DE19920973A1 - Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors fürs eine Klimaanlage - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage, welche eine Umwandlungseinheit (100) zum Umwandeln des von einem Netzanschluß (1) eingespeisten Wechselstroms mit einem Gleichrichter (102) und einem Glättungskondensator (C1) in einen Gleichstrom, einen Wechselrichter (160) zum Wechselrichten des aus der Umwandlungseinheit (100) ausgegebenen Gleichstroms in einen 3-Phasen-Wechselstrom mit einer gewünschten Betriebsfrequenz und einen Kompressor (162) aufweist, der sich gemäß dem aus dem Wechselrichter ausgegebenen 3-Phasen-Wechselstrom dreht, umfaßt ferner: ein induktives Bauelement (L5) zum Kompensieren der Phasen des Eingangsstroms zwischen dem Gleichrichter (102) und dem Glättungskondensator (C1); ein Schaltelement (SW1), das geschaltet wird, um den Eingangsstrom zu leiten; und eine Steuereinheit (140) zur proportionalen Steuerung einer Aktivierungszeit des Schaltelements (SW1) gemäß einer Betriebsfrequenz des Kompressors (162), wodurch der Leistungsfaktor der Klimaanlage verbessert wird und die Regelungen von EN60555-2 durch Unterdrücken der Stromoberwellen erfüllt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit Wechselrichter, die eine Betriebsfrequenz eines Kompressors gemäß seiner Kühl- und Heizleistung ändert, und insbesondere eine Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors, die durch Verbinden eines induktiven Bauelements, das einen Energieakkumulationsweg aufweist, und eines Schaltelements mit einer Umwandlungsvorrichtung einen Leistungsfaktor einer Klimaanlage verbessert.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Invertierungsvorrichtung einer Klimaanlage im allgemeinen einen Umwandlungsteil 3 zum Ändern eines von einem Netzanschluß 1 eingespeisten Netzwechselstroms in einen Netzgleichstrom, einen Steuerteil 5 zum Festlegen einer Betriebsfrequenz eines Kompressors 9, um ein Wechselrichter-Ansteuersignal gemäß einer Außenraumbedingung und einem Befehl einer Innenraumeinheit auszugeben, und einen Wechselrichterteil 7 zum abwechselnden Ein- und Ausschalten von Leistungstransistoren (nicht dargestellt) als Reaktion auf das vom Steuerteil 5 ausgegebene Ansteuersignal und zum Ändern des vom Umwandlungsteil 3 ausgegebenen Gleichstroms in einen 3-Phasen-Wechselstrom, um den Kompressor 9 mit der im Steuerteil 5 festgelegten Betriebsfrequenz zu drehen.

Der Umwandlungsteil 3 umfaßt einen Brückengleichrichter 11 zum Gleichrichten der Eingangswechselspannung zu einer vorbestimmten Gleichspannung und einen Glättungskondensator C1, der mit einem Ausgangsanschluß des Brückengleichrichters 11 verbunden ist, zum gleichzeitigen Filtern von Welligkeiten der gleichgerichteten Gleichspannung und Laden der gleichgerichteten Gleichspannung.

Wenn bei der vorstehend beschriebenen Klimaanlage mit Wechselrichter ein Wechselstrom vom Netzanschluß 1 eingespeist wird, wird der Wechselstrom durch den Brückengleichrichter 11 zu einem vorbestimmten Gleichstrom gleichgerichtet und dann werden Welligkeiten des gleichgerichteten Gleichstroms durch den Glättungskondensator C1 gefiltert.

Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Wechselrichterteil 7 sechs Leistungstransistoren (nicht dargestellt) als Reaktion auf das aus der Steuervorrichtung 5 ausgegebene Ansteuersignal abwechselnd ein und aus, um den aus dem Umwandlungsteil 3 ausgegebenen Gleichstrom in einen 3-phasigen (u-, v- und w- Phase) Wechselstrom zu ändern, wodurch der Kompressor 9 angetrieben wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird der Glättungskondensator C1 mit einer relativ großen Kapazität verwendet, um einen Gleichstrom mit weniger Welligkeiten im Umwandlungsteil 3 zu erhalten, welcher den Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandelt. Wie in Fig. 2 gezeigt, verzerrt der Glättungskondensator C1 den Eingangsstrom Is zu Nicht- Sinus-Wellen, wodurch sich in dem System ein geringer Leistungsfaktor von etwa 0,5-0,7 ergibt.

Es besteht ein Problem bei dem System mit einem niedrigen Leistungsfaktor darin, daß es die Stromoberwellenkomponenten erhöht, Rauschen und Störstrahlung erzeugt, so daß der Verbrauch an Blindleistung erhöht wird, und dazu neigt, zu verursachen, daß mehr Strom fließt als das System benötigt, wodurch sich eine Notwendigkeit ergibt, Bauteile mit einer hohen Strombelastbarkeit auszuwählen. Folglich haben Europäische und fortschrittliche Länder Regelungen ausgearbeitet und in Kraft gesetzt, um die Stromoberwellen erzeugenden Produkte zu kontrollieren und den Import irgendeines Produkts, das die vorstehend erwähnten Regelungen nicht erfüllt, zu unterlassen.

Daher wurde eine Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors untersucht und entwickelt, um einen Systemleistungsfaktor zu verbessern, und sie wird im allgemeinen in aktive und passive Verfahren eingeteilt.

Zuallererst umfaßt ein passives Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Spule L1 zum Sperren eines momentanen Anstiegs des Stroms am Ausgangsanschluß des Brückengleichrichters 11 oder am Netzanschluß 1 und zum Entladen der akkumulierten Energie, um den Leistungsfaktor zu kompensieren, wenn die Richtungen des ansteigenden Stroms geändert werden, und einen Kondensator C2, der mit der Spule L1 parallel geschaltet ist, um die Stromphasen vorwärts zu ziehen, um einen Leistungsfaktor mit der Spule L1 gegenseitig zu kompensieren, wodurch die Impedanz zweckmäßig gesteuert wird.

Das passive Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors ermöglicht, daß das System für primäre Oberwellen (Grundwellen) des Eingangsstroms eine niedrige Impedanz und für die anderen Oberwellen eine hohe Impedanz besitzt, wodurch eine Wellenform des Eingangsstroms verbessert wird. Das passive Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors war bei der herkömmlichen Klimaanlage mit Wechselrichter weitverbreitet.

Die am Brückengleichrichter 11 geprüfte Impedanz ist folgendermaßen:

|Z| = |sC2(sL1C1 + 1)/sC1C2| (wobei s = jw)

Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Formel werden zweckmäßige Werte für L und C ausgewählt, um jeweils eine Impedanz von 0 für die primären Oberwellen und eine unendliche Impedanz für die anderen Oberwellen anzuwenden, wobei tatsächliche Werte für L und C nicht existieren.

Somit wird ein relativ niedriger Wert einer Impedanz auf die primären Oberwellen angewendet, während ein relativ hoher Wert einer Impedanz auf die 3. und 5. Oberwellen angewendet wird, die die Verzerrung des Stroms am stärksten beeinflussen.

Es besteht jedoch ein Problem bei dem herkömmlichen passiven Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage darin, daß der Blindwiderstand der Spule L1, eine Leistungsfaktor- Kompensationsschaltung und eine Kapazität des Kondensators C2 feste Werte besitzen, die anfänglich beim Entwurf der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors festgelegt werden, ungeachtet der Laständerungen des Kompressors 9 und eines festgelegten Leistungsfaktors der Klimaanlage, wodurch sich eine Erhöhung eines Leistungsfaktors im Fall einer großen Last des Kompressors 9, aber eine Senkung eines Leistungsfaktors im Fall einer kleinen Last des Kompressors 9 ergibt, wobei der gesenkte Leistungsfaktor seinem Bezugswert unter dessen Standardnennlast genügt (beispielsweise liegt ein Leistungsfaktor über 90% bei der Standardnennlast des Kompressors 9), während der gesenkte Leistungsfaktor kontinuierlich und proportional unterhalb seinen Bezugswert sinkt, wenn die Last des Kompressors 9 unterhalb seine Nennlast auf ihren Minimalwert fällt (beispielsweise ist ein Leistungsfaktor geringer als 75% bei einer minimalen Last des Kompressors 9).

Ferner besteht ein weiteres Problem bei dem passiven Verfahren der herkömmlichen Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors darin, daß keine Gegenmaßnahme zum Unterdrücken von Stromoberwellen verfügbar ist, selbst wenn sich die Zwischengleichspannung gemäß der Größe der Last des Kompressors 9 ändert.

Als nächstes wird ein aktives Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors offenbart, welches ermöglicht, daß der Strom dieselbe Wellenform erzeugt wie jene der Netzspannung, indem eine Wechselstrom/Gleichstrom- Umwandlungsvorrichtung zwischen den Brückengleichrichter und den Glättungskondensator geschaltet wird, wobei das Verfahren vom gleichen Anmelder offenbart wurde und vorher in der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 95-39229 registriert wurde.

Das vorstehend erwähnte aktive Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors ist wirksam genug, um einen Leistungsfaktor zu erhalten, der sehr nahe bei 1 liegt, und um die Stromoberwellen im gesamten Bereich der Betriebsfrequenz durchzulassen. Es besteht jedoch ein Problem bei dem aktiven Verfahren der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors darin, daß es zu einer schlechten Zuverlässigkeit des Produkts aufgrund seiner komplexen Steuerschaltung und einer hohen Schaltfrequenz führt, die Rauschen verursacht, wodurch als Begleiterscheinung ein Bedarf zum Entwerfen einer Entstörfiltervorrichtung mit zusätzlichen Materialkosten auftritt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage bereitzustellen, die ein induktives Bauelement mit einem Energieakkumulationsweg und ein Schaltelement umfaßt, die mit einer Umwandlungsvorrichtung verbunden sind, und gemäß Laständerungen an einem Kompressor eine Aktivierungszeit des Schaltelements steuert, wodurch ein Leistungsfaktor verbessert wird und Stromoberwellen unterdrückt werden, um die Regelungen über Stromoberwellen, EN60555-2, zu erfüllen.

Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, wird eine Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage bereitgestellt, welche ein Umwandlungsmittel zum Ändern des von einem Netzanschluß eingespeisten Wechselstroms durch einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator in einen Gleichstrom, ein Wechselrichtermittel zum Wechselrichten des aus dem Umwandlungsmittel ausgegebenen Gleichstroms in einen 3- Phasen-Wechselstrom mit einer gewünschten Betriebsfrequenz und einen Kompressor, der sich gemäß dem aus dem Wechselrichtermittel ausgegebenen 3-Phasen-Wechselstrom dreht, aufweist, wobei die Vorrichtung umfaßt:
ein Spannungserfassungsmittel zum Erfassen der Größe der vom Netzanschluß eingespeisten Spannung;
ein Spannungsphasenerfassungsmittel zum Erfassen der Phase der vom Netzanschluß eingespeisten Spannung;
ein Steuermittel zum Ausgeben eines Schaltsignals, um mit einem Potentialnullpunkt der vom Spannungsphasenerfassungsmittel eingespeisten Spannung zu synchronisieren, wodurch ermöglicht wird, daß sich die Phase des Eingangsstroms jener der Eingangsspannung nähert; und
ein Mittel zur Verbesserung des Leistungsfaktors, um gemäß dem aus dem Steuermittel ausgegebenen Schaltsignal zu bewirken, daß sich die Phase des Eingangsstroms jener der Eingangsspannung nähert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan zur Erläuterung eines herkömmlichen passiven Verfahrens der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors eines Wechselrichtersystems;

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung von Wellenformen der Spannung und des Stroms ohne einen L-C-Filter, der in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 ein Schaltungsblockdiagramm eines aktiven Verfahrens der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen detaillierten Schaltplan eines Spannungserfassungsmittels und eines Spannungsphasenerfassungsmittels, die in Fig. 3 gezeigt sind;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung von Torsignalen und Betriebsstromwellen eines induktiven Bauelements und eines Schaltelements gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung von Basisdaten der Betriebsfrequenz eines Kompressors als Funktion des Schaltelements; und

Fig. 7 einen Ablaufplan zur Erläuterung der Prozeduren zur Steuerung des Schaltelements gemäß einer Betriebsfrequenz eines Kompressors in der Erfindung.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert. Fig. 3 ist ein Schaltplan eines aktiven Verfahrens der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors gemäß der Ausführungsform der Erfindung, während Fig. 4 ein detaillierter Schaltplan des Spannungserfassungsmittels und des Spannungsphasenerfassungsmittels ist, die in Fig. 3 gezeigt sind.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, dient das Umwandlungsmittel 100 dazu, den vom Netzanschluß 1 eingespeisten Wechselstrom durch Gleichrichten und Glätten in einen Gleichstrom umzuwandeln. Das Umwandlungsmittel 100 umfaßt einen Gleichrichter 102 zum Gleichrichten der elektrischen Wellen des vom Netzanschluß 1 eingespeisten Wechselstroms zu vorbestimmten Gleichstromwellen und einen Glättungskondensator C1, der mit einem Ausgangsanschluß des Gleichrichters 102 verbunden ist, zum gleichzeitigen Filtern von Welligkeiten des gleichgerichteten Gleichstroms und Laden der gleichgerichteten Gleichspannung.

Das Stromerfassungsmittel 110 erfaßt einen Netzstrom des Eingangswechselstroms, der vom Netzanschluß 1 kommt. Das Spannungserfassungsmittel 120 erfaßt eine Netzspannung der Eingangswechselspannung, die vom Netzanschluß 1 kommt, wobei das Spannungserfassungsmittel 120 umfaßt: einen Abspanntransformator TX1 zum Empfangen einer aus dem Netzanschluß 1 ausgegebenen Eingangswechselspannung an seiner Primärseite und zum Verringern derselben auf eine vorbestimmte niedrige Spannung zum Anlegen an seine Sekundärseite, einen Widerstand R1 zum Beschränken der Stromkomponente der durch den Abspanntransformator TX1 in der Spannung verringerten Wechselspannung, einen Brückengleichrichter 122 zum Gleichrichten der abgespannten Wechselspannung zu einer vorbestimmten Gleichspannung, einen Glättungskondensator C2, der mit einem Ausgangsanschluß des Brückengleichrichters 122 verbunden ist, zum Filtern von Welligkeiten der gleichgerichteten Gleichspannung, eine Zenerdiode Dz zum Überbrücken nur eines vorbestimmten Pegels der Durchbruchspannung von der durch den Glättungskondensator C2 gefilterten Gleichspannung, um ein vorbestimmtes Potential einer konstanten Spannung zu liefern, eine Diode D7 zum Beschränken eines Maximalwerts der durch die Zenerdiode Dz überbrückten Durchbruchspannung, und einen Widerstand R2 zum Einspeisen der durch den Glättungskondensator C2 gefilterten Gleichspannung in das Steuermittel (später beschrieben).

Das Spannungsphasenerfassungsmittel 130 erfaßt eine Spannungsphase (eine Netzfrequenz) einer Wechselspannung, die vom Netzanschluß 1 eingespeist wird, wobei das Spannungsphasenerfassungsmittel 130 umfaßt: einen bidirektionalen Optokoppler 132 zum Empfangen der durch den Abspanntransformator TX1 in der Spannung verringerten Wechselspannung über Widerstände R3, R4, um an einem Potentialnullpunkt der Eingangswechselspannungen einzuschalten, einen Transistor TR1 zum Empfangen einer von außen angelegten Spannung (5 Volt) über Widerstände R5, R6, wenn der Transistor TR1 aktiviert wird, um dadurch seine Einschaltoperation auszuführen, einen Transistor TR2 zum Empfangen einer von außen eingespeisten Spannung von 5 V über einen Widerstand R7, um seine Einschaltoperation auszuführen, wenn der Transistor TR1 seine Einschaltoperation ausführt, wodurch Kondensatoren C3, C4 zum Stabilhalten des Potentials des Steuermittels, um jeglichen fehlerhaften Betrieb zu verhindern, wenn die Transistoren TR1, TR2 ihre Einschaltoperationen durchführen, und ein Widerstand R8 zum Eingeben eines niedrigen Pegels eines Spannungssignals in das Steuermittel bei einem Netzpotential-Nullpunkt der Eingangswechselspannung synchronisieren, wenn der Transistor TR2 aktiviert wird.

Ferner ist das Steuermittel 140 ein Mikrocomputer, der ein Schaltsignal ausgibt, um zu ermöglichen, daß eine Wellenform des vom Netzanschluß 1 eingespeisten Stroms nahe jener einer Sinuswelle ist, durch Synchronisieren mit einem Signal, das am Nullpotential der Eingangswechselspannung (ein niedriger Pegel eines Spannungssignals) erzeugt wird, welches vom Spannungsphasenerfassungsmittel 130 eingegeben wird, und zum Ausgeben eines Wechselrichter-Ansteuersignals durch Festlegen einer Betriebsfrequenz des Kompressors 162 gemäß einer Außenraumbedingung und einem Befehl einer Innenraumeinheit. Das Steuermittel 140 speichert auf einer ROM-Tabelle einen Basissteuerwert (Aktivierungszeit) des Schaltelements SW1, der einer Betriebsfrequenz des Kompressors 162 entspricht, und Daten der Frequenz als Funktion der Spannung (F/V) zum Halten eines Spaltmagnetflusses (V/F) des Kompressors 162 auf seinem Nennwert gemäß einem Pegel der Netzspannung, der von dem Spannungserfassungsmittel 120 eingegeben wird.

Darüber hinaus dient das Mittel 150 zur Verbesserung des Leistungsfaktors dazu, einen Leistungsfaktor durch Ermöglichen, daß die Phase des Eingangsstroms nahe jener der Eingangsspannung ist, als Reaktion auf das aus dem Steuermittel 140 ausgegebene Schaltsignal zu verbessern. Das Mittel 150 zur Verbesserung des Leistungsfaktors umfaßt ein induktives Bauelement L5 zum Speichern des Stroms durch Anschluß an einen Ausgangsanschluß des Gleichrichters 102 des Umwandlungsmittels 100, wenn eine positive +Spannung angelegt wird, und zum Verzögern der Phasen des Stroms durch kontinuierliches Leiten von so viel Strom, wie gespeichert ist, in dieselbe Richtung, wenn die negative -Spannung angelegt wird, ein Zerhackerschaltelement SW1, das gemäß dem vom Steuermittel 140 gesandten Schaltsignal ein/ausgeschaltet wird, und mit dem induktiven Bauelement L5 verbunden wird, zu dem der Strom zwangsweise geleitet wird, eine Diode D5 zum Leiten des am induktiven Bauelement L5 gespeicherten Stroms, wenn das Schaltelement SW1 eine Ausschaltoperation durchführt, und eine Diode D6 zum Schützen des Schaltelements SW1.

Außerdem schaltet in der Zeichnung der Wechselrichter 160 sechs Leistungstransistoren (nicht dargestellt) gemäß einem aus dem Steuermittel 140 ausgegebenen Ansteuersignal abwechselnd ein und aus und ändert den aus dem Umwandlungsmittel 100 ausgegebenen Gleichstrom auf eine variable Frequenz und den 3-phasigen (u-, v- und w-Phase) Wechselstrom, um dadurch denselben zum Kompressor 162 zu liefern.

Die Betriebswirkungen der vorstehend konstruierten Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für die Klimaanlage werden nachstehend beschrieben.

Wenn vom Netzanschluß 1 ein Wechselstrom angelegt wird, wird der Wechselstrom durch den Gleichrichter 102 im Umwandlungsmittel 100 zu einem vorbestimmten Gleichstrom gleichgerichtet, dessen Welligkeiten durch den Glättungskondensator C1 gefiltert werden, um ihn dadurch in einen gefilterten Gleichstrom überzuführen.

Wie vorstehend beschrieben, wird der Glättungskondensator C1 mit relativ großer Kapazität für kleine Welligkeiten des in das Umwandlungsmittel 100 eingespeisten Gleichstroms verwendet, wodurch der Wechselstrom in den Gleichstrom umgewandelt wird. Der Glättungskondensator C1 verzerrt den Eingangsstrom (Is) in eine Nicht-Sinus-Welle, wie in Fig. 2 gezeigt.

Die Erfindung steuert die Phasen des Stroms, um näher an jene der Spannung zu gelangen, indem das induktive Bauelement L5 und das Zerhackerschaltelement SW1 verbunden werden.

Zuallererst legt der Strom, der im induktiven Bauelement L5 fließt, welches mit dem Ausgangsanschluß des Gleichrichters 102 des Umwandlungsmittels 100 verbunden ist, den Netzeingangsstrom fest. Der im induktiven Bauelement L5 fließende Strom wird durch die Spannung an beiden Enden des induktiven Bauelements L5 gesteuert.

Wenn eine positive +Spannung an beide Enden des induktiven Bauelements L5 angelegt wird, wirkt das induktive Bauelement L5 als Senke, um den Strom zu leiten und zu speichern. Wenn die negative -Spannung an beide Enden des induktiven Bauelements L5 angelegt wird, wirkt das induktive Bauelement L5 als Quelle, um den gespeicherten Strom kontinuierlich in dieselbe Richtung zu leiten. Um die vorstehend erwähnte Eigenschaft des induktiven Bauelements L5 zu nutzen, wird ein relativ großer Wert des induktiven Bauelements L5 zum Leiten des Stroms Is verwendet, wobei seine Phasen stark verzögert werden, wie in Fig. 5(a) gezeigt.

Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Energieakkumulationsweg gebildet wird, um zwangsweise eine positive +Spannung des induktiven Bauelements L5 am vorstehend erwähnten Teil der verzögerten Phasen anzulegen, fließt der Strom Is entlang einer gestrichelten Linie, wie in Fig. 5(a) gezeigt. Daher wird das Zerhackerschaltelement SW1, wie z. B. ein Bipolartransistor IGBT mit isolierter Gateelektrode usw., veranlaßt, den Strom zwangsweise zum induktiven Bauelement L5 zu leiten, indem es mit einem Gleichstromanschluß (-) am hinteren Ende des induktiven Bauelements L5 verbunden wird, wodurch der Stromfluß innerhalb einer gewünschten Zone gesteuert wird.

Als nächstes wird nachstehend der Energieakkumulationsmechanismus des induktiven Bauelements L5 beschrieben.

Wenn eine vom Netzanschluß 1 in die Primärseite des Abspanntransformators TX1 eingespeiste Wechselspannung in eine vorbestimmte Wechselspannung transformiert wird und dann an seine Sekundärseite angelegt wird, wird die Wechselspannung über die Widerstände R3, R4 an den Optokoppler 132 des Spannungsphasenerfassungsmittels 130 angelegt, welcher seine Einschaltoperation am Potentialnullpunkt der Wechselspannung ausführt.

Wenn der Optokoppler 132 aktiviert wird, führen die Transistoren TR1, TR2 ebenfalls die Einschaltoperation aus, um einen niedrigen Pegel des Spannungssignals, das am vom Spannungsphasenerfassungsmittel 130 eingegebenen Nulleistungspotential der Wechselspannung synchronisiert wird, zum Steuermittel 140 zu übertragen.

Folglich gibt das Steuermittel 140 an einen Gateanschluß des Schaltelements SW1 das in Fig. 5(b) gezeigte Schaltsignal aus, um zu ermöglichen, daß die Phasen des Eingangsstroms, der im induktiven Bauelement L5 fließt, nahe bei jenen der Eingangsspannung liegen, durch Synchronisieren mit einem Signal, das am vom Spannungserfassungsmittel 130 eingegebenen Potentialnullpunkt (einem niedrigen Pegel des Spannungssignals) der Wechselspannung erzeugt wird.

Wenn das Schaltelement SW1 gemäß dem vom Steuermittel 140 gesandten Schaltsignal eingeschaltet wird, wird eine positive + Spannung an beide Enden des induktiven Bauelements L5 angelegt, um den Strom in dem Moment, in dem das Schaltelement SW1 eingeschaltet wird, fließen zu lassen. Folglich fließt der Strom zwangsweise durch das induktive Bauelement L5 und das Schaltelement SW1, wodurch sich die Änderungen von der in der gestrichelten Linie in Fig. 5(a) gezeichneten Zone zeigen, wo der Strom Is auf jenen in Fig. 5(b) ansteigt, und auf jenen in Fig. 5(c), wenn das Schaltelement SW1 eingeschaltet wird.

Nachdem eine am Steuermittel 140 vorgewählte Zeit gemäß der Betriebsfrequenz des Schaltelements SW1 und dem am Kompressor geladenen Strom verstreicht, wird zu diesem Zeitpunkt das Schaltelement SW1 abgeschaltet. Der gespeicherte Strom fließt jedoch kontinuierlich durch eine Diode D5, selbst nachdem das Schaltelement SW1 abgeschaltet wurde. Daher wird der Strom Is ein wenig verringert, wie bei der gestrichelten Linie von Fig. 5(a) gezeigt.

Später wird die Zwischengleichspannung an beiden Enden des induktiven Bauelements L5 kleiner als eine Spannung Ld am vorderen Ende des induktiven Bauelements L5 und dann wird die positive +Spannung angelegt, um den Strom zu erhöhen. Folglich wird die Spannung am vorderen Ende des induktiven Bauelements L5 kleiner als jene der Zwischengleichspannung und die negative -Spannung wird angelegt. Zu diesem Zeitpunkt fließt der gespeicherte Strom, ohne daß irgendein Strom von der Stromquelle eingespeist wird, nur um die Menge des gespeicherten Stroms zu senken.

Der geladene und aktuelle Strom, der am induktiven Bauelement L5 fließt, wird zusammen addiert, um zu ermöglichen, daß die Phasen des Stroms kompensiert werden, damit sie ein wenig näher an jenen der Spannung liegen, und die Wellenform des Stroms wird ähnlich der Sinuswelle von einer Impulswellenform. Da der Systemleistungsfaktor durch die Phasendifferenz zwischen dem Strom und der Spannung und eine Amplitude der Grundwellen wie durch die folgende Formel definiert ist, wobei θ und Is1 bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren gesteuert werden, wird dadurch der Leistungsfaktor verbessert und die Regelungen über Stromoberwellen werden erfüllt.

L.F. = P/S = VsIs1 cosθ/VsIs = (Is1/Is) cosθ

Als nächstes werden mit Bezug auf Fig. 6 und 7 die Betriebsprozeduren zur Steuerung des Schaltelements SW1 gemäß den Änderungen der Last (einer Betriebsfrequenz des Kompressors) beschrieben.

Fig. 7 ist ein Ablaufplan zur Erläuterung der Betriebsprozeduren zur Steuerung des Schaltelements gemäß der Betriebsfrequenz des Kompressors bei der Erfindung. S in Fig. 7 symbolisiert jeden Schritt.

Zuallererst legt bei S1 das Steuermittel 140 auf seiner ROM-Tabelle Basisdaten (Aktivierungszeit) des Schaltelements SW1, um gemäß einer Betriebsfrequenz des Kompressors 162 zu erhöhen oder zu senken, und eine Vielzahl von Daten der Frequenz als Funktion der Spannung (F/V), um den Spaltmagnetfluß (V/F) des Kompressors 162 auf seinem Nennwert zu halten, fest.

Wenn die Betriebsfrequenz des Kompressors 162 steigt, erhöht der Basisdatenwert des Schaltelements SW1 seine Aktivierungszeit, um die Menge der am induktiven Bauelement L5 gespeicherten Energie zu erhöhen. Wenn die Menge des geladenen Stroms zunimmt, erhöht der Eingangsstrom den am Pseudoweg fließenden Strom hoch genug, um näher an den Komponentenwert der Grundwellen zu gelangen, wodurch seine Oberwellen unterdrückt werden. Wenn der Eingangsstrom Is von Fig. 5(a) steigt, wird folglich die Aktivierungszeit des Schaltelements SW1 gesteuert, um den Strom an der gestrichelten Linie deutlich zu erhöhen.

Anschließend wird in Schritt S2 festgestellt, ob die Netzfrequenz 50 Hz ist, indem am Spannungsphasenerfassungsmittel 130 die Spannungsphasen der vom Netzanschluß 1 eingespeisten Wechselspannung erfaßt werden. Wenn ja (JA), geht der Ablauf zu S3 weiter, wo das Steuermittel 140 die Betriebsfrequenz des Kompressors 162 gemäß den Außenraumbedingungen und den Befehlen der Innenraumeinheit festlegt, um die Aktivierungszeit des Schaltelements festzulegen, welche der auf der ROM-Tabelle bei S1 vorgewählten Betriebsfrequenz des Kompressors entspricht.

Wenn als Ergebnis der Feststellung bei S2 nicht 50 Hz (NEIN), sondern beispielsweise 60 Hz als Basisbetriebsfrequenz des Kompressors gegeben sind, geht der Ablauf weiter zu S21, wo das Steuermittel 140 die Aktivierungszeit des Schaltelements SW1 um so viel wie Dt1 (beispielsweise: 0,1 ms), das heißt, so viel wie die erhöhte Netzfrequenz, aus seinem auf der ROM-Tabelle bei S1 vorgewählten Basiswert verkürzt, und gleichzeitig geht der Ablauf zu S3 weiter.

Bei S4 wird eine Unterscheidung hinsichtlich dessen, ob der Pegel der Netzspannung niedrig ist, durch Erfassen der Größe der vom Netzanschluß 1 eingespeisten Netzwechselspannung durchgeführt. Wenn die Spannung nicht niedrig ist (NEIN), geht der Ablauf zu S5 weiter, wo die am besten geeignete Betriebsfrequenz als Funktion der Spannung (F/V) entsprechend dem Pegel der Netzspannung aus einer Vielzahl von bei S1 vorgewählten ROM-Tabellen ausgewählt wird.

Mit anderen Worten, wenn nur eine Tabelle für die Frequenz als Funktion der Spannung (F/V) zum Betreiben des Kompressors 162 an einem Ort wie China, wo die Netzspannung durch den Wicklungswiderstand stark sinkt, der an der Primärseite eines Motors am Kompressor 162 erzeugt wird, in einem Betriebsbereich von niedriger Frequenz unter niedriger Spannung (im Bereich unterhalb 180 V) festgelegt ist, sinkt der Spaltmagnetfluß (V/F) des Kompressors 162 ebenfalls, so daß folglich das Drehmoment gesenkt wird, wodurch sich Fälle ergeben, in denen das Anfangsdrehmoment unzureichend ist.

Ferner steigt bei einer hohen Spannung, wenn eine anormal hohe Spannung zwischen den Drähten angelegt wird, der Anregungsstrom mit der magnetischen Sättigung des Motors am Kompressor 162, wodurch eine Wirtschaftlichkeit des Systems und sein Leistungsfaktor verringert werden. Daher ist es schwierig, die spezifische Frequenz als Funktion der Spannung (F/V) zu treffen. Um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, werden durch Vorberechnungen eine Vielzahl von Daten der Frequenz als Funktion der Spannung (F/V) festgelegt und der Spaltmagnetfluß (V/F) wird auf seinem Nennwert gehalten durch Festlegen des am besten geeigneten F/V, das die Wirtschaftlichkeit nicht verringert, in Abhängigkeit von den Pegeln der Netzspannung.

Wenn als Ergebnis der Unterscheidung bei S4 der Pegel der Netzspannung niedrig ist (JA), ist die Spannung unzureichend, so daß ein niedriges Drehmoment im Bereich der hohen Frequenz verursacht wird. Somit geht der Ablauf zu S41 weiter, wo das Steuermittel 140 eine maximale Betriebsfrequenz des Kompressors 162 festlegt, die niedriger ist als seine maximale Grundbetriebsfrequenz zum Antreiben des Kompressors 162, wodurch sein Betrieb im gesamten Bereich der Betriebsfrequenz stabil gehalten wird.

Anschließend schaltet bei S6 der Wechselrichter 160 die sechs Leistungstransistoren (nicht dargestellt) gemäß den Ansteuersignalen, die aus dem Steuermittel 140 ausgegeben werden, abwechselnd ein und aus, und wandelt den aus dem Umwandlungsmittel 100 ausgegebenen Gleichstrom in einen 3- phasigen (u-, v- und w-Phase) Wechselstrom um, um den Kompressor 162 zu drehen.

Gleichzeitig erfassen das Spannungserfassungsmittel 120 und das Spannungsphasenerfassungsmittel 130 die Eingangsspannung (Änderung der F/V-Daten) und die Spannungsphasen (Netzfrequenz), um die Phasen des Eingangsstroms zu steuern, so daß die Phasen des Eingangsstroms näher an jene der Spannung gelangen können, und die Aktivierungszeit des Schaltelements SW1 wird gemäß der Betriebsfrequenz (Änderungen der Last) des Kompressors 162 steuerbar geändert, um den Leistungsfaktor zum Steuern des gesamten Betriebsbereichs bei etwa 0,95 zu halten, was EN60555-2, die Regelungen über Stromoberwellen, vollständig erfüllt.

Als Ergebnis eines Versuchs mit der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors der Erfindung, die in eine Klimaanlage eingebaut ist, hat die Erfindung einen äußerst hohen Leistungsfaktor gezeigt, der höher ist als beim früheren herkömmlichen passiven Verfahren. Sie erfüllt auch angemessen die Regelungen über Stromoberwellen, EN60555-2, die durch die International Electronical Commission (IEC) in Kraft gesetzt wurden. Selbst wenn die Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors der Erfindung einen Leistungsfaktor ähnlich jenem ihres herkömmlichen aktiven Verfahrens ergibt, verwendet sie eine niedrige Betriebsfrequenz, wodurch die Produktzuverlässigkeit verbessert wird, es leicht gemacht wird, einen Entstörfilter für Störstrahlung zu entwerfen, und eine Betriebssteuerung vereinfacht wird. Daher kann die Erfindung zur Verbesserung eines Leistungsfaktors und zur Steuerung der Stromoberwellen in einem beliebigen System mit Wechselrichter verwendet werden.

Wie aus dem vorangehenden ersichtlich ist, besteht ein Vorteil bei der Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung darin, daß das induktive Bauelement mit einem Energieakkumulationsweg und das Schaltelement mit einem Umwandlungsmittel verbunden sind und die Aktivierungszeit des Schaltelements gemäß den Änderungen der Last des Kompressors gesteuert wird, wodurch ein Leistungsfaktor der Klimaanlage verbessert wird und die Regelungen von EN60555-2 durch Unterdrücken der Stromoberwellen erfüllt werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage, welche ein Umwandlungsmittel (100) zum Umwandeln des von einem Netzanschluß (1) eingespeisten Wechselstroms in einen Gleichstrom mittels eines Gleichrichters (102) und eines Glättungskondensators (C1), ein Wechselrichtermittel (160) zum Wechselrichten des aus dem Umwandlungsmittel (100) ausgegebenen Gleichstroms in einen 3-Phasen-Wechselstrom mit einer gewünschten Betriebsfrequenz und einen Kompressor (162) zum Drehen gemäß dem aus dem Wechselrichtermittel (160) ausgegebenen 3-Phasen-Wechselstrom aufweist, wobei die Vorrichtung umfaßt:
ein Spannungserfassungsmittel (120) zum Erfassen der Größe der vom Netzanschluß (1) eingespeisten Spannung;
ein Spannungsphasenerfassungsmittel (130) zum Erfassen der Phase der vom Netzanschluß (1) eingespeisten Spannung;
ein Steuermittel (140) zum Ausgeben eines Schaltsignals, um mit einem vom Spannungsphasen­ erfassungsmittel (130) eingegebenen Potentialnullpunkt der Spannung zu synchronisieren, wodurch ermöglicht wird, daß sich die Phase des Eingangsstroms jener der Eingangsspannung nähert; und
ein Mittel (150) zur Verbesserung des Leistungsfaktors, um gemäß dem aus dem Steuermittel (140) ausgegebenen Schaltsignal zu bewirken, daß sich die Phase des Eingangsstroms jener der Eingangsspannung nähert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel (150) zur Verbesserung des Leistungsfaktors umfaßt:
ein induktives Bauelement (L5) zum Kompensieren der Phasen des Eingangsstroms; und
ein Schaltelement (SW1), das als Reaktion auf ein vom Steuermittel erzeugtes Schaltsignal geschaltet wird, um den Eingangsstrom zum induktiven Bauelement (L5) zu leiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuermittel (140) die Werte der Frequenz als Funktion der Spannung des Kompressors (162) gemäß dem vom Spannungserfassungsmittel (120) erfaßten Pegel der Eingangsspannung ändert und die niedrige Eingangsspannung durch Verringern einer maximalen Betriebsfrequenz des Kompressors (162) steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuermittel (140) Basiswerte zum Steuern der Aktivierungszeit des Schaltelements (SW1) im Verhältnis zu einer Betriebsfrequenz des Kompressors (162) speichert und die Basiswerte gemäß den vom Spannungsphasen­ erfassungsmittel (130) erfaßten Phasen der Eingangsspannung ändert.

5. Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage, welche ein Umwandlungsmittel (100) zum Umwandeln des von einem Netzanschluß (1) eingespeisten Wechselstroms in einen Gleichstrom, ein Wechselrichtermittel (160) zum Wechselrichten des aus dem Umwandlungsmittel (100) ausgegebenen Gleichstroms in einen 3-Phasen-Wechselstrom mit einer gewünschten Betriebsfrequenz und einen Kompressor (162), der sich gemäß dem aus dem Wechselrichtermittel (160) ausgegebenen 3- Phasen-Wechselstrom dreht, aufweist, wobei die Vorrichtung das induktive Bauelement (L5) und das Schaltelement (SW1) zwischen einen Gleichrichter (102) und einen Glättungskondensator (C1) schaltet und eine Aktivierungszeit des Schaltelements (SW1) gemäß einer Betriebsfrequenz des Kompressors (162) proportional steuert.

6. Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage, welche ein Umwandlungsmittel (100) zum Umwandeln des von einem Netzanschluß (1) eingespeisten Wechselstroms durch einen Gleichrichter (102) und einen Glättungskondensator (C1) in einen Gleichstrom, ein Wechselrichtermittel (160) zum Wechselrichten des aus dem Umwandlungsmittel (100) ausgegebenen Gleichstroms in einen 3-Phasen-Wechselstrom mit einer gewünschten Betriebsfrequenz und einen Kompressor (162), der sich gemäß dem aus dem Wechselrichtermittel (160) ausgegebenen 3- Phasen-Wechselstrom dreht, aufweist, wobei die Vorrichtung umfaßt:
ein induktives Bauelement (L5) zum Kompensieren der Phasen des Eingangsstroms zwischen dem Gleichrichter (102) und dem Glättungskondensator (C1);
ein Schaltelement (SW1), das geschaltet wird, um den Eingangsstrom zu leiten; und
ein Steuermittel (140) zur proportionalen Steuerung einer Aktivierungszeit des Schaltelements (SW1) gemäß einer Betriebsfrequenz des Kompressors (162).

7. Vorrichtung zur Verbesserung des Leistungsfaktors für eine Klimaanlage, welche ein Umwandlungsmittel (100) zum Umwandeln des von einem Netzanschluß (1) eingespeisten Wechselstroms mit einem Gleichrichter (102) und einem Glättungskondensator (C1) in einen Gleichstrom, ein Wechselrichtermittel (160) zum Wechselrichten des aus dem Umwandlungsmittel (100) ausgegebenen Gleichstroms in einen 3-Phasen-Wechselstrom mit einer gewünschten Betriebsfrequenz und einen Kompressor (162), der sich gemäß dem aus dem Wechselrichtermittel (160) ausgegebenen 3- Phasen-Wechselstrom dreht, aufweist, wobei die Vorrichtung umfaßt:
ein induktives Bauelement (L5) zum Kompensieren der Phasen des Eingangsstroms zwischen dem Gleichrichter (102) und dem Glättungskondensator (C1);
ein Schaltelement (SW1), das geschaltet wird, um den Eingangsstrom zu leiten;
ein Spannungsphasenerfassungsmittel (130) zum Erfassen der Phasen der Eingangsspannung zwischen dem Netzanschluß (1) und dem Gleichrichter (102); und
ein Steuermittel (140) zur proportionalen Steuerung einer Aktivierungszeit des Schaltelements (SW1) gemäß einer Betriebsfrequenz des Kompressors (162).