DE112017008012T5

DE112017008012T5 - Leistungswandler, Verdichter, Luftsendeeinrichtung und Klimaanlage

Info

Publication number: DE112017008012T5
Application number: DE112017008012.6T
Authority: DE
Inventors: Akihiro TSUMURA; Shigeo Takata; Kazunori Sakanobe; Shinsaku Kusube
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2020-07-09
Also published as: JP6758515B2; US11211875B2; WO2019049299A1; US20200220470A1; JPWO2019049299A1

Abstract

Leistungswandler, der aufweist: einen Gleichrichter, gleichrichtend eine von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung gelieferte Spannung, eine Spannungsherabstufungsschaltung, aufweisend ein Spannungsherabstufungsschaltelement, eine Drossel, ein Rückflussverhinderungselement, und einen Glättungskondensator, und herabstufend eine vom Gleichrichter gelieferte Gleichspannung, und eine Wechselrichterschaltung, umwandelnd die durch den Glättungskondensator geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung. Der Leistungswandler umfasst eine Unsymmetriebestimmungseinheit, bestimmend, auf Grundlage von Zuständen der Spannungsherabstufungsschaltung und des Glättungskondensators, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung aufgetreten ist, und eine Spannungsherabstufungssteuerungseinheit, durchführend Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements, in einem Fall, wo die Unsymmetriebestimmungseinheit bestimmt, dass die Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungswandler, einen Verdichter, eine Luftsendeeinrichtung und eine Klimaanlage, die verschiedene Motoren auf Grundlage von elektrischer Energie, die von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung geliefert wird, steuern.
Hintergrund zum Stand der Technik
Bei herkömmlichen Technologien erzeugt ein Leistungswandler aus einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung, wie einer kommerziellen Energieversorgung, eine Gleichstrom-Busspannung zum Antreiben eines Wechselrichters unter Verwendung einer Gleichrichterschaltung. Der Leistungswandler treibt ein Schaltelement für eine Wechselrichterschaltung an, unter Verwendung der erzeugten Gleichstrom-Busspannung als eine Versorgungsquelle, um eine Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz zu erzeugen, und steuert somit einen Motor für einen Verdichter oder andere in einer Klimaanlage vorgesehene Einrichtungen.
Der Motor hat Eigenschaften, bei denen eine im Inneren des Motors erzeugte induzierte Spannung mit steigender Drehgeschwindigkeit zunimmt. Daher muss eine Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Motors erhöht werden. Außerdem ist im Leistungswandler, aufweisend die Gleichrichterschaltung, der Wert der Gleichstrom-Busspannung von der Größe der von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung gelieferten Spannung abhängig. Indem das Schaltelement für die Wechselrichterschaltung veranlasst wird, EIN- und AUS-Betriebe durchzuführen, um die Pulsbreite zu variieren, variiert der Leistungswandler daher entsprechend den Wert der an den Motor anzulegenden Spannung und legt somit eine geeignete Spannung an den Motor an.
Der Leistungswandler führt Steuerung durch, so dass zum Beispiel die Pulsbreite abnimmt und die Spannung in einem Bereich, wo die Drehgeschwindigkeit des Motors gering ist, entsprechend abnimmt. Daher ergibt sich das Problem eines Anstiegs des Spitzenwerts der Ausgangsspannung und einer daraus resultierenden Zunahme von Verlust, wie Eisenverlust im Inneren des Motors. Dementsprechend muss für den an der Klimaanlage oder anderen Vorrichtung montierten Leistungswandler der Wirkungsgrad in einem Bereich, wo die Drehgeschwindigkeit des Motors gering ist, verbessert werden.
Konventionelle Leistungswandler umfassen Einrichtungen, aufweisend eine Aufwärtswandlerschaltung auf einer Ausgangsseite einer Gleichrichterschaltung (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2). In den Leistungswandlern in Patentliteratur 1 und 2 wiederholt die Aufwärtswandlerschaltung EIN- und AUS-Betriebe eines Heraufstufungsschaltelements in gewünschten Zeitintervallen und nutzt die Energie einer Drossel und eines Glättungskondensators. Auf diese Weise wird eine Gleichstrom-Busspannung auf einen gewünschten Wert geändert und einer Wechselrichterschaltung zugeführt. Darüber hinaus wird im Leistungswandler in Patentliteratur 2 in dem Fall, in dem die Größe der Spannungsunsymmetrie auf der Seite der Energieversorgung größer ist als ein vorherbestimmter Wert, ein Heraufstufungsbetrieb des Aufwärtswandlers fortgesetzt.
Liste zitierter Schriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2010-187521
Patentliteratur 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2013-207925

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In den Leistungswandlern der Patentliteratur 1 und 2 steigt jedoch ein Rippelstrom, der im Glättungskondensator fließt, wenn die Spannungen der Phasen der Dreiphasen-Wechselstromversorgung unsymmetrisch werden. Daher ergibt sich das Problem der Verkürzung der Lebensdauer des Glättungskondensators und eines instabilen Betriebs des Wandlers selbst, der durch eine Erhöhung der Temperatur des Glättungskondensators verursacht wird. Darüber hinaus wird im Falle einer Korrektur der Spannungsunsymmetrie, wie beim Leistungswandler in Patentliteratur 2, die Heraufstufungsschaltung im spannungsunsymmetrischen Zustand betrieben. Daher tritt ein Problem auf, bei dem die Gleichstrom-Busspannung unnötigerweise ansteigt und somit Verlust erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung soll die oben genannten Probleme lösen, und ein Gegenstand dieser Erfindung ist es, einen Leistungswandler, einen Verdichter, eine Luftsendeeinrichtung und eine Klimaanlage bereitzustellen, die einen stabilen Betrieb erreichen und gleichzeitig die Verkürzung der Lebensdauer eines Glättungskondensators erzielen und Verlust unterdrücken.
Lösung des Problems
Ein Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Gleichrichter, der eine von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung gelieferte Dreiphasen-Wechselspannung gleichrichtet; eine Spannungsherabstufungsschaltung, die ein Spannungsherabstufungsschaltelement, eine Drossel, ein Rückflussverhinderungselement und einen Glättungskondensator aufweist und eine vom Gleichrichter gelieferte Gleichspannung herabstuft; eine Wechselrichterschaltung, die die durch den Glättungskondensator geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt; eine Spannungsherabstufungsteuerungseinheit, die einen Betrieb der Spannungsherabstufungsschaltung steuert, und eine Unsymmetriebestimmungseinheit, die auf Grundlage von Zuständen der Spannungsherabstufungsschaltung und des Glättungskondensators bestimmt, ob oder ob nicht in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist. Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit ist eingerichtet, Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements in einem Fall durchzuführen, wo die Unsymmetriebestimmungseinheit bestimmt, dass die Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist.
Ein Verdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Leistungswandler; und einen durch den Leistungswandler angetriebenen Verdichtermotor. Eine Luftsendeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Leistungswandler, einen Lüftermotor, der durch den Leistungswandler angetrieben wird, und einen Lüfter, der durch den Lüftermotor in Rotation versetzt wird, als eine Energiequelle. Eine Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Leistungswandler; und einen Motor, der durch den Leistungswandler angetrieben ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem Fall, in dem Spannungsunsymmetrie in einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung aufgetreten ist, Schalten eines Spannungsherabstufungsschaltelements in einer Spannungsherabstufungsschaltung durchgeführt. Daher kann ein Anstieg eines Rippelstroms und ein Temperaturanstieg eines Glättungskondensators unterdrückt werden. Somit kann ein stabiler Betrieb erzielt werden und gleichzeitig Verkürzung der Lebensdauer des Glättungskondensators und Verlust unterdrückt werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimaanlage, die einen Leistungswandler umfasst, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt.
[2] 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung einer Erfassungseinheit und jedes Detektors in 1 darstellt.
[3] 3 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer aus der Wechselrichterschaltung in 1 ausgegebenen Spannung darstellt.
[4] 4 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Stroms zeigt, der in einem Verdichtermotor in 1 fließt.
[5] 5 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel der Beziehung einer aus dem Dreiphasen-Gleichrichter ausgegeben Spannung und einer Gleichstrom-Busspannung in 1 darstellt.
[6] 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Zustand einer Änderung der Gleichstrom-Busspannung in dem Fall darstellt, wo Spannungsunsymmetrie in einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung in einem Leistungswandler gemäß einem Vergleichsbeispiel der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgetreten ist.
[7] 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der funktionalen Konfiguration einer Spannungsherabstufungssteuerungseinheit in 1 darstellt.
[8] 8 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Wechselrichterausgangsspannung, die aus der Wechselrichterschaltung ausgegeben wird, und einem Spannungsbefehlswert, der durch die Wechselrichtersteuerungseinheit in 1 berechnet wird, darstellt.
[9] 9 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel eines Prozesses einer Zielspannungserzeugungseinheit in 7 zum Erzeugen einer Zielbefehlsspannung darstellt.
[10] 10 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Gleichstrom-Busspannung, einer Zielbefehlsspannung und einem Zeitpunkt, zu dem eine Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, darstellt.
[11] 11 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, in dem Fall darstellt, wo die Zielbefehlsspannung erhöht ist.
[12] 12 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, in dem Fall darstellt, wo die Zielbefehlsspannung erhöht ist.
[13] 13 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, in dem Fall darstellt, wo die Zielbefehlsspannung auf den mittleren Wert einer pulsierenden Spannung gesetzt ist.
[14] 14 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimaanlage, die einen Leistungswandler umfasst, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt.
[15] 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der funktionalen Konfiguration einer Spannungsherabstufungssteuerungseinheit in 14 darstellt.
[16] 16 ist ein eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung und einem Rippelstrom, der in einem Glättungskondensator im Leistungswandler in 14 fließt, darstellt.
[17] 17 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimaanlage, die einen Leistungswandler umfasst, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt.
[18] 18 eine grafische Darstellung, die einen Zustand einer Veränderung eines Drosselstroms in dem Fall darstellt, wo Spannungsunsymmetrie in einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung im Leistungswandler in 17 aufgetreten ist. Beschreibung von Ausführungsformen

Ausführungsform 1.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimaanlage, die einen Leistungswandler umfasst, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Beziehung einer Erfassungseinheit und jedes Detektors in 1 darstellt. Die gesamte Konfiguration einer Klimaanlage 100 wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Klimaanlage 100 einen Leistungswandler 200 und einen Kältemittelkreislauf 300. Der Kältemittelkreislauf 300 ist so gebildet, dass ein Verdichter 30, ein Kondensator 31, eine Expansionseinrichtung 32 und ein Verdampfer 33 durch eine Kältemittelleitung R verbunden sind. Der Verdichter 30 verdichtet angesaugtes Kältemittel und gibt das verdichtete Kältemittel ab. Der Verdichter 30 wird durch einen Verdichtermotor 30a als eine Energiequelle betrieben, die durch einen Wechselrichter gesteuert wird. Der Kondensator 31 umfasst zum Beispiel einen Wärmetauscher vom Rippen-und-Rohr-Typ und kondensiert vom Verdichter 30 abgegebenes Kältemittel. Die Expansionseinrichtung 32 umfasst zum Beispiel ein elektronisches Expansionsventil und entspannt das Kältemittel, das den Kondensator 31 passiert hat. Der Verdampfer 33 umfasst zum Beispiel einen Wärmetauscher vom Rippen-und-Rohr-Typ und verdampft das Kältemittel, das durch die Expansionseinrichtung 32 entspannt und expandiert wurde.
Zudem umfasst die Klimaanlage 100 eine erste Luftsendeeinrichtung 34, die am Kondensator 31 angebracht ist, und eine zweite Luftsendeeinrichtung 35, die am Verdampfer 33 angebracht ist. Die erste Luftsendeeinrichtung 34 umfasst einen Lüftermotor 34a, der durch einen Wechselrichter angetrieben ist, und einen Lüfter 34b, der durch den Lüftermotor 34a in Rotation versetzt wird, als eine Energiequelle, und führt Senden an den Kondensator 31 durch. Die zweite Luftsendeeinrichtung 35 umfasst einen Lüftermotor 35a, der durch einen Wechselrichter angetrieben ist, und einen Lüfter 35b, der durch den Lüftermotor 35a in Rotation versetzt wird, als eine Energiequelle, und führt Senden an den Verdampfer 33 durch.
Der Leistungwandler 200 steuert einen Betrieb eines Motors, auf Grundlage von Wechselstrom, der von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 geliefert wird. In Ausführungsform 1 ist der Leistungswandler 200 eingerichtet, einen Betrieb des Verdichtermotors 30a zu steuern. Das heißt, der Leistungswandler 200 wandelt den von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom um, um elektrische Energie zum Antreiben des Verdichtermotors 30a zu erzeugen, und liefert die erzeugte elektrische Energie an den Verdichtermotor 30a.
Der Leistungswandler 200 umfasst einen Dreiphasengleichrichter 2, eine Spannungsherabstufungsschaltung 10 und eine Wechselrichterschaltung 11. Eine Wechselspannung der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 wird durch den Dreiphasengleichrichter 2 in eine Gleichspannung gleichgerichtet und umgewandelt. Zum Beispiel wird eine Spannung von AC 200 V von Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 geliefert. Im Beispiel von 1 ist der Dreiphasengleichrichter 2 ein Dreiphasen-Vollwellengleichrichter, mit sechs Gleichrichterdiodenelemente 3 in Brückenschaltung verbunden sind.
Die Spannungsherabstufungsschaltung 10 ist eine Schaltung, die eine vom Dreiphasengleichrichter 2 gelieferte Gleichspannung auf eine gewünschte Gleichspannung herabstuft. Die Spannungsherabstufungsschaltung 10 ist rückkopplungsgesteuert, so dass eine durch einen Spannungsdetektor 9a erfasste Gleichstrom-Busspannung Vdc, die später beschrieben wird, auf einen gewünschten Spannungswert geändert wird. Die Spannungsherabstufungsschaltung 10 umfasst einen Eingangsfilterkondensator 4, ein Spannungsherabstufungsschaltelement 5, eine Drossel 6, ein Rückflussverhinderungselement 7 und einen Glättungskondensator 8. Das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 hat einen EIN-Zustand und einen AUS-Zustand. Die EIN-Zeit und die AUS-Zeit werden entsprechend dem herabzustufenden Spannungswert eingestellt. Die Drossel 6 steuert die Versorgung einer Lastseite mit elektrischer Energie. Das Rückflussverhinderungselement 7 ist vorgesehen, um einen kontinuierlichen Stromfluss zu ermöglichen.
Der Eingangsfilterkondensator 4 ist mit einer Ausgangseinheit des Dreiphasengleichrichters 2 verbunden und reduziert einen Rippelstrom zur Schaltzeit des Spannungsherabstufungsschaltelements 5. Außerdem arbeitet der Eingangsfilterkondensator 4 so, dass eine auf Ldi/dt basierende Stoßspannung, die zum Zeitpunkt des AUS-Schaltens des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 erzeugt wird, reduziert wird. Durch den Betrieb des Eingangsfilterkondensators 4 wird auch dann keine übermäßige Stoßspannung an Ausrüstung angelegt, wenn das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 in einem stromdurchflossenen Zustand ausgeschaltet wird. Daher ist der Leistungswandler 200 in der Lage, einen normalen Betrieb fortzusetzen. Die Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 umfasst eine Impedanz der Energieversorgung. Daher kann durch L eine Stoßspannung erzeugt werden, die eine Induktivitätskomponente der Impedanz der Energieversorgung repräsentiert. Der Glättungskondensator 8 glättet eine pulsförmige Spannung, die durch das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 und das Rückflussverhinderungselement 7 geschaltet wird. Das heißt, der Glättungskondensator 8 ist zur Glättung einer Gleichspannung vorgesehen.
Das Spannungsabstufungsschaltelement 5 umfasst ein Halbleiterelement, wie ein Silizium-(Si)-Element. Genauer gesagt ist das Spannungsabstufungsschaltelement 5 ein Halbleiterelement, wie ein MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) oder ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Das Rückflussverhinderungselement 7 umfasst ein Halbleiterelement, wie ein Siliziumelement. Das Rückflussverhinderungselement 7 kann ein Halbleiterelement, wie eine Fast Recovery Diode (Diode mit kurzer Erholungszeit), sein. Darüber hinaus kann das Rückflussverhinderungselement 7 ein kostengünstiges Kontaktteil aufweisen, in dem Fall, in dem Schalten nur mit einer Frequenz erfolgt, die etwa ein Mehrfaches der Energieversorgungsfrequenz beträgt und nicht Hochfrequenzschalten durchgeführt wird. Beispielsweise kann ein Relais, das teilweise während einer Energieversorgungszeitdauer Schalten durchführt, als das kostengünstige Kontaktteil verwendet werden.
Zumindest eines von dem Spannungsherabstufungsschaltelement 5 und dem Rückflussverhinderungselement 7 kann einen Halbleiter mit breiter Bandlücke enthalten, der eine größere Bandlücke aufweist als ein Silizium-(Si)-Element. Zum Beispiel kann ein Siliziumkarbid-(SiC)-Element, ein Element auf Gallium-Nitrid-(GaN)-Basis oder ein Diamantelement als der Halbleiter mit breiter Bandlücke eingesetzt werden.
Der Spannungsdetektor 9a und ein Stromdetektor 9b sind in der Spannungsherabstufungsschaltung 10 vorgesehen. Der Spannungsdetektor 9a ist ein Spannungssensor, der eine Potentialdifferenz zwischen einer P-Seite und einer N-Seite des Glättungskondensators 8 als eine Gleichstrom-Busspannung Vdc erfasst. Das heißt, die Gleichstrom-Busspannung Vdc repräsentiert die Spannung an dem Glättungskondensator 8, die im Glättungskondensator 8 gespeichert ist. Der Stromdetektor 9b ist ein Stromsensor, der den in der Drossel 6 fließenden Strom als einen Drosselstrom IL erfasst. Ein DCCT (Gleichstromumformer), der in der Lage ist, eine Gleichstromkomponente des Stroms zu erfassen, kann als der Stromdetektor 9b angewendet werden. Darüber hinaus kann der Stromdetektor 9b einen Shunt-Widerstand mit einem kleinen Widerstand enthalten, den Betrag, der dem Spannungsabfall am Shunt-Widerstand entspricht, erfassen und den erfassten Spannungswert in einen Stromwert umwandeln.
Die Wechselrichterschaltung 11 wandelt den durch den Glättungskondensator 8 geglätteten Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom um. Die Wechselrichterschaltung 11 enthält eine Vielzahl von Schaltelementen 12, die jeweils ein Halbleiterelement, wie einen IGBT, enthalten. Im Beispiel von 1 enthält die Wechselrichterschaltung 11 sechs Schaltelemente 12, die in Brückenschaltung geschaltet sind. Das heißt, die Wechselrichterschaltung 11 wandelt durch Betriebe der sechs Schaltelemente 12 die Gleichstrom-Busspannung Vdc in eine Dreiphasen-Wechselspannung um und liefert einen Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz an den Verdichtermotor 30a. Wie beim Spannungsherabstufungsschaltelement 5 kann jedes der Schaltelemente 12 einen Halbleiter mit breiter Bandlücke umfassen.
Darüber hinaus umfasst der Leistungswandler 200 eine Erfassungseinheit 9, eine Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20, eine Wechselrichtersteuerungseinheit 21 und eine Unsymmetriebestimmungseinheit 22. Jede von der Erfassungseinheit 9, der Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20, der Wechselrichtersteuerungseinheit 21 und der Unsymmetriebestimmungseinheit 22 kann jeweils Hardware enthalten, wie eine Schaltungseinrichtung, die eine entsprechende unten erwähnte Funktion implementiert, oder eine arithmetische Einrichtung, wie einen Mikrocomputer und Software, die die Funktion in Zusammenwirkung mit der arithmetischen Einrichtung implementieren.
Wie in 2 dargestellt, empfängt die Erfassungseinheit 9 die vom Spannungsdetektor 9a erfasste Gleichstrom-Busspannung Vdc und den vom Stromdetektor 9b erfassten Drosselstrom IL. Dann gibt die Erfassungseinheit 9 die vom Spannungsdetektor 9a und vom Stromdetektor 9b empfangenen Werte an die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20, die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 und die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 aus.
Die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 steuert die Drehgeschwindigkeit eines Motors, so dass der Motor eine gewünschte Betriebsfähigkeit aufweist. Wie in 1 dargestellt, steuert die Wechselrichterteuerungseinheit 21 in dem Fall, in dem die Wechselrichterteuerungseinheit 21 in der Klimaanlage 100 vorgesehen ist, die Drehgeschwindigkeit des Verdichtermotors 30a, so dass eine gewünschte Kältekapazität erreicht werden kann. Die Drehgeschwindigkeit des Motors ist proportional zur Frequenz der angelegten Spannung. Daher erzeugt die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 eine Dreiphasen-Wechselspannung mit einer gewünschten Frequenz entsprechend der für den Motor erforderlichen Drehgeschwindigkeit, so dass die Drehgeschwindigkeit des Motors gesteuert werden kann. Zudem, in dem Fall, in dem die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 den Motor steuert, steuert die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 nicht nur die Frequenz der Dreiphasen-Wechselspannung, sondern auch die Größe der Spannung und erreicht so einen hocheffizienten Betrieb des Motors.
Wenn sich der Motor dreht, wird innerhalb des Motors eine induzierte Spannung gemäß einer Änderung im Verkettungsmagnetfluss erzeugt. Die Drehgeschwindigkeit des Motors und die induzierte Spannung stehen in einer Beziehung, in der die induzierte Spannung mit steigender Drehgeschwindigkeit des Motors zunimmt und die induzierte Spannung mit sinkender Drehgeschwindigkeit des Motors abnimmt. Daher muss die Größe der Spannung, die von der Wechselrichterschaltung 11 ausgegeben wird, gemäß der induzierten Spannung des Motors variiert werden. In diesem Zusammenhang, zum Beispiel, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors zunimmt, passt die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 die Größe sowie die Frequenz der aus der Wechselrichterschaltung 11 ausgegebenen Spannung an. Das heißt, die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 stellt die EIN-Zeit und AUS-Zeit jedes der Schaltelemente 12 ein, so dass der Motor mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann, und führt die Steuerung so aus, dass eine geeignete Spannung von der Wechselrichterschaltung 11 ausgegeben werden kann. Im Folgenden wird eine von der Wechselrichterschaltung 11 ausgegebene Spannung auch als „Wechselrichter-Ausgangsspannung“ bezeichnet.
Hinsichtlich der EIN-Zeit und AUS-Zeit jedes der Schaltelemente 12 berechnet die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 die Dauer, während der das Schaltelement 12 in einem festgelegten Zeitraum EIN ist, als die EIN-Zeit und definiert die verbleibende Zeit in dem festgelegten Zeitraum als die AUS-Zeit. Der festgelegte Zeitraum wird als Wechselrichter-Trägerzeitraum bezeichnet, und der Kehrwert des Wechselrichter-Trägerzeitraums wird als eine Wechselrichter-Trägerfrequenz bezeichnet. Die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 berechnet die EIN-Zeit und die AUS-Zeit, die jedem der sechs Schaltelemente 12 zuzuordnen ist, auf Grundlage der EIN-Zeit und der AUS-Zeit in dem Wechselrichter-Trägerzeitraum. Das heißt, die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 erzeugt Signale, die den EIN- und AUS-Betrieben jedes der sechs Schaltelemente 12 entsprechen, und gibt die entsprechenden Signale an das Schaltelement 12 aus. Im Allgemeinen wird die Wechselrichter-Trägerfrequenz in einem Bereich von etwa einigen kHz bis zu einigen zehn kHz gesteuert.
Darüber hinaus enthält die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 eine Funktion zum Erhalten eines Modulationsfaktors K, der den Anteil der Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung 11 in der Gleichstrom-Busspannung Vdc unter Verwendung der unten erwähnten Gleichung (1) darstellt. Zur Berechnung des Modulationsfaktors K berechnet die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 einen Spannungsbefehlswert zum Erhalten einer gewünschten Drehgeschwindigkeit und erhält über die Erfassungseinheit 9 die Gleichstrom-Busspannung Vdc. Dann berechnet die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 den Modulationsfaktor K durch Multiplikation des Produkts aus √2 und dem Spannungsbefehlswert mit dem Kehrwert der Gleichstrom-Busspannung Vdc unter Verwendung von Gleichung (1). Die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 gibt den erhaltenen Modulationsfaktor K an die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 aus.
[Math. 1. $\begin{array}{l} \begin{matrix} Modulationsfaktor K = 2^{- 1 / 2} \times Spannungsbefehlswert / Gleichstrom- \end{matrix} \\ Busspannung Vdc \end{array}$
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer aus der Wechselrichterschaltung in 1 ausgegebenen Spannung darstellt. Die Wechselrichter-Ausgangsspannung wird durch EIN- und AUS-Betriebe jedes der Schaltelemente 12 auf Grundlage der im Glättungskondensator 8 gespeicherten Gleichstrom-Busspannung Vdc erzeugt und hat die Wellenform einer Pulsspannung, wie in 3 dargestellt. Der Spitzenwert der Pulsspannung ist gleich der Gleichstrom-Busspannung Vdc. Das heißt, die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 steuert die Wechselrichterschaltung 11 durch PWM-Steuerung zur Änderung der Dauer der EIN-Zeit der Pulsspannung, so dass die Größe der an den Motor anzulegenden Spannung entsprechend variiert werden kann.
Im Falle der PWM-Steuerung ist, wie oben beschrieben, der Spitzenwert der Wechselrichter-Ausgangsspannung gleich der Gleichstrom-Busspannung Vdc. In dem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des Verdichtermotors 30a relativ gering ist, ist für das Antreiben des Verdichtermotors 30a keine große Spannung erforderlich. Daher reduziert die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 entsprechend die an den Verdichtermotor 30a anzulegende Spannung durch Verringerung der Pulsbreite.
4 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Stroms zeigt, der im Verdichtermotor in 1 fließt. In der grafischen Darstellung von 4 stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und die vertikale Achse stellt einen Motorstrom dar, der ein Strom ist, der im Verdichtermotor 30a fließt. In dem Fall, in dem PWM-Steuerung durchgeführt wird, haben die Gleichstrom-Busspannung Vdc und der Motorstrom in dem Wechselrichter-Trägerzeitraum Eigenschaften, bei denen die Neigung des Motorstroms mit steigender Gleichstrom-Busspannung Vdc zunimmt und die Neigung des Motorstroms mit sinkender Gleichstrom-Busspannung Vdc abnimmt.
Daher erhöht sich, wie in 4 dargestellt, die Variationsbreite des erzeugten Motorstroms für jeden Wechselrichter-Trägerzeitraum entsprechend einer Erhöhung der Gleichstrom-Busspannung Vdc und verringert sich entsprechend einer Verringerung der Gleichstrom-Busspannung Vdc. Die Variationsbreite des für jeden Wechselrichter-Trägerzeitraum erzeugten Motorstroms wird als „Trägerrippelstrom“ bezeichnet. Ein Merkmal des Trägerrippelstroms das allgemein bekannt ist, ist der zunehmenden Verlusts, wie Eisenverlust eines Motors, und es ist erforderlich, die Zunahme des Verlustes so weit wie möglich zu unterdrücken. Daher wird die Spannungsherabstufungsschaltung 10, die die Größe der Gleichstrom-Busspannung Vdc anpasst, am Leistungswandler200 angebracht, und die Gleichstrom-Busspannung Vdc wird in geeigneter Weise reduziert, so dass der Trägerrippelstrom reduziert werden kann, wodurch ein hocheffizienter Betrieb des Motors erzielt wird. Das heißt, in Ausführungsform 1 führt die Spannungsherabstufungsschaltung 10 Steuerung so durch, dass die Gleichstrom-Busspannung Vdc eine gewünschte Größe hat. Auf diese Weise kann die Betriebseffizienz des Leistungswandlers 200 verbessert werden.
Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 berechnet das Tastverhältnis α von EIN- und AUS-Betrieben des Spannungsherabstufungsschaltelements 5, auf Grundlage zumindest einer von der durch den Spannungsdetektor 9a erfassten Gleichstrom-Busspannung Vdc und dem durch den Stromdetektor 9b erfassten Drosselstrom IL. Das Tastverhältnis α entspricht einem Wert, der durch Division der Pulsbreite durch den Pulszeitraum erhalten wird und wird im Allgemeinen durch einen Wert von 0 bis 1 oder einen Wert von 0% bis 100% repräsentiert.
Die von der Spannungsherabstufungsschaltung 10 ausgegebene Spannung wird durch das Tastverhältnis α bestimmt, das durch die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 berechnet wird. Zum Beispiel in dem Fall, in dem das Tastverhältnis α auf „0,8“ eingestellt ist, wird ein Wert von 80 % des vom Dreiphasengleichrichter 2 ausgegebenen Gleichstroms von der Spannungsherabstufungsschaltung 10 ausgegeben. Das heißt, die Beziehung einer Eingangsspannung Vin und einer Ausgangsspannung Vout der Spannungsherabstufungsschaltung 10 wird durch die unten erwähnte Gleichung (2) repräsentiert. Das Tastverhältnis α wird durch einen Wert in einem Bereich von 0 bis 1 repräsentiert. Selbst in dem Fall, in dem das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 im stromdurchflossenen Zustand ausgeschaltet wird, wird eine Stoßspannung durch den Betrieb des Eingangsfilterkondensators 4 unterdrückt. Daher ist der Leistungswandler 200 in der Lage, einen normalen Betriebszustand fortzusetzen.
[Math. 2] $Vout = α \times Vin$
Wenn das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 ausgeschaltet ist, versorgt die Drossel 6 die Seite der Wechselrichterschaltung 11 mit Energie. Die Drossel 6 arbeitet so, dass der Betrag der Änderung des in der Drossel 6 fließenden Stroms abnimmt. Insbesondere versucht die Drossel 6, wenn das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 ausgeschaltet ist, einen Stromfluss zur Seite der Wechselrichterschaltung 11 zu bewirken. Daher wird eine Schleife eines Stroms gebildet, der von einer Anodenseite des Rückflussverhinderungselements 7 durch die Kathodenseite des Rückflussverhinderungselements 7 und zur Seite der Wechselrichterschaltung 11 fließt. Wenn sich das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 im EIN-Zustand befindet, wird die aus dem Dreiphasengleichrichter 2 ausgegebene Spannung direkt zur Seite der Wechselrichterschaltung 11 zugeführt.
Durch Bewirken, dass ein Lade-/Entladestrom, repräsentiert durch Cdv/dt, fließt, glättet der Glättungskondensator 8 die Pulsation der Spannung, die durch einen Schaltbetrieb des oben genannten Spannungsherabstufungsschaltelements 5 erzeugt wird. Der durch Cdv/dt repräsentierte Lade-/Entladestrom repräsentiert einen Rippelstrom, der im Glättungskondensator 8 fließt. Durch den Betrieb des im Glättungskondensator 8 fließenden Rippelstroms hat die Gleichstrom-Busspannung Vdc, die in die Wechselrichterschaltung 11 eingegeben wird, einen stabilen Wert mit einer unterdrückten Spannungspulsation.
5 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung aus dem Dreiphasengleichrichter in 1 und einer Gleichstrom-Busspannung darstellt. In dem Fall, in dem sich das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 im EIN-Zustand befindet, wird eine kombinierte Spannung aus der von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 gelieferten Eingangsspannung Vin und einer Spannung VL der Drossel 6 an den Glättungskondensator 8 angelegt. Zu diesem Zeitpunkt, falss die Gleichstrom-Busspannung Vdc kleiner ist als die Eingangsspannung Vin (Beziehung von Vdc < Vin ist erfüllt), fließt ein Strom durch einen Pfad zum Laden des Glättungskondensators 8.
Falls dahingegen die Gleichstrom-Busspannung Vdc größer ist als die Eingangsspannung Vin (Beziehung von Vdc > Vin ist erfüllt), wird die von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 gelieferte Energie nicht an der Wechselrichterschaltung 11 genutzt, sondern die im Glättungskondensator 8 gespeicherte Energie wird von der Wechselrichterschaltung 11 verbraucht. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Gleichstrom-Busspannung Vdc ab. Das heißt, wenn das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 EIN ist, setzt sich ein Zustand fort, in dem die Größenbeziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung Vdc und der Eingangsspannung Vin periodisch geschaltet wird und Lade- und Entladebetriebe des Glättungskondensators 8 wiederholt durchgeführt werden. Dadurch kann der Seite der Wechselrichterschaltung 11 stabil Energie zugeführt werden.
Wenn das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 AUS ist, wird die Energieversorgung von der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 unterbrochen. Daher wird, wie oben beschrieben, die in der Drossel 6 und dem Glättungskondensator 8 gespeicherte Energie der Wechselrichterschaltung 11 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt fließt der im Glättungskondensator 8 fließende Strom immer nicht in einer Laderichtung, sondern in einer Entladerichtung. Die im Glättungskondensator 8 gespeicherte Energie und die in der Drossel 6 gespeicherte Energie werden der Wechselrichterschaltung 11 in einer geteilten Weise zugeführt.
Im Falle einer Konfiguration mit einer Schaltung, die eine Gleichspannung heraufstuft, wie eine einteilige Heraufstufungsschaltung, wie in bekannten Leistungswandlern, wird Energie nur von einem Glättungskondensator an eine Wechselrichterschaltung geliefert, wenn ein Heraufstufungsschaltelement in den EIN-Zustand übergeht. Daher erhöht sich die Last auf den Glättungskondensator. Im Gegensatz dazu kann beim Leistungswandler 200, aufweisend die oben beschriebene Spannungsherabstufungsschaltung 10, die Energie aus dem Glättungskondensator 8 und der Drossel 6 in einer geteilten Weise zugeführt werden. Daher ist ein Effekt der Reduzierung des im Glättungskondensator 8 fließenden Rippelstroms größer als die Konfiguration mit der bekannten Heraufstufungsschaltung.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Zustand einer Änderung der Gleichstrom-Busspannung in dem Fall darstellt, wo eine Spannungsunsymmetrie in einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung in einem Leistungswandler gemäß einem Vergleichsbeispiel der Ausführungsform 1 aufgetreten ist. Ein Fall, wo Unsymmetrie der Dreiphasenspannung in einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung auftritt, wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die Spannungsunsymmetrie, das heißt, die Unsymmetrie der Dreiphasenspannung, repräsentiert einen Fall, wo Leitungsspannungen der Phasen unterschiedliche Werte aufweisen, zum Beispiel RS-Spannung Vrs = 200 V, ST-Spannung Vst = 205 V und TR-Spannung Vtr = 195 V.
Es ist allgemein bekannt, dass bei Auftreten von Spannungsunsymmetrie, wie in 6 dargestellt, die Eingangsspannung Vin, die vom Dreiphasengleichrichter ausgegeben wird, stark schwankt, Pulsation der Gleichstrom-Busspannung Vdc entsprechend der Schwankung ebenfalls zunimmt und folglich ein im Glättungskondensator fließender Rippelstrom zunimmt. Das heißt, das Auftreten von Spannungsunsymmetrie führt zur Wärmeentwicklung oder Verkürzung der Lebensdauer des Glättungskondensators, was durch Einfließen von Überstrom verursacht wird. Darüber hinaus kann es zu Beschädigungen oder Brüchen von Ausrüstung kommen, und der Leistungswandler kann ausfallen. Darüber hinaus werden die Ströme der Phasen, die in der Dreiphasen-Wechselstromquelle 1 fließen, ebenfalls unsymmetrisch, und in einer Phase mit hoher Spannung kann ein Strom fließen, der um ein Vielfaches höher ist als in einer Phase mit der niedrigsten Spannung. Darüber hinaus tritt ein diskontinuierlicher Zustand auf, der einen Zeitraum umfasst, in der ein in der Drossel und dem Schaltelement fließender Strom 0 A beträgt, und es entsteht ein Problem, bei dem ein Anstieg des Stromspitzenwertes Verlust erhöht. In dem Fall von bekannten Leistungswandlern ist es zur Lösung des oben genannten Problems erforderlich, eine elektrostatische Kapazität des Glättungskondensators unter der Annahme von Spannungsunsymmetrie auszuwählen und verschiedene Komponenten auszuwählen, die den Bemessungsstrom erfüllen. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten.
Im Gegensatz dazu wird in Ausführungsform 1 eine Konfiguration zur Lösung des oben genannten Problems durch Betreiben der Spannungsherabstufungsschaltung 10, wenn Spannungsunsymmetrie erfasst wird, angewandt. Das heißt, in dem Fall, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 in Betrieb ist, steuert der Leistungswandler 200 das Spannungsherabstufungsschaltelement 5, so dass eine konstante Gleichstrom-Busspannung Vdc und ein konstanter Drosselstrom IL erzielt werden können. Dadurch wird das oben erwähnte Problem der Spannungsunsymmetrie gelöst, und der im Glättungskondensator 8 fließende Rippelstrom nimmt ab. Außerdem wird der Drosselstrom IL gesteuert, konstant zu sein. Daher sind die Ströme der Phasen der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 nicht unsymmetrisch, und es kann ein symmetrischer Stromfluss zwischen drei Phasen erzielt werden.
Dabei bestimmt der Leistungswandler 200 mit der Unsymmetriebestimmungseinheit 22, ob oder ob nicht in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, und steuert mit der Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 das Spannungsherabstufungsschaltelement 5. Daher werden diese Konfigurationen im Folgenden speziell erläutert.
Die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 bestimmt auf Grundlage des Zustands der Spannungsherabstufungsschaltung 10, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 aufgetreten ist. In dem Fall, in dem Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, falls die Spannungsherabstufungsschaltung 10 in einem gestoppten Zustand ist, erhöht sich die Pulsationsbreite ΔV der Gleichstrom-Busspannung Vdc. Daher nutzt die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 als Information, die den Zustand der Spannungsherabstufungsschaltung 10 anzeigt, die durch den Spannungsdetektor 9a erfasste Gleichstrom-Busspannung Vdc.
Das heißt, die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 erwirbt chronologisch die Gleichstrom-Busspannung Vdc vom Spannungsdetektor 9a über die Erfassungseinheit 9 und bestimmt entsprechend den Schwankungen der erworbenen Gleichstrom-Busspannung Vdc, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist. Genauer gesagt erwirbt die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 die Gleichstrom-Busspannung Vdc während eines Erwerbungszeitraums und speichert den Maximalwert und den Minimalwert der Gleichstrom-Busspannung Vdc im Erwerbungszeitraum in einem internen Speicher oder in anderen Einheiten. Die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 erhält eine Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert als eine Pulsationsbreite ΔV. Der Erwerbungszeitraum wird in einem Bereich von zum Beispiel einigen zehn Millisekunden bis zu mehreren hundert Millisekunden, eingestellt.
Außerdem vergleicht die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 die Pulsationsbreite ΔV mit einem voreingestellten Spannungsbestimmungsschwellenwert und bestimmt, ob oder ob nicht die Pulsationsbreite ΔV größer ist als der Spannungsbestimmungsschwellenwert. Der Spannungsbestimmungsschwellenwert wird für die Erfassung von Spannungsunsymmetrie durch einen Test mit einer realen Maschine oder anderen Vorgang im Voraus festgelegt und in einem internen Speicher oder in anderen Einheiten gespeichert. In dem Fall, in dem die Pulsationsbreite ΔV größer ist als der Spannungsbestimmungsschwellenwert, kann die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 bestimmen, dass Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 aufgetreten ist. Daher gibt die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 ein Betriebsanweisungssignal aus, das eine Anweisung zum Betrieb der Spannungsherabstufungsschaltung 10 anzeigt, an die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 aus.
In dem Fall, in dem die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 bestimmt, dass Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, führt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 durch. Das heißt, in Übereinstimmung mit einem Betriebsanweisungssignal von der Unsymmetriebestimmungseinheit 22 führt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 aus, um die Spannungsherabstufungsschaltung 10 zu betreiben. In dem Fall, in dem die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 bereits durchgeführt hat, bewirkt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20, dass das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 EIN- und AUS-Betriebe fortsetzt.
In dem Fall, in dem die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 bestimmt, dass Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, wird, falls die Spannungsherabstufungsschaltung 10 den Betrieb bereits gestartet hat, die Gleichstrom-Busspannung Vdc gesteuert, konstant zu sein (ΔV ≈ 0). Daher ist es wünschenswert, dass die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 den Betriebszustand der Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 oder der Spannungsherabstufungsschaltung 10 überwacht, so dass die Bestimmung, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie aufgetreten, nur in dem Zustand durchgeführt werden kann, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 nicht in Betrieb ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der funktionalen Konfiguration einer Spannungsherabstufungssteuerungseinheit in 1 darstellt. Als nächstes wird eine funktionale Konfiguration der Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 unter Bezugnahme auf 7 im Speziellen beschrieben.
Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 umfasst eine Zielspannungserzeugungseinheit 20a, eine erste Subtraktionseinheit 20b, eine Spannungssteuerungseinheit 20c, eine zweite Subtraktionseinheit 20d und eine Stromsteuerungseinheit 20e. Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 führt eine Rückkopplungssteuerung durch, so dass die durch den Spannungsdetektor 9a erfasste Gleichstrom-Busspannung Vdc eine durch die Zielspannungserzeugungseinheit 20a erzeugte Zielbefehlsspannung Vref erreicht. Das heißt, die Zielspannungserzeugungseinheit 20a erzeugt die Zielbefehlsspannung Vref, die als ein Erlangungszielspannungswert für die Gleichstrom-Busspannung Vdc dient, entsprechend der Ausgabe an die Wechselrichterschaltung 11, und gibt die erzeugte Zielbefehlsspannung Vref an die erste Subtraktionseinheit 20b aus. Bei den Informationen, die der Ausgabe an die Wechselrichterschaltung 11 entsprechen, wird angenommen, dass es sich um die Drehgeschwindigkeit des Motors, den Modulationsfaktor K oder andere Parameter handelt.
Die erste Subtraktionseinheit 20b ist eingerichtet, die Gleichstrom-Busspannung Vdc vom Spannungsdetektor 9a zu empfangen. Die erste Subtraktionseinheit 20b subtrahiert die Gleichstrom-Busspannung Vdc von der durch die Zielspannungserzeugungseinheit 20a erzeugten Sollbefehlsspannung Vref und erhält so einen Spannungsabweichungsbetrag Verr. Die Spannungssteuerungseinheit 20c multipliziert den durch die erste Subtraktionseinheit 20b erhaltenen Spannungsabweichungsbetrag Verr mit einer voreingestellten Verstärkung, um einen Steuerungsbetrag Iref zu erhalten, und gibt den erhaltenen Steuerbetrag Iref an die zweite Subtraktionseinheit 20d aus.
Die zweite Subtraktionseinheit 20d ist eingerichtet, den Drosselstrom IL vom Spannungsdetektor 9b zu empfangen. Die zweite Subtraktionseinheit 20d subtrahiert den Drosselstrom IL von dem durch die Spannungssteuerungseinheit 20c erhaltenen Steuerungsbetrag Iref und erhält so einen Stromabweichungsbetrag Irr. Die Stromsteuerungseinheit 20e multipliziert den durch die zweite Subtraktionseinheit 20d erhaltenen Stromabweichungsbetrag Irr mit einer voreingestellten Verstärkung, um ein Tastverhältnisα zu erhalten, und gibt das erhaltene Tastverhältnis α als einen Steuerungsbetrag aus. Das heißt, die Stromsteuerungseinheit 20e steuert die EIN- und AUS-Betriebe des Spannungsherabstufungsschaltelements 5, basierend auf dem Tastverhältnis α.
Die Verarbeitungsdetails der Spannungssteuerungseinheit 20c sind nicht auf die obige Erläuterung beschränkt. Zum Beispiel durch Addieren eines Werts, der durch zeitliches Integrieren des Spannungsabweichungsbetrags Verr erhalten wird, mit dem Steuerungsbetrag Iref, der durch Multiplizieren des Spannungsabweichungsbetrags mit einer Verstärkung erhalten wird, kann die Spannungssteuerungseinheit 20c so arbeiten, dass eine stetige Abweichung zu 0 wird, und kann den Steuerungsbetrag Iref ausgeben. Der Betrieb zum Veranlassen, dass die stetige Abweichung 0 ist, stellt einen Betrieb zum Veranlassen dar, dass die Gleichstrom-Busspannung Vdc gleich ist wie die Zielbefehlsspannung Vref. Darüber hinaus sind die Verarbeitungsdetails der Stromsteuerungseinheit 20e nicht auf die oben genannte Erläuterung beschränkt. Zum Beispiel durch Addieren eines Werts, der durch zeitliches Integrieren eines Stromabweichungsbetrags lerr erhalten wird, mit dem Tastverhältnis α, das durch Multiplizieren des Stromabweichungsbetrags Irr mit einer Verstärkung erhalten wird, kann die Stromsteuerungseinheit 20e so arbeiten, dass die stetige Abweichung zu 0 wird. Der Betrieb zum Veranlassen, dass die stetige Abweichung 0 ist, stellt einen Betrieb zum Veranlassen dar, dass der Drosselstrom Ir gleich ist wie der Steuerungsbetrag Iref.
Wie oben beschrieben, führt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 Rückkopplungssteuerung auf Grundlage der Gleichstrom-Busspannung Vdc in einer Hauptschleife durch und führt Rückkopplungssteuerung auf Grundlage des Drosselstroms IL in einer Nebenschleife durch, die sich innerhalb der Hauptschleife befindet. Mit der oben beschriebenen Steuerungskonfiguration ist die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 schließlich in der Lage, das Tastverhältnisα des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 zu berechnen. In dem Fall, in dem die Konfiguration in Ausführungsform 1 angenommen wird, wird der Drosselstrom IL gesteuert, konstant zu sein, und Stabilität gegenüber Störung oder andere Probleme ist hoch. Daher kann die Robustheit zum Zeitpunkt des Steuerns der Spannungsherabstufungsschaltung 10 verbessert werden.
Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 kann eingerichtet sein, Rückkopplungssteuerung auf einen gewünschten Wert durchzuführen, durch Erfassen nur der Gleichstrom-Busspannung Vd, ohne Erfassen des Drosselstroms IL, und somit das Tastverhältnis α des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 berechnet. Das heißt, die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 kann als das Tastverhältnis α einen Wert ausgeben, den die Spannungssteuerungseinheit 20c durch Multiplikation des Spannungsabweichungsbetrags Verr mit einer Verstärkung erhält. Somit sind die zweite Subtraktionseinheit 20d und die Stromsteuerungseinheit 20e sowie der Stromdetektor 9b, der den Drosselstrom IL erfasst, überflüssig, und die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 kann als eine kostengünstigere Schaltung ausgeführt sein.
8 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer Wechselrichterausgangsspannung, die aus der Wechselrichterschaltung ausgegeben wird, und einem Spannungsbefehlswert, der durch die Wechselrichtersteuerungseinheit in 1 berechnet wird, darstellt. Wie oben beschrieben, steigt hinsichtlich der an den Motor angelegten Wechselrichterausgangsspannung mit zunehmendem Spitzenwert der Trägerrippelstrom und auch der Eisenverlust des Motors nimmt zu. Daher legt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 keine Spannung an die Wechselrichterschaltung 11 an, die größer ist als ein erforderliches Mindestniveau. Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 in Ausführungsform 1 bestimmt anhand eines Parameters, wie dem an der Wechselrichtersteuerungseinheit 21 berechneten Modulationsfaktor K, ob oder ob nicht die Spannung innerhalb des erforderlichen Mindestniveaus liegt.
Der durch die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 erhaltene Modulationsfaktor K ist ein Parameter, der angibt, wie viel Prozent der Spannung in der Gleichstrom-Busspannung Vdc von der Wechselrichterschaltung 11 ausgegeben wird, wie durch die oben erwähnte Gleichung (1) dargestellt. Wenn beispielsweise der Modulationsfaktor K kleiner ist als 1 (Modulationsfaktor K < 1), wird der Spitzenwert einer AC-Grundkomponente der Wechselrichter-Ausgangsspannung auf einen Wert gesteuert, der kleiner ist als die Gleichstrom-Busspannung Vdc. Es wird angezeigt, dass mit abnehmendem Modulationsfaktor K eine für den Motor erforderliche Spannung abnimmt und der Trägerrippelstrom ansteigt. Wenn zudem der Modulationsfaktor K größer ist als 1 (Modulationsfaktor K < 1), wird ein Wert gleich wie oder größer als die Gleichstrom-Busspannung Vdc für den Wechselstromspitzenwert der Wechselrichter-Ausgangsspannung erforderlich. Wie in 8 dargestellt, ist in Wirklichkeit in dem Bereich, in dem der Modulationsfaktor K größer ist als 1, der Wert der Wechselrichter-Ausgangsspannung gesättigt. Daher kann eine Spannung, die größer ist als dieser Wert, nicht ausgegeben werden.
Die Zielspannungserzeugungseinheit 20a steuert die Zielbefehlsspannung Vref, so dass zum Beispiel der durch die Wechselrichtersteuerungseinheit 21 erhaltene Modulationsfaktor K immer 1 ist. Somit wird immer die erforderliche Mindestspannung an den Motor angelegt. Daher kann der Trägerrippelstrom reduziert und Eisenverlust unterdrückt werden. Als ein Ergebnis kann Eisenverlust beim Betrieb des Motors unterdrückt werden und der Motor kann effizienter gesteuert werden als der Leistungswandler.
Insbesondere in einem Fall, wo de Modulationsfaktor K größer ist als 1, befindet sich die Wechselrichter-Ausgangsspannung im gesättigten Zustand. Daher erhöht die Zielspannungserzeugungseinheit 20a die Zielbefehlsspannung Vref. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, in dem der Modulationsfaktor K kleiner ist als 1, bestimmt werden, dass die Wechselrichter-Ausgangsspannung ausreichend ist. Daher reduziert die Zielspannungserzeugungseinheit 20a die Zielbefehlsspannung Vref. Wenn der Modulationsfaktor K 1 ist, hält die Zielspannungserzeugungseinheit 20a die Stromzielbefehlsspannung Vref aufrecht.
In dem Fall, in dem der Modulationsfaktor K nicht 1 ist, kann die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 die Zielbefehlsspannung Vref um einen vorherbestimmten eingestellten Wert variieren oder kann den Änderungsbetrag der Zielbefehlsspannung Vref entsprechend dem Wert des Modulationsfaktors K einstellen. In letzterem Fall kann eine Änderungsbetragstabelle, in der der Modulationsfaktor K und der Änderungsbetrag der Zielbefehlsspannung Vref einander zugeordnet sind, in einem internen Speicher oder anderen Einheiten gespeichert werden. Die Zielspannungserzeugungseinheit 20a kann sich auf den Modulationsfaktor K in der Änderungsbetragstabelle beziehen, um den Änderungsbetrag der Zielbefehlsspannung Vref zu erhalten. Die Änderungsbetragstabelle kann so ausgeführt sein, dass der Änderungsbetrag der Zielbefehlsspannung Vref mit zunehmender Differenz zwischen dem Modulationsfaktor K und 1 zunimmt.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel eines Prozesses einer Zielspannungserzeugungseinheit in 7 zum Erzeugen einer Zielbefehlsspannung darstellt. In 9 repräsentiert die horizontale Achse den Modulationsfaktor K und die vertikale Achse repräsentiert die Zielbefehlsspannung Vref. Das heißt, Befehlsspannungsableitungsinformationen, die die Zielbefehlsspannung Vref in Stufen für eine Vielzahl von Bereichen des Modulationsfaktors K definieren, können in einem internen Speicher oder anderen Einheiten gespeichert sein. Die Zielspannungserzeugungseinheit 20a kann sich auf die Befehlsspannungsableitungsinformationen beziehen, um die Zielbefehlsspannung Vref gemäß dem Modulationsfaktor K einzustellen.
In 9 sind ein Bereich von 0 einschließlich bis weniger als K₁ , ein Bereich von K₁ einschließlich bis weniger als K₂ , ein Bereich von K₂ einschließlich bis weniger als 1 und ein Bereich von 1 oder mehr als Beispiele für den Bereich des Modulationsfaktors K dargestellt. Hier haben K₁ und K₂ die Beziehung 0 < K₁ < K₂ < 1. In 8 ist eine Zielbefehlsspannung Vref₁ dem Bereich von 0 einschließlich bis weniger als K₁ zugeordnet, eine Zielbefehlsspannung Vref₂ dem Bereich von K₁ einschließlich bis weniger als K₂ zugeordnet und eine Zielbefehlsspannung Vref₃ dem Bereich von K₂ einschließlich bis weniger als 1 zugeordnet. Außerdem ist in 8 eine Zielbefehlsspannung Vref₄ dem Bereich von 1 oder mehr zugeordnet. Obwohl der Fall, wo die Zielbefehlsspannung Vref in vier Stufen eingestellt wird, in 8 dargestellt ist, wird die Zielbefehlsspannung Vref nicht zwangsläufig wie oben beschrieben eingestellt. Für die Befehlsspannungsabweichungsinformationen kann die Zielbefehlsspannung Vref von drei oder weniger Stufen oder fünf oder mehr Stufen entsprechend dem Bereich des Modulationsfaktors K eingestellt sein.
In der oben bereitgestellten Erläuterung wird der Fall dargestellt, wo die Zielspannungserzeugungseinheit 20a den Wert der Zielbefehlsspannung Vref entsprechend einer Änderung des Modulationsfaktors K anpasst. Die Anpassung der Zielbefehlsspannung Vref ist jedoch nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt. Die Zielspannungserzeugungseinheit 20a kann den Wert der Zielbefehlsspannung Vref entsprechend einer Änderung der Drehgeschwindigkeit des Verdichtermotors 30a anpassen. Bei jeder der oben genannten Techniken verschlechtert sich der Wirkungsgrad durch Schaltverlust, der zum Zeitpunkt der EIN- und AUS-Betriebe des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 erzeugt wird. Unter Berücksichtigung sowohl des Eisenverlusts des Motors als auch des Schaltverlusts senkt der Leistungswandler daher die Gleichstrom-Busspannung Vdc um 200 Stufen ab, um einen hohen Wirkungsgrad der gesamten Einrichtung zu erzielen.
Für den Fall, wo eine Erhöhung der Motordrehgeschwindigkeit eine Erhöhung der an den Motor anzulegenden Spannung erforderlich macht, muss die Spannungsherabstufungsschaltung 10 nicht betrieben werden. Daher stoppt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 den Betrieb des Spannungsherabstufungsschaltelements 5. Das heißt, wie aus Gleichung (2) hervorgeht, wird, durch Einstellen des Tastverhältnisses α des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 auf 1 und Veranlassen, dass sich das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 immer im EIN-Zustand befindet, eine normale Gleichspannung, die durch den Dreiphasengleichrichter 2 erhalten wird, an die Wechselrichterschaltung 11 geliefert, so dass der Motor arbeiten kann.
In dem Fall, in dem Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, selbst in einem Bereich, wo die Drehgeschwindigkeit des Motors hoch ist, betreibt der Leistungswandler 200 gemäß Ausführungsform 1 vorzugsweise die Spannungsherabstufungsschaltung 10, um den Rippelstrom zum Glättungskondensator 8 zu reduzieren. Der Bereich, wo die Drehgeschwindigkeit des Motors hoch ist, repräsentiert einen Bereich, wo der Modulationsfaktor K größer ist als 1, und wird im Folgenden als ein Übermodulationsbereich bezeichnet. Falls die Spannungsherabstufungsschaltung 10 jedoch im Übermodulationsbereich arbeitet, sinkt die Gleichstrom-Busspannung Vdc und gleichzeitig sinkt die Wechselrichter-Ausgangsspannung. Falls daher die Spannungsherabstufungsschaltung 10 in dem Fall, in dem Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, betrieben wird, kann der Betriebsbereich des Verdichtermotors 30a eingeschränkt werden. In dieser Hinsicht wird in der Ausführungsform 1 eine Technik angewandt, um den Betriebsbereich des Motors nicht zu beeinflussen und den Rippelstrom im Glättungskondensator 8 zu reduzieren, wie unten beschrieben.
Wie oben beschrieben, berechnet die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 den Spannungsabweichungsbetrag Verr, der die Differenz zwischen der durch die Zielspannungserzeugungseinheit 20a erhaltenen Zielbefehlsspannung Vref und der Gleichstrom-Busspannung Vdc ist, die die Spannung an dem Glättungskondensator 8 ist. Zum Beispiel in dem Fall, in dem Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, wenn die Gleichstrom-Busspannung Vdc pulsiert und die Beziehung von Vref < Vdc (Verr <0) erfüllt ist, muss die Gleichstrom-Busspannung Vdc herabgestuft werden. Daher berechnet die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 das Tastverhältnisα. Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 führt Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 aus, basierend auf dem berechneten Tastverhältnis α. Als ein Ergebnis wird die Gleichstrom-Busspannung Vdc herabgestuft. Wenn ferner die Beziehung von Vref > Vdc (Verr >0) erfüllt ist, ist es nicht erforderlich, Herabstufung durchzuführen. Daher führt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 Steuerung in Richtung einer Erhöhung des Tastverhältnissesα durch, d.h. in Richtung einer Verringerung der Anzahl der Schaltzeiten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5.
10 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, darstellt. In 10 ist die Beziehung zwischen einer Änderung des Größenverhältnisses der Zielbefehlsspannung Vref und der Gleichstrom-Busspannung Vdc und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 arbeitet, dargestellt. In 10 wird der Zustand, in dem das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 EIN ist, durch „Herabstufungsbetrieb EIN“ repräsentiert, und der Zustand, in dem das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 AUS ist, durch „Herabstufungsbetrieb AUS“ repräsentiert. Dasselbe gilt für Zeichnungen, die später erläutert werden. Das heißt, der Betriebszustand der Spannungsherabstufungsschaltung 10 wird durch die Größenbeziehung der durch die Zielspannungserzeugungseinheit 20a erzeugten Zielbefehlsspannung Vref und der Gleichstrom-Busspannung Vdc bestimmt.
Hinsichtlich des zum Glättungskondensator 8 fließenden Rippelstroms kann der zum Glättungskondensator 8 fließende Rippelstrom während eines Zeitraums reduziert werden, in dem das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 eingeschaltet ist, was dem Zustand entspricht, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 arbeitet. Das heißt, nur während des Zeitraums, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 arbeitet, kann der zum Glättungskondensator 8 fließende Rippelstrom reduziert werden.
11 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, in dem Fall darstellt, wo die Zielbefehlsspannung erhöht ist. 12 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, in dem Fall darstellt, wo die Zielbefehlsspannung erhöht ist.
Wie in 11 dargestellt, ist in dem Fall, in dem die Zielbefehlsspannung Vref größer ist als die Gleichstrom-Busspannung Vdc, die Differenz zwischen der Zielbefehlsspannung Vref und der Gleichstrom - Busspannung Vdc umso größer, je kürzer der Zeitraum ist, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 durch die EIN- und AUS-Betriebe des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 betätigt wird und somit eine Reduktionswirkung des zum Glättungskondensator 8 fließenden Rippelstroms abnimmt. Wie in 12 dargestellt, ist in dem Fall, in dem die Zielbefehlsspannung Vref kleiner ist als die Gleichstrom-Busspannung Vdc, die Differenz zwischen der Zielbefehlsspannung Vref und der Gleichstrom - Busspannung Vdc umso kleiner, je länger der Zeitsraum ist, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 betätigt wird und somit eine Reduktionswirkung des zum Glättungskondensator 8 fließenden Rippelstroms zunimmt.
In dem Übermodulationsbereich, wo der Modulationsfaktor K größer ist als 1, ist die Ausgangsspannung jedoch bereits gesättigt. Falls die Spannungsherabstufungsschaltung 10 so betrieben wird, dass die Gleichstrom-Busspannung Vdc reduziert wird, kann der Betriebsbereich des Motors eingeschränkt werden. Somit wird in Ausführungsform 1 in einem Bereich, in dem der Spannungswert gleich ist wie oder größer ist als eine effektive Komponente einer durch die Wechselrichterschaltung 11 an den Verdichtermotor 30a angelegten Spannung, die Zielbefehlsspannung Vref erzeugt, während Nicht-Beitrag als Energie, die dem Verdichtermotor 30a zugeführt werden soll, berücksichtigt wird.
13 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichstrom-Busspannung, der Zielbefehlsspannung und dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsherabstufungsschaltung im Leistungswandler in 1 arbeitet, in dem Fall darstellt, wo die Zielbefehlsspannung auf dem Mittelwert der pulsierenden Spannung eingestellt ist. Somit entspricht in Ausführungsform 1 der Bereich, in dem der Spannungswert gleich ist wie oder größer ist als eine effektive Komponente der durch die Wechselrichterschaltung 11 an den Verdichtermotor 30a angelegten Spannung einen Bereich, wo der Spannungswert gleich ist wie oder größer ist als der Durchschnittswert der Gleichstrom-Busspannung Vdc (Mittelwert ΔV/2 der Pulsbreite ΔV).
In Ausführungsform 1 wird, wie in 13 dargestellt, ein Herabstufungsbetrieb der Spannungsherabstufungsschaltung 10 durchgeführt durch Einstellen des Zielbefehlswerts Vref auf den Mittelwert der Pulsationsbreite ΔV der Gleichstrom-Busspannung Vdc. Das heißt, in dem Fall, in dem der Modulationsfaktor K größer ist als 1, setzt die Zielspannungserzeugungseinheit 20a die Zielbefehlsspannung Vref auf den Mittelwert der Pulsationsbreite ΔV der Gleichstrom-Busspannung Vdc in dem Zustand einstellt, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 gestoppt ist. Somit ist die Wechselrichterschaltung 11 in der Lage, Spannung auszugeben, ohne den Betriebsbereich des Motors zu beeinflussen, und ist in der Lage, den Glättungskondensator 8 zu schützen. Außerdem wird eine durch Spannungsunsymmetrie verursachte Pulsationskomponente der aus der Wechselrichterschaltung 11 ausgegebenen Spannung nicht überlagert. Dadurch kann die Betriebsstabilität des Motors verbessert werden.
Wie oben beschrieben, wird im Leistungswandler 200 gemäß Ausführungsform 1 Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 in der Spannungsherabstufungsschaltung 10 durchgeführt, in dem Fall, in dem in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist. Daher kann ein Anstieg eines Rippelstroms und ein Temperaturanstieg eines Glättungskondensators 8 unterdrückt werden. Dadurch kann die Verkürzung der Lebensdauer des Glättungskondensators 8 und eine Erhöhung des Eisenverlusts des Motors unterdrückt und ein stabiler Betrieb erzielt werden. Darüber hinaus kann im Leistungswandler 200 durch Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements 5 zu dem Zeitpunkt, zu dem Spannungsunsymmetrie auftritt, die Gleichstrom-Busspannung Vdc stabilisiert werden. In dem Fall, in dembei Spannungsunsymmetrie erfasst wird, veranlasst der Leistungswandler 200 die Spannungsherabstufungsschaltung 10, die Gleichstrom-Busspannung Vdc in einem Bereich zu steuern, in dem kein Einfluss auf den Betrieb des Motors ausgeübt wird, und der zum Glättungskondensator 8 fließende Rippelstrom kann so unterdrückt werden. Dadurch können Miniaturisierung und Kostenreduzierung des Glättungskondensators 8 erzielt werden.
Darüber hinaus berechnet die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 das Tastverhältnisα, basierend auf zumindest einem von der Gleichstrom-Busspannung Vdc und dem Drosselstrom IL. Daher kann ein Herabstufungsbetrieb durch die Spannungsherabstufungsschaltung 10 genau durchgeführt werden. Wenn Spannungsunsymmetrie auftritt, falls die Spannungsherabstufungsschaltung 10 nicht arbeitet, erhöht sich die Pulsationsbreite ΔV der Gleichstrom-Busspannung Vdc. In diesem Zusammenhang, in dem Fall, in dem die Pulsationsbreite ΔV während des Erwerbungszeitraums für die Gleichstrom-Busspannung Vdc größer ist als der Spannungsbestimmungsschwellenwert, erfasst die Unsymmetriebestimmungseinheit 22 Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1. Dadurch kann die Genauigkeit der Erfassung von Spannungsunsymmetrie erhöht werden.
Darüber hinaus erzeugt die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 die Zielbefehlsspannung Vref entsprechend der Ausgabe an die Wechselrichterschaltung 11. Daher ist die Spannungsherabstufungs-Steuereinheit 20 in der Lage, die Steuerung so durchzuführen, dass die vom Spannungsdetektor 9a erfasste Gleichstrom-Busspannung Vdc gleich der Gleichstrom-Busspannung Vdc ist. Die Zielspannungserzeugungseinheit 20a enthält eine Funktion zur Anpassung des Wertes der Zielbefehlsspannung Vref entsprechend einer Änderung des Modulationsfaktors K, der den Anteil der Ausgangsspannung aus der Wechselrichterschaltung 11 an der Gleichstrom-Busspannung Vdc angibt. Daher kann eine flexible Rückkopplungssteuerung unter Berücksichtigung der Symmetrie zwischen der Wechselrichterschaltung 11 und der Gleichstrom-Busspannung Vdc erzielt werden. Zusätzlich enthält die Zielspannungserzeugungseinheit 20a eine Funktion zur Einstellung der Zielbefehlsspannung Vref auf den Mittelwert der Pulsationsbreite ΔV der Gleichstrom-Busspannung Vdc in dem Zustand, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 in dem Fall gestoppt wird, wo der Modulationsfaktor K größer ist als 1. Daher kann die Einschränkung des Betriebsbereichs des Motors gemäßigt werden. Mit der Verwendung eines Relais, das für einen Energieversorgungszeitraum für zumindest eines von dem Spannungsherabstufungsschaltelement 5 und dem Rückflussverhinderungselement 7 Schalten teilweise durchführt, kann eine Reduzierung der Kosten erzielt werden.
Ausführungsform 2.
14 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimaanlage darstellt, die einen Leistungswandler gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung umfasst. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der funktionalen Konfiguration einer Spannungsherabstufungssteuerungseinheit in 14 darstellt. Die gesamte Konfiguration einer Klimaanlage 100A gemäß Ausführungsform 2 ist ähnlich wie die oben beschriebene Klimaanlage 100 gemäß Ausführungsform 1. Daher wird auf äquivalente Konfigurationen mit den gleichen Bezugszeichen verwiesen, und auf eine Erläuterung für diese äquivalenten Konfigurationen verzichtet.
Wie in 14 dargestellt, umfasst die Klimaanlage 100A eine Stromerfassungseinheit 40, die den zum Verdichtermotor 30a fließenden Strom erfasst. Ein Leistungswandler 200A umfasst eine Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 120, die zusätzlich zur Funktion der Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 in Ausführungsform 1 eine Funktion zum Korrigieren der Zielbefehlsspannung Vref enthält. Wie in 15 dargestellt, umfasst die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 120 eine Befehlsspannungskorrektureinheit 120a zum Korrigieren der Zielbefehlsspannung Vref und eine Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b zum Berechnen der Ausgangsleistung P, die die an die Wechselrichterschaltung 11 ausgegebene Leistung ist. Die Ausgangsleistung P entspricht der Last des Motors. Die anderen Konfigurationen des Leistungswandlers 200A sind ähnlich wie die des Leistungswandlers 200 gemäß Ausführungsform 1.
Die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 in Ausführungsform 1 führt Steuerung so durch, dass die für die Steuerung der Spannungsherabstufungsschaltung 10 zu nutzende Zielbefehlsspannung Vref auf den Durchschnittswert der Gleichstrom-Busspannung Vdc eingestellt wird und die Zielbefehlsspannung Vref somit den Betriebsbereich des Motors nicht beeinflusst. Wenn jedoch zum Beispiel die Ausgangsleistung P ansteigt, tendiert der Rippelstrom im Glättungskondensator 8 zur Zunahme.
16 ist ein eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung und dem Rippelstrom, der im Glättungskondensator im Leistungswandler fließt, in 14 zeigt. 16 ist ein eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung und dem Rippelstrom in dem Zustand zeigt, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 arbeitet. Wie in 16 dargestellt, nimmt die Neigung der grafischen Darstellung, die die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung P und dem Rippelstrom angibt, zu, wenn die Zielbefehlsspannung Vref steigt, Im Gegensatz dazu nimmt die Neigung der grafischen Darstellung, die die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung P und dem Rippelstrom angibt, ab, wenn die Zielbefehlsspannung Vref abnimmt. Das heißt, durch Variieren der Zielbefehlsspannung Vref kann der Rippelstrom im Glättungskondensator 8 in Bezug auf die gleiche Wechselrichter-Ausgangsleistung variiert werden.
Durch Erhöhung der Zielbefehlsspannung Vref wird der Zeitraum, während dem ein Herabstufungsbetrieb durchgeführt wird, das heißt, der Zeitraum, während dem das Spannungsherabstufungsschaltelement 5 EIN geschaltet ist, relativ verkürzt, wie im Beispiel von 11. Daher schwankt die an den Glättungskondensator 8 angelegte Spannung stark und der Rippelstrom steigt an. Im Gegensatz dazu wird durch Reduzierung der Zielbefehlsspannung der Zeitraum, während dem ein Herabstufungsbetrieb durchgeführt wird, relativ verlängert, wie im Beispiel von 12. Daher nimmt die Variationsbreite der an den Glättungskondensator 8 angelegten Spannung ab und der Rippelstrom wird dadurch reduziert.
In der Ausführungsform 2 wird im Hinblick auf den Schutz des Glättungskondensators 8 in einer Situation, in der der Rippelstrom aufgrund eines Anstiegs der Ausgangsleistung P ansteigt, eine Konfiguration zum Korrigieren der Zielbefehlsspannung Vref in Übereinstimmung mit der Ausgangsleistung P angenommen. Genauer gesagt, berechnet die Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b die Ausgangsleistung P unter Verwendung einer Wechselrichter-Ausgangsspannung V und eines Ausgangsstroms I aus der Wechselrichterschaltung 11 gemäß der unten erwähnten Gleichung (3). Dann gibt die Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b die berechnete Ausgangsleistung P an die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a aus.
[Math. 3] $Ausgangsleistung P = 3^{1 / 2} \times V \times l \times cos θ$
Die Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b erwirbt als die Wechselrichter-Ausgangsspannung V einen Befehlsspannungswert innerhalb der Wechselrichter-Steuerungseinheit 21. Darüber hinaus erwirbt die Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b von der Stromerfassungseinheit 40 den Ausgangsstrom I aus der Wechselrichterschaltung 11. Darüber hinaus berechnet die Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b einen Leistungsfaktor cosθ, auf Grundlage der Phasendifferenz θ zwischen der Wechselrichter-Ausgangsspannung V und dem Ausgangsstrom I.
Die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a korrigiert die durch die Zielspannungserzeugungseinheit 20a erzeugte Zielbefehlsspannung Vref auf Grundlage der durch die Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b berechneten Ausgangsleistung P. Genauer gesagt bestimmt die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a durch Vergleichen der Ausgangsleistung P mit einem voreingestellten Leistungsschwellenwert, ob oder ob nicht die Ausgangsleistung P größer ist als der Leistungsschwellenwert. Der Leistungsschwellenwert wird im Voraus für die Erfassung von Spannungsunsymmetrie durch einen Test mit einer realen Maschine oder andere Verfahren festgelegt und in einem internen Speicher oder anderen Einheiten gespeichert. Die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a reduziert die Zielbefehlsspannung Vref in dem Fall, in dem die Ausgangsleistung P größer ist als der Leistungsschwellenwert, und erhöht die Zielbefehlsspannung Vref in dem Fall, in dem die Ausgangsleistung P kleiner ist als der Leistungsschwellenwert.
In dem Fall, in dem die Ausgangsleistung P nicht gleich ist wie der Leistungsschwellenwert, kann die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a die Zielbefehlsspannung Vref um einen vorherbestimmten eingestellten Wert erhöhen oder verringern. Darüber hinaus kann die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a den Korrekturbetrag der Zielbefehlsspannung Vref entsprechend dem Wert der Ausgangsleistung P oder der Differenz zwischen der Ausgangsleistung P und dem Leistungsschwellenwert einstellen.
Wie oben beschrieben, kann mit dem Leistungswandler 200A gemäß Ausführungsform 2 eine Verkürzung der Lebensdauer des Glättungskondensators 8 und eine Erhöhung des Eisenverlusts des Motors unterdrückt und ein stabiler Betrieb wie mit dem Leistungswandler 200 gemäß Ausführungsform 1 erzielt werden. Darüber hinaus korrigiert im Leistungswandler 200A die Befehlsspannungskorrektureinheit 120a die Zielbefehlsspannung Vref entsprechend einer Änderung der Ausgangsleistung P, die von der Ausgangsleistungsberechnungseinheit 120b erhalten wird, und führt Schalten des Spannungsabstufungsschaltelements 5 auf Grundlage der korrigierten Zielbefehlsspannung Vref durch. Daher kann der Rippelstrom im Glättungskondensator 8 innerhalb einer Toleranz reduziert werden. So kann zum Beispiel selbst in dem Fall, in dem die Umgebungstemperatur des Glättungskondensators 8 hoch ist und Wärmeentwicklung des Glättungskondensators 8 unterdrückt werden soll, der Rippelstrom reduziert werden. Das heißt, mit dem Leistungswandler 200A kann eine Installation in einer Umgebung mit hoher Umgebungstemperatur erreicht werden, und festzulegende Spezifikationen des Glättungskondensators 8 können verringert werden. Daher kann die Ausrüstung kostengünstiger konfiguriert werden. Die anderen Wirkungen sind ähnlich denen von Ausführungsform 1.
Ausführungsform 3.
17 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Klimaanlage, die einen Leistungwandler umfasst, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt. Die gesamte Konfiguration einer Klimaanlage 100B gemäß Ausführungsform 3 ist ähnlich wie die oben beschriebene Klimaanlage 100 gemäß Ausführungsform 1. Daher wird auf äquivalente Konfigurationen mit den gleichen Bezugszeichen verwiesen, und auf eine Erläuterung für diese äquivalenten Konfigurationen verzichtet.
In dem Fall, in dem die Pulsationsbreite ΔV der Gleichstrom-Busspannung Vdc in dem Zustand, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 gestoppt ist, den Spannungsbestimmungsschwellenwert überschreitet, bestimmt die oben beschriebene Unsymmetriebestimmungseinheit 22 gemäß Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2, dass Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist. Im Gegensatz dazu ist eine Unsymmetriebestimmungseinheit 222 in Ausführungsform 3 eingerichtet, auf Grundlage des Wertes des Stromdetektors 9b zu bestimmen, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist.
18 eine grafische Darstellung, die den Zustand einer Drosselstromänderung in dem Fall zeigt, wo Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung im Leistungswandler in 17 aufgetreten ist. In 18 ist eine Änderung des Drosselstromes IL mit Zeitablauf dargestellt, wobei die horizontale Achse die Zeit repräsentiert und die vertikale Achse den Drosselstrom IL repräsentiert.
Wie in 18 dargestellt, ist bekannt, dass in dem Fall, in dem Spannung unsymmetrisch ist, der Drosselstrom IL in dem Zustand, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 gestoppt ist, stärker schwankt als in dem Fall, in dem Spannung symmetrisch ist. Wenn der Grad der Spannungsunsymmetrie groß ist, fließt in manchen Zeiträumen kein Strom. Während eines Zeitraums, in dem kein Strom fließt, kommt die gesamte an die Wechselrichterschaltung 11 zu liefernde Energie aus der im Glättungskondensator 8 gespeicherten Energie. Daher steigt der Rippelstrom an, der zum Glättungskondensator 8 fließt.
Auf diese Weise erwirbt die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 aus dem durch den Stromdetektor 9b erfassten Wert des Drosselstroms IL den Maximalwert und den Minimalwert des Drosselstroms IL während des Erwerbungszeitraums und erhält die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert als die Pulsationsbreite ΔIL des Drosselstroms IL. Das heißt, während des Erwerbungszeitraums erwirbt die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 den Drosselstrom IL aus dem Stromdetektor 9b, und der Maximalwert und der Minimalwert des Drosselstroms IL während des Erwerbungszeitraums werden in einem internen Speicher oder anderen Einheiten gespeichert. Dann erhält die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 die Differenz zwischen dem gespeicherten Maximalwert und Minimalwert als die Pulsationsbreite ΔIL. Der Erwerbungszeitraum wird in einem Bereich von zum Beispiel einigen zehn Millisekunden bis zu mehreren hundert Millisekunden festgelegt.
Darüber hinaus bestimmt die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 durch Vergleichen der Pulsationsbreite ΔIL mit einem voreingestellten Strombestimmungsschwellenwert, ob oder ob nicht die Pulsationsbreite ΔIL größer ist als der Strombestimmungsschwellenwert. Der Strombestimmungsschwellenwert wird im Voraus für die Erfassung von Spannungsunsymmetrie durch einen Test mit einer realen Maschine oder andere Verfahren festgelegt und in einem internen Speicher oder anderen Einheiten gespeichert. Wenn die Pulsationsbreite ΔIL größer ist als der Strombestimmungsschwellenwert, kann die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 bestimmen, dass Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1 aufgetreten ist. Daher gibt die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 ein Betriebsanweisungssignal zum Ausgeben einer Anweisung zum Betreiben der Spannungsherabstufungsschaltung 10 an die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 aus.
In dem Fall, in dem die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 bestimmt, dass Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, wird, falls die Spannungsherabstufungsschaltung 10 bereits den Betrieb gestartet hat, der Drosselstrom IL gesteuert, konstant zu sein (ΔIL ≈ 0). Daher ist es wünschenswert, dass die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 den Betriebszustand der Spannungsherabstufungssteuerungseinheit 20 oder der Spannungsherabstufungsschaltung 10 überwacht, so dass die Bestimmung, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist, nur in dem Zustand durchgeführt werden kann, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 nicht in Betrieb ist.
Wie oben beschrieben, kann mit dem Leistungswandler 200B gemäß Ausführungsform 3 eine Verkürzung der Lebensdauer des Glättungskondensators 8 und eine Erhöhung des Eisenverlusts des Motors unterdrückt und ein stabiler Betrieb wie mit dem Leistungswandler 200 gemäß Ausführungsform 1 erzielt werden. In dem Fall, in dem Spannung unsymmetrisch ist, schwankt der Drosselstrom IL in dem Zustand, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung 10 gestoppt ist, stärker als in dem Fall, in dem Spannung symmetrisch ist. In diesem Zusammenhang, in dem Fall, in dem die Pulsationsbreite ΔI während des Erwerbungszeitraums des Drosselstroms IL größer ist als der Strombestimmungsschwellenwert, erfasst die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung 1. Dadurch kann die Genauigkeit der Erfassung von Spannungsunsymmetrie erhöht werden.
Darüber hinaus steigt, wie oben beschrieben, der Maximalwert des Drosselstromes IL, wenn der Drosselstrom IL diskontinuierlich ist. Daher steigt der Verlust in den stromdurchflossenen Gleichrichterdiodenelementen 3 des Dreiphasengleichrichters 2 und im Spannungsherabstufungsschaltelement 5. Im Gegensatz dazu kann in der Ausführungsform 3 durch den Betrieb der Spannungsherabstufungsschaltung 10 entsprechend der Größe der Pulsationsbreite ΔIL des Drosselstroms IL, der Drosselstrom IL, das heißt ein zu den Gleichrichterdiodenelementen 3 und dem Spannungsherabstufungsschaltelement 5 fließender Strom, geglättet werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass jedes Halbleiterelement eine thermische Zerstörung erreicht. Außerdem kann jedes Halbleiterelement durch ein Element mit einem niedrigeren Stromspezifikationswert ersetzt sein. Daher kann eine Reduzierung der Kosten für die Ausrüstung erreicht werden. Die Unsymmetriebestimmungseinheit 222 in Ausführungsform 3 kann im Leistungswandler 200B in Ausführungsform 2 anstelle der Unsymmetriebestimmungseinheit 222 eingesetzt werden. Andere Wirkungen sind ähnlich wie die in der vorgenannten Ausführungsformen 1 und 2.
Jede der Ausführungsformen 1, 2 und 3 sind bevorzugte spezifische Beispiele für einen Leistungswandler, einen Verdichter, eine Luftsendeeinrichtung und eine Klimaanlage, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf diese Moden beschränkt werden. In den 1, 14 und 17 sind zum Beispiel Beispiele dargestellt, bei denen die Leistungswandler 200, 200A und 200B der Verdichtermotor 30a sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Die Leistungswandler 200, 200A und 200B können irgendeinen von dem Lüftermotor 34a und dem Lüftermotor 35a antreiben. Das heißt, die erste Luftsendeeinrichtung 34 kann den Leistungswandler gemäß jeder der Ausführungsformen 1, 2 und 3 und den durch den Leistungswandler angetriebenen Lüftermotor 34a enthalten. In ähnlicher Weise kann die zweite Luftsendeeinrichtung 35 den Leistungswandler gemäß jeder der Ausführungsformen 1, 2 und 3 und den durch den Leistungswandler angetriebenen Lüftermotor 35a enthalten.
Darüber hinaus werden in den Ausführungsformen 1, 2 und 3 Beispiele gezeigt, in denen die Klimaanlagen 100, 100A und 100B einen einzigen Leistungswandler enthalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Die Klimaanlagen 100, 100A und 100B können eine Vielzahl von Leistungswandlern enthalten. In dem Fall, in dem jede der Klimaanlagen 100, 100A und 100B zum Beispiel zwei Leistungswandler enthält, kann der Leistungswandler zwei von dem Verdichtermotor 30a, dem Lüftermotor 34a und dem Lüftermotor 35a antreiben. In dem Fall, in dem jede der Klimaanlagen 100, 100A und 100B zum Beispiel drei Leistungswandler enthält, kann der Leistungswandler den Verdichtermotor 30a, den Verdichtermotor 34a und den Lüftermotor 35a enthalten. Obwohl in jeder der Ausführungsformen 1, 2 und 3 jeweils ein Beispiel gezeigt ist, in dem ein Leistungswandler an einer Klimaanlage angebracht ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann der Leistungswandler gemäß jeder der Ausführungsformen 1, 2 und 3 eingerichtet sein, einen Motor anzutreiben, der in anderen Vorrichtungen, wie einem Kältegerät, einer Waschmaschine oder einem Automobil, vorgesehen ist. Darüber hinaus kann ein Leistungswandler gemäß jeder der Ausführungsformen 1, 2 und 3 zum Betrieb einer Leuchtstofflampe oder eines IH-Kochheizers verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Dreiphasen-Wechselstromversorgung, 2 Dreiphasengleichrichter, 3 Gleichrichterdiodenelement, 4 Eingangsfilterkondensator, 5 Spannungsherabstufungsschaltelement, 6 Drossel, 7 Rückflussverhinderungselement, 8 Glättungskondensator, 9 Erfassungseinheit, 9a Spannungsdetektor, 9b Stromdetektor, 10 Spannungsherabstufungsschaltung, 11 Wechselrichterschaltung, 12 Schaltelement, 20 und 120 Spannungsherabstufungssteuerungseinheit, 20a Zielspannungserzeugungseinheit, 20b erste Subtraktionseinheit, 20c Spannungssteuerungseinheit, 20d zweite Subtraktionseinheit, 20e Stromsteuerungseinheit, 21 Wechselrichtersteuerungseinheit, 22 und 222 Unsymmetriebestimmungseinheit, 30 Verdichter, 30a Verdichtermotor, 31 Kondensator, 32 Expansionseinrichtung, 33 Verdampfer, 34 erste Luftsendeeinrichtung, 34a und 35a Lüftermotor, 34b und 35b Lüfter, 35 zweite Luftsendeeinrichtung, 40 Stromerfassungseinheit, 100, 100A und 100B Klimaanlage, 120a Befehlsspannungskorrektureinheit, 120b Ausgangsleistungsberechnungseinheit, 200, 200A und 200B Leistungswandler, 300 Kältemittelkreislauf, I Ausgangsstrom, IL Drosselstrom, lerr Stromabweichungsbetrag, Iref Steuerungsbetrag, Irr Stromabweichungsbetrag, K Modulationsfaktor, P Ausgangsleistung, R Kältemittelleitung, V Wechselrichter-Ausgangsspannung, Vdc Gleichstrom-Busspannung, Verr Spannungsabweichungsbetrag, Vin Eingangsspannung, Vout Ausgangsspannung, Vref und Vref1 bis Vref4 Zielbefehlsspannung, ΔIL und ΔV Pulsationsbreite, α Tastverhältnis, θ Phasendifferenz

Claims

Leistungswandler, umfassend: einen Gleichrichter, gleichrichtend eine Dreiphasen-Wechselspannung, die von einer Dreiphasen-Wechselstromversorgung geliefert wird; eine Spannungsherabstufungsschaltung, aufweisend ein Spannungsherabstufungsschaltelement, eine Drossel, ein Rückflussverhinderungselement und einen Glättungskondensator, und herabstufend eine vom Gleichrichter gelieferte Gleichspannung; eine Wechselrichterschaltung, umwandelnd eine durch den Glättungskondensator geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung; eine Spannungsherabstufungssteuerungseinheit, steuernd einen Betrieb der Spannungsherabstufungsschaltung; und eine Unsymmetriebestimmungseinheit, bestimmend, auf Grundlage von Zuständen der Spannungsherabstufungsschaltung und des Glättungskondensators, ob oder ob nicht Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung aufgetreten ist, wobei die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit eingerichtet ist: Schalten des Spannungsherabstufungsschaltelements durchzuführen, in einem Fall, in dem die Unsymmetriebestimmungseinheit bestimmt, dass die Spannungsunsymmetrie aufgetreten ist.
Leistungswandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Spannungserfassungseinheit, erfassend eine Gleichstrom-Busspannung, welche eine Spannung an dem Glättungskondensator ist, wobei die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit eingerichtet ist: ein Tastverhältnis von EIN- und AUS-Betrieben des Spannungsherabstufungsschaltelements zu berechnen auf Grundlage der durch die Spannungserfassungseinheit erfassten Gleichstrom-Busspannung.
Leistungswandler nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Spannungserfassungseinheit, erfassend eine Gleichstrom-Busspannung, welche eine Spannung an dem Glättungskondensator ist, und eine Stromerfassungseinheit, erfassend einen Drosselstrom, der ein in der Drossel fließender Strom ist, wobei die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit eingerichtet ist: ein Tastverhältnis von EIN- und AUS-Betrieben des Spannungsherabstufungsschaltelements zu berechnen auf Grundlage der durch die Spannungserfassungseinheit erfassten Gleichstrom-Busspannung und des durch die Stromerfassungseinheit erfassten Drosselstroms.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Spannungserfassungseinheit, erfassend eine Gleichstrom-Busspannung, welche eine Spannung an dem Glättungskondensator ist, wobei die Unsymmetriebestimmungseinheit eingerichtet ist: zu bestimmen, dass die Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung aufgetreten ist, in einem Fall, in dem eine Pulsbreite während eines Erwerbungszeitraums der durch die Spannungserfassungseinheit erfassten Gleichstrom-Busspannung größer ist als ein Spannungsbestimmungsschwellenwert.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Stromerfassungseinheit, erfassend einen Drosselstrom, der ein in der Drossel fließender Strom ist, wobei die Unsymmetriebestimmungseinheit eingerichtet ist: zu bestimmen, dass die Spannungsunsymmetrie in der Dreiphasen-Wechselstromversorgung aufgetreten ist, in einem Fall, in dem eine Pulsbreite während eines Erwerbungszeitraums des durch die Stromerfassungseinheit erfassten Drosselstroms größer ist als ein Strombestimmungsschwellenwert.
Leistungswandler nach Anspruch 2 oder 4, wobei die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit aufweist: eine Zielspannungserzeugungseinheit, erzeugend eine Zielbefehlsspannung als ein Erlangungsziel für die Gleichstrom-Busspannung gemäß der Ausgabe an die Wechselrichterschaltung.
Leistungswandler nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Wechselrichtersteuerungseinheit, erhaltend einen Modulationsfaktor, angebend einen Anteil der Ausgangsspannung, von der Wechselrichterschaltung in der Gleichstrom-Busspannung, wobei die Zielspannungserzeugungseinheit aufweist: eine Funktion zum Anpassen eines Werts der Zielbefehlsspannung gemäß einer Änderung in dem durch die Wechselrichtersteuerungseinheit erhaltenem Modulationsfaktor.
Leistungswandler nach Anspruch 7, wobei die Zielspannungserzeugungseinheit, in einem Fall, in dem der Modulationsfaktor größer ist als 1, die Zielbefehlsspannung auf einen Durchschnittswert einer Pulsbreite der Gleichstrom-Busspannung setzt, in einem Zustand, in dem die Spannungsherabstufungsschaltung gestoppt ist.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Spannungsherabstufungssteuerungseinheit ferner aufweist: eine Befehlsspannungskorrektureinheit, korrigierend die durch die Zielspannungserzeugungseinheit erhaltene Zielbefehlsspannung, und wobei die Befehlsspannungskorrektureinheit eingerichtet ist: die Zielbefehlsspannung zu korrigieren gemäß der Ausgangsleistung aus der Wechselrichterschaltung und einen zum Glättungskondensator fließenden Rippelstrom.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest eines von dem Spannungsherabstufungsschaltelement und dem Rückflussverhinderungselement ein Relais ist, durchführend teilweises Schalten für einen Energieversorgungszeitraum.
Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest eines von dem Spannungsherabstufungsschaltelement und dem Rückflussverhinderungselement einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
Leistungswandler nach Anspruch 11, wobei der Halbleiter mit breiter Bandlücke ein Siliciumcarbid-Element, ein Element auf Gallium-Nitrid-Basis oder ein Diamant-Element ist.
Verdichter, umfassend: den Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und einen Verdichtermotor, der durch den Leistungswandler angetrieben wird.
Luftsendeeinrichtung, umfassend: den Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12; einen Lüftermotor, der durch den Leistungswandler angetrieben wird; und einen Lüfter, der durch den Lüftermotor als eine Energiequelle in Rotation versetzt wird.
Klimaanlage, umfassend: den Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und einen Motor, der durch den Leistungswandler angetrieben wird.
Klimaanlage, umfassend: den Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und einen Kältemittelkreislauf, der eingerichtet ist, so dass ein Verdichter, aufweisend einen Verdichtermotor, der durch den Leistungswandler angetrieben wird, ein Kondensator, eine Expansionseinrichtung und ein Verdampfer durch eine Kältemittelleitung verbunden sind.