ES2833364T3 - Unidad convertidora, controlador de accionamiento, motor y compresor - Google Patents

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Kiyotaka Sumito
Takesi Satou
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Abstract

Un controlador de accionamiento (1) que comprende: una unidad convertidora (10) y una sección del inversor (20) configurada para convertir una corriente continua suministrada de la unidad convertidora (10) en una corriente alterna para suministrar la corriente alterna a una carga (2), comprendiendo dicha unidad convertidora (10): un reactor (5) conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna (CA); un circuito convertidor (9) que incluye dos dispositivos de rectificación (6a, 6b) y dos dispositivos de conmutación (7a, 7b) estando conectado cada dispositivo de conmutación (7a, 7b) en paralelo a un dispositivo de rectificación (6a, 6b); una sección de accionamiento (11a, 11b) configurada para accionar el circuito convertidor (9); un condensador de suavizado (14) configurado para suavizar una corriente emitida del circuito convertidor (9); y una sección de control (15) configurada para usar una onda portadora de una frecuencia igual o inferior a 10 kHz para controlar la sección de accionamiento (11a, 11b), en donde la sección de control (15) usa tanto una onda de señal (A1) de un factor de modulación que corresponde a una carga (2) como la onda portadora (A0) para generar una señal de PWM (S1), y proporciona la señal de PWM (S1) a la sección de accionamiento (11a, 11b) para realizar control de convertidor de PWM para suprimir armónicos de línea eléctrica, y la sección de control (15) no realiza control de convertidor de PWM para encender y apagar el dispositivo de conmutación (7a, 7b) en una región de carga baja en la que la carga (2) es relativamente baja, y realiza el control del convertidor de PWM en una región de carga alta en la que la carga (2) es relativamente alta.

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad convertidora, controlador de accionamiento, motor y compresor
Antecedentes de la invención
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a una unidad convertidora que incluye un dispositivo de conmutación en una sección de rectificación para suprimir los armónicos de línea eléctrica, y se refiere a un controlador de accionamiento, a un motor, y a un compresor que cada uno incluye la unidad convertidora.
Estado de la técnica
Una unidad inversora que suministra una corriente de accionamiento a una carga tal como un motor incluye: una sección de convertidor configurada para convertir una corriente alterna de una fuente de alimentación de corriente alterna en una corriente continua; una sección del inversor configurada para convertir la corriente continua suministrada de la sección del convertidor en una corriente alterna y para suministrar la corriente alterna a la carga; y una sección de control. La sección de control realiza control de modulación de anchura de pulso (PWM) o control de modulación de amplitud de pulso (PAM) que tiene como objetivo suprimir armónicos de corriente de entrada, y de esta manera se suministra una corriente de accionamiento con una tensión y frecuencia apropiadas a la carga.
Junto con la reducción de tamaño y mejora en el rendimiento de un producto que usa la unidad inversora, se aumenta una frecuencia de una onda portadora (una frecuencia portadora) que es la referencia del control de supresión de armónico, y por ejemplo, se usa una frecuencia portadora de aproximadamente 15 kHz a aproximadamente 35 kHz.
La sección del convertidor típicamente incluye un reactor conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna, una pluralidad de diodos rectificadores, y un condensador de suavizado.
Existe un caso en el que, como una contramedida a los armónicos, para suprimir una corriente armónica generada por la sección del convertidor, un dispositivo de conmutación de semiconductores está conectado en paralelo a los diodos rectificadores y los dispositivos de conmutación se conectan y desconectan para llevar la forma de onda cerca de una onda sinusoidal (por ejemplo, documentos JP 3-3664 o US 2007/279955).
En la actualidad, en una sección de control de supresión de armónico en la unidad convertidora, se usa principalmente una onda portadora de frecuencia alta. Sin embargo, cuando la frecuencia de la onda portadora es alta, se aumenta la sobretensión drástica generada en la forma de onda por cada conmutación. Por consiguiente, para suprimir de manera suficiente el ruido provocado por la sobretensión, es prácticamente necesario un filtro de ruido de alta especificación, además de los dispositivos de conmutación conectados en paralelo a los diodos rectificadores en el documento JP 3-3664 A.
Tales contramedidas de ruido son elevadas en coste, y si la frecuencia continúa aumentando, el filtro de ruido puede provocar el aumento de tamaño. Por lo tanto, está limitado a confinar la contramedida del ruido al tamaño del controlador.
Además, el dispositivo de conmutación necesario para las contramedidas de ruido está acompañado con pérdidas cada vez que se conecta y desconecta. Por lo tanto, la frecuencia superior puede aumentar la pérdida de conmutación.
Por consiguiente, es un objeto de la presente invención tomar contramedidas de manera suficiente contra el ruido a bajo coste y mejorar la eficiencia con menor pérdida en una unidad convertidora que incluye un dispositivo de conmutación en una sección de rectificación para suprimir armónicos de línea eléctrica.
Objeto de la invención
Una unidad convertidora de acuerdo con la presente invención incluye: un reactor conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna; un circuito convertidor que incluye un dispositivo de rectificación y un dispositivo de conmutación que está conectado en paralelo al dispositivo de rectificación; una sección de accionamiento configurada para accionar el circuito convertidor; un condensador de suavizado configurado para suavizar una corriente emitida del circuito convertidor; y una sección de control configurada para usar una onda portadora de una frecuencia igual o inferior a 10 kHz para controlar la sección de accionamiento. La sección de control usa tanto una onda de señal de un factor de modulación que corresponde a una carga como la onda portadora para generar una señal de PWM, y proporciona la señal de PWM a la sección de accionamiento. Además, la sección de control no realiza control de convertidor de PWM para encender y apagar el dispositivo de conmutación en una región de carga baja en la que la carga es relativamente baja, y realiza el control del convertidor de PWM en una región de carga alta en la que la carga es relativamente alta.
La unidad convertidora de acuerdo con la presente invención puede incluir adicionalmente una sección de detección de corriente de entrada que está configurada para detectar una corriente de entrada al circuito convertidor, y la sección de control no realiza el control del convertidor de PWM en la región de carga baja en la que la corriente de entrada es relativamente pequeña, y realiza el control del convertidor de PWM en la región de carga alta en la que la corriente de entrada es relativamente grande.
En la unidad convertidora de acuerdo con la presente invención, la corriente de entrada en un momento de conmutación de un estado ACTIVADO en el que se realiza el control del convertidor de PWM a un estado DESACTIVADO en el que no se realiza el control del convertidor de PWM puede ser preferentemente menor que la corriente de entrada en un momento de conmutación del estado DESACTIVADO en el que no se realiza el control del convertidor de PWM al estado ACTIVADO en el que se realiza el control del convertidor de PWM.
La unidad convertidora de acuerdo con la presente invención puede incluir adicionalmente una sección de detección de fase configurada para detectar una fase de la fuente de alimentación de corriente alterna, y la sección de control puede usar preferentemente la fase detectada para generar una señal de PWM que está sincronizada con, o desplazada de, la fase de la fuente de alimentación de corriente alterna.
En la unidad convertidora de acuerdo con la presente invención, la sección de control establece de manera variable el factor de modulación dependiendo de la carga o la corriente de entrada.
En la unidad convertidora de acuerdo con la presente invención, el dispositivo de conmutación preferentemente puede estar conectado en paralelo a cada uno de un par de los dispositivos de rectificación, y el par de los dispositivos de conmutación puede preferentemente suministrarse cada uno con la misma señal de PWM de la sección de accionamiento.
En la unidad convertidora de acuerdo con la presente invención, el dispositivo de conmutación puede estar preferentemente conectado en paralelo a cada uno de un par de los dispositivos de rectificación, y la sección de control puede encender preferentemente uno del par de los dispositivos de conmutación a través de un segmento entero en el que se realiza el control del convertidor de PWM para el otro dispositivo de conmutación.
La unidad convertidora de acuerdo con la presente invención puede incluir adicionalmente una sección de detección de tensión de entrada configurada para detectar una tensión de entrada al circuito convertidor, y la sección de control puede establecer preferentemente un límite superior del factor de modulación basándose en la tensión de entrada.
Un controlador de accionamiento de acuerdo con la presente invención incluye: la unidad convertidora anteriormente descrita; y una sección del inversor configurada para convertir una corriente continua suministrada de la unidad convertidora en una corriente alterna para suministrar la corriente alterna a una carga.
En el controlador de accionamiento de acuerdo con la presente invención, la carga es un motor usado en un compresor que configura un aire acondicionado.
Un motor de acuerdo con la presente invención incluye el controlador de accionamiento anteriormente descrito.
Un compresor de acuerdo con la presente invención incluye: el motor anteriormente descrito; un mecanismo de compresión configurado para ser accionado por el motor para comprimir un fluido; y un alojamiento que aloja el motor y el mecanismo de compresión.
En el compresor de acuerdo con la presente invención, la sección de control puede no realizar preferentemente el control del convertidor de PWM cuando una velocidad de rotación del mecanismo de compresión es relativamente baja, y puede preferentemente realizar el control del convertidor de PWM cuando la velocidad de rotación es relativamente alta.
El compresor de acuerdo con la presente invención puede configurar preferentemente un aire acondicionado.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de control de una unidad convertidora. La unidad convertidora incluye un reactor conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna, un circuito convertidor que incluye un dispositivo de rectificación y un dispositivo de conmutación que está conectado en paralelo al dispositivo de rectificación, un condensador de suavizado configurado para suavizar una corriente emitida del circuito convertidor, y una sección de control configurada para controlar una sección de accionamiento que acciona el circuito convertidor. El método incluye: generar una señal de PWM con uso tanto de una onda de señal de un factor de modulación que corresponde a una carga como una onda portadora de una frecuencia igual o inferior a 10 kHz, y accionar el circuito convertidor; y realizar control de convertidor de PWM para encender y apagar el dispositivo de conmutación en una región de carga alta en la que la carga es relativamente alta sin realizar control de convertidor de PWM en una región de carga baja en la que la carga es relativamente baja.
En el método de control de la unidad convertidora de acuerdo con la presente invención, el control del convertidor de PWM puede no realizarse preferentemente en una región de carga baja en la que una corriente de entrada al circuito convertidor es relativamente pequeña, y puede realizarse preferentemente en la región de carga alta en la que la corriente de entrada es relativamente grande.
De acuerdo con la presente invención, puesto que se usa la onda portadora de una frecuencia baja para el control de supresión de los armónicos de línea eléctrica, es posible reducir suficientemente el ruido provocado por la sobretensión y usar un reactor barato que tiene gran inductancia para la unidad convertidora, a diferencia de un caso en el que la frecuencia de la onda portadora es alta. Por consiguiente, incluso si se elimina la conmutación en la región de carga baja, es posible suprimir los armónicos dentro de un intervalo permisible.
En la región de carga alta, se realiza la conmutación para suprimir los armónicos; Sin embargo, el ruido se reduce suficientemente como se ha mencionado anteriormente debido a una frecuencia de portadora baja en el control de supresión de armónicos. Por lo tanto, es innecesario un filtro de ruido costoso para conmutación de alta frecuencia.
Además, se reduce el número de conmutación por tiempo unitario debido a una frecuencia de portadora baja en el control de supresión de armónicos. Esto hace posible suprimir la pérdida de conmutación del dispositivo de conmutación. Puesto que no se conmuta el dispositivo de conmutación en la región de carga baja, no tiene lugar la pérdida de conmutación por el dispositivo de conmutación.
En consecuencia, de acuerdo con la presente invención, usando la onda portadora de una frecuencia baja en el control de supresión de armónicos hace posible tomar medidas de manera suficiente contra el ruido a bajo coste mientras que se suprimen los armónicos dentro del intervalo permisible, y mejorar la eficacia con menos pérdida.
Descripción de las figuras
La Figura 1 es un diagrama que ilustra un controlador de accionamiento que incluye una unidad convertidora de acuerdo con una realización de la presente invención;
Las Figuras 2A y 2B son diagramas para explicar la generación de una señal de PWM;
Las Figuras 3A y 3B son diagramas para explicar un caso en el que un factor de modulación es mayor que un factor de modulación ilustrado en las Figuras 2A y 2B;
Las Figuras 4A y 4B son diagramas que cada uno ilustra una relación entre una fase de una fuente de alimentación de corriente alterna y una fase de la señal de PWM;
La Figura 5 es un diagrama que ilustra la histéresis proporcionada para la conmutación entre un estado ACTIVADO y un estado DESACTIVADO del control convertidor de PWM;
La Figura 6 es un diagrama que ilustra un controlador de accionamiento que incluye una unidad convertidora de acuerdo con una modificación de la presente invención;
Las Figuras 7A y 7B son diagramas que cada uno ilustra las señales de PWM proporcionadas a las secciones de accionamiento;
La Figura 8 es un diagrama que ilustra un controlador de accionamiento que incluye una unidad convertidora de acuerdo con otra modificación de la presente invención; y
La Figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra un compresor eléctrico que incluye el controlador de accionamiento ilustrado en la Figura 1.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo, se describen algunas realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.
Un controlador de accionamiento 1 para un motor ilustrado en la Figura 1 incluye una sección de convertidor 10 (una unidad convertidora) que convierte una corriente alterna en una corriente continua, y una sección del inversor 20 que convierte la corriente continua suministrada de la sección del convertidor 10 en una corriente alterna y suministra la corriente alterna a un motor 2 (una carga).
El motor 2 es un motor de corriente alterna tal como un motor síncrono de imán permanente y un motor de inducción.
El motor 2 puede aplicarse a un compresor 3 ilustrado en la Figura 9. El compresor 3 incluye el motor 2, el controlador de accionamiento 1 que acciona y controla el motor 2, un mecanismo de compresión 4 que se acciona por el motor 2 para comprimir un refrigerante, y un alojamiento 3A que aloja el motor 2 y el mecanismo de compresión 4. El compresor 3 constituye un aire acondicionado.
La sección del inversor 20 incluye dispositivos de conmutación de semiconductores 21 que corresponden respectivamente a un bobinado de fase u, un bobinado de fase v, y un bobinado de fase w proporcionados en el motor 2.
La sección del inversor 20 suministra, a los bobinados u, v, y w, corrientes de accionamiento que se generan mediante la conmutación de los respectivos dispositivos de conmutación de semiconductores 21.
La configuración de la sección del convertidor 10 se describe a continuación.
La sección del convertidor 10 incluye: un reactor 5; un circuito convertidor 9 que incluye diodos rectificadores 6a y 6b, dispositivos de conmutación 7a y 7b, y diodos de alta velocidad 8a y 8b; secciones de accionamiento 11a y 11b que accionan el circuito convertidor 9; una sección de detección de corriente de entrada 12; una sección de detección de fase 13; un condensador de suavizado 14; y una sección de control 15 que suministra una señal de PWM a cada una de las secciones de accionamiento 11a y 11b para realizar un control de convertidor de PWM para suprimir armónicos de línea eléctrica.
El reactor 5 está conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna CA para mejorar un factor de potencia. Se usa un reactor barato que tiene inductancia mayor que la de un reactor típico usado en el circuito convertidor 9 como el reactor 5. El reactor típico tiene inductancia de, por ejemplo, 0,1 a 0,5 mH que cubre una frecuencia alta de la señal de PWM, mientras que el reactor 5 tiene inductancia de varias decenas a varios cientos de veces mayor que la inductancia del reactor típico, en concreto, tiene inductancia de aproximadamente varios mH a aproximadamente varias decenas de mH.
El par de diodos rectificadores 6a y 6b rectifican una corriente alterna que fluye de manera alterna a través de los mismos.
El par de dispositivos de conmutación 7a y 7b están conectados respectivamente en paralelo a los diodos rectificadores 6a y 6b.
Ejemplos de los dispositivos de conmutación 7a y 7b pueden incluir un dispositivo de conmutación de semiconductores tal como un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) y un transistor de efecto campo de semiconductores de metal óxido (MOSFET). Ejemplos de los dispositivos de conmutación 7a y 7b pueden incluir adicionalmente, además de un MOSFET típico que usa Si, un SJ-MOSFET (un MOSFET que tiene una estructura de súper unión) que usa Si, y un semiconductor de amplio espacio que usa SiC, GaN, Ga2O3, o similares.
El diodo de alta velocidad 8a está conectado en serie al diodo rectificador 6a y al dispositivo de conmutación 7a. El diodo de alta velocidad 8b está conectado en serie al diodo rectificador 6b y al dispositivo de conmutación 7b. Los diodos de alta velocidad 8a y 8b cada uno tiene características de rápida recuperación en las que el tiempo de recuperación reversible (tiempo de recuperación inversa) es breve.
Las secciones de accionamiento 11a y 11b suministran la señal de PWM respectivamente a los dispositivos de conmutación 7a y 7b para accionar el circuito convertidor 9.
La sección de detección de corriente de entrada 12 detecta una corriente suministrada al circuito convertidor 9. La sección de detección de fase 13 detecta una fase de la fuente de alimentación de corriente alterna CA.
El condensador de suavizado 14 suaviza una corriente emitida del circuito convertidor 9.
La sección de control 15 genera la señal de PWM y suministra la señal de PWM a cada una de las secciones de accionamiento 11a y 11b para encender y apagar los dispositivos de conmutación 7a y 7b, conmutando de esta manera si realizar el control del convertidor de PWM para suprimir los armónicos de línea eléctrica, en respuesta a la corriente de entrada detectada por la sección de detección de corriente de entrada 12.
La sección de control 15 usa una onda portadora (una portadora) de una frecuencia igual o inferior a 10 kHz. La sección de control 15 de la presente realización emplea una onda portadora de varios kHz.
La sección de control 15 incluye una sección de ajuste de factor de modulación 151 que establece un factor de modulación que corresponde a una la carga, una sección de generación de señal de PWM 152 que genera la señal de PWM, y una sección de conmutación de control de convertidor de PWM 153 que conmuta si realizar el control del convertidor de PWM.
La sección de ajuste de factor de modulación 151 establece de manera variable el factor de modulación de acuerdo con la carga. La sección de ajuste de factor de modulación 151 puede establecer de manera variable el factor de modulación de acuerdo con la corriente de entrada detectada por la sección de detección de corriente de entrada 12, en lugar de la carga. El "factor de modulación" es una relación de una amplitud de una onda de señal a una amplitud de la onda portadora.
En el caso del motor síncrono de imán permanente, es necesaria salida del inversor mayor ya que la velocidad de rotación del motor aumenta debido a que se aumenta una tensión inducida con el aumento de la velocidad de rotación. También, la tensión de corriente continua tiende a caer en gran medida a medida que aumenta la carga aumenta o aumenta la corriente de entrada. El ajuste variable del factor de modulación hace posible hacer frente a tales circunstancias.
La sección de generación de señal de PWM 152 usa tanto la onda de señal del factor de modulación establecido como la onda portadora para generar la señal de PWM.
La Figura 2A ilustra una onda portadora A0 que es una onda triangular, y una onda de señal A1 que es una onda sinusoidal. La onda portadora A0 puede ser una onda de diente de sierra.
Como se ha mencionado anteriormente, la frecuencia de la onda portadora A0 es de varios kHz. Una frecuencia de la onda de señal A1 es una frecuencia de fuente de alimentación de una fuente de alimentación comercial (la fuente de alimentación de corriente alterna CA). El factor de modulación de la onda de señal A1 a la onda portadora A0 es sustancialmente uno.
La sección de generación de señal de PWM 152 compara la onda portadora A0 con la onda de señal A1, y genera una señal de PWM S1 que está desactivada durante un periodo de tiempo en el que la tensión de la onda de señal A1 es mayor que la tensión de la onda portadora A0. Como se ilustra en la Figura 2b , la señal de PWM S1 variable en anchura de pulso se genera a la frecuencia igual que de la onda portadora A0.
Las Figuras 3A y 3B cada una ilustra un caso en el que el factor de modulación de la onda de señal A1 es mayor que el factor de modulación de la onda de señal A1 ilustrado en las Figuras 2A y 2B. También en este caso, la sección de generación de señal de PWM 152 genera la señal de PWM S1 que está ACTIVADA durante un periodo de tiempo en el que la tensión de la onda de señal A1 es mayor que la tensión de la onda portadora A0, como anteriormente.
La señal de PWM S1 puede establecerse preferentemente a una fase predeterminada por la sección de generación de señal de PWM 152. Esto hace posible mejorar un factor de potencia.
La sección de generación de señal de PWM 152 puede generar la señal de PWM S1 que está sincronizada con el cruce por cero 00 de una fase de la fuente de alimentación como se ilustra en la Figura 4A o está desplazada del cruce por cero 00 de la fase de la fuente de alimentación como se ilustra en la Figura 4B, basándose en la fase de la fuente de alimentación detectada por la sección de detección de fase 13.
La sección de conmutación del control convertidor de PWM 153 (Figura 1) determina si realizar el control del convertidor de PWM para encender y apagar los dispositivos de conmutación 7a y 7b del circuito convertidor 9, basándose en la corriente de entrada detectada por la sección de detección de corriente de entrada 12. La sección de conmutación del control convertidor de PWM 153 suministra la señal de PWM S1 o a una señal de apagado total a cada uno de los dispositivos de conmutación 7a y 7b, basándose en el resultado de determinación.
Se describe la acción del control convertidor de PWM para encender y apagar los dispositivos de conmutación 7a y 7b.
Cuando el dispositivo de conmutación 7a está activado, la fuente de alimentación de corriente alterna CA se cortocircuita por el dispositivo de conmutación 7a y el diodo rectificador 6b a través del reactor 5. Las cargas acumuladas en el reactor 5 en este momento se descargan al condensador de suavizado 14 a través del diodo rectificador 6a y el dispositivo de conmutación 7b cuando el dispositivo de conmutación 7a está desactivado. La tensión de corriente continua emitida del circuito convertidor 9 se aumenta en consecuencia para acercarse a una onda sinusoidal.
Los dispositivos de conmutación 7a y 7b se proporcionan para proporcionar la forma de onda de la corriente continua cerca de una onda sinusoidal encendiéndose y apagándose (el control del convertidor de PWM) para reducir armónicos. Sin embargo, cuando la frecuencia de la onda portadora del control convertidor de PWM es alta, puede aumentarse el ruido provocado por la sobretensión.
En este punto, se describe un caso en el que no se realiza la conmutación de los dispositivos de conmutación 7a y 7b. La señal de PWM S1 que se suministra de la sección de generación de señal de pW m 152 al circuito convertidor 9 a través de las secciones de accionamiento 11a y 11b tiene distorsión mayor que en un caso en el que se realiza la conmutación. En la presente realización, sin embargo, puesto que la inductancia del reactor 5 es grande como se ha mencionado anteriormente, la distorsión se modera por la acción del reactor 5, que puede suprimir los armónicos dentro de un intervalo permisible (un intervalo de restricción) en una región de corriente baja.
Por consiguiente, la sección de conmutación del control convertidor de PWM 153 determina si realizar el control del convertidor de PWM para encender y apagar los dispositivos de conmutación 7a y 7b, en concreto, determina la necesidad del control convertidor de PWM basándose en la corriente de entrada detectada por la sección de detección de corriente de entrada 12.
A continuación, en una región de carga baja en la que la corriente de entrada es relativamente pequeña, se suministra una señal de apagado continuo (una señal de apagado total) a cada una de las secciones de accionamiento 11a y 11b debido a que no se realiza el control del convertidor de PWM. Como resultado, el dispositivo de conmutación 7a y 7b no se conecta y desconecta. En otras palabras, los dispositivos de conmutación 7a y 7b no funcionan en la región de carga baja.
En contraste, en una región de carga alta en la que la corriente de entrada es relativamente grande, la señal de PWM S1 se suministra a las secciones de accionamiento 11a y 11b para realizar el control del convertidor de PWM. Como resultado, los dispositivos de conmutación 7a y 7b se conectan y desconectan.
Por lo tanto, la señal de apagado total indica el estado DESACTIVADO del control convertidor de PWM, y la señal de PWM S1 indica el estado ACTIVADO del control convertidor de PWM.
Aunque el estado ACTIVADO y el estado DESACTIVADO del control convertidor de PWM se conmuta en respuesta a un valor de corriente predeterminado como umbral, la conmutación entre el estado ACTIVADO y el estado DESACTIVADO del control convertidor de PWM puede incluir preferentemente histéresis, como se ilustra en la Figura 5.
En este caso, como se ilustra en la Figura 5, la corriente de entrada Idesactivada en la conmutación del estado ACTIVADO al estado DESACTIVADO es menor que la corriente de entrada Iactivada en la conmutación del estado DESACTIVADO al estado ACTIVADO.
Esto hace posible evitar que el estado ACTIVADO-DESACTIVADO del control convertidor de PWM oscile cuando la corriente de entrada varía entre Iactivada y Idesactivada.
De acuerdo con la presente realización, puesto que se usa la onda portadora de una frecuencia baja para que el control suprima los armónicos de línea eléctrica, es posible reducir suficientemente el ruido provocado por la sobretensión, y usar el reactor barato 5 que tiene inductancia grande para la sección del convertidor 10, a diferencia de un caso en el que la frecuencia de la onda portadora es alta. Por lo tanto, es posible suprimir la generación de los armónicos dentro del intervalo permisible incluso si se elimina la conmutación en la región de carga baja.
En la región de carga alta, se realiza la conmutación para suprimir los armónicos. Sin embargo, puesto que se reduce suficientemente el ruido debido a la frecuencia baja de la onda portadora en el control de supresión de armónicos, es innecesario un filtro de ruido costoso para conmutación de alta frecuencia.
El compresor 3 que incluye el controlador de accionamiento 1 de acuerdo con la presente realización cumple con IEC61000-3-2 que es una norma internacional referente a una corriente armónica.
Además, en la presente realización, el número de conmutación por tiempo unitario se reduce debido a la frecuencia baja de la onda portadora en el control de supresión de armónicos. Por consiguiente, es posible suprimir la pérdida de conmutación en los dispositivos de conmutación 7a y 7b. Puesto que no se conmutan los dispositivos de conmutación 7a y 7b en la región de carga baja, no tiene lugar tal pérdida de conmutación.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente realización, es posible conseguir suficiente contramedida frente a armónicos a bajo coste mientras se suprimen los armónicos dentro del intervalo permisible, y mejorar la eficacia con menos pérdida.
Como se ha mencionado anteriormente, de acuerdo con la presente realización, es posible reducir los armónicos que no contribuyen al rendimiento, y suprimir la pérdida de conmutación. Por lo tanto, en particular, la eficacia en la región de carga baja es alta.
Esto es significativo en el motor 2 que va a aplicarse al compresor para un aire acondicionado, en términos de consumo de energía anual (APF) que es un índice de evaluación para un aire acondicionado que cumple con JIS C9612. Esto es debido a que el APF indica una relación de una suma total de cantidad de calor retirada del aire de una habitación y cantidad de calor proporcionado al aire de una habitación durante un periodo de refrigeración predeterminado y un periodo de calentamiento predeterminado frente a una suma total de potencia eléctrica consumida durante los mismos periodos, y se calcula ponderando la operación en la región de velocidad baja en la que la frecuencia de operación es alta. En otras palabras, la eficiencia en la región de carga baja es importante en el control de accionamiento del motor 2 que opera el compresor 3 del aire acondicionado.
Además, un recinto de un aire acondicionado que aloja el compresor 3 y el controlador de accionamiento 1 tiene afortunadamente suficiente espacio para alojar el reactor 5 que tiene un tamaño que corresponde a la magnitud de la inductancia.
La configuración de la unidad convertidora de acuerdo con la presente invención no está limitada a la configuración de la sección del convertidor 10 anteriormente descrita, y los dispositivos y la conexión alámbrica que van a usarse pueden modificarse de manera apropiada.
Los dispositivos de conmutación 7a y 7b de acuerdo con la realización anteriormente descrita están dispuestos horizontalmente en el circuito ilustrado en la Figura 1. Como alternativa, como se ilustra en la Figura 6, los dispositivos de conmutación 7a y 7b pueden estar dispuestos verticalmente. En el caso de la configuración ilustrada en la Figura 6, los diodos 8a y 8b no se requiere que tengan las características de rápida recuperación.
Como se ilustra en la Figura 7A, es posible formar las señales de PWM S1 y S1 respectivamente proporcionadas a los dispositivos de conmutación 7a y 7b en la misma forma de onda. En el estado ACTIVADO del control convertidor de PWM, los dispositivos de conmutación 7a y 7b se conmutan de manera alterna de acuerdo con la frecuencia de la fuente de alimentación. Por lo tanto, las respectivas señales de PWM proporcionadas a los dispositivos de conmutación 7a y 7b cada una incluye un segmento de señal 101 que no se usa debido a que el dispositivo de conmutación está apagado. La misma señal de PWM S1 que incluye el segmento de señal 101 se proporciona a cada uno de los dispositivos de conmutación 7a y 7b.
Formando las señales de PWM S1 y S1 en la misma forma de onda hace posible la salida de la sección de control 15 y las secciones de accionamiento 11a y 11b, que ahora costes y consigue reducción de tamaño.
Además, como se ilustra en la Figura 7B, la señal de PWM S1 (el segmento de señal anteriormente descrito 101) de uno (7b o 7a) de los dispositivos de conmutación 7a y 7b puede ser a través de un periodo completo (el segmento de señal 101) en el que el otro dispositivo de conmutación (7a o 7b) está conectado y desconectado. Si se usa un FET para los dispositivos de conmutación 7a y 7b, es posible reducir la pérdida mediante efecto de rectificación síncrono.
La Figura 8 ilustra la sección del convertidor 10 que incluye una sección de detección de tensión de entrada 16 que detecta la tensión suministrada al circuito convertidor 9. Definir el límite superior del factor de modulación mediante la sección de control 15 de acuerdo con la tensión de entrada detectada por la sección de detección de tensión de entrada 16 puede proteger el controlador de accionamiento 1 de una tensión regenerativa excesiva cuando se detiene el motor 2. El límite superior del factor de modulación puede aumentarse con un aumento en la velocidad de rotación del motor 2.
Además de aquellas mencionadas anteriormente, la configuración descrita en la realización anteriormente descrita puede seleccionarse o modificarse de manera apropiada sin alejarse del alcance de la presente invención.
La unidad convertidora de acuerdo con la presente invención puede usarse ampliamente como una fuente de alimentación de, por ejemplo, iluminación, un calefactor, un ordenador, y un electrodoméstico, además de la fuente de alimentación del motor que opera el compresor del aire acondicionado.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un controlador de accionamiento (1) que comprende:
una unidad convertidora (10) y una sección del inversor (20) configurada para convertir una corriente continua suministrada de la unidad convertidora (10) en una corriente alterna para suministrar la corriente alterna a una carga (2),
comprendiendo dicha unidad convertidora (10):
un reactor (5) conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna (CA);
un circuito convertidor (9) que incluye dos dispositivos de rectificación (6a, 6b) y dos dispositivos de conmutación (7a, 7b) estando conectado cada dispositivo de conmutación (7a, 7b) en paralelo a un dispositivo de rectificación (6a, 6b);
una sección de accionamiento (11a, 11b) configurada para accionar el circuito convertidor (9);
un condensador de suavizado (14) configurado para suavizar una corriente emitida del circuito convertidor (9); y
una sección de control (15) configurada para usar una onda portadora de una frecuencia igual o inferior a 10 kHz para controlar la sección de accionamiento (11a, 11b), en donde
la sección de control (15) usa tanto una onda de señal (A1) de un factor de modulación que corresponde a una carga (2) como la onda portadora (A0) para generar una señal de PWM (S1), y proporciona la señal de PWM (S1) a la sección de accionamiento (11a, 11b) para realizar control de convertidor de pW m para suprimir armónicos de línea eléctrica, y
la sección de control (15) no realiza control de convertidor de PWM para encender y apagar el dispositivo de conmutación (7a, 7b) en una región de carga baja en la que la carga (2) es relativamente baja, y realiza el control del convertidor de PWM en una región de carga alta en la que la carga (2) es relativamente alta.
2. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una sección de detección de corriente de entrada (12) configurada para detectar una corriente de entrada al circuito convertidor (9), en donde
la sección de control (15) no realiza el control del convertidor de PWM en la región de carga baja en la que la corriente de entrada es relativamente pequeña, y realiza el control del convertidor de PWM en la región de carga alta en la que la corriente de entrada es relativamente grande.
3. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la corriente de entrada en un momento de conmutación de un estado ACTIVADO en el que se realiza el control del convertidor de PWM a un estado DESACTIVADO en el que no se realiza el control del convertidor de PWM es menor que la corriente de entrada en un momento de conmutación del estado DESACTIVADO en el que no se realiza el control del convertidor de PWM al estado ACTIVADO en el que se realiza el control del convertidor de PWM.
4. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende adicionalmente una sección de detección de fase (13) configurada para detectar una fase de la fuente de alimentación de corriente alterna (CA), en donde
la sección de control (15) usa la fase detectada para generar la señal de PWM (S1) que está sincronizada con o desplazada de la fase de la fuente de alimentación de corriente alterna (CA).
5. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la sección de control establece de manera variable el factor de modulación dependiendo de la carga (2) o la corriente de entrada.
6. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el dispositivo de conmutación (7a, 7b) está conectado en paralelo a cada uno de un par de los dispositivos de rectificación (6a, 6b), y el par de los dispositivos de conmutación (7a, 7b) cada uno de suministra con la misma señal de PWM (S1) de la sección de accionamiento (11a, 11b).
7. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el dispositivo de conmutación (7a, 7b) está conectado en paralelo a cada uno del par de los dispositivos de rectificación (6a, 6b), y
la sección de control (15) enciende uno del par de los dispositivos de conmutación (7a, 7b) a través de un segmento completo en el que se realiza el control del convertidor de PWM en el otro dispositivo de conmutación (7a, 7b).
8. El controlador de accionamiento (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende adicionalmente una sección de detección de tensión de entrada (16) configurada para detectar una tensión de entrada al circuito convertidor (9), en donde
la sección de control (15) establece un límite superior del factor de modulación basándose en la tensión de entrada.
9. El controlador de accionamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la carga es un motor usado en un compresor que constituye un aire acondicionado.
10. Un motor que comprende el controlador de accionamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Un compresor que comprende:
el motor de acuerdo con la reivindicación 10;
un mecanismo de compresión configurado para ser accionado por el motor para comprimir un fluido; y un alojamiento que aloja el motor y el mecanismo de compresión.
12. El compresor de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la sección de control no realiza el control del convertidor de PWM cuando una velocidad de rotación del mecanismo de compresión es relativamente baja, y realiza el control del convertidor de PWM cuando la velocidad de rotación es relativamente alta.
13. El compresor de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en donde el compresor constituye un aire acondicionado.
14. Un método de control de una unidad convertidora, incluyendo la unidad convertidora un reactor conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna, un circuito convertidor que incluye un dispositivo de rectificación y un dispositivo de conmutación que está conectado en paralelo al dispositivo de rectificación, un condensador de suavizado configurado para suavizar una corriente emitida del circuito convertidor, y una sección de control configurada para controlar una sección de accionamiento que acciona el circuito convertidor, comprendiendo el método:
generar una señal de PWM, para suprimir armónicos de línea eléctrica, con el uso tanto de una onda de señal de un factor de modulación que corresponde a una carga como una onda portadora de una frecuencia igual o inferior a 10 kHz, y accionar el circuito convertidor; y
realizar control de convertidor de PWM para encender y apagar el dispositivo de conmutación en una región de carga alta en la que la carga es relativamente alta sin realizar el control del convertidor de PWM en una región de carga baja en la que la carga es relativamente baja.
15. El método de control de la unidad convertidora de acuerdo con la reivindicación 14, en donde no se realiza el control del convertidor de PWM en la región de carga baja en la que una corriente de entrada al circuito convertidor es relativamente pequeña, y se realiza el control del convertidor de PWM en la región de carga alta en la que la corriente de entrada es relativamente grande.
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