JP2018207557A

JP2018207557A - 電力変換装置の制御装置および冷凍装置

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Publication number: JP2018207557A
Application number: JP2017106488A
Authority: JP
Inventors: 平岡　誠康; Nobuyasu Hiraoka; 誠康平岡; 晋一石関; Shinichi Ishizeki; 圭人小寺; Yoshihito Kodera; 正英藤原; masahide Fujiwara
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: JP6939094B2

Abstract

【課題】リアクトルの発熱量の増大を抑制できる電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は整流回路とコンデンサとリアクトルとインバータとを備える。整流回路は複数の入力端と一対の直流線との間に接続され、交流／直流変換を行う。コンデンサは一対の直流線の間に接続される。リアクトルは、コンデンサと整流回路との間において一対の直流線の一方に設けられる。インバータは一対の直流線と複数の出力端との間に接続され、直流／交流変換を行う。電力変換装置を制御する装置は電圧検出部と制御部とを備える。電圧検出部はリアクトルの電圧ＶＬを検出する。制御部は電圧検出部によって検出された電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいという第１条件が成立したときに、インバータが出力する交流電力を低減させるように、インバータを制御するための制御信号を生成する電力低減制御を実行する制御部とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、電力変換装置の制御装置および冷凍装置に関する。

直流リンク部にＬＣフィルタを有する電力変換装置が提案されている。具体的には、電力変換装置は、直流リンク部を介して相互に直列に接続されるダイオードブリッジおよびインバータを備えている。ダイオードブリッジは、入力された交流電圧を直流電圧に変換し、当該直流電圧を直流リンク部に出力する。

直流リンク部は一対の直流線によって構成されている。一対の直流線の間にはコンデンサが接続される。当該コンデンサとダイオードブリッジとの間において、一対の直流母線の一方にはリアクトルが設けられている。このリアクトルおよびコンデンサはＬＣフィルタを形成する。

インバータはコンデンサの両端電圧を交流電圧に変換して、この交流電圧を例えば電動機に出力する。

なお本発明に関連して、特許文献１〜３を掲示する。

特開２０１５−８４６３７号公報特開２０１５−１４５７４２号公報特開２０１０−１７５１９４号公報

リアクトルに流れる電流が時間とともに変化すると、その変化に応じた渦電流がリアクトルのコアに流れ、この渦電流に起因してリアクトルが発熱する。

そこで本発明は、リアクトルの発熱量の増大を抑制できる電力変換装置の制御装置および冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第１の態様は、交流電源に接続される複数の入力端(P11,P12)と、一対の直流線(LH,LL)と、複数の出力端(Pu,Pv,Pw)と、前記複数の入力端と前記一対の直流線との間に接続され、交流／直流変換を行う整流回路(1)と、前記一対の直流線の間に接続されるコンデンサ(C1)と、前記コンデンサと前記整流回路との間において前記一対の直流線の一方(LH)に設けられるリアクトル(L1)と、前記一対の直流線と前記複数の出力端との間に接続され、直流／交流変換を行うインバータ(2)とを備える電力変換装置を制御する装置であって、前記リアクトルの電圧(VL)を検出する電圧検出部(4)と、前記電圧検出部によって検出された前記電圧(VL)の絶対値が電圧基準値(Vref)よりも大きいという第１条件が成立したときに、前記インバータが出力する交流電力を低減させるように、前記インバータを制御するための制御信号を生成する電力低減制御を実行する制御部(3)とを備える。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第２の態様は、第１の態様にかかる電力変換装置の制御装置であって、前記制御部(3)は、前記複数の入力端を介して前記整流回路(1)へ入力される交流電流の振幅(im)が振幅基準値(iref)よりも大きいという第２条件と、前記第１条件との両方が成立したときに、前記電力低減制御を実行する。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第３の態様は、第１または請求項第２の態様にかかる電力変換装置の制御装置であって、前記制御部(3)は、前記第１条件が成立するか否かを繰り返し判断し、所定時間内における前記第１条件の成立回数(N)が所定回数(Nref)よりも多いときに、前記電力低減制御を実行する。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第４の態様は、第３の態様にかかる電力変換装置の制御装置であって、前記制御部(3)は、前記電力低減制御の実行を開始した後に、前記所定時間内における前記第１条件の前記成立回数(N)が前記所定回数(Nref)よりも少ないときに、前記電力低減制御を終了する。

本発明にかかる冷凍装置は、第１から第４のいずれか一つの態様にかかる電力変換装置の制御装置と、前記電力変換装置とを備える。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第１の態様および冷凍装置によれば、リアクトルの電圧の絶対値が電圧基準値よりも大きいという第１条件が成立して電力低減制御が実行されるので、インバータから出力される交流電力が低減する。これに伴って、リアクトルに流れる電流も低減する。これにより、リアクトルのコアに流れる渦電流も低減し、ひいてはリアクトルに発生する熱を抑制することができる。よってリアクトルに流れる電流に歪みが生じて、リアクトルの発熱量が増大すると、電力低減制御を実行して、この発熱量の増大が抑制される。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第２の態様によれば、リアクトルの発熱量が顕著に高まるときに、電力低減制御を実行できる。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第３の態様によれば、ノイズに起因した出力電力の低減を抑制または回避できる。

本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第４の態様によれば、交流電力が低減する期間の拡大を抑制または回避できる。

冷凍装置の構成の一例を概略的に示す図である。電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。整流回路に入力される交流電圧、リアクトルを流れる電流、および、リアクトルに印加される電圧の一例を概略的に示す図である。整流回路に入力される交流電圧、リアクトルを流れる電流、および、リアクトルに印加される電圧の一例を概略的に示す図である。制御部の動作の一例を示すフローチャートである。整流回路に入力される交流電圧、リアクトルを流れる電流、および、リアクトルに印加される電圧の一例を概略的に示す図である。制御部の動作の一例を示すフローチャートである。制御部の動作の一例を示すフローチャートである。電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。

第１の実施の形態．
＜１．冷凍装置＞
図１は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用可能な冷凍装置の構成の一例を概略的に示す図である。冷凍装置１００はヒートポンプユニットとも呼ばれ、冷凍専用機、空気調和機または給湯機などの機器に用いられる。以下では一例として、空気調和機について説明する。冷凍装置１００は利用側ユニット２００および熱源側ユニット３００を備えている。利用側ユニット２００は室内に配置され、熱源側ユニット３００は室外に配置される。

利用側ユニット２００は例えば熱交換器２１０とファン２２０と制御部２５０とを備えている。熱源側ユニット３００は例えば熱交換器３１０と膨張弁３６０とファン３２０と圧縮機３３０と四方弁３４０と制御部３５０とを備えている。熱交換器２１０，３１０と膨張弁３６０と圧縮機３３０と四方弁３４０は冷媒回路を構成する。

圧縮機３３０は吸入口３３１と吐出口３３２とを有する。圧縮機３３０は吸入口３３１から冷媒を吸入し、吸入された冷媒を圧縮してこれを吐出口３３２から吐出する。この圧縮機３３０は電動機を有しており、この電動機が回転することにより、圧縮動作が行われる。

四方弁３４０は圧縮機３３０の吸入口３３１および吐出口３３２と、熱交換器２１０の一端２１１と、熱交換器３１０の一端３１１とにそれぞれ冷媒配管を介して連結される。この四方弁３４０は圧縮機３３０の吸入口３３１を熱交換器２１０の一端２１１および熱交換器３１０の一端３１１のいずれか一方と選択的に連結させ、吐出口３３２を他方と連結させる。

膨張弁３６０の一端は冷媒配管を介して熱交換器２１０の他端２１２に連結され、膨張弁３６０の他端は冷媒配管を介して熱交換器３１０の他端３１２に連結される。膨張弁３６０は冷媒を絞り膨張させる。

ファン２２０は熱交換器２１０へと送風して熱交換器２１０の熱交換を促進し、熱交換後の空気を室内に吹き出させる。ファン３２０は熱交換器３１０へと送風して熱交換器３１０の熱交換を促進する。ファン２２０，３２０は電動機を有しており、当該電動機が回転することにより、ファン２２０，３２０は送風する。

制御部２５０，３５０は互いに通信可能に接続され、互いに協働して冷凍装置１００を制御する。制御部２５０は利用側ユニット２００の各種構成（例えばファン２２０）を制御し、制御部３５０は熱源側ユニット３００の各種構成（例えばファン３２０、膨張弁３６０、圧縮機３３０および四方弁３４０）を制御する。

冷凍装置１００は、室内の空気を冷却するための冷房運転を実行する。この冷房運転において、制御部２５０，３５０は互いに通信して上記構成要素を制御する。例えば制御部３５０は四方弁３４０を制御して、圧縮機３３０の吸入口３３１を熱交換器２１０の一端２１１に連結させ、圧縮機３３０の吐出口３３２を熱交換器３１０の一端３１１に連結させる。これにより、利用側ユニット２００の熱交換器２１０を蒸発器として機能させ、熱源側ユニット３００の熱交換器３１０を凝縮器として機能させることができる。よって、利用側ユニット２００の熱交換器２１０は室内の空気から熱を吸収して、室内の空気を冷却する。また冷房運転において、制御部２５０，３５０はそれぞれファン２２０，３２０を回転させる。利用側ユニット２００のファン２２０からの風は熱交換器２１０を経由して室内へと供給されるので、室内の冷却を促進できる。

また冷凍装置１００は、室内の空気を暖めるための暖房運転を実行する。この暖房運転において、制御部２５０，３５０は互いに通信して上記構成要素を制御する。例えば制御部３５０は四方弁３４０を制御して、圧縮機３３０の吸入口３３１を熱交換器３１０の一端３１１に連結させ、圧縮機３３０の吐出口３３２を熱交換器２１０の一端２１１に連結させる。これにより、利用側ユニット２００の熱交換器２１０を凝縮器として機能させ、熱源側ユニット３００の熱交換器３１０を蒸発器として機能させることができる。よって利用側ユニット２００の熱交換器２１０は室内の空気へと熱を放出して、室内の空気を暖める。また暖房運転においても、制御部２５０，３５０はそれぞれファン２２０，３２０を回転させる。ファン２２０からの風は熱交換器２１０を経由して室内へと供給されるので、室内の暖房を促進できる。

＜２．電力変換装置＞
図２は、電力変換装置１０の構成の一例を示すブロック図である。この電力変換装置１０は例えば冷凍装置１００に設けられる。電力変換装置１０は、例えばファン２２０，３２０および圧縮機３３０のいずれかに設けられた電動機Ｍ１へと交流電圧を出力して、電動機Ｍ１を駆動する。

電力変換装置１０は、複数の入力端Ｐ１１，Ｐ１２と、一対の直流線ＬＨ，ＬＬと、複数の出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗと、整流回路１と、コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１と、インバータ２とを備えている。

入力端Ｐ１１，Ｐ１２には、交流電源Ｅ１が接続される。交流電源Ｅ１は例えば商用の単相交流電源であって、入力端Ｐ１１，Ｐ１２の間に交流電圧を印加する。

整流回路１は入力端Ｐ１１，Ｐ１２と一対の直流線ＬＨ，ＬＬとの間に接続され、交流／直流変換を行う。具体的には、整流回路１は入力端Ｐ１１，Ｐ１２を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換し、当該直流電圧を一対の直流線ＬＨ，ＬＬの間に印加する。整流回路１は例えばダイオード整流回路である。整流回路１は例えばダイオードブリッジを有し、交流電圧を全波整流する。

なお図１の例においては、交流電源Ｅ１は単相交流電源であり、整流回路１は単相の整流回路であるものの、交流電源Ｅ１は多相交流電源でもよく、整流回路１は多相の整流回路であってもよい。

コンデンサＣ１は一対の直流線ＬＨ，ＬＬの間に接続されている。リアクトルＬ１はコンデンサＣ１と整流回路１との間において直流線ＬＨに設けられている。リアクトルＬ１はコア（不図示）と当該コアに巻回される巻線（不図示）とを有している。リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１はいわゆるＬＣフィルタを形成する。なおリアクトルＬ１は、コンデンサＣ１と整流回路１との間において、直流線ＬＬに設けられても構わない。

このＬＣフィルタは、例えばインバータ２のスイッチングに起因した電流のノイズを低減することができる。リアクトルＬ１のインダクタンス、および、コンデンサＣ１の静電容量は例えば小さく設定される。これにより、電力変換装置１０を小型化することができる。コンデンサＣ１の静電容量が小さいので、コンデンサＣ１に印加される直流電圧は、交流電圧に起因して変動する。逆に言えば、コンデンサＣ１の静電容量は、当該直流電圧が交流電圧の変動に応じて変動する程度に設定される。例えば整流回路１が単相交流電圧を全波整流する場合、当該直流電圧は交流電圧の２倍の周波数で脈動する。

リアクトルＬ１のインダクタンスは例えば数百［μＨ］程度に設定され、コンデンサＣ１の静電容量は例えば数十［μＦ］程度に設定される。

インバータ２は一対の直流線ＬＨ，ＬＬと出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗとの間に接続され、直流／交流変換を行う。図２の例においては、インバータ２には、コンデンサＣ１の両端電圧が直流電圧として入力される。インバータ２はこの直流電圧を三相交流電圧に変換して、当該三相交流電圧を出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに出力する。

インバータ２は例えばスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６とダイオードＤ１〜Ｄ６を備えている。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５の各々は例えばトランジスタであって、出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの各々と直流線ＬＨとの間に接続される。スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の各々は例えばトランジスタであって、出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗの各々と直流線ＬＬとの間に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６はそれぞれスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に並列に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６の順方向は直流線ＬＬから直流線ＬＨへ向かう方向である。

出力端Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗは電動機Ｍ１に接続される。電動機Ｍ１は例えば圧縮機３３０に設けられた電動機であってもよく、あるいは、例えばファン２２０，３２０のいずれか一方に設けられた電動機であってもよい。電動機Ｍ１は、インバータ２から入力される交流電圧に応じて回転する。

電力変換装置１０を制御する制御装置は制御部３と電圧検出部４とを備えている。制御部３は例えば主制御部３０と電動機制御部３１とを備えている。例えば主制御部３０は、電力変換装置１０がファン３２０または圧縮機３３０の電動機Ｍ１を駆動する場合には、熱源側ユニット３００の制御部３５０であり、電力変換装置１０がファン２２０の電動機Ｍ１を駆動する場合には、利用側ユニット２００の制御部２５０である。主制御部３０は電動機Ｍ１についての指令値（例えば電動機Ｍ１の回転速度ωについての回転速度指令値ω*）を電動機制御部３１へと出力する。

電動機制御部３１は主制御部３０からの指令値に基づいて制御信号Ｓを生成し、この制御信号をインバータ２（具体的にはスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６）へ出力する。制御信号Ｓの生成方法は公知の方法を採用すればよいものの、以下では、回転速度ωをフィードバック制御する方法の一例について簡単に説明する。

図２の例においては、インバータ２が出力する交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流検出部５が設けられている。電動機制御部３１は電流検出部５によって検出された交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて電動機Ｍ１の回転速度ωを算出する。なお図２の例ではインバータ２の出力側に電流検出部５が設けられているものの、インバータ２の入力側に電流検出部が設けられてもよい。この電流検出部は例えばコンデンサＣ１よりもインバータ２側において、直流線ＬＨまたは直流線ＬＬを流れる直流電流を検出し、その検出値を電動機制御部３１へと出力する。電動機制御部３１は、この直流電流を、インバータ２のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングパターンに基づいて交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと対応付けることにより、交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。このような検出方法は１シャント方式とも呼ばれる。

次に、電動機制御部３１は回転速度指令値ω*と回転速度ωとの偏差を算出し、当該偏差に対して比例積分制御を行って電流指令値を生成する。この電流指令値はインバータ２が出力する交流電流についての指令値である。次に、電動機制御部３１は例えば電動機Ｍ１の電圧方程式を用いて当該電流指令値から電圧指令値を生成する。この電圧指令値はインバータ２が出力する交流電圧についての指令値である。電動機制御部３１は当該電圧指令値とキャリア波（三角波）とを比較して、制御信号Ｓを生成する。キャリア波の周波数は例えば数（例えば５．９）［ｋＨｚ］程度に設定される。電動機制御部３１はこの制御信号Ｓをインバータ２へと出力する。

インバータ２は制御信号Ｓに基づいて直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を電動機Ｍ１へと出力する。これにより、電動機Ｍ１の回転速度ωがその回転速度指令値ω*に基づいて制御される。

なおここでは、主制御部３０および電動機制御部３１はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等)、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、主制御部３０および電動機制御部３１はこれに限らず、主制御部３０または電動機制御部３１によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

電圧検出部４は、リアクトルＬ１に印加される電圧ＶＬを検出し、その検出値を制御部３へと出力する。図１の例においては、電圧検出部４は抵抗Ｒ１〜Ｒ６を備えている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３はリアクトルＬ１の整流回路１側の端と直流線ＬＬとの間において相互に直列に接続されており、抵抗Ｒ４〜Ｒ６はリアクトルＬ１のインバータ２側の端と直流線ＬＬとの間において相互に直列に接続されている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３は直流線ＬＨから直流線ＬＬへ向かう方向においてこの順で配置されており、抵抗Ｒ４〜Ｒ６は直流線ＬＨから直流線ＬＬへ向かう方向においてこの順で配置されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗値とＲ３の抵抗値の比は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の合成抵抗値と抵抗Ｒ６の抵抗値の比とほぼ等しく設定される。抵抗Ｒ２，Ｒ３を接続する接続点Ｐ４１と、抵抗Ｒ５，Ｒ６を接続する接続点Ｐ４２とは、それぞれ制御部３（より具体的には電動機制御部３１）に接続されている。電動機制御部３１には、接続点Ｐ４１，Ｐ４２間の電圧が、電圧ＶＬに比例する値として入力される。抵抗Ｒ１〜Ｒ６は分圧抵抗として機能するので、電動機制御部３１に入力される電圧値を低減することができる。

図３は、整流回路１に入力される交流電圧Ｖｉｎと、リアクトルＬ１を流れる電流ｉＬと、リアクトルＬ１の電圧ＶＬとの一例を概略的に示す図である。交流電圧Ｖｉｎは正弦波形状を有している。電流ｉＬは理想的には正弦波の絶対値に相当する。電圧ＶＬはリアクトルＬのインダクタンスと電流ｉＬの時間変化率との積で表されるので、電流ｉＬの時間変化率に応じて変動する。しかるに、ここではリアクトルＬ１のインダクタンスは小さく、かつ電流ｉＬの基本周波数は交流電圧Ｖｉｎの基本周波数の二倍（例えば１００〜１２０Ｈｚ程度）と低いので、電圧ＶＬは図３において模式的に零で示されている。

図４は、交流電圧Ｖｉｎに歪みが生じたときの、交流電圧Ｖｉｎ、電流ｉＬおよび電圧ＶＬの一例を概略的に示す図である。図４の例では、交流電圧Ｖｉｎには、略インパルス状の電圧変化が周期的に（例えば交流電圧Ｖｉｎの基本周期の半分を周期として）生じている。図４の例では、この電圧変化が生じる期間は例えば交流電圧Ｖｉｎの１／４周期よりも短い。

この交流電圧Ｖｉｎの歪みに起因して電流ｉＬにも歪みが生じている。図４の例では、交流電圧Ｖｉｎと同様の略インパルス状の電流変化が周期的に生じている。より具体的には、電流ｉＬはインパルス状において急峻に増大し、同様に急峻に低減している。つまり電流ｉＬはインパルス状の電流変化が認められる期間において、正弦波における時間変化率の最大値よりも高い時間変化率で、増低減する。

また、この電流ｉＬの歪みに起因して電圧ＶＬにも歪みが生じる。図４の例では、電流ｉＬの時間変化率は歪みにおいて急峻に高くなるので、電圧ＶＬは電流ｉＬの歪みに起因して大きく変動する。具体的には、電圧ＶＬは電流ｉＬが急峻に増大するときに大きな正の値をとり、電流ｉＬが急峻に低減するときに小さな負の値をとる。つまり、電流ｉＬの変動（時間変化率）が大きいほど、電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が大きくなる。

なお以下では、歪みがないときの電流ｉＬの波形を理想成分と呼び、電流ｉＬに生じた歪みの成分を歪み成分とも呼ぶ。

ところで、リアクトルＬ１のコアには、電流ｉＬの変動が大きいほど大きな渦電流が発生する。つまり、渦電流は、電流ｉＬに歪み成分が生じていない場合には、電流ｉＬの理想成分によって生じ、電流ｉＬに歪み成分が生じている場合には、この歪み成分に応じて更に増大する。この渦電流はコアの電気抵抗に起因して熱（ジュール熱）を発生させる。電流ｉＬに歪みが生じると、これに起因して渦電流が増大し、ひいてはリアクトルＬ１の発熱量が増大する。このような電流ｉＬの歪みに起因したリアクトルＬ１の温度上昇は好ましくない。

そこで、制御部３は、電圧検出部４によって検出された電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいという第１条件が成立したときに、インバータ２が出力する交流電力を低減させるように制御信号Ｓを生成する電力低減制御を実行する。

図５は、制御部３の当該動作の一例を示すフローチャートである。この一連の処理は繰り返し実行される。

まずステップＳＴ１にて、電圧検出部４はリアクトルＬ１の電圧ＶＬを検出し、これを電動機制御部３１へと出力する。次にステップＳＴ２にて、電動機制御部３１は電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。この判断は例えば比較器を用いて行うことができる。電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも小さいと判断したときには、処理を終了する。

電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ３にて制御部３は、インバータ２が出力する交流電力（以下、出力交流電力とも呼ぶ）を低減する電力低減制御を実行する。具体的な電力変換制御の一例として、例えば電動機制御部３１は、電動機Ｍ１の回転速度を低下させる垂下制御を行う。電動機制御部３１は垂下要求信号Ｎ１を主制御部３０へと出力する。主制御部３０は垂下要求信号Ｎ１を受け取ると、回転速度指令値ω*を低下させる補正を行う。例えば主制御部３０は回転速度指令値ω*を所定量で低下させる補正を行う。主制御部３０は補正後の回転速度指令値ω*を電動機制御部３１へと出力する。

電動機制御部３１は補正後の回転速度指令値ω*に基づいて制御信号Ｓを生成し、当該制御信号Ｓをインバータ２へ出力する。インバータ２は制御信号Ｓに基づいた交流電圧を電動機Ｍ１へと出力する。これにより、電動機Ｍ１の回転速度ωは低下する。よって、インバータ２の出力交流電力は低下する。

図６は、電力低減制御を行ったときの交流電圧Ｖｉｎ、電流ｉＬおよび電圧ＶＬの一例を概略的に示す図である。図６の例では、電力低減制御を行う前の電流ｉＬおよび電圧ＶＬが二点鎖線で示されている。図６に示されるように、電力低減制御により、電流ｉＬが低減する。以下、その理由を簡単に説明する。

インバータ２の出力交流電力は理想的には整流回路１に入力される入力交流電力と等しい。また、整流回路１に接続される交流電源Ｅ１が商用電源である場合には定電圧源（交流電圧Ｖｉｎの振幅が略一定）とみなすことができる。よって、インバータ２の出力交流電力が低減すると、整流回路１に入力される交流電流の振幅は低減する。リアクトルＬ１に流れる電流ｉＬは理想的には、整流回路１に入力される交流電流の絶対値と等しいので、当該交流電流の振幅の低減に伴って電流ｉＬの振幅も低減する。この電流ｉＬの低減に伴って、電流ｉＬの歪み成分のピーク値も低減することになる。よって、電圧ＶＬの変動幅も低減する。図６の例においては、電圧ＶＬの絶対値の最大値は電圧基準値Ｖｒｅｆよりも小さくなっている。

さて、リアクトルＬ１の電流ｉＬの振幅および歪み成分のピーク値が低減すると、電流ｉＬの変動（時間変化率）が低減するので、リアクトルＬ１のコアに生じる渦電流も低減する。よって、渦電流に起因したリアクトルＬ１の温度上昇を抑制することができる。

以上のように、本制御部３によれば、電流ｉＬに歪みが生じて電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が基準値Ｖｒｅｆを超えると、インバータ２の出力交流電力を低減させることにより、リアクトルＬ１の電流ｉＬを低減させる。これにより、渦電流を低減でき、ひいては、リアクトルＬ１の温度上昇を抑制できるのである。

しかも本実施の形態では、電流ｉＬの歪みを電圧ＶＬに基づいて検出している。これによれば、電流ｉＬの歪みを検出しやすい。以下に、具体的に説明する。

例えば図４においては、電流ｉＬに歪みがないときのピーク値Ａ１（＝電流ｉＬの振幅ｉＬｍ）と、歪みによるピーク値Ａ２とが互いに近い値をとる。また、交流電圧Ｖｉｎに生じる歪みの大きさが小さかったり、生じるタイミングが交流電圧Ｖｉｎの中央値（ここでは０：ゼロクロス）の近傍であったりした場合には、電流ｉＬの歪みによるピーク値Ａ２が理想成分のピーク値Ａ１よりも小さくなることもある。この場合、電流ｉＬと基準値との比較で、歪みを検出することは困難である。

その一方で、電圧ＶＬは電流ｉＬの時間変化率に応じた値をとる。通常、電流ｉＬに歪みが生じれば、その歪み成分の時間変化率の最大値は、理想成分の時間変化率の最大値に比べて高くなる傾向にある。よって、電圧ＶＬは電流ｉＬの歪み成分に起因して顕著に変化する。したがって、電圧ＶＬと基準値との比較により、電流ｉＬに歪みが生じていることを検出しやすいのである。

＜３．ノイズ対策＞
上述の例においては、電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいときに、電力低減制御を実行した。しかるに、電圧ＶＬにノイズが生じることもある。このようなノイズに起因して電力低減制御が実行されることは好ましくない。

そこで、電動機制御部３１は、リアクトルＬ１の電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいという条件が成立するか否かを繰り返し判断し、所定時間内における当該条件の成立回数が所定回数Ｎｒｅｆよりも多いときに、電力低減制御を実行してもよい。

図７は、制御部３の上記動作の一例を示すフローチャートである。この一連の処理は繰り返し実行される。なお以下では、電力低減制御が行われていないときの制御を通常制御とも呼ぶ。

ステップＳＴ１１にて、電動機制御部３１はタイマ値Ｔを取得する。このタイマ値Ｔはタイマ回路によって出力される。このタイマ回路は例えば電動機制御部３１に設けられる。

次にステップＳＴ１２にて、電動機制御部３１はタイマ値Ｔが所定時間Ｔｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。この所定時間Ｔｒｅｆは例えば数秒（例えば６秒）程度に設定される。タイマ値Ｔが所定時間Ｔｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ１３にて、電圧検出部４はリアクトルＬ１の電圧ＶＬを検出する。

次にステップＳＴ１４にて、電動機制御部３１は電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも小さいと判断したときには、電動機制御部３１は再びステップＳＴ１１を実行する。絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ１５にて、電動機制御部３１は値Ｎをインクリメントし、再びステップＳＴ１１を実行する。この値Ｎは電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいという条件の成立回数を示す。

ステップＳＴ１２において、タイマ値Ｔが所定時間Ｔｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ１６にて、電動機制御部３１はタイマ値Ｔを零に初期化する。次にステップＳＴ１７にて、電動機制御部３１は値Ｎが所定回数Ｎｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。ステップＳＴ１７の実行時点における値Ｎは所定時間における上記条件の成立回数を示す。所定回数Ｎｒｅｆは例えば数百回程度に設定される。

値Ｎが所定回数Ｎｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ１８にて、電動機制御部３１は電力低減制御を実行する。次にステップＳＴ１９にて、電動機制御部３１は値Ｎを零に初期化し、処理を終了する。

ステップＳＴ１７において、値Ｎが所定回数Ｎｒｅｆよりも小さいと判断したときには、ステップＳＴ２０にて、電動機制御部３１は通常制御を実行する。例えば、ステップＳＴ１７の時点で電力低減制御が実行されていた場合には、電動機制御部３１はこの電力低減制御を終了して通常制御を実行する。この場合、例えば電動機制御部３１は通常要求信号を主制御部３０へと出力してもよい。通常要求信号を受け取った主制御部３０は回転速度指令値ω*に対する上記補正を終了し、補正を行わずに回転速度指令値ω*を電動機制御部３１へ出力する。これにより、補正が行われていない回転速度指令値ω*に基づいて電動機Ｍ１の回転速度ωが制御される。

またステップＳＴ１７の時点で通常制御が実行されていた場合には、電動機制御部３１はそのまま通常制御を実行する。

以上のように、上記条件が成立したとしても、所定時間における成立回数が所定回数よりも少ない場合には、電力低減制御が実行されず、成立回数が所定回数よりも大きいときに電力低減制御が実行される。よって、電圧ＶＬの絶対値｜Ｖｒｅｆ｜がノイズ等によって偶発的に電圧基準値Ｖｒｅｆを超えたとしても、電力低減制御は実行されない。したがって、ノイズに起因した電力低減制御を抑制または回避することができる。

また上述の例では、制御部３は、電力低減制御の実行後の所定時間における上記条件の成立回数が所定回数よりも少ないときに、電力低減制御を終了する。つまり電力低減制御によって、電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜のピーク値が電圧基準値Ｖｒｅｆを下回り、かつ、電力低減制御の開始から所定時間が経過すると、電力低減制御が終了する。つまり、交流電圧Ｖｉｎに歪みが生じ続けていたとしても、所定時間の経過により電力低減制御が終了する。そして、電力低減制御の終了後の所定時間において、上記条件の成立回数が所定回数を超えると、再び電力低減制御が実行される。これにより、リアクトルＬ１の温度上昇を抑制できるのである。つまり、たとえ交流電圧Ｖｉｎに歪みが生じていたとしても、電力低減制御が間欠的に行われることにより、リアクトルＬ１の温度上昇を抑制できるのである。

これによれば、例えば交流電圧Ｖｉｎの歪みの解消を待って電力低減制御を終了する場合に比べて、電力低減制御の実行期間を短縮することができる。つまり、電力低減制御が不要に長く実行されることを抑制または回避できる。よって、電動機Ｍ１を所望の回転速度で回転させることができる期間を長くできる。

第２の実施の形態．
電流ｉＬの理想成分のピーク値Ａ１（つまり振幅ｉＬｍ）が大きいときには、この理想成分に起因して生じる渦電流も大きい。電流ｉＬの歪み成分のピーク値Ａ２も大きい場合には、理想成分および歪み成分に起因した渦電流は大きいので、リアクトルＬ１の温度上昇の抑制のために、渦電流の低減が望まれる。その一方で、電流ｉＬの理想成分のピーク値Ａ１が小さいときには、この理想成分に起因して生じる渦電流は小さい。よって、ピーク値Ａ１が小さいときには、たとえ電流ｉＬの歪み成分のピーク値Ａ２が大きくても、さほど渦電流は大きくない。この場合には、リアクトルＬ１の発熱量もさほど大きくないので、渦電流を低減する必要性は低い。

ところで、リアクトルＬ１を流れる電流ｉＬは、理想的には入力交流電流Ｉｉｎの絶対値と一致する。よって、入力交流電流Ｉｉｎの振幅ｉｍが小さいときには、電流ｉＬの振幅ｉＬｍも小さい。

そこで、第２の実施の形態では、入力交流電流Ｉｉｎの振幅ｉｍも考慮して、電力低減制御の要否を判断することを企図する。

第２の実施の形態にかかる電力変換装置の制御装置では、整流回路１に入力される入力交流電流Ｉｉｎを検出する。この入力交流電流Ｉｉｎを直接に検出する電流検出部が設けられてもよいものの、図２に例示する電流検出部５を活用してもよい。例えば電動機制御部３１は、この電流検出部５によって検出された交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを用いて、入力交流電流Ｉｉｎを推定する。このような推定は公知であるので、詳細な説明を省略する。なお、交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは第１の実施の形態で述べたように、１シャント方式によって検出されてもよい。

電動機制御部３１は、電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいという第１条件と、入力交流電流Ｉｉｎの振幅ｉｍが振幅基準値よりも大きいという第２条件の両方が成立するときに、電力低減制御を実行する。これにより、リアクトルＬ１の発熱量が顕著に高まるときに、電力低減制御を実行できる。

言い換えれば、電動機制御部３１は第１条件および第２条件の少なくともいずれか一方が成立しないときには、リアクトルＬ１の発熱量はさほど高くないので、電力低減制御を実行しない。これによれば、不要な電力低減制御が実行されることを抑制または回避できる。言い換えれば、インバータ２の出力交流電力が低減する期間の拡大を抑制または回避できる。よって、電動機Ｍ１を所望の回転速度で回転させることができる期間を拡大できる。

図８は、制御部３の上記動作の一例を示すフローチャートである。この一連の処理は繰り返し実行される。ステップＳＴ３１，ＳＴ３２はそれぞれステップＳＴ１，ＳＴ２と同一である。ステップＳＴ３２にて、電圧ＶＬの絶対値｜ＶＬ｜が電圧基準値Ｖｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ３３にて、電動機制御部３１は、入力交流電流Ｉｉｎの振幅ｉｍが振幅基準値ｉｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。振幅ｉｍが振幅基準値ｉｒｅｆよりも大きいと判断したときには、ステップＳＴ３４にて、電動機制御部３１は電力低減制御を実行する。

ステップＳＴ３３において、入力交流電流Ｉｉｎの振幅ｉｍが振幅基準値ｉｒｅｆよりも小さいと判断したときには、電動機制御部３１はステップＳＴ３４を実行せずに、処理を終了する。

変形例．
図９は、変形例にかかる電力変換装置１０Ａの構成の一例を概略的に示す図である。電力変換装置１０Ａは、電力バッファ回路７を更に有するという点で、電力変換装置１０と相違している。電力バッファ回路７は例えば昇圧回路を備えている。例えば昇圧回路は昇圧リアクトルとスイッチ素子とコンデンサを備える。コンデンサは直流線ＬＨ，ＬＬの間に接続されている。昇圧リアクトルおよびスイッチ素子は直流線ＬＨ，ＬＬの間で相互に直列に接続されており、スイッチ素子がオンすることにより、昇圧リアクトルにエネルギーが蓄積される。スイッチ素子がオフすると、昇圧リアクトルに蓄えられたエネルギーがコンデンサへと放出され、コンデンサが充電される。これにより、コンデンサの電圧を昇圧することができる。またこのような電力バッファ回路７は公知のように、整流回路１の入力側の力率（入力力率）を改善することもできる。

このような電力変換装置１０Ａに対しても、上述した制御部３が適用可能である。

本電力変換装置１０，１０Ａおよび制御部３では、その発明の範囲内において、相互に矛盾しない限り、上記の種々の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１整流回路
２インバータ
３制御部
４電圧検出部
Ｃ１コンデンサ
Ｌ１リアクトル
ＬＨ，ＬＬ直流線
Ｐ１１，Ｐ１２入力端
Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ出力端

Claims

交流電源に接続される複数の入力端(P11,P12)と、
一対の直流線(LH,LL)と、
複数の出力端(Pu,Pv,Pw)と、
前記複数の入力端と前記一対の直流線との間に接続され、交流／直流変換を行う整流回路(1)と、
前記一対の直流線の間に接続されるコンデンサ(C1)と、
前記コンデンサと前記整流回路との間において前記一対の直流線の一方(LH)に設けられるリアクトル(L1)と、
前記一対の直流線と前記複数の出力端との間に接続され、直流／交流変換を行うインバータ(2)と
を備える電力変換装置を制御する装置であって
前記リアクトルの電圧(VL)を検出する電圧検出部(4)と、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧(VL)の絶対値が電圧基準値(Vref)よりも大きいという第１条件が成立したときに、前記インバータが出力する交流電力を低減させるように、前記インバータを制御するための制御信号を生成する電力低減制御を実行する制御部(3)と
を備える、電力変換装置の制御装置。
前記制御部(3)は、
前記複数の入力端を介して前記整流回路(1)へ入力される交流電流の振幅(im)が振幅基準値(iref)よりも大きいという第２条件と、前記第１条件との両方が成立したときに、前記電力低減制御を実行する、請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
前記制御部(3)は、
前記第１条件が成立するか否かを繰り返し判断し、
所定時間内における前記第１条件の成立回数(N)が所定回数(Nref)よりも多いときに、前記電力低減制御を実行する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置の制御装置。
前記制御部(3)は、前記電力低減制御の実行を開始した後に、前記所定時間内における前記第１条件の前記成立回数(N)が前記所定回数(Nref)よりも少ないときに、前記電力低減制御を終了する、請求項３に記載の電力変換装置の制御装置。
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電力変換装置の制御装置と、
前記電力変換装置と
を備える、冷凍装置。