速度指令、運転
状況、能力コード、機種コード、BCCなど、インバー
タ回路からは識別コード、種別コード、レングスデー
タ、アドレス、二次電流、直流電力、停止要因、運転周
波数、直流電圧検出値、BCCなどとすれば、種々な条
件、状況からコンバータ回路の駆動及び停止を最適に決
定することができる。
【0026】さらに、空気調和機室外機の室外機制御回
路と、室外機制御回路からインバータ回路への間で行っ
ている運転及び停止命令によって、コンバータ回路の駆
動及び停止を行う手段とを備えることにより、室外機制
御回路やインバータ回路にアクティブコンバータの運転
及び停止を指令する信号を出力する必要がなく、余分な
回路やマイクロコンピュータの入出力ポートを追加する
ことを不要にできる。
【0027】なお、コンバータ回路の駆動及び停止を行
う手段とは、コンバータ回路が室外機制御回路とインバ
ータ回路との間で伝送しているデータ、例えば指令周波
数データ、実周波数データ、停止要因データなどを監視
してアクティブコンバータとしての動作をしなくても良
いかどうかを自動的に判断することを意味し、具体的に
はコンバータ回路として設けられたマイクロコンピュー
タが用いられる。
【0028】また、本発明の主要部を電力変換装置に適
用することにより、比較的に大電力を扱う場合、電力変
換装置より発生する高調波を実用上、満足できる程度に
低減し、システム全体で低価格で、性能とのバランスを
良くすることができる。さらに、特に、上記電力変換装
置において、絶縁トランスの出力をコンバータ回路の電
源とすることにより、コスト的に有利となり、他に付属
する回路も含めたシステムとしての低価格化に寄与でき
る。
【0029】さらに、上記電力変換装置は、コンバータ
回路の電源が入った時点から直流電圧の検出をする手段
と、予め定めた直流電圧の不足電圧検出レベルと、不足
電圧検出レベルを越えて予め定めた安定電圧検出レベル
と、直流電圧の値が安定電圧検出レベルを越えたら、P
WM信号をコンバータ用トランジスタモジュールへ出力
する手段とを備えることにより、マイクロコンピュータ
の入出力ポートの削減につながり、マイクロコンピュー
タを備えたシステムでは、そのコストを削減できる。
【0030】
【実施例】本発明の実施例を図1ないし図3及び図10
を参照して説明する。図1は、本発明の一実施例である
インバータ付き空気調和機の主に冷凍サイクルを示すブ
ロック図である。図2は、同じく、室内機制御回路、室
外機制御回路を中心にした制御要素を示す制御ブロック
図である。図3は、一実施例であるインバータ付き空気
調和機のアクティブコンバータ及びインバータを示すブ
ロック図を示している。図10は、一実施例によって、
得られた結果のひとつであり、特に奇数次の高調波にお
いて、その規制の目標値と実験結果を示している。
【0031】図1において、冷凍サイクル40は、複数
の室内機用熱交換器38と、室外機用熱交換器39と接
続され、冷房・暖房で冷凍サイクル40内の冷媒の流れ
方向を変える四方弁41と、圧縮機42によって構成さ
れている。圧縮機42は、内部に誘導電動機12を有
し、誘導電動機12の回転数に応じて冷媒の吸入・圧縮
・吐出を行う。さらに、インバータ43は、三相交流電
源1から誘導電動機12を駆動するインバータ電源を生
成して圧縮機42内の誘導電動機12を回転数制御す
る。
【0032】図2の制御ブロック図において、室内機4
9には、室内機制御回路47が、室外機50には、室外
機制御回路35があり、室内機制御回路47にはリモー
トコントローラ44と、室内温度検出装置45と、室内
機用ファンモータ46が接続され、室外機制御回路35
には四方弁41と、室外機用ファンモータ48が接続さ
れている。室外機制御回路35とインバータ回路14と
の間では、インバータの運転・停止命令やインバータ運
転周波数指令等のデータを伝達するためにデータの伝送
を伝送路36によって行っている。
【0033】以下、交流電源から直流電圧を能動素子を
用いて生成するアクティブコンバータと、PWM信号の
周波数を変えることによって駆動されるインバータ電源
の部分を詳細に説明する。表1は、充分な冷房能力など
の性能を確保した空気調和機において、その発生する高
調波電流の各次数ごとの規制の目標値(IEC1000
−3−2)を示し、この値以下にすれば空気調和機の能
力の確保と高調波の発生を実用的とすることができる。
(定義や測定方法は、IEC規格による。)
【0034】
【表1】
【0035】図3において、トランジスタモジュール7
は、三相交流電源1から各相に設けられたノイズフィル
タ2と、同じく交流リアクトル3を介して接続される。
コンバータ回路13は、ノイズフィルタ2の出力につな
がれた絶縁トランス4から電源電圧の検出15と、交流
リアクトル3の出力につながれた電流センサ5,6から
電源電流の検出16を行い、これらの値から三相交流電
源1の電圧と同じ位相になるような電流をPWM信号1
9を出力する。つまり、トランジスタモジュール7の出
力に接続された平滑用の電解コンデンサ8への電圧値1
7を生成することにより、アクティブコンバータが構成
される。多室空気調和機の負荷変動を考慮すると、電解
コンデンサ8の値は、2000〜5000μFにするこ
とが良い。ここで、コンバータの動作により発生するリ
ップル電流に含まれる高次高調波電流は、交流リアクト
ル3を2〜14mHの値にすることによって低減され
る。また、三相交流電源1の電圧実効値を200Vとす
ると、アクティブコンバータによって生成される直流電
圧は、340V程度に昇圧される。一方、能動素子を用
いない従来のコンデンサインプット型では、挿入損失な
どにより270V程度であり、アクティブコンバータ
は、より高い電圧を生成できる。したがって、圧縮機4
2内部の誘導電動機12には、同じ電源であっても、よ
り高い電圧を供給することが可能となり、誘導電動機1
2の回転数の可変範囲をより広くすることができ、圧縮
機42の容量を増やすことなく、能力制御範囲を拡大で
きる。
【0036】圧縮機モータ12は、出力電圧17を電源
としたトランジスタモジュール9に接続される。インバ
ータ回路14は、トランジスタモジュール9の出力につ
ながれた電流センサ10,11からモータ電流18と、
トランジスタモジュール9の電源として接続された平滑
用電解コンデンサ8の電圧値17が入力され、トランジ
スタモジュール9を駆動するPWM信号20を出力す
る。そして、これにより、インバータが構成される。
【0037】以上のようなコンバータとインバータを持
った空気調和機において、表1に示した数値のように各
次数の高調波を規制すること、例えば、直流電圧に発生
する第3次の高調波電流を2.3Aから0.2Aにする
ことが、充分な冷房能力などの性能を確保し、かつ高調
波の発生を充分な値まで低減できる上でも良い。
【0038】また、図10は、横軸に、高調波の次数
を、縦軸に、三相交流電源に重畳される規制の目標値と
実験結果による電流値を示したものであり、少なくとも
第3次の高調波電流を2.30A未満、かつ1.6A以
上、第5次の高調波電流を1.14A未満、かつ0.8
A以上、第7次の高調波電流を0.77A未満、かつ
0.5A以上、第9次の高調波電流を0.40Aから
0.2A以上、第11次の高調波電流を0.33Aから
0.2A以上と言うように、規制の目標値のほぼ70〜
80%を実現するようにしている。これにより、高調波
の発生だけを過度に低減して高価格化することなく、多
室空気調和機として充分な冷房能力、及び運転台数の変
化などのように多室空気調和機として特有な大きな負荷
変動に対応ができる。
【0039】さらに、三相交流電源に重畳する少なくと
も15以上で39以下の奇数次の第n次の高調波電流を
(0.15×15/n)A未満、かつ(0.12×15
/n)A以上、8以上で40以下の偶数次の第m次の高
調波電流を(0.23×8/m)A未満、かつ(0.1
8×8/n)A以上と言うように、規制の目標値のほぼ
70〜80%を実現するようにすることにより、特に、
パソコン、ワープロなどOA機器への電源を介しての干
渉を防ぎ、かつ多室空気調和機としての冷房能力、及び
特有な負荷変動に対応が可能な性能を確保することがで
きる。
【0040】ここで、これ以上過度に、高調波の発生を
少なくするようにすることは、上記のコンバータ及びイ
ンバータの構成を複雑にするだけである。つぎに、図3
のアクティブコンバータ及びインバータを示すブロック
図において、電圧を検出するための絶縁トランス4の出
力部分の詳細について、図4のブロック図にて説明す
る。
【0041】上記アクティブコンバータでは、三相交流
電源1の電圧の検出が必要となる。そこで、絶縁トラン
ス4には、三相交流電源1のNをコモンにしてR,S,
T相それぞれの電圧を入力し、各相ごとに降圧された電
圧を三相出力している。また、その三相の出力から電源
電圧の検出用に、R相28、S相29、T相30(或い
は、三相中の二相分だけでも良い)を別途、図示のよう
に取り出している。
【0042】さらに、回路用電源となる電圧出力である
電源1(25)、電源2(26)、電源3(27)を、
図に示すようにダイオードモジュール21、電解コンデ
ンサ22、レギュレータ23、コンデンサ24を介して
並列に取りだしている。
【0043】これにより、1つのトランス4で電源電圧
の検出と回路の電源を最大3回路まで作ることができ、
この出力の一つをコンバータ回路の電源とすることによ
って、コンバータ回路の電源用のトランスを別途設けな
くても良くなり、その分コスト的に有利となる。また、
他の回路への電源供給も可能となり、システム全体で低
価格化にすることができる。
【0044】つぎに、アクティブコンバータの動作開始
と、生成される直流電圧の不足による動作停止について
図5の電圧波形図と、図6のフローチャート図によって
説明する。図5は、横軸に空気調和機の主回路の電源を
投入したときからの時間を、縦軸にそのときの電解コン
デンサ8に生成される直流電圧を示している。
【0045】空気調和機の主回路の電源を投入したと
き、電解コンデンサ8に印加される直流電圧は、図5に
示すような電圧波形31となる。この電圧波形31は、
コンバータ回路13の電源が入った時点から、インバー
タ用トランジスタモジュールに供給する直流電圧検出セ
ンサ17によって検出される。
【0046】通常の制御時、コンバータ回路内に設けら
れたマイクロコンピュータは、図6のフローチャート図
に示すように、不足電圧検出レベルを予め定め、直流電
圧が充分高い電圧にないとき電圧不足として動作を停止
する。ところが、このまま電源を投入した時、コンバー
タ回路からアクティブコンバータとして動作させるよう
にすると、マイクロコンピュータのリセットに要する時
間は、直流電圧が不足電圧検出レベル32より高い電圧
になるまでの時間よりも極端に短いので、コンバータ回
路13は、直流電圧が不足電圧より少ないとして、アク
ティブコンバータの動作を停止させることになる。した
がって、このままでは電源投入時の起動ができないこと
になる。
【0047】そこで、さらに不足電圧検出レベルを越え
た安定電圧検出レベル33を予め定め、コンバータ回路
13は、直流電圧の値が安定電圧検出レベル33を越え
たら、PWM信号をコンバータ用トランジスタモジュー
ル9へ出力する。これにより、自動的に動作を開始する
ことで、アクティブコンバータに対し、別途に動作開始
の信号を送る手段を設ける必要が無くなり、信号を送る
ための手段として、その回路も必要でなくなる。以上に
より、通常の制御時は、直流電圧が充分高い電圧にない
とき電圧不足として動作の停止が可能で、しかも空気調
和機の主回路の電源を投入したとき、自動的にアクティ
ブコンバータとしての動作を開始することができる。
【0048】つぎに、コンバータ回路の駆動及び停止を
自動的に行うことについて、図7ないし図9を参照して
説明する。図7は、コンバータ回路、インバータ回路、
室外制御回路の信号の伝達を示すブロック図、図8は、
インバータ回路と室外制御回路の間で送受している信号
の詳細を示すブロック図、図9は、フローチャート図を
それぞれ示している。
【0049】インバータ付き空気調和機では、既に説明
したように冷凍サイクル40を制御するためには、室外
制御回路35とインバータ回路14がある。そして、こ
の2回路の間でインバータの運転・停止命令やインバー
タ運転周波数指令等のデータ伝達のために図8に示した
室外機制御回路の送信データ51(識別コード、種別コ
ード、レングスデータ、アドレス、周波数指令、加速度
指令、運転状況、能力コード、機種コード、BCC)、
インバータ回路の送信データ52(識別コード、種別コ
ード、レングスデータ、アドレス、二次電流、直流電
力、停止要因、運転周波数、Vdc検出値、BCC)を
伝送路36で送受のやり取りをしている。
【0050】コンバータ回路13は、これら伝送データ
51,52を伝送路37で以下のように監視する。図9
において、まず、伝送データ51,52の中の周波数指
令データが0であるか判断する。0でなければ、そのま
ま運転を継続する。同様に、以下のようになる。
【0051】(1)実周波数データが0でなければ、そ
のまま運転を継続し、0の場合は、次のステップへ進
む。
【0052】(2)停止要因コードの有無により、無し
ならば、そのまま運転を継続し、有りの場合は、アクテ
ィブコンバータの駆動を停止する。
【0053】以上によって、アクティブコンバータが駆
動をしなくても良いときかどうかをコンバータ回路13
が判断して、自動的にアクティブコンバータを停止する
ことができるようになる。そして、室外制御回路35や
インバータ回路14は、コンバータ回路13に対し、別
途に停止指令の信号を送る必要が無くなり、信号を送る
ための回路も必要ではなくなる。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、複数台の室内機が接続
される多室空気調和機などのようにその負荷が大きく変
動する場合においても、社会問題化しつつある高調波の
発生をより低減でき、かつ冷房能力を拡大して対応が可
能で、きめ細かい能力制御が可能なインバータ付き空気
調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインバータ付き空気調和機の一実施例
に係わるインバータ付き空気調和機の主に冷凍サイクル
を示すブロック図である。
【図2】一実施例に係わる室内機制御回路、室外機制御
回路を中心にした制御要素を示す制御ブロック図であ
る。
【図3】アクティブコンバータ及びインバータを示すブ
ロック図。
【図4】電圧を検出するための絶縁トランスの出力部分
の詳細なブロック図。
【図5】アクティブコンバータの動作開始時点から生成
される直流電圧の波形図。
【図6】生成される直流電圧の不足による動作停止を説
明するフローチャート図。
【図7】コンバータ回路、インバータ回路、及び室外制
御回路の信号の伝達を示すブロック図。
【図8】インバータ回路と室外制御回路の間で送受して
いる信号の詳細を示すブロック図。
【図9】コンバータ回路の駆動及び停止を自動的に行う
ことを説明するフローチャート図。
【図10】高調波の発生を規制する目標値と一実施例に
よる実験結果を示すグラフ図。
【符号の説明】 1…三相交流電源、2…ノイズフィルタ、3…交流リア
クトル、4…絶縁トランス、5…R相電流センサ、6…
S相電流センサ、7…コンバータ用トランジスタモジュ
ール、8…電解コンデンサ、9…インバータ用トランジ
スタモジュール、10…U相電流センサ、11…V相電
流センサ、12…誘導電動機、13…コンバータ回路、
14…インバータ回路、15…電源電圧検出、16…電
源電流検出、17…出力電圧、18…モータ電流、19
…コンバータPWM信号、20…PWM信号、21…ダ
イオードモジュール、22…電解コンデンサ、23…レ
ギュレータ、24…コンデンサ、25…電源1、26…
電源2、27…電源3、28…R相電圧、29…S相電
圧、30…T相電圧、31…電圧波形、32…不足電圧
検出レベル、33…安定電圧検出レベル、34…コンバ
ータ運転開始時間、35…室外機制御回路、36、37
…伝送路、38…室内側熱交換器、39…室外側熱交換
器、40…冷凍サイクル、41…四方弁、42…圧縮
機、43…インバータ、44…リモートコントローラ、
45…室内温度検出装置、46…室内機用ファンモー
タ、47…室内機制御回路、48…室外機用ファンモー
タ、49…室内機、50…室外機、51…室外機制御回
路の送信データ、52…インバータ回路の送信データ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F25B 1/00 371 F25B 1/00 371N H02P 7/63 302 H02P 7/63 302R (72)発明者 伊藤 誠 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数台の室内機用熱交換器、室外機用熱
    交換器、四方弁、圧縮機とが接続される冷凍サイクル
    と、圧縮機に内蔵された誘導電動機とからなる多室空気
    調和機において、 前記誘導電動機を駆動するインバータ電源と、 前記インバータ電源に供給する直流電圧を三相交流電源
    から能動素子を用いて生成するアクティブコンバータと
    を備えたことを特徴とするインバータ付き空気調和機。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のものにおいて、少なくと
    も前記三相交流電源に重畳する第3次ないし第13次の
    高調波電流を2.3Aから0.2Aにしたことを特徴と
    するインバータ付き空気調和機。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のものにおいて、少なくと
    も前記三相交流電源に重畳する第3次の高調波電流を
    2.30A未満、かつ1.6A以上、 第5次の高調波電流を1.14A未満、かつ0.8A以
    上、 第7次の高調波電流を0.77A未満、かつ0.5A以
    上、 第9次の高調波電流を0.40Aから0.2A以上、 第11次の高調波電流を0.33Aから0.2A以上と
    したことを特徴とするインバータ付き空気調和機。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のものにおいて、前記三相
    交流電源に重畳する少なくとも15以上で39以下の奇
    数次の第n次の高調波電流を(0.15×15/n)A
    未満、かつ(0.12×15/n)A以上、 8以上で40以下の偶数次の第m次の高調波電流を
    (0.23×8/m)A未満、かつ(0.18×8/
    m)A以上としたことを特徴とするインバータ付き空気
    調和機。
  5. 【請求項5】 複数台の室内機用熱交換器、室外機用熱
    交換器、四方弁、圧縮機とが接続される冷凍サイクル
    と、圧縮機に内蔵された誘導電動機とからなる多室空気
    調和機において、 前記誘導電動機を駆動するトランジスタモジュールと、 三相交流電源に接続され、各相それぞれに設けられたノ
    イズフィルタと、 前記各ノイズフィルタに接続された2〜14mHの値で
    ある交流リアクトルと、 前記交流リアクトルの出力が接続され、前記トランジス
    タモジュールに供給される直流電圧を生成するコンバー
    タ用トランジスタモジュールとを備えたことを特徴とす
    るインバータ付き空気調和機。
  6. 【請求項6】 複数台の室内機用熱交換器、室外機用熱
    交換器、四方弁、圧縮機とが接続される冷凍サイクル
    と、圧縮機に内蔵された誘導電動機とからなる多室空気
    調和機において、 前記誘導電動機を駆動するトランジスタモジュールと、 前記トランジスタモジュールに供給する直流電圧を検出
    するセンサと、 前記トランジスタモジュールの出力であるU相及びV相
    の電流を検出するU相電流センサ及びV相電流センサ
    と、 前記トランジスタモジュールにPWM信号を出力するイ
    ンバータ回路と、 三相交流電源に接続され、各相それぞれに設けられたノ
    イズフィルタと、 前記各ノイズフィルタに接続された交流リアクトルと、 前記交流リアクトルの出力が接続され、その出力を整流
    するフライホイールダイオードが設けられたコンバータ
    用トランジスタモジュールと、 前記コンバータ用トランジスタモジュールの出力が接続
    され、その出力を平滑することにより前記直流電圧を生
    成する電解コンデンサと、 前記交流リアクトルと前記コンバータ用トランジスタモ
    ジュールの間に設けられ、前記三相交流電源のR相及び
    S相の電流を検出するR相電流センサ及びS相電流セン
    サと、 前記ノイズフィルタの出力から前記三相交流電源の各相
    それぞれの電圧を検出する絶縁トランスと、 前記絶縁トランスによって検出された前記三相の交流電
    源の電圧位相にあわせて、PWM信号を前記コンバータ
    用トランジスタモジュールへ出力するコンバータ回路と
    を備えたことを特徴とするインバータ付き空気調和機。
  7. 【請求項7】 請求項6記載のものにおいて、前記絶縁
    トランスの出力を前記コンバータ回路の電源とすること
    を特徴とするインバータ付き空気調和機。
  8. 【請求項8】 請求項6記載のものにおいて、 前記コンバータ回路の電源が入った時点から前記直流電
    圧の検出をする手段と、 予め定めた前記直流電圧の不足電圧検出レベルと、 前記不足電圧検出レベルを越えて予め定めた安定電圧検
    出レベルと、前記直流電圧の値が前記安定電圧検出レベ
    ルを越えたら、PWM信号を前記コンバータ用トランジ
    スタモジュールへ出力する手段とを備えたことを特徴と
    するインバータ付き空気調和機。
  9. 【請求項9】 請求項6記載のものにおいて、 空気調和機室外機の室外機制御回路と、 前記室外機制御回路と前記インバータ回路との間で送受
    している伝送データの内容によって、前記コンバータ回
    路の駆動及び停止を行う手段とを備えたことを特徴とす
    るインバータ付き空気調和機。
  10. 【請求項10】 請求項6記載のものにおいて、 空気調和機室外機の室外機制御回路と、 前記室外機制御回路と前記インバータ回路との間で行っ
    ている運転停止命令と、 前記運転停止命令によって、前記コンバータ回路の駆動
    及び停止を行う手段とを備えたことを特徴とするインバ
    ータ付き空気調和機。
  11. 【請求項11】 三相交流電源と、誘導電動機を駆動す
    るトランジスタモジュールと、トランジスタモジュール
    に供給する直流電圧を検出するセンサと、トランジスタ
    モジュールの出力であるU相及びV相の電流を検出する
    U相電流センサ及びV相電流センサと、トランジスタモ
    ジュールにPWM信号を出力するインバータ回路とから
    なる電力変換装置において、 前記三相交流電源に接続され、各相それぞれに設けられ
    たノイズフィルタと、 前記各ノイズフィルタに接続された交流リアクトルと、 前記交流リアクトルの出力が接続され、その出力を整流
    するフライホイールダイオードが設けられたコンバータ
    用トランジスタモジュールと、 前記コンバータ用トランジスタモジュールの出力が接続
    され、その出力を平滑することにより前記直流電圧を生
    成する電解コンデンサと、 前記交流リアクトルと前記コンバータ用トランジスタモ
    ジュールの間に設けられ、前記三相の交流電源のR相及
    びS相の電流を検出するR相電流センサ及びS相電流セ
    ンサと、 前記ノイズフィルタの出力から前記三相の交流電源の各
    相それぞれの電圧を検出する絶縁トランスと、 前記絶縁トランスによって検出された前記三相交流電源
    の電圧位相にあわせて、PWM信号を前記コンバータ用
    トランジスタモジュールへ出力するコンバータ回路とを
    備えたことを特徴とする電力変換装置。
  12. 【請求項12】 請求項11記載のものにおいて、前記
    絶縁トランスの出力を前記コンバータ回路の電源とする
    ことを特徴とする電力変換装置。
  13. 【請求項13】 請求項11記載のものにおいて、 前記コンバータ回路の電源が入った時点から前記直流電
    圧の検出をする手段と、 予め定めた前記直流電圧の不足電圧検出レベルと、 前記不足電圧検出レベルを越えて予め定めた安定電圧検
    出レベルと、前記直流電圧の値が前記安定電圧検出レベ
    ルを越えたら、PWM信号を前記コンバータ用トランジ
    スタモジュールへ出力する手段とを備えたことを特徴と
    する電力変換装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1585214A4 (en) * 2002-12-28 2006-03-22 Daikin Ind Ltd DRIVE DEVICE FOR AIR CONDITIONING
JP2009296860A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Daikin Ind Ltd モータ駆動制御装置
JP2010246391A (ja) * 2010-08-06 2010-10-28 Daikin Ind Ltd 電力変換装置
CN103075775A (zh) * 2013-01-31 2013-05-01 台州思特新能源科技有限公司 一种全直流太阳能空调
JP2015130759A (ja) * 2014-01-08 2015-07-16 東芝キヤリア株式会社 電力変換装置
EP3118959A1 (en) 2015-07-14 2017-01-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Power conversion device and air conditioner

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