JP2013099220A - 予熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キャリア信号に同期して直流をスイッチングし、モータ(7)を駆動する所定周波数及び所定電圧の交流に変換するインバータ回路(4)を設ける。キャリア信号の周波数(fc)をモータ(7)の駆動時の周波数(fc1)よりも高い周波数(fc3)にして、インバータ回路(4)からモータ(7)に交流を供給させ、モータ(7)の予熱を行う制御部(5)を設ける。
【選択図】図2
Description
モータ(7)を予熱する予熱装置であって、
キャリア信号に同期して直流をスイッチングし、前記モータ(7)を駆動する所定周波数及び所定電圧の交流に変換するインバータ回路(4)と、
前記キャリア信号の周波数(fc)を前記モータ(7)の駆動時の周波数(fc1)よりも高い周波数(fc3)にして、前記インバータ回路(4)から前記モータ(7)に交流を供給させ、前記モータ(7)の予熱を行う制御部(5)と
を備えたことを特徴とする。
第1の発明の予熱装置において、
前記モータ(7)は、冷媒を圧縮する電動圧縮機(8)を駆動するモータであり、
前記制御部(5)は、前記予熱を行う前に、前記キャリア信号の周波数(fc)が前記モータ(7)の駆動時の周波数(fc1)よりも低い期間(A)を設けて前記インバータ回路(4)から前記モータ(7)に交流を供給させることを特徴とする。
第1又は第2の発明の予熱装置において、
前記インバータ回路(4)は、ワイドバンドギャップ半導体を主材料としたスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)によって前記変換を行うことを特徴とする。
〈全体構成〉
図1は、本発明の実施形態1に係る電力変換装置(1)の構成を示すブロック図である。同図に示すように電力変換装置(1)は、コンバータ回路(2)、直流リンク部(3)、インバータ回路(4)、及び制御部(5)を備え、三相交流電源(6)から供給された交流を所定の周波数の交流に変換して、電動圧縮機(8)のモータ(7)に供給するようになっている。なお、本実施形態のモータ(7)には、いわゆるIPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)など、コイルを有した種々のモータを採用できる。電動圧縮機(8)は、例えば空気調和機の冷媒回路(図示は省略)に設けられ、冷媒を圧縮する。
コンバータ回路(2)は、三相交流電源(6)に接続され、三相交流電源(6)が出力した三相交流を全波整流する。この例では、コンバータ回路(2)は、複数(本実施形態では6つ)のダイオード(D1〜D6)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。
直流リンク部(3)は、コンデンサ(3a)を備えている。コンデンサ(3a)は、コンバータ回路(2)の出力ノードにリアクトル(L1)を介して並列接続されている。このコンデンサ(3a)は、インバータ回路(4)の入力ノード間に接続され、該コンデンサ(3a)の両端に生じた直流電圧(直流リンク電圧(Ed))が、インバータ回路(4)に入力されている。コンデンサ(3a)は、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサによって構成する。
インバータ回路(4)は、直流リンク部(3)の出力をスイッチングして三相交流に変換し、モータ(7)に供給するようになっている。インバータ回路(4)は、複数のスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)がブリッジ結線されて構成されている。この例では、それぞれのスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)は、シリコン(Si)を主材料としたFET(Field effect transistor)である。
制御部(5)は、マイクロコンピュータとそれを動作させるプログラムを含み、キャリア信号に同期して、PWM制御方式により前記スイッチングを制御している。そして、制御部(5)は、電動圧縮機(8)の予熱運転の制御も行うようになっている。制御部(5)及びインバータ回路(4)によって、予熱装置(10)を構成している。予熱装置(10)による予熱運転は、例えば外気温が所定値以下になった場合に実施される。
電動圧縮機(8)が用いられた空気調和機(図示は省略)では、設置されて初めて電源が投入された場合や、通常運転の終了時に外気温が低い場合などに、予熱運転が行われる。図2は、実施形態1におけるキャリア周波数(fc)の制御を説明する図である。また、図3は、従来の予熱装置におけるキャリア周波数の制御を説明する図である。この従来の予熱装置では、予熱運転時にキャリア周波数(fc)を通常運転時よりも低いキャリア周波数(fc0)、もしくは同じキャリア周波数に制御している。
図5は、銅線の表皮深さ(表面に電流が集中する表皮効果を生ずる深さ)と電流の周波数の関係を示す図である。図5に示すように、銅線の表皮深さ(d)は、電流の周波数(f)が高くなるほど小さくなる。また、図6は、モータ(7)のコイルで一定の予熱電力を得る際の電流値(I)と電流の周波数(f)との関係を示す図である。銅線では、電流の周波数が高いほど電気抵抗が大きくなるので、図6に示すように、一定の予熱電力を得るための電流値は、電流の周波数が高いほど小さくなる。したがって、モータ(7)のコイルでも、電流の周波数が高いほど電流値は小さくなる。
以上のように、本実施形態によれば、キャリア周波数(fc)を通常運転時よりも高めることでインバータ回路(4)の損失が低減し、冷媒を圧縮する電動圧縮機(8)のモータ(7)を効率的に予熱することが可能になる。例えば、本実施形態の予熱装置(10)によって従来の予熱装置と同じ予熱量を発生させるとすれば、キャリア周波数(fc)の高周波化により予熱時の消費電力を低減することが可能になる。また、予熱時の消費電力を従来と同じにすれば、キャリア周波数(fc)の高周波化により、予熱量を増やして予熱時間を短縮することが可能になる。
実施形態2の予熱装置(10)は、予熱運転時におけるキャリア周波数(fc)の制御方法が実施形態1とは異なっている。図9は、実施形態2におけるキャリア周波数(fc)の制御を説明する図である。図9に示すように、本実施形態では、制御部(5)は、予熱運転時は、キャリア信号の周波数を通常運転時よりも高く制御する期間(B)の前に、キャリア周波数(fc)を、通常運転時のキャリア周波数(fc1)よりも低いキャリア周波数(fc2)にする期間(以下、キャリア周波数低下期間(A)と呼ぶ)を設けてインバータ回路(4)からモータ(7)に交流を供給させる。キャリア周波数(fc2)は、例えば、従来の予熱装置で採用されていたfc0とすることが考えられる。
図11は、実施形態2の予熱装置(10)における消費電力を示す図である。図11に示すように、キャリア周波数低下期間(A)の消費電力(w2)は、キャリア周波数(fc)の周波数が通常運転時よりも高い期間(B)の消費電力(w3)よりも大きくなっている。これは、キャリア周波数低下期間(A)は、インバータ回路(4)の損失が大きくなるからである。
なお、必ずしも、通常運転終了後に予熱運転に移行する必要はない。例えば、冷凍機油の温度が所定値よりも低下した場合のみ予熱運転に移行するようにすることが考えられる。
5 制御部
7 モータ
8 電動圧縮機
10 予熱装置
Claims (3)
- モータ(7)を予熱する予熱装置であって、
キャリア信号に同期して直流をスイッチングし、前記モータ(7)を駆動する所定周波数及び所定電圧の交流に変換するインバータ回路(4)と、
前記キャリア信号の周波数(fc)を前記モータ(7)の駆動時の周波数(fc1)よりも高い周波数(fc3)にして、前記インバータ回路(4)から前記モータ(7)に交流を供給させ、前記モータ(7)の予熱を行う制御部(5)と
を備えたことを特徴とする予熱装置。 - 請求項1の予熱装置において、
前記モータ(7)は、冷媒を圧縮する電動圧縮機(8)を駆動するモータであり、
前記制御部(5)は、前記予熱を行う前に、前記キャリア信号の周波数(fc)が前記モータ(7)の駆動時の周波数(fc1)よりも低い期間(A)を設けて前記インバータ回路(4)から前記モータ(7)に交流を供給させることを特徴とする予熱装置。 - 請求項1又は請求項2の予熱装置において、
前記インバータ回路(4)は、ワイドバンドギャップ半導体を主材料としたスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)によって前記変換を行うことを特徴とする予熱装置。
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