JP4349465B1

JP4349465B1 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP4349465B1
Application number: JP2008088548A
Authority: JP
Inventors: 博孝猿渡; 健小倉; 圭介嶋谷; 圭一吉坂
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: EP2273662A1; EP2273662B1; WO2009119010A1; CN101981800A; CN101981800B; KR20100123921A; AU2009230596A1; US8305780B2; JP2009247064A; US20110026280A1; EP2273662A4; KR101198487B1; AU2009230596B2

Abstract

【課題】コンバータ回路及びインバータ回路を備えた電力変換装置において、該インバータ回路の出力を電流値のみで制御する場合に比べて精度良く出力を制御することができ、これにより運転効率の向上を図れる構成を得る。
【解決手段】インバータ回路（3）の入力電流を電流センサ（17）によって検出するとともに、上記インバータ回路（3）の入力電圧を電圧センサ（15）によって検出する。インバータ用マイコン（30）内の電力値算出部（33）によって上記入力電流及び入力電圧から電力値を求める。インバータ用マイコン（30）及び制御マイコン（40）によって、上記電力値が所定の電力値よりも小さくなるようにインバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、インバータ回路の出力制御に係るものである。

従来より、交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、該コンバータ回路の直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するインバータ回路とを備えた電力変換装置が知られている。このような電力変換装置では、例えば、特許文献１に開示されるように、複数のダイオードをブリッジ状に接続してコンバータ回路を構成するとともに、複数のスイッチング素子をブリッジ状に接続してインバータ回路を構成したものが一般的に知られている。

一方、モータ等の駆動制御を行うインバータ回路の出力制御の方法として、例えば特許文献２に開示されるように、インバータ回路の入力側の電流を検出し、この電流値が所定値を超えないようにインバータ回路の出力周波数を垂下させる垂下制御を行うものが知られている。
特開２００４−２２２４２１号公報特開昭６０−２２８８４０号公報

ところで、上記後者の従来例のように、インバータ回路の出力を該インバータ回路の入力側の電流に基づいて制御する場合、電圧の変動については考慮されていないため、インバータ回路の出力制御としては、あまり精度の良いものではななかった。すなわち、例えば、電力変換装置内の構成部品の過熱を防止するためにインバータ回路の出力制御を行う場合、構成部品で発生する熱量は電流及び電圧から求められる電力に応じて変化するため、上記後者の従来例のように電流のみに基づいてインバータ回路の出力制御を行う構成では、電圧の変動分も考慮して閾値を安全側に設定する必要があり、その分、インバータ回路の出力が制限され、運転効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンバータ回路及びインバータ回路を備えた電力変換装置において、該インバータ回路の出力を電流値のみで制御する場合に比べて精度良く出力制御を行うことができ、これにより運転効率の向上を図れる構成を得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置（1）では、インバータ回路（3）の入力電流及び入力電圧を検出して、これらの値から電力値を求め、この電力値に基づいてインバータ回路（3）の出力の垂下制御を行うようにした。

具体的には、第１の発明は、交流電源（5）に接続され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路（2）と、該コンバータ回路（2）で変換された直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するインバータ回路（3）とを備えた電力変換装置を対象とする。

そして、上記コンバータ回路（2）は、３相の交流電力を整流するための整流回路を構成する複数のスイッチング素子を備えていて、上記交流電源（5）とコンバータ回路（2）との間には、リアクトル（7）が設けられていて、上記コンバータ回路（2）から上記インバータ回路（3）へ入力される入力電流を検出する電流検出手段（17）と、上記コンバータ回路（2）から上記インバータ回路（3）へ入力される入力電圧を検出する電圧検出手段（15）と、上記電流検出手段（17）によって検出された入力電流及び上記電圧検出手段（15）によって検出された入力電圧から電力値を求める電力値算出手段（33）と、上記電力値算出手段（33）によって求められる電力値が、上記リアクトル（7）で生じる熱によって該リアクトル（7）に設けられた絶縁材が損傷を受けないような所定の電力値よりも小さくなるように、上記インバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御手段（30,40）とを備えているものとする。

以上の構成により、電流検出手段（17）によって検出されるインバータ回路（3）の入力電流と電圧検出手段（15）によって検出される該インバータ回路（3）の入力電圧とに基づいて、電力値算出手段（33）によって電力値を求め、垂下制御手段（30,40）によって該電力値が所定の電力値よりも小さくなるようにインバータ回路（3）の出力制御を行うことができ、電流値のみで出力制御を行う場合に比べて精度良く出力制御を行うことができる。すなわち、電流だけでなく電圧も検出し、これらの値から電力値を求めることで、装置（1）内の構成部品の発熱量に直接、関係する電力値を正確に把握することができ、インバータ回路（3）の出力制御上で不必要な余裕（電流の閾値を低めに設定するなど）をなくすことができる。

したがって、電流値のみでインバータ回路（3）の出力制御を行う従来の構成に比べて、精度良くインバータ回路（3）の出力制御を行うことができ、電力変換装置（1）の効率の良い運転が可能になる。

上述のように、３相の交流電力を整流する整流回路を複数のスイッチング素子によって構成し、交流電源(5）とコンバータ回路（2）との間にリアクトル（7）を配設した構成では、上記スイッチング素子を高周波でスイッチング動作させると、上記リアクトル（7）に高周波の電流が流れて、該リアクトル（7）が高温になるため、上記リアクトル（7）の絶縁が熱によって損傷を受けてしまう。ここで、このリアクトル（7）で発生する熱は、電力変換装置（1）内の電力値に対応しているため、上述のように、該電力値が、リアクトル（7）の絶縁が熱によって損傷を受けない程度の所定の電力値よりも小さくなるようにインバータ回路（3）の出力を抑制することで、上記リアクトル（7）を確実に保護することができる。

上述の構成において、上記垂下制御手段（30,40）は、上記電力値が所定時間以上、継続して、上記所定の電力値よりも小さい垂下制御開始値（W_H）以上である場合に、上記インバータ回路（3）の出力を抑制するように構成されているものとする（第２の発明）。

ここで、上記所定時間は、ノイズ等によって誤検知しないような期間に設定される。

これにより、インバータ回路（3）の入力電流及び入力電圧から求められる電力値によって、インバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御を確実に行うことができる。しかも、上述のように、上記電力値が所定時間以上、継続して、垂下制御開始値（W_H）以上である場合に垂下制御を開始することで、電流や電圧に含まれるノイズの影響を受けることなく、確実に電力値が垂下制御開始値（W_H）以上であって垂下制御が必要な場合にのみ、該垂下制御を開始することができる。

また、上記垂下制御手段（30,40）は、上記インバータ回路（3）の出力の抑制制御中に、上記電力値が所定時間以上、継続して、上記垂下制御開始値（W_H）よりも小さい垂下制御終了値（W_L）以下である場合に、上記制御を終了するように構成されているのが好ましい（第３の発明）。

こうすることで、上記電力値が低下して、インバータ回路（3）の出力を抑制する必要がなくなったときには、該インバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御を終了して、要求されている出力に戻すことができる。しかも、上述のように、上記電力値が所定時間以上、継続して、垂下制御終了値（W_L）以上である場合に垂下制御を終了することで、電流や電圧に含まれるノイズの影響を受けることなく、電力値が確実に垂下制御終了値（W_L）以下であって垂下制御が不要な場合にのみ、該垂下制御を終了することができる。

以上より、本発明に係る電力変換装置（1）によれば、インバータ回路（3）の入力電流及び入力電圧から求められる電力値が所定の電力値よりも小さくなるようにインバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御手段（30,40）を備えているため、電流に基づいてインバータ回路（3）の出力制御を行う従来の構成に比べて、精度良く出力制御を行うことができ、電力変換装置（1）の効率の良い運転が可能になる。

また、上記コンバータ回路（2）は、３相の交流電力を整流するための複数のスイッチング素子を備えていて、該コンバータ回路（2）と交流電源（5）との間には、リアクトル（7）が設けられているため、この構成において上記構成を適用することで、上記リアクトル（7）を確実に保護しつつ、電力変換装置（1）の効率の良い運転を実現することができる。

また、第２の発明によれば、上記垂下制御手段（30,40）は、上記電力値が所定時間以上、継続して、垂下制御開始値（W_H）以上である場合にインバータ回路（3）の出力を抑制するように構成されているため、ノイズ等を誤検知することなく、電力値の低下が要求されるときに確実にインバータ回路（3）の出力を抑制することができる。

また、第３の発明によれば、上記垂下制御手段（30,40）は、上記垂下制御中に、上記電力値が所定時間以上、継続して、垂下制御終了値（W_L）以下である場合に垂下制御を終了するように構成されているため、ノイズ等による誤検知を防止しつつ、効率の良い電力変換装置（1）の運転が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

−全体構成−
本発明の実施形態について以下で説明する。図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置（1）は、コンバータ回路（2）と、インバータ回路（3）と、コンデンサ回路（4）とを備えている。このコンバータ回路（2）は、その入力側が交流電力を供給する商用電源（5）に接続されている一方、出力側には上記コンデンサ回路（4）及びインバータ回路（3）が並列に接続されている。また、上記インバータ回路（3）には、例えば空気調和装置の圧縮機の電動機（モータ）（6）などが接続されている。

上記コンバータ回路（2）は、上記商用電源（5）から出力される３相の交流電力を直流電力に変換するためのものであり、いわゆる整流回路として構成されている。一般的には、上記コンバータ回路（2）は、ダイオードのブリッジ回路によって構成されるが、この実施形態では、高調波の低減のために、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのスイッチング素子を三相ブリッジ結線することにより構成されている。なお、上記図１では、説明簡略化のために、スイッチング素子のブリッジ回路の記載は省略している。

また、上記図１に示すように、上記コンバータ回路（2）と商用電源（5）との間には、各相にリアクトル（7,7,7）が設けられている。さらに、上記商用電源（5）とリアクトル（7,7,7）との間には、三相のうちの二相に跨るように後述するゼロクロス検出回路（11）（図１においてＺ／Ｃ）が設けられている。

さらに、上記リアクトル（7,7）とコンバータ回路（2）との間には、３相のうちの２相の電流ｉ_１を検出するためのＤＣＣＴ（8,8）が設けられている。このＤＣＣＴ（8,8）で検出された各相の電流は、対応する信号に変換された後、後述するコンバータ用マイコン（10）に送信され、上記コンバータ回路（2）におけるスイッチング素子の駆動制御のパラメータの一つとして利用される。

上記コンデンサ回路（4）は、２つのコンデンサ（4a,4b）が直列に接続されたもので、上記コンバータ回路（2）及びインバータ回路（3）に対して並列に接続されている。このコンデンサ回路（4）は、上記コンバータ回路（2）で変換された直流電力を充放電可能に構成されていて、該直流電力の放電によって、上記インバータ回路（3）に直流電力を供給するためのものである。

上記インバータ回路（3）は、上記コンデンサ回路（4）から放出される直流電力を交流電力に変換するためのものである。具体的には、上記インバータ回路（3）は、複数のスイッチング素子が三相ブリッジ結線されたものであり、上記コンデンサ回路（4）から放電される直流電圧を、モータ（6）の要求する所定の周波数の交流電圧に変換するように構成されている。なお、上記インバータ回路（3）で用いられるスイッチング素子も、上記コンバータ回路（2）と同様、例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子であり、上記図１では、説明簡略化のために、スイッチング素子のブリッジ回路の構成の記載は省略している。

また、上記コンデンサ回路（4）とインバータ回路（3）との間には、直列に接続された２つの抵抗（9,9）が、該コンデンサ回路（4）及びインバータ回路（3）に対して並列に接続されている。これらの抵抗（9,9）間の電圧ｅ_ｄは、直流電圧を計測する電圧センサ（15）（電圧検出手段）によって検出され、対応する信号に変換された後、後述するコンバータ用マイコン（20）やインバータ用マイコン（30）、過電圧検出手段（12）（図１におけるOVP）などに送られる。なお、上記抵抗（9,9）は、上記電圧センサ（15）に分圧された電圧が入力されるように設けられたものである。

さらに、上記電力変換装置（1）には、上記コンバータ回路（2）の出力側及び上記インバータ回路（3）の入力側に、電流センサ（16,17）（電流検出手段）によって電流を検出するためのシャント抵抗（10a,10b）が設けられている。上記コンバータ回路（2）の出力側に設けられたシャント抵抗（10a）において上記電流センサ（16）により計測された電流ｉ_ｄは、対応する信号に変換された後、後述するコンバータ用マイコン（20）や過電流検出手段（13）（図１におけるOCP）などに送られる。一方、上記インバータ回路（3）の入力側に設けられたシャント抵抗（10b）において上記電流センサ（17）により計測された電流ｉ_２は、対応する信号に変換された後、後述するインバータ用マイコン（30）や過電流検出手段（14）などに送られる。

上記過電流検出手段（13,14）は、過電流の状態を検出可能に構成されていて、過電流状態を検出すると、それぞれ、上記コンバータ回路（2）及びインバータ回路（3）に対してスイッチング素子の駆動を停止する強制信号を出力するように構成されている。

また、上記電力変換装置（1）には、商用電源（5）に接続される入力側に、ゼロクロス検出回路（11）が設けられている。このゼロクロス検出回路（11）は、３相のうちの２相に跨るように設けられていて、２相間の電圧差を検出することにより、入力電圧のゼロクロス点を検出できるように構成されたものである。このゼロクロス検出回路（11）で検出された入力電圧のゼロクロス点に基づいて上記コンバータ回路（2）のスイッチング素子が駆動制御される。

上述のような回路構成を有する電力変換装置（1）は、上記コンバータ回路（2）のスイッチング素子の駆動制御を行うためのコンバータ用マイコン（20）と、上記インバータ回路（3）のスイッチング素子の駆動制御を行うためのインバータ用マイコン（30）と、これらのマイコン（20,30）に対して電力変換装置（1）全体の運転制御信号を送信する制御マイコン（40）とを備えている。

上記コンバータ用マイコン（20）は、上記ゼロクロス検出回路（11）で検出されたゼロクロス点や、上記ＤＣＣＴ（8）によって検出された入力側の電流値ｉ_１、上記シャント抵抗（10a）で電流センサによって検出された出力側の電流値ｉ_ｄ、上記抵抗（9,9）間で検出された電圧値ｅ_ｄなどに基づいて、上記コンバータ回路（2）のスイッチング素子の駆動を制御するように構成されている。すなわち、上記コンバータ用マイコン（20）は、上記ゼロクロス点や入力側及び出力側の電流値、電圧値等に基づいて、スイッチング素子の駆動信号を生成し、出力する駆動信号生成部（21）を備えている。

また、上記コンバータ用マイコン（20）は、上記コンバータ回路（2）の出力側に設けられたシャント抵抗（10a）で計測される直流電流ｉ_ｄに基づいて、過電流を検知できるように構成されている。すなわち、上記シャント抵抗（10a）で計測された直流電流ｉ_ｄは、上記過電流検出手段（13）によって過電流の検出が行われ、該過電流検出手段（13）で過電流であると検出された場合には、該過電流検出手段（13）から上記コンバータ回路（2）のスイッチング素子に対して駆動停止の強制信号が送られる。そうすると、上記コンバータ用マイコン（20）では、上記コンバータ回路（2）のスイッチング素子が駆動していないことが検出され、これにより、該コンバータ用マイコン（20）側で過電流状態であることが認識される。

また、上記コンバータ用マイコン（20）には、電圧センサ（15）によって計測される上記抵抗（9,9）間の電圧ｅ_ｄに基づいて過電圧状態が検出されると、信号として入力されるように構成されている。すなわち、上記電圧センサ（15）によって計測された電圧ｅ_ｄは、上記過電圧検出手段（12）に入力され、該過電圧検出手段（12）で過電圧状態が検出される。該過電圧検出手段（12）で過電圧状態が検出されると、過電圧信号が上記コンバータ用マイコン（20）に送信されて、該コンバータ用マイコン（20）で過電圧が検出される。

さらに、上記コンバータ用マイコン（20）は、上記コンバータ回路（2）内で生じた異常に応じて異なる信号を生成するように構成されている。具体的には、上記コンバータ用マイコン（20）は、異常に応じて信号を生成する信号生成部（22）を備えている。なお、上記コンバータ用マイコン（20）内での異常としては、上記ＤＣＣＴ（8）やシャント抵抗（10a）に設けられた電流センサ（16,17）などの異常や、過電圧検出手段（12）で過電圧状態を検出した場合、上記抵抗（9,9）間の電圧ｅ_ｄを検出する電圧センサ（15）の異常、上記過電流検出手段（13）の動作を介して検出される瞬時過電流状態、電源周波数に対するスイッチング素子の同期不良（実際のゼロクロス点とマイコン（20）側で検出するゼロクロス点とのずれ）、入力電圧の逆相・欠相が検知された場合、ゼロクロス信号の異常が検出された場合、スイッチング素子の異常が検出された場合などが挙げられる。

また、上記コンバータ用マイコン（20）は、上記インバータ用マイコン（30）に対して複数のポートによって接続されていて、上記信号生成部（22）で信号が生成されると、信号専用のポートを介して上記インバータ用マイコン（30）に信号を送信するように構成されている。さらに、上記コンバータ用マイコン（20）は、上記インバータ用マイコン（30）に対して専用のポートを介してコンバータ回路（2）からの出力波形の状態を示す波形出力状態信号を送信するとともに、上記インバータ用マイコン（30）から専用のポートを介して運転許可信号（コンバータ回路（2）の駆動の可否に関する信号）を受信するように構成されている。

上記インバータ用マイコン（30）は、上記抵抗（9,9）間の電圧ｅ_ｄを検出する電圧センサ（15）の出力及び上記シャント抵抗（10b）での電流センサ（17）の出力、上記コンバータ用マイコン（20）から送信された波形出力状態信号等に基づいて上記インバータ回路（3）のスイッチング素子を駆動制御するように構成されている。すなわち、上記インバータ用マイコン（30）は、電圧及び電流の検出値等に基づいてスイッチング素子の駆動信号を生成する駆動信号生成部（31）を備えている。

また、上記インバータ用マイコン（30）は、上記インバータ回路（3）内で異常が発生した場合に、異常信号を生成する異常信号生成部（32）を備えている。この異常信号生成部（32）は、例えば、インバータ回路（3）内のスイッチング素子の異常や、上記過電流検出手段（14）によって過電流が検出された場合などに、異常信号を生成するように構成されている。上記異常信号生成部（32）で異常信号が生成されると、上記制御マイコン（40）に送信され、該制御マイコン（40）からインバータ用マイコン（30）に対してインバータ回路（3）の駆動停止を指示する運転停止信号が出力される。

さらに、特に図示しないが、上記インバータ用マイコン（30）は、上記コンバータ用マイコン（20）から送信される信号に基づいてフラグやコードを生成し、コンバータ回路（2）及びインバータ回路（3）の駆動を停止する必要がある場合には待機要求信号を生成するように構成されている。そして、この待機要求信号が生成されると、上記インバータ用マイコン（30）はこの信号を上記制御マイコン（40）に送信し、該制御マイコン（40）からインバータ用マイコン（30）に対して、コンバータ回路（2）及びインバータ回路（3）の駆動停止を指示する運転停止信号が出力される。

ここで、上記インバータ用マイコン（30）と制御マイコン（40）との間は、シリアル通信またはパラレル通信によって信号の授受可能に接続されている。

上記制御マイコン（40）は、電力変換装置（1）の運転制御を行うためのものであり、上記インバータ用マイコン（30）に対して、コンバータ回路（2）やインバータ回路（3）の駆動を制御するための運転制御信号を出力するように構成されている。また、上述のとおり、上記制御マイコン（40）は、上記インバータ用マイコン（30）から異常信号や待機要求信号を受信した場合に運転停止信号を出力するように構成されている。

−垂下制御−
上述のように、コンバータ回路（2）を複数のスイッチング素子によって構成し、該コンバータ回路（2）と商用電源（5）との間にリアクトル（7）が設けられた電力変換装置（1）では、スイッチング素子を高周波でスイッチング動作させると、上記リアクトル（7）に高周波の電流が流れることになるため、該リアクトル（7）が発熱して高温になる。そうすると、上記リアクトル（7）に設けられた絶縁材が熱によって損傷を受ける可能性がある。

そのため、本発明では、上記リアクトル（7）が高温にならないように、上記インバータ回路（3）の一次側の電圧及び電流から求められる電力値に基づいて、インバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御を行うようにしている。

具体的には、上記インバータ用マイコン（30）は、上記インバータ回路（3）の一次側の電流及び電圧から電力値を求める電力値算出部（33）（電力値算出手段）と、該電力値に基づいて垂下制御が必要かどうかを判定する垂下制御判定部（34）と、該垂下制御判定部（34）によって垂下制御が必要であると判定された場合に垂下要求信号を生成する垂下要求信号生成部（35）とを備えている。

上記電力値算出部（33）は、上記抵抗（9,9）間に設けられた電圧センサ（15）によって検出された直流電圧と、上記シャント抵抗（10b）の部分で電流センサ（17）によって検出された直流電流とから、電力値を算出するように構成されている。

上記垂下制御判定部（34）は、上記電力値算出部（33）によって算出された電力値に基づいて垂下制御の要否を判定するもので、上記電力値を垂下制御開始値及び垂下制御終了値と比較し、その比較結果に応じて垂下制御の開始及び終了の判定を行うように構成されている。

詳しくは、上記垂下制御判定部（34）は、上記電力値が所定時間（本実施形態では５ｓｅｃ）以上、継続して垂下制御開始値以上の状態であれば、垂下制御が必要と判断して、上記垂下要求信号生成部（35）に対して垂下要求信号の生成を指示する。一方、上記垂下制御判定部（34）は、垂下制御を行っているときに、上記電力値が所定時間（本実施形態では５ｓｅｃ）以上、継続して垂下制御終了値以下の状態であれば、垂下制御が不要と判断して、上記垂下要求信号生成部（35）に対して垂下要求信号の生成の中止を指示する。

ここで、上記垂下制御開始値は、上記リアクトル（7）の発熱量を抑えるために垂下制御が必要となる電力値であり、上記リアクトル（7）の絶縁が損傷を受けない限界の発熱量に対応する電力値（所定の電力値）よりも十分に低く、電力変換装置（1）を上記所定時間、継続して運転しても上記限界の発熱量に対応する電力値に到達しないような値に設定される。また、上記垂下制御終了値は、上記リアクトル（7）の発熱量が十分、低く、垂下制御が不要な電力値であり、上記垂下制御開始値よりも低い値に設定される。

また、上記所定時間は、検出された電流や電圧にノイズが含まれていても、そのノイズの影響を受けることなく、上記垂下制御開始値及び垂下制御終了値に対して上記電力値の大小を正確に判定できるような時間に設定されている。

なお、特に図示しないが、上記垂下制御判定部（34）は、電力値が垂下制御開始値以上である時間や該電力値が垂下制御終了値以下である時間を計測するためのタイマー部を備えている。

上記垂下要求信号生成部（35）は、上記垂下制御判定部（34）によって、垂下要求信号の生成を指示された場合に、垂下要求信号を生成する一方、垂下要求信号の生成の中止を指示された場合に、垂下要求信号の生成を中止するように構成されている。上記垂下要求信号生成部（35）で生成された垂下要求信号は、上記制御マイコン（40）に送信される。

上記制御マイコン（40）は、上記垂下要求信号生成部（35）で生成された垂下要求信号を受信すると、垂下制御のための制御信号を生成する垂下制御信号生成部（41）を備えている。この垂下制御信号生成部（41）は、垂下要求信号を受信している間のみ、制御信号を生成するように構成されている。

上記垂下制御信号生成部（41）で生成された制御信号は、上記インバータ用マイコン（30）に送信される。このインバータ用マイコン（30）では、上記制御信号を受信すると、電動機（6）の回転数を下げるように上記インバータ回路（3）の出力周波数を低下させる。一方、上記インバータ用マイコン（30）は、上記制御信号を受信しなくなると、上記電動機（6）の回転数を所望の回転数に戻すように、上記インバータ回路（3）の出力周波数を変化させる。

したがって、本実施形態では、上記インバータ用マイコン（30）及び制御マイコン（40）によって、本発明に係る垂下制御手段が構成されている。

以下で、上述のような構成を有する電力変換装置（1）の垂下制御の動作について、図２のフロー及び図３のタイムチャートを用いて説明する。

まず、上記図２のフローがスタートすると、インバータ用マイコン（30）において、ステップＳ１で電流センサ（17）から電流値及び電圧センサ（15）から電圧値をそれぞれ読み込み、続くステップＳ２で電力値算出部（33）によってこれらの電流値及び電圧値から電力値を算出する。

そして、ステップＳ３で、垂下制御判定部（34）によって上記電力値が所定時間（例えば５分）以上、継続して垂下制御開始値（W_H）以上であるかどうかの判定を行う。このステップＳ３で上記電力値が所定時間以上、継続して垂下制御開始値（W_H）以上であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、続くステップＳ４において、垂下要求信号生成部（35）により生成された垂下要求信号を制御マイコン（40）へ出力し、該制御マイコン（40）内で生成された制御信号を受信して上述のような垂下制御を行う。その後、このフローを終了してスタートに戻る（リターン）。

一方、上記ステップＳ３で上記電力値が所定時間以上、継続して垂下制御開始値(W_H）以上であると判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ５に進んで、垂下制御中かどうかの判定を行う。なお、垂下制御中かどうかの判定は、上記ステップＳ４で垂下制御を行う際に垂下制御中というフラグをＯＮにするようにして、このフラグのＯＮ−ＯＦＦによって判定すればよい。

上記ステップＳ５で垂下制御中ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、そのままこのフローを終了してスタートに戻る（リターン）。上記ステップＳ５で垂下制御中であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、続くステップＳ６で、垂下制御判定部（34）によって上記電力値が所定時間（例えば５分）以上、継続して垂下制御終了値（W_L）以下であるかどうかの判定を行う。

上記ステップＳ６で上記電力値が所定時間以上、継続して垂下制御終了値（W_L）以下でないと判定された場合（ＮＯの場合）には、上記ステップＳ４に進んで垂下制御を継続し、スタートに戻る（リターン）。一方、上記ステップＳ６で上記電力値が所定時間以上、継続して垂下制御終了値（W_L）以下であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、垂下制御が不要であると判断し、続くステップＳ７で垂下要求信号生成部（35）による垂下要求信号の生成を中止して垂下制御を解除する。その後、このフローを終了してスタートに戻る（リターン）。

上述のような垂下制御及びその解除を行う場合の具体例を図３に示す。この図３の場合の制御を以下で具体的に且つ詳細に説明する。

上記図３に示すように、圧縮機の電動機（6）の回転数を増大させると、上記電力値算出部（33）によって算出される電力値は増大する。そして、この電力値がｔ１で垂下制御開始値（W_H）以上となって、その状態が５ｓｅｃ以上、継続すると、ｔ２において上記垂下制御判定部（34）では垂下要求信号生成部（35）に対して垂下要求信号の生成を指示し、該垂下要求信号生成部（35）では垂下要求信号が生成される（図３においてＯＮの状態）。なお、このとき、上記図３の例では、上記電動機（6）の回転数は最大回転数になっている。

上記垂下要求信号生成部（35）で垂下要求信号が生成されると、上記制御マイコン（40）の垂下制御信号生成部（41）では、垂下制御を行うための制御信号を生成し、上記インバータ用マイコン（30）に出力する。そうすると、該インバータ用マイコン（30）では、上記モータ（6）の回転数を徐々に低下させるようにインバータ回路（3）の出力を低下させる垂下制御を行う。これにより、上記電力値算出部（33）によって算出される電力値も減少する。

そして、ｔ３で上記電力値が垂下制御終了値（W_L）以下になって、その状態が５ｓｅｃ以上、継続されると、ｔ４において上記垂下制御判定部（34）では垂下要求信号生成部（35）に対して垂下要求信号の生成の中止を指示し、該垂下要求信号生成部（35）における垂下要求信号の生成が中止される。そうすると、上記制御マイコン（40）の垂下制御信号生成部（41）でも制御信号の生成が中止され、上記インバータ用マイコン（30）による垂下制御が中止される。

これにより、上記インバータ用マイコン（30）は、上記電動機（6）の回転数が本来、要求される回転数になるように、上記インバータ回路（3）の出力周波数を上昇させる。

−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、インバータ回路（3）の一次側の直流電流と直流電圧とから電力値を求め、この電力値が該コンバータ回路（2）と商用電源（5）との間に設けられたリアクトル（7）の絶縁が発熱によって損傷を受けないような電力値となるように、インバータ回路（3）の出力（出力周波数）を垂下制御するようにしたため、電流のみでインバータ回路（3）の出力制御を行う従来の構成に比べて、閾値に不必要な余裕を設けることなく、電力変換装置（1）を効率良く運転させることが可能になる。

すなわち、従来のように、電流のみでインバータ回路（3）の出力制御を行う場合には、電圧の変動分も考慮して電流の閾値を決める必要があり、その分、リアクトル（7）の限界温度に対して必要以上に低い温度で電力変換装置（1）を運転させることになり、あまり効率の良い運転を行うことができなかったが、上述のようにリアクトル（7）の発熱に対応する電力値に基づいてインバータ回路（3）の出力制御を行うことで、該リアクトル（7）の温度が限界温度を超えない範囲で、できるだけ運転範囲を拡げることができ、効率の良い運転が可能になる。

また、上記電力変換装置（1）は、上記電力値が所定時間以上、継続して垂下制御開始値（W_H）以上になったときに、垂下制御を開始する一方、上記電力値が所定時間以上、継続して垂下制御終了値（W_L）以下になったときに、垂下制御を終了するように構成されているため、上記リアクトル（7）が限界温度を超えるような電力値になるのを確実に防止できるとともに、不要な垂下制御を行うのを防止できる。しかも、上述のように、垂下制御の開始・終了を判定する際に、電力値が垂下制御開始値（W_H）以上の状態または垂下制御終了値（W_L）以下の状態が、所定時間以上、継続しているかどうかを判定することで、ノイズ等による誤検知を確実に防止できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、コンバータ回路（2）及びインバータ回路（3）を構成するスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いているが、この限りではなく、例えばＭＯＳ−ＦＥＴなど、他の構成のスイッチング素子であってもよい。

また、上記実施形態では、制御マイコン（40）側に垂下制御信号生成部（41）を設けて、該垂下制御信号生成部（41）で垂下制御のための制御信号を生成するようにしているが、この限りではなく、上記垂下制御信号生成部をインバータ用マイコン（30）内に設けて、該インバータ用マイコン（30）自身が垂下制御の必要性を判断して制御の指示を出すようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、コンバータ回路及びインバータ回路を備えた電力変換装置に特に有用である。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す回路図である。図２は、垂下制御の制御フローを示すフローチャートである。図３は、直流部分の電力値に基づく垂下制御の一例を示すタイムチャートである。

１電力変換装置
２コンバータ回路
３インバータ回路
４コンデンサ回路
５商用電源（交流電源）
６電動機
７リアクトル
１５電圧センサ（電圧検出手段）
１６電流センサ
１７電流センサ（電流検出手段）
２０コンバータ用マイコン
２１駆動信号生成部
２２信号生成部
３０インバータ用マイコン（垂下制御手段）
３１駆動信号生成部
３２異常信号生成部
３３電力値算出部（電力値算出手段）
３４垂下制御判定部
３５垂下要求信号生成部
４０制御マイコン（垂下制御手段）
４１垂下制御信号生成部
Ｗ＿Ｈ垂下制御開始値
Ｗ＿Ｌ垂下制御終了値

Claims

交流電源（5）に接続され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路（2）と、該コンバータ回路（2）で変換された直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するインバータ回路（3）とを備えた電力変換装置であって、
上記コンバータ回路（2）は、３相の交流電力を整流するための整流回路を構成する複数のスイッチング素子を備えていて、
上記交流電源（5）とコンバータ回路（2）との間には、リアクトル（7）が設けられていて、
上記コンバータ回路（2）から上記インバータ回路（3）へ入力される入力電流を検出する電流検出手段（17）と、
上記コンバータ回路（2）から上記インバータ回路（3）へ入力される入力電圧を検出する電圧検出手段（15）と、
上記電流検出手段（17）によって検出された入力電流及び上記電圧検出手段（15）によって検出された入力電圧から電力値を求める電力値算出手段（33）と、
上記電力値算出手段（33）によって求められる電力値が、上記リアクトル（7）で生じる熱によって該リアクトル（7）に設けられた絶縁材が損傷を受けないような所定の電力値よりも小さくなるように、上記インバータ回路（3）の出力を抑制する垂下制御手段（30,40）とを備えていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、
上記垂下制御手段（30,40）は、上記電力値が所定時間以上、継続して、上記所定の電力値よりも小さい垂下制御開始値（W_H）以上である場合に、上記インバータ回路（3）の出力を抑制するように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
請求項２において、
上記垂下制御手段（30,40）は、上記インバータ回路（3）の出力の抑制制御中に、上記電力値が所定時間以上、継続して、上記垂下制御開始値（W_H）よりも小さい垂下制御終了値（W_L）以下である場合に、上記制御を終了するように構成されていることを特徴とする電力変換装置。