KR101699214B1 - 전력변환장치 및 공기조화장치 - Google Patents

전력변환장치 및 공기조화장치 Download PDF

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Abstract

순간전압강하(instantaneous voltage drop) 또는 순간정전이 발생한 경우, 역률 개선부에 포함되는 스위칭 소자의 고장을 방지한다. 역률 개선부(25)가 입력전압(V1)을 승압함으로써 역률 개선동작을 행하고 있는 시에, 상용 전원(91)에서 순간전압강하 또는 순간정전이 발생한 경우, 순간정전 제어부(31g)는, 역률 개선부(25)에 포함되는 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 오프로 하여 역률 개선동작을 정지시킨다. 상용 전원(91) 복귀 시에도, 역률 개선부(25)는 역률 개선동작을 정지하고 있다.

Description

전력변환장치 및 공기조화장치{POWER CONVERTER AND AIR CONDITIONER}
본 발명은, 전력변환장치, 특히, 역률 개선부에 포함되는 스위칭 소자의 고장 방지책에 관하며, 더 나아가 스위칭 소자의 소형화 및 저비용화에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 전력변환장치를 구비한 공기조화장치에 관한 것이다.
공기조화장치에 있어서의 압축기는, 모터를 구동원으로 하여 구동된다. 모터는, 전력변환을 행하는 장치로부터 교류전력을 공급받아 구동된다.
전력변환을 행하는 장치로서는, 특허문헌 1에 나타내듯이, 주로, 정류부(整流部), 승압형 역률 개선부, 및 인버터식 전력변환부에 의해 구성되는 것이 일반적으로 알려져 있다. 먼저, 상용 전원으로부터 출력된 교류전원인 상용전압은, 정류부에 의해 정류된다. 정류 후의 전압은, 역률 개선부에 의해 원하는 전압으로 승압되고 평활(平滑)됨으로써, 역률 개선된다. 역률 개선 후의 전압은, 전력변환부에 공급된다. 전력변환부는, 역률 개선 후의 전압을 이용하여 모터 구동용 교류전력을 생성한다.
일본 특허공개 2011－239547호 공보
역률 개선부 동작 중에, 상용 전원에서 순간전압강하(instantaneous voltage drop) 또는 순간정전이 발생했을 때, 역률 개선부의 출력전압은 저하해간다. 그러나, 순간전압강하 및 순간정전이 발생하고 있는 기간은 매우 짧고, 순간전압강하 및 순간정전이 발생하기 시작했을 때부터 예를 들어 10msec~100msec 후에는, 상용 전원이 복귀한다. 따라서, 상용 전원 복귀 직후, 역률 개선부는, 당해 역률 개선부 자신의 출력전압이 규정된 출력전압값에 도달하지 않은 상태에서 역률 개선동작을 행하게 된다. 이와 같이 되면, 역률 개선부는, 규정 출력전압값까지 승압하려고 동작하므로, 역률 개선부의 출력전압이 순식간에 급상승하여, 역률 개선부에 포함되는 스위칭 소자에는 과대 전류가 흘러, 당해 스위칭 소자가 고장날 우려가 있다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 순간전압강하 또는 순간정전이 발생한 경우, 역률 개선부에 포함되는 스위칭 소자의 고장을 방지하는 것이다.
본 개시의 제 1 양태는, 교류전원(91)으로부터의 입력교류를 정류하는 정류부(22)와, 리액터(L25a, L25b, L25c)와, 상기 정류부(22)로부터 출력되는 입력전압(V1)에 기초하는 에너지의 당해 리액터(L25a, L25b, L25c)로의 축적과 당해 리액터(L25a, L25b, L25c)로부터의 방출을 전환하는 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 가지고, 상기 입력전압을 승압함으로써 역률 개선동작을 행하는 것이 가능한 역률 개선부(25)와, 상기 역률 개선부(25)의 출력에 접속되며, 출력교류전력(SU, SV, SW)을 생성하는 전력변환부(28)와, 상기 역률 개선부(25)의 상기 역률 개선동작을 제어하는 제어부(31g)를 구비한다. 상기 제어부(31g)는, 상기 역률 개선부(25)가 상기 역률 개선동작을 행하고 있는 시에, 상기 교류전원(91)에서 순간전압강하 또는 순간정전이 발생한 경우, 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 오프로 하여 상기 역률 개선동작을 정지시키고, 상기 교류전원(91) 복귀 시, 상기 역률 개선동작을 정지시킨 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 제 1 양태에 의하면, 순간정전 또는 순간전압강하 발생 시, 승압형 역률 개선부(25)에서는, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)가 오프로 되어 승압 동작인 역률 개선동작이 정지된다. 상용 전원(91) 복귀 시에도, 역률 개선동작은 정지하고 있다. 이로써, 역률 개선부(25) 내(內)에서는, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 포함하는 전류경로가 끊어진다. 따라서, 상용 전원(91) 복귀 시의 역률 개선동작에 의해 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)이 일시적으로 급상승하여, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 과대 전류가 흐르는 것이 방지된다. 그러므로, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 고장을 방지할 수 있으며, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
본 개시의 제 2 양태는, 제 1 양태에 있어서, 상기 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)을 검출하는 출력전압 검출부(27)를 더 구비한다. 상기 제어부(31g)는, 상기 역률 개선부(25)가 출력해야 할 상기 출력전압의 목표값(Vdc_ref)과 상기 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차(差)가 소정차(DIF)보다도 큰 경우에, 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생하고 있다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 제 2 양태에 의하면, 출력전압의 목표값(Vdc_ref)과 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차에 기초하여, 순간전압강하 또는 순간정전 발생의 유무를 간단하게 파악할 수 있다.
본 개시의 제 3 양태는, 제 2 양태에 있어서, 상기 입력전압(V1)을 검출하는 입력전압 검출부(24)를 더 구비한다. 상기 제어부(31g)는, 상기 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라 상기 출력전압의 목표값(Vdc_ref)을 결정한다. 상기 입력전압 검출부(24)의 검출주기는, 상기 출력전압 검출부(27)의 검출주기보다도 긴 것을 특징으로 한다.
순간전압강하 또는 순간정전이 발생하고 있는 경우, 실제 입력전압(V1) 및 출력전압(V2)은, 함께 저하되어 간다. 한편, 제 3 양태에서는, 입력전압 검출부(24)의 검출주기가 출력전압 검출부(27)의 검출주기보다도 길기 때문에, 순간전압강하 또는 순간정전이 발생하고 있으면, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)는, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)에 비해 높은 값이 된다. 따라서, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라 결정된 출력전압의 목표값(Vdc_ref)과 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차는, 소정차(DIF)보다도 커진다. 따라서, 제어부(31g)는, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라 출력전압의 목표값(Vdc_ref)을 가변시키는 경우라도, 순간전압강하 또는 순간정전을 확실하게 파악할 수 있다.
본 개시의 제 4 양태는, 제 3 양태에 있어서, 상기 입력전압 검출부(24)는, 상기 입력전압(V1)의 파고값(V11)을 샘플링하고, 이를 검출결과(Vac_peak)로 하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 제 5 양태는, 제 1 양태에 있어서, 상기 입력전압(V1)을 검출하는 입력전압 검출부(24)를 더 구비한다. 상기 제어부(31g)는, 상기 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)의 대소(大小)에 따라 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전 발생의 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 순간전압강하 등의 발생과 함께 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)는 작아지므로, 순간전압강하 또는 순간정전을 간단하게 파악할 수 있다.
본 개시의 제 6 양태는, 제 1 양태에서 제 5 양태 중 어느 한 양태의 전력변환장치(20)를 구비하는 공기조화장치다.
본 개시의 제 7 양태는, 제 6 양태에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기(72)를 더 구비한다. 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c) 및 상기 전력변환부(28)는, 상기 리액터(L25a, L25b, L25c)에 대해 병렬로 접속되고, 상기 제어부(31g)는, 상기 압축기(72)가 구동되고 있는 시에 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생한 경우, 상기 압축기(72)의 구동을 정지시키지 않고 지속시키는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 공기조화장치(70)의 공조대상 공간에 있는 이용자의 쾌적성이 유지된다.
본 개시의 제 8 양태는, 제 7 양태에 있어서, 상기 제어부(31g)는, 상기 교류전원(91) 복귀 시부터 소정 시간 동안 상기 압축기(72)가 계속 구동된 경우, 상기 역률 개선부(25)에 대해 상기 역률 개선동작을 허가하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 역률 개선부(25)는, 압축기(72)가 정상적으로 구동되고 있는 경우에, 역률 개선동작을 재개하는 것이 가능해진다.
본 개시의 제 9 양태는, 제 8 양태에 있어서, 상기 역률 개선부(25)는, 상기 리액터(L25a, L25b, L25c)의 출력측에서 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 병렬로 접속된 평활 콘덴서(26)를 더 갖는다. 상기 소정 시간은, 상기 교류전원(91) 복귀 시부터 상기 평활 콘덴서(26)의 양단전압의 리플 성분(ripple reduction)을 저감시키는 제어가 개시되기까지의 시간 간격보다도 짧은 것을 특징으로 한다.
본 개시의 제 9 양태에서는, 교류전원(91) 복귀 후, 리플 성분의 저감 제어가 개시되기 전에, 역률 개선부(25)의 역률 개선동작이 허가된다. 이에 의해, 리플 저감 제어로 인해 공기조화장치(70)의 능력이 저감되어 버리는 것을, 가능한 방지할 수 있다.
본 개시의 제 10 양태에서는, 제 6 양태에서 제 8 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 역률 개선부(25)는, 상기 리액터(L25a, L25b, L25c)의 출력측에서 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 병렬로 접속된 평활 콘덴서(26)를 더 갖는다. 상기 제어부(31g)는, 상기 압축기(72)가 과부하 상태에서 구동되고 있는 시에 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생한 경우, 상기 역률 개선동작의 정지와 함께 상기 평활 콘덴서(26)의 양단전압의 리플 성분을 저감시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
순간전압강하 또는 순간정전 발생으로 인해 역률 개선동작이 정지된 시, 압축기(72)가 과부하 상태이면, 역률 개선동작의 정지로 인한 역률의 악화도 수반되어, 정류부(22) 등에는 과대 전류가 흘러 버린다. 그러나 여기에서는, 압축기(72)가 과부하 상태 시에 순간전압강하 또는 순간정전이 발생한 경우, 역률 개선동작의 정지와 더불어 리플 성분의 저감 제어가 이루어진다. 따라서, 역률 개선동작은 정지하고 있으나, 압축기의 능력에는 제한이 걸리므로, 정류부(22) 등에 과대 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 양태 및 제 6 양태에 의하면, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 고장을 방지하며, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
또, 상기 제 2 양태 및 제 5 양태에 의하면, 순간전압강하 또는 순간정전 발생의 유무를 간단하게 파악할 수 있다.
또한, 상기 제 3 양태 및 제 4 양태에 의하면, 제어부(31g)는, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라 출력전압의 목표값(Vdc_ref)을 가변시키는 경우라도, 순간전압강하 또는 순간정전을 확실하게 파악할 수 있다.
또, 상기 제 7 양태에 의하면, 공기조화장치(70)의 공조대상 공간에 있는 이용자의 쾌적성이 유지된다.
또한, 상기 제 8 양태에 의하면, 역률 개선부(25)는, 압축기(72)가 정상적으로 구동되고 있는 경우에, 역률 개선동작을 재개하는 것이 가능해진다.
또, 상기 제 9 양태에 의하면, 리플 저감 제어로 인해 공기조화장치(70)의 능력이 저감되어 버리는 것을, 가능한 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 10 양태에 의하면, 정류부(22) 등에 과대 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 전력변환장치를 구비한 모터 구동 시스템의 구성도이다.
도 2는, 입력전압, 그 파고값, 입력측 검출주기, 및 입력전압 검출부의 검출결과의 경시적 변화를 나타낸 타이밍 차트(timing chart)다.
도 3은, 제 1 실시형태에 관한 컨트롤러의 기능부를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 4는, 제 1 실시형태에 관한 가변식 출력 목표값의 개념 설명도이다.
도 5는, 입력전압, 입력전압 검출부 및 출력전압 검출부의 각 검출결과, 역률 개선부의 허가／금지, PFC(power factor correction) 구동지령신호, 역률 개선 구동부의 출력 상태, PFC 전류, 및 출력교류전력의 경시적 변화를 나타내는 타이밍 차트다.
도 6은, 주로 순간정전 제어부에 의해 이루어지는 제어 내용이 정리된 조건표이다.
도 7은, 제 2 실시형태에 관한 고정식 출력 목표값의 개념 설명도이다.
도 8은, 제 2 실시형태에 관한 컨트롤러의 기능부를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 9는, 공기조화장치 구성의 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 그리고, 이하의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이고, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도의 범위를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.
《제 1 실시형태》
＜개요＞
도 1은, 본 제 1 실시형태에 관한 전력변환장치(20)를 구비한 모터 구동 시스템(100)의 구성도이다. 도 1의 모터 구동 시스템(100)은, 모터(11)와, 전력변환장치(20)로 구성된다.
모터(11)는, 3상 브러시리스(BL: brushless) DC 모터이고, 도시는 하지 않으나, 스테이터, 로터, 및 홀 소자 등을 갖는다. 스테이터는, 복수의 구동 코일로 구성된다. 로터는, 영구자석으로 구성된다. 홀 소자는, 스테이터에 대한 로터의 위치를 검출하기 위한 소자이다.
그리고, 본 제 1 실시형태에 관한 모터(11)는, 도 9의 공기조화장치(70)에 포함되는 압축기(72)의 구동원이다. 도 9는, 공기조화장치(70) 구성의 개략도이다. 도 9에 나타내듯이, 실외유닛(71)에는, 냉매를 압축하는 압축기(72), 모터(11), 냉매의 흐름을 전환하는 사방 전환 밸브(73), 외기(外氣)와 냉매와의 사이에서 열교환을 행하는 실외 열교환기(74), 냉매를 감압하는 팽창 밸브(75), 실외 열교환기(74)로 외기를 공급하는 실외 팬(76), 및 팬 모터(77)가 포함된다. 실내유닛(80)에는, 실내 공기와 냉매와의 사이에서 열교환을 행하는 실내 열교환기(81), 열교환 후의 공기를 실내에 취출(吹出)하는 실내 팬(82), 및 팬 모터(83)가 포함된다.
전력변환장치(20)는, 상용 전원(91) 및 모터(11)와, 복수 개의 하니스(harness)를 개재하여 접속된다. 전력변환장치(20)는, 교류 전원인 상용 전원(91)으로부터의 입력교류전력을 출력교류전력(SU, SV, SW)으로 변환시켜 모터(11)에 공급한다. 이에 의해, 모터(11)는 구동될 수 있다.
그리고, 본 제 1 실시형태에서는, 상용 전원(91)이 단상 전원인 경우를 예로 든다.
＜전력변환장치의 구성＞
전력변환장치(20)는, 주로, 필터(21), 정류부(22), 주전원 릴레이(23), 입력전압 검출부(24), 역률 개선부(25), 출력전압 검출부(27), 전력변환부(28), 전류 검출부(29), 역률 개선 구동부(30), 및 컨트롤러(31)를 구비한다.
－필터－
필터(21)는, 상용 전원(91)과 정류부(22)와의 사이에 위치한다. 필터(21)는, 코일(21a)과 콘덴서(21b)로 구성된 저역 필터(low-pass filter)이며, 역률 개선부(25) 및 전력변환부(28)에서 발생한 고주파 노이즈가 상용 전원(91)측으로 돌아 들어가는 것을 방지한다.
－정류부－
정류부(22)는, 필터(21)의 후단(後段)에 접속된다. 정류부(22)는, 4개의 다이오드(22a, 22b, 22c, 22d)로 구성된다.
구체적으로는, 다이오드(22a, 22c)의 각 캐소드 단자는, 전원 배선(41)에 접속된다. 다이오드(22b, 22d)의 각 애노드 단자는, GND 배선(42)에 접속된다. 다이오드(22a)의 애노드 단자와 다이오드(22b)의 캐소드 단자의 접속점, 및, 다이오드(22c)의 애노드 단자와 다이오드(22d)의 캐소드 단자의 접속점은, 각각 상용 전원(91)의 출력에 접속된다.
정류부(22)는, 상용 전원(91)으로부터의 입력교류를, 도 2에 나타내듯이 전파 정류하여 출력한다. 도 2는, 정류된 전압(이하, 입력전압)(V1), 입력전압(V1)의 파고값(V11), 후술하는 입력측 검출주기, 및 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)의 경시적 변화를 나타낸다.
이하에서는, 설명의 편의상, 입력교류의 전압을 ＂상용전압(V0)＂이라고 칭한다.
－주전원 릴레이－
주전원 릴레이(23)는, 정류부(22)와 역률 개선부(25)와의 사이에서, 전원 배선(41) 상에 직렬로 접속된다. 주전원 릴레이(23)는 상폐접점(normally close contact)이다. 주전원 릴레이(23)는, 예를 들어 모터(11)의 구동을 긴급 정지해야 하는 경우에 개방됨으로써, 상용 전원(91)으로부터 모터(11)측으로의 전력 공급을 차단한다.
모터(11)의 구동을 긴급 정지해야 하는 경우로서는, 압축기(72)에서 고압이상이 발생한 경우, 및, 모터(11)에 과대 전류가 흐른 경우 등을 들 수 있다.
그리고, 주전원 릴레이(23)의 위치는, 정류부(22)의 후단 대신에 전단(前段)이어도 된다.
－입력전압 검출부－
입력전압 검출부(24)는, 정류부(22)로부터 출력된 전압(V1)을, 역률 개선부(25)의 입력전압으로서 검출한다.
구체적으로, 입력전압 검출부(24)는, 도 1 및 도 3에 나타내듯이, 주로, 직렬로 접속된 2개의 저항(24a, 24b), 피크 홀드 회로(24c), 입력전압 샘플링부(31a)로서 기능하는 컨트롤러(31) 등에 의해 구성된다. 직렬로 접속된 2개의 저항(24a, 24b)은, 주전원 릴레이(23)와 역률 개선부(25)와의 사이에서, 정류부(22)의 출력 양단에 접속된다. 저항(24a, 24b)끼리의 접속점의 전압은, 피크 홀드 회로(24c)에 입력된다. 피크 홀드 회로(24c)에서는, 도 2에 나타내듯이, 입력전압(V1)의 최대값인 파고값(V11)이, 일정 시간 동안 유지된다. 이 파고값(V11)은, 컨트롤러(31)에 입력되고, 입력전압 샘플링부(31a)에 의해, 도 2에 나타내듯이 입력측 검출주기로 샘플링 및 AD 변환되어, 검출결과(Vac_peak)로서 인식된다.
여기서, 도 3은, 제 1 실시형태에 관한 컨트롤러(31)의 기능부를 모식적으로 나타낸다.
또, 도 2에서는, 입력전압 검출부(24)의 검출주기인 입력측 검출주기가, 입력전압(V1)이 최대값이 되는 주기(전원 주파수)보다도 긴 경우를 나타낸다.
－역률 개선부－
도 1에 나타내듯이, 역률 개선부(25)는, 주전원 릴레이(23)를 개재하여 정류부(22)의 출력에 접속된다. 역률 개선부(25)는, 승압형 역률 개선 회로이며, 입력전압(V1)을 승압 및 평활시킴으로써, 역률 개선 동작을 행한다.
구체적으로, 본 제 1 실시형태에 관한 역률 개선부(25)는, 3상 인터리브 방식으로 구성된 3상 승압 초퍼 회로와 1개의 평활 콘덴서(26)를 갖는다. 구체적으로, 역률 개선부(25)는, 3개의 리액터(L25a, L25b, L25c), 3개의 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c), 3개의 저항(R25a, R25b, R25c), 3개의 다이오드(D25a, D25b, D25c), 및 1개의 평활 콘덴서(26)를 갖는다.
리액터(L25a)는, 전원 배선(41) 상에 직렬로 접속되며, 입력전압(V1)을 전기 에너지로 하고, 이를 자속(磁束) 에너지로 변화시켜 축적하는 역할을 맡는다. 리액터(L25a)의 인덕턴스(inductance)값은, 전원 배선(41) 상을 흐르는 전류값이나 스위칭 소자(Q25a)의 스위칭 주파수 등에 따라, 적절히 결정된다.
스위칭 소자(Q25a)는, Nch 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor)로 구성되고, 리액터(L25a)에 대해 병렬로 접속된다. 스위칭 소자(Q25a)는, 입력전압(V1)에 기초하는 에너지의, 리액터(L25a)로의 축적과 리액터(L25a)로부터의 방전을 전환하는 역할을 맡는다. 스위칭 소자(Q25a)는, 역률 개선 구동부(30)에 의해 스위칭 소자(Q25a)의 온 및 오프가 제어된다.
저항(R25a)은, 스위칭 소자(Q25a)에 흐르는 PFC 전류(Ipfc) 검출용 션트(shunt) 저항이며, 스위칭 소자(Q25a)와 GND 배선(42)과의 사이에 접속된다. 저항(R25a)의 양단 전압(Vd1)은, AD 변환 후, PFC 전류 산출부(31b)로서 기능하는 컨트롤러(31)에 입력되어(도 3 참조), PFC 전류(Ipfc) 산출에 이용된다. PFC 전류(Ipfc)는, 역률 개선부(25)의 구동 제어에 이용된다. 출력전압(V2)이 어느 정도 상하(上下)했다 하더라도, 안정된 에너지가 역률 개선부(25)의 후단으로 공급되도록 하기 위함이다. 저항(R25a)의 저항값은, 역률 개선부(25)에 의한 전압의 승압 동작을 방해하는 일 없는 적절한 값으로, 결정된다.
그리고, 도 1에서는, 저항(R25c)의 양단 전압(Vd1)만이 컨트롤러(31)에 입력되고 있으나, 저항(R25a, R25b)의 양단 전압(Vd1)도 컨트롤러(31)에 입력된다.
다이오드(D25a)는, 리액터(L25a)의 출력측에서, 전원 배선(41) 상에 직렬로 접속된다. 특히, 다이오드(D25a)의 애노드 단자는, 리액터(L25a)와 스위칭 소자(Q25a)의 접속점보다도 전류의 흐름방향 하류측(下流側)에 접속된다. 다이오드(D25a)는, 리액터(L25a)측에서 전력변환부(28)측으로의 전류의 흐름만을 허용한다.
평활 콘덴서(26)는, 예를 들어 전해 콘덴서에 의해 구성되고, 각 상(相) 승압 초퍼 회로에 공통적으로 1개 배치된다. 평활 콘덴서(26)는, 각 리액터(L25a, L25b, L25c)의 출력측에서, 각 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 병렬로 접속된다. 평활 콘덴서(26)는, 각 리액터(L25a, L25b, L25c)로부터 방출된 에너지를 충방전함으로써, 비교적 리플 성분(ripple reduction)이 낮은 직류 전압을 생성한다.
이와 같은 역률 개선부(25)의 승압 동작(즉, 역률 개선 동작)에 대해, 1상분(相分) 승압 초퍼 회로를 예로 설명한다. 먼저, 스위칭 소자(Q25a)가 온(on)되면, 전원 배선(41)으로부터 리액터(L25a), 스위칭 소자(Q25a), 저항(R25a)을 지나 GND 배선(42)으로 전류 경로가 형성되어, PFC 전류(Ipfc)가 이 순서로 흐른다. 이와 같이 하면, 리액터(L25a)에 PFC 전류(Ipfc)가 흐름으로써, 리액터(L25a)에는 에너지가 축적된다. 이어서, 스위칭 소자(Q25a)가 오프(off)되면, 상기 전류 경로가 스위칭 소자(Q25a)에 의해 끊긴다. 리액터(L25a)에 축적된 에너지만큼의 전류가, 다이오드(D25a)를 지나 평활 콘덴서(26)로 흘러 들어가, 평활 콘덴서(26)의 양단 전압은 높아진다.
그리고, 그 밖의 2상분 승압 초퍼 회로는, 상술한 1상분 승압 초퍼 회로와 병렬로 접속되고, 그 동작은 상기와 마찬가지이다.
또한, 상기 역률 개선부(25)의 각 구성요소(리액터(L25a, L25b, L25c) 등)의 수는, 일례이며, 상기에 한정되는 것은 아니다. 또, 저항(R25a, R25b, R25c) 대신에 전류센서(current sensor)(도시하지 않음)가, PFC 전류(Ipfc)의 검출을 행하여도 된다.
－출력전압 검출부－
출력전압 검출부(27)는, 출력전압(V2)을 검출한다.
출력전압 검출부(27)는, 도 1 및 도 3에 나타내듯이, 주로, 직렬로 접속된 2개의 저항(27a, 27b), 출력전압 샘플링부(31c)로서 기능하는 컨트롤러(31)에 의해 구성된다. 직렬로 접속된 2개의 저항(27a, 27b)은, 역률 개선부(25)와 전력변환부(28)와의 사이에서, 평활 콘덴서(26) 양단에 접속된다. 저항(27a, 27b)끼리의 접속점의 전압(V21)은, 컨트롤러(31)에 입력되고, 출력전압 샘플링부(31c)에 의해 출력측 검출주기로 샘플링 및 AD 변환되어, 출력전압(V2)의 검출결과(Vdc)로서 인식된다.
상기 출력측 검출주기는, 입력전압 검출부(24)의 검출주기인 입력측 검출주기보다도 짧다. 일례로서는, 입력측 검출주기가 약 1sec인 경우, 출력측 검출주기는, 약 10msec일 수 있다.
－전력변환부－
전력변환부(28)는, 역률 개선부(25)의 출력측에서, 리액터(L25a, L25b, L25c)에 대해 병렬로 접속된다. 전력변환부(28)는, 역률 개선부(25)로부터 출력전압(V2)을 공급 받으면, 출력교류전력(SU, SV, SW)을 생성한다.
전력변환부(28)는, 도시는 하지 않으나, 인버터 회로 및 인버터 구동부로 구성된다. 인버터 회로는, 예를 들어 절연 게이트형 쌍극성 트랜지스터로 구성된 파워 소자와, 파워 소자에 역병렬로 접속된 환류용(還流用) 다이오드를, 각각 복수 가진 구성으로 되어 있다. 인버터 구동부는, 예를 들어 집적회로에 의해 구성되고, 각 파워 소자의 게이트단자에 접속된다. 인버터 구동부는, 컨트롤러(31)로부터 출력되는 모터 제어신호(Pwm)에 기초하여, 각 파워 소자로의 게이트 전압의 인가 제어를 행함으로써 각 파워 소자를 온 및 오프시켜, 인버터 회로에 의해 출력교류전력(SU, SV, SW)을 생성시킨다.
－전류검출부－
전류 검출부(29)는, 역률 개선부(25)로의 입력전류(Im)의 값을 검출한다. 입력전류(Im)란, 상용 전원(91)으로부터 전원 배선(41), 전력변환부(28), 모터(11)로 흘러, 다시 전력변환부(28), GND 배선(42)을 지나, 역률 개선부(25)에 흘러 들어가는 전류다.
전류 검출부(29)는, 도 1 및 도 3에 나타내듯이, 주로, GND 배선(42) 상에 직렬로 접속된 션트 저항(29a), 입력전류 산출부(31d)로서 기능하는 컨트롤러(31) 등에 의해 구성된다. 션트 저항(29a)의 양단 전압(Vd2)은, 컨트롤러(31)에 입력되고, 입력전류 산출부(31d)에 의해 소정의 샘플링 주기로 샘플링 및 AD 변환되어, 입력전류(Im) 산출에 이용된다.
－역률 개선 구동부－
역률 개선 구동부(30)는, 각 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 게이트 단자 및 컨트롤러(31)와 접속된다. 역률 개선 구동부(30)는, 예를 들어 집적회로에 의해 구성된다. 역률 개선 구동부(30)는, 컨트롤러(31)로부터의 PFC 구동 지령신호(Cpfc)에 기초하여, 각 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)로의 게이트 전압의 인가 제어를 행함으로써, 역률 개선부(25)를 온 및 오프시킨다.
구체적으로, 역률 개선 구동부(30)는, 역률 개선부(25)를 온(on)으로 하여 역률 개선 동작을 행하게 할 시, 각 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 온 및 오프를 짧은 주기로 반복시키기 위한 게이트 제어신호(G1, G2, G3)를, 각 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 출력한다. 반대로, 역률 개선 구동부(30)는, 역률 개선부(25)를 오프로 하여 역률 개선 동작을 정지시킬 시, 모든 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 오프의 상태로 유지하기 위한 게이트 제어신호(G1, G2, G3)를, 각 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 출력한다.
－컨트롤러－
컨트롤러(31)는, 메모리 및 CPU에 의해 구성된다. 컨트롤러(31)는, 메모리에 격납된 각종 프로그램에 따라, 도 3에 나타내듯이, 상술한 입력전압 샘플링부(31a), PFC 전류 산출부(31b), 출력전압 샘플링부(31c), 입력전류 산출부(31d) 외에, 모터 구동 제어부(31e)로서 기능한다.
모터 구동 제어부(31e)는, 모터(11)에 있어서의 로터 위치 정보에 기초하여 모터 제어신호(Pwm)를 결정하고, 이를 전력변환부(28)의 인버터 구동부에 출력한다. 로터 위치 정보로서는, 모터(11)의 홀 소자의 검출결과, 전류 검출부(29)의 검출결과인 입력전류(Im) 등을 들 수 있다. 또, 모터 구동 제어부(31e)는, 모터(11)가 구동되는 동안, 로터 위치 정보 및 그때마다의 각 검출부(24, 27)의 검출결과(Vac_peak, Vdc) 등을 이용하여, 모터(11) 구동에 대해 피드백 제어를 행한다.
또한, 본 제 1 실시형태에 관한 컨트롤러(31)는, 역률 개선부(25)에 관한 제어를 행한다. 당해 제어로서는, 모터(11)의 통상 회전 시의 역률 개선부(25)의 온 및 오프 제어와, 역률 개선부(25)가 출력해야 할 출력 전압(Vdc)의 목표값인 출력 목표값(Vdc_ref)의 가변제어와, 순간전압강하 또는 순간정전 발생에 수반하는 역률 개선부(25)의 온 및 오프 제어를 들 수 있다.
모터(11)의 통상 회전 시의 역률 개선부(25)의 온 및 오프 제어란, 순간전압강하 또는 순간정전이 발생하지 않는 경우의, 입력전류(Im) 등에 기초한 역률 개선부(25)의 온 및 오프 제어다. 당해 제어에서는, 예를 들어, 입력전류(Im)가 제 1 임계값을 초과한 경우, 역률 개선부(25)는 온(on)되고, 입력전류(Im)가 제 1 임계값보다도 작은 제 2 임계값을 하회한 경우, 역률 개선부(25)는 오프(off)된다. 그 밖에, 당해 제어에서는, 입력전류(Im)에 의한 제어 방법 대신에, 역률 개선부(25)의 출력전력의 대소에 따른 제어 방법이나, 모터(11)를 기동시킴과 동시에 역률 개선부(25)를 온(on)시키는 제어 방법이 채용되어도 된다.
이하에서는, 출력 목표값(Vdc_ref)의 가변 제어, 및, 순간전압강하 또는 순간정전 발생에 수반하는 역률 개선부(25)의 온 및 오프 제어에 대해, 상세히 서술한다.
＜출력 목표값의 가변 제어＞
이 제어는, 목표값 결정부(31f)로서 기능하는 컨트롤러(31)에 의해 이루어진다.
도 4는, 본 제 1 실시형태에 관한 가변식 출력 목표값(Vdc_ref)의 개념 설명도이다. 도 4에서는, 상용전압(V0)의 변동이 예측되는 범위를 가로축으로 잡고, 각 상용전압(V0)에 대한 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak) 및 출력 목표값(Vdc_ref)을 세로축으로 나타낸다. 도 4 및 하기 식(1)에 나타내듯이, 목표값 결정부(31f)는, 그때마다의 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 일정량의 승압량(Va)을 가산(加算)한 결과를, 출력 목표값(Vdc_ref)으로서 결정한다.
Vdc_ref＝Vac_peak+Va …(1)
즉, 도 4 및 상기 식(1)에서는, 역률 개선부(25)의 입력전압(V1)이 가령 변화하였다 하더라도, 출력 목표값(Vdc_ref)이 항상 일정값으로 유지되는 것이 아니라, 역률 개선부(25)의 출력전압(Vdc)이 입력전압(V1)에 따라 변화하는 것을 나타낸다. 구체적으로는, 도 4에 나타내듯이, 상용전압(V0)이 저전압 측으로 변동하는 만큼, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)도 저전압 측으로 변동하므로, 출력 목표값(Vdc_ref)은 작은 값을 취한다. 반대로, 상용전압(V0)이 고전압 측으로 변동하는 만큼, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)는 고전압 측으로 변동하므로, 출력 목표값(Vdc_ref)은 큰 값을 취한다. 이와 같은 출력 목표값(Vdc_ref)의 가변 제어는, 상용전압(V0)이 변동하는, 이른바 전원전압 변동이 발생하는 경우에 적절하다.
전원전압 변동은, 다양한 요인으로 인해 발생한다. 일례로서는, 상용 전원(91)을 다양한 기기가 전원으로서 이용하는 시에, 당해 기기가 일제히 가동함으로써, 상용 전원(91)의 설비 용량에 대한 부하가 표준보다도 과잉되는 경우를 들 수 있다. 이 경우, 상용 전원(91)으로부터 각 기기로의 전류는 과대해져, 상용 전원(91)이 그 영향을 견딜 수 없게 된다. 그러므로, 상용전압(V0)은 기준값보다 저하된다. 그 밖에는, 대부분의 기기가 가동하고 있지 않아 부하가 표준보다도 작고, 이러한 이유로 상용전압(V0)이 기준값보다도 상승되는 경우 등이 있다.
이와 같은 전원전압 변동은, 일시적으로 발생하는 경우도 있는가 하면, 항상 발생하는 경우도 있다.
상기 전원전압 변동이 발생하면, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)도 변동한다. 예를 들어, 전원전압 변동의 유무에 관계 없이 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)이 일정하다고 가정하면, 가령 상용전압(V0)이 기준값에 비해 저전압 측으로 변동한 시에는, 역률 개선부(25)의 승압량은, 상용전압(V0)이 기준값인 경우에 비해 많아진다. 이와 같이 되면, 역률 개선부(25)의 리액터(L25a, L25b, L25c)에 축적해야 할 에너지량은 증가하므로, 리액터(L25a, L25b, L25c)나 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 흐르는 전류량도 필연적으로 많아진다. 그 결과, 리액터(L25a, L25b, L25c)나 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에서의 전력 손실이 증가한다.
그래서, 상기 식(1) 및 도 4에 나타내듯이, 목표값 결정부(31f)는, 역률 개선부(25)의 승압량(Va)을 일정하게 하고, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라 출력 목표값(Vdc_ref)을 결정하는 제어를 행한다. 이에 의해, 전원전압 변동이 발생했다 하더라도 승압량(Va) 자체는 변화하지 않으므로, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 흐르는 전류는 대체로 일정하다. 따라서, 역률 개선부(25)를 구성하는 리액터(L25a, L25b, L25c) 및 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 전력 손실도, 대체로 일정해진다.
＜순간전압강하 및 순간정전 발생에 수반하는 역률 개선부의 온 및 오프 제어＞
이 제어는, 순간정전 제어부(31g)(제어부에 상당)로서 기능하는 컨트롤러(31)에 의해 이루어진다.
상술한 전원전압 변동 중 일시적으로 발생하는 변동 중에는, 순간전압강하 및 순간정전이라고 불리는 것이 존재한다. 순간전압강하란, 낙뢰 등으로 인해 순간적으로 상용전압(V0)이 저하되는 현상이다. 순간정전이란, 낙뢰 등으로 인해 순간적으로 전력변환장치(20)로의 상용전압(V0)의 공급이 끊어지는 현상이다. 순간적으로 상용전압(V0)이 저하 또는 정전되는 기간으로서는, 예를 들어 10msec~100msec를 들 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의상, 순간전압강하 및 순간정전을, 통틀어 ＂순간전원장애＂라고 칭한다.
역률 개선부(25)가 역률 개선동작을 행하고 있는 동안에, 상용 전원(91)에서 순간전원장애가 발생한 경우를 생각한다. 이 경우, 역률 개선부(25)가 가령 역률 개선동작을 행하고 있다고 하더라도, 역률 개선부(25)의 입력전압(V1) 저하에 수반하여, 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)은 저하되어 간다. 순간전원장애에서는, 상용전압(V0)이 저하 또는 정전되고 있는 기간이 상술한 바와 같이 매우 짧으므로, 상용 전원(91)은, 예를 들어 10msec~100msec 후에는 복귀한다. 이와 같이 되면, 역률 개선부(25)는, 자신의 출력전압(V2)이 출력 목표값(Vdc_ref)에 도달하지 않은 상태에서 입력전압(V1)을 승압하므로, 출력전압(V2)이 과도적으로 급상승할 우려가 있다. 이와 같이 되면, 역률 개선부(25)의 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에는 과대 전류가 흘러 발열하여, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)가 파괴될 우려가 있다(이른바 과도열 파괴). 이에 대해, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)가, 당해 전류를 고려하여 선정되는 것도 생각할 수 있으나, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)가 대형화될 경향이 있어, 비용이 들게 되어 버린다.
그래서, 도 5에 나타내듯이, 본 제 1 실시형태에 관한 순간정전 제어부(31g)는, 역률 개선부(25)가 역률 개선동작을 행하고 있는 시에(구간 A), 상용 전원(91)에서 순간전원장애가 발생하였다고 판단한 경우(구간 B), 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 오프로 하여 역률 개선동작을 정지시키는 제어를 행한다(구간 C). 특히, 당해 구간 C에 나타내듯이, 순간정전 제어부(31g)는, 상용 전원(91) 복귀 시에도, 역률 개선부(25)의 역률 개선동작을 정지시켜 둔다.
여기서, 도 5는, 입력전압(V1), 입력전압 검출부(24) 및 출력전압 검출부(27)의 각 검출결과(Vac_peak, Vdc), 역률 개선부(25)의 허가／금지, PFC 구동지령신호(Cpfc), 역률 개선 구동부(30)의 출력 상태, PFC 전류(Ipfc), 및 출력교류전력(SU, SV, SW)의 경시적 변화를 나타내는 타이밍 차트다.
구체적으로, 도 5의 구간 A에서는, 순간전원장애가 발생하고 있지 않으므로, 입력전압 검출부(24) 및 출력전압 검출부(27)의 각 검출결과(Vac_peak, Vdc)는, 대체로 일정값을 유지한 상태에 있다. 구간 A에서는, 컨트롤러(31)로부터는, 역률 개선부(25)를 구동시키는 요지의 PFC 구동지령신호(Cpfc)가 출력되어, 역률 개선부(25)는, 역률 개선 구동부(30)로부터의 게이트 제어 신호(G1, G2, G3)에 기초하여 역률 개선동작을 행한다. 따라서, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에는, PFC 전류(Ipfc)가 흐른다. 또한, 전력변환부(28)는 출력교류전력(SU, SV, SW)을 출력하여, 모터(11)는 구동된다. 따라서, 압축기(72)는 구동되어, 공기조화장치(70)는, 냉방 운전 및 난방 운전 등을 포함하는 공기조화 운전을 행한다.
도 5의 구간 A에서 구간 B로의 전환 시에, 순간전원장애가 발생한다. 이 경우, 구간 B에서는, 순간전원장애의 유무의 판단 동작이 이루어진다.
여기서, 순간전원장애의 검출 방법에 대해, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은, 주로 순간정전 제어부(31g)에 의해 이루어지는 제어 내용이 정리된 조건표(Ta1)를 나타낸다. 도 6의 조건표(Ta1)에서는, 동작의 명칭(Ta11), 성립조건(Ta12), 및 상세동작 내용(Ta13)이 대응된다.
도 6의 레코드 번호＂1＂의 성립조건(Ta12)에 나타내듯이, 순간정전 제어부(31g)는, 상기 식(1)에 기초하여 결정된 출력 목표값(Vdc_ref)에서 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)를 감산(減算)함으로써, 그때마다의 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)와 출력 목표값(Vdc_ref)의 차(差)를 산출한다. 하기 식(2)에 나타내듯이, 당해 차가 소정차(DIF)보다도 크다는 조건이 성립하는 경우, 순간정전 제어부(31g)는, 순간전원장애가 발생하고 있다고 판단한다.
DIF＜Vdc_ref－Vdc …(2)
여기서, 소정차(DIF)는, 상용전압(V0)의 기준값, 평활 콘덴서(26), 및 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 용량값 등에 기초하여, 적절히 결정된다.
또한 이 경우, 통상의 정전이 아니라 순간전원장애라고 확실하게 판단하기 위해, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)가 소정 하한값(LVP)보다도 크다는 조건이 성립하는 것이 바람직하다(Vdc＞LVP). 통상의 정전이라면, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)가 소정 하한값(LVP)보다도 낮은 상태는 당분간 지속되므로, 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)은, 정전 동안에 충분히 저하된다. 따라서, 상용 전원(91) 복귀 시에 역률 개선동작이 바로 개시되었다 하더라도, 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)이 급상승하는 현상은, 발생하지 않는다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는, 이미 서술한 바와 같이, 입력전압 검출부(24)의 입력측 검출주기가 출력전압 검출부(27)의 출력측 검출주기보다도 길다는 조건이 성립한다. 이는, 순간전원장애의 발생의 유무를 확실하게 파악하기 위함이다. 즉, 순간전원장애의 발생으로 인해 입력전압(V1)의 파고값(V11)이 실제로는 순간적으로 저하되었다 하더라도, 입력측 검출주기는 출력측 검출주기보다도 길기 때문에, 순간전원장애가 발생하였다고 파악할 수 있을 정도로 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak) 자체가 저하되어 있지 않은 현상이 발생한다. 반면에, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)는, 실제 출력전압(V2)과 대체로 마찬가지로 저하된 값이 된다. 이와 같이 되면, 순간전원장애가 발생하고 있는 경우, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak) 및 승압량(Va)의 합계값인 출력측 목표값(Vdc_ref)과 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차는, 순간전원장애가 발생하지 않는 경우와는 달리, 소정차(DIF) 이상이 된다. 따라서, 순간정전 제어부(31g)는, 출력 목표값(Vdc_ref)의 가변 제어를 행하면서도, 순간전원장애를 확실하게 파악할 수 있다.
또한, 상기 소정차(DIF)에 관한 조건의 성립 유무에 관계 없이, 도 6의 레코드 번호＂2＂의 성립조건(Ta12)에 나타내듯이, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)가 소정 하한값(LVP)보다도 작은 경우에는(Vdc＜LVP), 순간정전 제어부(31g)는, 출력전압(V2)이 부족하다고 판단한다. 이 경우, 도 1의 주전원 릴레이(23)가 개방되어, 전력변환부(28)는, 출력교류전력(SU, SV, SW)의 모터(11)로의 공급을 정지한다. 따라서, 압축기(72)는 구동을 정지하여, 공기조화장치(70)는 공기조화 운전을 정지한다. 이 경우, 출력전압(V2)의 전압 이상을 나타내는 메시지가, 예를 들어 공기조화장치(70)의 리모트 컨트롤러(도시하지 않음)의 표시 화면에 표시된다.
순간전원장애의 발생이 도 5의 구간 B에서 판단된 후, 구간 C에서, 순간정전 제어부(31g)는, 역률 개선부(25)에 의한 역률 개선동작을 ＂허가＂하는 상태에서 ＂금지＂하는 상태로 전환함과 동시에, PFC 구동지령신호(Cpfc)를 ＂구동＂에서 ＂정지＂로 전환한다. 이에 의해, 역률 개선 구동부(30)는, 역률 개선부(25)로의 게이트 제어 신호(G1, G2, G3)의 출력을 정지하여, 역률 개선부(25)의 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)는 오프가 된다. 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 흐르는 전류경로가 끊겨, PFC 전류(Ipfc)는 흐르지 않게 된다. 따라서, 도 6의 레코드 번호＂1＂의 상세동작 내용(Ta13)에 나타내듯이, 역률 개선동작은 정지된다.
단, 구간 C에서는, 역률 개선부(25)가 오프될 뿐이고, 출력교류전력(SU, SV, SW)의 모터(11)로의 공급에 의해 압축기(72)의 구동은 정지되지 않고 지속된다. 이 경우, 입력전압(V1)은, 역률 개선부(25)에 의해 승압되지 않은 채, 전력변환부(28)에 입력된다.
구간 C 동안에, 순간전원장애가 해제되어, 상용 전원(91)이 복귀했다고 가정한다. 도 6의 레코드 번호＂3＂의 성립조건(Ta12)에 나타내듯이, 순간정전 제어부(31g)는, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)가 소정 하한값(LVP)보다도 크고(Vdc＞LVP), 또한 순간전원장애의 발생으로부터 약 100msec의 시간이 경과하였다는 조건이 성립하는 경우에, 상용 전원(91)이 복귀하였다고 판단한다. 상용 전원(91) 복귀 시, 순간정전 제어부(31g)는, 도 6의 레코드 번호＂3＂의 상세동작 내용(Ta13)에 나타내듯이, 모터(11)의 구동에 수반하여 압축기(72)가 정상적으로 구동되고 있는지를 감시한다. 그리고, 순간정전 제어부(31g)는, 압축기(72)가 정상적으로 구동되고 있는 시간을, 상용 전원(91) 복귀 시로부터 계측하기 시작한다.
도 5의 구간 C에서 구간 D로의 전환 시에, 도 6의 레코드 번호＂4＂의 성립조건(Ta12)에 나타내듯이, 계측하고 있는 시간이 소정 시간에 도달하였다고 가정한다. 이 경우, 도 5의 구간 D 및 도 6의 레코드 번호＂4＂의 상세동작 내용(Ta13)에 나타내듯이, 순간정전 제어부(31g)는, 역률 개선부(25)에 의한 역률 개선동작을 ＂금지＂하는 상태에서 ＂허가＂하는 상태로 전환한다. 그리고, 순간정전 제어부(31g)는, 역률 개선동작을 ＂허가＂하는 상태로 전환한 직후로부터, 예를 들어 입력전류(Im)에 따라 역률 개선동작을 실제로 실행시킬지를 결정한다. 역률 개선동작을 실행시켜야 한다고 판단한 경우에는, 순간정전 제어부(31g)는, PFC 구동지령신호(Cpfc)를 ＂정지＂에서 ＂구동＂으로 전환한다. 이에 의해, 역률 개선 구동부(30)는, 게이트 제어 신호(G1, G2, G3)의 출력을 재개하여, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)는 온 및 오프를 반복한다. 따라서, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에는 PFC 전류(Ipfc)가 흐르게 되어, 역률 개선동작이 개시된다. 이 구간 D 동안에도, 압축기(72)는 계속 구동된다.
단, 상용 전원(91) 복귀 시부터 상기 소정 시간이 경과하기까지 동안에, 모터(11)의 구동에 이상이 발생한 경우, 컨트롤러(31)는, 주전원 릴레이(23)를 오프로 하여 모터(11)의 구동을 정지시켜도 된다. 여기서 말하는 ＂이상＂에는, 모터(11)의 과전류 등을 들 수 있다.
여기서, 상기 소정 시간은, 상용 전원(91) 복귀 시부터 리플 저감 제어가 개시되기까지의 시간 간격보다도 짧게 설정되는 것이 바람직하다. 리플 저감 제어란, 평활 콘덴서(26)의 양단전압의 리플 성분을 저감시키는 제어다.
본 제 1 실시형태에서는, 순간전원장애가 발생한 경우, 역률 개선부(25)가 일시적으로 오프되어 역률 개선동작이 정지된다. 이 동안, 평활 콘덴서(26)에는, 승압되어 있지 않은 입력전압(V1)이 인가된다. 역률 개선은 일시적으로 도모할 수 없게 되나, 순간전원장애의 발생 기간은 매우 짧으므로, 전력변환부(28)에 걸리는 부하(즉, 구동 중의 모터(11))는, 역률 개선동작의 정지 전후로 비교적 변화하지 않는다. 따라서, 부하의 크기에 따라서는, 평활 콘덴서(26)의 양단전압의 리플 성분이 증가하여, 평활 콘덴서(26)의 수명을 줄이게 하는 요인이 될 수 있다. 이에 대해, 리플 성분이 증가한 경우, 상기 부하를 경감시키기 위해, 컨트롤러(31)는, 상용 전원(91) 복귀 시부터 예를 들어 30sec 경과 후에, 예를 들어 모터(11)의 회전수를 낮춤으로써 리플 성분을 저감시키는 제어를 행한다(리플 저감 제어). 그러나, 리플 저감 제어는, 압축기(72)의 구동 능력을 저하시키게 되고, 결과적으로는, 공기조화장치(70)의 공조 능력이 저하되어 버린다. 그래서, 본 제 1 실시형태에서는, 상용 전원(91)이 복귀한 경우, 상기 리플 저감 제어가 개시되기 전에, 역률 개선부(25)를 온시켜 역률 개선동작을 재개시킨다. 이에 의해, 공조 능력의 저하가 가능한 방지된다.
그리고, 상기 소정 시간은, 고정값이라도 되고, 예를 들어 순간전원장애의 기간이나 규모에 따라 결정되는 가변값이라도 된다.
여기서, 도 5에서는, 일례로서, 역률 개선동작이 ＂금지＂상태에서 ＂허가＂상태로 전환된 타이밍과, 실제로 역률 개선동작이 재개된 타이밍이, 다른 경우를 나타낸다. 이는, 역률 개선동작이 ＂금지＂상태에서 ＂허가＂상태로 전환되고, 바로 역률 개선동작이 이루어지는 것이 아님을 나타낸다. 따라서, 역률 개선동작이 ＂금지＂상태에서 ＂허가＂상태로 전환된 타이밍에서, 이미 역률 개선동작을 실제로 행하기 위한 조건이 갖추어진 경우에는, 순간정전 제어부(31g)는, 바로 역률 개선부(25)를 온시켜도 된다.
＜제 1 실시형태의 효과＞
본 제 1 실시형태에 관한 전력변환장치(20)에 의하면, 순간전원장애 발생 시, 승압형 역률 개선부(25)에서는, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)가 오프로 되어 승압 동작인 역률 개선동작이 정지된다. 상용 전원(91) 복귀 시에도, 역률 개선동작은 정지하고 있다. 이로써, 역률 개선부(25) 내에서는, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 포함하는 전류경로가 끊긴다. 따라서, 상용 전원(91) 복귀 시의 역률 개선동작에 의해 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)이 일시적으로 급상승하여, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 과대 전류가 흐르는 것이 방지된다. 그러므로, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 고장을 방지할 수 있으며, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 소형화 및 저비용화가 도모된다.
또, 본 제 1 실시형태에 관한 전력변환장치(20)에 의하면, 출력 목표값(Vdc_ref)과 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차가 소정차(DIF)보다도 큰 경우에, 순간정전 제어부(31g)는, 순간전원장애가 발생하고 있다고 판단할 수 있다. 이와 같이, 순간정전 제어부(31g)는, 순간전원장애의 발생의 유무를 간단하게 파악할 수 있다.
또한, 순간전원장애가 발생하고 있는 경우, 실제 입력전압(V1) 및 출력전압(V2)은, 함께 저하되어 간다. 한편, 본 제 1 실시형태에서는, 입력측 검출주기가 출력측 검출주기보다도 길기 때문에, 순간전원장애가 발생하고 있으면, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)는, 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)에 비해 높은 값이 된다. 따라서, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak) 및 승압량(Va)의 합계값인 출력 목표값(Vdc_ref)과 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차는, 소정차(DIF)보다도 커진다. 따라서, 순간정전 제어부(31g)는, 출력 목표값(Vdc_ref)의 가변 제어를 행하는 경우라도, 순간전원장애를 확실하게 파악할 수 있다.
또, 본 제 1 실시형태에서는, 순간전원장애 발생 시, 역률 개선부(25)는 오프가 되나, 상기 압축기(72)의 구동은 지속된다. 이에 의해, 공기조화장치(70)의 공조대상 공간에 있는 이용자의 쾌적성이 유지된다.
또한, 본 제 1 실시형태에서는, 역률 개선부(25)는, 압축기(72)가 정상적으로 구동되고 있는 경우에, 역률 개선동작을 재개하는 것이 가능해진다.
또, 본 제 1 실시형태에서는, 상용 전원(91) 복귀 후, 리플 저감 제어가 개시되기 전에, 역률 개선부(25)의 역률 개선동작이 허가된다. 따라서, 리플 저감 제어로 인해 공기조화장치(70)의 능력이 저감되어 버리는 것을, 가능한 방지할 수 있다.
＜제 1 실시형태의 변형예 1＞
상기에서는, 도 4 및 상기 식(1)에 나타내듯이, 역률 개선부(25)의 출력 목표값(Vdc_ref)이, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)와 일정량의 승압량(Va)의 합계에 의해 결정된다고 설명하였다.
그러나, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라 출력 목표값(Vdc_ref)이 가변되면 되며, 순간정전 제어부(31g)는, 도 4 및 상기 식(1) 이외의 방법으로 출력 목표값(Vdc_ref)을 결정하여도 된다.
＜제 1 실시형태의 변형예 2＞
입력전압 검출부(24)는, 입력전압(V1)의 파고값(V11) 대신에, 상용전압(V0) 또는 입력전압(V1)의 실효값 및 평균값 등을 입력측 검출주기로 샘플링하는 구성이라도 된다.
상기에서는, 입력측 검출주기가 출력측 검출주기보다 길다고 설명하였으나, 순간전원장애를 문제 없이 검출할 수 있다면, 입력측 검출주기는, 출력측 검출주기보다 길지 않아도 된다.
《제 2 실시형태》
본 제 2 실시형태에서는, 출력 목표값(Vdc_ref)이 고정값인 경우에 대해 설명한다. 이하에서는, 상기 제 1 실시형태와 다른 부분에 대해서만 설명한다.
＜출력 목표값 결정 방법＞
도 7은, 본 제 2 실시형태에 관한 고정식 출력 목표값(Vdc_ref)의 개념 설명도이다. 도 7은, 상용전압(V0)의 변동이 예측되는 범위를 가로축으로 잡고, 각 상용전압(V0)에 대한 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak) 및 출력 목표값(Vdc_ref)을 세로축으로 나타낸다. 도 8은, 제 2 실시형태에 관한 컨트롤러(31)의 기능부를 모식적으로 나타낸다.
도 7에 나타내듯이, 출력 목표값(Vdc_ref)은, 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 관계없이, 미리 일정값으로 고정된다. 도 8에서는, 일례로서, 컨트롤러(31)가 상기 제 1 실시형태의 목표값 결정부(31f)로서의 기능을 갖지 않는 경우를 도시한다.
본 제 2 실시형태에 관한 출력 목표값(Vdc_ref)은, 공기조화장치(70)가 설치되는 환경 하의 상용 전원(91) 상태에 의해 결정된다. 특히, 출력 목표값(Vdc_ref)은, 당해 공기조화장치(70)의 설치가 예상되는 각 국의 상용 전원(91)의 사정(구체적으로는, 전원전압 변동 등)을 고려하여, 어떠한 상용 전원(91)의 상용전압(V0)에 기초하는 입력전압(V1)의 파고값(V11)보다도 높은 값으로 결정되는 것이 바람직하다. 가령, 입력전압(V1)의 파고값(V11)이 출력 목표값(Vdc_ref)보다도 높아지는 역전현상이 발생하면, 역률 개선부(25)는, 입력전압(V1)의 승압을 하지 않게 되어, 역률이 악화되기 때문이다.
＜순간전압강하 및 순간정전 발생에 수반하는 역률 개선부의 온 및 오프 제어＞
순간정전 제어부(31g)는, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 역률 개선부(25)가 역률 개선동작을 행하고 있는 시에, 순간전압강하 및 순간정전을 포함하는 순간전원장애를 검출한 경우, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 오프로 하여 역률 개선동작을 정지시키는 제어를 행한다. 상용 전원(91) 복귀 시에도, 역률 개선부(25)의 역률 개선동작은 정지하고 있다.
순간전원장애의 검출 방법 및 순간정전 제어부(31g)의 상세한 동작은, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
그리고, 상기 제 1 실시형태에서는, 출력 목표값(Vdc_ref)의 가변 제어를 실현시키기 위해, 입력측 검출주기가 출력측 검출주기보다도 길다는 조건이 성립하였다. 당해 조건은, 출력 목표값(Vdc_ref)이 고정값인 본 제 2 실시형태에서도, 순간전원장애의 검출 조건으로서 포함되어도 된다. 문제 없이 순간전원장애의 발생이 검출되기 때문이다.
＜제 2 실시형태의 효과＞
본 제 2 실시형태에 관한 전력변환장치(20)에 있어서도, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 순간전원장애 발생 시 및 상용 전원(91) 복귀 시, 승압형 역률 개선부(25)에서는, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)가 오프로 되어 승압 동작인 역률 개선동작이 정지된다. 이로써, 역률 개선부(25) 내에서는, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 포함하는 전류경로가 끊어진다. 따라서, 출력 목표값(Vdc_ref)이 고정값이라도, 상용 전원(91) 복귀 시의 역률 개선동작에 의해 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)이 일시적으로 급상승하여, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 과대 전류가 흐르는 것이 방지되므로, 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)의 고장을 방지할 수 있다.
＜제 2 실시형태의 변형예＞
상기 제 2 실시형태에 관한 전력변환장치(20)는, 입력전압 검출부(24) 및 출력전압 검출부(27) 중, 어느 하나를 구비하는 구성이라도 된다. 이 경우, 도 6의 레코드 번호＂1＂의 성립조건(Ta12)이 변경된다.
전력변환장치(20)가 입력전압 검출부(24)를 구비하는 경우, 입력전압 검출부(24)는, 입력전압(V1)의 값을, 상기 제 1 실시형태에 관한 입력측 검출주기보다도 짧은 주기(예를 들어 10msec마다)로 샘플링하고, 이를 검출결과로 한다. 전력변환장치(20)가 출력전압 검출부(27)를 구비하는 경우, 출력전압 검출부(27)는, 출력전압(V2)의 값을, 상기 제 1 실시형태에 관한 출력측 검출주기와 마찬가지의 주기(예를 들어 10msec마다)로 샘플링하고, 이를 검출결과로 한다. 이 경우, 순간정전 제어부(31g)는, 입력전압 검출부(24) 또는 출력전압 검출부(27)의 검출결과의 대소에 따라, 순간전원장애의 발생 및 상용 전원(91)의 복귀 유무를 판단할 수 있다.
《그 밖의 실시형태》
상기 제 1, 제 2 실시형태에 대해서는, 이하와 같은 구성으로 하여도 된다.
순간전원장애를 검출하는 시에 이용되는 파라미터(parameter)는, 입력전압 검출부(24)의 검출결과 및 출력전압 검출부(27)의 검출결과에 한정되지 않는다. 순간전원장애를 검출할 수 있다면, 어떠한 파라미터 및 검출 방법이 채용되어도 된다. 그 밖의 파라미터로서는, PFC 전류(Ipfc) 및 입력전류(Im) 등을 들 수 있다.
순간전원장애 발생 시, 압축기(72)도 구동을 정지하여도 된다.
역률 개선부(25)에 대해 역률 개선동작이 허가되는 조건은, 상용 전원(91) 복귀로부터 소정 시간 동안에 압축기(72)가 계속 구동된 경우 이외의 조건이라도 된다. 예를 들어, 상용 전원(91) 복귀 후, PFC 전류(Ipfc) 또는 입력전류(Im)가 일정값을 초과한 경우에, 역률 개선동작이 허가되어도 된다.
또한, 상기 소정 시간은, 반드시 리플 저감 제어가 개시되는 시간 간격보다 짧을 필요는 없고, 당해 시간 간격보다도 길게 설정되어도 된다.
순간전원장애 발생 시에 공기조화장치(70)(보다 구체적으로는, 압축기(72))가 과부하 상태에서 운전되고 있는 경우, 역률 개선부(25)가 정지되면 입력 역률이 악화되어, 정류부(22)나 주전원 릴레이(23)에는 과대 전류가 흘러 버린다. 그래서 이 경우에는, 정류부(22) 등을 보호하기 위해, 역률 개선부(25)를 오프시키는 제어와 대체로 동시에 리플 저감 제어가 이루어져도 된다. 이에 의해, 역률 개선동작은 정지하고 있으나, 압축기(72)의 능력에는 제한이 걸리므로, 정류부(22) 등에 과대 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 여기서, 압축기(72)가 과부하 상태란, 부하(예를 들어 모터(11)의 회전수)가 기준값을 초과하고 있는 경우를 말한다. 기준값으로서는, 예를 들어, 역률 개선부(25)가 정지하고 있는 시의 평활 콘덴서(26)의 양단전압에 대해 압축기(72)가 정상적으로 구동될 수 있는 경우의 부하(예를 들어 모터(11)의 회전수)의 최대값을 들 수 있다.
또, 모터(11)의 구동 대상은, 압축기(72) 이외(예를 들어 실외 팬(76) 및 실내 팬(82) 등)라도 된다.
또한, 정류부(22)와는 별도로 상용 전원(91)에 접속된 정류회로가 있어, 입력전압 검출부(24)는, 당해 회로의 출력전압을 검출하는 구성이라도 된다.
[산업상 이용 가능성]
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 승압형 역률 개선부를 포함하는 전력변환장치와, 이를 구비하는 공기조화장치에 대해 유용하다.
20 : 전력변환장치
22 : 정류부
24 : 입력전압 검출부
25 : 역률 개선부
26 : 평활 콘덴서
L25a, L25b, L25c : 리액터
Q25a, Q25b, Q25c : 스위칭 소자
27 : 출력전압 검출부
28 : 전력변환부
31g : 순간정전 제어부(제어부)
70 : 공기조화장치
72 : 압축기
91 : 상용 전원(교류전원)
V1 : 입력전압
V11 : 파고값
V2 : 출력전압
Vac_peak : 입력전압 검출부의 검출결과
Vdc : 출력전압 검출부의 검출결과
Vdc_ref : 출력 목표값(출력전압의 목표값)
DIF : 소정차

Claims (10)

  1. 교류전원(91)으로부터의 입력교류를 정류하는 정류부(整流部)(22)와,
    리액터(L25a, L25b, L25c)와, 상기 정류부(22)로부터 출력되는 입력전압(V1)에 기초하는 에너지의 당해 리액터(L25a, L25b, L25c)로의 축적과 당해 리액터(L25a, L25b, L25c)로부터의 방출을 전환하는 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 가지고, 상기 입력전압을 승압함으로써 역률 개선동작을 행하는 것이 가능한 역률 개선부(25)와,
    상기 입력전압(V1)을 검출하는 입력전압 검출부(24)와,
    상기 역률 개선부(25)의 출력전압(V2)을 검출하는 출력전압 검출부(27)와,
    상기 역률 개선부(25)의 출력에 접속되며, 출력교류전력(SU, SV, SW)을 생성하는 전력변환부(28)와,
    상기 역률 개선부(25)의 상기 역률 개선동작을 제어하는 제어부(31g)
    를 구비하고,
    상기 제어부(31g)는,
    상기 입력전압 검출부(24)의 검출결과(Vac_peak)에 따라, 상기 역률 개선부(25)가 출력해야 할 상기 출력전압의 목표값(Vdc_ref)을 결정하고,
    상기 출력전압의 목표값(Vdc_ref)과 상기 출력전압 검출부(27)의 검출결과(Vdc)의 차(差)가 소정차(DIF)보다도 큰 경우에, 상기 교류전원(91)에서 순간전압강하(instantaneous voltage drop) 또는 순간정전이 발생하고 있다고 판단하고,
    상기 역률 개선부(25)가 상기 역률 개선동작을 행하고 있는 시에, 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생한 경우, 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)를 오프로 하여 상기 역률 개선동작을 정지시키고,
    상기 교류전원(91) 복귀 시, 상기 역률 개선동작을 정지시킨 상태를 유지하며,
    상기 입력전압 검출부(24)의 검출결과가 상기 출력전압 검출부(27)의 검출결과보다 전압강하의 정도가 작은 것을 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생시키도록, 상기 입력전압 검출부(24)가 주기적으로 상기 입력전압을 검출하는 검출주기는, 상기 출력전압 검출부(27)가 주기적으로 상기 출력전압을 검출하는 검출 주기보다 긴
    것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력전압 검출부(24)는, 상기 입력전압(V1)의 파고값(V11)을 샘플링하고, 이를 검출결과(Vac_peak)로 하는
    것을 특징으로 하는 전력변환장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 4의 전력변환장치(20)를 구비하는 공기조화장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    냉매를 압축하는 압축기(72),
    를 더 구비하고,
    상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c) 및 상기 전력변환부(28)는, 상기 리액터(L25a, L25b, L25c)에 대해 병렬로 접속되고,
    상기 제어부(31g)는, 상기 압축기(72)가 구동되고 있는 시에 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생한 경우, 상기 압축기(72)의 구동을 정지시키지 않고 지속시키는
    것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부(31g)는, 상기 교류전원(91) 복귀 시부터 소정 시간 동안 상기 압축기(72)가 계속 구동된 경우, 상기 역률 개선부(25)에 대해 상기 역률 개선동작을 허가하는
    것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 역률 개선부(25)는, 상기 리액터(L25a, L25b, L25c)의 출력측에서 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 병렬로 접속된 평활 콘덴서(26)를 더 가지고,
    상기 소정 시간은, 상기 교류전원(91) 복귀 시부터 상기 평활 콘덴서(26)의 양단전압의 리플 성분(ripple reduction)을 저감시키는 제어가 개시되기까지의 시간 간격보다도 짧은
    것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    냉매를 압축하는 압축기(72),
    를 더 구비하고,
    상기 역률 개선부(25)는, 상기 리액터(L25a, L25b, L25c)의 출력측에서 상기 스위칭 소자(Q25a, Q25b, Q25c)에 병렬로 접속된 평활 콘덴서(26)를 더 가지고,
    상기 제어부(31g)는, 상기 압축기(72)가 과부하 상태에서 구동되고 있는 시에 상기 순간전압강하 또는 상기 순간정전이 발생한 경우, 상기 역률 개선동작의 정지와 함께 상기 평활 콘덴서(26)의 양단전압의 리플 성분을 저감시키는 제어를 행하는
    것을 특징으로 하는 공기조화장치.
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