JPWO2020016960A1 - 高調波電流補償装置および空気調和システム - Google Patents

Abstract

この発明に係る高調波電流補償装置は、スイッチング素子を備えるアームを少なくとも一対有する電力変換器を備え、スイッチング素子を駆動させて、系統電源と高調波発生負荷との間に流れる負荷電流に、補償電流を供給する高調波電流補償装置であって、スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたユニポーラデバイスを有するものである。

Description

この発明は、高調波発生負荷が発生する高調波成分を抑制する高調波電流補償装置および空気調和システムに関するものである。

交流電源から供給を受けた電気回路に流れる電流は、インバータ装置などによる電力変換装置により、高調波の成分を含んでいる。高調波成分を含む電流が電気回路を流れると、高調波電流による電源電圧歪みの影響で、他の電気設備などに、騒音、発熱などの悪影響を与える場合がある。そこで、高調波電流を補償する高調波電流補償装置を備えるようにしている。

従来の高調波電流補償装置は、系統電源に対して、系統電源に接続された電力変換装置のような高調波発生負荷と並列に接続される。従来の高調波電流補償装置では、負荷電流に急激な変化がなく、周期性があることを前提に、高調波発生負荷に流れる負荷電流を検出し、負荷電流から高調波発生負荷により発生する高調波成分を抽出する。そして、従来の高調波電流補償装置では、電源周期の１周期分遅れている高調波成分から補償量を演算し、演算した補償量に基づいたスイッチング素子のオンまたはオフ制御により高調波成分を相殺する補償電流を発生させ、補償を行う。

従来の高調波電流補償装置は、制御周期間隔で二線間の線間電圧の検出および電源周期における１周期を、電源電圧のゼロ点で判定する。また、従来の高調波電流補償装置は、ゼロ点の判定により得られた電源周期と検出した線間電圧とに基づいて、相電圧実効値を算出し、この演算された相電圧実効値と制御周期間隔で検出した位相θとに基づいて、相電圧瞬時値を演算する。上記の方法で補償電流を出力することにより、高調波成分を相殺し、高調波ガイドラインにより規制される高調波成分の上限量を、系統電源へ流出させないようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

また、従来の高調波電流補償装置は、電流制御にエラーメモリ制御を用い、検出した系統電源の電流の位相毎に補償電流を決定することで、高調波ガイドラインにより規制される高調波成分の上限量以下に高調波電流成分を抑制させる。このとき、エラーメモリ数をスイッチング周波数は固定として、スイッチング周波数の関係により変化させる方法、エラーメモリを固定にして、電源周期によりスイッチング周波数を変化させる方法などもある。

特開２０１４−１４７２３４号公報

一方、高調波発生負荷となる電力変換装置などにおいて、発熱などを抑えるため、電解コンデンサを用いずに装置構成を行う場合がある。電解コンデンサを用いずに装置を構成すると、高調波発生負荷において、高調波成分の急変化などが発生する。このため、高調波を効率よく抑えようとすると、高調波電流補償装置のスイッチング素子を速く制御する必要がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するため、高調波を効率よく抑えることができる高調波電流補償装置および空気調和システムを提供することを目的とするものである。

この発明に係る高調波電流補償装置は、スイッチング素子を備えるアームを少なくとも一対有する電力変換器を備え、スイッチング素子を駆動させて、系統電源と高調波発生負荷との間に流れる負荷電流に、補償電流を供給する高調波電流補償装置であって、スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたユニポーラデバイスを有するものである。

この発明の高調波電流補償装置によれば、スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたユニポーラデバイスを有するようにしたので、他の電力変換器のスイッチング周波数よりも高い周波数で電力変換器を駆動させることができる。このため、従来よりも高い高調波についても補償することができる。

この発明の実施の形態１における高調波電流補償装置５を中心とする空気調和システム０の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る制御信号生成部１８の演算について説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る高調波電流補償装置５における電力変換器１０の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る高調波電流補償装置５におけるアーム３０Ａの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る空気調和装置４を中心とする空気調和システム０の構成図である。

以下、発明の実施の形態に係る高調波電流補償装置５などについて、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、電圧、速度などの高低などについては、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。そして、図面では、機器、素子などの各構成要素の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
＜実施の形態１の構成＞
図１は、この発明の実施の形態１における高調波電流補償装置５を中心とする空気調和システム０の構成を示す図である。図１に示すように、空気調和システム０は、系統電源１、母線側ノイズフィルタ２、高調波発生負荷３、空気調和装置４および高調波電流補償装置５を備えている。系統電源１は、商用電源などである。ここで、系統電源１は、三相交流電源の場合について説明する。ただし、系統電源１は、三相交流電源に限定するものではない。母線側ノイズフィルタ２は、系統電源１と高調波発生負荷３との間に発生するノイズを低減するフィルタである。

高調波発生負荷３は、高調波の発生源となる負荷である。実施の形態１における高調波発生負荷３は、整流器、直流リアクタ、平滑コンデンサなどを備えた電力変換装置であるものとする。特に、インバータ装置であるものとする。インバータ装置は、系統電源１の交流電力をＰＷＭ制御により任意の周波数の交流電力に変換して空気調和装置４に供給する。ここで、実施の形態１における高調波発生負荷３の平滑コンデンサは、発熱による機器の大型化や寿命の問題から、電解コンデンサの代わりに、フィルムコンデンサが用いられる場合がある。このため、実施の形態１の高調波発生負荷３は、電解コンデンサレスインバータ装置である。また、実質的な電力負荷となる空気調和装置４は、冷媒回路を有し、冷媒を循環させて、対象空間の空気調和を行う装置である。

アクティブフィルタとなる高調波電流補償装置５は、受電点７において、補償電流Ｉａを供給し、高調波発生負荷３に供給される負荷電流を補償して、高調波発生負荷３が発生する高調波を抑制する装置である。図１に示すように、実施の形態１における高調波電流補償装置５は、回路部５Ａおよび制御部５Ｂを有している。また、負荷電流検出器６、補償電流検出器８、位相検出部９および線間電圧検出部１９は、検出に係る機器などになる。回路部５Ａは、電力変換器１０、補償装置側ノイズフィルタ２１およびリプルフィルタ２２を有している。回路部５Ａについては、後述する。制御部５Ｂは、補償出力指令演算部１１、誤差量演算部１２、補償出力指令抑制判定部１３、判定レベル設定部１４、補償出力指令抑制演算部１５、制御量演算部１６、リミッタ１７、制御信号生成部１８、相電圧指令演算部２０を有している。

負荷電流検出器６は、系統電源１と高調波発生負荷３との間に設けられる。負荷電流検出器６は、高調波発生負荷３に供給される三相の負荷電流を検出する。また、負荷電流検出器６は、検出に係る負荷電流を、補償出力指令演算部１１と制御信号生成部１８に送る。

補償電流検出器８は、電力変換器１０の出力側に設けられる。補償電流検出器８は、電力変換器１０から出力される補償電流Ｉａを検出する。また、補償電流検出器８は、検出に係る補償電流Ｉａの信号を、誤差量演算部１２と補償出力指令抑制判定部１３に送る。

位相検出部９は、系統電源１の電源電圧の位相θを検出する。本実施の形態における位相検出部９は、系統電源１の電源電圧のゼロ点を検出する検出回路を備える。そして、位相検出部９は、検出した系統電源１の電源電圧のゼロ点から、電源電圧の位相θを演算で求める。

補償出力指令演算部１１は、負荷電流検出器６の検出に係る負荷電流から基本波成分を取り除き、負荷電流に含まれる高調波成分を抽出する。このとき、補償出力指令演算部１１は、位相検出部９により演算された位相θごとに、負荷電流検出器６が検出した負荷電流に含まれる高調波成分を求める。そして、補償出力指令演算部１１は、求めた高調波成分に対応する信号を、補償出力指令として誤差量演算部１２に送る。ここで、本実施の形態では、補償出力指令演算部１１は、補償出力指令抑制演算部１５を介して誤差量演算部１２に信号を送る。補償出力指令抑制演算部１５は、補償出力指令抑制判定部１３からの信号に含まれる抑制指示に基づいて、補償出力指令演算部１１が送る補償出力指令における高調波成分を抑制した信号を、誤差量演算部１２に送る。

判定レベル設定部１４は、補償出力指令抑制判定部１３が補償出力指令抑制に係る判定を行う際に用いる抑制判定値を設定する。抑制判定値は、系統電源１の相間電圧の不平衡、電圧歪みの大きさなどに応じて、設置作業者などによって設定される値である。ここでは、判定レベル設定部１４は、あらかじめ定められた複数の抑制判定値の中から、選択された抑制判定値を設定する。

補償出力指令抑制判定部１３は、補償電流Ｉａとあらかじめ設定された抑制判定値とを比較し、補償出力指令を抑制するか否かを判定する。補償出力指令抑制判定部１３は、補償出力指令を抑制すると判定すると、補償出力指令抑制演算部１５に、抑制指示に係る信号を送る。

誤差量演算部１２は、補償出力指令演算部１１から供給された補償出力指令と補償電流検出器８の検出に係る補償電流Ｉａとに基づいて、補償出力指令と補償電流Ｉａとの誤差量を求める。そして、誤差量演算部１２は、求めた誤差量に係る信号を、制御量演算部１６に送る。

制御量演算部１６は、誤差量演算部１２から送られる信号に含まれる誤差量に基づいて電力変換器１０の制御量を求める。そして、制御量演算部１６は、求めた制御量に係る信号を、リミッタ１７に送る。ここで、制御量演算部１６は、制御周期間隔で、負荷電流を位相θごとに制御する。

線間電圧検出部１９は、電力変換器１０の出力側に設けられる。線間電圧検出部１９は、電力変換器１０に供給される系統電源１の電源電圧および電圧の変動を検出する。そして、線間電圧検出部１９は、検出に係る電源電圧に係る信号を、相電圧指令演算部２０に送る。

相電圧指令演算部２０は、制御周期間隔で検出された線間電圧瞬時値に基づいて、系統電源１の１周期ごとに相電圧実効値を演算する。また、相電圧指令演算部２０は、演算した相電圧実効値と位相検出部９の検出に係る電源電圧の位相θとに基づいて、相電圧瞬時値を演算する。そして、相電圧指令演算部２０は、演算した相電圧瞬時値に係る信号を、制御信号生成部１８に送る。

リミッタ１７は、制御量演算部１６からの信号に含まれる制御量が補償電流Ｉａの過電流レベルを超えないように抑制する。リミッタ１７は、抑制結果を制御信号生成部１８に供給する。ここで、過電流レベルとは、絶縁破壊などによる電気回路の損傷を回避するため、補償電流Ｉａの振幅の絶対値の上限に設定される。したがって、制御量演算部１６からの信号に含まれる制御量が、補償電流Ｉａの過電流レベルを超える場合には、補償電流Ｉａの振幅の絶対値の上限に合わせた制御量に係る信号を、リミッタ１７から、制御信号生成部１８に送る。

図２は、この発明の実施の形態１に係る制御信号生成部１８の演算について説明する図である。制御信号生成部１８は、リミッタ１７から送られた制御量に係る信号とキャリア周波数とに基づいて、制御信号を生成し、電力変換器１０へ送る。また、制御信号生成部１８は、負荷電流検出器６で検出した高調波発生負荷３に入力される三相の負荷電流に基づいて、図２に示すように、制御信号を生成するスイッチング周波数を判定する。たとえば、制御信号生成部１８では、高調波電流補償装置５が絶縁破壊などの電気回路の損傷を回避するため、何らかの異常を検出した場合には、制御信号の生成を停止する。そして、制御信号生成部１８が再起動する際に、負荷電流に基づくスイッチング周波数の値を変更することができる。ここで、スイッチング周波数の決定方法として、相電圧指令演算部２０から供給された相電圧瞬時値と負荷電流検出器６で検出した負荷電流とから、高調波発生負荷３の入力電力を演算して、入力電力からスイッチング周波数を決定してもよい。

図３は、この発明の実施の形態１に係る高調波電流補償装置５における電力変換器１０の構成例を示す図である。次に、高調波電流補償装置５の回路部５Ａについて説明する。実施の形態１の電力変換器１０は、順変換器と逆変換器との機能を有する機器である。電力変換器１０は、制御信号生成部１８から送られる制御信号に基づいて生成した補償電流Ｉａとなる電力を、受電点７に供給する。そして、電力変換器１０は、系統電源１に高調波成分を含む電流が流入しないように、負荷電流の高調波成分を抑制する。図１に示すように、電力変換器１０は、ブリッジ回路３０、リアクトル部３１および蓄積用コンデンサ３２を有している。

ブリッジ回路３０は、後述するスイッチング素子２３および還流ダイオード２４で構成されるアーム３０Ａを、上下一対として三対有している。また、スイッチング素子２３のスイッチング動作を行わせるゲート駆動回路３０Ｂを有している。また、リアクトル部３１は、三対のアーム３０Ａの中点とそれぞれ接続されるリアクトルを有している。蓄積用コンデンサ３２は、ブリッジ回路３０の直流部分に設けられ、エネルギを蓄積する。

図４は、この発明の実施の形態１に係る高調波電流補償装置５におけるアーム３０Ａの構成を示す図である。実施の形態１では、電力変換器１０における各スイッチング素子２３は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた電界効果トランジスタを有するユニポーラデバイスである。スイッチング素子２３としては、たとえば、ＳｉＣ（炭化珪素）−ＭＯＳＦＥＴを用いる。また、ワイドバンドギャップ半導体には、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドを材料としてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、高いキャリア周波数に基づく駆動を行うことができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性、許容電流および耐熱性が高く、電力変換器１０を小型化することができる。また、ユニポーラデバイスは、内部に順方向電圧の寄生ダイオード２３Ａを有している。ここで、寄生ダイオード２３Ａは、電流を逃がす環流素子となる。

また、実施の形態１では、アーム３０Ａは、寄生ダイオード２３Ａとは別に、寄生ダイオード２３Ａよりも順方向電圧の低い還流ダイオード２４を還流素子として、有している。還流ダイオード２４は、スイッチング素子２３に並列に接続されている。還流ダイオード２４には、たとえば、ショットキバリアダイオード、ファストリカバリダイオードなどを用いる。還流ダイオード２４に、ワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。

実施の形態１では、スイッチング素子２３が、ワイドバンドギャップ半導体を用いたユニポーラデバイスである。このため、電力変換器１０は、システム内の他の電力変換器におけるスイッチング周波数よりも高いスイッチング周波数で駆動することができる。したがって、電解コンデンサを有していない高調波発生負荷３である場合など、従来よりも高い高調波が発生する場合でも、補償を行うことができる。また、スイッチング素子２３の耐圧が従来よりも高くなる。このため、高調波電流補償装置５の補償制御での直流電圧を、従来よりも高くすることができ、補償制御の間隔を短くすることができる。

また、高調波電流補償装置５の回路部５Ａは、図１に示すように、補償装置側ノイズフィルタ２１およびリプルフィルタ２２を有している。補償装置側ノイズフィルタ２１は、電力変換器１０の駆動により発生するノイズを低減するフィルタである。前述したように、電力変換器１０のスイッチング素子２３におけるスイッチング周波数が高くなり、ノイズが発生する。このため、実施の形態１では、高調波電流補償装置５は、補償装置側ノイズフィルタ２１を有する。補償装置側ノイズフィルタ２１は、ノイズ抑制用リアクトル２１Ａおよびノイズ抑制用コンデンサ２１Ｂを有する。

また、リプルフィルタ２２は、電力変換器１０の変換に係る脈動を抑えるフィルタである。リプルフィルタ２２は、リプル抑制用リアクトル２２Ａおよびリプル抑制用コンデンサ２２Ｂを有する。ここで、電力変換器１０からの補償電流Ｉａの流れにおいて、補償装置側ノイズフィルタ２１の前段には、リプルフィルタ２２が設けられている。補償装置側ノイズフィルタ２１とリプルフィルタ２２とは、ともにリアクトルとコンデンサとを有している。このため、共振電流が問題になる。そこで、共振を防ぐため、ノイズ抑制用コンデンサ２１Ｂは、リプル抑制用コンデンサ２２Ｂに対して十分に小さい容量であるものとする。または、リプル抑制用リアクトル２２Ａは、ノイズ抑制用リアクトル２１Ａに対して十分小さい容量であるものとしてもよい。また、両方であってもよい。ここで、十分小さいとは、大きい方の容量に対して、小さい方の容量が、１／１００程度であることを意味する。

＜実施の形態１の効果＞
以上のような、実施の形態１の空気調和システム０において、高調波電流補償装置５によれば、電力変換器１０のスイッチング素子２３として、ワイドバンドギャップ半導体を用いたユニポーラデバイスを用いるようにした。このため、キャリア周波数を高くすることができ、スイッチング素子２３を、空気調和システム０の中で、最も高いスイッチング周波数で駆動させることができる。したがって、高調波電流補償装置５の補償制御における直流電圧を、従来よりも高くすることができ、補償制御の間隔を短くすることができる。これにより、電流制御の過渡応答性を向上させることができる。そして、高調波発生負荷３側から系統電源１側へ流入する周波数変動、負荷変動、スイッチングなどによる高調波成分を抑えることができる。そして、高調波成分を、高調波ガイドラインの規格値以下に抑制することできる。このため、高調波発生負荷３が、電解コンデンサレスであっても、対応することができる。また、スイッチング素子２３に、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、耐圧を高くすることができる。

また、実施の形態１の高調波電流補償装置５においては、高調波電流補償範囲について、従来の対応次数以上の高調波電流成分の抑制を行うことができる。さらには、スイッチング素子２３の導通損失の低減とはかることができる。そして、スイッチングの高周波化による高調波電流補償装置５のフィルタなどの受動部品を小型化することができる。

また、実施の形態１の高調波電流補償装置５は、補償装置側ノイズフィルタ２１を有する。このため、電力変換器１０のスイッチング素子２３を駆動する際のスイッチング周波数が高周波化したことで発生するスイッチングノイズを抑えることができる。このとき、補償装置側ノイズフィルタ２１については、母線側ノイズフィルタ２よりも高い周波数帯域のノイズを低減できるフィルタとする。また、構成上、共振が発生する可能性がある場合でも、負荷電流に対応してスイッチング周波数を変動させることで、共振の発生を抑えることができる。また、負荷電流に対応してスイッチング周波数を変動させることにより共振を回避することで、負荷電流の高調波成分の発生を抑制することができる。このため、系統設備を異常停止させることなく、空気調和システム０の運転を継続させることができる。したがって、実施の形態１において、空気調和装置４の能力を維持させることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、高調波発生負荷３に係る高調波電流を補償する電流補償型の高調波電流補償装置５としたが、これに限定するものではない。高調波発生負荷３に係る高調波電圧を補償する電圧補償型の装置としてもよい。また、系統電源１は、三相交流電源としたが、単相交流電源である場合にも適用することができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る空気調和装置４を中心とする空気調和システム０の構成図である。実施の形態３では、空気調和システム０を、空気調和装置４を中心として説明する。ここで、実施の形態３における空気調和装置４の構成は一例であって、限定するものではない。

図５の空気調和装置４は、室外機（室外ユニット）１００と室内機（室内ユニット）２００とをガス冷媒配管３００および液冷媒配管４００により配管接続し、冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。室外機１００は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０３、膨張弁１０４および室外送風機１０５を有している。また、室内機２００は、室内熱交換器２０１を有している。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機１０１は、実施の形態１で説明した高調波発生負荷３となる電解コンデンサレスインバータ装置を有する。このため、圧縮機１０１は、駆動周波数を任意に変化させることができ、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができる。ここで、実施の形態１などで説明した高調波電流補償装置５が、圧縮機１０１を駆動させる電力を供給する系統電源１と高調波発生負荷３との間に取り付けられている。四方弁１０２は、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。

室外熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、室外送風機１０５は、室外熱交換器１０３に室外の空気を送り込み、室外の空気と冷媒との熱交換を促す。

減圧装置となる絞り装置（流量制御装置）などの膨張弁１０４は、冷媒を減圧して膨張させる。たとえば、膨張弁１０４を電子式膨張弁などで構成した場合には、制御装置（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。室内熱交換器２０１は、空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内送風機２０２は、空調対象となる空気を室内熱交換器２０１に送り込み、その空気と冷媒との熱交換を促す。

以上のように、実施の形態３の空気調和システム０によれば、実施の形態１および実施の形態２で説明した高調波電流補償装置５を有する構成としたことで、高調波発生負荷３を電解コンデンサレスインバータ装置で構成することができる。このため、発熱などを抑え、長寿命化をはかることができ、空調能力を継続して得ることができる。

０ 空気調和システム、１ 系統電源、２ 母線側ノイズフィルタ、３ 高調波発生負荷、４ 空気調和装置、５ 高調波電流補償装置、５Ａ 回路部、５Ｂ 制御部、６ 負荷電流検出器、７ 受電点、８ 補償電流検出器、９ 位相検出部、１０ 電力変換器、１１ 補償出力指令演算部、１２ 誤差量演算部、１３ 補償出力指令抑制判定部、１４ 判定レベル設定部、１５ 補償出力指令抑制演算部、１６ 制御量演算部、１７ リミッタ、１８ 制御信号生成部、１９ 線間電圧検出部、２０ 相電圧指令演算部、２１ 補償装置側ノイズフィルタ、２１Ａ ノイズ抑制用リアクトル、２１Ｂ ノイズ抑制用コンデンサ、２２ リプルフィルタ、２２Ａ リプル抑制用リアクトル、２２Ｂ リプル抑制用コンデンサ、２３ スイッチング素子、２３Ａ 寄生ダイオード、２４ 還流ダイオード、３０ ブリッジ回路、３０Ａ アーム、３０Ｂ ゲート駆動回路、３１ リアクトル部、３２ 蓄積用コンデンサ、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外熱交換器、１０４ 膨張弁、１０５ 室外送風機、２００ 室内機、２０１ 室内熱交換器、２０２ 室内送風機、３００ ガス冷媒配管、４００ 液冷媒配管。

この発明に係る高調波電流補償装置は、スイッチング素子を備えるアームを少なくとも一対有する電力変換器を備え、スイッチング素子を駆動させて、系統電源と高調波発生負荷との間に流れる負荷電流に、補償電流を供給する高調波電流補償装置であって、ノイズ抑制用コンデンサおよびノイズ抑制用リアクトルを有し、スイッチング素子の駆動により発生する補償電流のノイズを抑制する補償装置側ノイズフィルタと、リプル抑制用コンデンサおよびリプル抑制用リアクトルを有し、補償電流の脈動を抑えるリプルフィルタとを備え、スイッチング素子は、高調波発生負荷のスイッチング周波数よりも高い周波数で駆動する素子であり、ノイズ抑制用コンデンサは、リプル抑制用コンデンサよりも小さい容量である。

この発明の高調波電流補償装置によれば、他の電力変換器のスイッチング周波数よりも高い周波数で電力変換器を駆動させることができる。このため、従来よりも高い高調波についても補償することができる。

Claims (12)

1. スイッチング素子を備えるアームを少なくとも一対有する電力変換器を備え、前記スイッチング素子を駆動させて、系統電源と高調波発生負荷との間に流れる負荷電流に、補償電流を供給する高調波電流補償装置であって、
   前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いたユニポーラデバイスを有する高調波電流補償装置。
2. ノイズ抑制用コンデンサおよびノイズ抑制用リアクトルを有し、前記スイッチング素子の駆動により発生する前記補償電流のノイズを抑制する補償装置側ノイズフィルタを備える請求項１に記載の高調波電流補償装置。
3. 前記補償装置側ノイズフィルタは、前記系統電源と前記高調波発生負荷との間を流れる前記負荷電流のノイズを抑制する母線側ノイズフィルタよりも高い周波数帯のフィルタである請求項２に記載の高調波電流補償装置。
4. リプル抑制用コンデンサおよびリプル抑制用リアクトルを有し、前記補償電流の脈動を抑えるリプルフィルタを備え、
   前記ノイズ抑制用コンデンサは、前記リプル抑制用コンデンサよりも小さい容量である請求項２または請求項３に記載の高調波電流補償装置。
5. 前記リプル抑制用リアクトルは、前記ノイズ抑制用リアクトルよりも小さい容量である請求項４に記載の高調波電流補償装置。
6. リプル抑制用コンデンサおよびリプル抑制用リアクトルを有し、前記補償電流の脈動を抑えるリプルフィルタを備え、
   前記リプル抑制用リアクトルは、前記ノイズ抑制用リアクトルよりも小さい容量である請求項２または請求項３に記載の高調波電流補償装置。
7. 前記高調波発生負荷が有するスイッチング素子の駆動周波数よりも高い駆動周波数で、前記スイッチング素子を駆動制御する制御部を備える請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の高調波電流補償装置。
8. 前記電力変換器は、前記スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードを備える請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の高調波電流補償装置。
9. 前記還流ダイオードは、前記スイッチング素子が有する寄生ダイオードに係る順方向電圧よりも小さい順方向電圧とする請求項８に記載の高調波電流補償装置。
10. 前記高調波発生負荷の前記負荷電流を検出する負荷電流検出器と、
    前記負荷電流に含まれる高調波成分を補償する補償出力指令の値を演算する補償出力指令演算部と、
    前記補償電流を検出する補償電流検出器と、
    前記補償出力指令の値と前記補償電流とに基づいて、前記補償出力指令の値と前記補償電流との誤差量に係る信号を送る誤差量演算部と、
    前記誤差量に基づいて前記電力変換器の制御量を求める制御量演算部と、
    前記系統電源の電源電圧および変動を検出する線間電圧検出部と、
    前記系統電源の相電圧実効値を演算する相電圧指令演算部と
    をさらに備える請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の高調波電流補償装置。
11. 前記高調波発生負荷は、電解コンデンサを有していない電解コンデンサレスの装置である請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の高調波電流補償装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の高調波電流補償装置を、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動周波数を制御する電力変換装置と系統電源との間に設置する空気調和システム。

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