JP2020184849A - 制御装置、電力変換装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルの発熱を抑制する制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、複数のリアクトルの各々に対応するスイッチング素子を備える力率改善回路の制御装置であって、リアクトルに対応するスイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うスイッチング制御部と、複数のスイッチング素子のうちの一部に対してスイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応するリアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、スイッチング制御を行うスイッチング素子を切り替える切替部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置、電力変換装置、制御方法及びプログラムに関する。

商用電源から供給される交流電力を整流回路で直流電圧に変換し、変換後の直流電圧をインバータで交流に変換して負荷に供給する電力変換装置が提供されている。電力変換装置は、力率の改善や高調波の抑制を目的とする力率改善回路を備えている。力率改善回路は、例えば、リアクトルとスイッチング素子を備えている。このスイッチング素子のオン、オフを切り替えると、電力変換装置を流れる電流の波形を正弦波に近づけ、力率を改善することができる。この力率改善回路でスイッチング制御を行うと、リアクトルが熱を持つ。

特許文献１には、昇降圧コンバータにおけるリアクトルでの損失、発熱を低減するために、リアクトル電流が上限目標値に達した時にスイッチング素子をオフ動作させ、リアクトル電流が下限目標値に達した時にオン動作させる制御を行うことが記載されている。

特開２０１５−１３３８０６号公報

力率改善回路はリアクトルに生じる熱を考慮して設計される。しかし、運転環境によっては冷却能力が発揮されずリアクトルが過熱され、近接部品に接触すると発煙や発火のリスクが発生する。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、電力変換装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、制御装置は、複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路の制御装置であって、前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うスイッチング制御部と、複数の前記スイッチング素子のうちの一部に対して前記スイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応する前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子を切り替える切替部と、を備える。

本発明の一態様によれば、前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値は、当該リアクトルに対応する前記スイッチング素子に対する前記スイッチング制御の実行時間であって、前記切替部は、１つの前記スイッチング素子について連続して所定時間以上、前記スイッチング制御を行った場合、そのスイッチング素子の前記スイッチング制御を停止し、他の前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子の前記スイッチング制御を開始する。

本発明の一態様によれば、前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値は、当該リアクトルを流れる電流の積算値であって、前記切替部は、１つの前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子の前記スイッチング制御が行われている状態で当該リアクトルを流れる電流の積算値が所定の閾値以上となると、当該スイッチング素子の前記スイッチング制御を停止し、他の前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子に対する前記スイッチング制御を開始する。

本発明の一態様によれば、前記スイッチング制御部は、前記力率改善回路を流れる入力電流が所定の閾値以上の場合、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子の数を増加する。

本発明の一態様によれば、前記切替部は、前記入力電流が前記閾値未満で前記スイッチング制御を停止している前記スイッチング素子が存在する場合、前記指標値に基づく前記スイッチング素子の切り替えを行う。

本発明の一態様によれば、電力変換装置は、上記の何れかに記載の制御装置と、複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路を含む交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータが変換した直流電力を交流電力に変換するインバータと、を備える。

本発明の一態様によれば、制御方法は、複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路の制御方法であって、前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うステップと、複数の前記スイッチング素子のうちの一部に対して前記スイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応する前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子を切り替えるステップと、を有する。

本発明の一態様によれば、プログラムは、複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路を制御するコンピュータに、前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うステップと、複数の前記スイッチング素子のうちの一部に対して前記スイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応する前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子を切り替えるステップと、を実行させる。

本発明によれば、リアクトルの過熱を防ぐことができる。

本発明の一実施形態における電力変換装置の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるリアクトルの駆動個制御を説明する図である。 本発明の一実施形態におけるリアクトルの駆動個数制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における駆動対象リアクトルの切り替え制御の一例を示す第１のフローチャートである。 本発明の一実施形態における駆動対象リアクトルの切り替え制御の一例を示す第２のフローチャートである。 本発明の一実施形態における電力変換装置の他の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態における制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による力率改善制御（高周波抑制制御）について、図１〜図８を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における電力変換装置の一例を示す図である。
電力変換装置３は、空気調和機１の圧縮機２に電力を供給する。圧縮機２と、電力変換装置３とは、空気調和機１に搭載される。電力変換装置３は、交流電源５から受電した交流電力を、三相交流電力に変換して圧縮機２のモータ４に出力する。
制御装置１０は、電力変換装置３を制御し、モータ４を空気調和機１の負荷に応じた回転数で駆動する。モータ４が電力変換装置３からの印加によって回転駆動することにより、圧縮機２が冷媒を圧縮し、空気調和機１が備える冷媒回路（図示せず）へ冷媒を供給する。

電力変換装置３は、図１に示すように、コンバータ３１と、インバータ３７と、制御装置１０と、入力電流検出部２０と、ゼロクロス検出部２１と、を備える。コンバータ３１は、交流電源５からの交流電力を直流電力に変換してインバータ３７に出力する装置である。コンバータ３１は、整流回路３２０と、力率改善回路３３０と、平滑コンデンサ３６と、を備える。

整流回路３２０は、ダイオード３２ａ〜３２ｄによって構成される。整流回路３２０は、交流電源５より入力された交流電力を直流電力に変換し、力率改善回路３３０へ出力する。

力率改善回路３３０は、平滑コンデンサ３６へ電流を流し、インバータ３７に入力される電圧を生成する。力率改善回路３３０は、リアクトル３３ａ，３３ｂと、ダイオード３４と、スイッチング素子３５ａ，３５ｂと、を備える。リアクトル３３ａ，３３ｂは、それぞれ第１端子と、第２端子と、を備える。ダイオード３４は、アノード端子と、カソード端子と、を備える。スイッチング素子３５ａ，３５ｂは、それぞれ第１端子と、第２端子と、第３端子と、を備える。スイッチング素子３５ａ，３５ｂは、第１端子が受ける信号に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第２端子から第３端子に流れる電流を制御し、力率改善回路３３０に流れる電流の値を変化させる。スイッチング素子３５ａ，３５ｂとしては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が挙げられる。スイッチング素子３５ａ，３５ｂが例えばｎＭＯＳトランジスタである場合、スイッチング素子３５ａ，３５ｂの第１端子はゲート端子であり、第２端子はソース端子であり、第３端子はドレイン端子である。力率改善回路３３０は、高調波抑制回路とも呼ばれる。

平滑コンデンサ３６は、第１端子と、第２端子と、を備える。平滑コンデンサ３６は、力率改善回路３３０から電流を取得する。

インバータ３７は、コンバータ３１から出力された直流電力を三相交流電力に変換して圧縮機２のモータ４に出力する装置である。インバータ３７のスイッチング素子３７ａ等の第１端子は、制御装置１０の第２出力端子に接続される。スイッチング素子３７ａ等の第２端子はインバータ３７が備える他のスイッチング素子、第３端子はモータ４の入力端子に接続される。制御装置１０は、インバータ３７が備えるブリッジ回路のスイッチング素子３７ａ等のオンとオフを切り替える。これによりインバータ３７は、三相交流電力を生成し、生成した三相交流電力をモータ４に出力する。なお、インバータ制御の具体的な手法の例としては、ベクトル制御、センサレスベクトル制御、Ｖ／Ｆ（Variable Frequency）制御、過変調制御、１パルス制御などが挙げられる。

入力電流検出部２０は、入力端子と、出力端子と、を備える。入力電流検出部２０は、交流電源５へのリターン電流（以下、「入力電流」と記載）を検出する電流計である。入力電流検出部２０は、検出した入力電流の情報を制御装置１０へ出力する。

ゼロクロス検出部２１は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、を備える。
ゼロクロス検出部２１は、第１入力端子と、第２入力端子とを介して、交流電源５が出力する電圧のゼロクロス点を検出する。ゼロクロス点は、交流電源５が出力する電圧がゼロボルトを交差する時刻を示す。ゼロクロス検出部２１は、ゼロクロス点の情報を含むゼロクロス信号を生成する。ゼロクロス検出部２１は、出力端子を介してゼロクロス信号を制御装置１０に出力する。

交流電源５は、出力端子と、基準端子と、を備える。交流電源５は、コンバータ３１に交流電力を供給する。

整流回路３２０の入力端子（ダイオード３２ａのアノード端子）は、交流電源５の出力端子と、ゼロクロス検出部２１の第１入力端子とに接続される。整流回路３２０の入力側の基準端子（ダイオード３２ｂのアノード端子）は、交流電源５の基準端子と、ゼロクロス検出部２１の第２入力端子と、入力電流検出部２０の入力端子とに接続される。整流回路３２０の出力端子（ダイオード３２ａ，３２ｂのカソード端子）は、リアクトル３３の第１端子に接続される。整流回路３２０の出力側の基準端子（ダイオード３２ｃ，３２ｄのアノード端子）は、スイッチング素子３５ａ，３５ｂの第３端子と、平滑コンデンサ３６の第２端子と、インバータ３７の基準端子とに接続される。リアクトル３３の第２端子は、ダイオード３４のアノード端子と、スイッチング素子３５ａ，３５ｂの第２端子とに接続される。ダイオード３４のカソード端子は、平滑コンデンサ３６の第１端子と、インバータ３７の入力端子とに接続される。

制御装置１０は、複数の入力端子と、複数の出力端子とを備える。スイッチング素子３５ａ，３５ｂの第１端子は、制御装置１０の第１出力端子に接続される。制御装置１０の第１入力端子は、入力電流検出部２０の出力端子に接続される。制御装置１０の第２入力端子は、ゼロクロス検出部２１の出力端子に接続される。インバータ３７のスイッチング素子３７ａ等の第１端子は、制御装置１０の第２出力端子に接続される。制御装置１０は、例えば、第１入力端子を介して、入力電流検出部２０から入力電流の情報を取得し、入力電流を監視する。制御装置１０は、第２入力端子を介して、ゼロクロス検出部２１からゼロクロス信号を取得し、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのオンとオフを切り替えるスイッチング制御を実行する。また、制御装置１０は、例えば、スイッチング素子３５ａのみをスイッチング制御している場合、リアクトル３３ａが過熱する前にスイッチング素子３５ｂのスイッチング制御に切り替える。

図２は、本発明の一実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。
制御装置１０は、例えばマイコン等のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）を備えたコンピュータである。図示するように制御装置１０は、データ取得部１１と、スイッチング制御部１２と、駆動リアクトル数変更部１３と、駆動リアクトル切替部１４と、を備えている。制御装置１０は、このほかにもインバータ３７を制御する機能などを備えるが本実施形態に関係のない機能の説明は省略する。

データ取得部１１は、入力電流検出部２０から入力電流の計測値を取得する。データ取得部１１は、ゼロクロス検出部２１からゼロクロス信号を取得する。

スイッチング制御部１２は、ゼロクロス検出部２１から取得したゼロクロス信号に基づいて、スイッチング素子３５ａ、３５ｂのオンとオフを切り替えるスイッチング制御（ＰＡＭ制御）を実行又は停止する。例えば、スイッチング制御部１２は、所定のキャリア（三角波）と交流電源５から供給される電流に含まれる基本波に相当する正弦波を示す変調波を生成する。変調波の周期はゼロクロスが訪れる周期である。そして、スイッチング制御部１２は、キャリアと変調波とを比較し、キャリアの値が変調波の値を上回る期間はオン、キャリアの値が変調波の値以下となる期間はオフとするスイッチング信号（ＰＷＭ信号、ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を生成する（三角波比較方式）。スイッチング制御部１２が、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのオン、オフを切り替えることにより、入力電流の波形を、変調波と同様の波形に制御することができる。
また、スイッチング制御部１２は、駆動リアクトル数変更部１３および駆動リアクトル切替部１４の指示に基づいて、スイッチング素子３５ａ、３５ｂのスイッチング制御の実行と停止を行う。

駆動リアクトル数変更部１３は、入力電流検出部２０が計測する入力電流の大きさに基づいて、１個のリアクトルを駆動するか、２個のリアクトルを駆動するかを決定する。リアクトルを駆動するとは、対応するスイッチング素子のスイッチング制御を実行することをいう。例えば、リアクトル３３ａを駆動するとは、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を行うことをいう。また、力率改善回路３３０回路において、１個のリアクトルを駆動するとは、スイッチング素子３５ａまたはスイッチング素子３５ｂの何れか１つをスイッチング制御し、他の１つのスイッチング制御を行わないことをいう。同様に２個のリアクトルを駆動するとは、スイッチング素子３５ａとスイッチング素子３５ｂの両方をスイッチング制御することをいう。駆動リアクトル数変更部１３は、入力電流が第１閾値以上となると、２個のリアクトルを駆動し、第２閾値以下となると、１個のみのリアクトルを駆動する。２個のリアクトルを駆動するのは、入力電流が大きいと、入力電流に含まれる高調波成分を抑制しきれない為である。従って、入力電流が大きいときには２個のリアクトルを駆動し、入力電流が小さいときには１個のみリアクトルを駆動する。

駆動リアクトル切替部１４は、リアクトルの駆動個数が１個の場合、駆動対象のリアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、駆動対象のリアクトルを切り替える。例えば、入力電流が第２閾値以下であってリアクトル３３ａを駆動している場合（スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を行っている場合）、スイッチング制御の実行によって、リアクトル３３ａが高温となると、駆動リアクトル切替部１４は、駆動対象をリアクトル３３ａからリアクトル３３ｂへ切り替える。この際、駆動リアクトル切替部１４は、リアクトル３３ａが高温か否かの判定を、リアクトル３３ａの発熱の程度を示す指標値に基づいて行う。発熱の程度を示す指標値とは、リアクトル３３ａの連続駆動時間又はリアクトル３３ａを流れる電流の積算値である。例えば、駆動リアクトル切替部１４は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を開始してからの経過時間に基づいて、その経過時間が、リアクトル３３ａの温度が許容範囲を超える時間に達すると、駆動対象をリアクトル３３ｂに切り替える。また、例えば、駆動リアクトル切替部１４は、入力電流検出部２０が計測した入力電流の積算値に基づいて、その積算値が、リアクトル３３ａの温度が許容範囲を超える値に達すると、駆動対象をリアクトル３３ｂに切り替える。例えば、駆動リアクトル切替部１４が駆動対象をリアクトル３３ａからリアクトル３３ｂに切り替えると、スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を停止し、スイッチング素子３５ｂのスイッチング制御を開始する。

なお、ここでは、入力電流検出部２０が計測した入力電流を用いて、リアクトル３３ａ，３３ｂの温度の指標値とすることとしたが、リアクトル３３ａ，３３ｂのそれぞれに電流計を設けてもよい。そして、リアクトル３３ａが高温となったか否かを判定する場合には、リアクトル３３ａ側に設けた電流計が計測した電流の積算値に基づいて、判定を行うようにしてもよい。

図３は、本発明の一実施形態におけるリアクトルの駆動個数制御を説明する図である。
図３にリアクトルの駆動個数を決定する閾値の一例を示す。図３に示す閾値Ｘ１、Ｘ２には、Ｘ１＜Ｘ２が成立する。次に図４を用いて、閾値Ｘ１，Ｘ２に基づいてリアクトルの駆動個数を制御する処理を説明する。

図４は、本発明の一実施形態におけるリアクトルの駆動個数制御の一例を示すフローチャートである。
制御装置１０は、インバータ３７を制御し、空気調和機１の負荷に応じた回転数で圧縮機２を駆動している。また、制御装置１０では、データ取得部１１が、所定の時間間隔で入力電流検出部２０から入力電流の計測値を取得している。駆動リアクトル数変更部１３は、例えば、データ取得部１１が入力電流の計測値を取得する度に以下の処理を行う。

まず、駆動リアクトル数変更部１３は、データ取得部１１が取得した入力電流から実効値を算出する。データ取得部１１は入力電流の実効値と閾値Ｘ２とを比較する。入力電流の実効値がＸ２（Ａ）以上であれば（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、駆動リアクトル数変更部１３は、駆動するリアクトルの数を２個に決定する（ステップＳ１２）。入力電流の実効値がＸ２（Ａ）未満の場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）、駆動リアクトル数変更部１３は、駆動しているリアクトルの数が１個か否かを判定する（ステップＳ１３）。駆動個数が２個の場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、駆動リアクトル数変更部１３は、データ取得部１１が取得した入力電流の実効値と閾値Ｘ１とを比較する。入力電流の実効値がＸ１（Ａ）以下であれば（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、駆動リアクトル数変更部１３は、駆動するリアクトルの数を１個に決定する（ステップＳ１５）。

駆動リアクトル数変更部１３がリアクトルの駆動個数を決定すると、スイッチング制御部１２が、その決定に従ってスイッチング素子３５ａ，３５ｂのスイッチング制御を行う。例えば、駆動リアクトル数変更部１３がリアクトルの駆動個数を２個と決定すると、スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａおよびスイッチング素子３５ｂのスイッチング制御を実行する。スイッチング制御部１２は、ＰＡＭ制御により、スイッチング素子３５ａおよびスイッチング素子３５ｂを同じタイミングでオンまたはオフさせる。

駆動リアクトル数変更部１３がリアクトルの駆動個数を１個と決定すると、スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａまたはスイッチング素子３５ｂの何れか１つについてスイッチング制御を実行し、他の１つのスイッチング制御は停止する。

図３に示すように閾値にはヒステリシス幅が設けられており、Ｘ１＜Ｘ２が成立する。例えば、空気調和機１の負荷の増加し、それに伴い入力電流が大きくなっていくような状況では、駆動リアクトル数変更部１３は、入力電流の実効値がＸ２（Ａ）以上となるとリアクトルの駆動個数を２個に決定する。その後、空気調和機１の負荷の低下し、入力電流の実効値が小さくなっていくような状況では、駆動リアクトル数変更部１３は、入力電流がＸ１（Ａ）以下となるとリアクトルの駆動個数を１個に決定する。ヒステリシス幅を設けることで、入力電流の検出誤差や、微小な変動によって、駆動個数が頻繁に切り替わり、制御が不安定になるのを防ぐことができる。

ここで、例えば、リアクトル３３ａのみを駆動する運転状態において、例えば、入力電流が、Ｘ２（Ａ）付近の値を取るような状況が長く続くと、駆動中のリアクトル３３ａの温度が上昇する。それに比べ、リアクトル３３ｂの温度は比較的低温のままである。そこで、制御装置１０は、リアクトル３３ａが過熱する前に、駆動対象のリアクトルを、リアクトル３３ａからリアクトル３３ｂへ切り替える制御を行う。次に図５、図６を用いて、リアクトルの切り替え制御について説明する。

図５は、本発明の一実施形態における駆動対象リアクトルの切り替え制御の一例を示す第１のフローチャートである。
制御装置１０は、インバータ３７を制御し、空気調和機１の負荷に応じた回転数で圧縮機２を駆動している。データ取得部１１は、所定の時間間隔で入力電流検出部２０から入力電流の計測値を取得し、ゼロクロス検出部２１からはゼロクロス信号を取得している。説明の便宜のため、リアクトル３３ａが駆動中で、リアクトル３３ｂが停止中であるとする。つまり、スイッチング制御部１２は、ゼロクロス信号に基づいて、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を行っている（ステップＳ２１）。スイッチング素子３５ｂは、オフ状態のまま維持されている。

駆動リアクトル切替部１４は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を開始してからの経過時間を計測する。例えば、空気調和機１（圧縮機２）の運転を開始してからリアクトル３３ａの１個の駆動の状態が始まった場合、駆動リアクトル切替部１４は、圧縮機２の運転開始からの経過時間を計測する。圧縮機２の運転を開始してからリアクトル３３ａ，３３ｂの２個駆動の運転状態の後、リアクトル３３ａの１個駆動による運転状態となった場合、駆動リアクトル切替部１４は、圧縮機２の運転開始からの経過時間を計測する。

次に駆動リアクトル切替部１４は、連続してリアクトル３３ａを駆動している時間と所定の閾値であるＴ１時間とを比較する。連続駆動時間がＴ１時間未満の場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を継続する。駆動リアクトル切替部１４は、リアクトル３３ａの連続駆動時間がＴ１時間となるまで、連続駆動時間の計測を継続する。

連続駆動時間がＴ１時間以上となると（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、駆動するリアクトルを交代する（ステップＳ２３）。具体的には、駆動リアクトル切替部１４は、駆動対象のリアクトルを、リアクトル３３ａからリアクトル３３ｂへ切り替えるようスイッチング制御部１２へ指示する。スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を停止し、スイッチング素子３５ｂのスイッチング制御を開始する。駆動リアクトル切替部１４は、リアクトル３３ｂの連続駆動時間の計測を開始する。駆動リアクトル切替部１４は、ステップＳ２１からの処理を繰り返し行う。

なお、Ｔ１時間は、リアクトル３３ａ、３３ｂの温度が、発火や発煙等のリスクが無い温度内に収まることが想定できる連続駆動時間である。Ｔ１時間は、例えば、１５〜３０分間に設定されてもよい。Ｔ１時間の値は、電力変換装置３の設置場所や季節、その時の外気温などの運転条件に応じて切り替えられるように構成されていてもよい。例えば、電力変換装置３に温度計が設けられていて、駆動リアクトル切替部１４は、この温度計の計測した外気温が高ければＴ１時間を１５分に設定し、外気温が低ければＴ１時間を３０分に設定してもよい。

また、駆動リアクトル切替部１４は、入力電流が所定の値以上となったときを対象として駆動時間を計測してもよい。例えば、入力電流がＸ１〜Ｘ２（Ａ）となった時間を計測して、その時間がＴ１時間以上となると、リアクトル３３ｂへの切り替えを決定してもよい。

次に図６を用いて、リアクトル３３ａ、３３ｂの温度を示す他の指標値を用いた制御例について説明する。
図６は、本発明の一実施形態における駆動対象リアクトルの切り替え制御の一例を示す第２のフローチャートである。
前提条件は、図５で説明したものと同様であるとする。例えば、リアクトル３３ａが駆動中で、リアクトル３３ｂが停止中であるとする。
スイッチング制御部１２は、ゼロクロス信号に基づいて、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を行っている（ステップＳ３１）。スイッチング素子３５ｂは、オフ状態のまま維持されている。
駆動リアクトル切替部１４は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を開始してからの入力電流の積算値を演算する。例えば、圧縮機２の運転を開始してからリアクトル３３ａの１個の駆動の状態が始まった場合、駆動リアクトル切替部１４は、圧縮機２の運転開始からの入力電流の積算値を演算する。圧縮機２の運転を開始してからリアクトル３３ａ，３３ｂの２個駆動の運転状態の後、リアクトル３３ａの１個駆動の運転状態となった場合、駆動リアクトル切替部１４は、圧縮機２の運転開始からの入力電流の積算値を演算する。

次に駆動リアクトル切替部１４は、連続してリアクトル３３ａを駆動している間の入力電流の積算値と所定の閾値を比較する。入力電流の積算値が閾値未満の場合（ステップＳ３２；Ｎｏ）、スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を継続する。駆動リアクトル切替部１４は、入力電流の積算値が閾値に達するまで、積算値の演算を継続する。

入力電流の積算値が閾値以上となると（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、駆動するリアクトルを交代する（ステップＳ３３）。具体的には、駆動リアクトル切替部１４は、駆動するリアクトルをリアクトル３３ａからリアクトル３３ｂへ切り替えるようスイッチング制御部１２へ指示する。スイッチング制御部１２は、スイッチング素子３５ａのスイッチング制御を停止し、スイッチング素子３５ｂのスイッチング制御を開始する。駆動リアクトル切替部１４は、リアクトル３３ｂに切り替えた後の入力電流の積算値の演算を開始する。入力電流の積算値が閾値以上となるまで、駆動リアクトル切替部１４は、ステップＳ３１からの処理を繰り返す。

なお、積算値の閾値は、リアクトル３３ａ、３３ｂの温度が、発火や発煙等のリスクが無い温度内に収まることが想定できる値である。また、電力変換装置３の設置場所や季節、その時の外気温などの運転条件に応じて複数の閾値が設けられていてもよい。例えば、電力変換装置３に温度計が設けられていて、駆動リアクトル切替部１４は、この温度計の計測した外気温が高ければ相対的に小さな閾値を設定し、外気温が低ければ相対的に大きな閾値に設定するように構成されていてもよい。

また、ここでは、入力電流検出部２０が計測した入力電流を積算することとしたが、次に図７に例示するようにリアクトル別に電流計を設け、各電流計が計測した電流を積算してもよい。図７は、本発明の一実施形態における電力変換装置の他の構成例を示す図である。例えば、リアクトル３３ａが駆動中には、駆動リアクトル切替部１４は、電流検出部２２ａが計測した電流を積算する。そしてその値が閾値以上になるまでリアクトル３３ａの駆動を継続する。

また、図１では、リアクトル及び対応するスイッチング素子を２組備える力率改善回路３３０を例示したが、リアクトル及び対応するスイッチング素子は、図７に例示するように３組設けられていてもよいし、４組以上設けられていてもよい。
例えば、図７の構成例では、入力電流が低電流の場合、制御装置１０は、リアクトル３３ａ〜３３ｃのうち何れか１つ（例えば、リアクトル３３ａ）を駆動し、リアクトル３３ａの発熱の程度を示す指標値（連続運転時間又は電流の積算値）に基づいて、他のリアクトル３３ｂ，３３ｃに切り替える処理を行う。また、入力電流が中程度の場合、制御装置１０は、リアクトル３３ａ〜３３ｃのうち何れか２つ（例えば、リアクトル３３ａ，３３ｂ）を駆動し、リアクトル３３ａ，３３ｂの発熱の程度を示す指標値に基づいて、他のリアクトル３３ｃに切り替える処理を行う。また、入力電流が高電流の場合、制御装置１０は、リアクトル３３ａ〜３３ｃの全てを駆動する。

本実施形態によれば、リアクトル３３ａとリアクトル３３ｂを交代して駆動するので、リアクトル３３ａ，３３ｂの発煙や発火などを防ぐことができる。また、本実施形態によれば、リアクトル３３ａ，３３ｂの過熱による電力変換装置３の故障を防ぐことができるので、空気調和機１の安定した運転を実現することができる。

図８は、本発明の一実施形態における制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える例えばマイコンである。コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１に代えて、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などのプロセッサを備えていてもよい。上述の制御装置１０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部（データ取得部１１、スイッチング制御部１２、駆動リアクトル数変更部１３、駆動リアクトル切替部１４）の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、上記処理を実行するための記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。

なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、入出力インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１・・・空気調和機
２・・・圧縮機
３・・・電力変換装置
４・・・モータ
５・・・交流電源
１０・・・制御装置
１１・・・データ取得部
１２・・・スイッチング制御部
１３・・・駆動リアクトル数変更部
１４・・・駆動リアクトル切替部
２０・・・入力電流検出部
２１・・・ゼロクロス検出部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・電流検出部
３１・・・コンバータ
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ・・・ダイオード
３３ａ、３３ｂ・・・リアクトル
３４・・・ダイオード
３５ａ、３５ｂ・・・スイッチング素子
３６・・・平滑コンデンサ
３７・・・インバータ
３７ａ・・・スイッチング素子
２１１、３２０・・・整流回路
２１２・・・フォトカプラ
２１３・・・トランジスタ
３３０・・・力率改善回路

Claims (8)

1. 複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路の制御装置であって、
   前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うスイッチング制御部と、
   複数の前記スイッチング素子のうちの一部に対して前記スイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応する前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子を切り替える切替部と、
   を備える制御装置。
2. 前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値は、当該リアクトルに対応する前記スイッチング素子に対する前記スイッチング制御の実行時間であって、
   前記切替部は、１つの前記スイッチング素子について連続して所定時間以上、前記スイッチング制御を行った場合、そのスイッチング素子の前記スイッチング制御を停止し、他の前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子の前記スイッチング制御を開始する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値は、当該リアクトルを流れる電流の積算値であって、
   前記切替部は、１つの前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子の前記スイッチング制御が行われている状態で当該リアクトルを流れる電流の積算値が所定の閾値以上となると、当該スイッチング素子の前記スイッチング制御を停止し、他の前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子に対する前記スイッチング制御を開始する、
   請求項１に記載の制御装置。
4. 前記スイッチング制御部は、前記力率改善回路を流れる入力電流が所定の閾値以上の場合、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子の数を増加する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置。
5. 前記切替部は、前記入力電流が前記閾値未満で前記スイッチング制御を停止している前記スイッチング素子が存在する場合、前記指標値に基づく前記スイッチング素子の切り替えを行う、
   請求項４に記載の制御装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の制御装置と、
   複数のリアクトルの各々に対応するスイッチング素子を備える力率改善回路を含む交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータが変換した直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   を備える電力変換装置。
7. 複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路の制御方法であって、
   前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うステップと、
   複数の前記スイッチング素子のうちの一部に対して前記スイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応する前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子を切り替えるステップと、
   を有する制御方法。
8. 複数のリアクトルと各々の前記リアクトルに対応するスイッチング素子を備える力率改善回路を制御するコンピュータに、
   前記リアクトルに対応する前記スイッチング素子のオンとオフを切り替えるスイッチング制御を行うステップと、
   複数の前記スイッチング素子のうちの一部に対して前記スイッチング制御を行う場合、当該スイッチング素子に対応する前記リアクトルの発熱の程度を示す指標値に基づいて、前記スイッチング制御を行う前記スイッチング素子を切り替えるステップと、
   を実行させるプログラム。

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