JP4229675B2 - Converter device, air conditioner and grid interconnection system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、降圧及び昇圧して安定した直流電圧を出力するコンバータ装置、このコンバータ装置を備えた空気調和装置及びコンバータ装置を備えた系統連系システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、商用電源の交流電圧を整流した直流電圧を、降圧又は昇圧するコンバータ装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、エンジンにて駆動される圧縮機を有する空気調和装置が知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−4596号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のコンバータ装置では、商用電源のように電圧変動がほとんどない安定した電源を用いるのが前提であり、例えば、空気調和装置の圧縮機を駆動するエンジンを動力源とする発電機のように、電圧が変動する電源を用いる場合は、コンバータ装置の出力電圧も不安定になるおそれが生じる。
【0006】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、入力電圧が変動しても出力電圧の安定化を図るコンバータ装置、コンバータ装置を備えた空気調和装置及びコンバータ装置を備えた系統連系システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、コンバータ装置は、直流電源ラインに、降圧スイッチング素子とリアクトルと第1ダイオードとを順に設け、前記降圧スイッチング素子の出力端に第2ダイオードの出力端を接続し、前記リアクトルの出力端に昇圧スイッチング素子の出力端を接続し、前記第1ダイオードの出力端にコンデンサの出力端を接続してなり、
前記直流電源ラインの出力端における出力電圧を目標直流電圧に近づけるべく、前記直流電源ラインの入力端における入力電圧が、前記目標直流電圧よりも高い所定の第1電圧を上回った場合、この所定の第1電圧よりも低い所定の第2電圧に低下するまで前記降圧スイッチング素子をPWM制御するとともに前記昇圧スイッチング素子をOFF制御し、前記入力電圧が、前記所定の第2電圧を下回った場合、前記所定の第1電圧に上昇するまで前記降圧スイッチング素子をON制御するとともに前記昇圧スイッチング素子をPWM制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【0008】
また、空気調和装置は、上記コンバータ装置と、空調負荷に応じて回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンで駆動される圧縮機と、を備え前記コンバータ装置の入力端に前記エンジンを動力源とする発電機を整流器を介して接続したことを特徴とする。
【0009】
また、系統連系システムは、上記コンバータ装置と、前記コンバータ装置の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、商用電力系統に連携して負荷及び又は前記商用電力系統に電力を供給する系統連系インバータ装置と、を備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づき説明する。
【0016】
図1は、本発明に係る空気調和装置の一例としてのガスエンジン駆動型のヒートポンプ式の空気調和装置の第1実施の形態における冷媒回路等を示す回路図である。
【0017】
この図1に示すように、ヒートポンプ式の空気調和装置10は、室外機11、室内機12及び電力変換装置13を有してなる。この電力変換装置13は、例えば、室外機11に設置される。電力変換装置13は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ装置40と、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に電力を供給するインバータ装置41とを備えている。
【0018】
室外機11は室外に設置される。室外機11の構成を説明すると、室外機11の室外冷媒配管27には圧縮機16が配設されるとともに、この圧縮機16の吸込側にアキュムレータ15が配設され、圧縮機16の吐出側に油分離器17、逆止弁18及び四方弁19が順次配設され、この四方弁19側に室外熱交換器20、室外膨張弁21が順次配設されて構成される。室外熱交換器20には、負圧を利用してこの室外熱交換器20へ外気(空気)を送風する室外ファン22が隣接して配置されている。この室外ファン22は、室外ファンモータ23によって駆動される。室外ファン22は、例えば、軸流ファン(例えば、プロペラファン)である。圧縮機16は、フレキシブルカップリング(ベルト・プーリー)24等を介してガスエンジン25に連結され、このガスエンジン25により駆動される。
【0019】
室内機12は室内に設置され、室内冷媒配管28に室内熱交換器30が配設されるとともに、室内冷媒配管28において室内熱交換器30の近傍に室内膨張弁31が配設されて構成される。上記室内熱交換器30には、これらの室内熱交換器30から室内へ送風する室内ファン32が隣接して配置されている。この室内ファン32は、室内ファンモータ33によって駆動される。室内ファン32は、例えば、クロスフローファンである。
【0020】
室外機11は、不図示の制御装置により運転制御される。具体的に、制御装置により室外機11におけるガスエンジン25(即ち圧縮機16)の回転数、四方弁19の切り換え、室外ファン22の回転数及び室外膨張弁21の開度等がそれぞれ制御される。
【0021】
ガスエンジン25(即ち圧縮機16)は、空調負荷に応じて回転数が制御される。つまり、空調負荷が低負荷状態であればガスエンジン25(即ち圧縮機16)の回転数を低下させる制御が行われ、空調負荷が高負荷状態であればガスエンジン25(即ち圧縮機16)の回転数を増加させる制御が行われる。
【0022】
また、四方弁19が切り換えられることにより、空気調和装置10が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、四方弁19を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器20が凝縮器に、室内熱交換器27が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内熱交換器27が室内を冷房する。また、四方弁19を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器27が凝縮器に、室外熱交換器20が蒸発器になって暖房運転状態となり、室内熱交換器27が室内を暖房する。
【0023】
圧縮機16を駆動するガスエンジン23には、商用電源39以外の電源としての発電機38が接続されている。つまり、発電機38は、フレキシブルカップリング(ベルト・プーリー)26等を介してガスエンジン25に連結され、このガスエンジン25を動力源として発電するものである。例えば、この発電機25は、ガスエンジン25の駆動により、三相交流電圧を発生するものである。
【0024】
電力変換装置13は、三相交流電源の商用電源39、又は発電機38を電源として、空気調和装置10の負荷である室外ファンモータ23に適した交流電圧(例えば、電圧の振幅や周波数)に変換して室外ファンモータ23に電力を供給するものである。
【0025】
図2は、コンバータ装置40を含む電力変換装置13の電気回路図である。
【0026】
電力変換装置13は、コンバータ装置40と、インバータ装置41とを備えている。
【0027】
本第1実施の形態において、コンバータ装置40は、変動する交流電圧を入力して安定した所定の直流電圧を出力するAC−DCコンバータである。
【0028】
つまり、コンバータ装置40は、発電機38にて発電された場合の三相交流電圧Vu、Vv、Vwを入力し、整流及び平滑して直流電圧Viに変換するAC−DC変換部43と、この直流電圧Viを入力電圧とし、この入力電圧Viに応じて、出力電圧Voを目標直流電圧に近づけるべく、昇圧又は降圧するDC−DC変換部44と、制御装置45とを備えている。
【0029】
尚、三相交流電圧Vu、Vv、Vwは、それぞれU相電圧、V相電圧、W相電圧に対応している。
【0030】
AC−DC変換部43は、整流器47と、平滑コンデンサ48とを有してなる。整流器47は、6つの整流ダイオードD1〜D6を有し、これら整流ダイオードD1〜D6を三相ブリッジ接続している。
【0031】
具体的に、発電機38からの交流電源ラインL1、L2、L3のそれぞれに、整流器47の各整流ダイオードD1、D3、D5のアノードが接続され、ハイレベルの直流電源ラインL、つまり直流電源ラインLの入力端P1に、整流器47の各整流ダイオードD1、D3、D5のカソードが接続される。また、発電機38からの交流電源ラインL1、L2、L3のそれぞれに、整流器47の各整流ダイオードD2、D4、D6のカソードが接続され、ローレベルの直流電源ラインL’、つまりローレベルの直流電源ラインL’の入力端P2に、整流器47の各整流ダイオードD2、D4、D6のアノードが接続される。
【0032】
平滑コンデンサ48は、ハイレベルの直流電源ラインLの入力端P1及びローレベルの直流電源ラインL’の入力端P2に接続される。
【0033】
これによって、直流電源ラインLの入力端P1(つまり、直流電源ラインL、L’の入力端P1、P2間)には、直流電圧(入力電圧)Viが印加されることとなる。
【0034】
DC−DC変換部44は、降圧スイッチング素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)52を有し、このIGBT52の動作により直流電源ラインLの入力端P1に入力された入力電圧Viを降圧する降圧回路50と、昇圧スイッチング素子であるIGBT53を有し、このIGBT53の動作により直流電源ラインLの入力端P1に入力された入力電圧Viを昇圧する昇圧回路51とを備えている。
【0035】
具体的に、直流電源ラインLに、降圧スイッチング素子であるIGBT52と、リアクトル54と、第1ダイオード55とを順に設け、IGBT52の出力端であるコレクタに第2ダイオード56の出力端であるカソードを接続し、リアクトル54の出力端に昇圧スイッチング素子であるIGBT53の出力端であるエミッタを接続し、第1ダイオード55の出力端であるカソードにコンデンサ57の出力端を接続してなる。
【0036】
本第1実施の形態において、リアクトル54は、降圧回路50及び昇圧回路51に含まれるものである。
【0037】
尚、各IGBT52、53には、電流の逆流の発生に対する保護を行う保護ダイオード58、59がそれぞれ設けられている。さらに、コンデンサ57の出力端Q1には、DC−DC変換部44への電流の逆流を防止する逆流防止ダイオード60が直流電源ラインLに設けられている。そして、図2に示すように、コンバータ装置40の直流電源ラインLの出力端を、逆流防止ダイオード60の出力端Q1’(カソード側)としている。逆流防止ダイオード60における電圧降下は、出力電圧Voに対して無視できる程度に小さいので、直流電源ラインLの出力端Q1’と、点Q1とは略同電位であるといえる。また、直流電源ラインL’の出力端Q2’と点Q2とは、同電位である。
【0038】
制御装置45は、コンバータ装置40、即ちDC−DC変換部44を制御するものである。つまり、制御装置45は、直流電源ラインLの点Q1(即ち、直流電源ラインL、L’の点Q1、Q2間)における出力電圧Voを目標直流電圧Vtに近づけるべく、直流電源ラインLの入力端P1(即ち、直流電源ラインL、L’の入力端P1、P2間)における入力電圧Viに応じて、IGBT52及び53の動作を制御する。
【0039】
制御装置45は、入力電圧Viを検出(つまり、測定)する入力電圧検出部61と、出力電圧Voを検出(つまり、測定)する出力電圧検出部62と、各IGBT52、53にゲート信号であるPWM信号A、Bのそれぞれを出力するドライブ回路63と、このドライブ回路63を動作させるための制御を行うマイクロコンピュータ64とを備えている。
【0040】
このマイクロコンピュータ64には、図示を省略したROMが接続されており、このROMに記憶されている制御プログラムに基づいて、コンバータ装置40、つまりDC−DC変換部44の出力電圧Voを目標直流電圧Vtにすべく、入力電圧Viに応じて各IGBT52、53に出力するPWM信号A、Bの出力を制御するものである。
【0041】
さらに、制御装置45は、フラグFGを0または1に設定する機能を備えている。具体的には、マイクロコンピュータ64がフラグFGを設定し、そのフラグFGの値を記憶するものである。
【0042】
そして、制御装置45は、フラグFGが1であれば、降圧の制御を行い、フラグFGが0であれば、昇圧の制御を行う。
【0043】
具体的に、降圧の制御を行う場合、制御装置45は、IGBT52のゲートにPWM信号Aを出力してIGBT52をPWM制御するとともに、IGBT53のゲートに電圧を印加せず、IGBT53をOFF状態にして昇圧動作を行わないようにIGBT53をOFF制御するものである。このIGBT52のPWM制御、即ち、PWM信号Aのパルス幅の調整(デューティ比の調整)により、降圧の制御が行われる。
【0044】
例えば、図3に示すように、降圧制御を行っている場合、入力電圧Viに応じて出力電圧Voを目標直流電圧Vtにすべく、IGBT52のゲートに入力するPWM信号Aのパルス幅(デューティ比)を調整する。つまり、入力電圧Viが低下してきたらPWM信号AにおけるON期間Xを長くするように、PWM信号Aのパルス幅(デューティ比)を調整する。これによって、出力電圧Voを一定に保つことができる。言い換えれば、入力電圧Viが変動しても、出力電圧Voを一定の電圧に安定して出力することが可能である。
【0045】
また、昇圧の制御を行う場合、制御装置45は、IGBT52のゲートに電圧を印加してIGBT52をON状態にして導通状態にするON制御を行うとともに、IGBT53のゲートにPWM信号Bを出力してIGBT53をPWM制御するものである。このIGBT53のPWM制御、即ち、PWM信号Bのパルス幅の調整(デューティ比の調整)により、昇圧の制御が行われる。
【0046】
例えば、図4に示すように、昇圧制御を行っている場合、入力電圧Viに応じて出力電圧Voを目標直流電圧Vtにすべく、IGBT53のゲートに入力するPWM信号Bのパルス幅(デューティ比)を調整する。つまり、入力電圧Viが上昇してきたらPWM信号BにおけるON期間Yを短くするように、PWM信号Bのパルス幅(デューティ比)を調整する。これによって、出力電圧Voを一定に保つことができる。言い換えれば、入力電圧Viが変動しても、出力電圧Voを一定の電圧に安定して出力することが可能である。
【0047】
つまり、制御装置45は、出力電圧Voを目標直流電圧Vtに近づけるべく、降圧の制御を行う場合は、出力電圧Voに基づいてIGBT52へのPWM信号のデューティ比を調整し、昇圧の制御を行う場合は、出力電圧Voに基づいてIGBT53へのPWM信号のデューティ比を調整している。
【0048】
ここで、例えば、発電機38の発電により生じる電圧、即ち、入力電圧Viが所定電圧以下のときには、負荷であるファンモータ23への電力供給量が著しく低下してしまうので、商用電源39から電力供給できるように、昇圧を行わないようにしてもよい。この所定電圧とは、負荷への電力供給量が著しく低下してしまうような電圧である。
【0049】
図2において、インバータ装置41は、コンバータ装置40の出力電圧Voと、商用電源39を整流して平滑した直流電圧とのうち、いずれか高いほうの直流電圧を、負荷であるファンモータ23に適した交流電圧に変換して、ファンモータ23に電力供給するものである。
【0050】
制御装置45が、例えば、入力電圧Viが所定の電圧(例えば、333[V])以上の場合は降圧、入力電圧Viが所定の電圧(例えば、333[V])未満の(又は下回る)場合は昇圧して出力電圧Voを一定にする制御を行う場合は、入力電圧Viが略所定の電圧(例えば、333[V])のときに、降圧制御及び昇圧制御を頻繁に切り替えるようなことになる。このような、動作を繰り返すと、出力電圧Voが不安定になるおそれが生じる。
【0051】
本第1実施の形態では、制御装置45が、降圧制御及び昇圧制御を頻繁に切り替えるような動作行わないように、昇圧制御から降圧制御に切り替えるときの入力電圧Viとの比較対象である所定の電圧と、降圧制御から昇圧制御に切り替えるときの入力電圧Viとの比較対象である所定の電圧とに電圧差を設けている。
【0052】
以下、コンバータ装置40における制御装置45の制御動作について、図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【0053】
まず、制御装置45は、入力電圧Viを検出(つまり、測定)する(ステップS1)。
【0054】
次いで、制御装置45は、入力電圧Viが、所定の第1電圧VH(例えば、343[V])を上回っているか否かを判別する(ステップS2)。
【0055】
ステップS2の判別において、入力電圧Viが、所定の第1電圧VH(例えば、343[V])を上回っていれば(ステップS2;Yes)、制御装置45は、フラグFGを1に設定し、降圧の制御を開始し(ステップS3)、ステップS1の処理に移行する。つまり、制御装置45は、フラグFGが1であれば、降圧の制御を行う。
【0056】
ステップS2の判別において、入力電圧Viが、所定の第1電圧VH(例えば、343[V])を下回っていれば(ステップS2;No)、制御装置45は、入力電圧Viが、所定の第1電圧VH(例えば、343[V])よりも低い所定の第2電圧VL(例えば、333[V])を下回っているか否かを判別する(ステップS4)。
【0057】
ステップS4の判別において、入力電圧Viが、所定の第2電圧VL(例えば、333[V])を下回っていれば(ステップS2;Yes)、制御装置45は、フラグFGを0に設定し、昇圧の制御を開始し(ステップS5)、ステップS1の処理に移行する。つまり、制御装置45は、フラグFGが0であれば、昇圧の制御を行う。
【0058】
ステップS4の判別において、入力電圧Viが、所定の第2電圧VL(例えば、333[V])を上回っていれば(ステップS4;No)、制御装置45は、フラグFGの値に対応する昇降圧の制御を継続し、ステップS1の処理に移行する。
【0059】
図6は、制御装置45による図5に示す昇降圧の制御動作の概略を示す説明図である。
【0060】
制御装置45は、フラグFGが0であれば昇圧の制御を行い、フラグFGが1であれば降圧の制御を行うものであるが、昇圧の制御を行っているときに、入力電圧Viが所定の第1電圧VHを上回ればフラグFGを1に設定して降圧の制御を行い、降圧の制御を行っているときに、入力電圧Viが所定の第2電圧VLを下回ればフラグFGを0に設定して、昇圧の制御を行うものである。
【0061】
言い換えれば、制御装置45は、直流電源ラインLの出力端Q1における出力電圧Voを目標直流電圧Vtに近づけるべく、直流電源ラインLの入力端P1における入力電圧Viが、所定の第1電圧VHを上回った場合、この所定の第1電圧VHよりも低い所定の第2電圧VLに低下するまでIGBT52を動作させ、入力電圧Viが、所定の第2電圧VLを下回った場合、所定の第1電圧VHに上昇するまでIGBT53を動作させる制御を行う。
【0062】
つまり、昇圧制御から降圧制御に切り替えるときの入力電圧Viとの比較対照である所定の第1電圧VHと、降圧制御から昇圧制御に切り替えるときの入力電圧Viとの比較対照である所定の第2電圧VLとに、電圧差ΔV(=VH−VL)を設けているので、昇圧制御及び降圧制御が頻繁に切り替わって出力電圧Voが不安定になるのを防止することができる。つまり、昇圧制御と降圧制御とを頻繁に切り替えるようなことがないので、制御装置45の制御性が向上し、また、出力電圧Voをより安定に一定の電圧に保つことができる。
【0063】
所定の第1電圧VH及び所定の第2電圧VLは、コンバータ装置40のDC−DC変換部44における電圧降下を勘案し、出力電圧Voの目標である目標直流電圧Vtの値よりも高く設定するのが好ましい。
【0064】
つまり、実際は、DC−DC変換部44にわずかに存在する抵抗成分における電圧降下があるので、この抵抗成分による電圧降下を見込んで所定の第1電圧VH及び所定の第2電圧VLを、出力電圧Voの目標である目標直流電圧Vtの値よりも高く設定している。
【0065】
さらに、電圧差ΔVは、目標直流電圧Vtよりも高い所定の第1電圧VHに達するまでに入力電圧Viを昇圧しても、出力電圧Voが目標直流電圧Vtを中心とする所定の電圧範囲内(例えば、目標直流電圧Vtの2[%]以内)に納まるように設定されるのが好ましい。これによって、昇圧制御と降圧制御とを頻繁に切り替えるようなことがないので、制御装置45の制御性が向上し、また、出力電圧Voをより安定に一定の電圧に保つことができる。
【0066】
以上、本第1実施の形態によれば、ガスエンジン25を動力源とする発電機38により発電される電圧が変動する場合であっても、降圧回路50および昇圧回路51により、安定した一定の直流電圧を出力することができる。
【0067】
また、本第1実施の形態によれば、圧縮機16を駆動するガスエンジン25を動力源とする発電機38により発電した電力を、安定して空気調和装置10の負荷(例えば、ファンモータ23)に供給することができる。つまり、外部電源である商用電源39の電力消費を少なくすることができ、且つ安定した電力を負荷に供給することができる。
【0068】
また、本第1実施の形態によれば、制御装置45が、出力電圧Voを目標直流電圧Vtに近づけるべく、入力電圧Viが、目標直流電圧Vtよりも高い所定の第1電圧VHを上回った場合、この所定の第1電圧VHよりも低い所定の第2電圧VLに低下するまでIGBT52をPWM制御し、入力電圧Viが、所定の第2電圧VLを下回った場合、所定の第1電圧VHに上昇するまでIGBT53をPWM制御し、更に出力電圧Voに基づいて、IGBT52、53へのPWM信号のデューティ比を調整するようにしたことから、入力電圧Viが変動しても、より安定した一定の直流電圧を出力することができる。
【0069】
以上、上記の第1実施の形態では、コンバータ装置40にAC−DC変換部43を含む場合について説明したが、直流電圧を発生する直流電圧発生手段(例えば太陽電池、風力発電など自然エネルギーを利用したものも当然含まれる。)を、このコンバータ装置40に接続する場合は、AC−DC変換部43は省略可能である。
【0070】
また、上記の第1実施の形態では、降圧スイッチング素子として、IGBTを用いる場合について説明したが、これに限るものではなく、別のスイッチング素子、例えば、バイポーラトランジスタ、FET、MOSFET等のいかなるスイッチング素子を用いても構わない。また、昇圧スイッチング素子として、IGBTを用いる場合について説明したが、これに限るものではなく、別のスイッチング素子、例えば、バイポーラトランジスタ、FET、MOSFET等のいかなるスイッチング素子を用いても構わない。
【0071】
また、上記の第1実施の形態では、負荷としてファンモータ23である場合を説明したが、これに限るものではなく、いかなる負荷であっても構わない。
【0072】
また、コンバータ装置40に逆流防止ダイオード60が含まれている場合について説明したが、これに限るものではなく、コンバータ装置40に逆流防止ダイオード60が含まれない場合であってもよい。この場合、直流電源ラインLの出力端は、点Q1となる。
【0073】
次に、第2実施の形態としてのコンバータ装置の電気回路図を図7に示す。
【0074】
この図7において、80は、コンバータ装置であり、図2と同様の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0075】
コンバータ装置80は、変動する交流電圧を入力して安定した所定の直流電圧を出力するAC−DCコンバータである。
【0076】
つまり、コンバータ装置80は、発電機38にて発電された場合の三相交流電圧Vu、Vv、Vwを入力し、整流及び所定の出力電圧に調整するサイリスタ整流部81、昇圧回路51、及び制御装置82を備え、このサイリスタ整流器81の出力端81A、81Bに接続される直流電源ラインL、L’に、サイリスタ整流部81の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ48と、昇圧スイッチング素子であるIGBT53を有してこのIGBT53の動作により直流電源ラインLに入力された直流電圧を昇圧する昇圧回路51とを設けている。
【0077】
サイリスタ整流部81は、6つのサイリスタA1〜A6を有し、これらサイリスタA1〜A6を三相ブリッジ接続している。
【0078】
具体的に、発電機38からの交流電源ラインL1、L2、L3のそれぞれに、サイリスタ整流器81の各サイリスタA1、A3、A5のアノードが接続され、ハイレベルの直流電源ラインLに、サイリスタ整流器81の各サイリスタA1、A3、A5のカソードが接続される。また、発電機38からの交流電源ラインL1、L2、L3のそれぞれに、サイリスタ整流器81の各サイリスタA2、A4、A6のカソードが接続され、ローレベルの直流電源ラインL’に、サイリスタ整流器81の各サイリスタA2、A4、A6のアノードが接続される。
【0079】
制御装置82は、コンバータ装置80を制御するものである。つまり、制御装置82は、交流電源ラインL1〜L3間における線間電圧Vi’(例えば、交流電源ラインL2、L3間の線間電圧Vi’)を入力電圧Vi’とし、直流電源ラインLにおける点Q1の出力電圧Voを目標直流電圧Vtに近づけるべく、入力電圧Vi’に応じて、サイリスタ整流器81(即ち、サイリスタA1〜A6)の点弧のタイミング及びIGBT53の動作を制御する。
【0080】
この入力電圧Vi’は、交流電圧のピーク値である。
【0081】
制御装置82は、入力電圧Vi’を検出(つまり、測定)する入力電圧検出部83と、出力電圧Voを検出(つまり、測定)する出力電圧検出部62と、サイリスタ整流部81のサイリスタA1〜A6におけるゲートへのトリガパルスTの出力、及びIGBT53のゲートへのゲート信号であるPWM信号Bの出力を行うドライブ回路84と、このドライブ回路84を動作させるための制御を行うマイクロコンピュータ85とを備えている。
【0082】
このマイクロコンピュータ85には、図示を省略したROMが接続されており、このROMに記憶されている制御プログラムに基づいて、コンバータ装置80の出力電圧Voを目標直流電圧Vtにすべく、入力電圧Vi’に応じて、サイリスタ整流部81のサイリスタA1〜A6のゲートに出力するトリガパルスT、及びIGBT53に出力するPWM信号Bの出力を制御するものである。
【0083】
さらに、制御装置82は、フラグFGを0または1に設定する機能を備えている。具体的には、マイクロコンピュータ85がフラグFGを設定し、そのフラグFGの値を記憶するものである。
【0084】
そして、制御装置82は、フラグFGが1であれば、降圧の制御を行い、フラグFGが0であれば、昇圧の制御を行う。
【0085】
図8に、サイリスタ整流器81のサイリスタA1〜A6にトリガパルスTを入力したときのターンオン期間(図8中(a)〜(f))と、サイリスタ整流器81に入力される相電圧Vu、Vv、Vw(図8中(g))とを示す。
【0086】
まず、サイリスタ整流器81において、最大の直流電圧を出力する場合について説明する。
【0087】
制御装置82は、まず、図8(a)及び(d)を参照し、U相電圧Vuに対してサイリスタ整流器81の出力端81Aにおける出力電圧を最大にすべく、U相電圧Vuのピーク値よりも早い位相でサイリスタA1及びA4にトリガパルスTuを出力する。これによって、サイリスタA1及びA4は、ターンオン期間Ru中ターンオンしていることになる。次いで、図8(a)及び(f)を参照し、W相電圧Vwに対してサイリスタ整流器81の出力端81Aにおける出力電圧を最大にすべく、W相電圧Vwのピーク値よりも早い位相でサイリスタA1及びA6にトリガパルスTwを出力する。これによって、サイリスタA1及びA6は、ターンオン期間Rw中ターンオンしていることとなる。次いで、図8(c)及び(f)を参照し、V相電圧Vvに対してサイリスタ整流器81の出力端81Aにおける出力電圧を最大にすべく、V相電圧Vvのピーク値よりも早い位相でサイリスタA4及びA6にトリガパルスTvを出力する。これによって、サイリスタA3及びA6は、ターンオン期間Rw中ターンオンしていることになる。以下、図8中(a)〜(f)のごとく、トリガパルスTu、Tv、Twが出力され、各サイリスタA1〜A6が点弧されて、サイリスタ整流器81は、ダイオードを三相ブリッジ接続した場合の出力電圧と同様の直流電圧を出力する。
【0088】
尚、図8中、(a)〜(f)におけるターンオン期間Ru、Rv、Rwの斜線部分は、各相電圧Vu、Vv、Vwは、0にはなっていないが、各相電流が0になる可能性のある領域で、各相電流が0になる場合、対応するサイリスタは、自動的に消弧され、ターンオフ状態となる。
【0089】
次に、サイリスタ整流器81において、降圧する場合について説明する。
【0090】
図9は、制御装置82が各サイリスタA1〜A6に出力するトリガパルスT(Tu、Tv、Tw)のタイミングを示しており、トリガパルスTの出力するタイミングを遅らせれば(具体的には、トリガパルスTの出力する位相を遅らせれば)、サイリスタA1〜A6のターンオン期間R(Ru、Rv、Rw)が短くなり、サイリスタ整流器81の出力端81Aにおける出力電圧である直流電圧は降圧される。図9(a)におけるトリガパルスTmは、サイリスタ整流器81の出力電圧が最大となる場合のトリガパルスTである。
【0091】
つまり、降圧を行う場合、制御装置82は、入力電圧Vi’に応じて出力電圧Voを目標直流電圧Vtにすべく、サイリスタ整流器81に最大出力電圧となるトリガパルスTmのタイミングよりも位相を遅らせたタイミングでトリガパルスTの出力を調整するとともに、IGBT53のゲートに電圧を印加せず、IGBT53をOFF状態にして昇圧動作を行わないようにIGBT53をOFF制御する。
【0092】
昇圧を行う場合、制御装置82は、入力電圧Vi’に応じて出力電圧Voを目標直流電圧Vtにすべく、サイリスタ整流器81に最大出力電圧となるトリガパルスTmのタイミングでトリガパルスTを出力するとともに、IGBT53のゲートにPWM信号Bを出力してIGBT53をPWM制御する。このとき、サイリスタ整流器81を常時ON制御するようにしてもよい。
【0093】
制御装置82は、直流電源ラインLの出力端Q1における出力電圧Voを目標直流電圧Vtに近づけるべく、サイリスタ整流器81に入力される交流電圧Vi’のピーク値が、目標直流電圧Vtよりも高い所定の第3電圧VH’を上回った場合、この所定の第3電圧VH’よりも低い所定の第4電圧VL’に低下するまでサイリスタ整流器82の出力電圧の降圧を調整するとともに昇圧スイッチング素子であるIGBT53をOFF制御し、交流電圧Vi’のピーク値が、所定の第4電圧VL’を下回った場合、所定の第3電圧VH’に上昇するまで、サイリスタ整流器81に最大出力電圧となるトリガパルスTmのタイミングでトリガパルスTを出力するとともに、IGBT53のゲートにPWM信号Bを出力してIGBT53をPWM制御する。
【0094】
この第2実施の形態において、制御装置82は、第1実施の形態における制御装置45の制御動作(図5)を、入力電圧Viを入力電圧Vi’とし、所定の第1電圧VHを所定の第3電圧VH’とし、所定の第2電圧VHを所定の第4電圧VH’とした場合と同様の制御動作を行うものである。
【0095】
以上、第2実施の形態においても、第1実施の形態と同様の効果を奏するものである。
【0096】
また、第3実施の形態として、図10に示すように、コンバータ装置40(80)を系統連系システム100に適用することが可能である。
【0097】
図10において、系統連系システム100は、コンバータ装置40(80)と、コンバータ装置40(80)の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、商用電力系統103に連系して負荷102又は商用電力系統103に電力を供給する系統連系インバータ装置101とを備えている。また、系統連系インバータ装置101と、商用電力系統103との間の電力線には、切換器104が設けられており、この切換器104によって負荷102又は商用電力系統103への電力供給が行われる。このコンバータ装置40(80)の入力側には、電圧変動のある発電機38が設けられており、このコンバータ装置40(80)によって安定した直流電圧が系統連系インバータ101に供給されるものである。
【0098】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0099】
【発明の効果】
本発明によれば、コンバータ装置の入力電圧が変動してもコンバータ装置の出力電圧の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空気調和装置の第1実施の形態における冷媒回路等を示す回路図である。
【図2】第1実施の形態におけるコンバータ装置を含む電力変換装置を示す電気回路図である。
【図3】コンバータ装置の降圧制御を行った場合の説明図である。
【図4】コンバータ装置の昇圧動作を行った場合の説明図である。
【図5】コンバータ装置の制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図6】コンバータ装置の制御装置の制御動作を示す説明図である。
【図7】第2実施の形態におけるコンバータ装置を含む電力変換装置を示す電気回路図である。
【図8】サイリスタ整流部の動作を示す説明図であり、(a)〜(f)は、サイリスタ整流部のサイリスタのターンオン期間及び入力されるトリガパルスを示す図であり、(g)は、各相の入力電圧を示す図である。
【図9】降圧制御する場合のトリガパルスのタイミングを示す図であり、(a)は、出力電圧を最大にする場合であり、(b)は、降圧する場合であり、(c)は、さらに降圧する場合である。
【図10】第3実施の形態における系統連系システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
10 空気調和装置
13 電力変換装置
16 圧縮機
25 ガスエンジン(エンジン)
38 発電機
39 商用電源
40、80 コンバータ装置
45、82 制御装置
50 降圧回路
51 昇圧回路
52 IGBT(降圧スイッチング素子)
53 IGBT(昇圧スイッチング素子)
54 リアクトル
55 第1ダイオード
56 第2ダイオード
57 コンデンサ
81 サイリスタ整流器
L、L’ 直流電源ライン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a converter device that outputs a stable DC voltage by stepping down and boosting, an air conditioner that includes the converter device, and a grid interconnection system that includes the converter device.
[0002]
[Prior art]
In general, a converter device that steps down or boosts a DC voltage obtained by rectifying an AC voltage of a commercial power supply is known (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
There is also known an air conditioner having a compressor driven by an engine.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-4596
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above converter device is premised on the use of a stable power source with little voltage fluctuation, such as a commercial power source, such as a generator that uses an engine that drives a compressor of an air conditioner as a power source. In addition, when a power supply whose voltage varies is used, the output voltage of the converter device may become unstable.
[0006]
An object of the present invention is made in consideration of the above-described circumstances, and includes a converter device that stabilizes an output voltage even when an input voltage fluctuates, an air conditioner including the converter device, and a converter device. The purpose is to provide a grid interconnection system.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  To solve the above problem,In the converter device, a step-down switching element, a reactor, and a first diode are sequentially provided in a DC power supply line, an output end of a second diode is connected to an output end of the step-down switching element, and a step-up switching element is connected to the output end of the reactor And connecting the output terminal of the capacitor to the output terminal of the first diode,
In order to bring the output voltage at the output end of the DC power supply line closer to the target DC voltage, when the input voltage at the input end of the DC power supply line exceeds a predetermined first voltage higher than the target DC voltage, the predetermined voltage PWM control of the step-down switching element and OFF control of the step-up switching element until the voltage drops to a predetermined second voltage lower than the first voltage, and when the input voltage falls below the predetermined second voltage, The step-down switching element is controlled to be ON-controlled until the voltage rises to a predetermined first voltage, and the control means for PWM-controlling the step-up switching element is provided.
[0008]
  In addition, the air conditionerA converter device; an engine whose rotational speed is controlled in accordance with an air conditioning load; and a compressor driven by the engine; and a generator using the engine as a power source at an input end of the converter device via a rectifier. It is characterized by being connected.
[0009]
  Also,Grid interconnection systemthe aboveA converter device, and a grid-connected inverter device that converts a DC voltage, which is an output of the converter device, into an AC voltage and supplies power to the load and / or the commercial power system in cooperation with the commercial power system. It is characterized by.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a refrigerant circuit and the like in a first embodiment of a gas engine driven heat pump type air conditioner as an example of an air conditioner according to the present invention.
[0017]
As shown in FIG. 1, the heat pump type air conditioner 10 includes an outdoor unit 11, an indoor unit 12, and a power conversion device 13. This power converter 13 is installed in the outdoor unit 11, for example. The power conversion device 13 includes a converter device 40 that converts an AC voltage into a DC voltage, and an inverter device 41 that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies power to a load.
[0018]
The outdoor unit 11 is installed outdoors. Explaining the configuration of the outdoor unit 11, the compressor 16 is disposed in the outdoor refrigerant pipe 27 of the outdoor unit 11, and the accumulator 15 is disposed on the suction side of the compressor 16, and the discharge side of the compressor 16 is disposed. The oil separator 17, the check valve 18 and the four-way valve 19 are sequentially arranged, and the outdoor heat exchanger 20 and the outdoor expansion valve 21 are sequentially arranged on the four-way valve 19 side. An outdoor fan 22 that blows outside air (air) to the outdoor heat exchanger 20 by using negative pressure is disposed adjacent to the outdoor heat exchanger 20. The outdoor fan 22 is driven by an outdoor fan motor 23. The outdoor fan 22 is, for example, an axial fan (for example, a propeller fan). The compressor 16 is connected to a gas engine 25 via a flexible coupling (belt / pulley) 24 and the like, and is driven by the gas engine 25.
[0019]
The indoor unit 12 is installed indoors, and an indoor heat exchanger 30 is disposed in the indoor refrigerant pipe 28, and an indoor expansion valve 31 is disposed in the vicinity of the indoor heat exchanger 30 in the indoor refrigerant pipe 28. The An indoor fan 32 that blows air from these indoor heat exchangers 30 to the room is disposed adjacent to the indoor heat exchanger 30. The indoor fan 32 is driven by an indoor fan motor 33. The indoor fan 32 is, for example, a cross flow fan.
[0020]
Operation of the outdoor unit 11 is controlled by a control device (not shown). Specifically, the control device controls the rotational speed of the gas engine 25 (that is, the compressor 16) in the outdoor unit 11, the switching of the four-way valve 19, the rotational speed of the outdoor fan 22, the opening degree of the outdoor expansion valve 21, and the like. .
[0021]
The rotation speed of the gas engine 25 (that is, the compressor 16) is controlled according to the air conditioning load. That is, if the air conditioning load is low, control is performed to reduce the rotational speed of the gas engine 25 (ie, the compressor 16). If the air conditioning load is high, the control of the gas engine 25 (ie, the compressor 16) is performed. Control for increasing the rotational speed is performed.
[0022]
Moreover, the air-conditioning apparatus 10 is set to the cooling operation or the heating operation by switching the four-way valve 19. That is, when the four-way valve 19 is switched to the cooling side, the refrigerant flows as indicated by solid arrows, the outdoor heat exchanger 20 becomes the condenser, the indoor heat exchanger 27 becomes the evaporator, and the cooling operation state is set. A vessel 27 cools the room. When the four-way valve 19 is switched to the heating side, the refrigerant flows as indicated by broken arrows, the indoor heat exchanger 27 becomes a condenser, the outdoor heat exchanger 20 becomes an evaporator, and a heating operation state is established. A device 27 heats the room.
[0023]
A generator 38 as a power source other than the commercial power source 39 is connected to the gas engine 23 that drives the compressor 16. That is, the generator 38 is connected to the gas engine 25 via the flexible coupling (belt / pulley) 26 and the like, and generates electricity using the gas engine 25 as a power source. For example, the generator 25 generates a three-phase AC voltage by driving the gas engine 25.
[0024]
The power conversion device 13 uses a commercial power supply 39 or a generator 38 as a three-phase AC power supply as a power source to generate an AC voltage (for example, voltage amplitude or frequency) suitable for the outdoor fan motor 23 that is a load of the air conditioner 10. The electric power is converted and supplied to the outdoor fan motor 23.
[0025]
FIG. 2 is an electric circuit diagram of the power conversion device 13 including the converter device 40.
[0026]
The power conversion device 13 includes a converter device 40 and an inverter device 41.
[0027]
In the first embodiment, the converter device 40 is an AC-DC converter that inputs a varying AC voltage and outputs a stable predetermined DC voltage.
[0028]
That is, the converter device 40 receives the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw generated by the generator 38, rectifies and smoothes them, and converts them into a DC voltage Vi. A DC voltage Vi is used as an input voltage, and a DC-DC converter 44 that boosts or steps down the output voltage Vo so as to approach the target DC voltage according to the input voltage Vi and a control device 45 are provided.
[0029]
The three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw correspond to the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage, respectively.
[0030]
The AC-DC converter 43 includes a rectifier 47 and a smoothing capacitor 48. The rectifier 47 has six rectifier diodes D1 to D6, and these rectifier diodes D1 to D6 are connected in a three-phase bridge.
[0031]
Specifically, the anodes of the rectifier diodes D1, D3, and D5 of the rectifier 47 are connected to the AC power supply lines L1, L2, and L3 from the generator 38, respectively, and the high-level DC power supply line L, that is, the DC power supply line. The cathodes of the rectifier diodes D1, D3, D5 of the rectifier 47 are connected to the input terminal P1 of L. Further, the cathodes of the rectifier diodes D2, D4, and D6 of the rectifier 47 are connected to the AC power supply lines L1, L2, and L3 from the generator 38, respectively, so that the low-level DC power supply line L ′, that is, the low-level DC power is supplied. The anodes of the rectifier diodes D2, D4, D6 of the rectifier 47 are connected to the input terminal P2 of the power supply line L ′.
[0032]
The smoothing capacitor 48 is connected to the input terminal P1 of the high-level DC power supply line L and the input terminal P2 of the low-level DC power supply line L ′.
[0033]
As a result, a DC voltage (input voltage) Vi is applied to the input terminal P1 of the DC power supply line L (that is, between the input terminals P1 and P2 of the DC power supply lines L and L ′).
[0034]
The DC-DC converter 44 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 52 that is a step-down switching element, and a step-down circuit that steps down the input voltage Vi input to the input terminal P1 of the DC power supply line L by the operation of the IGBT 52. And a booster circuit 51 that boosts the input voltage Vi input to the input terminal P1 of the DC power supply line L by the operation of the IGBT53.
[0035]
Specifically, the DC power supply line L is provided with an IGBT 52 as a step-down switching element, a reactor 54, and a first diode 55 in this order, and a cathode that is an output terminal of the second diode 56 is connected to a collector that is an output terminal of the IGBT 52. The output terminal of the reactor 54 is connected to the emitter that is the output terminal of the IGBT 53 that is a step-up switching element, and the output terminal of the capacitor 57 is connected to the cathode that is the output terminal of the first diode 55.
[0036]
In the first embodiment, the reactor 54 is included in the step-down circuit 50 and the step-up circuit 51.
[0037]
Each of the IGBTs 52 and 53 is provided with protection diodes 58 and 59 for protecting against the occurrence of reverse current flow. Further, a reverse current prevention diode 60 for preventing a reverse current flow to the DC-DC converter 44 is provided in the DC power supply line L at the output terminal Q1 of the capacitor 57. As shown in FIG. 2, the output terminal of the DC power supply line L of the converter device 40 is used as the output terminal Q <b> 1 ′ (cathode side) of the backflow prevention diode 60. Since the voltage drop in the backflow prevention diode 60 is negligibly small with respect to the output voltage Vo, it can be said that the output terminal Q1 'of the DC power supply line L and the point Q1 have substantially the same potential. Further, the output terminal Q2 'and the point Q2 of the DC power supply line L' have the same potential.
[0038]
The control device 45 controls the converter device 40, that is, the DC-DC conversion unit 44. That is, the control device 45 inputs the DC power supply line L in order to bring the output voltage Vo at the point Q1 of the DC power supply line L (that is, between the points Q1 and Q2 of the DC power supply lines L and L ′) closer to the target DC voltage Vt. The operations of the IGBTs 52 and 53 are controlled according to the input voltage Vi at the terminal P1 (that is, between the input terminals P1 and P2 of the DC power supply lines L and L ′).
[0039]
The control device 45 is a gate signal to the input voltage detector 61 that detects (that is, measures) the input voltage Vi, the output voltage detector 62 that detects (that is, measures) the output voltage Vo, and the IGBTs 52 and 53. A drive circuit 63 that outputs each of the PWM signals A and B, and a microcomputer 64 that performs control for operating the drive circuit 63 are provided.
[0040]
A ROM (not shown) is connected to the microcomputer 64. Based on a control program stored in the ROM, the output voltage Vo of the converter device 40, that is, the DC-DC converter 44, is set to the target DC voltage. In order to obtain Vt, the output of the PWM signals A and B output to the IGBTs 52 and 53 is controlled according to the input voltage Vi.
[0041]
Further, the control device 45 has a function of setting the flag FG to 0 or 1. Specifically, the microcomputer 64 sets a flag FG and stores the value of the flag FG.
[0042]
The control device 45 performs step-down control if the flag FG is 1, and performs step-up control if the flag FG is zero.
[0043]
Specifically, when performing step-down control, the control device 45 outputs the PWM signal A to the gate of the IGBT 52 to perform PWM control of the IGBT 52, does not apply a voltage to the gate of the IGBT 53, and turns off the IGBT 53. The IGBT 53 is OFF-controlled so as not to perform the boosting operation. The step-down control is performed by the PWM control of the IGBT 52, that is, the adjustment of the pulse width of the PWM signal A (adjustment of the duty ratio).
[0044]
For example, as shown in FIG. 3, when the step-down control is performed, the pulse width (duty ratio) of the PWM signal A input to the gate of the IGBT 52 in order to set the output voltage Vo to the target DC voltage Vt according to the input voltage Vi. ). That is, when the input voltage Vi decreases, the pulse width (duty ratio) of the PWM signal A is adjusted so that the ON period X in the PWM signal A is lengthened. As a result, the output voltage Vo can be kept constant. In other words, even if the input voltage Vi varies, it is possible to stably output the output voltage Vo to a constant voltage.
[0045]
In addition, when performing boost control, the control device 45 applies ON voltage to the gate of the IGBT 52 to turn on the IGBT 52 to make it conductive, and outputs the PWM signal B to the gate of the IGBT 53. The IGBT 53 is subjected to PWM control. The step-up control is performed by the PWM control of the IGBT 53, that is, the adjustment of the pulse width of the PWM signal B (adjustment of the duty ratio).
[0046]
For example, as shown in FIG. 4, when boost control is performed, the pulse width (duty ratio) of the PWM signal B input to the gate of the IGBT 53 in order to set the output voltage Vo to the target DC voltage Vt according to the input voltage Vi. ). That is, when the input voltage Vi increases, the pulse width (duty ratio) of the PWM signal B is adjusted so as to shorten the ON period Y in the PWM signal B. As a result, the output voltage Vo can be kept constant. In other words, even if the input voltage Vi varies, it is possible to stably output the output voltage Vo to a constant voltage.
[0047]
In other words, the control device 45 adjusts the duty ratio of the PWM signal to the IGBT 52 on the basis of the output voltage Vo when performing step-down control so that the output voltage Vo approaches the target DC voltage Vt, and performs step-up control. In this case, the duty ratio of the PWM signal to the IGBT 53 is adjusted based on the output voltage Vo.
[0048]
Here, for example, when the voltage generated by the power generation of the generator 38, that is, the input voltage Vi is equal to or lower than a predetermined voltage, the amount of power supplied to the fan motor 23 that is a load is significantly reduced. The voltage may not be boosted so that it can be supplied. This predetermined voltage is a voltage that significantly reduces the amount of power supplied to the load.
[0049]
In FIG. 2, the inverter device 41 is suitable for the fan motor 23 that is a load, whichever is higher between the output voltage Vo of the converter device 40 and the DC voltage obtained by rectifying and smoothing the commercial power supply 39. The power is supplied to the fan motor 23 after being converted into an alternating voltage.
[0050]
When the control device 45 is, for example, a step-down when the input voltage Vi is a predetermined voltage (for example, 333 [V]) or higher, and the input voltage Vi is less than (or lower than) the predetermined voltage (for example, 333 [V]) In the case of performing control to increase the output voltage Vo by boosting, the step-down control and the step-up control are frequently switched when the input voltage Vi is a substantially predetermined voltage (for example, 333 [V]). Become. If such an operation is repeated, the output voltage Vo may become unstable.
[0051]
In the first embodiment, the control device 45 does not perform an operation that frequently switches between step-down control and step-up control, and is a predetermined target that is compared with the input voltage Vi when switching from step-up control to step-down control. A voltage difference is provided between the voltage and a predetermined voltage to be compared with the input voltage Vi when switching from step-down control to step-up control.
[0052]
Hereinafter, the control operation of the control device 45 in the converter device 40 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0053]
First, the control device 45 detects (that is, measures) the input voltage Vi (step S1).
[0054]
Next, the control device 45 determines whether or not the input voltage Vi exceeds a predetermined first voltage VH (for example, 343 [V]) (step S2).
[0055]
In step S2, if the input voltage Vi exceeds a predetermined first voltage VH (eg, 343 [V]) (step S2; Yes), the control device 45 sets the flag FG to 1, Step-down control is started (step S3), and the process proceeds to step S1. That is, if the flag FG is 1, the control device 45 performs step-down control.
[0056]
In step S2, if the input voltage Vi is lower than a predetermined first voltage VH (eg, 343 [V]) (step S2; No), the controller 45 determines that the input voltage Vi is a predetermined first voltage. It is determined whether or not the voltage is lower than a predetermined second voltage VL (for example, 333 [V]) lower than one voltage VH (for example, 343 [V]) (step S4).
[0057]
If it is determined in step S4 that the input voltage Vi is lower than a predetermined second voltage VL (eg, 333 [V]) (step S2; Yes), the control device 45 sets the flag FG to 0, Boost control is started (step S5), and the process proceeds to step S1. That is, if the flag FG is 0, the control device 45 controls boosting.
[0058]
If it is determined in step S4 that the input voltage Vi exceeds a predetermined second voltage VL (eg, 333 [V]) (step S4; No), the control device 45 moves up and down corresponding to the value of the flag FG. The pressure control is continued and the process proceeds to step S1.
[0059]
6 is an explanatory diagram showing an outline of the control operation of the step-up / step-down shown in FIG.
[0060]
The control device 45 performs boost control when the flag FG is 0, and performs step-down control when the flag FG is 1, while the input voltage Vi is a predetermined value during the step-up control. If the voltage exceeds the first voltage VH, the flag FG is set to 1 to perform step-down control. When the step-down control is performed, the flag FG is set to 0 if the input voltage Vi falls below the predetermined second voltage VL. It is set to control boosting.
[0061]
In other words, the control device 45 causes the input voltage Vi at the input terminal P1 of the DC power supply line L to be equal to the predetermined first voltage VH in order to bring the output voltage Vo at the output terminal Q1 of the DC power supply line L closer to the target DC voltage Vt. When the voltage exceeds the predetermined second voltage VL lower than the predetermined first voltage VH, the IGBT 52 is operated. When the input voltage Vi falls below the predetermined second voltage VL, the predetermined first voltage Control is performed to operate the IGBT 53 until it rises to VH.
[0062]
That is, a predetermined first voltage VH that is a comparison with the input voltage Vi when switching from the step-up control to the step-down control and a predetermined second that is a comparison between the input voltage Vi when switching from the step-down control to the step-up control. Since the voltage difference ΔV (= VH−VL) is provided to the voltage VL, it is possible to prevent the output voltage Vo from becoming unstable due to frequent switching between the step-up control and the step-down control. That is, since there is no frequent switching between step-up control and step-down control, the controllability of the control device 45 is improved, and the output voltage Vo can be maintained at a constant voltage more stably.
[0063]
The predetermined first voltage VH and the predetermined second voltage VL are set to be higher than the value of the target DC voltage Vt that is the target of the output voltage Vo in consideration of the voltage drop in the DC-DC converter 44 of the converter device 40. Is preferred.
[0064]
That is, in reality, there is a voltage drop in the resistance component that is slightly present in the DC-DC conversion unit 44, and therefore the predetermined first voltage VH and the predetermined second voltage VL are output to the output voltage in anticipation of the voltage drop due to the resistance component. It is set higher than the value of the target DC voltage Vt that is the target of Vo.
[0065]
Furthermore, even if the input voltage Vi is boosted before the voltage difference ΔV reaches the predetermined first voltage VH higher than the target DC voltage Vt, the output voltage Vo is within a predetermined voltage range centered on the target DC voltage Vt. It is preferably set so as to fall within (for example, within 2 [%] of the target DC voltage Vt). As a result, there is no frequent switching between step-up control and step-down control, so that the controllability of the control device 45 is improved, and the output voltage Vo can be maintained at a constant voltage more stably.
[0066]
As described above, according to the first embodiment, even when the voltage generated by the generator 38 using the gas engine 25 as a power source fluctuates, the step-down circuit 50 and the step-up circuit 51 provide a stable and constant value. A DC voltage can be output.
[0067]
Further, according to the first embodiment, the power generated by the generator 38 that uses the gas engine 25 that drives the compressor 16 as a power source is stably supplied to the load (for example, the fan motor 23) of the air conditioner 10. ) Can be supplied. That is, the power consumption of the commercial power supply 39, which is an external power supply, can be reduced, and stable power can be supplied to the load.
[0068]
Further, according to the first embodiment, the control device 45 causes the input voltage Vi to exceed the predetermined first voltage VH higher than the target DC voltage Vt so that the output voltage Vo approaches the target DC voltage Vt. In this case, the IGBT 52 is PWM-controlled until the voltage drops to a predetermined second voltage VL lower than the predetermined first voltage VH. When the input voltage Vi falls below the predetermined second voltage VL, the predetermined first voltage VH Since the IGBT 53 is PWM-controlled until it rises to a higher value, and the duty ratio of the PWM signal to the IGBTs 52 and 53 is adjusted based on the output voltage Vo, even if the input voltage Vi fluctuates, it is more stable and constant. DC voltage can be output.
[0069]
As described above, in the first embodiment, the case where the converter device 40 includes the AC-DC conversion unit 43 has been described. However, a DC voltage generating unit that generates a DC voltage (for example, using natural energy such as a solar cell or wind power generation). Of course, the AC-DC converter 43 can be omitted when the converter device 40 is connected.
[0070]
In the first embodiment, the IGBT is used as the step-down switching element. However, the present invention is not limited to this, and any other switching element such as a bipolar transistor, FET, or MOSFET can be used. May be used. Moreover, although the case where IGBT was used as a step-up switching element was demonstrated, it is not restricted to this, Any switching elements, such as a bipolar transistor, FET, MOSFET, etc., may be used.
[0071]
In the first embodiment, the fan motor 23 is described as the load. However, the present invention is not limited to this, and any load may be used.
[0072]
Moreover, although the case where the backflow prevention diode 60 was included in the converter apparatus 40 was demonstrated, it is not restricted to this, The case where the backflow prevention diode 60 is not included in the converter apparatus 40 may be sufficient. In this case, the output end of the DC power supply line L is a point Q1.
[0073]
Next, an electric circuit diagram of the converter device as the second embodiment is shown in FIG.
[0074]
In FIG. 7, reference numeral 80 denotes a converter device, and the same parts as those in FIG.
[0075]
The converter device 80 is an AC-DC converter that inputs a varying AC voltage and outputs a stable predetermined DC voltage.
[0076]
That is, the converter device 80 receives the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw generated by the generator 38, rectifies and adjusts the voltage to a predetermined output voltage, the booster circuit 51, and the control The DC power supply lines L and L ′ connected to the output terminals 81A and 81B of the thyristor rectifier 81 are provided with a smoothing capacitor 48 that smoothes the output voltage of the thyristor rectifier 81 and an IGBT 53 that is a boost switching element. And a booster circuit 51 that boosts the DC voltage input to the DC power supply line L by the operation of the IGBT 53.
[0077]
The thyristor rectifier 81 has six thyristors A1 to A6, and these thyristors A1 to A6 are connected in a three-phase bridge.
[0078]
Specifically, the anodes of the thyristors A1, A3, and A5 of the thyristor rectifier 81 are connected to the AC power supply lines L1, L2, and L3 from the generator 38, and the thyristor rectifier 81 is connected to the high-level DC power supply line L. Are connected to the cathodes of the thyristors A1, A3, A5. In addition, the cathodes of the thyristors A2, A4, and A6 of the thyristor rectifier 81 are connected to the AC power supply lines L1, L2, and L3 from the generator 38, and the thyristor rectifier 81 is connected to the low-level DC power supply line L ′. The anodes of the thyristors A2, A4, A6 are connected.
[0079]
The control device 82 controls the converter device 80. That is, the control device 82 sets the line voltage Vi ′ between the AC power supply lines L1 to L3 (for example, the line voltage Vi ′ between the AC power supply lines L2 and L3) as the input voltage Vi ′ and sets the point in the DC power supply line L. In order to bring the output voltage Vo of Q1 close to the target DC voltage Vt, the timing of ignition of the thyristor rectifier 81 (that is, thyristors A1 to A6) and the operation of the IGBT 53 are controlled according to the input voltage Vi ′.
[0080]
This input voltage Vi 'is the peak value of the AC voltage.
[0081]
The control device 82 includes an input voltage detector 83 that detects (that is, measures) the input voltage Vi ′, an output voltage detector 62 that detects (that is, measures) the output voltage Vo, and the thyristors A1 to A1 of the thyristor rectifier 81. A drive circuit 84 that outputs a trigger pulse T to the gate in A6 and outputs a PWM signal B that is a gate signal to the gate of the IGBT 53, and a microcomputer 85 that performs control for operating the drive circuit 84 I have.
[0082]
The microcomputer 85 is connected to a ROM (not shown). Based on a control program stored in the ROM, the input voltage Vi is set so that the output voltage Vo of the converter device 80 becomes the target DC voltage Vt. According to ', the trigger pulse T output to the gates of the thyristors A1 to A6 of the thyristor rectifier 81 and the output of the PWM signal B output to the IGBT 53 are controlled.
[0083]
Further, the control device 82 has a function of setting the flag FG to 0 or 1. Specifically, the microcomputer 85 sets a flag FG and stores the value of the flag FG.
[0084]
The control device 82 performs step-down control if the flag FG is 1, and performs step-up control if the flag FG is zero.
[0085]
FIG. 8 shows a turn-on period ((a) to (f) in FIG. 8) when the trigger pulse T is input to the thyristors A1 to A6 of the thyristor rectifier 81, and the phase voltages Vu, Vv, Vw ((g) in FIG. 8).
[0086]
First, the case where the thyristor rectifier 81 outputs the maximum DC voltage will be described.
[0087]
First, referring to FIGS. 8A and 8D, the control device 82 refers to the peak value of the U-phase voltage Vu so as to maximize the output voltage at the output terminal 81A of the thyristor rectifier 81 with respect to the U-phase voltage Vu. The trigger pulse Tu is output to the thyristors A1 and A4 at an earlier phase. As a result, the thyristors A1 and A4 are turned on during the turn-on period Ru. Next, referring to FIGS. 8A and 8F, in order to maximize the output voltage at the output terminal 81A of the thyristor rectifier 81 with respect to the W-phase voltage Vw, the phase is earlier than the peak value of the W-phase voltage Vw. A trigger pulse Tw is output to thyristors A1 and A6. As a result, the thyristors A1 and A6 are turned on during the turn-on period Rw. Next, referring to FIGS. 8C and 8F, in order to maximize the output voltage at the output terminal 81A of the thyristor rectifier 81 with respect to the V-phase voltage Vv, the phase is earlier than the peak value of the V-phase voltage Vv. A trigger pulse Tv is output to thyristors A4 and A6. As a result, the thyristors A3 and A6 are turned on during the turn-on period Rw. Hereinafter, as shown in FIGS. 8A to 8F, trigger pulses Tu, Tv, and Tw are output, the thyristors A1 to A6 are fired, and the thyristor rectifier 81 has a three-phase bridge connection. A DC voltage similar to the output voltage is output.
[0088]
In FIG. 8, the shaded portions of the turn-on periods Ru, Rv, and Rw in (a) to (f) indicate that the phase voltages Vu, Vv, and Vw are not 0, but the phase currents are 0. When each phase current becomes 0 in the potential region, the corresponding thyristor is automatically extinguished and turned off.
[0089]
Next, the case where the voltage is lowered in the thyristor rectifier 81 will be described.
[0090]
FIG. 9 shows the timing of the trigger pulse T (Tu, Tv, Tw) output from the control device 82 to each of the thyristors A1 to A6. If the timing of outputting the trigger pulse T is delayed (specifically, If the phase of the trigger pulse T is delayed), the turn-on periods R (Ru, Rv, Rw) of the thyristors A1 to A6 are shortened, and the DC voltage that is the output voltage at the output terminal 81A of the thyristor rectifier 81 is stepped down. . The trigger pulse Tm in FIG. 9A is a trigger pulse T when the output voltage of the thyristor rectifier 81 becomes maximum.
[0091]
That is, when performing step-down, the control device 82 delays the phase from the timing of the trigger pulse Tm that becomes the maximum output voltage in the thyristor rectifier 81 in order to set the output voltage Vo to the target DC voltage Vt according to the input voltage Vi ′. At the same time, the output of the trigger pulse T is adjusted, and no voltage is applied to the gate of the IGBT 53, and the IGBT 53 is turned off so that the IGBT 53 is turned off and no boosting operation is performed.
[0092]
When boosting, the control device 82 outputs a trigger pulse T to the thyristor rectifier 81 at the timing of the trigger pulse Tm that is the maximum output voltage in order to set the output voltage Vo to the target DC voltage Vt according to the input voltage Vi ′. At the same time, the PWM signal B is output to the gate of the IGBT 53 to control the IGBT 53 by PWM. At this time, the thyristor rectifier 81 may be always ON-controlled.
[0093]
The control device 82 has a predetermined value in which the peak value of the AC voltage Vi ′ input to the thyristor rectifier 81 is higher than the target DC voltage Vt so that the output voltage Vo at the output terminal Q1 of the DC power supply line L approaches the target DC voltage Vt. When the voltage exceeds the third voltage VH ′, the output voltage of the thyristor rectifier 82 is stepped down until the voltage drops to a predetermined fourth voltage VL ′ lower than the predetermined third voltage VH ′. When the IGBT 53 is turned OFF and the peak value of the AC voltage Vi ′ falls below the predetermined fourth voltage VL ′, the trigger pulse that becomes the maximum output voltage is supplied to the thyristor rectifier 81 until it rises to the predetermined third voltage VH ′. A trigger pulse T is output at the timing Tm, and a PWM signal B is output to the gate of the IGBT 53 to control the IGBT 53 by PWM control. To.
[0094]
In the second embodiment, the control device 82 performs the control operation (FIG. 5) of the control device 45 in the first embodiment using the input voltage Vi as the input voltage Vi ′ and the predetermined first voltage VH as the predetermined value. The control operation is the same as when the third voltage VH ′ is used and the predetermined second voltage VH is the predetermined fourth voltage VH ′.
[0095]
As mentioned above, also in 2nd Embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment.
[0096]
Moreover, as 3rd Embodiment, as shown in FIG. 10, it is possible to apply the converter apparatus 40 (80) to the grid connection system 100. As shown in FIG.
[0097]
In FIG. 10, the grid interconnection system 100 converts the converter device 40 (80) and the DC voltage that is the output of the converter device 40 (80) into an AC voltage, and is linked to the commercial power system 103 to load 102 or And a grid interconnection inverter device 101 for supplying power to the commercial power grid 103. Further, a switch 104 is provided on the power line between the grid-connected inverter device 101 and the commercial power system 103, and power is supplied to the load 102 or the commercial power system 103 by the switch 104. . A generator 38 with voltage fluctuation is provided on the input side of the converter device 40 (80), and a stable DC voltage is supplied to the grid interconnection inverter 101 by the converter device 40 (80). is there.
[0098]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this.
[0099]
【The invention's effect】
According to the present invention, the output voltage of the converter device can be stabilized even if the input voltage of the converter device varies.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a refrigerant circuit and the like in a first embodiment of an air conditioner according to the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a power conversion device including the converter device in the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram when the step-down control of the converter device is performed.
FIG. 4 is an explanatory diagram when a boosting operation of a converter device is performed.
FIG. 5 is a flowchart showing a control operation of the control device of the converter device.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a control operation of the control device of the converter device.
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a power conversion device including a converter device according to a second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the thyristor rectifier, (a) to (f) are diagrams showing the turn-on period of the thyristor of the thyristor rectifier and the input trigger pulse, and (g) It is a figure which shows the input voltage of each phase.
FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating trigger pulse timings when performing step-down control. FIG. 9A illustrates a case where the output voltage is maximized, FIG. 9B illustrates a case where step-down control is performed, and FIG. This is the case where the pressure is further lowered.
FIG. 10 is a block diagram showing a grid interconnection system in a third embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Air conditioner
13 Power converter
16 Compressor
25 Gas engine (engine)
38 Generator
39 Commercial power supply
40, 80 converter device
45, 82 Control device
50 Step-down circuit
51 Booster circuit
52 IGBT (Step-down switching element)
53 IGBT (step-up switching element)
54 Reactor
55 1st diode
56 Second diode
57 capacitors
81 Thyristor Rectifier
L, L 'DC power line

Claims (3)

直流電源ラインに、降圧スイッチング素子とリアクトルと第1ダイオードとを順に設け、前記降圧スイッチング素子の出力端に第2ダイオードの出力端を接続し、前記リアクトルの出力端に昇圧スイッチング素子の出力端を接続し、前記第1ダイオードの出力端にコンデンサの出力端を接続してなり、A step-down switching element, a reactor, and a first diode are sequentially provided on the DC power supply line, an output terminal of the second diode is connected to an output terminal of the step-down switching element, and an output terminal of the boost switching element is connected to the output terminal of the reactor. And connecting the output end of the capacitor to the output end of the first diode,
前記直流電源ラインの出力端における出力電圧を目標直流電圧に近づけるべく、前記直流電源ラインの入力端における入力電圧が、前記目標直流電圧よりも高い所定の第1電圧を上回った場合、この所定の第1電圧よりも低い所定の第2電圧に低下するまで前記降圧スイッチング素子をPWM制御するとともに前記昇圧スイッチング素子をOFF制御し、前記入力電圧が、前記所定の第2電圧を下回った場合、前記所定の第1電圧に上昇するまで前記降圧スイッチング素子をON制御するとともに前記昇圧スイッチング素子をPWM制御する制御手段を備えたことを特徴とするコンバータ装置。In order to bring the output voltage at the output end of the DC power supply line closer to the target DC voltage, when the input voltage at the input end of the DC power supply line exceeds a predetermined first voltage higher than the target DC voltage, the predetermined voltage PWM control of the step-down switching element and OFF control of the step-up switching element until the voltage drops to a predetermined second voltage lower than the first voltage, and when the input voltage falls below the predetermined second voltage, A converter device comprising control means for performing ON control of the step-down switching element until it rises to a predetermined first voltage and PWM controlling the step-up switching element.
請求項1記載のコンバータ装置と、A converter device according to claim 1;
空調負荷に応じて回転数が制御されるエンジンと、An engine whose rotation speed is controlled according to the air conditioning load;
前記エンジンで駆動される圧縮機と、を備え  A compressor driven by the engine,
前記コンバータ装置の入力端に前記エンジンを動力源とする発電機を整流器を介して接続したことを特徴とする空気調和装置。An air conditioner characterized in that a generator using the engine as a power source is connected to an input end of the converter device via a rectifier.
請求項1記載のコンバータ装置と、A converter device according to claim 1;
前記コンバータ装置の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、商用電力系統に連携して負荷及び又は前記商用電力系統に電力を供給する系統連系インバータ装置と、A grid-connected inverter device that converts a DC voltage that is the output of the converter device into an AC voltage, and supplies power to the load and / or the commercial power system in cooperation with the commercial power system;
を備えたことを特徴とする系統連系システム。A grid interconnection system characterized by comprising:
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