WO2023100321A1 - 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

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 Download PDF

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WO2023100321A1
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capacitor
control
current
value
voltage
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PCT/JP2021/044279
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知宏 沓木
基 豊田
浩一 有澤
貴昭 ▲高▼原
遥 松尾
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三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device that convert AC power into desired power.
  • a power conversion device that converts AC power supplied from an AC power supply into desired AC power and supplies it to a load such as an air conditioner.
  • a power converter which is a control device for an air conditioner, rectifies AC power supplied from an AC power supply with a diode stack, which is a rectifier, and smoothes the power with a smoothing capacitor
  • a technology is disclosed in which an inverter comprising a plurality of switching elements converts the AC power into desired AC power and outputs the AC power to a compressor motor as a load.
  • the operation of the inverter is controlled so that the pulsation corresponding to the detected value of the capacitor voltage is superimposed on the drive pattern of the motor. Since the pulsation of the capacitor voltage depends on the power supply frequency, this control is called "power supply pulsation compensation control".
  • the power supply frequency is the frequency of the power supply voltage applied from the AC power supply.
  • the power supply ripple compensation control is operating as expected, aging deterioration of the smoothing capacitor is suppressed.
  • the power supply pulsation compensation control does not operate as expected, the increase in the pulsating current increases the electrical stress that the smoothing capacitor receives, which accelerates aging deterioration of the smoothing capacitor. Therefore, it is important to check whether the power supply ripple compensation control is operating as expected and to take appropriate measures.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a power conversion device that can appropriately cope with the case where the power supply ripple compensation control does not operate as expected.
  • the power converter according to the present disclosure includes a rectifier, a capacitor connected to the output terminal of the rectifier, an inverter connected to both ends of the capacitor, and a controller. and
  • the rectifier rectifies a power supply voltage applied from an AC power supply.
  • the inverter converts the DC power output from the capacitor into AC power, and outputs the AC power to the device on which the motor is mounted.
  • the control unit controls the inverter to perform a first control that suppresses pulsation of capacitor current, which is charge/discharge current of the capacitor.
  • the control unit determines whether or not the compensating operation by the first control is normal, and if it is determined that the compensating operation is not normal, the control unit reduces the driving rotation speed of the motor or stops driving the motor. 2 control is performed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a control unit included in the power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a q-axis current pulsation calculation section included in the control section according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a threshold setting method according to the first embodiment;
  • Flowchart for explaining the operation of the control unit according to the first embodiment 1 is a block diagram showing an example of a hardware configuration realizing functions of a control unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a block diagram showing another example of a hardware configuration that implements the functions of the control unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a threshold setting method according to the second embodiment;
  • Flowchart for explaining the operation of the control unit according to the second embodiment Flowchart for explaining the operation of the control unit according to the third embodiment
  • Flowchart for explaining the operation of the control unit according to the fourth embodiment A diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device according to Embodiment 5
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device 1 according to Embodiment 1.
  • the power converter 1 is connected to a commercial power source 110 and a compressor 315 .
  • the commercial power supply 110 is an example of an AC power supply
  • the compressor 315 is an example of the equipment referred to in the first embodiment.
  • a motor 314 is mounted on the compressor 315 .
  • a motor drive device 2 is configured by the power conversion device 1 and the motor 314 included in the compressor 315 .
  • the power converter 1 includes a reactor 120, a rectifying section 130, current detecting sections 501 and 502, a voltage detecting section 503, a smoothing section 200, an inverter 310, current detecting sections 313a and 313b, and a control section 400. , provided.
  • the reactor 120 is connected between the commercial power supply 110 and the rectifying section 130 .
  • the rectifying section 130 has a bridge circuit composed of rectifying elements 131-134.
  • the rectifying unit 130 rectifies the power supply voltage applied from the commercial power supply 110 and outputs the rectified power supply voltage.
  • the rectifier 130 performs full-wave rectification.
  • the smoothing section 200 is connected to the output terminal of the rectifying section 130 .
  • Smoothing section 200 has capacitor 210 as a smoothing element, and smoothes the rectified voltage output from rectifying section 130 .
  • the capacitor 210 is, for example, an electrolytic capacitor, a film capacitor, or the like.
  • Capacitor 210 is connected to the output terminal of rectifying section 130 .
  • Capacitor 210 has a capacity corresponding to the degree of smoothing the rectified voltage. Due to this smoothing, the voltage generated in the capacitor 210 does not have a full-wave rectified waveform of the rectified voltage, but has a waveform in which a voltage ripple corresponding to the frequency of the commercial power supply 110 is superimposed on the DC component, and does not pulsate greatly.
  • the main component of the voltage ripple frequency is twice the frequency of the power supply voltage. If the power input from commercial power supply 110 and the power output from inverter 310 do not change, the amplitude of this voltage ripple is determined by the capacitance of capacitor 210 . However, in the power conversion device 1 according to the present disclosure, an increase in capacitance is avoided in order to suppress an increase in cost of the capacitor 210 . As a result, a certain amount of voltage ripple is generated in the capacitor 210 .
  • the voltage across capacitor 210 is a pulsating voltage in a range such that the maximum value of the voltage ripple is less than twice the minimum value.
  • Current detector 501 detects rectified current I ⁇ b>1 flowing out from rectifier 130 and outputs the detected value of rectified current I ⁇ b>1 to controller 400 .
  • Current detection unit 502 detects inverter input current I ⁇ b>2 that flows into inverter 310 and outputs a detected value of inverter input current I ⁇ b>2 to control unit 400 .
  • Voltage detection unit 503 detects capacitor voltage Vdc , which is the voltage of capacitor 210 , and outputs the detected value of the detected capacitor voltage Vdc to control unit 400 .
  • Voltage detection unit 503 can be used as a detection unit that detects the power state of capacitor 210 .
  • the inverter 310 is connected to both ends of the smoothing section 200 , that is, the capacitor 210 .
  • the inverter 310 has switching elements 311a-311f and freewheeling diodes 312a-312f.
  • the inverter 310 turns on and off the switching elements 311a to 311f under the control of the control unit 400, converts the power output from the rectifying unit 130 and the smoothing unit 200 into AC power having a desired amplitude and phase, and the motor 314 is mounted. It outputs to the compressor 315, which is a device that has been processed.
  • the current detection units 313 a and 313 b each detect the current value of one phase out of the three-phase motor currents output from the inverter 310 to the motor 314 .
  • Each detection value of the current detection units 313 a and 313 b is input to the control unit 400 .
  • the control unit 400 calculates the current of the remaining one phase based on the detected value of the current of any two phases detected by the current detection units 313a and 313b.
  • a motor 314 mounted on the compressor 315 rotates according to the amplitude and phase of the AC power supplied from the inverter 310 to perform compression operation.
  • the compressor 315 is a hermetic compressor used in an air conditioner or the like, the load torque of the compressor 315 can often be regarded as a constant torque load.
  • FIG. 1 shows a case where the motor windings in the motor 314 are Y-connected
  • the present invention is not limited to this example.
  • the motor windings of the motor 314 may be delta-connection, or may be switchable between Y-connection and delta-connection.
  • reactor 120 may be arranged after rectifying section 130 .
  • the power conversion device 1 may include a booster section, or the rectifier section 130 may have the function of the booster section.
  • the current detection units 501 and 502, the voltage detection unit 503 and the current detection units 313a and 313b may be simply referred to as "detection units”.
  • the current values detected by the current detection units 501 and 502, the voltage value detected by the voltage detection unit 503, and the current values detected by the current detection units 313a and 313b may be simply referred to as "detected values". be.
  • the control unit 400 detects the value of the rectified current I1 detected by the current detection unit 501, the value of the inverter input current I2 detected by the current detection unit 502, and the capacitor voltage Vdc detected by the voltage detection unit 503. Get the detected value.
  • the control unit 400 also acquires the detected values of the motor currents detected by the current detection units 313a and 313b.
  • Control unit 400 controls the operation of inverter 310, specifically, the on/off of switching elements 311a to 311f included in inverter 310, using the detection values detected by the respective detection units.
  • control unit 400 controls the operation of the inverter 310 so that AC power including pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing from the rectifying unit 130 into the capacitor 210 of the smoothing unit 200 is output from the inverter 310 to the compressor 315. do.
  • the pulsation according to the pulsation of the power flowing into the capacitor 210 of the smoothing section 200 is, for example, the pulsation that varies depending on the frequency of the pulsation of the power flowing into the capacitor 210 of the smoothing section 200 .
  • control unit 400 suppresses capacitor current I3, which is the charge/discharge current of capacitor 210 .
  • the control unit 400 performs control so that any one of the speed, voltage, and current of the motor 314 is in a desired state. Note that the control unit 400 does not have to use all the detection values acquired from each detection unit, and can perform control using some of the detection values.
  • the control unit 400 controls the motor 314 without a position sensor.
  • position sensorless control methods for the motor 314 There are two types of position sensorless control methods for the motor 314: primary magnetic flux constant control and sensorless vector control. Embodiment 1 will be described based on sensorless vector control as an example. It should be noted that the control method described below can be applied to the primary magnetic flux constant control with minor modifications.
  • the rectified current I1 flowing out of the rectifier 130 is affected by the power phase of the commercial power supply 110, the characteristics of elements installed before and after the rectifier 130, and the like.
  • the rectified current I1 has characteristics including the power supply frequency and harmonic components of the power supply frequency (frequency components of integer multiples of 2 or more).
  • the capacitor current I3 when the capacitor current I3 is large, aging deterioration of the capacitor 210 is accelerated. In particular, when an electrolytic capacitor is used as the capacitor 210, the degree of aging deterioration is accelerated.
  • control unit 400 controls the inverter 310 so that the inverter input current I2 becomes equal to the rectified current I1, and controls the capacitor current I3 to approach zero. This suppresses deterioration of the capacitor 210 .
  • a ripple component caused by PWM Pulse Width Modulation
  • control unit 400 needs to control inverter 310 with the ripple component taken into consideration.
  • Control unit 400 controls inverter 310 so that a value obtained by removing PWM ripple from inverter input current I2 from capacitor 210 to inverter 310 matches rectified current I1, and adds pulsation to the power output to motor 314 .
  • the control unit 400 appropriately pulsates the inverter input current I2 to perform control for reducing the capacitor current I3, that is, power supply pulsation compensation control.
  • control unit 400 performs power supply ripple compensation control on capacitor 210 .
  • the power supply ripple compensation control is compensation control performed to suppress the power supply ripple component contained in the capacitor current I3.
  • the power supply pulsation component is a pulsation component of the capacitor current I3 that can occur in the capacitor current I3 due to the power supply frequency and harmonic components of the power supply frequency (frequency components of integer multiples of 2 or more).
  • the power supply ripple compensation control is performed based on the detected value of at least one of the rectified current I1, the inverter input current I2, the capacitor current I3, and the capacitor voltage Vdc , which is information for grasping the power state of the capacitor 210. be able to.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the control unit 400 included in the power converter 1 according to Embodiment 1.
  • the control unit 400 includes a rotor position estimation unit 401, a speed control unit 402, a flux-weakening control unit 403, a current control unit 404, coordinate conversion units 405 and 406, a PWM signal generation unit 407, a q-axis current A pulsation calculator 408 and an adder 409 are provided.
  • the rotor position estimation unit 401 calculates the dq-axis Estimate an estimated phase angle ⁇ est , which is the direction at , and an estimated speed ⁇ est , which is the rotor speed.
  • the speed control unit 402 automatically adjusts the q-axis current command i q1 * so that the speed command ⁇ * and the estimated speed ⁇ est match.
  • the speed command ⁇ * is, for example, a temperature detected by a temperature sensor (not shown) or a setting indicated by a remote control that is an operation unit (not shown). It is based on information indicating temperature, operation mode selection information, operation start and operation end instruction information, and the like.
  • the operation modes are, for example, heating, cooling, and dehumidification.
  • the flux-weakening control unit 403 automatically adjusts the d-axis current command i d * so that the absolute value of the dq-axis voltage command vector V dq * falls within the limits of the voltage limit value V lim * . Further, in Embodiment 1, the flux-weakening control unit 403 performs flux-weakening control in consideration of the q-axis current ripple command i qrip * calculated by the q-axis current ripple calculation unit 408 .
  • the flux-weakening control can be broadly divided into a method of calculating the d-axis current command id * from the equation of the voltage limit ellipse, and a method in which the absolute value deviation between the voltage limit value Vlim * and the dq-axis voltage command vector Vdq * is zero. There are two methods of calculating the d-axis current command i d * so that
  • the current control unit 404 automatically adjusts the dq-axis voltage command vector V dq * so that the dq-axis current vector i dq follows the d-axis current command id * and the q-axis current command i q * .
  • the coordinate conversion unit 405 coordinates-converts the dq-axis voltage command vector V dq * from the dq coordinates into the voltage command V uvw * of the AC quantity according to the estimated phase angle ⁇ est .
  • a coordinate transformation unit 406 coordinates-transforms the current I uvw flowing through the motor 314 from an alternating current quantity to a dq-axis current vector i dq of dq coordinates in accordance with the estimated phase angle ⁇ est .
  • the control unit 400 controls the two-phase current values detected by the current detection units 313a and 313b among the three-phase current values output from the inverter 310 for the current Iuvw flowing through the motor 314, It can be obtained by calculating the current value of the remaining one phase using the current values of the two phases.
  • PWM signal generation unit 407 generates a PWM signal based on voltage command V uvw * coordinate-transformed by coordinate transformation unit 405 .
  • Control unit 400 applies a voltage to motor 314 by outputting the PWM signal generated by PWM signal generation unit 407 to switching elements 311 a to 311 f of inverter 310 .
  • a q-axis current ripple calculation unit 408 calculates a q-axis current ripple command i qrip * based on the detected value of the capacitor voltage V dc detected by the voltage detection unit 503 and the estimated speed ⁇ est .
  • An addition unit 409 adds the q-axis current command i q1 * output from the speed control unit 402 and the q-axis current ripple command i qrip * calculated by the q-axis current ripple calculation unit 408, and the calculated value is A certain q-axis current command i q * is output as a torque current command to the current control unit 404 .
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the q-axis current ripple calculator 408 included in the controller 400 according to the first embodiment.
  • the q-axis current pulsation calculator 408 is configured as a feedback controller with a command value of zero. Generally, feedback controllers have a lower control response than feedforward controllers and are unsuitable for suppressing high-frequency pulsations, but various high-frequency pulsation suppression means have been proposed in the past. Famous methods include a method using Fourier coefficient calculation and a PID (Proportional Integral Differential) controller.
  • the q-axis current pulsation calculator 408 includes a subtractor 383 , Fourier coefficient calculators 384 to 387 , PID controllers 388 to 391 , and an AC restorer 392 .
  • the subtractor 383 calculates the deviation between the zero command value and the capacitor voltage Vdc .
  • Fourier coefficient calculators 384 to 387 assume that the power supply frequency is the 1f component, and calculate the amplitudes of the sin2f component, cos2f component, sin4f component, and cos4f component included in the deviation.
  • the detection signals multiplied by the Fourier coefficient calculators 384 to 387 are sin2 ⁇ in t, cos2 ⁇ in t, sin4 ⁇ in t, and cos4 ⁇ in t, respectively.
  • the detected signal has amplitudes of sin2f component, cos2f component, sin4f component, and cos4f component whose deviation includes twice the average value of the product of the input signal and the detected signal. That is, the Fourier coefficient calculators 384 to 387 calculate the amplitude of the component corresponding to the power supply frequency of the commercial power supply 110 included in the deviation between the detected value and the command value. If the capacitor current I3 has a periodic waveform, the output signals of the Fourier coefficient calculators 384 to 387 are substantially constant.
  • the PID control units 388 to 391 perform proportional-integral-derivative control, that is, PID control, so that specific frequency components of these deviations are zero.
  • the proportional gain and the derivative gain can be zero, but the value of the integral gain must be non-zero in order to converge the deviation to zero. Therefore, in the PID controllers 388 to 391, integral action is the main function. Since the output of the integral control normally changes gently, the outputs of the PID control units 388 to 391 can also be regarded as substantially constant.
  • the capacitor voltage Vdc is obtained by dividing the electric charge accumulated in the capacitor current I3, that is, the integrated value of the capacitor current I3, by the capacitance of the capacitor 210.
  • the detection signals multiplied by the Fourier coefficient calculators 384 to 387 are sin2 ⁇ in t, cos2 ⁇ in t, sin4 ⁇ in t, and cos4 ⁇ in t, respectively, as described above.
  • the AC restoration unit 392 shifts the restoration signal by the phase difference ⁇ offset to restore the outputs of the PID control units 388 to 391 to AC components. It is multiplied by sin4( ⁇ int + ⁇ offset ) and cos4( ⁇ int + ⁇ offset ) and then summed to determine the q-axis current ripple command i qrip * . In this manner, the AC restoring unit 392 generates the q-axis current pulsation command i qrip * , which is a pulsation command for suppressing the capacitor current I3.
  • the sensorless vector control system is exemplified, but it can also be applied to constant primary magnetic flux control by adding pulsation to the speed command, voltage command, etc. by adding some modifications.
  • the q-axis current pulsation command i qrip * may be generated based on the capacitor current I3.
  • Capacitor current I3 can be calculated from the detected value of rectified current I1 detected by current detector 501 and the detected value of inverter input current I2 detected by current detector 502 . Alternatively, it may be calculated based on the capacitor voltage Vdc and the capacitance of the capacitor 210, as in a third embodiment to be described later. Alternatively, the capacitor current I3 may be directly detected as in a fourth embodiment to be described later.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a threshold setting method according to the first embodiment.
  • the left side of FIG. 4 shows the time-varying waveform of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is not performed.
  • the case where the power supply ripple compensation control is not performed means that the power supply ripple compensation control function is not activated.
  • the right side of FIG. 4 shows the time-varying waveform of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is being performed.
  • the power supply ripple compensation control means that the power supply ripple compensation control function is activated.
  • the threshold value a which is the first threshold value
  • the threshold value b which is the second threshold value
  • the thresholds a and b are desirably set individually for each product or model.
  • the set thresholds a and b can be stored in a memory or processing circuit, which will be described later.
  • the positive and negative peak values of the capacitor voltage Vdc are surely smaller than when the power supply ripple compensation control is not performed. Also, when the power supply ripple compensation control function works effectively, the positive peak value of the capacitor voltage Vdc becomes smaller than the threshold value a, and the negative peak value of the capacitor voltage Vdc becomes larger than the threshold value b. Therefore, if the positive and negative peak values of the capacitor voltage Vdc are threshold-determined based on the threshold values a and b set in this manner, it can be appropriately determined whether or not the compensation operation by the power supply ripple compensation control is normal. can judge.
  • FIG. 5 is a flow chart for explaining the operation of the control unit 400 according to the first embodiment.
  • the control unit 400 reads the thresholds a and b from the memory or processing circuit (step S21).
  • the control unit 400 acquires the detected value of the capacitor voltage Vdc from the voltage detection unit 503 (step S22).
  • the control unit 400 calculates positive and negative peak values of the capacitor voltage Vdc based on the acquired detection values (step S23).
  • the control unit 400 compares the positive peak value of the capacitor voltage Vdc with the threshold value a, and compares the negative peak value of the capacitor voltage Vdc with the threshold value b (step S24).
  • step S25 When the positive peak value of the capacitor voltage Vdc is smaller than the threshold value a and the negative peak value of the capacitor voltage Vdc is larger than the threshold value b (step S25, Yes), the control unit 400 performs the power supply ripple compensation control function. is normal (step S26). Henceforth, it returns to step S22 and the process from step S22 is repeated.
  • step S25, No when the positive peak value of the capacitor voltage Vdc is equal to or greater than the threshold value a, or the negative peak value of the capacitor voltage Vdc is equal to or less than the threshold value b (step S25, No), the control unit 400 performs power supply ripple compensation. It is determined that the control function is not normal (step S27). In this case, the control unit 400 performs control to reduce the driving rotation speed of the motor 314 (step S28). Henceforth, it returns to step S22 and the process from step S22 is repeated.
  • step S28 If control is performed in step S28 to reduce the driving rotation speed of the motor 314, it may be determined in the processing of steps S25 and S26 that the power supply pulsation compensation control function is normal. In this case, the drive rotation speed of the motor 314 is returned to the instructed rotation speed, and the process of FIG. 5 is performed again. In addition, when it is determined that the power supply pulsation compensation control function is not normal, the operation of the power converter 1 is stopped and the driving of the motor 314 is stopped. In addition, in this paper, the control for reducing the driving rotation speed of the motor 314 or the control for stopping the driving of the motor 314 may be referred to as "second control".
  • step S25 it is determined as "No" when the positive peak value of the capacitor voltage Vdc and the threshold value a are equal, or when the negative peak value of the capacitor voltage Vdc and the threshold value b are equal. It may be judged as "Yes”. That is, when the positive peak value of the capacitor voltage Vdc is larger than the threshold value a or the negative peak value of the capacitor voltage Vdc is smaller than the threshold value b, it is determined that the power supply ripple compensation control function is not normal. good too.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of a hardware configuration that implements the functions of the control unit 400 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing another example of the hardware configuration that implements the functions of the control unit 400 according to the first embodiment.
  • the configuration may include an interface 424 .
  • the processor 420 is an example of computing means.
  • the processor 420 may be a computing means called a microprocessor, microcomputer, CPU (Central Processing Unit), or DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 422 includes nonvolatile or volatile semiconductor memories such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), Magnetic discs, flexible discs, optical discs, compact discs, mini discs, and DVDs (Digital Versatile Discs) can be exemplified.
  • the memory 422 stores a program for executing the functions of the control unit 400 and the set values of the threshold values a and b described above.
  • Processor 420 exchanges necessary information via interface 424, processor 420 executes programs stored in memory 422, and processor 420 refers to data including threshold values a and b stored in memory 422. , the above-described processing can be executed. Results of operations by processor 420 may be stored in memory 422 .
  • the processor 420 and memory 422 shown in FIG. 6 may be replaced with a processing circuit 423 as shown in FIG.
  • the processing circuit 423 corresponds to a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • Information to be input to the processing circuit 423 and information to be output from the processing circuit 423 can be obtained via the interface 424 .
  • part of the processing in the control unit 400 may be performed by the processing circuit 423 and the processing not performed by the processing circuit 423 may be performed by the processor 420 and the memory 422 .
  • the control unit performs the first control of controlling the inverter to suppress the pulsation of the capacitor current, which is the charging/discharging current of the capacitor.
  • the control unit determines whether or not the compensating operation by the first control is normal, and if it is determined that the compensating operation is not normal, reduces the driving rotation speed of the motor or stops driving the motor. 2nd control to carry out.
  • the first control which is the power supply ripple compensation control, does not operate as expected, it is possible to take appropriate measures.
  • the determination processing according to the first embodiment it is possible to determine whether or not the power supply ripple compensation control function is operating effectively, so it becomes easy to identify the faulty part in the power converter. Further, if only the power supply ripple compensation control function fails, it is possible to operate with limited functions, which is useful information for users and maintenance workers.
  • the first and second threshold values for determining whether or not the compensation operation by the first control, which is the power supply ripple compensation control, is normal are each the maximum capacitor voltage when the first control is not performed. It can be set based on a value and a minimum value. By using the first and second thresholds set in this manner, it is possible to appropriately determine whether the power supply ripple compensation control function is operating effectively. In addition, such a setting method is useful in the field of refrigeration cycle equipment where there are a wide variety of products with different current ratings.
  • Embodiment 2 a threshold setting method different from that in the first embodiment will be described.
  • the operation of the second embodiment can be performed by a configuration unit that is the same as or equivalent to the power conversion device 1 shown in FIG. 1 and the control unit 400 shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a threshold setting method according to the second embodiment.
  • the left side of FIG. 8 shows the temporal change waveform of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is not performed.
  • the right side of FIG. 8 shows the time-varying waveform of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is being performed.
  • the third threshold c is determined based on the pulsation width of the capacitor voltage Vdc when power supply pulsation compensation control is not performed.
  • the pulsation width referred to here is the absolute value of the difference between the instantaneous value of the capacitor voltage Vdc and the average value of the capacitor voltage Vdc . It is desirable to set the threshold value c individually for each product or model.
  • the set threshold value c can be stored in memory 422 or processing circuit 423 .
  • the ripple width of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is performed is more reliable than the ripple width of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is not performed. becomes smaller. Therefore, the instantaneous value of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is performed is based on the threshold c set based on the ripple width of the capacitor voltage Vdc when the power supply ripple compensation control is not performed. is determined as a threshold value, it can be appropriately determined whether or not the compensation operation by the power supply ripple compensation control is normal.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the control unit 400 according to the second embodiment.
  • the control unit 400 reads the threshold c from the memory 422 or the processing circuit 423 (step S31).
  • the control unit 400 acquires the detected value of the capacitor voltage Vdc from the voltage detection unit 503 (step S32).
  • the control unit 400 calculates the peak value and average value of the capacitor voltage Vdc based on the acquired detection values (step S33).
  • Control unit 400 calculates the pulsation width from the peak value and average value of capacitor voltage Vdc (step S34).
  • the control unit 400 compares the pulsation width calculated in step S34 with the threshold value c (step S35).
  • step S34 determines that the power supply pulsation compensation control function is normal (step S37). Henceforth, it returns to step S32 and the process from step S32 is repeated.
  • step S34 determines that the power supply pulsation compensation control function is not normal (step S38). In this case, the control unit 400 performs control to decrease the driving rotation speed of the motor 314 (step S39). Henceforth, it returns to step S32 and the process from step S32 is repeated.
  • step S39 If control is performed in step S39 to reduce the driving rotation speed of the motor 314, it may be determined in the processing of steps S36 and S37 that the power supply ripple compensation control function is normal. In this case, the driving rotation speed of the motor 314 is returned to the instructed rotation speed, and the process of FIG. 9 is executed again. In addition, when it is determined that the power supply pulsation compensation control function is not normal, the operation of the power converter 1 is stopped and the driving of the motor 314 is stopped.
  • step S36 "No” is determined when the pulsation width and the threshold c are equal, but “Yes” may be determined. That is, when the pulsation width is larger than the threshold value c, it may be determined that the power supply pulsation compensation control function is not normal.
  • the pulsation width is calculated as the absolute value of the difference between the instantaneous value of the capacitor voltage Vdc and the average value of the capacitor voltage Vdc , but it is not limited to this example.
  • the pulsation width may be obtained by calculating the effective value obtained by averaging the square of the difference between the instantaneous value of the capacitor voltage and the average value of the capacitor voltage, as shown in the following equation (1).
  • the pulsation width is "the absolute value of the difference between the instantaneous value of the capacitor voltage Vdc and the average value of the capacitor voltage Vdc ", for example, if the instantaneous value increases even once due to noise, there is a concern that the pulsation width will increase.
  • the effective value calculation is performed by integrating and averaging over an arbitrary time, as in the above formula (1), the calculated value will increase when the situation where the instantaneous value is large continues, so that accidental noise will not occur. You can limit the impact. Therefore, if the pulsation width is calculated using the above equation (1), a more accurate threshold value can be obtained, so that it is possible to improve the accuracy of determining whether or not the power supply pulsation compensation control function is normal. It becomes possible.
  • the third threshold for determining whether or not the compensation operation by the first control which is the power supply ripple compensation control, is normal can be determined based on the absolute value of the difference between the instantaneous value of the capacitor voltage when the first control is not performed and the average value of the capacitor voltage when the first control is not performed.
  • the third threshold value set in this manner it is possible to appropriately determine whether or not the power supply ripple compensation control function is operating effectively.
  • such a setting method is useful in the field of refrigeration cycle equipment where there are a wide variety of products with different current ratings.
  • the third threshold may be set based on the effective value obtained by averaging the square of the difference between the instantaneous value of the capacitor voltage and the average value of the capacitor voltage over an arbitrary period of time.
  • Embodiment 3 describes a determination method using a threshold different from those in Embodiments 1 and 2.
  • FIG. The operation of the third embodiment can be performed by a configuration unit that is the same as or equivalent to the power conversion device 1 shown in FIG. 1 and the control unit 400 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the control unit 400 according to the third embodiment.
  • the control unit 400 reads the threshold value d, which is the fourth threshold value, from the memory 422 or the processing circuit 423 (step S41).
  • the threshold d is a threshold set based on the capacitor current I3 when the power supply ripple compensation control is not performed.
  • the control unit 400 acquires the detected value of the capacitor voltage Vdc from the voltage detection unit 503 (step S42).
  • the control unit 400 calculates the capacitor current I3 based on the acquired detection value and the capacitance C of the capacitor 210 (step S43). Specifically, the capacitor current I3 can be calculated based on the capacitor voltage Vdc and the capacitance C of the capacitor 210 using the following equation (2).
  • the control unit 400 compares the capacitor current I3 calculated in step S43 with the threshold value d (step S44). If the capacitor current I3 calculated in step S43 is smaller than the threshold value d (step S45, Yes), the control unit 400 determines that the power supply ripple compensation control function is normal (step S46). Henceforth, it returns to step S42 and the process from step S42 is repeated.
  • step S45, No determines that the power supply ripple compensation control function is not normal (step S47). In this case, the control unit 400 performs control to reduce the driving rotation speed of the motor 314 (step S48). Henceforth, it returns to step S42 and the process from step S42 is repeated.
  • step S48 If control is performed in step S48 to reduce the drive rotation speed of the motor 314, it may be determined in the processing of steps S45 and S46 that the power supply ripple compensation control function is normal. In this case, the driving rotation speed of the motor 314 is returned to the instructed rotation speed, and the process of FIG. 10 is executed again. In addition, when it is determined that the power supply pulsation compensation control function is not normal, the operation of the power converter 1 is stopped and the driving of the motor 314 is stopped.
  • step S45 "No” is determined when the capacitor current I3 and the threshold value d are equal, but “Yes” may be determined. That is, when the capacitor current I3 is larger than the threshold value d, it may be determined that the power supply ripple compensation control function is not normal.
  • the fourth threshold for determining whether or not the compensation operation by the first control, which is the power supply ripple compensation control, is normal can be set based on the instantaneous value of the capacitor voltage when the second control is not performed and the capacitor current when the first control is not performed. Also, this capacitor current can be calculated based on the detected value of the capacitor voltage and the capacitance of the capacitor.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a power converter 1A according to the fourth embodiment.
  • a current detector 504 that detects the capacitor current I3 is added.
  • 2 A of motor drive apparatuses are comprised by 1 A of power converters, and the motor 314 with which the compressor 315 is provided.
  • Other configurations are the same as or equivalent to those of the power conversion device 1 shown in FIG. 1, and the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the current detection unit 504 may be simply referred to as a "detection unit".
  • FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the control unit 400 according to the fourth embodiment.
  • the control unit 400 reads the threshold value d, which is the fourth threshold value, from the memory 422 or the processing circuit 423 (step S51).
  • Threshold d is a threshold set based on capacitor current I3 when power supply ripple compensation control is not performed, as in the third embodiment.
  • the control unit 400 acquires the detected value of the capacitor current I3 from the current detection unit 504 (step S52).
  • the control unit 400 compares the detected value of the capacitor current I3 acquired in step S52 with the threshold value d (step S53). If the capacitor current I3 is smaller than the threshold value d (step S54, Yes), the control unit 400 determines that the power supply ripple compensation control function is normal (step S55). Henceforth, it returns to step S52 and the process from step S52 is repeated.
  • step S54 determines that the power supply ripple compensation control function is not normal (step S56). In this case, the control unit 400 performs control to reduce the driving rotation speed of the motor 314 (step S57). Henceforth, it returns to step S52 and the process from step S52 is repeated.
  • step S57 If control is performed in step S57 to reduce the driving rotation speed of the motor 314, it may be determined in the processing of steps S54 and S55 that the power supply ripple compensation control function is normal. In this case, the driving rotation speed of the motor 314 is returned to the instructed rotation speed, and the process of FIG. 12 is executed again. In addition, when it is determined that the power supply ripple compensation control function is not normal, the operation of the power conversion device 1A is stopped and the driving of the motor 314 is stopped.
  • step S54 "No” is determined when the detected value of the capacitor current I3 and the threshold value d are equal, but “Yes” may be determined. That is, when the detected value of the capacitor current I3 is larger than the threshold value d, it may be determined that the power supply ripple compensation control function is not normal.
  • the fourth threshold for determining whether or not the compensation operation by the first control, which is the power supply ripple compensation control, is normal can be set based on the detected value of the capacitor current when the control of is not performed.
  • the fourth threshold value set in this way it becomes possible to appropriately determine whether or not the power supply ripple compensation control function is operating effectively.
  • such a setting method is useful in the field of refrigeration cycle equipment where there are a wide variety of products with different current ratings.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle equipment 900 according to Embodiment 5.
  • a refrigerating cycle-applied equipment 900 according to the fifth embodiment includes the power converter 1 described in the first to third embodiments.
  • the refrigerating cycle applied equipment 900 according to Embodiment 1 can be applied to products equipped with a refrigerating cycle, such as air conditioners, refrigerators, freezers, and heat pump water heaters.
  • constituent elements having functions similar to those of the first to third embodiments are assigned the same reference numerals as those of the first to third embodiments.
  • Refrigerating cycle applied equipment 900 includes compressor 315 incorporating motor 314 according to Embodiment 1, four-way valve 902, indoor heat exchanger 906, expansion valve 908, and outdoor heat exchanger 910 with refrigerant pipe 912. attached through
  • a compression mechanism 904 that compresses the refrigerant and a motor 314 that operates the compression mechanism 904 are provided inside the compressor 315 .
  • the refrigeration cycle applied equipment 900 can perform heating operation or cooling operation by switching operation of the four-way valve 902 .
  • the compression mechanism 904 is driven by a variable speed controlled motor 314 .
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out through the four-way valve 902, the indoor heat exchanger 906, the expansion valve 908, the outdoor heat exchanger 910, and the four-way valve 902. Return to compression mechanism 904 .
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent through the four-way valve 902, the outdoor heat exchanger 910, the expansion valve 908, the indoor heat exchanger 906, and the four-way valve 902. Return to compression mechanism 904 .
  • the indoor heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat, and the outdoor heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat.
  • the outdoor heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat, and the indoor heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat.
  • the expansion valve 908 reduces the pressure of the refrigerant to expand it.
  • Embodiment 5 has been described as including the power converter 1 described in Embodiments 1 to 3, it is not limited to this.
  • a power converter 1A shown in FIG. 11 may be provided.
  • a power converter other than the power converters 1 and 1A may be used as long as the control methods of the first to fourth embodiments can be applied.
  • 1, 1A power conversion device, 2, 2A motor drive device, 110 commercial power supply, 120 reactor, 130 rectification section, 131 to 134 rectification element, 200 smoothing section, 210 capacitor, 310 inverter, 311a to 311f switching element, 312a to 312f Freewheeling diode, 313a, 313b, 501, 502, 504 current detection unit, 314 motor, 315 compressor, 383 subtraction unit, 384 to 387 Fourier coefficient calculation unit, 388 to 391 PID control unit, 392 AC restoration unit, 400 control unit , 401 rotor position estimation unit, 402 speed control unit, 403 flux-weakening control unit, 404 current control unit, 405, 406 coordinate conversion unit, 407 PWM signal generation unit, 408 q-axis current pulsation calculation unit, 409 addition unit, 420 Processor, 422 memory, 423 processing circuit, 424 interface, 503 voltage detection unit, 900 refrigeration cycle application equipment, 902 four-way valve, 904 compression mechanism, 90

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Abstract

電力変換装置(1)は、商用電源(110)から印加される電源電圧を整流する整流部(130)と、整流部(130)の出力端に接続されるコンデンサ(210)と、コンデンサ(210)から出力される直流電力を交流電力に変換して、モータ(314)が搭載された機器に出力するインバータ(310)と、インバータ(310)を制御してコンデンサ(210)の充放電電流であるコンデンサ電流の脈動を抑制する電源脈動補償制御を実施する制御部(400)とを備える。制御部(400)は、電源脈動補償制御による補償動作が正常であるか否かを判定し、補償動作が正常ではないと判定した場合、モータ(314)の駆動回転数を低下させる、又はモータ(314)の駆動を停止する制御を実施する。

Description

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
 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。
 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、下記特許文献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、更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脈動電流が流れるため、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。この問題に対して、コンデンサ電圧の検出値に応じた脈動がモータの駆動パターンに重畳されるようにインバータの動作を制御することが行われている。コンデンサ電圧の脈動は、電源周波数に依存することから、この制御は「電源脈動補償制御」と呼ばれている。電源周波数は、交流電源から印加される電源電圧の周波数である。
 電源脈動補償制御が想定通りに動作している場合、平滑コンデンサの経年劣化は抑制される。一方、電源脈動補償制御が想定通りに動作していない場合、脈動電流の増加によって平滑コンデンサが受ける電気的ストレスが増加するので、平滑コンデンサの経年劣化が加速される。このため、電源脈動補償制御が想定通りに動作しているかを確認し、これに適切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、電源脈動補償制御が想定通りに動作していない場合に適切に対処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、整流部と、整流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るインバータと、制御部とを備える。整流部は、交流電源から印加される電源電圧を整流する。インバータは、コンデンサから出力される直流電力を交流電力に変換して、モータが搭載された機器に出力する。制御部は、インバータを制御してコンデンサの充放電電流であるコンデンサ電流の脈動を抑制する第1の制御を実施する。制御部は、第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定し、補償動作が正常ではないと判定した場合、モータの駆動回転数を低下させる、又はモータの駆動を停止する第2の制御を実施する。
 本開示に係る電力変換装置によれば、電源脈動補償制御が想定通りに動作していない場合に適切に対処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に係る電力変換装置が備える制御部の構成例を示すブロック図 実施の形態1に係る制御部が備えるq軸電流脈動演算部の構成例を示す図 実施の形態1における閾値の設定手法の説明に供する図 実施の形態1に係る制御部の動作説明に供するフローチャート 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2における閾値の設定手法の説明に供する図 実施の形態2に係る制御部の動作説明に供するフローチャート 実施の形態3に係る制御部の動作説明に供するフローチャート 実施の形態4に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態4に係る制御部の動作説明に供するフローチャート 実施の形態5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。図1において、電力変換装置1は、商用電源110及び圧縮機315に接続されている。商用電源110は交流電源の一例であり、圧縮機315は実施の形態1で言う機器の一例である。圧縮機315には、モータ314が搭載されている。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。
 電力変換装置1は、リアクトル120と、整流部130と、電流検出部501,502と、電圧検出部503と、平滑部200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。
 リアクトル120は、商用電源110と整流部130との間に接続される。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から印加される電源電圧を整流して出力する。整流部130は、全波整流を行う。
 平滑部200は、整流部130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、整流部130から出力される整流電圧を平滑化する。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の出力端に接続される。コンデンサ210は、整流電圧を平滑化する程度に応じた容量を有する。この平滑化により、コンデンサ210に発生する電圧は、整流電圧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の周波数の2倍成分が主成分となり、商用電源110が3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、及びインバータ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の静電容量によって決まる。但し、本開示に係る電力変換装置1では、コンデンサ210の高コスト化を抑制するため、静電容量が大きくなるのを回避する。これにより、コンデンサ210には、ある程度の電圧リプルが発生する。例えば、コンデンサ210の電圧は、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する電圧となる。
 電流検出部501は、整流部130から流出する整流電流I1を検出し、検出した整流電流I1の検出値を制御部400に出力する。電流検出部502は、インバータ310に流入する電流であるインバータ入力電流I2を検出し、検出したインバータ入力電流I2の検出値を制御部400に出力する。電圧検出部503は、コンデンサ210の電圧であるコンデンサ電圧Vdcを検出し、検出したコンデンサ電圧Vdcの検出値を制御部400に出力する。電圧検出部503は、コンデンサ210の電力状態を検出する検出部として用いることができる。
 インバータ310は、平滑部200、即ちコンデンサ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、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、整流部130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、各々がインバータ310からモータ314に出力される3相のモータ電流のうち1相の電流値を検出する。電流検出部313a,313bの各検出値は、制御部400に入力される。制御部400は、電流検出部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。
 圧縮機315に搭載されるモータ314は、インバータ310から供給される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。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。
 なお、図1では、モータ314におけるモータ巻線がY結線の場合を示しているが、この例に限定されない。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。
 また、電力変換装置1において、図1に示す各部の構成及び配置は一例であり、各部の構成及び配置は図1で示される例に限定されない。例えば、リアクトル120は、整流部130の後段に配置されてもよい。また、電力変換装置1は、昇圧部を備えてもよいし、整流部130に昇圧部の機能を持たせるようにしてもよい。以降の説明において、電流検出部501,502、電圧検出部503及び電流検出部313a,313bを、単に「検出部」と称することがある。また、電流検出部501,502で検出された電流値、電圧検出部503で検出された電圧値、及び電流検出部313a,313bで検出された電流値を、単に「検出値」と称することがある。
 制御部400は、電流検出部501で検出された整流電流I1の検出値、電流検出部502で検出されたインバータ入力電流I2の検出値、及び電圧検出部503で検出されたコンデンサ電圧Vdcの検出値を取得する。また、制御部400は、電流検出部313a,313bで検出されたモータ電流の検出値を取得する。制御部400は、各々の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。また、制御部400は、整流部130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交流電力がインバータ310から圧縮機315に出力され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、コンデンサ210の充放電電流であるコンデンサ電流I3を抑制する。制御部400は、モータ314の速度、電圧及び電流の何れかが所望の状態になるように制御を行う。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うことができる。
 モータ314が圧縮機315の駆動用に使用され、圧縮機315が密閉型圧縮機の場合、モータ314に回転子位置を検出する位置センサを取り付けることが構造的にもコスト的にも困難なことが多い。このため、制御部400は、モータ314の制御を位置センサレスで行う。モータ314の位置センサレス制御方法については、一次磁束一定制御、及びセンサレスベクトル制御の2種類がある。実施の形態1では、一例として、センサレスベクトル制御をベースに説明する。なお、以降で説明する制御方法については、軽微な変更で一次磁束一定制御に適用することも可能である。
 次に、制御部400における実施の形態1での特徴的な動作について説明する。まず、整流部130から流出する整流電流I1は、商用電源110の電源位相、整流部130の前後に設置される素子の特性などの影響を受ける。その結果、整流電流I1は、電源周波数及び電源周波数の高調波成分(2以上の整数倍の周波数成分)を含む特性を有する。また、コンデンサ210において、コンデンサ電流I3が大きいとコンデンサ210の経年劣化が加速する。特に、コンデンサ210として電解コンデンサを用いる場合、経年劣化の加速の度合いが大きくなる。そこで、制御部400は、インバータ入力電流I2が整流電流I1と等しくなるようにインバータ310を制御して、コンデンサ電流I3をゼロに近づける制御を行う。これにより、コンデンサ210の劣化が抑制される。但し、インバータ入力電流I2には、PWM(Pulse Width Modulation)に起因するリプル成分が重畳される。このため、制御部400は、リプル成分を加味してインバータ310を制御する必要がある。制御部400は、コンデンサ210からインバータ310へのインバータ入力電流I2からPWMリプルを除いた値が整流電流I1と一致するようにインバータ310を制御し、モータ314に出力される電力に脈動を加える。制御部400は、インバータ入力電流I2を適切に脈動させることによって、コンデンサ電流I3を減少させる制御、即ち電源脈動補償制御を行う。
 以上のように、実施の形態1において、制御部400は、コンデンサ210に対して電源脈動補償制御を行う。電源脈動補償制御は、コンデンサ電流I3に含まれる電源脈動成分を抑制するために行う補償制御である。なお、電源脈動成分は、電源周波数及び電源周波数の高調波成分(2以上の整数倍の周波数成分)に起因してコンデンサ電流I3に生じ得るコンデンサ電流I3の脈動成分である。電源脈動補償制御は、コンデンサ210の電力状態を把握するための情報である、整流電流I1、インバータ入力電流I2、コンデンサ電流I3及びコンデンサ電圧Vdcのうちの少なくとも1つの検出値に基づいて実施することができる。
 次に、上述した機能を実現する制御部400の構成について説明する。図2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の構成例を示すブロック図である。制御部400は、回転子位置推定部401と、速度制御部402と、弱め磁束制御部403と、電流制御部404と、座標変換部405,406と、PWM信号生成部407と、q軸電流脈動演算部408と、加算部409と、を備える。
 回転子位置推定部401は、モータ314を駆動するためのdq軸電圧指令ベクトルVdq 及びdq軸電流ベクトルidqを用いて、モータ314が有する図示しない回転子について、回転子磁極のdq軸での方向である推定位相角θest、及び回転子速度である推定速度ωestを推定する。
 速度制御部402は、速度指令ωと推定速度ωestとが一致するようにq軸電流指令iq1 を自動調整する。速度指令ωは、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などに使用される場合、例えば、図示しない温度センサで検出された温度、図示しない操作部であるリモコンから指示される設定温度を示す情報、運転モードの選択情報、運転開始及び運転終了の指示情報などに基づくものである。運転モードとは、例えば、暖房、冷房、除湿などである。
 弱め磁束制御部403は、dq軸電圧指令ベクトルVdq の絶対値が電圧リミット値Vlim の制限値内に収まるようにd軸電流指令i を自動調整する。また、実施の形態1において、弱め磁束制御部403は、q軸電流脈動演算部408で演算されたq軸電流脈動指令iqrip を加味して弱め磁束制御を行う。弱め磁束制御は、大別して、電圧制限楕円の方程式からd軸電流指令i を計算する方法、及び電圧リミット値Vlim とdq軸電圧指令ベクトルVdq との絶対値の偏差がゼロになるようにd軸電流指令i を計算する方法の2種類があるが、どちらの方法を使用してもよい。
 電流制御部404は、dq軸電流ベクトルidqがd軸電流指令i 及びq軸電流指令i に追従するようにdq軸電圧指令ベクトルVdq を自動調整する。
 座標変換部405は、推定位相角θestに応じて、dq軸電圧指令ベクトルVdq をdq座標から交流量の電圧指令Vuvw に座標変換する。
 座標変換部406は、推定位相角θestに応じて、モータ314に流れる電流Iuvwを交流量からdq座標のdq軸電流ベクトルidqに座標変換する。前述のように、制御部400は、モータ314に流れる電流Iuvwについて、インバータ310から出力される3相の電流値のうち、電流検出部313a,313bで検出される2相の電流値、及び2相の電流値を用いて残りの1相の電流値を算出することによって取得することができる。
 PWM信号生成部407は、座標変換部405で座標変換された電圧指令Vuvw に基づいてPWM信号を生成する。制御部400は、PWM信号生成部407で生成されたPWM信号をインバータ310のスイッチング素子311a~311fに出力することで、モータ314に電圧を印加する。
 q軸電流脈動演算部408は、電圧検出部503で検出されたコンデンサ電圧Vdcの検出値、及び推定速度ωestに基づいて、q軸電流脈動指令iqrip を演算する。
 加算部409は、速度制御部402から出力されたq軸電流指令iq1 と、q軸電流脈動演算部408で演算されたq軸電流脈動指令iqrip とを加算し、その演算値であるq軸電流指令i を電流制御部404へのトルク電流指令として出力する。
 図3は、実施の形態1に係る制御部400が備えるq軸電流脈動演算部408の構成例を示す図である。q軸電流脈動演算部408は、指令値をゼロとしたフィードバック制御器として構成される。通常、フィードバック制御器は、フィードフォワード制御器と比較して制御応答が低く、高周波の脈動を抑制するには不向きであるが、様々な高周波脈動抑制手段が過去に提案されている。有名な方法としては、フーリエ係数演算及びPID(Proportional Integral Differential)制御器を用いた手法がある。q軸電流脈動演算部408は、減算部383と、フーリエ係数演算部384~387と、PID制御部388~391と、交流復元部392と、を備える。
 減算部383は、ゼロである指令値と、コンデンサ電圧Vdcとの偏差を計算する。フーリエ級数展開の理論を用いれば、偏差に含まれる特定周波数のsin信号成分及びcos信号成分の振幅を抽出することが可能である。フーリエ係数演算部384~387は、電源周波数が1f成分であるとして、偏差に含まれるsin2f成分、cos2f成分、sin4f成分、及びcos4f成分の振幅をそれぞれ計算する。交流電源電圧の角周波数を“ωin”で表すとき、フーリエ係数演算部384~387で乗じられる検波信号は、それぞれsin2ωint、cos2ωint、sin4ωint、及びcos4ωintである。また、この検波信号は、入力信号と検波信号との積の平均値の2倍がそれぞれ偏差に含まれるsin2f成分、cos2f成分、sin4f成分、及びcos4f成分の振幅である。即ち、フーリエ係数演算部384~387は、検出値と指令値との偏差に含まれる、商用電源110の電源周波数に応じた成分の振幅を演算する。コンデンサ電流I3が周期波形であれば、フーリエ係数演算部384~387の出力信号はほぼ一定となる。
 PID制御部388~391は、これらの偏差の特定の周波数成分がそれぞれゼロになるように比例-積分-微分制御、即ちPID制御を実施する。比例ゲイン及び微分ゲインはゼロでも構わないが、偏差をゼロに収束させるためには積分ゲインの値が非ゼロでなければならない。そのため、PID制御部388~391では、積分動作がメインとなる。通常、積分制御の出力は緩やかに変化するので、PID制御部388~391の出力も概ね一定と見なすことができる。
 ここで、コンデンサ電圧Vdcは、コンデンサ電流I3に蓄積される電荷、即ちコンデンサ電流I3の積分値をコンデンサ210の静電容量で除算したものである。このため、コンデンサ電流I3とコンデンサ電圧Vdcとの間には90度の位相差がある。従って、交流復元部392は、90度の位相差を加味してq軸電流脈動指令iqrip を決定しなければならない。90度の位相差をθoffset(=π/2[rad])とした場合、交流復元部392は、以下のように復元演算を実施する。
 まず、フーリエ係数演算部384~387で乗じられる検波信号は、前述の通り、それぞれsin2ωint、cos2ωint、sin4ωint、及びcos4ωintである。交流復元部392は、PID制御部388~391の出力を交流成分に復元すべく、位相差θoffsetの分だけ復元信号をシフトしたsin2(ωint+θoffset)、cos2(ωint+θoffset)、sin4(ωint+θoffset)、及びcos4(ωint+θoffset)と掛け合わせた後に合算して、q軸電流脈動指令iqrip を決定する。このようにして、交流復元部392は、コンデンサ電流I3を抑制するための脈動分の指令であるq軸電流脈動指令iqrip を生成する。
 ここでは、センサレスベクトル制御方式を用いる場合について例示したが、多少の変形を加えて速度指令、電圧指令などに脈動を加える形にすれば、一次磁束一定制御にも適用が可能である。また、ここでは、q軸電流脈動指令iqrip をコンデンサ電圧Vdcに基づいて生成する例を示したが、この例に限定されない。q軸電流脈動指令iqrip をコンデンサ電流I3に基づいて生成してもよい。コンデンサ電流I3は、電流検出部501によって検出された整流電流I1の検出値と、電流検出部502によって検出されたインバータ入力電流I2の検出値とによって演算で求めることができる。また、後述する実施の形態3のように、コンデンサ電圧Vdc及びコンデンサ210の静電容量に基づいて、演算で求めてもよい。また、後述する実施の形態4のように、コンデンサ電流I3を直接検出してもよい。
 次に、実施の形態1に係る電力変換装置1における動作の要点について説明する。実施の形態1では、電源脈動補償制御が想定通りに動作しているか、別言すると電源脈動補償制御機能が正常であるか否かを判定するため、その判定に用いる閾値の設定について、新たな考え方を導入する。なお、本稿では、「電源脈動補償制御」を単に「第1の制御」と呼ぶことがある。
 図4は、実施の形態1における閾値の設定手法の説明に供する図である。図4の左側には、電源脈動補償制御を実施していない場合のコンデンサ電圧Vdcの時間変化波形が示されている。電源脈動補償制御を実施していない場合とは、電源脈動補償制御機能を働かせていないことを意味する。また、図4の右側には、電源脈動補償制御を実施している場合のコンデンサ電圧Vdcの時間変化波形が示されている。電源脈動補償制御を実施している場合とは、電源脈動補償制御機能を働かせていることを意味する。なお、電源脈動補償制御機能を働かせないようにするには、図2のq軸電流脈動演算部408の動作を停止させる、若しくはq軸電流脈動演算部408の出力を弱め磁束制御部403及び加算部409に入力させないようにすればよい。
 電源脈動補償制御が想定通りに動作しているか否かを適切に判定するには、閾値の設定が重要となる。特に、電流定格の異なる多種多様な製品が存在する冷凍サイクル適用機器の分野においては、製品又は機種ごとに、当該製品及び機種に特化した閾値を設定するのが好ましい実施態様となる。そこで、実施の形態1では、図4に示すように、第1の閾値である閾値aは、電源脈動補償制御を実施していないときのコンデンサ電圧Vdcの最大値である正のピーク値に基づいて決定する。また、第2の閾値である閾値bは、電源脈動補償制御を実施していないときのコンデンサ電圧Vdcの最小値である負のピーク値に基づいて設定する。閾値a,bは、製品又は機種ごとに個別に設定することが望ましい。設定した閾値a,bは、後述するメモリ又は処理回路に記憶することができる。
 図4の右側に示すように、電源脈動補償制御を実施しているときには、コンデンサ電圧Vdcの正及び負のピーク値は、電源脈動補償制御を実施していないときよりも確実に小さくなる。また、電源脈動補償制御機能が有効に作用している場合、コンデンサ電圧Vdcの正のピーク値は閾値aよりも小さくなり、コンデンサ電圧Vdcの負のピーク値は閾値bよりも大きくなる。従って、このように設定された閾値a,bに基づいて、コンデンサ電圧Vdcの正及び負のピーク値を閾値判定すれば、電源脈動補償制御による補償動作が正常であるか否かを適切に判断することができる。
 次に、実施の形態1に係る制御部400の動作を、フローチャートを用いて説明する。図5は、実施の形態1に係る制御部400の動作説明に供するフローチャートである。
 制御部400は、メモリ又は処理回路から閾値a,bを読み込む(ステップS21)。制御部400は、電圧検出部503からコンデンサ電圧Vdcの検出値を取得する(ステップS22)。制御部400は、取得した検出値に基づいて、コンデンサ電圧Vdcの正及び負のピーク値を演算する(ステップS23)。制御部400は、コンデンサ電圧Vdcの正のピーク値を閾値aと比較すると共に、コンデンサ電圧Vdcの負のピーク値を閾値bと比較する(ステップS24)。
 コンデンサ電圧Vdcの正のピーク値が閾値aよりも小さく、且つコンデンサ電圧Vdcの負のピーク値が閾値bよりも大きい場合(ステップS25,Yes)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常であると判定する(ステップS26)。以降、ステップS22に戻り、ステップS22からの処理が繰り返される。
 また、コンデンサ電圧Vdcの正のピーク値が閾値a以上であり、又はコンデンサ電圧Vdcの負のピーク値が閾値b以下である場合(ステップS25,No)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定する(ステップS27)。この場合、制御部400は、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行う(ステップS28)。以降、ステップS22に戻り、ステップS22からの処理が繰り返される。
 上記の処理について補足する。ステップS28において、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行った場合、ステップS25,S26の処理において、電源脈動補償制御機能が正常であると判定されることもある。この場合、モータ314の駆動回転数を指令回転数に戻して、再度、図5の処理を実施する。その上で、電源脈動補償制御機能が正常ではないと判定された場合、電力変換装置1の動作を停止して、モータ314の駆動を中止するようにする。なお、本稿では、モータ314の駆動回転数を低下させる制御、又はモータ314の駆動を停止する制御を「第2の制御」と呼ぶことがある。
 また、ステップS25では、コンデンサ電圧Vdcの正のピーク値と閾値aとが等しく、又はコンデンサ電圧Vdcの負のピーク値と閾値bとが等しい場合を“No”と判定しているが、“Yes”と判定してもよい。即ち、コンデンサ電圧Vdcの正のピーク値が閾値aよりも大きく、又はコンデンサ電圧Vdcの負のピーク値が閾値bよりも小さい場合に、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定してもよい。
 次に、実施の形態1に係る制御部400の機能を実現するためのハードウェア構成について、図6及び図7の図面を参照して説明する。図6は、実施の形態1に係る制御部400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7は、実施の形態1に係る制御部400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。
 制御部400の機能の一部又は全部を実現するには、図6に示すように、演算を行うプロセッサ420、プロセッサ420によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ422、及び信号の入出力を行うインタフェース424を含む構成とすることができる。
 プロセッサ420は、演算手段の例示である。プロセッサ420は、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)と称される演算手段であってもよい。また、メモリ422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422には、制御部400の機能を実行するプログラム、及び上述した閾値a,bの設定値が格納されている。プロセッサ420は、インタフェース424を介して必要な情報を授受し、メモリ422に格納されたプログラムをプロセッサ420が実行し、メモリ422に格納された閾値a,bを含むデータをプロセッサ420が参照することにより、上述した処理を実行することができる。プロセッサ420による演算結果は、メモリ422に記憶することができる。
 また、図6に示すプロセッサ420及びメモリ422は、図7のように処理回路423に置き換えてもよい。処理回路423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423に入力する情報、及び処理回路423から出力する情報は、インタフェース424を介して入手することができる。
 なお、制御部400における一部の処理を処理回路423で実施し、処理回路423で実施しない処理をプロセッサ420及びメモリ422で実施してもよい。
 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、制御部は、インバータを制御してコンデンサの充放電電流であるコンデンサ電流の脈動を抑制する第1の制御を実施する。また、制御部は、第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定し、補償動作が正常ではないと判定した場合、モータの駆動回転数を低下させる、又はモータの駆動を停止する第2の制御を実施する。これにより、電源脈動補償制御である第1の制御が想定通りに動作していない場合において、適切な対応が可能となる。また、実施の形態1による判定処理によれば、電源脈動補償制御機能が有効に作用しているか否かを判定できるので、電力変換装置における故障部位の特定が容易になる。また、電源脈動補償制御機能のみの故障であれば、機能を制限した運転が可能となるので、ユーザ及びメンテナンスの作業者にとって有用な情報となる。
 なお、電源脈動補償制御である第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定するための第1及び第2の閾値は、それぞれ第1の制御が実施されないときのコンデンサ電圧の最大値及び最小値に基づいて設定することができる。このように設定された第1及び第2の閾値を用いれば、電源脈動補償制御機能が有効に作用しているか否かを適切に判定することが可能となる。また、このような設定手法は、電流定格の異なる多種多様な製品が存在する冷凍サイクル適用機器の分野において有用である。
実施の形態2.
 実施の形態2では、実施の形態1とは異なる閾値の設定手法について説明する。なお、実施の形態2の動作は、図1に示す電力変換装置1及び図2に示す制御部400と同一又は同等の構成部で実施することができる。
 図8は、実施の形態2における閾値の設定手法の説明に供する図である。図8の左側には、電源脈動補償制御を実施していない場合のコンデンサ電圧Vdcの時間変化波形が示されている。また、図8の右側には、電源脈動補償制御を実施している場合のコンデンサ電圧Vdcの時間変化波形が示されている。
 実施の形態2では、図8に示すように、第3の閾値である閾値cは、電源脈動補償制御を実施していないときのコンデンサ電圧Vdcの脈動幅に基づいて決定する。ここで言う脈動幅は、コンデンサ電圧Vdcの瞬時値と、コンデンサ電圧Vdcの平均値との差分の絶対値である。閾値cは、製品又は機種ごとに個別に設定することが望ましい。設定した閾値cは、メモリ422又は処理回路423に記憶することができる。
 図8の右側に示すように、電源脈動補償制御を実施しているときのコンデンサ電圧Vdcの脈動幅は、電源脈動補償制御を実施していないときのコンデンサ電圧Vdcの脈動幅よりも確実に小さくなる。従って、電源脈動補償制御を実施していないときのコンデンサ電圧Vdcの脈動幅に基づいて設定された閾値cに基づいて、電源脈動補償制御を実施しているときのコンデンサ電圧Vdcの瞬時値を閾値判定すれば、電源脈動補償制御による補償動作が正常であるか否かを適切に判断することができる。
 図9は、実施の形態2に係る制御部400の動作説明に供するフローチャートである。制御部400は、メモリ422又は処理回路423から閾値cを読み込む(ステップS31)。制御部400は、電圧検出部503からコンデンサ電圧Vdcの検出値を取得する(ステップS32)。制御部400は、取得した検出値に基づいて、コンデンサ電圧Vdcのピーク値及び平均値を演算する(ステップS33)。制御部400は、コンデンサ電圧Vdcのピーク値と平均値とから脈動幅を演算する(ステップS34)。制御部400は、ステップS34で演算した脈動幅を閾値cと比較する(ステップS35)。
 ステップS34で演算した脈動幅が閾値cよりも小さい場合(ステップS36,Yes)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常であると判定する(ステップS37)。以降、ステップS32に戻り、ステップS32からの処理が繰り返される。
 また、ステップS34で演算した脈動幅が閾値c以上である場合(ステップS36,No)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定する(ステップS38)。この場合、制御部400は、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行う(ステップS39)。以降、ステップS32に戻り、ステップS32からの処理が繰り返される。
 上記の処理について補足する。ステップS39において、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行った場合、ステップS36,S37の処理において、電源脈動補償制御機能が正常であると判定されることもある。この場合、モータ314の駆動回転数を指令回転数に戻して、再度、図9の処理を実施する。その上で、電源脈動補償制御機能が正常ではないと判定された場合、電力変換装置1の動作を停止して、モータ314の駆動を中止するようにする。
 また、ステップS36では、脈動幅と閾値cとが等しい場合を“No”と判定しているが、“Yes”と判定してもよい。即ち、脈動幅が閾値cよりも大きい場合に、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定してもよい。
 なお、上記の処理において、脈動幅は、コンデンサ電圧Vdcの瞬時値とコンデンサ電圧Vdcの平均値との差分の絶対値として算出しているが、この例に限定されない。脈動幅は、下記(1)式に示すように、コンデンサ電圧の瞬時値とコンデンサ電圧の平均値との差分の2乗を任意の時間で平均化した実効値演算によって求めてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 脈動幅の定義が「コンデンサ電圧Vdcの瞬時値とコンデンサ電圧Vdcの平均値との差分の絶対値」である場合、例えばノイズによって瞬時値が一度でも大きくなると、脈動幅が大きくなるという懸念がある。一方、上記(1)式のように、任意の時間で積分して平均化する実効値演算とすれば、瞬時値が大きい状況が継続した場合に演算値が大きくなるので、偶発的なノイズの影響を抑えることができる。このため、上記(1)式を用いて脈動幅を演算すれば、より精度のよい閾値とすることができるので、電源脈動補償制御機能が正常であるか否かの判定精度を向上させることが可能となる。
 以上説明したように、実施の形態2による判定処理によれば、電源脈動補償制御である第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定するための第3の閾値は、第1の制御が実施されないときのコンデンサ電圧の瞬時値と、第1の制御が実施されないときのコンデンサ電圧の平均値との差分の絶対値に基づいて定めることができる。このように設定された第3の閾値を用いれば、電源脈動補償制御機能が有効に作用しているか否かを適切に判定することが可能となる。また、このような設定手法は、電流定格の異なる多種多様な製品が存在する冷凍サイクル適用機器の分野において有用である。
 なお、第3の閾値は、コンデンサ電圧の瞬時値とコンデンサ電圧の平均値との差分の2乗を任意の時間で平均化した実効値に基づいて設定してもよい。このような実効値演算に基づいて設定した第3の閾値を用いれば、電源脈動補償制御機能が正常であるか否かの判定精度を向上させることができる。
実施の形態3.
 実施の形態3では、実施の形態1,2とは異なる閾値を用いた判定手法について説明する。なお、実施の形態3の動作は、図1に示す電力変換装置1及び図2に示す制御部400と同一又は同等の構成部で実施することができる。
 図10は、実施の形態3に係る制御部400の動作説明に供するフローチャートである。制御部400は、メモリ422又は処理回路423から第4の閾値である閾値dを読み込む(ステップS41)。閾値dは、電源脈動補償制御が実施されないときのコンデンサ電流I3に基づいて設定される閾値である。
 制御部400は、電圧検出部503からコンデンサ電圧Vdcの検出値を取得する(ステップS42)。制御部400は、取得した検出値及びコンデンサ210の静電容量Cに基づいて、コンデンサ電流I3を演算する(ステップS43)。具体的に、コンデンサ電流I3は、コンデンサ電圧Vdcと、コンデンサ210の静電容量Cとに基づいて、以下の(2)式によって演算で求めることができる。
 I3=C・(dVdc/dt) …(2)
 制御部400は、ステップS43で演算したコンデンサ電流I3を閾値dと比較する(ステップS44)。ステップS43で演算したコンデンサ電流I3が閾値dよりも小さい場合(ステップS45,Yes)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常であると判定する(ステップS46)。以降、ステップS42に戻り、ステップS42からの処理が繰り返される。
 また、ステップS43で演算したコンデンサ電流I3が閾値d以上である場合(ステップS45,No)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定する(ステップS47)。この場合、制御部400は、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行う(ステップS48)。以降、ステップS42に戻り、ステップS42からの処理が繰り返される。
 上記の処理について補足する。ステップS48において、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行った場合、ステップS45,S46の処理において、電源脈動補償制御機能が正常であると判定されることもある。この場合、モータ314の駆動回転数を指令回転数に戻して、再度、図10の処理を実施する。その上で、電源脈動補償制御機能が正常ではないと判定された場合、電力変換装置1の動作を停止して、モータ314の駆動を中止するようにする。
 また、ステップS45では、コンデンサ電流I3と閾値dとが等しい場合を“No”と判定しているが、“Yes”と判定してもよい。即ち、コンデンサ電流I3が閾値dよりも大きい場合に、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定してもよい。
 以上説明したように、実施の形態3による判定処理によれば、電源脈動補償制御である第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定するための第4の閾値は、第1の制御が実施されないときのコンデンサ電圧の瞬時値と、第1の制御が実施されないときのコンデンサ電流に基づいて設定することができる。また、このコンデンサ電流は、コンデンサ電圧の検出値及びコンデンサの静電容量に基づいて演算で求めることができる。このように設定された第4の閾値を用いれば、電源脈動補償制御機能が有効に作用しているか否かを適切に判定することが可能となる。また、このような設定手法は、電流定格の異なる多種多様な製品が存在する冷凍サイクル適用機器の分野において有用である。
実施の形態4.
 実施の形態4では、実施の形態1~3とは異なる判定手法について説明する。図11は、実施の形態4に係る電力変換装置1Aの構成例を示す図である。図11に示す電力変換装置1Aでは、コンデンサ電流I3を検出する電流検出部504が追加されている。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、電流検出部504を単に「検出部」と呼ぶことがある。
 図12は、実施の形態4に係る制御部400の動作説明に供するフローチャートである。制御部400は、メモリ422又は処理回路423から第4の閾値である閾値dを読み込む(ステップS51)。閾値dは、実施の形態3と同様に、電源脈動補償制御が実施されないときのコンデンサ電流I3に基づいて設定される閾値である。
 制御部400は、電流検出部504からコンデンサ電流I3の検出値を取得する(ステップS52)。制御部400は、ステップS52で取得したコンデンサ電流I3の検出値を閾値dと比較する(ステップS53)。コンデンサ電流I3が閾値dよりも小さい場合(ステップS54,Yes)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常であると判定する(ステップS55)。以降、ステップS52に戻り、ステップS52からの処理が繰り返される。
 また、ステップS52で取得したコンデンサ電流I3の検出値が閾値d以上である場合(ステップS54,No)、制御部400は、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定する(ステップS56)。この場合、制御部400は、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行う(ステップS57)。以降、ステップS52に戻り、ステップS52からの処理が繰り返される。
 上記の処理について補足する。ステップS57において、モータ314の駆動回転数を低下させる制御を行った場合、ステップS54,S55の処理において、電源脈動補償制御機能が正常であると判定されることもある。この場合、モータ314の駆動回転数を指令回転数に戻して、再度、図12の処理を実施する。その上で、電源脈動補償制御機能が正常ではないと判定された場合、電力変換装置1Aの動作を停止して、モータ314の駆動を中止するようにする。
 また、ステップS54では、コンデンサ電流I3の検出値と閾値dとが等しい場合を“No”と判定しているが、“Yes”と判定してもよい。即ち、コンデンサ電流I3の検出値が閾値dよりも大きい場合に、電源脈動補償制御機能は正常ではないと判定してもよい。
 以上説明したように、実施の形態4による判定処理によれば、電源脈動補償制御である第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定するための第4の閾値は、第1の制御が実施されないときのコンデンサ電流の検出値に基づいて設定することができる。このように設定された第4の閾値を用いれば、電源脈動補償制御機能が有効に作用しているか否かを適切に判定することが可能となる。また、このような設定手法は、電流定格の異なる多種多様な製品が存在する冷凍サイクル適用機器の分野において有用である。
実施の形態5.
 図13は、実施の形態5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5に係る冷凍サイクル適用機器900は、実施の形態1~3で説明した電力変換装置1を備える。実施の形態1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13において、実施の形態1~3と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態1~3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。
 なお、実施の形態5に係る冷凍サイクル適用機器900は、実施の形態1~3で説明した電力変換装置1を備えるものとして説明したが、これに限定されない。図11に示す電力変換装置1Aを備えていてもよい。また、実施の形態1~4の制御手法を適用できるものであれば、電力変換装置1,1A以外の電力変換装置でもよい。
 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 電力変換装置、2,2A モータ駆動装置、110 商用電源、120 リアクトル、130 整流部、131~134 整流素子、200 平滑部、210 コンデンサ、310 インバータ、311a~311f スイッチング素子、312a~312f 還流ダイオード、313a,313b,501,502,504 電流検出部、314 モータ、315 圧縮機、383 減算部、384~387 フーリエ係数演算部、388~391 PID制御部、392 交流復元部、400 制御部、401 回転子位置推定部、402 速度制御部、403 弱め磁束制御部、404 電流制御部、405,406 座標変換部、407 PWM信号生成部、408 q軸電流脈動演算部、409 加算部、420 プロセッサ、422 メモリ、423 処理回路、424 インタフェース、503 電圧検出部、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 (8)

  1.  交流電源から印加される電源電圧を整流する整流部と、
     前記整流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、前記コンデンサから出力される直流電力を交流電力に変換して、モータが搭載された機器に出力するインバータと、
     前記インバータを制御して前記コンデンサの充放電電流であるコンデンサ電流の脈動を抑制する第1の制御を実施する制御部と、
     を備え、
     前記制御部は、前記第1の制御による補償動作が正常であるか否かを判定し、
     前記補償動作が正常ではないと判定した場合、前記モータの駆動回転数を低下させる、又は前記モータの駆動を停止する第2の制御を実施する
     電力変換装置。
  2.  前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧検出部を備え、
     前記制御部は、前記コンデンサ電圧の検出値に基づいて前記コンデンサ電圧の正及び負のピーク値を演算すると共に、
     前記正のピーク値が第1の閾値よりも大きく、又は、前記負のピーク値が第2の閾値よりも小さい場合、前記第1の制御による補償動作は正常ではないと判断し、
     前記第1の閾値は、前記第1の制御が実施されないときの前記コンデンサ電圧の最大値に基づいて設定され、前記第2の閾値は、前記第1の制御が実施されないときの前記コンデンサ電圧の最小値に基づいて設定される
     請求項1に記載の電力変換装置。
  3.  前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧検出部を備え、
     前記制御部は、前記コンデンサ電圧の検出値に基づいて前記コンデンサ電圧の平均値を演算すると共に、
     前記コンデンサ電圧の瞬時値と前記平均値との差分の絶対値である脈動幅が第3の閾値よりも大きい場合、前記第1の制御による補償動作は正常ではないと判断し、
     前記第3の閾値は、前記第1の制御が実施されないときの前記コンデンサ電圧の瞬時値と、前記第1の制御が実施されないときの前記コンデンサ電圧の平均値との差分の絶対値に基づいて設定される
     請求項1に記載の電力変換装置。
  4.  前記脈動幅は、前記コンデンサ電圧の瞬時値と前記コンデンサ電圧の平均値との差分の2乗を任意の時間で平均化した実効値演算によって求められる
     請求項3に記載の電力変換装置。
  5.  前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧検出部を備え、
     前記制御部は、前記コンデンサ電圧の検出値及び前記コンデンサの静電容量に基づいて前記コンデンサ電流を演算で求めると共に、
     前記コンデンサ電流が第4の閾値よりも大きい場合、前記第1の制御による補償動作は正常ではないと判断し、
     前記第4の閾値は、前記第1の制御が実施されないときの前記コンデンサ電流の演算値に基づいて設定される
     請求項1に記載の電力変換装置。
  6.  前記コンデンサ電流を検出する電流検出部を備え、
     前記コンデンサ電流の検出値が第4の閾値よりも大きい場合、前記第1の制御による補償動作は正常ではないと判断し、
     前記第4の閾値は、前記第1の制御が実施されないときの前記コンデンサ電流の検出値に基づいて設定される
     請求項1に記載の電力変換装置。
  7.  請求項1から6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。
  8.  請求項1から6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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