JP6482994B2 - 電力変換装置および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源から得られる交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置、およびこの電力変換装置を用いた空気調和機に関する。

例えば、空気調和機等に使用される電動機の駆動制御を行うモータ制御装置では、小型化・部品点数削減、高効率・高出力化への要求が強く、これらの要求を実現する技術が多数開発されている。

高効率・高出力化への要求に応えるために、交流電源のゼロクロス点付近で交流電源を、同交流電源に直列接続されたリアクタを介して短絡させることで、力率を改善しつつ高出力化を図る技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、交流電源の半周期間におけるリアクタの短絡回数に上限値を設けて、予め設定された短絡時間の最大値に達しても出力電圧が目標電圧より低い場合にのみリアクタの短絡回数を増やすことで、高効率化および高調波電流成分の低減を両立可能な電源装置の技術が開示されている。

また、特許文献２には、出力電圧を目標電圧まで昇圧するためのフィードバック制御において生成される駆動パルスを第１および第２の駆動パルスに分け、これら第１および第２の駆動パルスのパルス幅並びにこれらの間のオフ期間をフィードバック制御値に基づく一定時間比率とすることで、高効率化および高調波電流成分の低減を両立可能な電源装置の技術が開示されている。

特開２００６−１７４６８９号公報の段落番号００２３参照 特開２０１４−１０８０４１号公報の段落番号００１３参照

しかしながら、前記特許文献１では、目標電圧に対する出力電圧の不足分を補うために、この不足分の電圧変化に対応付けてリアクタの短絡回数や短絡時間を含む短絡動作を予め設定することを要する。そのため、電源条件の変化に応じた前記短絡動作の設定が複雑化するという課題があった。

また、前記特許文献２では、第１および第２の駆動パルスのパルス幅並びにこれらの間のオフ期間をフィードバック制御値に基づいて一定時間比率とするため、例えば電源電流が小さい低出力域で設定した時間比率を電源電流が大きい高出力域に適用すると、短絡時間およびオフ期間が共に大きくなり、電源の高調波電流成分が低次成分化し振幅として大きくなるという課題があった。

前記課題を解決するために、本発明は、リアクタの短絡動作に係る設定を簡素化しながら、電源の高調波電流成分の増加を抑制可能な電力変換装置およびこの電力変換装置を用いた空気調和機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、前記交流電源から前記整流回路に至る経路に直列接続されるリアクタと、前記交流電源から前記リアクタを介して流れる電流の短絡動作を行う短絡動作部と、前記平滑回路の出力電圧が目標電圧に追従するように複数回の短絡動作を行わせる短絡動作制御部と、を備え、前記短絡動作制御部は、前記複数回のうち各次回毎の短絡動作時間を当該各次回毎の所定の比率で増減させ、かつ、前記各次回毎の短絡動作時間の間隔である整流動作時間を当該各次回間で共通の所定時間として制御し、前記交流電源の電源電圧が変化した場合において、前記各次回毎の所定の比率として、前記電源電圧が大きいほど、前記短絡動作時間を短くするような比率を用いて、前記各次回毎の短絡動作時間を増減させることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、リアクタの短絡動作に係る設定を簡素化しながら、電源の高調波電流成分の増加を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の全体構成を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置の変形例を示す概略構成図である。 電力変換装置において、短絡動作時の電流経路を示す概略構成図である。 電力変換装置において、整流動作時の電流経路を示す概略構成図である。 （ａ）は短絡動作・整流動作を交互に行うことで現われる電圧波形図、（ｂ）は短絡動作・整流動作を交互に行うことで現われる電流波形図である。 図３（ｂ）の電流波形を拡大して示す説明図である。 電力変換装置動作時（目標電流：４Ａｒｍｓ）の電流波形の一例を示す説明図である。 電力変換装置動作時（目標電流：１０Ａｒｍｓ）の電流波形の一例を示す説明図である。 図５Ａに示す電力変換装置動作時の高調波電流成分の規制値および解析値を対比して示す説明図である。 図５Ｂに示す電力変換装置動作時の高調波電流成分の規制値および解析値を対比して示す説明図である。 電力変換装置を圧縮機駆動モータの駆動制御を行う用途に適用した空気調和機の概略構成図である。 圧縮機駆動モータの効率を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置、およびこの電力変換装置を用いた空気調和機について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１Ａの全体構成を示す概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１Ａの変形例である電力変換装置１Ｂの全体構成を示す概略構成図である。

〔電力変換装置１Ａの全体構成〕
図１に示すように、電力変換装置１Ａは、交流電源２から供給される交流電力を整流するための第１〜第４ダイオード３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからなる整流回路（整流回路）３Ａと、交流電源２から整流回路３に至る経路に直列接続されたリアクタ４と、整流回路３からの出力を平滑する平滑回路（平滑回路）５と、交流電源２からリアクタ４を介して流れる電流の短絡動作を行う、例えばスイッチからなる短絡動作部６と、短絡動作制御部９と、を備えて構成されている。

短絡動作制御部９は、交流電源電圧検出部７による電源電圧Ｖｓの検出値、および直流電源電圧検出部８による出力電圧Ｖｄの検出値に基づいて、出力電圧Ｖｄが所定の目標電圧Ｅｄ^＊ に追従するように、短絡動作部６への短絡動作信号９Ａを出力する。

例えばスイッチからなる短絡動作部６の構成は、交流電源２からリアクタ４を介して流れる電流の短絡動作を行うことが可能であれば、いかなる構成を採用してもよい。例えば図３に示すように、整流回路３に属する第３〜第４ダイオード３ｃ，３ｄを、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体素子１０ａ，１０ｂに変更し、整流回路３および半導体素子１０ａ，１０ｂの組み合わせによって短絡動作部６を構成してもよい。

電力変換装置１Ａは、交流電源２から供給される交流の電源電圧Ｖｓを直流の出力電圧Ｖｄに変換し、この出力電圧Ｖｄを不図示の負荷（インバータ、モータなど）に供給するコンバータである。電力変換装置１Ａは、その入力側が交流電源２に接続される一方、出力側が前記負荷に接続されている。

〔短絡動作・整流動作の説明〕
次に、短絡動作制御部９が行う短絡動作・整流動作について、図２Ａ，図２Ｂ，図３（ａ），図３（ｂ），図４を参照して説明する。図２Ａは短絡動作制御部９が行う短絡動作時の電流経路を、図２Ｂは短絡動作制御部９が行う整流動作時の電流経路を、それぞれ示す。図３（ａ）は、短絡動作・整流動作を交互に行うことで現われる電圧波形図、図３（ｂ）は、短絡動作・整流動作を交互に行うことで現われる電流波形図である。

短絡動作制御部９は、図２Ａに示すように、スイッチからなる短絡動作部６の接点を開放させることにより、交流電源２からリアクタ４を介して短絡電流を通流させる短絡動作制御を行う。
また、短絡動作制御部９は、図２Ｂに示すように、スイッチからなる短絡動作部６の接点を閉止させることにより、交流電源２・リアクタ４・整流回路３を通って平滑回路５へ電流を通流させる整流動作制御を行う。

前記のような短絡動作（図２Ａ）および整流動作（図２Ｂ）を組み合わせることにより、短絡動作制御部９は、例えば高入力時には、電源１周期の間に短絡動作と整流動作を交互に行わせる。具体的には、短絡動作部６は、電源電圧Ｖｓが目標電圧Ｅｄ^＊ を下回っている、前半部および後半部のうち前半部の期間（図３（ａ）参照）において、短絡動作および整流動作を複数回（Ｎ回）交互に繰り返す（図３（ｂ）の例ではＮ＝３、図４の鋸歯状の電流波形参照）ことで、出力電流Ｉｓの波形を理想的な目標電流Ｉｓ^＊ の波形に近づけるように動作制御を行う。
これにより、短絡動作制御部９は、交流電源２の力率を改善し、かつ、高調波電流成分を低減させることで平滑回路５からの直流の出力電圧を一定に保つように機能する。

〔本発明の基本原理〕
次に、本発明の基本原理について、図４を参照して説明する。図４は、図３（ｂ）の電流波形を拡大して示す説明図である。
図４に示すように、短絡動作の開始時間をｔ_ｎ 、短絡動作時間をΔｔon （ｎ）、短絡動作の間隔である整流動作時間をΔｔoff （ｎ）と表記する。すると、短絡動作時の電流変化Δｉon（ｎ）・整流動作時の電流変化Δｉoff （ｎ）は、電源電圧Ｖｓ・目標電圧Ｅｄ^＊ ・リアクタ４のインダクタンス値Ｌを用いて、下記（式１），（式２）のようにそれぞれ表される。

（式１）

（式２）

また、電源電圧Ｖｓが目標電圧Ｅｄ^＊ を上回った以降における電流変化ｉ（ｔ）は、電源電圧Ｖｓが目標電圧Ｅｄ^＊ を上回った時点の時間をｔcross、その時の電流値をｉcross（図３（ａ），図３（ｂ）参照）とすると、下記（式３）のように表される。

（式３）

上記（式１）〜（式３）に、電源電圧Ｖｓ・目標電流Ｉｓ^＊ ・目標電圧Ｅｄ^＊ ・リアクタ４のインダクタンス値Ｌをそれぞれ代入することにより、短絡動作・整流動作を交互に繰り返した際の出力電流Ｉｓの波形を、予め演算により予測することが可能となる。これにより、ある電源条件（電源電圧Ｖｓ・目標電流Ｉｓ^＊ ）を想定した際に、高調波電流規制を満たすことを考慮して、短絡動作・整流動作の回数や時間を適宜調整する設計を行うことが、一応、可能となる。

しかし、上記（式１）〜（式３）を用いて高調波電流規制を満たす短絡動作時間・整流動作時間を得たとしても、これら（短絡動作時間・整流動作時間）を電源条件の変化毎に設定すると膨大な設定値が必要となり、これらの設定値を格納するためのマイコンのメモリ容量を大きくせざるを得ない。また、上記（式１）〜（式３）を用いて高調波電流規制を満たす短絡動作時間・整流動作時間を探索するためには、マイコンに膨大な演算を行わせる必要があり、実用的な時間内に高調波電流規制を満たす短絡動作時間・整流動作時間を得られないおそれがある。

ここで、電源条件が変化した場合の、短絡動作時間・整流動作時間の変化について検討する。
（式１）より、短絡動作時の電流変化Δｉon（ｎ）と短絡動作時間Δｔon（ｎ）とは、定数（Ｖｓ／Ｌ）を介して比例関係にある。例えば、目標電流Ｉｓ^＊ が変化すると（電源電圧Ｖｓの出力が変化すると）、実際に流れる出力電流Ｉｓも同様に変化する必要がある。このため、ｎ（ｎは０を含まない自然数）次回での短絡動作時間Δｔon（ｎ）を目標電流Ｉｓ^＊ と同じ比率でそれぞれ変化させることで、電源条件の変化に対応することが可能となる。

また、電源電圧Ｖｓが変化した場合は、短絡動作時間Δｔon（ｎ）をそのまま維持すると、短絡動作時の電流変化幅Δｉon（ｎ）も変化してしまう。このため、電源電圧Ｖｓの変化を打ち消すような比率で短絡動作時間Δｔon（ｎ）を変化させることで、電源条件の変化に対応することが可能となる。

仮に、ある電源条件（電源電圧Ｖｓ・目標電流Ｉｓ^＊ ）下で高調波電流規制を満たすように、複数回（Ｎ回）にわたる各ｎ次回での短絡動作時間Δｔon（ｎ）を設定したとする。この際に、下記式（４）を用いて、各ｎ（ｎは０を含まない自然数）次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）を求める。
ここで、式（４）の右辺の分子は、各ｎ次回（ｎ＝１，２，３・・・、以下同様）での短絡動作時間の関数を、式（４）の右辺の分母は、複数回（Ｎ回）にわたる各ｎ次回での短絡動作時間の関数を合計した全体の短絡動作時間を、それぞれ示す。

（式４）

短絡動作時間の間隔である整流動作時間については、短絡動作のようにリアクタ４にエネルギーを蓄える動作ではないため、出力電圧制御に対し直接的な影響を与えない。しかも、整流動作時間を、短絡動作時間と同様に所定の比率Ｐ（ｎ）で変化させると、例えば、目標電流Ｉｓ^＊ が増加した場合に、整流動作時間も増大するため、出力電流Ｉｓに含まれる低次の高調波電流成分が増加し、高調波電流規制を満たすことが困難となる。
このため、ある電源条件で高調波電流規制を満たした場合の整流動作時間を、ｎ次回間で所定時間（固定値）として用いる。

≪電源条件が変化した場合の短絡動作制御部９の動作≫
ここで、電源条件が変化した場合の短絡動作制御部９の動作について説明する。前提として、出力電圧Ｖｄ（実電圧値）、目標電圧Ｅｄ^＊ （電圧指令値）、短絡動作回数Ｎ、各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）、固定値である整流動作時間が予め与えられているものとする。

まず、短絡動作制御部９は、出力電圧Ｖｄ（実電圧値）が、目標電圧Ｅｄ^＊ （電圧指令値）を上回っているか否か（例えば（Ｖｄ−Ｅｄ^＊ ＞０）が成立するか否か）を判定する。
この判定の結果、（Ｖｄ−Ｅｄ^＊ ＞０）が成立する旨の判定が下された場合、短絡動作制御部９は、短絡動作・整流動作を交互に行う動作制御は不要とみなして、同動作制御を行わない。
一方、（Ｖｄ−Ｅｄ^＊ ＞０）が成立しない（Ｖｄ−Ｅｄ^＊ ＝＜０）旨の判定が下された場合、短絡動作制御部９は、偏差｜Ｖｄ−Ｅｄ^＊ ｜を解消し得ることを考慮して、各ｎ次回での短絡動作時間を合計した全体の短絡動作時間を求める。

次いで、短絡動作制御部９は、全体の短絡動作時間に、各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）（（式４）参照）を乗算することにより、各ｎ次回毎に割り振られた短絡動作時間をそれぞれ求める。

次いで、短絡動作制御部９は、各ｎ次回毎に割り振られた短絡動作時間、および、固定値である整流動作時間を参照して、所定のタイミングで短絡動作・整流動作を交互に行うための駆動パルス信号を生成する。

電源条件（電源電圧Ｖｓ・目標電流Ｉｓ^＊ ）が変化した場合には、短絡動作制御部９は、前記生成した駆動パルス信号に基づくタイミングで短絡動作・整流動作を交互に行わせることにより、高調波電流規制を満たすように出力電流Ｉｓを制御する。

なお、短絡動作時間の間隔である整流動作時間（所定時間）は、２次回（ｎ＝２）以降のｎ次回（ｎ＞１）に係る短絡動作時間を、高調波電流規制を満たすことを考慮して予め適宜設定される同ｎ次回（ｎ＞１）の周期（例えば０．５ｍｓ程度）から減算することで求めればよい。
なお、２次回（ｎ＝２）以降のｎ次回（ｎ＞１）に係る短絡動作時間を用いる（初回に係る短絡動作時間を除く）のは、初回（ｎ＝１；１次回）に係る短絡動作時間は、所要の昇圧幅を確保する目的で比較的長く設定されることが多いため、整流動作時間（所定時間）を設定する際の基礎データとして用いるのは適当でないことに基づく。

〔実験結果の開示〕
次に、電力変換装置１Ａの実験結果について、図５Ａ，図５Ｂ，図６Ａ，図６Ｂを参照して説明する。図５Ａは、電力変換装置動作時（目標電流Ｉｓ^＊ ：４Ａｒｍｓ）の電流波形の一例を示す説明図、図５Ｂは、電力変換装置動作時（目標電流Ｉｓ^＊ ：１０Ａｒｍｓ）の電流波形の一例を示す説明図である。図６Ａは、図５Ａに示す電力変換装置動作時の高調波電流成分の規制値および解析値を対比して示す説明図、図６Ｂは、図５Ｂに示す電力変換装置動作時の高調波電流成分の規制値および解析値を対比して示す説明図である。

≪実験条件≫
電源条件は、目標電圧Ｅｄ^＊ ：２７０Ｖ、電源電圧Ｖｓ：２００Ｖｒｍｓ／５０Ｈｚ、リアクタ４のインダクタンス値Ｌ：５．３ｍＨ、である。
短絡動作・整流動作の設定条件としては、短絡動作回数を３回（Ｎ＝３）とし、所定の比率Ｐ（ｎ）を、Ｐ（ｎ＝１；１次回）：Ｐ（ｎ＝２；２次回）：Ｐ（ｎ＝３；３次回）＝５７．５％：２８．５％：１４％とし、整流動作時間（短絡動作の間隔：所定時間）を０．２９ｍｓの固定値としている。
また、初回（１次回）の短絡動作の開始時間は、交流電源のゼロクロス点を基準として、目標電流Ｉｓ^＊ ：４Ａｒｍｓ時は２．５ｍｓ経過後に、目標電流Ｉｓ^＊ ：１０Ａｒｍｓ時は２．２５ｍｓ経過後（いずれも、少なくとも１．５ｍｓ経過後）に、それぞれ開始される。

≪実験結果≫
図５Ａ、図５Ｂに示すように、目標電流Ｉｓ^＊ ：４Ａｒｍｓ／１０Ａｒｍｓのいずれの場合でも、電力変換装置１Ａでは、ほぼ相似した波形の出力電流Ｉｓが得られている。
また、図６Ａ、図６Ｂに示すように、出力電流Ｉｓが変化しても、少なくとも４０次数まで高調波電流規制値を満たしていることが確認できた。

〔電力変換装置１Ａの構成・作用効果：まとめ〕
（１）に係る電力変換装置１Ａは、交流電源２を整流する整流回路３と、整流回路３の出力を平滑する平滑回路５と、交流電源２から整流回路３に至る経路に直列接続されるリアクタ４と、交流電源２からリアクタ４を介して流れる電流の短絡動作を行う短絡動作部６と、平滑回路５の出力電圧Ｖｄが目標電圧Ｅｄ^＊ に追従するように複数回（Ｎ回）の短絡動作を行わせる短絡動作制御部９と、を備える。
短絡動作制御部９は、複数回のうち各ｎ次回毎の短絡動作時間を各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）で増減させ、かつ、各ｎ次回毎の短絡動作時間の間隔である整流動作時間を各ｎ次回間で共通の所定時間として制御し、交流電源２の電源電圧Ｖｓが変化した場合において、各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）として、電源電圧Ｖｓの変化を打ち消すような比率を用いて各次回毎の短絡動作時間を増減させる。

（１）（請求項１に対応する。以下、カッコ内の番号は請求項の項番に対応する。）に係る電力変換装置１Ａによれば、短絡動作制御部９は、平滑回路５の出力電圧が目標電圧に追従するように複数回（Ｎ回）の短絡動作を行わせるに際し、複数回のうち各ｎ次回毎の短絡動作時間を各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）で増減させ、かつ、各ｎ次回毎の短絡動作時間の間隔である整流動作時間を各ｎ次回間で共通の所定時間として制御し、交流電源２の電源電圧Ｖｓが変化した場合において、各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）として、電源電圧Ｖｓの変化を打ち消すような比率を用いて各次回毎の短絡動作時間を増減させるため、リアクタ４の短絡動作に係る設定を簡素化しながら、電源の高調波電流成分の増加を抑制することができる。その結果、少ない短絡回数で所要の昇圧動作を行うことができるため、高効率・高出力化を実現することができる。

また、（２）に係る電力変換装置１Ａは、（１）に係る電力変換装置１Ａにおいて、短絡動作制御部は、目標電流が変化した場合において、各ｎ次回毎の短絡動作時間を目標電流の変化と同じ比率でそれぞれ変化させる、構成を採用してもよい。
（２）に係る電力変換装置１Ａによれば、短絡動作制御部は、目標電流が変化した場合において、各ｎ次回毎の短絡動作時間を目標電流の変化と同じ比率でそれぞれ変化させるため、ある電源条件（目標電流Ｉｓ ^＊ ）を想定した際に、高調波電流規制を満たすことを考慮して、短絡動作時間を適宜調整する設計を行うことが可能となる。

また、（３）に係る電力変換装置１Ａは、（１）または（２）に係る電力変換装置１Ａにおいて、前記所定時間（整流動作時間）は、複数回（Ｎ回）のうちいずれかの次回（１次回を除く）に係る短絡動作時間を、高調波電流規制を満たすことを考慮して予め設定される当該次回の周期から減算することで求められる、構成を採用してもよい。

（３）に係る電力変換装置１Ａによれば、所定時間（整流動作時間）の求め方を明示したため、本発明を好適に実施する上での設計指針を与えることができる。

また、（４）に係る電力変換装置１Ａは、（１）〜（３）のいずれか一に係る電力変換装置１Ａにおいて、短絡動作部６は、整流回路およびスイッチング素子１０ａ，１０ｂの組み合わせから構成されるものを採用してもよい。

また、（５）に係る電力変換装置１Ａは、（１）〜（４）のいずれか一に係る電力変換装置１Ａにおいて、交流電源２の電圧は２００Ｖ級であり、リアクタ４のインダクタンスが３ｍＨ〜７ｍＨのうちいずれかの値であり、かつ、前記短絡動作が３回行われる場合に、各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）のうち、一つを５５％〜６０％に、他の一つを２５％〜３０％に、それぞれ設定する構成を採用してもよい。

また、（６）に係る電力変換装置１Ａは、（５）に係る電力変換装置１Ａにおいて、前記所定時間（整流動作時間）を、０．２ｍｓ〜０．３５ｍｓのうちいずれかの値に設定する構成を採用してもよい。

（５）、（６）に係る電力変換装置１Ａによれば、各ｎ次回毎の所定の比率Ｐ（ｎ）の実施態様、所定時間（整流動作時間）の実施態様、をそれぞれ明示したため、本発明を好適に実施する上での具体的な設計指針を与えることができる。

また、（７）に係る電力変換装置１Ａは、（５）または（６）に係る電力変換装置１Ａにおいて、複数回（Ｎ回）の短絡動作のうち初回（１次回）の短絡動作が、前記交流電源のゼロクロス点を基準として、少なくとも１．５ｍｓ経過後に開始される構成を採用してもよい。

また、（８）に係る電力変換装置１Ａは、（５）または（６）に係る電力変換装置１Ａにおいて、複数回（Ｎ回）の短絡動作のうち初回（１次回）の短絡動作が、交流電源２の出力電圧が目標電圧に達する時点から２．７５ｍｓだけ遡った時点の経過後に開始される構成を採用してもよい。

（７）、（８）に係る電力変換装置１Ａによれば、複数回（Ｎ回）の短絡動作のうち初回（１次回）の短絡動作の開始時点を決定する際の実施態様をそれぞれ明示したため、本発明を好適に実施する上での具体的な設計指針を与えることができる。

〔電力変換装置１Ａの適用例〕
次に、本実施形態に係る電力変換装置１Ａを、空気調和機１００に搭載された圧縮機駆動モータ１０５の駆動制御を行う用途に適用した例について、図７を参照して説明する。図７は、電力変換装置１Ａを、圧縮機駆動モータ１０５の駆動制御を行う用途に適用した空気調和機１００の概略構成図である。

図７に示すように、空気調和機１００は、外気と熱交換を行う室外機１０１、室内と熱交換を行う室内機１０２、室外機１０１および室内機１０２の両者をつなぐ配管１０３から構成される。

室外機１０１は、冷媒を圧縮する圧縮機１０４と、圧縮機１０４を駆動する圧縮機駆動モータ（電動機）１０５と、圧縮機駆動モータ１０５の駆動制御を行うモータ制御装置（電力変換装置）１０６と、圧縮冷媒を用いて外気と熱交換する熱交換機１０７と、から構成される。また、室内機１０２は、室内と熱交換を行う熱交換機１０８と、室内に送風する送風機１０９と、から構成される。
モータ制御装置１０６として、本実施形態に係る電力変換装置１Ａが適用される。

このように構成された空気調和機１００に搭載される、圧縮機駆動モータ１０５、およびモータ制御装置１０６の特性について、図８を参照して説明する。図８は、圧縮機駆動モータ１０５の効率を示す概略構成図である。図８において、横軸は圧縮機駆動モータ１０５の回転速度、縦軸は圧縮機駆動モータ１０５およびモータ制御装置１０６を合わせた効率の関係を示している。

空気調和機１００の性能を示す指標として、近年、実使用時に近い状態での評価を行うための指標として、通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）が用いられている。ＡＰＦ指標では低速回転・低負荷での効率が重視される。このため、一般に、圧縮機駆動モータ１０５の設計では、図８に示す効率がピークとなる回転速度Ｎ３が低い回転速度になるように、モータの低速設計を行っている。しかし、モータの低速設計を行うと、モータ制御装置１０６で駆動可能な最高回転速度Ｎ４（図８参照）が低下し、空気調和機１００の最大出力が低下してしまう。

そこで、空気調和機１００のモータ制御装置１０６として、電力変換装置１Ａを適用する。これにより、圧縮機駆動モータ１０５の回転速度がＮ３を超える高出力時において、少ない短絡回数で所要の昇圧動作を行うことができる。その結果、最高回転速度Ｎ４を低下させることなく、圧縮機駆動モータ１０５の回転速度がＮ３以下となる回転速度領域において、実線で示す高効率な駆動制御を実現可能な空気調和機１００を得ることができる。

〔電力変換装置１Ａを適用した空気調和機１００の作用効果〕
電力変換装置１Ａを適用した空気調和機１００によれば、低速・高効率設計された圧縮機駆動モータ１０５の最大出力を低下させることなく、低入力時の高効率化を達成することができる。言い換えると、空気調和機１００の高出力化とＡＰＦ指標向上の両立を図ることができる。

〔その他の実施形態〕
以上説明した実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

例えば、本発明に係る実施形態では、本発明の構成を分かりやすくするために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、制御部などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。この場合において、各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスクなどの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に置くことができる。

また、本発明の実施形態のうち実験条件において、短絡動作・整流動作の設定条件として、短絡動作回数を３回（Ｎ＝３）とし、所定の比率Ｐ（ｎ）を、Ｐ（ｎ＝１；１次回）：Ｐ（ｎ＝２；２次回）：Ｐ（ｎ＝３；３次回）＝５７．５％：２８．５％：１４％とし、整流動作時間（短絡動作の間隔：所定時間）を０．２９ｍｓの固定値とする例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。短絡動作・整流動作の設定条件は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、いかなる値を採用しても構わない。

１Ａ 電力変換装置
１Ｂ 電力変換装置
２ 交流電源
３ 整流回路
４ リアクタ
５ 平滑回路
６ 短絡動作部
９ 短絡動作制御部
１００ 空気調和機
１０５ 圧縮機駆動モータ（電動機）
１０６ モータ制御装置（電力変換装置）

Claims (7)

1. 交流電源を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑する平滑回路と、
   前記交流電源から前記整流回路に至る経路に直列接続されるリアクタと、
   前記交流電源から前記リアクタを介して流れる電流の短絡動作を行う短絡動作部と、
   前記平滑回路の出力電圧が目標電圧に追従するように複数回の短絡動作を行わせる短絡動作制御部と、を備え、
   前記短絡動作制御部は、前記複数回のうち各次回毎の短絡動作時間を当該各次回毎の所定の比率で増減させ、かつ、前記各次回毎の短絡動作時間の間隔である整流動作時間を当該各次回間で共通の所定時間として制御し、
   前記交流電源の電源電圧が変化した場合において、前記各次回毎の所定の比率として、前記電源電圧が大きいほど、前記短絡動作時間を短くするような比率を用いて、前記各次回毎の短絡動作時間を増減させる
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記短絡動作部は、前記整流回路およびスイッチング素子の組み合わせから構成される
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、
   前記交流電源の電圧は２００Ｖ級であり、前記リアクタのインダクタンスが３ｍＨ〜７ｍＨのうちいずれかの値であり、かつ、前記短絡動作が３回行われる場合に、前記各次回毎の所定の比率のうち、一つを５５％〜６０％に、他の一つを２５％〜３０％に、それぞれ設定する
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、
   前記所定時間を、０．２ｍｓ〜０．３５ｍｓのうちいずれかの値に設定する
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項３または４に記載の電力変換装置において、
   前記複数回の短絡動作のうち初回の短絡動作が、前記交流電源のゼロクロス点を基準として、少なくとも１．５ｍｓ経過後に開始される
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項３または４に記載の電力変換装置において、
   前記複数回の短絡動作のうち初回の短絡動作が、前記交流電源の電源電圧が目標電圧に達する時点から２．７５ｍｓだけ遡った時点の経過後に開始される
   ことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置を備え、当該電力変換装置を電動機の駆動制御を行う用途に用いる
   ことを特徴とする空気調和機。

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