CN117256093A - 功率转换装置、热泵装置以及空调机 - Google Patents
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Abstract
具备：整流器(20)，其对从交流电源(10)输出的交流电力进行整流；电容器(33)，其设置于整流器(20)的输出端；电抗器(30)，其设置在从交流电源(10)到电容器(33)的路径中；负载(40)，其与电容器(33)的两端连接；以及控制部(45)，其对负载(40)的动作状态进行控制，使负载(40)所消耗的功率产生功率脉动，由此降低电容器(33)的充放电电流，使用整流器(20)的输出电压的最大值、整流器(20)的输出电压的最小值、负载(40)的输出功率的直流分量、交流电源(10)的相数以及交流电源(10)的角频率，来限定电抗器(30)的电感值的范围。
Description
技术领域
本公开涉及将交流电力转换成直流电力的功率转换装置、热泵装置以及空调机。
背景技术
以往，在不使用大电容的电容器的情况下抑制输入电源电流中的高次谐波分量，并且防止与整流器的输出母线连接的电路元件的由过电压引起的破损。在专利文献1中，公开了如下的技术：在设三相交流电源的电源电压为Vac〔V〕并设三相交流马达的消耗功率为Pm〔W〕时，平滑用电容器的电容C〔F〕为满足“443×10-6·Pm/Vac2≦C≦1829×10-6·Pm/Vac2”的值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-157242号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据上述现有技术，专利文献1的逆变器装置在三相交流马达的消耗功率为10kW的情况下，使用110.8uF～457.3uF的电容的电容器。专利文献1的逆变器装置使用电容比通常使用的电容器小的电容器，因此，电容器的充放电电流即纹波电流变大，在使用了作为寿命部件的电解电容器的情况下，存在发热变大而对寿命造成不良影响这样的问题。专利文献1的逆变器装置为了改善寿命，也能够使用电流纹波耐量高的薄膜电容器，但与电解电容器相比价格高，避免不了成本增加。
本公开是鉴于上述而完成的，其目的在于，得到一种能够抑制电容器的纹波电流并实现长寿命化的功率转换装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题并实现目的，本公开的功率转换装置具备：整流器，其对从交流电源输出的交流电力进行整流；电容器，其设置于整流器的输出端；电抗器，其设置在从所述交流电源到所述电容器的路径中；负载，其与电容器的两端连接；以及控制部，其对负载的动作状态进行控制，使负载所消耗的功率产生功率脉动，由此降低电容器的充放电电流。使用整流器的输出电压的最大值、整流器的输出电压的最小值、负载的输出功率的直流分量、交流电源的相数以及交流电源的角频率，来限定电抗器的电感值的范围。
发明的效果
本公开的功率转换装置起到能够抑制电容器的纹波电流并实现长寿命化这样的效果。
附图说明
图1是示出实施方式1的功率转换装置的结构例的图。
图2是示出实施方式1的功率转换装置的整流器的输出电压的例子的图。
图3是示出实施方式1的功率转换装置的负载的输出功率的例子的图。
图4是示出实施方式1的功率转换装置中的负载的输出功率的交流分量与电容器的纹波电流的关系的图。
图5是示出实施方式1的功率转换装置中的电抗器的电感值与电容器的纹波电流的关系的图。
图6是作为比较例而示出功率转换装置不使负载的输出功率变动的情况下的解析结果的例子的图。
图7是示出实施方式1的功率转换装置使负载的输出功率变动而抑制了对电容器的充放电电流的情况下的解析结果的例子的图。
图8是示出实施方式1的功率转换装置中的电抗器的电感值与负载的输出功率的交流分量的关系的图。
图9是示出实施方式1的功率转换装置的动作的流程图。
图10是示出实现实施方式1的功率转换装置具备的控制部的硬件结构的一例的图。
图11是示出实施方式2的空调机的结构例的图。
图12是示出实施方式2的热泵装置的回路结构的图。
图13是示出实施方式2的热泵装置的制冷剂的状态的莫里尔图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式的功率转换装置、热泵装置以及空调机详细进行说明。
实施方式1
图1是示出实施方式1的功率转换装置100的结构例的图。功率转换装置100与交流电源10连接，将从交流电源10输出的交流电力转换成直流电力。功率转换装置100具备整流器20、电抗器30、电容器33、负载40以及控制部45。电抗器30由电感分量31和电阻分量32构成。
交流电源10向功率转换装置100输出交流电力。交流电源10在图1的例子中记载为三相电源，但也可以是单相电源。在交流电源10为单相电源的情况下，交流电源10与整流器20之间的布线为两根，整流器20使用单相用的整流器。交流电源10的电源频率f可以为通常的商用电源的50Hz或60Hz，也可以为其他的频率。
整流器20对从交流电源10输出的交流电力进行整流。整流器20将整流后的功率输出到与整流器20的输出端连接的电容器33。整流器20是由多个二极管构成的电路，但整流器20的电路结构不受限定。
电抗器30在图1的例子中连接在整流器20与电容器33之间，但也可以连接在交流电源10与整流器20之间。在电抗器30连接在交流电源10与整流器20之间的情况下，在交流电源10为三相电源时，为了向各线插入而需要3个电抗器30。即，电抗器30设置在从交流电源10到电容器33的路径中。
电容器33设置在整流器20的输出端。另外，在图1的例子中，电容器33经由电抗器30而与整流器20的输出端连接。
负载40与电容器33的两端连接。负载40只要是利用直流电力的负载即可，没有特别限定。虽然省略图示，但这里作为一例，假定负载40由将直流电力转换成交流电力的逆变器和马达等感应性负载构成。
控制部45对功率转换装置100的动作进行控制。具体而言，控制部45对负载40的动作状态进行控制，使负载40所消耗的功率产生功率脉动，由此降低电容器33的充放电电流。另外，虽然在图1中省略，但功率转换装置100具备能够检测整流器20的输出电压Vdb、电容器33的两端电压Vdc、流向电容器33的电流Ic、流向负载40的电流Iz等的检测部，控制部45基于各检测部的检测结果，对负载40的动作状态进行控制。
另外，关于功率转换装置100，也能够应用于搭载有功率因数改善电路、升压电路等的功率转换装置。
图2是示出实施方式1的功率转换装置100的整流器20的输出电压Vdb的例子的图。在图2中，横轴表示时间，纵轴表示电压。如图2所示，整流器20的输出电压Vdb在以交流电源10的相数P与交流电源10的角频率ω之积的两倍的余弦波近似的情况下，由式(1)表示。
[数式1]
在式(1)中，Vmax是整流器20的输出电压的最大值，Vmin是整流器20的输出电压的最小值。另外，由于交流电源10的电源频率为f，因此，交流电源10的角频率ω由ω＝2πf表示。此外，在图1所示的功率转换装置100中，电路方程式由以下的式(2)至式(4)表示。另外，关于Vmax和Vmin，在交流电源10为三相电源的情况下，也可以代用电源电压的线间电压的最大值作为Vmax，代用Vmax×cos30°作为Vmin。此外，在交流电源10为单相电源的情况下，也可以代用电源电压的最大值作为Vmax，并且设为Vmin＝0。
[数式2]
[数式3]
[数式4]
在式(2)至式(4)中，Vdc是电容器33的两端电压，R是电抗器30的电阻分量32即电阻值，Idc是流过电抗器30的电流，L是电抗器30的电感分量31即电感值，Iz是流向负载40的电流，Pout是负载40的输出功率，C是电容器33的静电电容。另外，式(4)表示流向电容器33的电流Ic。这里，在假定为不存在对电容器33的充放电且电容器33的两端电压Vdc固定于整流器20的输出电压Vdb的振幅中心而进行动作时，式(5)和式(6)成立。这是整流器20的输出电压Vdb不蓄积于电容器33而被直接供给到负载40的状态。
[数式5]
Iz＝Idc …(5)
[数式6]
如果对式(1)进行变形则成为式(7)。
[数式7]
这里，在假定为Vdb-Vdc＞＞RIdc并向式(7)代入式(1)和式(6)时，得到式(8)。在式(8)中，Const是积分常数。
[数式8]
当根据式(3)、式(5)以及式(8)求出用于抑制对电容器33的充放电电流的负载40的输出功率Pout时，成为式(9)。这里，式(9)的右边第一项是变动的交流分量，右边第二项是直流分量。因此，如果按照2Pωt的脉动指令使负载40的输出功率Pout变动，则能够降低流向电容器33的电流Ic。另外，式(9)的右边第一项是将电容器33的充放电电流控制为大致零的情况，在不控制至大致零的情况下，也可以设定为在式(9)的右边第一项中得到的值以下的振幅。
[数式9]
图3是示出实施方式1的功率转换装置100的负载40的输出功率Pout的例子的图。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示电压。负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac成为式(10)。负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac是使负载40所消耗的功率产生的功率脉动。
[数式10]
如图3所示，负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac的极限为直至直流分量成为零的振幅。即，当求出在sin{(2P)ωt}＝-1时负载40的输出功率Pout＝0的积分常数Const时，成为式(11)。
[数式11]
根据式(9)和式(11)，负载40的输出功率Pout的直流分量Pout_dc由式(12)表示。
[数式12]
因此，在负载40的输出功率Pout的平均功率即负载40的输出功率Pout的直流分量Pout_dc中，如果将电抗器30的电感值L确保为式(13)所示的值以上，则能够抑制电容器33的充放电电流。
[数式13]
这里，在求出了在sin{(2P)ωt}＝-1时负载40的输出功率Pout＝0的积分常数Const的情况下，根据式(9)和式(11)，负载40的输出功率Pout在式(14)所示的范围内变化。因此，在功率转换装置100中，在负载40为马达等的情况下，转速等大幅变动，可能对运转造成不良影响。
[数式14]
因此，在功率转换装置100中，有时想要将交流分量例如设定为额定功率的1/α。但是，功率转换装置100在将电容器33的充放电电流控制为大致零的情况下，需要确保基于式(14)的交流分量即右边第一项。因此，在将交流分量的振幅设直流分量的1/α的情况下，如果假定在sin{(2P)ωt}＝-1时负载40的输出功率Pout成为1-(1/α)，则积分常数Const成为式(15)。
[数式15]
因此，根据式(15)，负载40的输出功率Pout的直流分量Pout_dc由式(16)表示，因此，负载40的输出功率Pout成为式(17)。
[数式16]
[数式17]
这里，为了抑制电容器33的充放电电流，按照式(17)中的右边第一项的交流分量使负载40的输出功率Pout脉动是重要的，可知所需的脉动量由右边第一项的整流器20的输出电压的最大值Vmax、整流器20的输出电压的最小值Vmin、电抗器30的电感值L、交流电源10的相数P以及交流电源10的角频率ω决定。其中，除了电抗器30的电感值L以外，由交流电源10的规格决定，因此，可知电抗器30的电感值L的设定是重要的。
假设将α＝1时的负载40的输出功率Pout设为负载40的输出功率Pout(α＝1)，将α＝10时的负载40的输出功率Pout设为负载40的输出功率Pout(α＝10)。由于式(17)的右边第一项是交流分量，因此，在将平均值设为0来处理时，为了使右边第二项的直流分量一致，将α＝10时的电抗器30的电感值L的值设定为α＝1时的电抗器30的电感值L的值的10倍即可。通过这样设定，在负载40的输出功率Pout(α＝1)和负载40的输出功率Pout(α＝10)中，平均值同等，右边第一项的交流分量的振幅成为10：1的关系，能够降低负载40的输出功率Pout的脉动量。即，通过如式(18)那样设定电抗器30的电感值L，能够不改变式(17)的右边第二项的直流分量而降低式(17)的右边第一项的交流分量的振幅。
[数式18]
关于系数α，当低于1时，负载40的输出功率Pout的交流分量的振幅比直流分量大，功率为负，因此期望为1以上。此外，系数α的上限没有特别制约，但当提高系数α时，负载40的输出功率Pout的交流分量的脉动振幅相对于直流分量的比率降低，因此，能够减小负载40的输出功率Pout的变动量。但是，由于电抗器30的电感值L的增加会导致大型化，因此，期望系数α为10以下的程度。即，通过这样设定系数α，在功率转换装置100中，不会导致电抗器30的大型化，能够抑制电容器33的充放电电流，静电电容的降低导致的所需要的电容器33的个数也减少，因此基板的安装面积降低，能够实现小型轻量化。
到此为止，说明了用于将电容器33的充放电电流控制为大致零的负载40的输出功率Pout的控制方法和电抗器30的电感值L的设定方法。但是，在电容器33中存在针对规定的充放电电流的耐量，即纹波耐量。在功率转换装置100中，在与式(17)、式(18)等无关地减小交流脉动振幅相对于直流分量的比率或者降低电抗器30的电感值L时，充放电电流成比例地增加。但是，在不影响电容器33的纹波耐量、基于温度上升的寿命等的范围内，能够降低负载40的输出功率Pout的交流脉动振幅相对于直流分量的比率、电抗器30的电感值L。
这里，针对负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac而言的电容器33的纹波电流Ir由式(19)表示。另外，在设不使负载40的输出功率Pout脉动的情况下的纹波电流值为Ir0、设能够将纹波电流Ir控制为大致零的负载40的输出功率Pout的交流分量为Pout_ac0时，成为图4那样的特性。
[数式19]
图4是示出实施方式1的功率转换装置100中的负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac与电容器33的纹波电流Ir的关系的图。在图4中，横轴表示功率，纵轴表示电流。如图4所示，将电容器33的纹波耐量的电流值定义为Ir_lim，将电容器33的纹波电流Ir为电容器33的纹波耐量Ir_lim时的负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac定义为Pout_ac_lim。通过在Pout_ac_lim至Pout_ac0的范围内设定负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac，能够使功率转换装置100在电容器33的纹波耐量Ir_lim的电流值以下进行动作。例如，在不使输出功率Pout脉动的情况下的纹波电流值Ir0为纹波耐量Ir_lim的2倍的值的情况下，功率转换装置100对负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac进行控制，使其成为能够将纹波电流Ir控制为大致零的负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac0的1/2。由此，功率转换装置100能够将电容器33的纹波电流Ir抑制到容许范围内，能够将负载40的输出功率Pout的变动对负载40的影响保持为最小限度并进行动作。
此外，如图5所示，在将式(18)所示的用于使电容器33的充放电电流成为大致零的电抗器30的电感值L设为L0的情况下，在将电容器33的纹波耐量的电流值定义为Ir_lim时，通过在L_lim至L0的范围内设定电抗器30的电感值L，能够使功率转换装置100在电容器33的纹波耐量Ir_lim的电流值以下进行动作。图5是示出实施方式1的功率转换装置100中的电抗器30的电感值L与电容器33的纹波电流Ir的关系的图。在图5中，横轴表示电抗器30的电感值L，纵轴表示电容器33的纹波电流Ir。即，如式(20)所示，将对式(18)乘以系数β而得到的值设定为电抗器30的电感值L，该系数β考虑了针对电容器33的纹波耐量Ir_lim的裕度(Ir0-Ir_lim)/Ir0。另外，系数β的范围由式(21)表示。由此，功率转换装置100能够兼顾电抗器30的小型轻量化和电容器33的长寿命化。另外，也可以不需要单独地设定系数α、β，考虑系数α和系数β而设定为式(22)的范围。系数αβ是基于负载脉动容许值和电容器33的纹波耐量Ir_lim的系数。
[数式20]
[数式21]
[数式22]
这样，在功率转换装置100中，使用整流器20的输出电压的最大值Vmax、整流器20的输出电压的最小值Vmin、负载40的输出功率Pout的直流分量Pout_dc、交流电源10的相数P、交流电源10的角频率ω、不使负载40的输出功率Pout脉动的情况下的脉动量即电容器33的纹波电流值Ir0、以及电容器33的纹波耐量Ir_lim，来限定电抗器30的电感值L的范围。如以上那样，在考虑电容器33的纹波耐量Ir_lim的同时，考虑负载40的输出功率Pout的交流分量Pout_ac的变动量、电抗器30的电感值L等，由此，功率转换装置100能够兼顾负载40的变动的抑制和电抗器30的小型轻量化。另外，也可以使用整流器20的输出电压的最大值Vmax、整流器20的输出电压的最小值Vmin、负载40的输出功率Pout的直流分量Pout_dc、交流电源10的相数P、以及交流电源10的角频率ω来限定电抗器30的电感值L的范围。
对实际的动作进行说明。图6是作为比较例而示出功率转换装置100不使负载40的输出功率Pout变动的情况下的解析结果的例子的图。在图6中，第1级的解析结果表示从交流电源10向整流器20输出的电压即三相线间电压Vuv、Vvw、Vwu。另外，由U相、V相以及W相表示三相。第2级的解析结果表示整流器20的输出电压Vdb和电容器33的两端电压Vdc。第3级的解析结果表示整流器20的输出电流即流向电抗器30的电流Idc、流向电容器33的电流Ic、以及流向负载40的电流Iz。第4级的解析结果表示负载40的输出功率Pout。另外，在从第1级到第4级的解析结果中，横轴均表示时间。在功率转换装置100中，在将负载40的输出功率Pout设为恒定的情况下，电容器33的电流Ic大幅脉动，反复进行充放电，因此，电容器33的充放电电流即纹波电流Ir变大，无法基于电容器33的静电电容降低而实现小型轻量化。
图7是示出实施方式1的功率转换装置100使负载40的输出功率Pout变动而抑制了对电容器33的充放电电流的情况下的解析结果的例子的图。在图7中，第1级至第4级所示的各解析结果的项目与图6相同。图7示出在功率转换装置100中设为系数α＝3、系数β＝1来设定电抗器30的电感值L、并使负载40的输出功率Pout变动而抑制了对电容器33的充放电电流的情况下的解析结果。当观察作为第3级的解析结果的电流波形时，整流器20的输出电流即流向电抗器30的电流Idc以及流向负载40的电流Iz是一致的，其结果是，得到电容器33的电流Ic成为大致零的结果。在图7的例子中，系数α被调整为，作为负载40的脉动量的交流分量成为直流分量的1/3。假设在想要将交流分量设为直流分量的1/10的情况下，设定为α＝10即可。
图8是示出实施方式1的功率转换装置100中的电抗器30的电感值L与负载40的输出功率Pout的交流分量的关系的图。在图8中，横轴表示电抗器30的电感值L，纵轴表示负载40的输出功率Pout的交流分量。在功率转换装置100中，如图8所示，可知通过使电抗器30的电感值L增加，负载40的输出功率Pout的交流分量降低。但是，电抗器30的电感值L会增加，因此，通过在式(21)所示的范围内选定系数β而使电容器33的充放电电流增加，但是，通过在电容器33的纹波耐量Ir_lim的范围内调整系数β，兼顾了电抗器30和电容器33的小型轻量化。
在功率转换装置100中，从交流电源10向直接负载40流动电流，抑制了向电容器33的充电，因此，也能够降低以往的向电容器33的充电所引起的电流畸变。由此，功率转换装置100能够实现针对由JIS(Japanese Industrial Standards：日本工业标准)、IEC(International Electrotechnical Commission：国际电工委员会)等决定的电源高次谐波的限度值而言的裕度的确保、功率因数的提高等。
另外，功率转换装置100在交流电源10为单相电源的情况下，整流器20的导通状态根据电源电压的极性而改变，但在不存在电容器33的充电的情况下，能够近似为RL电路，电源电流相对于电源电压而相位延迟。这里，在功率转换装置100中，在电抗器30配置于整流器20的后级时，由于整流器20的导通状态而无法连续地流动电流。因此，在交流电源10为单相电源的情况下，将电抗器30配置在交流电源10与整流器20之间，由此，功率转换装置100能够不受整流器20的影响而连续地流动电流，能够降低电流的高次谐波分量。
在功率转换装置100中，负载40也能够应用于电阻负载、恒流负载、恒功率负载中的任意一方，但所消耗的功率需要是能够可变的。例如，作为恒功率负载的例子，存在对感应性负载进行驱动的逆变器等。尤其是在感应性负载为马达的情况下，马达的功由转矩与角频率之积表示。即，功率转换装置100通过使转矩或角频率可变，能够基于式(18)来控制功率。
图9是示出实施方式1的功率转换装置100的动作的流程图。在功率转换装置100中，整流器20对从交流电源10输出的交流电力进行整流(步骤S1)。控制部45从未图示的检测部取得表示功率转换装置100的动作状态的检测值(步骤S2)。控制部45为了降低电容器33的充放电电流，对负载40的动作状态进行控制，使得负载40所消耗的功率产生功率脉动(步骤S3)。
接着，对功率转换装置100具备的控制部45的硬件结构进行说明。图10是示出实现实施方式1的功率转换装置100具备的控制部45的硬件结构的一例的图。控制部45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)。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不限于这些，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，功率转换装置100通过使负载40所消耗的功率产生功率脉动，从而降低了电容器33的充放电电流，并且使用了规定的范围的电感值的电抗器30。由此，功率转换装置100即便在抑制电容器33的充放电电流并使用了低成本的电容器33的情况下，也能够抑制纹波电流，使电容器33长寿命化。
实施方式2
在实施方式2中，对具备功率转换装置100的热泵装置以及具备热泵装置的空调机进行说明。
图11是示出实施方式2的空调机70的结构例的图。空调机70具备热泵装置50。热泵装置50具备功率转换装置100。另外，在图11中，为了使记载变得简洁，仅记载了功率转换装置100中的负载40，但功率转换装置100与图1同样地具备整流器20等。在实施方式2中，搭载于热泵装置50的功率转换装置100的负载40具备将直流电力转换成交流电力的逆变器41、以及通过从逆变器41输出的交流电力进行驱动的马达44。逆变器41具备将直流电力转换成交流电力的开关元件42、以及对开关元件42的动作进行控制的控制部43。
图12是示出实施方式2的热泵装置50的回路结构的图。热泵装置50具备将压缩机51、热交换器52、膨胀机构53、储液器54、内部热交换器55、膨胀机构56以及热交换器57通过配管依次连接而使制冷剂循环的主制冷剂回路58。在主制冷剂回路58中，在压缩机51的排出侧设置有四通阀59，能够切换制冷剂的循环方向。此外，在热交换器57的附近，设置有冷却用的风扇60。虽然在图12中省略了记载，但压缩机51是具有由逆变器41驱动的马达44和压缩机构的结构。此外，热泵装置50具备注入回路62，该注入回路62通过配管将从储液器54与内部热交换器55之间到压缩机51的注入管为止连接起来。在注入回路62中，依次连接有膨胀机构61和内部热交换器55。在热交换器52中，连接有供水循环的水回路63。另外，在水回路63中，连接有热水器、取暖器、地热等对热交换器52的散热器等的水进行利用的装置，对此省略了图示。
首先，对热泵装置50的制热运转时的动作进行说明。在制热运转时，四通阀59被设定为实线方向。另外，在制热运转中，不仅包含空调机70中使用的制热，还包含对水加热而产生热水的热水供应等。图13是示出实施方式2的热泵装置50的制冷剂的状态的莫里尔图。在图13中，横轴表示比焓，纵轴表示制冷剂压力。
在压缩机51中成为高温高压的气相制冷剂(图13：点1)从压缩机51排出，在在成为冷凝器和散热器的热交换器52中进行热交换而液化(图13：点2)。此时，通过从制冷剂释放的热，对在水回路63中循环的水进行加热，用于制热、热水供应等。在热交换器52中液化后的液相制冷剂在膨胀机构53中被减压，成为气液二相状态(图13：点3)。在膨胀机构53中成为气液二相状态的制冷剂在储液器54中与向压缩机51吸入的制冷剂进行热交换，被冷却而液化(图13：点4)。在储液器54中液化后的液相制冷剂分支而流向主制冷剂回路58和注入回路62。
在主制冷剂回路58中流动的液相制冷剂在内部热交换器55中与由膨胀机构61减压并成为气液二相状态的在注入回路62中流动的制冷剂进行热交换，进一步被冷却(图13：点5)。在内部热交换器55中冷却后的液相制冷剂被膨胀机构56减压后成为气液二相状态(图13：点6)。在膨胀机构56中成为气液二相状态的制冷剂在成为蒸发器的热交换器57中与外部气体进行热交换而被加热(图13：点7)。然后，在热交换器57中加热后的制冷剂在储液器54中进一步被加热(图13：点8)，被吸入到压缩机51。
另一方面，在注入回路62中流动的制冷剂如上述那样在膨胀机构61中被减压(图13：点9)，在内部热交换器55中进行热交换(图13：点10)。在内部热交换器55中进行了热交换的气液二相状态的制冷剂即注入制冷剂保持气液二相状态，从压缩机51的注入管向压缩机51内流入。在压缩机51中，从主制冷剂回路58吸入的制冷剂(图13：点8)被压缩和加热至中间压(图13：点11)。注入制冷剂(图13：点10)与被压缩和加热至中间压的制冷剂(图13：点11)合流，温度下降(图13：点12)。然后，温度下降的制冷剂(图13：点12)进一步被压缩和加热，成为高温高压而排出(图3：点1)。
另外，在不进行注入运转的情况下，将膨胀机构61的开度设为完全关闭。即，在进行注入运转的情况下，膨胀机构61的开度比规定的开度大，但在不进行注入运转时，使膨胀机构61的开度小于规定的开度。由此，制冷剂不向压缩机51的注入管流入。这里，膨胀机构61的开度也可以构成为由微型计算机等的控制部43通过电子控制来控制。
接着，对热泵装置50的制冷运转时的动作进行说明。在制冷运转时，四通阀59被设定为虚线方向。另外，在制冷运转中，不仅包含空调机70中使用的制冷，还包含从水获取热而产生冷水、以及冷冻等。
在压缩机51中成为高温高压的气相制冷剂(图13：点1)从压缩机51排出，在成为冷凝器和散热器的热交换器57中进行热交换而液化(图13：点2)。在热交换器57中液化后的液相制冷剂在膨胀机构56中被减压，成为气液二相状态(图13：点3)。在膨胀机构56中成为气液二相状态的制冷剂在内部热交换器55中进行热交换，被冷却并液化(图13：点4)。内部热交换器55使在膨胀机构56中成为气液二相状态的制冷剂与在膨胀机构61中使在内部热交换器55中液化后的液相制冷剂减压而成为气液二相状态的制冷剂(图13：点9)进行热交换。在内部热交换器55中进行了热交换的液相制冷剂(图13：点4)被分支而流向主制冷剂回路58和注入回路62。
在主制冷剂回路58中流动的液相制冷剂在储液器54中与吸入到压缩机51中的制冷剂进行热交换，进一步被冷却(图13：点5)。在储液器54中冷却后的液相制冷剂在膨胀机构53中被减压而成为气液二相状态(图13：点6)。在膨胀机构53中成为气液二相状态的制冷剂在成为蒸发器的热交换器52中进行热交换而被加热(图13：点7)。此时，通过制冷剂吸热，在水回路63中循环的水被冷却，用于制冷、冷冻等。然后，在热交换器52中加热后的制冷剂在储液器54中进一步被加热(图13：点8)，被吸入到压缩机51中。
另一方面，在注入回路62中流动的制冷剂如上述那样在膨胀机构61中被减压(图13：点9)，在内部热交换器55中进行热交换(图13：点10)。在内部热交换器55中进行了热交换的气液二相状态的制冷剂即注入制冷剂保持气液二相状态从压缩机51的注入管流入。压缩机51内的压缩动作与制热运转时相同。
另外，在不进行注入运转时，与制热运转时同样，将膨胀机构61的开度设为完全关闭，使制冷剂不向压缩机51的注入管流入。此外，在上述说明中，说明了热交换器52是使制冷剂与在水回路63中循环的水进行热交换的板式热交换器这样的热交换器。热交换器52不限于此，也可以使制冷剂与空气进行热交换。此外，水回路63也可以不是供水循环的回路，而是供其他流体循环的回路。
这里，为了降低电容器33的充放电电流，使负载40所消耗的功率脉动即可。在热泵装置50中，消耗功率的大部分在压缩机51中产生。压缩机51由马达44和压缩机构构成，大部分消耗功率归因于由马达44产生的转矩与马达44的角频率之积。因此，热泵装置50通过使马达44的转矩或者作为旋转频率的角频率变动，能够降低对电容器33的充放电电流。即，在功率转换装置100中，控制部45通过使向马达44输出的转矩或马达44的转速变动，从而使负载40所消耗的功率产生功率脉动。
关于马达44的转矩，能够通过使用作为公知技术的在旋转中能够改变转矩的控制来实现。具体而言，热泵装置50能够通过将流过马达44的电流分解为作为励磁分量的d轴和作为转矩分量的q轴并控制q轴的电流来实现。此外，关于马达的角频率，热泵装置50能够通过根据马达44的速度指令值以及速度检测或估计值生成q轴电流的指令值来实现。
此外，热泵装置50在压缩机51如旋转式压缩机那样具有一个旋转中的负载转矩脉动的情况下，也可以与负载转矩的变动相应地使角频率、马达44的输出转矩等可变，使得电容器33的充放电电流降低。此外，热泵装置50也可以通过调整膨胀机构61的开度，使向压缩机51施加的负载转矩可变，当然，通过除此以外的方法使其可变也没有任何问题。
如以上那样，热泵装置50除了空调机70之外，还能够用于热泵热水器、冰箱、冷冻机等使用了变频压缩机的热泵装置。
对功率转换装置100向热泵装置50的应用进行了说明，但只要对来自交流电源10的交流电力进行整流并蓄积于电容器33而供给到负载40，则也能够应用于任何装置。关于功率转换装置100，不仅能够应用于送风机、电动洗衣机、IH(Induction Heating：感应加热)烹饪加热器、电动吸尘器、照明这样的面向家庭的设备，还能够应用于电动汽车、功率调节器等设备。
以上的实施方式所示的结构示出一例，能够与其他公知的技术进行组合，也能够将实施方式彼此组合，还能够在不脱离主旨的范围内省略、变更一部分结构。
附图标记说明
10交流电源，20整流器，30电抗器，31电感分量，32电阻分量，33电容器，40负载，41逆变器，42开关元件，43、45控制部，44马达，50热泵装置，51压缩机，52、57热交换器，53、56，61膨胀机构，54储液器，55内部热交换器，58主制冷剂回路，59四通阀，60风扇，62注入回路，63水回路，70空调机，100功率转换装置。
Claims (7)
1.一种功率转换装置，其中，
所述功率转换装置具备：
整流器，其对从交流电源输出的交流电力进行整流；
电容器，其设置于所述整流器的输出端；
电抗器，其设置在从所述交流电源到所述电容器的路径中；
负载，其与所述电容器的两端连接；以及
控制部，其对所述负载的动作状态进行控制，使所述负载所消耗的功率产生功率脉动，由此降低所述电容器的充放电电流，
使用所述整流器的输出电压的最大值、所述整流器的输出电压的最小值、所述负载的输出功率的直流分量、所述交流电源的相数以及所述交流电源的角频率，来限定所述电抗器的电感值的范围。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，
还使用脉动量以及所述电容器的纹波耐量来限定所述电抗器的电感值的范围，该脉动量是不使所述负载的输出功率脉动的情况下的所述电容器的纹波电流。
3.根据权利要求2所述的功率转换装置，其中，
当设所述电抗器的电感值为L、设所述整流器的输出电压的最大值为Vmax、设所述整流器的输出电压的最小值为Vmin、设所述负载的输出功率的直流分量为Pout_dc、设所述交流电源的相数为P、设所述交流电源的角频率为ω、设作为不使所述负载的输出功率脉动的情况下的脉动量的所述电容器的纹波电流值为Ir0、设所述电容器的纹波耐量为Ir_lim、设基于负载脉动容许值和所述电容器的纹波耐量的系数为αβ时，所述电抗器的电感值L由以下的式子表示，
[数式1]
[数式2]
4.根据权利要求3所述的功率转换装置，其中，
作为所述功率脉动的脉动量的所述负载的输出功率的交流分量Pout_ac为下式的值以下，
[数式3]
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的功率转换装置，其中，
所述负载是逆变器和马达，
所述控制部使向所述马达输出的转矩或所述马达的转速变动从而产生所述功率脉动。
6.一种热泵装置，其中，
所述热泵装置具备权利要求1至5中的任意一项所述的功率转换装置。
7.一种空调机，其中，
所述空调机具备权利要求6所述的热泵装置。
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