JP2019134601A - インバータの制御方法、交流負荷駆動システム、冷凍回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】インバータのスイッチング素子の発熱を抑制する。【解決手段】交流負荷駆動システム１００は、商用電源１から出力される交流電圧Ｖ２を直流電圧Ｖｄｃに変換するコンバータ２と、該直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換して交流負荷５に動作電力Ｐｏを供給するインバータ４を有す。制御回路６は、直流電圧Ｖｄｃを検出し、直流電圧Ｖｄｃが所定の第１値未満であれば、インバータ４から交流負荷５に供給する電力Ｐｏを低減する。【選択図】図１
Description
本開示は電力変換器に関する。
インバータに入力される電圧が極端に低下すると、インバータの運転を停止し、以てインバータの誤動作、部品破壊を阻止する旨が、下記の特許文献１に開示されている。
本開示はインバータの発熱を抑制する。
本開示のインバータの制御方法は、入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)を制御する方法である。
その第１の態様では、前記直流電圧の電圧値(Vdc)が所定の第１値(Vt1)未満であれば、前記インバータから前記交流負荷に供給する電力(Po)を低減して当該電力を供給する(S8)。第１の態様は、インバータの発熱を抑制する。
本開示のインバータの制御方法の第２の態様は、その第１の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が上限値(I3)以上であれば、前記電流についての垂下制御(S84)を行なう。前記電圧値の上昇に対して前記上限値は単調非減少である。
本開示のインバータの制御方法の第３の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)未満であれば、前記交流負荷(5)への前記電力(Po)の供給を停止する。
本開示のインバータの制御方法の第４の態様は、その第２の態様であって、前記交流負荷(5)はモータである。前記垂下制御(S84)は前記モータの回転速度を低減する制御を含む。
本開示のインバータの制御方法の第５の態様は、その第４の態様であって、前記モータ(5)は、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータ、空気調和機に採用されるファン、空気清浄機に採用されるファンを駆動するモータのいずれかである。
本開示のインバータの制御方法の第６の態様は、その第４の態様であって、前記モータ(5)は、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータである。前記冷凍回路は膨張弁(93)を備える。前記垂下制御(S84)は前記膨張弁の開度を増加させる制御を含む。
本開示のインバータの制御方法の第７の態様は、その第１態様〜第６の態様のいずれかであって、前記直流電圧(Vdc)はコンバータ(2)によって第２交流電圧(V2)から変換して得られる。前記直流電圧は前記第２交流電圧(V2)の低下に起因して低下する。例えば前記コンバータ(2)へ入力する入力電流(Ii)が第２の上限値以上であれば、前記入力電流についての垂下制御(S84)を行なう。前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第２の上限値は単調非減少である。
本開示のインバータの制御方法の第８の態様は、その第１態様〜第７の態様のいずれかであって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記直流電圧で駆動される直流負荷(93)に供給する電力が低減される。
本開示の交流負荷の駆動システムは、交流負荷(5)に電力（Po)を供給するインバータ(4)と、本開示のインバータの制御方法を用いて前記インバータを制御するように構成された制御回路(6)とを備える。
図1は交流負荷駆動システム１００の構成を示すブロック図であり、ここでは交流負荷駆動システム１００が交流負荷５を駆動する。交流負荷５として、単相の交流負荷、多相の交流負荷のいずれを採用することもできる。例えば交流負荷５は交流モータである。例えば当該交流モータは冷凍回路に用いられる圧縮機を駆動する。あるいは例えば当該交流モータは冷凍回路に用いられる熱交換器に送風するファンを駆動する。あるいは例えば当該交流モータは空気清浄機に用いられるファンを駆動する。
交流負荷駆動システム１００はインバータ４を備える。インバータ４は、自身に入力された直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換して交流負荷５へ印加する。インバータ４は交流負荷５へ、交流負荷５を動作させる電力（以下「動作電力」）Ｐｏを供給する。交流電圧Ｖ１の相数は交流負荷５の相数に対応する。
交流負荷駆動システム１００は制御回路６を備える。制御回路６はインバータ４の動作を制御する。例えばインバータ４はスイッチング動作を行なうことで直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換する。インバータ４は例えば上述のスイッチング動作を行なうスイッチング素子を含む。
制御回路６は当該スイッチング動作を制御する制御信号Ｇを生成し、インバータ４へ出力する。交流電圧Ｖ１はインバータ４のスイッチング動作に依存して変動する。交流電圧Ｖ１の変動は動作電力Ｐｏを変動させる。動作電力Ｐｏの変動は交流負荷５の動作を変動させる。
従って、制御回路６はインバータ４の制御を介して動作電力Ｐｏを変動させ、以て交流負荷５を種々の動作で駆動する。交流負荷５が三相のモータであるときを例にとって説明する。
制御回路６には指令データＪと、直流電圧Ｖｄｃの値（以下「電圧値Ｖｄｃ」とも称す）と、インバータ４に流れる電流Ｉｗ（以下「電流値Ｉｗ」とも称す）の値とが入力される。指令データＪは例えばモータ５の回転速度、あるいは回転トルクについての指令値である。
電圧値Ｖｄｃは公知の電圧センサを用いて、電流値Ｉｗは公知の電流センサを用いて、それぞれ公知の手法で得られる。電流値Ｉｗはインバータ４に入力する電流を測定して得ることができる。
指令データＪは例えばモータ５が圧縮機を駆動する場合、当該圧縮機を用いる冷凍回路の冷却性能に依存して設定される。当該設定は例えば空気調和機において温度設定に基づいて圧縮機を駆動する制御として周知の技術である。例えば冷却性能を高めるには、圧縮機の回転速度の増大を採用することができ、例えば指令データＪが示す回転速度の指令値は増大する。
制御回路６は指令データＪと、電圧値Ｖｄｃと、電流値Ｉｗとを用いて動作電力Ｐｏを決定する。例えば指令データＪが回転速度、あるいは回転トルクについての指令値であるときには、当該指令値の増大は動作電力Ｐｏの回転速度の増大をもたらす。
制御回路６は、動作電力Ｐｏがインバータ４から交流負荷５へ供給されるように制御信号Ｇを生成する。
インバータ４がある値の動作電力Ｐｏを供給するときに、電圧値Ｖｄｃが低下すると電流値Ｉｗが上昇する。この理由を簡単に説明するためにインバータ４の電力変換効率を一定と考えれば、動作電力Ｐｏは電圧値Ｖｄｃと電流値Ｉｗとの積に比例するからである。電流値Ｉｗの上昇は、インバータ４を構成するスイッチング素子の発熱を招来する。スイッチング素子の発熱は効率の低下、素子の性能低下を招来する。従ってスイッチング素子の発熱は抑制されることが望まれる。
本実施の形態では、かかる発熱を抑制する技術として、電圧値Ｖｄｃが低下すると動作電力Ｐｏを低減する動作をインバータ４に行わせる、インバータの制御方法が提案される。具体的には例えば、制御回路６が制御信号Ｇを、インバータ４が上記動作を行なうように変動させる。
しかし電圧値Ｖｄｃの低下に対して常に動作電力Ｐｏが低減する必要はない。スイッチング素子の発熱を所定の上限まで許容することができるからである。たとえばこのような許容の上限は、スイッチング素子としてトランジスタを採用した場合、いわゆる許容コレクタ損失に依存する。
従って、本実施の形態で提案される技術として、電圧値Ｖｄｃが所定の閾値（以下、便宜的に「第１値」とする）未満であれば、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏを低減して動作電力Ｐｏを供給する技術を挙げる。これは、制御回路６の動作として見れば、電圧値Ｖｄｃが第１値以下のとき、インバータ４に動作電力Ｐｏを低減させる動作（以下「電力低減動作」とも称す）を行なわせる制御方法の実行である。例えば制御回路６は、インバータ４に動作電力Ｐｏを低減させる動作を行なわせる制御信号Ｇを生成し、インバータ４へ出力する。
かかる技術によれば、例えば電圧値Ｖｄｃが低下しても、インバータ４の発熱、例えば電流Ｉｗが増大することによる発熱が抑制される。
図１では、交流負荷駆動システム１００は、コンバータ２及びコンデンサ３を更に備える場合が例示される。コンデンサ３は直流電圧Ｖｄｃを支える。コンバータ２はコンデンサ３を充電する。コンデンサ３は放電して、単独もしくはコンバータ２と共に、インバータ４へ入力する電力（以下「入力電力」と称す）Ｐｉを供給する。インバータ４における損失を無視すれば、入力電力Ｐｉは動作電力Ｐｏと等しい。
コンバータ２には交流電圧Ｖ２が印加される。交流電圧Ｖ２は例えば交流電源たる商用電源１から出力される。直流電圧Ｖｄｃはコンバータ２によって交流電圧Ｖ２から変換される。例えばコンバータ２にはダイオードブリッジ整流回路、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、昇降圧コンバータが採用される。直流電圧Ｖｄｃは交流電圧Ｖ２の値の低下およびコンバータ２の動作の少なくともいずれか一方によって低下し得る。
例えばコンバータ２にダイオードブリッジ整流回路が採用された場合、直流電圧Ｖｄｃは交流電圧Ｖ２の値の低下に起因して低下する。制御回路６の電力低減動作は、交流電圧Ｖ２の値の低下に起因した電圧値Ｖｄｃの低下に対しても有効である。従って、電力低減動作は、商用電源１の性能低下を含む故障に対して、インバータ４の発熱を抑制する。交流電圧Ｖ２が低下するとコンバータ２に入力される入力電流Ｉｉも増加し、コンバータ２の損失も増加する。よって、この電力低減動作はコンバータ２を構成する部品の発熱抑制にも有用である。
図２は制御回路６の電力低減動作、およびこれに付随する動作を示すフローチャートである。ステップＳ７１では動作電力Ｐｏが設定される。当該設定は、指令データＪと、電圧値Ｖｄｃと、電流値Ｉｗとに基づいた動作電力Ｐｏの決定であり、周知の技術によって行なわれる処理である。ステップＳ７１では、直接的に動作電力Ｐｏを決定するのみならず、交流負荷５の動作状態を決定することによって間接的に動作電力Ｐｏが決定されてもよい。
ステップＳ７２では、動作電力Ｐｏを維持してインバータ４を動作させる制御が行なわれる。当該制御は、ステップＳ７１で設定された動作電力Ｐｏを維持してインバータ４を動作させる制御であり、周知の技術によって行なわれる処理である。
ステップＳ７３では、第１値Ｖｔ１と電圧値Ｖｄｃとの比較が行なわれる。当該比較の結果、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であれば（つまりＶｄｃ＜Ｖｔ１が肯定されるときには）処理がステップＳ８に進み、制御回路６は電力低減動作を行なう。
ステップＳ８は例えばステップＳ８１を含む。ステップＳ８１ではいわゆる低電圧保護の要否を判断するための比較が行なわれる。
ステップＳ８１では例えば、電圧値Ｖｄｃが所定の第２値Ｖｔ２と比較される。但し第２値Ｖｔ２は第１値Ｖｔ１よりも小さい。電圧値Ｖｄｃが第２値Ｖｔ２未満であれば（つまりＶｄｃ≧Ｖｔ２が否定されるときには）、処理はステップＳ７５へ進む。
ステップＳ７５ではインバータ４からの交流負荷５への動作電力Ｐｏの供給を停止する。これはいわゆる低電圧保護に相当する処理である。動作電力Ｐｏの供給の停止は、低減するものの動作電力Ｐｏの供給を行なう電力低減動作とは異なる。
説明の便宜上、ステップＳ８２の説明の前に、ステップＳ８３，Ｓ８４の説明をする。ステップＳ８４では電流Ｉｗについていわゆる垂下制御が行なわれ、ステップＳ８３ではステップＳ８４に先だって、垂下制御の要否が判断される。
垂下制御の例として、交流負荷５がモータであってその回転速度を低減する制御を挙げることができる。モータの回転速度の低減は電流Ｉｗの低減で実現され、動作電力Ｐｏの直接的な低減に寄与する。
垂下制御を行なうか否かは、インバータ４から交流負荷５に出力される電流と電流垂下値Ｉ３との比較で決定される。当該電流はインバータ４に流れる電流であるので、電流値Ｉｗとして測定できる。
ステップＳ８３においてＩｗ≧Ｉ３が肯定されるときには、処理はステップＳ８４へ進んで垂下制御が行なわれる。これにより電流値Ｉｗは低下する。つまり、ステップＳ８３，Ｓ８４により、電流垂下値Ｉ３は電流値Ｉｗの上限値として機能する。
ステップＳ８３においてＩｗ≧Ｉ３が否定されるとき（つまりＩｗ＜Ｉ３であるとき）には処理がステップＳ７２に戻る。
ステップＳ７４，Ｓ８２はいずれも電流垂下値Ｉ３を決定する処理である。ステップＳ７３において電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上であれば（つまりＶｄｃ＜Ｖｔ１が否定されるときには）処理がステップＳ７４に進み、電流垂下値Ｉ３を所定値Ｉ３１に設定する。例えば所定値Ｉ３１には、電圧値Ｖｄｃに依存しない値が採用される。
ステップＳ７４が実行された後、ステップＳ８３が実行される。この場合のステップＳ８３での処理は、電流値Ｉｗと所定値Ｉ３１との比較である。即ち、ステップＳ７４，Ｓ８３，Ｓ８４は、電流値Ｉｗが所定値Ｉ３１を超えないようにする垂下制御を行なうステップの集合である。
ステップＳ８１において電圧値Ｖｄｃが第２値Ｖｔ２以上であれば（つまりＶｄｃ≧Ｖｔ２が肯定されるときには）処理がステップＳ８２に進み、電流垂下値Ｉ３が電圧値Ｖｄｃの関数ｆ（Ｖｄｃ）で設定される。ここで関数ｆ（Ｖｄｃ）は電圧値Ｖｄｃの上昇に対して単調非減少である。
図３は、電流垂下値Ｉ３となる関数ｆ（Ｖｄｃ）の、電圧値Ｖｄｃに対する依存性を例示ずるグラフである。具体的には：
Ｖｄｃ≧Ｖｔ１のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３１；
Ｖｄｃ≦Ｖｔ２のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２；
Ｖｔ２≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１のとき、
ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２＋（Ｖｄｃ−Ｖｔ２）（Ｉ３１−Ｉ３２）／（Ｖｔ１−Ｖｔ２）；である。但し所定値Ｉ３２は所定値Ｉ３１よりも小さく、かつ電圧値Ｖｄｃに依存しない。
Ｖｄｃ≧Ｖｔ１のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３１；
Ｖｄｃ≦Ｖｔ２のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２；
Ｖｔ２≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１のとき、
ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２＋（Ｖｄｃ−Ｖｔ２）（Ｉ３１−Ｉ３２）／（Ｖｔ１−Ｖｔ２）；である。但し所定値Ｉ３２は所定値Ｉ３１よりも小さく、かつ電圧値Ｖｄｃに依存しない。
もちろん、上記の関数ｆ（Ｖｄｃ）は例示であって、Ｖｔ２≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１のときに、関数ｆ（Ｖｄｃ）は電圧値Ｖｄｃに対して非線形であってもよい。例えば、電圧値Ｖｄｃの変化に対して、関数ｆ（Ｖｄｃ）が連続的に変化してもよいし、ステップ状に変化してもよい。
ステップＳ８１での判断が否定的な場合にはステップＳ７５が実行され、動作電力Ｐｏの供給が停止されることに鑑みて、Ｖｄｃ＜Ｖｔ２のとき、関数ｆ（Ｖｄｃ）の値を設定しなくてもよい。
あるいは、関数ｆ（Ｖｄｃ）を決定する第２値Ｖｔ２よりも小さな第２値Ｖｔ２’を導入し、ステップＳ８１において電圧値Ｖｄｃと比較される第２値Ｖｔ２を第２値Ｖｔ２’に置換してもよい。この場合、Ｖｄｃ＜Ｖｔ２’では動作電力Ｐｏの供給が停止され、Ｖｔ２’≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ２では電流垂下値Ｉ３が所定値Ｉ３２を採り、これを上限として、電流Ｉｗについての垂下制御が行なわれる。
あるいは関数ｆ（Ｖｄｃ）を決定する第１値Ｖｔ１よりも大きな第１値Ｖｔ１’を導入し、ステップＳ７３において電圧値Ｖｄｃと比較される第１値Ｖｔ１を第１値Ｖｔ１’に置換してもよい。この場合、Ｖｔ１≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１’では電流垂下値Ｉ３が所定値Ｉ３１を採り、これを上限として、電流Ｉｗについての垂下制御が行なわれる。つまり、関数ｆ（Ｖｄｃ）は、電圧値Ｖｄｃの低下に対して単調に減少するものの、電圧値Ｖｄｃに依存しない領域があってもよい（電圧値Ｖｄｃの上昇に対して単調非減少である）。
ステップＳ８１はステップＳ７３における判断が肯定的であるときに実行されるので、ステップＳ８１における判断が肯定的であるときには、Ｖｔ２＜Ｖｄｃ＜Ｖｔ１が成立する。よってステップＳ８２において、電流垂下値Ｉ３は、電圧値Ｖｄｃの低下に対して単調に低下する値に設定される。
このように設定される電流垂下値Ｉ３を採用することにより、ステップＳ８３，Ｓ８４の実行により、電流値Ｉｗについての垂下制御は、電圧値Ｖｄｃの低下に従って低い電流垂下値Ｉ３を上限として電流値Ｉｗを抑制する。よって電圧値Ｖｄｃの低下に従って動作電力Ｐｏは低くなり、電圧値Ｖｄｃが低下しても、電流Ｉｗが増大することが抑制され、インバータ４の発熱が抑制される。このようなステップＳ８２，Ｓ８３，Ｓ８４による動作電力Ｐｏの低減は上述の電力低減動作の例示である。
なお、もしステップＳ８１，Ｓ８２の処理がなければ、ステップＳ７３の判断結果が肯定的（即ちＶｄｃ＜Ｖｔ１）なときにはステップＳ７５が実行される。ステップＳ８１，Ｓ８２を設ければ、電力低減動作を行なうことにより、ステップＳ７５による低電圧保護が発生する頻度が低下する。換言すれば、電力低減動作は、低電圧保護によって交流負荷５が停止する事態を回避し易くする。
電圧値Ｖｄｃが低下した後、電圧値Ｖｄｃが上昇することもある。例えば商用電源１の故障によって交流電圧Ｖ２が低下し、これに起因して電圧値Ｖｄｃが低下していた場合、あるいはコンデンサ３の蓄電量の不足に起因して電圧値Ｖｄｃが低下した場合、電力低減動作が行なわれることによって、電圧値Ｖｄｃが上昇することがある。
なお、垂下制御として例示したモータの回転速度の低減は、電流Ｉｗを直接に低減する。ただし、モータの回転速度あるいは回転トルクの低減を招来する事象を発生させることにより、モータの回転速度あるいは回転トルクの低減を介して間接的に動作電力Ｐｏを低減させることも、垂下制御に含めて考えることができる。以下、そのような制御を説明する。
図４は冷凍回路９の構成を例示するブロック図である。冷凍回路９は圧縮機９１、熱交換器９２，９４、膨張弁９３を備える。不図示の冷媒が圧縮機９１によって圧縮され、熱交換器９２によって蒸発し、膨張弁９３によって膨張し、熱交換器９４によって凝縮する。図中の白矢印は冷媒が循環する方向を示す。
交流負荷５は冷凍回路９に採用される圧縮機９１を駆動するモータである。また、膨張弁９３は電磁弁であって、制御回路６で生成された制御信号Ｌによってその開度が調整される。例えば当該電磁弁は制御信号Ｌによって駆動されるステッピングモータによって開度が決定される。例えば当該ステッピングモータの動作電力はコンバータ２の出力から得ることができる。
ステップＳ８４（図２参照）では制御信号Ｌによって膨張弁９３の開度を増加させる。これにより圧縮機９１の機械的負荷が低減するので、圧縮機９１を駆動するモータ５に必要な回転トルクが低減し、電流Ｉｗが低減する。従って、膨張弁９３の開度を増加させる処理を垂下制御に含めて捉えることができる。
上述の様に制御信号Ｌおよび／または制御信号Ｇを生成する制御回路６は、マイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成することができる。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のステップ（換言すれば手順）を実行する。例えば図２の各ステップは当該マイクロコンピュータで実行される。
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）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、制御回路６はこれに限らず、制御回路６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。
上述のように、本実施の形態では、入力された直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換して交流負荷５へ印加するインバータ４を制御する方法が提案された。当該方法では、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であれば、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏを低減して動作電力Ｐｏを供給する。これによりインバータ４の発熱が抑制される。
例えば、電圧値Ｖｄｃが第１値未満であって、インバータ４に入力される電流、若しくは交流負荷５に出力される電流が、その上限値たる電流垂下値Ｉ３以上であれば、当該電流についての垂下制御を行なう。電圧値Ｖｄｃの上昇に対して電流垂下値Ｉ３は単調非減少である。これにより、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏが低減される。
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上のときに、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏを低減して動作電力Ｐｏを供給してもよい。これは例えばステップＳ７３，Ｓ７４，Ｓ８３を経由したステップＳ８４の実行によって処理される垂下制御である。
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１よりも低い第２値Ｖｔ２未満であれば、交流負荷５への動作電力Ｐｏの供給を停止してもよい。これにより低電圧保護が行なわれる。電力低減動作は、低電圧保護による交流負荷５の停止という事態を回避し易くする。
例えば交流負荷５はモータであって、垂下制御には、モータ５の回転速度を低減する制御を含めてもよい。これは動作電力Ｐｏの直接的な低減を招来する。
モータ５の例としては、冷凍回路９に採用される圧縮機９１を駆動するモータを挙げることができる。例えばモータ５は、膨張弁９３を備える冷凍回路９に採用される圧縮機９１を駆動する。この場合、垂下制御は膨張弁９３の開度を増加させる制御を含めてもよい。これは動作電力Ｐｏの間接的な低減を招来する。
モータ５は、空気調和機に採用されるファンや、空気清浄機に採用されるファンを駆動するモータとして採用することもできる。
直流電圧Ｖｄｃは例えば、コンバータ２によって交流電圧Ｖ２から変換して得られる。この場合、例えば直流電圧Ｖｄｃは交流電圧Ｖ２の低下に起因して低下する。コンバータ２が入力する入力電流Ｉｉについての垂下制御を行なってもよい。例えば入力電流Ｉｉが上限値以上であれば入力電流Ｉｉについての垂下制御を行なう。例えば当該上限値は直流電圧Ｖｄｃの上昇に対して単調非減少に設定することができる。具体的には例えば、ステップＳ８３（図２参照）において電流Ｉｗを入力電流Ｉｉに読み替えたフローチャートを採用することができる。当該上限値は、上述の電流垂下値Ｉ３とは独立して設定することができる。
直流電圧Ｖｄｃの低下が、例えばコンデンサ３の蓄電量の不足に起因するとき、直流電圧Ｖｄｃで駆動される直流負荷に供給する電力が低減されてもよい。これはインバータ４の制御と独立して行なうことができる。
例えば冷凍回路９において、膨張弁９３の動作電力がコンデンサ３から直流電力として供給される直流負荷である場合には、直流電圧Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満のときに膨張弁９３の動作を停止してもよい。これにより、コンデンサ３の蓄電量の不足は解消に向かい、電圧値Ｖｄｃの低下は軽減する。
インバータ４と、電力低減動作を行なう制御回路６とを備える交流負荷駆動システム１００は、交流負荷５を駆動する駆動システムであると言える。
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。上述の各種の実施形態および変形例は相互に組み合わせることができる。
２ コンバータ
４ インバータ
５ モータ（交流負荷）
６ 制御回路
９ 冷凍回路
９１ 圧縮機
９３ 膨張弁
４ インバータ
５ モータ（交流負荷）
６ 制御回路
９ 冷凍回路
９１ 圧縮機
９３ 膨張弁
本開示は電力変換器に関する。
インバータに入力される電圧が極端に低下すると、インバータの運転を停止し、以てインバータの誤動作、部品破壊を阻止する旨が、下記の特許文献１に開示されている。
本開示はインバータの発熱を抑制する。
本開示の交流負荷駆動システム(100)は、入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)と、制御回路(6)とを備える。
その第１の態様では、前記制御回路は、前記直流電圧の電圧値(Vdc)が所定の第１値(Vt1)未満のとき、前記インバータから前記交流負荷に供給する電力(Po)の低減(S84)を可能にさせる(S84)。電力(Po)の低減は、インバータの発熱を抑制する。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第２の態様は、その第１の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)以上であれば、前記電力が第１条件（S74,S83)のもとで低減(S84)され、前記電圧値(Vdc)が前記第１値未満であれば、前記第１条件よりも緩和された第２条件(S82,S83)のもとで低減される。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第３の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)以上であり、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が第１の上限値(I3)以上であれば(S83)、前記電流についての垂下制御(S84)が行なわれる。前記電圧値の上昇に対して前記第１の上限値は単調非減少である。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第３の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)以上であり、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が第１の上限値(I3)以上であれば(S83)、前記電流についての垂下制御(S84)が行なわれる。前記電圧値の上昇に対して前記第１の上限値は単調非減少である。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第４の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)未満であれば、前記交流負荷(5)への前記電力(Po)の供給が停止される（S81,S75）。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第５の態様は、その第３の態様であって、前記交流負荷(5)はモータである。前記垂下制御(S84)は前記モータの回転速度を低減する制御を含む。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第６の態様は、その第５の態様であって、前記モータ(5)は、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータ、空気調和機に採用されるファン、空気清浄機に採用されるファンを駆動するモータのいずれかである。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第７の態様は、その第５の態様であって、前記モータ(5)は、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータである。前記冷凍回路は膨張弁(93)を備える。前記垂下制御(S84)は前記膨張弁の開度を増加させる制御を含む。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第８の態様は、その第１態様〜第７の態様のいずれかであって、前記直流電圧(Vdc)はコンバータ(2)によって第２交流電圧(V2)から変換して得られる。前記直流電圧は前記第２交流電圧(V2)の低下に起因して低下する。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第９の態様は、その第８の態様であって、前記コンバータ(2)へ入力する入力電流(Ii)が第２の上限値以上であれば、前記入力電流についての垂下制御(S84)を行なう。前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第２の上限値は単調非減少である。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第９の態様は、その第８の態様であって、前記コンバータ(2)へ入力する入力電流(Ii)が第２の上限値以上であれば、前記入力電流についての垂下制御(S84)を行なう。前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第２の上限値は単調非減少である。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第１０の態様は、その第１態様〜第９の態様のいずれかであって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記直流電圧で駆動される直流負荷(93)に供給する電力が低減される。
本開示の冷凍回路(9)は、本開示の交流負荷駆動システム(100)の第７の態様の交流負荷駆動システム(100)によって電力が供給される前記交流負荷である前記モータが駆動する圧縮機(91)と、膨張弁(93)とを備える。
本開示のインバータの制御方法は、入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)を制御する方法である。当該制御方法は、電圧値(Vdc)が第１値(Vt1)未満のとき、インバータ(4)から交流負荷(5)に供給する動作電力(Po)の低減を可能にする。
本開示のインバータの制御方法は、入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)を制御する方法である。当該制御方法は、電圧値(Vdc)が第１値(Vt1)未満のとき、インバータ(4)から交流負荷(5)に供給する動作電力(Po)の低減を可能にする。
図1は交流負荷駆動システム１００の構成を示すブロック図であり、ここでは交流負荷駆動システム１００が交流負荷５を駆動する。交流負荷５として、単相の交流負荷、多相の交流負荷のいずれを採用することもできる。例えば交流負荷５は交流モータである。例えば当該交流モータは冷凍回路に用いられる圧縮機を駆動する。例えば当該交流モータは冷凍回路に用いられる熱交換器に送風するファンを駆動する。例えば当該交流モータは空気清浄機に用いられるファンを駆動する。
交流負荷駆動システム１００はインバータ４を備える。インバータ４は、自身に入力された直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換して交流負荷５へ印加する。インバータ４は交流負荷５へ、交流負荷５を動作させる電力（以下「動作電力」）Ｐｏを供給する。交流電圧Ｖ１の相数は交流負荷５の相数に対応する。
交流負荷駆動システム１００は制御回路６を備える。制御回路６はインバータ４の動作を制御する。例えばインバータ４はスイッチング動作を行なうことで直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換する。インバータ４は例えば上述のスイッチング動作を行なうスイッチング素子を含む。
制御回路６は当該スイッチング動作を制御する制御信号Ｇを生成し、インバータ４へ出力する。交流電圧Ｖ１はインバータ４のスイッチング動作に依存して変動する。交流電圧Ｖ１の変動は動作電力Ｐｏを変動させる。動作電力Ｐｏの変動は交流負荷５の動作を変動させる。
制御回路６はインバータ４の制御を介して動作電力Ｐｏを変動させ、以て交流負荷５を種々の動作で駆動する。交流負荷５が三相のモータであるときを例にとって説明する。
制御回路６には指令データＪと、直流電圧Ｖｄｃの値（以下「電圧値Ｖｄｃ」とも称す）と、インバータ４に流れる電流Ｉｗ（以下「電流値Ｉｗ」とも称す）の値とが入力される。指令データＪは例えばモータ５の回転速度、あるいは回転トルクについての指令値である。
電圧値Ｖｄｃは公知の電圧センサを用いて、電流値Ｉｗは公知の電流センサを用いて、それぞれ公知の手法で得られる。電流値Ｉｗはインバータ４に入力する電流を測定して得ることができる。
指令データＪは例えばモータ５が圧縮機を駆動する場合、当該圧縮機を用いる冷凍回路の冷却性能に依存して設定される。当該設定は例えば空気調和機において温度設定に基づいて圧縮機を駆動する制御として周知の技術である。例えば冷却性能を高めるには、圧縮機の回転速度の増大を採用することができ、例えば指令データＪが示す回転速度の指令値は増大する。
制御回路６は指令データＪと、電圧値Ｖｄｃと、電流値Ｉｗとを用いて動作電力Ｐｏを決定する。例えば指令データＪが回転速度、あるいは回転トルクについての指令値であるときには、当該指令値の増大は動作電力Ｐｏの増大をもたらす。
制御回路６は、動作電力Ｐｏがインバータ４から交流負荷５へ供給されるように制御信号Ｇを生成する。
インバータ４がある値の動作電力Ｐｏを供給するときに、電圧値Ｖｄｃが低下すると電流値Ｉｗが上昇する。この理由を簡単に説明するためにインバータ４の電力変換効率を一定と考えれば、動作電力Ｐｏは電圧値Ｖｄｃと電流値Ｉｗとの積に比例するからである。電流値Ｉｗの上昇は、インバータ４を構成するスイッチング素子の発熱を招来する。スイッチング素子の発熱は効率の低下、素子の性能低下を招来する。スイッチング素子の発熱は抑制されることが望まれる。
本実施の形態では、かかる発熱を抑制する技術として、電圧値Ｖｄｃが低下すると動作電力Ｐｏを低減する動作をインバータ４に行わせる、インバータの制御方法が提案される。具体的には例えば、制御回路６が制御信号Ｇを、インバータ４が上記動作を行なうように変動させる。
しかし電圧値Ｖｄｃの低下に対して常に動作電力Ｐｏが低減する必要はない。スイッチング素子等の発熱を所定の上限まで許容することができるからである。たとえばこのような許容の上限は、スイッチング素子としてトランジスタを採用した場合、いわゆる許容コレクタ損失に依存する。
本実施の形態で提案される技術として、電圧値Ｖｄｃが所定の閾値（以下、便宜的に「第１値」とする）未満であれば、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏを低減して動作電力Ｐｏを供給する技術を挙げる。これは、制御回路６の動作として見れば、電圧値Ｖｄｃが第１値以下のとき、インバータ４に動作電力Ｐｏを低減させる動作（以下「電力低減動作」とも称す）を行なわせる制御方法の実行である。例えば制御回路６は、インバータ４に動作電力Ｐｏを低減させる動作を行なわせる制御信号Ｇを生成し、インバータ４へ出力する。
かかる技術によれば、例えば電圧値Ｖｄｃが低下しても、インバータ４の発熱、例えば電流Ｉｗが増大することによる発熱が抑制される。
図１では、交流負荷駆動システム１００は、コンバータ２およびコンデンサ３を更に備える場合が例示される。コンデンサ３は直流電圧Ｖｄｃを支える。コンバータ２はコンデンサ３を充電する。コンデンサ３は放電して、単独もしくはコンバータ２と共に、インバータ４へ入力する電力（以下「入力電力」と称す）Ｐｉを供給する。インバータ４における損失を無視すれば、入力電力Ｐｉは動作電力Ｐｏと等しい。
コンバータ２には交流電圧Ｖ２が印加される。交流電圧Ｖ２は例えば交流電源たる商用電源１から出力される。直流電圧Ｖｄｃはコンバータ２によって交流電圧Ｖ２から変換される。例えばコンバータ２にはダイオードブリッジ整流回路、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、昇降圧コンバータが採用される。直流電圧Ｖｄｃは交流電圧Ｖ２の値の低下およびコンバータ２の動作の少なくともいずれか一方によって低下し得る。
例えばコンバータ２にダイオードブリッジ整流回路が採用された場合、直流電圧Ｖｄｃは交流電圧Ｖ２の値の低下に起因して低下する。動作電力Ｐｏの低減に拘わらずインバータ４のスイッチング損失が低減し、インバータ４の発熱が抑制される。制御回路６の電力低減動作は、交流電圧Ｖ２の値の低下に起因した電圧値Ｖｄｃの低下に対しても有効である。電力低減動作は、商用電源１の性能低下を含む故障に対して、インバータ４の発熱を更に抑制する。交流電圧Ｖ２が低下するとコンバータ２に入力される入力電流Ｉｉも増加し、コンバータ２の損失も増加する。この電力低減動作はコンバータ２を構成する部品の発熱抑制にも有用である。
図２は制御回路６の電力低減動作、およびこれに付随する動作を示すフローチャートである。ステップＳ７１では動作電力Ｐｏが設定される。当該設定は、指令データＪと、電圧値Ｖｄｃと、電流値Ｉｗとに基づいた動作電力Ｐｏの決定であり、周知の技術によって行なわれる処理である。ステップＳ７１では、直接的に動作電力Ｐｏを決定するのみならず、交流負荷５の動作状態（例えばモータ負荷の回転速度や回転トルク）を決定することによって間接的に動作電力Ｐｏが決定されてもよい。
ステップＳ７２では、動作電力Ｐｏを維持してインバータ４を動作させる制御が行なわれる。当該制御は、ステップＳ７１で設定された動作電力Ｐｏを維持してインバータ４を動作させる制御であり、周知の技術によって行なわれる処理である。
ステップＳ７３では、第１値Ｖｔ１と電圧値Ｖｄｃとの比較が行なわれる。当該比較の結果、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であれば（つまりＶｄｃ＜Ｖｔ１が肯定されるときには）処理がステップＳ８に進み、制御回路６は電力低減動作を可能にする。
ステップＳ８は例えばステップＳ８１を含む。ステップＳ８１ではいわゆる低電圧保護の要否を判断するための比較が行なわれる。
ステップＳ８１では例えば、電圧値Ｖｄｃが所定の第２値Ｖｔ２と比較される。但し第２値Ｖｔ２は第１値Ｖｔ１よりも低い。電圧値Ｖｄｃが第２値Ｖｔ２未満であれば（つまりＶｄｃ≧Ｖｔ２が否定されるときには）、処理はステップＳ７５へ進む。
ステップＳ７５ではインバータ４からの交流負荷５への動作電力Ｐｏの供給を停止する。これはいわゆる低電圧保護に相当する処理である。動作電力Ｐｏの供給の停止は、低減するものの動作電力Ｐｏの供給を行なう電力低減動作とは異なる。
説明の便宜上、ステップＳ８２の説明の前に、ステップＳ８３，Ｓ８４の説明をする。ステップＳ８４では電流Ｉｗについていわゆる垂下制御が行なわれ、ステップＳ８３ではステップＳ８４に先だって、垂下制御の要否が判断される。
垂下制御の例として、交流負荷５がモータであってその回転速度を低減する制御を挙げることができる。モータの回転速度の低減は電流Ｉｗの低減で実現され、動作電力Ｐｏの直接的な低減に寄与する。
垂下制御を行なうか否かは、インバータ４から交流負荷５に出力される電流と電流垂下値Ｉ３との比較で決定される。当該電流はインバータ４に流れる電流であるので、電流値Ｉｗとして測定できる。
ステップＳ８３においてＩｗ≧Ｉ３が肯定されるときには、処理はステップＳ８４へ進んで垂下制御が行なわれる。これにより電流値Ｉｗは低下する。つまり、ステップＳ８３，Ｓ８４により、電流垂下値Ｉ３は電流値Ｉｗの上限値として機能する。
ステップＳ８３においてＩｗ≧Ｉ３が否定されるとき（つまりＩｗ＜Ｉ３であるとき）には処理がステップＳ８から抜け出してステップＳ７２に戻る。
ステップＳ７４，Ｓ８２はいずれも電流垂下値Ｉ３を決定する処理である。ステップＳ７３において電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上であれば（つまりＶｄｃ＜Ｖｔ１が否定されるときには）処理がステップＳ７４に進み、電流垂下値Ｉ３を所定値Ｉ３１に設定する。例えば所定値Ｉ３１には、電圧値Ｖｄｃに依存しない値が採用される。
ステップＳ７４が実行された後、ステップＳ８３が実行される。この場合のステップＳ８３での処理は、電流値Ｉｗと所定値Ｉ３１との比較である。即ち、ステップＳ７４，Ｓ８３，Ｓ８４は、電流値Ｉｗが所定値Ｉ３１を超えないようにする垂下制御を行なうステップの集合である。
ステップＳ８１において電圧値Ｖｄｃが第２値Ｖｔ２以上であれば（つまりＶｄｃ≧Ｖｔ２が肯定されるときには）処理がステップＳ８２に進み、電流垂下値Ｉ３が電圧値Ｖｄｃの関数ｆ（Ｖｄｃ）で設定される。ここで関数ｆ（Ｖｄｃ）は電圧値Ｖｄｃの上昇に対して単調非減少である。
図３は、電流垂下値Ｉ３となる関数ｆ（Ｖｄｃ）の、電圧値Ｖｄｃに対する依存性を例示するグラフである。具体的には：
Ｖｄｃ≧Ｖｔ１のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３１；
Ｖｄｃ≦Ｖｔ２のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２；
Ｖｔ２≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１のとき、
ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２＋（Ｖｄｃ−Ｖｔ２）（Ｉ３１−Ｉ３２）／（Ｖｔ１−Ｖｔ２）；である。但し所定値Ｉ３２は所定値Ｉ３１よりも小さく、かつ電圧値Ｖｄｃに依存しない。
Ｖｄｃ≧Ｖｔ１のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３１；
Ｖｄｃ≦Ｖｔ２のとき、ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２；
Ｖｔ２≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１のとき、
ｆ（Ｖｄｃ）＝Ｉ３２＋（Ｖｄｃ−Ｖｔ２）（Ｉ３１−Ｉ３２）／（Ｖｔ１−Ｖｔ２）；である。但し所定値Ｉ３２は所定値Ｉ３１よりも小さく、かつ電圧値Ｖｄｃに依存しない。
上記の関数ｆ（Ｖｄｃ）は例示であって、Ｖｔ２≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１のときに、関数ｆ（Ｖｄｃ）は電圧値Ｖｄｃに対して非線形であってもよい。例えば、電圧値Ｖｄｃの変化に対して、関数ｆ（Ｖｄｃ）が連続的に変化してもよいし、ステップ状に変化してもよい。
ステップＳ８１での判断が否定的な場合にはステップＳ７５が実行され、動作電力Ｐｏの供給が停止されることに鑑みて、Ｖｄｃ＜Ｖｔ２のとき、関数ｆ（Ｖｄｃ）の値を設定しなくてもよい。
関数ｆ（Ｖｄｃ）を決定する第２値Ｖｔ２よりも小さな第２値Ｖｔ２’を導入し、ステップＳ８１において電圧値Ｖｄｃと比較される第２値Ｖｔ２を第２値Ｖｔ２’に置換してもよい。この場合、Ｖｄｃ＜Ｖｔ２’では動作電力Ｐｏの供給が停止され、Ｖｔ２’≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ２では電流垂下値Ｉ３が所定値Ｉ３２を採り、これを上限として、電流Ｉｗについての垂下制御が行なわれる。
関数ｆ（Ｖｄｃ）を決定する第１値Ｖｔ１よりも大きな第１値Ｖｔ１’を導入し、ステップＳ７３において電圧値Ｖｄｃと比較される第１値Ｖｔ１を第１値Ｖｔ１’に置換してもよい。この場合、Ｖｔ１≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ１’では電流垂下値Ｉ３が所定値Ｉ３１を採り、これを上限として、電流Ｉｗについての垂下制御が行なわれる。つまり、関数ｆ（Ｖｄｃ）は、電圧値Ｖｄｃの低下に対して単調に減少するものの、電圧値Ｖｄｃに依存しない領域があってもよい（電圧値Ｖｄｃの上昇に対して単調非減少である）。
ステップＳ８１はステップＳ７３における判断が肯定的であるときに実行される。ステップＳ８１における判断が肯定的であるときには、Ｖｔ２＜Ｖｄｃ＜Ｖｔ１が成立する。ステップＳ８２において、電流垂下値Ｉ３は、電圧値Ｖｄｃの低下に対して単調に低下する値に設定される。
このように設定される電流垂下値Ｉ３を採用することにより、ステップＳ８３，Ｓ８４の実行により、電流値Ｉｗについての垂下制御は、電圧値Ｖｄｃの低下に従って低い電流垂下値Ｉ３を上限として電流値Ｉｗを抑制する。電圧値Ｖｄｃの低下に従って動作電力Ｐｏは低くなり、電圧値Ｖｄｃが低下しても、電流Ｉｗが増大することが抑制され、インバータ４の発熱が抑制される。このようなステップＳ８２，Ｓ８３，Ｓ８４による動作電力Ｐｏの低減は上述の電力低減動作の例示である。
ステップＳ７４，Ｓ８２，Ｓ８３の説明から、以下のように言える：
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上であれば、動作電力ＰｏをＩ３＝Ｉ３１という第１条件のもとで低減して供給し；
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であれば、動作電力ＰｏをＩ３＝ｆ（Ｖｄｃ）という第２条件のもとで低減して供給する。
Ｖｄｃ＜Ｖｔ１であればｆ（Ｖｄｃ）＜Ｉ３１である。電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満の場合の方が、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上である場合と比較して、動作電力Ｐｏが低減されやすい。換言すれば動作電力Ｐｏを低減するための第２条件は第１条件よりも緩和される。
第２の条件は第１の条件よりも緩和されているものの、Ｖｄｃ＜Ｖｔ１であれば必ずしも動作電力Ｐｏが低減されるというわけではない。ステップＳ８３の判断が否定的な結果の場合には、ステップＳ８４に進まず垂下制御が行われないからである。Ｖｄｃ＜Ｖｔ１のとき、制御回路６はインバータ４に対して電力の低減を可能にさせるということができる。
ステップＳ７４，Ｓ８２，Ｓ８３の説明から、以下のように言える：
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上であれば、動作電力ＰｏをＩ３＝Ｉ３１という第１条件のもとで低減して供給し；
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であれば、動作電力ＰｏをＩ３＝ｆ（Ｖｄｃ）という第２条件のもとで低減して供給する。
Ｖｄｃ＜Ｖｔ１であればｆ（Ｖｄｃ）＜Ｉ３１である。電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満の場合の方が、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上である場合と比較して、動作電力Ｐｏが低減されやすい。換言すれば動作電力Ｐｏを低減するための第２条件は第１条件よりも緩和される。
第２の条件は第１の条件よりも緩和されているものの、Ｖｄｃ＜Ｖｔ１であれば必ずしも動作電力Ｐｏが低減されるというわけではない。ステップＳ８３の判断が否定的な結果の場合には、ステップＳ８４に進まず垂下制御が行われないからである。Ｖｄｃ＜Ｖｔ１のとき、制御回路６はインバータ４に対して電力の低減を可能にさせるということができる。
ステップＳ８１，Ｓ８２の処理がなければ、ステップＳ７３の判断結果が肯定的（即ちＶｄｃ＜Ｖｔ１）なときにはステップＳ７５が実行される。ステップＳ８１，Ｓ８２を設ければ、電力低減動作を行なうことにより、ステップＳ７５による低電圧保護が発生する頻度が低下する。換言すれば、電力低減動作は、低電圧保護によって交流負荷５が停止する事態を回避し易くする。
電圧値Ｖｄｃが低下した後、電圧値Ｖｄｃが上昇することもある。例えば商用電源１の故障によって交流電圧Ｖ２が低下し、これに起因して電圧値Ｖｄｃが低下していた場合、あるいはコンデンサ３の蓄電量の不足に起因して電圧値Ｖｄｃが低下した場合、電力低減動作が行なわれることによって、電圧値Ｖｄｃが上昇することがある。
垂下制御として例示したモータの回転速度の低減は、電流Ｉｗを直接に低減する。ただし、モータの回転速度および／または回転トルクの低減を招来する事象を発生させることにより、モータの回転速度および／または回転トルクの低減を介して間接的に動作電力Ｐｏを低減させることも、垂下制御に含めて考えることができる。以下、そのような制御を説明する。
図４は冷凍回路９の構成を例示するブロック図である。冷凍回路９は圧縮機９１、熱交換器９２，９４、膨張弁９３を備える。不図示の冷媒が圧縮機９１によって圧縮され、熱交換器９２によって蒸発し、膨張弁９３によって膨張し、熱交換器９４によって凝縮する。図中の白矢印は冷媒が循環する方向を示す。
交流負荷５は冷凍回路９に採用される圧縮機９１を駆動するモータである。また、膨張弁９３は電磁弁であって、制御回路６で生成された制御信号Ｌによってその開度が調整される。例えば当該電磁弁は制御信号Ｌによって駆動されるステッピングモータによって開度が決定される。例えば当該ステッピングモータの動作電力はコンバータ２の出力から得ることができる。
ステップＳ８４（図２参照）では制御信号Ｌによって膨張弁９３の開度を増加させる。これにより圧縮機９１の機械的負荷が低減するので、圧縮機９１を駆動するモータ５に必要な回転トルクが低減し、電流Ｉｗが低減する。膨張弁９３の開度を増加させる処理を垂下制御に含めて捉えることができる。
上述の様に制御信号Ｌおよび／または制御信号Ｇを生成する制御回路６は、マイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成することができる。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のステップ（換言すれば手順）を実行する。例えば図２の各ステップは当該マイクロコンピュータで実行される。
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）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、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。制御回路６はこれに限らず、制御回路６によって実行される各種手順、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。
上述のように、本実施の形態では、インバータ４と、制御回路６とを備える交流負荷駆動システム１００が提案された。交流負荷駆動システム１００は、交流負荷５を駆動する交流負荷駆動システムであると言える。インバータ４は、入力された直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖ１に変換して交流負荷５へ印加する。制御回路６は、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満のとき、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏの低減を可能にさせる。動作電力Ｐｏの低減はインバータ４の発熱を抑制する。
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１以上であれば、動作電力Ｐｏは第１条件のもとで低減される。電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であれば、動作電力Ｐｏは第１条件よりも緩和された第２条件のもとで低減される。
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であって、第１値Ｖｔ１よりも低い第２値Ｖｔ２以上であり、インバータ４に入力される電流、若しくは交流負荷５に出力される電流が、その上限値たる電流垂下値Ｉ３以上であれば、当該電流についての垂下制御が行なわれる。電圧値Ｖｄｃの上昇に対して電流垂下値Ｉ３は単調非減少である。これにより、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏが低減される。
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満であって、第１値Ｖｔ１よりも低い第２値Ｖｔ２以上であり、インバータ４に入力される電流、若しくは交流負荷５に出力される電流が、その上限値たる電流垂下値Ｉ３以上であれば、当該電流についての垂下制御が行なわれる。電圧値Ｖｄｃの上昇に対して電流垂下値Ｉ３は単調非減少である。これにより、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏが低減される。
電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１よりも低い第２値Ｖｔ２未満であれば、交流負荷５への動作電力Ｐｏの供給を停止してもよい。これにより低電圧保護が行なわれる。電力低減動作は、低電圧保護による交流負荷５の停止という事態を回避し易くする。
例えば交流負荷５はモータであって、垂下制御には、モータ５の回転速度を低減する制御を含めてもよい。これは動作電力Ｐｏの直接的な低減を招来する。
モータ５の例としては、冷凍回路９に採用される圧縮機９１を駆動するモータを挙げることができる。例えばモータ５は、膨張弁９３を備える冷凍回路９に採用される圧縮機９１を駆動する。この場合、垂下制御は膨張弁９３の開度を増加させる制御を含めてもよい。これは動作電力Ｐｏの間接的な低減を招来する。
モータ５は、空気調和機に採用されるファンや、空気清浄機に採用されるファンを駆動するモータとして採用することもできる。
直流電圧Ｖｄｃは例えば、コンバータ２によって交流電圧Ｖ２から変換して得られる。この場合、例えば直流電圧Ｖｄｃは交流電圧Ｖ２の低下に起因して低下する。コンバータ２が入力する入力電流Ｉｉについての垂下制御を行なってもよい。例えば入力電流Ｉｉが上限値以上であれば入力電流Ｉｉについての垂下制御を行なう。例えば当該上限値は直流電圧Ｖｄｃの上昇に対して単調非減少に設定することができる。具体的には例えば、ステップＳ８３（図２参照）において電流Ｉｗを入力電流Ｉｉに読み替えたフローチャートを採用することができる。当該上限値は、上述の電流垂下値Ｉ３とは独立して設定することができる。
直流電圧Ｖｄｃの低下が、例えばコンデンサ３の蓄電量の不足に起因するとき、直流電圧Ｖｄｃで駆動される直流負荷に供給する電力が低減されてもよい。これはインバータ４の制御と独立して行なうことができる。
例えば冷凍回路９において、膨張弁９３の動作電力がコンデンサ３から直流電力として供給される直流負荷である場合には、直流電圧Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満のときに膨張弁９３の動作を停止してもよい。これにより、コンデンサ３の蓄電量の不足は解消に向かい、電圧値Ｖｄｃの低下は軽減する。
インバータ４を制御する方法も本実施の形態で提案された。この制御方法は、電圧値Ｖｄｃが第１値Ｖｔ１未満のとき、インバータ４から交流負荷５に供給する動作電力Ｐｏの低減を可能にする。
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。上述の各種の実施形態および変形例は相互に組み合わせることができる。
２ コンバータ
４ インバータ
５ モータ（交流負荷）
６ 制御回路
９ 冷凍回路
９１ 圧縮機
９３ 膨張弁
４ インバータ
５ モータ（交流負荷）
６ 制御回路
９ 冷凍回路
９１ 圧縮機
９３ 膨張弁
前記制御回路は、前記直流電圧の電圧値(Vdc)が所定の第１値(Vt1)未満のとき、前記インバータ(4)から前記交流負荷(5)に供給する電力(Po)の低減(S84)を可能にさせる(S84)。電力(Po)の低減は、インバータの発熱を抑制する。
その第１の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)以上であれば、前記電力(Po)が第１条件（S74,S83)のもとで低減(S84)され、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記第１条件（S74,S83)よりも緩和された第２条件(S82,S83)のもとで前記電力(Po)が低減される。
その第２の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)以上であり、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が第１の上限値(I3)以上であれば(S83)、前記電流(Iw)についての垂下制御(S84)が行なわれる。前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第１の上限値(I3)は単調非減少である。
その第２の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)以上であり、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が第１の上限値(I3)以上であれば(S83)、前記電流(Iw)についての垂下制御(S84)が行なわれる。前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第１の上限値(I3)は単調非減少である。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第３の態様は、その第１の態様であって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)未満であれば、前記交流負荷(5)への前記電力(Po)の供給が停止される（S81,S75）。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第４の態様は、その第２の態様であって、前記交流負荷(5)はモータである。前記垂下制御(S84)は前記モータの回転速度を低減する制御を含む。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第５の態様は、その第４の態様であって、前記モータは、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータ、空気調和機に採用されるファン、空気清浄機に採用されるファンを駆動するモータのいずれかである。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第６の態様は、その第４の態様であって、前記モータは、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータである。前記冷凍回路(9)は膨張弁(93)を備える。前記垂下制御(S84)は前記膨張弁(93)の開度を増加させる制御を含む。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第７の態様では、前記直流電圧(Vdc)はコンバータ(2)によって第２交流電圧(V2)から変換して得られる。前記直流電圧(Vdc)は前記第２交流電圧(V2)の低下に起因して低下する。前記コンバータ(2)へ入力する入力電流(Ii)が第２の上限値以上であれば、前記入力電流(Ii)についての垂下制御(S84)を行なう。前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第２の上限値は単調非減少である。
本開示の交流負荷駆動システム(100)の第８の態様は、その第１態様〜第７の態様のいずれかであって、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記直流電圧(Vdc)で駆動される直流負荷(93)に供給する電力が低減される。
本開示の冷凍回路(9)は、本開示の交流負荷駆動システム(100)の第６の態様の交流負荷駆動システム(100)によって電力が供給される前記交流負荷(5)である前記モータが駆動する圧縮機(91)と、膨張弁(93)とを備える。
本開示のインバータの制御方法は、入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)を制御する方法である。当該制御方法は、電圧値(Vdc)が第１値(Vt1)未満のとき、インバータ(4)から交流負荷(5)に供給する動作電力(Po)の低減を可能にする。
その第１の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)以上であれば、前記電力(Po)が第１条件(S74,S83)のもとで低減(S84)され、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記第１条件(S74,S83)よりも緩和された第２条件(S82,S83)のもとで前記電力(Po)が低減される。
その第２の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)以上であり、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が第１の上限値(I3)以上であれば(S83)、前記電流(Iw)についての垂下制御(S84)が行なわれ、前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第１の上限値(I3)は単調非減少である。
本開示のインバータの制御方法は、入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)を制御する方法である。当該制御方法は、電圧値(Vdc)が第１値(Vt1)未満のとき、インバータ(4)から交流負荷(5)に供給する動作電力(Po)の低減を可能にする。
その第１の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)以上であれば、前記電力(Po)が第１条件(S74,S83)のもとで低減(S84)され、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記第１条件(S74,S83)よりも緩和された第２条件(S82,S83)のもとで前記電力(Po)が低減される。
その第２の態様では、前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)以上であり、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が第１の上限値(I3)以上であれば(S83)、前記電流(Iw)についての垂下制御(S84)が行なわれ、前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第１の上限値(I3)は単調非減少である。
Claims (10)
- 入力された直流電圧(Vdc)を第１交流電圧(V1)に変換して交流負荷(5)へ印加するインバータ(4)を制御する方法であって、
前記直流電圧の電圧値(Vdc)が所定の第１値(Vt1)未満であれば、前記インバータから前記交流負荷に供給する電力(Po)を低減して当該電力を供給する(S8)、インバータの制御方法。 - 前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であって、前記インバータ(4)に入力される若しくは前記交流負荷(5)に出力される電流(Iw)が上限値(I3)以上であれば、前記電流についての垂下制御(S84)を行ない、
前記電圧値の上昇に対して前記上限値は単調非減少である、請求項１記載のインバータの制御方法。 - 前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)よりも低い所定の第２値(Vt2)未満であれば、前記交流負荷(5)への前記電力(Po)の供給を停止する、請求項１又は請求項２記載のインバータの制御方法。
- 前記交流負荷(5)はモータであって、
前記垂下制御(S84)は前記モータの回転速度を低減する制御を含む、請求項２に記載のインバータの制御方法。 - 前記モータ(5)は、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータ、空気調和機に採用されるファン、空気清浄機に採用されるファンを駆動するモータのいずれかである、請求項４記載のインバータの制御方法。
- 前記モータ(5)は、冷凍回路(9)に採用される圧縮機(91)を駆動するモータであって、
前記冷凍回路は膨張弁(93)を備え、
前記垂下制御(S84)は前記膨張弁の開度を増加させる制御を含む、請求項４記載のインバータの制御方法。 - 前記直流電圧(Vdc)はコンバータ(2)によって第２交流電圧(V2)から変換して得られ、
前記直流電圧は前記第２交流電圧(V2)の低下に起因して低下する、請求項１〜６のいずれか一つに記載のインバータの制御方法。 - 前記コンバータ(2)へ入力する入力電流(Ii)が第２の上限値以上であれば、前記入力電流についての垂下制御(S84)を行ない、
前記電圧値(Vdc)の上昇に対して前記第２の上限値は単調非減少である、請求項７記載のインバータの制御方法。 - 前記電圧値(Vdc)が前記第１値(Vt1)未満であれば、前記直流電圧で駆動される直流負荷(93)に供給する電力が低減される、請求項１〜８のいずれか一つに記載のインバータの制御方法。
- 交流負荷(5)に電力(Po)を供給するインバータ(4)と、
請求項１〜９のいずれか一つに記載のインバータの制御方法を用いて前記インバータを制御するように構成された制御回路(6)と
を備える交流負荷の駆動システム。
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