JP2013219985A - Power conversion device, compressor, blower, air conditioner, and refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力変換装置及びそれを用いた圧縮機、送風機、空気調和装置、冷蔵庫に関するものである。 The present invention relates to a power converter, a compressor, a blower, an air conditioner, and a refrigerator using the power converter.
空気調和装置や冷蔵庫において、圧縮機やファンなどに使用しているモータをインバータで駆動する電力変換装置の方式が主流となっている。この方式によれば、交流を整流器で一旦直流に変換し、直流をインバータで任意の電圧、周波数を持った交流に変換してモータを駆動することで、モータを高効率で運転することができ、省エネルギーを図ることができる。さらに、近年では更なる省エネルギー性を追求して、インバータの入力側に昇圧または降圧コンバータ(昇降圧コンバータ)を設け、コンバータの整流出力を昇圧または降圧してインバータに入力するようにした電力変換装置が提案されている。 In an air conditioner or a refrigerator, a power conversion system that drives a motor used for a compressor, a fan, or the like with an inverter has become the mainstream. According to this system, the motor can be operated with high efficiency by converting the alternating current into direct current with a rectifier and converting the direct current into alternating current with an arbitrary voltage and frequency with an inverter to drive the motor. , Can save energy. Furthermore, in recent years, in order to further save energy, a power converter is provided with a step-up or step-down converter (buck-boost converter) provided on the input side of the inverter, and the rectified output of the converter is stepped up or stepped down and input to the inverter. Has been proposed.
上記のような電力変換装置においては、スイッチング素子の保護手段として、例えば、「前記昇降圧コンバータ及び前記インバータのスイッチング素子の温度を検出し、この検出された温度に基づいて、前記昇圧電圧を下げる制御を行う制御手段を備える」ものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the power conversion device as described above, as a protection means for the switching element, for example, “the temperature of the switching element of the buck-boost converter and the inverter is detected, and the boost voltage is lowered based on the detected temperature. "Providing control means for performing control" has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
インバータの入力側にコンバータを設けた電力変換装置においては、三相電源の相間電圧に不平衡(アンバランス)や電源電圧の変動(電圧低下)などの電源環境の変動が生じた場合でも、入力電流を制御できるコンバータを動作させることで、電源環境の影響を受けることなくインバータ側に安定的に電圧を供給することができることがメリットの1つである。
しかし、電源側で想定以上の電源不平衡や電圧低下などの電源環境の変動がある場合、コンバータに過剰なストレスがかかり、スイッチング素子の寿命の低下を招くことになる。また、電源環境の変動により、電力変換装置を構成するモジュール温度が上昇し異常検知温度に達すると空気調和装置や冷蔵庫が停止に至ることがある。このため、電源環境の変動を検出し、スイッチング素子の負担を軽減するための保護措置を実施することが望まれている。
In a power converter equipped with a converter on the input side of the inverter, even if there is a fluctuation in the power supply environment such as unbalance (unbalance) or fluctuations in the power supply voltage (voltage drop) in the interphase voltage of the three-phase power supply One of the merits is that by operating a converter capable of controlling current, voltage can be stably supplied to the inverter without being affected by the power supply environment.
However, if there is a fluctuation in the power supply environment such as unbalanced power supply or voltage drop more than expected on the power supply side, excessive stress is applied to the converter, leading to a reduction in the life of the switching element. Moreover, when the module temperature which comprises a power converter device rises by the fluctuation | variation of a power supply environment and reaches abnormality detection temperature, an air conditioning apparatus or a refrigerator may stop. For this reason, it is desired to detect a change in the power supply environment and to implement a protective measure for reducing the burden on the switching element.
しかしながら、インバータの入力側にコンバータを設けた電力変換装置においては、コンバータは、インバータに供給する電圧および電流を一定に制御しているため、センサ等で交流電源の電圧不平衡や電源電圧の低下などの電源環境の変動を容易に検出できない、という問題点があった。そのため、スイッチング素子の負担を軽減するための保護措置が実施できない、という問題点があった。 However, in a power converter provided with a converter on the input side of the inverter, the converter controls the voltage and current supplied to the inverter at a constant level. There was a problem that fluctuations in the power supply environment such as could not be easily detected. For this reason, there has been a problem that a protective measure for reducing the burden on the switching element cannot be implemented.
上記特許文献1によれば、素子の保護実施にあたり、スイッチング素子の温度を検出し、この検出された温度に基づいて対策を実施している。しかし、急激な電源不平衡が発生した場合においては、素子の温度が上昇するまで対策を実施できず、スイッチング素子に過度なストレスがかかる期間が長くなり、スイッチング素子の寿命が低下する懸念がある。 According to Patent Document 1, the temperature of the switching element is detected and the countermeasure is implemented based on the detected temperature when the element is protected. However, when a sudden power imbalance occurs, countermeasures cannot be taken until the temperature of the element rises, and there is a concern that the period during which excessive stress is applied to the switching element becomes long and the life of the switching element is reduced. .
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、交流電源の電圧不平衡や電圧変動などの電源環境の変動を検出することができる電力変換装置及びそれを用いた圧縮機、送風機、空気調和装置、冷蔵庫を得るものである。
また、スイッチング素子の保護が可能であり、必要寿命を十分に確保し信頼性を向上することができる電力変換装置及びそれを用いた圧縮機、送風機、空気調和装置、冷蔵庫を得るものである。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a power converter capable of detecting fluctuations in a power supply environment such as voltage imbalance or voltage fluctuation of an AC power supply and a compressor using the same , A blower, an air conditioner, and a refrigerator are obtained.
Moreover, the protection of a switching element is possible, and the power converter device which can fully ensure a required lifetime and can improve reliability, and a compressor, a fan, an air conditioning apparatus, and a refrigerator using the same are obtained.
この発明に係る電力変換装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、リアクタ、スイッチング素子および逆流防止素子を有し、前記整流器の出力電圧をチョッピングにより可変するコンバータ部と、前記コンバータ部の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサで平滑された前記コンバータ部の出力を、交流電圧に変換するインバータ部と、前記リアクタに流れるリアクタ電流を検出する電流検出部と、前記コンバータ部の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記コンバータ部の出力電圧が指令電圧値なるように、前記コンバータ部のスイッチング素子を制御する制御手段と、備え、前記制御手段は、前記コンバータ部の出力電圧、前記リアクタ電流、及び前記指令電圧に基づき、前記指令電圧に対する前記整流器の出力電圧の割合に応じたスイッチング指令値を求め、前記スイッチング指令値に基づき、前記コンバータ部のスイッチング素子の駆動を制御すると共に、前記スイッチング指令値に基づき、前記交流電源の電圧不平衡および電圧変動の少なくとも一方である電源環境の変動の度合いを検出するものである。 A power converter according to the present invention includes a rectifier that rectifies an AC voltage supplied from an AC power supply, a converter that includes a reactor, a switching element, and a backflow prevention element, and that varies an output voltage of the rectifier by chopping; A smoothing capacitor for smoothing the output of the converter unit, an inverter unit for converting the output of the converter unit smoothed by the smoothing capacitor into an AC voltage, a current detection unit for detecting a reactor current flowing in the reactor, and the converter An output voltage detection unit that detects an output voltage of the converter unit, and a control unit that controls a switching element of the converter unit so that the output voltage of the converter unit becomes a command voltage value, the control unit including the converter unit Output voltage, the reactor current, and the command voltage based on the command voltage A switching command value corresponding to a ratio of the output voltage of the rectifier is obtained, and based on the switching command value, the driving of the switching element of the converter unit is controlled, and on the basis of the switching command value, the voltage unbalance of the AC power supply And a degree of fluctuation of the power supply environment which is at least one of voltage fluctuations.
本発明は、交流電源の電圧不平衡や電圧変動などの電源環境の変動を検出することができる。
また、スイッチング素子の保護が可能であり、必要寿命を十分に確保し信頼性を向上することができる。
The present invention can detect fluctuations in the power supply environment such as voltage imbalance and voltage fluctuations of the AC power supply.
In addition, the switching element can be protected, and the required life can be sufficiently secured to improve the reliability.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における電力変換装置の構成を示す図である。
図1において、1は三相交流電源、2は三相交流電源1の交流電圧を整流する三相整流器である。三相整流器2は6個の整流ダイオードをブリッジ接続した構成となっている。10はコンバータ部である。コンバータ部10は、リアクタ11と、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなスイッチング素子12と、例えばファストリカバリダイオードのような逆流防止素子13とにより構成される。7はコンバータ部10の出力を平滑する平滑コンデンサである。
3はリアクタ11に流れるリアクタ電流を検出する電流検出部、4はコンバータ部10の出力電圧(平滑コンデンサ7の両端の電圧)を検出する出力電圧検出部であり、20はコンバータ制御手段である。コンバータ制御手段20は、電流検出部3、及び出力電圧検出部4の出力信号よりスイッチング素子12を動作させる駆動信号を生成する。
8は平滑コンデンサ7で平滑された電圧を交流電圧に変換してモータ9を駆動するインバータ部である。インバータ部8は、例えばIGBTのようなスイッチング素子で構成されている。30はインバータ制御手段である。インバータ制御手段30は、インバータ部8を動作させる駆動信号を生成する。
Embodiment 1 FIG.
1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a three-phase AC power source, and 2 is a three-phase rectifier that rectifies the AC voltage of the three-phase AC power source 1. The three-
3 is a current detector for detecting the reactor current flowing in the
An inverter unit 8 drives the
上記のように構成された電力変換装置についてその動作及び作用を説明する。
まず、三相交流電源1の交流電圧は三相整流器2で整流されて直流電圧になる。コンバータ制御手段20によりコンバータ部10のスイッチング素子12のオンオフが制御され、そのチョッピングにより、三相整流器2からの直流電圧は昇圧または降圧される。
The operation and action of the power converter configured as described above will be described.
First, the AC voltage of the three-phase AC power source 1 is rectified by the three-
ここで、コンバータ部10において、スイッチング素子12がオンした場合には、逆流防止素子13は導通が阻止され、リアクタ11には三相整流器2によって整流された電圧が印加される。一方、スイッチング素子12がオフした場合には、逆流防止素子13は導通し、リアクタ11には、スイッチング素子12オン時と逆向きの電圧が誘導される。このとき、エネルギーの観点からは、スイッチング素子12のオン時にリアクタ11に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子12のオフ時に負荷であるインバータ部8へ移送されると見ることができる。したがって、スイッチング素子12のオンデューティを制御することで、コンバータ部10の出力電圧を制御することができる。
Here, in the
次に、コンバータ部10の出力電圧を制御するコンバータ制御手段20について説明する。
図2は、この発明の実施の形態1におけるコンバータの構成を示す図である。
図2において、21は電圧指令演算手段である。電圧指令演算手段21は、コンバータ部10の出力電圧に対する指令電圧値と、出力電圧検出部4にて検出したコンバータ部10の出力電圧検出値とから電圧指令値を演算する。例えば、電圧指令演算手段21は、指令電圧値と出力電圧検出値との差分を入力とし、電圧指令値を操作量として、比例積分制御(PI制御)を行う。
22は電流指令演算手段である。電流指令演算手段22は、電圧指令演算手段21にて演算した電圧指令値と、電流検出部3にて検出したリアクタ電流とから、スイッチング素子12のスイッチング指令(オンデューティ指令値)を演算する。例えば、電流指令演算手段22は、電圧指令値とリアクタ電流との差分を入力とし、スイッチング素子12のオンデューティ比を操作量として、比例積分微分制御(PID制御)を行う。
23は駆動パルス演算手段である。駆動パルス演算手段23は、電流指令演算手段22にて演算したスイッチング指令に基づいて、キャリア周波数に同期してスイッチング素子12のオンデューティを設定した駆動パルス(PWM指令)を生成する。
24は電源環境変化度合い演算手段である。電源環境変化度合い演算手段24は、電流指令演算手段22にて演算したスイッチング指令に基づいて、三相交流電源1の電圧不平衡や電圧低下など電源環境の変動の度合いを検出する。詳細は後述する。
25はスイッチング素子保護手段である。スイッチング素子保護手段25は、電源環境変化度合い演算手段24にて検知した電源環境の変動の度合いが、所定の範囲にないとき、スイッチング素子12の負荷を軽減する電源環境抑制制御の緩和措置を実行する。詳細は後述する。
Next, the converter control means 20 that controls the output voltage of the
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the converter according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 2, 21 is a voltage command calculating means. The voltage command calculation means 21 calculates a voltage command value from the command voltage value for the output voltage of the
次に、三相交流電源1の電圧不平衡や電圧低下など電源環境の変動と、スイッチング指令との関係について説明する。 Next, the relationship between the change in the power supply environment such as voltage imbalance or voltage drop of the three-phase AC power supply 1 and the switching command will be described.
コンバータ部10により電圧を昇降圧する場合、スイッチング指令値Dには次の関係がある。
図3は、この発明の実施の形態1における電源環境によるスイッチング指令の変化の様子を示す図である。
図3において、左側は三相交流電源1に電圧不平衡及び電圧低下がない場合(電源電圧変動なし)を示し、中央は三相交流電源1に電圧不平衡がある場合(電源電圧不平衡あり)を示し、右側は三相交流電源1に電圧低下がある場合(電源電圧低下あり)を示している。また、上段のグラフは三相交流電源1の各相の電圧波形を示し、中段は三相整流器2の出力電圧Ed(整流後の電圧)を示し、下段はスイッチング指令値Dを示している。
FIG. 3 is a diagram showing how the switching command changes due to the power supply environment in the first embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the left side shows the case where there is no voltage unbalance and voltage drop in the three-phase AC power supply 1 (no power supply voltage fluctuation), and the center is the case where there is a voltage unbalance in the three-phase AC power supply 1 (there is a power supply voltage unbalance). The right side shows a case where the three-phase AC power supply 1 has a voltage drop (with a power supply voltage drop). The upper graph shows the voltage waveform of each phase of the three-phase AC power supply 1, the middle shows the output voltage Ed (voltage after rectification) of the three-
図3上段において、三相交流電源1の電源電圧をVs、電源周波数をfsとすると、図3中段に示すように、三相整流器2の出力電圧Ed(整流後の電圧)は、周波数が6fs、最大値と最小値は以下のようになる。
このとき、図3下段に示すように、スイッチング指令値Dは、指令電圧Eo(短期的には一定)に対する三相整流器2の出力電圧Edの割合に応じた値として求めることができるので、出力電圧Edの電圧変化に応じて、スイッチング指令値Dの値も変化する。
At this time, as shown in the lower part of FIG. 3, the switching command value D can be obtained as a value corresponding to the ratio of the output voltage Ed of the three-
電源不平衡や電源電圧低下がない場合、図3左側中段に示すように、三相整流器2の出力電圧Edは所定の範囲内を変化し、電圧変動幅(最大値と最小値との差分)はほぼ一定である。また、図3左側下段に示すように、スイッチング指令値Dも所定の範囲内を一定の変化幅(最大値と最小値との差分)で変化する。
一方、電源不平衡がある場合、図3中央中段に示すように、三相整流器2の出力電圧Edの電圧変動幅(最大値と最小値との差分)は周期により変化し、図3中央下段に示すように、スイッチング指令値Dの変化幅(最大値と最小値との差分)が大きくなる。
このようなことから、三相交流電源1の電圧不平衡を直接検出することなく、スイッチング指令値Dの変化幅を求めることにより、電源不平衡の発生を検知することが可能となる。
なお、三相交流電源1の電圧が変動(低下)した場合においても、三相整流器2の出力電圧Edが所定の範囲外を変動し、これに伴いスイッチング指令値Dの変化も所定の範囲外を変動することになる。よって、スイッチング指令値Dの変化を求めることにより、電源電圧の変動を検知することが可能となる。
また、上記は方法を同時に用いることによって、電源不平衡、電源電圧低下が同時にある場合においても、スイッチング指令値Dの変化より、電源電圧不平衡、電源電圧低下を検知することが可能である。
本実施の形態においては、三相交流電源1の電圧不平衡および電圧変動の少なくとも一方の大きさを「電源環境の変動の度合い」と称する。
When there is no power supply imbalance or power supply voltage drop, the output voltage Ed of the three-
On the other hand, when the power supply is unbalanced, the voltage fluctuation range (difference between the maximum value and the minimum value) of the output voltage Ed of the three-
For this reason, it is possible to detect the occurrence of the power supply unbalance by obtaining the change width of the switching command value D without directly detecting the voltage unbalance of the three-phase AC power supply 1.
Even when the voltage of the three-phase AC power source 1 fluctuates (decreases), the output voltage Ed of the three-
Further, by using the above methods at the same time, it is possible to detect the power supply voltage imbalance and the power supply voltage drop from the change of the switching command value D even when the power supply imbalance and the power supply voltage drop are simultaneously.
In the present embodiment, the magnitude of at least one of voltage imbalance and voltage fluctuation of the three-phase AC power supply 1 is referred to as “degree of fluctuation in power supply environment”.
次に、電源環境変化度合い演算手段24の動作について説明する。
電源環境変化度合い演算手段24は、電流指令演算手段22で演算されたスイッチング指令値Dを取得する。そして、三相交流電源1の交流電圧の周期に同期した所定期間における、スイッチング指令値Dの最大値と最初値との差分により、電源環境の変動の度合いを検出する。例えば、三相交流電源1のゼロクロスを起点とした所定期間(例えば電源の6fs期間)におけるスイッチング指令値Dの最大値、最小値を検出し、その差分を電源環境の変動の度合いとして求める。
Next, the operation of the power supply environment change degree calculation means 24 will be described.
The power supply environment change
なお、電源環境の変動の度合いの検出方法はこれに限るものではなく、三相交流電源1の交流電圧の周期に同期した所定期間における、スイッチング指令値Dの平均値により、電源環境の変動の度合いを検出するようにしても良い。 The method for detecting the degree of fluctuation of the power supply environment is not limited to this, and the fluctuation of the power supply environment is determined by the average value of the switching command value D in a predetermined period synchronized with the cycle of the AC voltage of the three-phase AC power supply 1. The degree may be detected.
次に、電源環境が変動した際に、スイッチング素子12の負荷を軽減する電源環境抑制制御の緩和措置について説明する。
図4は、この発明の実施の形態1における電源環境変動時の対処動作を示す図である。
以下、図4の各ステップに基づき説明する。
Next, the mitigation measures for the power supply environment suppression control that reduces the load on the switching element 12 when the power supply environment fluctuates will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a coping operation when the power supply environment fluctuates in Embodiment 1 of the present invention.
Hereinafter, a description will be given based on each step of FIG.
(S1)
電源環境変化度合い演算手段24は、電流指令演算手段22で演算されたスイッチング指令値Dを取得する。
(S2)
電源環境変化度合い演算手段24は、三相交流電源1の交流電圧の周期に同期した所定期間におけるスイッチング指令値Dの最大値と最初値との差分、または、三相交流電源1の交流電圧の周期に同期した所定期間における、スイッチング指令値Dの平均値により、電源環境の変動の度合いを検出する。
(S3)
スイッチング素子保護手段25は、電源環境変化度合い演算手段24にて検知した電源環境の変動の度合いが、所定の範囲であるか否かを判断する。
電源環境の変動の度合いが所定の範囲である場合はステップS4へ進み、電源環境の変動の度合いが所定の範囲でない場合は、処理を終了する。
(S1)
The power supply environment change
(S2)
The power supply environment change degree calculation means 24 calculates the difference between the maximum value and the initial value of the switching command value D in a predetermined period synchronized with the cycle of the AC voltage of the three-phase AC power source 1 or the AC voltage of the three-phase AC power source 1. The degree of fluctuation of the power supply environment is detected from the average value of the switching command value D in a predetermined period synchronized with the cycle.
(S3)
The switching
When the degree of fluctuation of the power supply environment is within the predetermined range, the process proceeds to step S4, and when the degree of fluctuation of the power supply environment is not within the predetermined range, the process is terminated.
この所定範囲は、例えば、第1閾値を超え第2閾値を下回る範囲(第1閾値<電源環境の変動の度合い<第2閾値)が予め設定される。
ここで、第1閾値は、スイッチング素子12の仕様から決定する。また、第2閾値は、平滑コンデンサ7に流入するリプル電流による芯温度上昇値、素子寿命などを考慮して決定する。このように、第1閾値をスイッチング素子12の仕様から決定し、第2閾値を平滑コンデンサ7のリプル電流許容値から決定することで、スイッチング素子14及び平滑コンデンサ7の両方の保護が可能となる。
なお、本発明はこれに限らず、第1閾値または第2閾値の何れか一方のみを設定しても良い。
As this predetermined range, for example, a range that exceeds the first threshold value and falls below the second threshold value (first threshold value <degree of fluctuation of power supply environment <second threshold value) is preset.
Here, the first threshold value is determined from the specifications of the switching element 12. The second threshold value is determined in consideration of the core temperature rise value due to the ripple current flowing into the smoothing capacitor 7, the element lifetime, and the like. In this way, by determining the first threshold value from the specification of the switching element 12 and determining the second threshold value from the allowable ripple current value of the smoothing capacitor 7, both the switching element 14 and the smoothing capacitor 7 can be protected. .
The present invention is not limited to this, and only one of the first threshold value and the second threshold value may be set.
(S4)
スイッチング素子保護手段25は、コンバータ部10のスイッチング素子14の負荷を軽減する電源環境抑制制御の緩和措置を実行する。
この電源環境抑制制御の緩和措置は、コンバータ部10の動作を抑制するものである。ただし、コンバータ部10の動作を抑制することで電源不平衡の影響が大きくなり、平滑コンデンサ7のリプル電流が増加することに留意する。
この電源環境抑制制御の緩和措置として、例えば以下の(1)〜(3)の何れかを実施する。
(S4)
The switching element protection means 25 executes a mitigation measure for power supply environment suppression control that reduces the load on the switching element 14 of the
This mitigation measure for the power supply environment suppression control is to suppress the operation of the
For example, any one of the following (1) to (3) is implemented as a mitigation measure for the power supply environment suppression control.
(1)コンバータ部10の昇圧量を変更する。
スイッチング素子保護手段25は、コンバータ部10の出力電圧が指令電圧値より低い電圧となるように、コンバータ部10のスイッチング素子14を制御する。このように昇圧量を変更することでスイッチング素子の負担が減少することが可能である。ただし、昇圧量を大幅に変更すると後段にあるインバータ部8の損失が大きくなるため、インバータ部8側のことも考慮し、許容範囲内に収まるような昇圧値に設定する。
(1) The boosting amount of the
The switching element protection means 25 controls the switching element 14 of the
(2)インバータ部8の出力周波数を低下させる。
スイッチング素子保護手段25は、インバータ制御手段30に対し、出力周波数を低下させる指示を出力する。インバータ制御手段30は、インバータ部8のスイッチング素子を制御して、インバータ部8の出力周波数を低下させる。これにより、コンバータ部10の入力に流れる電流が低下するのでコンバータ部10のスイッチング素子12にかかる負担が減少する。
(2) The output frequency of the inverter unit 8 is reduced.
The switching
(3)キャリア周波数を変更する。
スイッチング素子保護手段25は、駆動パルス演算手段23が駆動パルス(PWM指令)を生成する際に用いるキャリア周波数を低下させる。これにより、スイッチング損失が極端に大きな素子を使用している場合においてはキャリア周波数を変更することでスイッチング素子の損失ができ、大幅な改善が可能である。
(3) Change the carrier frequency.
The switching element protection means 25 reduces the carrier frequency used when the drive pulse calculation means 23 generates a drive pulse (PWM command). As a result, when an element having an extremely large switching loss is used, the switching element can be lost by changing the carrier frequency, which can be greatly improved.
なお、上記(1)〜(3)の何れかを運転条件により選択するようにしても良い。これにより、用途に合った方法で電源環境抑制制御の緩和ができることは言うまでもない。 Note that any one of the above (1) to (3) may be selected according to operating conditions. Thus, it goes without saying that the power supply environment suppression control can be relaxed by a method suitable for the application.
上記のように構成することで、想定外の電源環境の変動があった場合でも、スイッチング素子12にかかる過度なストレスを緩和し、スイッチング素子12の寿命を確保しつつ、異常停止する前に制御器としての運転継続を優先できる。 With the above configuration, even when there is an unexpected change in the power supply environment, excessive stress applied to the switching element 12 is alleviated and the life of the switching element 12 is ensured, and control is performed before an abnormal stop. Priority can be given to continued operation as a container.
なお、図1のコンバータ部10は昇圧回路で示したが、降圧回路であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
Although the
なお、コンバータ部10のスイッチング素子12及び逆流防止素子13の少なくとも一方をワイドバンドギャップ半導体によって構成するようにしても良い。ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン(Si)素子と比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称であり、炭化ケイ素(SiC)素子の他、例えば、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド素子等が挙げられる。
Note that at least one of the switching element 12 and the
このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、高速スイッチングが可能である。また、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子12や逆流防止素子13の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子12や逆流防止素子13を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。更に電力損失が低いため、スイッチング素子12やスイッチング素子12の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。
A switching element or a diode element formed of such a wide band gap semiconductor can perform high-speed switching. Further, since the withstand voltage is high and the allowable current density is also high, the switching element 12 and the
以上のように本実施の形態においては、スイッチング指令値Dに基づき、交流電源の電圧不平衡および電圧変動の少なくとも一方である電源環境の変動の度合いを検出することができる。
このように、電源不平衡や電源電圧低下の度合いを、コンバータ部10のスイッチング指令値Dより演算することで、急激な不平衡や電圧低下が発生した場合においても、スイッチング素子12に過度なストレスを長期間受ける前に素子の保護が可能であり、必要寿命を十分に確保し信頼性の高い電力変換装置が得られる。
As described above, in the present embodiment, the degree of fluctuation of the power supply environment that is at least one of voltage imbalance and voltage fluctuation of the AC power supply can be detected based on the switching command value D.
Thus, by calculating the degree of power supply unbalance or power supply voltage drop from the switching command value D of the
実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2における空気調和装置の構成を示した図である。空気調和装置は、圧縮機100、四方弁101、熱交換器(室外機)102、膨張弁(減圧装置)103、熱交換器(室内機)104を備えており、これらが環状に接続されて冷媒回路を構成している。この冷媒回路により冷凍サイクルが構成されている。そして、圧縮機100に内蔵されているモータ(図示せず)の駆動制御装置110として上記の実施の形態1に係る電力変換装置が用いられる。また、熱交換器102、104に送風するために設けられている送風機105、106の駆動制御装置111、112として上記の実施の形態に係る電力変換装置が用いられている。
以上のように、本実施の形態2に係る空気調和装置は、上記の実施の形態1の電力変換装置を圧縮機100及び送風機105、106を制御対象として適用しているが、この場合についても上記の実施の形態1と同様の効果が得られることは言うまでもない。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the air-conditioning apparatus according to
As described above, the air conditioner according to the second embodiment applies the power conversion device of the first embodiment to the
実施の形態3.
なお、上記の実施の形態2は空気調和装置の例であるが、本発明は冷蔵庫又は冷凍庫のモータの駆動制御においても同様に適用される。
図6は、この発明の実施の形態3における冷蔵庫の構成を示す図である。冷蔵庫200は、図5と同様な冷媒回路(但し、四方弁は不要)を備えており、この冷媒回路により冷凍サイクルを構成している。冷蔵庫200は、図6の例では、冷凍サイクルの一部を構成する冷媒圧縮機201、冷却室202内に設けられた冷却器203で生成された冷気を冷蔵室、冷凍室等に送るための冷気循環用の送風機204を備えている。そして、この冷媒圧縮機201及び冷気循環用の送風機204は、上述した実施の形態1の電力変換装置により制御されるモータにより駆動される。このような構成によりモータを運転させても、上記実施の形態1と同様の効果が得られることはいうまでもない。
In addition, although said
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the refrigerator according to
以上、本発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能であることは言うまでもない。 While the present invention has been specifically described above based on the embodiments of the present invention, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1 三相交流電源、2 三相整流器、3 電流検出部、4 出力電圧検出部、7 平滑コンデンサ、8 インバータ部、9 モータ、10 コンバータ部、11 リアクタ、12 スイッチング素子、13 逆流防止素子、14 スイッチング素子、20 コンバータ制御手段、21 電圧指令演算手段、22 電流指令演算手段、23 駆動パルス演算手段、24 電源環境変化度合い演算手段、25 スイッチング素子保護手段、30 インバータ制御手段、100 圧縮機、101 四方弁、102 熱交換器、103 膨張弁、104 熱交換器、105 送風機、106 送風機、110 駆動制御装置、111 駆動制御装置、112 駆動制御装置、200 冷蔵庫、201 冷媒圧縮機、202 冷却室、203 冷却器、204 送風機。 1 Three-phase AC power supply, 2 Three-phase rectifier, 3 Current detection unit, 4 Output voltage detection unit, 7 Smoothing capacitor, 8 Inverter unit, 9 Motor, 10 Converter unit, 11 Reactor, 12 Switching element, 13 Backflow prevention element, 14 Switching element, 20 Converter control means, 21 Voltage command calculation means, 22 Current command calculation means, 23 Drive pulse calculation means, 24 Power supply environment change degree calculation means, 25 Switching element protection means, 30 Inverter control means, 100 Compressor, 101 Four-way valve, 102 heat exchanger, 103 expansion valve, 104 heat exchanger, 105 blower, 106 blower, 110 drive control device, 111 drive control device, 112 drive control device, 200 refrigerator, 201 refrigerant compressor, 202 cooling chamber, 203 cooler, 204 blower.
Claims (13)
リアクタ、スイッチング素子および逆流防止素子を有し、前記整流器の出力電圧をチョッピングにより可変するコンバータ部と、
前記コンバータ部の出力を平滑する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサで平滑された前記コンバータ部の出力を、交流電圧に変換するインバータ部と、
前記リアクタに流れるリアクタ電流を検出する電流検出部と、
前記コンバータ部の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記コンバータ部の出力電圧が指令電圧値なるように、前記コンバータ部のスイッチング素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記コンバータ部の出力電圧、前記リアクタ電流、及び前記指令電圧に基づき、前記指令電圧に対する前記整流器の出力電圧の割合に応じたスイッチング指令値を求め、
前記スイッチング指令値に基づき、前記コンバータ部のスイッチング素子の駆動を制御すると共に、
前記スイッチング指令値に基づき、前記交流電源の電圧不平衡および電圧変動の少なくとも一方である電源環境の変動の度合いを検出する
ことを特徴とする電力変換装置。 A rectifier that rectifies the AC voltage supplied from the AC power supply;
A converter unit having a reactor, a switching element, and a backflow prevention element, and varying the output voltage of the rectifier by chopping;
A smoothing capacitor for smoothing the output of the converter unit;
An inverter unit that converts the output of the converter unit smoothed by the smoothing capacitor into an AC voltage;
A current detector for detecting a reactor current flowing through the reactor;
An output voltage detection unit for detecting an output voltage of the converter unit;
Control means for controlling the switching element of the converter unit such that the output voltage of the converter unit becomes a command voltage value;
With
The control means includes
Based on the output voltage of the converter unit, the reactor current, and the command voltage, a switching command value corresponding to the ratio of the output voltage of the rectifier to the command voltage is obtained,
Based on the switching command value, controlling the driving of the switching element of the converter unit,
A power converter that detects a degree of fluctuation of a power supply environment that is at least one of voltage imbalance and voltage fluctuation of the AC power supply based on the switching command value.
前記交流電源の交流電圧の周期に同期した所定期間における、前記スイッチング指令値の最大値と最初値との差分により、前記電源環境の変動の度合いを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The control means includes
The degree of fluctuation of the power supply environment is detected based on a difference between a maximum value and an initial value of the switching command value in a predetermined period synchronized with an AC voltage cycle of the AC power supply. Power conversion device.
前記交流電源の交流電圧の周期に同期した所定期間における、前記スイッチング指令値の平均値により、前記電源環境の変動の度合いを検出する
ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 The control means includes
The power conversion device according to claim 1, wherein a degree of fluctuation of the power supply environment is detected from an average value of the switching command values in a predetermined period synchronized with a cycle of the AC voltage of the AC power supply.
前記電源環境の変動の度合いが予め設定した範囲にないとき、前記コンバータ部のスイッチング素子の負荷を軽減する電源環境抑制制御の緩和措置を実行する
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の電力変換装置。 The control means includes
The power supply environment suppression control mitigation measure for reducing the load on the switching element of the converter unit is executed when the degree of fluctuation of the power supply environment is not within a preset range. The power conversion device according to one item.
前記電源環境抑制制御の緩和措置として、
前記コンバータ部の出力電圧が前記指令電圧値より低い電圧となるように、前記コンバータ部のスイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。 The control means includes
As a mitigation measure for the power supply environment suppression control,
The power conversion device according to claim 4, wherein the switching element of the converter unit is controlled so that the output voltage of the converter unit is lower than the command voltage value.
前記電源環境抑制制御の緩和措置として、
前記インバータ部のスイッチング素子を制御して、前記インバータ部の出力周波数を低下させる
ことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。 The control means includes
As a mitigation measure for the power supply environment suppression control,
The power conversion device according to claim 4, wherein a switching element of the inverter unit is controlled to reduce an output frequency of the inverter unit.
前記スイッチング指令値に基づき、キャリア周波数に同期して前記コンバータ部のスイッチング素子のオンデューティを制御し、
前記電源環境抑制制御の緩和措置として、前記キャリア周波数を低下させる
ことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。 The control means includes
Based on the switching command value, the on-duty of the switching element of the converter unit is controlled in synchronization with the carrier frequency,
The power converter according to claim 4, wherein the carrier frequency is lowered as a mitigation measure for the power supply environment suppression control.
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の電力変換装置。 At least one of the switching element and the backflow prevention element is
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7, wherein the power conversion device is formed of a wide band gap semiconductor.
炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである
ことを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。 The wide band gap semiconductor is
9. The power converter according to claim 8, wherein the power converter is silicon carbide, gallium nitride-based material, or diamond.
前記電力変換装置によって駆動されるモータとを備えた
ことを特徴とする圧縮機。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 9,
And a motor driven by the power converter.
前記電力変換装置によって駆動されるモータを備えた
ことを特徴とする送風機。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 9,
A blower comprising a motor driven by the power converter.
ことを特徴とする空気調和装置。 An air conditioner comprising at least one of the compressor according to claim 10 and the blower according to claim 11.
ことを特徴とする冷蔵庫。 A refrigerator comprising at least one of the compressor according to claim 10 and the blower according to claim 11.
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