JP6058148B2 - 電力変換装置及び空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置1を示す回路図である。この図1に基づいて、電力変換装置1について説明する。図1に示すように、電力変換装置1は、整流器3と、コンバータ部4と、平滑コンデンサ5と、インバータ部6と、リアクタ電流検出部11と、母線電圧検出部12と、温度検出部13と、制御部21とを備えている。
整流器3は、交流電源2、例えば三相交流電源から供給された入力電圧である交流電圧を、直流電圧に変換するものである。そして、この整流器3は、例えば6個のダイオードがブリッジ接続された三相全波整流器であり、交流電源2から供給される交流電圧は、例えばAC200Vとすることができる。
コンバータ部4は、整流器3で整流された直流電圧をチョッピングして可変するものであり、例えば、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路(昇圧チョッパ回路)である。このコンバータ部4は、整流器3で整流された直流電圧を、例えばDC365V等の任意の電圧に昇圧することができる。また、コンバータ部4は、昇圧用のリアクタ4a、スイッチング素子4b、及び逆流防止素子4cを備えており、このうち、逆流防止素子4cは、例えば逆流防止ダイオードとすることができる。リアクタ4aは、整流器3の出力端に接続されており、逆流防止素子4cは、リアクタ4aに直列接続されている。そして、スイッチング素子4bは、リアクタ4aと逆流防止素子4cとの間に接続されている。
平滑コンデンサ5は、コンバータ部4から出力される母線電圧、即ち、コンバータ部4によって昇圧された母線電圧を平滑化するものである。
インバータ部6は、平滑コンデンサ5で平滑化されると共に平滑コンデンサ5に充電された母線電圧を交流電圧に変換するものであり、例えば、複数のインバータ用スイッチング素子6aで構成されている。インバータ部6は、例えば、空気調和装置の圧縮機に使用されるモータ7等の負荷に接続されており、負荷に対して、所定の周波数の交流電流を供給する。インバータ部6の動作は、制御部21に備わるインバータ制御手段23によって制御されている。なお、負荷であるモータ7には、回転速度を検出するためのモータ電流検出部14が、入力側と出力側とに夫々1個設けられている。
以上説明した構成のうち、整流器3、コンバータ部4のスイッチング素子4b及び逆流防止素子4c、及びインバータ部6は、例えば、1個のモジュール8に内蔵されている。
リアクタ電流検出部11は、例えばリアクタ4aに対し直列に接続されており、リアクタ4aに流れるリアクタ電流を検出するものである。
母線電圧検出部12は、例えば平滑コンデンサ5に対し並列に接続されており、平滑コンデンサ5間の母線電圧を検出するものである。
温度検出部13は、例えばモジュール8の任意の位置に設置することができ、モジュール8の内部、特にスイッチング素子4bの温度を検出するものである。この温度検出部13から出力された信号を温度検出回路13aが受信し、スイッチング素子4bの温度に関する信号を、制御部21におけるコンバータ制御手段22に送信する。
制御部21は、例えばマイコンで構成されており、コンバータ制御手段22、温度補正手段25、記憶手段24、閾値判定手段26、故障抑制制御手段27及びインバータ制御手段23を備えている。
コンバータ制御手段22は、前述の如く、コンバータ部4のスイッチング素子4bのスイッチング動作を制御するものである。図2は、実施の形態1におけるコンバータ制御手段22を示すブロック図である。図2に示すように、コンバータ制御手段22は、電圧指令値演算手段22a及び電流指令値演算手段22bを備えており、目標とする母線電圧である目標指令電圧、母線電圧検出部12で検出された母線電圧、及びリアクタ電流検出部11で検出されたリアクタ電流に基づいて、スイッチング素子4bを駆動するためのスイッチング指令値(オンデューティ指令値)を算出する。
D=(Eo−Ed)/Eo・・・・・(1)
Edmax=21/2・Vs・・・・・(2)
Edmin=(61/2・Vs)/2・・・・・(3)
温度補正手段25は、コンバータ制御手段22で算出されたスイッチング指令値に基づいて、温度検出部13で検出されたスイッチング素子4bの温度を補正するものである。スイッチング指令値は、コンバータ部4が行った仕事量に相当するものであり、コンバータ部4が行った仕事量が多ければ多いほど、スイッチング素子4bの温度は上昇する。なお、温度補正手段25は、温度検出部13から出力された信号を受信した温度検出回路13aから、スイッチング素子4bの温度に関する信号を受信する。
R=ρ×L/S・・・・・・・・・(4)
ΔT=R×Q=(ρ×L/S)×Q・・(5)
Ta=Td+S×K・・・・・・・・(6)
記憶手段24は、スイッチング指令値と、温度補正手段25で補正される温度の補正量との関係を記憶するものである。具体的には、先ず、図5に示すような温度とコンバータ部4の仕事量(スイッチング指令値)との関数を予め求めておく。そして、補正量、即ち実際のスイッチング素子4bの温度と温度検出部13で検出される温度との差分を、スイッチング指令値毎にテーブル化、又は関数化してまとめておき、記憶手段24がこれを記憶する。
閾値判定手段26は、温度補正手段25で補正された温度が、予め設定された第1の閾値を超えたか否かを判定し、且つ、温度補正手段25で補正された温度が、予め設定された第2の閾値を超えたか否かを判定するものである。このうち、第1の閾値は、電力変換装置1の出力を弱めれば、電力変換装置1又は電力変換装置1を備える空気調和装置を停止せずに済む程度の温度に設定される。
故障抑制制御手段27は、温度補正手段25で補正された温度に基づいて、各部品に対し故障を抑制する動作を指示するものである。具体的には、温度補正手段25で補正された温度が、第1の閾値を超えたことが閾値判定手段26で判定された場合、コンバータ部4の出力(即ち、昇圧量)の低下をコンバータ制御手段22に指示する。又は、温度補正手段25で補正された温度が、第1の閾値を超えたことが閾値判定手段26で判定された場合、インバータ部6の出力(即ち、周波数)の低下をインバータ制御手段23に指示する。更に、温度補正手段25で補正された温度が、第2の閾値を超えたことが閾値判定手段26で判定された場合、コンバータ部4及びインバータ部6等の異常停止を指示する。
インバータ制御手段23は、前述の如く、インバータ部6のインバータ用スイッチング素子6aのスイッチング動作を制御するものである。また、そのほかに、故障抑制制御手段27からインバータ部6の出力の低下又は異常停止を指示する信号を受信したときにも、その指示に従ってインバータ部6を制御する。
Claims (13)
- 交流電源から供給された入力電圧を整流する整流器と、
前記整流器の出力端に接続されたリアクタと、前記リアクタに直列接続された逆流防止素子と、前記リアクタと逆流防止素子との間に接続されたスイッチング素子とを備え、前記整流器で整流された直流電圧を昇圧するコンバータ部と、
前記コンバータ部から出力される母線電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記リアクタに流れるリアクタ電流を検出するリアクタ電流検出部と、
前記母線電圧を検出する母線電圧検出部と、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、
目標とする前記母線電圧である目標指令電圧、前記母線電圧検出部で検出された母線電圧、及び前記リアクタ電流検出部で検出されたリアクタ電流に基づいて、前記スイッチング素子を駆動するためのスイッチング指令値を算出するコンバータ制御手段と、
前記コンバータ制御手段で算出されたスイッチング指令値に基づいて、前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の温度を補正する温度補正手段と、を有する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記スイッチング指令値と、前記温度補正手段で補正される温度の補正量との関係を示す補正テーブル又は補正関数を記憶する記憶手段を更に有し、
前記温度補正手段は、
前記スイッチング指令値として、実際の運転時に算出されるスイッチング指令値を用いて、このスイッチング指令値と、前記記憶手段に記憶された前記補正テーブル又は前記補正関数とに基づいて、前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の温度を補正する
ことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 前記整流器、前記スイッチング素子及び前記逆流防止素子は、モジュールに内蔵されており、
前記補正テーブル又は前記補正関数は、
前記モジュールの内部における前記スイッチング素子と前記温度検出部との距離に基づいて設定されている
ことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 - 前記コンバータ制御手段は、
前記交流電源の6倍の周期で脈動する前記スイッチング指令値を、平均化する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記温度補正手段で補正された温度に基づいて、各部品に対し故障を抑制する動作を指示する故障抑制制御手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記温度補正手段で補正された温度が、予め設定された第1の閾値を超えたか否かを判定し、且つ前記温度補正手段で補正された温度が、予め設定された第2の閾値を超えたか否かを判定する閾値判定手段を更に有する
ことを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。 - 前記故障抑制制御手段は、
前記温度補正手段で補正された温度が、前記第1の閾値を超えたことが前記閾値判定手段で判定された場合、前記コンバータ制御手段に前記コンバータ部の出力の低下を指示する
ことを特徴とする請求項6記載の電力変換装置。 - 前記平滑コンデンサで平滑化された前記母線電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
前記インバータ部の動作を制御するインバータ制御手段と、を更に有し、
前記故障抑制制御手段は、
前記温度補正手段で補正された温度が、前記第1の閾値を超えたことが前記閾値判定手段で判定された場合、前記インバータ制御手段に前記インバータ部の出力の低下を指示する
ことを特徴とする請求項6又は請求項7記載の電力変換装置。 - 前記故障抑制制御手段は、
前記温度補正手段で補正された温度が、前記第2の閾値を超えたことが前記閾値判定手段で判定された場合、異常停止を指示する
ことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第1の閾値は、前記第2の閾値よりも小さい
ことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第2の閾値は、前記スイッチング素子の耐熱温度よりも低い温度に設定されている
ことを特徴とする請求項6〜10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子及び前記逆流防止素子のうち、少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体で構成されている
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力変換装置と、
この電力変換装置で駆動されるモータと、を有する
ことを特徴とする空気調和装置。
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