WO2024176384A1 - 電力変換装置及び空気調和機の室外機 - Google Patents

電力変換装置及び空気調和機の室外機 Download PDF

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章斗 田中
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    • H02M7/53871—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current

Definitions

  • This disclosure relates to a power conversion device that rectifies AC power supplied from a commercial power source, converts it into AC power, and outputs it, and to an outdoor unit of an air conditioner that is equipped with the same.
  • a smoothing capacitor is used to smooth the power rectified by a rectifier that rectifies the AC current supplied from the commercial power source.
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device that prevents a large current from flowing through the smoothing capacitor, thereby reducing the deterioration of the smoothing capacitor.
  • the output from the inverter to the device having a motor contains pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing into the smoothing capacitor, thereby suppressing the current in the capacitor.
  • the output of the inverter tends to increase, and losses increase regardless of the magnitude of the capacitor load on the smoothing capacitor, resulting in a problem of reduced energy saving performance.
  • the present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to obtain a power conversion device that suppresses deterioration of the smoothing capacitor and reduces the decline in energy-saving performance.
  • the power conversion device includes a rectifier that rectifies a first AC power supplied from a commercial power source, a capacitor connected to an output terminal of the rectifier, an inverter connected to both ends of the capacitor and converting the power output from the rectifier and the capacitor into a second AC power and outputting it to a load having a motor, and a control unit that performs capacitor load suppression control to suppress the current flowing to the capacitor by controlling the operation of the inverter so that the second AC power including pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing from the rectifier to the capacitor is output from the inverter to the load.
  • the control unit estimates the capacitor load on the capacitor and determines whether or not to perform capacitor load suppression control based on the estimated value of the capacitor load.
  • the power conversion device disclosed herein has the effect of suppressing deterioration of the smoothing capacitor and suppressing a decrease in energy saving performance.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to a first embodiment
  • FIG. 13 shows an example of each current and a capacitor voltage of a capacitor in a smoothing unit when a control unit of a power conversion device according to the first embodiment smoothes a current output from a rectification unit in a smoothing unit and keeps a current flowing through an inverter constant
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of each current and a capacitor voltage of a capacitor in a smoothing section when a control unit of a power conversion device according to a first embodiment controls an operation of an inverter to reduce a current flowing in a smoothing section
  • a flowchart showing the operation of a control unit included in the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a hardware configuration for implementing a control unit included in a power conversion device according to a first embodiment;
  • FIG. 1 shows a configuration of a power conversion device according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the operation of a power conversion device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the operation of a power conversion device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the operation of a power conversion device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 23 is a diagram showing an example of a relationship between a capacitor current and a capacitor load suppression control amount of a power conversion device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an outdoor unit of an air conditioner according to a 9th embodiment.
  • Embodiment 1. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to a first embodiment.
  • the power conversion device 1 is connected between a commercial power source 110 and a compressor 315.
  • the power conversion device 1 converts a first AC power of a power source voltage Vs supplied from the commercial power source 110 into a second AC power and supplies the second AC power to the compressor 315.
  • the second AC power may be different from the first AC power in at least one of the amplitude and the phase, or may be the same as the first AC power in both the amplitude and the phase.
  • the power conversion device 1 includes a voltage/current detection unit 501, a reactor 120, a rectification unit 130, a voltage detection unit 502, a smoothing unit 200, an inverter 310, current detection units 313a and 313b, and a control unit 400.
  • the compressor 315 is a load device that includes a motor 314 for driving the compressor, which receives power from the power conversion device 1.
  • the motor 314 included in the compressor 315 and the power conversion device 1 constitute the motor drive device 2.
  • the voltage/current detection unit 501 detects the voltage and current values of the first AC power supplied from the commercial power source 110, and outputs the detected voltage and current values to the control unit 400.
  • the voltage of the first AC power is the power source voltage Vs.
  • the reactor 120 is connected between the voltage/current detection unit 501 and the rectification unit 130.
  • the rectification unit 130 has a bridge circuit formed by rectification elements 131, 132, 133, and 134.
  • the rectification unit 130 rectifies the first AC power supplied from the commercial power source 110 and outputs it.
  • the rectification unit 130 performs full-wave rectification.
  • the voltage detection unit 502 detects the voltage value of the power rectified by the rectification unit 130, and outputs the detected voltage value to the control unit 400.
  • the smoothing unit 200 is connected to the output terminal of the rectification unit 130 via the voltage detection unit 502.
  • the smoothing unit 200 has a capacitor 210 which is a smoothing element and smoothes the power rectified by the rectification unit 130.
  • the capacitor 210 is, for example, an electrolytic capacitor or a film capacitor.
  • the capacitor 210 has a capacity to smooth the power rectified by the rectification unit 130, and the voltage generated in the capacitor 210 by the smoothing is not a full-wave rectified waveform of the commercial power source 110, but a waveform in which a voltage ripple according to the frequency of the commercial power source 110 is superimposed on a DC component, and does not pulsate significantly.
  • the frequency of this voltage ripple is a component twice as high as the frequency of the power source voltage Vs when the commercial power source 110 is single-phase, and a component six times as high as the frequency of the power source voltage Vs when the commercial power source 110 is three-phase.
  • the amplitude of this voltage ripple is determined by the capacitance of the capacitor 210.
  • the inverter 310 is connected to both ends of the capacitor 210 provided in the smoothing unit 200.
  • the inverter 310 has switching elements 311a, 311b, 311c, 311d, 311e, 311f and freewheeling diodes 312a, 312b, 312c, 312d, 312e, 312f.
  • the inverter 310 turns on and off the switching elements 311a, 311b, 311c, 311d, 311e, 311f under the control of the control unit 400, converts the power output from the rectifier unit 130 and the smoothing unit 200 into second AC power, and outputs it to the compressor 315.
  • Each of the current detection units 313a, 313b detects the current value of one phase of the three-phase current output from the inverter 310 and outputs the detected current value to the control unit 400.
  • the control unit 400 can calculate the current value of the remaining one phase output from the inverter 310 by acquiring the current values of two phases out of the three phase current values output from the inverter 310.
  • the motor 314 rotates according to the amplitude and phase of the second AC power supplied from the inverter 310, and performs a 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 considered as a constant torque load.
  • the reactor 120 may be arranged after the rectifier unit 130.
  • the voltage/current detection unit 501, the voltage detection unit 502, and the current detection units 313a and 313b may be collectively referred to as the detection units.
  • the voltage value and current value detected by the voltage/current detection unit 501, the voltage value detected by the voltage detection unit 502, and the current value detected by the current detection units 313a and 313b may be referred to as the detection values.
  • the control unit 400 obtains the voltage and current values of the first AC power from the voltage and current detection unit 501, obtains the voltage value of the power rectified by the rectification unit 130 from the voltage detection unit 502, and obtains the current value of the second AC power having the amplitude and phase converted by the inverter 310 from the current detection units 313a and 313b.
  • the control unit 400 uses the detection values detected by each detection unit to control the operation of the inverter 310, specifically, the on/off of the switching elements 311a, 311b, 311c, 311d, 311e, and 311f of the inverter 310.
  • the control unit 400 controls the operation of the inverter 310 so that the second AC power including pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing from the rectification unit 130 to the capacitor 210 of the smoothing unit 200 is output from the inverter 310 to the compressor 315, which is a load.
  • the pulsation according to the pulsation of the power flowing into the capacitor 210 of the smoothing unit 200 is, for example, a pulsation that varies depending on the frequency of the pulsation of the power flowing into the capacitor 210 of the smoothing unit 200. In this way, the control unit 400 suppresses the current flowing into the capacitor 210 of the smoothing unit 200. Note that the control unit 400 does not need to use all the detection values acquired from each detection unit, and may perform control using only some of the detection values.
  • control unit 400 detects the amount of fluctuation in the voltage applied to capacitor 210 by removing the DC component of the voltage across capacitor 210 and extracting the AC component, and estimates the capacitor load. Based on the estimated value of the capacitor load, control unit 400 determines whether or not to implement capacitor load suppression control.
  • the capacitor load suppression control will be described later.
  • the load generated by the inverter 310 and the compressor 315 can be regarded as a constant load, and the following description will be given on the assumption that a constant current load is connected to the smoothing unit 200 in terms of the current output from the smoothing unit 200.
  • the current flowing from the rectifying unit 130 is current I1
  • the current flowing to the inverter 310 is current I2
  • the current flowing from the smoothing unit 200 is current I3.
  • the current I2 is a current obtained by combining the currents I1 and I3.
  • the current I3 can be expressed as the difference between the currents I2 and I1, that is, current I2-current I1.
  • the discharge direction of the smoothing unit 200 is the positive direction of the current I3, and the charge direction of the smoothing unit 200 is the negative direction. In other words, the current may flow into or out of the smoothing unit 200.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of each current and the capacitor voltage of the smoothing unit when the control unit of the power conversion device according to embodiment 1 smoothes the current output from the rectification unit in the smoothing unit and keeps the current flowing through the inverter constant.
  • current I1, current I2, current I3, and capacitor voltage Vdc are shown.
  • capacitor voltage Vdc is the voltage of capacitor 210 generated according to current I3.
  • the vertical axis of currents I1, I2, and I3 indicates the current value, and the vertical axis of capacitor voltage Vdc indicates the voltage value. All horizontal axes indicate time t. Note that, in reality, carrier components of inverter 310 are superimposed on currents I2 and I3, but are omitted here.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of each current and the capacitor voltage of the smoothing unit when the control unit of the power conversion device according to the first embodiment controls the operation of the inverter to reduce the current flowing through the smoothing unit.
  • the current I1, the current I2, the current I3, and the capacitor voltage Vdc are shown.
  • the capacitor voltage Vdc is the voltage of the capacitor 210 generated according to the current I3.
  • the vertical axis of the currents I1, I2, and I3 indicates the current value, and the vertical axis of the capacitor voltage Vdc indicates the voltage value.
  • the horizontal axis indicates time t.
  • the control unit 400 of the power conversion device 1 controls the operation of the inverter 310 so that the current I2 shown in FIG.
  • the control unit 400 controls the operation of the inverter 310 so that the current I2, which includes a pulsating current whose main component is the frequency component of the current I1, flows through the inverter 310.
  • the frequency component of current I1 is determined by the frequency of the AC current supplied from commercial power source 110 and the configuration of rectifier unit 130. Therefore, control unit 400 can set the frequency component of the pulsating current superimposed on current I2 to a component having a predetermined amplitude and phase.
  • the frequency component of the pulsating current superimposed on current I2 has a waveform similar to that of the frequency component of current I1. As control unit 400 brings the frequency component of the pulsating current superimposed on current I2 closer to the frequency component of current I1, it can reduce current I3 flowing through smoothing unit 200 and reduce the pulsating voltage generated in capacitor voltage Vdc.
  • the control unit 400 controls the operation of the inverter 310 to control the pulsation of the current flowing through the inverter 310, which is the same as controlling the pulsation of the first AC power output from the inverter 310 to the compressor 315.
  • the control unit 400 controls the operation of the inverter 310 so that the pulsation contained in the second AC power output from the inverter 310 is smaller than the pulsation of the power output from the rectifier unit 130.
  • the control unit 400 controls the amplitude and phase of the pulsation contained in the second AC power output from the inverter 310 so that the voltage ripple of the capacitor voltage Vdc, i.e., the voltage ripple generated in the capacitor 210, is smaller than the voltage ripple generated in the capacitor 210 when the second AC power output from the inverter 310 does not contain pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing into the capacitor 210.
  • control unit 400 controls the amplitude and phase of the ripple contained in the second AC power output from the inverter 310 so that the current ripple flowing in and out of the capacitor 210 is smaller than the current ripple generated in the capacitor 210 when the second AC power output from the inverter 310 does not contain ripple corresponding to the ripple of the power flowing into the capacitor 210.
  • the AC current supplied from the commercial power source 110 is not particularly limited, and may be single-phase or three-phase.
  • the control unit 400 may determine the frequency component of the pulsating current superimposed on the current I2 according to the first AC power supplied from the commercial power source 110. Specifically, the control unit 400 controls the pulsating waveform of the current I2 flowing through the inverter 310 to a shape obtained by adding a DC component to a pulsating waveform having a main component of a frequency component twice the frequency of the first AC power when the first AC power supplied from the commercial power source 110 is single-phase, or a frequency component six times the frequency of the first AC power when the first AC power supplied from the commercial power source 110 is three-phase.
  • the pulsating waveform is, for example, the shape of the absolute value of a sine wave, or the shape of a sine wave.
  • the control unit 400 may add at least one frequency component of the components that are integer multiples of the sine wave frequency to the pulsating waveform as a predefined amplitude.
  • the pulsating waveform may also be a rectangular wave or a triangular wave.
  • the control unit 400 may set the amplitude and phase of the pulsating waveform to predetermined values.
  • the control unit 400 may calculate the amount of pulsation contained in the second AC power output from the inverter 310 using the voltage applied to the capacitor 210 or the current flowing through the capacitor 210, or may calculate the amount of pulsation contained in the second AC power output from the inverter 310 using the voltage or current of the first AC power supplied from the commercial power source 110.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the control unit provided in the power conversion device according to embodiment 1.
  • the control unit 400 acquires detection values from each detection unit of the power conversion device 1.
  • the control unit 400 estimates the capacitor load.
  • the control unit 400 judges whether or not it is necessary to suppress the capacitor load. If the control unit 400 judges that it is necessary to suppress the capacitor load, the result is Yes in step S3, and in step S4, the control unit 400 performs the capacitor load suppression control.
  • the control unit 400 when the control unit 400 outputs the second AC power from the inverter 310 to the load, the control unit 400 includes a pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing into the capacitor 210. Note that, if the capacitor load suppression control is already being performed, the control unit 400 continues the capacitor load suppression control. On the other hand, if the control unit 400 judges that it is not necessary to suppress the capacitor load, the result is No in step S3, and in step S5, the control unit 400 does not perform the capacitor load suppression control. That is, when the control unit 400 outputs the second AC power from the inverter 310 to the load, the control unit 400 does not include pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing into the capacitor 210. Note that if the capacitor load suppression control is already not being performed, the control unit 400 continues not to perform the capacitor load suppression control.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a hardware configuration realizing the control unit provided in the power conversion device according to the first embodiment.
  • the control unit 400 is realized by a processor 91 that executes various processes, a memory 92 that is a main memory, and a storage device 93 that stores information.
  • the processor 91 may be a calculation means such as an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 92 may be a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or an EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
  • the storage device 93 stores a program for executing the capacitor load suppression control process.
  • the processor 91 reads the program stored in the storage device 93 into the memory 92 and executes it.
  • the processor 91 reads the program stored in the storage device 93 into the memory 92 and executes it, thereby realizing the function of the control unit 400.
  • the power conversion device 1 can reduce the capacity of the capacitor 210 mounted thereon, by reducing the pulsation voltage of the capacitor voltage Vdc, compared to the case where the control of the first embodiment is not performed.
  • the power conversion device 1 can reduce the number of capacitors 210 that configure the smoothing unit 200.
  • control unit 400 estimates the capacitor load and determines whether or not to implement capacitor load suppression control based on the estimated capacitor load value. Therefore, when the deterioration of the capacitor 210 is within an acceptable range when the capacitor load suppression control is not performed, it is possible to prevent losses from occurring due to a reduction in the capacitor current to suppress the capacitor load.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to the second embodiment.
  • the power conversion device 1 according to the second embodiment is different from the power conversion device 1 according to the first embodiment in that the power conversion device 1 according to the second embodiment includes a first current detection unit 601 and a second current detection unit 602.
  • the first current detection unit 601 is installed in the rectification unit 130. That is, the first current detection unit 601 is installed on the commercial power source 110 side rather than the capacitor 210.
  • the second current detection unit 602 is installed between the inverters 310. That is, the second current detection unit 602 is installed on the compressor 315 side, which is a load, rather than the capacitor 210.
  • the control unit 400 calculates the current flowing through the capacitor 210 from the difference between the current value detected by the first current detection unit 601 and the current value detected by the second current detection unit 602, and estimates the capacitor load.
  • the power conversion device 1 according to the second embodiment estimates the capacitor load based on the current flowing through the capacitor 210, which is calculated based on the difference between the current value detected by the first current detection unit 601 and the current value detected by the second current detection unit 602, and therefore can estimate the capacitor load more accurately than the power conversion device 1 according to the first embodiment. Therefore, the power conversion device 1 according to the second embodiment can more accurately determine whether or not it is necessary to perform capacitor load suppression control, and therefore can suppress deterioration of the capacitor 210.
  • the first current detection unit 601 and the second current detection unit 602 are generally installed in the power conversion device 1 for the purpose of motor control and control and protection of the boost circuit, so by estimating the capacitor load using the first current detection unit 601 and the second current detection unit 602 installed for motor control and control and protection of the boost circuit, it is possible to eliminate the need to newly add the first current detection unit 601 and the second current detection unit 602 for estimating the capacitor load.
  • Embodiment 3. 7 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to a third embodiment.
  • the power conversion device 1 according to the third embodiment is different from the power conversion device 1 according to the second embodiment in that the power conversion device 1 according to the third embodiment includes a first voltage detection circuit 701 and a second voltage detection circuit 702.
  • the first voltage detection circuit 701 is installed between the reactor 120 and the rectification unit 130. That is, the first voltage detection circuit 701 is installed on the commercial power source 110 side of the capacitor 210.
  • the second voltage detection circuit 702 is installed between the smoothing unit 200 and the inverter 310. That is, the second voltage detection circuit 702 is installed on the compressor 315 side, which is a load, of the capacitor 210.
  • the control unit 400 calculates a first power value from the current value detected by the first current detection unit 601 and the voltage value detected by the first voltage detection circuit 701. Therefore, the first current detection unit 601 and the first voltage detection circuit 701 form a first power detection unit 801.
  • the control unit 400 also calculates a second power value from the current value detected by the second current detection unit 602 and the voltage value detected by the second voltage detection circuit 702. Therefore, the second current detection unit 602 and the second voltage detection circuit 702 detect the second power detection unit 802.
  • the first power detection unit 801 is installed closer to the commercial power source 110 than the capacitor 210
  • the second power detection unit 802 is installed closer to the compressor 315, which is a load, than the capacitor 210.
  • the control unit 400 calculates the power consumption of the capacitor 210 based on the first power value and the second power value, and estimates the capacitor load.
  • the power conversion device 1 calculates the power consumption in the capacitor 210 based on a first power value calculated from the current value detected by the first current detection unit 601 and the voltage value detected by the first voltage detection circuit 701, and a second power value calculated from the current value detected by the second current detection unit 602 and the voltage value detected by the second voltage detection circuit 702, and estimates the capacitor load. Therefore, compared to the power conversion device 1 according to the second embodiment, the capacitor load can be estimated more accurately.
  • the control unit 400 performs the condenser load suppression control when the operation mode of the air conditioner is the normal operation mode, and does not perform the condenser load suppression control when the operation mode of the air conditioner is the energy saving operation mode.
  • FIG. 8 is a diagram showing the operation of the power conversion device according to embodiment 4.
  • the mode switching signal is a signal for switching the operation mode of the air conditioner, with a high level corresponding to the normal operation mode and a low level corresponding to the energy saving operation mode.
  • the mode switching signal is at a high level, and the air conditioner is operating in the normal operation mode. Therefore, at time t10, the control unit 400 is performing the capacitor load suppression control.
  • the control unit 400 changes the mode switching signal from a high level to a low level, and the air conditioner switches from the normal operation mode to the energy saving operation mode. Therefore, at time t11, the control unit 400 does not perform the capacitor load suppression control.
  • the capacitor load suppression control amount begins to decrease at time t11.
  • the control unit 400 changes the mode switching signal from low level to high level, switching the air conditioner from the energy saving operation mode to the normal operation mode. Therefore, at time t12, the control unit 400 starts the capacitor load suppression control, and the capacitor load suppression control amount begins to increase.
  • the capacitor load suppression control amount increases, the capacitor load decreases and the input power to the capacitor 210 increases.
  • the workload of the motor 314 on the refrigerant circuit of the air conditioner does not change depending on the capacitor load suppression control amount, so the air conditioning capacity of the air conditioner remains constant regardless of the capacitor load suppression control amount.
  • the power conversion device 1 switches whether or not to perform capacitor suppression control in accordance with the operation mode of the air conditioner. Therefore, when the input power to the capacitor 210 is small and the capacitor load can be kept small without performing the capacitor load suppression control, the capacitor load suppression control is not performed, thereby reducing losses in the motor 314 and improving energy saving performance.
  • Embodiment 5 The circuit configuration of the power conversion device 1 according to embodiment 5 is similar to that of the power conversion device 1 according to embodiment 1.
  • the power conversion device 1 according to embodiment 5 starts the capacitor load suppression control when the capacitor load exceeds a preset capacitor load upper threshold, and stops the capacitor load suppression control when the capacitor load becomes equal to or less than a preset capacitor load lower threshold.
  • FIG. 9 is a diagram showing the operation of the power conversion device according to embodiment 5.
  • the power conversion device 1 increases or decreases the capacitor load suppression control amount in accordance with the increase or decrease in the input power or the capacitor load until the capacitor load becomes equal to or less than the capacitor load lower threshold.
  • the control unit 400 performs the capacitor load suppression control.
  • the control unit 400 reduces the air conditioning capacity of the air conditioner. This reduces the input power of the capacitor 210 and also reduces the capacitor load.
  • the capacitor load becomes equal to or less than the capacitor load lower threshold. This causes the control unit 400 to not perform the capacitor load suppression control.
  • the capacitor load suppression control As the capacitor load suppression control is not performed, the capacitor load increases. At times t23 and t24, the capacitor load does not exceed the capacitor load upper threshold, so the control unit 400 continues not to perform the capacitor load suppression control. At time t25, the capacitor load exceeds the capacitor load upper threshold. Therefore, the control unit 400 performs the capacitor load suppression control, and the capacitor load suppression control amount starts to increase. As the capacitor load suppression control amount increases, the capacitor load decreases and the input power to the capacitor 210 increases. At time t26 and time t27, the capacitor load is not equal to or lower than the capacitor load lower limit threshold, so the control unit 400 continues to perform the capacitor load suppression control.
  • the power conversion device 1 according to the fifth embodiment can switch to an operation that prioritizes performance over suppressing the capacitor load when the capacitor load is low, thereby improving energy conservation.
  • whether or not to perform the capacitor load suppression control is switched on and off.
  • a threshold value serving as a target value for the capacitor load may be set in advance, and the capacitor load suppression control amount may be continuously changed according to the difference between the threshold value serving as the target value and the capacitor load.
  • Embodiment 6 The circuit configuration of the power conversion device 1 according to the sixth embodiment is the same as that of the power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • Fig. 10 is a diagram showing the operation of the power conversion device according to the sixth embodiment.
  • the power conversion device 1 according to the sixth embodiment stops the control to suppress the capacitor load when the control amount of the control to suppress the capacitor load required to make the capacitor load equal to or less than the target load amount becomes equal to or less than a predetermined capacitor load suppression control amount threshold, and resumes the output of the control to suppress the capacitor load when the estimated value of the capacitor load exceeds a predetermined capacitor load threshold.
  • the control unit 400 is performing capacitor load suppression control, and the capacitor load is maintained at the target load amount.
  • the control unit 400 begins to reduce the air conditioning capacity of the air conditioner. Therefore, from time t31, the capacitor load suppression control amount also decreases in line with the decrease in air conditioning capacity.
  • the capacitor load suppression control amount becomes equal to or less than the predetermined capacitor load suppression control amount threshold. Therefore, the control unit 400 stops the capacitor load suppression control. Therefore, at time t32, the capacitor load suppression control amount decreases to 0.
  • the capacitor load suppression control amount decreases, the capacitor load increases, but the input power to the capacitor 210 decreases because the loss of the motor 314 is improved.
  • the capacitor load does not exceed the predetermined capacitor load threshold, so the control unit 400 continues to stop the capacitor load suppression control.
  • the capacitor load exceeds the predetermined capacitor load threshold, so the control unit 400 resumes the capacitor load suppression control, and the capacitor load suppression control amount increases.
  • the capacitor load suppression control amount increases, the capacitor load decreases to the target load amount, and the input power to the capacitor 210 increases.
  • the capacitor load suppression control amount is not equal to or less than the predetermined capacitor load suppression control amount threshold, so the control unit 400 continues the capacitor load suppression control.
  • the power conversion device 1 controls the capacitor load so that it does not exceed a predetermined capacitor load threshold, but allows the capacitor load to deteriorate to a certain value when the capacitor load falls below a certain value, and by setting the control amount to the minimum necessary, it is possible to improve energy saving performance in an operating state where the capacitor load is low.
  • Embodiment 7 The circuit configuration of the power conversion device 1 according to the seventh embodiment is similar to that of the power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 1 according to the seventh embodiment continuously changes the capacitor load suppression control amount so that the lifetime of the capacitor 210 estimated from the capacitor load does not fall below a preset period.
  • the life of a capacitor is known to follow Arrhenius' law. For this reason, the life of a capacitor can generally be calculated from the ambient temperature of the capacitor, the voltage applied to the capacitor, and the amount of capacitor current caused by heat generation by the capacitor, in addition to constants determined by the capacitor's specifications.
  • the ambient temperature of capacitor 210 can be calculated by adding the temperature difference between the ambient temperature of capacitor 210 and the outdoor temperature detected by an air conditioner, which is confirmed in a pre-evaluation or the like, based on the outdoor temperature.
  • the voltage applied to capacitor 210 can be calculated from the detection value of voltage detection unit 502.
  • the amount of capacitor current can be calculated from the amount of fluctuation in the voltage applied to the capacitor, or from the difference between the amount of system power supply current and the amount of motor current.
  • the power conversion device 1 according to embodiment 7 does not implement capacitor load suppression control when it is estimated that the life of the capacitor 210 will not fall below the preset period, and implements capacitor load suppression control only when it is estimated that the life of the capacitor 210 will fall below the preset period. Therefore, when it is predicted that the life of the capacitor 210 will not fall below the preset period, the life of the capacitor 210 is allowed to shorten to the preset period and the capacitor load suppression control is not implemented, thereby suppressing the decrease in energy saving performance caused by performing the capacitor load suppression control. As a result, the power conversion device 1 according to embodiment 7 can ensure that the life of the capacitor 210 is longer than the preset period while suppressing the decrease in energy saving performance.
  • Embodiment 8 The circuit configuration of the power conversion device 1 according to the eighth embodiment is the same as that of the power conversion device 1 according to the second embodiment.
  • the control unit 400 breaks down the capacitor current into frequency components, and changes the control amount of the capacitor load suppression control so that the root of the sum of the squares of the frequency component twice the power supply voltage Vs or the component that is an integer multiple of the power supply voltage Vs does not exceed a predetermined constant value.
  • the control unit 400 allows the root of the sum of the squares of the frequency component twice the power supply voltage Vs or the component that is an integer multiple of the power supply voltage Vs to increase up to a predetermined constant value, and sets the capacitor load suppression control amount to a minimum required amount.
  • ripple current I R is calculated by the following formula (1).
  • I R is the effective value [Ams] of the ripple current at a specified frequency
  • I X1 to I XN are the effective values [Ams] of the ripple current at each frequency
  • K 1 to K N are frequency correction coefficients at each frequency. Since the frequency correction coefficients at each of the above frequency components differ for each capacitor component used as capacitor 210, control unit 400 stores information on the component specifications of the capacitor component used as capacitor 210 in advance.
  • the control unit 400 uses the bandpass filters 401 and 402 to decompose the capacitor current into a frequency component twice the power supply voltage Vs and a component that is an integer multiple of the frequency component twice the power supply voltage Vs.
  • the component that is an integer multiple of the frequency component twice the power supply voltage Vs is, for example, a frequency component four times the power supply voltage Vs.
  • the control unit 400 then divides the frequency component twice the power supply voltage Vs by a frequency correction coefficient using a divider 403, and divides the component that is an integer multiple of the frequency component twice the power supply voltage Vs by a frequency correction coefficient using a divider 404.
  • the control unit 400 then calculates the root of the sum of squares of the frequency component twice the power supply voltage Vs divided by the frequency correction coefficient and the component that is an integer multiple of the frequency component twice the power supply voltage Vs divided by the frequency correction coefficient using an adder 405. Then, the control unit 400 calculates the difference between the sum calculated by the adder 405 and a preset threshold value using the subtractor 406, and changes the capacitor load suppression control amount based on the calculation result of the subtractor 406. Note that the sum calculated by the adder 405 used in the processing by the subtractor 406 is not an instantaneous value but an average value over a preset time period, thereby preventing the capacitor load suppression control amount from being frequently changed.
  • the power conversion device 1 varies the control amount based on the magnitude of the root sum of the squares of the frequency component twice the power supply voltage Vs, or the frequency component twice the power supply voltage Vs and its integer multiple, among the multiple frequency components contained in the capacitor current, for which the capacitor load can be efficiently suppressed by control. This makes it possible to prevent a sudden increase in the control amount for preventing the capacitor current from exceeding a certain value, which would result in a loss of energy saving performance, when the total capacitor load increases due to other frequency components that cannot be efficiently suppressed by control.
  • the capacitor current is decomposed into a frequency component that is twice the power supply voltage Vs and a component that is an integer multiple of the frequency component that is twice the power supply voltage Vs, but the capacitor current may be decomposed into a frequency component that is an integer multiple of the power supply voltage Vs.
  • the capacitor current may also be decomposed into a frequency component that is an integer multiple of the power supply voltage Vs and a frequency component of the rotation speed of the compressor 315, or the capacitor current may be decomposed into a frequency component that is an integer multiple of the power supply voltage Vs and a frequency component that is twice the control period of the inverter 310 or the converter.
  • the capacitor current may also be decomposed into at least one of a frequency component that is an integer multiple of the power supply voltage Vs, a frequency component of the rotation speed of the compressor 315, and a frequency component that is twice the control period of the inverter 310 or the converter.
  • Embodiment 9. 12 is a diagram showing the configuration of an outdoor unit of an air conditioner according to embodiment 9.
  • An outdoor unit 900 of an air conditioner according to embodiment 9 includes the power conversion device 1 according to any one of embodiments 1 to 8.
  • the outdoor unit 900 of the air conditioner is equipped with a compressor 315 incorporating a motor 314 as shown in the first to eighth embodiments, a four-way valve 902, an indoor heat exchanger 906, an expansion valve 908, and an outdoor heat exchanger 910, all of which are connected via refrigerant piping 912.
  • a compression mechanism 904 that compresses the refrigerant, and a motor 314 that operates the compression mechanism 904.
  • the outdoor unit 900 can perform heating or cooling operation by switching 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, passes 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, and returns to the compression mechanism 904.
  • the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, passes 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, and returns to the 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.
  • 1 Power conversion device 2 Motor drive device, 91 Processor, 92 Memory, 93 Storage device, 110 Commercial power source, 120 Reactor, 130 Rectification section, 131, 132, 133, 134 Rectification element, 200 Smoothing section, 210 Capacitor, 310 Inverter, 311a, 311b, 311c, 311d, 311e, 311f Switching element, 312a, 312b, 312c, 312d, 312e, 312f Freewheeling diode, 313a, 313b Current detection section, 314 Motor, 315 Compressor, 400 control unit, 401, 402 band pass filters, 403, 404 divider, 405 adder, 406 subtractor, 501 voltage current detection unit, 502 voltage detection unit, 601 first current detection unit, 602 second current detection unit, 701 first voltage detection circuit, 702 second voltage detection circuit, 801 first power detection unit, 802 second power detection unit, 900 outdoor unit, 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）から供給される第１の交流電力を整流する整流部（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）の両端に接続され、整流部（１３０）及びコンデンサ（２１０）から出力される電力を第２の交流電力に変換し、モータ（３１４）を有する負荷に出力するインバータ（３１０）と、整流部（１３０）からコンデンサ（２１０）に流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力をインバータ（３１０）から負荷に出力するようにインバータ（３１０）の動作を制御することにより、コンデンサ（２１０）に流れる電流を抑制するコンデンサ負荷抑制制御を行う制御部（４００）と、を備え、制御部（４００）は、コンデンサ（２１０）におけるコンデンサ負荷を推定し、コンデンサ負荷の推定値に基づいて、コンデンサ負荷抑制制御を行うか否かを決定する。

Description

電力変換装置及び空気調和機の室外機
　本開示は、商用電源から供給される交流電力を整流した後に交流電流力に変換して出力する電力変換装置及びこれを備えた空気調和機の室外機に関する。
　従来、商用電源から供給される交流電力を整流した後に交流電力に変換して出力する電力変換装置において、商用電源から供給される交流電流を整流する整流部によって整流された電力を平滑化するために、平滑コンデンサが用いられる。
　特許文献１には、平滑コンデンサに大きな電流が流れることを抑制することにより、平滑コンデンサの劣化を抑えた電力変換装置が開示されている。
国際公開第２０２２／０９１１８４号
　しかしながら、上記特許文献１に開示される電力変換装置では、モータを有する装置に対するインバータからの出力に、平滑コンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動を含ませることによってコンデンサの電流を抑制している。このため、上記特許文献１に開示される電力変換装置では、インバータの出力が増加傾向となり、平滑コンデンサのコンデンサ負荷の大きさに関わらず損失が増加するため、省エネルギー性能が低下してしまうという問題があった。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑コンデンサの劣化を抑えるとともに、省エネルギー性能の低下を抑制した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、本開示に係る電力変換装置は、商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、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、整流部及びコンデンサから出力される電力を第２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に出力するインバータと、整流部からコンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力をインバータから負荷に出力するようにインバータの動作を制御することにより、コンデンサに流れる電流を抑制するコンデンサ負荷抑制制御を行う制御部と、を備える。制御部は、コンデンサにおけるコンデンサ負荷を推定し、コンデンサ負荷の推定値に基づいて、コンデンサ負荷抑制制御を行うか否かを決定する。
　本開示に係る電力変換装置は、平滑コンデンサの劣化を抑えるとともに、省エネルギー性能の低下を抑制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を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の制御部が整流部から出力される電流を平滑部で平滑化し、インバータに流れる電流を一定にした場合の各電流及び平滑部のコンデンサのコンデンサ電圧の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置の制御部がインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を低減したときの各電流及び平滑部のコンデンサのコンデンサ電圧の例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御部の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係る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２に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態４に係る電力変換装置の動作を示す図 実施の形態５に係る電力変換装置の動作を示す図 実施の形態６に係る電力変換装置の動作を示す図 実施の形態８に係る電力変換装置のコンデンサ電流とコンデンサ負荷抑制制御量との関係の一例を示す図 実施の形態９に係る空気調和機の室外機の構成を示す図
　以下に、実施の形態に係る電力変換装置及び空気調和機の室外機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に係る電力変換装置の構成を示す図である。電力変換装置１は、商用電源１１０と圧縮機３１５との間に接続される。電力変換装置１は、商用電源１１０から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を第２の交流電力に変換し、圧縮機３１５に供給する。第２の交流電力は、振幅及び位相の少なくとも一方が第１の交流電力とは異なってもよいし、振幅及び位相の両方が第１の交流電力と同じであってもよい。
　電力変換装置１は、電圧電流検出部５０１と、リアクトル１２０と、整流部１３０と、電圧検出部５０２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。圧縮機３１５は、電力変換装置１から電力が供給される圧縮機駆動用のモータ３１４を備えた負荷となる装置である。圧縮機３１５が備えるモータ３１４と、電力変換装置１とは、モータ駆動装置２を構成している。
　電圧電流検出部５０１は、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧値及び電流値を検出し、検出した電圧値及び電流値を制御部４００に出力する。なお、第１の交流電力の電圧は、電源電圧Ｖｓである。リアクトル１２０は、電圧電流検出部５０１と整流部１３０との間に接続される。整流部１３０は、整流素子１３１，１３２，１３３，１３４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から供給される第１の交流電力を整流して出力する。実施の形態１に係る電力変換装置１において、整流部１３０は、全波整流を行う。電圧検出部５０２は、整流部１３０によって整流された電力の電圧値を検出し、検出した電圧値を制御部４００に出力する。平滑部２００は、電圧検出部５０２を介して整流部１３０の出力端に接続される。平滑部２００は、平滑素子であるコンデンサ２１０を有し、整流部１３０によって整流された電力を平滑化する。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によって整流された電力を平滑化する容量を有し、平滑化によりコンデンサ２１０に発生する電圧は商用電源１１０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Ｖｓの周波数の２倍成分となり、商用電源１１０が三相の場合は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とインバータ３１０から出力される電力とが変化しない場合、この電圧リプルの振幅はコンデンサ２１０の容量によって決まる。例えば、平滑化によりコンデンサ２１０に発生する電圧は、コンデンサ２１０に発生する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している。
　インバータ３１０は、平滑部２００が備えるコンデンサ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，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅ，３１１ｆ及び還流ダイオード３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ，３１２ｅ，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，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅ，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第２の交流電力に変換した上で圧縮機３１５に出力する。電流検出部３１３ａ，３１３ｂの各々は、インバータ３１０から出力される３相の電流のうちの１相の電流値を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。なお、制御部４００は、インバータ３１０から出力される３相の電流値のうちの２相の電流値を取得することで、インバータ３１０から出力される残りの１相の電流値を算出することができる。モータ３１４は、インバータ３１０から供給される第２の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。例えば、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、電力変換装置１において、図１に示す各構成要素の配置は一例であり、各構成要請の配置は図１に示した例に限定されない。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。以降の説明において、電圧電流検出部５０１、電圧検出部５０２及び電流検出部３１３ａ，３１３ｂをまとめて検出部と称することがある。また、電圧電流検出部５０１で検出された電圧値及び電流値、電圧検出部５０２で検出された電圧値、並びに電流検出部３１３ａ，３１３ｂで検出された電流値を、検出値と称することがある。
　制御部４００は、電圧電流検出部５０１から第１の交流電力の電圧値及び電流値を取得し、電圧検出部５０２から整流部１３０によって整流された電力の電圧値を取得し、電流検出部３１３ａ，３１３ｂからインバータ３１０によって変換された振幅及び位相を有する第２の交流電力の電流値を取得する。制御部４００は、各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，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅ，３１１ｆのオンオフを制御する。本実施の形態において、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第２の交流電力をインバータ３１０から負荷である圧縮機３１５に出力す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、平滑部２００のコンデンサ２１０に流れる電流を抑制する。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ってもよい。
　コンデンサ２１０における電荷の移動量であるコンデンサ負荷と、コンデンサ２１０に印加される電圧の変動量との間には相関関係があることが知られている。このため、制御部４００は、コンデンサ２１０の両端電圧の直流成分を除去し、交流成分を抽出することにより、コンデンサ２１０に印加される電圧の変動量を検知し、コンデンサ負荷を推定する。制御部４００は、コンデンサ負荷の推定値を基づいて、コンデンサ負荷抑制制御を実施するか否かを判断する。なお、コンデンサ負荷抑制制御については後述する。
　つづいて、電力変換装置１が備える制御部４００の動作について説明する。実施の形態１に係る電力変換装置１において、インバータ３１０及び圧縮機３１５によって発生する負荷が一定の負荷とみなすことができ、平滑部２００から出力される電流で見た場合に、平滑部２００に定電流負荷が接続されているものとして、以降の説明を行う。ここで、図１に示すように、整流部１３０から流れる電流を電流Ｉ１とし、インバータ３１０に流れる電流を電流Ｉ２とし、平滑部２００から流れる電流を電流Ｉ３とする。電流Ｉ２は、電流Ｉ１と電流Ｉ３とを合わせた電流となる。電流Ｉ３は、電流Ｉ２と電流Ｉ１との差分、すなわち電流Ｉ２－電流Ｉ１と表すことができる。電流Ｉ３は、平滑部２００の放電方向を正方向とし、平滑部２００の充電方向を負方向とする。すなわち、平滑部２００には、電流が流入することもあり、電流が流出することもある。
　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置の制御部が整流部から出力される電流を平滑部で平滑化し、インバータに流れる電流を一定にした場合の各電流及び平滑部のコンデンサのコンデンサ電圧の例を示す図である。図２の紙面において上から順に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３及びコンデンサ電圧Ｖｄｃを示している。なお、コンデンサ電圧Ｖｄｃは、電流Ｉ３に応じて発生するコンデンサ２１０の電圧である。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。図２に示すように、電力変換装置１において、仮に、整流部１３０から流れる電流Ｉ１が平滑部２００によって十分に平滑化された場合、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２は一定の電流値となる。しかしながら、平滑部２００のコンデンサ２１０には、大きな電流Ｉ３が流れ、劣化の要因となる。そのため、本実施の形態では、電力変換装置１において、制御部４００は、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減するように、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２を制御、すなわちインバータ３１０の動作を制御する。
　図３は、実施の形態１に係る電力変換装置の制御部がインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を低減したときの各電流及び平滑部のコンデンサのコンデンサ電圧の例を示す図である。図３の紙面において上から順に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３及びコンデンサ電圧Ｖｄｃを示している。なお、コンデンサ電圧Ｖｄｃは、電流Ｉ３に応じて発生するコンデンサ２１０の電圧である。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。電力変換装置１の制御部４００は、図３に示すような電流Ｉ２がインバータ３１０に流れるようにインバータ３１０の動作を制御することによって、図２の例と比較して、整流部１３０から平滑部２００に流れ込む電流の周波数成分を低減し、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減することができる。具体的には、制御部４００は、電流Ｉ１の周波数成分を主成分とした脈動電流を含む電流Ｉ２がインバータ３１０に流れるようにインバータ３１０の動作を制御する。
　電流Ｉ１の周波数成分は、商用電源１１０から供給される交流電流の周波数、及び整流部１３０の構成によって決定される。そのため、制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分を、予め定めた振幅及び位相を有する成分とすることができる。電流Ｉ２に重畳される脈動電流の周波数成分は、電流Ｉ１の周波数成分の相似波形となる。制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分を電流Ｉ１の周波数成分に近付けていくに連れて、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減し、コンデンサ電圧Ｖｄｃに発生する脈動電圧を低減することができる。
　制御部４００が、インバータ３１０の動作を制御することによってインバータ３１０に流れる電流の脈動を制御することは、インバータ３１０から圧縮機３１５に出力される第１の交流電力の脈動を制御することと同じである。制御部４００は、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動が、整流部１３０から出力される電力の脈動よりも小さくなるようにインバータ３１０の動作を制御する。制御部４００は、コンデンサ電圧Ｖｄｃの電圧リプル、すなわちコンデンサ２１０に発生する電圧リプルが、インバータ３１０から出力される第２の交流電力にコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときのコンデンサ２１０に発生する電圧リプルよりも小さくなるように、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の振幅及び位相を制御する。または、制御部４００は、コンデンサ２１０に流出入する電流リプルが、インバータ３１０から出力される第２の交流電力にコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときのコンデンサ２１０に発生する電流リプルよりも小さくなるように、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の振幅及び位相を制御する。インバータ３１０から出力される第２の交流電力にコンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動が含まれないときとは、図２に示すような制御のことである。
　なお、商用電源１１０から供給される交流電流については、特に限定されず、単相であってもよいし、３相であってもよい。制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分について、商用電源１１０から供給される第１の交流電力に応じて決定すればよい。具体的には、制御部４００は、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２の脈動波形を、商用電源１１０から供給される第１の交流電力が単相の場合は第１の交流電力の周波数の２倍の周波数成分、又は商用電源１１０から供給される第１の交流電力が３相の場合は第１の交流電力の周波数の６倍の周波数成分を主成分とする脈動波形に直流分を加算した形状に制御する。脈動波形は、例えば、正弦波の絶対値の形状、又は正弦波の形状とする。この場合、制御部４００は、正弦波の周波数の整数倍の成分のうち少なくとも１つの周波数成分を予め規定された振幅として脈動波形に加算してもよい。また、脈動波形は、矩形波の形状、又は三角波の形状であってもよい。この場合、制御部４００は、脈動波形の振幅及び位相を予め規定された値としてもよい。
　制御部４００は、コンデンサ２１０にかかる電圧又はコンデンサ２１０に流れる電流を用いて、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の脈動量を演算してもよいし、商用電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧又は電流を用いて、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の脈動量を演算してもよい。
　制御部４００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御部の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御部４００は、電力変換装置１の各検出部から検出値を取得する。ステップＳ２において、制御部４００は、コンデンサ負荷を推定する。ステップＳ３において、制御部４００は、コンデンサ負荷を抑制する必要があるか否かを判断する。制御部４００がコンデンサ負荷を抑制する必要があると判断した場合は、ステップＳ３でＹｅｓとなり、ステップＳ４において、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を実施する。すなわち、制御部４００は、第２の交流電力をインバータ３１０から負荷に出力する際に、コンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動を含ませる。なお、コンデンサ負荷抑制制御を既に実施中の場合は、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を継続する。一方、制御部４００がコンデンサ負荷を抑制する必要がないと判断した場合、ステップＳ３でＮｏとなり、ステップＳ５において、制御部４００はコンデンサ負荷抑制制御を非実施とする。すなわち、制御部４００は、第２の交流電力をインバータ３１０から負荷に出力する際に、コンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動を含ませない。なお、コンデンサ負荷抑制制御を既に非実施である場合は、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御の非実施を継続する。
　つづいて、電力変換装置１が備える制御部４００のハードウェア構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る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。制御部４００は、各種処理を実行するプロセッサ９１と、メインメモリであるメモリ９２と、情報を記憶する記憶装置９３とによって実現される。
　プロセッサ９１は、演算装置、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)といった演算手段であってもよい。また、メモリ９２には、ＲＡＭ(Random　Access　Memory)、ＲＯＭ(Read　Only　Memory)、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ(Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）(Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを用いることができる。記憶装置９３には、コンデンサ負荷抑制制御処理を実行するためのプログラムが格納されている。プロセッサ９１は、記憶装置９３に格納されているプログラムをメモリ９２に読み出して実行する。プロセッサ９１が記憶装置９３に格納されているプログラムをメモリ９２に読み出して実行することにより、制御部４００の機能が実現される。
　以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置１において、制御部４００は、各検出部から取得した検出値に基づいてインバータ３１０の動作を制御し、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２に、整流部１３０から流れる電流Ｉ１の周波数成分に応じた周波数成分の脈動を重畳することで、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減する。これにより、電力変換装置１は、平滑部２００に流れる電流Ｉ３が低減することによって、実施の形態１の制御を行わない場合と比較して、リプル電流耐量の小さなコンデンサの使用が可能となる。また、電力変換装置１は、コンデンサ電圧Ｖｄｃの脈動電圧が低下することによって、実施の形態１の制御を行わない場合と比較して、搭載するコンデンサ２１０の容量を小さくすることができる。電力変換装置１は、例えば、複数のコンデンサ２１０で平滑部２００を構成していた場合、平滑部２００を構成するコンデンサ２１０の本数を低減することができる。
　また、制御部４００は、コンデンサ負荷を推定し、コンデンサ負荷抑制制御を実施するか否かをコンデンサ負荷の推定値に基づいて決定するため、コンデンサ負荷抑制制御を行わない場合のコンデンサ２１０の劣化が許容範囲内である場合に、コンデンサ負荷抑制のためにコンデンサ電流を低減させることにより損失が生じることを防止することができる。
実施の形態２．
　図６は、実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施の形態２に係る電力変換装置１は、第１の電流検出部６０１及び第２の電流検出部６０２を備える点で実施の形態１に係る電力変換装置１と相違する。第１の電流検出部６０１は、整流部１３０に設置されている。すなわち、第１の電流検出部６０１は、コンデンサ２１０よりも商用電源１１０側に設置されている。第２の電流検出部６０２は、インバータ３１０間に設置されている。すなわち、第２の電流検出部６０２は、コンデンサ２１０よりも負荷である圧縮機３１５側に設置されている。制御部４００は、第１の電流検出部６０１が検出した電流値と第２の電流検出部６０２が検出した電流値との差から、コンデンサ２１０に流れる電流を算出し、コンデンサ負荷を推定する。
　実施の形態２に係る電力変換装置１は、第１の電流検出部６０１が検出した電流値と第２の電流検出部６０２が検出した電流値との差に基づいて算出されるコンデンサ２１０に流れる電流に基づいてコンデンサ負荷を推定するため、実施の形態１に係る電力変換装置１と比較すると、コンデンサ負荷をより正確に推定することができる。したがって、実施の形態２に係る電力変換装置１は、コンデンサ負荷抑制制御を実施する必要があるか否かをより正確に判断することができるため、コンデンサ２１０の劣化を抑制することができる。
　なお、第１の電流検出部６０１及び第２の電流検出部６０２は、モータ制御と、昇圧回路の制御及び保護とを目的として、電力変換装置１に設置されることが一般的であるため、モータ制御と、昇圧回路の制御及び保護とのために設置される第１の電流検出部６０１及び第２の電流検出部６０２を用いてコンデンサ負荷を推定することで、コンデンサ負荷の推定のために新たに第１の電流検出部６０１及び第２の電流検出部６０２を追加する必要をなくすことができる。
実施の形態３．
　図７は、実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施の形態３に係る電力変換装置１は、第１の電圧検出回路７０１及び第２の電圧検出回路７０２を備える点で、実施の形態２に係る電力変換装置１と相違する。第１の電圧検出回路７０１は、リアクトル１２０と整流部１３０との間に設置されている。すなわち、第１の電圧検出回路７０１は、コンデンサ２１０よりも商用電源１１０側に設置されている。第２の電圧検出回路７０２は、平滑部２００とインバータ３１０との間に設置されている。すなわち、第２の電圧検出回路７０２は、コンデンサ２１０よりも負荷である圧縮機３１５側に設置されている。
　制御部４００は、第１の電流検出部６０１が検出した電流値及び第１の電圧検出回路７０１が検出した電圧値から、第１の電力値を算出する。したがって、第１の電流検出部６０１及び第１の電圧検出回路７０１は、第１の電力検出部８０１を形成している。また、制御部４００は、第２の電流検出部６０２が検出した電流値及び第２の電圧検出回路７０２が検出した電圧値から第２の電力値を算出する。したがって、第２の電流検出部６０２及び第２の電圧検出回路７０２は、第２の電力検出部８０２を検出している。第１の電力検出部８０１は、コンデンサ２１０よりも商用電源１１０側に設置されており、第２の電力検出部８０２は、コンデンサ２１０よりも負荷である圧縮機３１５側に設置されている。
　制御部４００は、第１の電力値及び第２の電力値に基づいてコンデンサ２１０での消費電力を算出し、コンデンサ負荷を推定する。
　実施の形態３に係る電力変換装置１は、第１の電流検出部６０１が検出した電流値及び第１の電圧検出回路７０１が検出した電圧値から算出した第１の電力値と、第２の電流検出部６０２が検出した電流値及び第２の電圧検出回路７０２が検出した電圧値から算出した第２の電力値とに基づいてコンデンサ２１０での消費電力を算出し、コンデンサ負荷を推定するため、実施の形態２に係る電力変換装置１と比較すると、コンデンサ負荷をより正確に推定することができる。
実施の形態４．
　実施の形態４に係る電力変換装置１の回路構成は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様である。実施の形態４において、電力変換装置１から電力供給を受けるモータ３１４を備えた負荷である圧縮機３１５は、空気調和機の室外機に適用され、冷媒回路を流れる冷媒を圧縮する。実施の形態４において、圧縮機３１５を備える空気調和機は、消費電力が異なる複数の運転モードのうちのいずれかで運転される。実施の形態４に係る電力変換装置１は、空気調和機の運転モードに合わせてコンデンサ負荷抑制制御を実施するか否かを切り替える。ここでは、空気調和機が通常運転モードと省エネルギー運転モードとのいずれかの運転モードで運転されるものとし、制御部４００は、空気調和機の運転モードが通常運転モードである場合にコンデンサ負荷抑制制御を実施し、空気調和機の運転モードが省エネルギー運転モードである場合にコンデンサ負荷抑制制御を非実施にするものとする。
　図８は、実施の形態４に係る電力変換装置の動作を示す図である。図８において、モード切替信号は空気調和機の運転モードを切り替える信号であり、ハイレベルが通常運転モードに対応し、ローレベルが省エネルギー運転モードに対応している。時刻ｔ１０において、モード切替信号はハイレベルであり、空気調和機は通常運転モードで動作している。このため、時刻ｔ１０において制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を実施している。時刻ｔ１１において、制御部４００がモード切替信号をハイレベルからローレベルに変化させることにより、空気調和機は通常運転モードから省エネルギー運転モードに切り替わる。このため、時刻ｔ１１において、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を非実施とする。制御部４００がコンデンサ負荷抑制制御を非実施とすることにより、時刻ｔ１１においてコンデンサ負荷抑制制御量が減少し始める。コンデンサ負荷抑制制御量が減少することにより、コンデンサ負荷は増加するが、モータ３１４の損失が改善されるため、コンデンサ２１０の入力電力は減少する。時刻ｔ１２において、制御部４００がモード切替信号をローレベルからハイレベルに変化させることにより、空気調和機は省エネルギー運転モードから通常運転モードに切り替わる。このため、時刻ｔ１２において、制御部４００はコンデンサ負荷抑制制御を開始し、コンデンサ負荷抑制制御量が増大し始める。コンデンサ負荷抑制制御量が増大することにより、コンデンサ負荷は減少し、コンデンサ２１０の入力電力は増大する。空気調和機の冷媒回路に対するモータ３１４の仕事量は、コンデンサ負荷抑制制御量によって変化しないため、空気調和機の空調能力は、コンデンサ負荷抑制制御量によらず一定となる。
　実施の形態４に係る電力変換装置１は、空気調和機の運転モードに合わせてコンデンサ抑制制御を行うか否かを切り替えるため、コンデンサ２１０の入力電力が小さくコンデンサ負荷抑制制御を実施しなくてもコンデンサ負荷を小さく抑えることができる場合には、コンデンサ負荷抑制制御を非実施とすることにより、モータ３１４での損失を抑え、省エネルギー性能を向上させることができる。
実施の形態５．
　実施の形態５に係る電力変換装置１の回路構成は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様である。実施の形態５に係る電力変換装置１は、コンデンサ負荷が予め設定されたコンデンサ負荷上限閾値を超えたらコンデンサ負荷抑制制御を開始し、コンデンサ負荷が予め設定されたコンデンサ負荷下限閾値以下になったらコンデンサ負荷抑制制御を停止する。
　図９は、実施の形態５に係る電力変換装置の動作を示す図である。実施の形態５では、電力変換装置１は、コンデンサ負荷がコンデンサ負荷上限閾値を超えてコンデンサ負荷抑制制御を開始した後、コンデンサ負荷がコンデンサ負荷下限閾値以下になるまでは入力電力又はコンデンサ負荷の増減に合わせてコンデンサ負荷抑制制御量を増減させる。時刻ｔ２０において、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を実施している。時刻ｔ２１において、制御部４００は、空気調和機の空調能力を低下させる。これにより、コンデンサ２１０の入力電力は減少し、コンデンサ負荷も低下する。時刻ｔ２２において、コンデンサ負荷がコンデンサ負荷下限閾値以下となる。これにより、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を非実施とする。コンデンサ負荷抑制制御を非実施とすることにともない、コンデンサ負荷が増大する。時刻ｔ２３及び時刻ｔ２４において、コンデンサ負荷は、コンデンサ負荷上限閾値を超えていないため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御の非実施を継続する。時刻ｔ２５において、コンデンサ負荷がコンデンサ負荷上限閾値を上回る。このため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を実施し、コンデンサ負荷抑制制御量が増大し始める。コンデンサ負荷抑制制御量が増大することにより、コンデンサ負荷は減少し、コンデンサ２１０の入力電力は増大する。時刻ｔ２６及び時刻ｔ２７において、コンデンサ負荷はコンデンサ負荷下限閾値以下となっていないため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御の実施を継続する。
　実施の形態５に係る電力変換装置１は、コンデンサ負荷が低い場合には、コンデンサ負荷抑制よりも性能を優先する運転に切り替えることができ、省エネルギー性を改善できる。
　なお、実施の形態１から実施の形態５においては、コンデンサ負荷抑制制御を実施するか否かを切り替えているが、コンデンサ負荷の目標値とする閾値を予め設定しておき、目標値とする閾値とコンデンサ負荷との差分に応じてコンデンサ負荷抑制制御量を連続的に変化させてもよい。インバータ３１０から負荷に出力する脈動量を含ませるか、含ませないかではなく、インバータ３１０からの出力に含める脈動量を連続的に調整することによって、空気調和機の寿命と空調性能のバランスとをとって空気調和機を運転することができる。
実施の形態６．
　実施の形態６に係る電力変換装置１の回路構成は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様である。図１０は、実施の形態６に係る電力変換装置の動作を示す図である。実施の形態６に係る電力変換装置１は、コンデンサ負荷を目標負荷量以下とするために、必要となるコンデンサ負荷を抑制する制御の制御量が予め決められたコンデンサ負荷抑制制御量閾値以下となった場合に、コンデンサ負荷を抑制する制御を停止し、コンデンサ負荷の推定値が予め決められたコンデンサ負荷閾値を超える場合に、コンデンサ負荷を抑制する制御の出力を再開する。
　時刻ｔ３０において、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を実施しており、コンデンサ負荷は目標負荷量に維持されている。時刻ｔ３１において、制御部４００は、空気調和機の空調能力を低下させ始める。このため、時刻ｔ３１から、空調能力の低下に合わせてコンデンサ負荷抑制制御量も低下する。時刻ｔ３２において、コンデンサ負荷抑制制御量が予め決められたコンデンサ負荷抑制制御量閾値以下となる。このため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を停止する。したがって、時刻ｔ３２において、コンデンサ負荷抑制制御量は０まで減少する。コンデンサ負荷抑制制御量が減少することにより、コンデンサ負荷は増加するが、モータ３１４の損失が改善されるため、コンデンサ２１０の入力電力は減少する。時刻ｔ３３及び時刻ｔ３４において、コンデンサ負荷は、予め決められたコンデンサ負荷閾値を超えていないため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を停止した状態を継続する。時刻ｔ３５において、コンデンサ負荷が予め決められたコンデンサ負荷閾値を超えたため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を再開し、コンデンサ負荷抑制制御量が増大する。コンデンサ負荷抑制制御量が増大することにより、コンデンサ負荷は目標負荷量まで減少し、コンデンサ２１０の入力電力は増大する。時刻ｔ３６において、コンデンサ負荷抑制制御量は、予め決められたコンデンサ負荷抑制制御量閾値以下になっていないため、制御部４００は、コンデンサ負荷抑制制御を継続する。
　実施の形態６に係る電力変換装置１は、コンデンサ負荷が予め決められたコンデンサ負荷閾値を超えて大きくならないように制御しつつ、一定値以下となる場合には、コンデンサ負荷が一定値まで悪化することを許容し、制御量を必要最低限の量とすることによって、コンデンサ負荷が低い運転状態での省エネルギー性を改善できる。
実施の形態７．
　実施の形態７に係る電力変換装置１の回路構成は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様である。実施の形態７に係る電力変換装置１は、コンデンサ負荷から推定されるコンデンサ２１０の寿命が予め設定した期間を下回らないようにコンデンサ負荷抑制制御量を連続的に変化させる。
　コンデンサの寿命は、アレニウスの法則に従うことが知られている。このため、コンデンサの寿命は、一般には、コンデンサのスペックによって決まる定数に加えて、コンデンサの周囲温度と、コンデンサへの印加電圧と、コンデンサの発熱に起因するコンデンサ電流量とから求めることができる。コンデンサ２１０の周囲温度は、一例として空気調和機で検出している外気温度を基にして、事前評価等で確認している外気温度とコンデンサ２１０の周囲温度との温度差を加算することで求めることができる。コンデンサ２１０への印加電圧は、電圧検出部５０２の検出値から求めることができる。コンデンサ電流の電流量は、コンデンサ印加電圧の変動量から求めることもできるし、系統電源電流量とモータ電流量との差分から求めることもできる。
　実施の形態７に係る電力変換装置１は、コンデンサ２１０の寿命が予め設定した期間を下回らないと推定される場合にはコンデンサ負荷抑制制御を実施せず、コンデンサ２１０の寿命が予め設定した期間を下回ると推定される場合にのみコンデンサ負荷抑制制御を実施する。したがって、コンデンサ２１０の寿命が予め設定した期間を下回らないと予測される場合には、コンデンサ２１０の寿命が予め設定した期間までは短くなることを許容してコンデンサ負荷抑制制御を非実施とすることにより、コンデンサ負荷抑制制御を行うことによる省エネルギー性の低下を抑えることができる。これにより、実施の形態７に係る電力変換装置１は、省エネルギー性の低下を抑えつつ、コンデンサ２１０の寿命を予め設定した期間以上に確保することができる。
実施の形態８．
　実施の形態８に係る電力変換装置１の回路構成は、実施の形態２に係る電力変換装置１と同様である。実施の形態８に係る電力変換装置１において、制御部４００は、コンデンサ電流を周波数成分ごとに分解し、電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分、又は、電源電圧Ｖｓの整数倍の成分の各々の二乗和のルートが、予め決められた一定値以上大きくならないようにコンデンサ負荷抑制制御の制御量を変更する。さらに、制御部４００は、電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分、又は、電源電圧Ｖｓの整数倍の成分の各々の二乗和のルートが、予め決められた一定値以下となる場合には、電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分、又は、電源電圧Ｖｓの整数倍の成分の各々の二乗和のルートが、予め決められた一定値までは増大することを許容し、コンデンサ負荷抑制制御量を必要最低限の量とする。
　コンデンサ２１０に流れる電流が複数の周波数成分を含むリプル電流である場合、リプル電流ＩＲは、下記式（１）によって算出される。下記式（１）において、ＩＲは、規定周波数におけるリプル電流の実効値［Ａｍｓ］であり、ＩＸ１からＩＸＮは、各周波数におけるリプル電流の実効値［Ａｍｓ］であり、Ｋ１からＫＮは、各周波数における周波数補正係数である。上記の各周波数成分における周波数補正係数は、コンデンサ２１０として適用されるコンデンサ部品ごとに異なるため、制御部４００は、コンデンサ２１０として適用するコンデンサ部品の部品仕様についての情報を予め記憶している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図１１は、実施の形態８に係る電力変換装置のコンデンサ電流とコンデンサ負荷抑制制御量との関係の一例を示す図である。制御部４００は、バンドパスフィルタ４０１，４０２によってコンデンサ電流を電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分と、電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分の整数倍の成分とに分解する。電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分の整数倍の成分とは、例えば、電源電圧Ｖｓの４倍の周波数成分である。そして、制御部４００は、除算器４０３によって電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分を周波数補正係数で除算し、除算器４０４によって電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分の整数倍の成分を周波数補正係数で除算する。そして、制御部４００は、周波数補正係数で除算した電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分と、周波数補正経緯数で除算した電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分の整数倍の成分との各々の二乗和のルートを加算器４０５で算出する。そして、制御部４００は、加算器４０５の算出結果である合算値と予め設定された閾値との差分を減算器４０６で算出し、減算器４０６の算出結果に基づいてコンデンサ負荷抑制制御量を変更する。なお、減算器４０６での処理で用いる加算器４０５が算出する合算値は、瞬間値ではなく予め設定した時間の平均値を用いることで、コンデンサ負荷抑制制御量が頻繁に変更されることを抑制することができる。
　実施の形態８に係る電力変換装置１は、コンデンサ電流に含まれる複数の周波数成分のうち、制御によってコンデンサ負荷の抑制が効率的である電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分、又は電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分及びその整数倍の成分の各々の二乗和のルートの大きさに基づいて制御量を可変とすることによって、制御による抑制が効率的ではないその他の周波数成分に起因してトータルでのコンデンサ負荷が増加してしまう際に、コンデンサ電流が一定値以上にならないようするための制御量が急増し省エネルギー性が損なわれてしまうことを防ぐことができる。
　なお、上記の説明においては、コンデンサ電流を電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分と電源電圧Ｖｓの２倍の周波数成分の整数倍の成分とに分解したが、コンデンサ電流を電源電圧Ｖｓの整数倍の周波数成分に分解しても良い。また、コンデンサ電流を電源電圧Ｖｓの整数倍の周波数成分と圧縮機３１５の回転速度の周波数成分とに分解してもよいし、コンデンサ電流を電源電圧Ｖｓの整数倍の周波数成分とインバータ３１０又はコンバータの制御周期の２倍の周波数成分とに分解してもよい。また、コンデンサ電流を、電源電圧Ｖｓの整数倍の周波数成分、圧縮機３１５の回転速度の周波数成分及びインバータ３１０又はコンバータの制御周期の２倍の周波数成分の少なくとも一つとに分解してもよい。
実施の形態９．
　図１２は、実施の形態９に係る空気調和機の室外機の構成を示す図である。実施の形態９に係る空気調和機の室外機９００は、実施の形態１から実施の形態８のいずれかに係る電力変換装置１を備える。
　空気調和機の室外機９００は、実施の形態１から実施の形態８において示したモータ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。
　室外機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。
　以上の実施の形態に示した構成は、内容の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、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　電力変換装置、２　モータ駆動装置、９１　プロセッサ、９２　メモリ、９３　記憶装置、１１０　商用電源、１２０　リアクトル、１３０　整流部、１３１，１３２，１３３，１３４　整流素子、２００　平滑部、２１０　コンデンサ、３１０　インバータ、３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅ，３１１ｆ　スイッチング素子、３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ，３１２ｄ，３１２ｅ，３１２ｆ　還流ダイオード、３１３ａ，３１３ｂ　電流検出部、３１４　モータ、３１５　圧縮機、４００　制御部、４０１，４０２　バンドパスフィルタ、４０３，４０４　除算器、４０５　加算器、４０６　減算器、５０１　電圧電流検出部、５０２　電圧検出部、６０１　第１の電流検出部、６０２　第２の電流検出部、７０１　第１の電圧検出回路、７０２　第２の電圧検出回路、８０１　第１の電力検出部、８０２　第２の電力検出部、９００　室外機、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 (11)

  1. 　商用電源から供給される第１の交流電力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、前記整流部及び前記コンデンサから出力される電力を第２の交流電力に変換し、モータを有する負荷に出力するインバータと、
    　前記整流部から前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動を含む前記第２の交流電力を前記インバータから前記負荷に出力するように前記インバータの動作を制御することにより、前記コンデンサに流れる電流を抑制するコンデンサ負荷抑制制御を行う制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記コンデンサにおけるコンデンサ負荷を推定し、前記コンデンサ負荷の推定値に基づいて、前記コンデンサ負荷抑制制御を行うか否かを決定する電力変換装置。
  2. 　前記コンデンサの両端電圧を検出する手段を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記コンデンサよりも前記商用電源側に設置された第１の電流検出部と、前記コンデンサよりも前記負荷側に設置された第２の電流検出部とを備え、
    　前記制御部は、前記第１の電流検出部の検出値及び前記第２の電流検出部の検出値に基づいて前記コンデンサ負荷を推定する請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記制御部は、コンデンサ電流を周波数成分ごとに分解し、少なくとも電源電圧周波数の２倍の周波数成分、又は、前記電源電圧周波数の整数倍の成分の各々の二乗和のルートの大きさが予め決められた一定値以上の場合は、前記コンデンサ負荷抑制制御を行い、少なくとも前記電源電圧周波数の２倍の周波数成分、又は、前記電源電圧周波数の整数倍の成分の各々の二乗和のルートの大きさが予め決められた一定値未満の場合は、前記コンデンサ負荷抑制制御を停止する請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記コンデンサよりも前記商用電源側に設置された第１の電力推定部と、前記コンデンサよりも前記負荷側に設置された第２の電力推定部とを備え、
    　前記制御部は、前記第１の電力推定部の推定値及び前記第２の電力推定部の推定値に基づいて前記コンデンサ負荷を推定する請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  6. 　前記制御部は、
    　前記負荷の運転モードに応じて、前記コンデンサ負荷抑制制御を行うか否かを切り替える、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記制御部は、前記コンデンサ負荷が予め設定されたコンデンサ負荷上限閾値を超えたら前記コンデンサ負荷抑制制御を開始し、前記コンデンサ負荷が予め設定されたコンデンサ負荷下限閾値以下になったら前記コンデンサ負荷抑制制御を停止する請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　前記制御部は、前記コンデンサ負荷抑制制御において、前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた脈動量を連続的に調整する請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　前記制御部は、前記コンデンサ負荷が予め設定されたコンデンサ負荷閾値を超えたら前記コンデンサ負荷抑制制御を開始し、前記コンデンサ負荷抑制制御によるコンデンサ負荷抑制制御量が、予め設定されたコンデンサ負荷抑制制御量閾値以下となったら、前記コンデンサ負荷抑制制御を停止し、
    　前記コンデンサ負荷の推定値が、予め決められた目標負荷量以下となるように、前記コンデンサ負荷抑制制御において前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた必要最低限の脈動量を連続的に調整する請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記制御部は、前記コンデンサ負荷から推定される前記コンデンサの寿命が予め決められた期間以上となるように、前記コンデンサ負荷抑制制御において前記コンデンサに流入する電力の脈動に応じた必要最低限の脈動量を連続的に調整する請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置を備えた空気調和機の室外機。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007259629A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Mitsubishi Electric Corp 電動機駆動用電源装置および空気調和装置
WO2019082316A1 (ja) * 2017-10-25 2019-05-02 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP2020167747A (ja) * 2017-07-31 2020-10-08 日本電産株式会社 電源装置、駆動装置、制御方法、及びプログラム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09110329A (ja) * 1995-10-20 1997-04-28 Hitachi Ltd エレベーター駆動装置
JP5520119B2 (ja) * 2009-04-08 2014-06-11 パナソニック株式会社 直流電源装置およびインバータ駆動装置およびこれを用いた空気調和機
JP6444453B2 (ja) * 2017-06-01 2018-12-26 三菱電機株式会社 電力変換装置の制御装置および制御方法
JP2021118600A (ja) * 2020-01-24 2021-08-10 日本電産株式会社 電源装置、制御方法、及びプログラム
JP2021158874A (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 モータインバータ制御装置
JP7345673B2 (ja) * 2020-10-26 2023-09-15 三菱電機株式会社 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
WO2024150357A1 (ja) * 2023-01-12 2024-07-18 三菱電機株式会社 空気調和機

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007259629A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Mitsubishi Electric Corp 電動機駆動用電源装置および空気調和装置
JP2020167747A (ja) * 2017-07-31 2020-10-08 日本電産株式会社 電源装置、駆動装置、制御方法、及びプログラム
WO2019082316A1 (ja) * 2017-10-25 2019-05-02 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置

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