業務用エアコン向け性能評価を最適化する波形測定技術

背景

近年、商業施設やオフィスビルにおいて、省エネと環境負荷軽減が求められる中、業務用エアコン（PAC：パッケージエアコン）の技術は大きく進化しています。特に、室外機には複数のモーターが搭載されていることが一般的であり、これによりエネルギー効率の最適化と信頼性の向上が図られています。業務用エアコンの室外機では、複数のモーターが冷却・暖房システムを効率的に稼働させ、広範囲の空間に対して迅速かつ効果的な温度管理を行います。さらに、複数モーターを活用した部分負荷運転により、必要な冷暖房能力を精密に調整し、無駄なエネルギー消費を防ぎます。これにより、省エネ性能を最大限に引き出し、運用コストの削減が可能です。
したがって、各モーターの動作状態をリアルタイムで正確に把握し、複数のセンサーを使った多チャネル測定が重要です。電圧・電流の信号と制御タイミングを、より正確に計測することで、過渡現象状態や異常を評価段階フェーズでの早期発見が可能となり、システム全体の最適化と信頼性向上につながります。

 

課題

業務用エアコンの室外機に搭載される複数のモーターは、エネルギー効率と信頼性を高める重要な役割を果たします。特に、2モーターシステムでは、負荷変動に応じて各モーターが個別に制御されるため、エネルギー管理の精度が向上します。
しかし、複数モーターが連携するシステムでは、多くのチャネルを同時にモニタリングする必要があります。各モーターの電圧や電流をリアルタイムで測定することは、システム全体の効率的運転と信頼性維持に不可欠です。
また、負荷変動時にはモーターの過渡的な応答を正確に把握し、異常を早期に発見することがシステムの安定稼働に寄与します。過渡状態や急激な変動時には、各モーターが異なる動作をするため、個別に監視することで動作状態を詳細に把握できます。つまり、省エネ性能を最大化するためには、複数のモーターの動作を統合的に監視し、負荷に応じて最適な運転を実現するための精密なエネルギー管理が必要です。多チャネル測定は、この精密なエネルギー制御を支え、システム全体の運用効率を向上させます。

 

DLM5000による課題解決

• アナログ8チャネル、2台連結で最⼤16チャネル
• 12 bitの高分解能
• 最⼤1Gポイントロングメモリーによる⻑時間捕捉
  ※DLM5000HDのみオプション追加で1Gポイント
• ヒストリ機能
• 2か所ズーム機能で異なる箇所を同時表⽰可能
• スイッチング損失の解析機能

 

図1 インバータの測定ポイント例

 

DLM5000による提案

アナログ8チャネル、2台連結で最⼤16チャネル

2 台のDLM5000HD（/SYオプション付き）または、2台のDLM5000（/SYNオプション付き）を専用接続ケーブル（701982）で接続することにより、最大でアナログ16チャネル、ロジック64 bitの同期測定が可能になります。
専用インタフェースは本体に標準装備のため、後からオプション追加ライセンスで追加も可能です。捕捉波形はそれぞれのユニットで表示されます。
トリガは共通に動作し、レコード長やサンプルレート、アクイジションの設定、横軸スケールの設定など共通項目は連動するので、まるで1台の16チャネルオシロスコープのように使えます。
※ DLM5000とDLM5000HD は、DLMsync 機能での接続はできません。

図2 専用ケーブルによる2台連結

同期した2台の測定器は連携状態になり、いくつかの操作はメインとサブで共有されます。たとえば波形をズームして表示した場合、もう一方も自動で同じ位置をズームして表示することができます。測定データはまとめて出力することができるので、統合計測ソフトウェアプラットフォームIS8000と組み合わせることで16チャネルを一度に確認することができます。

図3 統合計測ソフトウェアプラットフォーム IS8000

 

12 bitの高分解能

12 bitの測定器は特にオーバーシュート後のリンギングなどの現象を正確に計測するのには非常に効果的です。波形の全体像を確認しながら、微細な変化を正確にとらえる最適なレンジ設定が可能となります。

 

最⼤1Gポイントロングメモリーによる⻑時間捕捉

サンプルレート2.5 GS/sで最⼤0.2秒、50 MS/sで最⼤10秒の波形を捕捉できます（DLM5000）。
サンプルレート2.5 GS/sで最⼤0.4秒、50 MS/sで最⼤20秒の波形を捕捉できます（DLM5000HD）。
※DLM5000では、オプション付加により最大メモリー500 Mポイント
※DLM5000HDでは、オプション付加により最大メモリー1Gポイント

 

ヒストリ機能

過去に取り込んだ波形を最⼤100,000個、アクイジションメモリーに⾃動で保持します。後から抽出して解析が可能です（DLM5000HDでは、最大200,000個）。
取り込んだ波形は、指定した1波形を画面に表示またはすべての波形を一括表示が可能です。
ヒストリ波形に対しては、カーソル測定、演算などができます。ヒストリ機能により、トリガで捕捉しにくい波形に対しても、さかのぼって波形を確認できます。

ヒストリ機能

また膨大なヒストリ波形から、条件に合う波形を呼び出すために、強力なヒストリサーチ機能があります。
画面上に注目する波形の一部をとらえる四角いゾーンを指定する方法、測定した波形全体を取り囲むようなゾーンを指定する方法、多角形（ポリゴン）のゾーン指定など、直観的で簡単な波形サーチ機能が用意されています。また、電圧やパルス幅の異常値など注目する値が分かっているときは、波形パラメータでのサーチも可能です。

図4 ヒストリサーチ機能

 

2か所ズーム機能で異なる箇所を同時表⽰可能

ロングメモリーに取り込んだ多チャネルの波形は、横軸にも縦軸にも拡大して詳細を観測する必要があります。DLMシリーズではズーム専用のキーと拡大縮小のノブがあるので、見たい箇所をすぐにズームアップできます。また、タッチスクリーンを使ってスクリーン上で拡大したい領域を指定することでズームアップも可能です。
時間軸スケールの違う拡大波形を2箇所同時に表示することができます。また、Auto Scroll機能で、ズーム表示位置を自動的にスクロールさせることができます。ある現象の「原因」と「結果」といったように離れた箇所を同時に拡大したり、拡大率を変えて表示できるので、ソフトウェアのデバッグには大変有効です。

図5 2か所同時ズーム

 

スイッチング損失の解析機能

電圧・電流波形から、スイッチング損失［V（t）× （i t）］を演算します。ターンオン/オフの個別損失計算、導通損失を含めた損失、50 Hz/60 Hz周期の⾧周期での損失など、多様な解析手法に対応しています。また、サイクルモードを用いることで、損失を求める積分演算の範囲をスイッチング周期で切り出せるため、より正確な解析が可能です。

図6　スイッチング損失の解析画面

 

電力パラメータ測定

最大4組の電圧、電流波形に対して有効電力/ 皮相電力/無効電力/力率などの電力パラメータを自動測定できます。二電力計法による三相電力のΣ演算や測定結果の統計処理なども可能です。

図7　電力パラメータの測定画面