TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2020171183
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201015
出願番号2019073089
出願日20190405
発明の名称コンバータ装置、空気調和機、コンバータ装置の制御方法及びプログラム
出願人三菱重工サーマルシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20200918BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力可能なコンバータ装置を提供する。
【解決手段】コンバータ装置は、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得する直流電圧取得部と、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定する判定部と、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するオンデューティ変更部と、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力する信号出力部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得する直流電圧取得部と、
前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定する判定部と、
前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するオンデューティ変更部と、
前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力する信号出力部と、
を備えるコンバータ装置。
続きを表示(約 790 文字)【請求項2】
前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を下回った場合に、前記オンデューティを増加させる
請求項1に記載のコンバータ装置。
【請求項3】
前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を上回った場合に、前記オンデューティを減少させる
請求項1または請求項2に記載のコンバータ装置。
【請求項4】
前記オンデューティ変更部は、フィードバック制御により、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値に一致するように前記オンデューティを変更する
請求項1に記載のコンバータ装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のコンバータ装置を備える空気調和機。
【請求項6】
インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、
前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、
前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、
前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、
を有するコンバータ装置の制御方法。
【請求項7】
コンバータ装置のコンピュータに、
インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、
前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、
前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、
前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、
を実行させるプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、コンバータ装置、空気調和機、コンバータ装置の制御方法及びプログラムに関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来、コンバータ装置として、特許文献1に開示される装置が知られている。特許文献1に開示されているコンバータ装置は、交流電力を直流電力に変換する装置であり、高調波成分の低減及び力率改善を目的として、2つのスイッチング回路を有している。そして、負荷の小さいときには片方のスイッチング回路のみを作動させ、負荷が大きい場合に2つのスイッチング回路の両方を作動させる。
【0003】
また、特許文献2には、力率改善回路に対する信号のオンデューティを変更することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第6151034号公報
特開2014−057521号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
交流電源(商用電源)から伝送される交流電力が高品質(振幅、周波数がほぼ一定)である場合、コンバータ装置から出力される直流電圧も一定に維持され、安定した動作が得られる。しかし、地域や環境によっては、交流電源から伝送される交流電力が必ずしも高品質であるとは限らない。交流電源から伝送される交流電力の品質が低い場合、コンバータ装置から出力される直流電圧が不均一となり、安定した動作が得られないことが想定される。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力可能なコンバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第1の態様によれば、コンバータ装置は、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得する直流電圧取得部と、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定する判定部と、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するオンデューティ変更部と、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力する信号出力部と、を備える。
【0008】
また、本発明の第2の態様によれば、前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を下回った場合に、前記オンデューティを増加させる。
【0009】
また、本発明の第3の態様によれば、前記オンデューティ変更部は、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値を上回った場合に、前記オンデューティを減少させる。
【0010】
また、本発明の第4の態様によれば、前記オンデューティ変更部は、フィードバック制御により、前記直流電圧の検出値が所定の判定閾値に一致するように前記オンデューティを変更する。
【0011】
また、本発明の第5の態様によれば、空気調和機は、上述のコンバータ装置を備える。
【0012】
また、本発明の第6の態様によれば、コンバータ装置の制御方法は、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、を有する。
【0013】
また、本発明の第7の態様によれば、プログラムは、コンバータ装置のコンピュータに、インバータ装置に入力される直流電圧の検出値を取得するステップと、前記直流電圧の検出値と所定の判定閾値との大小関係を判定するステップと、前記大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路に入力されるスイッチング信号のオンデューティを変更するステップと、前記オンデューティが適用された前記スイッチング信号を出力するステップと、を実行させる。
【発明の効果】
【0014】
上述の各態様によれば、交流電源から伝送される交流電力が高品質でなくとも、均一な直流電圧を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
第1の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示した図である。
第1の実施形態に係るコンバータ制御部の機能構成を示す図である。
第1の実施形態に係るコンバータ制御部の処理を詳細に説明するために用いる図である。
第1の実施形態に係るコンバータ制御部の処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態に係るコンバータ装置について、図1〜図4を参照しながら詳しく説明する。なお、本実施形態に係るコンバータ装置は、空気調和機の圧縮機モータを駆動するモータ駆動装置に適用される。なお、他の実施形態に係るコンバータ装置の適用先は、空気調和機に限られず、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して用いるような装置に対して広く適用可能である。
【0017】
(概略構成)
図1は、第1の実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示した図である。
図1に示すように、モータ駆動装置1は、交流電源4からの交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ装置2と、コンバータ装置2から出力された直流電力を三相交流電力に変換して圧縮機モータ(負荷)20に出力するインバータ装置3とを主な構成として備えている。
【0018】
コンバータ装置2は、交流電源4より入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路5と、整流回路5の直流出力側に、整流回路5に並列に接続された平滑コンデンサ(平滑手段)12と、整流回路5と平滑コンデンサ12との間に、互いに並列に設けられた2つのスイッチング回路10a、10bと、スイッチング回路10a、10bを制御するコンバータ制御部(制御手段)15とを主な構成として備えている。
【0019】
スイッチング回路10a、10bは、力率改善、及び、交流電源への高調波を抑制する目的で設けられた力率改善回路である。
スイッチング回路10aは、整流回路5と平滑コンデンサ12とを接続する正極母線Lpに、直列的に設けられたインダクタ(誘導性素子)6aと、インダクタ6aの電流出力側に直列に接続されるダイオード7aと、インダクタ6aとダイオード7aとの間に一端が接続され、かつ、整流回路5と並列に接続されたスイッチング素子8aとを有する。
同様に、スイッチング回路10bは、整流回路5と平滑コンデンサ12とを接続する正極母線Lpに、直列的に設けられたインダクタ6bと、インダクタ6bの電流出力側に直列に接続されるダイオード7bと、インダクタ6bとダイオード7bとの間に一端が接続され、かつ、整流回路5と並列に接続されたスイッチング素子8bとを有する。
スイッチング素子8a、8bの一例としては、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が挙げられる。
【0020】
交流電源4には、ゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出部17が設けられている。ゼロクロス検出部17からのゼロクロス信号はコンバータ制御部15に出力される。
インバータ装置3は、6個のスイッチング素子を備えるブリッジ回路18と、ブリッジ回路18におけるスイッチング素子の開閉を制御するインバータ制御部19とを備える。インバータ制御部19は、例えば、上位装置(図示略)から入力される要求回転数指令に基づいて、各スイッチング素子のゲート駆動信号Spwmを生成し、ブリッジ回路18に与える。インバータ制御の具体的な手法の一例としては、ベクトル制御、センサレスベクトル制御、V/F制御、過変調制御、1パルス制御などが挙げられる。
上記のような制御を実現するために、ブリッジ回路18の入力直流電圧Vdcを検出する直流電圧検出部28、圧縮機モータ20に流れる各相電流iu、iv、iwを検出するモータ電流検出部29が設けられ、これらの検出値Vdc、iu、iv、iwがインバータ制御部19に入力されるようになっている。ここで、モータ電流検出部29は、ブリッジ回路18と平滑コンデンサ12の間の負極側電力線に流れる電流を検出し、この検出信号から各相電流iu、iv、iwを取得することとしてもよい。また、本実施形態においては、図1に示すように、直流電圧検出部28が検出した入力直流電圧Vdcは、コンバータ制御部15にも入力される。
【0021】
コンバータ制御部15及びインバータ制御部19は、例えば、MPU(Micro Processing Unit)であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、CPUがこの記録媒体に記録されたプログラムをRAM等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
コンバータ制御部15及びインバータ制御部19は、一つのMPUによって具現化されてもよいし、個別のMPUによって具現化されてもよい。
【0022】
(コンバータ制御部の機能構成)
図2は、第1の実施形態に係るコンバータ制御部の機能構成を示す図である。
図2に示すように、コンバータ制御部15は、直流電圧取得部150、判定部151、オンデューティ変更部152、及び、信号出力部153としての機能を有する。
【0023】
直流電圧取得部150は、直流電圧検出部28を介して、インバータ装置3に入力される直流電圧(入力直流電圧Vdc)の検出値を取得する。
判定部151は、入力直流電圧Vdcの検出値と所定の判定閾値(後述する第1判定閾値Vth1及び第2判定閾値Vth2)との大小関係を判定する。
オンデューティ変更部152は、判定部151による大小関係の判定結果に基づいて、力率改善回路(スイッチング回路10a、10b)に入力されるスイッチング信号Sg1、Sg2のオンデューティを変更する。
信号出力部153は、ゼロクロス検出部17からのゼロクロス信号と同期しながら、力率改善及び高調波を抑制するためのスイッチング信号Sg1、Sg2をスイッチング回路10a、10bに向けて出力する。また、信号出力部153は、オンデューティ変更部152によって決定(変更)されたオンデューティをスイッチング信号Sg1、Sg2に適用して出力する。
【0024】
(コンバータ制御部の処理の詳細な説明)
図3は、第1の実施形態に係るコンバータ制御部の処理を詳細に説明するために用いる図である。
【0025】
まず、図3を参照しながら、コンバータ制御部15の信号出力部153の処理について詳しく説明する。
【0026】
信号出力部153は、図3(a)、(b)に示すように、基準波形と電圧指令とを比較し、その結果に基づいて、スイッチング回路10aを制御するためのスイッチング信号Sg1と、スイッチング回路10bを制御するためのスイッチング信号Sg2とを生成する。
具体的には、まず、信号出力部153は、予め定められたキャリア周波数の基準波形(例えば、三角波)を生成する(図3の(a)参照)。
次に、信号出力部153は、ゼロクロス検出部17からのゼロクロス信号と同期し、所定の振幅値を有する正弦波の電圧指令を生成する。なお、この電圧指令は、交流電源4から入力される交流電圧の周波数と同じ周波数の正弦波として成形されるものであり、かつ、負側の半周期が正側に反転されてなる。
図3に示すように、信号出力部153は、電圧指令よりも基準波形の方が大きい期間を“ON”とし、電圧指令よりも基準波形の方が小さい期間を“OFF”とするスイッチング信号Sg1、Sg2を出力する。
【0027】
ここで、基準波形の大きさ(最大値と最小値との差)に対する電圧指令の振幅値の比を電圧指令の「変調率」と定義し、例えば、基準波形の大きさと電圧指令の振幅値とが等しい場合、変調率を100%と規定する。この場合、スイッチング信号Sg1、Sg2のオンデューティ(ON期間及びOFF期間全体に対するON期間が占める割合)は、電圧指令の変調率によって制御可能である。具体的には、電圧指令の変調率を下げるほどスイッチング信号Sg1、Sg2のオンデューティは増加し、逆に、電圧指令の変調率を上げるほどスイッチング信号Sg1、Sg2のオンデューティは減少する。
【0028】
信号出力部153によって生成されたスイッチング信号Sg1、Sg2は、それぞれ、スイッチング素子8a、8bを駆動するゲート回路(図示略)にそれぞれ与えられ、この信号に基づいてゲート回路が駆動することにより、スイッチング素子8a、8bの開閉が制御される。
【0029】
(コンバータ制御部の処理フロー)
図4は、第1の実施形態に係るコンバータ制御部の処理フローを示す図である。
図4に示す処理フローは、モータ駆動装置(空気調和機)の運転中において、繰り返し実行される。
図4に示すように、まず、コンバータ制御部15の直流電圧取得部150は、直流電圧検出部28を介して、入力直流電圧Vdcの検出値を取得する(ステップS01)。
次に、コンバータ制御部15の判定部151は、ステップS01で取得された入力直流電圧Vdcと、予め規定された第1判定閾値Vth1との大小関係を判定する(ステップS02)。
【0030】
入力直流電圧Vdcが第1判定閾値Vth1を下回っていた場合(ステップS02;NO)、入力直流電圧Vdcが本来出力すべき電圧を大きく下回っていると判断される。そこで、この場合、コンバータ制御部15のオンデューティ変更部152は、電圧指令(図3)の変調率を所定量だけ減少させる(ステップS03)。この結果、スイッチング信号Sg1、Sg2のオンデューティが増加する。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

三菱重工サーマルシステムズ株式会社
圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
室外機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
冷凍機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
冷凍機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
冷凍機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空調設備
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
電動圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
電動圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空気調和機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空気調和機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空気調和機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
開放型圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
移動空調装置
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
冷凍システム
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
ターボ冷凍機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空調システム
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空調システム
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
空気吹出装置
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
開放型圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
降雪システム
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
輸送用冷凍機械
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
チラーユニット
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
ロータリ圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
ロータリ圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
輸送用冷凍機械
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
輸送用冷凍機械
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
チラーユニット
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
輸送用冷凍機械
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
車載用空調装置
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
ロータリ圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
非共沸冷媒回路
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
ロータリ圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
インバータ装置
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
冷凍機用圧縮機
三菱重工サーマルシステムズ株式会社
冷凍サイクル装置
続きを見る