JPH089683A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 確実にモータを低温起動することができるイ
ンバータ制御装置を提供する。 【構成】 圧縮機３の起動時には、圧縮機３の起動時に
のみ許されるインバータ周波数の範囲でのキャリア周波
数で圧縮機を駆動し、圧縮機の運転時には、圧縮機の運
転保証周波数の範囲でのキャリア周波数に変える。これ
により、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング素子を用いても
その保護動作をさけて起動時にいつまでも運転できない
という状態を防止しうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ制御装置に
係り、特に許容短絡時間の短い絶縁ゲート・バイポーラ
・トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ−Ｂｉ
ｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下ＩＧＢＴとい
う）等の高速スイッチング素子で圧縮機のモータをイン
バータ駆動するようにしたインバータ制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】インバータ電源を用いたＰＷＭ（パルス
幅変調）制御方式の空気調和装置では、空調負荷に応じ
て、たとえば１０ないし７５Ｈｚの範囲で周波数を変化
させることで圧縮機のモータの圧力能力を調整するよう
になっている。

【０００３】この種のインバータ駆動に使用する電力用
半導体デバイスとしては、従来は安価で許容電流容量が
比較的大きく取れるバイポーラトランジスタが主流であ
った。しかし、最近の傾向としては、ＩＧＢＴ等の高速
インバータ駆動素子が注目されている。このＩＧＢＴ
は、入力側にＭＯＳＦＥＴを用い、出力側にバイポーラ
トランジスタを用いていて、電圧制御形でオンオフ速度
が早く比較的大電流が流せるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このＩＧＢ
Ｔで圧縮機のモータをインバータ駆動する場合には、Ｉ
ＧＢＴは高速スイッチングが可能な反面、短絡などの異
常が発生した場合に、許容短絡時間が短いので極めて短
時間で破壊してしまう。

【０００５】したがって、短絡時にＩＧＢＴを保護する
ために、いわゆる過電流保護回路を備えていて、しかも
確実に過電流に対する保護をするためにその過電流に対
する保護の感度を高くしてある。

【０００６】このような状態で、あるキャリア周波数の
電流波形により圧縮機のコンプレッサモータをインバー
タ駆動した場合には、キャリア周波数が低いほど、電流
波形の電流パルス幅が広くなるという関係から、キャリ
ア周波数が低いままで圧縮機のコンプレッサモータを低
温起動時に、過電流保護が働いてしまって、なかなかコ
ンプレッサモータを低温起動することができない。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、確実にモータを低温起動することができ
るインバータ制御装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、インバータ電源により、冷凍負荷に応じ
て圧縮機の運転周波数を可変制御するインバータ制御装
置において、インバータ電源により駆動される圧縮機の
モータと、このモータを制御して、圧縮機の起動時には
圧縮機の起動時にのみ許されるインバータ周波数の範囲
でのキャリア周波数で圧縮機を駆動し、圧縮機の運転時
には圧縮機の運転保証周波数の範囲でのキャリア周波数
に変えて圧縮機を駆動するためのコントローラと、を備
えることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、コントローラは、圧縮機のモータ
を制御して、圧縮機の起動時には圧縮機の起動時にのみ
許されるインバータ周波数の範囲でのキャリア周波数で
圧縮機を駆動し、圧縮機の運転時には圧縮機の運転保証
周波数の範囲でのキャリア周波数に変えて圧縮機を駆動
する。これにより、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング素子
を用いてもその保護動作をさけて起動時にいつまでも運
転できないという状態を防止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明のインバータ制御装置を有
する空気調和装置の好ましい実施例を示している。

【００１２】図１において、インバータ電源を構成する
コンバータ１には３相交流電源Ｒ，Ｓ，Ｔを直流電力に
整流して、この直流電力をインバータ電源を構成するイ
ンバータ２に供給するようになっている。

【００１３】インバータ２は、コントローラ８のマイク
ロコンピュータ８ａからのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗａｖ
ｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号に従って、空調負
荷に応じた周波数の駆動電力Ｐ（３相）をコンプレッサ
のモータ３に供給して、コンプレッサモータ３の圧縮能
力の変化により空調ユニット４内の冷媒の循環量が制御
され、冷凍（または空調）に応じた空調運転が行われ
る。

【００１４】コンバータ１の交流側（入力側）のＲ，
Ｓ，Ｔのいずれか一相、たとえばＴ相の電源配線にはＣ
Ｔ（カレントトランス）５が設けられている。ＣＴ５の
検出信号は交流なので、整流回路６を介して直流電圧に
変換され、検出信号としてコントローラ８の入力ポート
に与えられる。

【００１５】コンバータ１の交流側（出力側）とインバ
ータ２の直流側（入力側）の例えば負荷電圧側の電流配
線には、無誘導抵抗器等のシャント抵抗７が直列に挿入
されている。このシャント抵抗７での電圧降下分の電圧
が、同じく異常検出信号としてコンローラ８の入力ポー
トに与えられる。

【００１６】コントローラ８は、これらの検出電流を入
力データとして、内蔵するマイクロコンピュータ８ａに
よりを異常判断行う。この異常判断は、マイクロコンピ
ュータ８ａ内のＲＯＭ等に格納された運転制御プログラ
ムによって実行される。

【００１７】図２は、インバータ２とその周辺の回路構
成を示している。インバータ２の直流側のＤＣライン１
０に流れる直流電流の電流波形ＩＷを、図３に示してい
る。この電流波形ＩＷは、電流波高がＩ（Ａ）で電流パ
スル幅がＴ（μ秒）のパルス波形である。

【００１８】図４は、従来のインバータ駆動に用いられ
ている通常のバイポーラトランジスタＢＪＴにおける過
電流保護曲線（実線で示す）と、本発明の実施例のイン
バータ駆動に用いられているＩＧＢＴ（一例として７５
Ａパワー素子の例）における過電流保護曲線（破線で示
す）を示している。

【００１９】図５はインバータの起動時の周波数例を示
し、図６はＩＧＢＴの保護範囲カーブの例を示す拡大図
である。

【００２０】バイポーラトランジスタＢＪＴでは、短絡
時等の異常時でもそれほど短い時間に過電流に対する保
護を行わなくても破壊しない。したがって、バイポーラ
トランジスタＢＪＴでは、電流値Ｉの増大しても、電流
パルス幅Ｔを広く許容している。これに対して、ＩＧＢ
Ｔ等の高速スイッチング素子では、許容短絡時間が短い
ために、異常に大きな電流値Ｉの大きさに対して、短絡
時間の許容値はそれほど大きく許容されていない。

【００２１】図４に示すＩＧＢＴにおける過電流保護曲
線の状態では、たとえばコンプレッサモータ３の通常運
転時のキャリア周波数１０ＫＨｚと同じキャリア周波数
が１０ＫＨｚのままで（図３の電流波形ＩＷの電流パス
ル幅Ｔが広いままの状態で）、コンプレッサモータ３を
インバータ起動させると、低温時のコンプレッサモータ
３のインバータ起動では大電流（過電流）がＩＧＢＴに
流れる。

【００２２】このキャリア周波数とは、図３の電流波形
ＩＷの電流パルスの単位時間における数を示している。
キャリア周波数を大きくすることにより、精密なインバ
ータ駆動ができ、きれいなｓｉｎカーブを再現すること
ができる。

【００２３】上述したように、ＩＧＢＴは、大電流（許
容電流）に対して許容できる時間が短いので、図３の電
流波高Ｉ×電流パルス幅Ｔを一定にすることにより、Ｉ
ＧＢＴの保護回路が働かないようにする必要がある。

【００２４】しかし、上述したように図３の電流波形Ｉ
Ｗの電流パスル幅Ｔが図５のように広いままであるの
で、図６のＡ点ないしＢ点の範囲で、ＩＧＢＴの保護動
作に入ってしまい、いつまでもコンプレッサモータ３を
インバータ起動することができない。

【００２５】そこで、コンプレッサモータ３をインバー
タ起動する場合に限って、たとえば図５のようにキャリ
ア周波数を１０ＫＨｚから１５ＫＨｚで駆動すれば、イ
ンバータ起動時でもＩＧＢＴの保護範囲が図６のＢ点な
いしＣ点の範囲へずれるので、ＩＧＢＴの保護動作が起
こりにくくなり、いつまでもコンプレッサモータ３をイ
ンバータ起動することができないといった問題が解決で
きる。

【００２６】つまり、キャリア周波数が１０ＫＨｚのま
まで低いと電流パルス幅Ｔが広いが、キャリア周波数を
１０ＫＨｚから１５ＫＨｚに上げることにより、電流パ
ルス幅Ｔを狭くすることができ、これにより、ＩＧＢＴ
の保護動作を図６のＡ点ないしＢ点の保護範囲から図６
のＢ点ないしＣ点の保護範囲に移すことができる。

【００２７】このように、コンプレッサモータ３をイン
バータ駆動する際に、起動時にのみに許されるインバー
タ周波数の範囲と通常の運転保証周波数範囲で、キャリ
ア周波数を積極的に変えることにより、低温時起動から
通常の安定運転をスムーズに行うことができる。

【００２８】なお、図７に示すように、起動時の好まし
い一例としては、インバータ周波数１０ないし２９Ｈｚ
の範囲で、キャリア周波数が１５ＫＨｚであり、通常の
安定運転時の好ましい一例としては、インバータ周波数
３０ないし７５Ｈｚの範囲で、キャリア周波数が１０Ｋ
Ｈｚである。

【００２９】図７は、マイクロコンピュータ８ａによる
制御フローを示している。図７によれば、コンプレッサ
モータ３がインバータ駆動の起動時である場合には、ス
テップＳ１からＳ２に移り、インバータ周波数１０ない
し２９Ｈｚの範囲でキャリア周波数を１５ＭＨｚでスロ
ースタートして運転して、たとえば約１０秒後に通常の
安定運転に移ってインバータ周波数３０ないし７５Ｈｚ
の範囲になった場合には、キャリア周波数が１０ＫＨｚ
に切り換える（ステップＳ３）。

【００３０】そうでなく、すでに通常の安定運転である
場合（ステップＳ１）には、インバータ周波数３０ない
し７５Ｈｚの範囲でキャリア周波数が１０ＫＨｚの運転
を行う（ステップＳ４）。

【００３１】なお、図７に示すように、起動時にインバ
ータ周波数１０ないし２９Ｈｚの範囲でキャリア周波数
を１５ＭＨｚで運転していたものを、通常の運転に移っ
てインバータ周波数３０ないし７５Ｈｚの範囲でキャリ
ア周波数が１０ＫＨｚに切り換えることは、図２のマイ
クロコンピュータ８ａの演算によって、ＰＷＭ制御のあ
るパターン出力が終了してから、次のパターン出力に切
り換わるようになっているので、問題はない。

【００３２】ところで、本発明は特許請求の範囲を逸脱
しない範囲において、種々の変更をすることができる。

【００３３】起動時のインバータ周波数の範囲とキャリ
ア周波数の値、そして通常の運転時のインバータ周波数
の範囲とキャリア周波数の値は、上述した実施例に限ら
ず、コンプレッサモータの大きさや種類等によって変わ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ントローラは、圧縮機のモータを制御して、圧縮機の起
動時には圧縮機の起動時にのみ許されるインバータ周波
数の範囲でのキャリア周波数で圧縮機を駆動し、圧縮機
の運転時には圧縮機の運転保証周波数の範囲でのキャリ
ア周波数に変えて圧縮機を駆動する。これにより、ＩＧ
ＢＴ等の高速スイッチング素子を用いてもその保護動作
をさけて起動時にいつまでも運転できないという状態を
なくすことができ、確実にモータを低温起動することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ制御装置が組込まれた空気
調和装置の好ましい実施例を示すブロック図である。

【図２】図１のインバータとその周辺の要素を示すブロ
ック図である。

【図３】図２のインバータの入力側の電流波形を示す図
である。

【図４】バイポーラトランジスタとＩＧＢＴの電流パル
ス幅と通電電流の関係例を比較して示す図である。

【図５】インバータの起動時の周波数の例を示す図であ
る。

【図６】ＩＧＢＴでの保護範囲曲線の例を示す図であ
る。

【図７】マイクロコンピュータによる制御フローの例を
示す図である。

【符号の説明】

２ インバータ（インバータ電源） ３ 圧縮機 ８ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ電源により、空調負荷に応じ
   て圧縮機の運転周波数を可変制御するインバータ制御装
   置において、 インバータ電源により駆動される圧縮機のモータと、 このモータを制御して、圧縮機の起動時には圧縮機の起
   動時にのみ許されるインバータ周波数の範囲でのキャリ
   ア周波数で圧縮機を駆動し、圧縮機の運転時には圧縮機
   の運転保証周波数の範囲でのキャリア周波数に変えて圧
   縮機を駆動するためのコントローラと、を備えることを
   特徴とするインバータ制御装置。