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JPS6054571B2 - heat source device - Google Patents
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JPS6054571B2 - heat source device - Google Patents

heat source device

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Publication number
JPS6054571B2
JPS6054571B2 JP52138602A JP13860277A JPS6054571B2 JP S6054571 B2 JPS6054571 B2 JP S6054571B2 JP 52138602 A JP52138602 A JP 52138602A JP 13860277 A JP13860277 A JP 13860277A JP S6054571 B2 JPS6054571 B2 JP S6054571B2
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Japan
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chopper
voltage
circuit
compressor
output
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Application number
JP52138602A
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Inventor
勇 奥田
博 堀井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷媒圧縮用の圧縮機を用いた冷凍サイクル
熱源装置において、商用電源周波数よりも高い周波数を
出力可能なインバータにより、圧縮機駆動用のモータを
可変速駆動して冷凍能力を可変する熱源装置に関するも
のであり、特に圧縮機の運転トルクが過大になるのを防
止しつつ、冷凍能力を制御するものである。
Detailed Description of the Invention The present invention provides a refrigeration cycle heat source device using a compressor for compressing refrigerant, in which a motor for driving the compressor is driven at variable speed by an inverter capable of outputting a frequency higher than the commercial power frequency. The present invention relates to a heat source device that changes the refrigerating capacity by controlling the refrigerating capacity, and in particular, controls the refrigerating capacity while preventing the operating torque of the compressor from becoming excessive.

そして、本発明の目的とするところは、(イ)負荷に
応じた能力の比例制御を行なうことにより、制御性、快
適性の向上と、効率向上・省エネルギー化を図ること。
The purpose of the present invention is (a) to improve controllability and comfort, and to improve efficiency and save energy by proportionally controlling the capacity according to the load.

(ロ)圧縮機およびその駆動用モータの高速駆動により
、同一冷凍能力における圧縮糸を小形・軽量化し、省資
源を図ること。
(b) By driving the compressor and its drive motor at high speed, the compressed yarn can be made smaller and lighter for the same refrigerating capacity, thereby saving resources.

(ハ)圧縮機の起動・停止および運転状態を圧縮系に適
した方法で制御することにより、運転の安定化、寿命の
向上、操作性の向上を図ること。
(c) Stabilize operation, improve lifespan, and improve operability by controlling start/stop and operating conditions of the compressor using methods suitable for the compression system.

などである。従来圧縮機モータの極数変換(例えば2極
と4極の変換)によつて、段階制御を行なうものがあつ
たが、負荷に応じた能力の比例制御ができない欠点があ
つた。
etc. Conventionally, there have been some compressor motors that perform stepwise control by changing the number of poles (for example, changing between two and four poles), but this has the disadvantage that proportional control of capacity according to load is not possible.

またインバータ等により圧縮機モータを可変速駆動し、
冷凍能力を比例制御する考え方もあるが、特異な挙動を
示す圧縮系に対し、単に能力の比例制御のみでは種々の
問題がある。特に運転方法(起動・停止の制御)に難点
があり、機器の安定な運転、圧縮機等の機器の寿命、振
動・騒音、快適性などに問題があつた。以下本発明をそ
の一実施例を示す図面を参考に説明する。
In addition, the compressor motor is driven at variable speed by an inverter, etc.
Although there is an idea to proportionally control the refrigerating capacity, there are various problems with simply proportionally controlling the capacity for compression systems that exhibit unique behavior. In particular, there were difficulties in the operating method (start-up/stop control), which caused problems with stable operation of equipment, lifespan of equipment such as compressors, vibration/noise, and comfort. The present invention will be explained below with reference to the drawings showing one embodiment thereof.

第1図はヒートポンプ式など、冷凍サイクルにより加熱
、冷却する熱源装置であり、図は特にセパレート形の空
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は、圧縮機3、圧縮機3を駆動するモータ牡
四方弁5、室外熱交換器6、室外ファン7を有する。
FIG. 1 shows a heat source device, such as a heat pump type, which heats and cools by a refrigeration cycle, and the figure is particularly applied to a separate type air conditioner. 1 is an outdoor unit of a separate air conditioner, 2 is an indoor unit, and the outdoor unit 1 has a compressor 3, a four-way valve 5 with a motor for driving the compressor 3, an outdoor heat exchanger 6, and an outdoor fan 7. .

また室内ユニット2はキャピラリチューブ8、室内熱交
換器9、室内ファン10て構成され、この室内ファン1
0により、空調室内の空気が循環し、暖房、冷房等がで
きる。室内ユニット1における四方弁5は、冷媒の循環
方向を切替えて暖房・冷房の切替、あるいは暖房運転、
除霜運転の切替を行なうものである。11は商用電源で
特に三相200V電源である。
In addition, the indoor unit 2 is composed of a capillary tube 8, an indoor heat exchanger 9, and an indoor fan 10.
0 allows the air in the air conditioned room to circulate, allowing heating, cooling, etc. The four-way valve 5 in the indoor unit 1 switches the refrigerant circulation direction to switch between heating and cooling, or heating operation,
This is used to switch the defrosting operation. Reference numeral 11 is a commercial power supply, particularly a three-phase 200V power supply.

12は順変換部であり、ダイオードスタック13、チョ
ークコイル1牡コンデンサ15からなり、商用電源1を
整流平滑して直流電圧に変換するものである。
Reference numeral 12 denotes a forward conversion section, which includes a diode stack 13, a choke coil, and a capacitor 15, and rectifies and smoothes the commercial power source 1 to convert it into a DC voltage.

16はチョッパ部であり、チョッパ用トランジスタ17
、チョークコイル18、コンデンサ19、フライホィー
ルダイオード20、トランジスタドライブ回路21、チ
ョッパ制御回路22からなる。
16 is a chopper section, and a chopper transistor 17
, a choke coil 18, a capacitor 19, a flywheel diode 20, a transistor drive circuit 21, and a chopper control circuit 22.

チョッパ用トランジスタ17はチョッパ制御回路22か
らの信号がトランジスタドライブ回路21を経て、所定
の周波数でパルス幅制御(一周期内のオン時間を制御す
る方法)されてチョップピングし、このチョッピングさ
れた電圧はチョークコイル18、コンデンサ19、フラ
イホィールダイオード20よりなる平滑される。後述す
るが、このチョッパ部16の動作により、順変換部12
で整流・平滑された直流電圧がチョッパ制御回路22の
入力信号に応じた直流電″圧に変換される。23は逆変
換部であり、トランジスタ24〜29およびフライホィ
ールダイオード30〜35が三相ブリッジ接続されると
共に、トランジスタ24〜29に対応したトランジスタ
ドライブ回路36、逆変換制御回路37によりなる。
The chopper transistor 17 chops the signal from the chopper control circuit 22 via the transistor drive circuit 21 and performs pulse width control (method of controlling on-time within one cycle) at a predetermined frequency, and chops the chopped voltage. is smoothed by a choke coil 18, a capacitor 19, and a flywheel diode 20. As will be described later, due to the operation of the chopper section 16, the forward conversion section 12
The rectified and smoothed DC voltage is converted into a DC voltage according to the input signal of the chopper control circuit 22. 23 is an inverse conversion section, and transistors 24 to 29 and flywheel diodes 30 to 35 form a three-phase bridge. A transistor drive circuit 36 and an inverse conversion control circuit 37 are connected to each other and correspond to the transistors 24 to 29.

トランジスタ24〜29は、互いに定められた周期でオ
ン・オフして、三相交流電圧を発生させ、この電圧がモ
ータ4に給電される。38はトルク制限回路であり、電
流検出器39および信号処理回路40とよりなり、モー
タ4への電流を電流検出器39により間接的に検出して
、チョッパ制御回路22および逆変換制御回路37に信
号を発して、モータ4の回転速度を抑制して、圧縮機3
の運転トルクが所定以上にならないように制限する働き
をする。
The transistors 24 to 29 are turned on and off at predetermined intervals to generate a three-phase AC voltage, which is supplied to the motor 4. 38 is a torque limiting circuit, which consists of a current detector 39 and a signal processing circuit 40, which indirectly detects the current flowing to the motor 4 by the current detector 39, and outputs the current to the chopper control circuit 22 and the inverse conversion control circuit 37. A signal is issued to suppress the rotational speed of the motor 4, and the compressor 3
The function is to limit the operating torque so that it does not exceed a predetermined value.

41は速度指令回路である。41 is a speed command circuit.

この速度指令回路41は、空調室の室温を検出するサー
ミスタ42よりの温度信号と、室温を設定する可変抵抗
器43よりの設定信号を入力として、圧縮機3の回転速
度が所定の範囲内または零となるような速度指令信号を
発するものである。次に動作を説明する。
This speed command circuit 41 inputs a temperature signal from a thermistor 42 that detects the room temperature of the air-conditioned room and a setting signal from a variable resistor 43 that sets the room temperature, and inputs a temperature signal from a thermistor 42 that detects the room temperature of the air conditioned room, and a setting signal from a variable resistor 43 that sets the room temperature, so that the rotation speed of the compressor 3 is within a predetermined range or It emits a speed command signal that becomes zero. Next, the operation will be explained.

まず圧縮機3は冷媒を圧縮して、高圧の冷媒を吐出する
が、圧縮機3の1回転て圧縮される冷媒量は一定である
から、圧縮機3の回転速度の変化に応じて、単位時間当
りの圧縮される冷媒量が変化する。
First, the compressor 3 compresses refrigerant and discharges high-pressure refrigerant, but since the amount of refrigerant compressed in one revolution of the compressor 3 is constant, the unit The amount of refrigerant compressed per hour changes.

したがつて圧縮機3の回転速度を変化させれば、冷媒サ
イクルを循環する冷媒量が変化し、これにより室内熱交
換器9における加熱量、吸熱量が変化し、暖房能力・冷
房能力が変化することになる。そこで、圧縮機3を駆動
するモーク4を可変速駆動することにより、この空気調
和機の冷暖房能力を可変し、負荷に応じた能力制御を達
成しうることになる。ここで圧縮機3として、高速回転
可能て、高効率のローリングピストン形またはスライデ
ィングベーン形回転圧縮機を用い、これを用いた場合の
回転速度に対する運転トルク特性を第2図に示す。
Therefore, if the rotational speed of the compressor 3 is changed, the amount of refrigerant circulating through the refrigerant cycle changes, which changes the amount of heating and heat absorption in the indoor heat exchanger 9, and changes the heating capacity and cooling capacity. I will do it. Therefore, by variable-speed driving the moke 4 that drives the compressor 3, the heating and cooling capacity of this air conditioner can be varied and capacity control according to the load can be achieved. Here, as the compressor 3, a rolling piston type or sliding vane type rotary compressor capable of high speed rotation and high efficiency is used, and the operating torque characteristics with respect to rotational speed when this is used are shown in FIG.

第2図において、運転トルクTcは回転速度Nに対する
平均トルクを示し、特性Jはその一例である。回転速度
NLおよびNHは、圧縮機3の動作の安全が保たれる限
界であり、上限回転速度N8は許容しうる最高回転速度
を示し、下限回転速度NLは圧縮機3の始動時を除き、
圧縮系のオイル潤滑などの点から規制される最低回転速
度を示す。特性Kは許容しうる最高回転速度および最高
運転トルクから比較的すみやかに減速した場合の一例で
ある。また空気調和機において、室内外の空気条件によ
り冷媒の状態が変化し、運転トルクTcが極めて小さく
なる楊合もあり、結局、圧縮機3の運転トルクTcの取
るあるいは許容される範囲は、第2図に斜線で示す領域
となる。次に圧縮機3を駆動するモータ4として、可変
速および高速駆動が可能で、起動性、保守性に優れ、ま
た回転位置検出等が不要な三相誘導電動機を用い、また
インバータは出力電圧・出力周波数がほぼ比例した三相
の可変電圧・可変周波数形を採用して、第2図に示した
圧縮機3のとりうる運転トルク特性の範囲内て圧縮機3
を駆動するように構成される。
In FIG. 2, the operating torque Tc indicates the average torque with respect to the rotational speed N, and characteristic J is an example thereof. The rotational speeds NL and NH are the limits at which the safe operation of the compressor 3 is maintained, the upper limit rotational speed N8 indicates the maximum allowable rotational speed, and the lower limit rotational speed NL is the limit except when the compressor 3 is started.
Indicates the minimum rotational speed regulated from the viewpoint of oil lubrication of the compression system. Characteristic K is an example of a case where the speed is relatively quickly decelerated from the maximum allowable rotational speed and maximum operating torque. In addition, in an air conditioner, the state of the refrigerant changes depending on the indoor and outdoor air conditions, and there are cases where the operating torque Tc becomes extremely small. This is the area indicated by diagonal lines in Figure 2. Next, as the motor 4 that drives the compressor 3, a three-phase induction motor is used, which is capable of variable speed and high-speed drive, has excellent startability and maintainability, and does not require rotational position detection, etc. By adopting a three-phase variable voltage/variable frequency type in which the output frequency is approximately proportional, the compressor 3 can be adjusted within the range of possible operating torque characteristics of the compressor 3 shown in Fig. 2.
configured to drive.

以下インバータの動作を説明する。The operation of the inverter will be explained below.

ます速度指令回路41は、室温を検出するサーミスタ4
2を検出信号と、室温設定用の可変抵抗器43よりの設
定信号を入力とし、前記二つの入力信号の誤差信号ΔE
を得て、第3図に示すように速度指令信号Vsを出力す
る。
The speed command circuit 41 includes a thermistor 4 that detects room temperature.
2 is the detection signal and the setting signal from the variable resistor 43 for setting the room temperature, and the error signal ΔE of the two input signals is
is obtained, and a speed command signal Vs is output as shown in FIG.

すなわち、圧縮機3の最高回転速度、最低回転速度を規
制すると共に冷暖房負荷が小さい時(軽負荷時)の圧縮
機3の頻繁なオン・オフ動作を防止するためにヒステリ
シス特性を設けている。また圧縮機3の急速な加速・減
速を防ぐため、時定数回路を設けて、ヒステリシス特性
の動作においてもゆるやかに変化する速度指令信号■S
を発するように構成されている。
That is, hysteresis characteristics are provided to regulate the maximum and minimum rotational speeds of the compressor 3 and to prevent frequent on/off operations of the compressor 3 when the air conditioning load is small (light load). In addition, in order to prevent rapid acceleration and deceleration of the compressor 3, a time constant circuit is provided to provide a speed command signal ■S that changes slowly even during operation with hysteresis characteristics.
is configured to emit.

次に第1図において、チョッパ制御回路22は、前記の
速度指令信号Vsを入力して、一定の周期内でチョッパ
用トランジスタ17がオンになるようなパルス幅または
時間幅を得る。
Next, in FIG. 1, the chopper control circuit 22 inputs the speed command signal Vs and obtains a pulse width or time width such that the chopper transistor 17 is turned on within a certain period.

この信号により、トランジスタドライブ回路21を経て
チョッパ用トランジスタ17をオン●オフさせる。すな
わち、速度指令信号Vsにより、チョッパ用トランジス
タ17をパルス幅制御する。これにより順変換部12の
直流出力電圧VA(第1図の点Gに対する点Aの電圧)
がチョッピングされ、そのチョッピングされた電圧VB
(点Bの電圧)はチョークコイル18、コンデンサ18
およびフ弓イホイールダイオード20よりなる平滑回路
により、その出力電圧はほぼ直流となる。この直流出力
電圧VO(点Cの電圧)はある比率でチョッパ制御回路
22に帰還され、速度指令信号■Sと比較され、その差
に応じて前述のパルス幅を修正する。この動作がくり返
されて、結局チョッパ部16の出力する直流出力電圧V
cは速度指令信号Vsに比例した値となる。商用電源1
1の電圧変動などにより順変換部12の直流出力電圧V
Aが変化した場合にも、パルス幅が変化して、安定した
値となる。なお直流出力電圧■cはチョッピングされた
直流出力電圧■Bの平的値となる。第4図にチョッパ部
16における点A1点B1点Cの各電圧■A,VB,V
Oの波形を示す。次に逆変換制御回路37は、チョッパ
部16の直流出力電圧VOを検出し、ます第5図に示す
ように、その直流出力電圧■cにほぼ比例した周波数F
のパルス列P。
This signal turns on/off the chopper transistor 17 via the transistor drive circuit 21. That is, the pulse width of the chopper transistor 17 is controlled by the speed command signal Vs. As a result, the DC output voltage VA of the forward converter 12 (voltage at point A with respect to point G in FIG. 1)
is chopped and its chopped voltage VB
(Voltage at point B) is choke coil 18, capacitor 18
Due to the smoothing circuit including the curved wheel diode 20, the output voltage becomes approximately direct current. This DC output voltage VO (voltage at point C) is fed back to the chopper control circuit 22 at a certain ratio and compared with the speed command signal S, and the aforementioned pulse width is corrected according to the difference. This operation is repeated, and eventually the DC output voltage V output from the chopper section 16
c has a value proportional to the speed command signal Vs. Commercial power supply 1
1, the DC output voltage V of the forward converter 12
When A changes, the pulse width also changes and becomes a stable value. Note that the DC output voltage ■c is the average value of the chopped DC output voltage ■B. FIG. 4 shows the voltages at points A1, B1, and C in the chopper section 16.
The waveform of O is shown. Next, the inverse conversion control circuit 37 detects the DC output voltage VO of the chopper section 16, and as shown in FIG.
pulse train P.

を発生させる。このパルス列POは論理回路等によつて
第6図に示すように周波数FO=Wの6相のパルス信号
P1〜P6に変換して出力する。この6相のパルス信号
P1〜P6は、三相ブリッジ接続された6個のトランジ
スタ24〜29に対応し、6個のトランジスタドライブ
回路36を経て、それぞれのトランジスタ24〜29を
オン・オフさせる。ここで第6図において、パルス信号
P1〜P6はそれぞれ、ハイレベルの期間が1周期に対
し112弱すなわちパルス列POの3周期分より、休止
時間TR分小さい値となつている。これは例えばトラン
ジスタ24と25が同時にオン状態となるのを防ぐため
である。この休止時間TRはここでは周波数Fにかかわ
らず一定でか・つ、トランジスタ24等の蓄積時間とタ
ーンオフ時間より十分大きい値に選ばれている。以上の
結果、逆変換部23の6個のトランジスタ24〜29は
チョッパ部16の直流出力電圧V。
to occur. This pulse train PO is converted by a logic circuit or the like into six-phase pulse signals P1 to P6 of frequency FO=W, as shown in FIG. 6, and output. The six-phase pulse signals P1 to P6 correspond to six transistors 24 to 29 connected in a three-phase bridge, and turn on and off the respective transistors 24 to 29 through six transistor drive circuits 36. Here, in FIG. 6, the high level period of each of the pulse signals P1 to P6 is a little less than 112 per period, that is, a value smaller than three periods of the pulse train PO by the rest time TR. This is for example to prevent transistors 24 and 25 from being turned on at the same time. Here, the pause time TR is constant regardless of the frequency F, and is selected to be sufficiently larger than the storage time and turn-off time of the transistor 24 and the like. As a result of the above, the six transistors 24 to 29 of the inverse conversion section 23 have the DC output voltage V of the chopper section 16.

にほぼ比例した周波数でオン・オフされ、これにより第
1図に示した点U,V,Wに矩形波状の三相交流電圧を
発生させ、この電圧がモータ4に印加される。点U,V
,Wにおける三相交流電圧は、モータ4に給電されてい
る時、第7図のような波形を示す。なお逆変換部23に
おいて、トランジスタ24〜29に逆並列に接続された
6個のダイオード30〜35は、フライホィール用であ
りトランジスタ24〜29のスイッチング動作によるモ
ータ4の逆起電力発生時にトランジスタ24〜29を保
護する働きをする。次にトルク制限回路38は、逆変換
部23の点U,■,Wから給電されたモータ4によつて
駆動される圧縮機3の運転トルクを第2図の斜線に示す
範囲内に制限する。
is turned on and off at a frequency approximately proportional to , thereby generating a rectangular-wave three-phase AC voltage at points U, V, and W shown in FIG. 1, and this voltage is applied to the motor 4. Points U, V
, W exhibits a waveform as shown in FIG. 7 when power is being supplied to the motor 4. In the inverse converter 23, six diodes 30 to 35 connected in antiparallel to the transistors 24 to 29 are for the flywheel, and when the back electromotive force of the motor 4 is generated by the switching operation of the transistors 24 to 29, the transistors 24 to 29 are connected in antiparallel. ~29 functions to protect. Next, the torque limiting circuit 38 limits the operating torque of the compressor 3 driven by the motor 4 supplied with power from points U, ■, and W of the inverse converter 23 to within the range shown by diagonal lines in FIG. .

ここでトルク制限回路38がない場合に、第5図に示す
電圧、周波数の関係でモータ4を駆動すると、モータ4
の出力する軸トルクTmは第8図に実線で示すようにな
る。第8図中FCl,fC2,fO3はモータ4に給電
される三相交流の周波数である。ここで周波数Fc=F
clとし、圧縮機3の運転トルクTcがTClであつた
とすると、その時の圧縮機3およびモータ4の回転速度
NはN1となつて安定に運転されている。
Here, if there is no torque limiting circuit 38 and the motor 4 is driven with the voltage and frequency relationship shown in FIG.
The output shaft torque Tm is as shown by the solid line in FIG. In FIG. 8, FCl, fC2, and fO3 are the frequencies of three-phase alternating current supplied to the motor 4. Here frequency Fc=F
cl, and if the operating torque Tc of the compressor 3 is TCl, the rotational speed N of the compressor 3 and motor 4 at that time is N1, and they are stably operated.

そこて冷凍サイクル条件が変化して、運転トルクTcが
徐々に増大していくと、モータ4の運転状態は周波数F
Clの曲線上で変化する。例えば圧縮機3の運転トルク
Tc=TC2のときは回転速度N=N2となる。しかし
運転トルクTcがなお増大し、ついにTC3となると、
運転が継続される限界(この時回転速度N=N3)とな
り、運転トルクTcがこれよりわずかでも大きくなると
、モータ4および圧縮機3は高速回転よソー瞬に停止し
、モータ4はロック状態となつてしまう。またこれとは
別に、圧縮機3の運転トルクTcがTC2の状態(Fc
=FOl,N=N2)において、冷凍能力を下げるため
に、周波数F。
Then, when the refrigeration cycle conditions change and the operating torque Tc gradually increases, the operating state of the motor 4 changes to the frequency F.
It changes on the curve of Cl. For example, when the operating torque of the compressor 3 is Tc=TC2, the rotational speed N=N2. However, when the operating torque Tc continues to increase and finally reaches TC3,
When the limit for continued operation is reached (rotational speed N=N3 at this time) and the operating torque Tc becomes even slightly larger than this, the motor 4 and compressor 3 stop rotating at high speed, and the motor 4 becomes locked. I get used to it. Separately from this, the operating torque Tc of the compressor 3 is in a state of TC2 (Fc
=FOl, N=N2), the frequency F is set to lower the refrigeration capacity.

をFOlよりF。2へ下げて行くと、この時は、冷凍サ
イクル内の冷媒の状態は極めてゆつくりしか変化しない
ため、圧縮機3の運転トルクTcの回転速度Nに対する
特性は第8図のTC4に示すようになり、このためモー
タ4の出しうる軸トルクTmは圧縮機3に必要な運転ト
ルクTC4より小いから、周波数F。
F from FOL. 2, at this time the state of the refrigerant in the refrigeration cycle changes only very slowly, so the characteristics of the operating torque Tc of the compressor 3 with respect to the rotational speed N are as shown in TC4 in Fig. 8. Therefore, the shaft torque Tm that the motor 4 can produce is smaller than the operating torque TC4 required for the compressor 3, so the frequency is F.

がFClよりFO2へ減少する途中で、圧縮機3および
モータ4は高速回転よソー瞬に停止し、モータ4はロッ
ク状態となる。以上のような状態になると、圧縮機3、
モータ4およびインバータの破損につながる。
While the amount of FCl is decreasing from FCl to FO2, the compressor 3 and motor 4 immediately stop rotating at high speed, and the motor 4 becomes locked. When the above situation occurs, compressor 3,
This will lead to damage to the motor 4 and inverter.

したがつて、トルク制限回路38は、第1図に示すよう
に、チョッパ部16の出力電圧■cおよび出力電流を検
出して、間接的に圧縮機3の運転トルクTcを求めて、
チョッパ制御回路22および逆変換制御回路37に信号
を発して、運転トルクTcが所定の値以上においては第
5図に示す直流出力電圧■。
Therefore, as shown in FIG. 1, the torque limiting circuit 38 detects the output voltage c and output current of the chopper section 16 and indirectly determines the operating torque Tc of the compressor 3.
A signal is issued to the chopper control circuit 22 and the inverse conversion control circuit 37, and when the operating torque Tc exceeds a predetermined value, the DC output voltage becomes the voltage (2) shown in FIG.

と周波数Fの関係を補正して、インバータの出力電圧、
出力周波数の関係を変更させると共に、また運転トルク
Tcの増大に対して周波数自体を減少させるように働く
。第9図にこうして得られるモータ4の軸トルク特性を
示す。
By correcting the relationship between and frequency F, the inverter output voltage,
It works to change the relationship between output frequencies and to decrease the frequency itself in response to an increase in operating torque Tc. FIG. 9 shows the shaft torque characteristics of the motor 4 obtained in this manner.

第9図中■SH,VSM,■SLは速度指令信号Vaの
異なる三つの値で、■SHはその最大値、VSLは最小
値である。第9図において、速度指令信号■SがVSH
で圧縮機3の運転トルクTc=Tclのときは回転速度
N=N1″となり、運転トルクTcが増大すると、速度
指令信号VS=VSHと一定であるにもかかわらず、周
波数FOを下げて、回転速度Nを下げる方向となり、T
c=Tc2のときN=N2″となる。
In FIG. 9, ■SH, VSM, and ■SL are three different values of the speed command signal Va, of which ■SH is the maximum value and VSL is the minimum value. In Fig. 9, the speed command signal ■S is VSH
When the operating torque Tc=Tcl of the compressor 3, the rotation speed N=N1'', and as the operating torque Tc increases, the frequency FO is lowered and the rotation is increased even though the speed command signal VS=VSH is constant. The direction is to decrease the speed N, and T
When c=Tc2, N=N2''.

さらに運転トルクTcが大きくなり、特性TC3となる
と、周波数Fcをさらに減少して、N=N3″で安定に
運転を続ける。しかし結果的には、圧縮機3の運転トル
クTcは、回転速度Nの減少により、ほとんど一定の値
で制限されている。また、圧縮機3の運転トルクTcが
TC2の状態(N=N2″)から、冷凍能−力をより小
さくするため速度指令信号Vsを小さく、例えばVS=
VSHよりVs=■9にするときは、運転トルクTcが
TC4″なる特性で変化して、回転速度N4″となり、
その後冷媒の状態の安定化に応じて、モータ3の運転ト
ルクTmはVSMで示す曲線上で移動し、安定運転に達
する。従つて、トルク制限回路38の動作により、圧縮
機3のとりうる運転トルクTcの範囲は第9図で斜線で
示す領域となり、第2図で示した圧縮機3の運転トルク
Tcのとりうる範囲をほぼ満して”いる。
When the operating torque Tc further increases and reaches the characteristic TC3, the frequency Fc is further reduced to continue stable operation at N=N3''. However, as a result, the operating torque Tc of the compressor 3 becomes The operating torque Tc of the compressor 3 is limited to an almost constant value due to a decrease in , for example VS=
When setting Vs=■9 from VSH, the operating torque Tc changes with the characteristic of TC4'', and the rotational speed becomes N4'',
Thereafter, as the state of the refrigerant stabilizes, the operating torque Tm of the motor 3 moves on a curve indicated by VSM, and reaches stable operation. Therefore, due to the operation of the torque limiting circuit 38, the range of possible operating torque Tc of the compressor 3 becomes the shaded area in FIG. 9, which is the range of possible operating torque Tc of the compressor 3 shown in FIG. Almost all of the above are met.

また、圧縮機3およびモータ4を高速回転から一瞬に停
止させたり、あるいはモータ4をロック状態で継続させ
ることがなく、これと共に、インバータを過電流から保
護することができるなど、機器の動作の安定性、機器の
保護・寿命の向上を図ることができる。またモータ4の
起動トルクは大きい値を示し、圧縮機3の停止後の再運
転は比較的容易にかつすみやかに行なうことができ、操
作性の面でも優れた特性を有している。第10図は、本
発明に基づく熱源装置における冷凍能力Q(Kcal/
h)の特性の一例である。Nは圧縮機3の回転速度であ
り、インバータによりモータ4を可変速駆動して圧縮機
3の回転速度Nを変化させることにより、冷凍能力Qを
可変できることを示している。以上のごとく本発明に基
づく熱源装置は、圧縮機3の回転速度Nを変化させて冷
凍能力Qを可変または制御し得るものであり、本発明は
、前述の実施例のように室温検出による冷暖房能力の制
御のみならず、他の制御対象の自動制御または手動調節
により冷凍能力を制御または調節できるものであるから
、あらゆる冷凍サイクルを有する機器の制御手段に適用
できるのは当然である。
In addition, the compressor 3 and motor 4 do not have to momentarily stop from high-speed rotation, or the motor 4 does not have to remain in a locked state, and at the same time, the inverter can be protected from overcurrent, thereby improving the operation of the equipment. Stability, equipment protection, and lifespan can be improved. Further, the starting torque of the motor 4 exhibits a large value, and the compressor 3 can be restarted relatively easily and quickly after being stopped, and has excellent characteristics in terms of operability. FIG. 10 shows the refrigerating capacity Q (Kcal/
This is an example of the characteristic h). N is the rotational speed of the compressor 3, which indicates that the refrigerating capacity Q can be varied by driving the motor 4 at variable speed using an inverter to change the rotational speed N of the compressor 3. As described above, the heat source device according to the present invention is capable of varying or controlling the refrigeration capacity Q by changing the rotational speed N of the compressor 3. Since the refrigeration capacity can be controlled or adjusted not only by capacity control but also by automatic control or manual adjustment of other controlled objects, it is natural that it can be applied to control means for equipment having any refrigeration cycle.

なお、第1図に示す実施例において、トルク制限回路3
8の入力信号として、チョッパ部16の直流出力電圧■
cおよび出力電流を入力しているが、インバータの出力
電圧、出力周波数やあるいは、圧縮機3の回転速度を検
出する回転速度検出器を設け、これを用いて圧縮機3の
運転トルクを検出するなど適宜選択可能である。
In addition, in the embodiment shown in FIG.
As the input signal of 8, the DC output voltage of the chopper section 16 is
c and output current are input, but a rotation speed detector is provided to detect the output voltage and output frequency of the inverter, or the rotation speed of the compressor 3, and this is used to detect the operating torque of the compressor 3. etc. can be selected as appropriate.

またインバータの電源として、三相交流の商用電源11
を用いているが、単相の商用電源であつても構成可能で
、このときは順変換部12のダイオードスタック13を
単相ブリッジに変えれば良い。
In addition, as a power source for the inverter, a three-phase AC commercial power source 11
However, it is also possible to use a single-phase commercial power source, and in this case, the diode stack 13 of the forward conversion section 12 may be replaced with a single-phase bridge.

また既に直流電源が存在する場合には、順変換部12は
不要であることは明白である。またインバータに用いて
いるチョッパ用トランジスタ17、およびトランジスタ
24〜29は実施例てはNPN型を用いているがPNP
型でも構成でき、あるいはこれらの代りに、電界効果ト
ランジスタFETや、ゲートターンオフサイリスタGT
Oなどの半導体スイッチング素子を用いることもできる
Furthermore, if a DC power source already exists, it is obvious that the forward converter 12 is unnecessary. In addition, the chopper transistor 17 and transistors 24 to 29 used in the inverter are of the NPN type in the embodiment, but are PNP.
Alternatively, field effect transistors FET or gate turn-off thyristors GT may be used.
It is also possible to use semiconductor switching elements such as O.

上記実施例から明らかなように、本発明の熱源装置は、
冷媒圧縮用の圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用
側熱交換器等を順次連結して冷媒回路を形成すると共に
、前記圧縮機を駆動するモータの電源として、商用電源
を整流する順変換部、直流電圧を制御するチョッパ部、
前記直流電圧を三相交流電圧に変換する逆変換部、前記
モータの回転速度を設定する速度指令回路、前記圧縮機
の運転トルクを制限するトルク制限回路とより構成され
るインバータを用い、前記圧縮機の回転速度を制御する
ことにより、冷凍能力を可変するもので、インバータを
用いて、モータおよび圧縮機を可変速駆動して、冷凍能
力を可変もしくは制御することにより、負荷に応じた冷
凍能力が得られるため、制御性、快適性の向上、省エネ
ルギー化を達成し、また、モータおよび圧縮機を高速駆
動することにより、圧縮系の小形、軽量化を図ると共に
経済性、省資源化をはかることができる上に、速度指令
回路、トルク制限回路の動作により、モータおよび圧縮
機の回転速度およびトルクを所定の範囲内におさえて、
機器の安全をはかることができる。
As is clear from the above embodiments, the heat source device of the present invention includes:
A refrigerant circuit is formed by sequentially connecting a compressor for refrigerant compression, a heat source side heat exchanger, a pressure reducing device, a user side heat exchanger, etc., and rectifies commercial power as a power source for a motor that drives the compressor. Forward conversion section, chopper section that controls DC voltage,
The compressor is equipped with an inverter including an inverse converter that converts the DC voltage into a three-phase AC voltage, a speed command circuit that sets the rotational speed of the motor, and a torque limiting circuit that limits the operating torque of the compressor. By controlling the rotation speed of the machine, the refrigeration capacity can be varied.By using an inverter to drive the motor and compressor at variable speeds and varying or controlling the refrigeration capacity, the refrigeration capacity can be adjusted according to the load. This improves controllability, comfort, and saves energy.Also, by driving the motor and compressor at high speed, the compression system can be made smaller and lighter, making it more economical and conserving resources. In addition, the rotational speed and torque of the motor and compressor can be controlled within a predetermined range by the operation of the speed command circuit and torque limiting circuit.
Able to measure equipment safety.

すなわち、過負荷運転の防止、非常な高速運転や低速運
転による軸受等の摩耗や焼き付きが回避され、頻繁なオ
ン・オフ動作の防止、インバータの過電流の制限などを
可能とするものである。
That is, it is possible to prevent overload operation, avoid wear and seizure of bearings due to extremely high-speed or low-speed operation, prevent frequent on/off operations, and limit overcurrent in the inverter.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す熱源装置の電気回路図
、第2図は同装置の圧縮機のトルク特性説明図、第3図
は同装置の速度指定回路の特性図、第4図は同装置のチ
ョッパ部の動作を示す波形説明図、第5図、第6図は同
装置の逆変換制御回路の説明図、第7図は同装置の逆変
換部の出力する三相交流の波形図、第8図、第9図は同
装置のトルク制限回路の動作説明におけるモータの軸ト
ルクの特性図、第10図は同装置の冷凍能力の特性図で
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・・・・・・室外熱交換器(熱源
側熱交換器)、8・・・・・ギヤ・ピラリチユーブ(減
圧装置)、9・・・・・・室内熱交換器(利用側熱交換
器)、12・・・・・順変換部、16・・・・チョッパ
部、17・・・・・・チョッパ用トランジスタ、18・
・・・・・チョークコイル(平滑回路)、19・・コン
デンサ(平滑回路)、21・・・・トランジノスタドラ
イブ回路、22・・・・・・チョッパ制御回路、23・
・・・・逆変換部、24,25,26,27,28,2
9・・・・・・トランジスタ、30,31,32,33
,34,35・・・・・・フライホィールダイオード、
37・・・・・・逆変換制御回路、38・・・・・・ト
ルク制限回路、41・・・・・速度指令回路。
Fig. 1 is an electric circuit diagram of a heat source device showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram explaining the torque characteristics of the compressor of the same device, Fig. 3 is a characteristic diagram of the speed specifying circuit of the same device, and Fig. 4 is a diagram of the torque characteristics of the compressor of the same device. The figure is a waveform explanatory diagram showing the operation of the chopper section of the same device, Figures 5 and 6 are explanatory diagrams of the inverse conversion control circuit of the same device, and Figure 7 is a three-phase AC output from the inverse conversion section of the same device. FIGS. 8 and 9 are characteristic diagrams of the shaft torque of the motor in explaining the operation of the torque limiting circuit of the same apparatus, and FIG. 10 is a characteristic diagram of the refrigerating capacity of the same apparatus. 1...Outdoor unit, 2...Indoor unit, 3...Compressor, 4...Motor, 5...
... Four-way valve, 6 ... Outdoor heat exchanger (heat source side heat exchanger), 8 ... Gear pillar tube (pressure reducing device), 9 ... Indoor heat Exchanger (utilization side heat exchanger), 12... forward conversion section, 16... chopper section, 17... transistor for chopper, 18...
... Choke coil (smoothing circuit), 19 ... Capacitor (smoothing circuit), 21 ... Transistor drive circuit, 22 ... Chopper control circuit, 23 ...
...inverse conversion section, 24, 25, 26, 27, 28, 2
9...Transistor, 30, 31, 32, 33
, 34, 35... flywheel diode,
37... Reverse conversion control circuit, 38... Torque limit circuit, 41... Speed command circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 冷媒圧縮用の圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、
利用側熱交換器等を順次連結して冷媒回路を形成すると
共に、前記圧縮機を駆動するモータの電源として、前記
モータの回転速度を設定する速度指令信号を出力する速
度指令回路、商用電源を整流する順変換部、前記順変換
部の出力する直流電圧を、前記速度指令信号に対応した
直流出力電圧に変換するチョッパ部、前記チョッパ部の
発する直流出力電圧を、その電圧値に係合した周波数の
三相交流電圧に変換し、前記モータへ出力する逆変換部
、前記チョッパ部の出力電流を検出する電流検出器等に
より前記モータの運転トルクを検出し、前記運転トルク
が所定値以上の時、前記チョッパ部および前記逆変換部
の少なくとも一方へ出力信号を発して、前記逆変換部の
出力周波数を低減させるトルク制限回路とにより構成さ
れるインバータを具備して成る熱源装置。 2 チョッパ部を、順変換部よりの直流電圧をチョッピ
ングするチョッパ用トランジスタ、前記チョッパ用トラ
ンジスタより出力されるパルス状の電圧を平滑し直流出
力電圧を発生する平滑回路、前記チョッパ用トランジス
タを駆動するトランジスタドライブ回路、速度指令回路
よりの速度指令信号および前記直流出力電圧に比例した
電圧を入力し、その差に応じたパルス幅の信号を前記ト
ランジスタドライブ回路へ出力するチョッパ制御回路と
により構成した特許請求の範囲第1項の熱源装置。 3 逆変換部を、チョッパ部の出力する直流出力電圧に
対し三相ブリッジ接続された6個のトランジスタと6個
のフライホィールダイオード、前記6個のトランジスタ
にそれぞれ対応したトランジスタドライブ回路、および
前記直流出力電圧に係合した周波数の6相のパルス信号
を発生し前記6個のトランジスタドライブ回路へそれぞ
れ出力する逆変換制御回路とにより構成し、前記三相ブ
リッジの各接続点より三相交流電圧を出力する特許請求
の範囲第1項の熱源装置。 4 速度指冷回路を、制御対象の温度を検出する温度検
出手段よりの検出信号および前記制御対象の温度を設定
する温度設定手段よりの設定信号を入力し、前記2つの
入力信号の誤差信号を、モータの回転速度が所定の範囲
内もしくは零となる速度指令信号に変換する手段を具備
して構成した特許請求の範囲第1項記載の熱源装置。
[Claims] 1. A compressor for compressing refrigerant, a heat source side heat exchanger, a pressure reducing device,
A refrigerant circuit is formed by sequentially connecting heat exchangers on the user side, and a speed command circuit that outputs a speed command signal for setting the rotational speed of the motor as a power source for the motor that drives the compressor, and a commercial power supply. a forward conversion section that rectifies, a chopper section that converts the DC voltage output from the forward conversion section into a DC output voltage corresponding to the speed command signal, and a DC output voltage generated by the chopper section that engages the voltage value thereof. The operating torque of the motor is detected by an inverse conversion unit that converts the frequency into a three-phase AC voltage and outputs it to the motor, and a current detector that detects the output current of the chopper unit. and a torque limiting circuit that reduces the output frequency of the inverse converter by emitting an output signal to at least one of the chopper section and the inverse converter. 2. The chopper section is driven by a chopper transistor that chops the DC voltage from the forward conversion section, a smoothing circuit that smoothes the pulsed voltage output from the chopper transistor and generates a DC output voltage, and drives the chopper transistor. A patent consisting of a transistor drive circuit, a chopper control circuit that inputs a speed command signal from a speed command circuit and a voltage proportional to the DC output voltage, and outputs a signal with a pulse width corresponding to the difference to the transistor drive circuit. A heat source device according to claim 1. 3. The inverse conversion section includes six transistors and six flywheel diodes connected in a three-phase bridge to the DC output voltage output from the chopper section, a transistor drive circuit corresponding to each of the six transistors, and the DC output voltage output from the chopper section. and an inverse conversion control circuit that generates a six-phase pulse signal with a frequency that matches the output voltage and outputs it to each of the six transistor drive circuits, and a three-phase AC voltage is generated from each connection point of the three-phase bridge. A heat source device according to claim 1 which outputs. 4. Input the detection signal from the temperature detection means for detecting the temperature of the controlled object and the setting signal from the temperature setting means for setting the temperature of the controlled object into the speed index cooling circuit, and calculate the error signal of the two input signals. 2. The heat source device according to claim 1, further comprising means for converting the rotational speed of the motor into a speed command signal that is within a predetermined range or zero.
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