JPS5934935B2

JPS5934935B2 - 熱源装置

Info

Publication number: JPS5934935B2
Application number: JP51120858A
Authority: JP
Inventors: 博堀井; 勇奥田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1984-08-25
Also published as: JPS5346150A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、冷媒圧縮用の圧縮機とこのモータにより冷媒
を圧縮する冷凍サイクル熱源装置の能力を負荷に応じて
可変するとともに、必要に応じて軽負荷、軽能力時は所
定のヒステリシス幅で、圧縮機を起動、停止の制御を行
い、運転の安定化、寿命の向上、快適性、制御性の向上
を図ろうとするものである。

また、商用電源周波数よりも高い周波数で圧縮機モータ
を駆動するインバータ等を付加することで、同一冷凍能
力における、圧縮機寸法、モータの小形、軽量化も併せ
て達成しようとするものである。

従来は圧縮機モータの極数変換（２Ｐ←４ｐ）で能力の
段階切換を行う方法もあったが、負荷に応じて能力比例
制御ができない欠点がある。

また、インバータ等により圧縮機モータを可変速運転し
冷凍能力を比例制御する考え方もあるが、特に、軽負荷
時の運転方法（起動、停止の制御）に難点があり、機器
の安定な運転、圧縮機の寿命、振動などに問題があった
。

以下、本発明の一実施例である添付図面に基づいて構成
、動作を説明する。

第１図は、ヒートポンプ式など、冷凍サイクルにより加
熱、冷却する熱源装置を用いた一実施例で、図はセパレ
ート形の空気調和機に応用したものである。

１はセパレート形空気調和機の室外ユニット、２は室内
ユニットであり、室外ユニット１には圧縮機３、圧縮機
３を駆動するモータ４、四方弁５、キャピラリチューブ
６、室外熱交換器７、室外ファン８を有する。

室内ユニット２には室内熱交換器９、室内ファン１０で
構成され、このファン１０により空調室内の空気が循環
し、暖房、冷房等ができる。

なお四方弁５は冷媒の循環方向を切換えて、暖房、冷房
の切換を行うものである。

１１は商用電源、１２は運転スイッチ、１３はモータ４
の主電源でダイオード群１４で全波整流し、チョークコ
イル１５、コンデンサ１６で平滑されるチョークインプ
ットの主電源である。

１７はチョッパであり、後述する制御回路からパルス電
力を端子１７ａ、１７ｂから受け、トランジスタ１８を
所定の周波数とデユーティでチョッピングし、チョーク
１９とコンデンサ２０で平滑する３ダイオード２１はフ
リーホイルダイオード、２２はトランジスタ１８の保護
用のダイオードである。

２３はインバータであり、トランジスタ２４〜２９が互
い定められた周期でオン−オフし、三相電力となってモ
ータ４に印加される。

ダイオード３０〜３５はトランジスタ２４〜２９の保護
用のダイオードである。

３６は制御電源であり、トランス３７、ダイオード群３
８で降圧、全波整流され、コンデンサ３９で平滑される
。

本発明は、前述の通り負荷状態（冷凍能力の状態）によ
り、下記に述べる制御ブロックを用いて、チョッパ１７
の周波数−デユーティを変えてモータに加わる電圧を制
御し、この電圧によりインバータ２３の１駆動周波数を
変えることによりモータ４をコントロールし、しかも、
モータ４の起動−停止にヒステリシスを持たせるもので
あって、以下、この制御ブロックの説明を行う。

制御電源３６の出力電圧はＥ、Ｆから取り出され、この
電圧によりコンパレータ４０が動作する。

コンパレーク４０は、例えば、端子４０ａに、室内ユニ
ット２で暖、冷房される部屋の室温を検知するサーミス
タが接続され、この端子電圧を■＋ｈとする。

また端子４０ａは室温を調整するボリューム（可変抵抗
体など）が接続され、この端子電圧をＶａｄとする。

コンパレータ４０は、それぞれの端子電圧の偏差、ｆＶ
ａ＝Ｖａｄ −Ｖｔｈを、第２図の如く処理する
。

すなわち、第２図において、横軸に偏差ＡＶａ、縦軸に
出力Ｖａをとると、次の関係を持たせる。

■ 偏差、＋ＡＶａ≧＋Ａ■１の期間は、出力Ｖａは偏
差＋ＡＶａに比例する。

■偏差１．（Ｖａが十■１〜−Ａ■１の期間は、出力Ｖ
ａはｖａｌに固定され、変化しない。

■ 偏差、ＡＶａ、＜ −ＡＶ１の期間は、出力
Ｖａはゼロとなる。

■ 次に、偏差、／Ｎａが−Ａ■１から＋Ａ−に復帰す
ると、出力Ｖａはゼ゛口からＶａ、にスイッチし以後■
〜■のプロセスを経る。

以上のように、＋ＡＶ１〜−Ａ■１の期間、不感帯、す
なわち、ヒステリシスＨを持たせるものである。

この出力が４１から出され、電流リミッタのコンパレー
タ４２に入る。

コンパレータ４２は電流センサ４３の入力端子４４を有
し、所定電流以上の電流が流れると、コンパレータ４０
の出力Ｖａを制御、低下させる働きを有する。

従って、通常はコンパレータ４０の出力端子４１の電圧
Ｖａ（第２図の出力）がコンパレータ４２の出力４５
となり、チョッパドライバ４６に入る。

チョッパドライバ４６は入力電圧Ｖａ（端子４５の出
力）に応じ、定周波数の条件で、出力１γａ、１γｂの
オン、オフのデユーティを変えるか、又は、オンの時間
を一定としてオフの時間を変える。

すなわち、出力周波数を可変するか、いずれかの制御に
より、出力端子１７ａ、１７ｂをコントロールする。

従ってチョッパ１７はそのトランジスタ１８によりチョ
ッピングされ、チョッパドライバ４６の入力電圧Ｖａに
比例して、チョッパ１７の出力Ｃ，Ｄ間に電圧ＶＯＤが
取り出される。

すなわち、コンパレータ４０の入力電圧、／ｆｖａ−（
Ｖａｄ−Ｖｔｈ）が大きいときは、チョッパ１７の出力
電圧ＶＯＤが大きく、その逆のときは小さくなる。

これは、チョッパ１７の出力電圧ＶＯＤは第２図のＶａ
雷電圧比例することを意味する。

次にインバータ２３のドライブ部であり、チョッパ１７
の出力電圧■ｃＤを入力４７とする。

電圧−周波数（ＶＯＤｆ）変換器４８であり、この
出力周波数ｆが端子４９から取り出され、リングカウン
タ５０に入る。

リングカウンタ５０で分周、匍制御された出力が、イン
バータ２３のトランジスタ群２４〜２９に加わり交互に
１２０度ずつ、ずれた位相でスイッチングし、この三相
電力がモータ４に加えられる。

第１図の回路を用いて圧縮機を高速１駆動した結果の１
例を示す。

第３図は１．５馬力程度の例であり、ｙ曲線はコンプレ
ッサ３の運転トルク特性、Ｘｌ、Ｘ２．Ｘ３などは、モ
ータ４のトルクと回転数の特性である。

第１図の回路を用いたとき、例えば、コンパレータ４０
の入力Ｖａｄ−Ｖｔｈ＝、（Ｖａｍａ
ｘのとさ、インバータ２３によるモータ４のトルク特
性はｘ、特性であり、コンプレッサ３の運転トルクであ
るｙ特性との交点である約１ｏｏｏｏｒｐｍで回転する
。

次に、室温などが上昇し、コンパレータ４０の偏差値、
（Ｖａが小さくなると、モータ特性はＸ２曲線となる。

さらに小さくなると、すなわち設定値を越えると、Ｘ３
曲線となり約２０００ｒｌｌｌｎで回転し、コレ以上は
、コンパレータ４０の出力特性でアル第２図に基づきモ
ータ４は停止する。

以後は、第２図の特性に従ってコントロールされる。

第４図はコンプレッサ３の冷凍能力の特性であり、第３
図のモータ４の回転数と対応して能力の可変ができるも
のである。

なおチョッパ１７、インパーク２３にトランジスタ式を
採用したがサイリスク式でも当然、同様の効果を得るし
、チョッパ１７をやめて、制御電源１３のダイオード群
の代りにサイリスク等を用いて制御し、可変直流電源Ｖ
ＯＤを得てもよい。

また、室温検知用サーミスタをやめて、能力可変つまみ
をコンパレータ４０の入力とし、オープンループでコン
トロールしてもよい。

また、本発明はあらゆる冷凍サイクルを有する機器、制
御法に適用できるのは当然である。

本発明の熱源装置は、第２図のヒステリシスＨを得る手
段を設けたことにより、つぎのような優れた効果を奏す
るものである。

（１）モータ４を含む圧縮機３が最高回転数からゼロ回
転まで円滑に制御できる。

すなわち、特に、低速回転における軸受のまさつの問題
、または、冷凍サイクルを形成するコンプレッサの入口
側、出口側の圧力バランスの問題、さらにインバータ２
３の印加電圧■ｃＤが低くなることの不安定動作の問題
の回避が可能である。

（２）インバータによる商用周波数より高い周波数での
高速駆動に耐える潤滑法を採用するとき低速回転時にコ
ンプレッサ３の軸受、圧縮部に潤滑油が充分廻らず、ふ
しＯら６などによる寿命低下の問題の回避が可能である
。

（３）コンパレータ４０のゲインを高くするとき軽負荷
時に、コンプレッサの起動−停止回数が増加し、これに
よるま耗での寿命低下を避けるため適当なヒステリシス
Ｈを設けることで、例えば、サーミスタによる室温制御
時に、行き過ぎによる室温のスイングは大きくなるが起
動−停止の回数が低減できる。

また、（４）チョッパ１７の出力電圧■ｃＤにより、インバー
タの駆動周波数をコントロールするため、電源の瞬時停
電、および急激なコンパレータ４０の設定替えがあって
も電圧追従形のため誤動作がなく、しかも、安定に動作
状態を持続することができる。

（５）商用周波数よりも高い周波数でモータを回転する
ことによりモータおよび圧縮機の小形化が図れ、経済性
、省質源化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱源装置の電気回路
図、第２図はヒステリシスコントロール図、第３図はモ
ータの運転特性図、第４図は圧縮機の能力特性図である
。１・・・・・・室外ユニット、２・・・・・・室内ユニ
ット、３・・・・・・圧縮機、４・・・・・・モータ、
５・・・・・・四方弁、６・・・・・・キャピラリチュ
ーブ、７・・・・・・室外熱交換器、８・・・・・・室
外ファン、９・・・・・・室内熱交換器、１０・・・・
・・室内ファン、１１・・・・・・商用電源、１７・・
・・・・チョッパ、２３・・・・・・インパーク、４０
，４２・・・・・・コンパレータ、４６・・・・・・チ
ョッパドライバ、４８・・・・・・電圧・周波数変換器
、５０・・・・・・リングカウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】１冷媒圧縮用の圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと
、圧縮機により圧縮される冷媒を凝縮部および蒸発部等
で吸熱、放熱する熱交換器部と、冷媒の膨張部とにより
冷凍サイクルを形成し、前記圧縮機の駆動用モータの電
源として、インバータ電源を用いるとともに、能力調整
つまみ等の調整、および負荷の状態に応じてインバータ
電源の電圧と周波数を停動可変して圧縮機を可変速運転
し、かつ軽負荷、軽能力時は所定のヒステリシス幅で、
起動、停止させるインバータ電源のコントロール手段を
設けたことを特徴とする熱源装置。２前記モータの電源となるインバータのコントロール
手段として、負荷の状態に応じてインパークの入力直流
電圧を制御し、この直流電圧に略比例した周波数を発生
する発振器の出力でトランジスタなどのスイッチング素
子を動作してモータを駆動するチョッパを設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱源装置。