JP6500743B2

JP6500743B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6500743B2
Application number: JP2015212675A
Authority: JP
Inventors: 武礼吉田
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: JP2017085805A

Description

本発明は、三相交流電源で動作する空気調和機に係わり、より詳細には、三相交流電源に接続された電源トランスと各相間に接続されたコンデンサにより欠相時に発生する鉄共振を防止する構成に関する。

従来、三相電源を使用してそれぞれの相間にノイズ除去用のコンデンサが接続された機器において、二相間に電源トランスを接続し、このトランスから制御用のＤＣ電源を生成する構成がある。この時、トランスに接続されている相の何れか１つが欠相となった場合、コンデンサとトランスが直列となって鉄共振による過電圧が発生する。このため、トランスの焼損や部品の破壊が発生する場合があった。

鉄共振による過電圧の対策のためには発生が予想される過電圧以上の耐圧を有する部品を使用しなければならずコスト上昇となる。もしくは、鉄共振が発生しないようにトランスの仕様と、このトランスの負荷を実験的に決定する必要があるが、負荷の変動や電源電圧の変動があるために鉄共振の発生を完全に防止することはできない。

このような三相交流電源を用いた回路で発生する鉄共振を防止するものとして、図４に示す特許文献１の構成が開示されている。
図４はＡ相、Ｂ相およびＣ相の受電ケーブル１３０ａ〜１３０ｃからなる三相交流電路１３０に負荷開閉器１００を設置した構成を示している。また、受電ケーブル１３０ａ〜１３０ｃにコンデンサ１４０ａ〜１４０ｃの一端がそれぞれ接続され、コンデンサ１４０ａ〜１４０ｃの他端がアースに接続されている。
一方、負荷開閉器１００内には計器用変圧器１２０が備えられており、この計器用変圧器１２０の一次巻線にコンデンサ１５０が並列に接続されている。

例えばＡ相が欠相した場合、Ｂ相の電圧とＣ相の電圧が印加される回路、つまり、受電ケーブル１３０ｂ、コンデンサ１４０ｂ、コンデンサ１４０ａ、計器用変圧器１２０、受電ケーブル１３０ｃからなる直列共振回路が形成されるが、図４に示すように計器用変圧器１２０の一次巻線にコンデンサ１５０を並列に接続した回路にすることにより計器用変圧器１２０の両端に印加される交流電圧をコンデンサ１５０でバイパスするため、鉄共振の発生を防止する構成になっている。

しかしながら、鉄共振は電源周波数の１／３の周波数で発振するため、この低い共振周波数での発振を防止するために容量の大きなコンデンサが必要であり、コストが上昇する問題があった。また、この容量の大きなコンデンサに常に交流電流が流れ続けるため消費電流が増加する問題もあった。
一方、図示しない空気調和機にはインバータや、これで駆動される圧縮機、各受電ケーブル間に接続されたノイズフィルタ用のコンデンサ、三相交流電源の電圧を変圧する電源トランス、この電源トランスの出力電圧を整流した直流電源で動作する制御部が備えられている。鉄共振が発生しない欠相であれば、このノイズフィルタ用のコンデンサを介して欠相した電圧以外の他の相の電圧が電源トランスに供給されるため、制御部は継続動作が可能である。
しかしながら、欠相により発生した鉄共振を防止するために、空気調和機の制御部がノイズフィルタ用のコンデンサと交流電源が接続される受電ケーブルの間の接続を切断した場合、制御部を動作させる電圧も同時に供給されなくなるため、制御部がインバータや圧縮機の停止処理を正常に行なうことができず、場合によってはスイッチング素子などの部品を破壊するおそれがあった。

特開２００８−５３３３４号公報（第４−５頁、図１）

空気調和機において、確実に鉄共振による過電圧発生を防止し、かつ、欠相が発生した場合に機器の正常停止を行なうなどの緊急処理が完了するまで一時的に制御用電源を動作させることを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、Ａ相とＢ相とＣ相とからなる三相交流電源に接続され、同三相交流電源を直流電源に変換する第１整流回路と、前記第１整流回路の出力が入力されるインバータと、同インバータで駆動される圧縮機のモータとを備えた室外機と、同室外機に通信接続された室内機とを備え、
前記室外機は、前記Ａ相と前記Ｂ相と前記Ｃ相の電圧がそれぞれ印加される第１電源ラインと第２電源ラインと第３電源ラインと、前記Ａ相と前記Ｂ相と前記Ｃ相のいずれかの印加電圧の欠相を検出して欠相検出信号を出力する欠相検出部と、前記三相交流電源の電圧を変圧して出力する電源トランスと、同電源トランスに印加される電圧の過電圧を検出して過電圧検出信号を出力する過電圧検出部と、前記電源トランスの出力電圧を直流電圧に変換して出力する第２整流回路とを備えた空気調和機であって、
前記室外機は、
それぞれの共通接点が相互に接続され、それぞれの第１接点又はそれぞれの第２接点が切り換えられて前記共通接点に接続される第１リレ−と第２リレーと第３リレーと、第１抵抗と第２抵抗と第３抵抗と、第１コンデンサと第２コンデンサと第３コンデンサを備え、前記欠相検出信号と前記過電圧検出信号が入力されるフィルタ手段と、
前記第２整流回路が出力する直流電圧によって動作し、前記インバータを介して前記圧縮機のモータを駆動する制御手段とを備え、
前記フィルタ手段は、
前記第１電源ラインに前記第１コンデンサと前記第１抵抗のそれぞれの一端が接続され、前記第１抵抗の他端が前記第１リレーの第１接点に接続され、前記第１コンデンサの他端が前記第１リレーの第２接点に接続され、
前記第２電源ラインに前記第２コンデンサと前記第２抵抗のそれぞれの一端が接続され、前記第２抵抗の他端が前記第２リレーの第１接点に接続され、前記第２コンデンサの他端が前記第２リレーの第２接点に接続され、
前記第３電源ラインに前記第３コンデンサと前記第３抵抗のそれぞれの一端が接続され、前記第３抵抗の他端が前記第３リレーの第１接点に接続され、前記第３コンデンサの他端が前記第３リレーの第２接点に接続されており、
前記フィルタ手段は、
前記欠相検出部が欠相を検出し、かつ、前記過電圧検出部が過電圧を検出した時、前記電源トランスによる鉄共振の発生を通知する異常状態信号を前記制御手段に出力すると共に、前記第１リレーの共通接点に前記第１抵抗を、前記第２リレーの共通接点に前記第２抵抗を、前記第３リレーの共通接点に前記第３抵抗をそれぞれ接続して、前記鉄共振を停止させ、
前記制御手段は、
前記異常状態信号が入力された時、前記第１抵抗と前記第２抵抗と前記第３抵抗のいずれかを経由して前記電源トランスで変圧された前記三相交流電源の電圧を用いて動作すると共に、前記インバータによる前記圧縮機のモータ駆動を停止させる、もしくは前記圧縮機のモータの回転数を低下させる処理を実行する。

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、請求項１に係わる発明は、空気調和機において確実に鉄共振による過電圧発生を防止し、かつ、欠相が発生した場合に緊急処理が完了するまで一時的に制御用電源を動作させることができる。

本発明による空気調和機の実施例を示すブロック図である。各電源ラインに印加される電圧が欠相となった時を示す要部ブロック図である。本発明による空気調和機の動作を説明する説明図である。従来の鉄共振防止の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、本発明に関係のない冷媒回路などは図示と説明を省略する。

図１は本発明による空気調和機１の実施例を示すブロック図である。この空気調和機１は室内機２と室外機３が通信接続されている。
室外機３は、図示しない三相交流電源のＡ相電圧が印加される入力端１４と、Ｂ相電圧が印加される入力端１５と、Ｃ相電圧が印加される入力端１６と、入力端１４に接続された電源ライン１１（第１電源ライン）と、入力端１５に接続された電源ライン１２（第２電源ライン）と、入力端１５に接続された電源ライン１３（第３電源ライン）と、これらの電源ラインが入力に接続された直流電源部１７（第１整流回路）と、直流電源部１７の出力が入力に接続されるインバータ１８と、このインバータ１８の出力に接続された圧縮機のモータ１９を備えている。

また、室外機３は、三相交流電源のいずれかの相電圧の欠相を検出して欠相検出信号を出力する欠相検出部２０と、電源ライン１１と電源ライン１３の間に一次側の巻線が接続された電源トランス２２と、この電源トランス２２の両端電圧の過電圧を検出して過電圧信号を出力する過電圧検出部２１と、電源トランス２２の二次側に接続されて直流電圧を出力する制御用電源部２３（第２整流回路）と、ここから出力された直流電圧で動作し、欠相検出信号と過電圧検出信号が入力され、インバータ１８に駆動信号を出力し、室内機２と通信を行なう室外機制御部２４（制御手段）と、電源ライン１１〜１３に接続されるフィルタ部６（フィルタ手段）を備えている。なお、フィルタ部６と過電圧検出部２１と欠相検出部２０も制御用電源部２３から出力された直流電圧で動作する。

フィルタ部６は、リレー５１（第１リレー）とリレー４１（第２リレー）とリレー３１（第３リレー）と、これらのリレーを同時に駆動する駆動回路９と、アンド回路７と、フリップフロップ８と、抵抗５３（第１抵抗）と抵抗４３（第２抵抗）と抵抗３３（第３抵抗）と、コンデンサ５２（第１コンデンサ）とコンデンサ４２（第２コンデンサ）とコンデンサ３２（第３コンデンサ）を備えている。
なお、各リレーにはａ接点（第１接点）とｂ接点（第２接点）とｃ接点（共通接点）の３つの接点が備えられており、ａ接点かｂ接点かのいずれか一方が切り換えられてｃ接点に接続される。

また、フィルタ部６は、電源ライン１１に抵抗５３とコンデンサ５２のそれぞれの一端が接続され、抵抗５３の他端がリレー５１のｂ接点に接続され、コンデンサ５２の他端がリレー５１のａ接点に接続され、電源ライン１２に抵抗４３とコンデンサ４２のそれぞれの一端が接続され、抵抗４３の他端がリレー４１のｂ接点に接続され、コンデンサ４２の他端がリレー４１のａ接点に接続され、電源ライン１３に抵抗３３とコンデンサ３２のそれぞれの一端が接続され、抵抗３３の他端がリレー３１のｂ接点に接続され、コンデンサ３２の他端がリレー３１のａ接点に接続されている。そして、各リレーのｃ接点はそれぞれ相互に接続されている。通常の空調運転時は各リレーのｃ接点がそれぞれのリレーのａ接点に接続されるため、電源ライン１１〜１３のそれぞれの線間に各コンデンサが接続されることになり、この各コンデンサで電源ライン１１〜１３のそれぞれの線間に発生するノイズを低減させている。

アンド回路７の入力端子には欠相検出部２０と過電圧検出部２１の出力が接続されており、アンド回路７の出力端子はフリップフロップ８のセット端子に接続されている。一方、フリップフロップ８のリセット端子には室外機制御部２４が出力するリセット信号を伝達する信号線が接続されており、フリップフロップ８の出力端子は駆動回路９と室外機制御部２４に接続されている。フリップフロップ８は、欠相検出信号と過電圧検出信号が共に出力された時にセットされ、この状態を示す異常状態信号を出力する。一方、室外機制御部２４が出力するリセット信号によりこの状態がリセットされる。

図２は各電源ラインに印加される電圧が欠相となった時を示す要部ブロック図である。図２（１）は電源ライン１１（Ａ相電圧）が欠相時、図２（２）は電源ライン１２（Ｂ相電圧）が欠相時、図２（３）は電源ライン１３（Ｃ相電圧）が欠相時をそれぞれ示している。

電源ライン１１のＡ相電圧が欠相し、かつ、過電圧検出部２１が過電圧を検出した場合、つまり、鉄共振が発生した場合、図２（１）に示すようにフィルタ部６はリレー３１とリレー４１とリレー５１のそれぞれのｃ接点に接続される接点をａ接点からｂ接点に切り換える。このため電源ライン１１，１２，１３に接続されているコンデンサ３２，４２，５２が電源トランス２２から切り離されるために鉄共振が停止する。なお、フィルタ部６の動作については後で詳細に説明する。

また、コンデンサ３２，４２，５２が電源トランス２２から切り離されると同時に、電源ライン１２から抵抗４３、抵抗５３、電源トランス２２、電源ライン１３に電流が流れるように回路が接続されるため、電源トランス２２に交流電源が供給される回路が形成される。このため、電源トランス２２から電源の供給を受ける制御用電源部２３は直流電圧の供給を継続し、この結果、室外機制御部２４は動作を継続することができる。なお、各リレーの接点が切り換わる約１０ミリセカンドの間は電源トランス２２に電源が供給されないが、制御用電源部２３内には図示しない平滑コンデンサが備えられており、制御用電源部２３は、この切り換えの動作中はこの平滑コンデンサに蓄積された電荷により直流電圧を供給し続ける。

図２（２）は電源ライン１２のＢ相電圧が欠相した場合を示している。この場合、欠相が発生しても電源トランス２２に直列にコンデンサが接続されることがないため、鉄共振は発生しない。従ってフィルタ部６は、各リレーを切り換えることがないため、リレー３１とリレー４１とリレー５１のそれぞれの接点ｃはａ接点に接続されたままである。このため、直列に接続されたコンデンサ３２とコンデンサ５２が電源ライン１１と電源ライン１３の間に接続された状態のままである。

電源ライン１３のＣ相電圧が欠相し、かつ、過電圧検出部２１が過電圧を検出した場合、つまり、鉄共振が発生した場合、図２（３）に示すようにフィルタ部６はリレー３１とリレー４１とリレー５１のそれぞれの接点ｃに接続される接点をａ接点からｂ接点に切り換える。このため電源ライン１１，１２，１３に接続されているコンデンサ３２，４２，５２が電源トランス２２から切り離されるために鉄共振が停止する。

また、コンデンサ３２，４２，５２が電源トランス２２から切り離されると同時に、電源ライン１２から抵抗４３、抵抗３３、電源トランス２２、電源ライン１１に電流が流れるように回路が接続されるため、電源トランス２２に電源が供給される回路が形成される。このため、電源トランス２２から電源の供給を受ける制御用電源部２３は直流電圧の供給を継続し、この結果、室外機制御部２４は動作を継続することができる。

図３は本発明による空気調和機の動作を説明する説明図である。図３の横軸は時間を示している。図３の縦軸において、図３（１）は電源ライン１１の電圧（Ａ相電圧）を、図３（２）は電源ライン１２の電圧（Ｂ相電圧）を、図３（３）は電源ライン１３の電圧（Ｃ相電圧）を、図３（４）は欠相検出信号を、図３（５）は過電圧検出信号を、図３（６）は異常状態信号を、図３（７）は各リレーの動作を、図３（８）はリセット信号を、図３（９）は室外機制御部２４の動作をそれぞれ示している。なお、ｔ１〜ｔ７は時刻である。

図３（１）に示すように電源ライン１１のＡ相電圧がｔ１〜ｔ５の期間で欠相した場合、欠相検出部２０はｔ１から電源電圧の１／４周期が経過したｔ２でもＡ相電圧を検出できないため、Ａ相電圧の欠相が発生したと判断して図３（４）に示すように欠相検出信号をローレベルからハイレベルにする。また、欠相検出部２０はｔ５から電源電圧の１／４周期が経過したｔ６でＡ相電圧を検出した場合、Ａ相電圧の欠相が終了して電源電圧が復帰したとして図３（４）に示すように欠相検出信号をハイレベルからローレベルにする。

一方、過電圧検出部２１は、電源ライン１１のＡ相電圧がｔ１で欠相となった結果、鉄共振が発生して電源トランス２２の一次側の電圧が所定の瞬時電圧（３８０ボルト）以上となった場合、過電圧が発生したとして図３（５）に示すように過電圧検出信号をｔ３でローレベルからハイレベルにするパルス信号として出力する。

ハイレベルの欠相検出信号と過電圧検出信号が入力されたフィルタ部６のアンド回路７はセット信号をローレベルからハイレベルにすることで、フリップフロップ８の出力である異常状態信号をｔ３でローレベルからハイレベルにセットする。このハイレベルの異常状態信号は室外機制御部２４と駆動回路９に出力されている。このため、室外機制御部２４は異常状態信号により鉄共振の発生を認識できる。

一方、ハイレベルの異常状態信号が入力された駆動回路９は、リレー駆動信号をローレベルからハイレベルにして各リレーを駆動する。この結果、異常状態信号がハイレベルとなったｔ３から各リレーの動作遅延時間の１０ミリセカンドが経過したｔ４で、各リレーのｃ接点に接続される接点がａ接点からｂ接点に切り換えられて接続される。

一方、室外機制御部２４はｔ３で異常状態信号が入力されると、インバータ１８の駆動を中止してモータ１９の回転を停止、ユーザーへ欠相発生の報知をするなどの運転停止処理を開始する。そして室外機制御部２４は、欠相検出信号を随時確認して欠相状態終了を監視する。そして室外機制御部２４は、ｔ６で欠相状態終了を認識すると図３（８）に示すようにローレベルからハイレベルに変化するパルス信号であるリセット信号をフィルタ部６のフリップフロップ８へ出力する。

フリップフロップ８はリセット信号が入力されると図３（６）に示すようにｔ６で異常状態信号をハイレベルからローレベルにする。この結果、異常状態信号がローレベルとなったｔ６から各リレーの動作遅延時間の１０ミリセカンドが経過したｔ７で、各リレーのｃ接点に接続される接点がｂ接点からａ接点に切り換えられて接続される。

一方、室外機制御部２４はｔ６で異常状態信号がハイレベルからローレベルになると、欠相状態が終了したとして空調運転を再開させる処理（再起動）を開始して通常運転に復帰する。ただし、ｔ６〜ｔ７は各リレーの動作遅延時間であるため、室外機制御部２４はｔ７で確実に切り換わったことを所定時間の経過で確認してから再起動処理を実行する。

以上説明したように、空気調和機１は背景技術で説明した高価な容量の大きいコンデンサを電源トランスに並列に接続して鉄共振を防止する構成でなく、安価な小電流用のリレーを用いてコンデンサ３２、４２、５２を電源トランス２２から切り離して鉄共振を防止し、同時に抵抗を用いて交流電源を電源トランス２２に供給する構成であるため、コスト上昇や消費電流の増加を抑制しつつ確実に鉄共振による過電圧発生を防止し、かつ、欠相が発生した場合に緊急処理（運転停止処理）が完了するまで制御用電源部２３を動作させることができる。このため、安全にインバータ１８の動作を停止させたり、図示しないユーザーに異常状態を報知する事ができる。

本実施例では各リレーのａ接点側にコンデンサを、ｂ接点側に抵抗を接続しているが、これに限るものでなく、ａ接点側に抵抗を、ｂ接点側にコンデンサを接続してもよい。ただしこの場合、駆動回路９は鉄共振が発生した時、ｃ接点をａ接点に接続するように制御する。
また、本実施例では室外機制御部２４が異常状態時に運転停止処理を終了した後、再起動のために欠相終了を監視しているが、これに限るものでなく、運転停止処理を終了すると空気調和機１の電源を全て切断するようにしてもよいし、異常状態時に運転停止処理を終了するのでなく、二相運転によりインバータ１８に過度な電流が流れないように圧縮機のモータ１９の回転数を低下させて空調運転を継続してもよい。

さらに、本実施例では電源トランス２２が電源ライン１１と電源ライン１３との間に接続される構成となっているが、電源ライン１１と電源ライン１２との間、または、電源ライン１２と電源ライン１３との間に接続される構成でもよい。いずれの構成であっても、欠相が発生した相以外の相から抵抗を介して電源トランス２２に交流電圧が供給される。
また、本実施例では電源トランス２２は三相のうち二相の電圧が入力される構成になっているが、これに限るものでなく、三相の電圧が入力される構成になっていてもよい。さらに、本実施例では過電圧検出部２１を電源トランス２２の一次側に設けているが、これに限るものでなく、二次側に設けてもよい。

１空気調和機
２室内機
３室外機
６フィルタ部（フィルタ手段）
７アンド回路
８フリップフロップ
９駆動回路
１１電源ライン（第１電源ライン）
１２電源ライン（第２電源ライン）
１３電源ライン（第３電源ライン）
１４入力端
１５入力端
１６入力端
１７直流電源部（第１整流回路）
１８インバータ
１９モータ
２０欠相検出部
２１過電圧検出部
２２電源トランス
２３制御用電源部（第２整流回路）
２４室外機制御部（制御手段）
３１リレー（第３リレー）
３２コンデンサ（第３コンデンサ）
３３抵抗（第３抵抗）
４１リレー（第２リレー）
４２コンデンサ（第２コンデンサ）
４３抵抗（第２抵抗）
５１リレー（第１リレー）
５２コンデンサ（第１コンデンサ）
５３抵抗（第１抵抗）

Claims

Ａ相とＢ相とＣ相とからなる三相交流電源に接続され、同三相交流電源を直流電源に変換する第１整流回路と、前記第１整流回路の出力が入力されるインバータと、同インバータで駆動される圧縮機のモータとを備えた室外機と、同室外機に通信接続された室内機とを備え、
前記室外機は、前記Ａ相と前記Ｂ相と前記Ｃ相の電圧がそれぞれ印加される第１電源ラインと第２電源ラインと第３電源ラインと、前記Ａ相と前記Ｂ相と前記Ｃ相のいずれかの印加電圧の欠相を検出して欠相検出信号を出力する欠相検出部と、前記三相交流電源の電圧を変圧して出力する電源トランスと、同電源トランスに印加される電圧の過電圧を検出して過電圧検出信号を出力する過電圧検出部と、前記電源トランスの出力電圧を直流電圧に変換して出力する第２整流回路とを備えた空気調和機であって、
前記室外機は、
それぞれの共通接点が相互に接続され、それぞれの第１接点又はそれぞれの第２接点が切り換えられて前記共通接点に接続される第１リレ−と第２リレーと第３リレーと、第１抵抗と第２抵抗と第３抵抗と、第１コンデンサと第２コンデンサと第３コンデンサを備え、前記欠相検出信号と前記過電圧検出信号が入力されるフィルタ手段と、
前記第２整流回路が出力する直流電圧によって動作し、前記インバータを介して前記圧縮機のモータを駆動する制御手段とを備え、
前記フィルタ手段は、
前記第１電源ラインに前記第１コンデンサと前記第１抵抗のそれぞれの一端が接続され、前記第１抵抗の他端が前記第１リレーの第１接点に接続され、前記第１コンデンサの他端が前記第１リレーの第２接点に接続され、
前記第２電源ラインに前記第２コンデンサと前記第２抵抗のそれぞれの一端が接続され、前記第２抵抗の他端が前記第２リレーの第１接点に接続され、前記第２コンデンサの他端が前記第２リレーの第２接点に接続され、
前記第３電源ラインに前記第３コンデンサと前記第３抵抗のそれぞれの一端が接続され、前記第３抵抗の他端が前記第３リレーの第１接点に接続され、前記第３コンデンサの他端が前記第３リレーの第２接点に接続されており、
前記フィルタ手段は、
前記欠相検出部が欠相を検出し、かつ、前記過電圧検出部が過電圧を検出した時、前記電源トランスによる鉄共振の発生を通知する異常状態信号を前記制御手段に出力すると共に、前記第１リレーの共通接点に前記第１抵抗を、前記第２リレーの共通接点に前記第２抵抗を、前記第３リレーの共通接点に前記第３抵抗をそれぞれ接続して、前記鉄共振を停止させ、
前記制御手段は、
前記異常状態信号が入力された時、前記第１抵抗と前記第２抵抗と前記第３抵抗のいずれかを経由して前記電源トランスで変圧された前記三相交流電源の電圧を用いて動作すると共に、前記インバータによる前記圧縮機のモータ駆動を停止させる、もしくは前記圧縮機のモータの回転数を低下させる処理を実行することを特徴とする空気調和機。