WO2023131990A1 - 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 Download PDF

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WO2023131990A1
WO2023131990A1 PCT/JP2022/000038 JP2022000038W WO2023131990A1 WO 2023131990 A1 WO2023131990 A1 WO 2023131990A1 JP 2022000038 W JP2022000038 W JP 2022000038W WO 2023131990 A1 WO2023131990 A1 WO 2023131990A1
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inverter
power
converter
control
current
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PCT/JP2022/000038
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English (en)
French (fr)
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浩一 有澤
秀太 石川
貴昭 ▲高▼原
知宏 沓木
遥 松尾
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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 rectifies first AC power supplied from an AC power supply with a rectifier circuit to convert it into DC power, and converts this DC power into second AC power with an inverter.
  • a power converter converts the power into desired AC power by turning on and off the switching elements that make up the inverter, but operating the switching elements generates noise and loss.
  • some power converters have a configuration in which a circuit that converts AC power input from the outside into DC power has a switching element. loss occurs. Therefore, it is desired to realize a technique for suppressing the generation of noise and loss.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to obtain a power conversion device capable of suppressing the occurrence of noise and loss.
  • the power converter according to the present disclosure includes a converter that rectifies first AC power supplied from an AC power supply, and a smoothing unit that is connected to the output terminal of the converter. and an inverter connected to both ends of the smoothing section to generate a second AC power that is a three-phase AC power; Inverter potential fixing control for stopping switching of the second switching element for a certain period of time, and inverter current pulsation control for controlling the input current to the inverter to pulsate at a frequency corresponding to the frequency of the first AC power, a control unit that performs two or more controls.
  • the power conversion device has the effect of being able to suppress the occurrence of noise and loss.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power conversion system realized by applying the power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a basic configuration of a power converter according to a first embodiment;
  • FIG. 10 As a comparative example, a diagram showing an example of a signal waveform of a voltage command to an inverter when potential fixing control is not applied A diagram showing an example of a signal waveform of a voltage command to an inverter when potential fixing control is applied.
  • FIG. 10 is a diagram showing a first other example of a signal waveform of a voltage command to an inverter when potential fixing control is applied;
  • FIG. 10 is a diagram showing a first other example of a signal waveform of a voltage command to an inverter when potential fixing control is applied;
  • FIG. 11 is a diagram showing a second other example of the signal waveform of the voltage command to the inverter when potential fixing control is applied;
  • 1 is a diagram showing a circuit configuration example of a converter of a power conversion device according to a first embodiment;
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the power conversion device according to the first embodiment;
  • a comparative example a diagram showing an example of signal waveforms of each part when potential fixing control is not applied to the converter having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of signal waveforms of each part when potential fixing control is applied to the converter having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of signal waveforms of each part when potential fixing control is applied to the converter having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of signal waveforms of each part when potential fixing control is applied to the converter having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a first modification of the power conversion device according to the first embodiment;
  • the figure which shows the 2nd modification of the power converter device concerning Embodiment 1 As a comparative example, a diagram showing an example of an operation waveform of a power converter when inverter current pulsation control is not performed
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of operating waveforms of a power conversion device when performing inverter current pulsation control
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of operation waveforms of the power conversion device when performing inverter current pulsation control
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device according to a fifth embodiment;
  • a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail based on the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power conversion system realized by applying a power conversion device according to a first embodiment.
  • the power conversion system according to the first embodiment includes a power supply unit 100 configured with a commercial power source, a rectifier circuit, etc., a smoothing unit 200 configured with a smoothing element such as an electrolytic capacitor, a motor, and a load unit 300 configured by an inverter or the like for driving the motor.
  • AC power supplied from an AC power supply such as a commercial power supply is rectified by a rectifier circuit.
  • the rectified power is output to smoothing section 200 .
  • the smoothing unit 200 smoothes DC power, which is rectified power output from the power supply unit 100 .
  • the smoothed DC power is output to the load section 300 and consumed by the motor that constitutes the load section 300 .
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the basic configuration of the power converter 1 according to the first embodiment.
  • the power converter 1 is connected to an AC power supply 110 such as a commercial power supply and a compressor 315 .
  • Power converter 1 converts first AC power supplied from AC power supply 110 into second AC power, which is three-phase AC power having desired amplitude and phase, and supplies the second AC power to compressor 315 .
  • Compressor 315 is, for example, a hermetic compressor applied to an air conditioner, and is equipped with a motor.
  • the power converter 1 includes a voltage/current detector 501, a converter 150, a smoothing part 200, a voltage/current detector 502, an inverter 310, current detectors 313a and 313b, and a controller 400.
  • Converter 150 is connected to AC power supply 110 .
  • Smoothing section 200 is connected to the output terminal of converter 150
  • inverter 310 is connected to smoothing section 200 .
  • a compressor 315 is connected to the three-phase output line of the inverter 310 .
  • the converter 150 rectifies the first AC power supplied from the AC power supply 110 to generate DC power. Although not shown in FIG. 2, converter 150 has a switching element. Control unit 400 controls on/off of each switching element of converter 150 to obtain boosted DC power. A switching element included in converter 150 is referred to as a first switching element. Note that converter 150 and AC power supply 110 constitute power supply unit 100 of the power conversion system shown in FIG.
  • the DC power generated by the converter 150 is smoothed by the smoothing section 200 .
  • the smoothing section 200 is composed of a smoothing capacitor 210 .
  • the DC power smoothed by smoothing section 200 is supplied to inverter 310 and converted into second AC power for driving compressor 315 .
  • the inverter 310 has a plurality of switching elements.
  • Control unit 400 controls on/off of each switching element of inverter 310 to convert DC power supplied from smoothing unit 200 into second AC power having desired amplitude and phase.
  • Each switching element included in inverter 310 is referred to as a second switching element.
  • Inverter 310 and compressor 315 configure load section 300 of the power conversion system shown in FIG.
  • Voltage/current detection unit 501 is provided between AC power supply 110 and converter 150, detects the voltage value and current value of the first AC power supplied from AC power supply 110 to converter 150, and detects the detected voltage value and current value. A current value is output to the control unit 400 .
  • the voltage value detected by the voltage/current detector 501 is Vin
  • the current value is Iin.
  • Voltage/current detection unit 502 is provided between smoothing unit 200 and inverter 310, detects the voltage value and current value of the DC power supplied from smoothing unit 200 to inverter 310, and detects the detected voltage value and current value. Output to the control unit 400 .
  • the voltage value detected by the voltage/current detector 502 is Vdc
  • the current value is Idc.
  • Current detection units 313a and 313b are provided between inverter 310 and compressor 315, detect two-phase current values out of three-phase currents output from inverter 310 to compressor 315, and control unit 400 output to
  • the voltage/current detection unit 502 and the current detection units 313a and 313b are provided to detect the input current and the output current of the inverter 310.
  • the configuration may be such that only one of the currents is detected. .
  • Control unit 400 switches a switching element that constitutes converter 150 and a switching element that constitutes inverter 310 to convert first AC power supplied from AC power supply 110 to second AC power having a desired amplitude and phase. Convert to electricity.
  • control unit 400 controls each switching element so as to obtain the second AC power while suppressing the number of switching times of the switching element. Specifically, control unit 400 fixes the state of some of the switching elements of each of converter 150 and inverter 310 to ON or OFF for a certain period of time, and controls the remaining switching elements to switch. In the following description, such control may be referred to as potential fixing control. By applying potential fixing control, the number of times of switching is reduced, and the occurrence of noise and loss due to the operation of the switching element is suppressed.
  • control unit 400 controls the converter 150 and the inverter 310.
  • FIG. 3 to 6 are diagrams showing examples of signal waveforms of input voltages to inverter 310 of U-phase, V-phase, and W-phase, respectively.
  • the configuration of inverter 310 is the same as that of a general inverter that converts DC power into three-phase AC power.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a signal waveform of a voltage command to inverter 310 when potential fixing control is not applied, as a comparative example.
  • control unit 400 controls each switching element of the inverter 310 so that the output voltage from the inverter 310 has the signal waveform of each phase shown in FIG. Control. That is, control unit 400 compares the voltage command for each phase shown in FIG. Each switching element is controlled by inputting to .
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a signal waveform of a voltage command to inverter 310 when potential fixing control is applied.
  • control unit 400 controls each switching element of the inverter 310 so that the output voltage from the inverter 310 has the signal waveform of each phase shown in FIG. That is, control unit 400 compares the voltage command for each phase shown in FIG. Each switching element is controlled by inputting to .
  • control unit 400 controls the inverter 310 so that the voltage of any one of the U-phase, V-phase and W-phase is fixed at the "High” level or the "Low” level. .
  • Control unit 400 may control inverter 310 so that the output voltage from inverter 310 has the signal waveform shown in FIG. 5 or 6 .
  • FIG. 5 is a diagram showing a first other example of the signal waveform of the voltage command for inverter 310 when potential fixing control is applied
  • FIG. 6 is a voltage command signal for inverter 310 when potential fixing control is applied.
  • FIG. 10 is a diagram showing a second other example of waveforms;
  • control unit 400 controls inverter 310 so that the voltage of any one of the U-phase, V-phase and W-phase becomes 120 degrees "Low” level.
  • control unit 400 controls inverter 310 so that the voltage of any one of the U-phase, V-phase, and W-phase becomes 120 degrees "High” level. Control.
  • FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration example of the converter 150 of the power converter 1 according to the first embodiment.
  • the converter 150 of the power converter 1 includes a reactor 120 and a rectifier circuit 130 having a diode bridgeless (DBL) configuration.
  • Rectifier circuit 130 has switching elements 135-138 and rectifiers 131-134 each connected in parallel with one of switching elements 135-138. Switching element 135 and switching element 136 are connected in series, and switching element 137 and switching element 138 are connected in series.
  • switching elements 135 and 136 and rectifiers 131 and 132 constitute one arm, and switching elements 137 and 138 and rectifiers 133 and 134 constitute one arm. That is, the rectifier circuit 130 has two arms each composed of two switching elements and two rectifiers.
  • the converter 150 turns on and off the switching elements 135 to 138 of the rectifier circuit 130 under the control of the control unit 400, rectifies and boosts the first AC power supplied from the AC power supply 110, and smoothes the boosted DC power. Output to unit 200 .
  • control unit 400 causes switching elements 135 to 138 to perform switching operations continuously. That is, it is controlled by PWM (Pulse Width Modulation).
  • FIG. 7 may be replaced with the converter 150a shown in FIG. 8 is a diagram illustrating another configuration example of the power converter according to the first embodiment;
  • FIG. A power converter 1a of another configuration example shown in FIG. 8 has the same configuration as the power converter 1 shown in FIG. 7 except for a converter 150a and a control unit 400a.
  • the converter 150a of the power converter 1a shown in FIG. 8 includes a rectifier circuit 130a, which is a diode rectifier circuit in which four rectifiers 131a to 134a are bridge-connected, and a booster circuit 700 composed of a reactor 120a, a switching element 711, and a rectifier 721. And prepare.
  • rectifier circuit 130a rectifies the power supply voltage supplied from AC power supply 110.
  • FIG. A booster circuit 700 provided after the rectifier circuit 130a boosts the voltage after being rectified by the rectifier circuit 130a by turning on and off a switching element 711 controlled by the control unit 400a. Note that converter 150a constitutes power supply unit 100a.
  • FIG. 9 is a diagram showing, as a comparative example, an example of signal waveforms of each part when the potential fixing control is not applied to the converter 150 configured as shown in FIG.
  • each waveform represents, from top to bottom, the power supply voltage Vac, the power supply current Iac, the gate signal of the switching element 135, the gate signal of the switching element 136, the gate signal of the switching element 137, and the gate signal of the switching element 138.
  • Power supply voltage Vac is the voltage of the first AC power input from AC power supply 110 to converter 150
  • power supply current Iac is the current of the first AC power.
  • control unit 400 causes switching elements 135 and 136 of converter 150 to be set in advance during one cycle of input first AC power. high-speed switching at the switching frequency.
  • Control unit 400 causes switching elements 137 and 138 to switch at a low speed at the frequency of the first AC power. That is, control unit 400 switches each switching element included in one of the two arms provided in converter 150 at high speed and switches each switching element included in the other arm at low speed.
  • the switching elements 135 and 136 By switching the switching elements 135 and 136 at high speed, a power supply short-circuit mode and a load power supply mode are possible, and the power factor of the power supply current Iac is improved.
  • the gate signal of one of the switching elements 135 and 136 is the main gate signal
  • the gate signal of the other one is the main gate signal that is inverted and synchronized. It doesn't have to be.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of signal waveforms of each part when potential fixing control is applied to the converter 150 configured as shown in FIG. As in FIG. 9, in FIG. 10, waveforms indicate, in order from the top, the power supply voltage Vac, the power supply current Iac, and the gate signals of the switching elements 135-138.
  • control unit 400 controls switching elements 135 and 136 during a period in which power supply current Iac has a minute value close to zero, that is, for a certain period of time before and after the timing at which power supply current Iac becomes zero. Control to stop switching. Control unit 400 stops switching of switching elements 135 and 136, and the period during which power supply current Iac has a very small value close to zero is set to switching elements 135 and 136 if the converter potential fixing control shown in FIG. 9 is not applied. is a period for switching Switching elements 137 and 138 are controlled in the same manner as shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing another example of signal waveforms of each part when potential fixing control is applied to converter 150 configured as shown in FIG. As in FIGS. 9 and 10, in FIG. 11, waveforms indicate the power supply voltage Vac, the power supply current Iac, and the gate signals of the switching elements 135 to 138 in order from the top.
  • control section 400 switches the switching elements 137 and 138 according to the polarity of the power supply voltage Vac. That is, in the comparative example shown in FIG. 9, control unit 400 switches switching elements 137 and 138 according to power supply current Iac, whereas in the example shown in FIG. and 138.
  • the power converter 1 switches between a mode in which potential fixing control is performed and a mode in which potential fixing control is not performed, depending on the situation.
  • An example of the operation of switching between a mode in which the potential fixing control is performed and a mode in which the potential fixing control is not performed according to the situation will be described below.
  • the power conversion device 1 uses one or more values, such as noise, loss, vibration, noise, etc., that change according to the operation of the converter 150 and the inverter 310, and each value used is within the allowable value.
  • a mode in which the potential fixing control is performed and a mode in which the potential fixing control is not performed are switched so that .
  • noise and loss generated during power conversion increase. Therefore, for example, when the amount of noise and loss generated is equal to or less than the allowable value, the power converter 1 stops the potential fixing control and performs control that prioritizes suppression of vibration and noise, and the noise and loss is less than the allowable value. is exceeded, the potential fixing control is performed to reduce noise and loss.
  • the control unit 400 performs potential fixing control according to the following equation (1) using, for example, the current I1 output by the converter 150 and the current I2 input to the inverter 310 shown in FIG. switch between the implementation and suspension of Specifically, the control unit 400 performs the potential fixing control when the formula (1) holds, and does not perform the potential fixing control when the formula (1) does not hold. Th ⁇ K*I1+(1-K)*I2 (1)
  • Th is a threshold value, which may be determined in consideration of the amount of noise generated and the amount of loss generated that is allowed in the power conversion device 1 .
  • control unit 400 performs the potential fixing control when the formula (1) holds, and does not perform the potential fixing control when the formula (1) does not hold.
  • the control unit 400 controls the switching element in the converter 150 for a certain period of time before and after the timing when the alternating current input from the alternating current power supply 110 becomes zero. is fixed at "High” level or “Low” level. Further, the control unit 400 controls the inverter 310 to fix the input voltage of each of the three phases one by one to the "High” level or the “Low” level, that is, to fix one of the three phases of the input voltage. Inverter potential fixing control is performed to fix the phase input voltage to "High” level or "Low” level. As a result, the number of switching times of the switching element can be reduced, and the occurrence of noise and loss can be suppressed.
  • control unit 400 determines whether or not noise and loss generated by the switching operation of the switching element are equal to or less than an allowable value based on current I1 output from converter 150 and current I2 input to inverter 310, and If it is less than the allowable value, the converter potential fixing control and the inverter potential fixing control are stopped to suppress an increase in vibration and noise. According to the power conversion device 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce noise and loss while ensuring a predetermined allowable value for the entire device.
  • the converter 150 is configured with the rectifier circuit 130 having a diode bridgeless configuration, but the configuration is not limited to this.
  • the power converter 1b having the configuration shown in FIG. 12 or the power converter 1c having the configuration shown in FIG. 13 may be used.
  • 12 is a diagram showing a first modification of the power converter according to the first embodiment
  • FIG. 13 is a diagram showing a second modification of the power converter according to the first embodiment.
  • a power converter 1b of a first modified example shown in FIG. 12 has a configuration in which the converter 150 of the power converter 1 is replaced with a converter 150b, and the controller 400 is replaced with a controller 400b.
  • converter 150b constitutes power supply unit 100b.
  • Converter 150b has a configuration in which rectifier circuit 130 of converter 150 is replaced with rectifier circuit 130a in which four rectifiers 131a to 134a are bridge-connected.
  • the controller 400b controls only the inverter 310. Further, the control unit 400b performs the above-described inverter potential fixing control, but like the power converter 1, switches between a mode in which the inverter potential fixing control is performed and a mode in which the inverter potential fixing control is not performed, depending on the situation. . Mode switching may be performed by setting the coefficient K in the above equation (1) to zero and performing inverter potential fixing control when equation (1) holds.
  • a power converter 1c of a second modification shown in FIG. 13 has a configuration in which the converter 150 of the power converter 1 is replaced with a converter 150c, and the controller 400 is replaced with a controller 400c.
  • converter 150c constitutes power supply unit 100c.
  • Converter 150c has a configuration in which rectifier circuit 130 of converter 150 is replaced with rectifier circuit 130a in which four rectifiers 131a to 134a are bridge-connected, and booster circuit 600 is added. The booster circuit 600 is connected in parallel with the rectifier circuit 130a.
  • the booster circuit 600 includes rectifiers 621 to 624 and a switching element 611 .
  • the booster circuit 600 turns on and off the switching element 611 under the control of the control unit 400 c to boost the first AC power supplied from the AC power supply 110 .
  • the boosted first AC power is rectified by rectifier circuit 130 a and then output to smoothing section 200 .
  • the booster circuit 600 of the converter 150c is controlled by the control unit 400c, and is simple switching that performs the switching operation of the switching element 611 once or multiple times in the half cycle of the frequency of the first AC power supplied from the AC power supply 110. controlled.
  • the control unit 400c controls the inverter 310 and the booster circuit 600 of the converter 150c. In addition, the control unit 400c performs the inverter potential fixing control and the converter potential fixing control described above. It switches to a mode in which these controls are not implemented. Mode switching may be performed according to the above equation (1), as in the power conversion device 1 .
  • Embodiment 2 Next, a power converter according to a second embodiment will be explained.
  • the power conversion device 1 according to the first embodiment operates the converter 150 and the inverter 310 so as to suppress the occurrence of noise and loss due to the switching of the switching elements. From the viewpoints of downsizing and cost reduction of the device, it is desirable to reduce the capacitance of the capacitor that smoothes the DC power.
  • a power conversion device will be described that can reduce the capacity of a capacitor that smoothes DC power, in addition to suppressing the generation of noise and loss.
  • the configuration of the power conversion device according to the second embodiment is the same as that of the power conversion device 1 according to the first embodiment, and the operation of the control unit 400 controlling the inverter 310 is different.
  • a control operation of inverter 310 which is different from that in the first embodiment, will be described.
  • DC power obtained by rectifying AC power contains a pulsating component corresponding to the AC frequency.
  • the load connected to the power converter is a motor or the like and the torque varies periodically
  • the DC power also includes a pulsating component corresponding to the torque variation.
  • the current flowing through the smoothing capacitor also pulsates under the influence of the pulsation. Therefore, it is necessary to select the capacity of the smoothing capacitor in consideration of the pulsation. That is, since it is necessary to select the capacity of the smoothing capacitor in consideration of the maximum value of the pulsating current, it is important to suppress pulsation. If the pulsation of the DC power is suppressed, the maximum value of the current flowing through the smoothing capacitor is also suppressed, so it is possible to reduce the capacity of the smoothing capacitor.
  • control unit 400 of the power conversion device 1 performs the potential fixing control described in the first embodiment, and further performs the control described below so that the smoothing capacitor 210 to reduce the current I3 flowing through.
  • control unit 400 controls inverter 310 based on power supply current Iac detected by voltage/current detection unit 501 so that current I2, which is the input current to inverter 310, pulsates, smoothing capacitor 210 reduces the current I3 flowing through.
  • Control unit 400 controls inverter 310 such that current I2 pulsates at a frequency corresponding to the frequency of the AC power supplied from AC power supply 110 . In the following description, this control may be referred to as inverter current pulsation control.
  • the pulsating current output from inverter 310 to compressor 315 is assumed to be a component having a predetermined amplitude and phase.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of operation waveforms of the power conversion device 1 when inverter current pulsation control is not performed, as a comparative example.
  • each waveform indicates current I1, current I2, current I3, and capacitor voltage Vdc, which is the voltage of smoothing capacitor 210 generated in response to current I3, in order from the top.
  • the vertical axis of currents I1, I2, and I3 indicates current values, and the vertical axis of capacitor voltage Vdc indicates voltage values. All horizontal axes indicate time t. Although the currents I2 and I3 are actually superimposed with the carrier component of the inverter 310, they are omitted here. The same shall apply to the following.
  • the positive direction of current I3 is the discharging direction of smoothing capacitor 210, and the negative direction thereof is the charging direction of smoothing capacitor 210.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of operation waveforms of the power converter 1 when performing inverter current pulsation control.
  • FIG. 16 is a diagram showing another example of operation waveforms of the power converter 1 when performing inverter current pulsation control. 15 and 16, each waveform indicates current I1, current I2, current I3, and capacitor voltage Vdc in order from the top, as in FIG.
  • inverter current pulsation control in inverter current pulsation control, inverter 310 is controlled so that a pulsating current having a frequency twice as high as the frequency of first AC power supplied to converter 150 is superimposed on current I2. Then, this pulsating current is output from inverter 310 to compressor 315 .
  • the DC power obtained by rectifying the first AC power contains a component that pulsates at a frequency six times the frequency of one phase. Therefore, in the inverter current pulsation control when the first AC power is three-phase, the inverter 310 is controlled so that a pulsating current having a frequency six times the frequency of the first AC power is superimposed on the current I2.
  • FIG. 15 shows waveforms when the inverter 310 is controlled so that a pulsating current having half the amplitude of the current I1 is superimposed on the current I2, and FIG. is superimposed on the current I2.
  • the current I3 decreases and the pulsating voltage generated in the capacitor voltage Vdc is reduced. That is, it is possible to reduce the capacity of smoothing capacitor 210 .
  • the amount of pulsation of the pulsating current to be superimposed on the current I2 may be adjustable by performing inverter current pulsating control.
  • the control unit 400 may hold information on the amount of pulsation, and the power converter 1 may be provided with means for adjusting this information from the outside.
  • the power converter 1 switches between a mode in which inverter current pulsation control and inverter potential fixing control are performed and a mode in which these controls are not performed, depending on the situation.
  • An example of the operation of switching between a mode in which the inverter current ripple control and the inverter potential fixing control are performed and a mode in which the inverter potential fixing control is not performed depending on the situation will be described below.
  • the power conversion device 1 for example, has a mode in which both inverter current pulsation control and inverter potential fixing control are performed and one of these controls is performed so that noise, loss, vibration, and noise are within permissible values. mode and a mode in which no control is performed.
  • capacitor current I3 a permissible value is set for each of the current I3 (hereinafter sometimes referred to as capacitor current I3) flowing through smoothing capacitor 210 and the loss Linv in inverter 310, and capacitor current I3 is greater than the permissible value.
  • Inverter current pulsation control is performed to reduce capacitor current I3, and when capacitor current I3 is equal to or less than the allowable value, inverter current pulsation control is stopped to prevent an increase in noise and loss. If the loss Linv is greater than the allowable value, inverter potential fixing control is implemented to reduce noise and loss. prevent the increase.
  • control unit 400 performs inverter current pulsation control when the following formula (2) holds, and does not perform inverter current pulsation control when formula (2) does not hold.
  • Control unit 400 performs inverter potential fixing control when the following formula (3) holds, and does not perform inverter potential fixing control when formula (3) does not hold.
  • Th1 in equation (2) is a threshold corresponding to the allowable value of capacitor current I3
  • Th2 in equation (3) is a threshold corresponding to the allowable value of loss Linv.
  • control unit 400 performs the inverter potential fixing control described in the first embodiment for the inverter 310 .
  • the number of switching times of the switching element can be reduced, and the occurrence of noise and loss can be suppressed.
  • Control unit 400 also performs inverter current pulsation control for reducing capacitor current I3 by pulsating the input current to inverter 310 .
  • the capacity of the smoothing capacitor 210 can be reduced, and the size of the device can be reduced.
  • control unit 400 sends current I1 output from converter 150 and inverter 310 whether or not the loss generated by the switching operation of the switching element is equal to or less than the allowable value and whether or not capacitor current I3 is equal to or less than the allowable value. The determination is made based on the input current I2, the current output from the inverter 310, and the like. Then, inverter potential fixing control is performed when the loss is larger than the allowable value, and inverter current pulsation control is performed when the capacitor current I3 is larger than the allowable value. According to the power conversion device 1 according to the present embodiment, it is possible to suppress the pulsation of the capacitor current I3 and the pulsation of the capacitor voltage Vdc while ensuring a predetermined allowable value for the entire device. Loss can be reduced.
  • Embodiment 3 Next, a power converter according to a third embodiment will be described.
  • a power conversion apparatus that implements inverter potential fixing control and inverter current pulsation control in combination has been described.
  • a power converter that implements a combination of converter potential fixing control and inverter current pulsation control will be described.
  • the configuration of the power conversion device according to the third embodiment is the same as that of the power conversion device 1 according to the first embodiment, and the operation of the control unit 400 controlling the converter 150 and the inverter 310 is different. Specifically, a switching operation between a mode in which converter potential fixing control is performed and a mode in which converter potential fixing control is not performed, and a switching operation between a mode in which inverter current pulsation control is performed and a mode in which inverter current pulsation control is not performed. is different. In the present embodiment, an operation in which control unit 400 controls converter 150 and inverter 310, which is different from the operations in the first and second embodiments, will be described.
  • the control unit 400 performs inverter current pulsation control when the following formula (4) holds, and does not perform inverter current pulsation control when the following formula (4) does not hold. Further, the control unit 400 performs the inverter potential fixation control when the following formula (5) holds, and does not perform the inverter potential fixation control when the formula (5) does not hold.
  • Th3 in equation (4) is a threshold corresponding to the allowable value of capacitor current I3
  • Th4 in equation (5) is a threshold corresponding to the allowable value of loss Lcnv. Th3 may be the same value as Th1 used in the control of the second embodiment. Th3 ⁇ I3 (4) Th4 ⁇ Lcnv (5)
  • the control mode is switched depending on whether the capacitor current I3 and the loss Lcnv are below the allowable value, but the control mode is switched depending on whether other information is below the allowable value. You may do so.
  • the control mode may be switched depending on whether the temperature of the heat sink is equal to or lower than the allowable value.
  • the converter potential fixing control may be performed when the temperature of the heat sink is higher than the allowable value, and the converter potential fixing control may not be performed when the heat sink temperature is equal to or lower than the allowable value.
  • the control mode may be switched depending on whether the number of revolutions of the motor connected to inverter 310 is equal to or less than the allowable value.
  • the inverter current pulsation control may be performed when the motor rotation speed is greater than the allowable value, and the inverter current pulsation control may not be performed when the motor rotation speed is equal to or less than the allowable value.
  • various information that changes under the influence of the switching operation of the switching elements such as vibration of the motor connected to the inverter 310, vibration of the reactor 120 constituting the converter 150, temperature of the converter 150, temperature of the inverter 310, noise, etc.
  • a permissible value may be set for this, and the control mode may be switched depending on whether or not it is equal to or less than the permissible value.
  • an allowable value may be set for a result calculated using a plurality of pieces of information, and the control mode may be switched depending on whether the calculated result is equal to or less than the allowable value.
  • the configuration may be such that the control mode is switched using the above various information.
  • control unit 400 performs the converter potential fixing control described in the first embodiment for the converter 150 . As a result, the number of switching times of the switching element can be reduced, and the occurrence of noise and loss can be suppressed. Control unit 400 also performs the inverter current pulsation control described in the second embodiment for inverter 310 . As a result, the capacity of the smoothing capacitor 210 can be reduced, and the size of the device can be reduced. Further, control unit 400 determines whether the loss generated by the switching operation of the switching element of converter 150 is equal to or less than an allowable value, and whether or not capacitor current I3 is equal to or less than an allowable value.
  • the power conversion device 1 it is possible to suppress the pulsation of the capacitor current I3 and the pulsation of the capacitor voltage Vdc while ensuring a predetermined allowable value for the entire device. Loss can be reduced.
  • Embodiment 4 In Embodiments 2 and 3, the power conversion apparatus that performs the inverter current pulsation control and the inverter potential fixing control or the converter potential fixing control in combination has been described. .
  • inverter current ripple control, inverter potential fixing control, and converter potential fixing control each have advantages and disadvantages, but the advantages and disadvantages of inverter potential fixing control are the same as those of converter potential fixing control. be. Therefore, it is possible to switch between a mode in which each control is performed and a mode in which each control is not performed by the same method as in the case where the inverter current pulsation control and the inverter potential fixing control described in the second embodiment are performed in combination.
  • control unit 400 performs inverter current pulsation control when the following formula (6) holds, and does not perform inverter current pulsation control when formula (6) does not hold.
  • Control unit 400 performs inverter potential fixing control and converter potential fixing control when the following formula (7) holds, and performs inverter potential fixing control and converter potential fixing control when formula (7) does not hold. do not have.
  • control unit 400 sets Th5 in equation (6) to a threshold corresponding to the allowable value of capacitor current I3, and Th6 in equation (7) to the allowable values of loss Linv in inverter 310 and loss Lcnv in converter 150. threshold. Th5 ⁇ I3 (6) Th6 ⁇ Linv+Lcnv (7)
  • Allowable values are set individually for the loss Linv and the loss Lcnv, and the switching timing between the mode in which the inverter potential fixing control is performed and the mode in which the inverter potential fixing control is not performed is the switching between the mode in which the converter potential fixing control is performed and the mode in which the converter potential fixing control is not performed. It is good also as control different from timing.
  • the power conversion device 1 suppresses pulsation of the capacitor current I3 and pulsation of the capacitor voltage Vdc while ensuring a predetermined allowable value for the entire device, as in each of the above-described embodiments. In addition, noise and loss can be reduced.
  • each control unit control units 400, 400a, 400b, 400c included in each power converter (power converters 1, 1a, 1b, 1c) described in each embodiment will be described. Note that the hardware configuration of each control unit is the same.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a hardware configuration that implements a control unit included in the power converter.
  • a control unit of the power converter is realized by, for example, a processor 91 and a memory 92 shown in FIG. 17 .
  • the processor 91 is a CPU (Central Processing Unit, also referred to as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)).
  • the memory 92 is RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), or the like.
  • a memory 92 stores a program for operating as a control unit of the power converter.
  • a control unit of the power converter is implemented by the processor 91 reading and executing a program stored in the memory 92 .
  • the above program stored in the memory 92 may be provided to the user or the like while being written on a storage medium such as a CD (Compact Disc)-ROM, a DVD (Digital Versatile Disc)-ROM, etc. Alternatively, it may be provided via a network.
  • the control unit can also be realized by a dedicated processing circuit, for example, a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a circuit that combines these. .
  • a dedicated processing circuit for example, a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a circuit that combines these. .
  • Embodiment 5 a device that can be realized by applying each power converter described in Embodiments 1 to 4 will be described.
  • a refrigerating cycle-applied equipment using the power converter 1 described in the first embodiment will be described.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device 900 according to the fifth embodiment.
  • a refrigeration cycle applied equipment 900 according to the fifth embodiment includes a motor drive device 10 to which the power conversion device 1 described in the first embodiment is applied.
  • the refrigerating cycle applied equipment 900 has a refrigerating cycle configuration in which a four-way valve 902, a compressor 903, a heat exchanger 906, an expansion valve 908, and a heat exchanger 910 are attached via a refrigerant pipe 912. It has The compressor 903 corresponds to the compressor 315 shown in FIG. 2 and the like.
  • the compressor 903 is provided with a compression mechanism 904 that compresses the refrigerant circulating in the refrigerant pipe 912 and a motor 905 that operates the compression mechanism 904 .
  • the refrigeration cycle application device 900 having such a configuration can be used, for example, in air conditioners, heat pump water heaters, refrigerators, refrigerators, and the like.

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Abstract

電力変換装置（１）は、交流電源（１１０）から供給される第１の交流電力を整流するコンバータ（１５０）と、コンバータの出力端に接続される平滑部（２００）と、平滑部の両端に接続され、３相交流電力である第２の交流電力を生成するインバータ（３１０）と、コンバータが有する第１のスイッチング素子のスイッチングを一定期間停止させるコンバータ電位固定制御、インバータが有する第２のスイッチング素子のスイッチングを一定期間停止させるインバータ電位固定制御、および、インバータへの入力電流が第１の交流電力の周波数に応じた周波数で脈動するように制御するインバータ電流脈動制御のうち、２つ以上の制御を実施する制御部（４００）と、を備える。

Description

電力変換装置、モータ駆動装置およ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、モータ駆動装置およ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。このような電力変換装置は、交流電源から供給される第１の交流電力を整流回路で整流して直流電力に変換し、この直流電力をインバータで第２の交流電力に変換する（例えば、特許文献１）。
特開２０１９－１６１７５７号公報
　電力変換装置は、インバータを構成するスイッチング素子をオンオフさせることで所望の交流電力に変換するが、スイッチング素子を動作させるとノイズおよび損失が発生する。また、電力変換装置の中には外部から入力される交流電力を直流電力に変換する回路がスイッチング素子を有する構成のものがあり、この構成では交流電力を直流電力に変換する際にもノイズおよび損失が発生する。そのため、ノイズおよび損失の発生を抑制する技術の実現が望まれる。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズの発生および損失の発生を抑制することが可能な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に、本開示にかかる電力変換装置は、交流電源から供給される第１の交流電力を整流するコンバータと、コンバータの出力端に接続される平滑部と、平滑部の両端に接続され、３相交流電力である第２の交流電力を生成するインバータと、コンバータが有する第１のスイッチング素子のスイッチングを一定期間停止させるコンバータ電位固定制御、インバータが有する第２のスイッチング素子のスイッチングを一定期間停止させるインバータ電位固定制御、および、インバータへの入力電流が第１の交流電力の周波数に応じた周波数で脈動するように制御するインバータ電流脈動制御のうち、２つ以上の制御を実施する制御部と、を備える。
　本開示にかかる電力変換装置は、ノイズの発生および損失の発生を抑制することができる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる電力変換装置を適用して実現される電力変換システムの概略構成を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の基本構成の一例を示す図 比較例として、電位固定制御を適用しない場合のインバータに対する電圧指令の信号波形の一例を示す図 電位固定制御を適用した場合のインバータに対する電圧指令の信号波形の一例を示す図 電位固定制御を適用した場合のインバータに対する電圧指令の信号波形の第１の他の例を示す図 電位固定制御を適用した場合のインバータに対する電圧指令の信号波形の第２の他の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置のコンバータの回路構成例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の他の構成例を示す図 比較例として、図７に示す構成のコンバータに電位固定制御を適用しない場合の各部の信号波形の一例を示す図 図７に示す構成のコンバータに電位固定制御を適用した場合の各部の信号波形の一例を示す図 図７に示す構成のコンバータに電位固定制御を適用した場合の各部の信号波形の他の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の第１の変形例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の第２の変形例を示す図 比較例として、インバータ電流脈動制御を実施しない場合の電力変換装置の動作波形の一例を示す図 インバータ電流脈動制御を実施する場合の電力変換装置の動作波形の一例を示す図 インバータ電流脈動制御を実施する場合の電力変換装置の動作波形の他の例を示す図 電力変換装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態５にかかる冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用して実現される電力変換システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電力変換システムは、商用電源、整流回路等で構成される電源部１００と、電解コンデンサ等の平滑素子で構成される平滑部２００と、モータ、モータを駆動するインバータ等で構成される負荷部３００と、を備える。
　電源部１００においては、商用電源などの交流電源から供給される交流電力が整流回路で整流される。整流後の電力は平滑部２００へ出力される。平滑部２００は、電源部１００が出力する整流後の電力である直流電力を平滑する。平滑後の直流電力は負荷部３００に出力され、負荷部３００を構成するモータで消費される。
　ここで、電源部１００から平滑部２００および負荷部３００へ出力される電流をＩ１、負荷部３００へ入力される電流をＩ２、平滑部２００へ流入または流出する電流をＩ３とした場合、Ｉ３＝Ｉ１－Ｉ２という関係が成り立つ。
　図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の基本構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力変換装置１は、商用電源などの交流電源１１０と圧縮機３１５とに接続される。電力変換装置１は、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する３相交流電力である第２の交流電力に変換し、圧縮機３１５に供給する。圧縮機３１５は、例えば、空調機に適用される密閉型圧縮機であり、モータを搭載している。
　電力変換装置１は、電圧電流検出部５０１と、コンバータ１５０と、平滑部２００と、電圧電流検出部５０２と、インバータ３１０と、電流検出部３１３ａおよび３１３ｂと、制御部４００と、を備える。コンバータ１５０は交流電源１１０に接続される。コンバータ１５０の出力端に平滑部２００が接続され、平滑部２００にインバータ３１０が接続される。インバータ３１０の３相出力線には圧縮機３１５が接続される。
　コンバータ１５０は、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を整流して直流電力を生成する。図２では記載を省略しているが、コンバータ１５０はスイッチング素子を有する。コンバータ１５０が有する各スイッチング素子のオンオフを制御部４００が制御することにより、昇圧された直流電力が得られる。コンバータ１５０が有するスイッチング素子を第１のスイッチング素子とする。なお、コンバータ１５０および交流電源１１０は、図１に示す電力変換システムの電源部１００を構成する。
　コンバータ１５０が生成する直流電力は平滑部２００で平滑される。平滑部２００は平滑コンデンサ２１０で構成される。平滑部２００で平滑された直流電力はインバータ３１０に供給され、圧縮機３１５を駆動するための第２の交流電力に変換される。図２では記載を省略しているが、インバータ３１０は複数のスイッチング素子を有する。インバータ３１０が有する各スイッチング素子のオンオフを制御部４００が制御することにより、平滑部２００から供給される直流電力が所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換される。インバータ３１０が有する各スイッチング素子を第２のスイッチング素子とする。なお、インバータ３１０および圧縮機３１５は、図１に示す電力変換システムの負荷部３００を構成する。
　電圧電流検出部５０１は、交流電源１１０とコンバータ１５０との間に設けられ、交流電源１１０からコンバータ１５０に供給される第１の交流電力の電圧値および電流値を検出し、検出した電圧値および電流値を制御部４００に出力する。本実施の形態では、電圧電流検出部５０１が検出する電圧値をＶin、電流値をＩinとする。
　電圧電流検出部５０２は、平滑部２００とインバータ３１０との間に設けられ、平滑部２００からインバータ３１０に供給される直流電力の電圧値および電流値を検出し、検出した電圧値および電流値を制御部４００に出力する。本実施の形態では、電圧電流検出部５０２が検出する電圧値をＶdc、電流値をＩdcとする。
　電流検出部３１３ａおよび３１３ｂは、インバータ３１０と圧縮機３１５との間に設けられ、インバータ３１０から圧縮機３１５へ出力される３相の電流のうちの２相の電流値を検出して制御部４００に出力する。
　なお、図２では電圧電流検出部５０２と電流検出部３１３ａおよび３１３ｂとを備え、インバータ３１０の入力電流および出力電流を検出することとしたが、いずれか一方の電流のみを検出する構成としてもよい。
　制御部４００は、コンバータ１５０を構成するスイッチング素子と、インバータ３１０を構成するスイッチング素子とをスイッチングさせ、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換する。
　ここで、上述したように、スイッチング素子がオンオフすると、ノイズが発生するとともに、損失が発生する。そのため、制御部４００は、スイッチング素子のスイッチング回数を抑制しつつ第２の交流電力が得られるよう、各スイッチング素子を制御する。具体的には、制御部４００は、コンバータ１５０およびインバータ３１０のそれぞれについて、一部のスイッチング素子の状態を一定期間オンまたはオフに固定し、残りのスイッチング素子をスイッチングさせる制御を行う。これ以降の説明ではこのような制御を電位固定制御と称する場合がある。電位固定制御を適用することにより、スイッチング回数が低減し、スイッチング素子の動作に伴うノイズの発生および損失の発生が抑制される。
　制御部４００がコンバータ１５０およびインバータ３１０を制御する動作例について説明する。
［インバータ３１０の電位固定制御］
　まず、インバータ３１０の電位固定制御（以下、インバータ電位固定制御と称する場合がある）の具体例について、図３～図６を参照しながら説明する。図３～図６は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相それぞれのインバータ３１０への入力電圧の信号波形の例を示す図である。なお、インバータ３１０の構成は、直流電力を３相交流電力に変換する一般的なインバータと同様である。
　図３は、比較例として、電位固定制御を適用しない場合のインバータ３１０に対する電圧指令の信号波形の一例を示す図である。
　電位固定制御とは異なる図３に示す比較例の制御とする場合、制御部４００は、インバータ３１０からの出力電圧が図３に示す各相の信号波形となるようにインバータ３１０の各スイッチング素子を制御する。すなわち、制御部４００は、図３に示す各相の電圧指令をキャリア信号と比較し、比較結果に応じて“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルの制御信号を生成してインバータ３１０の各スイッチング素子に入力することで各スイッチング素子を制御する。
　図４は、電位固定制御を適用した場合のインバータ３１０に対する電圧指令の信号波形の一例を示す図である。
　図４に示す例において、制御部４００は、インバータ３１０からの出力電圧が図４に示す各相の信号波形となるようにインバータ３１０の各スイッチング素子を制御する。すなわち、制御部４００は、図４に示す各相の電圧指令をキャリア信号と比較し、比較結果に応じて“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルの制御信号を生成してインバータ３１０の各スイッチング素子に入力することで各スイッチング素子を制御する。図４に示す例では、制御部４００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうちのどれか１相の電圧が“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルに固定されるようにインバータ３１０を制御する。
　インバータ３１０を電位固定制御する場合の電圧指令の信号波形は図４に示す例に限定されない。制御部４００は、インバータ３１０からの出力電圧が図５または図６に示す信号波形となるようにインバータ３１０を制御してもよい。図５は、電位固定制御を適用した場合のインバータ３１０に対する電圧指令の信号波形の第１の他の例を示す図、図６は、電位固定制御を適用した場合のインバータ３１０に対する電圧指令の信号波形の第２の他の例を示す図である。
　図５に示す第１の他の例では、制御部４００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち、どれか１相の電圧が１２０度“Ｌｏｗ”レベルとなるようにインバータ３１０を制御する。また、図６に示す第２の他の例では、制御部４００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち、どれか１相の電圧が１２０度“Ｈｉｇｈ”レベルとなるようにインバータ３１０を制御する。
　図４～図６に示すように、インバータ電位固定制御を適用した場合、常にインバータ３１０のいずれか１相の出力電圧が“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルに固定されてスイッチング素子のスイッチングが停止する。このため、インバータ電位固定制御を適用しない図３に示す場合と比較して、インバータ３１０において発生するスイッチング素子のスイッチング回数を低減し、スイッチング動作に伴うノイズの発生および損失の発生を抑制できる。
［コンバータ１５０の電位固定制御］
　つづいて、コンバータ１５０の電位固定制御（以下、コンバータ電位固定制御と称する場合がある）の具体例について、図７～図１１を参照しながら説明する。電位固定制御を適用するコンバータ１５０の回路構成は、例えば、図７に示すものとすることができる。なお、図７は、実施の形態１にかかる電力変換装置１のコンバータ１５０の回路構成例を示す図である。
　図７に示すように、電力変換装置１のコンバータ１５０は、リアクトル１２０と、ダイオードブリッジレス（ＤＢＬ：Diode　Bridge　Less）構成の整流回路１３０とを備える。整流回路１３０は、スイッチング素子１３５～１３８、および、各々がスイッチング素子１３５～１３８のうちの１つに並列に接続される整流器１３１～１３４を有する。スイッチング素子１３５とスイッチング素子１３６とが直列に接続され、スイッチング素子１３７とスイッチング素子１３８とが直列に接続される。整流回路１３０において、スイッチング素子１３５，１３６および整流器１３１，１３２が１つのアームを構成し、スイッチング素子１３７，１３８および整流器１３３，１３４が１つのアームを構成する。すなわち、整流回路１３０は、それぞれが２つのスイッチング素子および２つの整流器で構成される２つのアームを備える。
　コンバータ１５０は、制御部４００の制御によって、整流回路１３０のスイッチング素子１３５～１３８をオンオフし、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を整流するとともに昇圧し、昇圧後の直流電力を平滑部２００に出力する。コンバータ１５０は、制御部４００によって、スイッチング素子１３５～１３８が連続的にスイッチング動作を行う。すなわちＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）で制御される。
　なお、図７に示すコンバータ１５０を図８に示すコンバータ１５０ａとしてもよい。図８は、実施の形態１にかかる電力変換装置の他の構成例を示す図である。図８に示す他の構成例の電力変換装置１ａは、コンバータ１５０ａおよび制御部４００ａ以外の構成は図７に示す電力変換装置１と同様である。
　図８に示す電力変換装置１ａのコンバータ１５０ａは、４つの整流器１３１ａ～１３４ａがブリッジ接続されたダイオード整流回路である整流回路１３０ａと、リアクトル１２０ａ、スイッチング素子７１１および整流器７２１で構成される昇圧回路７００と、を備える。コンバータ１５０ａにおいては、交流電源１１０から供給される電源電圧を整流回路１３０ａが整流する。整流回路１３０ａの後段に設けられた昇圧回路７００は、スイッチング素子７１１が制御部４００ａにより制御されてオンオフすることにより、整流回路１３０ａで整流された後の電圧を昇圧する。なお、コンバータ１５０ａは、電源部１００ａを構成する。
　図９は、比較例として、図７に示す構成のコンバータ１５０に電位固定制御を適用しない場合の各部の信号波形の一例を示す図である。図９において、各波形は、上から順番に、電源電圧Ｖac、電源電流Ｉac、スイッチング素子１３５のゲート信号、スイッチング素子１３６のゲート信号、スイッチング素子１３７のゲート信号、スイッチング素子１３８のゲート信号を示す。電源電圧Ｖacは、交流電源１１０からコンバータ１５０に入力される第１の交流電力の電圧、電源電流Ｉacは、第１の交流電力の電流である。
　電位固定制御とは異なる図９に示す比較例の制御とする場合、制御部４００は、コンバータ１５０のスイッチング素子１３５および１３６を、入力される第１の交流電力の１周期間中に、予め定めたスイッチング周波数にて高速スイッチングさせる。制御部４００は、スイッチング素子１３７および１３８については、第１の交流電力の周波数にて低速スイッチングさせる。すなわち、制御部４００は、コンバータ１５０が備える２つのアームのうち、一方のアームに含まれる各スイッチング素子を高速でスイッチングさせ、他方のアームに含まれる各スイッチング素子を低速でスイッチングさせる。スイッチング素子１３５および１３６を高速スイッチングさせることで、電源短絡モードと負荷電力供給モードとができ、電源電流Ｉacの力率を改善する。図９に示す例においては、スイッチング素子１３５および１３６の２素子について、片方のゲート信号をメインとし、残りの片方のゲート信号はメインのゲート信号を反転同期させたものとしているが、反転同期させなくてもよい。
　図１０は、図７に示す構成のコンバータ１５０に電位固定制御を適用した場合の各部の信号波形の一例を示す図である。図９と同様に、図１０において、各波形は、上から順番に、電源電圧Ｖac、電源電流Ｉac、スイッチング素子１３５～１３８それぞれのゲート信号を示す。
　図１０に示す例において、制御部４００は、電源電流Ｉacがゼロに近い微小な値となる期間において、すなわち、電源電流Ｉacがゼロとなるタイミングの前後の一定期間において、スイッチング素子１３５および１３６のスイッチングが停止するように制御を行う。制御部４００がスイッチング素子１３５および１３６のスイッチングを停止させる、電源電流Ｉacがゼロに近い微小な値となる期間は、図９に示すコンバータ電位固定制御を適用しない場合であればスイッチング素子１３５および１３６をスイッチングさせる期間である。スイッチング素子１３７および１３８は、図９に示す場合と同様に制御する。
　図１１は、図７に示す構成のコンバータ１５０に電位固定制御を適用した場合の各部の信号波形の他の例を示す図である。図９および図１０と同様に、図１１において、各波形は、上から順番に、電源電圧Ｖac、電源電流Ｉac、スイッチング素子１３５～１３８それぞれのゲート信号を示す。
　図１１に示す例において、制御部４００は、電源電圧Ｖacの極性に応じてスイッチング素子１３７および１３８をスイッチングさせる。すなわち、制御部４００は、図９に示す比較例では電源電流Ｉacに応じてスイッチング素子１３７および１３８をスイッチングさせるのに対し、図１１に示す例では、電源電圧Ｖacの極性に応じてスイッチング素子１３７および１３８を制御する。
　図８に示す電力変換装置１ａにコンバータ電位固定制御を適用する場合、制御部４００ａは、コンバータ１５０ａの昇圧回路７００が備えるスイッチング素子７１１のスイッチングを、電源電流Ｉacがゼロに近い微小な値となる期間において停止させる。
　図７に示す電力変換装置１において、コンバータ電位固定制御を適用することなくフルＰＡＭ制御を行う構成の場合、スイッチング回数が増加しノイズが増加する。特に、電源電流Ｉacがゼロに近い微小な値となる期間にノイズが大幅に増加する。これに対し、図１０および図１１に示すように、コンバータ電位固定制御を適用して電源電流Ｉacがゼロに近い微小な期間にスイッチング素子をオンまたはオフに固定してスイッチングを停止させることで、ノイズが大幅に増加する電源電流Ｉacがゼロ付近の期間に発生するノイズを抑制することができる。また、スイッチング素子がオンオフすることによる損失の発生を抑制することができる。
　以上説明したように、インバータ３１０およびコンバータ１５０の制御に電位固定制御を適用することで、スイッチング素子の動作回数すなわちスイッチング回数が減少し、ノイズの発生および損失の発生を抑制することが可能である。一方、電位固定制御を適用する場合のデメリットも少なからず存在する。例えば、インバータ３１０が出力する第２の交流電力がモータの駆動に用いられる場合、インバータ３１０の制御に電位固定制御を適用すると、モータの振動および騒音が増加してしまう可能性がある。また、コンバータ１５０の制御に電位固定制御を適用した場合、リアクトル１２０の振動および騒音が増加してしまう可能性がある。
　このような事情を考慮し、本実施の形態にかかる電力変換装置１は、状況に応じて、電位固定制御を実施するモードと電位固定制御を実施しないモードとを切り替える。状況に応じて電位固定制御を実施するモードと実施しないモードとを切り替える動作の例を以下で説明する。
［制御モードの切り替え方法］
　電力変換装置１は、例えば、ノイズ、損失、振動、騒音など、コンバータ１５０およびインバータ３１０の動作に応じて変化する値のうち、１つ以上の値を使用し、使用する各値が許容値内となるように、電位固定制御を実施するモードと電位固定制御を実施しないモードとを切り替える。電力変換装置１のコンバータ１５０に流れる電流およびインバータ３１０に流れる電流が大きいほど、電力変換を行う際に発生するノイズおよび損失が大きくなる。そのため、電力変換装置１は、例えば、ノイズおよび損失の発生量が許容値以下の場合は電位固定制御を停止して振動および騒音の発生の抑制を優先する制御を行い、ノイズおよび損失が許容値を超えた場合は電位固定制御を行いノイズおよび損失を低減させる。
　電力変換装置１において、制御部４００は、例えば、図２などに示す、コンバータ１５０が出力する電流Ｉ１と、インバータ３１０に入力する電流Ｉ２とを用いて、以下の式（１）に従って電位固定制御の実施と停止とを切り替える。具体的には、制御部４００は、式（１）が成立する場合に電位固定制御を行い、式（１）が成立しない場合は電位固定制御を行わない。
　　　Ｔｈ＜Ｋ＊Ｉ１＋（１－Ｋ）＊Ｉ２　　…（１）
　式（１）において、Ｔｈはしきい値であり電力変換装置１で許容されるノイズの発生量、損失の発生量などを考慮して決定すればよい。また、Ｋは係数であり、ゼロ以上１以下の値とする。例えば、コンバータ１５０で発生するノイズおよび損失の抑制と、インバータ３１０で発生するノイズおよび損失の抑制とのどちらが重要であるかにより、Ｋの値を決定すればよい。例えば、Ｋ＝１とした場合、コンバータ１５０で発生するノイズおよび損失の量のみに応じて、電位固定制御の実施と停止とを切り替えることになる。
　すなわち、電力変換装置１において、制御部４００は、式（１）が成立する場合に電位固定制御を行い、式（１）が成立しない場合は電位固定制御を行わない。
　以上説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置１において、制御部４００は、コンバータ１５０について、交流電源１１０から入力される交流電流がゼロとなるタイミングの前後の一定期間において、スイッチング素子を“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルに固定するコンバータ電位固定制御を行う。また、制御部４００は、インバータ３１０について、３相それぞれの入力電圧を１相ずつ順番に、“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルに固定する制御、すなわち、入力電圧３相のうちのいずれか１相の入力電圧を“Ｈｉｇｈ”レベルまたは“Ｌｏｗ”レベルに固定するインバータ電位固定制御を行う。これにより、スイッチング素子のスイッチング回数を削減してノイズおよび損失の発生を抑制することができる。また、制御部４００は、スイッチング素子のスイッチング動作により発生するノイズおよび損失が許容値以下か否かを、コンバータ１５０から出力される電流Ｉ１およびインバータ３１０へ入力される電流Ｉ２に基づいて判定し、許容値以下の場合はコンバータ電位固定制御およびインバータ電位固定制御を停止して振動および騒音の増加を抑制する。本実施の形態にかかる電力変換装置１によれば、装置全体にあらかじめ定められた許容値を確保しつつ、ノイズや損失を低減することができる。
　なお、本実施の形態にかかる電力変換装置１は、コンバータ１５０をダイオードブリッジレス構成の整流回路１３０で構成することとしたが、この構成に限定されない。図１２に示す構成の電力変換装置１ｂ、または、図１３に示す構成の電力変換装置１ｃとしてもよい。図１２は、実施の形態１にかかる電力変換装置の第１の変形例を示す図、図１３は、実施の形態１にかかる電力変換装置の第２の変形例を示す図である。
　図１２に示す第１の変形例の電力変換装置１ｂは、電力変換装置１のコンバータ１５０をコンバータ１５０ｂに置き換えるとともに、制御部４００を制御部４００ｂに置き換えた構成である。なお、コンバータ１５０ｂは電源部１００ｂを構成する。コンバータ１５０ｂは、コンバータ１５０の整流回路１３０を、４つの整流器１３１ａ～１３４ａがブリッジ接続された構成の整流回路１３０ａに置き換えた構成である。
　電力変換装置１ｂのコンバータ１５０ｂはスイッチング素子を備えていないため、制御部４００ｂは、インバータ３１０のみを制御する。また、制御部４００ｂは、上述したインバータ電位固定制御を行うが、電力変換装置１と同様に、状況に応じて、インバータ電位固定制御を実施するモードとインバータ電位固定制御を実施しないモードとを切り替える。モードの切り替えは、上記の式（１）の係数Ｋをゼロに設定し、式（１）が成立する場合にインバータ電位固定制御を行うようにすればよい。
　図１３に示す第２の変形例の電力変換装置１ｃは、電力変換装置１のコンバータ１５０をコンバータ１５０ｃに置き換えるとともに、制御部４００を制御部４００ｃに置き換えた構成である。なお、コンバータ１５０ｃは電源部１００ｃを構成する。コンバータ１５０ｃは、コンバータ１５０の整流回路１３０を、４つの整流器１３１ａ～１３４ａがブリッジ接続された構成の整流回路１３０ａに置き換え、さらに、昇圧回路６００が追加された構成である。昇圧回路６００は、整流回路１３０ａと並列に接続される。
　昇圧回路６００は、整流器６２１～６２４およびスイッチング素子６１１を備える。昇圧回路６００は、制御部４００ｃの制御によって、スイッチング素子６１１をオンオフし、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を昇圧する。昇圧後の第１の交流電力は整流回路１３０ａで整流された後、平滑部２００に出力される。コンバータ１５０ｃの昇圧回路６００は、制御部４００ｃの制御によって、交流電源１１０から供給される第１の交流電力の周波数の半周期に１回または複数回、スイッチング素子６１１のスイッチング動作を行う簡易スイッチングで制御される。
　制御部４００ｃは、インバータ３１０およびコンバータ１５０ｃの昇圧回路６００を制御する。また、制御部４００ｃは、上述したインバータ電位固定制御およびコンバータ電位固定制御を行うが、電力変換装置１と同様に、状況に応じて、インバータ電位固定制御およびコンバータ電位固定制御を実施するモードと、これらの制御を実施しないモードとを切り替える。モードの切り替えは、電力変換装置１と同様に、上記の式（１）に従って行うようにすればよい。
実施の形態２．
　つづいて、実施の形態２にかかる電力変換装置を説明する。実施の形態１にかかる電力変換装置１は、スイッチング素子がスイッチングすることによるノイズおよび損失の発生を抑制するようにコンバータ１５０およびインバータ３１０を動作させるものであるが、一般的に、電力変換装置では、装置の小型化、低コスト化などの観点から、直流電力を平滑するコンデンサの容量の低減が望まれる。本実施の形態では、ノイズおよび損失の発生の抑制に加えて、直流電力を平滑するコンデンサの容量低減を可能とする電力変換装置を説明する。
　実施の形態２にかかる電力変換装置の構成は実施の形態１にかかる電力変換装置１と同様であり、制御部４００がインバータ３１０を制御する動作が異なる。本実施の形態では、実施の形態１と異なる動作であるインバータ３１０の制御動作について説明する。
　交流電力を整流して得られる直流電力は、交流の周波数に応じた脈動成分を含むことが知られている。また、電力変換装置に接続される負荷がモータなどであり、トルクが周期的に変動する場合、トルクの変動に応じた脈動成分も直流電力に含まれることになる。直流電力が脈動する場合、その影響を受けて平滑コンデンサに流れる電流も脈動するため、脈動を考慮して平滑コンデンサの容量を選定する必要がある。すなわち、脈動する電流の最大値を考慮して平滑コンデンサの容量を選定する必要があるので、脈動を抑制することが重要となる。直流電力の脈動を抑制すると、平滑コンデンサに流れる電流の最大値も抑制されるので、平滑コンデンサの容量を低減することが可能となる。
　このようなことから、実施の形態２にかかる電力変換装置１の制御部４００は、実施の形態１で説明した電位固定制御を行いつつ、さらに、以下に示す制御を行うことで、平滑コンデンサ２１０に流れる電流Ｉ３を低減する。具体的には、制御部４００は、電圧電流検出部５０１で検出された電源電流Ｉacに基づいて、インバータ３１０への入力電流である電流Ｉ２が脈動するようにインバータ３１０を制御し、平滑コンデンサ２１０に流れる電流Ｉ３を低減させる。制御部４００は、交流電源１１０から供給される交流電力の周波数に応じた周波数で電流Ｉ２が脈動するようにインバータ３１０を制御する。なお、以下の説明では、この制御をインバータ電流脈動制御と称する場合がある。インバータ３１０から圧縮機３１５に出力される脈動電流は、予め定めた振幅および位相を有する成分とする。
　図１４は、比較例として、インバータ電流脈動制御を実施しない場合の電力変換装置１の動作波形の一例を示す図である。図１４において、各波形は、上から順番に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、および、電流Ｉ３に応じて発生する平滑コンデンサ２１０の電圧であるコンデンサ電圧Ｖdcを示す。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の縦軸は電流値を示し、コンデンサ電圧Ｖdcの縦軸は電圧値を示している。横軸は全て時間ｔを示している。なお、電流Ｉ２，Ｉ３には、実際にはインバータ３１０のキャリア成分が重畳されるが、ここでは省略する。以降についても同様とする。電流Ｉ３の正方向が平滑コンデンサ２１０の放電方向、負方向が平滑コンデンサ２１０の充電方向である。電流Ｉ３には電流Ｉ１と電流Ｉ２の差電流が流れ、これに応じた脈動がコンデンサ電圧Ｖdcに発生する。
　図１５は、インバータ電流脈動制御を実施する場合の電力変換装置１の動作波形の一例を示す図である。また、図１６は、インバータ電流脈動制御を実施する場合の電力変換装置１の動作波形の他の例を示す図である。図１５および図１６において、各波形は、図１４と同様に、上から順番に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、および、コンデンサ電圧Ｖdcを示す。図１４～図１６に示すように、インバータ電流脈動制御では、コンバータ１５０に供給される第１の交流電力の周波数の２倍の周波数の脈動電流が電流Ｉ２に重畳されるようにインバータ３１０を制御し、この脈動電流がインバータ３１０から圧縮機３１５に出力される。なお、第１の交流電力が３相の場合、第１の交流電力を整流して得られる直流電力は、１相の周波数の６倍の周波数で脈動する成分を含むことになる。このため、第１の交流電力が３相の場合のインバータ電流脈動制御では、第１の交流電力の周波数の６倍の周波数の脈動電流が電流Ｉ２に重畳されるようにインバータ３１０を制御する。
　図１５は、電流Ｉ１の１／２の振幅を有する脈動電流が電流Ｉ２に重畳されるようにインバータ３１０を制御する場合の波形を示し、図１６は、電流Ｉ１と同等の振幅を有する脈動電流が電流Ｉ２に重畳されるようにインバータ３１０を制御する場合の波形を示している。図１５および図１６から分かるように、電流Ｉ２に重畳する脈動電流を電流Ｉ１に近づけていくにつれ、電流Ｉ３が減少し、コンデンサ電圧Ｖdcに発生する脈動電圧が低減される。すなわち、平滑コンデンサ２１０の容量を低減することが可能となる。なお、インバータ電流脈動制御を実施して電流Ｉ２に重畳させる脈動電流の脈動量を調整可能としてもよい。例えば、制御部４００が脈動量の情報を保持し、この情報を外部から調整する手段を電力変換装置１に設けてもよい。
　一方、インバータ電流脈動制御を実施すると、負荷側に出力される電流Ｉ２に脈動電流を重畳するため、電流Ｉ２の実効値が増加する。その結果、インバータ電流脈動制御を実施しない場合と比較して、ノイズおよび損失が増加する。また、実施の形態１で説明したように、インバータ電位固定制御を実施する場合のデメリットも存在する。
　このような事情を考慮し、本実施の形態にかかる電力変換装置１は、状況に応じて、インバータ電流脈動制御およびインバータ電位固定制御を実施するモードと、これらの制御を実施しないモードとを切り替える。状況に応じてインバータ電流脈動制御およびインバータ電位固定制御を実施するモードと実施しないモードとを切り替える動作の例を以下で説明する。
　電力変換装置１は、例えば、ノイズ、損失、振動および騒音が許容値内となるように、インバータ電流脈動制御およびインバータ電位固定制御の両方を実施するモードと、これらの制御のうち一方を実施するモードと、いずれの制御も実施しないモードとを切り替える。
　インバータ電流脈動制御を実施する場合、平滑コンデンサ２１０に流れる電流が減少するメリットがある一方で、ノイズおよび損失が増加するデメリットがある。また、インバータ電位固定制御を実施する場合、ノイズおよび損失が低減するメリットがある一方で、モータの振動および騒音が増加するデメリットがある。このため、例えば、平滑コンデンサ２１０に流れる電流Ｉ３（以下、コンデンサ電流Ｉ３と称する場合がある）およびインバータ３１０における損失Ｌinvのそれぞれに対して許容値を設定し、コンデンサ電流Ｉ３が許容値よりも大きい場合はインバータ電流脈動制御を実施してコンデンサ電流Ｉ３を低減させ、コンデンサ電流Ｉ３が許容値以下の場合はインバータ電流脈動制御を停止してノイズおよび損失の増加を防止する。また、損失Ｌinvが許容値よりも大きい場合はインバータ電位固定制御を実施してノイズおよび損失を低減させ、損失Ｌinvが許容値以下の場合はインバータ電位固定制御を停止してモータの振動および騒音の増加を防止する。
　すなわち、電力変換装置１において、制御部４００は、以下の式（２）が成立する場合にインバータ電流脈動制御を行い、式（２）が成立しない場合はインバータ電流脈動制御を行わない。また、制御部４００は、以下の式（３）が成立する場合はインバータ電位固定制御を行い、式（３）が成立しない場合はインバータ電位固定制御を行わない。式（２）におけるＴｈ１はコンデンサ電流Ｉ３の許容値に対応するしきい値、式（３）におけるＴｈ２は損失Ｌinvの許容値に対応するしきい値である。
　　　Ｔｈ１＜Ｉ３　　　　…（２）
　　　Ｔｈ２＜Ｌinv　　　　…（３）
　以上説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置１において、制御部４００は、インバータ３１０について、実施の形態１で説明したインバータ電位固定制御を行う。これにより、スイッチング素子のスイッチング回数を削減してノイズおよび損失の発生を抑制することができる。また、制御部４００は、インバータ３１０への入力電流を脈動させることでコンデンサ電流Ｉ３を低減するインバータ電流脈動制御を行う。これにより、平滑コンデンサ２１０の容量を低減することが可能となり、装置の小型化を実現できる。また、制御部４００は、スイッチング素子のスイッチング動作により発生する損失が許容値以下か否か、および、コンデンサ電流Ｉ３が許容値以下か否かを、コンバータ１５０から出力される電流Ｉ１、インバータ３１０へ入力される電流Ｉ２、インバータ３１０から出力される電流などに基づいて判定する。そして、損失が許容値よりも大きい場合にインバータ電位固定制御を行い、コンデンサ電流Ｉ３が許容値よりも大きい場合にインバータ電流脈動制御を行う。本実施の形態にかかる電力変換装置１によれば、装置全体にあらかじめ定められた許容値を確保しつつ、コンデンサ電流Ｉ３の脈動およびコンデンサ電圧Ｖdcの脈動を抑制することができ、さらに、ノイズや損失を低減することができる。
実施の形態３．
　つづいて、実施の形態３にかかる電力変換装置を説明する。実施の形態２では、インバータ電位固定制御とインバータ電流脈動制御とを組み合わせて実施する電力変換装置について説明したが、コンバータ電位固定制御とインバータ電流脈動制御とを組み合わせて実施する構成としてもよい。本実施の形態では、コンバータ電位固定制御とインバータ電流脈動制御とを組み合わせて実施する電力変換装置について説明する。
　実施の形態３にかかる電力変換装置の構成は実施の形態１にかかる電力変換装置１と同様であり、制御部４００がコンバータ１５０およびインバータ３１０を制御する動作が異なる。具体的には、コンバータ電位固定制御を実施するモードとコンバータ電位固定制御を実施しないモードとの切り替え動作、および、インバータ電流脈動制御を実施するモードとインバータ電流脈動制御を実施しないモードとの切り替え動作が異なる。本実施の形態では、実施の形態１および２と異なる動作である、制御部４００がコンバータ１５０およびインバータ３１０を制御する動作について説明する。
　コンバータ電位固定制御を実施する場合、スイッチング素子がスイッチングすることにより発生するノイズおよび損失が低減するメリットがある一方で、コンバータ１５０が備えるリアクトル１２０の振動および騒音が増加するデメリットがある。また、上述したように、インバータ電流脈動制御を実施する場合、平滑コンデンサ２１０に流れる電流が減少するメリットがある一方で、ノイズおよび損失が増加するデメリットがある。このため、例えば、コンデンサ電流Ｉ３およびコンバータ１５０における損失Ｌcnvのそれぞれに対して許容値を設定し、コンデンサ電流Ｉ３が許容値よりも大きい場合はインバータ電流脈動制御を実施してコンデンサ電流Ｉ３を低減させ、コンデンサ電流Ｉ３が許容値以下の場合はインバータ電流脈動制御を停止してノイズおよび損失の増加を防止する。また、損失Ｌcnvが許容値よりも大きい場合はコンバータ電位固定制御を実施してノイズおよび損失を低減させ、損失Ｌcnvが許容値以下の場合はコンバータ電位固定制御を停止してリアクトル１２０の振動および騒音の増加を防止する。
　すなわち、電力変換装置１において、制御部４００は、以下の式（４）が成立する場合にインバータ電流脈動制御を行い、式（４）が成立しない場合はインバータ電流脈動制御を行わない。また、制御部４００は、以下の式（５）が成立する場合はインバータ電位固定制御を行い、式（５）が成立しない場合はインバータ電位固定制御を行わない。式（４）におけるＴｈ３はコンデンサ電流Ｉ３の許容値に対応するしきい値、式（５）におけるＴｈ４は損失Ｌcnvの許容値に対応するしきい値である。Ｔｈ３は実施の形態２の制御で用いたＴｈ１と同じ値としてもよい。
　　　Ｔｈ３＜Ｉ３　　　…（４）
　　　Ｔｈ４＜Ｌcnv　　　…（５）
　なお、本実施の形態では、コンデンサ電流Ｉ３および損失Ｌcnvが許容値以下か否かに応じて制御モードを切り替えることとしたが、他の情報が許容値以下か否かに応じて制御モードを切り替えるようにしてもよい。例えば、電力変換装置１がヒートシンクを備える場合、ヒートシンクの温度が許容値以下か否かに応じて制御モードを切り替えてもよい。例えば、ヒートシンクの温度が許容値よりも大きい場合にコンバータ電位固定制御を実施し、ヒートシンクの温度が許容値以下の場合はコンバータ電位固定制御を実施しない、としてもよい。インバータ３１０に接続されるモータの回転数が許容値以下か否かに応じて制御モードを切り替えてもよい。例えば、モータの回転数が許容値よりも大きい場合にインバータ電流脈動制御を実施し、モータの回転数が許容値以下の場合はインバータ電流脈動制御を実施しない、としてもよい。また、インバータ３１０に接続されるモータの振動、コンバータ１５０を構成するリアクトル１２０の振動、コンバータ１５０の温度、インバータ３１０の温度、騒音など、スイッチング素子のスイッチング動作の影響を受けて変化する各種情報に対して許容値を設定し、許容値以下か否かに応じて制御モードを切り替えてもよい。また、複数の情報を用いて算出される結果に対して許容値を設定し、算出結果が許容値以下か否かに応じて制御モードを切り替えてもよい。上述した実施の形態１，２においても同様に、上記の各種情報を利用して制御モードを切り替える構成としてもよい。
　以上説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置１において、制御部４００は、コンバータ１５０について、実施の形態１で説明したコンバータ電位固定制御を行う。これにより、スイッチング素子のスイッチング回数を削減してノイズおよび損失の発生を抑制することができる。また、制御部４００は、インバータ３１０について、実施の形態２で説明したインバータ電流脈動制御を行う。これにより、平滑コンデンサ２１０の容量を低減することが可能となり、装置の小型化を実現できる。また、制御部４００は、コンバータ１５０が有するスイッチング素子のスイッチング動作により発生する損失が許容値以下か否か、および、コンデンサ電流Ｉ３が許容値以下か否かを、コンバータ１５０から出力される電流Ｉ１、インバータ３１０へ入力される電流Ｉ２、インバータ３１０から出力される電流などに基づいて判定する。そして、損失が許容値よりも大きい場合にコンバータ電位固定制御を行い、コンデンサ電流Ｉ３が許容値よりも大きい場合にインバータ電流脈動制御を行う。本実施の形態にかかる電力変換装置１によれば、装置全体にあらかじめ定められた許容値を確保しつつ、コンデンサ電流Ｉ３の脈動およびコンデンサ電圧Ｖdcの脈動を抑制することができ、さらに、ノイズや損失を低減することができる。
実施の形態４．
　実施の形態２および３では、インバータ電流脈動制御と、インバータ電位固定制御またはコンバータ電位固定制御とを組み合わせて実施する電力変換装置について説明したが、これら３つの制御を組み合わせて実施する構成としてもよい。
　上述したように、インバータ電流脈動制御、インバータ電位固定制御およびコンバータ電位固定制御は、それぞれメリットおよびデメリットを有するが、インバータ電位固定制御のメリットおよびデメリットは、コンバータ電位固定制御のメリットおよびデメリットと同様である。そのため、実施の形態２で説明したインバータ電流脈動制御とインバータ電位固定制御とを組み合わせて実施する場合と同様の方法で、各制御を実施するモードと実施しないモードとを切り替えることが可能である。
　例えば、電力変換装置１において、制御部４００は、以下の式（６）が成立する場合にインバータ電流脈動制御を行い、式（６）が成立しない場合はインバータ電流脈動制御を行わない。また、制御部４００は、以下の式（７）が成立する場合はインバータ電位固定制御およびコンバータ電位固定制御を行い、式（７）が成立しない場合はインバータ電位固定制御およびコンバータ電位固定制御を行わない。また、制御部４００は、式（６）におけるＴｈ５はコンデンサ電流Ｉ３の許容値に対応するしきい値、式（７）におけるＴｈ６はインバータ３１０における損失Ｌinvおよびコンバータ１５０における損失Ｌcnvの許容値に対応するしきい値である。
　　　Ｔｈ５＜Ｉ３　　　　　　　…（６）
　　　Ｔｈ６＜Ｌinv＋Ｌcnv　　　…（７）
　なお、損失Ｌinvおよび損失Ｌcnvに対して個別に許容値を設け、インバータ電位固定制御を実施するモードと実施しないモードとの切り替えタイミングが、コンバータ電位固定制御を実施するモードと実施しないモードとの切り替えタイミングと異なる制御としてもよい。
　本実施の形態にかかる電力変換装置１は、上述した各実施の形態と同様に、装置全体にあらかじめ定められた許容値を確保しつつ、コンデンサ電流Ｉ３の脈動およびコンデンサ電圧Ｖdcの脈動を抑制することができ、さらに、ノイズや損失を低減することができる。
　つづいて、各実施の形態で説明した各電力変換装置（電力変換装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ）が備える各制御部（制御部４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃ）のハードウェア構成について説明する。なお、各制御部のハードウェア構成は同様である。
　図１７は、電力変換装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。電力変換装置の制御部は、例えば、図１７に示すプロセッサ９１およびメモリ９２により実現される。
　プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）等である。
　メモリ９２には電力変換装置の制御部として動作するためのプログラムが格納されている。電力変換装置の制御部は、メモリ９２に格納されているプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより実現される。メモリ９２に格納される上記のプログラムは、例えば、ＣＤ（Compact　Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）－ＲＯＭなどの記憶媒体に書き込まれた状態でユーザ等に提供される形態であってもよいし、ネットワークを介して提供される形態であってもよい。
　なお、制御部は、専用の処理回路、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせた回路で実現することも可能である。
実施の形態５．
　本実施の形態では、実施の形態１～４で説明した各電力変換装置を適用して実現可能な装置について説明する。一例として、実施の形態１で説明した電力変換装置１を使用する冷凍サイクル適用機器について説明する。
　図１８は、実施の形態５にかか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にかかる冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置１が適用されたモータ駆動装置１０を備える。
　また、冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２と、圧縮機９０３と、熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、熱交換器９１０とが、冷媒配管９１２を介して取り付けられた構成の冷凍サイクルを備えている。圧縮機９０３は、図２などに示した圧縮機３１５に相当する。
　圧縮機９０３には、冷媒配管９１２内を循環する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９０５とが設けられている。
　このような構成の冷凍サイクル適用機器９００は、例えば、空気調和機、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、冷凍機等に利用することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１，１ａ，１ｂ，１ｃ　電力変換装置、１０　モータ駆動装置、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ　電源部、１１０　交流電源、１２０，１２０ａ　リアクトル、１３０，１３０ａ　整流回路、１３１～１３４，１３１ａ～１３４ａ，６２１～６２４，７２１　整流器、１３５～１３８，６１１，７１１　スイッチング素子、１５０，１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ　コンバータ、２００　平滑部、２１０　平滑コンデンサ、３００　負荷部、３１０　インバータ、３１３ａ，３１３ｂ　電流検出部、３１５，９０３　圧縮機、４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃ　制御部、５０１，５０２　電圧電流検出部、６００，７００　昇圧回路、９００　冷凍サイクル適用機器、９０２　四方弁、９０４　圧縮機構、９０５　モータ、９０６，９１０　熱交換器、９０８　膨張弁、９１２　冷媒配管。

Claims (12)

  1. 　交流電源から供給される第１の交流電力を整流するコンバータと、
    　前記コンバータの出力端に接続される平滑部と、
    　前記平滑部の両端に接続され、３相交流電力である第２の交流電力を生成するインバータと、
    　前記コンバータが有する第１のスイッチング素子のスイッチングを一定期間停止させるコンバータ電位固定制御、前記インバータが有する第２のスイッチング素子のスイッチングを一定期間停止させるインバータ電位固定制御、および、前記インバータへの入力電流が前記第１の交流電力の周波数に応じた周波数で脈動するように制御するインバータ電流脈動制御のうち、２つ以上の制御を実施する制御部と、
    　を備える電力変換装置。
  2. 　前記コンバータは、リアクトルと、ダイオード整流回路とで構成される、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記コンバータは、ダイオード整流回路と、前記ダイオード整流回路の後段に設けられた昇圧回路とで構成される、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記コンバータは、ダイオード整流回路と、前記ダイオード整流回路と並列に接続された昇圧回路とで構成される、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  5. 　前記コンバータは、リアクトルと、それぞれに整流器が並列接続された４つの前記第１のスイッチング素子からなる整流回路とで構成される、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  6. 　前記整流回路は、それぞれが２つの前記第１のスイッチング素子が直列に接続された構成の２つのアームを備え、
    　前記制御部は、２つの前記アームのうちの一方のアームに含まれる前記第１のスイッチング素子を高速でスイッチングさせ、他方のアームに含まれる前記第１のスイッチング素子を低速でスイッチングさせる、
    　請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記制御部は、前記コンバータ電位固定制御を実施する場合、前記第１のスイッチング素子のスイッチングを前記交流電源からの入力電流がゼロとなるタイミングの前後の一定期間において停止させる、
    　請求項１から６のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  8. 　前記制御部が前記インバータ電流脈動制御を実施する際の前記インバータへの入力電流の脈動量を調整可能とする、
    　請求項１から７のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  9. 　前記制御部は、前記電力変換装置で得られる各種情報のうち、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のスイッチング動作の影響を受ける情報に基づいて、前記コンバータ電位固定制御の実施の有無を決定する、
    　請求項１から８のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  10. 　前記制御部は、前記電力変換装置で得られる各種情報のうち、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のスイッチング動作の影響を受ける情報に基づいて、前記インバータ電位固定制御の実施の有無を決定する、
    　請求項１から９のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１つに記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
  12. 　請求項１から１０のいずれか１つ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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