JP4946292B2 - 電力変換装置およびそれを用いたヒートポンプ機器 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行うインバータ装置、およびそれを用いたヒートポンプ機器に関する。

圧縮機を有するヒートポンプ機器において、圧縮機の回転数を供給電源の周波数を変更することによりきめ細かな能力制御を行うものが一般的に知られている。さらに、この供給電源の周波数、および電圧の制御をパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により行う電力変換装置、インバータ装置が広く使用されている。

このようなＰＷＭ制御により周波数、電圧を制御する装置においては、その出力成分に、装置に備えられたスイッチング素子のスイッチングにより発生する高周波成分（キャリア周波数が主成分）が存在する。このような高周波成分を有した電源により、圧縮機、もしくは膨張機に備えられた電動機、もしくは発電機を駆動する場合、高調波成分により磁気吸引力が変化し、磁気騒音を発生する。

この課題を解決するために、キャリア周波数を時間的に変化させることにより、磁気騒音の周波数分布を分散させ、ピークレベルを減少させ磁気騒音を低減する装置が提案されている。例えば、特許文献１に記述されたＰＷＭインバータの制御方法および装置においては、出力電圧がＰＷＭ制御されるＰＷＭインバータにおいて、ＰＷＭ信号の周波数を決定する搬送波の周波数を時間的に変化させる機能を有したものである。これにより、高調波電流による磁気吸引力が原因となる鉄芯の機械振動は、一定の周波数で加振力が連続して加えられる場合に発生する大きな振動とはならず、ＰＷＭ信号の周波数を時間的に変化させることにより周波数分布が分散し、磁気騒音のピークレベルが減少するものである。

また、キャリア周波数を変化させずに、出力電圧の発生タイミングを時間的に変化させることにより高調波成分に起因する磁気騒音の発生を低減する制御方法が提案されている。例えば、特許文献２に記述された電力変換装置の制御方法においては、キャリア信号の１周期間における出力電圧の平均値を電圧指令に一致させるとともに、パルス幅変調制御で決定されたパルス幅を変えることなく出力電圧の発生タイミングを時間的に変化させるものである。これにより同一周波数の高調波が連続して負荷に印加されることがなくなり、高調波成分に起因する磁気音の発生を低減できる効果がある。
特公平３−７９９５９号公報 特開平７−１７７７５３号公報

従来のＰＷＭ制御を行う電力変換装置においては、磁気騒音のピークレベルを減少させるためにＰＷＭ信号の周波数を時間的に変化させるが、磁気騒音の低減効果を高めるために、キャリア周波数を大幅に変更させた場合、一般的にキャリア周波数に同期させて行う制御の演算周期も変化してしまい、キャリア周波数が高い場合には演算のための時間が短くなり、制御演算が不可能となる問題点があった。逆にキャリア周波数が低い場合には、パルス間隔が大きくなり電流のリップルが増加し、それによりトルクリップルが増加するという問題点があった。

また、従来の電力変換装置においては、高調波成分に起因する磁気騒音の発生を低減するために、キャリア周波数、およびパルス幅を変化させることなく出力電圧の発生タイミ
ングを時間的に変化させていたが、この場合、出力電圧の発生タイミングが変動することにより、制御対象である電動機を流れる電流も変動を起こし、それに伴い電動機の出力トルクが変動する問題点がある。それにより、トルクリップルに起因する振動騒音が増大し、さらに電動機の駆動効率が低下する課題があった。

本発明は、か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、電動機などを駆動する電力変換装置、およびそれを用いたヒートポンプ機器において、制御装置が原因で発生する高周波音を低減するとともに、少ない電流変動でトルクリップルが少なく、低振動騒音の電力変換装置、およびヒートポンプ機器を提供することを目的としている。

本発明に係る電力変換装置は、キャリア信号に基づくパルス幅変調制御により出力電圧を制御する電力変換装置において、前記パルス幅変調制御の出力パルスの出力タイミングを時間的に変化させるパルス位置決定手段と、出力電圧の指令値と前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置に基づいて出力パルスの幅を決定するパルス幅決定手段とを有し、前記パルス幅決定手段は、前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置の変化により発生する電力変換装置の出力電流の変化量が最小となるように決定するものである。

上記電力変換装置は、パルス位置とともにパルス幅も時間的に変化させるため、低騒音、高効率な運転が可能となる。

このことにより、電流変動、トルクリップルの少ない高効率、低騒音での運転が可能となる。

本発明に係る電力変換装置は、パルス幅決定手段において、パルス位置決定手段により決定されたパルス位置が、キャリア信号に同期させた位置に対し早く設定された場合には、出力電圧の指令値に対し小となるようにパルス幅が設定されるとともに、キャリア信号に同期させた位置に対し遅く設定された場合には、出力電圧の指令値に対し大となるようにパルス幅が設定されることが好ましい。

このことにより、パルス位置の時間に対する変化にかかわらず、電流変動、トルクリップルの少ない高効率、低騒音での運転が可能となる。

前記パルス幅決定手段においてパルス幅変更量が、パルス位置決定手段により決定されたパルス位置のキャリア信号に同期させた位置に対する変更量に対し比例の関係で設定されることが好ましい。

このことにより、どのような運転条件においてもトルクリップルの少ない高効率、低騒音での運転が可能となる。

本発明に係るヒートポンプ機器は、電動機を備えて冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を冷却する放熱器と、前記冷媒を膨張させる膨張機構と、前記冷媒を蒸発させる蒸発器とから冷凍サイクルを形成するとともに、前記電動機を駆動する圧縮機制御手段が、上記電力変換装置により構成されるものである。

このことにより、高効率、低騒音でのヒートポンプ機器の運転が可能となる。

本発明に係るヒートポンプ機器は、電動機を備えて冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を冷却する放熱器と、発電機を備えて前記冷媒を膨張させる膨張機と、前記冷媒を蒸発させる蒸発器とから冷凍サイクルを形成するとともに、前記発電機を駆動する発電機制御手段が、上記電力変換装置により構成されるものである。

このことにより、膨張機による動力回収を実施しながら、高効率、低騒音でのヒートポンプ機器の運転が可能となる。

前記冷媒は二酸化炭素であってもよい。

以上のように本発明によれば、トルクリップルの少ない、低振動、低騒音の電力変換装置、およびヒートポンプ機器を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の電力変換装置は、キャリア信号に基づくパルス幅変調制御により出力電圧を制御する。本実施形態の電力変換装置の特徴は、前記パルス幅変調制御の出力パルスの出力タイミングを時間的に変化させるパルス位置決定手段と、出力電圧の指令値と前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置に基づいて出力パルスの幅を決定するパルス幅決定手段とを有する点である。本実施形態の電力変換装置の制御方法の特徴を、図１を用いて、従来の制御方法と比較して説明する。

図１（ａ）に、比較例１として、電力変換装置により電動機を駆動したときのキャリア周波数一定の場合の、パルス幅変調制御による出力パルス、そのときの電流変化の特性を示す。時間均等で発生する出力パルスに対して、電流値はその積分として変化し、均一の周期で変化する。電動機の発する騒音は、電動機を流れる電流により励起されるので、磁気騒音も均一の周波数成分から構成されるものになる。

図１（ｂ）に、比較例２として、キャリア周波数、およびパルス幅を変化させることなく出力電圧の発生タイミングを時間的に変化させた場合の、パルス幅変調制御による出力パルス、そのときの電流変化を示す特性図を表す。この場合、出力パルスの位置が時間的に変化するとともに、その積分値である電流値も不均一の周期で変化する。電動機の発する騒音は、電動機を流れる電流により励起されるので、磁気騒音も不均一の周波数成分からなり、騒音のピーク値も低減される。しかし、このときの電流値変化は、出力パルスの位置により影響を受け、大きく変動する。比較例２の場合、電流の平均値は、第一、第三のパルスが時間に対して早く出力されたため、本来の平均電流値０に対して大きな値となっている。このように、出力パルスの発生タイミングを変化させた場合、それにより電流変動が発生し、トルクリップルの増大、振動騒音増大、さらに変動成分による効率を低下させる。

つまり、比較例１，２の場合のように、パルス位置を時間に対して変更するのみでは、電流変動が増加しトルクリップルが大きくなる。それに対し、本実施形態の電力変換装置においては、図１（ｃ）に示す様なパルス幅の変更を行う。つまり、パルス位置のみでなく、それに対応する形でパルス幅も変更することにより、電流変動を減少させ、トルクリップルを減少させるものである。これにより、図１（ｃ）の場合、第１、第３のパルス幅が変更され、平均電流が図１（ａ）と同等となり電流変動が減少する。

次に、本実施形態の電力変換装置およびそれを用いたヒートポンプ装置の構成について、より詳細に説明する。

図２は、本発明による電力変換装置を用いたヒートポンプ装置の一実施例のブロック構成図である。本ヒートポンプ装置は、電力変換装置２０６により制御される電動機２０５を備えて冷媒を圧縮する圧縮機２０１と、冷媒を冷却する放熱器２０２と、冷媒を膨張させる膨張機構２０３と、冷媒を蒸発させる蒸発器２０４と、以上の各要素間に冷媒を循環させる配管２０７とを備えて、冷凍サイクルを形成する。

上記ヒートポンプ装置の運転原理は次のとおりである。冷媒蒸気の圧力及び温度は圧縮機２０１によって増大され、次いで、その冷媒蒸気が放熱器２０２に入り、そこで冷却される。この後、高圧冷媒は膨張機構２０３により蒸発圧力に絞られ、蒸発器２０４において気化し、その周辺から熱を吸収する。そして、蒸発器２０４の出口を通って冷媒蒸気は圧縮機２０１に戻る。

一方、図３に本実施形態におけるヒートポンプ装置内の電力変換装置２０６のブロック構成図を示す。この図に示すように、電力変換装置２０６は、流体機械である圧縮機２０１に備えられた電動機２０５を駆動するための回路および制御部から構成されている。交流電源３０１より与えられる交流電力を整流回路３０２、平滑コンデンサ３０３により直流化した後、スイッチング素子３０５によりパルス幅変調（ＰＷＭ）により３相交流として電動機２０５が駆動される。スイッチング素子３０５としては、例えば、ＩＧＢＴのような素子が用いられる。また、制御部としては、電動機２０５に流れる電流を検出する電流センサ３０６の出力である電流値の情報を用いて電動機の回転数を推定する回転数推定手段３０７、外部より与えられた回転数指令と回転数推定手段により推定された回転数とから電流指令を出力する回転数制御手段３０８、電流指令を実現するための電流制御手段３０９、乱数信号発生手段３１０、パルス位置決定手段３１１、パルス幅決定手段３１２、スイッチング素子３０５を駆動するためのスイッチング制御手段３１３とから構成されている。

まず、回転数推定手段３０７においては、検出された電流値を用いて電動機２０５の回転数が推定される。この方法としては、誘起電圧を電流の情報から推定し、その推定された誘起電圧を実現する電動機の回転数を求める値とする方法などがあるが、詳細は省く。この様にして求めた電動機２０５の回転数の推定値と、ヒートポンプ装置の状態を最適化するため外部より与えられる回転数の指令値とを比較して、回転数制御手段では回転数指令を実現するべく現在の回転数との誤差から電流指令Ｉ＊が演算される。演算方法としては、一般的なＰＩ制御方式による。
Ｉ＊＝Ｇｐω×（ω＊−ω）＋Ｇｉω×Σ（ω＊−ω）
・・・（式１）
ここで、 Ｇｐω、Ｇｉω：速度制御比例ゲイン、積分ゲイン
ω：回転数
ω＊：回転数指令
I＊：電流指令
さらに演算された電流指令Ｉ＊と、電流センサにより検出された電流値とから、電流制御手段３０９は、磁束に寄与する成分のｄ軸成分と、トルクに寄与する成分のｑ軸成分毎に分解された電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊と電流値Ｉｄ、Ｉｑを用いて、以下の式により電流指令を実現するべく制御演算を行い、電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを出力する。
Ｖｄ＝Ｇｐｄ×（Ｉｄ＊−Ｉｄ）＋Ｇｉｄ×Σ（Ｉｄ＊−Ｉｄ）
・・・（式２）
Ｖｑ＝Ｇｐｑ×（Ｉｑ＊−Ｉｑ）＋Ｇｉｑ×Σ（Ｉｑ＊−Ｉｑ）
・・・（式３）
ここで、 Ｖｄ、Ｖｑ ：ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令
Ｇｐｄ、Ｇｉｄ ：ｄ軸電流制御比例ゲイン、積分ゲイン
Ｇｐｑ、Ｇｉｑ ：ｑ軸電流制御比例ゲイン、積分ゲイン
求められた２方向の出力電圧指令ＶｄとＶｑから、出力波形が正弦波となるように３相の出力電圧Ｖu、Ｖv、Ｖw が、回転子の位置θを用いて一般的な２相３相変換により（式４）（式５）により変換して求められる。

ここで、 Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ ：Ｕ、Ｖ，Ｗ相電圧
θ ：回転子位置
このようにして求められた電動機の３相電圧指令を実現するように、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式に従い、パルス位置決定手段３１１、パルス幅決定手段３１２、およびスイッチング制御手段３１３によりスイッチング素子３０５が制御され、電圧指令が実現される。

次に乱数信号発生手段３１０、パルス位置決定手段３１１、パルス幅決定手段３１２の動作について説明する。乱数信号発生手段３１０は、疑似乱数演算などのマイコンで容易に実現可能な乱数発生方法により０〜１の範囲の乱数を出力する。パルス位置決定手段３１１においては、所定のキャリア周波数、および乱数信号発生手段３１０の出力する乱数を用いてパルスの位置を決定する。これは、キャリア周波数に起因する電磁騒音を低減するために、パルス位置を時間的に変化させ、キャリア周波数成分を周波数分散させることを目的とするものである。

図４（ａ）（ｂ）に、パルス電圧と電動機に流れる電流のタイミングの一例を表すタイミングチャートを示す。図４（ａ）は、パルス位置、幅の変更を実施しない比較例１の構成の場合を、（ｂ）は本実施形態におけるパルス位置、幅の変更する場合を示す。パルスが出力される周期は、ｃですべて共通である。つまり、キャリア周波数は変化しない。図４（ａ）は、一般的なＰＷＭのパルス生成によって得られるパルスパターンである。つまり、パルス幅は出力電圧を実現するためのデューティからなる値ｄ１であり、出力電圧が変化しない限りその値は一定である。また、パルスの位置は中心位置に設定され、キャリア周期ｃの中央に設定されるため、キャリア周期の開始時点からパルス中心位置の間はｐ１となっており、これもその値は常に一定である。

図４（ｂ）は、本実施形態における電力変換装置２０６におけるパルス位置、幅の一例を示すタイミングチャートである。パルスが出力される周期は、ｃで変化しないのは同様である。第１キャリア周期において、パルス位置はキャリア周期の開始時点からｐ２の位置に設定される。これは、乱数信号発生手段より出力される乱数値により設定されるものである。つまり、乱数信号発生手段より乱数値ｒ２（この乱数値は０〜１の範囲の値であ
る）が出力される。それに従い、パルス位置決定手段においてパルス位置ｐ２の値を（式６）に従い設定する。これは、キャリア周波数成分を周波数分散させることを目的として行うものである。

ｐ２＝ｃ×ｒ２ ・・・ (式６)
パルス位置が修正されたキャリア周期の次の周期においては、パルス位置は中央に設定される。つまりパルス位置は修正されない。つまり、本実施形態においてはキャリア周期一回おきにパルス位置は中央に設定される。さらに、その次のキャリア周期においては、前々回のキャリア周期と同様に、乱数信号発生手段より出力される乱数値ｒ４に従い、パルス位置決定手段においてパルス位置ｐ４の値を（式７）に従い設定する。

ｐ４＝ｃ×ｒ４ ・・・ (式７)
以上のように、キャリア周期ｎのパルス位置ｐ（ｎ）は、（式８）の位置に設定される。

ｐ（ｎ）＝ｃ×ｒ（ｎ） ：ｎ＝２ｍ （ｍ＝０、１、・・・）
ｐ（ｎ）＝ｃ／２ ：ｎ＝２ｍ＋１ （ｍ＝０、１、・・・）
ｒ（ｎ）：キャリア周期ｎの乱数信号発生手段の出力値
・・・ (式８)
次に、パルス幅決定手段３１２の動作原理について説明する。パルス位置決定手段３１１により決定されたパルス位置に対し、電流リップルが最小になるような最適なパルス幅を設定する。電流リップルを最小にするために、ここでは電流の平均値がパルス位置を修正しない場合と同じ値となるようにパルス幅を設定する。図１（ｂ）(比較例２)に示すように、パルス位置の変更に対してパルス幅の変更を行わない場合には、パルス位置、幅の変更を行わない場合の図１（ａ）(比較例１)の場合に比べ平均電流値が変動する。この図の場合、最初のパルスの位置を時間的に早い位置に移動したために電流値が増加する結果となっている。そこで、パルス位置決定手段３１２では、パルス位置の変化に対応する形でパルス幅を修正する。図１（ｃ）は、本実施例における電力変換装置２０６においてパルス位置、幅を変更した一例を示す特性図である。このように最初のパルスの幅を縮小することにより、電流変動が低減される。

図５に、電流リップルを最小にするためのパルス幅変更量を表した特性図の一例を示す。横軸のパルス位置の変更量に対し、縦軸の電流リップルを最小にする最適電圧変更量、つまりパルス幅変更量は、出力電圧５０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖ、それぞれの場合に図のように直線の関係にあることがわかる。このように、傾きは出力電圧量、つまり出力デューティにより変化することがわかる。但し、この関係は、電動機のインダクタンスなどの影響は受けない。従って、予めシミュレーションによって計算された出力電圧、パルス位置に対する最適電圧変更量の値をテーブル、もしくは１次関数の形でパルス幅決定手段に記録しておき、その情報を用いて、電圧指令とパルス位置とからパルス幅を決定することにより、常に電流リップルを最小にするための最適なパルス幅が決定される。パルス位置決定手段により説明したように、キャリア周期１回おきにパルス位置の変更がなされ、その際、図５の関係に従ってパルス位置に対応してパルス幅が変更される。さらに変更周期の後のキャリア周期においては、前回のパルス幅修正分を補償するようにパルス幅が設定される。

最後にスイッチング制御手段３１３において、以上の処理において決定されたパルス位置とパルス幅を実現するべく、スイッチング素子３０５の駆動信号が作成される。三相ブリッジ形のスイッチング素子それぞれを、必要パルス幅で駆動することにより、３相各相に対し目標回転数を実現するための電圧を加えることができる。

図６に、比較例１の場合、つまり、従来の一定キャリア周波数での電力変換装置による電動機駆動時の（ａ）電流リップル、電動機回転速度(回転数に相当)、と（ｂ）電流の周波数成分のシミュレーション結果の一例を示す。一方、図７に、本実施形態の電力変換装置による電動機駆動時の（ａ）電流リップル、電動機回転速度(回転数に相当)、と（ｂ）電流の周波数成分のシミュレーション結果の一例を示す。このように、従来の一定キャリア周波数での電力変換装置の場合、電流リップルも一定周期の同じパターンで発生し、その周波数成分も約５ＫＨｚを基本として、その高調波成分からなる高いピークを持つものとなるが、本実施形態の電力変換装置の場合、出力パルス位置が分散されるため、電流リップルもその周期が変化し、その周波数成分も分散しピークが低下しているのがわかる。これにより、駆動時の騒音の実聴感が改善されるものである。

さらに図８には、比較例２の電力変換装置、すなわち、出力パルス位置を分散させるがパルス幅変更は行わない場合の電動機駆動時の電流リップル、電動機回転速度(回転数に相当)のシミュレーション結果の一例を示す。このように電流リップルはその周期が変化しているためキャリア周波数による騒音実聴感は低減されるものであるが、本発明の電力変換装置のような出力パルス位置に対応したパルス幅を設定していないため、それに伴う電流リップルが増加し、回転数には大きな変動が発生している。これにより、効率の低下、騒音の増大が発生している。それに対し、図７に示した本実施形態による電力変換装置による電動機駆動時の場合には、電動機回転数の変動が少なく、それにより、高効率、低騒音を実現するものである。

このように、本実施形態におけるヒートポンプ装置においては、圧縮機を駆動する電力変換装置のパルス位置とともにパルス幅も時間に関して変更するようにしたので、低騒音であるとともに、電流変動、トルクリップル、さらに電動機回転数の変動が少なく、それにより、高効率、さらなる低騒音を実現するものである。

本実施形態では、キャリア周期1回おきにパルス位置を変更するもので説明したが、キャリア周期毎、毎回変更するものでも同様の効果が得られることは言うまでもない。
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る電力変換装置を用いたヒートポンプ装置の構成図である。本ヒートポンプ装置は、電動機９０５を備えて冷媒を圧縮する圧縮機９０１と、冷媒を冷却する放熱器９０２と、発電機９０７を備えて前記冷媒を膨張させる膨張機９０３と、冷媒を蒸発させる蒸発器９０４と、以上の各要素間に冷媒を循環させる配管９０９とを備えて、冷凍サイクルを形成する。

上記ヒートポンプ装置の運転原理は次のとおりである。冷媒蒸気の圧力及び温度は圧縮機９０１によって増大され、次いで、その冷媒蒸気が放熱器９０２に入り、そこで冷却される。この後、高圧冷媒は膨張機９０３により蒸発圧力に絞られ、蒸発器９０４において気化し、その周辺から熱を吸収する。そして、蒸発器９０４の出口を通って冷媒蒸気は圧縮機９０１に戻る。冷媒が膨張する際に膨張機９０３に備えられた発電機９０７が発電することにより動力を回収し、エネルギー効率の高いヒートポンプ装置になっている。

圧縮機９０１に備えられた電動機９０５は、電動機制御装置９０６によりその回転数が制御されており、さらにその電動機制御装置９０６は、第一の実施形態で説明した電力変換装置と同じようにＰＷＭのパルス位置、およびパルス幅を時間に対して変更することにより、トルクリップルの少ない高効率、低騒音を実現する機能をもつ装置となっている。

さらに、膨張機９０３には発電機９０７が備えられるとともに、発電機９０７は、発電機制御装置９０８によりその回転数が制御されるとともに、発電電力が回収される。本実施例においては、発電機制御装置９０８も、電動機制御装置９０６と同様な機能を有した
ものとなっている。電動機制御装置９０６、および発電機制御装置９０８の詳細は、第一の実施形態で説明した電力変換装置と同様であるので省く。

このように、本実施形態におけるヒートポンプ装置においては、圧縮機９０１に備えられた電動機９０５を制御する電動機制御装置９０６、および膨張機９０３に備えられた発電機９０７を制御する発電機制御装置９０８を有し、圧縮機９０１および膨張機９０３の回転を最適に制御することにより、ヒートポンプとしての機能を有するとともに、低騒音、高効率を実現するものである。

以上説明したように本発明は、パルス幅変調制御を行う電力変換装置、およびそれを用いたヒートポンプ機器について有用である。

電力変換装置による出力パルス、電流変化を示した特性図（ａ）比較例１の場合の図、（ｂ）比較例２の場合の図、（ｃ）第１の実施形態の場合の図 第１の実施形態に係るヒートポンプ装置のブロック構成図 第１の実施形態に係るヒートポンプ装置内の電力変換装置のブロック構成図 ヒートポンプ装置内の電力変換装置におけるパルス電圧と電動機に流れる電流のタイミングの一例を表すタイミングチャート（ａ）比較例１の場合のタイミングチャート、（ｂ）第１の実施形態の場合のタイミングチャート 電流リップルを最小にするためのパルス幅変更量を表した特性図 （ａ）（ｂ）比較例１の電力変換装置による電動機駆動時の電流リップル、電動機回転速度、と電流の周波数成分の一例を表す特性図 （ａ）（ｂ）第１の実施形態の電力変換装置による電動機駆動時の電流リップル、電動機回転速度、と電流の周波数成分の一例を表す特性図 比較例２の電力変換装置による電動機駆動時の電流リップル、電動機回転速度の一例を表す特性図 第２の実施形態に係る電力変換装置を用いたヒートポンプ装置の構成図

符号の説明

２０１ 圧縮機
２０６ 電力変換装置
３０７ 回転数推定手段
３０８ 回転数制御手段
３０９ 電流制御手段
３１０ 乱数信号発生手段
３１１ パルス位置決定手段
３１２ パルス幅決定手段
３１３ スイッチング制御手段

Claims (6)

1. キャリア信号に基づくパルス幅変調制御により出力電圧を制御する電力変換装置において、前記パルス幅変調制御の出力パルスの出力タイミングを時間的に変化させるパルス位置決定手段と、出力電圧の指令値と前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置に基づいて出力パルスの幅を決定するパルス幅決定手段とを有し、
   前記パルス幅決定手段は、前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置の変化により発生する電力変換装置の出力電流の変化量が最小となるように決定することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記パルス幅決定手段において、前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置が、キャリア信号に同期させた位置に対し早く設定された場合には、出力電圧の指令値に対し小となるようにパルス幅が設定されるとともに、キャリア信号に同期させた位置に対し遅く設定された場合には、出力電圧の指令値に対し大となるようにパルス幅が設定されることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記パルス幅決定手段においてパルス幅変更量が、前記パルス位置決定手段により決定されたパルス位置のキャリア信号に同期させた位置に対する変更量に対し比例の関係で設定されることを特徴とする請求項１〜２記載の電力変換装置。
4. 電動機を備えて冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を冷却する放熱器と、前記冷媒を膨張させる膨張機構と、前記冷媒を蒸発させる蒸発器とから冷凍サイクルを形成するヒートポンプ機器において、
   前記電動機を駆動する圧縮機制御手段が、請求項１〜３記載の電力変換装置により構成されることを特徴とするヒートポンプ機器。
5. 電動機を備えて冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒を冷却する放熱器と、発電機を備えて前記冷媒を膨張させる膨張機と、前記冷媒を蒸発させる蒸発器とから冷凍サイクルを形成するヒートポンプ機器において、
   前記発電機を駆動する発電機制御手段が、請求項１〜３記載の電力変換装置により構成されることを特徴とするヒートポンプ機器。
6. 前記冷媒は二酸化炭素である、請求項４、５のいずれか一つに記載のヒートポンプ機器。

Images