JP5660916B2

JP5660916B2 - Power converter and air conditioner

Info

Publication number: JP5660916B2
Application number: JP2011023140A
Authority: JP
Inventors: 典和伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-02-04
Also published as: JP2012165539A

Description

本発明は、電源変換装置および空気調和機に関する。 The present invention relates to a power converter and an air conditioner.

従来の三相の交流電源用の電源変換装置は、力率改善と高調波電流の規格対応のため、交流電源側にリアクトルを３つ接続する構成としている（例えば、下記特許文献１参照。）。 A conventional power converter for a three-phase AC power supply is configured to connect three reactors on the AC power supply side in order to improve the power factor and comply with the harmonic current standard (see, for example, Patent Document 1 below). .

特開２００４−１６６３５９号公報JP 2004-166359 A

しかしながら、上記従来の三相の交流電源用の電源変換装置は、低周波用のリアクトルを３つ接続する構成としている。そのため、出力の負荷が大きいときには、電流容量確保のためリアクトルのサイズも大きくする必要があり、電気品サイズが非常に大きくなってしまうという問題点があった。また、リアクトルのサイズが増大するため、トータル発熱量も大きく、基板や電子部品の実装制約が大きくなり、電気品コストが大幅に高くなってしまうという問題があった。 However, the conventional power converter for a three-phase AC power supply is configured to connect three low-frequency reactors. Therefore, when the output load is large, it is necessary to increase the size of the reactor in order to secure the current capacity, and there is a problem that the size of the electric product becomes very large. Further, since the size of the reactor is increased, there is a problem that the total heat generation amount is large, the mounting restrictions on the substrate and the electronic components are increased, and the cost of the electrical product is significantly increased.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力の負荷が大きいときにも、高調波電流の規格に対応しながら交流電源側のリアクトルのサイズの増大を抑えることができる電源変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a power conversion device capable of suppressing an increase in the size of a reactor on the AC power supply side while complying with the harmonic current standard even when the output load is large The purpose is to obtain.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する電源変換装置であって、前記交流電力を直流電力に整流する整流回路と、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記交流電源の各相に接続された交流側リアクトルと、前記整流回路の直流側に接続された直流側リアクトルと、前記平滑コンデンサと接続された共振コンデンサと、前記交流側リアクトルと前記整流回路との間の接続点と、前記共振コンデンサと、の間に設けられたスイッチを有するスイッチング部と、前記交流電力の電流を検出する電流検出部と、前記交流電力の電圧を検出する電圧検出部と、前記交流側リアクトルを短絡するか否かを切り替える交流側短絡切替部と、前記直流側リアクトルを短絡するか否かを切り替える直流側短絡切替部と、前記電圧に基づいて所定の演算処理により生成したパターンでスイッチング動作を行うよう前記スイッチの開閉を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流が所定の閾値以下である場合には前記交流側リアクトルを短絡せず前記直流側リアクトルを短絡するよう制御し、前記電流が所定の閾値を上回った場合には前記交流側リアクトルを短絡し前記直流側リアクトルを短絡しないよう制御するとともに前記スイッチング動作を停止させるよう制御する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a power converter that converts AC power supplied from an AC power source into DC power, and a rectifier circuit that rectifies the AC power into DC power. And a smoothing capacitor for smoothing the DC power, an AC side reactor connected to each phase of the AC power supply, a DC side reactor connected to the DC side of the rectifier circuit, and the smoothing capacitor. A resonance capacitor, a connection point between the AC side reactor and the rectifier circuit, a switching unit having a switch provided between the resonance capacitor, and a current detection unit for detecting a current of the AC power; A voltage detection unit for detecting the voltage of the AC power, an AC side short circuit switching unit for switching whether or not the AC side reactor is short-circuited, and a short circuit for the DC side reactor Whether a DC short-circuit switching portion that switches whether, and a control unit for controlling the opening and closing of the switch to perform a switching operation in a pattern generated by a predetermined calculation processing based on the voltage, wherein, When the current is less than or equal to a predetermined threshold value, the AC side reactor is controlled to be short-circuited without short-circuiting the AC-side reactor, and when the current exceeds a predetermined threshold value, the AC-side reactor is short-circuited. The direct current side reactor is controlled not to be short-circuited, and the switching operation is controlled to be stopped .

本発明によれば、出力の負荷が大きいときにも、高調波電流の規格に対応しながら交流電源側のリアクトルのサイズの増大を抑えることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, even when the output load is large, an increase in the size of the reactor on the AC power supply side can be suppressed while complying with the harmonic current standard.

図１は、実施の形態１の電源変換装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the power conversion device according to the first embodiment. 図２は、半導体スイッチの回路構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the semiconductor switch. 図３は、半導体スイッチの回路構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the semiconductor switch. 図４は、一方向の電子式接点を有する半導体スイッチの回路構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of a semiconductor switch having a unidirectional electronic contact. 図５は、一方向の電子式接点を有する半導体スイッチの回路構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a semiconductor switch having electronic contacts in one direction. 図６は、実施の形態４の電源変換装置の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the power conversion device according to the fourth embodiment. 図７は、実施の形態５の空気調和機の室外ユニットの構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of an outdoor unit of the air conditioner according to the fifth embodiment.

以下に、本発明にかかる電源変換装置および空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a power conversion device and an air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電源変換装置の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の電源変換装置は、交流電源１、リアクトル（交流側リアクトル）２−１〜２−３、整流用ダイオードブリッジ（整流回路）３、リアクトル（直流側リアクトル）４、平滑コンデンサ（平滑回路）５−１，５−２、インバータ（逆変換部）６、共振コンデンサ８、電圧検出部１０、電流検出部１１、制御部１２、インバータ制御部１３、第１のスイッチ群（交流側短絡切替部）１４、第２のスイッチ群（スイッチング部）１５および第３のスイッチ群（直流側短絡切替部）１６を備え、モータ７を制御する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a power conversion device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the power converter of this embodiment includes an AC power source 1, reactors (AC side reactors) 2-1 to 2-3, a rectifier diode bridge (rectifier circuit) 3, and a reactor (DC side reactor) 4. , Smoothing capacitors (smoothing circuits) 5-1, 5-2, inverter (inverse conversion unit) 6, resonant capacitor 8, voltage detection unit 10, current detection unit 11, control unit 12, inverter control unit 13, first switch A group (AC side short circuit switching unit) 14, a second switch group (switching unit) 15, and a third switch group (DC side short circuit switching unit) 16 are provided to control the motor 7.

交流電源１は三相交流電源であり、リアクトル２−１〜２−３は交流電源１の各相にそれぞれ接続されている。整流用ダイオードブリッジ３はダイオード１７−１〜１７−６を備える。整流用ダイオードブリッジ３は、入力側にはリアクトル２−１〜２−３が接続され、出力の正側はリアクトル４を介して平滑コンデンサ５−１の正側に接続されている。平滑コンデンサ５−１，５−２は直列に接続されており、整流用ダイオードブリッジ３の出力の負側は平滑コンデンサ５−２の負側に接続されている。なお、ここでは整流回路として整流用ダイオードブリッジ３を用いる例を説明するが、整流回路の構成に制約はなく、整流用ダイオードブリッジ３として示した構成例に限定されない。 The AC power source 1 is a three-phase AC power source, and the reactors 2-1 to 2-3 are connected to the respective phases of the AC power source 1. The rectifying diode bridge 3 includes diodes 17-1 to 17-6. The rectifier diode bridge 3 is connected to the reactors 2-1 to 2-3 on the input side, and the positive side of the output is connected to the positive side of the smoothing capacitor 5-1 via the reactor 4. The smoothing capacitors 5-1 and 5-2 are connected in series, and the negative side of the output of the rectifying diode bridge 3 is connected to the negative side of the smoothing capacitor 5-2. Here, an example in which the rectifier diode bridge 3 is used as the rectifier circuit will be described. However, the configuration of the rectifier circuit is not limited, and is not limited to the configuration example shown as the rectifier diode bridge 3.

平滑コンデンサ５−１，５−２には、インバータ６が並列に接続されている。インバータ６はモータ７に接続されており、モータ７を駆動／停止する。また、インバータ６は、モータ７から得た直流電力を交流電力に変換する。第１のスイッチ群１４は、双方向スイッチ１８−１〜１８−３を内蔵しており、双方向スイッチ１８−１〜１８−３はリアクトル２−１〜２−３にそれぞれ並列に接続される。すなわち、第１のスイッチ群１４は、リアクトル２−１〜２−３について短絡した状態と短絡しない状態とを切り替える回路であり、双方向スイッチ１８−１〜１８−３がＯＮとなった場合にリアクトル２−１〜２−３を短絡する。 An inverter 6 is connected in parallel to the smoothing capacitors 5-1 and 5-2. The inverter 6 is connected to the motor 7 and drives / stops the motor 7. The inverter 6 converts the DC power obtained from the motor 7 into AC power. The first switch group 14 includes bidirectional switches 18-1 to 18-3, and the bidirectional switches 18-1 to 18-3 are connected in parallel to the reactors 2-1 to 2-3, respectively. . That is, the first switch group 14 is a circuit that switches between a short-circuited state and a non-short-circuited state with respect to the reactors 2-1 to 2-3, and when the bidirectional switches 18-1 to 18-3 are turned on. Reactors 2-1 to 2-3 are short-circuited.

第２のスイッチ群１５は双方向スイッチ１８−４〜１８−６を内蔵しており、双方向スイッチ１８−４〜１８−６はリアクトル２−１〜２−３の後段の各交流線に接続されるとともに共振コンデンサ８を介して平滑コンデンサ５−１と平滑コンデンサ５−２の中間点に接続される。 The second switch group 15 has built-in bidirectional switches 18-4 to 18-6, and the bidirectional switches 18-4 to 18-6 are connected to the AC lines downstream of the reactors 2-1 to 2-3. And connected to the intermediate point of the smoothing capacitor 5-1 and the smoothing capacitor 5-2 through the resonance capacitor 8.

第３のスイッチ群１６は、１つ以上のスイッチ１８−７を内蔵しており、リアクトル４に並列に接続される。すなわち、第３のスイッチ群１６は、リアクトル４について短絡した状態と短絡しない状態とを切り替える回路であり、スイッチ１８−７がＯＮとなった場合にリアクトル４を短絡する。 The third switch group 16 includes one or more switches 18-7 and is connected to the reactor 4 in parallel. That is, the 3rd switch group 16 is a circuit which switches the state short-circuited about the reactor 4, and the state which is not short-circuited, and short-circuits the reactor 4 when switch 18-7 is set to ON.

電圧検出部１０は交流電源１と接続されており、交流電源１の交流電源電圧と電源同期タイミングとを検出し、検出結果を制御部１２へ出力する。電流検出部１１は、３相の交流電源１のうち１相の電流を検出し、検出結果を制御部１２へ出力する。 The voltage detection unit 10 is connected to the AC power source 1, detects the AC power source voltage of the AC power source 1 and the power source synchronization timing, and outputs the detection result to the control unit 12. The current detection unit 11 detects a one-phase current in the three-phase AC power supply 1 and outputs the detection result to the control unit 12.

制御部１２は、電圧検出部１０が検出した電圧と電流検出部１１が検出した電流とに基づいて第１のスイッチ群１４、第２のスイッチ群１５および第３のスイッチ群１６を制御する。インバータ制御部１３はインバータ６を制御する。また、制御部１２とインバータ制御部１３はお互いに制御情報等をやりとりする。 The control unit 12 controls the first switch group 14, the second switch group 15, and the third switch group 16 based on the voltage detected by the voltage detection unit 10 and the current detected by the current detection unit 11. The inverter control unit 13 controls the inverter 6. In addition, the control unit 12 and the inverter control unit 13 exchange control information and the like with each other.

次に動作について説明する。制御部１２は、電流検出部１１が検出した電流に基づいて、電源変換装置に流れる入力電流が小さいか否かを判断する（例えば、電流検出部１１の検出した電流が所定の閾値以下であるか否かに基づいて電源変換装置が流れる入力電流が小さか否かを判断する）。そして、制御部１２は、電源変換装置に流れる入力電流が小さいと判断した場合、第１のスイッチ群１４中の双方向スイッチ１８−１〜１８−３は常時ＯＦＦとするよう制御するとともに、第２のスイッチ群１５中の双方向スイッチ１８−４〜１８−６を電圧検出部１０によって検出された電圧値および電源同期タイミングに応じて演算したパターンによってスイッチング動作を行うよう制御し、第３のスイッチ郡１６のスイッチ１８−７は常時ＯＮとするよう制御する。なお、具体的には、制御部１２は、スイッチング動作として、例えば、各相に接続された双方向スイッチ１８−４〜１８−６を、各々電源半周期に１回または数回開閉するよう制御する。 Next, the operation will be described. The control unit 12 determines whether or not the input current flowing through the power conversion device is small based on the current detected by the current detection unit 11 (for example, the current detected by the current detection unit 11 is equal to or less than a predetermined threshold value). Whether or not the input current flowing through the power conversion device is small). And when the control part 12 judges that the input current which flows into a power converter device is small, while controlling the bidirectional | two-way switches 18-1 to 18-3 in the 1st switch group 14 to always turn OFF, The bidirectional switches 18-4 to 18-6 in the second switch group 15 are controlled to perform a switching operation according to a pattern calculated according to the voltage value detected by the voltage detection unit 10 and the power supply synchronization timing, The switch 18-7 of the switch group 16 is controlled to be always ON. Specifically, as the switching operation, for example, the control unit 12 controls the bidirectional switches 18-4 to 18-6 connected to each phase so as to open and close once or several times in each half cycle of the power source. To do.

このような動作によって、高調波電流を抑制することができ、電源変換装置に流れる入力電流は高調波電流の規格（例えばＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）６１０００−３−２）を満足できる。 By such an operation, the harmonic current can be suppressed, and the input current flowing through the power converter can satisfy the harmonic current standard (for example, IEC (International Electrotechnical Commission) 61000-3-2).

一方、制御部１２は、電流検出部１１が検出した電流に基づいて、電源変換装置に流れる入力電流が大きいときには、第１のスイッチ群１４中の双方向スイッチ１８−１〜１８−３を常時ＯＮとし、第２のスイッチ群１５中の双方向スイッチ１８−４〜１８−６はスイッチング動作をストップさせ、第３のスイッチ郡１６のスイッチ１８−７は常時ＯＦＦとするよう制御する。 On the other hand, the control unit 12 always switches the bidirectional switches 18-1 to 18-3 in the first switch group 14 when the input current flowing through the power conversion device is large based on the current detected by the current detection unit 11. The bidirectional switches 18-4 to 18-6 in the second switch group 15 are controlled to stop the switching operation, and the switch 18-7 of the third switch group 16 is controlled to be always OFF.

電源変換装置に流れる入力電流が大きい場合（１６Ａ以上）の場合、上記のＩＥＣ６１０００−３−２より緩和された高調波電流の規格（例えばＩＥＣ６１０００−３−１２）が適用される。従って、第２のスイッチ群１５中の双方向スイッチ１８−４〜１８−６のスイッチング動作をストップさせ、リアクトル４を用いることにより、電源変換装置に流れる入力電流は高調波電流の規格（例えばＩＥＣ６１０００−３−１２）を満足できる。 When the input current flowing through the power converter is large (16 A or more), the harmonic current standard (for example, IEC61000-3-12) relaxed from IEC61000-3-2 is applied. Therefore, the switching operation of the bidirectional switches 18-4 to 18-6 in the second switch group 15 is stopped and the reactor 4 is used, so that the input current flowing through the power converter is a harmonic current standard (for example, IEC61000). −3-12) can be satisfied.

第１のスイッチ群１４の双方向スイッチ１８−１〜１８−３としては、例えば、パワーリレーのような機械式接点を有するスイッチを用いることができる。また、第１のスイッチ群１４の各双方向スイッチ１８−１〜１８−３として半導体の回路で構成された電子式接点を有するスイッチを用いてもよい。図２および図３は、半導体の回路で構成されたスイッチ（半導体スイッチ）の回路構成例を示す図である。図２の構成例では、半導体スイッチは、４つのダイオード２０とトランジスタ２１で構成され、図３の構成例では、半導体スイッチは、２つのダイオード２０と２つのトランジスタ２１とで構成されている。双方向スイッチ１８−１〜１８−３として、例えば図２および図３で示した半導体スイッチを用いることができる。なお、半導体スイッチの回路構成は図２および図３の例に限定されない。 As the bidirectional switches 18-1 to 18-3 of the first switch group 14, for example, switches having mechanical contacts such as a power relay can be used. Further, as each of the bidirectional switches 18-1 to 18-3 of the first switch group 14, a switch having an electronic contact constituted by a semiconductor circuit may be used. 2 and 3 are diagrams showing circuit configuration examples of switches (semiconductor switches) configured by semiconductor circuits. In the configuration example of FIG. 2, the semiconductor switch is configured by four diodes 20 and transistors 21, and in the configuration example of FIG. 3, the semiconductor switch is configured by two diodes 20 and two transistors 21. For example, the semiconductor switches shown in FIGS. 2 and 3 can be used as the bidirectional switches 18-1 to 18-3. The circuit configuration of the semiconductor switch is not limited to the examples of FIGS.

第３のスイッチ群１６のスイッチ１８−７としては、例えば、パワーリレーのような機械式接点を有するスイッチを用いることができる。また、第３のスイッチ群１６のスイッチ１８−７として半導体の回路で構成された一方向の電子式接点を有するスイッチを用いてもよい。図４および図５は、半導体の回路で構成された一方向の電子式接点を有するスイッチ（半導体スイッチ）の回路構成例を示す図である。図４、図５の構成例では、半導体スイッチは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）２２またはＮ型ＭＯＳＦＥＴ２３で構成されている。スイッチ１８−７として、例えば図４および図５で示した半導体スイッチを用いることができる。なお、スイッチ１８−７として用いる半導体スイッチの回路構成は図４および図５の例に限定されない。 As the switch 18-7 of the third switch group 16, for example, a switch having a mechanical contact such as a power relay can be used. Further, as the switch 18-7 of the third switch group 16, a switch having a one-way electronic contact constituted by a semiconductor circuit may be used. FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing circuit configuration examples of a switch (semiconductor switch) having a unidirectional electronic contact configured by a semiconductor circuit. In the configuration example of FIGS. 4 and 5, the semiconductor switch is configured by a P-type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 22 or an N-type MOSFET 23. For example, the semiconductor switch shown in FIGS. 4 and 5 can be used as the switch 18-7. The circuit configuration of the semiconductor switch used as the switch 18-7 is not limited to the examples of FIGS.

第２のスイッチ群１５の双方向スイッチ１８−４〜１８−６としては、半導体の回路で構成された電子式接点を用いる。例えば、図２，図３で示した回路構成の半導体スイッチを用いることができる。半導体スイッチを用いる場合は、Ｓｉ半導体等を用いてもよいが、ワイドギャップ半導体を用いてもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。 As the bidirectional switches 18-4 to 18-6 of the second switch group 15, electronic contacts configured by semiconductor circuits are used. For example, the semiconductor switch having the circuit configuration shown in FIGS. 2 and 3 can be used. When a semiconductor switch is used, a Si semiconductor or the like may be used, but a wide gap semiconductor may be used. Examples of the wide band gap semiconductor include silicon carbide, a gallium nitride-based material, and diamond.

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。 Since the switching element formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density, the switching element can be reduced in size. By using these reduced switching elements, A semiconductor module incorporating these elements can be miniaturized.

またワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。 In addition, since the wide band gap semiconductor has high heat resistance, it is possible to reduce the size of the heat dissipating fins of the heat sink and the air cooling of the water cooling portion, thereby further reducing the size of the semiconductor module.

更にワイドバンドギャップ半導体は、電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。 Furthermore, since the wide band gap semiconductor has low power loss, it is possible to increase the efficiency of the switching element, and further increase the efficiency of the semiconductor module.

また、整流用ダイオードブリッジ３はダイオード１７−１〜１７−６についても、上述のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。 The rectifying diode bridge 3 may also use the above-described wide band gap semiconductor for the diodes 17-1 to 17-6.

なお、本実施の形態では、リアクトル４およびリアクトル４を短絡する第３のスイッチ群１６が平滑コンデンサ５−１の正側に接続される構成について説明したが、リアクトル４およびリアクトル４を短絡する第３のスイッチ群１６は、リアクトル４が平滑コンデンサ５−２の負側に接続される構成としてもよい。 In the present embodiment, the configuration in which the reactor 4 and the third switch group 16 that short-circuits the reactor 4 are connected to the positive side of the smoothing capacitor 5-1 has been described. The third switch group 16 may be configured such that the reactor 4 is connected to the negative side of the smoothing capacitor 5-2.

以上のように、本実施の形態では、制御部１２と、リアクトル２−１〜２−３を短絡するための第１のスイッチ群１４と、リアクトル４を短絡するための第３のスイッチ群１６と、を備え、制御部１２が、電源変換装置に流れる入力電流が小さいと判断した場合、リアクトル２−１〜２−３を短絡させずリアクトル４を短絡させるよう第１のスイッチ群１４および第３のスイッチ群１６を制御するとともに交流電源１の電圧値に応じスイッチング動作を行うよう制御する。また、制御部１２は、電源変換装置に流れる入力電流が大きいときには、リアクトル２−１〜２−３を短絡させリアクトル４を短絡させないよう第１のスイッチ群１４および第３のスイッチ群１６を制御するとともにスイッチング動作を停止するようにした。そのため、出力の負荷が大きいときにも、高調波電流の規格に対応しながら交流電源側のリアクトルのサイズの増大を抑えることができる。 As described above, in the present embodiment, the control unit 12, the first switch group 14 for short-circuiting the reactors 2-1 to 2-3, and the third switch group 16 for short-circuiting the reactor 4 are used. When the control unit 12 determines that the input current flowing through the power converter is small, the first switch group 14 and the first switch 14 are short-circuited without causing the reactors 2-1 to 2-3 to be short-circuited. 3 switch group 16 and a switching operation according to the voltage value of AC power supply 1. The control unit 12 controls the first switch group 14 and the third switch group 16 so that the reactors 2-1 to 2-3 are short-circuited and the reactor 4 is not short-circuited when the input current flowing through the power converter is large. In addition, the switching operation is stopped. Therefore, even when the output load is large, an increase in the size of the reactor on the AC power supply side can be suppressed while complying with the harmonic current standard.

実施の形態２．
次に、本発明にかかる電源変換装置の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、電源変換装置に流れる入力電流が小さい場合または大きい場合についてそれぞれ高調波電流を抑制する方法を示した。本実施の形態では、電源変換装置に流れる入力電流が変化した場合にインバータ６を停止することなく、回路の切り替え（短絡させるリアクトル（リアクトル４またはリアクトル２−１〜２−３）の切り替え、およびスイッチング動作の実施／停止の切り替え）を行うことができる電源変換装置について説明する。 Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the power conversion device according to the present invention will be described. In the first embodiment, the method of suppressing the harmonic current in the case where the input current flowing through the power converter is small or large is described. In the present embodiment, the circuit switching (reactor (reactor 4 or reactors 2-1 to 2-3) to be short-circuited) is switched without stopping the inverter 6 when the input current flowing through the power converter changes, and A power conversion device capable of performing switching / execution of switching operation) will be described.

本実施の形態の電源変換装置の構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施の形態では、第１のスイッチ群１４の双方向スイッチ１８−１〜１−３と第３のスイッチ群１６のスイッチ１８−７として、ワイドギャップ半導体を適用する。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。これにより、第１のスイッチ群１４および第３のスイッチ群１６の高速の切り替え動作が可能となる。 The configuration of the power conversion device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. Components having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted. In the present embodiment, wide gap semiconductors are applied as the bidirectional switches 18-1 to 1-3 of the first switch group 14 and the switch 18-7 of the third switch group 16. Examples of the wide band gap semiconductor include silicon carbide, a gallium nitride-based material, and diamond. As a result, the first switch group 14 and the third switch group 16 can be switched at high speed.

停止状態からインバータ６の運転を開始するときには、制御部１２は、第１のスイッチ群１４をＯＦＦし、第３のスイッチ群１６をＯＮし、インバータ制御部１３へインバータ６の運転開始を指示するとともに第２のスイッチ群１５のスイッチング動作を開始する。 When starting the operation of the inverter 6 from the stopped state, the control unit 12 turns off the first switch group 14, turns on the third switch group 16, and instructs the inverter control unit 13 to start the operation of the inverter 6. At the same time, the switching operation of the second switch group 15 is started.

インバータ６の負荷が大きくなり、電源変換装置に流れる入力電流（電流検出部１１が検出した電流）がある設定された閾値を超えた場合、制御部１２は、まず第２のスイッチ群１５のスイッチング動作を停止する。次に、制御部１２は第１のスイッチ群１４をＯＦＦ状態からＯＮにする。最後に、制御部１２は第３のスイッチ群１６をＯＮ状態からＯＦＦにする。以上の３つの切り替え動作を、短時間の間で行うことにより、平滑コンデンサ５の両端の電圧の変動を小さくし、インバータ６の運転を停止することなく回路を切り替えことができる。例えば、０．２秒以下の時間で以上の３つの切り替え動作を行うことにより、平滑コンデンサ５の両端の電圧の変動を小さくし、インバータ６の運転を停止することなく回路を切り替えることができる。 When the load of the inverter 6 increases and the input current (current detected by the current detection unit 11) flowing through the power converter exceeds a set threshold, the control unit 12 first switches the second switch group 15. Stop operation. Next, the control unit 12 turns on the first switch group 14 from the OFF state. Finally, the control unit 12 turns off the third switch group 16 from the ON state. By performing the above three switching operations in a short time, it is possible to reduce the fluctuation of the voltage across the smoothing capacitor 5 and switch the circuit without stopping the operation of the inverter 6. For example, by performing the above three switching operations in a time of 0.2 seconds or less, it is possible to reduce the fluctuation of the voltage across the smoothing capacitor 5 and switch the circuit without stopping the operation of the inverter 6.

その後、インバータ６の負荷が小さくなり、電源変換装置に流れる入力電流がある設定された閾値を下回った場合は、３つの切り替え動作と逆の動作を逆の順序で行う。すなわち、制御部１２は、まず第３のスイッチ群１６をＯＦＦ状態からＯＮにする。次に、制御部１２は、第１のスイッチ群１４をＯＮ状態からＯＦＦにする。最後に、制御部１２は第２のスイッチ群１５のスイッチング動作を開始する。これらの３つの切り替え動作を０．２秒以下の時間で行うことにより、短時間の間で行うことにより、平滑コンデンサ５の両端の電圧の変動を小さくし、インバータ６の運転を停止することなく回路を切り替えることができる。例えば、０．２秒以下の時間で以上の３つの切り替え動作を行うことにより、平滑コンデンサ５の両端の電圧の変動を小さくし、インバータ６の運転を停止することなく回路を切り替えることができる。 Thereafter, when the load on the inverter 6 is reduced and the input current flowing through the power converter falls below a set threshold value, the operations opposite to the three switching operations are performed in the reverse order. That is, the control unit 12 first turns on the third switch group 16 from the OFF state. Next, the control unit 12 turns off the first switch group 14 from the ON state. Finally, the control unit 12 starts the switching operation of the second switch group 15. By performing these three switching operations in a time of 0.2 seconds or less, it is possible to reduce the fluctuation of the voltage across the smoothing capacitor 5 without stopping the operation of the inverter 6 by performing it in a short time. The circuit can be switched. For example, by performing the above three switching operations in a time of 0.2 seconds or less, it is possible to reduce the fluctuation of the voltage across the smoothing capacitor 5 and switch the circuit without stopping the operation of the inverter 6.

このように、第１のスイッチ群１４の双方向スイッチ１８−１〜１−３と第３のスイッチ群１６のスイッチ１８−７として、ワイドギャップ半導体を用いることにより、切り替え動作を高速に実施することができる。 As described above, by using wide gap semiconductors as the bidirectional switches 18-1 to 1-3 of the first switch group 14 and the switch 18-7 of the third switch group 16, the switching operation is performed at high speed. be able to.

また、このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。 In addition, since the switching element formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density, the switching element can be miniaturized, and these miniaturized switching elements should be used. Thus, it is possible to reduce the size of a semiconductor module incorporating these elements.

また、制御部１２がヒステリシス機能を有するようにし、設定された閾値付近（たとえば、設定された閾値との差が所定の範囲内）で入力電流の変動があった場合に上述の回路の切り替え（短絡させるリアクトルの切り替え、およびスイッチング動作の実施／停止の切り替え）を実施しないようにすれば、電源変換装置に流れる入力電流が閾値付近で変動しても、安定した動作をすることができる。 Further, the control unit 12 has a hysteresis function, and when the input current fluctuates in the vicinity of the set threshold value (for example, the difference from the set threshold value is within a predetermined range), the above-described circuit switching ( If the switching of the reactor to be short-circuited and the switching / switching of the switching operation are not performed), stable operation can be performed even if the input current flowing through the power supply converter fluctuates near the threshold value.

実施の形態３．
次に、本発明にかかる電源変換装置の実施の形態３について説明する。本実施の形態の電源変換装置の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１および実施の形態２で述べた電源変換装置に流れる入力電流に対する設定された閾値（動作の切り替えを判定する閾値）を１６Ａ付近に設定する。 Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the power converter according to the present invention will be described. The configuration of the power conversion device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. In the present embodiment, a set threshold value (threshold value for determining operation switching) for the input current flowing in the power converter described in the first embodiment and the second embodiment is set in the vicinity of 16A.

これにより高調波電流の国際規格ＩＥＣ６１０００−３−２とＩＥＣ６１０００−３−１２の両方に対応しながら、かつ電源変換装置に流れる入力電流が１６Ａより大きいときに、３つの交流電源に接続されたリアクトル２−１〜２−３に電流を流すことを回避することができ、リアクトル２−１〜２−３のサイズを小さくすることができる。 Thus, the reactor connected to the three AC power supplies is compatible with both the international standards IEC61000-3-2 and IEC61000-3-12 of the harmonic current and the input current flowing through the power converter is larger than 16A. It is possible to avoid flowing current through 2-1 to 2-3, and to reduce the size of reactors 2-1 to 2-3.

実施の形態４．
図６は、本発明にかかる電源変換装置の実施の形態４の構成例を示す図である。実施の形態１では、共振コンデンサ８の片端を、２つの直列に接続された平滑コンデンサ５−１と平滑コンデンサ５−２の中間点に接続しているが、本実施の形態では図６のように共振コンデンサ８の片端を２つの直列に接続された平滑コンデンサ５−１，５−２のマイナス側に接続している。これ以外の本実施の形態の電源変換装置の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、共振コンデンサ８の片側を平滑コンデンサ５−１，５−２のマイナス側に接続することにより、共振コンデンサ８の片側の電位がインバータの基準電位と同電位になるため、共振コンデンサ８に極性のあるコンデンサを採用することができる。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. In the first embodiment, one end of the resonant capacitor 8 is connected to an intermediate point between two series-connected smoothing capacitors 5-1 and 5-2. In the present embodiment, as shown in FIG. Further, one end of the resonant capacitor 8 is connected to the negative side of two smoothing capacitors 5-1 and 5-2 connected in series. Other configurations of the power conversion device of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. In the present embodiment, by connecting one side of the resonant capacitor 8 to the negative side of the smoothing capacitors 5-1 and 5-2, the potential on one side of the resonant capacitor 8 becomes the same as the reference potential of the inverter. A capacitor having polarity can be used as the capacitor 8.

また、本実施の形態の動作は実施の形態１、２または３と同様である。このように、２つの直列に接続された平滑コンデンサ５−１，５−２のマイナス側に共振コンデンサ８の片端を接続した構成でも、実施の形態１、２または３と同様の切り替え動作を適用できる。 The operation of the present embodiment is the same as that of the first, second, or third embodiment. As described above, the switching operation similar to that of the first, second or third embodiment is applied to the configuration in which one end of the resonant capacitor 8 is connected to the negative side of the two smoothing capacitors 5-1 and 5-2 connected in series. it can.

実施の形態５．
図７は、本発明にかかる電源変換装置を備える空気調和機の室外ユニット３０の実施の形態５の構成例を示す図である。図７に示すように、室外ユニット３０は、ファン３１、電源変換装置３２と、冷媒を圧縮する圧縮機３３と、を備え、図示しない室内ユニット等とともに空気調和機を構成する。 Embodiment 5 FIG.
FIG. 7: is a figure which shows the structural example of Embodiment 5 of the outdoor unit 30 of an air conditioner provided with the power converter device concerning this invention. As shown in FIG. 7, the outdoor unit 30 includes a fan 31, a power conversion device 32, and a compressor 33 that compresses the refrigerant, and constitutes an air conditioner together with an indoor unit and the like (not shown).

電源変換装置３２は、実施の形態１〜実施の形態４で説明した電源変換装置であり、室外ユニット３０内の上部に取り付けられ、圧縮機３３や圧縮機３３内のモータ、また室内ユニットの送風用ファン等を制御する。なお、図７では、概観の概念を示しているため、配線等を図示していないが、電源変換装置３２は、圧縮機３３や送風ファン等と配線等により接続されている。電源変換装置３２の構成および動作は、実施の形態１〜実施の形態４で説明した電源変換装置と同様である。 The power conversion device 32 is the power conversion device described in the first to fourth embodiments, is attached to the upper part in the outdoor unit 30, and is used for the compressor 33, the motor in the compressor 33, and the ventilation of the indoor unit. Control fan etc. In addition, in FIG. 7, since the concept of the overview is shown, wiring and the like are not shown, but the power conversion device 32 is connected to the compressor 33 and the blower fan and the like by wiring and the like. The configuration and operation of power conversion device 32 are the same as those of the power conversion device described in the first to fourth embodiments.

したがって、本実施の形態によれば、実施の形態１〜実施の形態４の電源変換装置を空気調和機に適用することができ、高調波電流の規格を満足した空気調和機を提供することができる。満足したことができる。 Therefore, according to this Embodiment, the power converter device of Embodiment 1- Embodiment 4 can be applied to an air conditioner, and the air conditioner which satisfy | filled the specification of the harmonic current can be provided. it can. Can be satisfied.

１交流電源
２−１〜２−３，４リアクトル
３整流用ダイオードブリッジ
５−１，５−２平滑コンデンサ
６インバータ
７モータ
８共振コンデンサ
１０電圧検出部
１１電流検出部
１２制御部
１３インバータ制御部
１４第１のスイッチ群
１５第２のスイッチ群
１６第３のスイッチ群
１７−１〜１７−６，２０ダイオード
１８−１〜１８−６双方向スイッチ
１８−７スイッチ
２１トランジスタ
２２，２３ＭＯＳＦＥＴ
３０室外ユニット
３１ファン
３２電源変換装置
３３圧縮機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power source 2-1 to 2-3, 4 Reactor 3 Rectifier diode bridge 5-1, 5-2 Smoothing capacitor 6 Inverter 7 Motor 8 Resonance capacitor 10 Voltage detection part 11 Current detection part 12 Control part 13 Inverter control part 14 First switch group 15 Second switch group 16 Third switch group 17-1 to 17-6, 20 Diode 18-1 to 18-6 Bidirectional switch 18-7 Switch 21 Transistor 22, 23 MOSFET
30 Outdoor unit 31 Fan 32 Power converter 33 Compressor

Claims

A power conversion device that converts AC power supplied from an AC power source into DC power,
A rectifier circuit for rectifying the AC power into DC power;
A smoothing capacitor for smoothing the DC power;
An AC reactor connected to each phase of the AC power supply;
A DC reactor connected to the DC side of the rectifier circuit;
A resonant capacitor connected to the smoothing capacitor;
A switching unit having a switch provided between a connection point between the AC side reactor and the rectifier circuit, and the resonant capacitor;
A current detector for detecting the current of the AC power;
A voltage detector for detecting the voltage of the AC power;
An AC-side short-circuit switching unit that switches whether to short-circuit the AC-side reactor; and
A DC-side short-circuit switching unit that switches whether to short-circuit the DC-side reactor;
A control unit that controls opening and closing of the switch so as to perform a switching operation in a pattern generated by a predetermined arithmetic processing based on the voltage;
With
The control unit performs control so that the AC side reactor is not short-circuited without short-circuiting the AC-side reactor when the current is less than or equal to a predetermined threshold, and when the current exceeds a predetermined threshold, the AC A power conversion device, characterized in that control is performed such that the side reactor is short-circuited and the DC-side reactor is not short-circuited, and the switching operation is stopped .

The power converter according to claim 1 , wherein the predetermined threshold is approximately 16A.

Two smoothing capacitors connected in series,
The resonant capacitor, the two said connected between the smoothing capacitor, that the power conversion device according to 2 claim 1 or characterized.

Two smoothing capacitors connected in series,
The resonant capacitor is connected to the negative side of the smoothing Kondenza connected to the negative side of the two of the smoothing capacitor, that the power conversion device according to claim 1 or 2, characterized in.

The switch power converter according to any one of claims 1-4, characterized in being formed by a wide band gap semiconductor.

The AC side short circuit switch portion and the DC-side short-circuit switch section is provided with a semiconductor switch formed by a wide band gap semiconductor, the power conversion apparatus according to any one of claims 1-5, characterized in that.

The power converter according to claim 5 or 6 , wherein the wide band gap semiconductor is silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond.

The power conversion device according to any one of claims 1 to 7 , wherein switching between the AC side short circuit switching unit and the DC side short circuit switching unit is performed in a required time of 0.2 seconds or less.

An inverse converter connected in parallel to the smoothing capacitor and converting DC power to AC power;
Further comprising
The switching of the AC side short circuit switching unit and the DC side short circuit switching unit is performed without stopping the operation of the inverse conversion unit,
Power conversion apparatus according to any one of claims 1-8, characterized in that.

The power conversion device according to any one of claims 1 to 9 ,
An air conditioner comprising: