特開2020-195212(P2020-195212A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 三菱重工サーマルシステムズ株式会社の特許一覧
<>
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000003
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000004
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000005
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000006
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000007
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000008
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000009
  • 特開2020195212-電力変換装置及び空気調和装置 図000010
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-195212(P2020-195212A)
(43)【公開日】2020年12月3日
(54)【発明の名称】電力変換装置及び空気調和装置
(51)【国際特許分類】
   H02M 7/06 20060101AFI20201106BHJP
【FI】
   H02M7/06 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2019-99439(P2019-99439)
(22)【出願日】2019年5月28日
(71)【出願人】
【識別番号】516299338
【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】大野 賢三
【テーマコード(参考)】
5H006
【Fターム(参考)】
5H006AA02
5H006BB05
5H006CA07
5H006CB01
5H006CC05
5H006DB01
5H006DB07
5H006DC02
5H006DC08
5H006FA03
(57)【要約】
【課題】電力変換装置全体として力率を向上させることのできる電力変換装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電力変換装置1は、交流電源2からの入力電圧を第1負荷4へ電力を供給するメイン回路MCと、交流電源2からの入力電圧を第2負荷6へ電力を供給するサブ回路SCと、第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2と、第1整流部3と第1コンデンサ部C1との間の第1直流電路DL1に、並列接続された第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2を直列に接続する第1接続状態と、第1直流電路DL1に第1インダクタンス部L1を直列に接続するとともに、第2整流部5と第2コンデンサ部C2との間の第2直流電路DL2に第2インダクタンス部L2を直列に接続する第2接続状態とを切り替え可能とされたSW1、SW2、及びSW3とを備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源からの入力電圧を整流する第1整流部と、前記第1整流部に並列に接続された第1コンデンサ部とを有し、第1負荷へ電力を供給する第1コンバータ回路と、
前記交流電源からの入力電圧を整流する第2整流部と、前記第2整流部に並列に接続された第2コンデンサ部とを有し、第2負荷へ電力を供給する第2コンバータ回路と、
第1インダクタンス部及び第2インダクタンス部と、
前記第1整流部と前記第1コンデンサ部との間の第1直流電路に、並列接続された前記第1インダクタンス部及び前記第2インダクタンス部を直列に接続する第1接続状態と、前記第1直流電路に前記第1インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第2整流部と前記第2コンデンサ部との間の第2直流電路に前記第2インダクタンス部を直列に接続する第2接続状態とを切り替え可能とされた切替部と、
を備える電力変換装置。
【請求項2】
前記第1コンバータ回路に供給される第1電流に対する前記第2コンバータ回路に供給される第2電流の割合に基づいて、前記切替部を制御する制御部を備える請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記割合が閾値未満の場合に、前記切替部を制御して前記第1接続状態とし、前記割合が閾値以上の場合に、前記切替部を制御して前記第2接続状態とする請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記第1電流として、前記第1整流部に流入する電流を取得する請求項2または3に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記第2接続状態である場合に、前記第2インダクタンス部の温度が所定値以上となった場合、または前記第2インダクタンス部において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合に、前記第2インダクタンス部を短絡させる請求項2から4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記第1負荷が要求する最大電流は、前記第2負荷が要求する最大電流よりも大きい請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記交流電源からの入力電圧を整流する第3整流部と、前記第3整流部に並列に接続された第3コンデンサ部とを有し、第3負荷へ電力を供給する第3コンバータ回路と
第3インダクタンス部と、
を備え、
前記切替部は、前記第2接続状態において、前記第1直流電路に前記第1インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第2直流電路に前記第2インダクタンス部を直列に接続し、前記第3整流部と前記第3インダクタンス部との間の第3直流電路に前記第3インダクタンス部を直列に接続する請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置を備える空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置及び空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば空気調和装置における圧縮機モータ等の負荷に対して、供給される電力を適切に変換するために、電力変換装置が用いられている。空気調和装置においては、圧縮機モータの消費電力が大きいため、圧縮機モータに対するコンバータ回路に力率改善用のインダクタンス素子が設けられる場合がある(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2018−7502号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば空気調和装置においては、ファンモータ等の他の負荷も有しているため、圧縮機モータと電源を共通として、該負荷にもコンバータ回路が設けられる。しかしながら、空気調和装置では他の負荷と比較して圧縮機モータの消費電力が高い(電流が大きい)ため、圧縮機モータに対応するコンバータ回路にのみインダクタンスが設けられ、消費電力の低い(電流が小さい)負荷に対するコンバータ回路には力率改善のためのインダクタンスが搭載されていなかった。
【0005】
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、電力変換装置全体として力率を向上させることのできる電力変換装置及び空気調和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】
【0006】
本発明の第1態様は、交流電源からの入力電圧を整流する第1整流部と、前記第1整流部に並列に接続された第1コンデンサ部とを有し、第1負荷へ電力を供給する第1コンバータ回路と、前記交流電源からの入力電圧を整流する第2整流部と、前記第2整流部に並列に接続された第2コンデンサ部とを有し、第2負荷へ電力を供給する第2コンバータ回路と、第1インダクタンス部及び第2インダクタンス部と、前記第1整流部と前記第1コンデンサ部との間の第1直流電路に、並列接続された前記第1インダクタンス部及び前記第2インダクタンス部を直列に接続する第1接続状態と、前記第1直流電路に前記第1インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第2整流部と前記第2コンデンサ部との間の第2直流電路に前記第2インダクタンス部を直列に接続する第2接続状態とを切り替え可能とされた切替部と、を備える電力変換装置である。
【0007】
上記のような構成によれば、第1コンバータ回路において第1整流部と第1コンデンサとが設けられており、第2コンバータ回路において第2整流部と第2コンデンサとことが設けられており、第1コンバータ回路と第2コンバータ回路とでは同一の交流電源を用いている。そして、第1インダクタンス部と第2インダクタンス部とが設けられており、切替部によって第1接続状態と第2接続状態とを切替可能とされている。具体的には、第1接続状態では、第1整流部と第1コンデンサ部との間の第1直流電路に、並列接続された第1インダクタンス部及び第2インダクタンス部が直列に接続される。また、第2接続状態では、第1直流電路に第1インダクタンス部が直列に接続されるとともに、第2整流部と第2コンデンサ部との間の第2直流電路に第2インダクタンス部が直列に接続される。このように、第1接続状態では、第1コンバータ回路の力率を効果的に向上させることができ、第2接続状態では、第1コンバータ回路及び第2コンバータ回路の両方で力率を向上させることが可能となる。このように接続状態を変化させることができるため、電力変換装置の運転状態に応じて適切に力率を向上させることが可能となる。
【0008】
上記電力変換装置において、前記第1コンバータ回路に供給される第1電流に対する前記第2コンバータ回路に供給される第2電流の割合に基づいて、前記切替部を制御する制御部を備えることとしてもよい。
【0009】
上記のような構成によれば、第1コンバータ回路に供給される第1電流に対する第2コンバータ回路に供給される第2電流の割合に基づいて、切替部を制御するため、電力変換装置の運転状態に応じて適切に接続状態を設定することが可能となる。
【0010】
上記電力変換装置において、前記制御部は、前記割合が閾値未満の場合に、前記切替部を制御して前記第1接続状態とし、前記割合が閾値以上の場合に、前記切替部を制御して前記第2接続状態とすることとしてもよい。
【0011】
上記のような構成によれば、割合が閾値未満の場合には、第1電流に対する第2電流の割合が低い場合であるため、第1接続状態とすることによって、第1電流が流れる第1コンバータ回路における力率を効果的に向上させることが可能となる。また、割合が閾値以上の場合には、第1電流に対する第2電流の割合が高い場合であるため、第2接続状態とすることによって、第1電流が流れる第1コンバータ回路における力率の低下を防止しつつ、第2電流が流れる第2コンバータ回路の力率についても改善することが可能となる。
【0012】
上記電力変換装置において、前記制御部は、前記第1電流として、前記第1整流部に流入する電流を取得することとしてもよい。
【0013】
上記のような構成によれば、第1整流部に流入する電流により、第1コンバータ回路に供給される第1電流を効果的に取得することができる。
【0014】
上記電力変換装置において、前記制御部は、前記第2接続状態である場合に、前記第2インダクタンス部の温度が所定値以上となった場合、または前記第2インダクタンス部において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合に、前記第2インダクタンス部を短絡させることとしてもよい。
【0015】
上記のような構成によれば、第2インダクタンス部の温度が所定値以上となった場合、または第2インダクタンス部において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合には、第2インダクタンス部の温度が高くなっている可能性がある。高温状態が続くとインダクタンスが劣化する可能性もある。そこで、第2インダクタンス部を短絡させることによって、第2インダクタンス部の温度を低下させることが可能となる。
【0016】
上記電力変換装置において、前記第1負荷が要求する最大電流は、前記第2負荷が要求する最大電流よりも大きいこととしてもよい。
【0017】
上記のような構成によれば、第1負荷が要求する最大電流は、第2負荷が要求する最大電流よりも大きいため、第1接続状態及び第2接続状態により適切に力率を向上させることができる。
【0018】
上記電力変換装置において、前記交流電源からの入力電圧を整流する第3整流部と、前記第3整流部に並列に接続された第3コンデンサ部とを有し、第3負荷へ電力を供給する第3コンバータ回路と第3インダクタンス部と、を備え、前記切替部は、前記第2接続状態において、前記第1直流電路に前記第1インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第2直流電路に前記第2インダクタンス部を直列に接続し、前記第3整流部と前記第3インダクタンス部との間の第3直流電路に前記第3インダクタンス部を直列に接続することとしてもよい。
【0019】
上記のような構成によれば、第3コンバータ回路が設けられる場合であっても、第2接続状態において第3インダクタンス部を第3コンバータ回路の第3直流電路に接続することができるため、第1コンバータ回路、第2コンバータ回路、及び第3コンバータ回路においてバランスをとって力率を向上させることが可能となる。
【0020】
本発明の第2態様は、上記の電力変換装置を備える空気調和装置である。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、電力変換装置全体として力率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
図2】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の第1接続状態を示す図である。
図3】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の第2接続状態を示す図である。
図4】本発明の一実施形態に係る制御部による切替制御処理を示した図である。
図5】力率比較を示した図である。
図6】参考例に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
図7】参考例に係る電力変換装置の特性を示した図である。
図8】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下に、本発明に係る電力変換装置及び空気調和装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電力変換装置1が空気調和装置に設けられる場合について説明するが、電力を消費する複数の負荷に対してコンバータ回路が設けられる装置であれば空気調和装置に限定されない。
【0024】
図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置1の概略構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る電力変換装置1は、第1コンバータ回路(以下、「メイン回路」という。)MCと、第2コンバータ回路(以下、「サブ回路」という。)SCと、制御部7とを主な構成として備えている。また、電力変換装置1では、メイン回路MC及びサブ回路SCに接続可能なように第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2と、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2との接続状態を切り替える切替部(図1では、SW1、SW2、及びSW3)とが設けられている。なお、コンバータ回路の数やインダクタンス部の数については、図1の構成に限定されない。
【0025】
メイン回路MCは、交流電源2からの入力電圧を整流する第1整流部3と、第1整流部3に並列に接続された第1コンデンサ部C1とを有し、第1負荷4へ電力を供給する。メイン回路MCには、サブ回路SCの第2負荷6と比較して、消費電力の大きな負荷が接続される。空気調和装置においては、第1負荷4とは、例えば圧縮機モータである。また、交流電源2については、三相交流に限定されない。
【0026】
交流電源2に対して第1整流部3が接続されており、交流電圧(三相交流電圧)を全波整流して出力する。なお、整流の方式については、半波整流等の他の整流方式であってもよい。第1整流部3の出力側の第1直流電路DL1では、インダクタンス素子が接続可能なように構成されている。具体的には、第1整流部3の出力側で電路が分離し、片側は第1インダクタンス部L1へ接続され、他端は、切替部であるSW1のa点に接続される。SW1は3端子のスイッチであり、他の端子については、b点が後述する第2直流電路DL2に接続されており、第2インダクタンス部L2と接続された端子がa点またはb点へ切り替え可能とされている。
【0027】
また、第2インダクタンス部L2の他端は、切替部であるSW2に接続されている。SW2は3端子のスイッチであり、他の端子については、c点が第1電路に接続されており、d点が後述する第2直流電路DL2に接続されている。SW2では、第2インダクタンス部L2と接続された端子がc点またはd点へ切り替え可能とされている。
【0028】
すなわち、SW2のc点と、第1インダクタンス部L1の一端(出力側)とは第1電路において合流する。このため、SW1においてa点が選択され、SW2においてc点が選択された場合には、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とは並列接続されることとなる。なお、この場合には、後述するSW3は閉となる。そして、SW1においてb点が選択され、SW2においてd点が選択された場合には、第2インダクタンス部L2は、第2直流電路DL2へ接続されることとなる。このように第1電路にインダクタンス成分が設けられることによって電流の変動を抑制して力率を改善することが可能となる。
【0029】
第1直流電路DL1と、第1整流部3の出力側の接地電路との間に第1コンデンサ部C1が設けられている。そして、第1コンデンサ部C1に対して並列に、第1負荷4が接続されている。第1コンデンサ部C1によって第1直流電路DL1における電圧の脈流成分が低減され、高調波成分が低下された直流電圧が第1負荷4へ供給される。
【0030】
第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2は、仕様が同等であることが好ましい。すなわち、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2では、インダクタンス値(L値)と、電流容量(定格電流)とが等しい。このように、同等の仕様とすることによって、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とを並列接続したときに、それぞれに流れる電流を等しくすることができ、バランスを確保することができる。例えば、バランスが取れていない場合には、片側に大きな電流が流れ、発熱や破損等の不具合が発生する可能性がある。
【0031】
なお、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とについては、それぞれ所定のインダクタンス値(L値)となれば、1つのインダクタンス素子により構成されることとしてもよいし、直列及び/または並列接続された複数のインダクタンス素子により構成されることとしてもよい。
【0032】
サブ回路SCは、交流電源2からの入力電圧を整流する第2整流部5と、第2整流部5に並列に接続された第2コンデンサ部C2とを有し、第2負荷6へ電力を供給する。サブ回路SCには、メイン回路MCの第1負荷4と比較して、消費電力の小さな負荷が接続される。空気調和装置においては、第2負荷6とは、例えばファンモータである。
【0033】
交流電源2に対して第2整流部5が接続されており、交流電圧を全波整流して出力する。サブ回路SCの第2負荷6は、消費電力が低いため、第2整流部5には、三相交流のうちの1相と、中点が接続される。なお、整流の方式については、半波整流等の他の整流方式であってもよい。第2整流部5の出力側の第2直流電路DL2では、インダクタンス素子が接続可能なように構成されている。具体的には、第2整流部5の出力側で電路が分離し、片側は切替部であるSW3(開閉器)へ接続され、他端は、切替部であるSW1のb点に接続される。
【0034】
また、SW3の他端は、第2直流電路DL2に接続されており、また、電路の一部が分岐して切替部であるSW2のd点に接続されている。
【0035】
すなわち、SW2のd点と、SW3の他端とは第2直流電路DL2において合流する。このため、SW1においてb点が選択され、SW2においてd点が選択された場合には、第2インダクタンス部L2は、第2直流電路DL2へ接続されることとなる。なお、第2インダクタンス部L2を第2直流電路DL2へ接続する場合には、SW3は開とされる。このように第2直流電路DL2にインダクタンス成分が設けられることによって電流の変動を抑制して力率を改善することが可能となる。
【0036】
第2直流電路DL2と、第2整流部5の出力側の接地電路との間に第2コンデンサ部C2が設けられている。そして、第2コンデンサ部C2に対して並列に、第2負荷6が接続されている。第2コンデンサ部C2によって第2直流電路DL2における電圧の脈流成分が低減され、高調波成分が低下された直流電圧が第2負荷6へ供給される。
【0037】
このように、図1の電力変換装置1は、切替部であるSW1、SW2、及びSW3により、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2における接続状態を切り替えることができる。具体的には、切替部により、第1接続状態と第2接続状態とを切り替えることができる。
【0038】
第1接続状態とは、図2に示すように、第1整流部3と第1コンデンサ部C1との間の第1直流電路DL1に、並列接続された第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2を直列に接続する状態である。
【0039】
すなわち、SW1においてa点が選択され、SW2においてc点が選択され、SW3は閉とされる。このため、メイン回路MCでは、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とが並列接続されて、第1整流部3と第1コンデンサ部C1の間の第1直流電路DL1に接続される。サブ回路SCでは、SW1においてb点が開放され、SW2においてd点が開放されているため、第2整流部5の出力側の第2直流電路DL2では、インダクタンス成分を介さずに第2コンデンサ部C2へ接続される。
【0040】
第2接続状態とは、図3に示すように、第1直流電路DL1に第1インダクタンス部L1を直列に接続するとともに、第2整流部5と第2コンデンサ部C2との間の第2直流電路DL2に第2インダクタンス部L2を直列に接続する状態である。
【0041】
すなわち、SW1においてb点が選択され、SW2においてd点が選択され、SW3は開とされる。このため、メイン回路MCでは、第1インダクタンス部L1が、第1整流部3と第1コンデンサ部C1の間の第1直流電路DL1に接続される。サブ回路SCでは、第2インダクタンス部L2が、第2整流部5と第2コンデンサ部C2の間の第2直流電路DL2に接続される。
【0042】
このように、第1接続状態と第2接続状態とが切り替え可能となっているため、例えば電力変換装置1の運転状態に応じて、接続状態を適切な状態へ切り替えることが可能となる。
【0043】
制御部7は、第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2の接続状態の切り替えを制御する。なお、接続状態を手動で切り替えることとしてもよい。
【0044】
制御部7は、例えば、図示しないCPU(中央演算装置)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
【0045】
制御部7は、メイン回路MCに供給される第1電流に対するサブ回路SCに供給される第2電流の割合(以下、「電流割合」という。)に基づいて、切替部を制御する。すなわち、電流割合は、第2電流を第1電流で割ること(第2電流/第1電流)によって算出される。具体的には、制御部7は、電流割合が閾値未満の場合に、切替部を制御して第1接続状態とし、電流割合が閾値以上の場合に、切替部を制御して第2接続状態とする。閾値は、第1電流に対する第2電流の割合において、所望の力率改善要求を満たすように設定される。
【0046】
なお、本実施形態では、第2負荷6に供給する電流は一定とみなすことができる場合について説明する。すなわち、第2電流を一定とみなすことで、電流割合を第1電流のみによって決定することができる。なお、このような場合には、閾値を、電流割合の閾値に対応する第1電流の電流値として設定することとしてもよい。
【0047】
図1に示すように、メイン回路MCは第1負荷4(圧縮機モータ)へ電力を供給しており、サブ回路SCは第2負荷6(ファンモータ)へ電力を供給している。第1負荷4が要求する最大電流は、第2負荷6が要求する最大電流よりも大きい。例えば、メイン回路MCに流れる電流は5Aほどとなり、サブ回路SCに流れる電流は1Aとなる。このように、電流割合が低い場合には、メイン回路MCにおいてインダクタンス成分が接続され力率改善を行うことで全体の力率を向上させることができる。一方で、メイン回路MCに流れる電流が低下した場合(例えば1A)には、電流割合が高くなる。このような場合には、サブ回路SCにおける力率悪化の影響が大きくなる。
【0048】
このため、制御部7では、電流割合に基づいて接続状態を切り替える。具体的には、制御部7は、電流割合が閾値未満の場合に、SW1をa点へ接続し、SW2をc点へ接続し、SW3を閉とする。このようにして、電流割合が閾値未満の場合には、第1接続状態とする。また、電流割合が閾値以上の場合に、SW1をb点へ接続し、SW2をd点へ接続し、SW3を開とする。このようにして、電流割合が閾値以上の場合には、第2接続状態とする。
【0049】
ここで、圧縮機モータでは電流が変動するものの、ファンモータでは電流の変動が小さくほぼ一定とみなすことが可能である。このため、第2負荷6は電流変動が小さい(消費電力変動が小さい)場合には、第1整流部3に流入する電流として図1のImで電流値を取得することにより第1電流を取得し、第2電流は変動していないと仮定することで、Imの電流取得のみで電流割合を求めることが可能となる。すなわち、Imで計測した第1電流に対して、一定と仮定した第2電流を割合として算出することで、電流割合を算出することができる。
【0050】
なお、第2電流を変動していないと仮定した場合には、図1のIcで電流を取得し、第1電流を推定することとしてもよい。すなわち、Icで取得した電流から、一定と仮定した第2電流を減算することで第1電流を算出することができる。なお、第2電流を一定と仮定しない場合には、図1のIsで電流を取得することとしてもよい。
【0051】
次に、上述の制御部7による切替制御処理について図4を参照して説明する。図4には、切替部であるSW1、SW2、及びSW3の接続状態と、第1電流及び第2電流の状態を示している。交流電源2のONから交流電源OFFまでの期間T1からT3における切替部の状態を示している。なお、第2電流は変動が小さく一定とみなす場合を例示し、電流割合が閾値となる第1電流の値をIthとして示している。
【0052】
期間T1のように第1電流が小さく、電流割合以上の場合には、SW1はb点に接続され、SW2はd点に接続され、SW3は開とされる。すなわち、期間T1では第2接続状態となっている。
【0053】
第1電流が増加して期間T2に達すると、電流割合が閾値未満となる(第1電流がIthに達する)ため、SW1はa点に接続され、SW2はc点に接続され、SW3は閉とされる。すなわち、期間T2では第1接続状態となる。
【0054】
第1電流が低下して期間T3に達すると、電流割合が閾値以上となり、SW1はb点に接続され、SW2はd点に接続され、SW3は開とされる。すなわち、期間T3では第2接続状態となる。
【0055】
このように、電流割合が閾値未満であり、第1電流に対して第2電流が相対的に大きい場合には、メイン回路MCに第1インダクタンス部L1が接続され、サブ回路SCに第2インダクタンス部L2が接続されるため、電力変換装置1全体として力率を向上させることができる。
【0056】
また、電流割合が閾値以上であり、第1電流に対して第2電流が相対的に小さい場合には、メイン回路MCに第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンスが接続されるため、電力変換装置1全体として力率を向上させることができる。
【0057】
次に、力率改善の効果について図5を参照して説明する。図5では、参考例に係る電力変換装置と本実施形態に係る電力変換装置1における力率比較を示している。参考例とは、図6のように、メイン回路に力率改善用のインダクタンス部Lrを設け、サブ回路にインダクタンス成分を設けない場合とする。
【0058】
図5のように、第1電流がIthより大きいの場合(電流割合が閾値未満の場合)には、大きな電流がメイン回路に流れ、参考例に係る電力変換装置でも本実施形態に係る電力変換装置1でもメイン回路側に力率改善用のインダクタンス成分を設けているため、同様の力率改善効果となる。
【0059】
一方で、第1電流がIth以下の場合(電流割合が閾値以上の場合)には、第1電流に対する第2電流の割合が大きくなるため、サブ回路における力率の影響が大きくなる。このような場合には、本実施形態に係る電力変換装置1では、第2接続状態として、サブ回路にも力率改善用のインダクタンス成分を設ける。このため、図5のように、電流割合が閾値以上の場合の領域において、本実施形態に係る電力変換装置1の方が参考例に係る電力変換装置よりも力率を向上させることが可能となる。
【0060】
なお、電流割合が閾値以上の領域(第1電流が小さい領域)において、交流電源2から入出力される電流と電圧の時間変化の特性は、図7及び図8となる。図7は、参考例に係る電力変換装置の特性の一例を示し、図8は、本実施形態に係る電力変換装置1の特性の一例を示している。
【0061】
参考例に係る電力変換装置では、図7に示すように、半周期に交流電圧が変化するうちに、電流が大きく変化する。一方で、本実施形態に係る電力変換装置1では、図8のように、半周期に交流電圧が変化するうちに電流が変化する。図8に示すように、本実施形態に係る電力変換装置1では、参考例と比較して、電流変化を抑制できている。このため、参考例に係る電力変換装置と比較して、本実施形態に係る電力変換装置1の方が、第1電流に対する第2電流の割合が低い状態において、効果的に力率を改善することが可能となる。
【0062】
次に、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2における仕様について説明する。
電流割合が低い場合には、第2電流と比較して第1電流が大きいため、第1接続状態となる。この場合には、第1直流電路DL1において、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とが並列接続されている。すなわち、第1整流部3から出力された電流は、等分されて第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2のそれぞれに流入する。このため、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2は、メイン回路MCに流れると想定される最大の電流値(第1負荷4が必要とする最大電流値)の半分の電流値を許容できるような定格電流のインダクタンス素子が選定される。このため、第1直流電路DL1に1つのインダクタンス素子を設ける場合と比較して、第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2とでは、それぞれ電流容量を半分程度にすることができる。
【0063】
例えば、図6のような参考例における電力変換装置のインダクタンス部Lrを3mHとすると、図1の電力変換装置1の第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2は、第1接続状態において並列接続されたときに3mHとなるように、それぞれ6mHと設定される。しかしながら、第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2は、並列接続されるため、インダクタンス部Lrと比較して、電流容量を半分程度とすることができる。すなわち、第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2のそれぞれは、インダクタンス部Lrと比較して、同程度のサイズ(インダクタンス素子の物理的なサイズ)とすることができる。そしてさらに、本実施形態に係る電力変換装置1では、サブ回路SCにおいても第2インダクタンス部L2を設けることが可能である。このため、参考例に係る電力変換装置と比較して、力率改善効果をより向上させることが可能である。このため、インダクタンス部Lrが3mHである場合には、力率改善効果が高いことを加味して、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とを並列接続されたときの合成インダクタンス値が3mHよりも小さくなるように設定してもよい。例えば、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2をそれぞれ5mH程度(並列接続されたときには、2.5mH)としてもよい。このようにすることで、インダクタンス素子のサイズをさらに低減することが可能となる。
【0064】
一方で、電流割合が低く、第1直流電路DL1において並列接続された第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2を直列に設けるため、所望の力率改善要求を満たすように、インダクタンス値が設定され、該インダクタンス値となるように、並列接続される第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2のそれぞれのインダクタンス値が設定される。
【0065】
このように第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2の仕様が設定された場合に、電流割合が高くなる(第1電流が小さくなる)と、第2接続状態とされる。第2接続状態では、第1直流電路DL1に第1インダクタンス部L1が設けられ、第2直流電路DL2に第2インダクタンス部L2が設けられる。このような場合には、メイン回路MCにおいては第1電流が小さいため第1インダクタンス部L1に流れる電流は、定格電流を満たす。すなわち、メイン回路MCでは、適切な仕様のインダクタンス成分を用いて力率改善を行うことができる。また、サブ回路SCに第2インダクタンス部L2が設けられるため、サブ回路SCにおける力率改善を行うこともできる。
【0066】
このように第1接続状態と第2接続状態とを切り替えることで、メイン回路MC及びサブ回路SCにおける力率改善のためのインダクタンス成分を電力変換装置1に運転状態に応じて適切に接続することが可能となる。
【0067】
次に、第2インダクタンス部L2の発熱抑制について説明する。
インダクタンス素子では、大きな電流が継続的に流れると、発熱が発生する。発熱が発生すると、素子の劣化等を招く場合がある。このため、インダクタンス素子においては発熱が抑制されることが好ましい。
【0068】
このため、制御部7は、第2接続状態である場合に、第2インダクタンス部L2の温度が所定値以上となった場合、または第2インダクタンス部L2において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合に、第2インダクタンス部L2を短絡させる。第2インダクタンス素子における発熱発生は、第2インダクタンス部L2の温度を取得(計測)して温度が所定値以上となったか否かによって検知することができる。閾値は、例えば、インダクタンス素子の動作温度範囲の上限に所定の余裕度を加味して設定される。また、第2インダクタンス素子における発熱発生は、第2インダクタンス部L2において所定電流値以上の電流が所定時間以上継続的に流入したか否かによって検知することができる。インダクタンス素子の発熱は電流値と時間に依る。このため、温度が該閾値に達する場合における電流及び時間の条件に基づいて、所定電流及び所定時間が設定される。
【0069】
このように第2インダクタンス部L2の発熱が検知されると、SW3を閉とすることによって、第2インダクタンス部L2を短絡させる。第2インダクタンス部L2を短絡させることによって、第2インダクタンス部L2に流れる電流を低下させ、発熱を抑制する。第2インダクタンス部L2を休ませることで、素子の不具合発生を抑制する。
【0070】
以上説明したように、本実施形態に係る電力変換装置1及び空気調和装置によれば、メイン回路MCにおいて第1整流部3と第1コンデンサとが設けられており、サブ回路SCにおいて第2整流部5と第2コンデンサとことが設けられており、メイン回路MCとサブ回路SCとでは同一の交流電源2を用いている。そして、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2とが設けられており、切替部によって第1接続状態と第2接続状態とを切替可能とされている。具体的には、第1接続状態では、第1整流部3と第1コンデンサ部C1との間の第1直流電路DL1に、並列接続された第1インダクタンス部L1及び第2インダクタンス部L2が直列に接続される。また、第2接続状態では、第1直流電路DL1に第1インダクタンス部L1が直列に接続されるとともに、第2整流部5と第2コンデンサ部C2との間の第2直流電路DL2に第2インダクタンス部L2が直列に接続される。このように、第1接続状態では、メイン回路MCの力率を効果的に向上させることができ、第2接続状態では、メイン回路MC及びサブ回路SCの両方で力率を向上させることが可能となる。このように接続状態を変化させることができるため、電力変換装置1の運転状態に応じて適切に力率を向上させることが可能となる。
【0071】
また、割合が閾値未満の場合には、第1電流に対する第2電流の割合が低い場合であるため、第1接続状態とすることによって、第1電流が流れるメイン回路MCにおける力率を効果的に向上させることが可能となる。また、割合が閾値以上の場合には、第1電流に対する第2電流の割合が高い場合であるため、第2接続状態とすることによって、第1電流が流れるメイン回路MCにおける力率の低下を防止しつつ、第2電流が流れるサブ回路SCの力率についても改善することが可能となる。
【0072】
また、第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2として設けることによって、1つのインダクタンス部として設ける場合と比較して、部品配置の自由度の向上が期待できる。
【0073】
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
【0074】
例えば、サブ回路SCを複数設けることとしてもよい。この場合には、例えば、三相交流のうちの1相と、中点とに第3コンバータ回路が接続される。第3コンバータ回路は、第2コンバータ回路と同様の構成であり、具体的には、交流電源2からの入力電圧を整流する第3整流部と、第3整流部に並列に接続された第3コンデンサ部とを有し、第3負荷へ電力を供給する。第3負荷についても第1負荷4より最大電流が小さいものとする。
【0075】
第3コンバータ回路を設ける場合には、第3インダクタンス部も設けられ、切替部は、第2接続状態において、第1直流電路DL1に第1インダクタンス部L1を直列に接続するとともに、第2直流電路DL2に第2インダクタンス部L2を直列に接続し、第3整流部と第3インダクタンス部との間の第3直流電路に第3インダクタンス部を直列に接続する。すなわち、メイン回路MCと各サブ回路SCにおいて力率改善のためのインダクタンス成分が設けられるため、電力変換装置1全体として力率改善を行うことが可能となる。なお、複数のサブ回路SCを設ける場合には、メイン回路MCに流れる電流に対する各サブ回路SCに流れる電流の合計の割合を電流割合として、該電流割合が閾値以上か否かで第1接続状態と第2接続状態が切り替えられることとすればよい。
【0076】
なお、サブ回路SCを複数設ける場合には、第1接続状態では、例えば第1インダクタンス部L1と第2インダクタンス部L2と第3インダクタンス部とが並列接続され、第1直流電路DL1に設けられる。
【0077】
また、サブ回路SCを複数設ける場合には、一部のサブ回路SCに力率改善のためのインダクタンス成分を設けることが可能な構成としてもよい。例えば、複数のサブ回路SCのうち、流れる電流が相対的に小さいサブ回路SCについては、力率への影響度が低いため、インダクタンス成分を設けなくてもよい。
【符号の説明】
【0078】
1 :電力変換装置
2 :交流電源
3 :第1整流部
4 :第1負荷
5 :第2整流部
6 :第2負荷
C1 :第1コンデンサ部
C2 :第2コンデンサ部
DL1 :第1直流電路
DL2 :第2直流電路
L1 :第1インダクタンス部
L2 :第2インダクタンス部
MC :メイン回路
SC :サブ回路
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8