DE112018007981B4

DE112018007981B4 - Energiewandlungsvorrichtung und Klimaanlage

Info

Publication number: DE112018007981B4
Application number: DE112018007981.3T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi YAMAKAWA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2038-09-13
Also published as: JP6987266B2; WO2020053995A1; JPWO2020053995A1; AU2018441279A1; AU2018441279B2; CN112673563B; US20210143727A1; DE112018007981T5; US11677310B2; CN112673563A

Abstract

Energiewandlungsvorrichtung (100; 101), umfassend:eine Diodenbrücke (15; 35), um eine erste Wechselspannung, die von einer Wechselspannungsversorgung (1; 31) bereitgestellt wird, in Gleichspannung umzuwandeln;ein Hauptschaltungskondensator (17A, 17B; 37), um die Gleichspannung zu glätten;wenigstens einen Kondensator (10, 11; 32), um eine Störungskomponente zu reduzieren, die in der ersten Wechselspannung enthalten ist; undeine Pfadschalteinheit (13, 14, 20, 21; 34, 41), um einen Ladepfad für den Hauptschaltungskondensator so zu schalten, dass von der Wechselspannungsversorgung ausgegebener Strom über den Kondensator in den Hauptschaltungskondensator fließt, und zwar ab Beginn der Zuführung der ersten Wechselspannung und bis eine Spannung des Hauptschaltungskondensators eine vorbestimmte Spannung erreicht, und dass der von der Wechselspannungsversorgung ausgegebene Strom in den Hauptschaltungskondensator fließt, ohne durch den Kondensator zu fließen, nachdem die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht.

Description

Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiewandlungsvorrichtung und eine Klimaanlage, die in der Lage sind, Einschaltströme, die beim Einschalten erzeugt werden, zu verhindern oder zu reduzieren.
Hintergrund
Eine Vorrichtung, wie etwa eine eine Schaltung zur Energiewandlung umfassende Außeneinheit einer Klimaanlage umfasst eine Einschaltstromverhinderungsschaltung, welche die Beschädigung von Komponenten durch Einschaltstrom, der beim Einschalten erzeugt wird, verringert oder verhindert. Die Einschaltstromverhinderungsschaltung kann implementiert werden, indem ein Widerstand oder ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), der einen von der Temperatur abhängigen Widerstand aufweist, zwischen einer Wechselspannungsenergieversorgung (AC) und einem Gleichrichter geschaltet wird. In dem Fall der Verhinderung oder Reduzierung des Einschaltstroms durch einen Widerstand oder einen PTC-Thermistor, tritt aufgrund des Energieverbrauchs durch den Widerstand ein Energieverlust auf. Um dieses Problem zu lösen, verhindert oder reduziert eine Erfindung gemäß Patentliteratur 1 den Einschaltstrom durch Bereitstellen eines strombegrenzenden Kondensators zwischen der Wechselspannungsversorgung und dem Gleichrichter, sodass ein Strom während einer Weile nach dem Einschalten durch den strombegrenzenden Kondensator zu dem Widerstand fließt und ein Glättungskondensator geladen wird, der an einer Ausgangsseite des Gleichrichters vorgesehen ist. Zudem wird, nach dem Beenden des Aufladens des Glättungskondensators, der Stromversorgungspfad umgeschaltet, sodass der Strom unter Umgehung des strombegrenzenden Kondensators zu dem Gleichrichter fließt.
Patentliteratur 2 offenbart eine Energiewandlungsvorrichtung, bei der zuverlässig verhindert werden kann, dass ein Einschaltstrom in einen Glättungskondensator fließt.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2008 - 136 316 A
Patentliteratur 2: WO 2015/ 190 207 A1

Überblick
Technisches Problem
Die Erfindung gemäß Patentliteratur 1 verlangt die zusätzliche Bereitstellung des Kondensators zum Verhindern oder zum Reduzieren des Einschaltstroms, was die Schaltungsgröße erhöht.
In Anbetracht dessen wurde die vorliegende Erfindung getätigt, und es ist ein Ziel derselben, eine Energiewandlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, den Einschaltstrom unter Vermeidung einer Zunahme der Schaltungsgröße zu verhindern oder zu reduzieren.
Lösung des Problems
Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst eine Energiewandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Diodenbrücke, die eine erste Wechselspannung, die von einer Wechselspannungsversorgung zugeführt wird, in Gleichspannung wandelt, einen Hauptschaltungskondensator, der die Gleichspannung glättet, einen Wechselrichter, der die durch den Hauptschaltungskondensator geglättete Gleichspannung in eine zweite Wechselspannung umwandelt und die zweite Wechselspannung einer Last zuführt, und wenigstens einen Kondensator, der eine Störungskomponente reduziert, die in der ersten Wechselspannung enthalten ist. Die Energiewandlungsvorrichtung umfasst ferner eine Pfadschalteinheit, welche einen Ladepfad für den Hauptschaltungskondensator so schaltet, dass der von der Wechselspannungsversorgung ausgegebene Strom über den Kondensator in den Hauptschaltungskondensator fließt, und zwar ab Beginn der Zuführung der ersten Wechselspannung und bis eine Spannung des Hauptschaltungskondensators eine vorbestimmte Spannung erreicht, und dass der von der Wechselspannungsversorgung ausgegebene Strom in den Hauptschaltungskondensator fließt, ohne durch den Kondensator zu fließen, und nachdem die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Energiewandlungsvorrichtung hergestellt werden, die unter Vermeidung einer Zunahme der Schaltungsgröße einen Einschaltstrom verhindert oder reduziert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das einen ersten Ladepfad eines Hauptschaltungskondensators der Energiewandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen zweiten Ladepfad des Hauptschaltungskondensators der Energiewandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Spannungsänderung nach dem Einschalten des Hauptschaltungskondensators der Energiewandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Graph, der die Beziehung der Spannungen der jeweiligen Kondensatoren zeigt, die in der Energiewandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Hardware zum Implementieren einer Steuerschaltung der Energiewandlungsvorrichtung gemäß jeder der Ausführungsformen zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Energiewandlungsvorrichtung und eine Klimaanlage gemäß manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Energieversorgung 1 verbunden, welche eine dreiphasige Wechselspannungsversorgung mit vier Leitungen ist. Die Energiewandlungsvorrichtung 10 wandelt erste Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 1 zugeführt wird, in zweite Wechselspannung um, die einer Last zuzuführen ist, welche nicht dargestellt ist. In der nachfolgenden Beschreibung werden die drei Phasen der dreiphasigen Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 1 ausgegeben wird, als eine erste Phase, eine zweite Phase und eine dritte Phase bezeichnet, wo dies geeignet erscheint. Die Last, die in 1 nicht dargestellt ist, ist ein Motor zum Antreiben eines Kompressors einer Klimaanlage, ein Motor zum Antreiben eines Lüfters einer Klimaanlage oder dergleichen.
Die Energiewandlungsvorrichtung 100 umfasst Kondensatoren 2 bis 4, 9 bis 11, 17A und 17B, Widerstände 5 bis 7, 18A und 18B, eine gemeinsame Spule 8, Relais 13, 14 und 20, eine Diodenbrücke 15, eine Glättungsdrossel 16, einen Wechselrichter 19 und eine Steuerschaltung 21.
Der Kondensator 2 und der Widerstand 5 sind mit jeweils einem Ende mit einem Ausgangspunkt der ersten Phase der Spannungsversorgung 1 verbunden, und sie sind mit dem anderen Ende mit einem neutralen Punkt der Spannungsversorgung 1 verbunden. Der Kondensator 3 und der Widerstand 6 sind mit jeweils einem Ende mit einem Ausgangspunkt der zweiten Phase der Spannungsversorgung 1 verbunden, und sie sind mit dem anderen Ende mit dem neutralen Punkt der Spannungsversorgung 1 verbunden. Der Kondensator 4 und der Widerstand 7 sind jeweils mit einem Ende mit einem Ausgangspunkt der dritten Phase der Spannungsversorgung 1 verbunden, und sie sind mit dem anderen Ende mit dem neutralen Punkt der Spannungsversorgung 1 verbunden. Während die Phase, mit der der Widerstand 2 und der Widerstand 5 verbunden sind, als die erste Phase bezeichnet wird, dient dies lediglich zur Vereinfachung der Erläuterung.
Die Wechselspannungen der Phasen 1 bis 3, die von der Spannungsversorgung 1 ausgegeben werden, werden der Diodenbrücke 15 über Leitungen zugeführt, die mit den Ausgangspunkten der einzelnen Phasen verbunden sind. Zudem sind die Kondensatoren 9 bis 11 zur Verringerung von Störungskomponenten zwischen dem neutralen Punkt und die Ausgangspunkte der Phasen 1 bis 3 der Spannungsversorgung 1 angeschlossen. Ein Ende des Kondensators 9 ist mit einer ersten Leitung verbunden, welches eine Leitung ist, die den Ausgangspunkt der ersten Phase der Spannungsversorgung 1 und einen Eingangspunkt der ersten Phase der Diodenbrücke 15 verbindet. Das andere Ende des Kondensators 9 ist mit einer neutralen Leitung verbunden. Der Kondensator 9 ist ein Kondensator zum Reduzieren der Störungskomponente auf der ersten Leitung. Ein Ende des Kondensators 10 ist mit einer zweiten Leitung verbunden, welches eine Leitung ist, die den Ausgangspunkt der zweiten Phase der Spannungsversorgung 1 und einen Eingangspunkt der zweiten Phase der Diodenbrücke 15 verbindet. Das andere Ende des Kondensators 10 ist mit der neutralen Leitung verbunden. Der Kondensator 10 ist ein Kondensator zum Reduzieren der Störungskomponente auf der zweiten Leitung. Ein Ende des Kondensators 11 ist mit einer dritten Leitung verbunden, welches eine Leitung ist, die den Ausgangspunkt der dritten Phase der Spannungsversorgung 1 und einen Eingangspunkt der dritten Phase der Diodenbrücke 15 verbindet. Das andere Ende des Kondensators 11 ist mit der neutralen Leitung verbunden. Der Kondensator 11 ist ein Kondensator zum Reduzieren der Störungskomponente auf der dritten Leitung.
Zudem ist die gemeinsame Spule 8 zum Reduzieren von Gleichtaktstörungen, die durch die erste Leitung, zweite Leitung, dritte Leitung und die neutrale Leitung fließen, zwischen den Kondensatoren 2 bis 4, den Widerständen 5 bis 7 und den Kondensatoren 9 bis 11 vorgesehen.
Die Kondensatoren 2 bis 4, 9 bis 11, die Widerstände 5 bis 7 und die gemeinsame Spule 8, die in 1 gezeigt sind, sind Elemente, die zum Reduzieren von Störungskomponenten vorgesehen sind, die in der Wechselspannung enthalten sind, die von der Spannungsversorgung 1 ausgegeben wird. Entsprechende Elemente sind auch in typischen Energiewandlungsvorrichtungen vorgesehen. Man beachte, dass die Widerstände 5 bis 7 auch dahingehend wirken, die an den Kondensatoren 2 bis 4 anliegenden Spannungen auszugleichen.
Die Diodenbrücke 15 richtet die Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 1 zugeführt wird, gleich, um hierdurch die Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. Insbesondere wandelt die Diodenbrücke 15 die erste Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 1 zugeführt wird, in Gleichspannung um. Die Gleichspannung, die von der Diodenbrücke 15 ausgegeben wird, wird dem Wechselrichter 19 zugeführt. Der Wechselrichter 19 wandelt die eingegebene Gleichspannung in die zweite Wechselspannung um und führt die zweite Wechselspannung der Last zu, welche nicht gezeigt ist.
Die Glättungsdrossel 16, die Kondensatoren 17A und 17B, welches die Hauptschaltungskondensatoren sind, und die Widerstände 18A und 18B sind zwischen der Diodenbrücke 15 und dem Wechselrichter 19 vorgesehen. Die Glättungsdrossel 16 und die Kondensatoren 17A und 17B sind vorgesehen, um die Wechselspannung zu glätten, die von der Diodenbrücke 15 ausgegeben wird. Die Widerstände 18A und 18B sind vorgesehen, um das Gleichgewicht der Spannungen einzustellen, die in die Kondensatoren 17A und 17B geladen werden, und um die Kondensatoren 17A und 17B zu entladen.
Die Glättungsdrossel 16 weist ein Ende auf, das mit einem Ausgangspunkt an der positiven Seite der Diodenbrücke 15 verbunden ist, und das andere Ende ist mit einem Eingangspunkt an der positiven Seite des Wechselrichters 19 verbunden. Ein Ende des Kondensators 17A und ein Ende des Widerstands 18A sind auch mit dem anderen Ende der Glättungsdrossel 16 verbunden. Ein Ende des Kondensators 17B ist mit dem anderen Ende des Kondensators 17A verbunden, und ein Ende des Widerstands 18B ist mit dem anderen Ende des Widerstands 18A verbunden. Das andere Ende des Kondensators 17B und das andere Ende des Widerstands 18B sind mit einem Eingangspunkt an der negativen Seite der Diodenbrücke 15 und einem Eingangspunkt an der negativen Seite des Wechselrichters 19 angeschlossen. Zudem ist zwischen einem Verbindungspunkt, der die Kondensatoren 17A und 17B verbindet und einem Verbindungspunkt, der die Widerstände 18A und 18B verbindet, ein Kurzschluss definiert.
Das Relais 13, welches ein erstes Relais ist, ist auf der zweiten Leitung vorgesehen und hat ein Ende, das mit der gemeinsamen Spule verbunden ist, während das andere Ende mit einem Ende von jeweils der Diodenbrücke 15 und dem Kondensator 10 verbunden ist. Somit ist das Relais 13 zwischen der gemeinsamen Spule 8 auf der zweiten Leitung und dem Verbindungspunkt der zweiten Leitung, der mit dem Kondensator 10 verbunden ist, vorgesehen. Das Relais 13 wird durch die Steuereinheit 21 gesteuert.
Das Relais 14, welches ein zweites Relais ist, ist auf der dritten Leitung vorgesehen und hat ein Ende, das mit der gemeinsamen Spule 8 und einem Ende des Kondensators 11 verbunden ist. Das andere Ende des Relais 14 ist mit der Diodenbrücke 15 verbunden. Somit ist das Relais 14 zwischen der Diodenbrücke 15 auf der dritten Leitung und dem Verbindungspunkt der dritten Leitung vorgesehen, der mit dem Kondensator 11 verbunden ist. Das Relais 14 wird durch die Steuereinheit 21 gesteuert.
Das Relais 20, welches ein drittes Relais ist, ist auf der neutralen Leitung vorgesehen, und es weist ein Ende auf, dass mit dem Kondensator 9 verbunden ist, während das andere Ende mit dem Kondensator 10 verbunden ist. Somit ist das Relais 20 zwischen dem Verbindungspunkt der neutralen Leitung, der mit dem Kondensator 9 verbunden ist, und dem Verbindungspunkt der neutralen Leitung, der mit dem Kondensator 10 verbunden ist, vorgesehen. Wenn das Relais 20 abgeschaltet wird, werden die Kondensatoren 10 und 11 von der neutralen Leitung getrennt. Das Relais 20 wird durch die Steuereinheit 21 gesteuert.
Die Steuerschaltung 21 steuert jedes der Schaltelemente (welche nicht dargestellt sind) des Wechselrichters 19, und sie steuert die Relais 13, 14 und 20. Die Steuereinheit 21 ist dazu konfiguriert, bei Erhalt von Spannung von einer Spannungsversorgungsschaltung zu arbeiten, welche nicht dargestellt ist. Die Spannungsversorgungsschaltung wandelt Spannung, die von der Spannungsversorgung 1 zugeführt wird, in Gleichspannung um, die die Steuereinheit 21 benötigt, und sie führt die Gleichspannung der Steuereinheit 21 zu. Die Steuereinheit 21 bildet, zusammen mit den Relais 13, 14 und 20, eine Pfadschalteinheit zum Schalten der Ladepfade der Kondensatoren 17A und 17B.
Nachfolgend wird der Betrieb der Energiewandlungsvorrichtung 100 beschrieben, wenn die Energiewandlungsvorrichtung 100 eingeschaltet wird, d. h. wenn die Zuführung von Wechselspannung von der Spannungsversorgung 1 an die Energiewandlungsvorrichtung 100 beginnt.
Bevor die Energiewandlungsvorrichtung 100 angeschaltet wird, sind die Relais 13, 14 und 20 offen. Wenn die Energiewandlungsvorrichtung 100 angeschaltet wird, wobei die Relais 13, 14 und 20 offen sind, wird Spannung zugeführt, welche abwechselnd einen in 2 gezeigten Pfad und einen in 3 gezeigten Pfad nimmt, wodurch die Kondensatoren 17A und 17B geladen werden. Insbesondere fließt in einem Fall eines in 2 gezeigten ersten Ladepfads 201 Strom, der von der Spannungsversorgung 1 an die erste Leitung ausgegeben wird, zu der zweiten Leitung, und zwar über eine Diode, die der ersten Phase von drei Dioden entspricht, die auf der positiven Seite der Diodenbrücke 15 vorgesehen sind, die Glättungsdrossel 16, die Kondensatoren 17A und 17B und eine Diode, die der zweiten Phase von drei Dioden entspricht, die auf der negativen Seite der Diodenbrücke 15 vorgesehen sind, und er fließt weiter zu der dritten Leitung über den Kondensator 10 und den Kondensator 11 und kehrt dann zu der Spannungsversorgung 1 zurück. Zudem fließt in einem Fall eines in 3 gezeigten zweiten Ladungspfads 202 Strom, der von der Spannungsversorgung 1 an die dritte Leitung ausgegeben wird, zu der zweiten Leitung, und zwar über den Kondensator 11 und den Kondensator 10, er fließt weiter zu der ersten Leitung über eine Diode, die der zweiten Phase unter den drei Dioden entspricht, die an der positiven Seite der Diodenbrücke 15 vorgesehen sind, die Glättungsdrossel 16 und die Kondensatoren 17A und 17B und eine Diode, die der ersten Phase der drei Dioden entspricht, die an der negativen Seite der Diodenbrücke 15 vorgesehen sind, und er kehrt dann zu der Spannungsversorgung 1 zurück. Auf diese Weise werden die Kondensatoren 17A und 17B über die zwei Pfade geladen.
Es sei angenommen, dass die Kapazität der Kondensatoren 17A und 17B, welche an den zwei Ladepfaden vorgesehen sind, die durch Formel (1) ausgedrückte Relation erfüllen. $\begin{matrix} (Die Kapazit \ddot{a} t der Kondensatoren 10 und 11) < < (die Kapazit \ddot{a} t \\ der Kondensatoren 17A und 17B) \end{matrix}$
In dem Fall des Einschaltens unter einer solchen Bedingung werden die Kondensatoren 17A und 17B der Energiewandlungsschaltung 100 durch eine Ladungsmenge geladen, die von den Kondensatoren 10 und 11 erhalten wird. Da, wie durch die Formel (1) ausgedrückt wird, die Kapazität der Kondensatoren 10 und 11 wesentlich kleiner ist als die der Kondensatoren 17A und 17B, ist die in die Kondensatoren 17A und 17B geladene Spannung klein. Bei der Energiewandlungsvorrichtung 100 werden somit die Ladevorgänge unter Verwendung der zwei vorangehend beschriebenen Ladepfade jede Energieversorgungsperiode wiederholt, und die Kondensatoren 17A und 17B werden somit über eine Zeit von einigen zehn Sekunden geladen, wie dies in 4 dargestellt ist. 4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Spannungsänderung der Kondensatoren 17A und 17B nach dem Einschalten zeigt, wobei die Kondensatoren 17A und 17B die Hauptschaltungskondensatoren der Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform sind. Die in 4 gezeigte Spannung ist eine Spannung an den Kondensatoren 17A und 17B, die in Reihe geschaltet sind, d. h. es ist eine Summe der Spannung des Kondensators 17A und der Spannung des Kondensators 17B, und diese liegt an dem Wechselrichter 19 an.
Bei den vorangehend beschriebenen Ladevorgängen dauert es Zeit zwischen dem Einschalten und bis die Spannung an den Kondensatoren 17A und 17B eine Spannung erreicht, die von dem Wechselrichter 19 benötigt ist und welche eine vorbestimmte Spannung ist. Dies liegt daran, dass der in die Kondensatoren 17A und 17B fließende Strom auf einen Wert beschränkt ist, der der Kapazität der Kondensatoren 10 und 11 entspricht. Bei der Energiewandlungsvorrichtung 100 wird somit die Zeit zwischen dem Einschalten und bis die Spannung an den Kondensatoren 17A und 17B die vorbestimmte Spannung erreicht, länger, dies ist jedoch kein Problem, da es für die Energiewandlungsvorrichtung 100 länger dauert, einen Initialisierungsprozess beim Start des Betriebs durchzuführen. Der Initialisierungsprozess umfasst hierbei einen Prozess zur Kommunikation mit einer Leiterplatte, welche nicht dargestellt ist, einen Prozess zum erhalten von Information, die von jeweiligen Sensoren ausgegeben wird, welche nicht dargestellt sind, einen Prozess zum Überprüfen, ob eine Störung bei einer Spannungsdetektionsschaltung und einer Stromdetektionsschaltung, welche nicht dargestellt sind, vorliegt oder nicht, und dergleichen. Man beachte, dass dann, wenn die Ladezeit bis die Spannung der Kondensatoren 17A und 17B die vorbestimmte Spannung erreicht, länger ist als die Zeit, die für den Initialisierungsprozess benötigt wird, eine Anzeigeeinheit, die nicht dargestellt ist, einen Wartezustand anzeigen kann, um einen Benutzer zu informieren, dass es noch Zeit benötigt, bis der Betrieb startet.
Da der in 2 gezeigte erste Ladepfad 201 und der in 3 gezeigte zweite Ladepfad 202 die Kondensatoren 10 und 11 enthalten, welche eine Kapazität aufweisen, die kleiner ist als die der Kondensatoren 17A und 17B, und der in die Kondensatoren 17A und 17B fließende Strom auf einen Wert begrenzt ist, der der Kapazität der Kondensatoren 10 und 11 entspricht, wird ein Einschaltstrom, der erzeugt wird wenn die Spannungsversorgung 1 eingeschaltet wird, verhindert oder verringert.
Wenn das Laden der Kondensatoren 17A und 17B beendet ist, steuert die Steuereinheit 21 die Relais 13, 14 und 20 an, sodass die Kondensatoren 10 und 11, die zum Verhindern oder Reduzieren des Anschaltstroms verwendet wurden, für ihren ursprünglichen Zweck verwendet werden, d. h., damit die Kondensatoren 10 und 11 als Kondensatoren zur Reduzierung von Störungskomponenten verwendet werden. Insbesondere schaltet die Steuereinheit 21 zuerst das Relais 20 ein. Wie in 5 gezeigt ist, ist die Spannung an den Kondensatoren 10 und 11 klein, wenn die Kondensatoren 17A und 17B, welches die Hauptschaltungskondensatoren sind, ausreichend aufgeladen sind. Das Relais 20 wird in diesem Zustand angeschaltet, um den Einschaltstrom in die Kondensatoren 10 und 11 beim Schalten der Verbindung zu verhindern oder zu reduzieren, und die Verwendung der Kondensatoren 10 und 11 als Kondensatoren zur Störungskomponentenreduktion zu verwenden. Danach schaltet die Steuereinheit 21 die Relais 13 und 14 an, und Spannungen der ersten bis dritten Phase, die durch die Spannungsversorgung 1 ausgegeben werden, werden somit der Diodenbrücke 15 zugeführt. Insbesondere wird der Ladepfad der Kondensatoren 17A und 17B auf einen dritten Ladepfad geschaltet, der die Kondensatoren 10 und 11 nicht enthält.
Wie vorangehend beschrieben, umfasst die Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Kondensatoren 9 bis 11, welches Kondensatoren zur Störungskomponentenreduktion sind, die zwischen der neutralen Leitung und den Leitungen 1 bis 3 zum Zuführen der einzelnen Wechselspannungen der drei Phasen angeschlossen sind, die von der Spannungsversorgung 1 an die Diodenbrücke 15 ausgegeben werden, wobei die Spannungsversorgung 1 eine dreiphasige Wechselspannungsversorgung mit vier Leitungen ist, und wobei das Relais 13 auf der zweiten Leitung vorgesehen ist, das Relais 14 auf der dritten Leitung vorgesehen ist, das Relais 20 auf der neutralen Leitung vorgesehen ist, die Kondensatoren 17A und 17B, welches Hauptschaltungskondensatoren sind, und die Steuerschaltung 21, welche die Relais 13, 14 und 20 steuert. Zudem verwendet die Energiewandlungsvorrichtung 100 Kondensatoren, die zur Reduzierung von Störungskomponenten vorgesehen sind, als Kondensatoren zum Verhindern oder reduzieren des Anschaltstroms zu den Hauptschaltungskondensatoren, wobei der Einschaltstrom erzeugt wird, wenn die Spannungsversorgung 1 eingeschaltet wird. Bei der Energiewandlungsvorrichtung 100 steuert die Steuereinheit 21 die Relais, um den Ladepfad der Hauptschaltungskondensatoren zu schalten, sodass die Kondensatoren 10 und 11 in dem Ladepfad der Hauptschaltungskondensatoren enthalten sind, und zwar zwischen dem Einschalten der Spannungsversorgung 1 bis die Spannung der Hauptschaltungskondensatoren die vorbestimmte Spannung erreicht, und dass die Kondensatoren 10 und 11 nicht in dem Ladepfad der Hauptschaltungskondensatoren enthalten sind, nachdem die Spannung der Hauptschaltungskondensatoren die vorbestimmte Spannung erreicht hat. Demzufolge kann der Einschaltstrom beim Einschalten verhindert oder reduziert werden. Während die Erfindung gemäß Patentliteratur 1 einen (einzigen) Kondensator (Strombegrenzungskondensator) zum Verhindern oder reduzieren des Einschaltstroms und drei Relais (zwei Spannungsversorgungsschalter und einen Strombegrenzungsschalter) zum schalten des Pfads, durch welchen Strom fließt, verwendet, um den Einschaltstrom zu verhindern oder zu reduzieren, ist die Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, den Einschaltstrom zu verhindern oder zu reduzieren, ohne einen zusätzlichen Kondensator zum Verhindern oder Reduzieren des Einschaltstroms bereitzustellen. Die Energiewandlungsvorrichtung 100 kann somit den Einschaltstrom beim Einschalten unter Vermeidung einer Zunahme der Schaltungsgröße verhindern oder reduzieren.
Zweite Ausführungsform
Die Energiewandlungsvorrichtung 100, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist dazu konfiguriert, keinen Widerstand zum Ausgleichen von Spannungen aufzuweisen, der in Bezug auf die Kondensatoren 10 und 11, die in den Ladepfaden (erster Ladepfad 201 und zweiter Ladepfad 202) der Hauptschaltungskondensatoren enthalten sind, eingefügt wird, wobei die Ladepfade bereitgestellt werden, bevor die Spannung der Hauptschaltungskondensatoren die vorbestimmte Spannung erreicht. In Abhängigkeit von dem Kapazitätsverhältnis der Kondensatoren 10 und 11 kann die Spannung an einem Kondensator erhöht sein, was dazu führt, dass die Spannung des Kondensators 10 und die Spannung des Kondensators 11 verschieden sind. In einem Fall, in dem die Spannungen ungleich sind und die Spannung des Kondensators 10 oder 11 eine Nennspannung übersteigt, können Widerstände zum Ausgleichen der Spannungen parallel zu den Kondensatoren 10 und 11 bereitgestellt werden. Zudem kann ein Widerstand zum Ausgleichen der Spannungsversorgung auch parallel zu dem Kondensator 9 bereitgestellt werden, der nicht in den Ladepfaden der Kondensatoren enthalten ist.
Wie vorangehend beschrieben, umfasst die Energiewandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform Widerstände, die vorgesehen sind, um die Spannungen der Kondensatoren auszugleichen, die zum Reduzieren von Störungskomponenten vorgesehen sind und in den Ladepfaden der Hauptschaltungskondensatoren unmittelbar nach dem Einschalten enthalten sind. Dies kann die Möglichkeit verhindern oder reduzieren, dass die Spannung eines der Kondensatoren, die in dem Ladepfad des Hauptschaltungskondensators enthalten sind, unmittelbar nach dem Einschalten groß wird und eine Nennspannung übersteigt.
Dritte Ausführungsform
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist jeweils dazu konfiguriert, eine erste Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 1 zugeführt wird, welches eine dreiphasige Wechselspannungsversorgung mit vier Leitungen ist, in eine zweite Wechselspannung umzuwandeln und die zweite Wechselspannung einer Last zuzuführen. Die in 6 gezeigte Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform wandelt hingegen einphasige Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 31 zugeführt wird, in eine zweite Wechselspannung um und führt die zweite Wechselspannung einer Last zu. In der vorigen Ausführungsform ist die einphasige Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 31 bereitgestellt wird, die erste Wechselspannung.
Die Energiewandlungsvorrichtung 101 umfasst Kondensatoren 32 und 37, Relais 33 und 34, eine Diodenbrücke 35, eine Glättungsdrossel 36, einen Widerstand 38, einen Wechselrichter 39 und eine Steuereinheit 41.
Der Kondensator 32 ist mit einem Ende mit der Spannungsversorgung 31 verbunden, und er ist mit dem anderen Ende mit dem Relais 34 verbunden. Der Kondensator 32 wird bereitgestellt, um eine Störungskomponente zu reduzieren, die in der ersten Wechselspannung enthalten ist.
Das Relais 33 ist mit einem Ende mit einem Verbindungspunkt verbunden, der den Kondensator 32 und die Spannungsversorgung 31 verbindet, und es ist mit seinem anderen Ende mit der Diodenbrücke 35 verbunden. Das Relais 34 umfasst einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, und der Kondensator 32 ist mit dem ersten Anschluss verbunden. Der zweite Anschluss des Relais 34 ist mit der Spannungsversorgung 31 und der Diodenbrücke 35 verbunden. Der dritte Anschluss des Relais 34 ist mit der Diodenbrücke 35 verbunden.
Die Diodenbrücke 35 richtet die Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 31 bereitgestellt wird, gleich, um die Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln. Insbesondere wandelt die Diodenbrücke 35 die erste Wechselspannung, die von der Spannungsversorgung 31 bereitgestellt wird, in Gleichspannung um. Die Gleichspannung, die von der Diodenbrücke 35 ausgegeben wird, wird dem Wechselrichter 39 zugeführt. Der Wechselrichter 39 wandelt die eingegebene Gleichspannung in die zweite Wechselspannung um und führt die zweite Wechselspannung der Last zu, welche nicht dargestellt ist.
Die Glättungsdrossel 36, der Kondensator 37, der ein Hauptschaltungskondensator ist, und der Widerstand 38 sind zwischen der Diodenbrücke 35 und dem Wechselrichter 39 vorgesehen. Die Glättungsdrossel 36 und der Kondensator 37 sind vorgesehen, um die von der Diodenbrücke 35 ausgegebene Gleichspannung zu glätten. Der Widerstand 38 ist vorgesehen, um den geladenen Kondensator 39 zu entladen.
Die Glättungsdrossel 36 hat ein Ende, das mit einem Ausgangspunkt an der positiven Seite der Diodenbrücke 35 verbunden ist, und sie weist ein anderes Ende auf, dass mit einem Eingangspunkt an der positiven Seite des Wechselrichters 39 verbunden ist. Ein Ende des Kondensator 37 und des Widerstands 38 ist jeweils auch mit der Glättungsdrossel 36 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 37 und des Widerstands 38 ist jeweils mit einem Eingangspunkt an der negativen Seite der Diodenbrücke 35 und einem Eingangspunkt an der negativen Seite des Wechselrichters 39 angeschlossen.
Die Steuereinheit 41 steuert jedes der Schaltelemente (welche nicht dargestellt sind) des Inverters 39, und sie steuert die Relais 33 und 34. Die Steuereinheit 41 ist dazu konfiguriert, bei Erhalt von Spannung von einer Spannungsversorgungsschaltung, welche nicht dargestellt ist, zu arbeiten. Die Spannungsversorgungsschaltung wandelt Spannung, die von der Spannungsversorgung 31 zugeführt wird, in Gleichspannung um, die die Steuereinheit 41 benötigt, und führt die Gleichspannung der Steuereinheit 41 zu. Die Steuereinheit 41 bildet, zusammen mit den Relais 33 und 34, eine Pfadschalteinheit zum Schalten von Ladepfaden des Kondensators 37.
Nachfolgend wird der Betrieb der Energiewandlungsvorrichtung 101 beschrieben, wenn die Energiewandlungsvorrichtung 101 eingeschaltet wird, d. h. wenn die Zuführung von Wechselspannung von der Spannungsversorgung 31 an die Energiewandlungsvorrichtung 101 startet.
Bevor die Energiewandlungsvorrichtung 101 eingeschaltet wird, ist das Relais 33 offen, und das Relais 34 ist in einem Verbindungszustand, in dem der Kondensator 32 in Reihe zwischen der Spannungsversorgung 31 und der Diodenbrücke 35 eingefügt ist. Wenn die Energiewandlungsvorrichtung 101 in diesem Zustand eingeschaltet wird, wird der Kondensator 37 über einen Ladepfad geladen, der vorgesehen ist, um eine Störungskomponente zu reduzieren und der den Kondensator 32 enthält. Insbesondere wird der Kondensator 37 über zwei nachfolgend beschriebene Ladepfade geladen. Von den zwei Ausgangspunkten der Spannungsversorgung 31 wird der Ausgangspunkt, an den der Kondensator 32 und das Relais 33 angeschlossen sind, als ein erster Ausgangspunkt bezeichnet, und der andere wird als ein zweiter Ausgangspunkt bezeichnet. Beim Laden des Kondensators 37 über einen ersten Ladepfad wird Strom von dem ersten Ausgangspunkt der Spannungsversorgung 31 ausgegeben, fließt über den Kondensator 32 in den Kondensator 37, das Relais 34, eine erste plus-seitige Diode, welche eine von zwei Dioden ist, die auf der Plus-Seite der Diodenbrücke 35 vorgesehen sind, und die Glättungsdrossel 36, und er kehrt dann über eine erste minus-seitige Diode, welches eine von zwei Dioden ist, die auf der Minus-Seite der Diodenbrücke 35 vorgesehen sind, zu der Spannungsversorgung 31 zurück. Beim Laden des Kondensators 37 über einen zweiten Ladepfad wird Strom von dem zweiten Ausgangspunkt der Spannungsversorgung 31 ausgegeben, fließt über eine zweite plus-seitige Diode, welches die andere der zwei Dioden ist, die an der Plus-Seite der Diodenbrücke 35 bereitgestellt ist, in den Kondensator 37 und die Glättungsdrossel 36, und er kehrt dann über eine zweite minus-seitige Diode, welches die andere der zwei Dioden ist, die an der Minus-Seite der Diodenbrücke 35 vorgesehen ist, das Relais 34 und den Kondensator 32 zu der Spannungsversorgung 31 zurück.
Es sei angenommen, dass die Kapazität des Kondensators 32 und die Kapazität des Kondensators 37 die durch die Formel (2) ausgedrückte Relation erfüllen. $(Die Kapazität des Kondensators 32) < < (die Kapazität des Kondensators 37)$
Die Zeit, die benötigt wird, nachdem die Energiewandlungsvorrichtung 101 eingeschaltet wird, bis die Spannung des Kondensators 37 eine vorbestimmte Spannung erreicht, d. h., eine Spannung, die der Wechselrichter 39 benötigt, beträgt einige zehn Sekunden, und zwar auf eine Weise, die dem Fall ähnlich ist, wenn die Energieversorgungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform eingeschaltet wird. Wie bei der Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform stellt die Zeit kein Problem dar. Zudem wird der Einschaltstrom in den Kondensator 37, der beim Einschalten erzeugt wird, verhindert oder reduziert.
Wenn das Laden des Kondensators 37 beendet ist, steuert die Steuereinheit 41 die Relais 33 und 34 an, damit der Kondensator 32, der zum Verhindern oder reduzieren des Einschaltstroms verwendet wurde, als ein Kondensator zur Reduktion von Störungskomponenten verwendet wird. Insbesondere schaltet die Steuereinheit 41 zuerst den Kontaktpunkt des Relais 34. Dann schaltet die Steuereinheit 41 das Relais 33 an, sodass der Kondensator 32 parallel zu der Diodenbrücke 35 geschaltet ist. Wenn der Kondensator 37 ausreichend geladen ist, ist die Spannung an dem Kondensator 32 klein, und ein Einschaltstrom in dem Kondensator 32 wird somit verhindert oder reduziert, wenn der Kontaktpunkt des Relais 34 geschaltet wird.
Für die vorangehend beschriebene Energiewandlungsvorrichtung 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Kondensator 32, der zum Reduzieren einer Störungskomponente vorgesehen ist, die in der Wechselspannung enthalten ist, die von der Spannungsversorgung 31, welches eine einphasige Wechselspannungsversorgung ist, ausgegeben wird, als ein Kondensator zum Verhindern oder reduzieren von Einschaltstrom in dem Kondensator 37 verwendet, welches ein Hauptschaltungskondensator ist, wobei der Einschaltstrom erzeugt wird, wenn die Spannungsversorgung 31 eingeschaltet wird. Insbesondere schaltet die Energiewandlungsvorrichtung 101 den Ladepfad des Kondensators 37, welcher der Hauptschaltungskondensator ist, so, dass der Kondensator 32 in dem Ladepfad des Hauptschaltungskondensators enthalten ist, und zwar nach dem Einschalten der Spannungsversorgung 31 bis die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht, und der Kondensator 32 ist nicht in dem Ladepfad des Hauptschaltungskondensators enthalten, nachdem die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht. Hierdurch wird es möglich, unter Vermeidung einer Zunahme der Schaltungsgröße den Einschaltstrom beim Einschalten zu verhindern oder zu reduzieren.
Nachfolgend wird die Hardware zum Implementieren der Steuereinheit 21 der Energiewandlungsvorrichtung 100 und der Steuereinheit 41 der Energiewandlungsvorrichtung 101 beschrieben. Die Steuereinheit 21 und die Steuereinheit 41 sind durch Prozessierungsschaltungen implementiert, welches elektronische Schaltungen sind. Die Verarbeitungsschaltung zum Implementieren der Steuereinheit 21 und der Steuereinheit 41 kann dedizierte Hardware oder eine Steuerschaltung umfassen, die einen Speicher und einen Prozessor zum Ausführen eines in dem Speicher gespeicherten Programms umfasst.
In einem Fall, in dem die Verarbeitungsschaltung durch dedizierte Hardware implementiert ist, die Verarbeitungsschaltung eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Schaltung, die solche Schaltungen kombiniert.
In einem Fall, in dem die Prozessierungsschaltung durch eine Steuerschaltung implementiert ist, kann die Steuerschaltung hingegen Prozessierungsschaltungen umfassen, die eine Konfiguration aufweisen, wie sie in 7 gezeigt ist, und beispielsweise einen Prozessor 91 und einen Speicher 92 umfassen. Der Prozessor 91 ist eine zentrale Prozessierungseinheit (CPU; auch als eine zentrale Prozessierungsvorrichtung, eine Prozessierungsvorrichtung, eine Computervorrichtung, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP) bezeichnet), ein System hoher Integration (LSI) oder dergleichen. Zudem ist der Speicher 92 ein Wahlzugriffsspeicher (RAM) ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbares programmierbares ROM (EPPROM), ein elektrisch löschbares programmierbares ROM (EEPROM, registrierte Handelsmarke) oder dergleichen.
In dem Fall, in dem die Steuereinheiten 21 und 41 durch die Steuerschaltung implementiert sind, die die in 7 gezeigt Konfiguration aufweist, sind die Steuerschaltungen 21 und 41 durch den Prozessor 91 implementiert, der Programme zum Betreiben als die jeweiligen Einheiten ausführt. Insbesondere sind die Programme vorab in den Speicher 92 gespeichert, und die Steuereinheiten 21 und 41 sind durch den Prozessor 91 durch Lesen der Programme von dem Speicher 92 und Ausführen der Programme implementiert.
Bezugszeichenliste

1, 31: Spannungsversorgung;
2 bis 4, 9 bis 11, 17A, 17B, 32, 37: Kondensator;
5 bis 7, 18A, 18B, 38: Widerstand;
8: gemeinsame Spule;
13, 14, 20, 33, 34: Relais;
15, 35: Diodenbrücke;
16, 36: Glättungsdrossel;
19, 39: Wechselrichter;
21, 41: Steuereinheit;
100, 101: Energiewandlungsvorrichtung;
201: erster Ladepfad;
202: zweiter Ladepfad.

Claims

Energiewandlungsvorrichtung (100; 101), umfassend: eine Diodenbrücke (15; 35), um eine erste Wechselspannung, die von einer Wechselspannungsversorgung (1; 31) bereitgestellt wird, in Gleichspannung umzuwandeln; ein Hauptschaltungskondensator (17A, 17B; 37), um die Gleichspannung zu glätten; wenigstens einen Kondensator (10, 11; 32), um eine Störungskomponente zu reduzieren, die in der ersten Wechselspannung enthalten ist; und eine Pfadschalteinheit (13, 14, 20, 21; 34, 41), um einen Ladepfad für den Hauptschaltungskondensator so zu schalten, dass von der Wechselspannungsversorgung ausgegebener Strom über den Kondensator in den Hauptschaltungskondensator fließt, und zwar ab Beginn der Zuführung der ersten Wechselspannung und bis eine Spannung des Hauptschaltungskondensators eine vorbestimmte Spannung erreicht, und dass der von der Wechselspannungsversorgung ausgegebene Strom in den Hauptschaltungskondensator fließt, ohne durch den Kondensator zu fließen, nachdem die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht.
Energiewandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei, nachdem die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht, der Kondensator zum Reduzieren der Störungskomponente verwendet wird.
Energiewandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Kondensator eine Mehrzahl von Kondensatoren (10, 11) umfasst, wobei der von der Wechselspannungsversorgung ausgegebene Strom über die Mehrzahl der Kondensatoren in den Hauptschaltungskondensator fließt, und zwar ab Beginn der Zuführung der ersten Wechselspannung und bis die Spannung des Hauptschaltungskondensators die vorbestimmte Spannung erreicht, und wobei ein parallel zu jedem der Mehrzahl von Kondensatoren geschalteter Widerstand es ermöglicht, dass die Spannungen der Kondensatoren ausgeglichen werden.
Energiewandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Wechselspannung eine dreiphasige Wechselspannung (1) ist.
Energiewandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Wechselspannung eine einphasige Wechselspannung (31) ist.
Klimaanlage, umfassend: die Energiewandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; und einen Motor, der von der Energiewandlungsvorrichtung bereitgestellte zweite Wechselspannung erhält, die durch Umwandeln der durch den Hauptschaltungskondensator geglätteten Gleichspannung erzeugt wird, und einen Kompressor oder einen Lüfter antreibt.