JPS5934936B2

JPS5934936B2 - 熱源装置

Info

Publication number: JPS5934936B2
Application number: JP51122679A
Authority: JP
Inventors: 博堀井; 勇奥田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1984-08-25
Also published as: JPS5347147A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、冷媒圧縮用の圧縮機とこのモータにより冷媒
を圧縮する冷凍サイクル熱源装置の能力を負荷に応じて
可変すると共に必要に応じて途中において、階段制御を
導入することにより、圧縮機を起動、停止の制御を行い
運転の安定化、寿命の向上、快適性、制御性の向上を図
ろうとするものである。

また、商用電源周波数よりも高い周波数で圧縮機モータ
を駆動するインバータ等を付加することで、同一冷凍能
力における、圧縮機寸法、モータの小形、軽量化も併せ
て達成しようとするものである。

従来は、圧縮機モータの極数変換（２Ｐ０４Ｐ）で能
力の段階切換を行う方法もあったが、負荷に応じて、能
力、比例制御ができない欠点がある。

また、インバータ等により圧縮機モータな可変速運転し
、冷凍能力を比例制御する考え方もあるが比例能力制御
のみでは、いろんな問題があり、特に運転方法に難点が
あり、機器の安定な運転、圧縮機の寿命、振動快適性な
どに問題があった。

以下、本発明の一実施例である添付図面に基づいて構成
、動作の説明を行う。

第１図は、ヒートポンプ式など、冷凍サイクルにより加
熱、冷却する熱源装置を用いた一実施例で、図はセパレ
ート形の空気調和機に応用したものである。

１はセパレート形空気調和機の室外ユニット、２は室内
ユニットであり、室外ユニット１には、圧縮機３、圧縮
機３を駆動するモータ４、四方弁５、キャピラリチュー
ブ６、室外熱交換器７、室外ファン８を有する。

室内ユニット２には室内熱交換器９、室内ファン１０で
構成され、この室内ファン１０により、空調室内の空気
が循環し、暖房、冷房等ができる。

なお四方弁５は冷媒の循環方法を切換えて暖房、冷房の
切換を行うものである。

１１は商用電源、１２は運転スイッチ、１３はモータ４
の主電源で、ダイオード群１４で全波整流し、チョーク
コイル１５、コンデンサ１６で平滑されるチョークイン
プットの主要源である。

１７はチョッパであり、後述する制御回路からパルス電
力を端子１７ａ、１７ｂから受け、トランジスタ１８を
所定の周波数とデユーティでチョッピングし、チョーク
１９とコンデンサ２０で平滑する。

ダイオード２１はフリーホイルダイオード、２２はトラ
ンジスタ１８の保護用のダイオードである。

２３はインバータであり、トランジスタ２４〜２９が互
いに定められた周期でオン−オフし、三相電力となって
モータ４に印加される。

ダイオード３０〜３５はトランジスタ２４〜２９の保護
用のダイオードである。

３６は制御電源であり、トランス３７、ダイオード群３
８で降圧、全波整流され、コンデンサ３９で平滑される
。

本発明は、前述の通り負荷状態（冷凍能力の状態）によ
り、下記に述べる制御ブロックを用いて、チョッパ１７
０周波数−デユティを変えてモータに加わる電圧を制御
し、この電圧によりインバータ２３の駆動周波数を変え
ることによりモータ４をコントロールし、しかも、モー
タ４の起動かう停止に到るまでの区間に任意の階段制御
を導入するものであって、以下、この制御ブロックの説
明を行う。

制御電源３６の出力電圧は端子Ｅ、Ｆから取り出され、
この電圧によりコンパレータ４０が動作スル。

コンパレータ４０は、例えば、端子４０ａに、室内ユニ
ット２で暖、冷房される部屋の室温を検知するサーミス
タが接続され、この端子電圧をｖＴｈとする。

また端子４０ｂは、室温を調整するボリューム（可変抵
抗体など）が接続され、この端子電圧をＶａｄとする。

コンパレータ４０は、それぞれの端子電圧の偏差ΔＶ
ａ＝Ｖａｄ −ＶＴｈを、第２図の如く処理す
る。

すなわち、第２図において、横軸に偏差ΔＶａ、縦軸に
出力Ｖａをとると、次の関係を持たせる。

（１）偏差ΔＶａが区間（Δｖ４〜ΔＶ３）にあるとき
は、出力Ｖａは偏差ΔＶａに比例する。

（２）偏差ΔＶａが（Δｖ３〜ΔＶ２）および（＋Δｖ
１〜−Δｖｔ）の期間は、出力ＶａはＶａ３かＶａ２（
偏差値が小から犬に向うとき）、およびｖａｌに固定さ
れ、変化しない。

（３）偏差、ΔＶａ＜−ΔＶ１の期間は、出力Ｖａはゼ
ロとなる。

（４）次に、偏差ΔＶａが−Δ■１から＋Δｖ１に復帰
すると、出力ＶａはゼロからＶａ、にスイッチし以後１
〜４のプロセスを経る。

以上のように（Δｖ３〜ΔＶ２）および（＋Δｖ１〜−
Δｖ１）の期間、不感帯、すなわち、ヒステリシスＨを
持たせるものである。

この出力が４１から出され、電流リミッタのコンパレー
タ４２に入る。

コンパレータ４２は電池センサ４３の入力端子４４を有
し、所定電流以上の電流が流れると、コンパレータ４０
の出力Ｖａを制限、低下させる働きを有する。

従って、通常はコンパレータ４０の出力端子４１の電圧
Ｖａ（第２図の出力）がコンパレータ４２の出力４５と
なり、チョッパドライバ４６に入る。

チョッパドライバ４６は、入力電圧Ｖａ（端子４５の出
力）に応じ、定周波数の条件で、出力１７ａ、１７ｂの
オン、オフのデユーティを変えるか、又は、オンの時間
を一定としてオフの時間を変える、すなわち、出力周波
数を可変するか、いずれかの制御により出力端子１７ａ
、１７ｂをコントロールする。

従ってチョッパ１７は、そのトランジスタ１８によりチ
ョッピングされ、チョッパドライバ４６の入力電圧Ｖａ
に比例して、チョッパ１７の出力Ｃ，Ｄ間に、電圧ＶＯ
Ｄが取り出される。

すなわち、コンパレータ４０の入力電圧、 ΔＶａ＝（
Ｖａｄ−ＶＴｈ）が大きいときは、チョッパ１７の出力
電圧ＶｃＤが大きく、その逆のときは、小さくなる。

これは、チョッパ１７の出力電圧ＶＯＤは第２図のＶａ
雷電圧比例することを意味する。

次にインバータ２３のドライブ部であり、チョッパ１７
の出力電圧ＶＯＤを入力４７とする、電圧一周波数（Ｖ
ＯＤ−ｆ）変換器４８があり、この出力周波数ｆが端子
４９から取り出され、リングカウンタ５０に入る。

リングカウンタ５０で分周、制御された出力が、インバ
ータ２３のトランジスタ群２４〜２９に加わり、交互に
１２０度ずつ、ずれた位相で、スイッチングし、この三
相電力がモータ４に加えられる。

第１図の回路を用いて圧縮機を高速駆動した結果の１例
を示す。

第３図は、１．５馬力程度の例であり、７曲線はコンプ
レッサ３の運転トルク特性ｘｉ７Ｘ２ｊｘ３など
は、モータ４のトルクと回転数の特性である。

第１図の回路を用いたとき、例えば、コンパレータ４０
の入力ｖａｄ−ＶＴｈ−ΔＶａｍａｘのとき、インバー
タ２３によるモータ４のトルク特性はＸ１％性であり、
コンプレッサ３の運転トルクであるｙ％性との交点であ
る。

約１１０００Ｏｒｐで回転する。

次に、室温などが上昇し、コンパレータ４０の偏差値が
Δｖ３に達すと、モー久特性はＸ２曲線となり、約６０
０Ｏｒｐｍでモータ４が回転する。

そして偏差値が第２図のΔＶ２になるまではモータ４は
Ｘ２曲線上で回転し、偏差がΔｖ２になると、コンパレ
ータ４０の出力はＶａ３からｖａ２に低下し、これに基
づき、モータ４はインバータ２３により第３図のＸ２′
曲線にジャンプ（階段降下）する。

この動作により、モータ４を含む圧縮系の機械的共振点
が有る場合はこの跳躍動作により、共振点の回避、騒音
の低下が図れる。

さらに、小さくなるすなわち設定値を越えると、Ｘ３曲
線となり、約２００Ｏｒｐｍで回転し、これ以上は、コ
ンパレータ４０の出力特性である第２図に基づき、モー
タ４は停止する。

以後は第２図の特性に従ってコントロールされる。

第４図はコンプレッサ３の冷凍能力の特性であり、第３
図のモータ４の回転数と対応して、能力の変化する様子
を示したものである。

第５図は第１図のコンパレータ４０として、運転スィッ
チ１２０投入時の機器の運転開始時にモータ４を高速で
回転して、立上り時に高い冷凍能力を出させ、以後は負
荷に応じて制御する急速過熱、冷却して快適性、制御性
、使い勝手の向上を図る階段制御の他の手段に関するも
のである。

第５図の場合、コンパレータ４０として下記の機能を有
する。

すなわち運転スイッチの投入時に、能力調整用の端子４
０ｂの電圧Ｖａｄと、例えば室温検知用のサーミスタ（
図示せず）の端子電圧ｖＴｈＯ差が第５図で示すΔｖ１
よりも太きいときは、圧縮機３の駆動指令がある、すな
わち「Ｈ」状態として、例えばＲ−８形のフリップフロ
ップをセットして、強制的に偏差ΔＶ４にセットする。

これによりコンパレータ４０の出力は第５図の１特性に
示すＶａ４となる。

従って、インバータ２３は最高周波数で動き、圧縮機３
は最高能力を出している。

その後、偏差がΔＶ、より低くなると、コンパレータ４
０はスイッチ動作し、その出力が第５図のｖａｌに低下
する。

これにより最底回転数、能力で廻る。

場合によっては（偏差が一ΔＶ、に達すると）コンパレ
ータ４０の出力がゼロとなりモータ４は止る。

その後調整つまみの設定替え、あるいは、負荷が重くな
り、偏差がΔ■１より大きくなると、第５図のＧ％性に
従って変化する。

このような機能を有するコンパレータ４０を用いること
で、起動時のみノ・イパワーで急速動作し、以後、通常
の制御に戻すことができる。

第６図は他の実施例で、第２図と第５図の実施例を組合
せたものであり、この他、可変領域において、数個の階
段制御部を必要に応じ導入しても良いのは当然のことで
ある。

本発明の熱源装置は次のような優れた効果を奏するもの
である。

（１）冷凍サイクル熱源装置の能力を負荷に応じて可変
すると共に、必要に応じ、圧縮機の最高回転数から最低
回転数の変化区間において、あらかじめ決められた区間
のみ階段的に跳躍動作することにより機器の共振点の回
避、騒音の低下が図れ、特別な機体構造の設計が不必要
である。

（２）前述１において、跳躍動作は、機体の共振を検知
してコントロールすれば、機体の共振からみたバラツキ
などが全部吸収でき、さらに効果がある。

（３）運転スイッチの投入時、モータ４を高速で回転し
て圧縮機３の能力を最高速にセットし、一定偏差に到達
の後以後、負荷に応じて冷凍能力の可変制御を行うこと
で立ち上り時の特性改善が図れ、快適性、使い勝手、制
御性の向上ができる。

（４）商用周波数よりも高い周波数でモータを回転する
ことにより、圧縮系を構成する熱源装置の小形化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における熱源装置の回路図、
第２図はコンパレータの偏差値と出力の特性図、第３図
はモータの運転特性図、第４図はコンプレッサの能力特
性図、第５図および第６図は他の実施例のコンパレータ
の偏差値と出力の特性図である。１・・・・・・室外ユニット、２・・・・・・室内ユニ
ット、３・・・・・・圧縮機、４・・・・・・モータ、
５・・・・・・四方弁、６・・・・・・キャピラリチュ
ーブ、７・・・・・・室外熱交換器、９・・・・・・室
内熱交換器、１１・・・・・・商用電源、１７・・・・
・・チョッパ、２３・・・・・・インバータ、４０．４
２・・・・・・コンパレータ、４６・・・・・・チョッ
パドライバ、４８・・・・・・電圧・周波数変換器、５
０・・・・・・リングカウンタ。

Claims

【特許請求の範囲】１冷媒圧縮用の圧縮機と、圧縮機を駆動するモータと
、圧縮機により圧縮される冷媒を凝縮部および蒸発部等
で吸熱、放熱する熱交換器部と、冷媒の膨張部とにより
冷凍サイクルを形成し、前記圧縮機の駆動用モータの電
源としてインバータ電源を用いると共に、能力調整つま
み等の調整、および負荷の状態に応じてインバータの入
力電圧と出力周波数を停動可変して圧縮機モータを、設
定の高速回転から最低速回転まで可変速運転を可能とし
、かつ、前記の可変速運転領域の区間に、適宜ヒステリ
シスを有する段階制御領域を有するインバータのコント
ロール手段を設けたことを特徴とする熱源装置。２圧縮機の駆動用モータの電源となるインバータのコ
ントロール手段として、モータの設定−最高速回転から
最低速回転の区間に、段階制御を行うべくヒステリシス
機能を有するコンパレータを設けこのコンパレータの出
力により、インバータの電圧と周波数を制御することに
より、冷凍装置の共振、騒音の低下を図ることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の熱源装置。３圧縮機の駆動用モータの電源となるインバータのコ
ントロール手段として、電源投入時は、能力調整つまみ
などの能力設定値と、負荷の状態を検知し、所定の偏差
値以上のときは偏差値の値の如何にかかわらず、モータ
が最高速回転し、その後前記偏差値が所定の偏差値に以
下に到達すると最低速回転し、以後は、偏差値に比例し
て、モータを駆動するコンパレータを備えたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の熱源装置。