JP2007282312A - インバータ装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】一次電流に交流電源周波数の整数倍の脈動成分が現れるのを回避できるインバータ駆動ができるインバータ装置を提供する。
【解決手段】交流電源１を整流する整流手段２の出力電圧が、交流電源周波数の２倍周波で脈動する平滑手段３と、平滑手段３の平滑電圧を電動機５駆動用の交流電圧に変換する直交変換手段４と、電動機５の回転数を制御する回転数制御手段７からの指令に基づいて直交変換手段４を駆動する信号を生成するＰＷＭ信号発生手段６とを具備し、電動機５の極対数と回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の交流電源周波数の整数倍となる電動機回転数で交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないように、回転数制御手段７を補償する回転数制御補償手段８を備えたもので、安価な構成で、一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機等を駆動するインバータ装置及びそれを用いた空気調和機に関するもので、特に、整流手段の出力端子に著しく小容量のコンデンサ、リアクタで構成される平滑手段を接続し出力電圧が交流電源周波数の２倍周波で大きく脈動するようなインバータ装置に関するものである。

従来のこの主のインバータ装置として、図２に示されるようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図２は、上記特許文献１に記載された従来のインバータ装置の電圧指令補償機能を有するインバータ装置のブロック図を示したものである。図２において、従来のインバータ装置は、回転数制御手段７と、電流指令演算手段９と、電圧指令補償手段１２と、電圧指令演算手段１０と、ＰＷＭ信号発生手段６と、直流を交流に変換する直交変換手段４と、電動機５の負荷電流を検出する電流検出手段１１から構成されていた。

上記のように構成された従来のインバータ装置の動作、作用は以下の通りである。

一般的には、電流指令値により電圧指令値（振幅）の補償を行い、インバータ装置を動作させる。
特開平９−８４３８５号公報

しかしながら、前記従来のインバータ装置による駆動では、出力電圧が交流電源周波数の２倍周波で大きく脈動するような平滑手段を用いた場合、脈動電圧による電動機５の位相演算誤差が生じ、電動機５の電流歪みを十分抑制することができない。このため交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響が一次電流に現れるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので出力電圧が大きく脈動する平滑手段を用いながら、一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避するインバータ装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段からの出力電圧が前記交流電源の周波数の２倍周波で脈動する平滑手段と、前記平滑手段から出力された平滑電圧を電動機を駆動するための交流電圧に変換する直交変換手段と、該電動機の回転数を制御する回転数制御手段と、該回転数制御手段からの指令に基づいて前記直交変換手段を駆動する信号を生成するＰＷＭ信号発生手段とを具備し、前記電動機の極対数と前記電動機の回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の前記交流電源の周波数の整数倍となる前記電動機の回転数で、交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないように、前記回転数制御手段を補償する回転数制御補償手段を備えたもので、複雑な制御装置を用いることなく実使用上問題となる一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避したインバータ駆動を実現することが出来る。

また、本発明の空気調和機は、電動機を内蔵した圧縮機を備え、請求項１〜３のいずれ
か１項に記載のインバータ装置で前記電動機を駆動するようにしたもので、平滑手段を構成するコンデンサおよびリアクタの容量低減による装置サイズの小型化・低コスト化と、複雑な制御装置を用いることなく実使用上問題となる一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避したインバータ駆動を実現しながら電源高調波特性の高性能化を実現することが出来る。

本発明のインバータ装置は、複雑な制御装置を用いることなく実使用上問題となる一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避することが出来る。

第１の発明は、交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段からの出力電圧が前記交流電源の周波数の２倍周波で脈動する平滑手段と、前記平滑手段から出力された平滑電圧を電動機を駆動するための交流電圧に変換する直交変換手段と、該電動機の回転数を制御する回転数制御手段と、該回転数制御手段からの指令に基づいて前記直交変換手段を駆動する信号を生成するＰＷＭ信号発生手段とを具備し、前記電動機の極対数と前記電動機の回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の前記交流電源の周波数の整数倍となる前記電動機の回転数で、交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないように、前記回転数制御手段を補償する回転数制御補償手段を備えたもので、複雑な制御装置を用いることなく実使用上問題となる一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避したインバータ駆動を実現することが出来る。

第２の発明は、特に、第１の発明の平滑手段をコンデンサおよびリアクタで構成し、該コンデンサおよびリアクタによって決定される共振周波数が、交流電源の周波数の４０倍以上になるように設定したもので、整流手段への入力電流の電源高調波特性の高性能化と共に装置の小型化・軽量化を実現することが出来る。

第３の発明は、特に、第２の発明のコンデンサとしてフィルムコンデンサを用いたもので、温度による寿命特性への影響を気にせず使用環境を選択することが出来る。

第４の発明は、空気調和機に、電動機を内蔵した圧縮機を備え、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ装置で前記電動機を駆動するようにしたもので、平滑手段を構成するコンデンサおよびリアクタの容量低減による装置サイズの小型化・低コスト化と、複雑な制御装置を用いることなく実使用上問題となる一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍次数の歪成分の影響を回避したインバータ駆動を実現しながら電源高調波特性の高性能化を実現することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置の制御ブロック図を示したものである。該インバータ装置は、単相交流電源である商用電源などの交流電源１より電力を供給され、供給された交流電源１を全波整流するダイオードブリッジで構成された整流手段２と、前記整流手段２からの出力電圧が交流電圧の２倍周波で大きく脈動する平滑手段３と、前記平滑手段３からの出力電圧を電動機５の駆動のために所望の交流電圧に変換する半導体スイッチング素子により構成された直交変換手段４と、該直交変換手段４を駆動する信号を生成するＰＷＭ信号発生手段６と、前記ＰＷＭ信号発生手段６からの出力を制御することで電動機５の回転数を制御する回転数制御手段７と、電動機５の極対数と電動機５の回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の交流電源１
の周波数の整数倍となる電動機回転数で交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないよう前記回転数制御手段７を補償する回転数制御補償手段８を有している。

ここで、前記平滑手段３は、共振周波数が交流電源１の周波数の４０倍以上になるように設定された小容量のコンデンサ（図示せず）と該コンデンサへの突入充放電電流のピーク値を下げるためのリアクタ（図示せず）を有している。

なお、前記平滑手段３を構成するリアクタは、交流電源１と平滑手段３を構成するコンデンサの間に挿入するため、整流手段２の前後どちらでも構わない。

以上のように構成されたインバータ装置について、以下にその動作、作用を説明する。

まず、交流電源１に、周波数が５０Ｈｚの商用電源を用いた場合、平滑手段３を構成するリアクタとコンデンサの値は、その共振周波数ｆｃ＝１／（２πｘ√（Ｌ１ｘＣ１））が交流電源周波数の４０倍以上、すなわち２０００Ｈｚ以上になるように設定する。このためリアクタンス値０．５ｍＨ、キャパシタンス値１０μＦのリアクタとコンデンサを用いることでｆｃ（＝２２５０Ｈｚ）＞４０ｘ交流電源１の周波数（５０Ｈｚ）とする。

このように平滑手段３のコンデンサの容量を著しく小さくすることで、直交変換手段４における転流時のインバータ母線電流脈動がコンデンサで吸収されきれずにその影響が一次電流に現れる。

ここで電動機５に極対数が３となるものを用いた場合、例えば３５００ｒｐｍで電動機５を駆動させると、一次電流に交流電源１の周波数の２１次を中心とした脈動成分が現れる。これはおおよそ電動機５の回転数１６７ｒｐｍ毎に次数を順次ずらして現れる。

このため電動機５の極対数と電動機５の回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の交流電源１の周波数の整数倍となる電動機５の回転数で交流電源１６周期以上の時間固定駆動させない、つまり問題となる電動機５の回転数以外で固定駆動させる、あるいは問題となる電動機５の回転数で駆動させる場合、交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないため電動機５の回転数を小刻みに変動させるように回転数制御補償手段８により回転数制御を行うことで問題となる交流電源１の周波数の整数倍の電流歪の影響を回避したインバータ駆動を実現させることが出来る。

以上のように本実施の形態によれば、電動機５の極対数と電動機１の回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の交流電源１の周波数の整数倍となる電動機５の回転数で交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないよう前記回転数制御手段７を補償する回転数制御補償手段８を備えることにより、平滑手段３を構成するコンデンサの容量が著しく小さい場合においても、交流電源１の周波数の整数倍の脈動成分が一次電流に現れる影響を回避できるインバータ駆動を実現させることが出来る。

又、上記実施の形態におけるインバータ装置で、空気調和機に使用される圧縮機（図示せず）の電動機を駆動するようにすれば、そのインバータ装置内の平滑手段が小型化されているので、安価で、小型、軽量化が図れた空気調和機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、一次電流に現れる交流電源周波数の整数倍の脈動成分の影響を複雑な制御装置を使用せずに回避することが出来、平滑手段を構成するコンデンサ、リアクタ容量を著しく小容量化することができるため、装置の低コスト化、小型・軽量化が可能になり、装置の低コスト化、小型・軽量化が求められる電動
機を有するあらゆるインバータ装置や、それを搭載した機器に適用できる。

本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の制御ブロック図 従来のインバータ装置の制御ブロック図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流手段
３ 平滑手段
４ 直交変換手段
５ 電動機
６ ＰＷＭ信号発生手段
７ 回転数制御手段
８ 回転数制御補償手段
９ 電流指令演算手段
１０ 電圧指令演算手段
１１ 電流検出手段
１２ 電圧指令補償手段

Claims (4)

1. 交流電源を整流する整流手段と、前記整流手段からの出力電圧が前記交流電源の周波数の２倍周波で脈動する平滑手段と、前記平滑手段から出力された平滑電圧を電動機を駆動するための交流電圧に変換する直交変換手段と、該電動機の回転数を制御する回転数制御手段と、該回転数制御手段からの指令に基づいて前記直交変換手段を駆動する信号を生成するＰＷＭ信号発生手段とを具備し、前記電動機の極対数と前記電動機の回転数と電気角一周期におけるＰＷＭ転流回数の積が４０次以下の前記交流電源の周波数の整数倍となる前記電動機の回転数で、交流電源１６周期以上の時間固定駆動させないように、前記回転数制御手段を補償する回転数制御補償手段を備えたことを特徴とするインバータ装置。
2. 平滑手段をコンデンサおよびリアクタで構成し、該コンデンサおよびリアクタによって決定される共振周波数が、交流電源の周波数の４０倍以上になるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. コンデンサとしてフィルムコンデンサを用いたことを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
4. 電動機を内蔵した圧縮機を備え、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ装置で前記電動機を駆動するようにした空気調和機。

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