JPH0799800A - インバータ駆動空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機モータの負荷あるいは指令周波数が急
激に変化しても、過電流遮断やストールで停止してしま
うことの無い空気調和機用のインバータ装置を得る。 【構成】 圧縮機モータの電流を検出し、その値から周
波数指令値を補正すると共に、検出した電流値と出力周
波数から、降下電圧、逆起電圧、及び補正電圧を求めて
出力電圧を演算し、ＰＷＭ変調して電力逆変換器を駆動
するようにした。 【効果】 圧縮機モータが過電流やストールで停止して
しまうこと極力防ぎ、空気調和機の運転範囲を拡大し、
快適性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空気調和機に関し、
特に圧縮機モータをインバータで駆動する形式のインバ
ータ駆動空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和機において、圧縮機を可
変速駆動するには、インバータの出力周波数を変化させ
て圧縮機モータの回転数を制御するインバータ駆動方式
である。このとき、モータの出力トルクを一定に保つた
め、Ｖ／Ｆパターンと呼ばれる比例式にそってインバー
タの出力電圧も変化させていた。しかし、圧縮機モータ
の負荷トルクは空調機としての負荷、すなわち設定温
度、室内温度、室外温度などによって変化するので、固
定されたＶ／Ｆパターンでは電圧が過大または過小にな
る場合があり、騒音の増大、効率の低下、過電流による
遮断停止、トルク不足によるストールなどの問題を生じ
ていた。

【０００３】これに対して、例えば特開平１−２９８９
９３号公報に示されるように、出力電圧をモータ電圧・
電流の位相差に応じて制御する方法があった。図７は、
従来のインバータ駆動空気調和機のインバータ部の制御
ブロック図である。図において、１２はモータ電流の交
流分を検出するカレントトランス、１３はカレントトラ
ンスで検出した電流の極性を検出する電流極性検出器、
１４はＰＷＭ発生回路から出力される電圧極性信号と電
流極性検出器１３から出力される電流極性信号から位相
差を検出する位相差検出器である。１５ａはカレントト
ランスの出力を直流レベルに整流する整流器、１５ｂは
基準レベルと整流された電流の直流レベルを比較する比
較器である。１５ａ、１５ｂは両者で電流レベル検出器
１５を構成する。１６は外部状態などから周波数指令値
を出力する周波数指令設定器、１７は周波数指令及び電
流レベル検出器の出力から出力周波数を決定する周波数
制限器、１８は周波数制限器で決定された出力周波数か
ら電圧指令値を出力する電圧指令演算器、１９は位相差
検出器の出力によって電圧指令値の増幅度を変化させ出
力電圧を決定する増幅器、２０は出力周波数と出力電圧
とからパルス幅変調されたパワートランジスタのスイッ
チング信号を生成するＰＷＭ発生回路である。また、７
は直流電源、８はパワートランジスタなどからなる電力
逆変換器、９は電力逆変換器で作られた疑似正弦波交流
で駆動されるモータである。

【０００４】次に動作について説明する。カレントトラ
ンス１２で検出されたモータ電流は電流極性検出器１３
に入力され、電流の極性のみが検出される。一方ＰＷＭ
発生回路は出力電圧の位相を把握しており、その極性信
号が出力されている。位相差検出器１４は電圧、電流両
者の極性信号のズレから位相差を検出し、検出した位相
差に対応したレベルの位相差検出信号を出力する。ま
た、カレントトランス１２の出力は電流レベル検出器１
５にも入力される。整流器１５ａで直流レベルに整流さ
れ、比較器１５ｂで基準レベルと比較される。基準レベ
ルの方が大きければ基準値以下を示す信号、電流レベル
の方が大きければ基準値以上を示す信号を出力する。

【０００５】ところで、周波数指令設定器１６で設定さ
れた周波数指令値は、周波数制限器１７に入力される。
周波数制限器１７は電流レベル検出器１５の出力に応じ
て周波数指令値の上昇に制限を加える。その動作を図８
に示す。図８においてステップ２１で電流レベルを判定
し、電流レベルが小さければステップ２２で周波数の上
昇を許可し、指令値どおりの周波数を出力周波数とす
る。電流レベルが中程度であればステップ２３で周波数
の上昇を禁止し、指令値が上昇しても出力周波数は変更
しない。電流レベルが大きければステップ２４で出力周
波数を下げる。ここで決定された出力周波数は電圧指令
演算器１８に入力され、電圧指令演算器１８は周波数に
対する電圧データ（ｆ／ｖデータ）から出力電圧指令値
を求める。出力電圧指令値は増幅器１９に入力される。
増幅器１９は位相差検出器１４の出力レベルに応じて増
幅度が変化する。位相差の余弦は力率であり、増幅器１
９はすなわちモータの力率に応じて増幅度が変わるよう
に構成されている。その動作を図９に示す。図９におい
てステップ２５で力率を判定し、低ければステップ２６
で電圧補正パラメータを下げる。電圧補正パラメータは
増幅器１９をソフトウェアで実現したときの増幅度であ
る。力率が高ければステップ２７で電圧補正パラメータ
を上げ、中程度の時は何もしない。次にステップ２８で
決定した電圧補正パラメータに電圧指令値を掛け、出力
電圧とする。

【０００６】図９のステップ２５に於いて、力率の高低
の判定は予め保持した力率目標データを参照することで
行う。力率目標データは、図１０に示す例のように、出
力周波数ごとに保有しており、表にない中間周波数に対
する目標値は内挿して求める。なお、例に示した力率デ
ータは、制御プログラム内で扱われる量子化された値の
例であり、実際の力率とは異なる。この力率目標データ
は、インバータが適用されるユニットの種類ごとに、最
も効率が良くなるポイントを実験的に探しながら求める
必要がある。すなわち、各周波数ごとに電圧を振って力
率を変化させ、最も効率が良くなる値をその周波数の目
標データとする。この測定は、空気調和機が運転される
温度条件に於いて冷凍サイクルが安定してから行う必要
があるが、一般に空気調和機の冷凍サイクルは安定する
までに時間を要し、全ての周波数，電圧条件を網羅する
試験には多くの時間と労力を要している。

【０００７】周波数制限器１７及び増幅器１９で決定し
た出力周波数及び出力電圧は、ＰＷＭ発生回路２０に入
力される。ＰＷＭ発生回路２０は出力周波数と出力電圧
から瞬時出力電圧を求め、ＰＷＭ変調してパワートラン
ジスタのスイッチング信号を発生する。パワートランジ
スタからなる電力逆変換器８は、前記スイッチング信号
に応じてトランジスタをオン／オフして、直流電源７か
ら供給される電力を疑似正弦波交流に変換し、モータ９
を駆動する。

【０００８】このような構成では、電圧、電流の位相差
を検出するために、電圧のゼロクロスから電流のゼロク
ロスまでの時間だけ「Ｈ」レベル（または「Ｌ」レベ
ル）になる信号を作成し、それをコンデンサ等で平均化
する事で、電圧レベルとして検出している。従って、こ
のパルスは電源の１周期に最大２パルスしか発生させる
ことが出来ない。また、電流リプルやアンバランスの影
響などによる検出タイミングのばらつきもある。これら
を平滑化するためにコンデンサの容量を大きくすると、
パルス幅の変化に対して電圧の変化時間が遅くなり、検
出時間が長くなる。又、誘導電動機の特性カーブ上低周
波領域では、効率が最大になる時の力率カーブは平坦に
近いところになるため、力率の変化が検出しにくい。も
し、この変化がうまく検出できず、電圧を低めに設定し
すぎるとトルク不足となってストールする恐れがある。
そのため、安全サイドである力率の変化が大きい付近を
動作ポイントに設定する必要がある。特性カーブからこ
れは力率が低い部分になる。

【０００９】なお、誘導電動機の制御装置として、特公
平５−６８３９８号に示す技術が提案されているが、空
調機のように高速起動を望むものには精度上又は精度を
上げようとするとマイコン容量上の問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ駆動
空気調和機は、以上のように構成されており、力率を検
出するために電圧と電流の位相差を検出する等のため、
検出に必要な時間が比較的長くなったり、又はマイコン
に読み込み等に時間がかかり、特に起動時の高速な周波
数、トルク変化に追従できない。このため起動が遅れ空
調機利用者に不満があった。また、モータの特性上、低
周波数域では効率の変化に対して力率の変化が少なく、
精度が出ないので、電圧が低くなりトルクが出ず停止し
てしまう。又トルク不足とならないよう、精度不良分を
含めて力率を低め（電圧を高め）に設定せざるを得ず、
やはり過励磁となり、効率低下、騒音悪化などの問題点
があった。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、圧縮機モータの負荷変動に対
してトルクの過不足無く応答する事が出来、特に圧縮機
停止後の再起動が高速に出来るため、立ち上がり時間を
短縮でき、空調機利用者に対する快適性の向上が図れ、
また、騒音の増大、効率の低下、過電流による遮断停
止、トルク不足によるストールなどを起こさず、極力連
続運転が可能な空気調和機を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明のインバータ駆
動空気調和機は、モータの一次電流を検出して、これと
出力周波数とから第１および第２の電流成分を演算する
電流成分演算手段と、空気調和機の運転条件から決定さ
れる出力周波数指令値と前記第１もしくは第２のいずれ
か一方、又はその両者の電流成分とから予め設定された
関数関係に従って第１および第２の一次電圧成分指令値
を演算する電圧成分指令値演算手段を備え、前記電流成
分演算手段は、第１の一次電圧成分指令値と同相である
第１の電流成分と位相が９０度ずれた第２の一次電圧成
分と同相である第２の電流成分を演算するようにしたも
のである。

【００１３】又、この発明におけるインバータ駆動空気
調和機は、圧縮機モータの一次電流を検出して回転する
直交座標軸上の値に変換し、前記電流値と周波数指令値
などから電圧指令値を演算し、前記電圧指令値に基づい
てＰＷＭ変調された電圧を出力して圧縮機モータを駆動
するインバータを備えた空気調和機において、一次電流
と後述の出力周波数とから第１及び第２の電流成分を演
算する電流成分演算手段と、この電流成分演算手段から
得られた第１の電流成分から、所定の演算式に従って周
波数指令補正値を算出し、周波数指令値から減算して出
力周波数とする周波数指令補正手段と、この周波数指令
補正手段の出力である出力周波数からあらかじめ設定さ
れた関数関係に従って第１及び第２の一次電圧成分指令
値を演算する電圧成分指令値演算手段と、を備え、前記
電流成分演算手段は、第１の一次電圧成分指令値と同相
である第１の電流成分と位相が９０度ずれた第２の一次
電圧成分指令値と同相である第２の電流成分を演算する
ように構成したものである。

【００１４】又、この発明におけるインバータ駆動空気
調和機は、圧縮機モータの一次電流を検出して回転する
直交座標軸上の値に変換し、前記電流値と周波数指令値
などから電圧指令値を演算し、前記電圧指令値に基づい
てＰＷＭ変調された電圧を出力して圧縮機モータを駆動
するインバータを備えた空気調和機において、一次電流
と後述の出力周波数とから第１及び第２の電流成分を演
算する電流成分演算手段と、この電流成分演算手段から
得られた第１及び第２の電流成分からベクトル合成した
第３の電流値を演算し、第３の電流値から所定の演算式
に従って周波数指令補正値を算出し、周波数指令値から
減算して出力周波数とする周波数指令補正手段と、この
周波数指令補正手段の出力である出力周波数からあらか
じめ設定された関数関係に従って第１及び第２の一次電
圧成分指令値を演算する電圧成分指令値演算手段と、を
備え、前記電流成分演算手段は、第１の一次電圧成分指
令値と同相である第１の電流成分と位相が９０度ずれた
第２の一次電圧成分指令値と同相である第２の電流成分
を演算するように構成したものである。

【００１５】

【作用】この発明に於けるインバータ駆動空気調和機
は、電流成分演算手段から得られた電流成分と出力周波
数指令とから電圧成分演算手段が出力すべき瞬時電圧を
演算するから、Ｖ／Ｆや力率などのデータを保有する必
要がなく、制御プログラムが簡略化できる。また、力率
目標データを求める試験を行う必要もなくなり、製作に
必要な工程も簡略化することができる。

【００１６】又この発明におけるインバータ駆動空気調
和機は、電流検出器、座標変換器から得られたトルク分
電流値から、周波数指令補正手段が周波数指令値を補正
するので、モータが過電流により停止してしまうことを
防ぐ。

【００１７】又この発明におけるインバータ駆動空気調
和機は、電流検出器、座標変換器、直流分電流演算手段
から得られた直流分電流値から、周波数指令補正手段が
周波数指令値を補正するので、モータが過電流により停
止してしまうことを防ぐ。このとき、過電流と判断する
電流値を、さらに精度よく、限界に近い値とする事がで
き、空気調和機の運転範囲を拡大し、快適性を向上させ
ることが出来る。

【００１８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１において、１ａ、１ｂは電流検出器、２は電
流検出器からの入力値を回転する直交座標系の値に変換
する座標変換器、３は回転する直交座標系の値に変換さ
れた電流値と周波数指令値とから回転する直交座標系の
電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段で、回転する
直交座標系の電流値と圧縮機モータの一次巻線抵抗値か
ら得られる降下電圧のうち励磁分電流による降下分を演
算する降下電圧演算器３ａ、トルク分電流による降下分
を演算する降下電圧演算器３ｂ、周波数指令値と制御仕
様及びモータ構造に依存する定数から得られる逆起電圧
を演算する逆起電圧演算器３ｃ、回転する直交座標系の
電流値と制御仕様及びモータ構造に依存する定数から得
られる補正電圧を演算する補正電圧演算器３ｄから成
る。４は回転する直交座標系の電圧指令値を３相座標軸
上の電圧指令値に変換する座標逆変換器、５は座標変換
に必要な正弦波データを演算する座標回転器であり、積
分器５ａと正弦波データ演算器５ｂから成る。６は３相
座標軸上の電圧指令値からパルス幅変調（ＰＷＭ）され
たパワートランジスタ駆動信号を発生するＰＷＭ信号発
生器、７はモータを駆動する電力を供給する直流電源、
８は直流電源７が供給する電力をスイッチングして３相
の疑似正弦波交流に変換する電力逆変換器で、パワート
ランジスタ及びその駆動回路などから成る。９は電力逆
変換器８が生成した３相疑似正弦波交流によって駆動さ
れる圧縮機モータである。

【００１９】次に、動作について説明する。図１におい
て、電流検出器１ａ、１ｂが圧縮機モータ９の相電流を
検出すると、その結果は座標変換器２に入力される。座
標変換器２は、座標回転器５から得られる座標回転角を
用いてこの電流値を回転する直交座標系の電流値に変換
する。直交座標のそれぞれをｄ軸、ｑ軸とすると、変換
された電流値のｄ軸成分は圧縮機モータ内に磁束を発生
する成分であり、励磁分電流ｉｄと呼ばれる。ｑ軸成分
は発生した磁束に直交してトルクを発生する成分であ
り、トルク分電流ｉｑと呼ばれる。３相座標軸上の変数
ｘ_u ｘ_v ｘ_w をｄｑ座標軸上の変数ｘ_d ｘ_q に変換する
演算式は、数１となる。数１ではｘ_u ＋ｘ_v ＋ｘ_w ＝０
の関係を利用して、ｘ_w の値は用いていない。

【００２０】

【数１】

【００２１】電圧指令値演算手段３は、励磁分電流ｉ
ｄ、トルク分電流ｉｑ、及び実行周波数ω₁ から電圧指
令値を演算する。励磁分電流ｉｄを流すのに対応する電
圧ｖｄは数２で演算される。

【００２２】

【数２】

【００２３】第１項は励磁分電流による電圧降下分で、
降下電圧演算器３ａで演算される。第２項は励磁分電流
ｉｄを目標値に一致させるための補正電圧となる成分
で、補正電圧演算器３ｄで演算される。Ｋｖｄは制御仕
様及びモータ構造に依存する定数である。ｉ ｅｒｒは
ｉｄが目標値に一致しているときは零であり、差がある
ときにはそれに応じた値をとる誤差電流と呼ぶ量である
が、詳細は後述する。トルク分電流ｉｑを流すのに対応
する電圧ｖｑは、数３で演算される。第１項はトルク分
電流による電圧降下分で、降下電圧演算器３ｂで演算さ
れる。第２項はロータの回転にともなって電機子コイル
に発生する逆起電圧成分（無負荷電圧）であり、逆起電
圧演算器３ｃによって演算される。Ｌ１はモータ一次巻
先の自己インダクタンス、ω₁ は実行周波数である。第
３項は励磁分電流ｉｄを目標値に一致させるための補正
電圧となる成分で、補正電圧演算器３ｄで演算される。
Ｋｖｑは制御仕様及びモータ構造に依存する定数であ
る。ｉ ｅｒｒは先ほどと同じ量である。

【００２４】

【数３】

【００２５】ｉ ｅｒｒは数４で表される。

【００２６】

【数４】

【００２７】数４でｉｄ^* は励磁電流ｉｄの目標値、σ
はモータの一次、二次巻線の結合度に関係する量で、数
５で表される。

【００２８】

【数５】

【００２９】数５でＬ２はモータ二次巻線の自己インダ
クタンス、Ｍは一次、二次巻線間の相互インダクタンス
である。ｉ ｅｒｒはｉｄ^* とｉｄが一致しないとそれ
が一致するように補正する電圧を発生する成分となる。
すなわちこれによりｉｄをｉｄ^* である一定値に制御で
きる。

【００３０】こうして得られたｄｑ座標軸上の出力電圧
ｖ_d ｖ_q は、座標逆変換器４で３相座標軸上の出力電圧
ｖ_u ｖ_v ｖ_w に逆変換される。変換式は、数６で与えら
れる。

【００３１】

【数６】

【００３２】上記の座標変換に必要な正弦波データは、
座標回転器５で算出される。座標回転器５は実行周波数
ω₁ を積分器５ａで積分して座標回転角θを算出し、座
標変換に必要な位相の正弦波データを正弦波データ演算
器５ｂで算出する。正弦波データは、テーラー展開など
の算術法から算出することもできるが、演算時間が長く
なり実時間制御には適さないため、データテーブルとし
て保有することが多い。

【００３３】得られた３相座標軸上の出力電圧値から、
ＰＷＭ信号発生器６は電力逆変換器８のスイッチング信
号となるＰＷＭ信号を生成する。図４は、スイッチング
信号を生成するアルゴリズムの一例を示す。例えばＵ相
の電圧指令値ｖ_u とキャリアと呼ばれる三角波を比較
し、電圧指令値が大きければ上側のトランジスタをＯ
Ｎ、キャリアの方が大きければ下側のトランジスタをＯ
Ｎするような波形を生成する。Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値
ｖ_v ，ｖ_w についても同様である。

【００３４】電力逆変換器８はＰＷＭ信号発生器６で生
成されたスイッチング信号に応じて直流電源７から供給
される電力をスイッチングし、３相の疑似正弦波交流に
変換し、圧縮機モータ９が駆動される。

【００３５】このように力率とは無関係に負荷に応じた
トルク分電流ｉｑにより電圧を補正するため精度の良
い、しかも高速なトルクコントロールが可能となる。こ
れは特に空調装置のように時間遅れがある場合、急速に
モータ駆動周波数を上げようとしたときに発揮される。

【００３６】なお、この例では励磁分電流を一定に保
ち、トルク分電流を負荷に見合った分だけ流すことでト
ルクを制御しており、ｉｄ，ｉｑ，ｗ₁ からなる一次電
圧成分指令値を演算する電圧成分指令値演算手段３を設
け、しかもこのインバータの適用を空気調和機の圧縮機
モータとする事で、第１象限の運転（正転力行）のみを
考慮すれば良く、算出式を大幅に簡略化している。この
ため、 マイコンの制御プログラム容量を削減できる。 計算時間が短縮でき、制御を高速化できる。 低価格、低グレードのマイコンを使うことが出来
る。 などの効果が得られる。

【００３７】実施例２．次に、この発明の実施例２を図
について説明する。図２において、１ないし９は図１と
同様であるので説明を省略する。１０は入力されたトル
ク分電流値から周波数指令の補正値を演算する周波数指
令補正値演算器で、リミッタ部１０ａとＰＩ制御部１０
ｂとから成る。ここで算出された補正値は周波数指令値
から減算され、新たな周波数指令値となる。補正前の周
波数指令値との混同を避けるため、補正後の周波数指令
値を実行周波数と呼ぶことにする。

【００３８】次に、動作を説明する。構成要素の内、電
流検出器１ないし圧縮機モータ９の動作は第１の発明と
同様であるので、説明を省略する。第２の発明の特徴は
トルク分電流ｉｑから周波数指令値ω₁ ^*を補正して実行
周波数ω₁ を得ることにあるので、この動作について説
明する。

【００３９】図２において周波数指令補正値演算器１０
は、座標変換器２から得られたトルク分電流ｉｑに対し
てリミッタ部１０ａでリミッタを掛け、ＰＩ制御部１０
ｂで補正量を演算し、周波数指令値から減算して実行周
波数を決定する。図５に、リミッタ部１０ａ、ＰＩ制御
部１０ｂの入出力動作波形を示す。図５（ａ）はリミッ
タ部に入力されるトルク分電流波形の例である。ｌｉｍ
ｉｔ１は第１のリミッタ値、ｌｉｍｉｔ２は第２のリミ
ッタ値である。この波形が入力されたときのリミッタ部
の出力が図５（ｂ）である。入力が第２のリミッタ値よ
り小さいときは出力は零であり、それを越えると第１の
リミッタ値との差を出力とする。一旦第２のリミッタ値
を越えると、第１のリミッタ値を下回るまでは第１のリ
ミッタ値との差を出力する。第１のリミッタ値を下回る
と再度出力は零になる。図５（ｃ）のｔ₁ −ｔ₂ 間は、
（ｂ）の波形を積分した波形である。リミッタ部の出力
が零でないときは積分出力は増加し、リミッタ部の出力
が零になると積分出力はある時定数を持って減衰するよ
うに処理される。ＰＩ制御部の出力は（ｂ）に比例ゲイ
ンを掛けた量と（ｃ）に積分ゲインを掛けた量の和であ
り、これが（ｄ）に示す波形となる。こうして得られた
周波数指令補正値を、空気調和機が設置された室内温度
及び室内温度設定値、熱交換器温度などの状態から決定
される周波数指令値ω₁ ^*から減算し実行周波数ω₁ とす
る。

【００４０】なお、入力にある処理を加えて制御出力を
発生する制御器において、入力に比例した量の出力と
（Ｐ制御）、入力を積分した量を出力とする制御（Ｉ制
御）との合成量を出力とする制御を比例積分制御（ＰＩ
制御）という。又、リミッタは、入力波形（ａ）が制限
レベルを越えるまではその出力は０のままであり、制限
レベルを越えたときリミッタとの差を出力する（波形
（ｂ））。動作を開始する制御レベルはｌｉｍｉｔ２と
しているので、これを越えるまでの値は一定値０とな
る。通常は、制限レベルを越えた差分がリミッタの出力
となるのが一般的であるが、越えた直後の動作を早くす
るため（出力を大きくするため）に、差分の基準となる
リミッタ値をそれより低いレベルに設定し、ｌｉｍｉｔ
１としている。この動作は、入力レベルがｌｉｍｉｔ１
を下回るまで継続し、その後、再度入力レベルがｌｉｍ
ｉｔ２を越えるまで出力は０である。（ｃ）の波形は、
（ｂ）の波形が正の時はその積分であり、０の時はある
時定数を持って減衰するように設定しているので、この
ように動作波形となる。

【００４１】図５（ｃ）におけるｌｉｍｉｔ１が動作し
てから以後、すなわちの領域の処理は次のように行な
う。マイコンプログラムによる離散的処理は、次のよう
なアルゴリズムで実行している。ｉ番目の結果をＩ_i 、
ｉ＋１番目の結果をＩ_i+1 とすると

【００４２】

【数７】

【００４３】本発明の効果は、急速にモータ駆動周波数
を上げようとしたときに発揮される。電流が増加し通常
なら遮断してしまう場合でも、周波数の上昇をセーブし
て遮断を防ぐことが出来る。これによってモータは起動
時に電流がオーバする間、指令周波数を補正することに
より実行周波数を見合った分だけ下げるだけでモータの
停止は不必要になる。

【００４４】又、このように第１のリミッタと第２のリ
ミッタを設けたことにより、出力開始時には大きな出力
がすぐに出せるため動作を早くできるとともに停止時に
は余裕を持たせることができる。すなわち実行周波数
が、電流値ｉｑが所定値より大きくなると、この値がこ
えなくなるまで周波数をこえた分だけおさえるので、モ
ータを停止せずに過電流を正確におさえることができ、
しかも電流が低下することにより早く、スムースに連続
的に目標の周波数に到達させることができる。これによ
って時間遅れが減少し、空調利用者の快適性に寄与する
ことができる。又、リミッタ値の決め方は、例えばｌｉ
ｍｉｔ２は、電力逆変換器内の出力素子の短絡耐量から
遮断すべき電流値に設定し、ｌｉｍｉｔ１は、それにマ
ージンを持たせた値、例えば５％程度小さい値を設定す
るようにすると良い。

【００４５】実施例３．次に、この発明の実施例３を図
について説明する。図３において、１ないし１０は図２
と同様であるので説明を省略する。１１は回転する直交
座標軸上のトルク分電流と励磁分電流の合成ベクトルの
大きさを演算する直流分電流演算器であり、この出力が
周波数指令値演算器の入力となるよう構成されている。

【００４６】次に、動作を説明する。構成要素の内、電
流検出器１ないし周波数指令補正値演算器１０の動作は
第２の発明と同様であるので、説明を省略する。この発
明の特徴は励磁分電流ｉｄとトルク分電流ｉｑとのベク
トル和から直流分電流値を求め、この値を用いて周波数
指令補正値を演算し、周波数指令値ω₁ ^*を補正して実行
周波数ω₁ を得ることにあるので、この動作について説
明する。

【００４７】図３において直流分電流演算器１１は、座
標変換器２から得られた励磁分電流ｉｄとトルク分電流
ｉｑのベクトル和の大きさ（直流分電流）を求める。図
７は、ｉｄ，ｉｑ、直流分電流の関係を表すベクトル図
である。図から明かなように直流分電流の大きさｉ ｄ
ｃは数８により得られる。

【００４８】

【数８】

【００４９】直流分電流の大きさは電力逆変換器のパワ
ートランジスタを流れるピーク電流を示している。この
直流分電流演算器１１の出力が第２の発明で説明した周
波数指令補正値演算器１０の入力となり、それに対して
同様の補正が行われ、圧縮機モータが駆動される。

【００５０】この直流分による補正によって、トルク電
流分だけの場合の実際の電流より小さ目になって若干の
誤差が存在することに対し、素子に流れる電流を一層精
度を良く模擬するこができる。

【００５１】なお、ここで演算する直流分電流は、トル
ク分電流と励磁分電流をベクトル的に合成したもので基
本的にはインバータ主回路の直流部を流れる直流電流
（すなわち直流電源７の出力電流）のピーク値を表す。
図５においては（ａ）の波形に相当する。

【００５２】

【発明の効果】この発明のインバータ駆動空気調和機
は、以上のように構成されているので、圧縮機モータの
負荷変動や起動を精度良く高速に追ずいできるとともに
マイコン容量を削減でき安価な装置が得られる。

【００５３】又この発明のインバータ駆動空気調和機
は、圧縮機モータの一次電流を検出して回転する直交座
標軸上の値に変換し、前記電流値と周波数指令値などか
ら電圧指令値を演算し、前記電圧指令値に基づいてＰＷ
Ｍ変調された電圧を出力して圧縮機モータを駆動するイ
ンバータを備えた空気調和機において、一次電流と後述
の出力周波数とから第１及び第２の電流成分を演算する
電流成分演算手段と、この電流成分演算手段から得られ
た第１の電流成分から、所定の演算式に従って周波数指
令補正値を算出し、周波数指令値から減算して出力周波
数とする周波数指令補正手段と、この周波数指令補正手
段の出力である出力周波数からあらかじめ設定された関
数関係に従って第１及び第２の一次電圧成分指令値を演
算する電圧成分指令値演算手段と、を備え、前記電流成
分演算手段は、第１の一次電圧成分指令値と同相である
第１の電流成分と位相が９０度ずれた第２の一次電圧成
分指令値と同相である第２の電流成分を演算するように
構成したので、圧縮機モータが過電流により停止してし
まうことを防ぎ、連続運転範囲を拡大できる。

【００５４】又この発明のインバータ駆動空気調和機
は、圧縮機モータの一次電流を検出して回転する直交座
標軸上の値に変換し、前記電流値と周波数指令値などか
ら電圧指令値を演算し、前記電圧指令値に基づいてＰＷ
Ｍ変調された電圧を出力して圧縮機モータを駆動するイ
ンバータを備えた空気調和機において、一次電流と後述
の出力周波数とから第１及び第２の電流成分を演算する
電流成分演算手段と、この電流成分演算手段から得られ
た第１及び第２の電流成分からベクトル合成した第３の
電流値を演算し、第３の電流値から所定の演算式に従っ
て周波数指令補正値を算出し、周波数指令値から減算し
て出力周波数とする周波数指令補正手段と、この周波数
指令補正手段の出力である出力周波数からあらかじめ設
定された関数関係に従って第１及び第２の一次電圧成分
指令値を演算する電圧成分指令値演算手段と、を備え、
前記電流成分演算手段は、第１の一次電圧成分指令値と
同相である第１の電流成分と位相が９０度ずれた第２の
一次電圧成分指令値と同相である第２の電流成分を演算
するように構成したので、圧縮機モータが過電流により
停止してしまうことを防ぎ、このとき、過電流と判断す
る電流値を、さらに精度よく、限界に近い値とする事が
でき、空気調和機の運転範囲を拡大し、快適性を向上さ
せることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるインバータ駆動空気
調和機のインバータ部制御ブロック図である。

【図２】この発明の実施例２によるインバータ駆動空気
調和機のインバータ部制御ブロック図である。

【図３】この発明の実施例３によるインバータ駆動空気
調和機のインバータ部制御ブロック図である。

【図４】ＰＷＭ信号発生器の動作アルゴリズム例を示す
図である。

【図５】周波数指令補正値演算器の動作例を示す図であ
る。

【図６】直流分電流演算器の動作を示すベクトル図であ
る。

【図７】従来のインバータ駆動空気調和機のインバータ
部制御ブロック図である。

【図８】周波数制限器の動作アルゴリズムを示すフロー
チャート図である。

【図９】増幅器の動作アルゴリズムを示すフローチャー
ト図である。

【図１０】力率目標データの説明図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 電流検出器 ２ 座標変換器 ３ 電圧指令値演算手段 ３ａ 励磁分電流による降下電圧演算器 ３ｂ トルク分電流による降下電圧演算器 ３ｃ 逆起電圧演算器 ３ｄ 補正電圧演算器 ４ 座標逆変換器 ５ 座標回転器 ５ａ 積分器 ５ｂ 正弦波データ演算器 ６ ＰＷＭ信号発生器 ７ 直流電源 ８ 電力逆変換器 ９ 圧縮機モータ １０ 周波数指令補正値演算器 １０ａ リミッタ部 １０ｂ Ｐ・Ｉ制御部 １１ 直流分電流演算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源を直流に変換し、再度可変
   の電圧，可変の出力周波数の３相交流に逆変換して圧縮
   機モータを駆動するインバータ装置を備えた空気調和機
   に於いて、前記圧縮機モータの一次電流を検出して、こ
   れと前記出力周波数とから第１および第２の電流成分を
   演算する電流成分演算手段と、空気調和機の運転条件か
   ら決定される出力周波数指令値と前記第１もしくは第２
   のいずれか一方、又はその両者の電流成分とから予め設
   定された関数関係に従って第１および第２の一次電圧成
   分指令値を演算する電圧成分指令値演算手段を備え、前
   記電流成分演算手段は、第１の一次電圧成分指令値と同
   相である第１の電流成分と位相が９０度ずれた第２の一
   次電圧成分と同相である第２の電流成分を演算するよう
   に構成したことを特徴とするインバータ駆動空気調和
   機。
2. 【請求項２】 圧縮機モータの一次電流を検出して回転
   する直交座標軸上の値に変換し、前記電流値と周波数指
   令値などから電圧指令値を演算し、前記電圧指令値に基
   づいてＰＷＭ変調された電圧を出力して圧縮機モータを
   駆動するインバータを備えた空気調和機において、一次
   電流と後述の出力周波数とから第１及び第２の電流成分
   を演算する電流成分演算手段と、この電流成分演算手段
   から得られた第１の電流成分から、所定の演算式に従っ
   て周波数指令補正値を算出し、周波数指令値から減算し
   て出力周波数とする周波数指令補正手段と、この周波数
   指令補正手段の出力である出力周波数からあらかじめ設
   定された関数関係に従って第１及び第２の一次電圧成分
   指令値を演算する電圧成分指令値演算手段と、を備え、
   前記電流成分演算手段は、第１の一次電圧成分指令値と
   同相である第１の電流成分と位相が９０度ずれた第２の
   一次電圧成分指令値と同相である第２の電流成分を演算
   するように構成したことを特徴とするインバータ駆動空
   気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機モータの一次電流を検出して回転
   する直交座標軸上の値に変換し、前記電流値と周波数指
   令値などから電圧指令値を演算し、前記電圧指令値に基
   づいてＰＷＭ変調された電圧を出力して圧縮機モータを
   駆動するインバータを備えた空気調和機において、一次
   電流と後述の出力周波数とから第１及び第２の電流成分
   を演算する電流成分演算手段と、この電流成分演算手段
   から得られた第１及び第２の電流成分からベクトル合成
   した第３の電流値を演算し、第３の電流値から所定の演
   算式に従って周波数指令補正値を算出し、周波数指令値
   から減算して出力周波数とする周波数指令補正手段と、
   この周波数指令補正手段の出力である出力周波数からあ
   らかじめ設定された関数関係に従って第１及び第２の一
   次電圧成分指令値を演算する電圧成分指令値演算手段
   と、を備え、前記電流成分演算手段は、第１の一次電圧
   成分指令値と同相である第１の電流成分と位相が９０度
   ずれた第２の一次電圧成分指令値と同相である第２の電
   流成分を演算するように構成したことを特徴とするイン
   バータ駆動空気調和機。