JP2019088090A - 電力変換装置及び空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換装置105は、整流回路110と、逆変換回路130と、コンデンサ122と、を備える。整流回路110は、交流電源102の交流電力を整流する。逆変換回路130は、整流回路110で整流された電圧Vdc([V])を所定の周波数の交流電圧に逆変換して、最大消費電力Pmax([W])が2kW以上であるモータ103に印加する。コンデンサ122は、整流回路110と逆変換回路130との間に設けられ、交流電源102の交流電圧Vac([V])及び最大消費電力Pmax([W])に対して、下式(1)の条件を満たす容量C([F])を有する。
【選択図】図2
Description
(1)空気調和装置
(1−1)空気調和装置の構成
図1は本開示の第1実施形態にかかる空気調和装置1の概略構成図である。空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の空気調和に使用される装置である。空気調和装置1は、1台の熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに並列に接続された複数台(本実施形態では、2台)の利用ユニットである室内ユニット4,5と、室外ユニット2及び室内ユニット4、5を接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管6及びガス冷媒連絡配管7とを備えている。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。本実施形態の空気調和装置1は冷房専用装置であり、冷房運転を行う。
本実施形態に係るモータ駆動装置は、電力変換装置105を含み、上述した空気調和装置1の圧縮機21に搭載されるモータ103を駆動する。
(3−1)
以上説明したように、本実施形態に係る電力変換装置105は、最大消費電力Pmax([W])が2kW以上の三相交流モータに対して、コンデンサ122の容量C([F])の値が、式(1)の条件を満たすものを採用する。これにより、整流回路110からの第5次高調波、第7次高調波を低減できる。また、このようなコンデンサ122は、通常、交流電源102が200〜600Vの範囲であるときに、200μF以下のフィルムコンデンサで実現することができる。この場合、電力変換装置105は、交流電源102とコンデンサ122との間の限流回路を不要とすることができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置105は、コンデンサ122の容量C([F])の値が、式(2)の条件を満たすものである。したがって、コンデンサ122の容量C([F])を小さくしても、逆変換回路130からスイッチングノイズを平滑する機能を維持することができる。また、このようなコンデンサ122であれば、リアクトル121の容量を抑えることができる。したがって、全体としてコストバランスに優れた電力変換装置105を提供することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置105は、モータ103の最大消費電力Pmax([W])が2kW以上であるものに使用することができる。したがって、この電力変換装置105は、高出力モータが必要な製品に適したものとなっている。また、ビル用の空気調和装置1への使用も可能である。
また、本実施形態に係る空気調和装置1は、上記いずれかの特徴を有する電力変換装置105が搭載されたものである。したがって、空気調和装置1の信頼性を高め、小型化、軽量化、低コスト化を実現することができる。
(4−1)変形例1A
上記実施形態において、リアクトル121のインダクタンスL([H])とコンデンサ122の容量C([F])の値が、さらに下式(3)の条件を満たすものを採用してもよい。ここで、定数aの値は4.3である。本発明者らの検討により、この条件を満たす場合には、整流回路110に過電流が流れないようにすることができる。
また、上記実施形態において、リアクトル121のインダクタンスL([H])とコンデンサ122の容量C([F])の値が、さらに下式(4)の条件を満たすものを採用してもよい。本発明者らの検討により、この条件を満たす場合には、逆変換回路130により生じるスイッチングノイズを吸収することができる。なお、fc([Hz])はキャリア周波数であり、定数Kの値は1/4である。
本実施形態に係る電力変換装置105は、図5に示すように、ヒューズ104をさらに備えるものでもよい。これにより、電力変換装置105の構成部品に過電流が流れることを阻止できる。
本実施形態に係る電力変換装置105は、図6に示すように、サージ電圧クランプ回路107をさらに備えるものでもよい。サージ電圧クランプ回路107は、モータ103の回生電力を吸収するものである。また、サージ電圧クランプ回路107がスイッチングノイズを吸収するので、コンデンサ122の容量Cをさらに低下させることができる。結果として、電力変換装置105の安全性を維持しつつ小型化を実現することが可能となる。
上記実施形態では、一例として、空気調和装置1が冷房運転のみを実施するものを説明したが、本実施形態に係る空気調和装置1はこれに限るものではない。すなわち、空気調和装置は冷房運転に加え、暖房運転等を実行するものでもよい。この場合、空気調和装置は、図4に示すように、四路切換弁22A、アキュムレータ24A、膨張弁38A等をさらに備える。また、冷房運転及び暖房運転の切り換えは、室外側制御部37A及び室内側制御部47Aから構成される制御部8Aが実行する。
上記実施形態では、交流電源102とコンデンサ122との間の限流回路を不要としていたが、本発明に係る電力変換装置105は、これに限定されるものではない。電力変換装置105は、交流電源102とコンデンサ122との間にリレー及び/又は限流回路を設けたものを排除するものではない。
(5)モータ駆動装置
(5−1)
本開示の第2実施形態に係るモータ駆動装置は、電力変換装置105Sを含むものである。以下、既に説明した部分と同一の部分には略同一の符号を付し、重複した説明を省略する。なお、他の実施形態と区別するために、本実施形態では添え字Sを付すことがある。
図8は本実施形態に係る電力変換装置105Sの動作を説明するためのフローチャートである。
(6−1)
以上説明したように、本実施形態に係る電力変換装置105Sは、制御回路150Sが、交流電源102とコンデンサ122との間のリレーの有無にかかわらず、圧縮機21の吐出圧力の異常を示す異常信号を受信した場合、逆変換回路130への制御信号の入力を停止する。このような構成により、信頼性を維持した上で小型化を実現し得る電力変換装置105Sを提供できる。
また、本実施形態に係る電力変換装置105Sは、コンデンサ122が式(1)の条件を満たす容量C([F])を有するものを採用することができる。このようなコンデンサ122は、電解コンデンサ以外のコンデンサ、例えばフィルムコンデンサによって実現される。そのため、第5次、第7次高調を低減することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置105Sは、コンデンサ122の容量C([F])の値が、式(2)の条件を満たすものを採用することができる。このようなコンデンサ122であれば、コンデンサ122の容量C([F])を小さくしても、逆変換回路130からスイッチングノイズを平滑する機能を維持することができる。また、このようなコンデンサ122であれば、リアクトル121の容量を抑えることができる。したがって、全体としてコストバランスに優れた電力変換装置105Sを提供することができる。
また、本実施形態に係る電力変換装置105Sは、モータ103の最大消費電力Pmax([W])が2kW以上であるものに使用することができる。したがって、この電力変換装置105Sは、高出力モータが必要な製品に適したものとなっている。例えば、ビル全体の空気調和を実現し得るような空気調和装置への使用に適している。
また、本実施形態に係る空気調和装置1は、上記いずれかの特徴を有する電力変換装置105Sが搭載されたものである。したがって、空気調和装置1の信頼性を高め、小型化、軽量化、低コスト化を実現することができる。
(7−1)変形例2A
上記実施形態において、リアクトル121のインダクタンスL([H])とコンデンサ122の容量C([F])の値が、さらに式(3)の条件を満たすものを採用してもよい。詳細は変形例1Aと同様である。
また、上記実施形態において、リアクトル121のインダクタンスL([H])とコンデンサ122の容量C([F])の値が、さらに式(4)の条件を満たすものを採用してもよい。詳細は変形例2Bと同様である。
本実施形態に係る電力変換装置105Sは、ヒューズをさらに備えるものでもよい。これにより、電力変換装置105Sの構成部品に過電流が流れることを阻止できる。詳細は変形例1Cと同様である。
本実施形態に係る電力変換装置105Sは、サージ電圧クランプ回路107をさらに備えるものでもよい。詳細は変形例1Dと同様である。
上記実施形態では、一例として、空気調和装置1が冷房運転のみを実施するものを説明したが、本実施形態に係る空気調和装置1はこれに限るものではない。すなわち、空気調和装置1は冷房運転に加え、暖房運転等を実行するものでもよい。詳細は変形例1Eと同様である。
上記実施形態では、交流電源102とコンデンサ122との間の限流回路を不要としていたが、本発明に係る電力変換装置105は、これに限定されるものではない。詳細は変形例1Fと同様である。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
8 制御部
21 圧縮機
22A 四路切換弁
24A アキュムレータ
37 室外側制御部
37A 室外側制御部
38A 膨張弁
47 室内側制御部
47A 室内側制御部
102 交流電源(三相交流電源)
103 モータ
104 ヒューズ
105 電力変換装置
105A 電力変換装置
105S 電力変換装置
107 サージ電圧クランプ回路
110 整流回路
120 直流リンク部
121 リアクトル
122 コンデンサ
130 逆変換回路
140A 限流回路
141A 主リレー
142A 限流リレー
143A 抵抗
150 制御回路
150A 制御回路
150S 制御回路
150L 異常停止部
D1 ダイオード
D2 ダイオード
D3 ダイオード
D4 ダイオード
D5 ダイオード
D6 ダイオード
SW1 スイッチング素子
SW2 スイッチング素子
SW3 スイッチング素子
SW4 スイッチング素子
SW5 スイッチング素子
SW6 スイッチング素子
Claims (9)
- 前記コンデンサの容量は、200μF以下である、
請求項1又は2に記載の電力変換装置。 - 前記コンデンサは、電解コンデンサ以外のコンデンサである、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記コンデンサは、フィルムコンデンサである、
請求項1から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記三相交流電源と前記コンデンサとの間にリレーを不要とするものである、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記三相交流電源と前記コンデンサとの間に、リレー(141A)をさらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記モータは、空気調和装置(1)の圧縮機(21)に搭載されるものである、
請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置が搭載された空気調和装置(1,1A)。
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