JP6515745B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、空気調和機に供給される交流電源において一時的に電圧が低下して短時間で元の電圧に復帰する瞬時電圧低下が発生した場合の制御に関する。

従来、特許文献１の空気調和機は図５のブロック図に示すように構成されており、交流電源の電圧が所定電圧以下に低下した場合（瞬時電圧低下）に直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路の動作を停止するようになっている。

図５の空気調和機７０は、室内機５０と室外機６０を備えており、これらは相互に通信接続されている。なお、この空気調和機７０は交流電圧の定格電圧が２３０ボルト、動作が保証される定格電圧範囲が定格電圧±１０％（２０７〜２５３ボルト）になっている。なお、電圧はいずれも実効値である。また、特に断りがない限り、これ以降に記載するＡＣ電圧はすべて実効値である。

室外機６０は、図示しない交流電源が接続される入力端（入力端１と入力端２）に接続された整流器４と、整流器４の出力端（正極出力端４ａと負極出力端４ｂ）に接続された整流電圧検出部３と、整流器４の出力端に入力端（正極入力端５ｂと負極入力端５ｃ）が接続されて内部に平滑コンデンサ５ａが備えられた昇圧チョッパ回路５と、昇圧チョッパ回路５の出力端（正極出力端５ｄと負極出力端５ｅ）に接続されるインバータ６と、インバータ６の出力端に接続された圧縮機７を備えている。

さらに室外機６０は、昇圧チョッパ回路５の出力端に並列に接続され、検出した電圧をＤＣ電圧値として出力するＤＣ電圧検出部８と、整流器４の負極出力端４ｂと昇圧チョッパ回路５の負極入力端５ｃの間に直列に接続された電流検出部１０と、室内機５０からの指示により室外機６０全体を制御する室外機制御部９と、瞬時電圧低下が発生した時に昇圧チョッパ回路５の動作を停止させる停止信号を室外機制御部９へ出力する停止指示部６５を備えている。

室外機制御部９は、圧縮機７を所定の回転数で駆動する駆動信号（スイッチング信号）をＰＷＭ制御により生成してインバータ６へ出力すると共に、ＤＣ電圧検出部８で検出したＤＣ電圧値が昇圧チョッパ回路５の出力電圧の目標電圧になるように、また、電流検出部１０で検出した検出電流信号と整流電圧検出部３で検出した整流出力電圧信号とに基づいて力率を改善するようにスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して昇圧チョッパ回路５へ出力する。また、室外機制御部９は停止指示部６５から停止信号が入力されると昇圧チョッパ回路５へ出力するスイッチング信号を停止させる。また、室外機制御部９は昇圧チョッパ回路５の出力電圧の目標である目標電圧値を停止指示部６５へ出力している。

停止指示部６５は目標電圧値とＤＣ電圧値が入力され、目標電圧値よりもＤＣ電圧値が小さくなり、この差が予め定めた電圧差（電圧差閾値）、例えば５０ボルト以上に乖離した時、交流電源に瞬時電圧低下が発生したと判断して室外機制御部９へ停止信号を出力するようになっている。

次に図７を用いて定格電圧で瞬時電圧低下が発生した時の空気調和機７０の動作を説明する。図７の横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。図７（１）は空気調和機７０に印加されるＡＣ電圧の変化を、図７（２）は昇圧チョッパ回路５から出力されるＤＣ電圧を、図７（３）は停止指示部６５から出力される停止信号をそれぞれ示している。なおｔ７０〜ｔ７５は時刻を示している。また前提条件として室外機制御部９は目標電圧値を３８０ボルトとして昇圧チョッパ回路５を制御しているものとする。

図７（１）に示すように空気調和機７０に印加されるＡＣ電圧は、ｔ７１まで定格電圧の２３０ボルトを保っているがｔ７１で瞬時電圧低下が発生し、最低で１９６ボルト（定格電圧の−１５％）まで一時的に電圧が低下した後、ｔ７４で元の２３０ボルトに復帰している。

一方、昇圧チョッパ回路５は、瞬時電圧低下により整流器４から出力される電圧が低下するため図７（２）に示すようにＤＣ電圧を目標電圧（３８０ボルト）に維持できなくなり、ｔ７１から遅れたｔ７２からＤＣ電圧が徐々に低下する。なお、室外機制御部９はＤＣ電圧を目標電圧に維持するフィードバック制御を行なっている。このため、室外機制御部９はＤＣ電圧の変化からＤＣ電圧を目標電圧にするようなスイッチング信号を昇圧チョッパ回路５に出力するまでの時間が、フィードバック時間だけ遅れることになる。

停止指示部６５は、室外機制御部９から出力される目標電圧値と、ＤＣ電圧値とを常に監視しており、ＤＣ電圧値が目標電圧値よりも予め定めた電圧差閾値（５０ボルト）以上乖離したｔ７３で図７（３）に示すようにパルス信号である停止信号を室外機制御部９へ出力する。この信号が入力された室外機制御部９はスイッチング信号の出力を停止して昇圧チョッパ回路５の動作を停止させる。

このため、図７（２）の破線で示すように、昇圧チョッパ回路５を停止させなかった場合、ＡＣ電圧がすでにｔ７４で元の電圧に復帰しているにも係わらず、これに対応するフィードバック制御に時間がかかるため、昇圧チョッパ回路５はさらにＤＣ電圧を上昇させるように制御する。このため、異常な高電圧となるＤＣ電圧の跳ね上がり電圧が発生するが、これに先立ってＤＣ電圧値が目標電圧値よりも電圧差閾値以上乖離した段階で昇圧チョッパ回路５を事前に停止させることで、跳ね上がり電圧の発生を防止することができる。昇圧チョッパ回路５を事前に停止させない場合に発生する跳ね上がり電圧は場合によって５９０〜６３０ボルト程度まで上昇することがあり、昇圧チョッパ回路５に使用されている図示しないスイッチング素子、例えばＩＧＢＴなどの最大定格電圧を上回ってＩＧＢＴを破壊することがあった。

次に図６を用いて定格電圧範囲の下限付近（２００ボルト）で瞬時電圧低下が発生した時の空気調和機７０の動作を説明する。図６の横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。図６（１）は空気調和機７０に印加されるＡＣ電圧の変化を、図６（２）は昇圧チョッパ回路５から出力されるＤＣ電圧を、図６（３）は停止指示部６５から出力される停止信号をそれぞれ示している。なおｔ６０〜ｔ６５は時刻を示している。

図６（１）に示すように空気調和機７０に印加されるＡＣ電圧は、ｔ６１まで２００ボルト（定格電圧の−１３％）を保っているがｔ６１で瞬時電圧低下が発生し、１７０ボルトまで一時的に電圧が低下した後、ｔ６４で元の２００ボルトに復帰している。

一方、昇圧チョッパ回路５は、瞬時電圧低下により整流器４から出力される電圧が低下するため図６（２）に示すようにＤＣ電圧を目標電圧に維持できなくなり、ｔ６１から遅れたｔ６２からＤＣ電圧が徐々に低下し、一時的に３８０ボルトに対して４８ボルトの電圧低下が発生している。

停止指示部６５は、ＤＣ電圧値が目標電圧値よりも電圧差閾値以上乖離するか監視しているが、ＤＣ電圧の低下幅が４８ボルトであり、電圧差閾値（５０ボルト）に達しないため停止信号を出力しない。一方、室外機制御部９は入力されたＤＣ電圧値（３３２ボルト）が目標電圧値（３８０ボルト）と大きく乖離しているため、ｔ６３でＡＣ電圧が上昇に転じたにもかかわらず、昇圧チョッパ回路５に対して出力電圧を上昇させるスイッチング信号を出力する。

このため、ＡＣ電圧が２００ボルトに復帰したｔ６４から遅れたｔ６５でピーク電圧（６００ボルト）となる跳ね上がり電圧が発生する。これは前述したように、ＤＣ電圧の変化からＤＣ電圧を目標電圧にするため室外機制御部９が昇圧チョッパ回路５に出力するスイッチング信号を出力するまでのフィードバック時間が原因である。

ところで、空気調和機７０は一般的に定格電圧範囲内で使用され、この定格電圧範囲内であれば定格の運転能力で使用することができる。ところが、電源事情が悪い環境では定格電圧範囲外となっても空調能力を低減させてでも運転を継続してユーザーにできるだけ不快感を与えないようにすることが求められる。従って、図６で説明したように電源事情が悪い環境において定格電圧範囲の下限電圧（２０７ボルト）より低い電圧での運転が必要になる。

次に空気調和機７０を定格電圧（２３０ボルト）で運転している場合と定格電圧の下限電圧以下（２００ボルト）で運転している場合の昇圧チョッパ回路５の動作の相違について説明する。
空気調和機７０をＡＣ電圧が２３０ボルトで運転している場合と２００ボルトで運転している場合で比較した時、ＤＣ電圧の目標電圧は共に同じ３８０ボルトである。
そして、それぞれの電圧で瞬時電圧低下によるＡＣ電圧低下の電圧幅が一定（３０ボルト）の場合、つまり、ＡＣ電圧が２３０ボルトが２００ボルトに低下した場合と、ＡＣ電圧が２００ボルトが１７０ボルトに低下した場合において、それぞれの場合のＤＣ電圧低下の電圧幅もほぼ同じく４８ボルトとなる。これは昇圧チョッパ回路５に備えられている平滑コンデンサ５ａへ流れ込む電流よりも、平滑コンデンサ５ａからインバータ６へ流れ出る電流が大きいため、不足する電流分だけ電圧が低下するためである。

一方、瞬時電圧低下が終了してＡＣ電圧が元の電圧にそれぞれ復帰した場合、瞬時電圧低下が発生する直前のＡＣ電圧が低いほど跳ね上がり電圧が大きくなる。つまり、空気調和機７０を２３０ボルトのＡＣ電圧で運転している場合よりも、２００ボルトで運転している場合に発生した瞬時電圧低下による跳ね上がり電圧が大きくなる。
室外機制御部９は、昇圧チョッパ回路５を介して整流器４で整流された電圧を目標電圧に昇圧するため、入力される電圧が低いほど、つまり、ＡＣ電圧が低いほど昇圧レベルを上げるように制御する。具体的に室外機制御部９はスイッチング信号のオンデューティ幅を広くする。

この状態で瞬時電圧低下が終了してＡＣ電圧が元の電圧にそれぞれ復帰したとしても、前述したフィードバック時間による制御の遅れがあるため、一定のフィードバック時間が経過するまで跳ね上がり電圧が発生する。特に低いＡＣ電圧で運転していた場合は、スイッチング信号のオンデューティ幅が広くなり、この結果、跳ね上がり電圧も大きくなり、前述したようにスイッチング素子を壊すおそれがあった。

跳ね上がり電圧の発生を未然に防ぐためにはＤＣ電圧が目標電圧より少し下がったら直ぐに昇圧チョッパ回路５を停止させればよい。つまり、停止指示部６５で目標電圧からのＤＣ電圧の低下を監視するための電圧差閾値を小さくすればＡＣ２００ボルトでの運転時の跳ね上がり電圧の発生を防止することが可能になる。

しかしながら、電圧差閾値をＡＣ２００ボルトでの運転時に対応して小さくすれば、ＡＣ２００ボルトよりも高い電圧、例えば２５０ボルトでの運転時に空調が十分に行なわれないと言う問題が発生する。

前述したようにＡＣ電圧が低い場合ほど跳ね上がり電圧が大きくなる、逆に言うとＡＣ電圧が高い場合ほど跳ね上がり電圧が低い、つまり、スイッチング素子を壊すおそれがないということである。このようにＡＣ電圧が高い場合はスイッチング素子を壊すおそれがないにも係わらず、小さな値の電圧差閾値だけＤＣ電圧が低下したら昇圧チョッパ回路５の動作を停止させることになる。これは図７で説明した定格電圧範囲に対応して決定された大きな電圧差閾値を用いる場合よりも、昇圧チョッパ回路５の動作が停止される頻度が多くなり、この結果、空調が十分に行なわれずにユーザーに不快感を与える。
このように、ＡＣ電圧が高い場合と低い場合とでそれぞれ異なる問題が有った。

特開２０１５−８０３１７号公報（第１３−１５頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、空気調和機が使用される交流電源のＡＣ電圧の高低に係わらず瞬時電圧低下による昇圧チョッパ回路の素子の破壊、及び昇圧チョッパ回路の不要な動作停止を低減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、交流電源が接続される２つの入力端と、２つの前記入力端の間に接続される整流器と、２つの前記入力端の間の電圧もしくは前記整流器の２つの出力端の間の電圧を測定し前記交流電源のＡＣ電圧値として出力するＡＣ電圧検出手段と、同整流器の出力端に接続された昇圧チョッパ回路と、同昇圧チョッパ回路の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続された圧縮機と、前記昇圧チョッパ回路の前記出力端に並列に接続され検出したＤＣ電圧の値をＤＣ電圧値として出力するＤＣ電圧検出部と、前記昇圧チョッパ回路を制御する制御部とを備え、
前記制御部は目標とする前記昇圧チョッパ回路の出力電圧である目標電圧値よりも前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の差が予め定めた電圧差閾値以上乖離した時に前記昇圧チョッパ回路の動作を停止させる空気調和機であって、
前記空気調和機は、計時手段と電圧データ記憶手段と中心電圧抽出手段と電圧差閾値選択手段とを備えており、
前記計時手段は計時した時刻を出力し、
前記電圧データ記憶手段は検出したＡＣ電圧値と計時された前記時刻が入力され予め段階的に区分されたＡＣ電圧の範囲ごとに検出したＡＣ電圧が前記ＡＣ電圧の範囲に留まった滞留時間と前記ＡＣ電圧の範囲ごとに決められた代表電圧とを記憶し、
前記中心電圧抽出手段は、記憶した前記滞留時間と前記代表電圧とを読み出して前記滞留時間が最も長い電圧範囲における前記代表電圧を抽出して中心電圧値として出力し、
前記電圧差閾値選択手段は、予め定められた複数の前記電圧差閾値の中から入力された前記中心電圧値と対応する前記電圧差閾値を選択して出力する。

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、空気調和機が使用される交流電源のＡＣ電圧の高低に係わらず瞬時電圧低下による昇圧チョッパ回路の素子の破壊、及び昇圧チョッパ回路の不要な動作停止を低減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。 記憶されているＡＣ電圧データの説明図である。 本発明の動作を説明する説明図であり、標準電圧電源環境から高電圧電源環境へ移行した場合を示している。 本発明の動作を説明する説明図であり、標準電圧電源環境から低電圧電源環境へ移行した場合を示している。 従来の空気調和機を示すブロック図である。 従来の空気調和機の動作を説明する説明図であり、定格電圧の下限電圧以下で瞬時電圧低下が発生した時を示している。 従来の空気調和機の動作を説明する説明図であり、定格電圧で瞬時電圧低下が発生した時を示している。

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、図１に示す空気調和機には熱交換機や送風ファン、電磁弁などを備えているが、これらは本願と直接的な関係がないため図示と説明を省略する。また、図５で説明した空気調和機７０の構成と部分については同じ番号を付与している。

図１の空気調和機２０は、室内機５０と室外機４０を備えており、これらは相互に通信接続されている。なお、この空気調和機２０は交流電圧の定格電圧が２３０ボルト、動作が保証される定格電圧範囲が定格電圧±１０％（２０７〜２５３ボルト）になっている。なお、電圧はいずれも実効値である。また、特に断りがない限り、これ以降に記載するＡＣ電圧はすべて実効値である。また、空気調和機２０は、定格電圧範囲の下限電圧よりＡＣ電圧が低下した場合、継続して空調運転可能な空調能力に制限して設定温度に対する室温の維持よりも運転継続を優先させるようになっている。

室外機４０は、図示しない交流電源が接続される入力端（入力端１と入力端２）に接続された整流器４と、入力端１と入力端２の間の電圧を検出してＡＣ電圧値として出力するＡＣ電圧検出部３と、整流器４の出力端（正極出力端４ａと負極出力端４ｂ）に入力端（正極入力端５ｂと負極入力端５ｃ）が接続されて内部に平滑コンデンサ５ａが備えられた昇圧チョッパ回路５と、昇圧チョッパ回路５の出力端（正極出力端５ｄと負極出力端５ｅ）に接続されるインバータ６と、インバータ６の出力端に接続された圧縮機７を備えている。

さらに室外機４０は、昇圧チョッパ回路５の出力端に並列に接続され、検出した電圧をＤＣ電圧値として出力するＤＣ電圧検出部８と、整流器４の負極出力端４ｂと昇圧チョッパ回路５の負極入力端５ｃの間に直列に接続された電流検出部１０と、室内機５０からの指示により室外機４０全体を制御する室外機制御部９とを備えている。

また、室外機４０は、計時手段１１と電圧データ記憶手段１２と中心電圧抽出手段１３と電圧差閾値選択手段１４と停止指示手段１５とを備えている。次にこれらの機能を説明する。

計時手段１１は空気調和機２０の運転状態に係わらず、入力端１と入力端２の間に交流電源が接続されていれば常に時刻を計時し、計時した時刻を１分間毎に電圧データ記憶手段１２へ出力する。
電圧データ記憶手段１２は、検出されたＡＣ電圧値と計時された時刻がそれぞれ入力され、予め段階的に区分したＡＣ電圧の範囲ごとに検出したＡＣ電圧がその電圧範囲に留まった滞留時間の合計を記憶する。正確な滞留時間を測定するためには処理速度の早いマイコンが必要となるため、本願では簡易的な方法を用いている。

一般的にＡＣ電圧は一日の時間帯により徐々に上昇、下降を繰り返す場合が多く、瞬時電圧変化以外での急激な変化は少ない。このため、電圧データ記憶手段１２は、計時された時刻が１分間毎に入力されたタイミングで、その時に入力されたＡＣ電圧値に対応する区分された電圧範囲の滞留時間の値に１分を加算する。つまり、電圧データ記憶手段１２は、ＡＣ電圧値を１分間に１回しか測定しないが、測定した後の１分間はＡＣ電圧が変化しないものとしている。
前述したように、この精度を上げるためには、さらに短い間隔でＡＣ電圧を測定するとよい。

また、電圧データ記憶手段１２は、空気調和機２０が設置されてＡＣ電圧を初めて検出した時を基準として、２４時間、１週間、１ヶ月が経過した時に電圧データ（ＡＣ電圧範囲と滞留時間と代表電圧）を中心電圧抽出手段１３へ出力する。なお、代表電圧は区分された電圧範囲を代表する値であり、予め電圧範囲毎に記憶されている。代表電圧に関しては後で詳細に説明する。また、電圧データ記憶手段１２は、一ヶ月が経過した後は一ヶ月周期で電圧データを出力する。

中心電圧抽出手段１３は、電圧データ記憶手段１２が記憶している電圧データが入力されると、滞留時間が最も長い電圧範囲におけるＡＣ電圧の代表電圧を抽出して中心電圧値として出力する。この中心電圧値は一定の期間において滞留時間が最も長い電圧範囲の代表値であるが、これについては後で詳細に説明する。

電圧差閾値選択手段１４は、中心電圧値が小さくなるに従って値が大きくなるように予め定められた複数の電圧差閾値の中から、入力された中心電圧値と対応する電圧差閾値を選択して停止指示手段１５へ出力する。この実施例では中心電圧値の基準電圧を２５５ボルト、２３５ボルト、２０５ボルトの３種類に規定しており、それぞれの基準電圧に対応して８０ボルト、５０ボルト、２０ボルトの電圧差閾値が予め割り当てられて電圧差閾値選択手段１４に記憶されている。なお、電圧差閾値選択手段１４は、入力された中心電圧値が上記の３つ基準電圧以外の場合、入力された中心電圧値が３つの基準電圧の内で最も近い基準電圧と対応する電圧差閾値を選択する。

なお、電圧データ記憶手段１２は前述したように所定時間が経過しないと電圧データを出力しないため、電圧差閾値選択手段１４は初期値（５０ボルト）の電圧差閾値を最初の中心電圧値が入力されるまで出力する。なお、初期値としての電圧差閾値を２０ボルトとしてもよい。この場合、後述するように瞬時電圧低下により昇圧チョッパ回路５の不要な停止が発生する場合があるが、昇圧チョッパ回路５の回路素子が破壊される可能性が少なくなる。

停止指示手段１５は入力されたＤＣ電圧値と目標電圧値が電圧差閾値選択手段１４によって選択された電圧差閾値以上乖離した時に昇圧チョッパ回路の動作を停止させる指示である停止信号を室外機制御部９へ出力する。例えば電圧差閾値が５０ボルト、目標電圧値が３８０ボルトの時、ＤＣ電圧値が３３０ボルト以下に低下した場合、停止指示手段１５は停止信号を出力する。

室外機制御部９は、圧縮機７を所定の回転数で駆動する駆動信号（スイッチング信号）をＰＷＭ制御により生成してインバータ６へ出力すると共に、ＤＣ電圧検出部８で検出したＤＣ電圧値が昇圧チョッパ回路５の出力電圧の目標電圧になるように、また、電流検出部１０で検出した検出電流信号とＡＣ電圧検出部３で検出した整流出力電圧信号とに基づいて力率を改善するようにスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して昇圧チョッパ回路５へ出力する。また、室外機制御部９は停止指示手段１５から停止信号が入力されると昇圧チョッパ回路５へ出力するスイッチング信号を停止させる。また、室外機制御部９は昇圧チョッパ回路５の出力電圧の目標である目標電圧値を停止指示手段１５へ出力している。

また、室外機制御部９は、検出されたＡＣ電圧が定格電圧範囲の下限電圧（２０７ボルト）より低い場合は空調能力を最小、つまり、インバータ６による圧縮機７の回転数を最小にして設定温度に対する室温の維持よりも運転継続を優先して制御する。

図２は前述した電圧データ記憶手段１２で記憶している３つの電圧データの記憶内容を説明する説明図である。それぞれの電圧データは異なる電源環境で記憶されたものである。ここでは空気調和機に供給されるＡＣ電圧が高い高電圧電源環境（Ａ）の場合、ＡＣ電圧が標準的な標準電圧電源環境（Ｂ）の場合、ＡＣ電圧が低い低電圧電源環境（Ｃ）の場合のそれぞれの記憶内容の例を示している。
各電圧データは左から検出ＡＣ電圧（単位：ボルト）、滞留時間（単位：時間）、代表電圧（単位：ボルト）の順に項目が決められており、滞留時間以外は予め定められた固定値である。そして、検出ＡＣ電圧の項はＡＣ電圧が３００ボルト以上〜１６０ボルト未満までの間を１６段階（１０ボルト間隔）の電圧範囲に区分されている。
なお、本実施例では、この電圧範囲の中央となる値を、その電圧範囲における代表電圧として予め決定している。また、滞留時間が最も長い電圧範囲の代表電圧を中心電圧と呼称している。

電圧データ記憶手段１２は計時手段１１から１／６０時間（１分毎）に時刻を入力しており、時刻が入力された時のＡＣ電圧値と対応する電圧範囲の滞留時間の値に１／６０時間を加算している。これが前述した電圧範囲毎の滞留時間となる。なお検出精度を向上させるために１分毎でなく１秒単位などにしてもよい。

高電圧電源環境（Ａ）の場合、２６０ボルト未満〜２５０ボルト以上にＡＣ電圧が滞留している時間が他の電圧範囲よりも長いため、中心電圧抽出手段１３は２６０ボルト未満〜２５０ボルト以上の範囲と対応している代表電圧の項から代表電圧である２５５ボルトを抽出して高電圧電源環境の中心電圧値として出力する。同様に標準環境（Ｂ）では２３５ボルトを、低電圧電源環境（Ｃ）では２０５ボルトをそれぞれ中心電圧値として中心電圧抽出手段１３が出力する。なお、中心電圧抽出手段１３は、同じ値の滞留時間が複数の電圧範囲にある場合、一番低い電圧範囲の代表電圧を中心電圧値として出力する。これは低いＡＣ電圧の時に跳ね返り電圧が大きくなるため、この低いＡＣ電圧に対応して素子の保護を優先させるためである。

次に図３を用いてＡＣ電圧が定格電圧の時に瞬時電圧低下が発生した場合と、ＡＣ電圧が２５０ボルトの時に瞬時電圧低下が発生した場合の空気調和機２０の動作を説明する。図３の横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。図３（１）は空気調和機２０に印加されるＡＣ電圧の変化を、図３（２）は昇圧チョッパ回路５から出力されるＤＣ電圧を、図３（３）は電圧差閾値選択手段１４から出力される電圧差閾値を、図３（４）は停止指示手段１５から出力される停止信号をそれぞれ示している。

なおｔ０〜ｔ１２は時刻を示している。また前提条件として室外機制御部９は目標電圧値を３８０ボルトとして昇圧チョッパ回路５を制御しているものとする。また、電圧差閾値選択手段１４は初期値として５０ボルトの電圧差閾値を停止指示手段１５へ出力しているものとする。

図３（１）に示すように空気調和機２０に印加されるＡＣ電圧は、ｔ１まで定格電圧の２３０ボルトを保っているがｔ１で瞬時電圧低下が発生し、最低で１９６ボルト（定格電圧の−１５％）まで一時的に電圧が低下した後、ｔ５で元の２３０ボルトに復帰している。

一方、昇圧チョッパ回路５は、瞬時電圧低下により整流器４から出力される電圧が低下するため図３（２）に示すようにＤＣ電圧を目標電圧（３８０ボルト）に維持できなくなり、ｔ１から遅れたｔ２からＤＣ電圧が徐々に低下する。

停止指示手段１５は、室外機制御部９から出力される目標電圧値と、ＤＣ電圧値とを常に監視しており、ＤＣ電圧値が目標電圧値よりも指定された電圧差閾値（５０ボルト）以上乖離したｔ３で図３（４）に示すようにパルス信号である停止信号を室外機制御部９へ出力する。この信号が入力された室外機制御部９はスイッチング信号の出力を停止して昇圧チョッパ回路５の動作を停止させる。

このため、実験により事前に確認していたように、図３（２）の破線に示すＤＣ電圧の低下が５２ボルトとなり、この結果、跳ね上がり電圧がｔ６で５９０ボルトになる現象を事前に防止できる。なお、室外機制御部９は瞬時電圧低下が納まったと思われる時間が経過した後、例えば１秒後に昇圧チョッパ回路５の動作を再開する。

一方、電圧データ記憶手段１２は、内部に記憶している電圧データに対して、空気調和機２０の設置後、ＡＣ電圧を初めて検出した時から１分毎に検出したＡＣ電圧の対象となる電圧範囲の滞在時間の欄に１／６０時間を加算する。そして、空気調和機２０の設置後、ＡＣ電圧を初めて検出した時を基準として、２４時間が経過したｔ７で、この記憶している電圧データを中心電圧抽出手段１３に出力する。

空気調和機２０を設置した時にはＡＣ電圧は定格電圧の２３０ボルトで有ったが、その後、ＡＣ電圧が徐々に定格電圧よりも高い電圧に移行し、電圧データ記憶手段１２がＡＣ電圧を初めて検出した時を基準として２４時間にＡＣ電圧を記録した結果、図２（Ａ）の電圧データが電圧データ記憶手段１２に記憶されている。この電圧データが入力された中心電圧抽出手段１３は図２（Ａ）の電圧データの滞留時間を検索し、滞留時間が一番長い６．７Ｈを抽出する。そして中心電圧抽出手段１３はこの滞留時間と対応する代表電圧である２５５ボルトを中心電圧値として出力する。この２５５ボルトの中心電圧値が入力された電圧差閾値選択手段１４は、内部に記憶している３つ基準電圧、２５５ボルト、２３５ボルト、２０５ボルトのうち、最も近い電圧である２５５ボルトの基準電圧と対応する８０ボルトの電圧差閾値を停止指示手段１５へ出力する。

これは、空気調和機２０が使用している現在の電源環境が、製品出荷時に想定していた標準電圧電源環境でなく高電圧電源環境であるため、初期値として設定していた標準電圧電源環境に対応する電圧差閾値（５０ボルト）に代えて、現在の高電圧電源環境に対応した電圧差閾値（８０ボルト）を停止指示手段１５へ設定するためである。

そして、図３（１）に示すようにＡＣ電圧はｔ８まで２５０ボルトを維持しているが、ｔ８で瞬時電圧低下が発生して一時的に２１６ボルトまで電圧が低下し、３４ボルトの電圧低下が発生している。そしてＡＣ電圧はｔ１１で元の２５０ボルトに復帰している。
このため、図３（２）に示すように、目標電圧通りに３８０ボルトで維持されていたＤＣ電圧はｔ８から遅れたｔ９からＤＣ電圧が徐々に低下し、ｔ１０で５２ボルトの最大の電圧低下となっている。

このように、ＡＣ２３０ボルトの場合とＡＣ２５０ボルトの場合で、それぞれ３４ボルトの瞬時電圧低下が発生した時、試験的に実施した瞬時電圧低下のテスト結果によれば、３４ボルトの瞬時電圧低下に対応してＤＣ電圧はそれぞれ最大で５２ボルトの電圧低下となり、ＡＣ２３０ボルトの場合では跳ね上がり電圧が最大で５９０ボルトとなるため、電圧差閾値は５０ボルトに規定している。一方、ＡＣ２５０ボルトの場合では跳ね上がり電圧が最大でも４２０ボルトまでしか上昇せず素子破壊の心配がないため、電圧差閾値は８０ボルトに規定している。

次に図４を用いてＡＣ電圧が定格電圧の時に瞬時電圧低下が発生した場合と、ＡＣ電圧が２００ボルトの時に瞬時電圧低下が発生した場合の空気調和機２０の動作を説明する。図４の横軸は時間を、縦軸は電圧をそれぞれ示している。図４（１）は空気調和機２０に印加されるＡＣ電圧の変化を、図４（２）は昇圧チョッパ回路５から出力されるＤＣ電圧を、図４（３）は電圧差閾値選択手段１４から出力される電圧差閾値を、図４（４）は停止指示手段１５から出力される停止信号をそれぞれ示している。

なおｔ２０〜ｔ３４は時刻を示している。また前提条件として室外機制御部９は目標電圧値を３８０ボルトとして昇圧チョッパ回路５を制御しているものとする。また、電圧差閾値選択手段１４は初期値として５０ボルトの電圧差閾値を停止指示手段１５へ出力しているものとする。

図４（１）に示すように空気調和機２０に印加されるＡＣ電圧は、ｔ２１まで定格電圧の２３０ボルトを保っているがｔ２１で瞬時電圧低下が発生し、最低で２００ボルト（定格電圧の−１３％）まで一時的に電圧が低下した後、ｔ２５で元の２３０ボルトに復帰している。

一方、昇圧チョッパ回路５は、瞬時電圧低下により整流器４から出力される電圧が低下するため図４（２）に示すようにＤＣ電圧を目標電圧（３８０ボルト）に維持できなくなり、ｔ２１から遅れたｔ２２からＤＣ電圧が徐々に低下し、ｔ２４で４８ボルトの最大の電圧低下となっている。なお、この電圧低下の４８ボルトは電圧差閾値の５０ボルトより小さいため、停止指示手段１５は停止信号を出力しない。この結果、ｔ２６で最大５００ボルトの跳ね上がり電圧が発生している。

一方、電圧データ記憶手段１２は、内部に記憶している電圧データに対して、空気調和機２０の設置後、ＡＣ電圧を初めて検出した時から１分毎に検出したＡＣ電圧の対象となる電圧範囲の滞在時間の欄に１／６０時間を加算する。そして、空気調和機２０の設置後、ＡＣ電圧を初めて検出した時を基準として、２４時間が経過したｔ２７で、この記憶している電圧データを中心電圧抽出手段１３に出力する。

空気調和機２０を設置した時にはＡＣ電圧は定格電圧の２３０ボルトで有ったが、その後、ＡＣ電圧が徐々に定格電圧よりも低い電圧に移行し、電圧データ記憶手段１２がＡＣ電圧を初めて検出した時を基準として２４時間にＡＣ電圧を記録した結果、図２（Ｃ）の電圧データが電圧データ記憶手段１２に記憶されている。この電圧データが入力された中心電圧抽出手段１３は図２（Ｃ）の電圧データの滞留時間を検索し、滞留時間が一番長い７．８Ｈを抽出する。そして中心電圧抽出手段１３はこの滞留時間と対応する代表電圧である２０５ボルトを中心電圧値として出力する。この２０５ボルトの中心電圧値が入力された電圧差閾値選択手段１４は、内部に記憶している３つ基準電圧、２５５ボルト、２３５ボルト、２０５ボルトのうち、最も近い電圧である２０５ボルトの基準電圧と対応する２０ボルトの電圧差閾値を停止指示手段１５へ出力する。

これは、空気調和機２０が使用している現在の電源環境が、製品出荷時に想定していた標準電圧電源環境でなく低電圧電源環境であるため、初期値として設定していた標準電圧電源環境に対応する電圧差閾値（５０ボルト）に代えて、現在の低電圧電源環境に対応した電圧差閾値（２０ボルト）を停止指示手段１５へ設定するためである。

そして、図４（１）に示すようにＡＣ電圧はｔ２８まで２００ボルトを維持しているが、ｔ２８で瞬時電圧低下が発生して一時的に１７０ボルトまで電圧が低下し、３０ボルトの電圧低下が発生している。そしてＡＣ電圧はｔ３２で元の２００ボルトに復帰している。このため、図４（２）に示すように、目標電圧通りに３８０ボルトで維持されていたＤＣ電圧はｔ２８から遅れたｔ２９からＤＣ電圧が徐々に低下する。なお、空気調和機２０は現在のＡＣ電圧（２００ボルト）が定格電圧範囲の下限電圧（２０７ボルト）より低いため、空調能力を最小にして運転している。

停止指示手段１５は、室外機制御部９から出力される目標電圧値と、ＤＣ電圧値とを常に監視しており、ＤＣ電圧値が目標電圧値よりも指定された電圧差閾値（２０ボルト）以上乖離したｔ３０で図４（４）に示すようにパルス信号である停止信号を室外機制御部９へ出力する。この信号が入力された室外機制御部９はスイッチング信号の出力を停止して昇圧チョッパ回路５の動作を停止させる。

このため、実験により事前に確認していた図４（２）の破線に示すように、ＤＣ電圧の低下が４８ボルトとなり、跳ね上がり電圧がｔ３４で６００ボルトになる現象を防止できる。

次に、以上説明した３つ電圧差閾値を実験的に求める方法について説明する。
まず最初に、定格電圧範囲の下限電圧（２３０Ｖ−１０％）の２０７ボルトで最大の空調能力で運転し、この状態で瞬時電圧低下による低下電圧を徐々に下げていく。そして、電圧低下に連動して徐々に上昇する跳ね上がり電圧のピーク値が、昇圧チョッパ回路５のスイッチング素子の耐圧を超える直前となった時のＤＣ電圧を標準電圧電源環境における電圧差閾値とする。本実施例ではこの場合の電圧差閾値を５０ボルトとしている。

次に、定格電圧範囲の下限電圧２０７ボルトより低いＡＣ電圧であり、空気調和機２０が最小限の運転能力（圧縮機７が停止しない）で継続運転可能なＡＣ電圧で運転し、この状態で瞬時電圧低下による低下電圧を徐々に下げていく。そして、電圧低下に連動して徐々に上昇する跳ね上がり電圧のピーク値が、昇圧チョッパ回路５のスイッチング素子の耐圧を超える直前となった時のＤＣ電圧を低電圧電源環境における電圧差閾値とする。本実施例ではこの場合の電圧差閾値を２０ボルトとしている。

次に定格電圧範囲の上限電圧（２３０Ｖ＋１０％）の２５３ボルトで最大の空調能力で運転し、この状態で瞬時電圧低下による低下電圧を徐々に下げていく。そして、電圧低下に連動して徐々に上昇する跳ね上がり電圧のピーク値が、昇圧チョッパ回路５のスイッチング素子の耐圧を超える直前となった時のＤＣ電圧を高電圧電源環境における電圧差閾値とする。本実施例ではこの場合の電圧差閾値を８０ボルトとしている。
当然のことながら電圧差閾値を決定するに際して、気温や各種電圧などの条件においてマージンを考慮することは言うまでもない。

以上説明したようにＡＣ電圧や運転能力などにおいて最悪な条件を考慮して３つの電圧差閾値が決定されている。このため、電圧差閾値を決定した時の条件において瞬時電圧低下による低下電圧が小さい場合や、ＡＣ電圧が条件よりも高い場合、小さい空調能力で運転する場合は、跳ね上がり電圧が電圧差閾値を決定した時の場合よりも小さくなる。そして、本発明ではＡＣ電圧の電源環境に対応して、この３つの電圧差閾値を切り替えて使用するようになっている。
このため、広いＡＣ電圧の範囲において、跳ね上がり電圧による素子の破壊を防止すると共に、瞬時電圧低下による不要な昇圧チョッパ回路５の停止を避けることができる。

また、電圧データ記憶手段１２は、設置工事が完了してＡＣ電圧を初めて検出した時を基準として、２４時間、１週間、１ヶ月がそれぞれ経過した時に、電圧データ記憶手段１２に記憶している電圧データを出力することにより、中心電圧値とこれに対応する電圧差閾値を更新させる。このため、空気調和機２０は、最初に空気調和機２０の設置直後の２４時間で収集した電圧データのみで電圧差閾値を更新し、設置からの時間の経過、つまり、収集した電圧データが多くなるにつれて段階的に電圧差閾値を更新して徐々に電圧差閾値選択の精度を向上させることができる。

本実施例では電圧差閾値選択手段１４が入力される中心電圧値に対応して３つの電圧差閾値から１つの電圧差閾値を選択して出力する構成になっているが、これに限るものでなく、電圧差閾値を入力される中心電圧値に対応する割合で求めるようにしてもよい。

また、本実施例では昇圧チョッパ回路が出力するＤＣ電圧の目標電圧と実際に検出したＤＣ電圧との差と電圧差閾値とを比較して昇圧チョッパ回路の動作／停止を決定しているが、これに限るものでなく、例えばＤＣ電圧が瞬時電圧低下により急激に低下する直前において、１ミリセカンド周期で実際に検出した連続する複数のＤＣ電圧の平均値を目標電圧値としてもよい。この方式はＤＣ電圧が目標電圧と同じに制御されていない場合でも正確なＤＣ電圧低下を検出することができる。

また、本実施例ではＡＣ電圧検出部３が入力端１と入力端２の間の電圧を検出してＡＣ電圧値として出力する構成になっているが、これに限るものでなく、この構成に代替して整流器４の正極出力端４ａと負極出力端４ｂとの間の電圧を検出して、これをＡＣ電圧値に換算して出力するようにしてもよい。

また、本実施例では初めて空気調和機２０にＡＣ電圧が印加され、２４時間、１週間、１ヶ月がそれぞれ経過した時に、電圧データ記憶手段１２に記憶している電圧データを出力することにより、中心電圧値とこれに対応する電圧差閾値を更新させる構成になっているが、これに限るものでなく、電圧データ記憶手段１２が電圧データを更新する度に電圧差閾値を更新させる構成にしてもよい。これにより、電圧差閾値を更新する期間を短くして現在の電源事情にすばやく対応できる。

１ 入力端
２ 入力端
３ ＡＣ電圧検出部
４ 整流器
４ａ 正極出力端
４ｂ 負極出力端
５ 昇圧チョッパ回路
５ａ 平滑コンデンサ
５ｂ 正極入力端
５ｃ 負極入力端
５ｄ 正極出力端
５ｅ 負極出力端
６ インバータ
７ 圧縮機
８ ＤＣ電圧検出部
９ 室外機制御部
１０ 電流検出部
１１ 計時手段
１２ 電圧データ記憶手段
１３ 中心電圧抽出手段
１４ 電圧差閾値選択手段
１５ 停止指示手段
２０ 空気調和機
４０ 室外機
５０ 室内機

Claims (1)

1. 交流電源が接続される２つの入力端と、２つの前記入力端の間に接続される整流器と、２つの前記入力端の間の電圧もしくは前記整流器の２つの出力端の間の電圧を測定し前記交流電源のＡＣ電圧値として出力するＡＣ電圧検出手段と、同整流器の出力端に接続された昇圧チョッパ回路と、同昇圧チョッパ回路の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続された圧縮機と、前記昇圧チョッパ回路の前記出力端に並列に接続され検出したＤＣ電圧の値をＤＣ電圧値として出力するＤＣ電圧検出部と、前記昇圧チョッパ回路を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は目標とする前記昇圧チョッパ回路の出力電圧である目標電圧値よりも前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の差が予め定めた電圧差閾値以上乖離した時に前記昇圧チョッパ回路の動作を停止させる空気調和機であって、
   前記空気調和機は、計時手段と電圧データ記憶手段と中心電圧抽出手段と電圧差閾値選択手段とを備えており、
   前記計時手段は計時した時刻を出力し、
   前記電圧データ記憶手段は検出したＡＣ電圧値と計時された前記時刻が入力され予め段階的に区分されたＡＣ電圧の範囲ごとに検出したＡＣ電圧が前記ＡＣ電圧の範囲に留まった滞留時間と前記ＡＣ電圧の範囲ごとに決められた代表電圧とを記憶し、
   前記中心電圧抽出手段は、記憶した前記滞留時間と前記代表電圧とを読み出して前記滞留時間が最も長い電圧範囲における前記代表電圧を抽出して中心電圧値として出力し、
   前記電圧差閾値選択手段は、予め定められた複数の前記電圧差閾値の中から入力された前記中心電圧値と対応する前記電圧差閾値を選択して出力することを特徴とする空気調和機。

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