JP2001095294A - 空気調和機のインバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機の振動現象を運転範囲全域で極力抑制
できる空気調和機のインバータ制御装置を提供するこ
と。 【解決手段】 ＰＷＭインバータ１２への出力周波数指
令値を設定する出力周波数設定手段１１と、ＰＷＭイン
バータ１２への出力電圧指令値を設定する出力電圧設定
手段１０と、直流母線電圧検出手段１３と、ＰＷＭイン
バータ１２の出力負荷を検出する負荷検出手段１８と、
直流母線電圧検出手段１３の検出電圧及び負荷検出手段
１８の検出負荷に基づいて出力電圧指令値に補正を加え
る出力電圧補正手段１５とを備え、直流母線電圧検出手
段１３及び負荷検出手段１８の動作周波数がＰＷＭイン
バータ１２の出力周波数の約３０倍以上に設定されてい
る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機を可変
速制御するインバータを用いた空気調和機の制御装置に
関するものであり、特に圧縮機の振動抑制制御に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、空気調和機の分野においてもイン
バータが幅広く利用されるようになった。この分野で
は、送風ファンの速度制御にインバータが適用される場
合もあるが、主として圧縮機をインバータ制御すること
で可変速に駆動し、これにより空調能力を制御する用途
に用いられている。

【０００３】ところで、一般的なモータとインバータの
マッチングにおいて、モータとして誘導電動機を適用し
た場合、不安定現象といわれる振動現象が発生すること
が知られている。空気調和機の分野において、こうした
不安定現象対策としては、従来より、負荷が特定できる
ことを利用して出力ｖ／ｆ値の調整による不安定現象の
回避を行っている。例えば、三菱電機株式会社製のビル
用マルチエアコン「ＰＵＨＹ−Ｊ２２４Ｍ−Ｂ」におい
ても、同様の考えから運転効率と不安定現象回避を両立
するようなｖ／ｆ値を設定している。

【０００４】従来の空気調和機のインバータ制御装置の
構成は図１１に示す通りである。同図において、１は圧
縮機、２は凝縮器、３は絞り装置、４は蒸発器であり、
これらが冷媒配管で順次接続されて、空気調和機の冷媒
回路が構成されている。また、５は電源、６はダイオー
ド等により構成される整流器、７は直流リアクトル、８
は直流平滑コンデンサ、９はトランジスタやＩＧＢＴの
ような高速スイッチング素子とダイオードとを逆接続し
て構成された逆変換器であり、これらによりＰＷＭイン
バータ１２（主回路）が構成されている。

【０００５】そして、前記ＰＷＭインバータ１２を用い
て圧縮機１を可変速に駆動制御するインバータ制御装置
が、以下の各手段から構成されている。すなわち、１０
は出力電圧設定手段、１１は出力周波数設定手段であ
り、これらはそれぞれ、空気調和機の所要空調能力、圧
縮機駆動時の所要駆動トルク等に応じて適宜な指令値を
設定するように構成されている。１０１はＰＷＭインバ
ータ１２の平均的な直流母線電圧値を検出する直流母線
電圧検出手段、１０２は直流母線電圧検出手段１０１の
検出値の高速な変動を抑制するフィルタ手段である。

【０００６】また、１０３は、フィルタ手段１０２を経
た直流母線電圧検出手段１０１の検出電圧値と、予め設
定されている基準電圧値とを用いて、次式 補正係数＝基準電圧値／検出電圧値 により補正係数を算出し、この算出された補正係数を前
記出力電圧設定手段１０が設定した出力電圧指令値に乗
ずることにより電圧の補正を行う、出力電圧補正手段で
ある。さらに、１６は、出力電圧補正手段１０３により
補正された出力電圧指令値と出力周波数設定手段１１か
らの出力周波数指令値とに基づいてインバータを駆動す
るためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ演算手段、１７
は、逆変換器９を駆動するためにＰＷＭ演算手段１６の
出力ＰＷＭ信号を増幅する逆変換器駆動手段である。

【０００７】以上のように、従来の空気調和機のインバ
ータ制御装置は、運転状況に応じて空気調和機が必要と
する圧縮機１の回転速度が得られるようにインバータを
用いて速度制御するとともに、その際、圧縮機モータの
運転効率を向上させるため、出力電圧に対し、直流母線
電圧値をフィードバックして補正していた。なお、ここ
で直流母線電圧フィードバックに関しては、定常的な出
力電圧補正を目的とするため、応答スピードはゆっくり
でよいので低速・安価な部品及び回路で構成していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように構成された従来の空気調和機のインバータ制御装
置には、以下のような問題があった。すなわち、従来の
直流母線電圧検出手段１０１及びフィルタ手段１０２
は、前記のように定常的な圧縮機モータの効率向上のた
めに設けられているので、高速応答は求められておら
ず、出力電圧周波数数周期分の時間平均値でも十分目的
を達成することができた。このため実際のインバータ運
転において直流母線電圧の脈動が発生しても、直流母線
電圧検出手段１０１は応答せず、したがって、出力電圧
補正手段１０３は前記脈動を抑制する補正動作を行なわ
ず、瞬時瞬時で見ればＰＷＭインバータ１２からの出力
電圧が脈動する、という問題があった。そして、特に電
源ラインのインピーダンスが高い場合に、この出力電圧
の脈動が圧縮機の振動を招き、さらに一般的に言われる
「不安定現象」が発生しやすい軽負荷で特定のｖ／ｆ運
転状態の場合には、その不安定現象が促進されていた。

【０００９】なお、前記問題の対策として直流母線電圧
検出手段１０１の動作周波数を高くすることも試みられ
ている。しかし、この場合は逆に重負荷の場合に振動が
増大するという現象が発生することとなった。

【００１０】ここで、これらの現象についてまとめる
と、軽負荷時の振動現象発生時には直流母線電圧と出力
電流とが図１２に示すような関係となっている。すなわ
ち、直流母線電圧が高い時に出力電流が大きく、低い時
に小さい。これは、直流母線電圧が高くなった分出力電
圧も高くなり、それにつれて出力電流も大きくなるとい
うメカニズムと考えられる。そのため、対策として前記
のように直流母線電圧検出手段１０１の動作周波数を高
くし、直流母線電圧の変動を高速度で出力電圧にフィー
ドバックする手法が、振動の抑制に効果を奏する。これ
とは逆に、重負荷時の振動現象発生時には直流母線電圧
と出力電流とが図１３に示すような関係となっている。
すなわち、直流母線電圧が低い時に出力電流が大きく、
高い時に小さい。これは、直流母線電圧が低くなった分
トルク不足となり、それにつれて出力電流も大きくなる
というメカニズムと考えられる。このように軽負荷時と
は逆動作のため、直流母線電圧検出手段１０１の動作周
波数を高くする前記手法を適用すると、振動を助長する
逆効果が生じてしまう。この現象に対する対策はこれま
でなされていなかった。なお、先にも記したように、こ
の直流母線電圧の脈動現象は、軽負荷時・重負荷時とも
電源環境に大きく影響され、電源インピーダンスが大き
いと脈動が発生しやすく、結果として圧縮機の振動現
象、いわゆる不安定現象が発生しやすいという傾向があ
る。

【００１１】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するためになされたものであって、圧縮機の振動
現象を運転範囲全域で極力抑制できる空気調和機のイン
バータ制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸発器
を冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えた空気調和機
の圧縮機を、整流器、直流リアクトル、直流平滑コンデ
ンサ、及び逆変換器等からなるＰＷＭインバータを用い
て可変速に駆動制御するインバータ制御装置において、
ＰＷＭインバータへの出力周波数指令値を設定する出力
周波数設定手段と、ＰＷＭインバータへの出力電圧指令
値を設定する出力電圧設定手段と、ＰＷＭインバータの
直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出手段と、ＰＷ
Ｍインバータの出力負荷を検出する負荷検出手段と、直
流母線電圧検出手段の検出電圧及び負荷検出手段の検出
負荷に基づいて出力電圧指令値に補正を加える出力電圧
補正手段と、出力電圧補正手段により補正された出力電
圧指令値及び出力周波数指令値に基づいてＰＷＭ信号を
生成するＰＷＭ演算手段と、ＰＷＭ演算手段からのＰＷ
Ｍ信号に応じて逆変換器を駆動する逆変換器駆動手段と
を備え、直流母線電圧検出手段及び負荷検出手段の動作
周波数がＰＷＭインバータの出力周波数の約３０倍以上
に設定されているものである。

【００１３】また、前記構成に加えて、負荷検出手段が
検出するＰＷＭインバータの出力負荷に基づき、当該出
力負荷が大きくなるほど値が小さくなる１以下の負荷状
態係数を出力する負荷状態判定手段を備え、出力電圧補
正手段は、直流母線電圧検出手段の検出電圧を検出平均
値と検出変動値とに分割するとともに、予め設定された
基準電圧値を、検出変動値と負荷状態係数との積に検出
平均値を加えた値で除して補正係数を算出し、この補正
係数を出力電圧指令値に乗ずる補正を行うものである。

【００１４】また、前記構成において、負荷検出手段
が、ＰＷＭインバータの入力電流、直流母線電流、又は
出力電流を検出する電流検出手段で構成されているもの
である。

【００１５】また、前記構成において、負荷検出手段
が、空気調和機の圧縮機吐出側の冷媒圧力を検出する高
圧圧力検出手段で構成されているものである。

【００１６】また、前記構成において、負荷検出手段
が、直流母線電圧検出手段の検出電圧の脈動成分とＰＷ
Ｍインバータの出力電流の脈動成分との積を積分する積
分手段で構成されているものである。

【００１７】また、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸
発器を冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えた空気調
和機の圧縮機を、整流器、直流リアクトル、直流平滑コ
ンデンサ、及び逆変換器等からなるＰＷＭインバータを
用いて可変速に駆動制御するインバータ制御装置におい
て、ＰＷＭインバータへの出力周波数指令値を設定する
出力周波数設定手段と、ＰＷＭインバータへの出力電圧
指令値を設定する出力電圧設定手段と、ＰＷＭインバー
タの直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出手段と、
ＰＷＭインバータの出力負荷を検出する負荷検出手段
と、直流母線電圧検出手段の検出電圧に基づいて出力電
圧指令値に補正を加える出力電圧補正手段と、出力電圧
補正手段により補正された出力電圧指令値及び出力周波
数指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ演算手
段と、ＰＷＭ演算手段からのＰＷＭ信号に応じて逆変換
器を駆動する逆変換器駆動手段と、負荷検出手段の検出
負荷が予め設定された所定負荷以上となり且つ出力周波
数指令値が予め設定された所定値となったときにＰＷＭ
演算手段で用いられるキャリア周波数を低下させるキャ
リア周波数変更手段とを備えたものである。

【００１８】また、圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸
発器を冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えた空気調
和機の圧縮機を、整流器、直流リアクトル、直流平滑コ
ンデンサ、及び逆変換器等からなるＰＷＭインバータを
用いて可変速に駆動制御するインバータ制御装置におい
て、ＰＷＭインバータへの出力周波数指令値を設定する
出力周波数設定手段と、ＰＷＭインバータへの出力電圧
指令値を設定する出力電圧設定手段と、ＰＷＭインバー
タの直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出手段と、
ＰＷＭインバータの出力負荷を検出する負荷検出手段
と、直流母線電圧検出手段の検出電圧に基づいて出力電
圧指令値に補正を加える出力電圧補正手段と、出力電圧
補正手段により補正された出力電圧指令値及び出力周波
数指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ演算手
段と、ＰＷＭ演算手段からのＰＷＭ信号に応じて逆変換
器を駆動する逆変換器駆動手段と、負荷検出手段の検出
負荷が予め設定された所定負荷以上となり且つ出力周波
数指令値が予め設定された所定値となったときにＰＷＭ
演算手段におけるＰＷＭ信号の演算方式を３相変調から
２相変調に切り替えるＰＷＭ演算方式変更手段とを備え
たものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。発明の実施の形態１．図１は、請
求項１〜５の発明に対応する実施の形態１に係る概略構
成を示している。同図において、１は圧縮機、２は凝縮
器、３は絞り装置、４は蒸発器であり、これらが冷媒配
管で順次接続されて、空気調和機の冷媒回路が構成され
ている。また、５は電源、６はダイオード等により構成
される整流器、７は直流リアクトル、８は直流平滑コン
デンサ、９はトランジスタやＩＧＢＴのような高速スイ
ッチング素子とダイオードとを逆接続して構成された逆
変換器であり、これらによりＰＷＭインバータ１２（主
回路）が構成されている。

【００２０】そして、前記ＰＷＭインバータ１２を用い
て圧縮機１を可変速に駆動制御するインバータ制御装置
が、以下の各手段から構成されている。すなわち、１０
は出力電圧設定手段、１１は出力周波数設定手段であ
り、これらはそれぞれ、空気調和機の所要空調能力、圧
縮機駆動時の所要駆動トルク等に基づいて適宜な指令値
を設定するように構成されている。１３は、ＰＷＭイン
バータ１２の出力周波数（出力周波数設定手段１１が設
定する出力周波数指令値により決定される）に対し、約
３０倍以上の高速サンプリング周波数（動作周波数）で
ＰＷＭインバータ１２の直流母線電圧を検出する直流母
線電圧検出手段、１４は直流母線電圧検出手段１３の検
出値に含まれるノイズのような超高速な変動を抑制する
フィルタ手段である。

【００２１】また、１８はＰＷＭインバータ１２の出力
負荷を検出する負荷検出手段、１９は負荷検出手段１８
が検出した出力負荷（検出負荷）に基づき、当該出力負
荷が大きくなるほど値が小さくなる“１”以下の負荷状
態係数Ａを出力する負荷状態判定手段、１５は出力電圧
設定手段１０が設定した出力電圧指令値に補正を加える
出力電圧補正手段である。出力電圧補正手段１５は具体
的には次のような補正を行う。すなわち、フィルタ手段
１４でフィルタをかけられた直流母線電圧検出手段１３
の検出電圧を、検出平均値（いわゆるＤＣ成分）と、検
出変動値（いわゆる脈動成分）とに分割した上で、これ
ら検出平均値及び検出変動値と、前記負荷状態係数Ａ
と、予め設定されている基準電圧値とを用いて、次の式
（１）により補正係数を算出する。 補正係数＝基準電圧値／（検出平均値＋検出変動値×Ａ） ・・・・（１） そして、得られた補正係数を出力電圧設定手段１０が設
定した出力電圧指令値に乗ずる。

【００２２】また、１６は、出力電圧補正手段１５から
の出力電圧補正値（補正された出力電圧指令値）と出力
周波数設定手段１１からの出力周波数指令値とに基づい
て、ＰＷＭインバータ１２を駆動するためのＰＷＭ信号
を生成するＰＷＭ演算手段、１７はＰＷＭ演算手段１６
から出力されたＰＷＭ信号を増幅して逆変換器９を駆動
する逆変換器駆動手段である。

【００２３】ここで、軽負荷時の振動対策について説明
する。直流母線電圧検出手段１３及びフィルタ手段１４
によって得られる直流母線電圧のサンプリング周波数と
しては、前記したように出力周波数の約３０倍以上を目
安とした。これは、実際の動作確認においては、サンプ
リング周波数／出力周波数の比と軽負荷時の不安定現象
抑制効果（＝出力電流の脈動現象抑制効果）との関係は
図２のグラフに示すようになり、出力周波数のおおむね
３０倍付近まではサンプリング周波数を上昇させてゆく
と軽負荷時の不安定現象抑制効果が向上してゆき、サン
プリング周波数が出力周波数の約３０倍を超えた領域で
は、軽負荷時の不安定現象抑制効果に大きな変化が生じ
なくなる、ということに基づいている。なお、直流母線
電圧検出手段１３のサンプリング周波数を出力周波数の
約３０倍以上とすると、当然ながら出力電圧補正手段１
５の動作周波数も出力周波数の約３０倍以上となる。ま
た、前記負荷状態係数Ａは、軽負荷時には１に近い値と
なっているため、前記式（１）における（検出平均値＋
検出変動値×Ａ）の値は、直流母線電圧検出手段１３の
検出電圧値に近い値となる。

【００２４】よって、前記式（１）により算出した補正
係数を用いて出力電圧指令値を補正することにより、従
来に比して直流母線電圧の検出及びそれに基づくフィー
ドバックを経済的な範囲で高速化して、軽負荷時の直流
母線電圧の脈動に起因する圧縮機１の振動を効率的に抑
制でき、この振動をきっかけに拡大する不安定現象及び
それに付随して発生する過電流も抑制することができ
る。

【００２５】次いで、この実施の形態における重負荷時
の振動対策について説明する。ＰＷＭインバータ１２の
出力負荷状態を検出する負荷検出手段１８の検出値によ
り負荷状態判定手段１９で負荷状態を判定し、出力電圧
補正分を計算するところがこれまでの説明に追加され
る。具体的には、負荷検出手段１８の検出値により負荷
状態判定手段１９で負荷状態を示す負荷状態係数Ａを定
め、負荷が大きいほどＡの値を小さくする制御を行う。
そして、その負荷状態係数Ａを前記式（１）に適用して
補正係数を算出し、この補正係数を出力電圧設定手段１
０が設定した出力電圧指令値に乗ずる。これは、前記
〔発明が解決しようとする課題〕の項で示したように、
実際の動作確認においてサンプリング周波数を上げた母
線電圧検出値による出力電圧補正は、軽負荷時に不安定
現象抑制効果があるが、重負荷時には不安定現象抑制に
対し逆効果を生じる、ということに基づいている。すな
わち、重負荷時には負荷状態係数Ａを小さくして“０”
に近づけてゆくことにより、前記逆効果を軽減して、圧
縮機１の振動をできるだけ小さくすることが可能となる
のである。

【００２６】また、前記式（１）において、重負荷時に
は負荷状態係数Ａを負の値までとりうる形にすることも
考えられる。すなわち、重負荷時に負荷状態係数Ａを
“０”以下にまで小さくし、この負荷状態係数Ａを前記
式（１）に適用して補正係数を算出すれば、軽負荷時と
逆の補正が行われることになる。そのため、前記逆効果
を無くした上で、さらに振動を小さくするような出力電
圧補正が可能となる。したがって、負荷状態係数Ａを
“０”以上“１”以下の範囲で設定する場合に比べて、
不安定現象抑制効果をさらに高め、運転範囲全域におい
て圧縮機の振動を効率的に抑制でき、この振動をきっか
けに拡大する不安定現象及びそれに付随して発生する過
電流も抑制することができる。

【００２７】次に、この実施の形態で用いる負荷検出手
段１８について説明する。負荷検出手段１８としては、
次の・〜・の各態様が考えられる。

【００２８】・負荷検出手段１８を、ＰＷＭインバータ
１２の入力電流、直流母線電流、又は出力電流を検出す
る電流検出手段で構成した態様。インバータ入力部、又
は直流部、又はインバータ出力部の電流値と負荷の状態
とは、図３のグラフのように略正比例の関係となってい
る。よって、前記いずれかの部分に電流検出手段を付設
すれば、その検出電流値を用いてＰＷＭインバータ１２
の出力負荷状態を判定することができる。

【００２９】・負荷検出手段１８を、空気調和機の圧縮
機１吐出側の冷媒圧力を検出する高圧圧力検出手段で構
成した態様。空気調和機の圧縮機１吐出側の冷媒圧力す
なわち高圧圧力と負荷の状態とは、図４のグラフのよう
に略正比例の関係となっている。よって、圧縮機１吐出
側の冷媒配管に高圧圧力検出手段（圧力センサ）を付設
すれば、その検出圧力値を用いてＰＷＭインバータ１２
の出力負荷状態を判定することができる。

【００３０】・負荷検出手段１８を、直流母線電圧検出
手段１３の検出電圧の脈動成分とＰＷＭインバータ１２
の出力電流の脈動成分との積を積分する積分手段で構成
した態様。図５を用いて具体的に説明する。直流母線電
圧検出手段１３及びフィルタ手段１４によって得られる
直流母線電圧値に対し、そのＤＣ成分をカットした値
（すなわち脈動成分）をＶとする。また、ＰＷＭインバ
ータ１２の出力部に付設した電流検出手段で検出したイ
ンバータ出力電流検出値に対し、正側のピーク包絡線を
計算しそのＤＣ成分をカットした値（すなわち脈動成
分）をＩとする。そしてＶとＩとの積をインバータ出力
電流半周期（Ｔ１〜Ｔ２）間積分し、負荷状態ΔＰ値を
得る。ΔＰ値はインバータ出力電流半周期毎の積分スタ
ート時に毎回０にクリアする。ΔＰと負荷状態との関係
は図６のグラフに示すようになる。よって、前記ΔＰ値
を用いてＰＷＭインバータ１２の出力負荷状態を判定す
ることができる。

【００３１】このように、前記・，・，・のいずれかの
負荷検出手段１８を用いることで、インバータ出力の負
荷状態に応じた出力電圧補正制御が可能となり、運転範
囲全域において圧縮機の振動を効率的に抑制でき、この
振動をきっかけに拡大する不安定現象及びそれに付随し
て発生する過電流も抑制することができる。

【００３２】発明の実施の形態２．図７及び図８を用い
て、請求項６の発明に対応する実施の形態２を説明す
る。この実施の形態２では、負荷状態判定手段１９が無
く、キャリア周波数変更手段２１が設けられている点
が、前記実施の形態１と異なっている。キャリア周波数
変更手段２１は、負荷検出手段（高圧圧力検出手段）１
８で検出した高圧圧力値（圧縮機１吐出側の冷媒圧力
値）が予め設定された所定の高圧圧力値以上で、且つ出
力周波数設定手段１１の設定した出力周波数指令値（す
なわちＰＷＭインバータ１２の出力周波数）が所定値
（所定値は複数の値をとることも可）となった場合に、
ＰＷＭ演算手段１６で用いるキャリア周波数情報を設定
するキャリア周波数設定手段２０の設定値を変更するも
のである。そして、通常は高キャリア周波数による圧縮
機モータの高効率運転を確保しつつ、不安定現象は軽負
荷時・重負荷時ともにスイッチング切り替わり毎に発生
する上下短絡防止期間TDの積算時間が長いほど発生しや
すいという特性を利用し、不安定現象発生時にはキャリ
ア周波数を低く変更することにより、スイッチング回数
を減少させ、スイッチング切り替わり毎に発生する上下
短絡防止期間TDの影響を低減させて、不安定現象による
振動及び過電流を抑制するように構成されている。

【００３３】具体的には、図８のフローチャートに示さ
れたような制御アルゴリズムを周期的に起動する。すな
わち、ステップ４１では負荷検出手段１８にて検出した
高圧圧力値が所定値１以上で、且つ出力周波数設定手段
１１で設定されたインバータ出力周波数（指令値）が所
定値２であるかどうかを判定し、そうであればステップ
４２へ、そうでなければステップ４５へ進む。ステップ
４２ではキャリア周波数変化幅Δｆｃを所定値３だけ増
加し、ステップ４３へ進む。ステップ４３ではキャリア
周波数変化幅Δｆｃが所定の最大値Δｆｃｍａｘを超え
ているかどうかを判定し、超えていればステップ４４
へ、超えていなければステップ４８へ進む。ステップ４
４ではキャリア周波数変化幅Δｆｃを前記最大値Δｆｃ
ｍａｘに固定し、ステップ４８に進む。

【００３４】一方、ステップ４５ではキャリア周波数変
化幅Δｆｃを所定値４だけ減少し、ステップ４６に進
む。ステップ４６ではキャリア周波数変化幅Δｆｃが負
かどうか判定し、負であればステップ４７へ、そうでな
ければステップ４８へ進む。ステップ４７ではキャリア
周波数変化幅Δｆｃを０とし、ステップ４８へ進む。そ
して、ステップ４８ではキャリア周波数設定値ｆｃを、
キャリア周波数設定手段２０が元来設定していた設定値
からキャリア周波数変化幅Δｆｃだけ引き算した数値に
置き換え、本アルゴリズムから抜ける。

【００３５】このように、圧縮機の冷媒出口側の高圧圧
力とインバータ出力周波数に応じてキャリア周波数を制
御することにより、騒音・モータ効率をできる限り良好
に保ちながら、圧縮機の振動を効率的に抑制でき、この
振動をきっかけに拡大する不安定現象及びそれに付随し
て発生する過電流も最小限に抑制することができる。

【００３６】発明の実施の形態３．次いで、図９及び図
１０を用いて、請求項７の発明に対応する実施の形態３
を説明する。この実施の形態３は、キャリア周波数変更
手段２１に代えてＰＷＭ演算方式変更手段２２が設けら
れている点が、前記実施の形態２と異なっている。ＰＷ
Ｍ演算方式変更手段２２は、負荷検出手段（高圧圧力検
出手段）１８で検出した高圧圧力値が所定の高圧圧力値
以上で、且つ出力周波数設定手段１１の設定した出力周
波数指令値（すなわちＰＷＭインバータ１２の出力周波
数）が所定値（所定値は複数の値をとることも可）とな
った場合に、ＰＷＭ演算手段１６におけるＰＷＭ制御タ
イミング演算の方式を、常時３相とも制御する３相変調
（いわゆる「３アーム制御」）から、出力周期６０度毎
に２つの相しか動作しない２相変調（いわゆる「２アー
ム制御」）に切り替えるものである。そして、通常は３
相変調による高効率運転を確保しつつ、キャリア周波数
を低下する場合と同様に上下短絡防止期間を短縮する目
的で、不安定現象発生時には２相変調に変更し、不安定
現象による振動及び過電流を抑制するように構成されて
いる。

【００３７】具体的には、図１０のフローチャートに示
されたような制御アルゴリズムを周期的に起動する。す
なわち、先ずステップ５１で負荷検出手段１８にて検出
した高圧圧力値が所定値１以上で、且つ出力周波数設定
手段１１で設定されたインバータ出力周波数（指令値）
が所定値２であるかどうかを判定し、そうであればステ
ップ５２へ、そうでなければステップ５５へ進む。スキ
ップ５２ではカウンタをゼロクリアしステップ５３へ進
む。ステップ５３では出力周波数のメモリ値ｆｍｅｍが
現在の出力周波数ｆであるかどうかを判定し、そうであ
ればステップ５４へ進み、そうでない場合は本アルゴリ
ズムを抜ける。ステップ５４ではＰＷＭ演算方式を２ア
ーム制御（２相変調）とし、本アルゴリズムを抜ける。

【００３８】一方、ステップ５５ではカウンタに“１”
を加算して、ステップ５６へ進む。ステップ５６ではカ
ウンタのカウント値と所定値５とを比較し、カウント値
の方が大きく、且つ現在の出力周波数ｆと出力周波数メ
モリ値ｆｍｅｍとで周波数が異なる場合はステップ５７
に進み、そうでない場合は本アルゴリズムを抜ける。ス
テップ５７では、ＰＷＭ演算方式を３アーム制御（３相
変調）とし、本アルゴリズムを抜ける。

【００３９】このように、圧縮機の冷媒出口側の高圧圧
力とインバータ出力周波数に応じてＰＷＭ演算方式を切
り替える制御を行うことにより、騒音及びモータ効率を
できる限り良好に保ちながら、圧縮機の振動を効率的に
抑制でき、この振動をきっかけに拡大する不安定現象及
びそれに付随して発生する過電流も最小限に抑制するこ
とができる。

【００４０】なお、以上の実施の形態２及び実施の形態
３では負荷検出手段１８を高圧圧力検出手段で構成した
が、負荷検出手段１８を前記実施の形態１で示したもの
と同様の電流検出手段又は積分手段で構成することも可
能である。また、前記実施の形態２及び実施の形態３
で、出力周波数設定手段１１の設定した出力周波数指令
値を判定する場合に用いられる「所定値」としては、具
体的には圧縮機に振動現象が発生しやすい特定の周波数
帯域を設定すればよい。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る空
気調和機のインバータ制御装置によれば、従来に比し
て、直流母線電圧の検出及びその検出値に基づく出力電
圧指令値の補正制御を経済的な範囲で高速化することに
より、軽負荷時の直流母線電圧の脈動に起因する圧縮機
の振動を効率的に抑制することができる。また、ＰＷＭ
インバータの出力負荷を検出し、この検出値と前記直流
母線電圧の検出値とを併用して出力電圧指令値の補正制
御を行うことにより、重負荷時の圧縮機の振動も効率的
に抑制することができる。したがって、運転範囲全域に
おいて、圧縮機の振動をきっかけに拡大する不安定現象
及びそれに付随して発生する過電流を抑制可能なインバ
ータ制御装置が得られる。

【００４２】また、ＰＷＭインバータの出力負荷が大き
くなるほど値が小さくなる１以下の負荷状態係数、直流
母線電圧検出手段の検出電圧、及び予め設定された基準
電圧を用いて補正係数を算出し、この補正係数を出力電
圧指令値に乗ずる補正を行うことにより、軽負荷時には
従来とほぼ同様の補正を行うとともに、重負荷時には直
流母線電圧の変動に応じた出力電圧指令値の補正率を小
さくして、補正により圧縮機の振動が助長されるのを防
止することができる。さらに、重負荷時に前記負荷状態
係数が負の値をとるようにすれば、出力電圧指令値に対
して軽負荷時とは逆の補正を行えることになって、圧縮
機の振動及び不安定現象の抑制効果をより一層高めるこ
とができる。

【００４３】また、ＰＷＭインバータの入力電流、直流
母線電流、又は出力電流を電流検出手段で検出し、この
検出値を用いて出力電圧指令値の補正を行うことによ
り、重負荷時の圧縮機の振動を抑制することができる。

【００４４】また、空気調和機の圧縮機吐出側の冷媒圧
力を高圧圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて出
力電圧指令値の補正を行うことにより、重負荷時の圧縮
機の振動を抑制することができる。

【００４５】また、直流母線電圧検出手段の検出電圧の
脈動成分とＰＷＭインバータの出力電流の脈動成分との
積を積分手段で積分し、この積分値を用いて出力電圧指
令値の補正を行うことにより、重負荷時の圧縮機の振動
を抑制することができる。

【００４６】また、ＰＷＭインバータの出力負荷を検出
する負荷検出手段の検出負荷が予め設定された所定負荷
以上となり且つ出力周波数指令値が予め設定された所定
値となったときにＰＷＭ演算手段で用いられるキャリア
周波数を低下させる制御を行うことにより、騒音及びモ
ータ効率をできる限り良好に保ちながら、圧縮機の振動
を効率的に抑制でき、振動をきっかけに拡大する不安定
現象及びそれに付随して発生する過電流も最小限に抑制
することができる。

【００４７】また、ＰＷＭインバータの出力負荷を検出
する負荷検出手段の検出負荷が予め設定された所定負荷
以上となり且つ出力周波数指令値が予め設定された所定
値となったときにＰＷＭ演算手段における演算方式を３
相変調から２相変調に切り替える制御を行うことによ
り、騒音及びモータ効率をできる限り良好に保ちなが
ら、圧縮機の振動を効率的に抑制でき、振動をきっかけ
に拡大する不安定現象及びそれに付随して発生する過電
流も最小限に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るインバータ制御
装置を備えた空気調和機の概略構成図である。

【図２】 サンプリング周波数／出力周波数の比と不安
定現象抑制効果との関係を示すグラフである。

【図３】 電流値と負荷との関係を示すグラフである。

【図４】 高圧圧力値と負荷との関係を示すグラフであ
る。

【図５】 積分手段の概念説明図である。

【図６】 ΔＰ値と負荷との関係を示すグラフである。

【図７】 本発明の実施の形態２に係るインバータ制御
装置を備えた空気調和機の概略構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態２に係る制御フローチャ
ートである。

【図９】 本発明の実施の形態３に係るインバータ制御
装置を備えた空気調和機の概略構成図である。

【図１０】 本発明の実施の形態３に係る制御フローチ
ャートである。

【図１１】 従来のインバータ制御装置を備えた空気調
和機の概略構成図である。

【図１２】 軽負荷時の振動現象発生時の概念説明図で
ある。

【図１３】 重負荷時の振動現象発生時の概念説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 絞り装置、４ 蒸発器、
６ 整流器、７ 直流リアクトル、８ 直流平滑コンデ
ンサ、９ 逆変換器、１０ 出力電圧設定手段、１１
出力周波数設定手段、１２ ＰＷＭインバータ、１３
直流母線電圧検出手段、１５ 出力電圧補正手段、１６
ＰＷＭ演算手段、１７ 逆変換器駆動手段、１８ 負
荷検出手段、１９ 負荷状態判定手段、２０ キャリア
周波数設定手段、２１ キャリア周波数変更手段、２２
ＰＷＭ演算方式変更手段。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H576 AA10 BB02 BB04 BB10 CC05 DD02 DD04 EE04 EE07 EE11 GG05 GG06 HA02 HA04 HB02 JJ22 JJ26 LL22 LL24 LL28 LL48 MM02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸発器
   を冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えた空気調和機
   の前記圧縮機を、整流器、直流リアクトル、直流平滑コ
   ンデンサ、及び逆変換器等からなるＰＷＭインバータを
   用いて可変速に駆動制御するインバータ制御装置におい
   て、前記ＰＷＭインバータへの出力周波数指令値を設定
   する出力周波数設定手段と、前記ＰＷＭインバータへの
   出力電圧指令値を設定する出力電圧設定手段と、前記Ｐ
   ＷＭインバータの直流母線電圧を検出する直流母線電圧
   検出手段と、前記ＰＷＭインバータの出力負荷を検出す
   る負荷検出手段と、前記直流母線電圧検出手段の検出電
   圧及び前記負荷検出手段の検出負荷に基づいて前記出力
   電圧指令値に補正を加える出力電圧補正手段と、前記出
   力電圧補正手段により補正された出力電圧指令値及び前
   記出力周波数指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰ
   ＷＭ演算手段と、前記ＰＷＭ演算手段からのＰＷＭ信号
   に応じて前記逆変換器を駆動する逆変換器駆動手段とを
   備え、前記直流母線電圧検出手段及び前記負荷検出手段
   の動作周波数が前記ＰＷＭインバータの出力周波数の約
   ３０倍以上に設定されていることを特徴とする空気調和
   機のインバータ制御装置。
2. 【請求項２】 負荷検出手段が検出するＰＷＭインバー
   タの出力負荷に基づき、当該出力負荷が大きくなるほど
   値が小さくなる１以下の負荷状態係数を出力する負荷状
   態判定手段を備え、出力電圧補正手段は、直流母線電圧
   検出手段の検出電圧を検出平均値と検出変動値とに分割
   するとともに、予め設定された基準電圧値を、前記検出
   変動値と前記負荷状態係数との積に前記検出平均値を加
   えた値で除して補正係数を算出し、この補正係数を出力
   電圧指令値に乗ずる補正を行う請求項第１項に記載の空
   気調和機のインバータ制御装置。
3. 【請求項３】 負荷検出手段が、ＰＷＭインバータの入
   力電流、直流母線電流、又は出力電流を検出する電流検
   出手段で構成されている請求項第１項又は第２項に記載
   の空気調和機のインバータ制御装置。
4. 【請求項４】 負荷検出手段が、空気調和機の圧縮機吐
   出側の冷媒圧力を検出する高圧圧力検出手段で構成され
   ている請求項第１項又は第２項に記載の空気調和機のイ
   ンバータ制御装置。
5. 【請求項５】 負荷検出手段が、直流母線電圧検出手段
   の検出電圧の脈動成分とＰＷＭインバータの出力電流の
   脈動成分との積を積分する積分手段で構成されている請
   求項第１項又は第２項に記載の空気調和機のインバータ
   制御装置。
6. 【請求項６】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸発器
   を冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えた空気調和機
   の前記圧縮機を、整流器、直流リアクトル、直流平滑コ
   ンデンサ、及び逆変換器等からなるＰＷＭインバータを
   用いて可変速に駆動制御するインバータ制御装置におい
   て、 前記ＰＷＭインバータへの出力周波数指令値を設定する
   出力周波数設定手段と、前記ＰＷＭインバータへの出力
   電圧指令値を設定する出力電圧設定手段と、前記ＰＷＭ
   インバータの直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出
   手段と、前記ＰＷＭインバータの出力負荷を検出する負
   荷検出手段と、前記直流母線電圧検出手段の検出電圧に
   基づいて前記出力電圧指令値に補正を加える出力電圧補
   正手段と、前記出力電圧補正手段により補正された出力
   電圧指令値及び前記出力周波数指令値に基づいてＰＷＭ
   信号を生成するＰＷＭ演算手段と、前記ＰＷＭ演算手段
   からのＰＷＭ信号に応じて前記逆変換器を駆動する逆変
   換器駆動手段と、前記負荷検出手段の検出負荷が予め設
   定された所定負荷以上となり且つ前記出力周波数指令値
   が予め設定された所定値となったときに前記ＰＷＭ演算
   手段で用いられるキャリア周波数を低下させるキャリア
   周波数変更手段とを備えたことを特徴とする空気調和機
   のインバータ制御装置。
7. 【請求項７】 圧縮機、凝縮器、絞り装置、及び蒸発器
   を冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えた空気調和機
   の前記圧縮機を、整流器、直流リアクトル、直流平滑コ
   ンデンサ、及び逆変換器等からなるＰＷＭインバータを
   用いて可変速に駆動制御するインバータ制御装置におい
   て、 前記ＰＷＭインバータへの出力周波数指令値を設定する
   出力周波数設定手段と、前記ＰＷＭインバータへの出力
   電圧指令値を設定する出力電圧設定手段と、前記ＰＷＭ
   インバータの直流母線電圧を検出する直流母線電圧検出
   手段と、前記ＰＷＭインバータの出力負荷を検出する負
   荷検出手段と、前記直流母線電圧検出手段の検出電圧に
   基づいて前記出力電圧指令値に補正を加える出力電圧補
   正手段と、前記出力電圧補正手段により補正された出力
   電圧指令値及び前記出力周波数指令値に基づいてＰＷＭ
   信号を生成するＰＷＭ演算手段と、前記ＰＷＭ演算手段
   からのＰＷＭ信号に応じて前記逆変換器を駆動する逆変
   換器駆動手段と、前記負荷検出手段の検出負荷が予め設
   定された所定負荷以上となり且つ前記出力周波数指令値
   が予め設定された所定値となったときに前記ＰＷＭ演算
   手段におけるＰＷＭ信号の演算方式を３相変調から２相
   変調に切り替えるＰＷＭ演算方式変更手段とを備えたこ
   とを特徴とする空気調和機のインバータ制御装置。