JP2019022344A - アクティブフィルタシステム、空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
高調波発生負荷器(2)に出力が接続され、該高調波発生負荷器(2)の高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を行うための補償電流を出力可能な第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)を備え、
前記第2アクティブフィルタ装置(42)は、前記第1アクティブフィルタ装置(41)の出力が上限に達し、且つ前記補償電流の供給が更に必要な場合に稼働することを特徴とするアクティブフィルタシステムである。
前記第1アクティブフィルタ装置(41)と前記第2アクティブフィルタ装置(42)とは容量が同じであることを特徴とするアクティブフィルタシステムである。
前記高調波発生負荷器(2)は、電力変換装置であることを特徴とするアクティブフィルタシステムである。
前記補償電流を出力可能で且つ前記第1アクティブフィルタ装置(41)と容量が同じである、別のアクティブフィルタ装置(43)を更に1又は2台以上備え、
前記別のアクティブフィルタ装置(43)は、前記第2アクティブフィルタ装置(42)の出力が所定値を超えた場合に稼働することを特徴とするアクティブフィルタシステムである。
全アクティブフィルタ装置の中から、前記第1アクティブフィルタ装置(41)として機能するものを順次ローテーションさせて選択することを特徴とするアクティブフィルタシステムである。
前記第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)は、共通の放熱器(72,73)で冷却されることを特徴とする空気調和装置である。
前記放熱器(72,73)は、第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)の熱を、流動する熱媒体と熱交換させるように構成されており、
前記第1アクティブフィルタ装置(41)は、前記第2アクティブフィルタ装置(42)よりも前記熱媒体の下流側において放熱するように、前記放熱器(72,73)が取り付けられていることを特徴とする空気調和装置である。
前記熱媒体は、該空気調和装置の冷媒であることを特徴とする空気調和装置である。
図1は、本発明の実施形態1の空気調和装置(5)を示すブロック図である。空気調和装置(5)は、マンション、工場、ビルや戸建て住宅等(以下、ビル等)に設置され、室内の空気調和(冷房や暖房)を行う。空気調和装置(5)が設置されるビル等には、交流電源(1)を含む電力系統から電力が供給されている。この例では、交流電源(1)は、三相の交流電源(例えば三相の商用電源)である。
空気調和装置(5)は、圧縮機を有した冷媒回路(図示を省略)、電力変換装置(2)、及びアクティブフィルタシステム(4)を備えている。電力変換装置(2)は、交流電源(1)に接続され、交流電力が供給されている。この電力変換装置(2)は、コンバータ回路とインバータ回路とを有している(何れも図示を省略)。電力変換装置(2)に供給された交流電力は、電力変換装置(2)内のインバータ回路等によって、所望周波数及び所望電圧を有した交流電力に変換され、圧縮機(より詳しくは圧縮機が備える電動機)に供給されている。それにより、圧縮機が稼働して冷媒回路が機能し、その結果、室内の空気調和が行われる。
アクティブフィルタシステム(4)は、第1アクティブフィルタ装置(41)と第2アクティブフィルタ装置(42)とを備え、空気調和装置(5)に組み込まれている。第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)は、共通のケーシングに収容されている。これらのアクティブフィルタ装置(41,42)は、電力変換装置(2)に起因して前記受電経路に現れる高調波電流を打ち消すための電流を出力する機能を有する。すなわち、これらのアクティブフィルタ装置(41,42)は、交流電源(1)と電力変換装置(2)とを結ぶ受電経路における電流が正弦波に近づくように電流(以下、補償電流と呼ぶ)を流す。より具体的に、これらのアクティブフィルタ装置(41,42)は、交流電源(1)と空気調和装置(5)を結ぶ受電経路に現れている高調波電流を検出し、検出した高調波電流とは逆位相の補償電流を生成して空気調和装置(5)の受電経路に供給する。なお、後に詳述するように、アクティブフィルタシステム(4)の稼働中は、第1アクティブフィルタ装置(41)は常に稼働(ここでは補償電流の出力の意)し、第2アクティブフィルタ装置(42)は、必要な場合にのみ稼働(ここでは補償電流の出力の意)するように構成されている。
第1及び第2電流源(411,421)は、それぞれ、具体的にはインバータ回路で構成されている。第1及び第2電流源(411,421)は、高調波電流の低減、及び基本波力率改善を行うための電流(すなわち補償電流)を生成する。第1電流源(411)における補償電流の生成を制御するために、第1電流源(411)には、後述するスイッチング指令値(G)が第1制御器(412)から入力されている。同様に、第2電流源(421)には、スイッチング指令値(G)が第2制御器(422)から入力されている。各電流源(411,421)では、スイッチング指令値(G)に応じて、インバータ回路が有するスイッチング素子がスイッチング動作を行って補償電流を生成する。それぞれの電流源(411,421)の出力端子は、電力変換装置(2)の受電経路に接続されており、生成された補償電流は受電経路に出力される。
図2は、第1制御器(412)の構成例を示すブロック図である。第1制御器(412)は、第1電流源(411)の出力電流を制御する。この例では、第1制御器(412)は、ゲートパルス発生器(4121)、電流指令演算部(4122)、第1電流演算部(4123)、第2電流演算部(4124)、及び位相検出部(4125)を備えている。第1制御器(412)は、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。
図3は、第2制御器(422)の構成例を示すブロック図である。第2制御器(422)は、第2電流源(421)の出力電流を制御する。この例では、第2制御器(422)は、ゲートパルス発生器(4221)、電流指令演算部(4222)、第1電流演算部(4223)、第2電流演算部(4224)、位相検出部(4225)、及び動作開始判断部(4226)を備えている。第2制御器(422)も、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。
空気調和装置(5)が起動すると、各アクティブフィルタ装置(41,42)の制御器(412,422)も動作を開始する。それにより、第1アクティブフィルタ装置(41)では、第1電流演算部(4123)が第1の電流値(i1)を算出し、第2電流演算部(4124)が第2の電流値(i2)を算出する。第2の電流値(i2)が求められると、第1アクティブフィルタ装置(41)の第1電流源(411)からは、補償電流が出力される。
補償電流を流す場合に、例えば、同容量の2台のアクティブフィルタ装置をそれぞれ50%の出力で動作せせるよりも、これらの2台のうちの1台のアクティブフィルタ装置に100%の出力をさせた方が効率はよい。それは、電流源を構成するスイッチング素子は、許容される最大電流を流した場合に効率が最もよくなるように設計されるのが一般的だからである。本実施形態では、第1アクティブフィルタ装置(41)を優先的に稼働させており、第1アクティブフィルタ装置(41)が最大電流乃至はそれに近い大きさの電流で利用される可能性が高い。これにより、本実施形態では、効率のよい状態でアクティブフィルタシステム(4)を運用することが可能になる。
本発明の実施形態2では、第2アクティブフィルタ装置(42)の稼働(補償電流の出力)の要否を電力(P)に基づいて判断する例を説明する。図7に、本発明の実施形態2の空気調和装置(5)の構成をブロック図で示す。本実施形態でも、第1アクティブフィルタ装置(41)の容量と、第2アクティブフィルタ装置(42)の容量は同じである。なお、以下では、実施形態1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
以上の構成でも、第1アクティブフィルタ装置(41)からは、補償電流が出力され、その際、電力(P)の値が閾値(Thp)よりも小さい場合には、第2アクティブフィルタ装置(42)からは補償電流は出力されない。すなわち、第2アクティブフィルタ装置(42)は、休止状態である。また、電力(P)の値が閾値(Thp)よりも大きい場合には、第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)の双方から補償電流が出力される。
本実施形態でも、ひとつのアクティブフィルタ装置(41)を他よりも優先的に稼働させており、効率のよい状態でアクティブフィルタシステム(4)を運用することが可能になる。すなわち、本実施形態でも、実施形態1と同様の効果を得ることが可能になる。
図9は、本発明の実施形態3の空気調和装置(5)の構成例を示すブロック図である。この空気調和装置(5)も、圧縮機を有した冷媒回路(図示を省略)、電力変換装置(2)、及びアクティブフィルタシステム(4)を備えている。以下では、実施形態1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
本実施形態の第1、第2、及び第3アクティブフィルタ装置(41,42,43)は、同容量に構成されている。そして、第1アクティブフィルタ装置(41)を第2、及び第3アクティブフィルタ装置(42,43)よりも優先的に稼働させている。また、第2アクティブフィルタ装置(42)は、第3アクティブフィルタ装置(43)よりも優先的に稼働する。そのため、本実施形態でも、効率のよい状態でアクティブフィルタシステム(4)を運用することが可能になる。したがって、本実施形態でも、実施形態1と同様の効果を得ることが可能になる。
本発明の実施形態4では、第2アクティブフィルタ装置(42)の稼働(補償電流の出力)の要否を力率(Pf)に基づいて判断する例を説明する。図10に、実施形態4の空気調和装置(5)の構成をブロック図で示す。この空気調和装置(5)も、圧縮機を有した冷媒回路(図示を省略)、電力変換装置(2)、及びアクティブフィルタシステム(4)を備えている。以下では、実施形態1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
第1及び第2電流源(511,521)は、それぞれ、具体的にはインバータ回路で構成されている。第1及び第2電流源(511,521)は、高調波電流の低減、及び基本波力率改善を行うための電流(すなわち補償電流)を生成する。第1電流源(511)における補償電流の生成を制御するために、第1電流源(511)には、後述するスイッチング指令値(G)が第1制御器(512)から入力されている。同様に、第2電流源(521)には、スイッチング指令値(G)が第2制御器(522)から入力されている。各電流源(511,521)では、スイッチング指令値(G)に応じて、インバータ回路が有するスイッチング素子がスイッチング動作を行って補償電流を生成する。それぞれの電流源(511,521)の出力端子は、電力変換装置(2)の受電経路に接続されており、生成された補償電流は受電経路に出力される。
図11に、実施形態4の第1制御器(512)の構成例を示す。第1制御器(512)は、第1電流源(511)の出力電流を制御する。この例では、第1制御器(512)は、ゲートパルス発生器(5121)、電流指令演算部(5122)、第1電流演算部(5123)、第2電流演算部(5124)、位相検出部(5125)、及び負荷電流演算部(5126)を備えている。第1制御器(512)は、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。第1制御器(512)は、電流検出器(6a,6b)が検出した電源電流(Irs,Its)を入力としている。また、第1制御器(512)は、電流検出器(513a,513b)によって検出された電流(Ir1a,It1a)、すなわち、第1アクティブフィルタ装置(51)に入力される電流値を入力としている。
図12に、実施形態4の第2制御器(522)の構成例を示す。第2制御器(522)は、第2電流源(521)の出力電流を制御する。第2制御器(522)は、ゲートパルス発生器(5221)、電流指令演算部(5222)、第1電流演算部(5223)、第2電流演算部(5224)、位相検出部(5225)、負荷電流演算部(5226)、及び動作開始判断部(5227)を備えている。第2制御器(522)は、例えば、マイクロコンピュータと、それを動作させるためのプログラムを格納したメモリディバイスを用いて構成することができる。第2制御器(522)は、電流検出器(6a,6b)が検出した電源電流(Irs,Its)を入力としている。また、第2制御器(522)は、電流検出器(523a,523b)によって検出された電流(Ir2a,It2a)、すなわち、第2アクティブフィルタ装置(52)に入力される電流値を入力としている。
以上の構成でも、第1アクティブフィルタ装置(51)からは、補償電流が出力され、その際、力率(Pf)が閾値(Thpf)以上の場合には、第2アクティブフィルタ装置(52)からは補償電流は出力されない。すなわち、第2アクティブフィルタ装置(42)は、休止状態である。また、力率(Pf)が閾値(Thpf)を下回った場合には、第1及び第2アクティブフィルタ装置(51,52)の双方から補償電流が出力される。このように補償電流が出力されると、空気調和装置(5)では、電力変換装置(2)に流れる電流に含まれている高調波成分と補償電流とが相殺される。したがって、交流電源(1)から流れる電流は高調波電流が除去された正弦波となり、力率も改善される。
本実施形態でも、ひとつのアクティブフィルタ装置(41)を他よりも優先的に稼働させており、効率のよい状態でアクティブフィルタシステム(4)を運用することが可能になる。すなわち、本実施形態でも、実施形態1と同様の効果を得ることが可能になる。
なお、優先的に動作させるアクティブフィルタ装置は、ローテーションさせてもよい。例えば、定期的に、第1アクティブフィルタ装置(41)として動作するものと、第2アクティブフィルタ装置(42)として動作するものを入れ替えることが考えられる。このようなローテーションを行うには、それぞれのアクティブフィルタ装置に動作開始判断部を設けておくとよい。こうすることで、各アクティブフィルタ装置の稼働時間が均等化される。すなわち、各アクティブフィルタ装置の劣化度合いが均一化される。
4 アクティブフィルタシステム
41 第1アクティブフィルタ装置
42 第2アクティブフィルタ装置
43 第3アクティブフィルタ装置
72 冷媒冷却用ヒートシンク(放熱器)
73 空冷装置(放熱器)
Claims (9)
- 高調波発生負荷器(2)に出力が接続され、該高調波発生負荷器(2)の高調波電流の低減及び基本波力率の改善の少なくとも一方を行うための補償電流を出力可能な第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)を備え、
前記第2アクティブフィルタ装置(42)は、前記第1アクティブフィルタ装置(41)の出力が上限に達し、且つ前記補償電流の供給が更に必要な場合に稼働することを特徴とするアクティブフィルタシステム。 - 請求項1において、
前記第1アクティブフィルタ装置(41)と前記第2アクティブフィルタ装置(42)とは容量が同じであることを特徴とするアクティブフィルタシステム。 - 請求項1又は請求項2において、
前記高調波発生負荷器(2)は、電力変換装置であることを特徴とするアクティブフィルタシステム。 - 請求項1から請求項3の何れかにおいて、
前記補償電流を出力可能で且つ前記第1アクティブフィルタ装置(41)と容量が同じである、別のアクティブフィルタ装置(43)を更に1又は2台以上備え、
前記別のアクティブフィルタ装置(43)は、前記第2アクティブフィルタ装置(42)の出力が所定値を超えた場合に稼働することを特徴とするアクティブフィルタシステム。 - 請求項1から請求項4の何れかにおいて、
全アクティブフィルタ装置の中から、前記第1アクティブフィルタ装置(41)として機能するものを順次ローテーションさせて選択することを特徴とするアクティブフィルタシステム。 - 請求項1から請求項5の何れかのアクティブフィルタシステムを備えたことを特徴とする空気調和装置。
- 請求項6において、
前記第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)は、共通の放熱器(72,73)で冷却されることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項7において、
前記放熱器(72,73)は、第1及び第2アクティブフィルタ装置(41,42)の熱を、流動する熱媒体と熱交換させるように構成されており、
前記第1アクティブフィルタ装置(41)は、前記第2アクティブフィルタ装置(42)よりも前記熱媒体の下流側において放熱するように、前記放熱器(72,73)が取り付けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項8において、
前記熱媒体は、該空気調和装置の冷媒であることを特徴とする空気調和装置。
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