WO2020217310A1 - 電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric motor control device that controls the rotation of an electric motor by using a power conversion device, and an air conditioner provided with the electric motor control device.
- Electric motors such as brushless DC motors are used for various purposes such as driving fans of air conditioners.
- Some electric motor control devices that control the rotation of electric motors have a plurality of electric motors connected in parallel to one power converter via a switching device such as a relay, and an electric motor to be driven by switching the switching device can be selected.
- the power converter is, for example, an inverter.
- An example of application of such an electric motor control device is a blower for an outdoor unit of an air conditioner.
- the blower device has a plurality of electric motors and a blower fan attached to each electric motor. By switching the relay according to the required air volume, the electric motor control device selectively rotates some of the blower fans among the plurality of blower fans, or rotates all the blower fans at the same time.
- the motor drive device of Patent Document 1 has a configuration in which the system power is turned off when a failure of the relay is detected. Therefore, even if the electric motor connected to the relay in which the failure has not occurred can operate, all of them. The electric motor stops. Therefore, the convenience of the user is impaired.
- the present invention has been made to solve the above problems, and even if a failure of the switching device is detected, an electric motor capable of continuing the operation of some of the electric motors that can be operated without stopping all the electric motors. It provides a control device and an air conditioner equipped with the control device.
- the electric motor control device includes a power converter that converts electric power into two electric motors connected in parallel to supply a three-phase voltage, and one of the two electric motors and the electric motor.
- a switching device provided on the power lines of two phases and provided with two switches for turning on or disconnecting each power line electrically connecting the other electric motor and the power conversion device.
- the current detection device that detects the three-phase current flowing through the two electric motors, and the power conversion device and the switching device are controlled in response to the speed command value and the information of the current detected by the current detection device.
- the control device identifies the phase of the power line in which no current is flowing among the three-phase power line and the branched three-phase power line, thereby identifying the faulty part of the switching device.
- the air conditioner according to the present invention includes the above-mentioned electric motor control device, two heat exchangers connected in parallel in a refrigerant circuit, and two fans provided corresponding to the two heat exchangers. And two electric motors to be controlled by the electric control device corresponding to the two fans, and the control device has the switching device to be branched when the switching device fails. It controls so that the refrigerant does not flow into the heat exchanger provided corresponding to the electric motor connected via the phase power line.
- FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an operation executed by the control device to detect an off failure in the second embodiment.
- FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an operation executed by the control device to detect an off failure in the second embodiment. It is a figure which shows an example of the table stored in the memory of the control device shown in FIG.
- FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an operation executed by the control device to detect an on-failure in the second embodiment. It is a figure which shows an example of another table stored in the memory of the control device shown in FIG. In the second embodiment, it is a time chart which shows the timing of making a failure determination for a switching device. It is a flowchart which shows a part of the processing after the off failure determination execution at the time of the first start by the control device of Embodiment 3.
- FIG. It is a refrigerant circuit diagram which shows one configuration example of the air conditioner which concerns on Embodiment 4.
- FIG. It is a flowchart which shows a part of the processing after the off failure detection determination other than the first start by the control device of Embodiment 4. It is a flowchart which shows a part of the processing after the off failure determination execution other than the first start-up in the higher-level control device of Embodiment 4. It is a flowchart which shows a part of the process after the on failure determination execution by the control device of Embodiment 4. It is a flowchart which shows a part of the processing after the on failure determination execution in the higher-level control device of Embodiment 4.
- FIG. 5 is a flowchart showing a part of processing related to drive control of the first electric motor after the switching device is turned on in the control device of the fifth embodiment.
- FIG. 5 is a flowchart showing a part of processing related to drive control of the first electric motor after the switching device is turned off in the control device of the fifth embodiment.
- FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing an example of an air conditioner including an electric motor control device according to the first embodiment.
- the air conditioner 24 has a heat source side unit 13 and a load side unit 14.
- the heat source side unit 13 includes a compressor 18 that compresses and discharges the refrigerant, a four-way valve 19 that switches the flow direction of the refrigerant, a heat source side heat exchanger 15 that exchanges heat with the outside air, and expands by reducing the pressure of the refrigerant. It has an electromagnetic valve 21 and a host control device 23.
- the heat source side unit 13 includes fans 3 and 4 for supplying outside air to the heat source side heat exchanger 15, a first electric motor 1 for driving the fan 3, a second electric motor 2 for driving the fan 4, and a first electric motor. It has an electric motor control device 30 that supplies a three-phase voltage to the first and second electric motors 2.
- the load-side unit 14 has a load-side heat exchanger 17 that exchanges heat with the air in the air-conditioned space, and a solenoid valve 22 that depressurizes and expands the refrigerant.
- the upper control device 23 is connected to the four-way valve 19, the compressor 18, the solenoid valves 21 and 22, and the electric motor control device 30 via a signal line.
- the compressor 18, the heat source side heat exchanger 15, the solenoid valves 21 and 22, and the load side heat exchanger 17 are connected by a refrigerant pipe 45 to form a refrigerant circuit 48 in which the refrigerant circulates.
- the host control device 23 controls the refrigeration cycle of the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 48.
- the air conditioner 24 performs the cooling operation
- the heat source side heat exchanger 15 functions as a condenser
- the load side heat exchanger 17 functions as an evaporator.
- the heat source side heat exchanger 15 functions as an evaporator
- the load side heat exchanger 17 functions as a condenser.
- the air conditioner 24 is provided with the solenoid valves 21 and 22, but one of the solenoid valves 21 and 22 may be provided. Further, in the configuration example shown in FIG. 1, the configuration when the fans 3 and 4, the first electric motor 1 and the second electric motor 2, and the electric motor control device 30 are provided in the heat source side unit 13 is shown. Not limited to this case. These configurations may be provided in either or both of the heat source side unit 13 and the load side unit 14.
- a plurality of components including a room temperature sensor that detects the temperature of the air-conditioned space of the load side unit 14 and a refrigerant temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant flowing through the refrigerant equipment such as the heat source side heat exchanger 15.
- the temperature sensor of the above may be provided in the air conditioner 24.
- the compressor 18 may be provided with a pressure sensor that detects the pressure of the refrigerant sucked by the compressor 18.
- the host control device 23 controls the compressor 18 and the solenoid valves 21 and 22 so that the temperature of the air-conditioned space matches the temperature set by the user by using the detected values of these sensors. In No. 1, the detailed description thereof will be omitted.
- FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the electric motor control device shown in FIG.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration example when the power conversion device shown in FIG. 2 is an inverter.
- the electric motor control device 30 includes a power conversion device 35 connected to the power supply 6, a control device 7 for controlling the operation of the power conversion device 35, a current detection device 8, and a switching device 9.
- the first electric motor 1 and the second electric motor 2 are connected to the power conversion device 35 in parallel with each other.
- the power supply 6 is a DC voltage power supply that supplies power to the first electric motor 1 and the second electric motor 2 via the power conversion device 35.
- the power supply 6 is, for example, a rectifier circuit that converts an AC voltage supplied from an external single-phase power supply or a three-phase power supply of the motor control device 30 into a DC voltage and outputs the AC voltage.
- the first electric motor 1 is connected to the power conversion device 35 via the three-phase power line 10.
- the second electric motor 2 is connected to the branched three-phase power line 11 branched in the middle of the three-phase power line 10.
- the second electric motor 2 is connected to the power conversion device 35 via the branched three-phase power line 11 and the three-phase power line 10.
- the switching device 9 is provided on the branch three-phase power line 11.
- the control device 7 is connected to each of the power conversion device 35, the current detection device 8, and the switching device 9 via a signal line.
- the fan 3 is attached to the first electric motor 1, and the fan 4 is attached to the second electric motor 2.
- the electric motor control device 30 controls the heat exchange capacity of the heat source side heat exchanger 15 by controlling the number of electric motors to be driven and the number of rotations of the electric motors to be driven among the first electric motor 1 and the second electric motor 2. To do.
- the first electric motor 1 and the second electric motor 2 are, for example, brushless DC motors.
- Each of the first motor 1 and the second motor 2 has a rotor and a stator (not shown).
- the stator has a U-phase, V-phase and W-phase three-phase winding.
- a permanent magnet is provided on the rotor.
- a current flows through the windings in response to the three-phase voltage applied from the power converter 35 to each electric motor, so that the stator generates a rotating magnetic field around the rotor.
- the brushless DC motor applies a three-phase AC voltage of appropriate phase and frequency to the stator according to the position of the rotor, generates a rotating magnetic field around the rotor, and attracts and repels the rotating magnetic field and the rotor. Is used to rotate the rotor at a desired rotation speed. At that time, it is necessary to detect the position of the rotor.
- a method of detecting the position of the rotor for example, there are a method of detecting by a hall sensor installed in the electric motor and a method of calculating by calculation from the three-phase current flowing in the electric motor.
- the electric motor control device 30 estimates the position of the rotor by calculation from the three-phase current flowing through the electric motor.
- the upper control device 23 is, for example, a microcomputer.
- the host control device 23 has a memory 82 for storing a program and a CPU (Central Processing Unit) 81 for executing processing according to the program.
- the upper control device 23 is located on the upstream side of the control device 7 in the signal system.
- the host control device 23 is a control device that issues a command to the control device 7.
- the commands include, for example, a speed command value ⁇ _ref, which is a command value for the rotation speed of the electric motor, and a stop command for instructing the stop of the rotation of the electric motor.
- a remote controller for inputting an instruction by the user may be connected to the host controller 23.
- the power conversion device 35 is the inverter 5 and may have a configuration capable of converting a DC voltage into an AC voltage.
- the current detection device 8 detects the three-phase current Iuvw1 flowing through the first electric motor 1 and the three-phase current Iuvw2 flowing through the second electric motor 2.
- the position where the sum of the current flowing through the first motor 1 and the current flowing through the second motor 2 can be detected on the three-phase power line 10 is defined as PA.
- the position where only the current flowing through the first electric motor 1 can be detected on the three-phase power line 10 is defined as PB.
- a position on the branched three-phase power line 11 where only the current flowing through the second electric motor 2 can be detected is defined as a PC.
- the three phases constituting the three-phase power line 10 are referred to as U1 phase, V1 phase and W1 phase.
- the three phases constituting the branched three-phase power line 11 are U2 phase, V2 phase and W2 phase.
- the current detection device 8 detects the current flowing through all the phases from the currents flowing at the positions PA, PB, and PC. In the configuration shown in FIG. 2, the current detector 8 detects the current flowing in the U1 phase and the W1 phase at the position PB, and the current flowing through the U2 phase and the W2 phase at the position PC. It has a second current detector 8b for detection.
- the first current detector 8a and the second current detector 8b are, for example, current transformers.
- the current flowing in the V1 phase is calculated by the control device 7 from the current values flowing in the U1 phase and the W1 phase.
- the control device 7 calculates the current flowing in the V2 phase by calculation from the current values flowing in the U2 phase and the W2 phase. Further, the current flowing through the position PA is calculated by the control device 7 as the sum of the current flowing through the position PB and the current flowing through the position PC.
- the position where each current is detected is not limited to the position shown in FIG. There may be two locations, position PA and position PB, or two locations, position PA and position PC.
- the inverter 5 may be provided with a current detection unit using a shunt resistor instead of providing the current detection device 8 at the position PA.
- the arrangement of the current detection device 8 is not limited to the position shown in FIG.
- the first current detector 8a may detect the currents of the U1 phase and the V1 phase.
- the switching device 9 has a switch 9a connected to the U2 phase power line and a switch 9b connected to the W2 phase power line.
- the switch 9a electrically connects or disconnects the U2 phase power line.
- the switch 9b electrically connects or disconnects the W2 phase power line.
- the switching device 9 receives the switching signal SW from the control device 7, the switching device 9 connects the second electric motor 2 to the three-phase power line 10 or disconnects the second electric motor 2 from the three-phase power line 10 according to the switching signal SW.
- the switching signal SW includes a switching signal SW_ON from the off state to the on state and a switching signal SW_OFF from the on state to the off state for the switching device 9.
- the switching device 9 is, for example, a relay. In this case, each of the switches 9a and 9b is a contact portion of the relay.
- failure modes of the switching device 9 There are two types of failure modes as the failure modes of the switching device 9. Even if the control device 7 outputs the switching signal SW_ON to the switching device 9 in the off state, there is a failure mode in which the switches 9a and 9b do not switch from the off state to the on state. This failure mode is called an off failure. An off failure is a failure that occurs because one or both of the switches 9a and 9b do not switch from the off state to the on state. Further, even if the control device 7 outputs the switching signal SW_OFF to the switching device 9 in the on state, there is a failure mode in which the switches 9a and 9b do not switch from the on state to the off state. This failure mode is called an on failure. An on-failure is a failure that occurs because one or both of the switches 9a and 9b do not switch from the on state to the off state.
- the inverter 5 has a switching element 51 connected to the positive electrode side of the power supply 6 and a switching element 52 connected to the negative electrode side of the power supply 6 with respect to the U phase.
- the backflow prevention element 61 is connected in parallel to the switching element 51, and the backflow prevention element 62 is connected in parallel to the switching element 52.
- the inverter 5 has a switching element 53 connected to the positive electrode side of the power supply 6 and a switching element 54 connected to the negative electrode side of the power supply 6 with respect to the V phase.
- the backflow prevention element 63 is connected in parallel to the switching element 53, and the backflow prevention element 64 is connected in parallel to the switching element 54.
- the inverter 5 has a switching element 55 connected to the positive electrode side of the power supply 6 and a switching element 56 connected to the negative electrode side of the power supply 6 with respect to the W phase.
- the backflow prevention element 65 is connected in parallel to the switching element 55, and the backflow prevention element 66 is connected in parallel to the switching element 56.
- the three-phase voltage command value Vuvw_ref is input from the control device 7 to the inverter 5.
- the inverter 5 compares the waveform of the three-phase voltage command value Vuvw_ref with the carrier wave, and performs power conversion by PWM (Pulse Width Modulation) control.
- PWM Pulse Width Modulation
- the inverter 5 PWM-controls the DC voltage of the power supply 6 in response to the three-phase voltage command value Vuvw_ref received from the control device 7, converts the DC voltage into a three-phase voltage, and supplies the DC voltage to the first electric motor 1 and the second electric motor 2.
- the switching elements 51 to 56 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
- the backflow prevention elements 61 to 66 are, for example, diodes.
- the control device 7 performs vector control based on the rotation speed command value ⁇ _ref input from the host control device 23 and the detected three-phase currents Iuvw1 and Iuvw2, and outputs the three-phase voltage command value Vuvw_ref to the inverter 5. .. Further, the control device 7 outputs a switching signal SW to the switching device 9.
- the control device 7 is, for example, a microcomputer.
- FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of the control device shown in FIG.
- the control device 7 has a memory 72 for storing a program and a CPU 71 for executing processing according to the program.
- the control device 7 includes a power control means 73, a failure determination means 74, and a switching control means 75.
- the power control means 73 outputs the three-phase voltage command value Vuvw_ref to the inverter 5.
- the failure determination means 74 performs a failure determination to identify a failure location of the switching device 9 based on the current information detected by the current detection device 8.
- the switching control means 75 outputs the switching signal SW to the switching device 9 according to the instruction signal instructing the switching of the connection from the power control means 73. Further, the switching control means 75 outputs the switching signal SW to the switching device 9 according to the determination result of the failure determining means 74.
- FIG. 5 is a flowchart showing an operation procedure of the electric motor control device according to the first embodiment.
- the failure determination means 74 determines the failure of the switching device 9 (steps S101 and S102).
- the failure determination timing is, for example, after the switching control means 75 receives the instruction signal from the power control means 73 and outputs the switching signal SW corresponding to the received switching signal to the switching device 9.
- the failure determination means 74 determines whether or not the two switches 9a and 9b connected to the same branch three-phase power line 11 have an off failure (step S101). When one switch has an off failure, the changeover control means 75 sets a changeover signal in order to make the on state of the normally operating switch among the two switches 9a and 9b the same as the off state of the failed switch. SW_OFF is transmitted to the switching device 9 (step S103).
- the failure determination means 74 determines whether or not the two switches 9a and 9b connected to the same branch three-phase power line 11 have an ON failure (step S102).
- the changeover control means 75 sets a changeover signal in order to make the off state of the normally operating switch among the two switches 9a and 9b the same as the on state of the failed switch.
- SW_ON is transmitted to the switching device 9 (step S104).
- the electric motor control device 30 of the first embodiment is provided on a power conversion device 35 that supplies a three-phase voltage to the first electric motor 1 and the second electric motor 2 and a branched three-phase power line 11 connected to the second electric motor 2. It has a switching device 9, a current detecting device 8 for detecting a three-phase current, and a control device 7.
- the control device 7 has a failure determination means 74 and a switching control means 75.
- the failure determination means 74 determines the failure of the switching device 9 by identifying the phase of the power line in which no current is flowing among the three-phase power lines of the second electric motor 2.
- the switching control means 75 When the switching control means 75 detects a failure of one of the two switches 9a and 9b of the switching device 9 as a result of the failure determination, the switching control means 75 changes the on or off state of the switch that operates normally to the failed switch. Make it the same as the state of.
- the operation and effect of the first embodiment will be described.
- the state of the switch that operates normally is set. Make it the same as the state of the failed switch.
- the second electric motor 2 is connected to the inverter 5 via a branch three-phase power line 11 to which the failed switch is connected, but in the case of an off failure, the switching device 9 is turned off, so that the phase is open. It can be prevented from becoming. In the case of an on failure, the switching device 9 is turned on to prevent a phase loss state.
- the normal switch is also turned on in accordance with the failed switch. Therefore, it is possible to prevent the second electric motor 2 from being out of phase, maintain the normal first electric motor 1 in an operable state, and continue the operation of the air conditioner 24.
- the air conditioner 24 provided with the electric motor control device 30 of the first embodiment if one of the switches 9a and 9b of the switching device 9 fails to turn off, the number of fans that can be operated decreases and the capacity is limited. Even if it is done, appropriate control is performed according to the detected failure state. As a result, it is possible to perform emergency operation in which the operation of the operable electric motors is continued without making all the electric motors inoperable.
- the air conditioner 24 provided with the electric motor control device 30 if one of the switches 9a and 9b of the switching device 9 fails to turn on, the air volume becomes excessive, but all the electric motors cannot be operated. Without doing so, it is possible to perform emergency operation that continues the operation of the operable electric motor.
- Embodiment 2 is a specific example of the failure determination method described in the first embodiment.
- the same reference numerals are given to the same configurations as those described in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
- FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of a control device in the electric motor control device according to the second embodiment.
- the control device 7a has a configuration including a timer 76 for measuring time in addition to the configuration of the control device 7 shown in FIG.
- the memory 72 shown in FIG. 2 stores a table for identifying a failure location and a plurality of threshold values that serve as criteria for determining a failure.
- the memory 72 stores the current threshold values X1 to X4 and the time threshold values Tth1 to Tth3.
- 7 and 8 are flowcharts showing the procedure of the operation executed by the control device to detect the off failure in the second embodiment.
- the failure determination means 74 When the failure determination means 74 transmits the switching signal SW_ON for switching the switching device 9 from the off state to the on state to the switching device 9, the failure determination means 74 starts measuring the time T5 elapsed from the transmission of the switching signal SW_ON (step S201). ). The failure determining means 74 compares the effective value of the current Iu1 detected at the position PB with the current threshold value X2 (step S202). As a result of comparison, when the effective value of the current Iu1 is less than X2, the failure determining means 74 measures the time T6_u1 during which the effective value of the current Iu1 is less than the current threshold value X2 (step S203).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iv1 detected at the position PB with the current threshold value X2 (step S202), and when the effective value of the current Iv1 is less than the current threshold value X2, the effective value of the current Iv1 The time T6_v1 when the value is less than X2 is measured (step S203). Further, the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iw1 detected at the position PB with the current threshold value X2 (step S202), and when the effective value of the current Iw1 is less than X2, the effective value of the current Iw1 is The time T6_w1 that is less than X2 is measured (step S203).
- the failure determining means 74 compares the time T6_u1, T6_v1 and T6_w1 with the time threshold Tth1 (step S212). As a result of comparison, when there is a time T6_K (K is u1, v1 or w1) having a time threshold value Tth1 or more among the times T6_u1, T6_v1 and T6_w1, the failure determining means 74 causes a current to flow in the phase corresponding to the time T6_K. Judge that it is not. On the other hand, if none of the conditions are met as a result of the determination in step S202, the failure determination means 74 resets the times T6_u1, T6_v1 and T6_w1 (step S204).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iu2 detected by the position PC with the current threshold value X3 (step S205). As a result of comparison, when the effective value of the current Iu2 is less than X3, the failure determining means 74 measures the time T7_u2 during which the effective value of the current Iu2 is less than the current threshold value X3 (step S206). Further, the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iv2 detected at the position PC with the current threshold X3 (step S205), and when the effective value of the current Iv2 is less than the current threshold X3, the effective value of the current Iv2 The time T7_v2 at which the value is less than X3 is measured (step S206).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iw2 detected by the position PC with the current threshold X3 (step S205), and when the effective value of the current Iw2 is less than X3, the effective value of the current Iw2 is The time T7_w2 that is less than X3 is measured (step S206). The failure determining means 74 compares the times T7_u2, T7_v2 and T7_w2 with the time threshold Tth1 (step S212).
- the failure determining means 74 causes a current to flow in the phase corresponding to the time T7_L. Judge that it is not. On the other hand, if none of the conditions are met as a result of the determination in step S205, the failure determination means 74 resets the times T7_u2, T7_v2 and T7_w2 (step S207).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iu flowing in the position PA calculated from the currents Iu1 and Iu2 with the current threshold value X4 (step S208). Then, when the effective value of the current Iu is less than the current threshold value X4, the failure determining means 74 measures the time T8_u during which the effective value of the current Iu is less than the current threshold value X4 (step S209). Further, the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iv flowing in the position PA calculated from the currents Iv1 and Iv2 with the current threshold value X4 (step S208). Then, when the effective value of the current Iv is less than the current threshold value X4, the failure determining means 74 measures the time T8_v during which the effective value of the current Iv is less than X4 (step S209).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iw flowing in the position PA calculated from the currents Iw1 and Iw2 with the current threshold value X4 (step S208). Then, when the effective value of the current Iw is less than the current threshold value X4, the failure determining means 74 measures the time T8_w when the effective value of the current Iw is less than X4 (step S209). The failure determining means 74 compares the times T8_u, T8_v and T8_w with the time threshold Tth1 (step S212).
- the failure determining means 74 can detect the phase in which no current is flowing. By detecting the phase in which no current is flowing, the failure determining means 74 can determine that the switch connected to the detected phase may be off-failed.
- the causes of failure in which no current flows include disconnection of the power line connecting the inverter 5 and the first motor 1, disconnection of the power line connecting the inverter 5 and the second motor 2, and disconnection of the inverter 5. Failure is also possible.
- the failure determination means 74 refers to the failure determination pattern table stored in the memory 72 (step S213), and identifies the failure location.
- the time threshold value Tth2 which is the determination standard, is set to the time at which the failure determination means 74 determines the determination in step S212 at least once. Therefore, the failure determination means 74 proceeds to step S212 in the first determination in step S211 and returns to step S202 if none of the conditions are satisfied in the determination in step S212.
- the failure determination means 74 determines that the switching device 9 has not failed off and is normal (step S214).
- FIG. 9 is a diagram showing an example of a table stored in the memory of the control device shown in FIG. This table identifies the failure location from failure patterns that indicate the phases in which current was detected and the phases in which current was not detected.
- FIG. 9 is an excerpt of a part of the table.
- the circle mark means that the current is flowing in the phase described in the uppermost column
- the cross mark means that the current is flowing in the phase described in the uppermost column. It means not.
- failure pattern 1 is a case where the current Iu is not detected, but all other currents are detected.
- the currents Iu1 and Iu2 can be detected because the circulating current is flowing between the first electric motor 1 and the second electric motor 2.
- the failure pattern 4 When the circulating current does not flow between the first electric motor 1 and the second electric motor 2, it corresponds to the failure pattern 4, and it can be determined that the U-phase failure of the inverter 5 is the same as the failure pattern 1.
- Failure pattern 7 is a case where the current Iu1 is not detected, but all other currents are detected.
- the inverter 5 is operating normally because the current Iu can be detected.
- the switch 9a connected to the U2 phase operates normally and the wiring of the U2 phase is not broken.
- the failure pattern 7 can be determined that the wiring of the U1 phase is broken.
- the failure pattern 10 is a case where the current Iu2 is not detected, but all other currents are detected. In the failure pattern 10, since the current Iu can be detected, it can be seen that the inverter 5 is operating normally. Since the current Iu1 can be detected in the failure pattern 10, it can be seen that the U1 phase wiring is not broken. On the other hand, since the current Iu2 cannot be detected, it can be determined that the failure pattern 10 is an off failure of the switch 9a or the U2 phase wiring is broken.
- FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of an operation executed by the control device in order to detect an on-failure in the second embodiment.
- the switching control means 75 transmits a switching signal SW_OFF for switching from the on state to the off state to the switching device 9, and starts measuring the time T1 elapsed after transmitting the switching signal SW_OFF (step S301).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iu2 detected at the position PC with the current threshold value X1 (step S302). Then, when the effective value of the current Iu2 is the current threshold value X1 or more, the failure determining means 74 measures the time T2_u2 when the effective value of the current Iu2 is the current threshold value X1 or more (step S303).
- the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iv2 detected at the position PC with the current threshold value X1 (step S302). Then, when the effective value of the current Iv2 is the current threshold value X1 or more, the failure determination means 74 measures the time T2_v2 when the effective value of the current Iv2 is the current threshold value X1 or more (step S303). Further, the failure determining means 74 compares the effective value of the current Iw2 detected at the position PC with the current threshold value X1 (step S302).
- the failure determining means 74 measures the time T2_w2 when the effective value of the current Iw2 is the current threshold value X1 or more (step S303).
- the failure determining means 74 compares the time T2_u2, T2_v2 and T2_w2 with the time threshold Tth3 (step S306). As a result of comparison, when there is a time T2_N (N is u2, v2 or w2) which is equal to or higher than the time threshold value Tth3 among the time T2_u2, T2_v2 and T2_w2, the failure determining means 74 has a current in the phase corresponding to the time T2_N. Judge that is flowing.
- FIG. 11 is a diagram showing an example of another table stored in the memory of the control device shown in FIG.
- the table shown in FIG. 11 identifies a failed switch from a failure pattern showing a phase in which current was detected and a phase in which no current was detected.
- the circle mark means that the current is flowing in the phase described in the uppermost column
- the cross mark means that the current is flowing in the phase described in the uppermost column. It means not.
- the failure determining means 74 can detect that the switch connected to the phase in which the current flows is on-failed by detecting the phase in which the current is flowing.
- the failure determination means 74 has a time T2_N (N is u2, v2 or w2) having a time threshold value of Tth3 or more among the times T2_u2, T2_v2 and T2_w2, the failure determination means 74 refers to the failure determination pattern table shown in FIG. The location is specified (step S307).
- step S305 the time threshold value Tth4, which is the determination standard, is set to the time at which the failure determination means 74 determines the determination in step S306 at least once. Therefore, the failure determination means 74 proceeds to step S306 in the first determination in step S305, and returns to step S302 if none of the conditions are satisfied in the determination in step S306.
- the failure determination means 74 determines that the switching device 9 has not failed and is normal (step S308).
- FIG. 12 is a time chart showing the timing of determining the failure of the switching device in the second embodiment. It is difficult to switch from one-unit operation to two-unit operation while the motor is operating. Therefore, here, when switching to the operation of two units, the control device 7 is in a state where the output of the inverter 5 is stopped once, the switching device 9 is turned on, and the first electric motor 1 and the second electric motor 2 are connected in parallel. It shall be restarted. Further, even at the first start-up, it is assumed that the first electric motor 1 and the second electric motor 2 are started in parallel.
- the control device 7 Before the first start, the control device 7 has a load such as the presence or absence of a short circuit between the upper and lower arms of the inverter 5 and a short circuit between the windings of the first motor 1 and the second motor 2 before switching the switching device 9 to the ON state. Make sure there is no short circuit on the side.
- the power control means 73 operates three sets of upper and lower arms in the inverter 5 for each set, and determines whether or not there is an abnormality in the upper and lower arms of each set. Subsequently, the switching control means 75 turns on the switching device 9, and the failure determining means 74 determines an off failure of the switching device 9.
- the failure determination means 74 determines the on failure. After that, the switching control means 75 switches from the operation of one unit to the operation of two units again, and the failure determination means 74 determines the off failure.
- the electric motor control device 30 of the second embodiment fails by specifying one phase or a combination of two or more phases in which no current is flowing among the three phases of the first electric motor 1 and the second electric motor 2. Identify the location.
- the control device 7 stores a table of failure determination patterns, and by referring to the failure determination pattern table from the current information detected by the current detection device 8, the failure location of the switching device 9 can be specified.
- the control device 7 can identify the failure location of the inverter 5 and the disconnection location of the three-phase power line. Further, the failure determination of the switching device 9 can be performed even when the electric motor is in operation. Therefore, the host control device 23 can control the air conditioner 24 according to the failure location even when the electric motor is in operation.
- Embodiment 3 the operation after the failure detection is added to the electric motor control device described in the first embodiment.
- the same components as those described in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
- the failure determination method of the switching device 9 is the same as the method described in the second embodiment, the detailed description thereof will be omitted in the third embodiment.
- the configuration of the electric motor control device 30 of the third embodiment is the same as the configuration described in the second embodiment, detailed description thereof will be omitted.
- FIG. 13 is a flowchart showing a part of the processing after the off failure determination at the time of the first start-up by the control device of the third embodiment.
- FIG. 14 is a flowchart showing a part of the processing after the off failure determination at the time of the first start-up in the upper control device of the third embodiment.
- the failure determination means 74 When the failure determination means 74 performs an off failure determination and a failure corresponding to any of the failure patterns is detected among the failure determination patterns (step S401), the power control means 73 stops with respect to the inverter 5. The command is transmitted (step S402). Then, the failure determination means 74 transmits the information of the failure pattern determined by the off failure determination to the host control device 23 (step S403).
- the host control device 23 receives the failure pattern information from the control device 7 (step S451), and notifies the user of the failure location based on the received failure pattern (step S452). As a method of issuing an alarm, for example, there is a method of outputting an alarm sound. Further, when the remote controller connected to the host controller 23 has a display (not shown in the figure), the host controller 23 may display a failure location on the display with a message.
- FIG. 15 is a flowchart showing a part of the processing after the off-failure determination is performed by the control device of the third embodiment other than the first startup.
- FIG. 16 is a flowchart showing a part of the processing after the off failure determination is executed other than the first start-up in the upper control device of the third embodiment.
- the failure determination means 74 performs an off failure determination (steps S501 and S504). As a result of the determination, when an off failure of all the switches 9a and 9b connected to the same branch three-phase power line 11 is detected (step S501), the failure determination means 74 determines the failure pattern by the off failure determination. Is notified to the host control device 23 (step S502).
- the failure pattern in this case is, for example, the failure pattern 13 shown in FIG.
- the host control device 23 receives a failure pattern from the control device 7 (step S551), and when the received failure pattern is an off failure of the switches 9a and 9b (step S552), the upper control device 23 changes the rotation speed command value and controls the control device. It is transmitted to 7 (step S554). Specifically, the host control device 23 drives the first electric motor 1 at a rotation speed equal to or less than the maximum rotation speed of the first electric motor 1 at a rotation speed that can secure as much air volume as possible to perform a desired heat exchange. The possible rotation speed command value is transmitted to the control device 7.
- the host control device 23 notifies the user of the failure location based on the failure pattern received from the control device 7 (step S555). Subsequently, the host control device 23 prompts the user to instruct whether to stop the inverter 5 or continue the operation (step S556).
- the host controller 23 transmits a stop command to the inverter 5 via the control device 7 (step S558). ..
- the power control means 73 transmits the three-phase voltage command value Vuvw_ref corresponding to the rotation speed command value received from the host control device 23 to the inverter 5 (step S503). ).
- the switching control means 75 will be described in the first embodiment.
- the switching device 9 is controlled (step S505).
- the failure pattern in this case is, for example, the failure pattern 10 or 12 shown in FIG.
- the failure determination means 74 notifies the host control device 23 of the failure pattern determined by the off failure determination (step S502).
- the host control device 23 receives a failure pattern from the control device 7 (step S551), and when the received failure pattern is an off failure of any one of the switches 9a and 9b (step S552), the rotation speed command value. Is changed (step S554). Specifically, the host control device 23 drives the first electric motor 1 at a rotation speed equal to or less than the maximum rotation speed of the first electric motor 1 at a rotation speed that can secure as much air volume as possible to perform a desired heat exchange. The possible rotation speed command value is transmitted to the control device 7.
- the host control device 23 notifies the user of the failure location based on the failure pattern received from the control device 7 (step S555). Subsequently, the host control device 23 prompts the user to instruct whether to stop the inverter 5 or continue the operation (step S556).
- the host controller 23 transmits a stop command to the inverter 5 via the control device 7 (step S558). ..
- the power control means 73 transmits the three-phase voltage command value Vuvw_ref corresponding to the rotation speed command value received from the host control device 23 to the inverter 5 (step S503). ).
- the power control means 73 transmits a stop command to the inverter 5 (step). S507).
- the failure determination means 74 notifies the host control device 23 of the failure pattern determined by the off failure determination (step S508).
- the failure pattern in this case is, for example, the failure patterns 1 to 9 or 11 shown in FIG.
- the host control device 23 notifies the user of the failure location based on the failure pattern received from the control device 7 (step S553).
- FIG. 17 is a flowchart showing a part of the processing after the on-failure determination is performed by the control device of the third embodiment.
- FIG. 18 is a flowchart showing a part of the processing after the on-failure determination is performed in the higher-level control device of the third embodiment.
- the failure determination means 74 performs an on-failure determination (steps S601 and S602). As a result of the determination, when an on-failure of all the switches 9a and 9b connected to the same branched three-phase power line 11 is detected (step S601), the failure determination means 74 determines the failure pattern determined by the on-failure determination. Notify the host control device 23 (step S603).
- the failure pattern in this case is, for example, the failure pattern 1 shown in FIG.
- the host control device 23 receives a failure pattern from the control device 7 (step S651), and when the received failure pattern is an on failure of the switches 9a and 9b, changes the rotation speed command value and transmits the failure pattern to the control device 7. (Step S652).
- the rotation speed command value is a rotation speed equal to or higher than the minimum rotation speed at which the first motor 1 and the second motor 2 can be driven in parallel, and the rotation speed at which the air volume required for desired heat exchange can be secured as much as possible. Drives the first electric motor 1 and the second electric motor 2.
- the host control device 23 notifies the user of the failure location based on the failure pattern received from the control device 7 (step S653). Subsequently, the host control device 23 prompts the user to instruct whether to stop the inverter 5 or continue the operation (step S654).
- the host controller 23 transmits a stop command to the inverter 5 via the control device 7 (step S656). ..
- the power control means 73 transmits the three-phase voltage command value Vuvw_ref corresponding to the rotation speed command value received from the host control device 23 to the inverter 5 (step S604). ).
- the switching control means 75 will be described in the first embodiment.
- the switching device 9 is controlled (step S605).
- the failure pattern in this case is, for example, the failure pattern 2 or 3 shown in FIG.
- the failure determination means 74 notifies the host control device 23 of the failure pattern determined by the on-failure determination (step S603).
- the host control device 23 receives a failure pattern from the control device 7 (step S651), and when the received failure pattern is an on failure of any one of the switches 9a and 9b, the rotation speed command value is changed. It is transmitted to the control device 7 (step S652).
- the rotation speed command value is a rotation speed equal to or higher than the minimum rotation speed at which the first motor 1 and the second motor 2 can be driven in parallel, and the rotation speed at which the air volume required for desired heat exchange can be secured as much as possible. Drives the first electric motor 1 and the second electric motor 2.
- the host control device 23 notifies the user of the failure location based on the failure pattern received from the control device 7 (step S653). Subsequently, the host control device 23 prompts the user to instruct whether to stop the inverter 5 or continue the operation (step S654).
- the host controller 23 transmits a stop command to the inverter 5 via the control device 7 (step S656). ..
- the power control means 73 transmits the three-phase voltage command value Vuvw_ref corresponding to the rotation speed command value received from the host control device 23 to the inverter 5 (step S604). ).
- the air conditioner 24 of the third embodiment detects an abnormality among the failure of the switching device 9, the failure of the inverter 5, and the disconnection of the wiring connected to the first electric motor 1 and the second electric motor 2. , Notify the user of the abnormal part.
- the air conditioner 24 allows the user to select whether to stop the operation or continue the operation after notifying the user of the abnormal portion.
- the control device 7 executes the on-failure determination and the off-failure determination of the switching device 9, the state of the electric motor being driven can be grasped. Therefore, when the air conditioner 24 continues the operation of the electric motor even after the on-failure or the off-failure of the switching device 9 occurs, the control device 7 issues a rotation speed command according to the number of the electric motors being driven. change. As a result, the air volume of the air supplied to the heat source side heat exchanger 15 of the air conditioner 24 can be brought close to the air volume actually required. The air conditioner 24 can be operated by reducing the difference between the required heat exchange capacity and the actual heat exchange capacity. Further, the control device 7 can identify the failure location and notify the user of the failure location via the host control device 23. As a result, the user can quickly grasp the failure location, and the time from failure detection to restoration to the normal state can be shortened.
- Embodiment 4 Compared with the third embodiment, the fourth embodiment is different from the refrigerant circuit of the air conditioner in a part of the operation after the failure detection by the control device.
- the same components as those described in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the operation described in the fourth embodiment will be described in detail different from the operation described in the third embodiment, and the detailed description of the same operation as in the third embodiment will be omitted.
- FIG. 19 is a refrigerant circuit diagram showing a configuration example of the air conditioner according to the fourth embodiment.
- the first electric motor 1, the second electric motor 2, and the electric motor control device 30 are not shown.
- the heat source side heat exchangers 15 and 16 are provided in parallel with the refrigerant circuit 48.
- a fan 3 is installed corresponding to the heat source side heat exchanger 15, and a fan 4 is installed corresponding to the heat source side heat exchanger 16.
- the heat source side heat exchanger 15 is located near the fan 3 so as to be exposed to the wind generated by the fan 3.
- the heat source side heat exchanger 16 is located near the fan 4 so as to be exposed to the wind generated by the fan 4.
- a solenoid valve 20 is provided in the refrigerant pipe 45 through which the refrigerant flows through the heat source side heat exchanger 16.
- the solenoid valve 20 is connected between the solenoid valve 21 and the heat source side heat exchanger 16 and adjusts the amount of refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 16.
- FIG. 20 is a flowchart showing a part of the processing after the off failure detection determination other than the first startup by the control device of the fourth embodiment.
- FIG. 21 is a flowchart showing a part of the processing after the off failure determination is executed other than the first start-up in the upper control device of the fourth embodiment.
- FIG. 22 is a flowchart showing a part of the processing after the on-failure determination is performed by the control device of the fourth embodiment.
- FIG. 23 is a flowchart showing a part of the processing after the on-failure determination is performed in the higher-level control device of the fourth embodiment.
- steps S701 to S708 shown in FIG. 20 Since the operation of steps S701 to S708 shown in FIG. 20 is the same as that of steps S501 to S508 described with reference to FIG. 15, detailed description thereof will be omitted. Since the operations of steps S801 to 805 shown in FIG. 22 are the same as those of steps S601 to S605 described with reference to FIG. 17, detailed description thereof will be omitted.
- step S852 of the above is increased by one.
- the upper control device 23 controls the opening degree of the solenoid valve 20 before transmitting the rotation speed command value to the control device 7 (step S754 in FIG. 21 and step S852 in FIG. 23). Specifically, when an off-failure or an on-failure of the switching device 9 occurs, the host control device 23 fully closes the solenoid valve 20 to control the heat source side heat exchanger 16 so that the refrigerant does not flow into the heat exchanger 16.
- the air conditioner 24 of the fourth embodiment includes the electric motor control device 30, two heat source side heat exchangers 15 and 16 connected in parallel in the refrigerant circuit 48, two fans 3 and 4, and a fan. It has a first electric motor 1 and a second electric motor 2 corresponding to 3 and 4.
- the control device 7 controls so that the refrigerant does not flow into the heat source side heat exchanger 16 provided corresponding to the second electric motor 2.
- the switching device 9 fails off, the amount of refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 16 arranged corresponding to the second electric motor 2 connected to the inverter 5 via the switching device 9 is limited. In this case, the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 16 when the solenoid valve 20 is not fully closed can flow into the heat source side heat exchanger 15.
- the electromagnetic valve 20 is fully closed, the amount of refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 15 can be increased as compared with the case where the electromagnetic valve 20 is not fully closed, so that the heat in the heat source side heat exchanger 15 can be increased.
- the exchange capacity can be improved.
- the switching device 9 when the switching device 9 is turned on and failed, the amount of refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 16 arranged corresponding to the second electric motor 2 connected to the inverter 5 via the switching device 9 is limited. To. As in the case where the switching device 9 is operating normally, heat exchange is not performed in the heat source side heat exchanger 16. Therefore, when the solenoid valve 20 is fully closed, the heat exchange capacity of the heat source side heat exchanger 15 and the heat source side heat exchanger 16 as a whole is suppressed as compared with the case where the solenoid valve 20 is not fully closed. can do.
- the heat source side heat exchanger 15 and the heat source are compared with the case where the solenoid valve 20 is fully closed and the case where the solenoid valve 20 is not fully closed.
- the control range of the heat exchange capacity as a whole including the side heat exchanger 16 can be expanded. As a result, it is possible to provide an air conditioner 24 that operates by reducing the difference between the required heat exchange capacity and the actual heat exchange capacity when the switching device 9 fails.
- the switching device 9 fails, the refrigerant is efficiently used by controlling so that the refrigerant does not flow into the heat source side heat exchanger 16 in which heat exchange is rarely performed or heat exchange is unnecessary. can do.
- the switching device 9 fails off, the amount of air sucked by the fan 4 driven by the second electric motor 2 becomes 0 [m ⁇ 3 / h], so even if the refrigerant flows into the heat source side heat exchanger 16, almost all heat is generated. Not exchanged. Therefore, by controlling the heat source side heat exchanger 16 so that the refrigerant does not flow into the heat exchanger 16, the efficiency of using the refrigerant can be improved.
- the on failure is detected when switching from the parallel operation of the first motor 1 and the second motor 2 to the operation of only the first motor 1, and when switching to the operation of only the first motor 1, heat exchange on the heat source side. Heat exchange by the vessel 16 becomes unnecessary.
- the switching device 9 is turned on and fails, wind is sucked by the fan 4 driven by the second electric motor 2. Therefore, when the refrigerant flows into the heat source side heat exchanger 16, heat exchange occurs more than necessary in the heat source side heat exchanger 16. Will be done. Therefore, by controlling the heat source side heat exchanger 16 so that the refrigerant does not flow into the heat source side heat exchanger 16, it is possible to prevent the heat source side heat exchanger 16 from exchanging heat more than necessary and improve the utilization efficiency of the refrigerant.
- Embodiment 5 the timing of the current detection used for the failure determination is different from that in the second embodiment.
- the same components as those described in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the operation described in the fifth embodiment will be described in detail different from the operation described in the second embodiment, and the detailed description of the same operation as in the second embodiment will be omitted.
- FIG. 24 is a flowchart showing a part of the processing related to the drive control of the first electric motor after the switching device is turned on in the control device of the fifth embodiment.
- the power control means 73 executes the start control (step S901), so that the first electric motor 1 and the second electric motor 2 have been stopped in advance. To restart. Subsequently, the power control means 73 executes synchronous pull-in control for the first electric motor 1 and the second electric motor 2 while referring to the current detected by the current detection device 8 (step S902).
- the power control means 73 controls the d-axis current to be constant, and controls the d-axis current so that the estimated value of the q-axis magnetic flux estimated from the current flowing through the electric motor becomes zero.
- the power control means 73 makes the current flowing through the first electric motor 1 and the second electric motor 2 constant by synchronous pull-in control. After executing the synchronous pull-in control, the power control means 73 shifts to the normal control (step S903), and accelerates the first electric motor 1 and the second electric motor 2 to the target rotation speed.
- FIG. 25 is a flowchart showing a part of the processing related to the drive control of the first electric motor after the switching device is turned off in the control device of the fifth embodiment.
- the switching control means 75 transmits the switching signal SW_OFF to the switching device 9
- the power control means 73 executes synchronous pull-in control with respect to the first electric motor 1 while referring to the current detected by the current detecting device 8. Step S1001).
- the power control means 73 shifts to the normal control (step S1002) and accelerates the first electric motor 1 to the target rotation speed.
- the failure determination means 74 uses the current detected during the synchronous pull-in control as the current used for the failure determination.
- the current value used for the failure determination is, for example, the average value of the current values sampled at regular intervals during the synchronous pull-in control.
- the electric motor control device 30 of the fifth embodiment performs synchronous pull-in control for the first electric motor 1 and the second electric motor 2, and the failure determination means 74 performs synchronous pull-in control.
- the current detected by the current detection device 8 is used for failure determination.
- the failure determination means 74 uses the current detected during the synchronous pull-in control for the failure determination, so that the probability of erroneously determining whether or not the current is flowing can be reduced. Therefore, the accuracy of failure determination can be improved.
- control device 7 and the upper control device 23 have been described with separate configurations, but the control device 7 and the upper control device 23 may be integrated.
- the load of the electric motor is described in the case of the fan for the air conditioner, but the load is not limited to the fan for the air conditioner.
- the failure determination of the switching device 9 described in the first and second embodiments and the control after the failure determination of the switching device 9 described in the third to fourth embodiments are various regardless of the type of the load of the electric motor. It can be applied to various loads.
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Abstract
電動機制御装置は、互いに並列に接続された2台の電動機に三相電圧を供給する電力変換装置と、2台の電動機のうち、一方の電動機と電力変換装置とを接続する三相電力線と、2台の電動機のうち、他方の電動機と電力変換装置とを接続し、三相電力線から分岐した分岐三相電力線と、分岐三相電力線のうち、2つの相の電力線に設けられ、電力線を電気的に接続するオン状態または切断するオフ状態にする2つのスイッチを備えた切替装置と、2台の電動機に流れる三相電流を検知する電流検出装置と、制御装置とを有し、制御装置は、三相電力線および分岐三相電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定して切替装置の故障判定を行う故障判定手段と、故障判定の結果、2つのスイッチのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチのオン状態またはオフ状態を、故障したスイッチの状態と同じになるように制御する切替制御手段とを有するものである。
Description
本発明は、電力変換装置を用いて電動機の回転を制御する電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置に関する。
ブラシレスDCモータなどの電動機は、例えば、空気調和装置のファンの駆動など、様々な用途に用いられている。電動機の回転を制御する電動機制御装置には、1つの電力変換装置に複数の電動機がリレー等の切替装置を介して並列に接続され、切替装置の切り替えにより駆動する電動機を選択できるものがある。電力変換装置は、例えば、インバータである。このような電動機制御装置の適用例として、空気調和装置の室外機の送風装置がある。送風装置は、複数の電動機と各電動機に取付けられた送風ファンとを有する。電動機制御装置は、必要な風量に応じてリレーの切り替えを行うことで、複数の送風ファンのうち、一部の送風ファンを選択的に回転させたり、全ての送風ファンを同時に回転させたりする。
複数の電動機の各電動機がリレーを介して並列に電力変換装置に接続されるモータ駆動装置において、リレーの故障判定を行い、リレーの故障を検出した場合、安全性の観点からシステム電源をオフ状態にする技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1のモータ駆動装置では、リレーの故障が検出されると、システム電源が落とされる構成であるため、故障の生じていないリレーに接続された電動機が動作できる状態であっても、全ての電動機が停止してしまう。そのため、ユーザの利便性が損なわれてしまう。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、切替装置の故障が検出されても、全ての電動機を停止せずに、一部の運転できる電動機の運転を継続できる電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置を提供するものである。
本発明に係る電動機制御装置は、互いに並列に接続された2台の電動機に電力を変換して三相電圧を供給する電力変換装置と、前記2台の電動機のうち、一方の電動機と前記電力変換装置とを接続する三相電力線と、前記2台の電動機のうち、他方の電動機と前記電力変換装置とを接続し、前記三相電力線から分岐した分岐三相電力線と、前記分岐三相電力線のうち、2つの相の電力線に設けられ、前記他の電動機と前記電力変換装置との間で各電力線を電気的に接続するオン状態または切断するオフ状態にする2つのスイッチを備えた切替装置と、前記2台の電動機に流れる三相電流を検知する電流検出装置と、速度指令値と前記電流検出装置によって検出された電流の情報とに対応して前記電力変換装置および前記切替装置を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定することで、前記切替装置の故障箇所を特定する故障判定を行う故障判定手段と、前記故障判定の結果、前記2つのスイッチのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチの前記オン状態または前記オフ状態を、故障したスイッチの状態と同じになるように制御する切替制御手段と、を有するものである。
本発明に係る空気調和装置は、上記の電動機制御装置と、冷媒回路において並列に接続された2台の熱交換器と、前記2台の熱交換器に対応して設けられた2台のファンと、前記2台のファンに対応する、前記電動制御装置の制御対象となる2台の電動機と、を有し、前記制御装置は、前記切替装置が故障した場合、前記切替装置が前記分岐三相電力線を介して接続された電動機に対応して設けられた前記熱交換器に冷媒が流入しないように制御するものである。
本発明によれば、切替装置の故障が発生した場合、全ての電動機を停止させることなく、一部の運転できる電動機の運転を継続することができる。
実施の形態1.
本実施の形態1の電動機制御装置を含む空気調和装置の構成を説明する。図1は、実施の形態1に係る電動機制御装置を含む空気調和装置の一例を示す冷媒回路図である。図1に示すように、空気調和装置24は、熱源側ユニット13および負荷側ユニット14を有する。熱源側ユニット13は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機18と、冷媒の流通方向を切り替える四方弁19と、冷媒を外気と熱交換させる熱源側熱交換器15と、冷媒を減圧して膨張させる電磁弁21と、上位制御装置23とを有する。また、熱源側ユニット13は、熱源側熱交換器15に外気を供給するファン3および4と、ファン3を駆動する第1電動機1と、ファン4を駆動する第2電動機2と、第1電動機1および第2電動機2に三相電圧を供給する電動機制御装置30とを有する。負荷側ユニット14は、冷媒を空調対象空間の空気と熱交換させる負荷側熱交換器17と、冷媒を減圧して膨張させる電磁弁22とを有する。
本実施の形態1の電動機制御装置を含む空気調和装置の構成を説明する。図1は、実施の形態1に係る電動機制御装置を含む空気調和装置の一例を示す冷媒回路図である。図1に示すように、空気調和装置24は、熱源側ユニット13および負荷側ユニット14を有する。熱源側ユニット13は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機18と、冷媒の流通方向を切り替える四方弁19と、冷媒を外気と熱交換させる熱源側熱交換器15と、冷媒を減圧して膨張させる電磁弁21と、上位制御装置23とを有する。また、熱源側ユニット13は、熱源側熱交換器15に外気を供給するファン3および4と、ファン3を駆動する第1電動機1と、ファン4を駆動する第2電動機2と、第1電動機1および第2電動機2に三相電圧を供給する電動機制御装置30とを有する。負荷側ユニット14は、冷媒を空調対象空間の空気と熱交換させる負荷側熱交換器17と、冷媒を減圧して膨張させる電磁弁22とを有する。
図1に示すことを省略しているが、上位制御装置23は、四方弁19と、圧縮機18と、電磁弁21および22と、電動機制御装置30と信号線を介して接続されている。圧縮機18、熱源側熱交換器15、電磁弁21および22、ならびに負荷側熱交換器17が冷媒配管45で接続され、冷媒が循環する冷媒回路48が構成される。上位制御装置23は、冷媒回路48を循環する冷媒の冷凍サイクルを制御する。空気調和装置24が冷房運転を行う場合、熱源側熱交換器15が凝縮器として機能し、負荷側熱交換器17が蒸発器として機能する。空気調和装置24が暖房運転を行う場合、熱源側熱交換器15が蒸発器として機能し、負荷側熱交換器17が凝縮器として機能する。
なお、図1に示す構成例では、空気調和装置24に電磁弁21および22が設けられているが、電磁弁21および22のうち、いずれか一方が設けられていてもよい。また、図1に示す構成例では、ファン3および4と、第1電動機1および第2電動機2と、電動機制御装置30とが熱源側ユニット13に設けられた場合の構成を示しているが、この場合に限らない。これらの構成が、熱源側ユニット13および負荷側ユニット14のうち、いずれか一方または両方に設けられていてもよい。
また、図に示していないが、負荷側ユニット14の空調対象空間の温度を検出する室温センサ、および熱源側熱交換器15等の冷媒機器を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサを含む複数の温度センサが空気調和装置24に設けられていてもよい。圧縮機18が吸入する冷媒の圧力を検出する圧力センサが圧縮機18に設けられていてもよい。上位制御装置23は、これらのセンサの検出値を用いて、空調対象空間の温度がユーザの設定温度に一致するように圧縮機18と電磁弁21および22とを制御するが、本実施の形態1では、その詳細な説明を省略する。
図2は、図1に示した電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。図3は、図2に示す電力変換装置がインバータである場合の一構成例を示す図である。電動機制御装置30は、電源6に接続される電力変換装置35と、電力変換装置35の動作を制御する制御装置7と、電流検出装置8と、切替装置9とを有する。第1電動機1および第2電動機2は、電力変換装置35に相互に並列に接続されている。電源6は、電力変換装置35を介して、第1電動機1および第2電動機2に電力を供給する直流電圧電源である。電源6は、例えば、電動機制御装置30の外部の単相電源または三相電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する整流回路である。
図2に示すように、第1電動機1は三相電力線10を介して電力変換装置35と接続されている。三相電力線10の途中で分岐した分岐三相電力線11に第2電動機2が接続されている。第2電動機2は、分岐三相電力線11および三相電力線10を介して電力変換装置35と接続される。切替装置9は分岐三相電力線11に設けられている。制御装置7は、電力変換装置35、電流検出装置8および切替装置9のそれぞれと信号線を介して接続されている。
第1電動機1にファン3が取り付けられ、第2電動機2にファン4が取り付けられている。電動機制御装置30は、第1電動機1および第2電動機2のうち、駆動させる電動機の台数と、駆動する電動機の回転数とを制御することで、熱源側熱交換器15の熱交換能力を制御する。
第1電動機1および第2電動機2は、例えば、ブラシレスDCモータである。第1電動機1および第2電動機2のそれぞれは、図に示さない回転子および固定子を有する。固定子は、U相、V相およびW相の三相の巻線を有する。回転子には永久磁石が設けられている。電力変換装置35から各電動機に印加される三相電圧に対応して巻線に電流が流れることで、固定子は、回転子の周囲に回転磁界を発生させる。
ブラシレスDCモータは、回転子の位置に応じて適切な位相および周波数の三相交流電圧を固定子に印加し、回転子の周囲に回転磁界を発生させ、回転磁界と回転子との吸引および反発を利用して回転子を所望の回転数で回転させる。その際、回転子の位置を検出する必要がある。回転子の位置を検出する方法として、例えば、電動機に設置されたホールセンサによって検出する方法、および電動機に流れる三相電流から演算によって算出する方法がある。本実施の形態1では、電動機制御装置30は、電動機に流れる三相電流から演算によって回転子の位置を推定している。
上位制御装置23は、例えば、マイクロコンピュータである。上位制御装置23は、プログラムを記憶するメモリ82と、プログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Processing Unit)81とを有する。上位制御装置23は、信号系統において、制御装置7の上流側に位置する。上位制御装置23は、制御装置7に指令を出す制御装置である。指令は、例えば、電動機の回転速度の指令値である速度指令値ω_ref、および電動機の回転の停止を指示する停止指令などである。図に示していないが、上位制御装置23に、ユーザが指示を入力するためのリモートコントローラが接続されていてもよい。
なお、以下では、説明の便宜上、第1電動機1および第2電動機2の2台の電動機を指すとき、単に電動機と称する。また、電力変換装置35がインバータ5の場合で説明するが、電力変換装置35はインバータ5に限定されず、直流電圧を交流電圧に変換できる構成であればよい。
電流検出装置8は、第1電動機1に流れる三相電流Iuvw1および第2電動機2に流れる三相電流Iuvw2を検出する。図2に示す構成例において、三相電力線10上で第1電動機1に流れる電流と第2電動機2に流れる電流との和を検出できる位置をPAとする。また、三相電力線10上で第1電動機1に流れる電流のみを検出できる位置をPBとする。さらに、分岐三相電力線11上で第2電動機2に流れる電流のみを検出できる位置をPCとする。三相電力線10を構成する三相をU1相、V1相およびW1相とする。分岐三相電力線11を構成する三相をU2相、V2相およびW2相とする。電流検出装置8は、位置PA、PBおよびPCの各位置に流れる電流から、全ての相を流れる電流を検出する。図2に示す構成では、電流検出装置8は、位置PBにおいて、U1相およびW1相に流れる電流を検出する第1の電流検出器8aと、位置PCにおいて、U2相およびW2相に流れる電流を検出する第2の電流検出器8bとを有する。第1の電流検出器8aおよび第2の電流検出器8bは、例えば、カレントトランスである。
V1相に流れる電流については、制御装置7は、U1相およびW1相に流れる電流値から演算によって算出する。V2相に流れる電流については、制御装置7は、U2相およびW2相に流れる電流値から演算によって算出する。また、位置PAに流れる電流については、制御装置7は、位置PBに流れる電流と位置PCに流れる電流との和として算出する。
なお、各電流を検出する位置は図1に示す位置の場合に限らない。位置PAおよび位置PBの2箇所であってもよく、位置PAおよび位置PCの2箇所であってもよい。位置PAに流れる電流を検出する場合、位置PAに電流検出装置8を設ける代わりに、インバータ5にシャント抵抗を用いた電流検出部を設けてもよい。電流検出装置8の配置も図1に示す位置に限らない。例えば、位置PBにおいて、U1相およびV1相の電流を第1の電流検出器8aが検出してもよい。
切替装置9は、U2相の電力線に接続されたスイッチ9aと、W2相の電力線に接続されたスイッチ9bとを有する。スイッチ9aは、U2相の電力線を電気的に接続または切断する。スイッチ9bは、W2相の電力線を電気的に接続または切断する。切替装置9は、制御装置7から切替信号SWを受信すると、切替信号SWにしたがって、三相電力線10に第2電動機2を接続したり、三相電力線10から第2電動機2を切り離したりする。切替信号SWは、切替装置9に対するオフ状態からオン状態への切替信号SW_ONと、オン状態からオフ状態への切替信号SW_OFFとを含む。切替装置9は、例えば、リレーである。この場合、スイッチ9aおよび9bのそれぞれは、リレーの接点部である。
切替装置9の故障モードとして、2種類の故障モードがある。制御装置7がオフ状態の切替装置9に切替信号SW_ONを出力しても、スイッチ9aおよび9bがオフ状態からオン状態に切り替わらない故障モードがある。この故障モードをオフ故障と称する。オフ故障は、スイッチ9aおよび9bのうち、一方または両方がオフ状態からオン状態に切り替わらないことが原因で発生する故障である。また、制御装置7がオン状態の切替装置9に切替信号SW_OFFを出力しても、スイッチ9aおよび9bがオン状態からオフ状態に切り替わらない故障モードがある。この故障モードをオン故障と称する。オン故障は、スイッチ9aおよび9bのうち、一方または両方がオン状態からオフ状態に切り替わらないことが原因で発生する故障である。
次に、図3を参照して、インバータ5の構成を説明する。インバータ5は、U相に関して、電源6の正極側に接続されるスイッチング素子51と、電源6の負極側に接続されるスイッチング素子52とを有する。スイッチング素子51には逆流防止素子61が並列に接続され、スイッチング素子52には逆流防止素子62が並列に接続されている。また、インバータ5は、V相に関して、電源6の正極側に接続されるスイッチング素子53と、電源6の負極側に接続されるスイッチング素子54とを有する。スイッチング素子53に逆流防止素子63が並列に接続され、スイッチング素子54に逆流防止素子64が並列に接続されている。インバータ5は、W相に関して、電源6の正極側に接続されるスイッチング素子55と、電源6の負極側に接続されるスイッチング素子56とを有する。スイッチング素子55に逆流防止素子65が並列に接続され、スイッチング素子56に逆流防止素子66が並列に接続されている。
インバータ5には、制御装置7から三相電圧指令値Vuvw_refが入力される。インバータ5は、三相電圧指令値Vuvw_refの波形とキャリア波とを比較し、PWM(Pulse Width Modulation)制御による電力変換を行う。インバータ5は、制御装置7から受け取る三相電圧指令値Vuvw_refに対応して電源6の直流電圧をPWM制御し、直流電圧を三相電圧に変換して第1電動機1および第2電動機2に供給する。スイッチング素子51~56は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。逆流防止素子61~66は、例えば、ダイオードである。
制御装置7は、上位制御装置23から入力される回転数指令値ω_refと、検出された三相電流Iuvw1およびIuvw2とに基づいてベクトル制御を行い、インバータ5に三相電圧指令値Vuvw_refを出力する。また、制御装置7は、切替装置9に切替信号SWを出力する。制御装置7は、例えば、マイクロコンピュータである。
図4は、図2に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図2に示すように、制御装置7は、プログラムを記憶するメモリ72と、プログラムにしたがって処理を実行するCPU71とを有する。図4に示すように、制御装置7は、電力制御手段73と、故障判定手段74と、切替制御手段75とを有する。CPU71がプログラムを実行することで、電力制御手段73、故障判定手段74および切替制御手段75が構成される。電力制御手段73は、インバータ5に三相電圧指令値Vuvw_refを出力する。故障判定手段74は、電流検出装置8によって検出された電流の情報に基づいて、切替装置9の故障箇所を特定する故障判定を行う。切替制御手段75は、電力制御手段73から接続の切り替えを指示する指示信号にしたがって切替信号SWを切替装置9に出力する。また、切替制御手段75は、故障判定手段74の判定結果にしたがって、切替信号SWを切替装置9に出力する。
次に、本実施の形態1の電動機制御装置30の動作を説明する。図5は、実施の形態1に係る電動機制御装置の動作手順を示すフローチャートである。故障判定手段74は、切替装置9の故障判定を行う(ステップS101およびS102)。故障判定のタイミングは、例えば、切替制御手段75が、電力制御手段73から指示信号を受信し、受信した切替信号に対応する切替信号SWを切替装置9に出力した後である。
故障判定手段74は、同一の分岐三相電力線11に接続される2つのスイッチ9aおよび9bにオフ故障があるか否かを判定する(ステップS101)。1つのスイッチにオフ故障がある場合、切替制御手段75は、2つのスイッチ9aおよび9bのうち、正常に動作するスイッチのオン状態を、故障したスイッチのオフ状態と同じにするために、切替信号SW_OFFを切替装置9に送信する(ステップS103)。
また、故障判定手段74は、同一の分岐三相電力線11に接続される2つのスイッチ9aおよび9bにオン故障があるか否かを判定する(ステップS102)。1つのスイッチにオン故障がある場合、切替制御手段75は、2つのスイッチ9aおよび9bのうち、正常に動作するスイッチのオフ状態を、故障したスイッチのオン状態と同じにするために、切替信号SW_ONを切替装置9に送信する(ステップS104)。
このようにして、分岐三相電力線11に接続される2つのスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障またはオフ故障した場合に、正常に動作するスイッチの状態を、故障したスイッチの状態と同じにする。これにより、故障したスイッチが接続された分岐三相電力線11を介してインバータ5と接続されている第2電動機2が欠相状態になることを防止できる。
本実施の形態1の電動機制御装置30は、第1電動機1および第2電動機2に三相電圧を供給する電力変換装置35と、第2電動機2に接続される分岐三相電力線11に設けられた切替装置9と、三相電流を検知する電流検出装置8と、制御装置7とを有する。制御装置7は、故障判定手段74と、切替制御手段75とを有する。故障判定手段74は、第2電動機2の三相の電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定することで、切替装置9の故障判定を行う。切替制御手段75は、故障判定の結果、切替装置9が有する2つのスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチのオン状態またはオフ状態を、故障したスイッチの状態と同じにする。
本実施の形態1の作用および効果について説明する。本実施の形態1では、同一の分岐三相電力線11に接続されている2つのスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障、またはオフ故障した場合、正常に動作するスイッチの状態を、故障したスイッチの状態と同じにする。第2電動機2は、故障したスイッチが接続された分岐三相電力線11を介してインバータ5と接続されているが、オフ故障の場合、切替装置9がオフ状態になることで、欠相状態になることを防止できる。オン故障の場合、切替装置9がオン状態になることで、欠相状態になることを防止できる。
第2電動機2が欠相状態で駆動すると、第2電動機2を所望の状態で駆動し続けることが困難となり、第2電動機2へ過電流が流れることがある。この場合、従来の制御装置は、第2電動機2とインバータ5を保護する目的でインバータ5を停止させるため、第1電動機1および第2電動機2の両方が運転できない状態になる。これに対して、本実施の形態1では、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオフ故障すると、上述したように、故障したスイッチに合わせて正常なスイッチもオフ状態になる。そのため、第2電動機2が欠相状態になることを防止し、正常な第1電動機1が運転できる状態に維持され、空気調和装置24の運転を継続できる。また、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障すると、上述したように、故障したスイッチに合わせて正常なスイッチもオン状態になる。そのため、第2電動機2が欠相状態になることを防止し、正常な第1電動機1が運転できる状態に維持され、空気調和装置24の運転を継続できる。
本実施の形態1の電動機制御装置30を備えた空気調和装置24では、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオフ故障すると、運転できるファンの台数が減少して能力が制限されたとしても、検出された故障状態に応じて適切な制御を行う。これにより、全ての電動機を運転できない状態にしないで、運転可能な電動機の運転を継続する応急運転を行うことができる。一方、電動機制御装置30を備えた空気調和装置24では、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障になると、風量が過剰になるが、全ての電動機を運転できない状態にしないで、運転可能な電動機の運転を継続する応急運転を行うことができる。
実施の形態2.
本実施の形態2は、実施の形態1で説明した故障判定の方法の具体例である。本実施の形態2では、実施の形態1で説明した構成と同一の構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態2は、実施の形態1で説明した故障判定の方法の具体例である。本実施の形態2では、実施の形態1で説明した構成と同一の構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態2の電動機制御装置30の構成を説明する。図6は、実施の形態2に係る電動機制御装置における制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。制御装置7aは、図4に示した制御装置7の構成の他に、時間を計測するタイマー76を有する構成である。また、図2に示したメモリ72が、故障箇所を特定するためのテーブル、および故障判定の基準となる複数の閾値を記憶している。
次に、本実施の形態2の電動機制御装置30の動作を説明する。具体的には、故障判定手段74が行う、切替装置9の故障検出方法について説明する。ここでは、電流検出装置8は故障していないものとする。メモリ72が、電流閾値X1~X4、時間閾値Tth1~Tth3を記憶している。
はじめに、オフ故障の検出方法について説明する。図7および図8は、実施の形態2において、オフ故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。
故障判定手段74は、切替装置9をオフ状態からオン状態へ切り替えるための切替信号SW_ONを切替装置9に送信すると、切替信号SW_ONを送信したときから経過する時間T5の計測を開始する(ステップS201)。故障判定手段74は、位置PBで検出された電流Iu1の実効値と電流閾値X2とを比較する(ステップS202)。故障判定手段74は、比較の結果、電流Iu1の実効値がX2未満である場合、電流Iu1の実効値が電流閾値X2未満になっている時間T6_u1を計測する(ステップS203)。
また、故障判定手段74は、位置PBで検出された電流Iv1の実効値と電流閾値X2とを比較し(ステップS202)、電流Iv1の実効値が電流閾値X2未満である場合、電流Iv1の実効値がX2未満になっている時間T6_v1を計測する(ステップS203)。さらに、故障判定手段74は、位置PBで検出された電流Iw1の実効値と電流閾値X2とを比較し(ステップS202)、電流Iw1の実効値がX2未満である場合、電流Iw1の実効値がX2未満になっている時間T6_w1を計測する(ステップS203)。
故障判定手段74は、時間T6_u1、T6_v1およびT6_w1を時間閾値Tth1と比較する(ステップS212)。比較の結果、時間T6_u1、T6_v1およびT6_w1のうち、時間閾値Tth1以上の時間T6_K(Kはu1、v1またはw1)がある場合、故障判定手段74は、時間T6_Kに対応する相には電流が流れていないと判断する。一方、ステップS202の判定の結果、いずれの条件にも該当しない場合、故障判定手段74は、時間T6_u1、T6_v1およびT6_w1をリセットする(ステップS204)。
故障判定手段74は、位置PCで検出された電流Iu2の実効値と電流閾値X3とを比較する(ステップS205)。故障判定手段74は、比較の結果、電流Iu2の実効値がX3未満である場合、電流Iu2の実効値が電流閾値X3未満になっている時間T7_u2を計測する(ステップS206)。また、故障判定手段74は、位置PCで検出された電流Iv2の実効値と電流閾値X3とを比較し(ステップS205)、電流Iv2の実効値が電流閾値X3未満である場合、電流Iv2の実効値がX3未満になっている時間T7_v2を計測する(ステップS206)。
さらに、故障判定手段74は、位置PCで検出された電流Iw2の実効値と電流閾値X3とを比較し(ステップS205)、電流Iw2の実効値がX3未満である場合、電流Iw2の実効値がX3未満になっている時間T7_w2を計測する(ステップS206)。故障判定手段74は、時間T7_u2、T7_v2およびT7_w2を時間閾値Tth1と比較する(ステップS212)。比較の結果、時間T7_u2、T7_v2およびT7_w2のうち、時間閾値Tth1以上の時間T7_L(Lはu2、v2またはw2)がある場合、故障判定手段74は、時間T7_Lに対応する相には電流が流れていないと判断する。一方、ステップS205の判定の結果、いずれの条件にも該当しない場合、故障判定手段74は、時間T7_u2、T7_v2およびT7_w2をリセットする(ステップS207)。
故障判定手段74は、電流Iu1およびIu2から算出される、位置PAに流れる電流Iuの実効値と電流閾値X4とを比較する(ステップS208)。そして、故障判定手段74は、電流Iuの実効値が電流閾値X4未満である場合、電流Iuの実効値が電流閾値X4未満になっている時間T8_uを計測する(ステップS209)。また、故障判定手段74は、電流Iv1およびIv2から算出される、位置PAに流れる電流Ivの実効値と電流閾値X4とを比較する(ステップS208)。そして、故障判定手段74は、電流Ivの実効値が電流閾値X4未満である場合、電流Ivの実効値がX4未満になっている時間T8_vを計測する(ステップS209)。
さらに、故障判定手段74は、電流Iw1およびIw2から算出される、位置PAに流れる電流Iwの実効値と電流閾値X4とを比較する(ステップS208)。そして、故障判定手段74は、電流Iwの実効値が電流閾値X4未満である場合、電流Iwの実効値がX4未満になっている時間T8_wを計測する(ステップS209)。故障判定手段74は、時間T8_u、T8_vおよびT8_wと時間閾値Tth1とを比較する(ステップS212)。比較の結果、時間T8_u、T8_vおよびT8_wのうち、時間閾値Tth1以上の時間T8_M(Mは、u、vまたはw)がある場合、時間T8_Mに対応する相には電流が流れていないと判断する。一方、ステップS208の判定の結果、いずれの条件にも該当しない場合、故障判定手段74は、時間T8_u、T8_vおよびT8_wをリセットする(ステップS210)。
スイッチにオフ故障が発生すると、故障したスイッチが接続されている相の電力線は常に断線状態となり、電流は流れない。そのため、上述した手順にしたがって、故障判定手段74が、電流が流れていない相を検出することができる。電流が流れていない相を検出することで、故障判定手段74は、検出した相に接続されているスイッチがオフ故障している可能性があると判定できる。電流が流れない故障の原因として、スイッチのオフ故障以外に、インバータ5と第1電動機1とを接続する電力線の断線、インバータ5と第2電動機2とを接続する電力線の断線、およびインバータ5の故障も考えられる。そのため、故障判定手段74は、メモリ72が記憶する、故障判定パターンのテーブルを参照し(ステップS213)、故障箇所を特定する。一方、ステップS211において、判定基準である時間閾値Tth2は、故障判定手段74が少なくとも1回はステップS212の判定を行う時間に設定されている。そのため、故障判定手段74は、ステップS211の1回目の判定ではステップS212に進み、ステップS212の判定において、いずれの条件も満たさない場合、ステップS202に戻る。故障判定手段74は、ステップS211の2回目以降の判定で、時間T5が時間閾値Tth2以上である場合、切替装置9はオフ故障しておらず、正常と判定する(ステップS214)。
オフ故障の判定に用いるテーブルについて説明する。図9は、図2に示した制御装置のメモリが記憶するテーブルの一例を示す図である。このテーブルは、電流が検出された相および電流が検出されなかった相を示す故障パターンから故障箇所を特定するものである。図9はテーブルの一部を抜粋したものである。図9のテーブルにおいて、丸印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていることを検出できたことを意味し、バツ印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていないことを意味する。
図9に記載された複数の故障パターンのうち、故障パターン1、故障パターン7および故障パターン10を例に挙げて説明する。故障パターン1は、電流Iuが検出されなかったが、その他の電流は全て検出された場合である。故障パターン1では、三相電力線が分岐する前の位置PAにおいて電流が検出できていないことから、インバータ5のU相がオンしていないと断定できる。故障パターン1において、電流Iu1およびIu2が検出できているのは、第1電動機1と第2電動機2との間に循環電流が流れているためである。第1電動機1と第2電動機2との間に循環電流が流れない場合は故障パターン4に該当し、故障パターン1と同様にインバータ5のU相の故障と断定できる。
故障パターン7は、電流Iu1が検出されなかったが、その他の電流は全て検出された場合である。故障パターン7では、電流Iuが検出できていることからインバータ5は正常に動作していることがわかる。故障パターン7において、電流Iu2が検出できていることから、U2相に接続されているスイッチ9aは正常に動作し、かつ、U2相の配線は断線していないことがわかる。U1相にはスイッチが接続されていないことを考慮すると、故障パターン7はU1相の配線が断線していると断定できる。
故障パターン10は、電流Iu2が検出されなかったが、その他の電流は全て検出された場合である。故障パターン10では、電流Iuが検出できていることからインバータ5は正常に動作していることがわかる。故障パターン10において、電流Iu1が検出できていることから、U1相の配線は断線していないことがわかる。一方、電流Iu2を検出できていないことから、故障パターン10はスイッチ9aのオフ故障、または、U2相の配線が断線していると断定できる。
ここで、図9に示す故障パターン11および故障パターン13において、故障箇所が切替装置9のオフ故障と配線の断線とのうち、いずれであるかを判別する方法の一例を説明する。第2電動機2を接続しない状態でインバータ5を駆動し、切替信号SW_ONを送信後に位置PCにおいて、判定対象となる相と他の1つの相との間の線間電圧を測定する方法がある。これにより、線間電圧が正しく測定できなければ、切替装置9は正常に動作しておらず、オフ故障していると断定できる。
次に、オン故障の検出方法について説明する。図10は、実施の形態2において、オン故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。
切替制御手段75は、オン状態からオフ状態へ切り替えるための切替信号SW_OFFを切替装置9に送信し、切替信号SW_OFFを送信してから経過する時間T1の計測を開始する(ステップS301)。故障判定手段74は、位置PCにおいて検出された電流Iu2の実効値と電流閾値X1とを比較する(ステップS302)。そして、故障判定手段74は、電流Iu2の実効値が電流閾値X1以上である場合、電流Iu2の実効値が電流閾値X1以上になっている時間T2_u2を計測する(ステップS303)。
また、故障判定手段74は、位置PCにおいて検出された電流Iv2の実効値と電流閾値X1とを比較する(ステップS302)。そして、故障判定手段74は、電流Iv2の実効値が電流閾値X1以上である場合、電流Iv2の実効値が電流閾値X1以上になっている時間T2_v2を計測する(ステップS303)。さらに、故障判定手段74は、位置PCにおいて検出された電流Iw2の実効値と電流閾値X1とを比較する(ステップS302)。そして、故障判定手段74は、電流Iw2の実効値が電流閾値X1以上である場合、電流Iw2の実効値が電流閾値X1以上になっている時間T2_w2を計測する(ステップS303)。
故障判定手段74は、時間T2_u2、T2_v2およびT2_w2と時間閾値Tth3とを比較する(ステップS306)。比較の結果、時間T2_u2、T2_v2およびT2_w2のうち、時間閾値Tth3以上である時間T2_N(Nは、u2、v2またはw2)がある場合、故障判定手段74は、時間T2_Nに対応する相には電流が流れていると判断する。
図11は、図2に示した制御装置のメモリが記憶する別のテーブルの一例を示す図である。図11に示すテーブルは、電流が検出された相および電流が検出されなかった相を示す故障パターンから故障したスイッチを特定するものである。図11のテーブルにおいて、丸印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていることを検出できたことを意味し、バツ印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていないことを意味する。
スイッチにオン故障が発生すると、故障したスイッチが接続されている相の電力線は常に導通状態となり、電流が流れる。そのため、上述した手順にしたがって、故障判定手段74は、電流が流れている相を検出することで、電流が流れる相に接続されているスイッチがオン故障していることを検出できる。故障判定手段74は、時間T2_u2、T2_v2およびT2_w2のうち、時間閾値Tth3以上の時間T2_N(Nは、u2、v2またはw2)がある場合、図11に示す故障判定パターンのテーブルを参照して故障箇所を特定する(ステップS307)。一方、ステップS305において、判定基準である時間閾値Tth4は、故障判定手段74が少なくとも1回はステップS306の判定を行う時間に設定されている。そのため、故障判定手段74は、ステップS305の1回目の判定ではステップS306に進み、ステップS306の判定において、いずれの条件も満たさない場合、ステップS302に戻る。故障判定手段74は、ステップS305の2回目以降の判定で、時間T1が時間閾値Tth4以上である場合、切替装置9はオン故障しておらず、正常と判定する(ステップS308)。
図12は、実施の形態2において、切替装置に対する故障判定を行うタイミングを示すタイムチャートである。電動機の運転中に1台運転から2台運転に切り替えることは難しい。そのため、ここでは、制御装置7は、2台運転に切り替える際、インバータ5の出力を一度停止させた後、切替装置9をオンにし、第1電動機1および第2電動機2を並列接続した状態で再起動するものとする。また、初回起動時も第1電動機1および第2電動機2を並列接続した状態で起動するものとする。
初回起動前、制御装置7は、切替装置9をオン状態に切り替える前に、インバータ5の上下アーム短絡の有無、および、第1電動機1および第2電動機2の巻線の線間短絡等の負荷側の短絡が発生していないことを確認する。例えば、電力制御手段73は、インバータ5における3組の上下アームを組み毎に動作させ、各組の上下アームの異常の有無を判定する。続いて、切替制御手段75が切替装置9をオンし、故障判定手段74は切替装置9のオフ故障の判定を行う。2台運転で起動した後、2台運転から1台運転に切り替わると、故障判定手段74は、オン故障の判定を行う。その後、再び、切替制御手段75が1台運転から2台運転に切り替え、故障判定手段74はオフ故障の判定を行う。
本実施の形態2の電動機制御装置30は、第1電動機1および第2電動機2の三相のうち、電流が流れていない1つの相または2つ以上の相の組み合わせを特定することで、故障箇所を特定する。
本実施の形態2の作用および効果について説明する。制御装置7は、故障判定パターンのテーブルを記憶し、電流検出装置8によって検出した電流の情報から故障判定パターンのテーブルを参照することで、切替装置9の故障箇所を特定することができる。また、切替装置9の故障だけでなく、制御装置7は、インバータ5の故障箇所、および三相電力線の断線箇所も特定することができる。さらに、切替装置9の故障判定は、電動機が運転中の場合にも行うことができる。よって、上位制御装置23は、電動機が運転中の場合であっても、故障箇所に応じて空気調和装置24を制御することができる。
実施の形態3.
本実施の形態3は、実施の形態1で説明した電動機制御装置において、故障検知後の動作を追加したものである。本実施の形態3では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、切替装置9の故障判定方法は実施の形態2で説明した方法と同様であるため、本実施の形態3では、その詳細な説明を省略する。本実施の形態3の電動機制御装置30の構成は実施の形態2で説明した構成と同様なため、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態3は、実施の形態1で説明した電動機制御装置において、故障検知後の動作を追加したものである。本実施の形態3では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、切替装置9の故障判定方法は実施の形態2で説明した方法と同様であるため、本実施の形態3では、その詳細な説明を省略する。本実施の形態3の電動機制御装置30の構成は実施の形態2で説明した構成と同様なため、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態3の電動機制御装置30の動作を説明する。故障判定手段74がオフ故障検出またはオン故障検出によって故障が検出された後の動作について説明する。図13は、実施の形態3の制御装置による、初回起動時のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図14は、実施の形態3の上位制御装置において、初回起動時のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
故障判定手段74がオフ故障判定を行った結果、故障判定パターンのうち、いずれかの故障パターンに該当する故障が検出されると(ステップS401)、電力制御手段73は、インバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS402)。そして、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンの情報を上位制御装置23に送信する(ステップS403)。
上位制御装置23は、故障パターンの情報を制御装置7から受信し(ステップS451)、受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を発報する(ステップS452)。発報方法として、例えば、警報音を出力する方法がある。また、上位制御装置23に接続されるリモートコントローラが図に示さないディスプレイを有している場合、上位制御装置23はディスプレイに故障箇所をメッセージで表示してもよい。
次に、初回起動時以外にオフ故障判定を実施する場合を説明する。図15は、実施の形態3の制御装置による、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図16は、実施の形態3の上位制御装置において、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
故障判定手段74が、オフ故障判定を行う(ステップS501およびS504)。判定の結果、同一の分岐三相電力線11に接続された全てのスイッチ9aおよび9bのオフ故障が検出されると(ステップS501)と、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS502)。この場合の故障パターンは、例えば、図9に示した故障パターン13である。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS551)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのオフ故障である場合(ステップS552)、回転数指令値を変更して制御装置7に送信する(ステップS554)。具体的には、上位制御装置23は、第1電動機1の最大回転数以下の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1を駆動できる回転数指令値を制御装置7に送信する。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS555)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS556)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS557)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS558)。ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS503)。
また、故障判定手段74がオフ故障判定を行った結果(ステップS504)、スイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチのオフ故障が検出されると、切替制御手段75は、実施の形態1で説明した、切替装置9の制御を行う(ステップS505)。この場合の故障パターンは、例えば、図9に示した故障パターン10または12である。続いて、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS502)。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS551)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのうち、いずれか一方のオフ故障である場合(ステップS552)、回転数指令値を変更する(ステップS554)。具体的には、上位制御装置23は、第1電動機1の最大回転数以下の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1を駆動できる回転数指令値を制御装置7に送信する。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS555)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS556)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS557)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS558)。
ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS503)。
さらに、故障判定手段74がオフ故障判定を行った結果(ステップS506)、切替装置9の故障以外の故障が検出されると、電力制御手段73はインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS507)。続いて、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS508)。この場合の故障パターンは、例えば、図9に示した故障パターン1~9または11である。上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS553)。
次に、初回起動時以外にオン故障判定を実施する場合を説明する。図17は、実施の形態3の制御装置による、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図18は、実施の形態3の上位制御装置において、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
故障判定手段74が、オン故障判定を行う(ステップS601およびS602)。判定の結果、同一の分岐三相電力線11に接続された全てのスイッチ9aおよび9bのオン故障が検出される(ステップS601)と、故障判定手段74は、オン故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS603)。この場合の故障パターンは、例えば、図11に示した故障パターン1である。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS651)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのオン故障である場合、回転数指令値を変更して制御装置7に送信する(ステップS652)。この場合の回転数指令値は、第1電動機1および第2電動機2の並列駆動ができる最低回転数以上の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1および第2電動機2を駆動するものである。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS653)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS654)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS655)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS656)。
ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS604)。
また、故障判定手段74がオン故障判定を行った結果(ステップS602)、スイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチのオン故障が検出されると、切替制御手段75は、実施の形態1で説明した、切替装置9の制御を行う(ステップS605)。この場合の故障パターンは、例えば、図11に示した故障パターン2または3である。続いて、故障判定手段74は、オン故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS603)。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS651)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのうち、いずれか一方のオン故障である場合、回転数指令値を変更して制御装置7に送信する(ステップS652)。この場合の回転数指令値は、第1電動機1および第2電動機2の並列駆動ができる最低回転数以上の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1および第2電動機2を駆動するものである。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS653)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS654)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS655)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS656)。
ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS604)。
本実施の形態3の空気調和装置24は、切替装置9の故障、インバータ5の故障、ならびに第1電動機1および第2電動機2に接続された配線の断線のうち、いずれかの異常を検出すると、異常箇所をユーザに発報する。また、空気調和装置24は、異常箇所をユーザに発報した後、運転を停止させるか運転を継続させるかをユーザに選択できるようにする。
本実施の形態3の作用および効果について説明する。制御装置7が切替装置9のオン故障判定、およびオフ故障判定を実行することにより、駆動中の電動機の状態を把握することができる。そのため、空気調和装置24は、切替装置9のオン故障、または、オフ故障が発生した後でも電動機の運転を継続する場合、制御装置7は、駆動中の電動機の数に応じて回転数指令を変更する。これにより、空気調和装置24の熱源側熱交換器15に供給される空気の風量を、実際に必要としている風量に近づけることができる。空気調和装置24は、要求される熱交換能力と実際の熱交換能力との差を緩和して、運転することができる。また、制御装置7は、故障箇所を特定し、故障箇所を上位制御装置23を介してユーザに知らせることができる。これにより、ユーザが故障箇所を速やかに把握でき、故障検知から正常状態へ復旧するまでの時間を短縮することができる。
実施の形態4.
本実施の形態4は、実施の形態3と比較すると、空気調和装置の冷媒回路と、制御装置による故障検知後の動作の一部が異なるものである。本実施の形態4では、実施の形態1~3で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態4で説明する動作については、実施の形態3で説明した動作と異なる点を詳しく説明し、実施の形態3と同様な動作についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態4は、実施の形態3と比較すると、空気調和装置の冷媒回路と、制御装置による故障検知後の動作の一部が異なるものである。本実施の形態4では、実施の形態1~3で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態4で説明する動作については、実施の形態3で説明した動作と異なる点を詳しく説明し、実施の形態3と同様な動作についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態4の電動機制御装置を含む空気調和装置の構成を説明する。図19は、実施の形態4に係る空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。図19では、第1電動機1、第2電動機2および電動機制御装置30を図示すことを省略している。
図19に示すように、熱源側ユニット13aにおいて、熱源側熱交換器15および16が冷媒回路48に並列に設けられている。熱源側熱交換器15に対応してファン3が設置され、熱源側熱交換器16に対応してファン4が設置されている。熱源側熱交換器15は、ファン3が発生する風があたるようにファン3の近くに位置している。熱源側熱交換器16は、ファン4が発生する風があたるようにファン4の近くに位置している。また、熱源側熱交換器16に冷媒が流れる冷媒配管45には電磁弁20が設けられている。電磁弁20は、電磁弁21と熱源側熱交換器16との間に接続され、熱源側熱交換器16に流入する冷媒量を調節する。
本実施の形態4の空気調和装置の動作を説明する。図20は、実施の形態4の制御装置による初回起動時以外のオフ故障検出判定後の処理の一部を示すフローチャートである。図21は、実施の形態4の上位制御装置において、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図22は、実施の形態4の制御装置によるオン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図23は、実施の形態4の上位制御装置において、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
図20に示すステップS701~S708の動作は、図15を参照して説明したステップS501~S508と同様であるため、その詳細な説明を省略する。図22に示すステップS801~805の動作は、図17を参照して説明したステップS601~S605と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
図21に示すフローと実施の形態3で説明した図16とを比較すると、本実施の形態4では、上位制御装置23が回転数指令値を制御装置7に送信する前に、図21のステップS754の動作が1つ増えている。また、図23に示すフローと実施の形態3で説明した図18とを比較すると、本実施の形態4では、上位制御装置23が回転数指令値を制御装置7に送信する前に、図23のステップS852の動作が1つ増えている。
本実施の形態4では、上位制御装置23は、制御装置7に回転数指令値を送信する前に、電磁弁20の開度を制御する(図21のステップS754および図23のステップS852)。具体的には、上位制御装置23は、切替装置9のオフ故障またはオン故障が発生した場合、電磁弁20を全閉にして、熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御する。
本実施の形態4の空気調和装置24は、電動機制御装置30と、冷媒回路48において並列に接続された2台の熱源側熱交換器15および16と、2台のファン3および4と、ファン3および4に対応する第1電動機1および第2電動機2とを有する。制御装置7は、切替装置9が故障した場合、第2電動機2に対応して設けられた熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御する。
本実施の形態4の作用および効果について説明する。切替装置9がオフ故障した場合、切替装置9を介してインバータ5と接続されている第2電動機2に対応して配置された熱源側熱交換器16に流入する冷媒量が制限される。この場合、電磁弁20が全閉でない場合に熱源側熱交換器16に流入する冷媒を熱源側熱交換器15に流入させることができる。電磁弁20が全閉である場合、電磁弁20が全閉でない場合と比較して、熱源側熱交換器15に流入する冷媒量を増加させることができるため、熱源側熱交換器15における熱交換能力を向上させることができる。
また、切替装置9がオン故障した場合に、切替装置9を介してインバータ5と接続されている第2電動機2に対応して配置された熱源側熱交換器16に流入する冷媒量が制限される。切替装置9が正常動作している場合と同様に、熱源側熱交換器16において熱交換が行われなくなる。そのため、電磁弁20が全閉である場合、電磁弁20が全閉でない場合と比較して、熱源側熱交換器15と熱源側熱交換器16とを合わせた全体としての熱交換能力を抑制することができる。
上述したように、切替装置9がオフ故障、またはオン故障した場合に、電磁弁20が全閉である場合、電磁弁20が全閉でない場合と比較して、熱源側熱交換器15と熱源側熱交換器16とを合わせた全体としての熱交換能力の制御領域を拡大することができる。これにより、切替装置9が故障した場合に、要求される熱交換能力と実際の熱交換能力との差を緩和して運転する空気調和装置24を提供することができる。
また、切替装置9が故障した場合に、熱交換がほとんど行われない、または、熱交換が不要である熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御することで、冷媒を効率よく利用することができる。切替装置9がオフ故障した場合、第2電動機2が駆動するファン4によって吸い込まれる風量は0[m^3/h]になるため、熱源側熱交換器16に冷媒が流入されてもほとんど熱交換されない。そのため、熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御することで、冷媒の利用効率を高めることができる。
さらに、オン故障を検知するのは第1電動機1と第2電動機2の並列運転から第1電動機1のみの運転に切り替えるときであり、第1電動機1のみの運転に切り替えると、熱源側熱交換器16による熱交換は不要になる。切替装置9がオン故障した場合、第2電動機2が駆動するファン4によって風が吸い込まれるため、熱源側熱交換器16に冷媒が流入すると、熱源側熱交換器16において必要以上に熱交換が行われる。したがって、熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御することで、熱源側熱交換器16によって必要以上に熱交換されることを防ぎ、冷媒の利用効率を高めることができる。
実施の形態5.
本実施の形態5は、実施の形態2と比較すると、故障判定に用いる電流検出のタイミングが異なるものである。本実施の形態5では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態5で説明する動作については、実施の形態2で説明した動作と異なる点を詳しく説明し、実施の形態2と同様な動作についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態5は、実施の形態2と比較すると、故障判定に用いる電流検出のタイミングが異なるものである。本実施の形態5では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態5で説明する動作については、実施の形態2で説明した動作と異なる点を詳しく説明し、実施の形態2と同様な動作についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態5の電動機制御装置30の動作を説明する。図24は、実施の形態5の制御装置において、切替装置がオン状態になった後の第1電動機の駆動制御に関わる処理の一部を示すフローチャートである。
切替制御手段75が切替信号SW_ONを切替装置9に送信した後、電力制御手段73が起動制御を実行することで(ステップS901)、事前に停止させておいた第1電動機1および第2電動機2を再起動させる。続いて、電力制御手段73は、第1電動機1および第2電動機2に対して、電流検出装置8が検出する電流を参照しながら同期引き込み制御を実行する(ステップS902)。ここで、同期引き込み制御では、電力制御手段73は、d軸電流を一定に制御し、電動機に流れる電流から推定されるq軸磁束推定値が0となるようにd軸電流を制御する。電力制御手段73は、同期引き込み制御によって、第1電動機1および第2電動機2に流れる電流を一定にする。電力制御手段73は、同期引き込み制御を実行した後、通常制御に移行し(ステップS903)、第1電動機1および第2電動機2を目標回転数まで加速する。
図25は、実施の形態5の制御装置において、切替装置がオフ状態になった後の第1電動機の駆動制御に関わる処理の一部を示すフローチャートである。切替制御手段75が切替信号SW_OFFを切替装置9に送信した後、電力制御手段73は、電流検出装置8が検出する電流を参照しながら、第1電動機1に対して同期引き込み制御を実行する(ステップS1001)。電力制御手段73は、同期引き込み制御を実行した後、通常制御に移行し(ステップS1002)、第1電動機1を目標回転数まで加速する。
故障判定手段74は、故障判定に用いる電流として、同期引き込み制御中に検出された電流を用いる。故障判定に用いる電流値は、例えば、同期引き込み制御中に一定間隔でサンプリングした電流値の平均値である。
本実施の形態5の電動機制御装置30は、切替装置9の状態が切り替えられた後、第1電動機1および第2電動機2に対して同期引き込み制御を行い、故障判定手段74は、同期引き込み制御中に電流検出装置8が検出した電流を故障判定に利用するものである。
本実施の形態5の作用および効果について説明する。電動機の負荷が小さいと、通常制御時に電動機に流れる電流が非常に小さくなることがあり、電流が流れているか否かを正確に判定できないことがある。一方、電送機の同期引き込み制御中は、負荷によらず一定の電流を流すことができる。本実施の形態5では、故障判定手段74が、同期引き込み制御中に検出される電流を故障判定に用いることで、電流が流れているか否かを誤判定する確率を低減することができる。そのため、故障判定の精度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態1~5のうち、いずれか2つ以上組み合わせても、上述した効果を得ることができる。実施の形態1~5では、制御装置7および上位制御装置23を別々の構成で説明したが、制御装置7と上位制御装置23が一体となった構成であってもよい。
また、実施の形態1~5では電動機の負荷が空気調和装置用のファンの場合で説明したが、負荷は空気調和装置用のファンに限らない。実施の形態1および2で説明した、切替装置9の故障判定、および、実施の形態3~4で説明した、切替装置9の故障判定後の制御は、電動機の負荷の種類によらず、様々な負荷に適用できる。
1 第1電動機、2 第2電動機、3、4 ファン、5 インバータ、6 電源、7、7a 制御装置、8 電流検出装置、8a 第1の電流検出器、8b 第2の電流検出器、9 切替装置、9a、9b スイッチ、10 三相電力線、11 分岐三相電力線、13、13a 熱源側ユニット、14 負荷側ユニット、15、16 熱源側熱交換器、17 負荷側熱交換器、18 圧縮機、19 四方弁、20~22 電磁弁、23 上位制御装置、24 空気調和装置、30 電動機制御装置、35 電力変換装置、45 冷媒配管、48 冷媒回路、51~56 スイッチング素子、61~66 逆流防止素子、71 CPU、72 メモリ、73 電力制御手段、74 故障判定手段、75 切替制御手段、76 タイマー、81 CPU、82 メモリ。
Claims (7)
- 互いに並列に接続された2台の電動機に電力を変換して三相電圧を供給する電力変換装置と、
前記2台の電動機のうち、一方の電動機と前記電力変換装置とを接続する三相電力線と、
前記2台の電動機のうち、他方の電動機と前記電力変換装置とを接続し、前記三相電力線から分岐した分岐三相電力線と、
前記分岐三相電力線のうち、2つの相の電力線に設けられ、前記他の電動機と前記電力変換装置との間で各電力線を電気的に接続するオン状態または切断するオフ状態にする2つのスイッチを備えた切替装置と、
前記2台の電動機に流れる三相電流を検知する電流検出装置と、
速度指令値と前記電流検出装置によって検出された電流の情報とに対応して前記電力変換装置および前記切替装置を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定することで、前記切替装置の故障箇所を特定する故障判定を行う故障判定手段と、
前記故障判定の結果、前記2つのスイッチのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチの前記オン状態または前記オフ状態を、故障したスイッチの状態と同じになるように制御する切替制御手段と、を有する
電動機制御装置。 - 前記故障判定手段は、
前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、電流が流れていない1つの相または2つ以上の相の組み合わせを特定することで、前記2つのスイッチ、前記電力変換装置、前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、いずれの箇所に異常が生じているかを特定する、請求項1に記載の電動機制御装置。 - 前記制御装置は、前記切替装置の故障が検出された後、前記切替装置の故障状態に対応して前記2台の電動機に対する回転数指令値を変更する電力制御手段を有する、請求項1または2に記載の電動機制御装置。
- 前記故障判定手段は、
前記切替制御手段によって前記切替装置の状態が切り替えられた後、前記故障判定を行う、請求項1~3のいずれか1項に記載の電動機制御装置。 - 前記制御装置は、
前記切替装置の状態が切り替えられた後、前記2台の電動機に対して同期引き込み制御を行う電力制御手段を有し、
前記故障判定手段は、同期引き込み制御中に前記電流検出装置が検出した電流を、前記故障判定に利用する、請求項1~4のいずれか1項に記載の電動機制御装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の電動機制御装置と、
冷媒回路において並列に接続された2台の熱交換器と、
前記2台の熱交換器に対応して設けられた2台のファンと、
前記2台のファンに対応する、前記電動機制御装置の制御対象となる2台の電動機と、を有し、
前記制御装置は、
前記切替装置が故障した場合、前記切替装置が前記分岐三相電力線を介して接続された電動機に対応して設けられた前記熱交換器に冷媒が流入しないように制御する、
空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記切替装置の故障、前記電力変換装置の故障、および前記電動機に接続された配線の断線のうち、いずれかの異常を検出すると、異常箇所を発報し、運転を停止させるか運転を継続させるかの選択を入力できるようにする、請求項6に記載の空気調和装置。
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