JP4493132B2 - 電源装置 - Google Patents
電源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4493132B2 JP4493132B2 JP32559799A JP32559799A JP4493132B2 JP 4493132 B2 JP4493132 B2 JP 4493132B2 JP 32559799 A JP32559799 A JP 32559799A JP 32559799 A JP32559799 A JP 32559799A JP 4493132 B2 JP4493132 B2 JP 4493132B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching
- input
- voltage
- power
- switching signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電力を直流電力に変換する電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
冷凍サイクルによって冷暖房を行う空気調和機では、冷暖房能力を調整するときに、コンプレッサの駆動に誘導電動機を用い、この誘導電動機に供給する交流電力の周波数を変更するものがある。すなわち、空気調和機のコンプレッサの運転周波数を下げることにより冷暖房能力が下がり、コンプレッサの運転周波数を高くすることにより冷暖房能力が高くなる。このような運転は一般にインバータ制御によって行われていた。
【0003】
インバータ制御を行う電源装置には、PWM制御とPAM(Pulse Amplitude Modulation:パルス振幅変調)制御を行うものがある。PAM制御では交流電圧を整流回路によって直流電圧に変換した後、昇圧回路によって所望の電圧に変換するようになっている。この昇圧回路としてはチョッパ回路が一般的に知られている。
【0004】
昇圧回路(チョッパ回路)はリアクトル素子とスイッチング素子及びダイオードとコンデンサを備え、スイッチング素子をONしてリアクトル素子に蓄えたエネルギを、スイッチング素子をOFFすることによりてコンデンサを充電する。これにより、コンデンサには入力電圧とリアクトル素子に蓄えられたエネルギに応じた電圧が発生する。
【0005】
このような昇圧回路では、スイッチング素子のON時間の比率(ONデューティ比)を制御することにより、前段の整流回路に入力される交流の入力電流の波形及び電流値を制御することができ、直流電圧の制御とともに高調波電流の低減が可能となっている。
【0006】
インバータ制御を行う電源装置によって得られる入力電流には、入力電流の基本波である周波数に対して、3次高調波、5次高調波等の高次の高調波が含まれており、特に、3次高調波、7次高調波及び9次高調波が大きくなっている。
【0007】
200Vを使用する電気機器の高調波電流発生限度値(例えばIEC規格)の最大許容高調波電流である最大許容高調波電流値は、3次高調波、7次高調波及び9次高調波がそれぞれ0.64A、0.88A、0.46Aとなっている。
【0008】
一般に200Vの電力を使用する電気機器は、高調波電流発生限度値をクリアするのが困難とされ、高調波電流発生限度値をクリアするために、複雑な機構を用いているが、インバータ制御を行う電源装置では、スイッチング素子を入力電圧のゼロクロス点を基準にして生成されるスイッチング信号でスイッチングする構成となっていた。
【0009】
このように、整流回路には高調波電流の低減が望まれており、PAM制御を行ういわゆるアクティブフィルタでは、出力電圧の制御と高調波電流の低減が可能となっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アクティブフィルタを用いて高周波でON/OFFされる整流回路では、主回路損失が大きくなるという問題がある。また、電気機器の負荷によっては高調波ノイズの発生が問題となつている。
【0011】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、高調波電流の一層の低減を図るとともに高周波のスイッチングによる整流回路のスイッチング損失をさらに抑えた電源装置を提案することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、入力される交流電力を直流電力に変換した後、所望の周波数の疑似正弦波に再変換して出力する電源装置において、前記交流電力を整流する整流回路と、この整流回路から供給される出力をスイッチング信号に応答して短絡させるスイッチング素子と、前記整流回路から供給される出力をダイオードの順方向を介して入力した後コンデンサを用いて平滑する平滑回路と、この平滑回路から出力される直流電力をPWM理論に基づいて所望の周波数の疑似正弦波に変換して出力するPWM制御部と、前記整流回路に入力される交流電力の電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記整流回路に入力される交流電力の電流を検出する入力電流検出回路と、前記入力電圧検出回路の検出する電圧の正弦波状の変化波形に前記入力電流検出回路の検出する電流の変化波形が近似するようにONデューティを制御したスイッチング信号を前記スイッチング素子へ出力するPAM制御部と、前記入力電圧検出回路の検出する電圧から判断されるゼロクロス点に対して所定の位相角の範囲で前記スイッチング素子の作動を有効にする規制部と、前記PAM制御部から出力されるスイッチング信号の周期を前記ゼロクロス点に近いほど長くする信号補正部とを備え、前記スイッチング素子の作動を有効にするスイッチング区間をゼロクロス点に続く第1のスイッチング区間とゼロクロス点で終わる第2のスイッチング区間と前記第1のスイッチング区間に続く第3のスイッチング区間を設け、この第3のスイッチング区間のスイッチング信号の周期を第1のスイッチング区間のスイッチング信号の周期及び第2のスイッチング区間のスイッチング信号の周期より短くすると共に、第3のスイッチング区間と第2のスイッチング区間の間にスイッチングを停止する区間を設けたものである。
【0013】
請求項2の発明は、入力される交流電力を直流電力に変換した後、この直流電力を電動機の固定子巻線へ回転子の回転位置に基づいて選択的に供給する電源装置において、前記交流電力を整流する整流回路と、この整流回路から供給される出力をスイッチング信号に応答して短絡させるスイッチング素子と、前記整流回路から供給される出力をダイオードの順方向を介して入力した後コンデンサを用いて平滑する平滑回路と、前記回転子の回転位置に基づいて予め定められた通電パターンで前記固定子巻線への前記直流電力の供給を制御する通電制御部と、前記整流回路に入力される交流電力の電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記整流回路に入力される交流電力の電流を検出する入力電流検出回路と、前記スイッチング信号のONデューティを制御して前記入力電圧検出回路の検出する電圧の変化波形と同位相になるように前記入力電流検出回路の検出する電流の変化波形を正弦波で近似させるPAM制御部と、前記入力電圧検出回路の検出する電圧から判断されるゼロクロス点に対して所定の位相角の範囲で前記スイッチング素子の作動を有効にする規制部と、前記PAM制御部から出力されるスイッチング信号の周期を前記ゼロクロス点に近いほど長くする信号補正部とを備え、前記スイッチング素子の作動を有効にするスイッチング区間をゼロクロス点に続く第1のスイッチング区間とゼロクロス点で終わる第2のスイッチング区間と前記第1のスイッチング区間に続く第3のスイッチング区間を設け、この第3のスイッチング区間のスイッチング信号の周期を第1のスイッチング区間のスイッチング信号の周期及び第2のスイッチング区間のスイッチング信号の周期より短くすると共に、第3のスイッチング区間と第2のスイッチング区間の間にスイッチングを停止する区間を設けたものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図2には本実施の形態に適した冷凍機の一例としての空気調和機の冷凍サイクルを示している。
【0021】
この空気調和機10は被空調室に設置される室内機12と室外に設置される室外機14とによって構成されており、室内機12と室外機14とは冷媒を循環させる太管の冷媒配管16Aと細管の冷媒配管16Bとで接続されている。
【0022】
室内機12には熱交換器18が設けられており、冷媒配管16A、16Bのそれぞれの一端がこの熱交換器18に接続されている。また、冷媒配管16Aの他端は、室内機12のバルブ20A、マフラ22Aを介して四方弁24に接続されている。この四方弁24はアキュームレータ28及びマフラ22Bを介してコンプレッサ26に接続されている。
【0023】
さらに、室外機14には熱交換器30が設けられている。この熱交換器30は一方が四方弁24に接続され、他方がキャピラリチューブ32、ストレーナ34、モジュレータ38を介してバルブ20Bに接続されている。また、ストレーナ34、モジュレータ38の間には、電動膨張弁36が設けられ、バルブ20Bには、冷媒配管16Bの他端が接続されている。これによって、室内機12と室外機14の間に冷凍サイクルを形成する冷媒の密閉された循環路が構成されている。
【0024】
空気調和機10はコンプレッサ26と一体に設けているコンプレッサモータ40の回転によつてコンプレッサ26が運転されると、この冷凍サイクル中を冷媒が循環される。このとき、空気調和機10では運転モード(冷房モードまたは暖房モード)に応じて四方弁24が切り換えられ、電動膨張弁36の弁開度を制御することにより、冷媒の蒸発温度が調整される。なお、図2では矢印によって暖房運転時(暖房モード)と冷房運転時(冷房モードまたはドライモード)の冷媒の流れを示している。
【0025】
冷房モードではコンプレッサ26によって圧縮された冷媒が熱交換器30へ供給されることにより液化され、この液化された冷媒が室内機12の熱交換器18で気化することにより、熱交換器18を通過する空気を冷却する。また、暖房モードでは、逆に、コンプレッサ26によって圧縮された冷媒が室内機12の熱交換器18で凝縮されることにより放熱し、この冷媒が放熱した熱で熱交換器18を通過する空気を加熱する。
【0026】
室内機12は送風用に設けられている図示しないクロスフローファンによって室内機12に吸引した空気を室内へ吹出すときに熱交換器18を通過させ調温する。これにより、室内機12から吹き出される空気によって室内が空調される。
【0027】
図1に示されるように、室外機14には電源装置42及びマイコン44が設けられている。電源装置42は交流電力をコンプレッサモータ40(誘導電動機)の駆動用の電力に変換する。また、マイコン44は室外機14の作動を制御すると共に、電源装置42の作動を制御する。
【0028】
例えば、マイコン44は、例えばシリアル通信等によって室内機12に設けられている図示しないマイコンと接続されており、この室内機12のマイコンからの信号に基づいて作動する。なお、マイコン44は室内機12のマイコンから送出された信号及び外気温度を検出する外気温度センサ、コンプレッサ26の温度を検出するコンプレッサ温度センサ、熱交換器30のコイル温度を検出するコイル温度センサ等の検出結果に基づいてコンプレッサモータ40と共に、四方弁24、電動膨張弁36、熱交換器30を冷却する冷却ファン等の駆動を制御する。
【0029】
室外機14に設けられている電源装置42は、整流回路46と平滑回路48とを備えており、交流電源50から供給される交流電力を所定電圧の直流電力に変換し、インバータ回路52へ出力する。インバータ回路52は三相ブリッジ状に結線されたスイッチング素子が設けられた一般的構成となっている。
【0030】
インバータ回路52はマイコン44に接続されており、マイコン44から出力されるスイッチング信号に基づいてスイッチング素子が駆動される。すなわち、マイコン44はインバータ回路52を用いてPWM制御による疑似正弦波を用いてコンプレッサモータ40の回転数を制御している。なお、この疑似正弦波は周波数が任意に制御される。
【0031】
一方、インバータ回路52への入力電圧、すなわち、平滑回路48の出力電圧V0が変化すれば、これにより、コンプレッサモータ40への印加電圧が変化しスリップ量を調節することができる。すなわち、マイコン44はPAM(Pulse Amplitude Modulation:パルス振幅変調)制御によってもコンプレッサモータ40のスリップ量の制御が可能となっている。
【0032】
また、コンプレッサモータ40に直流電動機(DCモータ)を用いる場合は、マイコン44がコンプレッサモータ40の回転子の回転位置に基づいて予め設定された通電パターン(コンプレッサモータ40の固定子巻線への通電組合)で固定子巻線への通電が行えるように、インバータ回路52のスイッチング素子へON/OFF信号を出力する。
【0033】
回転子の回転位置を検出する方法としてはセンサを設けるものまたは非通電の固定子巻線に生じる誘起電圧の変化から求めるセンサレス方式などを用いることができる。
【0034】
コンプレッサモータ40の回転数は固定子巻線に印加する電圧、すなわちインバータ回路52へ供給する直流電力の電圧を変えることによって制御することができる。
【0035】
したがって、マイコン44はPAM制御によってインバータ回路52へ供給する直流電力の電圧を制御し、コンプレッサ40の回転数を制御することが可能となっている。
【0036】
整流回路46にはダイオード54をブリッジ状に接続した全波整流器56が設けられており、この整流器56の入力端子58A、58Bにチョークコイルであるリアクトル60を介して、交流電源50が接続される。本実施形態に適用した空気調和機10の室外機14は、所定電圧(例えば単相100V)の交流電力が供給される。
【0037】
整流器56の出力端子62A、62Bには、ダイオード72、74の順方向を介して平滑回路48が接続されている。平滑回路48は直列接続されたコンデンサ64、66と、このコンデンサ64、66に並列接続されたコンデンサ68によって構成され、整流器56から出力される脈流を平滑化する倍電圧両波整流回路が形成されている。これにより、電源装置は整流器から出力される電力を平滑回路によって平滑化することにより、約280Vの電圧を出力可能となっている。
【0038】
ところで、整流器56の出力端子62A、62B間には、スイッチング回路76が接続されている。このスイッチング回路76はスイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワースイッチングトランジスタ(以下スイッチングTrという)Tr78とダイオード80によって構成されており、スイッチングTrがスイッチング信号によってONされることにより出力端子62Aから出力端子62Bへ電流が流れるようになっている。
【0039】
このスイッチングTr78は駆動回路82を介してマイコン44に接続されており、マイコン44から出力されるスイッチング信号STによってON/OFFが制御される。
【0040】
一方、マイコン44には入力電力の検出手段として、入力電圧検出回路84と入力電流検出回路86とが接続されている。マイコン44はこの入力電圧検出回路84によって入力電圧(電源電圧)の変化波形と共に入力電圧の波形が正領域と負領域とに切り換わるゼロクロス点P(図3参照)を検出する。マイコン44はこのゼロクロス点Pに基づいてスイッチング信号STを出力するタイミングを設定するようになっている。
【0041】
また、マイコン44には、入力電圧検出回路84の検出する電圧の変化波形(実質的に正弦波)に入力電流検出回路86の検出する電流の変化波形が近似するように、または入力電流検出回路86の検出する電流の変化波形が入力電圧検出回路84の検出する電圧の変化波形と同相の正弦波に近づくようにONデューティを制御したスイッチング信号をスイッチングTr78へ出力するPAM制御部と、入力電圧検出回路84の検出する電圧から判断されるゼロクロス点Pに対して所定の位相角の範囲でスイッチングTr78の作動を有効にする規制部と、PAM制御部で出力されるスイッチング信号の周期をゼロクロス点Pに近いほど長くする信号補正部とを備えている。
【0042】
マイコン44の規制部による作動は、例えば、図3に示すように、マイコン44は、交流電源50の周波数fの位相(入力電圧検出回路84によって検出される電圧電圧の変化波形の位相)のゼロクロス点Pを用い、これに同期させて、スイッチング信号を出力するようになっている。また、マイコン44ではスイッチング信号をスイッチング信号ST1、ST2、ST3に分割して出力するように設定されている。(以下総称するときは「スイッチング信号ST」とする。)
すなわち、マイコン44は周波数fの各周期毎に1/2周期内でスイッチング信号ST1、ST2、ST3のいずれかを出力する時間α、β、γが設定されている。
【0043】
スイッチング信号ST1はゼロクロス点P(位相角θ=0゜)から時間αの間で出力され、スイッチング信号ST2はスイッチング信号ST1に引き続いて時間βの間で出力するようになっている。スイッチング信号ST3はゼロクロス点Pからt1時間経過後にスイッチングを開始し、次のゼロクロス点P1(位相角θ=180°)までの間で時間γの間出力するようになっており、スイッチング信号ST2とスイッチング信号ST3の間の電源電圧のピークを挟んで、スイッチングTr78のスイッチングを停止する時間δ(t1−α−β)を設けている。
【0044】
これにより、マイコン44は各1/2周期毎にゼロクロス点Pから時間αの間(周波数fヘルツでα秒の時は360fα度の位相角)スイッチング信号ST1を出力しスイッチングTr78の作動を有効にした後、必要に応じて時間βの間(周波数fヘルツでβ秒の時は360fβ度の位相角)ST2を出力してスイッチングTr78の作動を有効にした後、いったん、スイッチング信号STをOFFにしてからスイッチング信号ST3を時間γの間(周波数fヘルツでγ秒の時は360fγ度の位相角)出力してスイッチングTr78の作動を有効にする。
【0045】
スイッチング信号ST1の時間αは、電圧波形の位相角θに換算すると位相角θが0°〜35°(180°〜215°)の間となっており、その信号は位相角0°(180°)から始まり段階的にスイッチング周波数を高く(周期を短く)設定し、出力されている。0°(180°)付近の周波数は例えば数kHzから始まり徐々に周波数を増やした値(例えば3kHz〜5kHz)に設定するような信号補正部がマイコン44に備えられている。
【0046】
スイッチング信号ST2の時間βは、電圧波形の位相角θに換算すると位相角θが35°〜70°(215°〜250°)の間となっており、スイッチング周波数はスイッチング信号ST1、ST3のスイッチング周波数より高い10数kHzの値に設定するような信号補正部がマイコン44に備えられている。
【0047】
スイッチング信号ST3の時間γは、電圧波形の位相角θに換算すると位相角θが150°〜180°付近(330°〜0°付近)までとなっており、その信号は位相角150°(330°)付近から始まり段階的にスイッチング周波数を低く(周期を長く)設定するような信号補正部がマイコン44に備えられている。150°(330°)付近の周波数は例えば数kHzから始まり徐々に周波数を減らした値に設定されており、電圧波形の位相角が180°に達する前(例えばθ=175°)にOFF信号になるようにしている。例えば、この周波数はスイッチング信号ST1と同様な周波数を逆にして低減させるのが好ましい。
【0048】
また、マイコン44はスイッチング信号STごとに所定のONデューティ比(以下単にデューティ比という)のスイッチング信号ST(ST1、ST2、ST3)を出力する。スイッチング信号ST1とスイッチング信号ST3のデューティ比は、30%を基準とし、スイッチング信号ST2のデューティ比は、60%を基準としている。
【0049】
ところで、マイコン44には、スイッチング回路76のスイッチングTr78を制御するための各種の波形パターンを内蔵している。この波形パターンによって入力電流Iiの変化波形の周波数の制御及びデューティ比の制御を行う。これらの波形パターンを用いて、入力電流Iiの波形が正弦波形に近づくようにし、かつ、位相角θが0〜90°と位相角θが90°〜180°との電流量を同じにして高調波の改善を図っている。
【0050】
また、マイコン44には、電源装置42から出力される出力電圧V0を検出する出力電圧検出回路90が接続されている。マイコン44は、この出力電圧検出回路90によって検出する出力電圧V0に基づいてスイッチング信号ST2の搬送波(三角波キャリア)の周波数の制御とデューティ比の制御を行っている。
【0051】
電源装置42では、スイッチング信号ST2が60%のデューティ比となることによって、出力電圧V0が、例えば280V(基準電圧Vs=280V)となるように設定されている。マイコン44は、出力電圧V0が基準電圧Vsより下がると、出力電圧V0が上昇するようにスイッチング信号ST2のデューティ比を高くし、出力電圧V0が基準電圧Vsより高くなるとスイッチング信号ST2のデューティ比を下げるようにしている。
【0052】
また、マイコン44は、入力電流検出回路86によって検出する入力電流Iiに基づいてスイッチング信号STl、ST3のデューティ比を変化させるようにしている。
〔第1実施例〕
以下に本実施の形態に係る第1実施例を説明する。この第1実施例では電源装置42で倍電圧両波整流を行うようにし、これにより室外機14が接続される交流電源50として単相100Vを用いた際に直流280Vを得ている。
【0053】
空気調和機10は、図示しないリモコンスイッチの操作によって、運転モード、設定温度等の運転条件が設定され、運転/停止ボタンの操作によって運転開始が指示されていると、室内機12に設けている図示しないマイコンが、設定された運転条件に応じて室内を空調するために必要な空調能力を演算し、この演算結果に基づいてコンプレッサモータ40の回転数を設定する。この後、室内機12に設けているマイコンは、設定した回転数でコンプレッサモータ40を駆動するように、室外機14に設けているマイコン44に指示する。
【0054】
マイコン44は、室内機12のマイコンによって指示されたコンプレッサ26の回転数が得られるように電源装置42及びインバータ回路52を制御しながらコンプレッサモータ40を回転駆動する。これにより、空気調和機10では、コンプレッサ26で圧縮された冷媒が冷凍サイクル中を循環され、室内機12に設けている熱交換器18を通過する空気を温調する。この室内機12の熱交換器18を通過することにより温調された空気が、室内機12から吹き出されることにより、室内の空調が図られる。
【0055】
次に、スイッチング信号ST1、ST3による力率及び高調波ノイズの改善について、図4及び図5を参照しながら説明する。なお、図4及び図5では、交流電源50の周波数fを60Hzとし、負荷(インバータ回路52及びコンプレッサモータ40)を2kWとしたシュミレーション結果を示している。図4は、入力電圧Vi(電源電圧)と入力電圧Viに対するスイッチング信号ST1、ST3及び入力電流Iiの変化を示しており、図5は、コンデンサ64、66、68のそれぞれに印加される電圧V1、V2、V3を示しており、電圧V3がコンデンサ68によって平滑化されることにより出力電圧V0が得られる。
【0056】
電源装置42を制御するマイコン44は、交流電源50から整流回路56に入力される入力電圧Viの電圧波形のゼロクロス点Pを検出すると、スイッチング信号ST1を出力する。このスイッチング信号ST1は、予め設定されているデューティ比(一例として30%)でON/OFFされる。
【0057】
電源装置42では、スイッチングTr78が、電圧波形のゼロクロス点Pからスイッチング信号ST1に基づいてON/OFFされることにより、このスイッチング信号ST1のON/OFFに応じて入力電流Iiが流れる。
【0058】
これにより、図4に示されるように、電圧波形のゼロクロス点Pから入力電流Iiが流れはじめ、入力電圧Viの位相に対して入力電流Iiの位相が遅れていると、入力電流Iiの位相が入力電圧Viの位相と一致するように進められる。かつ、入力電流Iiの波形を前半の1/2周期の電流量と後半の1/2周期の電流量とが同じ電流量に近づけるように制御される。
【0059】
一方、マイコン44は、電圧波形が次のゼロクロス点(図3のゼロクロス点P1)に近づくとスイッチング信号ST3の出力を開始する。このスイッチング信号ST3は、ゼロクロス点Pから時間t1が経過すると出力され、これにより、位相角θが0〜90°と位相角θが90°〜180°との電流量を同じ値にするようなデューティ比制御を行う。スイッチング信号ST3は位相角θが次のゼロクロス点P1に達すると停止される。この後、新たにスイッチング信号ST1、ST2、ST3の出力が開始される。
【0060】
図4に示されるように、入力電流Iiは、入力電圧Viの電圧波形の位相が切り換わる直前で減少した後、電圧波形の位相が切り換わるのに合わせて増加する。このように、スイッチング信号ST1に加えてスイッチング信号ST3を用いることにより、入力電流Iiの位相を入力電圧Viの位相に合わせて滑らかに変化させることができる。
【0061】
特に100V電源を用いた倍電圧整流では、入力電流Iiの位相が変わるときに極性も変わるため、スイッチング信号ST1のみだと、ゼロクロス点Pでスイッチング信号ST1によって電流値が大きく変化することがあり、このために、入力電流Iiに高調波成分が生じることになる。
【0062】
これに対して、スイッチング信号ST3によってゼロクロス点Pの近傍で、予め電流値を減少させることができるため、ゼロクロス点Pの近傍での電流波形を滑らかにすることができ、入力電流Iiの高調波成分の低減が可能となる。
【0063】
図5に示されるように、電源装置42では、コンデンサ64、66のそれぞれに電圧V1、V2が印加され、コンデンサ68に倍電圧両波整流された電圧V3が印加される。
【0064】
このように、電源装置42では、簡単なスイッチング回路76を設けた構成で、電圧波形のゼロクロス点Pを挟むようにスイッチング信号ST1、ST3を出力し、かつ、このスイッチング信号をPWM制御することにより、スイッチング信号ST1のみで高調波改善を図る場合と仕較し、入力電流Iiの位相の切り換わりを円滑にすることができると共に、より高調波を少なくし、かつ、力率を高くすることができる。
【0065】
また、スイッチング信号ST1、ST3は、入力電流Iiが少ないときに入力電流Iiを増加させるようにしているため、スイッチングTr78のON/OFFによってリアクトル60に流れる電流(入力電流にIi)も少ないので、リアクトル60で大きな損失を生じさせることがない。
【0066】
一方、スイッチング信号ST1、ST3の周波数は、負荷の大きさ、すなわち入力電流Iiの電流値(又は入力電力)によって変化させることが好ましい。
【0067】
すなわち、スイッチング信号ST1、ST3のデューティ比が高いと入力電流Iiの変化も大きくなる。このため、負荷が小さく電流値も小さいときには、スイッチング信号ST1、ST3によって必要以上に入力電流Iiを変化させてしまうことになり、高調波成分を増加させ、スイッチング損失を増加させてしまう恐れがある。
【0068】
このため、負荷又は入力電流の電流値又は入力電力に応じてスイッチング信号STl、ST3のデューティ比及び搬送波の周波数を調整することにより、力率向上と共により適切な高調波抑制が可能となる。本第1実施例ではゼロクロス点に近づけば近づくほど搬送波の周波数を低く設定し、高調波の改善とスイッチング損失の改善を行っている。なお、スイッチング信号ST1、ST3の時間α、γも入力電流Iiの電流値又は入力電力に基づいて変化させるようにすればより好ましい。
〔第2実施例〕
次に、スイッチング信号STによる高調波抑制の改善について、図6及び図7を参照しながら説明する。
【0069】
マイコン44が、スイッチング信号STとして、スイッチング信号ST1に引き続いて、時間βでスイッチング信号ST2を出力する。電源装置42では、スイッチング信号ST2によってスイッチングTr78がON/OFFされることにより、出力電圧V0が増加する。すなわち、電源装置42では、スイッチング回路76が昇圧回路の機能も果たしている。
【0070】
このスイッチング信号ST2のデューティ比は、例えば、出力電圧V0が280Vとなるようにしている。マイコン44は、このときの出力電圧V0を基準電圧Vsとして、出力電圧V0が基準電圧Vsとなるようにデューティ比を変化させる。
【0071】
マイコン44は、ゼロクロス点Pを検出すると、所定のデューティ比でスイッチング信号ST1を出力させた後、引き続いてスイッチング信号ST2を出力する。このとき、マイコン44は、出力電圧検出回路90によって検出した出力電圧V0と基準電圧Vsを比較し、出力電圧V0が基準電圧Vsより低い時には、スイッチング信号ST2のデューティ比を高く、出力電圧V0が基準電圧Vsより高くなると、スイッチング信号ST2のデューティ比を下げる。
【0072】
これにより、出力電圧V0が基準電圧Vsより低い時には、出力電圧V0が上昇し、出力電圧V0が基準電圧Vsより高い時には、出力電圧V0が下げられ、出力電圧V0が略一定となってインバータ回路52へ供給される。また、スイッチング信号ST2によって出力電圧V0を変化させることができるため、スイッチング信号ST2によってコンプレッサ26のPAM制御が可能となる。
【0073】
スイッチング信号ST2のデューティ比を「0」にする。これにより、スイッチング信号ST2が停止して、電源装置42での出力電圧V0の昇圧が停止する。
【0074】
また、マイコン44は、出力電圧V0が、予め設定している上限値に達すると電源装置42での出力電圧V0の昇圧を停止させる。
【0075】
これにより、例えば、出力電圧V0の上限値をコンデンサ64〜68やインバータ回路52に設けているスイッチング素子の耐圧に基づいて設定すれば、コンデンサ64〜68やインバータ回路52の高電圧に対する保護が可能となる。
【0076】
一方、スイッチング信号ST1に引き続いてスイッチング信号ST2を出力して、スイッチングTr78をON/OFFすることにより、このスイッチング信号ST2のON/OFFに応じて入力電流Iiも増加する。
【0077】
これにより、図6に示されるように、スイッチング信号ST1を停止した直後の入力電流Iiの落ち込みを防止でき、入力電流Iiの波形整形が可能となる。
【0078】
入力電流Iiは、高調波成分が増加することにより波形が崩れる。これに対して、入力電流Iiの波形を整形して滑らかにすることにより高調波成分が除去されることになる。すなわち、電源装置42では、スイッチング信号ST2によってスイッチングTr78を所定のデューティ比でスイッチングすることにより、入力電流Iiに高調波成分が含まれてしまうのを抑えることができる。
【0079】
一方、図7に示されるように、スイッチング信号ST2によってスイッチングTr78をスイッチングすることにより、スイッチングTr78をOFFしたとき(図5参照)よりもコンデンサ64、66に印加される電圧V1、V2の振幅の変化も大きくなる。これにより、電圧V3と共に出力電圧V0も高くなり、電源装置42から出力される出力電圧V0が昇圧される。
【0080】
したがって、基準電圧Vsと出力電圧V0に基づいてスイッチング信号ST2のデューティ比を変化させることにより、出力電圧V0を基準電圧Vsとなるように制御できる。また、例えば室内機12から要求されるコンプレッサモータ40の回転数に応じて基準電圧Vsを変化させるか、スイッチング信号ST2のデューティ比を変化させることにより、コンプレッサモータ40、すなわち、コンプレッサ26に印加する電圧の制御が可能となる。
【0081】
なお、第1及び第2実施例では、周波数fの1周期中で二度ずつ出力するスイッチング信号ST1、ST2、ST3のデューティ比を同じにして説明したが、最初の半周期と次の半周期で周波数を変えるようにしても良い。これにより、入力電流Iiの波形をより一層良くすることができると共に、コンデンサ64、66の保護が可能となる。
【0082】
すなわち、倍電圧両波整流を行う場合、コンデンサ64、66は、容量の等しいものを用いることが好ましいが、同一規格のものを用いても5%〜10%程度の容量差が生じていることがある。これにより正相と負相で蓄積容量が変わり、電圧値や電流値も変化するために、コンデンサ64、66に負担がかかると共に相によって入力電流Ii(例えばピーク値)も変わってしまう。
【0083】
このとき、搬送波の周波数やPWM波形を変えることにより例えばスイッチング信号ST1、ST3のデューティ比を変えたり、またはスイッチング信号ST2のデューティ比を変えることにより、コンデンサ64、66に容量の差が生じていても、蓄積電力を同じにすることができる。これにより、コンデンサ64、66の保護が可能となると共に、各相毎に電圧や電流が変わるのを防止することができ、入力電流Iiの波形は勿論ピーク値も略同じにすることができる。
【0084】
また、スイッチング信号STは、三角波で構成される搬送波と電圧レベルで構成される変調波とを用いて生成し、変調波の電圧レベルを変えることにより、スイッチング信号STのONデューティを変えることができる。また、搬送波の周波数(周期)を変えることによってスイッチング信号STの周波数を変えることができる。
〔第3実施例〕
以下に、本実施の形態の第3実施例を説明する。なお、前記した第1及び第2実施例では、交流電源50として単相100Vを室外機14の電源装置42へ供給するものとして説明したが、第3実施例では、交流電源50として単相200Vを供給している。これにより、整流回路46と平滑回路48の間に設けている倍電圧回路用のダイオード72、74及びコンデンサ64、66を省略することができ、電源装置96は、図8に示されるように、コンデンサ92によって構成される平滑回路94、スイッチング回路76及び整流回路56によって構成される電源装置として説明する。
【0085】
図9乃至図10には、電源装置96を用いたシュミレーション結果を示している。なお、このシュミレーションでは、4kWの負荷に電力を供給するものとしている。
【0086】
マイコン44は、入力電圧Viのゼロクロス点Pを検出するとスイッチング信号ST1の出力を開始し、このスイッチング信号ST1に引き続いてスイッチング信号ST2を出力する。また、マイコン44は、ゼロクロス点Pから時間t1だけ経過した後にスイッチング信号ST3を出力する。
【0087】
これにより、スイッチングTr78は、スイッチング信号STl、ST2でスイッチングされた後、スイッチング信号ST3でスイッチングされるのを繰り返す。
【0088】
これにより、図9に示されるように、入力電流Iiの波形は、スイッチング信号ST1、ST2、ST3に応じて変化し、図10(A)及び図10(B)に示されるように、入力電流Iiは、正弦波に近い波形に整形される。
【0089】
すなわち、電源装置96では、電源装置42と同様にスイッチング信号ST1に引き続いてスイッチング信号ST2をそれぞれ所定のデューティ比及び時間α、βで出力し、時間δの間、スイッチングを停止した後、スイッチング信号ST3を所定のデューティ比で出力し、このスイッチング信号ST3を次のゼロクロス点P1で停止させることにより、位相が入力電圧Viの位相に合わせられた入力電流Iiが得られる。したがって、電源装置96においても、大幅な力率改善と併せて高調波の抑制が図られる。このとき、リアクトル60は、入力端子58Aと交流電源50の間、もしくは出力端子62Aとスイッチング回路76の間のどちらに接続しても良い。
【0090】
以上のように、本発明の電源装置96では、従来の200Vの電力を使用する電気機器が高調波電流発生限度値をクリアするのが困難とされ、高調波電流発生限度値をクリアするために用いていた複雑な機構を無くし、スイッチングTr78を入力電圧Viのゼロクロス点を基準にしたスイッチング信号ST1、ST2、ST3によってスイッチングする簡単な構成で、電源装置96の発生する3次高調波、7次高調波等の各高調波電流値は勿論、いずれの次数の各高調波電流値も、例えばIEC規格でいうところの200Vを使用する電気機器の最大許容高調波電流の発生限度内に抑えることができる。
【0091】
なお、以上の説明は、本発明の構成を限定するものではなく、本発明は、種々の構成を適用することができる。
【0092】
例えば、本実施の形態では、スイッチング素子としてスイッチングTr78を設けたが、スイッチング素子としては、IGBT、MOSFET等の種々のスイッチング素子を用いることができる。
【0093】
また、本実施の形態では、空気調和機10の室外機14に設けた電源装置42、96を例に説明したが、本発明は、空気調和機10等の空気調和機10に限らず、冷蔵庫やその他の冷凍機ユニット及びその他の種々の電気機器に設けられて、交流電力を所定の一定電圧の直流電力または任意の電圧に昇圧した直流電力を得るための電源装置に適用が可能である。
【0094】
また、スイッチング信号STは、三角波で構成される搬送波と電圧レベルで構成される変調波とを用いて生成し、変調波の電圧レベルを変えることにより、スイッチング信号STのONデューティを変えることができる。また、搬送波の周波数(周期)を変えることによってスイッチング信号STの周波数を変えることができる。
【0095】
さらにまた、スイッチング信号STの生成も三角波キャリア(搬送波)と出力電圧(変調信号)との重畳のみでなく、予めマイコンのメモリ中に記憶されている数表にしたがって演算して生成させたり、メモリそのものに必要なスイッチング信号の波形を記憶している中から取り出し生成させる等のいずれの生成方法を用いても本発明を実施できるものである。
【0096】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スイッチング素子をON/OFFする時の入力電圧あるいは入力電力に基づいて設定することにより、高調波抑制の改善と共に入力電流の波形整形を行うことができ、負荷への供給電力の効率の向上と高調波抑制が可能となる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施の形態に適用した電源装置の概略を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態の電源装置を空気調和機に適用した冷凍サイクルを示す概略図である。
【図3】本発明に係る入力電圧の電圧波形に対するスイッチング信号の出力期間を示す線図である。
【図4】第1実施例での入力電圧の電圧波形に対するスイッチング信号と入力電流の電流波形の概略を示す線図である。
【図5】第1実施例でのコンデンサに印加される電圧波形の概略を示す線図である。
【図6】第2実施例での入力電圧の電圧波形に対するスイッチング信号と入力電流の電流波形の概略を示す線図である。
【図7】第2実施例でのコンデンサに印加される電圧波形の概略を示す線図である。
【図8】第3実施例に係る電源装置の概略を示すブロック図である。
【図9】第3実施例に係るスイッチング信号に対する入力電流の電流波形の概略を示す線図である。
【図10】(A)は第3実施例での入力電流の電流波形を示す線図、(B)は入力電圧と出力電圧を示す線図である。
【符号の説明】
10 空気調和機
40 コンプレッサモータ
42、96 電源装置
44 マイコン(PWM制御部、PAM制御部、規制部、信号補正部)
46 整流回路
48、94 平滑回路
50 交流電源
52 インバータ回路
60 リアクトル
76 スイッチング回路
78 スイッチングTr(スイッチング素子)
84 入力電圧検出回路
86 入力電流検出回路
90 出力電圧検出回路
α 時間(第1のスイッチング区間)
β 時間(第3のスイッチング区間)
γ 時間(第2のスイッチング区間)
Claims (2)
- 入力される交流電力を直流電力に変換した後、所望の周波数の疑似正弦波に再変換して出力する電源装置において、前記交流電力を整流する整流回路と、この整流回路から供給される出力をスイッチング信号に応答して短絡させるスイッチング素子と、前記整流回路から供給される出力をダイオードの順方向を介して入力した後コンデンサを用いて平滑する平滑回路と、この平滑回路から出力される直流電力をPWM理論に基づいて所望の周波数の疑似正弦波に変換して出力するPWM制御部と、前記整流回路に入力される交流電力の電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記整流回路に入力される交流電力の電流を検出する入力電流検出回路と、前記入力電圧検出回路の検出する電圧の正弦波状の変化波形に前記入力電流検出回路の検出する電流の変化波形が近似するようにONデューティを制御したスイッチング信号を前記スイッチング素子へ出力するPAM制御部と、前記入力電圧検出回路の検出する電圧から判断されるゼロクロス点に対して所定の位相角の範囲で前記スイッチング素子の作動を有効にする規制部と、前記PAM制御部から出力されるスイッチング信号の周期を前記ゼロクロス点に近いほど長くする信号補正部とを備え、前記スイッチング素子の作動を有効にするスイッチング区間をゼロクロス点に続く第1のスイッチング区間とゼロクロス点で終わる第2のスイッチング区間と前記第1のスイッチング区間に続く第3のスイッチング区間を設け、この第3のスイッチング区間のスイッチング信号の周期を第1のスイッチング区間のスイッチング信号の周期及び第2のスイッチング区間のスイッチング信号の周期より短くすると共に、第3のスイッチング区間と第2のスイッチング区間の間にスイッチングを停止する区間を設けたことを特徴とする電源装置。
- 入力される交流電力を直流電力に変換した後、この直流電力を電動機の固定子巻線へ回転子の回転位置に基づいて選択的に供給する電源装置において、前記交流電力を整流する整流回路と、この整流回路から供給される出力をスイッチング信号に応答して短絡させるスイッチング素子と、前記整流回路から供給される出力をダイオードの順方向を介して入力した後コンデンサを用いて平滑する平滑回路と、前記回転子の回転位置に基づいて予め定められた通電パターンで前記固定子巻線への前記直流電力の供給を制御する通電制御部と、前記整流回路に入力される交流電力の電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記整流回路に入力される交流電力の電流を検出する入力電流検出回路と、前記スイッチング信号のONデューティを制御して前記入力電圧検出回路の検出する電圧の変化波形と同位相になるように前記入力電流検出回路の検出する電流の変化波形を正弦波で近似させるPAM制御部と、前記入力電圧検出回路の検出する電圧から判断されるゼロクロス点に対して所定の位相角の範囲で前記スイッチング素子の作動を有効にする規制部と、前記PAM制御部から出力されるスイッチング信号の周期を前記ゼロクロス点に近いほど長くする信号補正部とを備え、前記スイッチング素子の作動を有効にするスイッチング区間をゼロクロス点に続く第1のスイッチング区間とゼロクロス点で終わる第2のスイッチング区間と前記第1のスイッチング区間に続く第3のスイッチング区間を設け、この第3のスイッチング区間のスイッチング信号の周期を第1のスイッチング区間のスイッチング信号の周期及び第2のスイッチング区間のスイッチング信号の周期より短くすると共に、第3のスイッチング区間と第2のスイッチング区間の間にスイッチングを停止する区間を設けたことを特徴とする電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32559799A JP4493132B2 (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32559799A JP4493132B2 (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 電源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001145358A JP2001145358A (ja) | 2001-05-25 |
JP4493132B2 true JP4493132B2 (ja) | 2010-06-30 |
Family
ID=18178667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32559799A Expired - Fee Related JP4493132B2 (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4493132B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103378743A (zh) * | 2012-04-12 | 2013-10-30 | 三菱电机株式会社 | 转换器控制装置以及具备转换器控制装置的空气调节机 |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006133154A1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Lutron Electronics Co., Inc. | Method and apparatus for quiet variable motor speed control |
US7489094B2 (en) | 2005-11-18 | 2009-02-10 | Lutron Electronics Co., Inc. | Method and apparatus for quiet fan speed control |
AU2006335684C1 (en) * | 2006-03-15 | 2009-12-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric motor driving device and compressor driving device |
JP4254878B2 (ja) | 2007-03-30 | 2009-04-15 | ダイキン工業株式会社 | 電源供給回路 |
JP4254876B2 (ja) | 2007-03-30 | 2009-04-15 | ダイキン工業株式会社 | 電源供給回路及びそのpam制御方法 |
JP4254877B2 (ja) | 2007-03-30 | 2009-04-15 | ダイキン工業株式会社 | 電源供給回路 |
WO2009008197A1 (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pfcコンバータ |
JP5206075B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-06-12 | ダイキン工業株式会社 | 電源供給回路 |
JP4816691B2 (ja) * | 2008-07-09 | 2011-11-16 | ダイキン工業株式会社 | 電源供給回路及びそのpam制御方法 |
JP5525494B2 (ja) * | 2011-08-29 | 2014-06-18 | シャープ株式会社 | 力率改善回路 |
EP2892142B1 (en) * | 2012-08-30 | 2020-05-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Rectifier circuit device |
JP2020150711A (ja) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 東芝ライフスタイル株式会社 | 洗濯機 |
-
1999
- 1999-11-16 JP JP32559799A patent/JP4493132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103378743A (zh) * | 2012-04-12 | 2013-10-30 | 三菱电机株式会社 | 转换器控制装置以及具备转换器控制装置的空气调节机 |
CN103378743B (zh) * | 2012-04-12 | 2015-11-18 | 三菱电机株式会社 | 转换器控制装置以及具备转换器控制装置的空气调节机 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001145358A (ja) | 2001-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2010365997B2 (en) | Heat pump device, heat pump system, and method for controlling three-phase inverter | |
CN109937531B (zh) | 电力转换装置及冷冻空调机器 | |
JP4615008B2 (ja) | 電動機の出力馬力と効率を上げるためのシステムと方法 | |
KR101850226B1 (ko) | 직류 전원 장치, 전동기 구동 장치, 공기 조화기 및 냉장고 | |
JP4493132B2 (ja) | 電源装置 | |
JP4033628B2 (ja) | 電源装置及びその電源装置を用いた空気調和機 | |
JP2008541683A (ja) | 冷却システム用の可変速駆動 | |
JP2010187521A (ja) | モーター駆動制御装置、圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫 | |
JP2000278955A (ja) | 電源装置及びこの電源装置を用いた空気調和機 | |
JP2012029416A (ja) | 空気調和機 | |
JP2016171680A (ja) | 電力変換装置、及びこれを備える空気調和機、並びに電力変換方法 | |
JP3519540B2 (ja) | 直流電源装置及び空気調和機 | |
JP4289718B2 (ja) | 電源装置 | |
US11512885B2 (en) | Variable speed drive with secondary windings | |
JP3966635B2 (ja) | 電源装置 | |
JP2003319676A (ja) | 電動機駆動装置 | |
JP4454089B2 (ja) | 電源装置 | |
JP2000166241A (ja) | 電源装置 | |
JP2004088859A (ja) | 電動機駆動装置および電動機応用装置 | |
JPH11206130A (ja) | 電源装置 | |
JP2003143890A (ja) | 直流ブラシレスモータ駆動装置およびその方法 | |
JP2008228511A (ja) | 電源装置 | |
JP2001238454A (ja) | 電源装置 | |
JP2004015944A (ja) | 電源装置 | |
JPH0715966A (ja) | 電動機駆動装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051226 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060510 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090707 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090903 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091027 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100309 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100406 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |