JP3333552B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ入力電流の
検出によりコンプレッサロック発生の判別を行う空気調
和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置のＶ／ｆ制御によりコン
プレッサモータの可変速制御を行う場合、モータの回転
トルクの不足や冷凍サイクルの過負荷により、コンプレ
ッサに所謂ロック現象が発生する。このようなコンプレ
ッサロックが発生したときには、一旦、コンプレッサの
運転を停止させる必要があるが、コンプレッサロックの
発生の有無の判別については、従来から次のように行な
われていた。

【０００３】すなわち、図６は、インバータ出力周波数
ｆとインバータ入力電流Ｉとの関係を示す特性図であ
り、直線（ａ）は最大負荷で運転した場合、直線（ｂ）
はコンプレッサロックが発生し始めた場合、直線（ｃ）
はコンプレッサロック状態で運転を継続している場合で
ある。この図に示すように、それぞれの直線における電
流値が異なっているので、ある周波数での電流値を検出
することにより、現在、コンプレッサロックが発生して
いるか否かを判別することができる。

【０００４】この場合、周波数がある程度高い領域で
は、直線（ａ），（ｂ）間の電流値の差は大きくなって
いるためロック発生の判別が容易であるが、２０Ｈｚ以
下のような低周波数領域ではこの電流値の差が小さいた
め、ロック発生の判別が困難となる。

【０００５】そこで、従来から、図７に示すように、低
周波数領域では、インバータ出力電圧Ｖを本来のレベル
（図７の点線部）よりも高いレベルに設定することとし
ている。これによれば、低周波数領域においても、図６
における直線（ａ），（ｂ）間の電流値の差を大きくす
ることができ、ロック発生の判別を容易に行うことがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、低周波数領域において常にインバータ出力電圧
Ｖのレベルを高くすることは、モータ効率が低下した状
態でコンプレッサを駆動していることになり、電力損失
を増大させる結果となっている。

【０００７】そこで、このような電力損失を少しでも小
さくするために、電圧Ｖを低いレベルに設定しておい
て、所定時間（例えば１０〜２０分）毎にインバータ出
力周波数ｆを所定値（例えば３０Ｈｚ）以上に上昇さ
せ、図６における直線（ａ），（ｂ）間の電流の差が大
きくなるようにして、コンプレッサロックの発生を判別
する技術も行なわれている。

【０００８】しかし、コンプレッサロックの発生を判別
するために、インバータ出力周波数を上昇させること
は、本来的には不必要な能力アップを行うことになり、
電力損失の削減、及び室内空調の快適性という観点から
は、なお改善の余地を有するものであった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、室内空調の快適性を損うことなく、電力損失の削減
を有効に行うことができる空気調和機を提供しようとす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、第１の発明は、インバータ装置のインバ
ータ出力電圧及びインバータ出力周波数を制御すること
によりコンプレッサモータの可変速制御を行なう空気調
和機において、前記インバータ出力周波数の値と予め定
めてある設定値とを比較することにより、その値が低周
波数領域内にあるか否かを判別する低周波数領域判別手
段と、前記低周波数領域判別手段が低周波数領域内にあ
ると判別した場合に、所定時間ごとに前記コンプレッサ
モータが過励磁状態となるようにインバータ出力電圧を
増大し、そのときの前記インバータ入力電流の検出値と
予め定めてある設定値とを比較し、この検出値がこの設
定値以上であるときにはインバータ装置の運転を停止す
る指令を出力し、一方、この検出値がこの設定値を下回
っているときには、少くともこの比較時よりも低いレベ
ルのインバータ出力電圧によるインバータ装置の運転を
所定時間だけ行う指令を出力するＶ／ｆ制御手段と、を
備えたことを特徴とするものである。

【００１１】また、第２の発明は、第１の発明の構成に
おいて、前記Ｖ／ｆ制御手段は、前記検出値が前記設定
値を下回っているときに、前記インバータ出力電圧を連
続的又はステップ的に増減させることにより、前記イン
バータ入力電流の検出値についての極小値又は極小値付
近の値を求め、この極小値又は極小値付近の値に対応す
るインバータ出力電圧により、前記インバータ装置の運
転を所定時間だけ行う指令を出力するものであることを
特徴とする空気調和機。

【００１２】

【作用】第１の発明の構成において、低周波数領域判別
手段は、インバータ出力周波数の値と設定値とを比較す
ることにより、その値が低周波数領域内にあるか否かを
判別する。低周波数領域内にあると判別した場合、Ｖ／
ｆ制御手段は、コンプレッサモータが過励磁状態となる
ようにインバータ出力電圧を増大させる。これにより、
低周波数領域内であってもインバータ入力電流のレベル
を上るのでロック発生の判別が容易になる。

【００１３】そして、Ｖ／ｆ制御手段は、このときのイ
ンバータ入力電流の検出値を設定値と比較し、検出値が
設定値以上であれば、ロックが発生している状態と判別
して、インバータ装置の運転停止指令を出力する。

【００１４】一方、検出値が設定値を下回っていれば、
ロックは発生していないと考えられるので、そのまま低
周波数領域での運転を続行する。しかし、判別が済んだ
後のインバータ出力電圧のレベルは、電力損失を小さく
するために、少くとも判別時のレベルよりも低くなるよ
うにする。

【００１５】第１の発明は、ロックの判別が済んだ後の
インバータ出力電圧のレベルを、少くとも判別時のレベ
ルよりも低くするだけのものであった、第２の発明で
は、このインバータ出力電圧のレベルが必要最小限のレ
ベルになるように制御している。

【００１６】すなわち、インバータ出力電圧を連続的に
増加あるいは減少させると、インバータ入力電流も連続
的に変化するので、このインバータ入力電流の検出値に
ついての極小値を見付けることができる。ただし、イン
バータ出力電圧をステップ的に増減させる場合は，イン
バータ入力電流の変化もステップ的になるので、必ずし
も極小値を見付けることができるわけでなく、極小値付
近の値となる。

【００１７】Ｖ／ｆ制御手段は、このようにして見付け
たインバータ入力電流の極小値またはその付近の値に対
応するインバータ出力電圧により、所定時間だけインバ
ータ装置の運転を行うように指令を出力する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図５に基き
説明する。図１は本発明の実施例の構成を示すブロック
図である。

【００１９】図１において、コンプレッサ１から吐出さ
れる冷媒は、暖房モードの場合、四方弁２を通って室内
熱交換器３へ送られ、ここで熱交換される。室内熱交換
器３を出た冷媒は膨張弁４を通って室外熱交換器５へ送
られ、ここで再び熱交換される。そして、室外熱交換器
５を出た冷媒は四方弁２を通ってコンプレッサ１の吸入
口に循環されるようになっている。なお、７は室内ファ
ン、８は室外ファンである。

【００２０】コンプレッサ１は、コンプレッサモータ９
により駆動され、また、このコンプレッサモータ９はイ
ンバータ装置１０により可変速制御されるようになって
いる。インバータ装置１０は、コンバータ部１１、平滑
コンデンサ１２、及びインバータ部１３を有しており、
コンバータ部１１には交流電源１４から交流電力が供給
されている。

【００２１】インバータ装置１０の制御を行うインバー
タ制御装置１４はインバータ周波数決定手段１６、Ｖ／
ｆ制御手段１７、低周波数領域判別手段１８、及びタイ
マ１９を有している。そしてインバータ周波数決定手段
１６は、室内機に取付けた室温センサ２０からの室内温
度Ｔａと、室温設定器２１からの室内設定温度Ｔｓを入
力している。また、Ｖ／ｆ制御手段１７は、インバータ
装置１０の入力電流の検出値Ｉを電流センサ２２から入
力している。

【００２２】次に、以上のように構成される本実施例の
動作を図２及び図３のフローチャートを参照しつつ説明
する。

【００２３】コンプレッサ１の運転中、インバータ周波
数決定手段１６は、室温Ｔａ及び設定温度Ｔｓを入力し
て偏差（Ｔｓ−Ｔａ）を演算し、この演算結果に基い
て、インバータ出力周波数ｆに関する決定信号をＶ／ｆ
制御手段１７及び低周波数領域判別手段１８に出力して
いる（ステップ１）。低周波数領域判別手段１８は、こ
の周波数ｆを、予め定めてある設定値Ｆｓと比較するこ
とにより、周波数ｆが低周波数領域内のものであるか否
かを判別し（ステップ２）、その判別信号をＶ／ｆ制御
手段１７に出力する。そして、Ｖ／ｆ制御手段１７は、
この周波数ｆ及びこれに対応する標準のインバータ出力
電圧Ｖとなるようにインバータ部１３の制御を行なう
（ステップ３）。

【００２４】また、ステップ２でｆがＦｓ以下であると
判別された場合、すなわちｆが低周波数領域内にあると
判別された場合、Ｖ／ｆ制御手段１７は、図４に示すよ
うに、周波数ｆ及びこれに対応する最大のインバータ出
力電圧Ｖmax となるようにインバータ部１３の制御を行
なう（ステップ４）。Ｖ／ｆ制御手段１７はこのときの
インバータ入力電流Ｉの検出値を電流センサ２２から読
込み（ステップ５）、この電流Ｉを設定値Ｉｓと比較す
ることによりコンプレッサ１にロックが発生しているか
否かを判別する（ステップ６）。そして、Ｉ≧Ｉｓであ
ればロックが発生しているものと判別して、インバータ
装置１０の運転を停止させる（ステップ７）。

【００２５】一方、ステップ６でＩ＜Ｉｓと判別した場
合、Ｖ／ｆ制御手段１７はインバータ出力電圧Ｖを最大
のＶmax から標準のＶ0 に変更し（ステップ８）、その
ときの電流Ｉを読込む（ステップ９）と共に、これを自
己のメモリにセットしておく（ステップ１０）。そし
て、インバータ出力電圧Ｖを１ステップだけ増加し、
（ステップ１１）、そのときの電流Ｉを読込むようにす
る（ステップ１２）。

【００２６】ここで、インバータ出力電圧Ｖとインバー
タ入力電流Ｉとの関係を説明しておく。空調負荷とイン
バータの出力電圧Ｖ及び入力電流Ｉの関係は図５に示す
ように冷凍サイクルの負荷に応じて変動する。例えば、
冷凍サイクルの負荷が重い場合には曲線Ａに示すように
最高効率点は最も電流の少ない電流Ｉ1 電圧Ｖ0 点とな
る。一方、冷凍サイクルの負荷が軽い場合には曲線Ｂに
示すように最高効率点は電流Ｉ1 ′、電圧Ｖ-2の点とな
る。

【００２７】したがって、最高効率点に最も近い電圧Ｖ
を選択するためには以下の手順をふむことで達成でき
る。

【００２８】まず、現在の電圧Ｖを１ステップ増加させ
てみて電流Ｉを検出し、この電流値Ｉが電圧を増加させ
る前の電流値よりも高くなった場合には曲線中央の左側
にあり、電流値が減少した場合には曲線中央の右側にあ
ることがわかる。したがって、電圧を増加させた時に電
流が増加した場合は電圧が低い方に最高効率点があり、
電流が減少した場合は電圧が高い方に最高効率点がある
こととなる。そこで、電圧を増加させた時に電流が増加
した場合は電流が減少から増加に変化する点まで電圧を
１ステップずつ減少させ、増加に変化した点から１ステ
ップ電圧を増加させた電圧が最高効率点に最も近い電圧
Ｖとなる。

【００２９】一方、電圧を増加させた時に電流が減少し
た場合は電流が減少から増加に変化する点まで電圧を１
ステップずつ増加させ、増加に変化した点から１ステッ
プだけ電圧を減少させた電圧が最高効率点に最も近い電
圧Ｖとなる。

【００３０】図３のステップ１３〜１８及びステップ１
３〜２３は、このようなＶとＩとの関係を示す特性曲線
を利用して極小点を見付けるためのステップを示してい
る。

【００３１】すなわち、現在の状態が、図５における冷
凍サイクルの負荷が重い曲線Ａにある場合、ステップ８
〜１０で標準電圧Ｖ0 での電流値Ｉ1 がＩ0 として記憶
されており、ステップ１１〜１３ではこの標準電圧Ｖ0
から１ステップ増加させたＶ1 に電圧を変更した場合の
電流値Ｉ＝Ｉ2 が読み込まれる。

【００３２】そして、ステップ１３において標準電圧Ｖ
0 での電流値Ｉ0 （＝Ｉ1 ）と電圧Ｖ1 での電流値Ｉ
（＝Ｉ2 ）とが比較され、電流が増加した場合にはステ
ップ１４へ、減少した場合にはステップ１９へ分岐す
る。

【００３３】この曲線Ａの状態ではＩ1 ＜Ｉ2 のためス
テップ１４へ移行し、現在の電流値Ｉ2 をＩ0 として記
憶し、電圧を現在の電圧Ｖ1 から１ステップ低いＶ0 に
変更する。ここで再度電流をステップ１６で読み込み、
ステップ１７でこの時の電流値Ｉ＝Ｉ1 と前回記憶のＩ
0 ＝Ｉ2 とを比較する。この比較においてＩ＜Ｉ0 であ
るため、再度ステップ１４へ戻り電圧を１ステップ減少
させ、ステップ１７の比較結果が（記憶電流Ｉ0 ）＜
（検出電流Ｉ）となるまで繰り返される。曲線Ａの状態
では電圧Ｖ-1が（記憶電流Ｉ0 ）＜（検出電流Ｉ）とな
る電圧である。

【００３４】そして、ステップ１７の比較結果が（記憶
電流Ｉ0 ）＜（検出電流Ｉ）となると、最高効率点に最
も近い電圧から１ステップだけいきすぎと判断し、ステ
ップ１８で１ステップだけ電圧を増加させてステップ２
４へ移行し、電圧の変更を終了する。この結果、曲線Ａ
では電圧Ｖ-1から１ステップだけ戻った電圧Ｖ0 が最も
最高効率点に近い電圧であると決定される。

【００３５】一方、ステップ１３において（記憶電流Ｉ
0 ）≧（検出電流Ｉ）となった場合には、最高効率点が
基準電圧Ｖ0 よりも高い電圧方向にあると判断され、こ
の場合にはステップ１９から２３が実行される。

【００３６】このように、Ｖ／ｆ制御手段１７が，イン
バータ入力電流Ｉを極小にすることができるインバータ
出力電圧Ｖの値を見付け、その電圧信号Ｖ及び周波数信
号ｆをインバータ部１３に出力するとタイマ１９が計測
と開始する（ステップ２４）。そして、所定時間（例え
ば１０〜１５分）が経過したことを判別すると（ステッ
プ２５）、再びステップ１以下の動作を繰り返す。

【００３７】上述したように、図１の構成では、低周波
数領域で運転する場合、１０〜１５分毎にインバータ出
力電圧を大きくしてコンプレッサロックが発生している
か否かの判別を行なっているが、殆んどの時間はインバ
ータ入力電流が最小となるようなインバータ出力電圧で
運転されるために、消費電力を小さくすることができ、
電力損失を有効に削減することができる。また、インバ
ータ出力周波数を不必要に大きくすることもないため、
室内空調の快適性が損なわれることもない。

【００３８】なお、上記実施例では、図５の電圧Ｖの変
化について、ステップ的に変化させる場合につき説明し
たが、連続的に変化させるようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、低周波数
領域で運転する場合、インバータ入力電流が極力小さく
なるようなインバータ出力電圧で制御を行ない、コンプ
レッサロック発生の有無の判別のためにインバータ出力
電圧を大きくするのは、所定時間経過毎とする構成とし
ているので、室内空調の快適性を損うことなく、電力損
失の削減を有効に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図。

【図２】図１の動作を説明するためのフローチャート。

【図３】図１の動作を説明するためのフローチャート

【図４】図１の動作を説明するための特性図。

【図５】図１の動作を説明するための特性図。

【図６】従来例を説明するための特性図。

【図７】従来例を説明するための特性図。

【符号の説明】

１ コンプレッサ ９ コンプレッサモータ １０ インバータ装置 １６ インバータ周波数決定手段 １７ Ｖ／ｆ制御手段 １８ 低周波数領域判別手段 Ｖ インバータ出力電圧 ｆ インバータ出力周波数 Ｉ インバータ入力電流

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 49/02 570 F24F 11/02 102 F25B 1/00 361

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータ装置のインバータ出力電圧及び
   インバータ出力周波数を制御することによりコンプレッ
   サモータの可変速制御を行なう空気調和機において、 前記インバータ出力周波数の値と予め定めてある設定値
   とを比較することにより、その値が低周波数領域内にあ
   るか否かを判別する低周波数領域判別手段と、 前記低周波数領域判別手段が低周波数領域内にあると判
   別した場合に、所定時間ごとに前記コンプレッサモータ
   が過励磁状態となるようにインバータ出力電圧を増大
   し、そのときの前記インバータ入力電流の検出値と予め
   定めてある設定値とを比較し、この検出値がこの設定値
   以上であるときにはインバータ装置の運転を停止する指
   令を出力し、一方、この検出値がこの設定値を下回って
   いるときには、少くともこの比較時よりも低いレベルの
   インバータ出力電圧によるインバータ装置の運転を所定
   時間だけ行う指令を出力するＶ／ｆ制御手段と、 を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】請求項１記載の空気調和機において、 前記Ｖ／ｆ制御手段は、前記検出値が前記設定値を下回
   っているときに、前記インバータ出力電圧を連続的又は
   ステップ的に増減させることにより、前記インバータ入
   力電流の検出値についての極小値又は極小値付近の値を
   求め、この極小値又は極小値付近の値に対応するインバ
   ータ出力電圧により、前記インバータ装置の運転を所定
   時間だけ行う指令を出力するものであることを特徴とす
   る空気調和機。