專利名稱：空調器的控制裝置的制作方法
稱作為分體型的空調器一般由設于屋外的室外單元和設于屋內的室內單元構成，這兩個單元中分別裝設著構成壓縮機等的制冷循環的機器，同時由制冷劑導管和指令信號線路連接。
室內單元中安裝著室內熱交換器、風扇馬達和由此馬達驅動的使由室內交換器加熱/冷卻的空氣在室內循環的橫流式風扇組成的室內風扇、制冷劑導管連接用的端口以及室內控制部等。
室外單元中安裝著室外熱交換器、由馬達與螺旋漿式風扇組成的促進外部空氣與室外熱交換器進行熱交換的室外風扇、壓縮機以及驅動它的壓縮機馬達、變換制冷劑循環方向的回通閥、限制制冷劑循環方向的止回閥、調節供給于室內單元的制冷劑流量的制冷控制用電磁閥、毛細管(減壓裝置)、濾網、制冷劑導管連接用端口、聚積器、消聲器以及室外控制部(室外裝置控制板)，這些裝置都由制冷劑導管連接，構成制冷循環。
上述制冷循環的結構可采用周知的結構，略去其詳細說明。
致冷作業時，由壓縮機排出的制冷劑經室外熱交換器冷凝，為毛細管減壓后再經室內熱交換器蒸發，而得以使被空調的房間降溫。
供暖作業時，由壓縮機排出的制冷劑經室內熱交換器冷凝，為毛細管減壓后由室外熱交換器蒸發。這時能利用室內熱交換器使制冷劑冷凝時的冷凝熱給被空調的房間供暖。
在進行致冷、供暖或干燥作業(與致冷作業相同，使制冷劑流動，讓室內風扇的送風量自動地增減)時，這種由室內單元與室外單元組成的分體式空調器為了實行所希望的作業，是通過通信線路將控制信號從室內單元傳送給室外單元的。下面用

圖1概述作為本發明對象的空調器的電路。
圖1中，來自室內單元2的信號經信號線路供給于端子板A(接線板)6的端子③，發送給室外單元1的控制部(室外裝置控制板)3的串行通信電路；而由室內單元2控制通電的電力則通過端子板A6的端子①與端子②，供給于端子板B的端子①與端子②，經噪聲濾波器供給由整流電路8與晶體管組件組成的逆變電路9，成為驅動壓縮機5的驅動電力。
另外，在把單相200V的電源連接到端子板B時，把整流電路8變換為單相200V用的，同時斷開連接端子板A與端子板B的連接線。
接收到操作指令的室外單元1的控制部(室外裝置控制板)3，控制著室外風扇馬達7的轉數、用來控制制冷劑的流量或制冷劑膨脹量的制冷劑控制用電磁閥的開度、以及壓縮機的工作本領(轉數)，以使室溫達到設定于室內單元2中的設定溫度。
圖2是安裝于室內單元2的控制部中主要部分的電路圖。微機21中設置有設定空調機基本工作方式的開關、操作顯示部以及接收來自遙控器的信號的信號接收電路。
微機21根據遙控器送來的信號控制空調器的作業。根據致冷作業/供暖作業/送風作業的設定，在供暖作業時，通過端子板6A的端子③將使改變制冷劑的流向進行致冷供暖變換的四通閥通電的信號輸出給室外單元1的控制部。
標號23指步進馬達，通過改變風向調節板(葉片)的角度，使室內單元2排出的調節用空氣的排出方向可沿上下左右變更。標號22指用來驅動送機用橫流式風扇的馬達，馬達的轉數可自動或任意地控制。馬達22的驅動電路由微機21控制。TH1與TH2分別為用來探測室溫的溫度傳感器和用來探測制冷劑熱交換器的溫度的溫度傳感器。
圖3為室外單元1中控制部的主要部分的電路圖。圖中的端子板(接線板)6B與圖2所示的室內單元2中控制部的端子板6A相同，使相同序號的端子相互連接。在此圖中的端子板6B是把圖1所示的端子板A與端子板B加以統一描述。
串行電路是為用來在室內單元2的微機21與室外單元1的微機31之間進行信號傳送而設置的，室內單元2中設有串行電路20而室外單元1中設有串行電路30。
室外單元1的微機31的操作指令是通過串行電路30由室內單元2傳送來的，驅動控制著壓縮機馬達5、四通閥變換用螺線管RV以及風扇馬達7。
壓縮機馬達5采用交流馬達，是把經整流電路倍壓整流的直流電通過微機31的指令信號控制的逆變電路9，變換為基于PWM理論的準正弦波的交流電之后供給于它。風扇馬達7屬無刷直流電動式的，根據來自微機31的信號控制其轉數。
RV為回通閥變換用螺線管，可根據通電方向變換回通閥的狀態。這樣，當變換螺線管RV的通電方向，制冷循環便成為供暖作業/致冷作業。TH3、TH4、TH5為溫度傳感器，分別用來探測各部的溫度而輸入到微機31之中。
在取上述結構的空調器中，當供給于動力源即壓縮機馬達等的電源電壓超過了正常工作范圍變化到保護工作范圍時，亦即相對于基準電壓，電壓上升到規定值以上時，馬達線圈會由于過電壓而出現燒損事故；而當相對于基準電壓，電壓降到規定值以下時，又會出現馬達轉矩不足陷于停動(鎖定)狀態等的不合適情形。
根據上述問題，本發明的目的在于提供空調器的控制裝置，它在前述空調器的運行中，當供給于驅動源即壓縮機馬達等的電源電壓超過正常工作范圍變動至保護工作范圍時，能不停止向壓縮機等供電，而使空調器得到保護，同時可調節供給壓縮機馬達的電壓，使馬達盡可能地不停動地繼續運轉。
根據本發明技術方案1的空調器的控制裝置，它具有由比較調制波與載波大小得到的開關信號來輸出準正弦波的逆變電路，以及采用由此逆變電路輸出的準正弦波旋轉驅動的壓縮機所構成的制冷循環，且能依據空調負載來調節調制波，能在由逆變電路供給的電源電壓較額定電壓大第一預定值以上時，每隔預定時間進行調制波的振幅減小的校正，而當此電壓較額定電壓小第二預定值以上時，則每隔預定時間進行調制波的振幅增大的校正，與此同時，可隨著電壓與額定電壓的差加大延長前述預定時間，來抑制電源電壓變動時壓縮機的停止。
按照本發明的技術方案2，技術方案1的空調器的控制裝置中備有保護裝置，它當電源電壓超過第一預定值的時間或低于第二預定值的時間達到一定的時間時，能進行使壓縮機停止運轉的保護動作。
按照本發明的技術方案3，技術方案1的空調器的控制裝置中備有保護裝置，當電源電壓大于比第一預定值高的第三預定值或電源電壓小于比第二預定值低的第四預定值時，能進行使壓縮機停止運轉的保護動作。
如上所述，本發明具有下述種種效果，當電源電壓在正常工作范圍、高電壓工作范圍與低電壓工作范圍的各個區域中而電源電壓有了變化時，能通過選擇電壓校正表進行計算求得供給于壓縮機馬達的合適電壓，而可不中止向壓縮機馬達等供電，可抑制給馬達線圈供給過電壓而防止馬達的燒損事故，此外能防止馬達因轉矩不足而陷于停動(鎖定)狀態，得以盡可能地不使馬達停動而繼續運轉。
再者，當電源電壓有了變化在選擇電壓校正表進行計算求得供給于壓縮機馬達的合適電壓時，可通過分割為每隔一段預定時間進行計算來控制逆變電路的輸出，從而能徐緩地調節供給于壓縮機馬達的電壓，確保運轉平滑。
再有，在電源電壓有了變化通過改變區域進行校正時，即使校正電壓的差值很大，可通過每隔一段細劃分的預定時間進行計算，當校正電壓的差值在很大的范圍時可縮短劃分時間進行快速調節，而當校正電壓的差值在很小的范圍時可加長劃分時間按緩慢的定時來控制逆變電路的輸出，由此也可徐緩地調節給壓縮機馬達所供給的電壓，從而能以良好的效率來確保平滑的運轉和區域的變更。
圖1概示分體型空調的結構。
圖2示明此空調器室內單元的控制部。
圖3示明此空調器的室外單元的控制部。
圖4概示對本發明的電源電壓變動的判定。
圖5示明本發明的輸入過電壓·低電壓探測電路。
圖6示明電壓的校正圖表。
圖7是逆變電路的結構圖。
圖8是開關信號的生成原理圖。
圖9是調制波的振幅變更時的開關信號狀態圖。
圖10是示明開關信號生成中主要部分的框圖。
圖11示明由微機進行的電壓調整處理流程。
下面描述本發明的實施形式，首先由圖4說明本發明的電源電壓變動判定的概念。圖4(A)中表明了對供給于空調器的動力源即壓縮機馬達等的電源電壓分別在正常工作范圍與保護工作范圍進行的包括保護操作在內的控制。
所謂電源電壓在正常工作范圍是指相對于基準電壓在預定的+a％(第一預定值)和預定的-b％(第二預定值)的范圍，而相對于基準電壓在+a％以上的范圍和相對于基準電壓在-b％以下的范圍則成為保護工作范圍。此a、b的值根據電源情形與空調器的使用條件確定，例如當基準電壓為AC220V時，根據各基準電壓設定為a=15,b=20。
此外，在第一預定值與第二預定值之外進一步設有第三與第四預定值，且構成為當電源電壓超出此第三與第四預定值時，進行使壓縮機停止運轉的保護操作。
這樣，在圖4(B)所示的三種工作范圍中，設目前的電源電壓為VAc，則可以分別根據判定基準，①將第三設定值＞VAc＞基準電壓+a％的范圍定義為HI(高)區，②將基準電壓+a％≥VAC≥基準電壓-b％的范圍定義稱為MID(中)區，將基準電壓-b％＞VAc＞第四設定的范圍定義的LOW(低)區。
下面參看圖5說明根據判定基準探測電源電壓變動的輸入過電壓·低電壓探測電路的一個例子。經整流電路8整流的交流電源通過逆變器等組成的開關電源變換部9，變換為受控的交流電，供給壓縮機馬達5。
經整流電路8整流的輸出經恒壓元件獲得恒壓(例如5.6V)，用電阻R3、R4、R5分壓，作為基準電壓輸入比較電路10的兩個比較器IC1、IC2中一方的輸入端。同時，比較器IC1、IC2中另一方的輸入端則直接輸入電源電壓由電阻R1、R2分壓的結果。
比較器IC1、IC2的輸出端與PC1、PC2組成的光電耦合器11連接。PC1與PC2為串聯的，以其連接中點為輸出部的輸出端子的輸出Vout供給于圖4中的微機31。
在所涉及的過電壓·低電壓探測電路中，由比較電路10的兩個比較器IC1、IC2按照圖4(B)的判定基準進行區域判定。
①若VAc＞基準電壓+a％(第一設定值)，則光電耦合器11的PC1接通，PC2斷開，其連接中點的輸出端的輸出Vout成為VH。
②若基準電壓+a％(第一設定值)＞VAc≥基準電壓-b％(第二設定值)，則光電耦合器11的PC1,PC2接通，其連接中點的輸出端的輸出Vout成為VM。
③若基準電壓-b％(第二設定值)＞VAC，則光電耦合器11的PC1斷開，PC2接通，其連接中點的輸出端的輸出Vout成為VL。
如上求得的輸出端三個等級的電平的輸出VH、VM與VL供給微機31。
同樣，VAC與第三設定值以及第四設定值的大小比較也由改變電阻R3、R4、R5的值的電路進行，根據VAC＞第三設定值或是第四設定值＞VAC時，輸出的信號進行判斷。
微機31進行下述工作。
(a)經常進行電源電壓的監視。
(b)當電壓超出正常工作范圍時，調節施加給壓縮機馬達5的電壓，防止電源電壓高時致壓縮機馬達的線圈上有過電壓，同時防止電源電壓低時壓縮機馬達停動(鎖定)。
(c)施加于壓縮機馬達5上電壓的調節可相對于電源電壓的區域，通過對施加于壓縮機馬達的電壓的校正表作選擇(變換)來進行。
(d)在變換電壓校正表時，為了減少施加給壓縮機馬達的電壓的急劇變化(應力)，可以對調整與此變換有關時間的定時器時間x作出設定，進行徐緩地轉移到新的電壓校正表等處理操作。
下面簡單地說明微機31在調節施加給壓縮機馬達的電壓時的功能。微機31根據輸入信號，在控制室外單元1工作的同時，生成用于獲得基于PWM理論的準正弦波的開關信號。由微機31生成的開關信號通過開關放大器32供給于逆變器電路9。
逆變器電路9如圖7所示，具有把6個電源開關元件X、X、Y、Y、Z、Z連接成三相式的電路結構，對圖中的P端給予直流電力。作為這6個電源開關元件可以采用電力晶體管、電力FET、IWGT等。這6個電源元件響應開關信號進行通/斷，把三相準正弦波供給壓縮機馬達5。
供給逆變器電路9的直流電是經整流電路8整流交流電而得到的。圖8是表明由微機31生成開關信號的原理圖，舉例說明了由圖7所示開關元件X、X求得通/斷信號(開關信號)的情形。開關元件X的通/斷信號是使開關元件X的通/斷信號反相后的信號。
在圖8的上面一段中，一種波形C0表示載波(例如三角、階梯形三角波、正弦波)，而另一波形M0則表示調制波(例如正弦波、階梯形正弦波)。通/斷信號S0由載波C0與調制波M0的振幅大小決定。當調制波M0的振幅＞載波C0的振幅時，通/斷信號S0=ON。至于載波C0、調制波M0的頻率及頻率比并不限于圖8中所示的情形，在圖8中選取了說明時便于理解的頻率。
開關元件Y的通/斷信號是由把圖8中調制波M0的相角推前120°通過比較調制波M0與載波C0的振幅而生成的。開關元件Y的通/斷信號可以由反轉開關元件Y的通/斷信號得到。此外，開關元件Z的通/斷信號可以由將圖3的調制波M0的相角遲后120°通過比較調制M0與載波C0的振幅生成。開關元件Z的通/斷信號可通過反轉開關元件Z的通/斷信號求得。
當把這種通/斷信號(開關信號)供給逆變器電路9，根據與此通/斷信號的占空比相同的圖形，直流電力由開關元件X、X、Y、Y、Z、Z通/斷，使直流電壓生成截割的準正弦波。
調制波M0的周期與準正弦波的頻率F相對應，因而通過改變調制波M0的周期就能改變準正弦波的頻率F。此外，若是縮短載波C0的周期，則準正弦波1周期中通/斷的交數便增加，從而能提高準正弦波的分辨率。圖8中為便于說明，將載波的頻率加以放大表示。
圖9表明改變調制波的振幅時通/斷信號的變化。當調制波的振幅增大從M0成為M1時，準正弦波也從S0變為S1的狀態，而準電壓(感應馬達中有準正弦波的電流流過的，表現在勵磁線圈兩端上的計算上的端電壓)升高。當最大接通時間與最小接通時間的差增大，此準電壓也升高。當調制波的振幅變小從M0變為M2時，準正弦波便成為S2的狀態而準電壓降低。
這樣，通過改變調制波的振幅，就能改變供給于感應馬達5的三相交流電壓，而通過改變調制波的頻率就能改變三相交流電壓的頻率。
圖10是用于生成通/斷信號(開關信號)的微機31的主要部分的電路框圖。圖中的標號40是16比特的計算0H-FFFFH的遞增/遞減計數器。此計數器40與時鐘同步進行計數值的加法運算，當計數值達到FFFFH，則與時鐘同步進行計數值的減法運算，當計數值達到0H則再次變換為計數值的加法，然后反復進行加法與減法。這樣，通過把計數器40的輸出(計數值)變換為電壓值可以得到三角波(載波)。
標號41是正弦波控制部，輸入指令頻率F的頻率指令值f與指令電壓V(準電壓)的電壓指令值v，將與這些值相對應的正弦波經0～FFFFH的數據變化形成于存儲區域內。
在存儲部42內，按0.1Hz的間距存儲正弦波數據(頻率指令值f，電壓V(準電壓))。這些正弦波數據的振幅隨頻率的升高而加大。這就是說，相對于預定的負載當把V/f設為一定而求得頻率指令值f與電壓指令值v時，就可在存儲區域內改寫新的正弦波數據。
圖10中的43指正弦波的值的分配器，生成各相差120°的相移值。這樣，當給定頻率指令值f與電壓指令值v，就可求得頻率F與電壓V相互相移120°的三相正弦波的值。
標號47～49表明比較數值大小的比較器。這些比較器47～49比較遞增/遞減計數器40供給的三角波(載波)的值與由波形44～46所示正弦波(調制波)的值的大小，當調制波的值比載波的值大時，輸出便成為“接通”(高電平電壓)，此種比較器47～49的輸出分別作為圖2所示開關元件X、Y、Z的開關信號(通/斷信號)供給。
圖10中的50～52表示倒相電路，用來使來自比較器47～49的通/斷輸出反相，成為開關元件X、Y、Z的開關信號(通/斷信號)。這樣，當把頻率指令值f與電壓指令值v(1.00～0.50范圍)作為指令輸送給微機31的正弦波控制部41時，即可獲得與指令值f和v相對應的具有所希望的頻率F與振幅(電壓)v的交流電力。
下面說明電源電壓變動時有關調整逆變電路的操作。對應于圖4(B)的HI區、MID區以及LOW區各個區域，準備好施加于壓縮機馬達的電壓的電壓校正表(改變電壓指令值用)。也就是將高電壓下的電壓校正表、低電壓下的電壓校正表和正常電壓下的電壓校正表存儲于微機31中。電壓校正表設定得對于頻率F和電壓V使v/f(=F0)為常量。
在調整HI區、MID區、LOW區各區域的電壓時，首先，在電源電壓VAC大于基準電壓+a％而由圖5的輸入過電壓·低電壓探測電路探測出屬于圖4(A)、(B)的HI區的保護工作范圍時，微機31便對應于HI區選擇(變換)為校正到目標電壓而準備的高電壓下的電壓校正表。
當電源電壓VAC小于基準電壓-b/％而由圖5的輸入過電壓·低電壓探測電路探測出屬于圖4(A)、(B)的LOW區保護工作范圍時，微機31便對慶于LOW區選擇(變換)用于為較正到目標電壓而準備的低電壓下的電壓校正表。
當電源電壓VAC在基準電壓附近而由圖5的輸入過電壓·低電壓探測電路探測出屬于圖4(A)、(B)的MID區保護工作范圍時，微機31便對應于MID區選擇(變換)用于為校正到目標電壓而準備的正常電壓下的電壓校正表。
這樣，根據各個區域的電壓校正表的v/f(=F0)，將指令圖10的開關信號的生成電路部的正弦波控制部41的頻率F的頻率指令值f與指令電壓V(準電壓)的電壓指令值v輸入，將此正弦波形成于存儲區域內，按上述電壓控制步驟調整施加給壓縮機馬達的電壓。
在進行電壓校正表的選擇(變換)時，為了不給壓縮機馬達造成沖擊，可在由目前的電壓校正表到所選擇的電壓校正表時用一定的時間x平穩地轉變。結果成為圖6(A)所示的頻率與馬達電壓的關系，而其中虛線所示的則為電壓較正表單一的情形下使線圈成為過電壓或使壓縮機馬達成為易停動的狀態。
與上述情形相反，此圖中以實線所示的乃是從多個電壓校正表進行選擇的情形，可對施加于壓縮機馬達的電壓進行調整，使得不出現對線圈的過電壓或易停動的狀態。
現在根據圖11的處理流程來說明于HI區、MID區、LOW區各區域進行電壓調整時，由微機31執行的在電源變動時對壓縮機馬達施加的電壓所作的調整處理操作。
在步驟S1開始處理操作，在步驟S2輸入電源電壓電平，在步驟S3判斷是否有電源電壓＞基準電壓+a％，要是沒有出現電源電壓＞基準電壓+a％則進到步驟S4。
在步驟S4，判斷是否有電源電壓<基準電壓-b％，若不是電源電壓<基準電壓-b％，即基準電壓+％≥VAC≥基準電壓-b％，電源電壓在正常工作范圍時，則于步驟S5選擇電壓一般(正常)時的電壓校正表。
在步驟S3，要是電源電壓＞基準電壓+a％則進到步驟S6，選擇電壓高時的電壓校正表而進到步驟S8。另外，在步驟S4若是電源電壓＜基準電壓-b％則進至步驟S7，選擇電壓低時的電壓校正表而進至步驟S8。
在步驟S8，判斷與前次相比電源電壓是否有變動。若是電源電壓變動，則于步驟S9設定定時器的時間x秒，再進到步驟10。若是在步驟S8判定出電源電壓無變動時，則直接進到步驟10。
在步驟S10，于定時器時間的x秒中計算電壓校正表值，作出最適當的電壓校正值。這就是，根據電壓校正表v/f(=F0)，輸入指令圖10中開關信號生成電路部的正弦波控制部41的頻率F的頻率指令值f和指令電壓V(準電壓)的電壓指令值v，于存儲區域內形成此正弦波，按前述電壓控制步驟調節施加給壓縮機馬達的電壓，再返回步驟S2反復進行同樣的處理。
下面說明有區域變動時進行校正的情形。以變動前區域F0(=v/f)值為基準，以變動后區域的F0值為目標變更F0值。即成為現在的F0值=變動前區域的F0值+調整值。
調整值每隔充裕的時間t2(例如10秒)對變更后區域的F0值與現在的F0值進行比較，根據它們的差x1,x2…x7,0,-x1,-x2…,x7的范圍，如圖6(B)所示執行調整值n1、n2、n3、n4、0、n1、-n2、-n3、-n4的加減。
當調整值的加減值在n2以上或-n2以下時，使之按快速時間(例如0.5秒)的比例變化。然后，在目前的F0值=變更后區域的F0值的時刻，結束區域變更。結果在區域變更時，若加減值n大時可以快速地調整，而當此加減值小時則可以緩慢地調整。此外，差值x與調整值的加減值n可以是連續的也可以是不連續的。
根據這樣每時每刻求得的F0值，輸入指令圖10中開關信號的生成電路部的正弦波控制部41的頻率F的頻率指令值f，指令電壓V(準電壓)的電壓指令值v，于存儲區內形成其正弦波，由前述電壓控制步驟調整施加給壓縮機馬達的電壓。
權利要求
1．空調器的控制裝置，具有由比較調制波與載波大小得到的開關信號來輸出準正弦波的逆變電路，以及采用由此逆變電路輸出的準正弦波旋轉驅動的壓縮機所構成的制冷循環，且能依據空調負載來調節前述調制波，其特征在于此控制裝置能在由上述逆變電路供給的電源電壓較額定電壓大第一預定值以上時，每隔預定時間進行調制波的振幅減小的校正，而當所述電源電壓較額定電壓小第二預定值以上，則每隔預定時間進行調制波的振幅增大的校正，與此同時，可隨著上述電壓與額定電壓的差加大來延長前述預定時間。
2．權利要求1所述的空調器的控制裝置，特征在于，設有保護裝置，它當所述電源電壓超過第一預定值的時間或低于第二預定值的時間達到一定的時間時，能進行使壓縮機停止運轉的保護動作。
3．權利要求1所述的空調器的控制裝置，特征在于，所述控制裝置設有保護裝置，它當所述電源電壓大于比第一預定值高的第三預定值或電源電壓小于比第二預定值低的第四預定值時，能進行使壓縮機停止運轉的保護動作。
全文摘要
空調器的控制裝置,具有(1)輸出準正弦波的逆變電路;(2)制冷循環裝置;(3)校正裝置,在來自上述逆變電路的電源電壓較額定電壓大第一預定值以上時,每隔預定時間進行使調制波的振幅減小的較正,而當所述電源電壓較額定電壓小第二預定值以上則每隔預定時間進行使調制波的振幅增大的校正。并可隨著上述電源電壓與額定電壓的差加大來延長所述預定時間,這樣就能在電源電壓變動時抑制壓縮機的停止。
文檔編號F25B49/02GK1226664SQ99100958
公開日1999年8月25日 申請日期1999年1月19日 優先權日1998年2月3日
發明者松本悟司, 松本公一, 礒部知典, 吉田浩, 石原學, 高津由紀, 河邊英司 申請人:三洋電機株式會社