CN105723606B - 整流装置以及电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

整流装置具备功率因数改善电路。功率因数改善电路例如具有电感器、与电感器对应地设置的开关元件。整流装置的控制装置(15)具有：控制功率因数改善电路的改善功率因数控制部(21)、对输入电源是否不稳定进行监视的输入电源监视部(22)。输入电源监视部(22)具备：检测部(31)，其对输入电源电压为规定的阈值以上的期间进行检测；判断部(32)，其判断由检测部(31)检测出的检测时间是否处于预先设定的正常范围内；以及停止部(33)，其在检测时间偏离正常范围的情况下，使功率因数改善电路的工作停止。由此，能够迅速检测不稳定的输入电源电压，从而防止异响等产生。

Description

整流装置以及电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及具备功率因数改善电路的整流装置以及具备该整流装置的电动机驱动装置。
背景技术
以往，已知将从工业交流电源供给的交流输入电压转换成直流电压的整流装置。在该整流装置中，一般以改善功率因数以及抑制高次谐波为目的而设有功率因数改善电路(例如，参照专利文献1-4)。
作为功率因数改善电路，例如，已知一种有源滤波器，其包括电感器、与该电感器对应的短路路径形成用的开关元件，通过开关元件的开关，使输入电流波形模仿正弦波。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-233439号公报
专利文献2：日本特开2010-84968号公报
专利文献3：日本特开2013-251949号公报
专利文献4：日本特开2012-175767号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了得到上述功率因数改善电路的效果，使用低阻抗的稳定的电源是前提条件。在假设使用阻抗较高的不稳定的电源的情况下，存在功率因数改善电路无法适当地工作，从而会导致产生异响等不希望的状况发生。
本发明的目的在于提供一种能够迅速地检测不稳定的输入电源电压从而防止产生异响等的整流装置以及电动机驱动装置。
用于解决课题的方案
本发明的第一方式涉及一种整流装置，其具备功率因数改善电路，所述功率因数改善电路具备电感器、与该电感器对应地设置的开关元件，所述整流装置具备：检测机构，其对输入电源电压为规定的阈值以上的期间进行检测；判断机构，其判断由所述检测机构检测出的检测时间是否处于预先设定的正常范围内；以及停止机构，其在所述检测时间偏离所述正常范围的情况下，使所述功率因数改善电路的工作停止。
根据上述结构，由检测机构对输入电源电压为规定的阈值以上的期间进行检测，由判断机构判断该检测时间是否处于规定的正常范围内。由此，能够容易检测出输入电源电压处于不稳定的状态。而且，在由判断机构判断为检测时间处于正常范围外的情况下，通过停止机构停止功率因数改善电路的工作。由此，在输入不稳定的电源电压的情况下能够迅速停止功率因数改善电路的工作，从而能够防止异响产生等不希望的状况发生。
上述“输入电源电压为规定的阈值以上”与极性的正负无关。例如，如图6所示，包含输入电源电压为正的阈值(+α)以上的期间以及输入电源电压为负的阈值(-α)以下的期间这两方的含义。另外，可以仅对输入电源电压为正的阈值以上时的期间进行检测，也可以仅对输入电源电压为负的阈值以下时的期间进行检测，或者还可以分别检测两方的期间。
在上述整流装置中，所述检测机构例如具备：光耦合器，其在所述输入电源电压的绝对值为规定值以上的情况下工作；开关元件，其在所述光耦合器的输出为高电平的状态下成为导通状态；输入部，其在所述开关元件导通的状态下被输入低电平的信号，而在该开关元件断开的状态下被输入高电平的信号；以及计时部，其对所述输入部中持续输入低电平的信号的期间进行计时。另外，在这种情况下，所述检测机构的所述光耦合器以及所述开关元件可以与对零交叉点进行检测的零交叉检测电路并用。
这样，通过并用零交叉检测电路与电路的一部分，能够实现装置的小型化以及低成本化。
本发明的第二方式涉及一种具备上述的整流装置的电动机驱动装置。
上述电动机驱动装置也可以采用如下方式，即，在通过所述停止机构使所述功率因数改善电路的工作停止后该电动机驱动装置停止运转的情况下，当输入有该电动机驱动装置的起动指令时，判断由所述检测机构检测出的检测时间是否处于所述正常范围内，在处于正常范围内的情况下，使所述功率因数改善电路的工作重新开始。
或者，上述电动机驱动装置也可以采用如下方式，即，在通过所述停止机构使所述功率因数改善电路的工作停止的情况下，在从该工作停止起经过了规定时间后，所述判断机构判断由所述检测机构检测出的检测时间是否处于所述正常范围内，在处于正常范围内的情况下，使所述功率因数改善电路的工作重新开始。
这样，在能够确认输入电压稳定的情况下使功率因数改善电路的工作重新开始，因此能够向电动机供给高次谐波成分少的高效率的电力。
本发明的第三方式涉及一种具备上述电动机驱动装置的空气调节装置。
本发明的第四方式涉及一种整流装置的控制方法，所述整流装置具备功率因数改善电路，所述功率因数改善电路具备电感器、与该电感器对应地设置的开关元件，所述整流装置的控制方法包括：对输入电源电压的绝对值为规定的阈值以上的期间进行检测的步骤；判断所检测出的检测时间是否处于预先设定的正常范围内的步骤；以及在所述检测时间偏离所述正常范围的情况下，使所述功率因数改善电路的工作停止的步骤。
发明效果
根据本发明，能够迅速检测不稳定的输入电源电压，从而起到能够防止产生异响等的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的电动机驱动装置的一结构例的图。
图2是图1中示出的控制装置的功能框图。
图3是表示未使功率因数改善电路工作的情况下的输入电流波形的模拟结果的一例的图。
图4是表示使功率因数改善电路工作的情况下的输入电流波形的模拟结果的一例的图。
图5是表示图1中示出的零交叉检测电路的硬件结构的一例的图。
图6是用于说明由检测部检测出的检测时间的图。
具体实施方式
以下，参照附图对将本发明的电动机驱动装置用作空气调节装置的压缩机电动机的驱动装置的情况下的一实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的电动机驱动装置的一结构例的图。如图1所示，电动机驱动装置1具备：将来自交流电源2的交流电压转换成直流电压的整流装置3、将从整流装置3输出的直流电压转换成三相交流电压的逆变器装置4。从逆变器装置4输出的三相交流电压向空气调节装置的压缩机电动机5供给。
整流装置3主要具备：功率因数改善电路11、全波整流电路13、平滑电容器14、控制装置15、零交叉检测电路16。在本实施方式中，功率因数改善电路11设于交流电源2与全波整流电路13之间。功率因数改善电路11包括：电感器11a、与电感器11a对应的开关元件11b。这里，功率因数改善电路11也可以设于全波整流电路13与平滑电容器14之间。功率因数改善电路11的设置位置以及电路构成不局限于图1所示的示例，只要可以实现改善功率因数以及抑制高次谐波的至少任一方的效果，其结构及设置位置不作任何限定。
零交叉检测电路16用于检测从交流电源2输入的输入电压的零交叉点。该零交叉检测电路16如后文所述也承担作为用于检测交流电源2是否稳定的检测部31的一部分功能。来自零交叉检测电路16的零交叉信号向控制装置15输出。
在交流电源2与全波整流电路13之间设有未图示的输入电流检测部，通过该输入电流检测部检测出的输入电流信号向控制装置15输出。
控制装置15是例如MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)，具有存储有用于实现以下记载的各部的功能的程序的、计算机能够读取的存储介质，CPU通过在RAM等主存储装置中读出并执行该存储介质中存储的程序，来实现以下的各处理。作为计算机能够读取的存储介质可以列举例如磁盘、光盘、半导体存储器等。
图2是控制装置15的功能框图。如图2所示，控制装置15主要具备：改善功率因数控制部21、输入电源监视部22。
改善功率因数控制部21生成用于驱动开关元件11b的开关驱动信号以使输入电流波形接近正弦波。例如，改善功率因数控制部21在由零交叉检测电路16检测出的零交叉点的附近使开关元件11b导通，将电流放大。在图3中示出未使功率因数改善电路11工作的情况下的输入电流波形的模拟结果，在图4中示出使功率因数改善电路11工作的情况下的输入电流波形的模拟结果。这里，图4中示出了以输入电压的零交叉点为基准点在半个周期内施加规定的脉冲的情况，这里，作为具体例而示出了使开关元件11b导通四次的情况下的输入电流波形。在该示例中，在零交叉点至90°的相位角的范围内施加第1脉冲至第3脉冲，在180°的相位角附近施加第4脉冲。这样，通过使功率因数改善电路11工作，能够减少输入电流的畸变。
这里，例如，在输入电源电压不稳定的情况下，即便使功率因数改善电路11工作有时也不怎么能得到改善功率因数及抑制高次谐波的效果。例如，如图4所示，在进行半个周期内施加四个脉冲而使开关元件11b导通四次的控制的情况下，当输入电源电压不稳定时，存在开关元件11b的导通时机出现偏差的趋势。在假设在输入电流的峰值附近(例如，90°的相位角)使开关元件11b导通的情况下会流通有过电流，从而可能产生异响或发生元件劣化(严重的情况下会造成元件损伤或基板损伤)。因此，在本实施方式中，为了避免这样的情况产生，而设置输入电源监视部22(参照图2)来监视输入电源电压，在输入电压稳定期间使功率因数改善电路11工作。
具体而言，输入电源监视部22具备：检测部31、判断部32、停止部33。
检测部31对输入电源电压是预先设定的阈值以上的期间进行检测。这里，如上所述，检测部31的功能的一部分由零交叉检测电路16承担。在图5中示出零交叉检测电路16的硬件结构的一例。在图5中，P1、P2与图1中的P1、P2对应。如图5所示，零交叉检测电路16具备：在输入电源电压的绝对值为规定值以上的情况下工作(即，输出高电平的信号)的光耦合器41、在光耦合器41的输出处于高电平的状态下成为导通状态的晶体管(开关元件)42。在晶体管42导通的情况下，向控制装置(MPU)15的输入端口IN_1输入低电平的信号，在晶体管42断开的情况下，向控制装置15的输入端口IN_1输入高电平的信号。检测部31对向输入端口IN_1持续输入低电平的信号的期间进行计时(计时部)，将其结果向判断部32输出。
判断部32判断由检测部31检测出的检测时间是否处于预先设定的正常范围内。正常范围根据输入电源的频率、光耦合器的特性以及容许误差(％)而设定。
停止部33在由判断部32判断为检测时间偏离正常范围的情况下，向改善功率因数控制部21输出工作停止指令。由此，改善功率因数控制部21的改善功率因数控制停止，开关元件11b维持断开状态。
接下来，对上述的电动机驱动装置1的工作进行说明。
在电动机驱动装置1中，从交流电源2供给来的交流电压由全波整流电路13转换成直流电压向逆变器4供给。此时，根据由零交叉检测电路16检测出的信号等，控制装置15的改善功率因数控制部21生成开关驱动信号，从而控制功率因数改善电路11的开关元件11b的开关。由此，向逆变器装置4供给接近正弦波的输入电流。在逆变器装置4中，来自整流装置3的直流电压转换成三相交流电压而向压缩机电动机5供给。
检测部31根据来自零交叉检测电路16的信号对检测时间进行计时。具体而言，对向输入端口IN_1持续输入低电平信号的期间进行计时。由此，例如，如图6所示，对得到正的阈值+α以上的输入电压的期间进行计时。需要说明的是，图6中仅对得到正的阈值+α以上的输入电压的期间进行计时，然而也可以取代之，或者在此基础之上，对得到输入电压为负的阈值-α以下的输入电压的期间进行计时。
在图6中，(a)是例示出输入电压正常的情况的图，(b)是例示出输入电压不稳定的情况的图。如图6(b)所示，在输入电压不稳定的情况下，由检测部31检测出的检测时间(图中影线部分)变短，因此由后述的判断部32进行异常判断。
判断部32对由检测部31检测出的检测期间(换言之，图6中的影线部分的长度)是否处于规定的正常范围内进行判断，将判断结果向停止部33输出。停止部33在由判断部32判断为处于正常范围外的情况下，向改善功率因数控制部21输出工作停止指令。由此，功率因数改善电路11的工作停止。其结果是，例如，如图6(b)所示，在输入电压的变动大而不稳定的情况下，停止改善功率因数控制部21的功率因数控制。由此，例如，能够防止在输入电流的峰值附近因开关元件11b导通而导致产生过电流等，从而能够防止异响的产生及元件劣化。
在以这样方式使改善功率因数控制停止后，在功率因数改善电路11的工作停止的状态下继续电动机驱动装置1的运转。并且，在电动机驱动装置1的运转停止后再起动的情况下，进行利用上述输入电源监视部22实施的输入电压的监视，在由检测部31检测出的检测时间处于正常范围内的情况下，从停止部33向改善功率因数控制部21输出重新开始指令。改善功率因数控制部21在被输入重新开始指令时，开始功率因数改善电路11的控制。
之后，也继续进行通过输入电源监视部22实施的输入电压的监视，在检测时间脱离正常范围的情况下，停止改善功率因数控制。
在上述示例中，在因输入电压不稳定而导致改善功率因数控制暂时停止后，在电动机驱动装置1再起动之前，不重新开始改善功率因数控制，然而，也可以取代之，在从停止改善功率因数控制起经过了规定时间后进行通过检测部31实施的检测时间的检测，在该检测时间处于正常范围内的情况下重新开始改善功率因数控制。
如以上说明那样，根据本实施方式的整流装置3以及电动机驱动装置1，在输入不稳定的电源电压的情况下能够迅速停止功率因数改善电路的工作。由此，可以得到能够防止异响产生等不希望的状况发生的效果。
本发明不仅限定于上述的实施方式，在不脱离发明主旨的范围内能够实施各种变形。
附图标记说明
1 电动机驱动装置
2 交流电源
3 整流装置
4 逆变器装置
5 压缩机电动机
11 功率因数改善电路
11a 电感器
11b 开关元件
13 全波整流电路
14 平滑电容器
15 控制装置
16 零交叉检测电路
21 改善功率因数控制部
22 输入电源监视部
31 检测部
32 判断部
33 停止部
41 光耦合器
42 晶体管

Claims (7)

1.一种整流装置，其具备功率因数改善电路，所述功率因数改善电路具备电感器、与该电感器对应地设置的开关元件，所述整流装置具备：
检测机构，其对输入电源电压为预先设定的非零的阈值以上的期间进行检测；
判断机构，其判断由所述检测机构检测出的检测时间是否处于预先设定的正常范围内；以及
停止机构，其在所述检测时间偏离所述正常范围的情况下，使所述功率因数改善电路的工作停止，
所述检测机构具备：
光耦合器，其在所述输入电源电压的绝对值为预先设定的非零的阈值以上的情况下工作；
开关元件，其在所述光耦合器的输出为高电平的状态下成为导通状态；
输入部，其在所述开关元件导通的状态下被输入低电平的信号，而在所述开关元件断开的状态下被输入高电平的信号；以及
计时部，其对所述输入部中持续地被输入低电平的信号的期间进行计时。
2.根据权利要求1所述的整流装置，其中，
所述检测机构的所述光耦合器以及所述开关元件与对零交叉点进行检测的零交叉检测电路并用。
3.一种电动机驱动装置，其具备权利要求1或2所述的整流装置。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其中，
在通过所述停止机构使所述功率因数改善电路的工作停止后所述电动机驱动装置停止运转的情况下，当输入有所述电动机驱动装置的起动指令时，判断由所述检测机构检测出的检测时间是否处于所述正常范围内，在处于正常范围内的情况下，使所述功率因数改善电路的工作重新开始。
5.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其中，
在通过所述停止机构使所述功率因数改善电路的工作停止的情况下，在从该工作停止起经过了规定的时间后，所述判断机构判断由所述检测机构检测出的检测时间是否处于所述正常范围内，在处于正常范围内的情况下，使所述功率因数改善电路的工作重新开始。
6.一种空气调节装置，其具备权利要求3至5中任一项所述的电动机驱动装置。
7.一种整流装置的控制方法，所述整流装置具备功率因数改善电路，所述功率因数改善电路具备电感器、与该电感器对应地设置的开关元件，所述整流装置的控制方法包括：
对输入电源电压的绝对值为预先设定的非零的阈值以上的期间进行检测的步骤；
判断所检测出的检测时间是否处于预先设定的正常范围内的步骤；以及
在所述检测时间偏离所述正常范围的情况下，使所述功率因数改善电路的工作停止的步骤，
在所述检测步骤中，
在所述输入电源电压的绝对值为预先设定的非零的阈值以上的情况下使光耦合器工作，
在所述光耦合器的输出为高电平的状态下开关元件成为导通状态，
在所述开关元件导通的状态下输入低电平的信号，而在所述开关元件断开的状态下输入高电平的信号，
对持续地被输入低电平的信号的期间进行计时。
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