JP2007060855A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易な構成で電磁接触器の不動作と突入電流制限リレーの溶着を検知することができ、突入電流制限抵抗の異常発熱を防止すること。
【解決手段】コンデンサ６の直流端子電圧を検出する電圧検知手段１１と、第１のタイマー手段４０ａを有する第１の判定手段４０と、第２のタイマー手段４１ａを有する第２の判定手段４１を備え、突入電流制限リレー１５をオンさせる前にコンデンサ６の直流端子電圧を第１の規定電圧と比較することで突入電流制限リレー１５の溶着判定を行い、コンデンサ６を充電させた後に突入電流制限リレー１５をオフ、電磁接触器２をオンさせた上で、圧縮機８を制限したインバータ制御信号により運転させ、コンデンサ６の直流端子電圧を第２の規定電圧と比較することで電磁接触器２の不動作判定を行うようにすることで、突入電流制限抵抗１４の異常発熱を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮機の回転数を制御するインバータ装置を備えた空気調和装置の制御装置に関するものであり、特に突入電流防止回路を有する機器の保護制御に関するものである。

従来、交流電力を直流電力に変換するコンバータを備えたインバータエアコンの制御装置においては、コンバータにより変換された直流電力を平滑するコンデンサが備えられている場合が多い。電源投入時におけるこのコンデンサへの突入電流を抑制する技術として、突入電流制限抵抗が用いられる例がある（例えば特許文献１参照）。

図４は従来のインバータエアコンにおける回路構成図を簡略化したものである。１は三相の商用交流電源、２は３個の接点を有する電磁接触器、３は交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路で、電磁接触器２の一端がそれぞれ商用交流電源１に、他端がそれぞれコンバータ回路３の交流入力部に接続されている。６はコンバータ回路３の出力の直流電力を平滑するコンデンサで、コンデンサ６の正極側がコンバータ回路３の正極側に、負極側がコンデンサ６の負極側にそれぞれ接続されている。７はインバータ回路で、コンデンサ６で平滑された直流電力を入力し、三相の交流電力に変換して圧縮機８へ出力する。

９は圧縮機８の運転・停止を決定する運転指令入力部、１０はインバータ制御手段、１１はコンデンサ６の両端電圧を検知する電圧検知手段、１２はリレー駆動手段で、インバータ制御手段１０から信号を入力し、電磁接触器２および突入電流制限リレー１５への信号Ｓ１２およびＳ１０を出力する。１３はインバータベースドライブ回路で、インバータ制御手段１０からの信号Ｓ１３を入力しインバータ回路７へ出力する。１４は突入電流制限抵抗、１５は２個の接点１５ａ、１５ｂを有する突入電流制限リレー、１６はダイオードであり、突入電流制限抵抗１４の一端は商用交流電源１のＲ相に、他端は突入電流制限リレー１５の接点１５ａのコモン端子に接続されている。突入電流制限リレー１５の接点１５ａのＮＯ端子はダイオード１６のアノード端子に接続されている。さらにダイオード１６のカソード端子はコンデンサ６の正極側に接続されている。

突入電流制限リレー１５の接点１５ｂのコモン端子は商用交流電源１のＳ相に接続され、接点１５ｂのＮＯ端子はコンバータ回路３のＳ相入力部に接続されている。これらの突入電流制限抵抗１４、突入電流制限リレー１５、ダイオード１６とを総称して、突入電流制限部と呼ぶ。１８は異常検知手段で、電圧検知手段１１の出力信号Ｓ１１およびインバータ制御手段１０のリレー駆動出力Ｓ９を入力とし、突入電流制限リレーの故障等の異常を検知する。１９は異常検知手段１８で異常が検知された時に使用者に異常があることを知らせる異常表示手段である。

図５は、図４における異常検知手段１８の詳細なブロック図である。図５において、２０はタイマ手段であり、インバータ制御手段１０のリレー駆動信号Ｓ９がオンになったときから一定時間（ｔ１）カウントをしたのち信号を送出する。２１は判定手段であり、タイマ手段２０がカウントアップした時に電圧検知手段１１により一定電圧が検出されなかった時（信号Ｓ１１がオフ状態）に異常と判定し、信号Ｓ２０を出力する。判定手段２１はＡＮＤゲート２１ａとフリップフロップ２１ｂからなる回路であり、タイマ手段２０からの信号が発生したときに電圧検知手段１１からの信号が送出されていない時に、フリップフロップ２１ｂをセットする。２９は立ち上がり検出手段であり、運転指令入力部からの信号Ｓ８の立ち上がり時（オフ→オン）にパルスを発生し、フリップフロップ２３をリセットする（異常状態の解除）。

図６は図４におけるリレー駆動手段１２の詳細なブロック図である。図６において、３０はＡＮＤゲートであり、リレー駆動信号Ｓ９がオンでかつ電圧検知手段１１からの信号Ｓ１１がオフの時に突入電流制限リレー１５をオンにする信号Ｓ１０を発生する。３１はＡＮＤゲートであり、リレー駆動信号Ｓ９がオンでかつ電圧検知手段１１からの信号Ｓ１１がオンの時に電磁接触器２をオンにする信号Ｓ１２を発生する。以上のように構成された従来の空気調和装置の制御装置について、以下図４、図５、図７、図８を用いてその動作を説明する。

図７は従来の空気調和装置の制御装置の動作を説明するフローチャート、図８はタイムチャートである。図７においてステップ１で商用交流電源１が投入される。次にステップ２で運転指令入力部９より信号Ｓ８をインバータ制御手段１０へ出力し“運転”であればステップ３へ、それ以外の場合はステップ２を繰り返す。次にステップ３では第１のタイマ手段２０のタイマをスタートさせる。次にステップ４ではインバータ制御手段１０より信号Ｓ９をリレー駆動手段１２に出力し、さらにリレー駆動手段１２より信号Ｓ１０を突入電流制限リレー１５へ出力し、突入電流制限リレー１５をオンさせる。突入電流制限リレー１５がオンすると突入電流制限抵抗１４およびダイオード１６を介してコンデンサ６に充電が行われる。

次にステップ５で第１のタイマ手段２０のタイマ時間がカウントアップしたか否かを調べ、タイムアップしていないときにはステップ６へ、タイムアップした場合はステップ７を実行する。次にステップ６においてコンデンサ６の充電電圧を電圧検知手段１１により検出しインバータ制御手段１０へ信号Ｓ１１を出力し、その充電電圧が規定電圧以上であればステップ１１へ、それ以外の場合はステップ４から繰り返す。次にステップ７では、突入電流制限リレー１５をオンにしているにもかかわらずコンデンサ６がいつまでたっても充電されないため、突入電流制限リレー１５のコイルの断線などの異常が発生していると判定し、突入電流制限リレー１５をオフにするとともに、運転指令入力部からの運転信号Ｓ８を“運転”から“切”状態に強制的に設定し（ステップ８）、異常表示手段１９で異常を表示し（ステップ９）、システム全体は停止状態となる（ステップ１０）。なお、ここで第１のタイマ手段２０のタイムアップの時間（ｔ１）はコンデンサ６の充電時間よりも十分に大きく設定しているものとする。

次にステップ１１においては突入電流制限リレー１２をオフとし、ステップ１２において電磁接触器２をオンとし、インバータ回路７へ直流電力を供給する。この動作は電圧検知手段１１の出力信号Ｓ１１により図６に示す回路（リレー駆動手段１２）にて自動的に処理される。次にステップ１３においてインバータ制御手段１０より信号Ｓ１３（実際にはインバータの波形信号）をインバータベースドライブ回路１３へ出力し、さらにインバータ回路７を駆動させ、所定の周波数の交流電力を圧縮機８へ供給し、圧縮機８を運転する（ステップ１４）。
特開平４−１６５９９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、突入電流制限リレーが短絡（例えば接点の溶着）かつ電磁接触器が不動作（例えばコイルの断線）において、これらの異常を検出することができず、圧縮機を駆動するステップに移行してしまう。その結果、突入電流制限抵抗に圧縮機負荷電流が全て流れることになり、発熱してしまうという課題があった。

本発明の空気調和装置の制御装置は、前記従来の課題を解決するものであり、従来と同等の構成で、突入電流制限リレーの短絡かつ電磁接触器の不動作の検出を容易に実現する
ことのできる空気調和装置の制御装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の空気調和装置は、コンバータ回路と商用交流電源とを開閉する電磁接触器と並列に、電流制御リレーと突入電流制限抵抗からなる突入電流制限部を設けるとともに、コンバータ回路の出力を平滑するコンデンサの直流端子電圧を検出する電圧検知手段を設け、電流制御リレーと電磁接触器を動作させる前にコンデンサの直流端子電圧を第１の判定手段により第１の規定電圧と比較することで、電流制御リレーの溶着検知を行い、電流制御リレーの閉動作からカウントする第１のタイマー手段、電流制御リレーの開動作からカウントを開始する第２のタイマー手段により、電流制御リレーが閉動作した後、および開動作して圧縮機を負荷動作させた後のコンデンサの直流端子電圧を、それぞれ第１の判定手段および第２の判定手段により、第１の所定の電圧および第２の所定の電圧と比較することで、電流制御リレーの不動作および電磁接触器の不動作を検出し、異常であれば圧縮機の運転を停止するようにしたものである。

本発明の空気調和装置は、電流制御リレーが短絡かつ電磁接触器が不動作の場合においても、特別な検知手段を設けることなく異常の検出が可能になるため、該異常時における圧縮機の運転を防止することができ、突入電流制限抵抗の異常発熱を防止することができる。

本発明の空気調和装置は、コンバータからの交流電力を平滑するコンデンサの直流端子電圧を検出する電圧検知手段と、突入電流制限部の突入電流制限リレーが閉動作してから一定時間カウントする第１のタイマー手段と、突入電流制限リレーが開動作してから一定時間カウントする第２のタイマー手段を設け、突入電流制限リレーおよび電磁接触器が開の場合にコンデンサの直流端子電圧が第１の規定電圧を上回った場合は、突入電流制限リレーもしくは電磁接触器が溶着していると判断し、突入電流制限リレーが閉動作した後に第１のタイマー手段がカウントアップした時点でコンデンサの直流端子電圧が第１の規定電圧を上回っていない場合は、突入電流制限リレーが不動作であると判断し、電流制御リレーが開、電磁接触器が開となった後に圧縮機を駆動させ、第２のタイマー手段がカウントアップした時点でコンデンサの直流端子電圧が第２の規定電圧を下回った場合は、電磁接触器の溶着を判断するようにしたもので、これにより、突入電流制限部および電磁接触器の異常を容易に検出することができ、突入電流制限部の異常発熱を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明のインバータエアコンにおける制御装置の回路構成図を簡略化したものである。

１は三相の商流交流電源、２は３個の接点を有する電磁接触器、３は交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路で、電磁接触器２の一端がそれぞれ商用交流電源１に、他端がそれぞれコンバータ回路３の交流入力部に接続されている。６はコンバータ回路３の出力の直流電力を平滑するコンデンサで、コンデンサ６の正極側がコンバータ回路３の正極側に、負極側がコンデンサ６の負極側にそれぞれ接続されている。７はインバータ回路で、コンデンサ６で平滑された直流電力を入力し、三相の交流電力に変換して圧縮機８へ出力する。９は圧縮機８の運転・停止を決定する運転指令入力部、１０はインバータ回路７
を駆動するインバータ制御手段、１１はコンデンサ６の両端電圧を検知する電圧検知手段、１２aは電磁接触器２を駆動する電磁接触器駆動手段である。

第１の判定手段４０は第1のタイマー手段４０ａを有し、第1のタイマー手段４０ａはリレー駆動手段１２ｂからリレー駆動オン信号を入力された場合にカウントを開始する。第１の判定手段４０は、第１のタイマー手段がカウントアップした後に、電圧検知手段１１により検知したコンデンサ６の直流端子電圧と、第１の所定の電圧を比較する。一方、第２の判定手段４１は第２のタイマー手段４１ａを有し、第２のタイマー手段４１ａはリレー駆動信号１２ｂからリレー駆動オフ信号を入力された場合にカウントを開始する。第２の判定手段４１は、第２のタイマー手段がカウントアップした後に、電圧検知手段１１により検知したコンデンサ６の直流端子電圧と、第２の所定の電圧を比較する。

運転指令入力部９は、圧縮機８の運転・停止指令を第１の判定手段４０と第２の判定手段４１に入力し、第１の判定手段４０はリレー駆動手段１２ｂへリレー駆動信号を送出するとともに、インバータ制御手段１０へインバータ駆動信号を送出する。また、第２の判定手段４１は電磁接触器駆動手段１２ａへ電磁接触器駆動信号を送出するとともに、インバータ制御手段１０へインバータ駆動信号を送出する。

１４は突入電流制限抵抗、１５は２個の接点１５ａ，１５ｂを有する突入電流制限リレーであり、突入電流制限抵抗１４の一端は商用交流電源１のＲ相に、他端は突入電流制限リレー１５の接点１５ａのコモン端子に接続されている。突入電流制限リレー１５の接点１５ａのＮＯ端子はコンバータ回路３のＲ相入力部に接続されており、接点１５ｂのコモン端子およびＮＯ端子は、それぞれ商用交流電源１のＳ相およびコンバータ回路３のＳ相入力部に接続されている。突入電流制限リレー１５および突入電流制限抵抗１４からなるこれらのブロックを突入電流制限部と呼ぶ。

以上のように構成された本発明の空気調和装置の制御装置について、図２を用いてその動作を説明する。図２は本発明の空気調和装置の制御装置の動作を説明するフローチャートである。図２においてステップ１で商用交流電源１が投入される。次にステップ２で運転指令入力部９より圧縮機８の運転・停止信号が第１の判定手段４０と第２の判定手段４１に送出される。信号が“運転”である場合はステップ３に進み、電圧検知手段１１により検出された直流端子電圧と第１の規定電圧とを比較する。直流端子電圧が第１の規定電圧を上回っている場合、ステップ３１に進み、突入電流制限リレー１５および電磁接触器２がオフであるにも関わらずコンデンサ６が充電されていることから、突入電流制限リレー１５もしくは電磁接触器２が溶着していると判断して異常出力手段１８ａより異常信号を出力し、ステップ３２でシステムを停止させる。直流端子電圧が第１の規定電圧を下回っている場合はステップ４に進み、第１の判定手段よりリレー駆動手段１２ｂにオン信号が送出され、突入電流制限リレー１５をオンさせる。

次にステップ５で第１のタイマー手段４０ａのタイマーをスタートさせる。ステップ６で第１のタイマー手段４０ａがカウントアップしたか否かを調べ、タイムアップした場合は、ステップ７に進む。ステップ７では電圧検知手段１１により検出したコンデンサ６の直流端子電圧が、第１の規定電圧を上回っているか否かを調べ、上回っている場合はステップ８に進み、下回っている場合は突入電流制限部によりコンデンサ６が充電されていないことになるので、突入電流制限部の異常と判定しステップ７１で異常出力手段１８ａより異常信号を出力し、ステップ７２でシステム停止させる。ステップ８では第１の判定手段４０よりリレー駆動手段１２ｂにオフ信号が入力され、突入電流制限リレー１５がオフされる。ステップ９では第２のタイマー手段４１ａのタイマーをスタートさせ、ステップ１０では第２の判定手段より電磁接触器１２ａにオン信号が送出され、電磁接触器２をオンさせる。

ステップ１１では第２の判定手段４１がインバータ制御手段１０にインバータ駆動信号を入力し、インバータ制御手段１０がインバータ回路７を動作させることで、圧縮機８へ交流電力を供給し動作させる。ここで第２の判定手段から入力されるインバータ駆動信号は、圧縮機８への供給電力を小さく制限するようにしたものであり、商用交流電源１の１周期あたりのコンデンサ６への供給電力より大きく下回るように設定することで、コンデンサ６の直流端子電圧の変動が微小となるようにする。

次にステップ１２では第２のタイマー手段４１ａのタイマーがカウントアップしたか否かを調べ、カウントアップしていればステップ１３へ進み、していなければ圧縮機８の制限動作を引き続き行う。ステップ１３では電圧検知手段１１により検出したコンデンサ６の直流端子電圧が第２の規定電圧を上回っているか否かを調べ、上回っている場合はステップ１４に進み、第２の判定手段から送出されていた制限されたインバータ制御信号の制限を解除し、通常の圧縮機運転を行う。下回っている場合は、商用交流電源１から電力供給がなされていないことから例えば動作コイル断線などによる電磁接触器２の不動作であると判定し、ステップ１３１で異常出力手段１８aより異常信号を出力し、ステップ１３２でシステム停止させる。

ここで、第２のタイマー手段４１ａのタイマーがカウントアップする時間ｔ１は、第２の判定手段により送出される制限されたインバータ制御信号で圧縮機８が消費しうる交流電力とコンデンサ６に蓄えられた直流電力により決定され、商用交流電源１からの供給電力がない状態でコンデンサ６の直流端子電圧が第２の規定電圧を下回る時間ｔ２より大きくなるように設定されるものとする。

よって、圧縮機８が駆動される場合、すなわち商用交流電源１から大電力を供給する場合に事前に突入電流制御部および電磁接触器２の溶着・不動作の検知を容易に行うことが可能になり、突入電流制限抵抗の異常発熱を防止することが可能になる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機の制御装置は、電流制御リレーの開閉動作と圧縮機の負荷動作、およびコンデンサの直流端子電圧の検出手段の組み合わせにより電流制御リレーを含む突入電流制限部の異常検出を行っており、突入電流制御部を有するインバータ機器等の用途にも適用できる。

本発明の空気調和装置の制御装置の回路構成図 本発明の空気調和装置の制御装置の動作を説明するフローチャート 本発明の空気調和装置の制御装置の動作を説明するタイムチャート 従来の空気調和装置の制御装置の回路構成図 図４における異常検知手段１８の詳細なブロック図 図４におけるリレー駆動手段１２の詳細なブロック図 従来の空気調和装置の制御装置の動作を説明するフローチャート 従来の空気調和装置の制御装置の動作を説明するタイムチャート

符号の説明

１ 商用交流電源
２ 電磁接触器
３ コンバータ回路
６ コンデンサ
７ インバータ回路
９ 運転指令入力部
１０ インバータ制御手段
１１ 電圧検知手段
１２ リレー駆動手段
１２ａ 電磁接触器駆動手段
１２ｂ リレー駆動手段
１３ インバータベースドライブ回路
１４ 突入電流制限抵抗
１５ 突入電流制限リレー
１５ａ 突入電流制限リレー１５の第１の接点
１５ｂ 突入電流制限リレー１５の第２の接点
１６ ダイオード
１８ 異常検知手段
１８ａ 異常出力手段
２０ タイマー手段
２１ 判定手段
２１ａ ＡＮＤゲート
２１ｂ フリップフロップ
２３ フリップフロップ
２９ 立ち上がり検出手段
３０ ＡＮＤゲート
３１ ＡＮＤゲート
４０ 第１の判定手段
４０ａ 第１のタイマー手段
４１ 第２の判定手段
４１ａ 第２のタイマー手段

Claims (1)

1. 交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路と商用交流電源とを開閉する電磁接触器と、前記コンバータ回路により変換された直流電力を平滑するコンデンサと、前記コンデンサにより平滑された直流電力を入力し交流電力に変換して圧縮機を制御するインバータ回路と、前記コンデンサの電圧を検知する電圧検知手段と、前記商用交流電源の２相が電流制御リレーと突入電流制限抵抗を介して前記電磁接触器の出力端に並列に接続された構成からなる突入電流制限部と、前記圧縮機の運転・停止を決定する運転指令入力部と、前記電磁接触器を駆動する電磁接触器駆動手段と、前記電流制御リレーを駆動するリレー駆動手段と、前記インバータ回路を駆動するインバータ制御手段と、前記電流制御リレーが閉動作してから一定時間カウントする第１のタイマー手段と、前記電流制御リレーが開動作してから一定時間カウントをする第２のタイマー手段とを備え、前記運転指令入力部から運転指令が出た時点で、前記電圧検知手段により検出された前記直流端子電圧が第１の所定の電圧を上回っている場合は運転を停止し、下回っている場合に前記電磁接触器を開、前記電流制御リレーを閉状態として前記コンデンサを充電した後に、前記第１のタイマー手段がカウントアップした時点において、前記電圧検知手段により検出された前記直流端子電圧が第1の所定の電圧を上回った場合に前記電流制御リレーを開、前記電磁接触器を閉とするとともに前記インバータ制御手段により前記圧縮機の運転周波数を制限して負荷として動作させ、前記第２のタイマー手段がカウントアップした時点において、前記電圧検知手段により検出された前記直流端子電圧が第２の所定の電圧を下回っている場合は前記インバータ制御手段の動作を停止し、上回っている場合は圧縮機の制限動作を解除することを特徴とした空気調和装置。

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