JP7387038B2 - 電力変換装置、モータ駆動装置および空気調和機 - Google Patents

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空気調和機に関する。

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、本開示は、空気調和機に搭載される電力変換装置である。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、モータが搭載された機器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機器に出力するようにインバータの動作を制御し、コンデンサに流れる電流を抑制する制御部と、を備える。制御部は、空気調和機の空調条件に応じて運転する。運転は、整流昇圧部の動作、モータまたは機器の振動を低減する振動抑制制御、インバータの過変調制御、モータに対する定トルク制御、およびコンデンサの充放電電流を抑制する電源脈動補償制御の有無により定まる。

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第１の図 実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す第２の図 実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す第３の図 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の運転モードおよび運転モードの内容を示す第１の図 実施の形態１に係る電力変換装置の運転モードおよび運転モードの内容を示す第２の図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機のハードウェア構成の例を示す第１の図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機のハードウェア構成の例を示す第２の図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０１の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０２の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０３の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０４の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０５の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０６の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０７の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０８の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１０９の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１０の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１１の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１２の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１３の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１４の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１５の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１６の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１７の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１８の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１１９の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１２０の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１２１の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１２２の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１２３の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の構成が構成１２４の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の冷房運転時の消費電力の変化の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が搭載される空気調和機の暖房運転時の消費電力の変化の例を示す図 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空気調和機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１の構成例を示す第１の図である。電力変換装置１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１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、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１、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２を構成している。

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。

昇圧部６００は、リアクトル６３１、スイッチング素子６３２、およびダイオード６３３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６３２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６３２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１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。

電流検出部５０１は、昇圧部６００によって昇圧された電力の電流値を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。

平滑部２００は、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。

電流検出部５０２は、インバータ３１０に流れる電流の電流値を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。

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、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、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。モータ３１４について、図１ではモータ巻線がＹ結線の場合を示しているが、一例であり、これに限定されない。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。

なお、電力変換装置１において、図１に示す各部の構成および配置は一例であり、各部の構成および配置は図１で示される例に限定されない。例えば、整流昇圧部７００は、４つのスイッチング素子を備え、制御部４００の制御によって４つのスイッチング素子をオンオフし、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に出力してもよい。また、整流昇圧部７００は、整流部１３０に対して昇圧部が並列に接続されるような構成であってもよい。

図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成例を示す第２の図である。電力変換装置１は、図１に示す電力変換装置１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１、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２を構成している。整流昇圧部７０１は、リアクトル６３１、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。また、本構成のリアクトル６３１は、商用電源１１０と整流昇圧部７０１と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。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。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。

図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成例を示す第３の図である。電力変換装置１は、図１に示す電力変換装置１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１、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２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。図１に示す電力変換装置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１の内部で整流部１３０と直列に接続されていたが、昇圧部６０１は、電力変換装置１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。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。

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Ｖｄｃ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から供給される第１の交流電力の電圧、電流などを検出する検出部を備えていてもよい。

制御部４００は、電流検出部５０１から昇圧部６００によって昇圧された電力の電流値を取得し、電流検出部５０２からインバータ３１０に流れる電流の電流値を取得し、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。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、整流昇圧部７００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１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１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４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４に示すように、電力変換装置１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１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５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１の制御部４００は、図５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４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、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４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６３２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６３２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。

つぎに、電力変換装置１が冷凍サイクル適用機器に搭載された場合における、電力変換装置１の動作について説明する。例えば、電力変換装置１が冷凍サイクル適用機器である空気調和機に搭載された場合、電力変換装置１の運転モードは、空気調和機の動作状態によって大きく変化する。例えば、空気調和機が空調制御対象とする室内において、ユーザの設定温度、すなわちユーザの所望温度と現在の室内温度との温度差が大きい場合、空気調和機に搭載された電力変換装置１の負荷は大きくなる。一方、ユーザの所望温度と現在の室内温度との温度差が小さい場合、空気調和機に搭載された電力変換装置１の負荷は小さくなる。また、空気調和機の運転状態によって平滑部２００に流れる電流Ｉ３が十分小さい場合、制御部４００は、前述のような、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制御を敢えて行わなくてもよいことも考えられる。そのため、電力変換装置１において、制御部４００は、負荷の動作状態である負荷状態に応じて前述した各種の制御を行い、運転モードを判定する。負荷とは、インバータ３１０、モータ３１４、およびモータ３１４が搭載された機器である。モータ３１４が搭載された機器とは、例えば、前述の圧縮機３１５、空気調和機に搭載されたファンなどであるが、これらに限定されない。

図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１の運転モードおよび運転モードの内容を示す第１の図である。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置１の運転モードおよび運転モードの内容を示す第２の図である。図６は電力変換装置１において昇圧部６００の昇圧動作オフの場合の運転モードを示す図であり、図７は電力変換装置１において昇圧部６００の昇圧動作オンの場合の運転モードを示す図である。

昇圧動作は、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から供給される電源電圧Ｖｓを昇圧させる動作である。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負荷トルク変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負荷トルク変動に合わせることで振動を抑制する制御である。

過変調制御は、モータ３１４を高回転領域で駆動可能とする駆動のため、インバータ３１０の出力電圧を大きくする制御である。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、電力変換装置１は、モータ３１４を高速回転する場合、供給電圧よりもモータ３１４の起電力が大きくなり回転が困難となるため、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。

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。負荷トルク変動を有するシステムであっても、比較的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、すなわ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、前述のように平滑部２００のコンデンサ２１０に流れる電源脈動に起因するリプル電流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コンデンサ２１０をスルーし、負荷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。

運転モード、すなわち制御部４００による電力変換装置１の運転は、整流昇圧部７００の動作、モータ３１４またはモータ３１４が搭載された機器の振動を低減する振動抑制制御、インバータ３１０の過変調制御、モータ３１４に対する定トルク制御、およびコンデンサ２１０の充放電電流を抑制する電源脈動補償制御、の各有無の組み合わせにより定まる。図６および図７に示す各制御の有無については、制御部４００が、負荷状態に応じて判定する。すなわち、制御部４００は、負荷状態に応じて、各制御の有無を判定し、運転モードを維持または切り替える。なお、図６および図７の例では、運転モードの具体的な内容として５つの項目を挙げたが、一例であり、これらに限定されない。５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、５つの項目以外の項目をさらに制御の対象にしてもよい。５つの項目以外の項目とは、例えば、弱め磁束制御がある。すなわち、運転には、弱め磁束制御が含まれてもよい。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。

電力変換装置１は、負荷状態について、電流値、例えば、電流検出部５０１の検出値によって電流Ｉ１を検出し、電流検出部５０２の検出値によって電流Ｉ２を検出することができる。また、電力変換装置１は、負荷状態について、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、負荷状態について、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、または制御部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、または間接的に検出することができる。このように、負荷状態は、インバータ３１０またはモータ３１４または圧縮機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、および制御部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、温度の他、例えば、電圧値などであってもよい。

以下、電力変換装置１が冷凍サイクル適用機器として空気調和機に搭載される場合における、図６および図７に示す各運転モードの概要について説明する。

運転モード１は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード１は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動も小さく、またモータ電圧飽和にも至らず、且つ負荷電流脈動、電源電流脈動も小さい場合の運転等に用いる。

運転モード２は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード２は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動も小さく、またモータ電圧飽和にも至らず、且つ負荷電流脈動も小さいが、電源電流脈動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード３は、昇圧動作無し、振動抑制制御有り、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード３は、昇圧動作は行わず、モータ電圧飽和にも至らず、また負荷電流脈動や電源電流脈動は小さいが、メカ起因の振動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード４は、昇圧動作無し、振動抑制制御有り、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード４は、昇圧動作は行わず、モータ電圧飽和にも至らず、また負荷電流脈動も小さいが、メカ起因の振動と電源電流脈動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード５は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード５は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動は小さく、また負荷電流脈動や電源電流脈動は小さいが、モータ電圧飽和対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード６は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード６は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動は小さく、また負荷電流脈動は小さいが、モータ電圧飽和対策と電源電流脈動抑制を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード７は、昇圧動作無し、振動抑制制御有り、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード７は、昇圧動作は行わず、負荷電流脈動や電源電流脈動は小さいが、メカ起因の振動抑制とモータ電圧飽和対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード８は、昇圧動作無し、振動抑制制御有り、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード８は、昇圧動作は行わず、負荷電流脈動は小さいが、メカ起因の振動を抑制し、モータ電圧飽和対策と電源電流脈動対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード９は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード９は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動は小さく、またモータ電圧飽和に至っておらず、且つ電源電流脈動も小さいが、負荷電流脈動による効率低下を抑制（省エネ運転）したい場合の運転等に用いる。

運転モード１０は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード１０は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動は小さく、またモータ電圧飽和に至っていないが、負荷電流脈動による効率低下を抑え（省エネ運転）、電源電流脈動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード１１は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード１１は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動は小さく、また電源電流脈動は小さいが、モータ電圧飽和対策を行い、負荷電流脈動による効率低下を抑えたい（省エネ運転）場合の運転等に用いる。

運転モード１２は、昇圧動作無し、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード１２は、昇圧動作は行わず、メカ起因の振動は小さいが、モータ電圧飽和対策を行い、負荷電流脈動による効率低下を抑え（省エネ運転）、且つ電源電流脈動対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード１３は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード１３は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動も小さく、またモータ電圧飽和にも至らず、且つ負荷電流脈動・電源電流脈動も小さい場合の運転等に用いる。

運転モード１４は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード１４は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さく、モータ電圧飽和にも至らず、また負荷電流脈動も小さいが、電源電流脈動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード１５は、昇圧動作有り、振動抑制制御有り、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード１５は、昇圧動作を行う際、モータ電圧飽和にも至らず、また負荷電流脈動や電源電流脈動は小さいが、メカ起因の振動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード１６は、昇圧動作有り、振動抑制制御有り、過変調制御無し、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード１６は、昇圧動作を行う際、モータ電圧飽和にも至らず、また負荷電流脈動も小さいが、メカ起因の振動と電源電流脈動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード１７は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード１７は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さく、また負荷電流脈動や電源電流脈動は小さいが、モータ電圧飽和対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード１８は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード１８は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さく、また負荷電流脈動は小さいが、モータ電圧飽和対策と電源電流脈動抑制を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード１９は、昇圧動作有り、振動抑制制御有り、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード１９は、昇圧動作を行う際、負荷電流脈動や電源電流脈動は小さいが、メカ起因の振動を抑制し、モータ電圧飽和対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード２０は、昇圧動作有り、振動抑制制御有り、過変調制御有り、定トルク制御無し、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード２０は、昇圧動作を行う際、負荷電流脈動は小さいが、メカ起因の振動を抑制し、モータ電圧飽和対策と電源電流脈動対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード２１は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード２１は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さく、またモータ電圧飽和に至っておらず、且つ電源電流脈動も小さいが、負荷電流脈動による効率低下を抑制したい（省エネ運転）場合の運転等に用いる。

運転モード２２は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御無し、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード２２は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さく、またモータ電圧飽和に至っていないが、負荷電流脈動による効率低下を抑え（省エネ運転）、電源電流脈動を抑制したい場合の運転等に用いる。

運転モード２３は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御無しの組み合わせである。運転モード２３は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さく、また電源電流脈動は小さいが、モータ電圧飽和対策を行い、負荷電流脈動による効率低下を抑えたい（省エネ運転）場合の運転等に用いる。

運転モード２４は、昇圧動作有り、振動抑制制御無し、過変調制御有り、定トルク制御有り、および電源脈動補償制御有りの組み合わせである。運転モード２４は、昇圧動作を行う際、メカ起因の振動は小さいが、モータ電圧飽和対策を行い、負荷電流脈動による効率低下を抑え（省エネ運転）、且つ電源電流脈動対策を行いたい場合の運転等に用いる。

運転モード１から運転モード２４において、制御部４００は、例えば、コンデンサ２１０の容量に応じて電源脈動補償制御の有無を決定することができる。また、制御部４００は、モータ３１４が搭載された機器、すなわち圧縮機３１５の仕事量に応じて振動抑制制御の有無を決定することができる。

ここで、電力変換装置１は、前述のように空気調和機に搭載される場合、空気調和機の空調条件に応じて運転モードを判定することも可能である。図８は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機のハードウェア構成の例を示す第１の図である。図９は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機のハードウェア構成の例を示す第２の図である。図８は、電力変換装置１に接続される商用電源１１０が単相電源の場合を示し、図９は、電力変換装置１に接続される商用電源１１０が三相電源の場合を示している。図８および図９において、構成要素は、電源相数、コンバータ、コンデンサ２１０、モータ３１４、およびメカ機構である。なお、図８および図９では、電源相数、およびコンバータを併せて直流電源装置としている。

電源相数について、商用電源１１０などの電源には単相および多相がある。多相の場合、三相が一般的である。単相電源は、家電製品など、比較的小さな電気製品で用いられる。三相電源は、産業用の電気機器など、比較的大きな電気製品で用いられる。空気調和機において単相電源を用いる機種は、主にルームエアコン、業務用エアコンなどがある。空気調和機において三相電源を用いる機種は、主に業務用エアコン、業務用マルチエアコンなどがある。

コンバータは、交流電力を直流電力に変換する部分であり、例えば、前述の整流昇圧部７００，７０１，７０２である。コンバータには、整流することで直流電力に変換するパッシブ構成、整流前または整流後にスイッチングすることで直流電圧を可変する、または電源力率、電源高調波などを改善するスイッチ系（以下、ＳＷ系と称する。）がある。パッシブ構成の場合、主にリアクトルと整流器で構成される。パッシブ構成は、図１に示す電力変換装置１の整流昇圧部７００からスイッチング素子６３２を削除したような構成である。ＳＷ系の場合、主にリアクトル、整流器、スイッチング素子、逆流防止素子などで構成される。ＳＷ系の構成によっては、スイッチング素子および逆流防止素子が整流器の役割を兼ねる場合もある。ＳＷ系の動作としては、電源周期に対し部分的にスイッチングを行う部分ＳＷ系と、電源周期に対し全域でスイッチングを行うフルＳＷ系とがある。部分ＳＷ系は、前述の簡易スイッチングであり、スイッチング素子に対する動作を切り替える。フルＳＷ系は、前述のフルＰＡＭであり、スイッチング素子を常に動作させる。部分ＳＷ系とフルＳＷ系とは、例えば、電源高調波の規制によって用途が区別される。例えば、電源高調波の規制が比較的厳しい地域へ出荷する機種については、フルＳＷ系で常にコンバータを動作させ、軽負荷および高負荷の場合においてともに電源高調波を改善する。一方で、電源高調波の規制が比較的厳しくない地域へ出荷する機種については、部分ＳＷ系で必要な負荷領域のみコンバータを動作させ、電源高調波を改善する。部分ＳＷ系とフルＳＷ系とは、例えば、空気調和機の運転範囲によって用途が区別される。空気調和機の高負荷領域の運転範囲拡大のためには、負荷に印加する直流電圧を昇圧する必要があるので、昇圧比を高くできるフルＳＷ系が好ましい。常にコンバータを動作させるフルＳＷ系は、リアクトルのインダクタンス値を小さくできるメリットがあるが、スイッチング損失が発生するデメリットがある。必要な負荷領域のみコンバータを動作させる部分ＳＷ系は、スイッチング損失を小さくできるメリットがあるが、リアクトルのインダクタンス値を大きくする必要があるデメリットがある。

コンデンサ２１０は、前述のように、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどである。モータ３１４は、前述のように圧縮機３１５に搭載される。

メカ機構は、圧縮機３１５の機構を示すものである。空気調和機で使用される圧縮機３１５には、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機などがある。ロータリー圧縮機には、シングルロータリ方式、ツインロータリ方式と呼ばれる方式がある。シングルロータリ方式は、シリンダーを１つ有する構造であり、回転周期の１ｆの振動が顕著に表れる。ツインロータリ方式は、シリンダーを２つ有する構造であり、回転周期の２ｆの振動が顕著に表れる。スクロール圧縮機は、スクロール方式として、固定スクロール方式、揺動スクロール方式などと呼ばれる渦巻体を持つ方式である。スクロール圧縮機は、回転周期の１ｆ～３ｆの振動が顕著に表れるが、振動のピークは分散している。振動の面では、シングルロータリ方式、ツインロータリ方式、スクロール方式の順で大きいという傾向がある。コストの面では、シングルロータリ方式、ツインロータリ方式、スクロール方式の順で低いという傾向がある。

図１０から図３３は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機において、図８に示した単相電源に対応した機種の構成における空調条件と、図６および図７に示した運転モードとの関係を示す図である。図１０から図３３の詳細については後述する。図３４は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の冷房運転時の消費電力の変化の例を示す図である。図３５は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の暖房運転時の消費電力の変化の例を示す図である。図３４および図３５において、横軸は時間を示し、縦軸は消費電力を示している。図１０から図３３で示される空気調和機としての空調条件は、冷房中間、冷房定格、暖房中間、暖房定格、および暖房低温があり、さらに、定格負荷領域である冷房定格および暖房定格、さらに高負荷領域である暖房低温の空調条件から保護に入るモードを加えて記載している。なお、冷房中間および暖房中間の空調条件をまとめて中間負荷領域としている。

図３４に示すように、ユーザ操作によって冷房動作モードに入った運転開始直後は、室内温度と設定された温度とが離れている状態である。圧縮機３１５は、モータ３１４が高速回転で運転し、仕事量が多い状態である。このような状態が冷房定格と呼ばれる空調条件を表し、消費電力は高い状態にある。冷房定格で十分に動作を行った時点では、室内温度と設定された温度とが近くなった状態である。圧縮機３１５は、モータ３１４が低速回転に移行して運転し、仕事量が少ない状態となる。このような状態が冷房中間と呼ばれる空調条件を表し、消費電力は低い状態にある。また、冷房定格の負荷条件において、熱サイクルの温度を保護するなどの目的で、圧縮機３１５のモータ３１４の回転数を高速回転から低速回転に一時的に移行する場合がある。このような保護動作を行った場合、モータ３１４が低速回転ではあるが、圧縮機３１５の仕事量が比較的大きい状態となる。

また、図３５に示すように、ユーザ操作によって暖房動作モードに入った運転開始直後は、室内温度と設定された温度とが離れている状態である。圧縮機３１５は、モータ３１４が高速回転で運転し、仕事量が多い状態である。このような状態が暖房定格と呼ばれる空調条件を表し、消費電力は高い状態にある。暖房運転においては、暖房定格時よりも外気温が低い環境での動作モードである、暖房低温と呼ばれる空調条件が存在する。暖房低温は、暖房定格よりも負荷が大きく、消費電力はさらに高い状態にある。また、暖房定格、暖房低温などの空調条件において、熱サイクルの温度を保護するなどの目的で、圧縮機３１５のモータ３１４の回転数を高速回転から低速回転に一時的に移行する場合がある。このような保護動作を行った場合、モータ３１４が低速回転ではあるが、圧縮機３１５の仕事量が比較的大きい状態となる。さらに、暖房運転においては、室外機の熱交換器部分に霜が付く着霜という現象がある。着霜すると熱交換がうまく行えず、負荷が大きくなるうえに空気調和機の空調効果が得られにくくなる。そこで、除霜と呼ばれる霜取りの運転が入ることがある。除霜運転自体の消費電力は小さいものの、除霜運転の間室内の暖房運転は行えないため、室温が下がり、復帰後は比較的負荷が大きい状態での運転となる。

これらの空調条件の変化に対する運転モードの切り替えについて説明する。なお、空気調和機を主体にして説明するが、空調条件に応じて運転モードを切り替える制御は、実際には電力変換装置１の制御部４００が行っている。制御部４００は、空気調和機の空調条件に応じて運転する。空調条件には、冷房中間、冷房定格、暖房中間、暖房定格、および暖房低温のうち少なくとも１つが含まれる。制御部４００は、空調条件について、空気調和機に対するユーザの設定、空気調和機の室外機が設置される室外の温度、空気調和機の室内機が設置される室内の温度、空気調和機の運転時間などから直接的、または間接的に取得することができる。制御部４００は、これらの全てを用いて空調条件を得てもよいし、少なくとも１つによって得てもよい。

図１０は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０１の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０１は、単相電源に対応した中でも比較的簡素なハードウェア構成となっている。直流電源装置部分は、単相に対応した整流器と、整流器の前段または後段にリアクトルを設けたパッシブ構成のコンバータと、を備える。構成１０１の直流電源装置部分は、図１に示す電力変換装置１の整流昇圧部７００からスイッチング素子６３２、ダイオード６３３などを削除したような構成である。コンデンサ２１０の容量は比較的大きい。圧縮機３１５のモータ３１４の起電力は比較的大きい。圧縮機３１５のメカ機構は、シングルロータリなどとし、機械的脈動は比較的大きい。

空気調和機は、構成１０１で冷房運転を行うケースでは、運転開始直後に冷房定格で運転するため、運転モード１での運転となる。空気調和機は、その後、室内温度と設定された温度とが近づくと、例えば、差分に閾値を設けるなどの切替条件で冷房定格から冷房中間に切り替えるが、低速運転となってメカ機構起因の振動が顕著に表れるため、振動抑制制御有りの運転モード３に切り替える。空気調和機は、保護に入る場合、運転モード７に切り替える。また、空気調和機は、暖房運転を行うケースでは、運転開始直後に暖房定格で運転するため、運転モード１での運転となる。または、空気調和機は、外気温によっては暖房低温で運転するため、運転モード５で運転する。空気調和機は、その後、室内温度と設定された温度とが近づくと、例えば、差分に閾値を設けるなどの切替条件で暖房定格から暖房中間に切り替えるが、低速運転となってメカ機構起因の振動が顕著に表れるため、振動抑制制御有りの運転モード３に切り替える。空気調和機は、保護に入る場合、運転モード７に切り替える。空気調和機は、除霜運転の前後では、負荷が大きい状態であるので外気温に応じて、運転モード１または運転モード５にて運転を行う。このように、空気調和機は、構成１０１においては、運転モード１、運転モード３、運転モード５、および運転モード７を切り替えることで、各空調条件に最適な製品動作を提供することが可能となる。

図１１は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０２の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０２は、構成１０１に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１０２の場合、中間負荷領域のときに運転モード１で運転を行う点が構成１０１の場合と異なる。

図１２は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０３の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０３は、構成１０１に対し、モータ３１４を高巻数にするなどモータ起電力を向上させた、すなわち小さくした構成である。空気調和機は、構成１０３の場合、定格負荷領域および暖房低温のときに運転モード１１で運転を行う点が構成１０１の場合と異なる。

図１３は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０４の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０４は、構成１０３に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１０４の場合、中間負荷領域のときに運転モード９で運転を行う点が構成１０３の場合と異なる。

図１４は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０５の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０５は、構成１０１に対し、コンデンサ２１０の容量を小さくした構成である。空気調和機は、構成１０５の場合、電源脈動補償制御の有無が構成１０１の場合と異なる。その結果、空気調和機は、構成１０１の場合の運転モード１、運転モード３、運転モード５、および運転モード７に対して、構成１０５の場合は運転モード２、運転モード４、運転モード６、および運転モード８で運転を行う。

図１５は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０６の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０６は、構成１０５に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１０６の場合、中間負荷領域のときに運転モード２で運転を行う点が構成１０５の場合と異なる。

図１６は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０７の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０７は、構成１０５に対し、モータ３１４を高巻数にするなどモータ起電力を向上させた、すなわち小さくした構成である。空気調和機は、構成１０７の場合、定格負荷領域および暖房低温のときに運転モード１２で運転を行う点が構成１０５の場合と異なる。

図１７は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０８の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０８は、構成１０７に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１０８の場合、中間負荷領域のときに運転モード１０で運転を行う点が構成１０７の場合と異なる。

図１８は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１０９の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１０９は、構成１０１に対し、コンバータをパッシブ構成から部分ＳＷ系に変更した構成である。空気調和機は、構成１０９の場合、昇圧動作の有無が構成１０１の場合と異なる。その結果、空気調和機は、構成１０１の場合の運転モード１、運転モード３、運転モード５、および運転モード７に対して、構成１０９の場合は運転モード１３、運転モード３、運転モード１７、および運転モード１９で運転を行う。

図１９は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１０の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１０は、構成１０９に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１１０の場合、中間負荷領域のときに運転モード１で運転を行う点が構成１０９の場合と異なる。

図２０は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１１の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１１は、構成１０９に対し、モータ３１４を高巻数にするなどモータ起電力を向上させた、すなわち小さくした構成である。空気調和機は、構成１１１の場合、定格負荷領域のときに運転モード２１で運転を行い、暖房低温のときに運転モード２３で運転を行う点が構成１０９の場合と異なる。

図２１は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１２の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１２は、構成１１１に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１１２の場合、中間負荷領域のときに運転モード９で運転を行う点が構成１１１の場合と異なる。

図２２は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１３の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１３は、構成１０９に対し、コンデンサ２１０の容量を小さくした構成である。空気調和機は、構成１１３の場合、電源脈動補償制御の有無が構成１０９の場合と異なる。その結果、空気調和機は、構成１０９の場合の運転モード３、運転モード１３、運転モード１７、および運転モード１９に対して、構成１１３の場合は運転モード４、運転モード１４、運転モード１８、および運転モード２０で運転を行う。

図２３は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１４の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１４は、構成１１３に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１１４の場合、中間負荷領域のときに運転モード２で運転を行う点が構成１１３の場合と異なる。

図２４は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１５の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１５は、構成１１３に対し、モータ３１４を高巻数にするなどモータ起電力を向上させた、すなわち小さくした構成である。空気調和機は、構成１１５の場合、定格負荷領域のときに運転モード２２で運転を行い、暖房低温のときに運転モード２４で運転を行う点が構成１１３の場合と異なる。

図２５は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１６の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１６は、構成１１５に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１１６の場合、中間負荷領域のときに運転モード１０で運転を行う点が構成１１５の場合と異なる。

図２６は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１７の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１７は、構成１０１に対し、コンバータをパッシブ構成からフルＳＷ系に変更した構成である。空気調和機は、構成１１７の場合、昇圧動作の有無が構成１０１の場合と異なる。その結果、空気調和機は、構成１０１の場合の運転モード１、運転モード３、運転モード５、および運転モード７に対して、構成１１７の場合は運転モード１３、運転モード１５、運転モード１７、および運転モード１９で運転を行う。

図２７は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１８の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１８は、構成１１７に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１１８の場合、中間負荷領域のときに運転モード１３で運転を行う点が構成１１７の場合と異なる。

図２８は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１１９の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１１９は、構成１１７に対し、モータ３１４を高巻数にするなどモータ起電力を向上させた、すなわち小さくした構成である。空気調和機は、構成１１９の場合、定格負荷領域のときに運転モード２１で運転を行い、暖房低温のときに運転モード２３で運転を行う点が構成１１７の場合と異なる。

図２９は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１２０の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１２０は、構成１１９に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１２０の場合、中間負荷領域のときに運転モード２１で運転を行う点が構成１１９の場合と異なる。

図３０は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１２１の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１２１は、構成１１７に対し、コンデンサ２１０の容量を小さくした構成である。空気調和機は、構成１２１の場合、電源脈動補償制御の有無が構成１１７の場合と異なる。その結果、空気調和機は、構成１１７の場合の運転モード１３、運転モード１５、運転モード１７、および運転モード１９に対して、構成１２１の場合は運転モード１４、運転モード１６、運転モード１８、および運転モード２０で運転を行う。

図３１は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１２２の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１２２は、構成１２１に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１２２の場合、中間負荷領域のときに運転モード１４で運転を行う点が構成１２１の場合と異なる。

図３２は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１２３の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１２３は、構成１２１に対し、モータ３１４を高巻数にするなどモータ起電力を向上させた、すなわち小さくした構成である。空気調和機は、構成１２３の場合、定格負荷領域のときに運転モード２２で運転を行い、暖房低温のときに運転モード２４で運転を行う点が構成１２１の場合と異なる。

図３３は、実施の形態１に係る電力変換装置１が搭載される空気調和機の構成が構成１２４の場合における空調条件と運転モードとの関係を示す図である。構成１２４は、構成１２３に対し、圧縮機３１５のメカ機構をツインロータリ、スクロールなどとし、機械的脈動を比較的小さくした構成である。空気調和機は、構成１２４の場合、中間負荷領域のときに運転モード２２で運転を行う点が構成１２３の場合と異なる。

空気調和機の構成が構成１０１から構成１２４の場合において、制御部４００は、例えば、コンデンサ２１０の容量に応じて電源脈動補償制御の有無を決定することができる。また、制御部４００は、機器である圧縮機３１５の機構に応じて振動抑制制御の有無を決定することができる。また、制御部４００は、モータ３１４の起電力に応じて整流昇圧部７００の動作および各制御の有無を決定することができる。

制御部４００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図３６は、実施の形態１に係る電力変換装置１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１の空調条件を取得する（ステップＳ１）。制御部４００は、取得した空調条件から各制御の有無を決定し、空調条件に応じた運転モードを判定する（ステップＳ２）。制御部４００は、判定した運転モードが前回と同じか否かを確認する（ステップＳ３）。運転モードが前回と同じ場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御部４００は、前回の運転モードを維持する（ステップＳ４）。運転モードが前回と異なる場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、制御部４００は、運転モードを切り替える（ステップＳ５）。

つづいて、電力変換装置１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３７は、実施の形態１に係る電力変換装置１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１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１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２１０の使用が可能となる。また、電力変換装置１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１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１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１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１において、制御部４００は、昇圧部６００のスイッチング素子６３２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。

また、電力変換装置１は、空調条件に応じて運転モードを切り替える。これにより、電力変換装置１は、不要に処理負荷を上げることなく、可能な場合には省エネ運転を行うことができる。

実施の形態２．
図３８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１を備える。実施の形態２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。本実施の形態においては、前述の実施の形態１と同様、具体的には、冷凍サイクル適用機器９００として空気調和機を想定している。なお、図３８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 電力変換装置、２ モータ駆動装置、１１０ 商用電源、１２０，６３１ 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，６１１～６１４，６３２ スイッチング素子、３１２ａ～３１２ｆ 還流ダイオード、３１３ａ，３１３ｂ，５０１，５０２ 電流検出部、３１４ モータ、３１５ 圧縮機、４００ 制御部、６００，６０１ 昇圧部、６３３ ダイオード、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 (9)

1. 空気調和機に搭載される電力変換装置であって、
   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、モータが搭載された機器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機器に出力するように前記インバータの動作を制御し、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、
   前記制御部は、前記空気調和機の空調条件に応じて運転し、
   前記運転は、前記整流昇圧部の動作、前記モータまたは前記機器の振動を低減する振動抑制制御、前記インバータの過変調制御、前記モータに対する定トルク制御、および前記コンデンサの充放電電流を抑制する電源脈動補償制御の有無により定まる電力変換装置。
2. 前記運転に、弱め磁束制御を含む、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記コンデンサの容量に応じて前記電源脈動補償制御の有無を決定する、
   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、前記機器の機構に応じて前記振動抑制制御の有無を決定する、
   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、前記モータの起電力に応じて前記整流昇圧部の動作および各制御の有無を決定する、
   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. 前記空調条件に、冷房中間、冷房定格、暖房中間、暖房定格、および暖房低温のうち少なくとも１つを含む、
   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. 前記空調条件は、前記空気調和機に対するユーザの設定、前記空気調和機の室外機が設置される室外の温度、前記空気調和機の室内機が設置される室内の温度、前記空気調和機の運転時間のうち少なくとも１つによって得られる、
   請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
8. 請求項１から７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。
9. 請求項１から７のいずれか１つに記載の電力変換装置を備える空気調和機。

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