JP7499886B2 - 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

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。

電力変換装置は、交流電源から出力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの出力電圧を平滑する平滑部と、平滑部を介して出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に印加するインバータと、を備える。即ち、電力変換装置は、コンバータとインバータとの間に、コンバータの出力電圧を平滑する平滑コンデンサを有している。

下記特許文献１には、圧縮機駆動用の電力変換装置が記載されている。この電力変換装置は、電圧検出手段によって平滑コンデンサの両端電圧を検出し、検出した両端電圧の脈動電圧からリプル電流を算出し、算出したリプル電流に基づいてインバータの動作を制御する。特許文献１の技術を用いれば、リプル電流の検出精度を高めることができるので、負荷への電力供給を不要に制限することなく、負荷への電力供給が可能となる。

特開２０１３－６６２９９号公報

しかしながら、特許文献１には、平滑コンデンサの状態を考慮した制御については記載されていない。平滑コンデンサの劣化が許容限度を超えると、電力変換装置の動作を停止せざるを得なくなる。このため、電力変換装置の継続使用期間を延ばすには、平滑コンデンサの状態を適切に把握してこれに対処することが肝要である。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑コンデンサの状態を適切に把握して、継続使用期間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、本開示に係る電力変換装置は、コンバータ、平滑部、インバータ、電圧検出器及び制御部を備える。コンバータは、交流電源から供給される第１の交流電力を整流すると共に、第１の交流電力の電圧を昇圧する。平滑部は、平滑コンデンサを有し、コンバータの出力端に接続される。インバータは、平滑部の両端に接続され、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、モータを有する負荷に第２の交流電力を供給する。電圧検出器は、平滑部の両端電圧を検出する。制御部は、演算部及び推定部を有する。演算部は、両端電圧及び平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を算出する。推定部は、平滑部の温度、物理量の基準値及び物理量の算出値に基づいて物理量の基準時からの変化量を推定する。制御部は、変化量に基づいて、コンバータ及びインバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する。

本開示に係る電力変換装置によれば、平滑コンデンサの状態を適切に把握して、継続使用期間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構成例を示す図 実施の形態１に係る制御部の構成例を示すブロック図 実施の形態１の制御部における処理の流れを示すフローチャート 実施の形態１の制御部における動作原理の説明に供する図 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１の第１の変形例に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態１の第２の変形例に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態１の第３の変形例に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態２に係る制御部の構成例を示すブロック図 実施の形態２の制御部における動作原理の説明に供する図 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３に係る制御部の構成例を示すブロック図 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１の構成例を示す図である。電力変換装置１は、商用電源１１０及び圧縮機３１５に接続される。商用電源１１０は交流電源の一例であり、圧縮機３１５は負荷の一例である。電力変換装置１は、商用電源１１０から供給される第１の交流電力を所望の振幅及び位相を有する第２の交流電力に変換して圧縮機３１５に供給する。

電力変換装置１は、電圧電流検出部５０１と、コンバータ７００と、平滑部２００と、インバータ３１０と、電流検出器３１３ａ，３１３ｂと、温度検出器２５０と、制御部４２０とを備える。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。

電圧電流検出部５０１は、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧及び電流を検出する。電圧電流検出部５０１による各検出値は、制御部４２０に入力される。

コンバータ７００は、整流部１３０と、昇圧部６００とを備える。コンバータ７００は、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共に、第１の交流電力の電圧を昇圧する。

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する。整流部１３０は、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧を整流して昇圧部６００に出力する。

昇圧部６００は、リアクトル１２０、スイッチング素子６１１及び整流素子６２１を有する。昇圧部６００は、整流部１３０の出力端に接続される。昇圧部６００は、整流部１３０から出力される整流電圧を昇圧し、昇圧した昇圧電圧を平滑部２００に印加する。

昇圧部６００では、制御部４２０から出力される制御信号によって、スイッチング素子６１１がオン又はオフに制御される。スイッチング素子６１１がオンに制御されると、整流電圧はリアクトル１２０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６１１がオフに制御されると、整流電圧は、リアクトル１２０及び整流素子６２１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１２０にエネルギーが蓄積されていれば、整流電圧とリアクトル１２０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。

平滑部２００は、平滑コンデンサ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。平滑コンデンサ２１０は、コンバータ７００から印加される電圧を平滑する。平滑コンデンサ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。

平滑部２００には、電圧検出器２１２と、電流検出器２１４とが設けられている。電圧検出器２１２は、平滑コンデンサ２１０の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。コンデンサ電圧Ｖｃは、平滑部２００の両端電圧と等価である。従って、平滑部２００の外部に設けられた電圧検出器２１２によって、平滑部２００の両端電圧を検出してもよい。電流検出器２１４は、平滑部２００に流出入する第１電流Ｉ１を検出する。電圧検出器２１２及び電流検出器２１４の各検出値は、制御部４２０に入力される。第１電流Ｉ１は、図示の向き、即ち平滑コンデンサ２１０における放電電流の流れる向きを正と定義する。なお、本稿では、第１電流Ｉ１を「コンデンサ電流」と呼ぶ場合がある。また、本稿では、電流検出器２１４を「第１の電流検出器」と呼ぶ場合がある。

なお、図１では、更に、コンバータ７００から流出する電流を「Ｉ２」と表記し、インバータ３１０に流入する電流を「Ｉ３」と表記している。本稿では、電流Ｉ２を「第２電流」と呼び、電流Ｉ３を「第３電流」と呼ぶ。また、図示の向きを「正」と定義する。これらの定義により、第１電流Ｉ１と、第２電流Ｉ２と、第３電流Ｉ３との間の関係は、「Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２」、又は「Ｉ１＝Ｉ３－Ｉ２」の式で表すことができる。

インバータ３１０は、平滑部２００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、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４２０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第２の交流電力に変換して、圧縮機３１５に出力する。

インバータ３１０とモータ３１４とを繋ぐ電気配線には、電流検出器３１３ａ，３１３ｂが設けられている。電流検出器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。電流検出器３１３ａ，３１３ｂの各検出値は、制御部４２０に入力される。制御部４２０は、電流検出器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。

温度検出器２５０は、平滑部２００の周囲の温度である周囲温度Ｋ１を検出する。温度検出器２５０の検出値は制御部４２０に入力される。なお、一般的な電力変換装置の場合、制御基板又は回路基板には温度検出器が設けられている。このため、特別な温度検出器を設けることなく、当該基板に設けられた温度検出器の検出値を使用してもよい。

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の交流電力の振幅及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。

制御部４２０は、各検出器によって検出された検出値を用いて、コンバータ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のオン又はオフを制御する。また、制御部４２０は、各検出器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。

制御部４２０は、コンバータ７００及びインバータ３１０の動作を制御する。制御部４２０は、コンバータ７００の動作を制御することで、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、及び平滑部２００の平滑コンデンサ２１０の平均電圧制御を行う。

また、制御部４２０は、コンバータ７００から流出する第２電流Ｉ２に含まれる電源脈動成分がインバータ３１０に流入する第３電流Ｉ３に含まれるようにインバータ３１０の動作を制御する。電源脈動成分とは、商用電源周波数の２倍の周波数で変動する脈動成分である。この制御により、第１電流Ｉ１に生じ得る電源脈動成分が低減される。

更に、制御部４２０は、インバータ３１０に流入する第３電流Ｉ３に含まれるモータ脈動成分がコンバータ７００から流出する第２電流Ｉ２に含まれるようにコンバータ７００の動作を制御する。モータ脈動成分は、負荷トルクの変動によって生じ得る脈動成分である。この制御により、第１電流Ｉ１に生じ得るモータ脈動成分が低減される。

なお、上記の制御に際し、制御部４２０は、各検出器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。

次に、上述した課題を解決する制御部４２０の構成及び動作について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る制御部４２０の構成例を示すブロック図である。図３は、実施の形態１の制御部４２０における処理の流れを示すフローチャートである。

図２に示すように、制御部４２０は、バンドパスフィルタ部４２１，４２２と、ＥＳＲ演算部４２３と、ＥＳＲ変化量推定部４２４と、電力制御部４２５とを備える。ＥＳＲは、等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の略称である。

制御部４２０への入力信号は、周囲温度Ｋ１、コンデンサ電圧Ｖｃ及び第１電流Ｉ１である。より詳細に説明すると、周囲温度Ｋ１はＥＳＲ変化量推定部４２４に入力され、コンデンサ電圧Ｖｃはバンドパスフィルタ部４２１に入力され、第１電流Ｉ１はバンドパスフィルタ部４２２に入力される。

制御部４２０は、周囲温度Ｋ１、コンデンサ電圧Ｖｃ及び第１電流Ｉ１に基づいて、制御信号Ｇ１，Ｇ２を生成する。制御信号Ｇ１は、昇圧部６００のスイッチング素子６１１を制御するための信号である。また、制御信号Ｇ２は、インバータ３１０のスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆを制御するための信号である。

バンドパスフィルタ部４２１は、コンデンサ電圧Ｖｃに含まれる特定の周波数成分を抽出して、ＥＳＲ演算部４２３に出力する。同様に、バンドパスフィルタ部４２２は、第１電流Ｉ１に含まれる特定の周波数成分を抽出して、ＥＳＲ演算部４２３に出力する。

なお、バンドパスフィルタ部４２１，４２２で抽出する周波数成分に特に決まりはなく、使用者又は設計者が自由に設定してよい。但し、特定の周波数成分を昇圧部６００のスイッチング素子６１１又はインバータ３１０の各スイッチング素子を制御するときのスイッチング周波数成分にするとよい。このように設定すると、バンドパスフィルタ部４２１，４２２で抽出される特定の周波数成分にこれらのスイッチング周波数成分が確実に含まれるので、ＥＳＲの検出精度が高くなるという効果が得られる。

ＥＳＲ演算部４２３は、バンドパスフィルタ部４２１，４２２の出力に基づいて、オームの法則に従う複素演算を行い、特定の周波数成分のＥＳＲを算出する。ＥＳＲは、コンデンサ電圧Ｖｃ及び第１電流Ｉ１に基づいて決定される物理量の一例である。ＥＳＲの演算には、バンドパスフィルタ部４２１，４２２で抽出された特定の周波数成分における物理量の実効値を用いればよい。ＥＳＲ演算部４２３の演算結果は、ＥＳＲ変化量推定部４２４に出力される。

制御部４２０は、特定の周波数成分のＥＳＲの初期値として、電力変換装置１の起動時のＥＳＲを演算して取得しておく。この演算値を「起動時ＥＳＲ」と呼ぶ。また、ＥＳＲの演算処理を行った時点の演算値を「現ＥＳＲ」と呼ぶ。

ＥＳＲ変化量推定部４２４は、周囲温度Ｋ１と、ＥＳＲ演算部４２３の演算結果とに基づいて、ＥＳＲ比を演算する。ＥＳＲ比は、起動時ＥＳＲに対する現ＥＳＲの比率であり、ＥＳＲの基準時からの変化量を表している。即ち、ＥＳＲ変化量推定部４２４は、コンデンサ電圧Ｖｃ及びＥＳＲ比に基づいてＥＳＲの基準時からの変化量を推定する。

電力制御部４２５は、ＥＳＲの基準時からの変化量に基づいて、コンバータ７００及びインバータ３１０のうちの少なくとも１つの動作を制御する。ＥＳＲの基準時からの変化量が閾値よりも大きいとき、平滑コンデンサ２１０の温度であるコンデンサ温度が判定値よりも高く、劣化が進行しやすい状態になっていると判断できる。このため、電力制御部４２５は、コンバータ７００及びインバータ３１０のうちの少なくとも１つの動作電力を低下させる制御を行う。或いは、電力制御部４２５は、コンバータ７００及びインバータ３１０のうちの少なくとも１つの動作を停止させる制御を行う。これらの制御により、平滑コンデンサ２１０の劣化進行速度を遅くすることができる。

上述した動作をフローチャートで示すと図３のようになる。制御部４２０は、コンデンサ電圧Ｖｃ及び第１電流Ｉ１に基づいてＥＳＲを算出する（ステップＳ１１）。次に、制御部４２０は、ＥＳＲの基準値及びＥＳＲの算出値に基づいてＥＳＲの基準時からの変化量を推定する（ステップＳ１２）。そして、制御部４２０は、ＥＳＲの基準時からの変化量に基づいてインバータ及びコンバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する（ステップＳ１３）。

上述した実施の形態１の制御における動作原理については、図４を参照して説明することができる。図４は、実施の形態１の制御部４２０における動作原理の説明に供する図である。

図４には、実施の形態１の平滑コンデンサ２１０として例示される電解コンデンサの特性の例が示されている。図４は、制御部４２０のＥＳＲ変化量推定部４２４に構築されるテーブルのイメージを示す図でもある。図４の横軸にはＥＳＲ演算部４２３で求めたＥＳＲ比が示され、縦軸にはコンデンサ温度が示されている。電解コンデンサは、一律的に、図４に示すような特性を有している。

図４では、電解コンデンサの特性を表す曲線Ｌ１が実線で示されている。また、コンデンサ温度がＴ１の箇所から横軸に平行に一点鎖線にて制御動作開始線Ｌ２が引かれている。更に、曲線Ｌ１と制御動作開始線Ｌ２との交点における横軸の値が「α」として示されている。

Ｔ１は上述した判定値に相当する温度であり、αは上述した閾値に相当するＥＳＲ比である。従って、コンデンサ温度が判定値Ｔ１よりも高い状態は、電解コンデンサの劣化が進行しやすい状態になっていると判断できる。そこで、実施の形態１では、ＥＳＲ変化量推定部４２４によって算出されたＥＳＲ比が判定値Ｔ１に対応する閾値α未満である場合に、電解コンデンサの劣化の進行を遅らせる制御を行う。制御の内容は上述した通りである。

上記の制御について補足する。ＥＳＲ比と比較する閾値αは、コンデンサ温度の大小を判定するための判定値Ｔ１に相当する。また、ＥＳＲ比を求めて閾値判定することは、コンデンサ温度を推定して閾値判定することと等価である。従って、実施の形態１の手法を用いれば、コンデンサ温度を検出するセンサを設けることなく、推定したコンデンサ温度で平滑コンデンサ２１０の状態を判断することができる。即ち、実施の形態１の手法を用いれば、コンデンサ温度を検出するセンサが不要となるので、装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。

なお、上記では、起動時ＥＳＲをＥＳＲの初期値とする例について説明したが、この例に限定されない。ＥＳＲの初期値は、起動時である必要はなく、起動後の基準時刻で取得した値でもよい。即ち、ＥＳＲの初期値は、ＥＳＲを評価するための基準値であればよく、基準値となるものであれば、どのような取得値でもよい。

また、図４では、電解コンデンサの特性を例示したが、図４に示すような特性を把握できていれば、実施の形態１の手法の適用は可能である。従って、実施の形態１の手法は電解コンデンサ以外のコンデンサに対しても適用可能である。

また、上記では、コンデンサ電圧Ｖｃ及びコンデンサ電流に基づいて決定される物理量の一例として、ＥＳＲを例示したが、これに限定されない。ＥＳＲに代えて、平滑コンデンサ２１０のインピーダンスを用いてもよい。インピーダンスには、抵抗成分だけでなくリアクタンス成分も含まれているが、リアクタンス成分が既知であれば、インピーダンスに関する情報を用いて、ＥＳＲを推定することが可能である。

また、ＥＳＲに代えて、平滑コンデンサ２１０のコンデンサ容量を用いてもよい。コンデンサ容量は、コンデンサの劣化状態を表す物理量であり、ＥＳＲに代えて用いることが可能である。なお、コンデンサ容量の推定は、公知の手法を用いることができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、制御部に具備される算出部は、平滑部の温度、両端電圧及び平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を算出する。また、制御部に具備される第１の推定部は、物理量の基準値及び物理量の算出値に基づいて物理量の基準時からの変化量を推定する。これにより、電力変換装置に具備される平滑コンデンサの状態を適切に把握することが可能となる。また、制御部は、物理量の基準時からの変化量に基づいて、コンバータ及びインバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する。これにより、電力変換装置の継続使用期間の延伸化を図ることができる。

また、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、制御部は、変化量が閾値を超えた場合に、コンバータ及びインバータのうちの少なくとも１つの動作電力を低下させる制御、又はコンバータ及びインバータのうちの少なくとも１つの動作を停止させる制御を行う。これにより、平滑コンデンサの過度の発熱による平滑コンデンサの故障を防止することができる。

次に、実施の形態１に係る制御部４２０の機能を実現するためのハードウェア構成について、図５及び図６の図面を参照して説明する。図５は、実施の形態１に係る制御部４２０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６は、実施の形態１に係る制御部４２０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に係る制御部４２０の機能の一部又は全部を実現する場合には、図５に示すように、演算を行うプロセッサ８００、プロセッサ８００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ８０２、信号の入出力を行うインタフェース８０４及びプロセッサ８００の処理結果を表示するための表示器８０５を含む構成とすることができる。

プロセッサ８００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８０２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８０２には、実施の形態１に係る制御部４２０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８００は、インタフェース８０４を介して必要な情報を授受し、メモリ８０２に格納されたプログラムをプロセッサ８００が実行し、メモリ８０２に格納されたテーブルをプロセッサ８００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８００による処理結果は、表示器８０５に表示することができる。また、プロセッサ８００による処理結果は、メモリ８０２に記憶することができる。

また、実施の形態１に係る制御部４２０の機能の一部を実現する場合には、図６に示す処理回路８０３を用いることもできる。処理回路８０３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８０３に入力する情報、及び処理回路８０３から出力する情報は、インタフェース８０４を介して入手することができる。

また、図５及び図６のように、制御部４２０が表示器８０５を有している場合、ＥＳＲ変化量推定部４２４が演算したＥＳＲ比を表示器８０５で表示することができる。また、演算したＥＳＲ比をメモリ８０２に記録しておけば、後日の点検時に過去の記録を表示器８０５に表示させることができる。また、制御部４２０が表示器８０５を有している場合、ＥＳＲ比が閾値を超えたときに、使用者又は管理者にアラートを出力することが可能となる。これらにより、電力変換装置１のみで保守点検が可能となり、保守作業が容易になるという利点が得られる。なお、アラートの出力を判定する閾値は、前述したＥＳＲ比と比較する閾値αとは異なっていてもよい。

なお、制御部４２０における一部の処理を処理回路８０３で実施し、処理回路８０３で実施しない処理をプロセッサ８００及びメモリ８０２で実施してもよい。

また、図１では、コンバータ７００が昇圧部６００を有する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、図７のように変形して構成してもよい。図７は、実施の形態１の第１の変形例に係る電力変換装置１ａの構成例を示す図である。

図７に示す電力変換装置１ａでは、図１に示すコンバータ７００がコンバータ７００ａに置き替えられている。コンバータ７００ａでは、昇圧部６００が削除され、昇圧部６００のリアクトル１２０がリアクトル１２０ａに置き替えられて、商用電源１１０と整流部１３０との間に配置されている。電力変換装置１ａ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２ａが構成される。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。

上記のような電力変換装置１ａの場合、コンバータ７００に対するスイッチング制御は不可能であるが、インバータ３１０に対するスイッチング制御は可能である。このため、上述した実施の形態１の制御手法をインバータ３１０に適用することで、上述の効果を得ることが可能である。

また、図１に示す電力変換装置１は、図８のように変形して構成してもよい。図８は、実施の形態１の第２の変形例に係る電力変換装置１ｂの構成例を示す図である。

図８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。電力変換装置１ｂ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２ｂが構成される。

コンバータ７０１は、リアクトル１２０ａ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。

コンバータ７０１では、制御部４２０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から出力された第１の交流電力を整流すると共に昇圧し、昇圧した電力を平滑部２００に出力する。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。

上記のような電力変換装置１ｂによれば、図１に示す電力変換装置１と同様に、コンバータ７０１及びインバータ３１０に対するスイッチング制御は可能である。このため、上述した実施の形態１の制御手法をコンバータ７０１及びインバータ３１０に適用することで、上述の効果を得ることが可能である。

また、図１に示す電力変換装置１は、図９のように変形して構成してもよい。図９は、実施の形態１の第３の変形例に係る電力変換装置１ｃの構成例を示す図である。

図９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１２０ａとに置き替えられている。リアクトル１２０ａ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。電力変換装置１ｃ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２ｃが構成される。

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４２０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から出力された第１の交流電力を整流すると共に昇圧し、昇圧した電力を平滑部２００に出力する。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。

上記のような電力変換装置１ｃによれば、図１に示す電力変換装置１と同様に、コンバータ７０２及びインバータ３１０に対するスイッチング制御は可能である。このため、上述した実施の形態１の制御手法をコンバータ７０２及びインバータ３１０に適用することで、上述の効果を得ることが可能である。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る制御部４２０ａの構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御部４２０ａでは、図２に示す構成と比較すると、劣化度推定部４２６が追加されている。その他の構成は、図２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示すと共に、重複する説明は割愛する。なお、実施の形態２に係る制御部４２０ａは、図１及び図７～図９に示される構成の何れの電力変換装置にも適用することが可能である。

制御部４２０ａは、負荷である圧縮機３１５の動作の停止時に、インバータ３１０を動作させて平滑部２００に電流を通流させる。ＥＳＲ演算部４２３は、平滑部２００に電流を通流させたときのコンデンサ電圧Ｖｃ及び第１電流Ｉ１に基づいてＥＳＲを演算する。劣化度推定部４２６は、演算されたＥＳＲと、周囲温度Ｋ１とに基づいて、平滑コンデンサ２１０の劣化度を推定する。劣化度推定部４２６によって推定された劣化度の情報は、ＥＳＲ変化量推定部４２４に送信される。ＥＳＲ変化量推定部４２４は、周囲温度Ｋ１、ＥＳＲ演算部４２３の演算結果及び平滑コンデンサ２１０の劣化度に基づいてＥＳＲ比を演算する。以後の動作は、実施の形態１と同様である。

上述した実施の形態２の制御における動作原理については、図１１を参照して説明することができる。図１１は、実施の形態２の制御部４２０ａにおける動作原理の説明に供する図である。

図１１には、実施の形態１の平滑コンデンサ２１０として例示される電解コンデンサの図４とは異なる特性が示されている。図１１は、制御部４２０ａの劣化度推定部４２６に構築されるテーブルのイメージを示す図でもある。図１１の横軸には周囲温度Ｋ１が示され、縦軸にはＥＳＲが示されている。

図１１において、実線は新品の電解コンデンサの特性を表し、破線は劣化品１の電解コンデンサの特性を表し、一点鎖線は劣化品２の電解コンデンサの特性を表している。劣化品１と劣化品２とでは、劣化品２の方が劣化品１よりも劣化状態が進んでいることが示されている。

図１１に示されるように、ＥＳＲの値は周囲温度Ｋ１に対して変動する。そこで、実施の形態２では、負荷の動作を停止させた状態でインバータ３１０を動作させ、平滑部２００に電流を通流させる。負荷の動作を停止させることで、コンデンサ温度の変動が抑制される。この状態でＥＳＲを演算すれば、ＥＳＲの演算精度を高めることができる。

実施の形態２では、劣化度の例として、劣化係数ｇを演算する。劣化係数ｇは、負荷の動作を停止させた状態で算出した平滑コンデンサ２１０のＥＳＲと、平滑コンデンサ２１０が新品であるときのＥＳＲとの比である。劣化係数ｇは１以上の実数値であり、ＥＳＲの増加量を表す係数である。

図１１では、劣化品１の劣化係数ｇ１と、劣化品２の劣化係数ｇ２とが示されている。前述したように、劣化品２の方が劣化品１よりも劣化状態が進んでいるので、劣化係数ｇ１，ｇ２の間には、ｇ１＜ｇ２の関係がある。

ＥＳＲ変化量推定部４２４は、劣化係数ｇの情報を受領し、劣化係数ｇに基づいて図４に示す曲線Ｌ１の特性を修正する。曲線Ｌ１の特性を修正することは、ＥＳＲ変化量推定部４２４に構築されるテーブルを補正することと等価である。これにより、ＥＳＲの変化量の推定精度を高めることができる。

なお、上記の制御では、圧縮機３１５の動作の停止時に、インバータ３１０を動作させて平滑部２００に電流を通流させることでＥＳＲを演算しているが、これに限定されない。圧縮機３１５の動作の停止時に、コンバータ７００を動作させ、コンバータ７００から平滑部２００に電流を流すことでＥＳＲを演算してもよい。或いは、圧縮機３１５の動作の停止時に、コンバータ７００を介して商用電源１１０から平滑部２００に電源電流を流すことでＥＳＲを演算してもよい。

なお、上記では、劣化係数ｇを算出する際の基準値を平滑コンデンサ２１０が新品であるときのＥＳＲとする例について説明したが、これに限定されない。例えば、電力変換装置１を搭載した製品の最初の使用時に算出又は測定したＥＳＲを当該基準値として定めてもよい。

以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、制御部は、負荷の動作の停止時に、インバータを動作させて平滑部に電流を通流させたときに検出される、両端電圧及び第１電流に基づいてＥＳＲの増加量を算出する。そして、算出したＥＳＲの増加量に基づいて平滑コンデンサの劣化度を推定する。これにより、平滑コンデンサの状態を適切に把握することができるので、電力変換装置の動作を不要に制限することがなくなるという効果が得られる。

また、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、制御部は、負荷の動作の停止時に、コンデンサを動作させてコンバータから平滑部に電流を流したときに検出される、両端電圧及び第１電流に基づいてＥＳＲの増加量を算出する。そして、算出したＥＳＲの増加量に基づいて平滑コンデンサの劣化度を推定する。これにより、平滑コンデンサの状態を適切に把握することができるので、電力変換装置の動作を不要に制限することがなくなるという効果が得られる。

また、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、制御部は、負荷の動作の停止時に、コンバータを介して交流電源から平滑部に電源電流を流したときに検出される、両端電圧及び第１電流に基づいてＥＳＲの増加量を算出する。そして、算出したＥＳＲの増加量に基づいて平滑コンデンサの劣化度を推定する。これにより、平滑コンデンサの状態を適切に把握することができるので、電力変換装置の動作を不要に制限することがなくなるという効果が得られる。

実施の形態３．
図１２は、実施の形態３に係る電力変換装置１ｄの構成例を示す図である。図１２では、図１に示す平滑部２００が平滑部２００ｄに置き替えられている。平滑部２００ｄでは、図１に示す電流検出器２１４が削除されている。また、図１に示す制御部４２０が制御部４２０ｂに置き替えられている。更に、図１２では、第２電流Ｉ２を検出する電流検出器２２２と、第３電流Ｉ３を検出する電流検出器２２４とが追加されている。電力変換装置１ｄ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２ｄが構成される。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示すと共に、重複する説明は割愛する。なお、本稿では、電流検出器２２２を「第２の電流検出器」と呼び、電流検出器２２４を「第３の電流検出器」と呼ぶ場合がある。

図１３は、実施の形態３に係る制御部４２０ｂの構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る制御部４２０ｂでは、図２に示す構成と比較すると、加減算器４２７が追加されている。その他の構成は、図２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示すと共に、重複する説明は割愛する。

制御部４２０ｂへの入力信号は、周囲温度Ｋ１、コンデンサ電圧Ｖｃ、第２電流Ｉ２及び第３電流Ｉ３である。制御部４２０ｂは、加減算器４２７で第３電流Ｉ３と第２電流Ｉ２との差分値を演算することで第１電流Ｉ１を生成する。以後の動作は、実施の形態１と同様である。

実施の形態３に係る電力変換装置１ｄによれば、図１の構成から電流検出器２１４を省略することができる。また、一般的な電力変換装置は、第２電流Ｉ２を検出する電流検出器２２２、及び第３電流Ｉ３を検出する電流検出器２２４を備えている。このため、図１に示す電力変換装置１と比較して、製造コストを削減できるという効果が得られる。

なお、実施の形態３では、電流検出器２１４を省略し、電流検出器２２２，２２４を追加する構成を図１に示す電力変換装置１に適用したが、これに限定されない。これらの構成を図７～図９に示される電力変換装置１ａ～１ｃに適用してもよい。

また、実施の形態３では、加減算器４２７を追加する構成を図２に示す制御部４２０に適用したが、図１０に示す制御部４２０ａに適用してもよい。

実施の形態４．
図１４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１を備える。なお、冷凍サイクル適用機器９００は、電力変換装置１に代えて、実施の形態１の変形例で説明した電力変換装置１ａ～１ｃを備えていてもよい。或いは、実施の形態３で説明した電力変換装置１ｄを備えていてもよい。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１４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，１ｂ，１ｃ，１ｄ 電力変換装置、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ モータ駆動装置、１１０ 商用電源、１２０，１２０ａ リアクトル、１３０ 整流部、１３１～１３４，６２１～６２４ 整流素子、２００，２００ｄ 平滑部、２１０ 平滑コンデンサ、２１２ 電圧検出器、２１４，２２２，２２４，３１３ａ，３１３ｂ 電流検出器、２５０ 温度検出器、３１０ インバータ、３１１ａ～３１１ｆ，６１１～６１５ スイッチング素子、３１２ａ～３１２ｆ 還流ダイオード、３１４ モータ、３１５ 圧縮機、４２０，４２０ａ，４２０ｂ 制御部、４２１，４２２ バンドパスフィルタ部、４２３ ＥＳＲ演算部、４２４ ＥＳＲ変化量推定部、４２５ 電力制御部、４２６ 劣化度推定部、４２７ 加減算器、５０１ 電圧電流検出部、６００，６０１ 昇圧部、７００，７００ａ，７０１，７０２ コンバータ、８００ プロセッサ、８０２ メモリ、８０３ 処理回路、８０４ インタフェース、８０５ 表示器、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 (13)

1. 交流電源から供給される第１の交流電力を整流すると共に、前記第１の交流電力の電圧を昇圧するコンバータと、
   平滑コンデンサを有し、前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
   前記平滑部の両端に接続され、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２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に前記第２の交流電力を供給するインバータと、
   前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出器と、
   前記両端電圧及び前記平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を演算する演算部と、前記平滑部の温度、前記物理量の基準値及び前記物理量の算出値に基づいて前記物理量の基準時からの変化量を推定する推定部と、を有し、前記変化量に基づいて、前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記負荷の動作の停止時に、前記インバータを動作させて前記平滑部に電流を通流させたときに検出される、前記両端電圧及び前記第１電流に基づいて前記物理量の増加量を算出し、前記増加量に基づいて前記平滑コンデンサの劣化度を推定する
   電力変換装置。
2. 交流電源から供給される第１の交流電力を整流すると共に、前記第１の交流電力の電圧を昇圧するコンバータと、
   平滑コンデンサを有し、前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
   前記平滑部の両端に接続され、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２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に前記第２の交流電力を供給するインバータと、
   前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出器と、
   前記両端電圧及び前記平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を演算する演算部と、前記平滑部の温度、前記物理量の基準値及び前記物理量の算出値に基づいて前記物理量の基準時からの変化量を推定する推定部と、を有し、前記変化量に基づいて、前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記負荷の動作の停止時に、前記コンバータを動作させて前記コンバータから前記平滑部に電流を流したときに検出される、前記両端電圧及び前記第１電流に基づいて前記物理量の増加量を算出し、前記増加量に基づいて前記平滑コンデンサの劣化度を推定する
   電力変換装置。
3. 交流電源から供給される第１の交流電力を整流すると共に、前記第１の交流電力の電圧を昇圧するコンバータと、
   平滑コンデンサを有し、前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
   前記平滑部の両端に接続され、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２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に前記第２の交流電力を供給するインバータと、
   前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出器と、
   前記両端電圧及び前記平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を演算する演算部と、前記平滑部の温度、前記物理量の基準値及び前記物理量の算出値に基づいて前記物理量の基準時からの変化量を推定する推定部と、を有し、前記変化量に基づいて、前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記負荷の動作の停止時に、前記コンバータを介して前記交流電源から前記平滑部に電源電流を流したときに検出される、前記両端電圧及び前記第１電流に基づいて前記物理量の増加量を算出し、前記増加量に基づいて前記平滑コンデンサの劣化度を推定する
   電力変換装置。
4. 交流電源から供給される第１の交流電力を整流すると共に、前記第１の交流電力の電圧を昇圧するコンバータと、
   平滑コンデンサを有し、前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
   前記平滑部の両端に接続され、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２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に前記第２の交流電力を供給するインバータと、
   前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出器と、
   前記両端電圧及び前記平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を演算する演算部と、前記平滑部の温度、前記物理量の基準値及び前記物理量の算出値に基づいて前記物理量の基準時からの変化量を推定する推定部と、を有し、前記変化量に基づいて、前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記コンバータから流出する第２電流に含まれる電源脈動成分が前記インバータに流入する第３電流に含まれるように前記インバータのみの動作を制御する
   電力変換装置。
5. 交流電源から供給される第１の交流電力を整流すると共に、前記第１の交流電力の電圧を昇圧するコンバータと、
   平滑コンデンサを有し、前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
   前記平滑部の両端に接続され、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２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に前記第２の交流電力を供給するインバータと、
   前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出器と、
   前記両端電圧及び前記平滑部に流出入する第１電流に基づいて決定される物理量を演算する演算部と、前記平滑部の温度、前記物理量の基準値及び前記物理量の算出値に基づいて前記物理量の基準時からの変化量を推定する推定部と、を有し、前記変化量に基づいて、前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記インバータに流入する第３電流に含まれるモータ脈動成分が前記コンバータから流出する第２電流に含まれるように前記コンバータの動作を制御する
   電力変換装置。
6. 前記物理量は、前記平滑コンデンサのインピーダンスである
   請求項１から５の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記物理量は、前記平滑コンデンサの等価直列抵抗である
   請求項１から５の何れか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部は、前記変化量が閾値を超えた場合に、前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作電力を低下させる、又は前記コンバータ及び前記インバータのうちの少なくとも１つの動作を停止させる
   請求項１から７の何れか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記第１電流を検出する第１の電流検出器を備える
   請求項１から８の何れか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記コンバータから流出する第２電流を検出する第２の電流検出器と、
    前記インバータに流入する第３電流を検出する第３の電流検出器と、
    を備え、
    前記第１電流は、前記第２の電流検出器の検出値と、前記第３の電流検出器の検出値とに基づいて演算によって求められる
    請求項１から８の何れか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記変化量が閾値を超えた場合にはアラートを出力する
    請求項１から１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
12. 請求項１から１１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。
13. 請求項１から１１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。

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