JP6939094B2 - Power converter control device and refrigeration device - Google Patents
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本発明は、電力変換装置の制御装置および冷凍装置に関する。 The present invention relates to a control device and a refrigerating device for a power conversion device.
直流リンク部にLCフィルタを有する電力変換装置が提案されている。具体的には、電力変換装置は、直流リンク部を介して相互に直列に接続されるダイオードブリッジおよびインバータを備えている。ダイオードブリッジは、入力された交流電圧を直流電圧に変換し、当該直流電圧を直流リンク部に出力する。 A power conversion device having an LC filter in the DC link portion has been proposed. Specifically, the power conversion device includes a diode bridge and an inverter connected in series with each other via a DC link unit. The diode bridge converts the input AC voltage into a DC voltage and outputs the DC voltage to the DC link unit.
直流リンク部は一対の直流線によって構成されている。一対の直流線の間にはコンデンサが接続される。当該コンデンサとダイオードブリッジとの間において、一対の直流母線の一方にはリアクトルが設けられている。このリアクトルおよびコンデンサはLCフィルタを形成する。 The DC link unit is composed of a pair of DC lines. A capacitor is connected between the pair of DC lines. A reactor is provided on one of the pair of DC bus wires between the capacitor and the diode bridge. The reactor and capacitor form an LC filter.
インバータはコンデンサの両端電圧を交流電圧に変換して、この交流電圧を例えば電動機に出力する。 The inverter converts the voltage across the capacitor into an AC voltage and outputs this AC voltage to, for example, an electric motor.
なお本発明に関連して、特許文献1〜3を掲示する。
リアクトルに流れる電流が時間とともに変化すると、その変化に応じた渦電流がリアクトルのコアに流れ、この渦電流に起因してリアクトルが発熱する。 When the current flowing through the reactor changes with time, an eddy current corresponding to the change flows to the core of the reactor, and the reactor generates heat due to this eddy current.
そこで本発明は、リアクトルの発熱量の増大を抑制できる電力変換装置の制御装置および冷凍装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control device and a refrigerating device for a power conversion device capable of suppressing an increase in the calorific value of the reactor.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第1の態様は、交流電源に接続される複数の入力端(P11,P12)と、一対の直流線(LH,LL)と、複数の出力端(Pu,Pv,Pw)と、前記複数の入力端と前記一対の直流線との間に接続され、交流/直流変換を行う整流回路(1)と、前記一対の直流線の間に接続されるコンデンサ(C1)と、前記コンデンサと前記整流回路との間において前記一対の直流線の一方(LH)に設けられるリアクトル(L1)と、前記一対の直流線と前記複数の出力端との間に接続され、直流/交流変換を行うインバータ(2)とを備える電力変換装置を制御する装置であって、前記リアクトルの電圧(VL)を検出する電圧検出部(4)と、前記電圧検出部によって検出された前記電圧(VL)の絶対値が電圧基準値(Vref)よりも大きいという第1条件が成立したときに、前記インバータが出力する交流電力を低減させるように、前記インバータを制御するための制御信号を生成する電力低減制御を実行する制御部(3)とを備える。 The first aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention is a plurality of input terminals (P11, P12) connected to an AC power supply, a pair of DC lines (LH, LL), and a plurality of output ends (P11, P12). Pu, Pv, Pw), connected between the plurality of input ends and the pair of DC lines, and connected between the rectifying circuit (1) that performs AC / DC conversion and the pair of DC lines. Between the capacitor (C1), the reactor (L1) provided on one (LH) of the pair of DC lines between the capacitor and the rectifying circuit, and between the pair of DC lines and the plurality of output ends. A device that controls a power conversion device that is connected and includes an inverter (2) that performs DC / AC conversion. The voltage detection unit (4) that detects the voltage (VL) of the reactor and the voltage detection unit To control the direct current so as to reduce the AC power output by the direct current when the first condition that the detected absolute value of the voltage (VL) is larger than the voltage reference value (Vref) is satisfied. It is equipped with a control unit (3) that executes power reduction control that generates the control signal of.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第2の態様は、第1の態様にかかる電力変換装置の制御装置であって、前記制御部(3)は、前記複数の入力端を介して前記整流回路(1)へ入力される交流電流の振幅(im)が振幅基準値(iref)よりも大きいという第2条件と、前記第1条件との両方が成立したときに、前記電力低減制御を実行する。 The second aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention is the control device of the power conversion device according to the first aspect, and the control unit (3) is said to be via the plurality of input ends. When both the second condition that the amplitude (im) of the alternating current input to the rectifier circuit (1) is larger than the amplitude reference value (iref) and the first condition are satisfied, the power reduction control is performed. Run.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第3の態様は、第1または請求項第2の態様にかかる電力変換装置の制御装置であって、前記制御部(3)は、前記第1条件が成立するか否かを繰り返し判断し、所定時間内における前記第1条件の成立回数(N)が所定回数(Nref)よりも多いときに、前記電力低減制御を実行する。 The third aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention is the control device of the power conversion device according to the first or second aspect, and the control unit (3) is the first condition. Is repeatedly determined, and when the number of times (N) of the first condition being satisfied within the predetermined time is larger than the predetermined number of times (Nref), the power reduction control is executed.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第4の態様は、第3の態様にかかる電力変換装置の制御装置であって、前記制御部(3)は、前記電力低減制御の実行を開始した後に、前記所定時間内における前記第1条件の前記成立回数(N)が前記所定回数(Nref)よりも少ないときに、前記電力低減制御を終了する。 The fourth aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention is the control device of the power conversion device according to the third aspect, and the control unit (3) has started the execution of the power reduction control. Later, when the number of times the first condition is satisfied (N) within the predetermined time is less than the predetermined number of times (Nref), the power reduction control is terminated.
本発明にかかる冷凍装置は、第1から第4のいずれか一つの態様にかかる電力変換装置の制御装置と、前記電力変換装置とを備える。 The refrigerating device according to the present invention includes a control device for a power conversion device according to any one of the first to fourth aspects, and the power conversion device.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第1の態様および冷凍装置によれば、リアクトルの電圧の絶対値が電圧基準値よりも大きいという第1条件が成立して電力低減制御が実行されるので、インバータから出力される交流電力が低減する。これに伴って、リアクトルに流れる電流も低減する。これにより、リアクトルのコアに流れる渦電流も低減し、ひいてはリアクトルに発生する熱を抑制することができる。よってリアクトルに流れる電流に歪みが生じて、リアクトルの発熱量が増大すると、電力低減制御を実行して、この発熱量の増大が抑制される。 According to the first aspect of the control device of the power conversion device and the refrigerating device according to the present invention, the first condition that the absolute value of the voltage of the reactor is larger than the voltage reference value is satisfied, and the power reduction control is executed. Therefore, the AC power output from the inverter is reduced. Along with this, the current flowing through the reactor is also reduced. As a result, the eddy current flowing through the core of the reactor can be reduced, and the heat generated in the reactor can be suppressed. Therefore, when the current flowing through the reactor is distorted and the calorific value of the reactor increases, the power reduction control is executed to suppress the increase in the calorific value.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第2の態様によれば、リアクトルの発熱量が顕著に高まるときに、電力低減制御を実行できる。 According to the second aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention, the power reduction control can be executed when the calorific value of the reactor is remarkably increased.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第3の態様によれば、ノイズに起因した出力電力の低減を抑制または回避できる。 According to the third aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention, reduction of output power due to noise can be suppressed or avoided.
本発明にかかる電力変換装置の制御装置の第4の態様によれば、交流電力が低減する期間の拡大を抑制または回避できる。 According to the fourth aspect of the control device of the power conversion device according to the present invention, it is possible to suppress or avoid an increase in the period during which the AC power is reduced.
第1の実施の形態.
<1.冷凍装置>
図1は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用可能な冷凍装置の構成の一例を概略的に示す図である。冷凍装置100はヒートポンプユニットとも呼ばれ、冷凍専用機、空気調和機または給湯機などの機器に用いられる。以下では一例として、空気調和機について説明する。冷凍装置100は利用側ユニット200および熱源側ユニット300を備えている。利用側ユニット200は室内に配置され、熱源側ユニット300は室外に配置される。
The first embodiment.
<1. Freezer >
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a refrigerating device to which the power conversion device according to the present embodiment can be applied. The refrigerating
利用側ユニット200は例えば熱交換器210とファン220と制御部250とを備えている。熱源側ユニット300は例えば熱交換器310と膨張弁360とファン320と圧縮機330と四方弁340と制御部350とを備えている。熱交換器210,310と膨張弁360と圧縮機330と四方弁340は冷媒回路を構成する。
The user-
圧縮機330は吸入口331と吐出口332とを有する。圧縮機330は吸入口331から冷媒を吸入し、吸入された冷媒を圧縮してこれを吐出口332から吐出する。この圧縮機330は電動機を有しており、この電動機が回転することにより、圧縮動作が行われる。
The
四方弁340は圧縮機330の吸入口331および吐出口332と、熱交換器210の一端211と、熱交換器310の一端311とにそれぞれ冷媒配管を介して連結される。この四方弁340は圧縮機330の吸入口331を熱交換器210の一端211および熱交換器310の一端311のいずれか一方と選択的に連結させ、吐出口332を他方と連結させる。
The four-
膨張弁360の一端は冷媒配管を介して熱交換器210の他端212に連結され、膨張弁360の他端は冷媒配管を介して熱交換器310の他端312に連結される。膨張弁360は冷媒を絞り膨張させる。
One end of the
ファン220は熱交換器210へと送風して熱交換器210の熱交換を促進し、熱交換後の空気を室内に吹き出させる。ファン320は熱交換器310へと送風して熱交換器310の熱交換を促進する。ファン220,320は電動機を有しており、当該電動機が回転することにより、ファン220,320は送風する。
The
制御部250,350は互いに通信可能に接続され、互いに協働して冷凍装置100を制御する。制御部250は利用側ユニット200の各種構成(例えばファン220)を制御し、制御部350は熱源側ユニット300の各種構成(例えばファン320、膨張弁360、圧縮機330および四方弁340)を制御する。
The
冷凍装置100は、室内の空気を冷却するための冷房運転を実行する。この冷房運転において、制御部250,350は互いに通信して上記構成要素を制御する。例えば制御部350は四方弁340を制御して、圧縮機330の吸入口331を熱交換器210の一端211に連結させ、圧縮機330の吐出口332を熱交換器310の一端311に連結させる。これにより、利用側ユニット200の熱交換器210を蒸発器として機能させ、熱源側ユニット300の熱交換器310を凝縮器として機能させることができる。よって、利用側ユニット200の熱交換器210は室内の空気から熱を吸収して、室内の空気を冷却する。また冷房運転において、制御部250,350はそれぞれファン220,320を回転させる。利用側ユニット200のファン220からの風は熱交換器210を経由して室内へと供給されるので、室内の冷却を促進できる。
The refrigerating
また冷凍装置100は、室内の空気を暖めるための暖房運転を実行する。この暖房運転において、制御部250,350は互いに通信して上記構成要素を制御する。例えば制御部350は四方弁340を制御して、圧縮機330の吸入口331を熱交換器310の一端311に連結させ、圧縮機330の吐出口332を熱交換器210の一端211に連結させる。これにより、利用側ユニット200の熱交換器210を凝縮器として機能させ、熱源側ユニット300の熱交換器310を蒸発器として機能させることができる。よって利用側ユニット200の熱交換器210は室内の空気へと熱を放出して、室内の空気を暖める。また暖房運転においても、制御部250,350はそれぞれファン220,320を回転させる。ファン220からの風は熱交換器210を経由して室内へと供給されるので、室内の暖房を促進できる。
Further, the freezing
<2.電力変換装置>
図2は、電力変換装置10の構成の一例を示すブロック図である。この電力変換装置10は例えば冷凍装置100に設けられる。電力変換装置10は、例えばファン220,320および圧縮機330のいずれかに設けられた電動機M1へと交流電圧を出力して、電動機M1を駆動する。
<2. Power converter >
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the
電力変換装置10は、複数の入力端P11,P12と、一対の直流線LH,LLと、複数の出力端Pu,Pv,Pwと、整流回路1と、コンデンサC1と、リアクトルL1と、インバータ2とを備えている。
The
入力端P11,P12には、交流電源E1が接続される。交流電源E1は例えば商用の単相交流電源であって、入力端P11,P12の間に交流電圧を印加する。 The AC power supply E1 is connected to the input terminals P11 and P12. The AC power supply E1 is, for example, a commercial single-phase AC power supply, and an AC voltage is applied between the input terminals P11 and P12.
整流回路1は入力端P11,P12と一対の直流線LH,LLとの間に接続され、交流/直流変換を行う。具体的には、整流回路1は入力端P11,P12を介して入力された交流電圧を直流電圧に変換し、当該直流電圧を一対の直流線LH,LLの間に印加する。整流回路1は例えばダイオード整流回路である。整流回路1は例えばダイオードブリッジを有し、交流電圧を全波整流する。
The
なお図1の例においては、交流電源E1は単相交流電源であり、整流回路1は単相の整流回路であるものの、交流電源E1は多相交流電源でもよく、整流回路1は多相の整流回路であってもよい。
In the example of FIG. 1, the AC power supply E1 is a single-phase AC power supply and the
コンデンサC1は一対の直流線LH,LLの間に接続されている。リアクトルL1はコンデンサC1と整流回路1との間において直流線LHに設けられている。リアクトルL1はコア(不図示)と当該コアに巻回される巻線(不図示)とを有している。リアクトルL1およびコンデンサC1はいわゆるLCフィルタを形成する。なおリアクトルL1は、コンデンサC1と整流回路1との間において、直流線LLに設けられても構わない。
The capacitor C1 is connected between a pair of DC lines LH and LL. The reactor L1 is provided on the DC line LH between the capacitor C1 and the
このLCフィルタは、例えばインバータ2のスイッチングに起因した電流のノイズを低減することができる。リアクトルL1のインダクタンス、および、コンデンサC1の静電容量は例えば小さく設定される。これにより、電力変換装置10を小型化することができる。コンデンサC1の静電容量が小さいので、コンデンサC1に印加される直流電圧は、交流電圧に起因して変動する。逆に言えば、コンデンサC1の静電容量は、当該直流電圧が交流電圧の変動に応じて変動する程度に設定される。例えば整流回路1が単相交流電圧を全波整流する場合、当該直流電圧は交流電圧の2倍の周波数で脈動する。
This LC filter can reduce current noise caused by switching of the
リアクトルL1のインダクタンスは例えば数百[μH]程度に設定され、コンデンサC1の静電容量は例えば数十[μF]程度に設定される。 The inductance of the reactor L1 is set to, for example, about several hundred [μH], and the capacitance of the capacitor C1 is set to, for example, about several tens [μF].
インバータ2は一対の直流線LH,LLと出力端Pu,Pv,Pwとの間に接続され、直流/交流変換を行う。図2の例においては、インバータ2には、コンデンサC1の両端電圧が直流電圧として入力される。インバータ2はこの直流電圧を三相交流電圧に変換して、当該三相交流電圧を出力端Pu,Pv,Pwに出力する。
The
インバータ2は例えばスイッチング素子S1〜S6とダイオードD1〜D6を備えている。スイッチング素子S1,S3,S5の各々は例えばトランジスタであって、出力端Pu,Pv,Pwの各々と直流線LHとの間に接続される。スイッチング素子S2,S4,S6の各々は例えばトランジスタであって、出力端Pu,Pv,Pwの各々と直流線LLとの間に接続される。ダイオードD1〜D6はそれぞれスイッチング素子S1〜S6に並列に接続される。ダイオードD1〜D6の順方向は直流線LLから直流線LHへ向かう方向である。
The
出力端Pu,Pv,Pwは電動機M1に接続される。電動機M1は例えば圧縮機330に設けられた電動機であってもよく、あるいは、例えばファン220,320のいずれか一方に設けられた電動機であってもよい。電動機M1は、インバータ2から入力される交流電圧に応じて回転する。
The output terminals Pu, Pv, and Pw are connected to the motor M1. The electric motor M1 may be, for example, an electric motor provided in the
電力変換装置10を制御する制御装置は制御部3と電圧検出部4とを備えている。制御部3は例えば主制御部30と電動機制御部31とを備えている。例えば主制御部30は、電力変換装置10がファン320または圧縮機330の電動機M1を駆動する場合には、熱源側ユニット300の制御部350であり、電力変換装置10がファン220の電動機M1を駆動する場合には、利用側ユニット200の制御部250である。主制御部30は電動機M1についての指令値(例えば電動機M1の回転速度ωについての回転速度指令値ω*)を電動機制御部31へと出力する。
The control device that controls the
電動機制御部31は主制御部30からの指令値に基づいて制御信号Sを生成し、この制御信号をインバータ2(具体的にはスイッチング素子S1〜S6)へ出力する。制御信号Sの生成方法は公知の方法を採用すればよいものの、以下では、回転速度ωをフィードバック制御する方法の一例について簡単に説明する。
The
図2の例においては、インバータ2が出力する交流電流iu,iv,iwを検出する電流検出部5が設けられている。電動機制御部31は電流検出部5によって検出された交流電流iu,iv,iwに基づいて電動機M1の回転速度ωを算出する。なお図2の例ではインバータ2の出力側に電流検出部5が設けられているものの、インバータ2の入力側に電流検出部が設けられてもよい。この電流検出部は例えばコンデンサC1よりもインバータ2側において、直流線LHまたは直流線LLを流れる直流電流を検出し、その検出値を電動機制御部31へと出力する。電動機制御部31は、この直流電流を、インバータ2のスイッチング素子S1〜S6のスイッチングパターンに基づいて交流電流iu,iv,iwと対応付けることにより、交流電流iu,iv,iwを検出する。このような検出方法は1シャント方式とも呼ばれる。
In the example of FIG. 2, a
次に、電動機制御部31は回転速度指令値ω*と回転速度ωとの偏差を算出し、当該偏差に対して比例積分制御を行って電流指令値を生成する。この電流指令値はインバータ2が出力する交流電流についての指令値である。次に、電動機制御部31は例えば電動機M1の電圧方程式を用いて当該電流指令値から電圧指令値を生成する。この電圧指令値はインバータ2が出力する交流電圧についての指令値である。電動機制御部31は当該電圧指令値とキャリア波(三角波)とを比較して、制御信号Sを生成する。キャリア波の周波数は例えば数(例えば5.9)[kHz]程度に設定される。電動機制御部31はこの制御信号Sをインバータ2へと出力する。
Next, the
インバータ2は制御信号Sに基づいて直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を電動機M1へと出力する。これにより、電動機M1の回転速度ωがその回転速度指令値ω*に基づいて制御される。
The
なおここでは、主制御部30および電動機制御部31はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ(換言すれば手順)を実行する。上記記憶装置は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(EPROM(Erasable Programmable ROM)等)、ハードディスク装置などの各種記憶装置の1つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、主制御部30および電動機制御部31はこれに限らず、主制御部30または電動機制御部31によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。
Here, the
電圧検出部4は、リアクトルL1に印加される電圧VLを検出し、その検出値を制御部3へと出力する。図1の例においては、電圧検出部4は抵抗R1〜R6を備えている。抵抗R1〜R3はリアクトルL1の整流回路1側の端と直流線LLとの間において相互に直列に接続されており、抵抗R4〜R6はリアクトルL1のインバータ2側の端と直流線LLとの間において相互に直列に接続されている。抵抗R1〜R3は直流線LHから直流線LLへ向かう方向においてこの順で配置されており、抵抗R4〜R6は直流線LHから直流線LLへ向かう方向においてこの順で配置されている。抵抗R1,R2の合成抵抗値とR3の抵抗値の比は、抵抗R4,R5の合成抵抗値と抵抗R6の抵抗値の比とほぼ等しく設定される。抵抗R2,R3を接続する接続点P41と、抵抗R5,R6を接続する接続点P42とは、それぞれ制御部3(より具体的には電動機制御部31)に接続されている。電動機制御部31には、接続点P41,P42間の電圧が、電圧VLに比例する値として入力される。抵抗R1〜R6は分圧抵抗として機能するので、電動機制御部31に入力される電圧値を低減することができる。
The
図3は、整流回路1に入力される交流電圧Vinと、リアクトルL1を流れる電流iLと、リアクトルL1の電圧VLとの一例を概略的に示す図である。交流電圧Vinは正弦波形状を有している。電流iLは理想的には正弦波の絶対値に相当する。電圧VLはリアクトルLのインダクタンスと電流iLの時間変化率との積で表されるので、電流iLの時間変化率に応じて変動する。しかるに、ここではリアクトルL1のインダクタンスは小さく、かつ電流iLの基本周波数は交流電圧Vinの基本周波数の二倍(例えば100〜120Hz程度)と低いので、電圧VLは図3において模式的に零で示されている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of an AC voltage Vin input to the
図4は、交流電圧Vinに歪みが生じたときの、交流電圧Vin、電流iLおよび電圧VLの一例を概略的に示す図である。図4の例では、交流電圧Vinには、略インパルス状の電圧変化が周期的に(例えば交流電圧Vinの基本周期の半分を周期として)生じている。図4の例では、この電圧変化が生じる期間は例えば交流電圧Vinの1/4周期よりも短い。 FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of an AC voltage Vin, a current iL, and a voltage VL when the AC voltage Vin is distorted. In the example of FIG. 4, a substantially impulse-like voltage change occurs periodically (for example, half of the basic period of the AC voltage Vin) in the AC voltage Vin. In the example of FIG. 4, the period during which this voltage change occurs is shorter than, for example, a quarter period of the AC voltage Vin.
この交流電圧Vinの歪みに起因して電流iLにも歪みが生じている。図4の例では、交流電圧Vinと同様の略インパルス状の電流変化が周期的に生じている。より具体的には、電流iLはインパルス状において急峻に増大し、同様に急峻に低減している。つまり電流iLはインパルス状の電流変化が認められる期間において、正弦波における時間変化率の最大値よりも高い時間変化率で、増低減する。 Due to the distortion of the AC voltage Vin, the current iL is also distorted. In the example of FIG. 4, a substantially impulse-like current change similar to the AC voltage Vin occurs periodically. More specifically, the current iL increases sharply in the impulse shape and decreases sharply as well. That is, the current iL increases and decreases at a time change rate higher than the maximum value of the time change rate in the sine wave during the period in which the impulse-like current change is recognized.
また、この電流iLの歪みに起因して電圧VLにも歪みが生じる。図4の例では、電流iLの時間変化率は歪みにおいて急峻に高くなるので、電圧VLは電流iLの歪みに起因して大きく変動する。具体的には、電圧VLは電流iLが急峻に増大するときに大きな正の値をとり、電流iLが急峻に低減するときに小さな負の値をとる。つまり、電流iLの変動(時間変化率)が大きいほど、電圧VLの絶対値|VL|が大きくなる。 Further, the voltage VL is also distorted due to the distortion of the current iL. In the example of FIG. 4, since the time change rate of the current iL increases sharply in the strain, the voltage VL fluctuates greatly due to the distortion of the current iL. Specifically, the voltage VL takes a large positive value when the current iL sharply increases, and takes a small negative value when the current iL sharply decreases. That is, the larger the fluctuation (time change rate) of the current iL, the larger the absolute value | VL | of the voltage VL.
なお以下では、歪みがないときの電流iLの波形を理想成分と呼び、電流iLに生じた歪みの成分を歪み成分とも呼ぶ。 In the following, the waveform of the current iL when there is no distortion is referred to as an ideal component, and the distortion component generated in the current iL is also referred to as a distortion component.
ところで、リアクトルL1のコアには、電流iLの変動が大きいほど大きな渦電流が発生する。つまり、渦電流は、電流iLに歪み成分が生じていない場合には、電流iLの理想成分によって生じ、電流iLに歪み成分が生じている場合には、この歪み成分に応じて更に増大する。この渦電流はコアの電気抵抗に起因して熱(ジュール熱)を発生させる。電流iLに歪みが生じると、これに起因して渦電流が増大し、ひいてはリアクトルL1の発熱量が増大する。このような電流iLの歪みに起因したリアクトルL1の温度上昇は好ましくない。 By the way, in the core of the reactor L1, a larger eddy current is generated as the fluctuation of the current iL is larger. That is, the eddy current is generated by the ideal component of the current iL when the current iL does not have a distortion component, and further increases according to the distortion component when the current iL has a distortion component. This eddy current generates heat (Joule heat) due to the electrical resistance of the core. When the current iL is distorted, the eddy current increases due to this, and the calorific value of the reactor L1 increases. The temperature rise of the reactor L1 due to the distortion of the current iL is not preferable.
そこで、制御部3は、電圧検出部4によって検出された電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいという第1条件が成立したときに、インバータ2が出力する交流電力を低減させるように制御信号Sを生成する電力低減制御を実行する。
Therefore, the
図5は、制御部3の当該動作の一例を示すフローチャートである。この一連の処理は繰り返し実行される。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the
まずステップST1にて、電圧検出部4はリアクトルL1の電圧VLを検出し、これを電動機制御部31へと出力する。次にステップST2にて、電動機制御部31は電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいか否かを判断する。この判断は例えば比較器を用いて行うことができる。電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも小さいと判断したときには、処理を終了する。
First, in step ST1, the
電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいと判断したときには、ステップST3にて制御部3は、インバータ2が出力する交流電力(以下、出力交流電力とも呼ぶ)を低減する電力低減制御を実行する。具体的な電力変換制御の一例として、例えば電動機制御部31は、電動機M1の回転速度を低下させる垂下制御を行う。電動機制御部31は垂下要求信号N1を主制御部30へと出力する。主制御部30は垂下要求信号N1を受け取ると、回転速度指令値ω*を低下させる補正を行う。例えば主制御部30は回転速度指令値ω*を所定量で低下させる補正を行う。主制御部30は補正後の回転速度指令値ω*を電動機制御部31へと出力する。
When it is determined that the absolute value | VL | of the voltage VL is larger than the voltage reference value Vref, the
電動機制御部31は補正後の回転速度指令値ω*に基づいて制御信号Sを生成し、当該制御信号Sをインバータ2へ出力する。インバータ2は制御信号Sに基づいた交流電圧を電動機M1へと出力する。これにより、電動機M1の回転速度ωは低下する。よって、インバータ2の出力交流電力は低下する。
The
図6は、電力低減制御を行ったときの交流電圧Vin、電流iLおよび電圧VLの一例を概略的に示す図である。図6の例では、電力低減制御を行う前の電流iLおよび電圧VLが二点鎖線で示されている。図6に示されるように、電力低減制御により、電流iLが低減する。以下、その理由を簡単に説明する。 FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of an AC voltage Vin, a current iL, and a voltage VL when power reduction control is performed. In the example of FIG. 6, the current iL and the voltage VL before the power reduction control is performed are shown by the alternate long and short dash lines. As shown in FIG. 6, the current iL is reduced by the power reduction control. The reason will be briefly explained below.
インバータ2の出力交流電力は理想的には整流回路1に入力される入力交流電力と等しい。また、整流回路1に接続される交流電源E1が商用電源である場合には定電圧源(交流電圧Vinの振幅が略一定)とみなすことができる。よって、インバータ2の出力交流電力が低減すると、整流回路1に入力される交流電流の振幅は低減する。リアクトルL1に流れる電流iLは理想的には、整流回路1に入力される交流電流の絶対値と等しいので、当該交流電流の振幅の低減に伴って電流iLの振幅も低減する。この電流iLの低減に伴って、電流iLの歪み成分のピーク値も低減することになる。よって、電圧VLの変動幅も低減する。図6の例においては、電圧VLの絶対値の最大値は電圧基準値Vrefよりも小さくなっている。
The output AC power of the
さて、リアクトルL1の電流iLの振幅および歪み成分のピーク値が低減すると、電流iLの変動(時間変化率)が低減するので、リアクトルL1のコアに生じる渦電流も低減する。よって、渦電流に起因したリアクトルL1の温度上昇を抑制することができる。 When the amplitude of the current iL of the reactor L1 and the peak value of the distortion component are reduced, the fluctuation (time change rate) of the current iL is reduced, so that the eddy current generated in the core of the reactor L1 is also reduced. Therefore, it is possible to suppress the temperature rise of the reactor L1 due to the eddy current.
以上のように、本制御部3によれば、電流iLに歪みが生じて電圧VLの絶対値|VL|が基準値Vrefを超えると、インバータ2の出力交流電力を低減させることにより、リアクトルL1の電流iLを低減させる。これにより、渦電流を低減でき、ひいては、リアクトルL1の温度上昇を抑制できるのである。
As described above, according to the
しかも本実施の形態では、電流iLの歪みを電圧VLに基づいて検出している。これによれば、電流iLの歪みを検出しやすい。以下に、具体的に説明する。 Moreover, in the present embodiment, the distortion of the current iL is detected based on the voltage VL. According to this, it is easy to detect the distortion of the current iL. The details will be described below.
例えば図4においては、電流iLに歪みがないときのピーク値A1(=電流iLの振幅iLm)と、歪みによるピーク値A2とが互いに近い値をとる。また、交流電圧Vinに生じる歪みの大きさが小さかったり、生じるタイミングが交流電圧Vinの中央値(ここでは0:ゼロクロス)の近傍であったりした場合には、電流iLの歪みによるピーク値A2が理想成分のピーク値A1よりも小さくなることもある。この場合、電流iLと基準値との比較で、歪みを検出することは困難である。 For example, in FIG. 4, the peak value A1 (= amplitude iLm of the current iL) when there is no distortion in the current iL and the peak value A2 due to the distortion take values close to each other. Further, when the magnitude of the distortion generated in the AC voltage Vin is small or the timing of occurrence is near the median value of the AC voltage Vin (here, 0: zero cross), the peak value A2 due to the distortion of the current iL becomes. It may be smaller than the peak value A1 of the ideal component. In this case, it is difficult to detect the distortion by comparing the current iL with the reference value.
その一方で、電圧VLは電流iLの時間変化率に応じた値をとる。通常、電流iLに歪みが生じれば、その歪み成分の時間変化率の最大値は、理想成分の時間変化率の最大値に比べて高くなる傾向にある。よって、電圧VLは電流iLの歪み成分に起因して顕著に変化する。したがって、電圧VLと基準値との比較により、電流iLに歪みが生じていることを検出しやすいのである。 On the other hand, the voltage VL takes a value according to the time change rate of the current iL. Normally, when the current iL is distorted, the maximum value of the time change rate of the distortion component tends to be higher than the maximum value of the time change rate of the ideal component. Therefore, the voltage VL changes remarkably due to the distortion component of the current iL. Therefore, it is easy to detect that the current iL is distorted by comparing the voltage VL with the reference value.
<3.ノイズ対策>
上述の例においては、電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいときに、電力低減制御を実行した。しかるに、電圧VLにノイズが生じることもある。このようなノイズに起因して電力低減制御が実行されることは好ましくない。
<3. Noise countermeasures>
In the above example, the power reduction control is executed when the absolute value | VL | of the voltage VL is larger than the voltage reference value Vref. However, noise may occur in the voltage VL. It is not preferable that the power reduction control is executed due to such noise.
そこで、電動機制御部31は、リアクトルL1の電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいという条件が成立するか否かを繰り返し判断し、所定時間内における当該条件の成立回数が所定回数Nrefよりも多いときに、電力低減制御を実行してもよい。
Therefore, the
図7は、制御部3の上記動作の一例を示すフローチャートである。この一連の処理は繰り返し実行される。なお以下では、電力低減制御が行われていないときの制御を通常制御とも呼ぶ。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the above operation of the
ステップST11にて、電動機制御部31はタイマ値Tを取得する。このタイマ値Tはタイマ回路によって出力される。このタイマ回路は例えば電動機制御部31に設けられる。
In step ST11, the
次にステップST12にて、電動機制御部31はタイマ値Tが所定時間Trefよりも大きいか否かを判断する。この所定時間Trefは例えば数秒(例えば6秒)程度に設定される。タイマ値Tが所定時間Trefよりも大きいと判断したときには、ステップST13にて、電圧検出部4はリアクトルL1の電圧VLを検出する。
Next, in step ST12, the
次にステップST14にて、電動機制御部31は電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいか否かを判断する。絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも小さいと判断したときには、電動機制御部31は再びステップST11を実行する。絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいと判断したときには、ステップST15にて、電動機制御部31は値Nをインクリメントし、再びステップST11を実行する。この値Nは電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいという条件の成立回数を示す。
Next, in step ST14, the
ステップST12において、タイマ値Tが所定時間Trefよりも大きいと判断したときには、ステップST16にて、電動機制御部31はタイマ値Tを零に初期化する。次にステップST17にて、電動機制御部31は値Nが所定回数Nrefよりも大きいか否かを判断する。ステップST17の実行時点における値Nは所定時間における上記条件の成立回数を示す。所定回数Nrefは例えば数百回程度に設定される。
When it is determined in step ST12 that the timer value T is larger than the predetermined time Tref, the
値Nが所定回数Nrefよりも大きいと判断したときには、ステップST18にて、電動機制御部31は電力低減制御を実行する。次にステップST19にて、電動機制御部31は値Nを零に初期化し、処理を終了する。
When it is determined that the value N is larger than the predetermined number of times Nref, the
ステップST17において、値Nが所定回数Nrefよりも小さいと判断したときには、ステップST20にて、電動機制御部31は通常制御を実行する。例えば、ステップST17の時点で電力低減制御が実行されていた場合には、電動機制御部31はこの電力低減制御を終了して通常制御を実行する。この場合、例えば電動機制御部31は通常要求信号を主制御部30へと出力してもよい。通常要求信号を受け取った主制御部30は回転速度指令値ω*に対する上記補正を終了し、補正を行わずに回転速度指令値ω*を電動機制御部31へ出力する。これにより、補正が行われていない回転速度指令値ω*に基づいて電動機M1の回転速度ωが制御される。
When it is determined in step ST17 that the value N is smaller than the predetermined number of times Nref, the
またステップST17の時点で通常制御が実行されていた場合には、電動機制御部31はそのまま通常制御を実行する。
If the normal control has been executed at the time of step ST17, the
以上のように、上記条件が成立したとしても、所定時間における成立回数が所定回数よりも少ない場合には、電力低減制御が実行されず、成立回数が所定回数よりも大きいときに電力低減制御が実行される。よって、電圧VLの絶対値|Vref|がノイズ等によって偶発的に電圧基準値Vrefを超えたとしても、電力低減制御は実行されない。したがって、ノイズに起因した電力低減制御を抑制または回避することができる。 As described above, even if the above conditions are satisfied, the power reduction control is not executed when the number of times of establishment in the predetermined time is less than the predetermined number of times, and the power reduction control is performed when the number of times of establishment is larger than the predetermined number of times. Will be executed. Therefore, even if the absolute value | Vref | of the voltage VL accidentally exceeds the voltage reference value Vref due to noise or the like, the power reduction control is not executed. Therefore, the power reduction control caused by noise can be suppressed or avoided.
また上述の例では、制御部3は、電力低減制御の実行後の所定時間における上記条件の成立回数が所定回数よりも少ないときに、電力低減制御を終了する。つまり電力低減制御によって、電圧VLの絶対値|VL|のピーク値が電圧基準値Vrefを下回り、かつ、電力低減制御の開始から所定時間が経過すると、電力低減制御が終了する。つまり、交流電圧Vinに歪みが生じ続けていたとしても、所定時間の経過により電力低減制御が終了する。そして、電力低減制御の終了後の所定時間において、上記条件の成立回数が所定回数を超えると、再び電力低減制御が実行される。これにより、リアクトルL1の温度上昇を抑制できるのである。つまり、たとえ交流電圧Vinに歪みが生じていたとしても、電力低減制御が間欠的に行われることにより、リアクトルL1の温度上昇を抑制できるのである。
Further, in the above example, the
これによれば、例えば交流電圧Vinの歪みの解消を待って電力低減制御を終了する場合に比べて、電力低減制御の実行期間を短縮することができる。つまり、電力低減制御が不要に長く実行されることを抑制または回避できる。よって、電動機M1を所望の回転速度で回転させることができる期間を長くできる。 According to this, the execution period of the power reduction control can be shortened as compared with the case where the power reduction control is terminated after waiting for the distortion of the AC voltage Vin to be eliminated, for example. That is, it is possible to suppress or avoid the power reduction control being executed for an unnecessarily long time. Therefore, the period during which the motor M1 can be rotated at a desired rotation speed can be lengthened.
第2の実施の形態.
電流iLの理想成分のピーク値A1(つまり振幅iLm)が大きいときには、この理想成分に起因して生じる渦電流も大きい。電流iLの歪み成分のピーク値A2も大きい場合には、理想成分および歪み成分に起因した渦電流は大きいので、リアクトルL1の温度上昇の抑制のために、渦電流の低減が望まれる。その一方で、電流iLの理想成分のピーク値A1が小さいときには、この理想成分に起因して生じる渦電流は小さい。よって、ピーク値A1が小さいときには、たとえ電流iLの歪み成分のピーク値A2が大きくても、さほど渦電流は大きくない。この場合には、リアクトルL1の発熱量もさほど大きくないので、渦電流を低減する必要性は低い。
The second embodiment.
When the peak value A1 (that is, the amplitude iLm) of the ideal component of the current iL is large, the eddy current generated by this ideal component is also large. When the peak value A2 of the strain component of the current iL is also large, the eddy current caused by the ideal component and the strain component is large, so it is desired to reduce the eddy current in order to suppress the temperature rise of the reactor L1. On the other hand, when the peak value A1 of the ideal component of the current iL is small, the eddy current generated by this ideal component is small. Therefore, when the peak value A1 is small, the eddy current is not so large even if the peak value A2 of the distortion component of the current iL is large. In this case, the calorific value of the reactor L1 is not so large, so there is little need to reduce the eddy current.
ところで、リアクトルL1を流れる電流iLは、理想的には入力交流電流Iinの絶対値と一致する。よって、入力交流電流Iinの振幅imが小さいときには、電流iLの振幅iLmも小さい。 By the way, the current iL flowing through the reactor L1 ideally matches the absolute value of the input AC current Iin. Therefore, when the amplitude im of the input AC current Iin is small, the amplitude iLm of the current iL is also small.
そこで、第2の実施の形態では、入力交流電流Iinの振幅imも考慮して、電力低減制御の要否を判断することを企図する。 Therefore, in the second embodiment, it is intended to determine the necessity of power reduction control in consideration of the amplitude im of the input AC current Iin.
第2の実施の形態にかかる電力変換装置の制御装置では、整流回路1に入力される入力交流電流Iinを検出する。この入力交流電流Iinを直接に検出する電流検出部が設けられてもよいものの、図2に例示する電流検出部5を活用してもよい。例えば電動機制御部31は、この電流検出部5によって検出された交流電流iu,iv,iwを用いて、入力交流電流Iinを推定する。このような推定は公知であるので、詳細な説明を省略する。なお、交流電流iu,iv,iwは第1の実施の形態で述べたように、1シャント方式によって検出されてもよい。
The control device of the power conversion device according to the second embodiment detects the input alternating current Iin input to the
電動機制御部31は、電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいという第1条件と、入力交流電流Iinの振幅imが振幅基準値よりも大きいという第2条件の両方が成立するときに、電力低減制御を実行する。これにより、リアクトルL1の発熱量が顕著に高まるときに、電力低減制御を実行できる。
The electric
言い換えれば、電動機制御部31は第1条件および第2条件の少なくともいずれか一方が成立しないときには、リアクトルL1の発熱量はさほど高くないので、電力低減制御を実行しない。これによれば、不要な電力低減制御が実行されることを抑制または回避できる。言い換えれば、インバータ2の出力交流電力が低減する期間の拡大を抑制または回避できる。よって、電動機M1を所望の回転速度で回転させることができる期間を拡大できる。
In other words, when at least one of the first condition and the second condition is not satisfied, the
図8は、制御部3の上記動作の一例を示すフローチャートである。この一連の処理は繰り返し実行される。ステップST31,ST32はそれぞれステップST1,ST2と同一である。ステップST32にて、電圧VLの絶対値|VL|が電圧基準値Vrefよりも大きいと判断したときには、ステップST33にて、電動機制御部31は、入力交流電流Iinの振幅imが振幅基準値irefよりも大きいか否かを判断する。振幅imが振幅基準値irefよりも大きいと判断したときには、ステップST34にて、電動機制御部31は電力低減制御を実行する。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the above operation of the
ステップST33において、入力交流電流Iinの振幅imが振幅基準値irefよりも小さいと判断したときには、電動機制御部31はステップST34を実行せずに、処理を終了する。
When it is determined in step ST33 that the amplitude im of the input AC current Iin is smaller than the amplitude reference value iref, the
変形例.
図9は、変形例にかかる電力変換装置10Aの構成の一例を概略的に示す図である。電力変換装置10Aは、電力バッファ回路7を更に有するという点で、電力変換装置10と相違している。電力バッファ回路7は例えば昇圧回路を備えている。例えば昇圧回路は昇圧リアクトルとスイッチ素子とコンデンサを備える。コンデンサは直流線LH,LLの間に接続されている。昇圧リアクトルおよびスイッチ素子は直流線LH,LLの間で相互に直列に接続されており、スイッチ素子がオンすることにより、昇圧リアクトルにエネルギーが蓄積される。スイッチ素子がオフすると、昇圧リアクトルに蓄えられたエネルギーがコンデンサへと放出され、コンデンサが充電される。これにより、コンデンサの電圧を昇圧することができる。またこのような電力バッファ回路7は公知のように、整流回路1の入力側の力率(入力力率)を改善することもできる。
Modification example.
FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the
このような電力変換装置10Aに対しても、上述した制御部3が適用可能である。
The
本電力変換装置10,10Aおよび制御部3では、その発明の範囲内において、相互に矛盾しない限り、上記の種々の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
Within the scope of the present invention, the
1 整流回路
2 インバータ
3 制御部
4 電圧検出部
C1 コンデンサ
L1 リアクトル
LH,LL 直流線
P11,P12 入力端
Pu,Pv,Pw 出力端
1
Claims (3)
一対の直流線(LH,LL)と、
複数の出力端(Pu,Pv,Pw)と、
前記複数の入力端と前記一対の直流線との間に接続され、交流/直流変換を行う整流回路(1)と、
前記一対の直流線の間に接続されるコンデンサ(C1)と、
前記コンデンサと前記整流回路との間において前記一対の直流線の一方(LH)に設けられるリアクトル(L1)と、
前記一対の直流線と前記複数の出力端との間に接続され、直流/交流変換を行うインバータ(2)と
を備える電力変換装置を制御する装置であって
前記リアクトルの電圧(VL)を検出する電圧検出部(4)と、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧(VL)の絶対値が電圧基準値(Vref)よりも大きいという第1条件が成立したときに、前記インバータが出力する交流電力を低減させるように、前記インバータを制御するための制御信号を生成する電力低減制御を実行する制御部(3)と
を備え、
前記制御部(3)は、
前記第1条件が成立するか否かを繰り返し判断し、
所定時間内における前記第1条件の成立回数(N)が所定回数(Nref)よりも多いときに、前記電力低減制御を実行し、
前記制御部(3)は、前記電力低減制御の実行を開始した後に、前記所定時間内における前記第1条件の前記成立回数(N)が前記所定回数(Nref)よりも少ないときに、前記電力低減制御を終了する、電力変換装置の制御装置。 Multiple input terminals (P11, P12) connected to an AC power supply,
A pair of DC lines (LH, LL) and
With multiple output ends (Pu, Pv, Pw),
A rectifier circuit (1) connected between the plurality of input terminals and the pair of DC lines to perform AC / DC conversion, and a rectifier circuit (1).
A capacitor (C1) connected between the pair of DC lines and
A reactor (L1) provided on one (LH) of the pair of DC lines between the capacitor and the rectifier circuit, and
A device that controls a power conversion device including an inverter (2) that is connected between the pair of DC lines and the plurality of output terminals and performs DC / AC conversion, and detects the voltage (VL) of the reactor. Voltage detector (4) and
The AC power output by the inverter is reduced when the first condition that the absolute value of the voltage (VL) detected by the voltage detection unit is larger than the voltage reference value (Vref) is satisfied. It is equipped with a control unit (3) that executes power reduction control that generates a control signal to control the inverter .
The control unit (3)
It is repeatedly determined whether or not the first condition is satisfied, and
When the number of times (N) that the first condition is satisfied within the predetermined time is larger than the predetermined number of times (Nref), the power reduction control is executed.
After starting the execution of the power reduction control, the control unit (3) performs the power when the number of times (N) of the first condition being satisfied within the predetermined time is less than the predetermined number of times (Nref). Exit the reduction control, the controller of the power converter.
一対の直流線(LH,LL)と、
複数の出力端(Pu,Pv,Pw)と、
前記複数の入力端と前記一対の直流線との間に接続され、交流/直流変換を行う整流回路(1)と、
前記一対の直流線の間に接続されるコンデンサ(C1)と、
前記コンデンサと前記整流回路との間において前記一対の直流線の一方(LH)に設けられるリアクトル(L1)と、
前記一対の直流線と前記複数の出力端との間に接続され、直流/交流変換を行うインバータ(2)と
を備える電力変換装置を制御する装置であって
前記リアクトルの電圧(VL)を検出する電圧検出部(4)と、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧(VL)の絶対値が電圧基準値(Vref)よりも大きいという第1条件が成立したときに、前記インバータが出力する交流電力を低減させるように、前記インバータを制御するための制御信号を生成する電力低減制御を実行する制御部(3)と
を備え、
前記制御部(3)は、
前記複数の入力端を介して前記整流回路(1)へ入力される交流電流の振幅(im)が振幅基準値(iref)よりも大きいという第2条件と、前記第1条件との両方が成立したときに、前記電力低減制御を実行する、電力変換装置の制御装置。 Multiple input terminals (P11, P12) connected to an AC power supply,
A pair of DC lines (LH, LL) and
With multiple output ends (Pu, Pv, Pw),
A rectifier circuit (1) connected between the plurality of input terminals and the pair of DC lines to perform AC / DC conversion, and a rectifier circuit (1).
A capacitor (C1) connected between the pair of DC lines and
A reactor (L1) provided on one (LH) of the pair of DC lines between the capacitor and the rectifier circuit, and
With an inverter (2) that is connected between the pair of DC lines and the plurality of output ends and performs DC / AC conversion.
A device that controls a power conversion device equipped with
A voltage detector (4) that detects the voltage (VL) of the reactor, and
The AC power output by the inverter is reduced when the first condition that the absolute value of the voltage (VL) detected by the voltage detection unit is larger than the voltage reference value (Vref) is satisfied. With the control unit (3) that executes power reduction control that generates a control signal to control the inverter
With
The control unit (3)
Both the second condition that the amplitude (im) of the alternating current input to the rectifier circuit (1) via the plurality of input ends is larger than the amplitude reference value (iref) and the first condition are satisfied. when you performs the power reduction control, the control device of the power converter.
前記電力変換装置と With the power converter
を備える、冷凍装置。A refrigeration system.
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