JP7378651B2 - 電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動装置及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、モータ駆動装置及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、下記特許文献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コンバータであるダイオードスタックで整流し、更に平滑部で平滑した電力を、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、上記の特許文献１の技術では、平滑部に大きな電流が流れるため、平滑部の経年劣化が加速し、コンデンサの寿命が短くなるという課題がある。このような課題に対して、特許文献１を含む従来技術には、空気調和機のように複数の機器を１つのコンバータと、１つのコンバータに接続される複数のインバータとで駆動する装置構成を利用して、コンデンサの寿命の延伸化を図るという着想がない。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の機器を１つのコンバータ及び当該コンバータに接続される複数のインバータで駆動する装置構成を利用して、平滑部の寿命の延伸化を図ることができる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、コンバータと、コンバータの出力端に接続される平滑部と、コンバータの出力端に接続される第１のインバータと、第１のインバータに並列に接続される第２のインバータと、制御部とを備える。コンバータは、交流電源から印加される電源電圧を整流すると共に、要すれば電源電圧を昇圧する。第１のインバータは、コンバータ及び平滑部から出力される電力を第１の交流電力に変換し、第１のモータが搭載された第１の機器に出力する。第２のインバータは、コンバータ及び平滑部から出力される電力を第２の交流電力に変換し、第２のモータが搭載された第２の機器に出力する。制御部は、コンバータ、第１のインバータ又は第２のインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を抑制しつつ、第２のインバータ、及び第２の機器を含む第２の負荷部の動作状態に応じて第１のインバータの動作を制御する。
本開示に係る電力変換装置は、複数の機器を１つのコンバータ及び当該コンバータに接続される複数のインバータで駆動する装置構成を利用して、平滑部の寿命の延伸化を図ることが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基本構成及び基本機能の説明に供する図 図１に示す電力変換装置の基本機能を具備する別の構成例を示す図 図１に示す電力変換装置の基本機能を具備する更に別の構成例を示す図 実施の形態１における動作モード及び動作モードの概要を示す図 実施の形態１における電源脈動補償制御の説明に供する図 図５と対比する各部の動作波形を比較例として示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第１の構成例を示す図 実施の形態１における脈動電流の補正手法の説明に供する図 実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第２の構成例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第３の構成例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第４の構成例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第５の構成例を示す図 実施の形態１に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図 実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図
以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る電力変換装置、モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器につ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の基本構成及び基本機能の説明に供する図である。図１において、電力変換装置１は、商用電源１１０及び圧縮機３１５に接続されている。商用電源１１０は交流電源の一例であり、圧縮機３１５は実施の形態１で言う機器の一例である。圧縮機３１５には、モータ３１４が搭載されている。電力変換装置１と、圧縮機３１５が備えるモータ３１４とによって、モータ駆動装置２が構成される。
電力変換装置１は、整流部１３０と、昇圧部６００と、電流検出部５０１と、平滑部２００と、電流検出部５０２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１では、整流部１３０と、昇圧部６００とによって、コンバータ７００が構成される。
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する。整流部１３０は、商用電源１１０から印加される電源電圧を整流して昇圧部６００に出力する。図１の構成による整流部１３０は、全波整流を行う。
昇圧部６００は、リアクトル６３１と、スイッチング素子６３２、ダイオード６３３とを有する。昇圧部６００では、制御部４００から出力される制御信号によって、スイッチング素子６３２がオン又はオフに制御される。スイッチング素子６３２がオンに制御されると、整流電圧はリアクトル６３１を介して短絡される。この動作は「電源短絡動作」と呼ばれる。スイッチング素子６３２がオフに制御されると、整流電圧は、リアクトル６３１を介して平滑部２００に印加される。この動作は通常の整流動作である。このとき、リアクトル６３１にエネルギーが蓄積されていれば、整流部１３０の出力電圧とリアクトル６３１に発生する電圧とが加算されて平滑部２００に印加される。
昇圧部６００は、電源短絡動作と整流動作とを交互に繰り返すことによって、整流電圧を昇圧する。この動作は「昇圧動作」と呼ばれる。昇圧動作によって、平滑部２００の両端電圧は、電源電圧よりも高い電圧に昇圧される。また、昇圧動作によって、商用電源１１０とコンバータ７００との間に流れる電流の力率が改善される。一方、スイッチング素子６３２が常時オフの場合、整流部１３０から出力される電圧は昇圧されずに出力される。
上述のように、コンバータ７００は、商用電源１１０から印加される電源電圧を整流すると共に、要すれば当該電源電圧を昇圧する動作を行う。
平滑部２００は、コンデンサ２１０を有する。平滑部２００は、コンバータ７００の出力端に接続される。コンデンサ２１０は、コンバータ７００が出力する整流電圧を平滑する。コンデンサ２１０としては、電界コンデンサ、フィルムコンデンサなどが例示される。
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るが、大きくは脈動しない。この電圧リプルの周波数は、商用電源１１０が単相電源の場合は、電源電圧の周波数の２倍成分が主成分となり、商用電源１１０が三相電源の場合は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及びインバータ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の静電容量によって決まる。但し、本開示に係る電力変換装置では、コンデンサ２１０の高コスト化を抑制するため、静電容量が大きくなるのを回避する。これにより、コンデンサ２１０には、ある程度の電圧リプルが発生する。例えば、コンデンサ２１０の電圧は、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する電圧となる。
電流検出部５０１は、コンバータ７００に流出入する電流であるコンバータ電流Ｉ１を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。また、電流検出部５０２は、インバータ３１０に流出入する電流であるインバータ電流Ｉ２を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。
インバータ３１０は、コンバータ７００の出力端に接続される。インバータ３１０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ、及び還流ダイオード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、コンバータ７００及び平滑部２００から出力される電力を所望の振幅及び位相を有する交流電力に変換して、モータ３１４が搭載された機器である圧縮機３１５に出力する。
電流検出部３１３ａ，３１３ｂは、各々がインバータ３１０から出力される３相の電流のうちの１相分の電流を検出する。電流検出部３１３ａ，３１３ｂの各検出値は、制御部４００に入力される。制御部４００は、電流検出部３１３ａ，３１３ｂによって検出された何れか２相の電流の検出値に基づいて、残りの１相の電流を演算によって求める。
制御部４００は、電流検出部５０１，５０２及び電流検出部３１３ａ，３１３ｂによって検出された各電流の検出値を用いて、コンバータ７００における昇圧部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６３２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。
圧縮機３１５に搭載されるモータ３１４は、インバータ３１０から供給される交流電力の振幅及び位相に応じて回転し、圧縮動作を行う。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、図１では、モータ３１４におけるモータ巻線がＹ結線の場合を示しているが、この例に限定されない。モータ３１４のモータ巻線は、Δ結線であってもよいし、Ｙ結線とΔ結線とが切り替え可能な仕様であってもよい。
また、電力変換装置１において、図１の基本構成に示す各部の構成及び配置は一例であり、各部の構成及び配置は図１で示される例に限定されない。例えば、図２のように構成されていてもよい。図２は、図１に示す電力変換装置の基本機能を具備する別の構成例を示す図である。
図２では、図１に示すコンバータ７００がコンバータ７０１に置き替えられている。コンバータ７０１は、図１に示すコンバータ７００と同様に、整流機能及び昇圧機能を兼ね備えた構成部である。
コンバータ７０１は、リアクトル７１０と、スイッチング素子６１１～６１４及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とを有する。その他の構成は、図１に示す電力変換装置１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付している。また、本構成のリアクトル７１０は、商用電源１１０とコンバータ７０１の片側接続線のみに挿入されているが、両側接続線に挿入されていてもよい。
コンバータ７０１では、制御部４００から出力される制御信号によって、スイッチング素子６１１～６１４がオン又はオフに制御される。コンバータ７０１は、電源短絡動作と整流動作とを交互に繰り返す。これにより、コンバータ７０１は、商用電源１１０から印加される電源電圧を整流すると共に、要すれば当該整流電圧を昇圧する。昇圧動作によって、平滑部２００の両端電圧は、電源電圧よりも高い電圧に昇圧される。また、昇圧動作によって、商用電源１１０とコンバータ７０１との間に流れる電流の力率が改善される。
上記のように、図２に示す電力変換装置１は、図１に示す電力変換装置１と同様の基本機能を有している。このため、後述する電力変換装置１Ａに適用可能である。
また、例えば、図３のように構成されていてもよい。図３は、図１に示す電力変換装置の基本機能を具備する更に別の構成例を示す図である。
図３では、図１に示すコンバータ７００がコンバータ７０２に置き替えられている。コンバータ７０２では、昇圧部６００が、昇圧部６０１と、リアクトル７１０とに置き替えられている。リアクトル７１０は、商用電源１１０と整流部１３０との間に配置されている。コンバータ７０２は、図１に示すコンバータ７００と同様に、整流機能及び昇圧機能を兼ね備えた構成部である。
昇圧部６０１は、整流素子６２１～６２４と、スイッチング素子６１５とを有している。昇圧部６０１は、整流部１３０と並列に接続されている。その他の構成は、図１に示す電力変換装置１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付している。
コンバータ７０２では、制御部４００から出力される制御信号によって、スイッチング素子６１５がオン又はオフに制御される。昇圧部６０１は、電源短絡動作を行う。整流部１３０は、整流動作を行う。コンバータ７０２は、電源短絡動作と整流動作とを交互に繰り返す。これにより、コンバータ７０２は、商用電源１１０から印加される電源電圧を整流すると共に、要すれば当該整流電圧を昇圧する。昇圧動作によって、平滑部２００の両端電圧は、電源電圧よりも高い電圧に昇圧される。また、昇圧動作によって、商用電源１１０とコンバータ７０２との間に流れる電流の力率が改善される。
上記のように、図３に示す電力変換装置１は、図１に示す電力変換装置１と同様の基本機能を有している。このため、後述する電力変換装置１Ａに適用可能である。
なお、以降では、特に断らない限り、図１に示す電力変換装置１を例にして説明する。また、以降の説明において、電流検出部５０１，５０２，３１３ａ，３１３ｂをまとめて検出部と称することがある。また、電流検出部５０１，５０２，３１３ａ，３１３ｂで検出された電流値を検出値と称することがある。電力変換装置１は、前述の検出部以外の検出部を備えていてもよい。図１では省略しているが、電力変換装置１は、一般的にコンデンサ電圧を検出する検出部を備えている。電力変換装置１は、商用電源１１０から供給される交流電力の電圧、電流などを検出する検出部を備えていてもよい。
次に、実施の形態１における動作モードについて、図４を参照して説明する。図４は、実施の形態１における動作モード及び動作モードの概要を示す図である。
昇圧制御は、高回転によるモータ３１４の駆動範囲を確保するため、昇圧部６００が商用電源１１０から印加される電源電圧を昇圧させる制御である。具体的には、制御部４００が、昇圧部６００のスイッチング素子６３２のオンオフを制御する。
振動抑制制御は、モータ３１４の１回転中における圧縮機３１５などの機械的な機構に起因するトルク脈動によって振動が発生する場合に、インバータ３１０から与えるトルクをトルク脈動に合わせることで振動を抑制する制御である。
定トルク制御は、インバータ３１０からモータ３１４に与えるトルクを一定とし、負荷電流脈動を低減する制御である。定トルク制御は、定電流制御とも呼ばれる。トルク脈動を有するシステムであっても、比較的に負荷が軽い領域で運転する場合にはそれほど振動量は大きくない。そのため、インバータ３１０から与えるトルクを一定とすることで、モータ３１４の電流波形が正弦波状、即ち脈動を有さない波形となり、高効率運転ができる。なお、高負荷領域であっても振動が許容できる場合には、定トルク制御を使用可能である。
電源脈動補償制御は、平滑部２００に流れる電流である平滑部電流Ｉ３の脈動分を抑制する制御である。電源脈動に起因するリプル電流は平滑部２００のコンデンサ２１０をスルーし、インバータ３１０及び圧縮機３１５を含む負荷部に電力を伝達することで、コンデンサ２１０のストレスを軽減することができる。なお、電源脈動補償制御の詳細な内容は、後述する。
実施の形態１に係る電力変換装置１は、図４に示されるように、１２個の動作モードを有する。これらの動作モード１～１２は、昇圧制御の有無、振動抑制制御の有無、定トルク制御の有無、及び電源脈動補償制御の有無の各組み合わせで定められている。図４に示す各制御の有無については、制御部４００が、インバータ３１０及び圧縮機３１５を含む負荷部の動作状態に応じて判定する。即ち、制御部４００は、負荷部の動作状態に応じて、各制御の有無を判定し、動作モードを維持又は切り替える。
なお、図４の例では、動作モードの具体的な内容として４つの項目を挙げたが、一例であり、これらに限定されない。４つの項目のうち一部の項目を制御の対象にしてもよいし、４つの項目以外の項目を更に制御の対象にしてもよい。４つの項目以外の項目とは、例えば、弱め磁束制御及び過変調制御がある。
弱め磁束制御は、モータ３１４に負のｄ軸電流を与えて見かけ上の起電力を小さくすることで、モータ３１４の高回転領域を広げる制御である。
過変調制御は、モータ３１４の駆動のため、モータ３１４の起電力よりも大きな電圧をインバータ３１０からモータ３１４に供給する制御である。電力変換装置１は、商用電源１１０を利用する場合、供給電圧に限りがある。そのため、モータ３１４が高速回転する場合、供給電圧よりもモータ３１４の起電力が大きくなり、回転の継続が困難となる。そこで、電力変換装置１は、インバータ３１０からの出力電圧を歪ませて、具体的には３次の高調波成分を含めることで出力電圧の基本波成分を少し持ち上げる。これにより、電力変換装置１は、モータ３１４の高回転領域を増やすことができる。
なお、図４では、商用電源１１０から供給される交流電力の力率改善制御、及び平滑部２００のコンデンサ２１０の平均電圧制御については記載されていないが、これらの制御は動作モードに関係なく行われる。
電力変換装置１は、動作状態について、電流値、例えば、電流検出部５０１の検出値によってコンバータ電流Ｉ１を検出し、電流検出部５０２の検出値によってインバータ電流Ｉ２を検出することができる。
また、電力変換装置１は、動作状態について、温度、例えば、空気調和機に搭載される場合、空気調和機が備える室内機の温度センサの検出値、室外機の温度センサの検出値などによって温度を検出することができる。なお、電力変換装置１は、インバータ３１０の基板周辺に温度センサを備えてインバータ３１０の基板周辺の温度を検出してもよいし、モータ３１４の周辺に温度センサを備えてモータ３１４の周辺の温度を検出してもよい。
また、電力変換装置１は、動作状態について、運転速度、例えば、圧縮機３１５のモータ３１４、空気調和機に搭載される図示しないファンなどの運転速度を、制御部４００の制御の過程で生成される指令値、又は制御部４００の制御の過程で運転周波数から推定される推定値などから直接的、又は間接的に検出することができる。
以上のように、電力変換装置１の動作状態は、インバータ３１０又はモータ３１４又は圧縮機３１５を検出対象とした物理量を検出する検出部の検出値、制御部４００の制御の過程で生成される指令値、及び制御部４００の制御の過程で推定される推定値のうち少なくとも１つによって得られる。物理量は、前述の電流値、温度、運転速度の他、例えば、電圧値などであってもよい。
次に、実施の形態１における電源脈動補償制御について説明する。なお、図５及び図６の説明では、電力変換装置１において、インバータ３１０及び圧縮機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るものとする。また、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する。
ここで、平滑部電流Ｉ３を、図１の矢印のように、平滑部２００から流出する方向、即ち放電方向を正と定義する。このように定義すると、コンバータ電流Ｉ１、インバータ電流Ｉ２及び平滑部電流Ｉ３の間で、「Ｉ３＝Ｉ１－Ｉ２」の関係が成り立つ。制御部４００は、コンバータ電流Ｉ１及びインバータ電流Ｉ２の各検出値を用いて平滑部電流Ｉ３を演算で求めることができる。
図５は、実施の形態１における電源脈動補償制御の説明に供する図である。図５には、実施の形態１に係る電力変換装置１の制御部４００がインバータ３１０の動作を制御して平滑部電流Ｉ３を低減したときの各部の動作波形例が示されている。具体的には、上段部から順に、コンバータ電流Ｉ１、インバータ電流Ｉ２、平滑部電流Ｉ３、及び平滑部電流Ｉ３に応じて発生するコンデンサ２１０の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｄｃが示されている。横軸は全て時間ｔを表し、コンバータ電流Ｉ１、インバータ電流Ｉ２、平滑部電流Ｉ３の縦軸は電流値を表し、コンデンサ電圧Ｖｄｃの縦軸は電圧値を表している。
また、図６は、図５と対比する各部の動作波形を比較例として示す図である。図６には、平滑部２００においてコンバータ７００から出力される電流を平滑化する際に、インバータ電流Ｉ２を一定にしたときの各部の波形例が示されている。具体的には、図５と同様に、上段部から順に、コンバータ電流Ｉ１、インバータ電流Ｉ２、平滑部電流Ｉ３、及びコンデンサ電圧Ｖｄｃが示されている。なお、横軸及び縦軸が表す物理量のスケールは、図５と同一である。
なお、図５及び図６の各図において、インバータ電流Ｉ２及び平滑部電流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、ここでは省略している。以降についても同様とする。
ここで、電力変換装置１において、仮に、昇圧部６００から流れるコンバータ電流Ｉ１が平滑部２００によって十分に平滑化された場合を考える。この場合、インバータ電流Ｉ２は、図６に示されるような一定の電流値となる。しかしながら、コンデンサ２１０には、図６に示されるような平滑部電流Ｉ３に大きな脈動成分が流れ、コンデンサ２１０の劣化の要因となる。
そこで、実施の形態１に係る電力変換装置１は、平滑部電流Ｉ３の脈動成分が低減されるように、制御部４００により、インバータ３１０の動作を制御する。具体的に、制御部４００は、図５に示すようなインバータ電流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。図６の例と比較すると、平滑部電流Ｉ３の脈動成分が低減されている。制御部４００の制御により、インバータ電流Ｉ２には、コンバータ電流Ｉ１の周波数成分を主成分とした脈動電流を含む成分の電流が含まれるようになる。これにより、コンバータ７００から平滑部２００に流れ込もうとする脈動電流が低減され、平滑部電流Ｉ３の脈動が低減される。
コンバータ電流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、及び昇圧部６００のスイッチング素子６３２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、インバータ電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分を、予め定めた振幅及び位相を有する成分とすることができる。インバータ電流Ｉ２に重畳される脈動電流の周波数成分は、コンバータ電流Ｉ１の周波数成分の相似波形となる。制御部４００は、インバータ電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分をコンバータ電流Ｉ１の周波数成分に近付けていくに連れて、平滑部電流Ｉ３の脈動成分を低減することができる。また、このとき、コンデンサ電圧Ｖｄｃに発生する脈動電圧の低減も可能となる。
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に供給される交流電力の脈動を制御することと等価である。制御部４００は、インバータ３１０から出力される交流電力に含まれる脈動が、コンバータ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。
なお、制御部４００は、インバータ電流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から供給される交流電力に応じて決定すればよい。具体的に、商用電源１１０から供給される交流電力が単相の場合、制御部４００は、インバータ電流Ｉ２の脈動波形を当該交流電力の周波数の２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。また、商用電源１１０から供給される交流電力が三相の場合、制御部４００は、インバータ電流Ｉ２の脈動波形を当該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、又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、又は三角波の形状であってもよい。この場合、制御部４００は、脈動波形の振幅及び位相を予め規定された値としてもよい。
制御部４００は、演算で求めた平滑部電流Ｉ３を用いて、インバータ電流Ｉ２に含まれる脈動の脈動量を演算することができる。なお、これに代え、制御部４００は、コンデンサ電圧Ｖｄｃ、又は商用電源１１０から供給される交流電力の電圧もしくは電流を用いて、インバータ電流Ｉ２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から供給される交流電力の周波数成分と異なる周波数成分を含む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６３２をオンオフするための駆動信号に重畳させてもよい。具体的に、商用電源１１０から供給される交流電力が単相の場合、当該交流電力の周波数の２倍の周波数成分以外の変動周波数成分を含む電力がコンバータ７００から出力されるように、コンバータ７００の動作を制御する。また、商用電源１１０から供給される交流電力が３相の場合、当該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コンバータ７００から出力されるように、コンバータ７００の動作を制御する。
次に、前述した、１つのコンバータに複数のインバータが接続される装置構成を利用してコンデンサ２１０の寿命の延伸化を図る電力変換装置について説明する。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図７に示す電力変換装置１Ａは、図１に示す電力変換装置１の基本機能を利用可能に構成されている。なお、図１に示す電力変換装置１の構成要素と同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は適宜割愛する。
実施の形態１に係る電力変換装置１Ａは、図７に示すように、コンバータ７００と、平滑部２００と、電流検出部５０１，５０２と、第１のインバータであるインバータ３１０ａと、第２のインバータであるインバータ３１０ｂと、制御部４００とを備える。コンバータ７００は、商用電源１１０に接続される。第１の機器である機器３１５ａには、第１のモータであるモータ３１４ａが搭載されている。機器３１５ａの一例は圧縮機であり、機器３１５ａの他の例はファンである。インバータ３１０ａは、機器３１５ａのモータ３１４ａに接続される。第２の機器である機器３１５ｂには、第２のモータであるモータ３１４ｂが搭載されている。機器３１５ｂの一例はファンであり、機器３１５ｂの他の例は圧縮機である。インバータ３１０ｂは、機器３１５ｂのモータ３１４ｂに接続される。電力変換装置１Ａと、機器３１５ａが備えるモータ３１４ａと、機器３１５ｂが備えるモータ３１４ｂとによって、モータ駆動装置２Ａが構成される。なお、図７では、図１に示す電流検出部３１３ａ，３１３ｂと同等の構成部については、図示を省略している。
図７に示すように、電力変換装置１Ａは、１つのコンバータ７００に対して、インバータ３１０ａと、インバータ３１０ｂとが互いに並列に接続されるように構成されている。即ち、インバータ３１０ａは、コンバータ７００に対してインバータ３１０ｂに並列に接続されている。また、インバータ３１０ｂは、コンバータ７００に対してインバータ３１０ａに並列に接続されている。この構成により、インバータ３１０ａは、コンバータ７００及び平滑部２００から出力される電力を第１の交流電力に変換し、モータ３１４ａが搭載された機器３１５ａに当該第１の交流電力を出力する。同様に、インバータ３１０ｂは、コンバータ７００及び平滑部２００から出力される電力を第２の交流電力に変換し、モータ３１４ｂが搭載された機器３１５ｂに当該第２の交流電力を出力する。このように構成すれば、コンバータ７００、平滑部２００及び制御部４００を共通化できるので、装置のコスト増を抑制しつつ、装置の簡素化を図ることができる。
図８は、実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第１の構成例を示す図である。図８において、図１又は図７に示す構成要素と同一又は同等の構成部には、同一の符号を付して示している。
図８には、回路要素として、電源部８５０と、昇圧部６００と、平滑部２００と、電流検出部５０１，５０２と、第１の負荷部である負荷部８００ａと、第２の負荷部である負荷部８００ｂとが示されている。
電源部８５０は、商用電源１１０と、整流部１３０とを構成要素に含んでいる。負荷部８００ａは、定電流負荷部８１０ａに加え、脈動負荷補償部８２０ａと、電源脈動補償部８３０ａとを構成要素に含んでいる。負荷部８００ｂは、定電流負荷部８１０ｂのみを構成要素に含んでいる。
図８は、電力変換装置１Ａを空気調和機に適用することを想定した構成図である。後述する図１０から図１３の図面も同様である。具体的に、図８においては、定電流負荷部８１０ａは圧縮機モータ負荷を想定し、定電流負荷部８１０ｂはファンモータ負荷を想定している。
ここで、図５及び図６の説明では、平滑部２００に定電流負荷が接続されているものとしていた。これに対し、圧縮機の種別によっては、周期的な回転変動を生ずる機構を有するものがあることも知られている。このような圧縮機モータ負荷を用いる場合には、前述した振動抑制制御が実施される。定トルク制御ではインバータ３１０より一定電流が出力されるが、振動抑制制御では、当該一定電流とは別に振動抑制トルクに相当する脈動電流成分が負荷に流される。この脈動電流成分を流す要素は、図８に示すように、定電流負荷部８１０ａに対して脈動負荷補償部８２０ａを付加した形で表現することができる。
同様に前述した電源脈動補償制御を行う場合、電源脈動補償制御による脈動電流成分が負荷に流される。この脈動電流成分を流す要素は、図８に示すように、更に電源脈動補償部８３０ａを付加した形で表現することができる。
なお、負荷部８００ｂでは、脈動負荷補償部及び電源脈動補償部は設けられていない。これは、負荷部８００ｂにおいては、振動抑制制御及び電源脈動補償制御は実施されないことを意味している。
次に、図８を参照し、コンデンサ２１０の寿命の延伸化を図る電力変換装置１Ａの動作について説明する。まず、図８で追加された記号について説明すると、「Ｉ０」は、電源部８５０と昇圧部６００との間に流れる昇圧前の整流電流である。ここでは、単に「整流電流」と呼ぶ。なお、整流電流Ｉ０と対比すると、コンバータ電流Ｉ１は、昇圧後の整流電流に相当する。また、「Ｉ２ａ」は、インバータ電流Ｉ２のうち、負荷部８００ａに分流する電流を表し、「Ｉ２ｂ」は、インバータ電流Ｉ２のうち、負荷部８００ｂに分流する電流を表している。ここでは、両者共に「分流電流」と呼ぶ。なお、以下の説明では、簡便化のため、平滑部電流Ｉ３の脈動分を零にする制御の内容で説明するが、制御前に比べて平滑部電流Ｉ３の脈動分が低減されていればよく、必ずしも平滑部電流Ｉ３の脈動分を零にする必要はない。
前述したように、実施の形態１に係る電力変換装置１Ａは、電源脈動補償制御の機能を備えている。以下の制御はこの機能を利用して行う。
図８の構成において、コンバータ電流Ｉ１と、インバータ電流Ｉ２における分流電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂとの間で、Ｉ１＝（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）の関係が成立している場合は、Ｉ３＝０となる。一方、電源脈動により、Ｉ１＞（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）の関係性が成立する電源電圧の位相においては、電流差分ΔＩ３＝｛Ｉ１－（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）｝がコンデンサ２１０に流れ込むこととなる。同様にＩ１＜（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）の関係が成立する場合においては、電流差分ΔＩ３＝｛（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）－Ｉ１｝が平滑部２００から流出することとなる。このとき、コンバータ電流Ｉ１の交流成分と、分流電流の和＝（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）の交流成分とが等しくなるように制御する。具体的には、電源脈動補償部８３０ａにおいて脈動電流を発生させ、分流電流Ｉ２ａをコンバータ電流Ｉ１の変化に応じて調整する。コンバータ電流Ｉ１の変化は、電流検出部５０１の検出値に基づいて検知することができる。これにより、電流差分ΔＩ３を零に近づけることができるので、平滑部２００への電流流入量及び電流流出量を減少させることができる。
平滑部電流Ｉ３の流出量及び流入量を減少させることができれば、コンデンサ素子に対するストレスを抑制でき、コンデンサ素子の経年劣化を抑制できる。これにより、コンデンサ２１０の寿命の延伸化を図ることができる。また、この制御による電流流入量の抑制分、及び電流流出量の抑制分だけ、コンデンサ素子の容量を低減でき、コンデンサ素子に対するリプル耐量が緩和される。これにより、安価なコンデンサ素子を利用できるので、装置のコスト増を抑制できる。
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１Ａが昇圧部６００を有していることによる効果について説明する。なお、本説明では、昇圧前の電圧、即ち整流電圧を「Ｖｓ」、昇圧後の電圧である昇圧電圧を「Ｖｂ」とする。
昇圧部６００においては、整流電圧Ｖｓ、整流電流Ｉ０、及び電源力率の３要素で決まる投入電力に対して、昇圧制御が行われ、昇圧電圧Ｖｂ及びコンバータ電流Ｉ１が出力される。一般に昇圧後の電圧は、Ｖｓ≦Ｖｂとなるため、Ｉ１＜Ｉ０の特性が得られる。ここで、コンデンサ２１０に流出入する電流量は、電流差分ΔＩ３の絶対値＝｜Ｉ１－（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ）｜で決まるため、一般に電力変換時に昇圧動作を伴った場合の方が電流量は小さくなる。従って、昇圧制御を積極的に行えば、昇圧制御を行わない場合に比べて、平滑部２００への電流流入量及び電流流出量を減少させることができる。
次に、実施の形態１に係る電力変換装置１Ａが、負荷部８００ａと、負荷部８００ａに並列に接続される負荷部８００ｂとを備える構成を利用して行う動作及びその効果について説明する。なお、前述の通り、図８を参照する説明では、負荷部８００ａは圧縮機モータ負荷を想定し、負荷部８００ｂはファンモータ負荷を想定している。
分流電流Ｉ２ａには、定トルク負荷駆動を想定した定電流負荷部８１０ａで使用する電流の他に、脈動負荷補償部８２０ａで使用する補償電流、及び電源脈動補償部８３０ａで使用する補償電流も含まれる。ここで、インバータ電流Ｉ２＝Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂは、電流検出部５０２により検出することができる。また、コンバータ電流Ｉ１は、電流検出部５０１により電流値を検出することができる。
ここで、ファンモータ負荷を備えた負荷部８００ｂが減速動作を行っていると仮定する。この場合、負荷部８００ｂで発生する起電力により、負荷部８００ｂにおけるインバータ出力電圧が小さくなる期間が発生する。この期間では、負荷部８００ｂは回生状態となり、負荷部８００ｂでは電力が消費されない。このとき、分流電流Ｉ２ｂ≦０となるので、平滑部２００への電流流入が発生する。そこで、電源脈動補償部８３０ａにおいて脈動電流を発生させ、分流電流Ｉ２ａを分流電流Ｉ２ｂの変化に応じて調整する。これにより、電流差分ΔＩ３を零に近づけることができるので、平滑部２００への電流流入量及び電流流出量を減少させることができる。
なお、図８の構成において、電流検出部５０２は、インバータ電流Ｉ２を検出するものであって、分流電流Ｉ２ｂを直接検出することはできない。インバータ電流Ｉ２の変化成分には、分流電流Ｉ２ａの変化成分も含まれてくるので、分流電流Ｉ２ｂの変化を精度良く検出することができない場面も存在し得る。そこで、電源脈動補償部８３０ａにおいて発生する脈動電流を補正する手法について提案する。
図９は、実施の形態１における脈動電流の補正手法の説明に供する図である。図９の横軸は回転速度を表し、縦軸は電源脈動補償部８３０ａにおいて発生させる脈動電流の補正値を表している。脈動電流の補正は、回転速度が大きいときに必要となる。このため、図９に示されるように、回転速度が第１の回転速度ｆ１以下では補正せず、回転速度が第１の回転速度ｆ１を超えた場合に脈動電流を補正する。図９の手法は、分流電流Ｉ２ｂの変化を直接検知する必要がない。このため、分流電流Ｉ２ｂを検出するための検出部は不要である。従って、図９の手法を用いれば、装置のコスト増を抑制しつつ、装置の簡素化を図ることができる。
なお、図９では、回転速度に応じて変化させる脈動電流の補正値ΔＩの変化を直線で表しているがこれに限定されない。即ち、回転速度と脈動電流の補正値ΔＩとの関係は、線形の関係である必要はなく、二次関数以上の高次関数で表されるものであってもよい。
また、図９では、脈動電流を回転速度に基づいて補正する手法について説明したが、脈動電流を平滑部２００の周囲温度、又はインバータ３１０ａ，３１０ｂの周囲温度に基づいて補正してもよい。この場合、全ての温度領域で補正してもよいし、図９と同様な手法により、高温度領域でのみ補正してもよい。また、回転速度に基づく補正、及び周囲温度に基づく補正の双方を実施してもよい。
ところで、圧縮機モータ負荷を備えた負荷部８００ａが機械的な機構に起因するトルク脈動を有する負荷である場合、圧縮機１回転中で加減速を行うこととなり、瞬時的に回生状態となる場合がある。このとき、分流電流Ｉ２ａ≦０となるので、平滑部２００への電流流入が発生する。そこで、負荷部８００ａが回生状態である場合には、電源脈動補償部８３０ａにおいて脈動電流を発生させて分流電流Ｉ２ａに流入させる。これにより、負荷部８００ａが回生状態であっても、電流差分ΔＩ３の増加を抑制することができる。
以上のように、実施の形態１に係る電力変換装置１Ａによれば、コンバータ７００に昇圧部６００を設けているので、昇圧部６００の昇圧動作を利用することで、平滑部電流Ｉ３の流出量及び流入量を減少させることができる。また、実施の形態１に係る電力変換装置１Ａによれば、またコンバータ７００の出力端に互いに並列に接続される負荷部を設けているので、当該負荷部の回生状態を有効利用することで、平滑部電流Ｉ３の流出量及び流入量を減少させることができる。これにより、コンデンサ素子に対するストレスを抑制でき、コンデンサ素子の経年劣化を抑制できるので、コンデンサ２１０の寿命の延伸化を図ることができる。また、コンデンサ素子の容量を低減でき、コンデンサ素子に対するリプル耐量が緩和されるので、安価なコンデンサ素子を利用することができる。これにより、装置のコスト増を抑制することができる。
なお、図８では、コンバータ７００の出力端に１つの負荷部８００ａと１つの負荷部８００ｂとが互いに並列に接続される構成について例示したが、この例に限定されない。第１の負荷部である負荷部８００ａは、互いに並列に接続される２以上の負荷部を備える第１の負荷群であってもよい。同様に、第２の負荷部である負荷部８００ｂも、互いに並列に接続される２以上の負荷部を備える第２の負荷群であってもよい。第１の負荷群のうちの少なくとも１つの負荷部が動作することで、上述した効果を得ることができる。
また、上記では、負荷部８００ａを第１の負荷部、負荷部８００ｂを第２の負荷部として説明したが、第１及び第２の負荷部との呼称は便宜的なものであり、負荷部８００ａを第２の負荷部と称し、負荷部８００ｂを第１の負荷部と称してもよい。
また、図７に示す実施の形態１に係る電力変換装置１Ａは、図８に示す構成に代えて、図１０のように構成されていてもよい。図１０は、実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第２の構成例を示す図である。図１０において、図８に示す構成部と同一又は同等のものには、同一の符号を付して示している。
図８では、１つの平滑部２００に対して、インバータ３１０ａとインバータ３１０ｂとが互いに並列に接続されていた。この構成に代え、図１０では、インバータ３１０ａの入力端に第１の平滑部である平滑部２００ａが接続され、インバータ３１０ｂの入力端に第２の平滑部である平滑部２００ｂが接続されるように構成されている。即ち、図１０では、１つのコンバータ７００に対して、平滑部２００ａと平滑部２００ｂとが互いに並列に接続されるように構成されている。また、平滑部２００に代えて平滑部２００ａ，２００ｂが設けられたことにより、負荷部８００ａの側には、分流電流Ｉ１ａを検出するための電流検出部５０１ａと、インバータ電流Ｉ２ａを検出するための電流検出部５０２ａとが設けられている。同様に、負荷部８００ｂの側には、分流電流Ｉ１ｂを検出するための電流検出部５０１ｂと、インバータ電流Ｉ２ｂを検出するための電流検出部５０２ｂとが設けられている。なお、分流電流Ｉ１ａは、コンバータ電流Ｉ１のうち、負荷部８００ａに分流する電流を表している。また、分流電流Ｉ１ｂは、コンバータ電流Ｉ１のうち、負荷部８００ｂに分流する電流を表している。
図１０の構成において、平滑部２００ａに流出入する平滑部電流Ｉ３ａの大きさは、｜Ｉ１ａ－Ｉ２ａ｜で表せる。同様に、平滑部２００ｂに流出入する平滑部電流Ｉ３ｂの大きさは、｜Ｉ１ｂ－Ｉ２ｂ｜で表せる。このように構成することで、部品点数は増加するものの、１つの平滑部に負荷が集中することを回避できる。これにより、図８の構成に比して、１つのコンデンサ素子にかかるストレスを２つのコンデンサ素子に分散できるので、コンデンサ素子の劣化を抑制することができる。
また、図１０の構成では、分流電流Ｉ１ａを直接検出できる電流検出部５０１ａと、インバータ電流Ｉ２ａを直接検出できる電流検出部５０２ａとが設けられると共に、分流電流Ｉ１ｂを直接検出できる電流検出部５０１ｂと、インバータ電流Ｉ２ｂを直接検出できる電流検出部５０２ｂとが設けられている。これにより、平滑部電流Ｉ３ａ，Ｉ３ｂを精度良く演算できるので、コンデンサ素子の劣化抑制を精度良く行うことができる。
また、図１０の構成では、電流検出部５０２ａ，５０２ｂが、それぞれインバータ電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂを直接検出することができる。これにより、瞬時的な回生状態の判定が可能となるので、負荷部８００ａの動作状態が回生状態であるか否かを精度良く判定することができる。
また、図７に示す実施の形態１に係る電力変換装置１Ａは、図１０に示す構成に代えて、図１１のように構成されていてもよい。図１１は、実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第３の構成例を示す図である。図１１において、図１０に示す構成部と同一又は同等のものには、同一の符号を付して示している。
図１１では、図１０に示す電流検出部５０１ａ，５０１ｂが共通化され、昇圧部６００と平滑部２００ｂとの接続点よりも昇圧部６００の側に電流検出部５０１が設けられている。この構成は、負荷部８００ａに流出入する電流と、負荷部８００ｂに流出入する電流との電流比率が事前に把握できている場合に有効である。この電流比率が事前に把握できている場合には、コンバータ電流Ｉ１を検出する電流検出部５０１の検出値に基づいて、分流電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂを演算で求めることができる。これにより、図１０に示す第２の構成例の効果を得つつ、電流検出部の簡素化を図ることができる。
また、図７に示す実施の形態１に係る電力変換装置１Ａは、図８に示す構成に代えて、図１２のように構成されていてもよい。図１２は、実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第４の構成例を示す図である。図１２において、図８に示す構成部と同一又は同等のものには、同一の符号を付して示している。
図１２において、定電流負荷部８１０ａ，８１０ｂは、共に圧縮機モータ負荷を想定している。図１２には、図８と同様に、回路要素として、電源部８５０と、昇圧部６００と、平滑部２００と、電流検出部５０１，５０２と、負荷部８００ａ，８００ｂとが示されている。負荷部８００ａは、定電流負荷部８１０ａと、脈動負荷補償部８２０ａと、電源脈動補償部８３０ａとを構成要素に含んでいる。負荷部８００ｂも同様に、定電流負荷部８１０ｂと、脈動負荷補償部８２０ｂと、電源脈動補償部８３０ｂとを構成要素に含んでいる。負荷部８００ｂが、脈動負荷補償部８２０ｂと、電源脈動補償部８３０ｂとを構成要素に含んでいる点が、図８との相違点である。
ここで、圧縮機モータ負荷を備えた負荷部８００ａ，８００ｂの双方が減速動作を行っていると仮定する。この場合、負荷部８００ａで発生する起電力により、負荷部８００ａにおけるインバータ出力電圧が小さくなる期間が発生する。同様に、負荷部８００ｂで発生する起電力により、負荷部８００ｂにおけるインバータ出力電圧が小さくなる期間が発生する。従って、負荷部８００ａ，８００ｂの双方が共に回生状態になり得る。そして、共に回生状態となる期間では、分流電流Ｉ２ａ≦０、且つ分流電流Ｉ２ｂ≦０となるので、平滑部２００への電流流入が発生する。
そこで、負荷部８００ａ，８００ｂの双方が共に回生状態となる期間では、電源脈動補償部８３０ａにおいて脈動電流を発生させ、分流電流Ｉ２ａを分流電流Ｉ２ｂの変化に応じて調整する。同時に、電源脈動補償部８３０ｂにおいて脈動電流を発生させ、分流電流Ｉ２ｂを分流電流Ｉ２ａの変化に応じて調整する。これにより、電流差分ΔＩ３の増加を抑制しつつ、電流差分ΔＩ３を零に近づけることができるので、平滑部２００への電流流入量及び電流流出量を減少させることができる。
また、圧縮機モータ負荷を備えた負荷部８００ａが機械的な機構に起因するトルク脈動を有する負荷である場合、圧縮機１回転中で加減速を行うこととなり、瞬時的に回生状態となる場合がある。このとき、分流電流Ｉ２ａ≦０となるので、平滑部２００への電流流入が発生する。そこで、負荷部８００ａが回生状態である場合には、電源脈動補償部８３０ａにおいて脈動電流を発生させて分流電流Ｉ２ａに流入させる。これにより、負荷部８００ａが回生状態であっても、電流差分ΔＩ３の増加を抑制することができる。
また、圧縮機モータ負荷を備えた負荷部８００ｂが機械的な機構に起因するトルク脈動を有する負荷である場合、圧縮機１回転中で加減速を行うこととなり、瞬時的に回生状態となる場合がある。このとき、分流電流Ｉ２ｂ≦０となるので、平滑部２００への電流流入が発生する。そこで、負荷部８００ｂが回生状態である場合には、電源脈動補償部８３０ｂにおいて脈動電流を発生させて分流電流Ｉ２ｂに流入させる。これにより、負荷部８００ｂが回生状態であっても、電流差分ΔＩ３の増加を抑制することができる。
以上のように、負荷部８００ａ，８００ｂが共に圧縮機モータ負荷であっても、負荷部８００ａ，８００ｂ双方の回生状態を有効利用することで、平滑部電流Ｉ３の流出量及び流入量を減少させることができる。これにより、コンデンサ素子に対するストレスを抑制でき、コンデンサ素子の経年劣化を抑制できるので、コンデンサ２１０の寿命の延伸化を図ることができる。また、コンデンサ素子の容量を低減でき、コンデンサ素子に対するリプル耐量が緩和されるので、安価なコンデンサ素子を利用することができる。これにより、装置のコスト増を抑制することができる。
また、図７に示す実施の形態１に係る電力変換装置１Ａは、図１２に示す構成に代えて、図１３のように構成されていてもよい。図１３は、実施の形態１に係る電力変換装置を具現する第５の構成例を示す図である。図１３において、図１２に示す構成部と同一又は同等のものには、同一の符号を付して示している。
図１３において、定電流負荷部８１０ａ，８１０ｂは、共にファンモータ負荷を想定している。定電流負荷部８１０ａ，８１０ｂが共にファンモータ負荷であるため、負荷部８００ａは、定電流負荷部８１０ａと、電源脈動補償部８３０ａとを構成要素に含んでいる。負荷部８００ｂも同様に、定電流負荷部８１０ｂと、電源脈動補償部８３０ｂとを構成要素に含んでいる。即ち、図１３における図１２との相違点は、負荷部８００ａ，８００ｂの双方において、脈動負荷補償部８２０ａ，８２０ｂを備えていない点である。
ここで、ファンモータ負荷を備えた負荷部８００ａ，８００ｂの双方が減速動作を行っていると仮定する。この場合、負荷部８００ａで発生する起電力により、負荷部８００ａにおけるインバータ出力電圧が小さくなる期間が発生する。同様に、負荷部８００ｂで発生する起電力により、負荷部８００ｂにおけるインバータ出力電圧が小さくなる期間が発生する。従って、負荷部８００ａ，８００ｂの双方が共に回生状態になり得る。そして、共に回生状態となる期間では、分流電流Ｉ２ａ≦０、且つ分流電流Ｉ２ｂ≦０となるので、平滑部２００への電流流入が発生する。
そこで、負荷部８００ａ，８００ｂの双方が共に回生状態となる期間では、電源脈動補償部８３０ａにおいて脈動電流を発生させ、分流電流Ｉ２ａを分流電流Ｉ２ｂの変化に応じて調整する。同時に、電源脈動補償部８３０ｂにおいて脈動電流を発生させ、分流電流Ｉ２ｂを分流電流Ｉ２ａの変化に応じて調整する。これにより、電流差分ΔＩ３の増加を抑制しつつ、電流差分ΔＩ３を零に近づけることができるので、平滑部２００への電流流入量及び電流流出量を減少させることができる。
以上のように、負荷部８００ａ，８００ｂが共にファンモータ負荷であっても、負荷部８００ａ，８００ｂ双方の回生状態を有効利用することで、平滑部電流Ｉ３の流出量及び流入量を減少させることができる。これにより、コンデンサ素子に対するストレスを抑制でき、コンデンサ素子の経年劣化を抑制できるので、コンデンサ２１０の寿命の延伸化を図ることができる。また、コンデンサ素子の容量を低減でき、コンデンサ素子に対するリプル耐量が緩和されるので、安価なコンデンサ素子を利用することができる。これにより、装置のコスト増を抑制することができる。
次に、実施の形態１に係る制御部４００の機能を実現するためのハードウェア構成について、図１４及び図１５の図面を参照して説明する。図１４は、実施の形態１に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１５は、実施の形態１に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。
実施の形態１における制御部４００の機能の一部又は全部を実現する場合には、図１４に示されるように、演算を行うプロセッサ４２０、プロセッサ４２０によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ４２２、及び信号の入出力を行うインタフェース４２４を含む構成とすることができる。
プロセッサ４２０は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ４２２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。
メモリ４２２には、実施の形態１における制御部４００の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ４２０は、インタフェース４２４を介して必要な情報を授受し、メモリ４２２に格納されたプログラムをプロセッサ４２０が実行し、メモリ４２２に格納されたテーブルをプロセッサ４２０が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ４２０による演算結果は、メモリ４２２に記憶することができる。
また、実施の形態１における制御部４００の機能の一部を実現する場合には、図１５に示す処理回路４２３を用いることもできる。処理回路４２３は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路４２３に入力する情報、及び処理回路４２３から出力する情報は、インタフェース４２４を介して入手することができる。
なお、制御部４００における一部の処理を処理回路４２３で実施し、処理回路４２３で実施しない処理をプロセッサ４２０及びメモリ４２２で実施してもよい。
以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置は、コンバータと、コンバータの出力端に接続される平滑部及び第１のインバータと、第１のインバータに並列に接続される第２のインバータと、制御部とを備える。制御部は、コンバータ、第１のインバータ又は第２のインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を抑制しつつ、第２のインバータ、及び第２のモータが搭載された第２の機器を含む第２の負荷部の動作状態に応じて第１のインバータの動作を制御する。即ち、実施の形態１に係る電力変換装置は、複数の機器を１つのコンバータ及び当該コンバータに接続される複数のインバータで駆動する装置構成を利用して、平滑部に流れる電流を抑制する制御を行う。これにより、平滑部に流れる電流の流出量及び流入量を減少させることができるので、コンデンサ素子に対するストレスを抑制でき、コンデンサ素子の経年劣化を抑制できる。これにより、平滑部の寿命の延伸化を図ることができる。
実施の形態２．
図１６は、実施の形態２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２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。実施の形態１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１６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。
１，１Ａ 電力変換装置、２，２Ａ モータ駆動装置、１１０ 商用電源、１３０ 整流部、１３１～１３４，６２１～６２４ 整流素子、２００，２００ａ，２００ｂ 平滑部、２１０ コンデンサ、３１０，３１０ａ，３１０ｂ インバータ、３１１ａ～３１１ｆ，６１１～６１５，６３２ スイッチング素子、３１２ａ～３１２ｆ 還流ダイオード、３１３ａ，３１３ｂ，５０１，５０１ａ，５０１ｂ，５０２，５０２ａ，５０２ｂ 電流検出部、３１４，３１４ａ，３１４ｂ モータ、３１５ 圧縮機、３１５ａ，３１５ｂ 機器、４００ 制御部、４２０ プロセッサ、４２２ メモリ、４２３ 処理回路、４２４ インタフェース、６００，６０１ 昇圧部、６３１，７１０ リアクトル、６３３ ダイオード、７００，７０１，７０２ コンバータ、８００ａ，８００ｂ 負荷部、８１０ａ，８１０ｂ 定電流負荷部、８２０ａ，８２０ｂ 脈動負荷補償部、８３０ａ，８３０ｂ 電源脈動補償部、８５０ 電源部、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 (14)

  1. 交流電源から印加される電源電圧を整流すると共に、要すれば前記電源電圧を昇圧するコンバータと、
    前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
    前記コンバータの前記出力端に接続され、前記コンバータ及び前記平滑部から出力される電力を第１の交流電力に変換し、第１のモータが搭載された第１の機器に出力する第１のインバータと、
    前記第１のインバータに並列に接続され、前記コンバータ及び前記平滑部から出力される電力を第２の交流電力に変換し、第２のモータが搭載された第２の機器に出力する第２のインバータと、
    前記コンバータ、前記第１のインバータ又は前記第２のインバータの動作を制御して前記平滑部に流れる電流を抑制しつつ、前記第２のインバータ、及び前記第２の機器を含む第２の負荷部の動作状態に応じて前記第１のインバータの動作を制御する制御部と、
    を備えた電力変換装置。
  2. 前記制御部は、第２の負荷部の動作状態に応じて前記第１のインバータの動作を制御しつつ、前記第１のインバータ、及び前記第１のモータが搭載された前記第１の機器を含む第１の負荷部の動作状態に応じて前記第２のインバータの動作を制御する
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記制御部は、前記第２の負荷部の動作状態が回生状態となる期間では、前記第１のインバータにおいて脈動電流を発生させ、前記第１の負荷部の動作状態が回生状態となる期間では、前記第２のインバータにおいて脈動電流を発生させる
    請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記制御部は、前記第２のモータの回転速度に基づいて前記脈動電流を補正する
    請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記制御部は、前記電力変換装置の周囲温度に基づいて前記脈動電流を補正する
    請求項３に記載の電力変換装置。
  6. 前記第１及び第２の負荷部の動作状態は、前記第１及び第２のインバータ又は前記第１及び第２のモータ又は前記第１及び第２の機器を検出対象とした物理量を検出する検出部の検出値、前記制御部の制御の過程で生成される指令値、及び前記制御部の制御の過程で推定される推定値のうちの少なくとも１つによって得られる
    請求項２から５の何れか１項に記載の電力変換装置。
  7. 前記平滑部は第１及び第２の平滑部から成り、
    前記第１の平滑部は前記第１のインバータの入力端に接続され、
    前記第２の平滑部は前記第２のインバータの入力端に接続される
    請求項１から６の何れか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記第１のインバータに流れる電流を検出する第１の検出部と、前記第２のインバータに流れる電流を検出する第２の検出部と、を備え、
    前記制御部は、前記第１の検出部による検出値に基づいて前記第１のインバータが回生状態であるか否かを判断し、前記第２の検出部による検出値に基づいて前記第２のインバータが回生状態であるか否かを判断する
    請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 請求項１から８の何れか１項に記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
  10. 前記第１の機器は圧縮機であり、
    前記第２の機器はファンである
    請求項９に記載のモータ駆動装置。
  11. 前記第１及び第２の機器は圧縮機である
    請求項９に記載のモータ駆動装置。
  12. 前記第１及び第２の機器はファンである
    請求項９に記載のモータ駆動装置。
  13. 請求項１から８の何れか１項に記載の電力変換装置を備える冷凍サイクル適用機器。
  14. 請求項９から１２の何れか１項に記載のモータ駆動装置を備える冷凍サイクル適用機器。
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