WO2015056403A1

WO2015056403A1 - 電力変換装置及び空気調和装置

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Publication number: WO2015056403A1
Application number: PCT/JP2014/004788
Authority: WO
Inventors: 晋一石関; 健太郎田岡; 正英藤原
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2015-04-23
Also published as: JP2015080314A

Abstract

力率改善部の素子の耐圧性を抑えながら、これらの素子が故障する可能性を抑える。電力変換装置は、入力交流を整流する整流部（22）と、上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力を生成する電力変換部（28）と、上記力率改善部（25）を制御する制御部（31）とを有する。上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）によって駆動される装置の運転を停止させるときには、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。

Description

電力変換装置及び空気調和装置

　本発明は、力率改善部を有する電力変換装置及び空気調和装置に関し、特に、電力変換装置によって駆動される装置の運転を停止させるときの制御に関する。

　一般に、空気調和装置における圧縮機はモータを駆動源としている。モータには、電力変換装置から交流電力が供給される。

　電力変換装置としては、特許文献１に示されるように、主として、整流部、昇圧型の力率改善部及びインバータ式の電力変換部によって構成されているものが一般的に知られている。先ず、商用電源から出力された交流の商用電圧は、整流部によって整流される。整流後の電圧は、力率改善部によって所望の電圧に昇圧され平滑されることで、力率改善される。力率改善後の電圧は、電力変換部に供給される。電力変換部は、力率改善後の電圧を用いてモータ駆動用の交流電力を生成する。

特開２０１１－２３９５４７号公報

　力率改善部は、その出力電圧が設定値に維持されるように、スイッチング動作を行う。しかし、電力変換部が停止すると、負荷が急激に減少するので、力率改善部の制御が追従できず、力率改善部の出力電圧が急に上昇してしまうことがある。すると、力率改善部のスイッチング素子や、平滑用コンデンサに、通常より高い電圧が与えられる。

　過電圧に耐えられるようなスイッチング素子や平滑用コンデンサを採用すれば、過電圧による故障を避けることができる。しかし、そのようにすると、素子が大型化してしまい、コストの上昇も招いてしまう。

　本発明は、力率改善部の素子の耐圧性を抑えながら、これらの素子が故障する可能性を抑えることを目的とする。

　第１の発明の電力変換装置は、交流電源（91）からの入力交流を整流する整流部（22）と、上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力を生成する電力変換部（28）と、上記力率改善部（25）の力率改善動作を制御する制御部（31）とを有する。上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）によって駆動される装置の運転を停止させるときには、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。

　これによると、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから、電力変換部（28）に動作を停止させる指示をするので、力率改善部（25）の出力電圧の上昇を抑えることができる。力率改善部のスイッチング素子や、平滑用コンデンサに掛かる電圧を抑えることができ、これらの素子の耐圧性を抑えながら、これらの素子が故障する可能性を抑えることができる。

　第２の発明の電力変換装置では、第１の発明において、上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから所定時間経過後に上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。

　これによると、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから所定時間経過後に電力変換部（28）に動作を停止させる指示をするので、電力変換部（28）よりも力率改善部（25）の方が、停止させる指示を受信してから停止するまでの時間が長い場合であっても、力率改善部（25）の出力電圧の上昇を抑えることができる。

　第３の発明の電力変換装置では、第２の発明において、上記力率改善部（25）は、リアクタ（L25a,L25b,L25c）と、上記リアクタ（L25a,L25b,L25c）に直列に接続されたスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）とを有する。上記所定時間は、少なくとも、上記制御部（31）が上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから上記スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）がスイッチング動作を停止するまでの時間である。

　これによると、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから、少なくとも、スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）がスイッチング動作を停止するまでの時間が経過した後に、電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。このため、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させてから電力変換部（28）に動作を停止させることが、より確実に行える。

　第４の発明の電力変換装置では、第１の発明において、上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）の出力電圧の低下によって上記力率改善部（25）の力率改善動作の停止を検知した後に、上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。

　これによると、制御部（31）が、力率改善部（25）の出力電圧の低下によって力率改善部（25）の力率改善動作の停止を検知するので、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させてから電力変換部（28）に動作を停止させることが、より確実に行える。

　第５の発明の電力変換装置では、第１の発明において、上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）に過電流が流れた場合、又は上記電力変換部（28）によって駆動される装置としての圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合には、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をする以前に、上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。

　電力変換部（28）に過電流が流れた場合や、圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合には、電力変換部（28）によって駆動されるモータを緊急に停止させる必要がある。第５の発明によると、このような場合に、制御部（31）は、素早く電力変換部（28）の動作を停止させることができる。

　第６の発明の電力変換装置では、第１の発明において、上記整流部（22）と上記力率改善部（25）との間、又は上記交流電源（91）と上記整流部（22）との間の導通を制御するスイッチ（23）を更に有する。上記電力変換部（28）に過電流が流れた場合、又は上記電力変換部（28）によって駆動される装置としての圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合には、上記スイッチ（23）がオフになる。

　電力変換部（28）に過電流が流れた場合や、圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合には、電力変換部（28）によって駆動されるモータを緊急に停止させる必要がある。第６の発明によると、このような場合に、スイッチ（23）をオフにすることにより、素早く電力変換部（28）の動作を停止させることができる。

　第７の発明の空気調和装置は、第１から第６の発明のいずれか１つの電力変換装置を有する。

　これによると、空気調和装置において、力率改善部（25）の出力電圧の上昇を抑えることができる。力率改善部のスイッチング素子や、平滑用コンデンサに掛かる電圧を抑えることができ、これらの素子の耐圧性を抑えながら、これらの素子が故障する可能性を抑えることができる。

　第１～第７の発明によれば、力率改善部の素子の耐圧性を抑えながら、これらの素子が故障する可能性を抑えることができる。素子の耐圧性をあまり高くする必要がないので、素子の小型化やコストの低減を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を備えたモータ駆動システムの構成図である。図２は、空気調和装置の構成の概略図である。図３は、入力電圧、その波高値、入力側検出周期、及び入力電圧検出部の検出結果の経時的変化を表したタイミングチャートである。図４は、図１のコントローラの機能部を模式的に表した図である。図５は、図１の電力変換装置（20）における信号の波形等の例を示すグラフである。図６は、図５のような制御が行われる場合における、電力変換部（28）及び力率改善部（25）の状態の例を示すグラフである。図７は、図５の遅延時間（TD）を零にした場合における、電力変換部（28）及び力率改善部（25）の状態の例を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、同一の又は類似の構成要素である。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　＜概要＞
　図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置（20）を備えたモータ駆動システム（100）の構成図である。図１のモータ駆動システム（100）は、モータ（11）と、電力変換装置（20）とで構成されている。

　モータ（11）は、３相のブラシレスＤＣモータであって、図示はしていないが、ステータ、ロータ及びホール素子等を有している。ステータは、複数の駆動コイルを有している。ロータは、永久磁石を有している。ホール素子は、ステータに対するロータの位置を検出するための素子である。

　なお、モータ（11）は、例えば、空気調和装置に含まれる圧縮機の駆動源である。従って、モータ駆動システム（100）は、空気調和装置に搭載されていてもよい。

　図２は、空気調和装置（70）の構成の概略図である。図１のモータ（11）は、例えば、図２の空気調和装置（70）に含まれる圧縮機（72）の駆動源である。図２に示すように、室外ユニット（71）には、冷媒を圧縮する圧縮機（72）及びモータ（11）の他、冷媒の流れを切り換える四方切換弁（73）、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器（74）、冷媒を減圧する膨張弁（75）、室外熱交換器（74）へ外気を供給する室外ファン（76）、ファンモータ（77）、及び圧力センサ（79）が含まれている。室内ユニット（80）には、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器（81）、熱交換後の空気を室内に吹き出す室内ファン（82）及びファンモータ（83）が含まれている。

　電力変換装置（20）は、商用電源（91）及びモータ（11）と、複数本のハーネスを介して接続されている。電力変換装置（20）は、交流電源である商用電源（91）からの入力交流を出力交流電力（SU,SV,SW）に変換してモータ（11）に供給する。これにより、モータ（11）は駆動され得る。

　なお、本実施形態では、商用電源（91）が単相電源である場合を例に採る。

　＜電力変換装置の構成＞
　電力変換装置（20）は、フィルタ（21）、整流部（22）、主電源リレー（23）、入力電圧検出部（24）、力率改善部（25）、出力電圧検出部（27）、電力変換部（28）、電流検出部（29）、及びコントローラ（制御部）（31）を有する。

　　－フィルタ－
　フィルタ（21）は、商用電源（91）と整流部（22）との間に位置している。フィルタ（21）は、コイル（21a）とコンデンサ（21b）とで構成されたローパスフィルタであって、力率改善部（25）及び電力変換部（28）にて発生した高周波ノイズの、商用電源（91）側への回り込みを防止する。

　　－整流部－
　整流部（22）は、フィルタ（21）の後段に接続されている。整流部（22）は、４つのダイオード（22a,22b,22c,22d）で構成されている。

　具体的には、ダイオード（22a,22c）の各カソード端子は、互いに電源配線（41）に接続されている。ダイオード（22b,22d）の各アノード端子は、互いにＧＮＤ配線（42）に接続されている。ダイオード（22a）のアノード端子とダイオード（22b）のカソード端子との接続点、及び、ダイオード（22c）のアノード端子とダイオード（22d）のカソード端子との接続点は、それぞれ商用電源（91）の出力に接続されている。

　整流部（22）は、商用電源（91）からの入力交流を、図３に示すように全波整流して出力する。図３は、整流された電圧（以下、入力電圧）（V1）、入力電圧（V1）の波高値（V11）、後述する入力側検出周期、及び入力電圧検出部（24）の検出結果（Vac_peak）の経時的変化を表している。

　以下では、説明の便宜上、入力交流の電圧を「商用電圧（V0）」と呼称する。

　　－主電源リレー－
　主電源リレー（23）は、整流部（22）と力率改善部（25）との間にて、電源配線（41）上に直列に接続されている。主電源リレー（23）は常閉接点である。主電源リレー（23）は、例えばモータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合に開放されることで、商用電源（91）からモータ（11）側への電力供給を遮断する。

　モータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合としては、圧縮機（72）にて高圧異常が生じた場合、及び、モータ（11）に過大な電流が流れた場合等が挙げられる。

　なお、主電源リレー（23）の位置は、整流部（22）の後段に代えて前段であってもよい。

　　－入力電圧検出部－
　入力電圧検出部（24）は、整流部（22）から出力された電圧（V1）を、力率改善部（25）の入力電圧として検出する。

　具体的に、入力電圧検出部（24）は、図１及び図４に示すように、主として、互いに直列に接続された２つの抵抗（24a,24b）、ピークホールド回路（24c）、入力電圧サンプリング部（31a）として機能するコントローラ（31）等によって構成されている。互いに直列に接続された２つの抵抗（24a,24b）は、主電源リレー（23）と力率改善部（25）との間において、整流部（22）の出力の両端に接続されている。抵抗（24a,24b）同士の接続点における電圧値は、ピークホールド回路（24c）に入力される。ピークホールド回路（24c）では、図３に示すように、入力電圧（V1）の最大値である波高値（V11）が、一定時間の間維持される。この波高値（V11）は、コントローラ（31）に入力され、入力電圧サンプリング部（31a）により、図３に示すように入力側検出周期でサンプリング且つＡＤ変換され、検出結果（Vac_peak）として認識される。

　ここで、図４は、図１のコントローラ（31）の機能部を模式的に表した図である。

　また、図３では、入力電圧検出部（24）の検出周期である入力側検出周期が、入力電圧（V1）が最大値を採る周期（電源周波数）よりも長い場合を表している。

　　－力率改善部－
　図１に示すように、力率改善部（25）は、主電源リレー（23）を介して整流部（22）の出力に接続されている。力率改善部（25）は、昇圧型の力率改善回路であって、入力電圧（V1）を昇圧及び平滑することで、力率改善動作を行う。

　具体的に、図１の力率改善部（25）は、力率改善駆動部（30）と、３相のインターリーブ方式の動作が可能なように構成された３相の昇圧チョッパ回路と、１つの平滑コンデンサ（26）とを有する。具体的に、力率改善部（25）は、３つのリアクタ（L25a,L25b,L25c）、３つのスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）、３つの抵抗（R25a,R25b,R25c）、３つのダイオード（D25a,D25b,D25c）、及び１つの平滑コンデンサ（26）を有する。

　リアクタ（L25a）は、その一端が主電源リレー（23）に接続され、入力電圧（V1）を電気エネルギーとし、これを磁束エネルギーに変化させて蓄える役割を担う。リアクタ（L25a）のインダクタンス値は、電源配線（41）上を流れる電流値やスイッチング素子（Q25a）のスイッチング周波数等に応じて、適宜決定される。

　スイッチング素子（Q25a）は、Ｎｃｈの絶縁ゲートバイポーラトランジスタで構成されており、リアクタ（L25a）の他端に接続されている。スイッチング素子（Q25a）は、入力電圧（V1）に基づくエネルギーの、リアクタ（L25a）への蓄積と放電とを切り換える役割を担う。スイッチング素子（Q25a）は、力率改善駆動部（30）によってスイッチング素子（Q25a）のオン及びオフが制御される。

　抵抗（R25a）は、スイッチング素子（Q25a）に流れる力率改善（ＰＦＣ：power factor correction）電流（Ipfc）の検出用のシャント抵抗であって、スイッチング素子（Q25a）とＧＮＤ配線（42）との間に接続されている。抵抗（R25a）の電圧（Vd1）は、ＡＤ変換後、ＰＦＣ電流算出部（31b）として機能するコントローラ（31）に入力され（図４参照）、ＰＦＣ電流（Ipfc）の算出に用いられる。ＰＦＣ電流（Ipfc）は、力率改善部（25）の駆動制御に利用される。出力電圧（V2）がある程度上下したとしても、安定したエネルギーが力率改善部（25）の後段へと供給されるようにするためである。抵抗（R25a）の抵抗値は、力率改善部（25）による電圧の昇圧動作を妨げることのない適切な値に、決定されている。

　なお、図１では、抵抗（R25c）の電圧（Vd1）のみがコントローラ（31）に入力されているが、抵抗（R25a,R25b）の電圧（Vd1）もコントローラ（31）に入力される。

　ダイオード（D25a）は、リアクタ（L25a）の出力側において、電源配線（41）上に直列に接続されている。特に、ダイオード（D25a）のアノード端子は、リアクタ（L25a）とスイッチング素子（Q25a）との接続点よりも電流の流れ方向下流側に接続されている。ダイオード（D25a）は、リアクタ（L25a）側から電力変換部（28）側への電流の流れのみを許容する。

　平滑コンデンサ（26）は、例えば電解コンデンサによって構成されており、各相の昇圧チョッパ回路に共通して１つ設けられている。平滑コンデンサ（26）は、各リアクタ（L25a,L25b,L25c）の出力側において、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に並列に接続されている。平滑コンデンサ（26）は、各リアクタ（L25a,L25b,L25c）から放出されたエネルギーを充放電することで、比較的リプル成分の低い直流電圧を生成する。

　力率改善駆動部（30）は、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のゲート端子及びコントローラ（31）と接続されている。力率改善駆動部（30）は、例えば集積回路によって構成されている。力率改善駆動部（30）は、コントローラ（31）からのＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）に基づいて、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）へのゲート電圧の印加制御を行うことで、力率改善部（25）の力率改善動作を制御する。

　具体的に、力率改善駆動部（30）は、力率改善部（25）に力率改善動作を行わせる場合には、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のオン及びオフを短い周期で繰り返させるためのゲート制御信号（G1,G2,G3）を、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に出力する。逆に、力率改善駆動部（30）は、力率改善部（25）に力率改善動作を行わせない場合には、全てのスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）をオフの状態に保つためのゲート制御信号（G1,G2,G3）を、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に出力する。

　このような力率改善部（25）の昇圧動作（即ち、力率改善動作）について、１相分の昇圧チョッパ回路を例に説明する。先ず、スイッチング素子（Q25a）がオンすると、電源配線（41）からリアクタ（L25a）、スイッチング素子（Q25a）、抵抗（R25a）を経てＧＮＤ配線（42）への電流経路が形成され、ＰＦＣ電流（Ipfc）がこの順に流れる。すると、リアクタ（L25a）にＰＦＣ電流（Ipfc）が流れることにより、リアクタ（L25a）にはエネルギーが蓄積される。次いで、スイッチング素子（Q25a）がオフすると、上記電流経路がスイッチング素子（Q25a）によって絶たれる。リアクタ（L25a）に蓄積されたエネルギー分の電流が、ダイオード（D25a）を経て平滑コンデンサ（26）へと流れ込み、平滑コンデンサ（26）の電圧は高くなる。

　なお、他の２相分の昇圧チョッパ回路は、上述した１相分の昇圧チョッパ回路と並列に接続されており、その動作は上記と同様である。

　なお、上記力率改善部（25）の各構成要素（リアクタ（L25a,L25b,L25c）等）の数は、一例であって、上記に限定されることはない。また、抵抗（R25a,R25b,R25c）に代えてカレントセンサ（図示せず）が、ＰＦＣ電流（Ipfc）の検出を行っても良い。

　　－出力電圧検出部－
　出力電圧検出部（27）は、出力電圧（V2）を検出する。

　出力電圧検出部（27）は、図１及び図４に示すように、主として、互いに直列に接続された２つの抵抗（27a,27b）、出力電圧サンプリング部（31c）として機能するコントローラ（31）によって構成されている。互いに直列に接続された２つの抵抗（27a,27b）は、力率改善部（25）と電力変換部（28）との間において、平滑コンデンサ（26）の両端に接続されている。抵抗（27a,27b）同士の接続点における電圧（V21）は、コントローラ（31）に入力され、出力電圧サンプリング部（31c）によって出力側検出周期でサンプリング且つＡＤ変換され、出力電圧（V2）の検出結果（Vdc）として認識される。

　出力側検出周期は、入力電圧検出部（24）の検出周期である入力側検出周期よりも短くてもよい。一例としては、入力側検出周期が約１ｓｅｃである場合、出力側検出周期は、約１０ｍｓｅｃであり得る。

　　－電力変換部－
　電力変換部（28）は、力率改善部（25）の出力側にて、リアクタ（L25a,L25b,L25c）に対し並列に接続されている。電力変換部（28）は、力率改善部（25）から出力電圧（V2）を供給されると、出力交流電力（SU,SV,SW）を生成する。

　電力変換部（28）は、図示はしていないが、インバータ回路及びインバータ駆動部とで構成されている。インバータ回路は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタで構成されたパワー素子と、パワー素子に逆並列に接続された還流用ダイオードとを、それぞれ複数有する構成となっている。インバータ駆動部は、例えば集積回路によって構成されており、各パワー素子のゲート端子に接続されている。インバータ駆動部は、コントローラ（31）から出力されるモータ制御信号（Pwm）に基づいて、各パワー素子へのゲート電圧の印加制御を行うことで各パワー素子をオン及びオフさせて、インバータ回路に出力交流電力（SU,SV,SW）を生成させる。

　　－電流検出部－
　電流検出部（29）は、電力変換部（28）への入力電流（Im）の値を検出する。入力電流（Im）とは、商用電源（91）から電源配線（41）、電力変換部（28）、モータ（11）へと流れ、再び電力変換部（28）、ＧＮＤ配線（42）を経て、力率改善部（25）に流れ込む電流である。

　電流検出部（29）は、図１及び図４に示すように、主として、ＧＮＤ配線（42）上に直列に接続されたシャント抵抗（29a）、入力電流算出部（31d）として機能するコントローラ（31）等によって構成されている。シャント抵抗（29a）の電圧（Vd2）は、コントローラ（31）に入力され、入力電流算出部（31d）によって所定のサンプリング周期にてサンプリング且つＡＤ変換され、入力電流（Im）の算出に利用される。

　　－コントローラ－
　コントローラ（31）は、メモリ及びＣＰＵによって構成されている。コントローラ（31）は、メモリに格納された各種プログラムに応じて、図４に示すように、上述した入力電圧サンプリング部（31a）、ＰＦＣ電流算出部（31b）、出力電圧サンプリング部（31c）、入力電流算出部（31d）の他、モータ駆動制御部（31e）及び力率改善制御部（31f）として機能する。

　モータ駆動制御部（31e）は、モータ（11）におけるロータ位置情報に基づいてモータ制御信号（Pwm）を決定し、これを電力変換部（28）のインバータ駆動部に出力する。ロータ位置情報としては、モータ（11）におけるホール素子の検出結果、電流検出部（29）の検出結果である入力電流（Im）等が挙げられる。また、モータ駆動制御部（31e）は、モータ（11）が駆動している間、ロータ位置情報及びその時々の各検出部（24,27）の検出結果（Vac_peak,Vdc）等を用いて、モータ（11）の駆動に対してフィードバック制御を行う。

　更に、力率改善制御部（31f）は、力率改善部（25）に関する制御を行う。当該制御としては、モータ（11）の通常回転時の力率改善部（25）の力率改善動作のオン及びオフ制御、力率改善部（25）が出力するべき出力電圧（Vdc）の目標値である出力目標値（Vdc_ref）の可変制御、及び、瞬時電圧低下または瞬時停電の発生に伴う力率改善部（25）の力率改善動作のオン及びオフ制御が挙げられる。

　モータ（11）の通常回転時の力率改善部（25）の力率改善動作のオン及びオフ制御とは、瞬時電圧低下または瞬時停電が発生していない場合の、入力電流（Im）等に基づく力率改善動作の制御である。当該制御では、例えば、入力電流（Im）が第１閾値を超過した場合、力率改善部（25）は力率改善動作を行い、入力電流（Im）が第１閾値よりも小さい第２閾値を下回った場合、力率改善部（25）は力率改善動作を行わない。その他、当該制御では、入力電流（Im）による制御方法に代えて、力率改善部（25）の出力電力の大小による制御方法や、モータ（11）を起動させると共に力率改善部（25）に力率改善動作を行わせる制御方法が採用されても良い。

　以下では、電力変換部（28）によって駆動される装置の運転を停止させるときの電力変換装置（20）における制御について、詳述する。

　＜駆動される装置の運転を停止させるときの電力変換装置における制御＞
　図５は、図１の電力変換装置（20）における信号の波形等の例を示すグラフである。時刻（T11）において、コントローラ（31）は、主電源リレー（23）を制御する主電源制御信号（Cs）、及び、電力変換部（28）の動作を制御するモータ制御信号（Pwm）をアサートする。すると、主電源リレー（23）がオンになり、電力変換部（28）がスイッチング動作を開始し、モータ（11）の運転が開始される。その後、電力変換部（28）への入力電流（Im）が増加して、時刻（T12）において閾値に達する。すると、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をアサートし、力率改善部（25）は力率改善動作を開始する。

　次に、コントローラ（31）は、電力変換部（28）によって駆動される装置としてのモータ（11）の運転を停止させる。このとき、コントローラ（31）は、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。具体的には、コントローラ（31）は、先ず、時刻（T13）においてＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートし、それから所定の遅延時間（TD）経過後の時刻（T14）においてモータ制御信号（Pwm）をネゲートする。モータ制御信号（Pwm）がネゲートされたことにより、モータ（11）は停止する。

　その後、電力変換装置（20）は、時刻（T15）～時刻（T18）等において同様の動作を繰り返す。時刻（T28）において、コントローラ（31）は、主電源制御信号（Cs）をネゲートする。すると、主電源リレー（23）がオフになり、電力変換装置（20）の全体の動作が停止される。なお、主電源制御信号（Cs）がネゲートされるのは、コントローラ（31）がモータ停止指令を受けたから、又は、電力変換部（28）に過電流が流れたこと等により緊急にモータを停止させる必要があるからであって、モータ（11）の運転及び停止を繰り返したからではない。

　図６は、図５のような制御が行われる場合における、電力変換部（28）及び力率改善部（25）の状態の例を示すグラフである。時刻（T31）において、力率改善部（25）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）に従って動作を開始する。すると、力率改善部（25）の力率改善動作により、力率改善部（25）の出力電圧（V2）が、その目標値（Vdc_ref）に達する。

　その後、コントローラ（31）は、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をする。時刻（T32）において、力率改善部（25）は動作を停止する。このとき、電力変換部（28）は動作しているので、出力電圧（V2）は低下し始める。その後、コントローラ（31）は、電力変換部（28）に動作を停止させる指示をし、電力変換部（28）は動作を停止する。

　ここで、力率改善部（25）が動作を停止してから、電力変換部（28）が動作を停止する必要がある。また、コントローラ（31）がＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）によって力率改善部（25）に指示をしてから、実際にスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）がスイッチング動作を停止するまでには、ある程度の時間を要する。

　したがって、図５の遅延時間（TD）は、少なくとも、コントローラ（31）が力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてからスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）がスイッチング動作を停止するまでの時間である。具体的には、遅延時間（TD）は、力率改善駆動部（30）がネゲートされたＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）を受信してから、この信号に従って、スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）を停止させるようなゲート制御信号（G1,G2,G3）を出力するまでの遅延時間と、スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）がゲート制御信号（G1,G2,G3）を受信してからスイッチング動作を停止するまでの遅延時間との和である。

　比較のために、他の場合の例を説明する。図７は、図５の遅延時間（TD）を零にした場合における、電力変換部（28）及び力率改善部（25）の状態の例を示すグラフである。言い換えると、図７は、力率改善部（25）及び電力変換部（28）に動作を停止させる指示が同時行われる場合のグラフである。

　時刻（T41）において、力率改善部（25）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）に従って動作を開始する。すると、力率改善部（25）の力率改善動作により、力率改善部（25）の出力電圧（V2）が、その目標値（Vdc_ref）に達する。

　その後、コントローラ（31）は、力率改善部（25）及び電力変換部（28）に動作を停止させる指示を同時にする。力率改善部（25）は、力率改善駆動部（30）を有しているので、停止させる指示をする信号を受信してから実際に停止するまでの時間が、電力変換部（28）より長い。このため、時刻（T42）において、先ず、電力変換部（28）が動作を停止する。

　このとき、力率改善部（25）は、まだ力率改善動作を行っている。しかし、負荷がなくなっているので、力率改善部（25）は負荷の急変に追従できず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は、その目標値（Vdc_ref）よりも過渡的に上昇してしまう。その後、力率改善部（25）は動作を停止し、出力電圧（V2）は低下する。力率改善部（25）の出力電圧（V2）が目標値（Vdc_ref）より高い電圧になるので、力率改善部（25）のスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）や、平滑コンデンサ（26）に、通常より高い電圧が与えられてしまい、過電圧によってこれらの素子が故障する可能性が高くなってしまう。

　本実施形態では、図５のように、コントローラ（31）は、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする。これにより、出力電圧（V2）が図７に示されているように上昇し過ぎてしまうことを、避けることができる。このため、力率改善部（25）のスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）や平滑コンデンサ（26）に掛かる電圧が高くなり過ぎないようにすることができる。

　遅延時間（TD）を設定することによって、力率改善部（25）が動作を停止してから電力変換部（28）が動作を停止する場合について説明した。しかし、これに限らず、コントローラ（31）は、力率改善部（25）の出力電圧（V2）（又はこれが分圧された電圧（V21））に基づいて力率改善部（25）の力率改善動作の停止を検知した後に、電力変換部（28）に動作を停止させる指示をしてもよい。具体的には、コントローラ（31）は、例えば、力率改善部（25）が動作を停止して出力電圧（V2）が所定の電圧だけ低下したことによって、力率改善部（25）の力率改善動作の停止を検知してもよい。

　なお、緊急の場合には、モータ（11）をできるだけ早く停止させる必要がある。そこで、コントローラ（31）は、緊急の場合には、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をする以前に、電力変換部（28）に動作を停止させる指示をしてもよい。緊急の場合とは、例えば、電力変換部（28）に過電流が流れた場合、又は電力変換部（28）によって駆動される装置としての圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合である。また、緊急の場合には、図１の整流部（22）と力率改善部（25）との間の導通を制御するスイッチとしての主電源リレー（23）が、オフになってもよい。電力変換装置（20）は、図１の主電源リレー（23）に代えて、交流電源（91）と整流部（22）との間の導通を制御するスイッチとして、主電源リレー（23）を有していてもよい。この主電源リレー（23）も、緊急の場合にはオフになってもよい。

　コントローラ（31）は、シャント抵抗（29a）の電圧（Vd2）によって、電力変換部（28）への入力電流（Im）を測定するので、電力変換部（28）に過電流が流れたことを検出することができる。電力変換部（28）に過電流が流れたことを検出すると、コントローラ（31）は、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をする以前に、電力変換部（28）に動作を停止させる指示してもよいし、主電源リレー（23）をオフにしてもよい。

　電力変換装置（20）が、入力電流（Im）を測定する電流測定部を更に有していてもよい。電流測定部は、電力変換部（28）に過電流が流れたことを検出すると、このことを、例えば割り込みによってコントローラ（31）に通知する。

　圧力センサ（79）は、圧縮機（72）の吐出側の配管に接続されており、圧縮機（72）の吐出圧力を測定する。圧力センサ（79）は、吐出圧力が閾値を超えた場合には、高圧信号（Cp）によって主電源リレー（23）をオフにする。主電源リレー（23）は、吐出圧力が閾値を超えたことを、例えば割り込みによってコントローラ（31）に通知する。通知を受信すると、コントローラ（31）は、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をする以前に、電力変換部（28）に動作を停止させる指示してもよい。

　＜実施形態の効果＞
　以上のように、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから、電力変換部（28）に動作を停止させる指示をするので、力率改善部（25）の出力電圧の上昇を抑えることができる。力率改善部（25）のスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）や、平滑コンデンサ（26）に掛かる電圧を抑えることができるので、これらの素子の耐圧性を抑えながら、これらの素子が故障する可能性を抑えることができる。

　以上説明したように、本発明は、昇圧型の力率改善部を有する電力変換装置、及びこれを有する空気調和装置等について有用である。

20　電力変換装置
22　整流部
23　主電源リレー（スイッチ）
25　力率改善部
28　電力変換部
31　制御部（コントローラ）
70　空気調和装置
72　圧縮機
L25a,L25b,L25c　リアクタ
Q25a,Q25b,Q25c　スイッチング素子
V1　入力電圧
V2　出力電圧

Claims

　交流電源（91）からの入力交流を整流する整流部（22）と、
　上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、
　上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力を生成する電力変換部（28）と、
　上記力率改善部（25）の力率改善動作を制御する制御部（31）とを備え、
　上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）によって駆動される装置の運転を停止させるときには、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから所定時間経過後に上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項２において、
　上記力率改善部（25）は、
　リアクタ（L25a,L25b,L25c）と、
　上記リアクタ（L25a,L25b,L25c）に直列に接続されたスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）とを有し、
　上記所定時間は、少なくとも、上記制御部（31）が上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をしてから上記スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）がスイッチング動作を停止するまでの時間である
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）の出力電圧の低下によって上記力率改善部（25）の力率改善動作の停止を検知した後に、上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）に過電流が流れた場合、又は上記電力変換部（28）によって駆動される装置としての圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合には、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる指示をする以前に、上記電力変換部（28）に動作を停止させる指示をする
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記整流部（22）と上記力率改善部（25）との間、又は上記交流電源（91）と上記整流部（22）との間の導通を制御するスイッチ（23）を更に備え、
　上記電力変換部（28）に過電流が流れた場合、又は上記電力変換部（28）によって駆動される装置としての圧縮機（72）の吐出圧力が閾値を超えた場合には、上記スイッチ（23）がオフになる
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１から請求項６のいずれか１つの電力変換装置を備える
ことを特徴とする空気調和装置。