CN116964917A - 电力转换装置和空调机 - Google Patents

电力转换装置和空调机 Download PDF

Info

Publication number
CN116964917A
CN116964917A CN202180093380.6A CN202180093380A CN116964917A CN 116964917 A CN116964917 A CN 116964917A CN 202180093380 A CN202180093380 A CN 202180093380A CN 116964917 A CN116964917 A CN 116964917A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
voltage
power conversion
inverter
conversion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180093380.6A
Other languages
English (en)
Inventor
土谷厚司
畠山和徳
清水裕一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN116964917A publication Critical patent/CN116964917A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53873—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/26—Power factor control [PFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/62—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive for raising the temperature of the motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

具备：整流电路(210)，其对第1交流电压进行整流；电抗器(220)，其与整流电路(210)连接；电容器(230)，其与整流电路(210)的输出端连接；逆变器(240)，其与电容器(230)连接，通过多个开关元件(241～246)的动作而生成第2交流电压，施加到具有定子和转子的马达(310)；以及控制部(270)，其对多个开关元件(241～246)的动作进行控制，控制部(270)从逆变器(240)向马达(310)施加频率比马达(310)的压缩运转时高的第2交流电压，使得不使转子旋转，通过从逆变器(240)向马达(310)施加高频率的第2交流电压而产生的再生电流，从而向电容器(230)流入电流而不损伤电容器(230)。

Description

电力转换装置和空调机
技术领域
本公开涉及将交流电压转换成直流电压进而将直流电压转换成交流电压的电力转换装置和空调机。
背景技术
以往，在具有逆变器的驱动控制装置中，有时产生如下制冷剂滞留现象：在低温状态下处于停止中时，液体制冷剂聚集于空调机等制冷循环装置用的压缩机。当产生制冷剂滞留现象时，发生压缩机的起动负载变大而导致压缩机破损、在压缩机起动时大电流流向逆变器而判断为系统异常、无法起动压缩机等不良情况。
针对这样的问题，在专利文献1中，公开了如下技术：驱动控制装置进行用于对压缩机的马达进行约束通电并加热而消除制冷剂滞留现象的约束通电控制。专利文献1所记载的驱动控制装置能够实现稳定的约束通电输出并高效地抑制制冷剂滞留现象，并且由于不需要加热器等加热部件，因此能够抑制成本上升。在专利文献1所记载的驱动控制装置中，为了进行约束通电而对逆变器具备的开关元件进行高频开关，由此，根据马达的阻抗特性而产生无效电力分量为主导的马达电流。马达电流在电容器中再生，再生的电流作为能量被充电到电容器中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-67706号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，在电力转换装置中，以高次谐波改善、功率因数改善、设备的小型化等为目的而减小整流电路的后级的电容器的电容。但是，在电容器的电容小的电力转换装置中如专利文献1那样进行高频开关时，再生的电流作为能量向电容器进行充电，但蓄积于电容器的能量少。因此，在电容器的电容小的电力转换装置中，与电容器的电容大的电力转换装置相比，能量的充电快，电容器两端电压的变化量变大。电容器的电容小的电力转换装置存在以下问题：电容器成为过充电状态，作为电容器的两端电压的母线电压上升，可能会超过电容器、逆变器具备的开关元件等的耐电压。
本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，得到一种电力转换装置，能够抑制电容器的电容、并且在消除制冷剂滞留时的约束通电控制中避免对元件的影响。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题并实现目的，本公开的电力转换装置具备：整流电路，其对第1交流电压进行整流；电抗器，其与整流电路连接；电容器，其与整流电路的输出端连接；逆变器，其与电容器连接，通过多个开关元件的动作而生成第2交流电压，将第2交流电压施加到具有定子和转子的压缩机马达；以及控制部，其对多个开关元件的动作进行控制。控制部从逆变器向压缩机马达施加频率比压缩机马达的压缩运转时高的第2交流电压，使得不使转子旋转。由于通过从逆变器向压缩机马达施加高频率的第2交流电压而产生的再生电流，电流流入电容器而不会损伤电容器。
发明的效果
本公开的电力转换装置得到如下效果：能够抑制电容器的电容、并且在消除制冷剂滞留时的约束通电控制中避免对元件的影响。
附图说明
图1是示出具备实施方式1的电力转换装置的空调机的结构例的图。
图2是示出实施方式1的电力转换装置的结构例的第1图。
图3是示出实施方式1的电力转换装置的结构例的第2图。
图4是示出实施方式1的电力转换装置的控制部所生成的PWM(Pulse WidthModulation：脉宽调制)信号的例子的图。
图5是示出实施方式1的电力转换装置具备的逆变器的开关元件的开关状态中的各部的电压和电流的例子的图。
图6是示出针对实施方式1的电力转换装置具备的逆变器的开关元件的PWM信号和流向马达的U相的马达电流的例子的图。
图7是示出在实施方式1的电力转换装置中为V0向量状态时的电流路径的例子的图。
图8是示出在实施方式1的电力转换装置中为V4向量状态时的电流路径的例子的第1图。
图9是示出在实施方式1的电力转换装置中为V4向量状态时的电流路径的例子的第2图。
图10是示出在实施方式1的电力转换装置中为V7向量状态时的电流路径的例子的图。
图11是示出在实施方式1的电力转换装置中为V3向量状态时的电流路径的例子的第1图。
图12是示出在实施方式1的电力转换装置中为V3向量状态时的电流路径的例子的第2图。
图13是示出实现实施方式1的电力转换装置具备的控制部的硬件结构的一例的图。
图14是示出实施方式2的电力转换装置的结构例的图。
图15是示出实施方式3的电力转换装置的结构例的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式的电力转换装置和空调机详细进行说明。
实施方式1
图1是示出具备实施方式1的电力转换装置200的空调机300的结构例的图。空调机300具备电源100、电力转换装置200、具有马达310的压缩机320、四通阀330、室外热交换器340、膨胀阀350、室内热交换器360、以及制冷剂配管370。在图1中，压缩机320、四通阀330、室外热交换器340、膨胀阀350以及室内热交换器360经由制冷剂配管370而连接。在压缩机320的内部，设置有使未图示的压缩机机构进行动作的马达310。马达310是具有定子和转子的结构。马达310是通过输入由电力转换装置200生成的具有所希望的电压和频率的交流电压而进行驱动的压缩机马达。空调机300通过压缩机320的内部的马达310进行旋转而对压缩机320的内部的制冷剂进行压缩，制冷剂经由制冷剂配管370在室外热交换器340与室内热交换器360之间循环，由此能够进行空调控制。电力转换装置200与马达310电连接，电力转换装置200与电源100连接。电力转换装置200使用从电源100供给的交流电压，生成向马达310供给的交流电压。
对电力转换装置200的结构进行说明。图2是示出实施方式1的电力转换装置200的结构例的第1图。如上所述，电力转换装置200与电源100以及压缩机320具备的马达310连接。图2示出电源100为三相交流电源的情况下的例子。电力转换装置200具备整流电路210、电抗器220、电容器230、逆变器240、电压检测部250、电流检测部260以及控制部270。在电力转换装置200中，由整流电路210、电抗器220以及电容器230构成转换器。
整流电路210具备6个二极管元件211～216，将从电源100供给的三相交流电压整流即转换成直流电压。电抗器220的一端与整流电路210的输出端的一端连接。电容器230的一端与电抗器220的另一端连接，另一端与整流电路210的输出端的另一端连接。即，电容器230经由电抗器220而与整流电路210的输出端连接。逆变器240具备多个开关元件241～246。逆变器240与电容器230的两端连接，通过多个开关元件241～246的动作即接通断开而生成交流电压。逆变器240将生成的交流电压施加给马达310。电压检测部250检测电容器230的两端电压并且是向逆变器240输入的直流电压，即母线电压Vdc，将检测值输出到控制部270。电流检测部260检测从逆变器240流向马达310的电流，将检测值输出到控制部270。马达310在图2的例子中是具有U相、V相以及W相的三相马达。
控制部270基于从电压检测部250和电流检测部260取得的检测值，对电力转换装置200的动作进行控制。具体而言，控制部270生成用于控制逆变器240具备的开关元件241～246的动作即接通断开的驱动信号例如PWM信号并输出到逆变器240。控制部270通过PWM信号来控制逆变器240即开关元件241～246的动作。此外，控制部270使用未图示的传感器等，取得压缩机320的内部的温度、制冷剂的状态等，判定是否产生了制冷剂滞留。控制部270在判定为在压缩机320停止时产生了制冷剂滞留的情况下，向逆变器240的开关元件241～246输出频率比马达310使压缩机320进行通常的压缩运转时高的高频率的PWM信号。即，控制部270使频率比马达310的压缩运转时高的交流电压从逆变器240施加给马达310，使得马达310的转子不旋转。由此，逆变器240能够对马达310施加高频率的交流电压，通过对马达310进行加热而能够使溶入到压缩机320的内部的油中的制冷剂气化，改善制冷剂滞留。
关于与电力转换装置200连接的电源100，在图2中示出了三相交流电源的情况下的例子，但也可以是单相交流电源。图3是示出实施方式1的电力转换装置200的结构例的第2图。图3示出了电源100为单相交流电源的情况下的例子。在图3所示的电力转换装置200中，整流电路210具备4个二极管元件211～214，将从电源100供给的单相交流电压整流即转换成直流电压。此外，在图3所示的电力转换装置200中，电抗器220及电流检测部260的配置与图2所示的电力转换装置200不同。关于电流检测部260，也可以与电源100无关，是图2的情况下的配置或图3的情况下的配置。以后，以电源100为单相交流电源的情况下的图3所示的电力转换装置200为例进行说明。此外，在以后的说明中，有时将从电源100向整流电路210供给的交流电压称为第1交流电压，将从逆变器240向马达310施加的交流电压称为第2交流电压。
对电力转换装置200的控制部270所生成的PWM信号进行说明。图4是示出实施方式1的电力转换装置200的控制部270所生成的PWM信号的例子的图。控制部270基于从电压检测部250和电流检测部260取得的检测值生成针对马达310的各相的电压指令信号Vu*、Vv*、Vw*，通过电压指令信号Vu*、Vv*、Vw*与载波信号的比较，生成针对逆变器240的开关元件241～246的PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。具体而言，图4示出如下例子：控制部270将马达310的U相作为对象，通过电压指令信号Vu*与载波信号的比较，生成针对开关元件241的PWM信号UP和针对开关元件242的PWM信号UN。图4所示的Vdc是由电压检测部250检测到的电容器230的两端电压即母线电压Vdc。控制部270能够通过同样的方法，生成针对与马达310的V相对应的开关元件243、244的PWM信号VP、VN，并生成针对与马达310的W相对应的开关元件245、246的PWM信号WP、WN。控制部270在对应的PWM信号为高电平时，使逆变器240的开关元件241～246接通，在对应的PWM信号为低电平时，使逆变器240的开关元件241～246断开，由此，能够使逆变器240生成所希望的频率和电压值的交流电压并施加给马达310。
这里，对电力转换装置200具备的电容器230的电容进行说明。关于图3所示的结构的电力转换装置200所使用的电容器230，在目的是使整流电路210对交流电压进行整流得到的直流电压平滑化的情况下，使用电容大的电容器。电力转换装置200将由整流电路210进行交流直流转换后的电压蓄积于大电容的电容器230，从而能够向逆变器240提供稳定的直流电压，能够对马达310供给固定的施加电压。但是，在为了使直流电压平滑化而增大电容器230的电容时，对电力转换装置200的成本上升、尺寸增加产生影响。此外，流向电源100的电流通过电容器230输入型的电路结构而使电源高次谐波恶化。虽然能够通过使电抗器220大型化来改善电源高次谐波，但在该情况下也对电力转换装置200的成本上升、尺寸增加产生影响。
针对如上所述的问题，能够通过减小电容器230的电容来实现成本降低、装置的小型化、电源高次谐波改善等。另一方面，在减小了电容器230的电容的情况下，蓄积于电容器230的能量也变小，因此，如果逆变器240、马达310等需要的能量相同，则电容器230能够供给的能量也会过早减少。因此，在电力转换装置200中，向逆变器240供给的电压存在“从电容器230供给的直流电压”和“对电源电压进行整流后的直流电压”这2个系统。
图5是示出实施方式1的电力转换装置200具备的逆变器240的开关元件241、243、245的开关状态中的各部的电压和电流的例子的图。图5(a)示出作为电容器230的两端电压的母线电压Vdc和电源100的电源电压Vs。图5(b)示出基于PWM信号UP的开关元件241的接通断开。图5(c)示出基于PWM信号VP、WP的开关元件243、245的接通断开。图5(d)示出从逆变器240流向马达310的U相的马达电流Iu。图5(e)示出向逆变器240输入的逆变器输入电流Idc、从整流电路210输出的整流电路输出电流Iin、以及向电容器230输入的电容器输入电流Icc。在图5(e)中，将逆变器输入电流Idc与电容器输入电流Icc相加而得到的电流成为整流电路输出电流Iin。在图5(e)中，表示为再生的区间是从马达310向电容器230流动再生电流的区间。在表示为再生的区间内，如图5(a)所示，作为电容器230的两端电压的母线电压Vdc上升。
在电力转换装置200中，在通过控制部270的控制对逆变器240具备的开关元件241～246进行高频开关的约束通电即马达感应加热中，由于马达310的电感分量而流动大量的无效电流。存在流向马达310的电流通过针对逆变器240的开关元件241～246的PWM信号作为再生电流流向电容器230的条件。例如，在电容器230的电容较大且向逆变器240供给的直流电压仅为从电容器230供给的直流电压的情况下，基于高频开关的再生电流被充电到电容器230中，电容器230的两端电压即母线电压Vdc不会大幅变化。另一方面，在电容器230的电容较小且作为向逆变器240供给的直流电压而存在“从电容器230供给的直流电压”和“对电源电压Vs进行整流后的直流电压”这2个系统的情况下，在高频开关的状态从零向量转移到实向量且直至电流极性反转为止的期间内，能量在电容器230中再生。
在电容器230中再生的能量中，也包含从电源100向马达310直接进行了电力供给的部分的能量。在电力转换装置200中，通过整流电路210具备的二极管元件211～214，再生电流没有在电源100中再生而是蓄积于电容器230，因此，母线电压Vdc的值增加。电容器230在电容特别小的情况下，可能通过再生成为过大的母线电压Vdc的值。
在本实施方式中，作为电力转换装置200，假定以成本降低、尺寸的小型化、可靠性确保、电源高次谐波改善等为目的而减小电容器230的电容、并且向逆变器240供给的直流电压存在“从电容器230供给的直流电压”和“对电源电压Vs进行整流后的直流电压”这2个系统的情况。电力转换装置200利用逆变器240具备的开关元件241～246的高频开关对马达310进行加热而改善压缩机320的制冷剂滞留，并且防止在高频开关时电容器230的电压变得过大。具体而言，在电力转换装置200中，构成为对电容器230的电容的值设置下限值，并且再生电力被控制电源等消耗，由此，选定适当的电容器230的电容，使得避免由于母线电压Vdc的上升而引起的电容器230的破坏、逆变器240的开关元件241～246的破坏等。在电力转换装置200中，控制部270使用从整流电路210向逆变器240直接供给的电力，使逆变器240生成高频率的交流电压。在电力转换装置200中，由于通过从逆变器240向马达310施加高频率的交流电压而产生的再生电流，电流流入电容器230而不损伤电容器230。
对电力转换装置200中的制冷剂滞留改善时的高频开关控制进行说明。控制部270在压缩机320的运转停止中基于压缩机320、室外热交换器340、室内热交换器360等的温度、制冷剂状态等，来判定是否产生了制冷剂滞留。控制部270在判定为产生了制冷剂滞留的情况下，通过PWM信号使逆变器240产生高频率的交流电压，向马达310施加高频率的交流电压。由此，控制部270通过基于马达310的电感分量的感应加热以及基于电阻分量的铜损加热而对压缩机320的内部的马达310进行加热，由此，能够对压缩机320的内部的油、制冷剂等进行加热而消除制冷剂滞留。
控制部270基于从电压检测部250和电流检测部260取得的检测值，如式(1)、式(2)以及式(3)所示那样生成针对马达310的各相的电压指令信号Vu*、Vv*、Vw*。
Vu*＝Acosθ…(1)
Vv*＝Acos[θ-2π/3]…(2)
Vw*＝Acos[θ+2π/3]…(3)
控制部270对如图4所示那样通过式(1)～式(3)得到的电压指令信号Vu*、Vv*、Vw*与规定的频率且振幅为Vdc/2的载波信号进行比较，基于大小关系而生成PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。另外，控制部270不限于上述的方法，也可以使用二相调制、三次谐波重叠调制、空间向量调制等，生成PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。
控制部270在制冷剂滞留改善的高频开关中，以比压缩动作时的运转频率高的频率使逆变器240的开关元件241～246进行动作，向马达310施加高频率的交流电压。压缩动作时的运转频率为1kHz以下的频率。由此控制部270能够在马达310中不产生旋转转矩、振动等的情况下通过利用由于高频率的交流电压的施加而产生的马达310的铁损、由于流向马达310的绕组的电流而产生的铜损等，高效地对马达310进行加热。通过对马达310进行加热，滞留在压缩机320内的液体制冷剂被加热而气化，向压缩机320的外部漏出。控制部270在以规定的量或者规定的时间进行了这样的制冷剂漏出的情况下，判定是否从滞留状态恢复到正常状态，在判定为恢复到正常状态时，结束马达310的加热。
此外，控制部270还能够通过将从逆变器240向马达310施加的高频率的交流电压的频率设为14kHz以上，从而使马达310的铁心的振动声大致成为可听范围外，降低噪声。此外，在马达310是磁铁嵌入型马达的情况下，高频磁通交链的转子表面也成为发热部，因此，实现了制冷剂接触面增加、对压缩机构的迅速加热等，能够进行高效的制冷剂的加热。
在本实施方式中，电力转换装置200进行从逆变器240向马达310施加高频率的交流电压的加热，因此，通过高频率使电感分量变大，绕组阻抗变高。因此，在电力转换装置200中，虽然流向马达310的绕组的电流变小而减小铜损，但与此相应地，由于高频率的交流电压的施加而产生铁损，能够有效地进行加热。此外，在电力转换装置200中，由于流向马达310的绕组的电流小，因此，逆变器240的损耗也变小，能够进行进一步降低了损耗的加热。
接着，对基于电力转换装置200具备的电容器230的电容的高频开关时的电流和母线电压Vdc进行说明。首先，对高频开关时的电力转换装置200中的电流路径进行说明。图6是示出针对实施方式1的电力转换装置200具备的逆变器240的开关元件241～246的PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN和流向马达310的U相的马达电流Iu的例子的图。在电力转换装置200中，通过控制部270生成的针对开关元件241～246的PWM信号，如图6所示，电压向量按照V0(UP＝VP＝WP＝0)→V4(UP＝1、VP＝WP＝0)→V7(UP＝VP＝WP＝1)→V3(UP＝0、VP＝WP＝1)→V0(UP＝VP＝WP＝0)→…的顺序变化。如图6所示，在施加V4向量时，+Iu的马达电流流动，在施加V3向量时，-Iu的马达电流流向马达310的U相的绕组。
在电力转换装置200中，V4向量和V3向量的向量模式如图4所示那样在1个载波周期(1/fc)的期间内出现，因此，能够产生与载波频率fc同步的交流电流。图7至图12示出图6所示的V0→V4→V7→V3→V0向量时的电力转换装置200中的电流路径。
图7是示出在实施方式1的电力转换装置200中为V0向量状态时的电流路径的例子的图。V0向量是针对逆变器240的开关元件241～246的PWM信号为UP＝VP＝WP＝0、UN＝VN＝WN＝1的情况。在V0向量的情况下，电流在逆变器240与马达310之间流动。
图8是示出在实施方式1的电力转换装置200中为V4向量状态时的电流路径的例子的第1图。V4向量是针对逆变器240的开关元件241～246的PWM信号为UP＝VN＝WN＝1、UN＝VP＝WP＝0的情况。图8示出V4向量状态且再生时的状态。在图8的状态中，从马达310的U相经由开关元件241向电容器230流动再生电流。
图9是示出在实施方式1的电力转换装置200中为V4向量状态时的电流路径的例子的第2图。图9示出V4向量状态且电流经由整流电路210从电源100和电容器230流向逆变器240的状态。在图9的状态中，电容器230的电容小，因此，大量的电流经由整流电路210从电源100流向逆变器240，少量的电流从电容器230流向逆变器240。
图10是示出在实施方式1的电力转换装置200中为V7向量状态时的电流路径的例子的图。V7向量是针对逆变器240的开关元件241～246的PWM信号为UP＝VP＝WP＝1、UN＝VN＝WN＝0的情况。在V7向量的情况下，电流在逆变器240与马达310之间流动。
图11是示出在实施方式1的电力转换装置200中为V3向量状态时的电流路径的例子的第1图。V3向量是针对逆变器240的开关元件241～246的PWM信号为UP＝VN＝WN＝0、UN＝VP＝WP＝1的情况。图11示出V3向量状态且再生时的状态。在图11的状态中，从马达310的V相和W相经由开关元件243、245向电容器230流动再生电流。
图12是示出在实施方式1的电力转换装置200中为V3向量状态时的电流路径的例子的第2图。图12示出V3向量状态且电流经由整流电路210从电源100和电容器230流向逆变器240的状态。在图12的状态中，电容器230的电容小，因此，大量的电流经由整流电路210从电源100流向逆变器240，少量的电流从电容器230流向逆变器240。
作为高频率的交流电压，从逆变器240向马达310交替地施加正电压和负电压。在正电压与负电压之间，马达310的线路短路。在本实施方式中，在电力转换装置200中，如图8所示的V4向量时和图11所示的V3向量时那样，在从逆变器240的输入电压生成高频率的交流电压并施加给马达310的情况下产生再生电流。具体而言，在高频率的交流电压为作为实向量的V4向量和V3向量的输出状态下，在直至电流极性反转为止的期间内，从马达310向电容器230流动再生电流。如前所述，由于该再生电流，如果是电容器230的电容大的电力转换装置200，则作为电容器230的充电电流，电容器230的两端电压的上升缓慢，但随着电力转换装置200具备的电容器230的电容变小，即便是相同的再生电流，电容器230的两端电压即母线电压Vdc的电压变化率也变大。电容器230的电压变化率ΔVcc如式(4)那样表示。
ΔVcc＝1/C×(i*dt)…(4)
在式(4)中，C是电容器230的电容，i是流向电容器230的电流。如式(4)所示，例如，即便流向电容器230的再生电流相同，在将电容器230的电容C减小到1/1000左右时，电容器230的两端电压也增大1000倍左右。当电容器230的两端电压变大时，存在超过电容器230的设计耐压而破坏的风险，使用耐压大的电容器230会导致电力转换装置200的成本上升。此外，如上所述，电容器230的两端电压是成为逆变器240的输入电压的母线电压Vdc。当母线电压Vdc增加时，可能超过逆变器240的耐压，与电容器230同样，当使用耐压大的开关元件时，会导致电力转换装置200的成本上升。
因此，在本实施方式中，将电力转换装置200所使用的电容器230的电容设为能够充分地吸收再生电流产生时的能量即蓄积于马达310的电感分量中的每一相的“1/2*L*i2”的能量的电容器电容。另外，L是马达310的电感分量中的电感。具体而言，通过将电力转换装置200所使用的电容器230的电容设为10uF以上，能够避免电力转换装置200所使用的元件的破坏，并且，实现电力转换装置200的成本降低、电力转换装置200的尺寸的小型化等。在图5(a)的例子中，在电力转换装置200中，母线电压Vdc上升时的电压成为元件破坏电压以下。此外，电力转换装置200通过将所使用的电容器230的电容设为150uF以下，得到高次谐波的功率因数改善效果。由此，电力转换装置200能够避免电力转换装置200所使用的元件的破坏，并且，实现电力转换装置200的成本降低、电力转换装置200的尺寸的小型化等，此外得到高次谐波的功率因数改善效果。这样，电容器230在从逆变器240向马达310施加高频率的交流电压的开关元件241～246的动作状态下，通过从马达310供给的电力而被设定为不超过额定电压的静电电容。此外，电容器230被设定为能够从整流电路210向逆变器240直接供给电力的静电电容。
接下来，对电力转换装置200具备的控制部270的硬件结构进行说明。图13是示出实现实施方式1的电力转换装置200具备的控制部270的硬件结构的一例的图。控制部270由处理器91和存储器92实现。
处理器91是CPU(也称为Central Processing Unit、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器))、或者系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成)。对于存储器92，能够例示RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable ROM：可擦可编程只读存储器)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM：电可擦可编程只读存储器)这样的非易失性或易失性的半导体存储器。另外，存储器92不限于此，也可以是磁盘、光盘、高密度盘、迷你盘、或者DVD(DigitalVersatile Disc：数字通用光盘)。
如以上说明的那样，根据本实施方式，电力转换装置200在空调机300所使用的压缩机320等产生了制冷剂滞留的情况下，能够通过从逆变器240向马达310施加频率比压缩运转时高的交流电压而改善制冷剂滞留。此外，在电力转换装置200中，预先将电容器230的电容减小到如下程度：在通过从逆变器240向马达310施加高频率的交流电压而在马达310中产生的再生电流流向电容器230的情况下，电容器230能够蓄积通过再生电流产生的能量。由此，电力转换装置200能够得到成本降低、尺寸的小型化、可靠性确保、电源高次谐波改善等的效果，并且，能够避免由于母线电压Vdc的上升而引起的电容器230、逆变器240的开关元件241～246等元件的破坏。这样，电力转换装置200能够抑制电容器230的电容，并且在消除制冷剂滞留时的约束通电控制中，避免对电力转换装置200的元件的影响。
实施方式2
在实施方式1中，假定了由马达310产生的再生电流经由逆变器240流向电容器230。在实施方式2中，针对将由马达310产生的再生电流用于其他用途的情况进行说明。
图14是示出实施方式2的电力转换装置200a的结构例的图。电力转换装置200a相对于图2或图3所示的实施方式1的电力转换装置200，追加了二极管元件281、电容器282以及逆变器283。另外，在图14中，为了使记载简洁，省略了电压检测部250、电流检测部260以及控制部270的记载，但实际上电力转换装置200a具备电压检测部250、电流检测部260以及控制部270。
电力转换装置200a将串联连接了二极管元件281和电容器282而得到的电路并联设置在电容器230与逆变器240之间。即，与逆变器240的输入端并联地设置有再生电流用的电容器282。电力转换装置200a通过由马达310产生的再生电流而在电容器282中蓄积能量，即对电容器282进行充电。电力转换装置200a能够使用充电到电容器282中的电力，对逆变器283进行控制，例如，对用于驱动空调机300的未图示的风扇的马达400进行驱动。此外，电力转换装置200a使用充电到电容器282中的电力，生成空调机300用的控制电源500。电力转换装置200a通过这样使用由马达310产生的再生电流，能够抑制由再生电流引起的电容器230的两端电压即母线电压Vdc的上升。关于电容器282的电容，根据与电容器230的电容之间的关系，被设定为规定的电容以上。
另外，在电力转换装置200a中，针对与电容器230不同地设置电容器28的情况进行了说明，但不限于此。电力转换装置200a也可以使用充电到电容器230中的电力，对逆变器283进行控制来驱动马达400，还可以生成控制电源500。
实施方式3
在实施方式1中，假定了由马达310产生的再生电流经由逆变器240流向电容器230。在实施方式3中，针对使由马达310产生的再生电流流向其他电路的情况进行说明。
图15是示出实施方式3的电力转换装置200b的结构例的图。电力转换装置200b相对于图2或图3所示的实施方式1的电力转换装置200，追加了整流电路291、开关292、以及电容器293。另外，在图15中，为了使记载简洁，省略了电压检测部250、电流检测部260以及控制部270的记载，但实际上电力转换装置200b具备电压检测部250、电流检测部260以及控制部270。
在电力转换装置200b中，整流电路291对由马达310产生的再生电流进行整流并输出到电容器293。控制部270对开关292进行控制，在将再生电流充电到电容器293即使电容器293吸收再生电流的期间内以及从电容器293经由整流电路291向马达310供给电力的期间内将开关292接通。控制部270在其他的期间内将开关292断开。电力转换装置200b通过这样蓄积由马达310产生的再生电流，能够抑制由再生电流引起的电容器230的两端电压即母线电压Vdc的上升。
此外，关于电容器293，通过采用与电容器230同样的电容的设定，也能够实现电力转换装置200b的成本降低、电力转换装置200b的尺寸的小型化等。
以上的实施方式所示的结构表示一例，能够与其他公知的技术组合，也能够将实施方式彼此组合，在不脱离主旨的范围内，还能够省略、变更一部分结构。
附图标记说明
100电源，200、200a、200b电力转换装置，210、291整流电路，211～216、281二极管元件，220电抗器，230、282、293电容器，240、283逆变器，241～246开关元件，250电压检测部，260电流检测部，270控制部，292开关，300空调机，310、400马达，320压缩机，330四通阀，340室外热交换器，350膨胀阀，360室内热交换器，370制冷剂配管，500控制电源。

Claims (8)

1.一种电力转换装置，其中，
所述电力转换装置具备：
整流电路，其对第1交流电压进行整流；
电抗器，其与所述整流电路连接；
电容器，其与所述整流电路的输出端连接；
逆变器，其与所述电容器连接，通过多个开关元件的动作而生成第2交流电压，将所述第2交流电压施加到具有定子和转子的压缩机马达；以及
控制部，其对所述多个开关元件的动作进行控制，
所述控制部从所述逆变器向所述压缩机马达施加频率比所述压缩机马达的压缩运转时高的第2交流电压，使得不使所述转子旋转，
由于通过从所述逆变器向所述压缩机马达施加高频率的所述第2交流电压而产生的再生电流，电流流入所述电容器而不会损伤所述电容器。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述控制部使用从所述整流电路向所述逆变器直接供给的电力，使所述逆变器生成高频率的所述第2交流电压。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，
所述电容器被设定为如下静电电容：在从所述逆变器向所述压缩机马达施加高频率的所述第2交流电压的所述开关元件的动作状态下，不会由于从所述压缩机马达供给的电力而超过额定电压。
4.根据权利要求2或3所述的电力转换装置，其中，
所述电容器被设定为能够从所述整流电路向所述逆变器直接供给电力的静电电容。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
从所述逆变器向所述压缩机马达交替地施加正电压和负电压作为高频率的所述第2交流电压，在所述正电压与所述负电压之间，所述压缩机马达的线路被短路。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
与所述逆变器的输入端并联地设置有再生电流用电容器，所述再生电流用电容器的电容被设定为规定的电容以上。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
在高频率的所述第2交流电压为实向量的输出状态下在直至电流极性反转为止的期间内，从所述压缩机马达向所述电容器流动再生电流。
8.一种空调机，其中，
所述空调机具备权利要求1至7中的任意一项所述的电力转换装置。
CN202180093380.6A 2021-02-16 2021-02-16 电力转换装置和空调机 Pending CN116964917A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/005717 WO2022176015A1 (ja) 2021-02-16 2021-02-16 電力変換装置および空気調和機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116964917A true CN116964917A (zh) 2023-10-27

Family

ID=82931241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180093380.6A Pending CN116964917A (zh) 2021-02-16 2021-02-16 电力转换装置和空调机

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240022182A1 (zh)
EP (1) EP4297264A4 (zh)
JP (1) JP7475534B2 (zh)
CN (1) CN116964917A (zh)
AU (1) AU2021428306A1 (zh)
WO (1) WO2022176015A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006325306A (ja) 2005-05-18 2006-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd コンバータ回路およびそれを用いたモータ駆動制御装置、圧縮機、空気調和機
JP5264848B2 (ja) 2010-09-27 2013-08-14 三菱電機株式会社 駆動制御装置
WO2015162704A1 (ja) 2014-04-22 2015-10-29 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置およびヒートポンプシステム
CN106716820B (zh) 2014-09-26 2019-02-26 三菱电机株式会社 热泵装置、空调机、热泵式热水器、冰箱和制冷机

Also Published As

Publication number Publication date
AU2021428306A1 (en) 2023-07-06
JPWO2022176015A1 (zh) 2022-08-25
EP4297264A1 (en) 2023-12-27
JP7475534B2 (ja) 2024-04-26
WO2022176015A1 (ja) 2022-08-25
EP4297264A4 (en) 2024-05-08
US20240022182A1 (en) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100202120B1 (ko) 전력변환장치 및 이를 이용한 공기조화장치
JP5584357B2 (ja) 可変速駆動装置
KR20090052154A (ko) 전동기 제어장치
US10756666B2 (en) Electric-motor driving apparatus, electric motor system and refrigeration cycle apparatus
JPWO2015056340A1 (ja) 直流電源装置、電動機駆動装置、空気調和機および冷蔵庫
JP4706349B2 (ja) 直流電源装置および圧縮機駆動装置
CN113615025A (zh) 驱动装置以及空气调节装置
JP5063570B2 (ja) ファン駆動装置及びこれを搭載した空気調和機
JP6929434B2 (ja) 電動機駆動装置及び冷凍サイクル適用機器
CN116964917A (zh) 电力转换装置和空调机
JP7471442B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
WO2020184378A1 (ja) 電力変換装置およびこれを用いた空気調和装置
JP6925527B2 (ja) モータ駆動装置、モータ駆動装置の制御装置、モータ駆動装置の制御方法、及び空気調和機
WO2020170302A1 (ja) 電動機駆動装置および空気調和装置
JPWO2020196472A1 (ja) モータ駆動装置および冷却装置
KR20090113625A (ko) 전동기 제어장치
WO2018142738A1 (ja) 空気調和機
JP7183472B2 (ja) 電動機駆動装置、空気調和機及び冷蔵庫
JP6518506B2 (ja) 電源装置、並びにそれを用いる空気調和機
JP7387056B2 (ja) 電動機駆動装置及び冷凍サイクル適用機器
WO2023223374A1 (ja) 電力変換装置およびこれを用いた冷凍サイクル装置、ならびに、漏れインダクタンス算出方法
WO2022224300A1 (ja) 電力変換装置、ヒートポンプ装置および空気調和機
JP7335258B2 (ja) モータ駆動装置及び空気調和機

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination