JP7345674B2 - 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 Download PDF

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Description

本開示は、交流電力を所望の電力に変換する電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器に関する。
従来、交流電源から供給される交流電力を所望の交流電力に変換し、空気調和機などの負荷に供給する電力変換装置がある。例えば、特許文献１には、空気調和機の制御装置である電力変換装置が、交流電源から供給される交流電力を整流部であるダイオードスタックで整流し、さらに平滑コンデンサで平滑した電力を、複数のスイッチング素子からなるインバータで所望の交流電力に変換し、負荷である圧縮機モータに出力する技術が開示されている。
特開平７－７１８０５号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、平滑コンデンサに大きな電流が流れるため、平滑コンデンサの経年劣化が加速する、という問題があった。このような問題に対して、平滑コンデンサの容量を大きくすることでコンデンサ電圧のリプル変化を抑制する、またはリプルによる劣化耐量の大きい平滑コンデンサを使用する方法が考えられるが、コンデンサ部品のコストが高くなり、また装置が大型化してしまう。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑用のコンデンサの劣化を抑制しつつ、装置の大型化を抑制可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電力変換装置は、商用電源から供給される第１の交流電力を整流するとともに、第１の交流電力の電圧を昇圧する整流昇圧部と、整流昇圧部の出力端に接続されるコンデンサと、コンデンサの両端に接続され、整流昇圧部およびコンデンサから出力される電力を第２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に出力するインバータと、整流昇圧部の動作を制御するとともに、整流昇圧部からコンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力をインバータから負荷に出力するようにインバータのみの動作を制御し、コンデンサに流れる電流を抑制する制御部と、を備える。
本開示に係る電力変換装置は、平滑用のコンデンサの劣化を抑制しつつ、装置の大型化を抑制できる、という効果を奏する。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図 比較例として、平滑部で昇圧部から出力される電流を平滑化し、インバータに流れる電流を一定にした場合の各電流および平滑部のコンデンサのコンデンサ電圧の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の制御部がインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を低減したときの各電流および平滑部のコンデンサのコンデンサ電圧の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御部の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図
以下に、本開示の実施の形態に係る電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１ａの構成例を示す図である。電力変換装置１ａは、商用電源１１０および圧縮機３１５に接続される。電力変換装置１ａは、商用電源１１０から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換し、圧縮機３１５に供給する。電力変換装置１ａは、電圧電流検出部５０１と、整流部１３０と、リアクトル１２０と、昇圧部６００と、電圧検出部５０２と、平滑部２００と、インバータ３１０と、電流検出部３１３ａ，３１３ｂと、制御部４００と、を備える。なお、電力変換装置１ａでは、整流部１３０、リアクトル１２０、および昇圧部６００によって整流昇圧部７００を構成している。また、電力変換装置１ａ、および圧縮機３１５が備えるモータ３１４によって、モータ駆動装置２ａを構成している。
電圧電流検出部５０１は、商用電源１１０から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力の電圧値および電流値を検出し、検出した電圧値および電流値を制御部４００に出力する。整流部１３０は、整流素子１３１～１３４によって構成されるブリッジ回路を有し、商用電源１１０から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を整流して出力する。整流部１３０は、全波整流を行うものである。リアクトル１２０は、整流部１３０と昇圧部６００との間に接続される。昇圧部６００は、スイッチング素子６１１、および整流素子６２１を有する。昇圧部６００は、制御部４００の制御によって、スイッチング素子６１１をオンオフし、整流部１３０から出力された電力を昇圧し、昇圧した電力を平滑部２００に出力する。本実施の形態において、昇圧部６００は、制御部４００によって、スイッチング素子６１１が連続的にスイッチング動作を行うフルＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で制御される。電力変換装置１ａは、昇圧部６００によって商用電源１１０の力率改善制御を行い、平滑部２００のコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃを電源電圧Ｖｓよりも高い電圧にする。整流昇圧部７００は、整流部１３０および昇圧部６００によって、商用電源１１０から供給される第１の交流電力を整流するとともに、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧を昇圧する。本実施の形態では、整流昇圧部７００において、整流部１３０および昇圧部６００は直列に接続されている。
電圧検出部５０２は、昇圧部６００によって昇圧された電力の電圧値を検出し、検出した電圧値を制御部４００に出力する。平滑部２００は、電圧検出部５０２を介して昇圧部６００の出力端に接続される。平滑部２００は、平滑素子としてコンデンサ２１０を有し、昇圧部６００によって昇圧された電力を平滑化する。コンデンサ２１０は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどである。コンデンサ２１０は、整流部１３０によって整流された電力を平滑化するような容量を有し、平滑化によりコンデンサ２１０に発生する電圧は商用電源１１０の全波整流波形形状ではなく、直流成分に商用電源１１０の周波数に応じた電圧リプルが重畳した波形形状となり、大きく脈動しない。この電圧リプルの周波数は、商用電源１１０が単相の場合は電源電圧Ｖｓの周波数の２倍成分となり、商用電源１１０が三相の場合は６倍成分が主成分となる。商用電源１１０から入力される電力とインバータ３１０から出力される電力が変化しない場合、この電圧リプルの振幅はコンデンサ２１０の容量によって決まる。例えば、コンデンサ２１０に発生する電圧リプルの最大値が最小値の２倍未満となるような範囲で脈動している。
インバータ３１０は、平滑部２００、すなわちコンデンサ２１０の両端に接続される。インバータ３１０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ、および還流ダイオード３１２ａ～３１２ｆを有する。インバータ３１０は、制御部４００の制御によってスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆをオンオフし、整流昇圧部７００および平滑部２００から出力される電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換して、圧縮機３１５に出力する。電流検出部３１３ａ，３１３ｂは、各々、インバータ３１０から出力される３相の電流のうち１相の電流値を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。なお、制御部４００は、インバータ３１０から出力される３相の電流値のうち２相の電流値を取得することで、インバータ３１０から出力される残りの１相の電流値を算出することができる。圧縮機３１５は、圧縮機駆動用のモータ３１４を有する負荷である。モータ３１４は、インバータ３１０から供給される第２の交流電力の振幅および位相に応じて回転し、圧縮動作を行う。例えば、圧縮機３１５が空気調和機などで使用される密閉型圧縮機の場合、圧縮機３１５の負荷トルクは定トルク負荷とみなせる場合が多い。
なお、電力変換装置１ａにおいて、図１に示す各構成の配置は一例であり、各構成の配置は図１で示される例に限定されない。整流昇圧部７００は、リアクトル１２０の配置位置によってはリアクトル１２０が含まれていなくてもよい。以降の説明において、電圧電流検出部５０１、電圧検出部５０２、および電流検出部３１３ａ，３１３ｂをまとめて検出部と称することがある。また、電圧電流検出部５０１で検出された電圧値および電流値、電圧検出部５０２で検出された電圧値、および電流検出部３１３ａ，３１３ｂで検出された電流値を、検出値と称することがある。
制御部４００は、電圧電流検出部５０１から電源電圧Ｖｓの第１の交流電力の電圧値および電流値を取得し、電圧検出部５０２から昇圧部６００によって昇圧された電力の電圧値を取得し、電流検出部３１３ａ，３１３ｂからインバータ３１０によって変換された所望の振幅および位相を有する第２の交流電力の電流値を取得する。制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、整流昇圧部７００の昇圧部６００の動作、具体的には、昇圧部６００が有するスイッチング素子６１１のオンオフを制御する。また、制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、インバータ３１０の動作、具体的には、インバータ３１０が有するスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのオンオフを制御する。本実施の形態において、制御部４００は、整流昇圧部７００の動作を制御する。制御部４００は、整流昇圧部７００の動作を制御し、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の力率改善制御、および平滑部２００のコンデンサ２１０の平均電圧制御を行う。また、制御部４００は、整流部１３０から平滑部２００のコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力をインバータ３１０から負荷である圧縮機３１５に出力するようにインバータ３１０の動作を制御する。平滑部２００のコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動とは、例えば、平滑部２００のコンデンサ２１０に流入する電力の脈動の周波数などによって変動する脈動である。これにより、制御部４００は、平滑部２００のコンデンサ２１０に流れる電流を抑制する。なお、制御部４００は、各検出部から取得した全ての検出値を用いなくてもよく、一部の検出値を用いて制御を行ってもよい。
つづいて、電力変換装置１ａが備える制御部４００の動作について説明する。本実施の形態では、電力変換装置１ａにおいて、インバータ３１０および圧縮機３１５によって発生する負荷が一定の負荷とみなすことができ、平滑部２００から出力される電流で見た場合、平滑部２００に定電流負荷が接続されているものとして、以降の説明を行う。ここで、図１に示すように、昇圧部６００から流れる電流を電流Ｉ１とし、インバータ３１０に流れる電流を電流Ｉ２とし、平滑部２００から流れる電流を電流Ｉ３とする。電流Ｉ２は、電流Ｉ１と電流Ｉ３とを併せた電流となる。電流Ｉ３は、電流Ｉ２と電流Ｉ１との差分、すなわち電流Ｉ２－電流Ｉ１として表すことができる。電流Ｉ３は、平滑部２００の放電方向を正方向とし、平滑部２００の充電方向を負方向とする。すなわち、平滑部２００には、電流が流入することもあり、電流が流出することもある。
図２は、比較例として、平滑部２００で昇圧部６００から出力される電流を平滑化し、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２を一定にした場合の各電流Ｉ１～Ｉ３および平滑部２００のコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃの例を示す図である。上から順に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、および電流Ｉ３に応じて発生するコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃを示している。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の縦軸は電流値を示し、コンデンサ電圧Ｖｄｃの縦軸は電圧値を示している。横軸は全て時間ｔを示している。なお、電流Ｉ２，Ｉ３には、実際にはインバータ３１０のキャリア成分が重畳されるが、ここでは省略する。以降についても同様とする。図２に示すように、電力変換装置１ａにおいて、仮に、昇圧部６００から流れる電流Ｉ１が平滑部２００によって十分に平滑化された場合、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２は一定の電流値となる。しかしながら、平滑部２００のコンデンサ２１０には、大きな電流Ｉ３が流れ、劣化の要因となる。そのため、本実施の形態では、電力変換装置１ａにおいて、制御部４００は、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減するように、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２を制御、すなわちインバータ３１０の動作を制御する。
図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１ａの制御部４００がインバータ３１０の動作を制御して平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減したときの各電流Ｉ１～Ｉ３および平滑部２００のコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃの例を示す図である。上から順に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、および電流Ｉ３に応じて発生するコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃを示している。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の縦軸は電流値を示し、コンデンサ電圧Ｖｄｃの縦軸は電圧値を示している。横軸は全て時間ｔを示している。電力変換装置１ａの制御部４００は、図３に示すような電流Ｉ２がインバータ３１０に流れるようにインバータ３１０の動作を制御することによって、図２の例と比較して、昇圧部６００から平滑部２００に流れ込む電流の周波数成分を低減し、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減することができる。具体的には、制御部４００は、電流Ｉ１の周波数成分を主成分とした脈動電流を含む電流Ｉ２がインバータ３１０に流れるようにインバータ３１０の動作を制御する。
電流Ｉ１の周波数成分は、商用電源１１０から供給される交流電流の周波数、整流部１３０の構成、および昇圧部６００のスイッチング素子６１１のスイッチング速度によって決定される。そのため、制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分を、予め定めた振幅および位相を有する成分とすることができる。電流Ｉ２に重畳される脈動電流の周波数成分は、電流Ｉ１の周波数成分の相似波形となる。制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分を電流Ｉ１の周波数成分に近付けていくに連れて、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減し、コンデンサ電圧Ｖｄｃに発生する脈動電圧を低減することができる。
制御部４００が、インバータ３１０の動作を制御することによってインバータ３１０に流れる電流の脈動を制御することは、インバータ３１０から圧縮機３１５に出力される第２の交流電力の脈動を制御することと同じである。制御部４００は、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動が、整流昇圧部７００から出力される電力の脈動よりも小さくなるようにインバータ３１０の動作を制御する。制御部４００は、コンデンサ電圧Ｖｄｃの電圧リプル、すなわちコンデンサ２１０に発生する電圧リプルが、インバータ３１０から出力される第２の交流電力にコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときのコンデンサ２１０に発生する電圧リプルよりも小さくなるように、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の振幅および位相を制御する。インバータ３１０から出力される第２の交流電力にコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときとは、図２に示すような制御のことである。
なお、商用電源１１０から供給される交流電流については、特に限定されず、単相であってもよいし、３相であってもよい。制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分について、商用電源１１０から供給される第１の交流電力に応じて決定すればよい。具体的には、制御部４００は、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２の脈動波形を、商用電源１１０から供給される第１の交流電力が単相の場合は第１の交流電力の周波数の２倍の周波数成分、または商用電源１１０から供給される第１の交流電力が３相の場合は第１の交流電力の周波数の６倍の周波数成分を主成分とする脈動波形に直流分を加算した形状に制御する。脈動波形は、例えば、正弦波の絶対値の形状、または正弦波の形状とする。この場合、制御部４００は、正弦波の周波数の整数倍の成分のうち少なくとも１つの周波数成分を予め規定された振幅として脈動波形に加算してもよい。また、脈動波形は、矩形波の形状、または三角波の形状であってもよい。この場合、制御部４００は、脈動波形の振幅および位相を予め規定された値としてもよい。
制御部４００は、コンデンサ２１０にかかる電圧またはコンデンサ２１０に流れる電流を用いて、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の脈動量を演算してもよいし、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧または電流を用いて、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の脈動量を演算してもよい。
また、制御部４００は、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の周波数成分と異なる周波数成分を含む第２の交流電力をインバータ３１０から圧縮機３１５に出力させるようにインバータ３１０を制御する場合、インバータ３１０から圧縮機３１５に出力される第２の交流電力に含まれる周波数成分を、昇圧部６００のスイッチング素子６１１をオンオフするための駆動信号に重畳させてもよい。すなわち、制御部４００は、インバータ３１０から圧縮機３１５に出力する第２の交流電力の電力脈動のうち、商用電源１１０から供給される第１の交流電力が単相の場合は第１の交流電力の周波数の２倍の周波数成分、または商用電源１１０から供給される第１の交流電力が３相の場合は第１の交流電力の周波数の６倍の周波数成分以外の変動周波数成分を含む電力が整流昇圧部７００から出力されるように、整流昇圧部７００の動作、具体的には、昇圧部６００のスイッチング素子６１１の動作を制御する。制御部４００は、変動周波数成分を、商用電源１１０に対する指令値を用いて制御してもよいし、変動周波数成分を、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の周波数の４０次までの整数倍の成分としない、または規定された値、例えば、所望の規格値以下になるように制御してもよい。
制御部４００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１ａが備える制御部４００の動作を示すフローチャートである。制御部４００は、電力変換装置１ａの各検出部から検出値を取得する（ステップＳ１）。制御部４００は、取得した検出値に基づいて、平滑部２００に流れる電流Ｉ３が低減されるように、インバータ３１０の動作を制御する（ステップＳ２）。制御部４００は、取得した検出値に基づいて、商用電源１１０の力率改善制御および平滑部２００のコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃの平均電圧制御を行うように、昇圧部６００の動作を制御する（ステップＳ３）。
つづいて、電力変換装置１ａが備える制御部４００のハードウェア構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１ａが備える制御部４００を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御部４００は、プロセッサ９１およびメモリ９２により実現される。
プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。またメモリ９２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）でもよい。
以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置１ａにおいて、制御部４００は、各検出部から取得した検出値に基づいてインバータ３１０の動作を制御し、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２に、整流部１３０から流れる電流Ｉ１の周波数成分に応じた周波数成分の脈動を重畳することで、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減することとした。これにより、電力変換装置１ａは、平滑部２００に流れる電流Ｉ３が低減することによって、本実施の形態の制御を行わない場合と比較して、リプル電流耐量の小さなコンデンサの使用が可能となる。また、電力変換装置１ａは、コンデンサ電圧Ｖｄｃの脈動電圧が低下することによって、本実施の形態の制御を行わない場合と比較して、搭載するコンデンサ２１０の容量を小さくすることができる。電力変換装置１ａは、例えば、複数のコンデンサ２１０で平滑部２００を構成していた場合、平滑部２００を構成するコンデンサ２１０の本数を低減することができる。
また、電力変換装置１は、第２の交流電力に含まれる脈動が、整流部１３０から出力される電力の脈動よりも小さくなるようにインバータ３１０の動作を制御することによって、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２に重畳する脈動成分が過大になるのを抑制できる。脈動成分の重畳は、インバータ３１０、モータ３１４などを通流する電流実効値を非重畳状態と比較して増加させることとなるが、重畳する脈動成分が過大になるのを抑制することによって、インバータ３１０の電流容量、インバータ３１０の損失増加、モータ３１４の損失増加などを抑制したシステムを提供することが可能となる。
また、電力変換装置１ａは、本実施の形態の制御を行うことによって、電流Ｉ２の脈動に起因して発生する圧縮機３１５の振動を抑制することができる。
また、電力変換装置１ａは、昇圧部６００が昇圧動作を行うことによって、コンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃを上昇させ、インバータ３１０の出力可能電圧範囲を拡大することができる。電力変換装置１ａにおいて、制御部４００は、昇圧部６００のスイッチング素子６１１に対する駆動信号に、インバータ３１０から出力する第２の交流電力に含まれる脈動の周波数成分を重畳することで、当該周波数成分に起因する電流Ｉ３およびコンデンサ電圧Ｖｄｃの脈動を低減することができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１の電力変換装置１ａの整流昇圧部７００の回路構成と異なる回路構成の整流昇圧部を備える電力変換装置について説明する。
図６は、実施の形態２に係る電力変換装置１ｂの構成例を示す図である。電力変換装置１ｂは、図１に示す実施の形態１の電力変換装置１ａに対して、整流昇圧部７００を整流昇圧部７０１に置き換えたものである。なお、電力変換装置１ｂ、および圧縮機３１５が備えるモータ３１４によって、モータ駆動装置２ｂを構成している。整流昇圧部７０１は、スイッチング素子６１１～６１４、および各々がスイッチング素子６１１～６１４のうちの１つに並列に接続される整流素子６２１～６２４を有する。整流昇圧部７０１は、制御部４００の制御によって、スイッチング素子６１１～６１４をオンオフし、商用電源１１０から出力された第１の交流電力を整流するとともに昇圧し、昇圧した電力を平滑部２００に出力する。本実施の形態において、整流昇圧部７０１は、制御部４００によって、スイッチング素子６１１～６１４が連続的にスイッチング動作を行うフルＰＡＭで制御される。電力変換装置１ｂは、整流昇圧部７０１によって商用電源１１０の力率改善制御を行い、平滑部２００のコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃを電源電圧Ｖｓよりも高い電圧にする。
制御部４００は、電圧電流検出部５０１から電源電圧Ｖｓの第１の交流電力の電圧値および電流値を取得し、電圧検出部５０２から整流昇圧部７０１によって昇圧された電力の電圧値を取得し、電流検出部３１３ａ，３１３ｂからインバータ３１０によって変換された所望の振幅および位相を有する第２の交流電力の電流値を取得する。制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、インバータ３１０の動作、具体的には、インバータ３１０が有するスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのオンオフを制御する。また、制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、整流昇圧部７０１の動作、具体的には、整流昇圧部７０１が有するスイッチング素子６１１～６１４のオンオフを制御する。制御部４００は、実施の形態１で説明した効果と同様の効果が得られるように、整流昇圧部７０１およびインバータ３１０の動作を制御する。
電力変換装置１ｂにおけるその他の動作は、実施の形態１の電力変換装置１ａの動作と同様である。この場合においても、電力変換装置１ｂは、実施の形態１の電力変換装置１ａと同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１の電力変換装置１ａの整流昇圧部７００、および実施の形態２の電力変換装置１ｂの整流昇圧部７０１の回路構成と異なる回路構成の整流昇圧部を備える電力変換装置について説明する。
図７は、実施の形態３に係る電力変換装置１ｃの構成例を示す図である。電力変換装置１ｃは、図１に示す実施の形態１の電力変換装置１ａに対して、整流昇圧部７００を整流昇圧部７０２に置き換えたものである。なお、電力変換装置１ｃ、および圧縮機３１５が備えるモータ３１４によって、モータ駆動装置２ｃを構成している。整流昇圧部７０２は、リアクトル１２０、整流部１３０、および昇圧部６０１を有する。実施の形態１において、昇圧部６００は、整流部１３０の後段、すなわち電力変換装置１ａの内部で整流部１３０と直列に接続されていたが、実施の形態３において、昇圧部６０１は、電力変換装置１ｃの内部で整流部１３０と並列に接続されている。昇圧部６０１は、整流素子６２１～６２４、およびスイッチング素子６１１を有する。昇圧部６０１は、制御部４００の制御によって、スイッチング素子６１１をオンオフし、商用電源１１０から出力された第１の交流電力を昇圧し、昇圧した電力を整流部１３０に出力する。本実施の形態において、整流昇圧部７０２の昇圧部６０１は、制御部４００の制御によって、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の周波数の半周期に１回または複数回、スイッチング素子６１１のスイッチング動作を行う簡易スイッチングで制御される。電力変換装置１ｃは、昇圧部６０１によって商用電源１１０の力率改善制御を行い、平滑部２００のコンデンサ２１０のコンデンサ電圧Ｖｄｃを電源電圧Ｖｓよりも高い電圧にする。
制御部４００は、電圧電流検出部５０１から電源電圧Ｖｓの第１の交流電力の電圧値および電流値を取得し、電圧検出部５０２から整流部１３０によって整流された電力の電圧値を取得し、電流検出部３１３ａ，３１３ｂからインバータ３１０によって変換された所望の振幅および位相を有する第２の交流電力の電流値を取得する。制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、インバータ３１０の動作、具体的には、インバータ３１０が有するスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのオンオフを制御する。また、制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、昇圧部６０１の動作、具体的には、昇圧部６０１が有するスイッチング素子６１１のオンオフを制御する。制御部４００は、実施の形態１で説明した効果と同様の効果が得られるように、昇圧部６０１およびインバータ３１０の動作を制御する。
電力変換装置１ｃにおけるその他の動作は、実施の形態１の電力変換装置１ａの動作と同様である。この場合においても、電力変換装置１ｃは、実施の形態１の電力変換装置１ａと同様の効果を得ることができる。また、電力変換装置１ｃは、実施の形態１の電力変換装置１ａおよび実施の形態２の電力変換装置１ｂと比較してスイッチング回数が抑制されるため、損失低減および低ノイズ化が可能となる。また、電力変換装置１ｃは、整流部１３０および昇圧部６０１が並列に接続されているため、昇圧部６０１においてスイッチング素子６１１のスイッチングが必要ない条件ではスイッチングを行わないことで、通流素子数を低減し、低損失化が可能となる。
実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置１ａを備える。なお、冷凍サイクル適用機器９００は、電力変換装置１ａに代えて、実施の形態２で説明した電力変換装置１ｂを備えてもよいし、実施の形態３で説明した電力変換装置１ｃを備えてもよい。実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図８において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。
冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１におけるモータ３１４を内蔵した圧縮機３１５と、四方弁９０２と、室内熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、室外熱交換器９１０とが冷媒配管９１２を介して取り付けられている。
圧縮機３１５の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させるモータ３１４とが設けられている。
冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２の切替動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。圧縮機構９０４は、可変速制御されるモータ３１４によって駆動される。
暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。
冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。
暖房運転時には、室内熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、室外熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１ａ，１ｂ，１ｃ 電力変換装置、２ａ，２ｂ，２ｃ モータ駆動装置、１１０ 商用電源、１２０ リアクトル、１３０ 整流部、１３１～１３４，６２１～６２４ 整流素子、２００ 平滑部、２１０ コンデンサ、３１０ インバータ、３１１ａ～３１１ｆ，６１１～６１４ スイッチング素子、３１２ａ～３１２ｆ 還流ダイオード、３１３ａ，３１３ｂ 電流検出部、３１４ モータ、３１５ 圧縮機、４００ 制御部、５０１ 電圧電流検出部、５０２ 電圧検出部、６００，６０１ 昇圧部、７００，７０１，７０２ 整流昇圧部、９００ 冷凍サイクル適用機器、９０２ 四方弁、９０４ 圧縮機構、９０６ 室内熱交換器、９０８ 膨張弁、９１０ 室外熱交換器、９１２ 冷媒配管。

Claims (15)

  1. 商用電源から供給される第１の交流電力を整流するとともに、前記第１の交流電力の電圧を昇圧する整流昇圧部と、
    前記整流昇圧部の出力端に接続されるコンデンサと、
    前記コンデンサの両端に接続され、前記整流昇圧部および前記コンデンサから出力される電力を第２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に出力するインバータと、
    前記整流昇圧部の動作を制御するとともに、前記整流昇圧部から前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動を含む前記第２の交流電力を前記インバータから前記負荷に出力するように前記インバータのみの動作を制御し、前記コンデンサに流れる電流を抑制する制御部と、
    を備える電力変換装置。
  2. 前記制御部は、前記整流昇圧部の動作を制御し、前記商用電源から供給される前記第１の交流電力の力率改善制御、および前記コンデンサの平均電圧制御を行う、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記制御部は、前記インバータから出力される前記第２の交流電力に含まれる脈動が、前記整流昇圧部から出力される電力の脈動よりも小さくなるように前記インバータの動作を制御する、
    請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 前記制御部は、前記コンデンサに発生する電圧リプルが、前記インバータから出力される前記第２の交流電力に前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときの前記コンデンサに発生する電圧リプルよりも小さくなるように、前記インバータから出力される前記第２の交流電力に含まれる脈動の振幅および位相を制御する、
    請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  5. 前記制御部は、前記コンデンサに流出入する電流リプルが、前記インバータから出力される前記第２の交流電力に前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときの前記コンデンサに発生する電流リプルよりも小さくなるように、前記インバータから出力される前記第２の交流電力に含まれる脈動の振幅および位相を制御する、
    請求項１から４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  6. 前記整流昇圧部は、
    複数の整流素子を有する整流部と、
    整流素子、および前記制御部によってオンオフが制御されるスイッチング素子を有する昇圧部と、
    を備え、
    前記整流部および前記昇圧部が直列または並列に接続される、
    請求項１から５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  7. 前記整流昇圧部は、
    前記制御部によってオンオフが制御される複数のスイッチング素子と、
    各々が前記複数のスイッチング素子の１つに並列に接続される複数の整流素子と、
    を備える請求項１から５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  8. 前記制御部は、前記インバータから出力される前記第２の交流電力に含まれる脈動のうち、前記第１の交流電力が単相の場合は前記第１の交流電力の周波数の２倍の周波数成分、または前記第１の交流電力が３相の場合は前記第１の交流電力の周波数の６倍の周波数成分以外の変動周波数成分を含む電力が前記整流昇圧部から出力されるように、さらに前記整流昇圧部の動作を制御する、
    請求項１から７のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  9. 前記制御部は、前記変動周波数成分を、前記商用電源に対する指令値を用いて制御する、
    請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記制御部は、前記変動周波数成分を、前記第１の交流電力の周波数の４０次までの整数倍の成分としない、または規定された値以下になるように制御する、
    請求項８に記載の電力変換装置。
  11. 前記コンデンサは、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサである、
    請求項１から１０のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  12. 前記コンデンサに発生する電圧リプルの最大値は最小値の２倍未満となる、
    請求項１から１１のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  13. 前記整流昇圧部は全波整流を行うものであり、前記コンデンサに発生する電圧は前記商用電源の全波整流波形形状ではない、
    請求項１から１２のいずれか１つに記載の電力変換装置。
  14. 請求項１から１３のいずれか１つに記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
  15. 請求項１から１３のいずれか１つに記載の電力変換装置を備える冷凍サイクル適用機器。
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