JP2007259547A - 電力変換器の制御方法及び制御装置並びに電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチの寿命を延ばすことが目的とされる。
【解決手段】判定部２２は、倍電圧整流回路を選択してモータ１３を起動した場合に当該モータ１３の起動直後に期待される効率ηを、モータ１３を起動させる前に求める。そして、判定部２２は、当該効率ηが所定値η０以下であるかどうかを判定する。ステップ１０３で効率ηが所定値η０以下であると判定部２２が判定した場合にのみ、スイッチ切換部２１はスイッチＳをオンに制御する。インバータ制御部２３は、スイッチ切換部２１によるスイッチＳの制御に並行して、またはその後に、インバータ１２にその出力をモータ１３に供給させる。これにより、モータ１３が起動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換器の制御に関し、特に二種の整流回路を切り換えるスイッチの切換えに関する。

電力変換器は、入力された電圧を整流するコンバータと、整流された電圧を所望の電圧に変換するインバータとを備える。そして、当該所望の電圧をモータに供給することで、モータを駆動することができる。

コンバータは、倍電圧整流回路と、全波整流回路とを有し、これらのいずれか一方がスイッチによって切換え可能に選択される。つまり、選択された一方がインバータに接続される。

かかる制御は、例えば後掲の特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１では、当該制御により、低速時のモータ位置検出精度を向上し、またトルクの脈動成分を低減し、低騒音・低振動化を図っている。また、特許文献２では、当該制御により、低速時のモータ効率の向上を図っている。

特開平１１−３２４９８号公報 特開昭６１−１１２５７５号公報

しかし、従来の電力変換器の制御では、モータの起動直後に期待される効率に依らずに、全波整流回路及び倍電圧整流回路のいずれか一方でのみ当該モータを起動していた。

例えば特許文献１，２では、起動時負荷が大きいため高速運転が必要であり、モータの起動直後に期待される効率が倍電圧整流回路の方が大きい場合であっても、全波整流回路でモータが起動される。このため、モータの起動直後に、全波整流回路から倍電圧整流回路への切換えが行われていた。よって、モータ起動後のスイッチの切換え回数が増大し、スイッチの寿命が短くなっていた。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、スイッチの寿命を延ばすことが目的とされる。

この発明の請求項１にかかる電力変換器の制御方法は、交流電圧が供給される一対の入力端子（１１ａ，１１ｂ）と、前記交流電圧を全波整流する全波整流回路（１１）と、前記交流電圧を倍電圧整流する倍電圧整流回路（１１）と、前記全波整流回路及び倍電圧整流回路のいずれか一方からの出力を所望の電圧に変換し、前記所望の電圧を前記モータ（１３）に供給するインバータ（１２）と、前記入力端子と前記インバータとの間で前記全波整流回路及び前記倍電圧整流回路のいずれを接続するかを選択可能なスイッチ（Ｓ）とを備える電力変換器を制御する方法であって、前記モータを起動させる前に、前記倍電圧整流回路を選択して前記モータを起動した場合に当該モータの起動直後に期待される効率（η）を求め、前記効率が第１の所定値（η０）以下である場合にのみ、前記スイッチに前記全波整流回路を選択させて前記モータを起動する。

この発明の請求項２にかかる電力変換器の制御方法は、請求項１記載の電力変換器の制御方法であって、前記モータ（１３）は空調機に搭載され、前記空調機で調節される室温（Ｔ）を測定し、前記空調機での設定温度（Ｔ０）と前記室温との差の絶対値が第２の所定値以下である場合には、前記効率（η）が前記第１の所定値（η０）以下であると判断して、前記スイッチ（Ｓ）に前記全波整流回路を選択させて前記モータを起動し、前記絶対値が前記第２の所定値より大きい場合には、前記効率が前記第１の所定値より大きいと判断して、前記スイッチに前記倍電圧整流回路を選択させて前記モータを起動する。

この発明の請求項３にかかる電力変換器の制御方法は、交流電圧が供給される一対の入力端子（１１ａ，１１ｂ）と、前記交流電圧を全波整流する全波整流回路（１１）と、前記交流電圧を倍電圧整流する倍電圧整流回路（１１）と、前記全波整流回路及び倍電圧整流回路のいずれか一方からの出力を所望の電圧に変換し、前記所望の電圧を、冷媒を圧縮する圧縮機を駆動するモータ（１３）に供給するインバータ（１２）と、前記入力端子と前記インバータとの間で前記全波整流回路及び前記倍電圧整流回路のいずれを接続するかを選択可能なスイッチ（Ｓ）とを備え、前記冷媒を利用して空気調和を行う空調機に搭載される電力変換器（１）を制御する方法であって、前記空調機は、前記空調機で調節される室温（Ｔ）が設定温度（Ｔ０）に達した場合に、前記空調機の電源をオンにしたまま前記モータを停止する機能を有し、前記空調機の電源が継続してオンしている場合であって、前記機能によってモータが停止した場合のみ、その後の前記モータの起動を前記スイッチに前記全波整流回路を選択させた状態で行う。

この発明の請求項４にかかる電力変換器の制御装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の電力変換器の制御方法を実行する。

この発明の請求項５にかかる電力変換装置は、請求項４記載の電力変換器の制御装置（２）と、請求項１または請求項３に記載の前記電力変換器（１）とを備える。

この発明の請求項６にかかる電力変換装置は、請求項５記載の電力変換装置であって、前記スイッチ（Ｓ）はラッチリレーである。

この発明の請求項１にかかる電力変換器の制御方法によれば、モータの起動前に求めた効率が第１の所定値以下である場合には、全波整流回路でモータを起動するので、モータの起動直後の効率は高い。よって、かかる場合に倍電圧整流回路で当該モータを起動した場合に比べて、起動後のスイッチの切換え回数が低減され、以ってスイッチの寿命が延びる。

また、モータの起動前に求めた効率が第１の所定値より大きい場合には、倍電圧整流回路でモータを起動するので、モータの起動直後の効率は高い。よって、かかる場合に全波整流回路で当該モータを起動した場合に比べて、起動後のスイッチの切換え回数が低減され、以ってスイッチの寿命が延びる。

この発明の請求項２にかかる電力変換器の制御方法によれば、スイッチの切換えを室温に基づいて行うので、制御が簡略化される。

この発明の請求項３にかかる電力変換器の制御方法によれば、当該機能の解除によるモータの起動を倍電圧整流回路で行う場合に比べて、起動後のスイッチの切換え回数が低減され、以ってスイッチの寿命が延びる。当該機能によってモータが停止した場合には、空調機で調節される室温が設定温度に達しており、空調機の電源を継続してオンしている場合においてその後当該機能が解除された時点においては、室温は設定温度近傍にあり、モータの再起動を倍電圧整流回路で行うと効率が低くなる。つまり、全波整流回路を選択してモータを起動することで、モータの起動直後の効率は高く、以ってモータの起動直後のスイッチの切換えが不要となる。

この発明の請求項４にかかる電力変換器の制御装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の制御を実行することができる。

この発明の請求項５にかかる電力変換装置によれば、スイッチの寿命が延びる。

この発明の請求項６にかかる電力変換装置によれば、スイッチで消費される電力が小さい。

図１は、本発明にかかる電力変換装置を概念的に示す。電力変換装置は、電力変換器１及び制御部２を備える。なお、図１では、電力変換器１に交流電圧Ｖｃを供給する電源及び電力変換器１の出力が供給されるモータ１３も示されている。

電力変換器１は、入力端子１１ａ，１１ｂ、コンバータ１１、インバータ１２及びスイッチＳを備える。

入力端子１１ａ，１１ｂは、その間に交流電圧Ｖｃが印加され、交流電圧Ｖｃをコンバータ１１に供給する。

コンバータ１１は、全波整流回路と倍電圧整流回路とを有し、入力端子１１ａ，１１ｂとインバータ１２との間に接続される。全波整流回路は交流電圧Ｖｃを全波整流し、倍電圧整流回路は交流電圧Ｖｃを倍電圧整流する。

スイッチＳは、全波整流回路及び倍電圧整流回路のいずれを入力端子１１ａ，１１ｂとインバータ１２との間に接続するかを選択することができる。スイッチＳには、例えばラッチリレーを採用することが望ましい。なぜなら、スイッチＳで消費される電力が小さくなるからである。また、比較的寿命の短いラッチリレーであっても良い。

コンバータ１１及びスイッチＳの具体的な構成について以下に説明する。

コンバータ１１は、ブリッジダイオード１１１とコンデンサＣ１，Ｃ２とを有する。

ブリッジダイオード１１１はダイオードＤ１〜Ｄ４を有する。ダイオードＤ１のカソード及びダイオードＤ２のアノードは各々、入力端子１１ａに接続される。ダイオードＤ３については、カソードが入力端子１１ｂに、アノードがダイオードＤ１のアノードに、それぞれ接続される。ダイオードＤ４については、アノードが入力端子１１ｂに、カソードがダイオードＤ２のカソードに、それぞれ接続される。

コンデンサＣ１，Ｃ２は、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードとの間で直列に接続される。

スイッチＳは、コンデンサＣ１，Ｃ２が相互に接続される位置ｒ１と、入力端子１１ｂとの間に接続される。

そして、スイッチＳをオンに制御することで、位置ｒ１と入力端子１１ｂとの間が短絡するので、コンバータ１１は全波整流回路として機能する。他方、スイッチＳをオフに制御することで、位置ｒ１と入力端子１１ｂとの間が開放されるので、コンバータ１１は倍電圧整流回路として機能する。つまり、スイッチＳの切換えによって倍電圧整流回路への接続と全波整流回路への接続とを相互に切り換えることができる。なお、スイッチＳの制御は、後述するように制御部２によって行われる。

インバータ１２には、コンバータ１１の出力が供給される。インバータ１２は、当該出力を所望の交流電圧に変換し、当該交流電圧をモータ１３に供給する。図１では、インバータ１２がコンバータ１１の出力を３相交流電圧に変換し、これをモータ１３に供給する場合が示されている。

制御部２は、スイッチ切換部２１、判定部２２及びインバータ制御部２３を有する。以下では、制御部２による電力変換器の制御について説明する。

第１の実施の形態．
図２は、本実施の形態にかかる制御をフローチャートで示す。かかる制御は、ステップ１０１〜１０６を備える。

モータ１３の起動が、例えば制御部２から指令される（ステップ１０１）。例えば、外部から制御部２に当該指令を入力しても良い。

上記指令があった場合には、判定部２２は、倍電圧整流回路を選択してモータ１３を起動した場合に当該モータ１３の起動直後に期待される効率ηを、モータ１３を起動させる前に求める（ステップ１０２）。そして、判定部２２は、当該効率ηが所定値η０以下であるかどうかを判定する（ステップ１０３）。

ステップ１０３で効率ηが所定値η０以下であると判定部２２が判定した場合には、スイッチ切換部２１はスイッチＳをオンに制御する（ステップ１０４）。つまり、スイッチ切換部２１は、スイッチＳに全波整流回路を選択させる。

他方、ステップ１０３で効率ηが所定値η１より大きいと判定部２２が判定した場合には、スイッチ切換部２１はスイッチＳをオフに制御する（ステップ１０５）。つまり、スイッチ切換部２１は、スイッチＳに倍電圧整流回路を選択させる。

ステップ１０３〜１０５の内容は、効率ηが所定値η０以下であると判定部２２が判定した場合にのみ、スイッチ切換部２１はスイッチＳをオンに制御すると把握することができる。

インバータ制御部２３は、スイッチ切換部２１によるスイッチＳの制御に並行して、またはその後に、インバータ１２にその出力をモータ１３に供給させる。これにより、モータ１３が起動される（ステップ１０６）。

図１では、判定部２２の判定結果がインバータ制御部２３に与えられ、当該判定結果に基づいてインバータ制御部２３が全波整流／倍電圧整流の相違を反映してインバータ１２を制御する場合が示される。

あるいは、スイッチ切換部２１の制御結果がインバータ制御部２３に与えられ、当該制御結果に基づいてインバータ制御部２３が全波整流／倍電圧整流の相違を反映してインバータ１２を制御しても良い。また、判定部２２で求められた効率ηがスイッチ切換部２１に与えられ、スイッチ切換部２１で効率ηが所定値η０以下であるかどうかが判定されても良い。

上述した制御によれば、モータ１３の起動前に求めた効率ηが所定値η０以下である場合には、全波整流回路でモータ１３を起動するので、モータ１３の起動直後の効率は高い。倍電圧整流回路でモータ１３を起動した場合に効率を高めるためには、その後に全波整流回路を採用すべくスイッチＳを切り換えることになる。よって、本実施の形態にように、起動を全波整流回路で行う場合の方が、起動後のスイッチＳの切換え回数が低減され、以ってスイッチＳの寿命が延びる。

また、モータ１３の起動前に求めた効率ηが所定値η０より大きい場合には、倍電圧整流回路でモータ１３を起動するので、モータ１３の起動直後の効率ηは高い。全波整流回路でモータ１３を起動した場合に効率を高めるためには、その後に倍電圧整流回路を採用すべくスイッチＳを切り換えることになる。また、負荷が大きく高速運転が必要であり、倍電圧整流回路に切り換えることが必要な場合も同様である。よって、本実施の形態のように、起動を倍電圧整流回路で行う場合の方が、起動後のスイッチＳの切換え回数が低減され、以ってスイッチＳの寿命が延びる。

第２の実施の形態．
電力変換装置が空調機に搭載され、当該空調機で室温Ｔが調節される場合には、以下のような制御を行っても良い。

図３は、本実施の形態にかかる制御をフローチャートで示す。かかる制御は、ステップ２０１〜２０６を備える。

モータ１３の起動が指令された場合（ステップ２０１）には、判定部２２は、モータ１３を起動させる前に、室温Ｔを測定し（ステップ２０２）、当該室温Ｔと所定値Ｔ０との差の絶対値｜Ｔ−Ｔ０｜が所定値ΔＴ以下であるかどうかを判定する（ステップ２０３）。

ステップ２０３で絶対値｜Ｔ−Ｔ０｜が所定値ΔＴ以下であると判定部２２が判定した場合には、スイッチ切換部２１はスイッチＳをオンに制御する（ステップ２０４）。つまり、スイッチ切換部２１は、スイッチＳに全波整流回路を選択させる。

他方、ステップ２０３で絶対値｜Ｔ−Ｔ０｜が所定値ΔＴより大きいと判定部２２が判定した場合には、スイッチ切換部２１はスイッチＳをオフに制御する（ステップ２０５）。つまり、スイッチ切換部２１は、スイッチＳに倍電圧整流回路を選択させる。

倍電圧整流回路を選択してモータを起動した場合の効率の室温Ｔに対する変化と、全波整流回路を選択してモータ１３を起動した場合の効率の室温Ｔに対する変化との、クロスポイントでの室温Ｔと、設定温度Ｔ０との差を所定値ΔＴに採用し、当該クロスポイントでの効率を所定値η０とすることが望ましい。なぜなら、絶対値｜Ｔ−Ｔ０｜が所定値ΔＴ以下である場合には、効率ηが所定値η０以下であると判断でき、以ってその後の制御に第１の実施の形態で説明した制御（図２で示されるステップ１０３〜１０６）を採用できるからである。

インバータ制御部２３は、スイッチ切換部２１によるスイッチＳの制御に並行して、またはその後に、インバータ１２にその出力をモータ１３に供給させる。これにより、モータ１３が起動される（ステップ２０６）。

本実施の形態で説明した制御によっても、第１の実施の形態で説明した効果と同様の効果が得られる。しかも、スイッチＳの切換えを室温Ｔ、設定温度Ｔ０及び所定値ΔＴに基づいて行うので、切換えのための制御が簡略化される。

第３の実施の形態．
本実施の形態では、電力変換装置は空調機に搭載され、当該空調機は冷媒を利用して室温Ｔが調節される。そして空調機は、室温Ｔが設定温度Ｔ０に達した場合に、空調機の電源をオンにしたまま上記冷媒を圧縮する圧縮機を駆動するモータ１３を停止する機能（以下、「サーモオフ機能」と称す。）を有する。以下、本実施の形態にかかる制御を冷媒運転を例にとって説明する。

図４及び図５には、（ａ）室温Ｔ、（ｂ）モータ１３の回転速度ω、（ｃ）インバータ１２に入力する直流電圧Ｖｄ及び（ｄ）スイッチＳの切換えがそれぞれ示されている。

図４及び図５のいずれにおいも、室温Ｔが設定温度Ｔ０より大きい時刻ｔ０から（同図（ａ））、スイッチＳで倍電圧整流回路が選択されて（同図（ｃ））、室温Ｔが設定温度Ｔ０へと導かれている。その後、室温Ｔが設定温度Ｔ０に達した時刻ｔ１（同図（ａ））で、モータ１３が停止されている（同図（ｂ））。

時刻ｔ１でのモータ１３の停止がサーモオフ機能によるものであって、空調機の電源がオンのまま継続している場合のみ、その後のサーモオフの解除によるモータ１３の起動（時刻ｔ３）が、スイッチＳに全波整流回路を選択させた状態で行われる（同図（ｂ））。なお、時刻ｔ１でのモータ１３の停止がサーモオフ機能によるものかどうかの判定は、例えば判定部２２で行うことができる。

図４では、スイッチＳで倍電圧整流回路が選択されたまま、時刻ｔ１でサーモオフ機能によりモータ１３が停止した場合が示されている。モータ１３の停止後、スイッチＳを切り換えることで全波整流回路を選択する。この後、室温Ｔが上昇して、時刻ｔ３において室温がＴ０＋δに至ると、モータ１３を再び起動する。なお、図４では、スイッチＳの切換えが、時刻ｔ１後時刻ｔ３前の時刻ｔ２で行われている。スイッチＳに負荷電流が流れていない状態で当該スイッチＳを切り換えることで、スイッチＳの劣化が防止される。例えば、時刻ｔ１においてモータ１３の停止に並行して、もしくは時刻ｔ３でモータ１３の起動に並行して、スイッチＳの切換えを行っても良い。

図５では、時刻ｔ１前の、室温Ｔが設定温度Ｔ０に近傍まで低下した時刻ｔ４で（図５（ａ））、スイッチＳを切り換えて全波整流回路を選択し、そのまま時刻ｔ１でサーモオフ機能によりモータ１３が停止した場合が示されている。モータ１３の停止後、室温Ｔが上昇して、時刻ｔ３において室温がＴ０＋δに至ると、スイッチＳでの全波整流回路の選択を維持したままモータ１３を再び起動する。

上述した制御によれば、サーモオフ機能の解除によるモータ１３の起動が、倍電圧整流回路で行われる場合に比べて、起動後のスイッチＳの切換え回数が低減され、以ってスイッチＳの寿命が延びる。サーモオフ機能によってモータ１３が停止した場合には、室温Ｔが設定温度Ｔ０に達しており、空調機の電源を継続してオンしている場合においてその後サーモオフ機能が解除された時点においては、室温Ｔは設定温度Ｔ０近傍にあり、モータ１３の再起動を倍電圧整流回路で行うと効率が低くなる。つまり、スイッチＳで全波整流回路を選択してモータ１３を起動することで、モータ１３の起動直後の効率は高く、以ってモータ１３の起動直後のスイッチＳの切換えが不要となる。

本発明にかかる電力変換装置を概念的に示す図である。 第１の実施の形態で説明される制御のフローを示す図である。 第２の実施の形態で説明される制御のフローを示す図である。 第３の実施の形態で説明される制御をグラフで示す図である。 第３の実施の形態で説明される制御をグラフで示す図である。

符号の説明

１ 電力変換器
２ 制御装置
１１ コンバータ
１１ａ，１１ｂ 入力端子
１２ インバータ
１３ モータ
Ｓ スイッチ
η 効率
η０，Ｔ０ 所定値
Ｔ 室温

Claims (6)

1. 交流電圧が供給される一対の入力端子（１１ａ，１１ｂ）と、
   前記交流電圧を全波整流する全波整流回路（１１）と、
   前記交流電圧を倍電圧整流する倍電圧整流回路（１１）と、
   前記全波整流回路及び倍電圧整流回路のいずれか一方からの出力を所望の電圧に変換し、前記所望の電圧を前記モータ（１３）に供給するインバータ（１２）と、
   前記入力端子と前記インバータとの間で前記全波整流回路及び前記倍電圧整流回路のいずれを接続するかを選択可能なスイッチ（Ｓ）と
   を備える電力変換器を制御する方法であって、
   前記モータを起動させる前に、前記倍電圧整流回路を選択して前記モータを起動した場合に当該モータの起動直後に期待される効率（η）を求め、
   前記効率が第１の所定値（η０）以下である場合にのみ、前記スイッチに前記全波整流回路を選択させて前記モータを起動する、電力変換器の制御方法。
2. 前記モータ（１３）は空調機に搭載され、
   前記空調機で調節される室温（Ｔ）を測定し、
   前記空調機での設定温度（Ｔ０）と前記室温との差の絶対値が第２の所定値以下である場合には、前記効率（η）が前記第１の所定値（η０）以下であると判断して、前記スイッチ（Ｓ）に前記全波整流回路を選択させて前記モータを起動し、
   前記絶対値が前記第２の所定値より大きい場合には、前記効率が前記第１の所定値より大きいと判断して、前記スイッチに前記倍電圧整流回路を選択させて前記モータを起動する、請求項１記載の電力変換器の制御方法。
3. 交流電圧が供給される一対の入力端子（１１ａ，１１ｂ）と、
   前記交流電圧を全波整流する全波整流回路（１１）と、
   前記交流電圧を倍電圧整流する倍電圧整流回路（１１）と、
   前記全波整流回路及び倍電圧整流回路のいずれか一方からの出力を所望の電圧に変換し、前記所望の電圧を、冷媒を圧縮する圧縮機を駆動するモータ（１３）に供給するインバータ（１２）と、
   前記入力端子と前記インバータとの間で前記全波整流回路及び前記倍電圧整流回路のいずれを接続するかを選択可能なスイッチ（Ｓ）と
   を備え、前記冷媒を利用して空気調和を行う空調機に搭載される電力変換器（１）を制御する方法であって、
   前記空調機は、前記空調機で調節される室温（Ｔ）が設定温度（Ｔ０）に達した場合に、前記空調機の電源をオンにしたまま前記モータを停止する機能を有し、
   前記空調機の電源が継続してオンしている場合であって、前記機能によってモータが停止した場合のみ、その後の前記モータの起動を前記スイッチに前記全波整流回路を選択させた状態で行う、電力変換器の制御方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の電力変換器の制御方法を実行する、電力変換器の制御装置。
5. 請求項４記載の電力変換器の制御装置（２）と、
   請求項１または請求項３に記載の前記電力変換器（１）と
   を備える、電力変換装置。
6. 前記スイッチ（Ｓ）はラッチリレーである、請求項５記載の電力変換装置。
   

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