WO2016139734A1 - 電力変換装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power conversion device that converts power and a refrigeration cycle device including the power conversion device.
- a refrigeration air conditioner As a refrigeration cycle apparatus provided with a power converter, for example, a refrigeration air conditioner can be mentioned.
- the refrigerated air conditioner has, for example, a compressor and a fan.
- a large-capacity power conversion device that drives a motor provided in a compressor, a fan, or the like employs a method in which a DC bus voltage for driving an inverter is generated by, for example, a three-phase full-wave rectifier circuit.
- a smoothing capacitor is connected to the front stage of the inverter to stabilize the voltage output to the inverter.
- the AC voltage supplied from the commercial power supply is converted into a DC voltage by a rectifier, smoothed by a smoothing capacitor, and then converted into an AC voltage having an arbitrary voltage value and frequency by an inverter.
- the voltage is output to a load such as a motor.
- Measures of the capacity of the refrigeration air conditioner include energy consumption efficiency (COP) during rated cooling operation and rated heating operation, and year-round energy consumption efficiency (APF) throughout the year.
- COP energy consumption efficiency
- APF year-round energy consumption efficiency
- a motor for a compressor has an induced voltage (counterelectromotive force) in the vicinity of the rotation speed used in the rated operation of the refrigeration air conditioner.
- induced voltage counterelectromotive force
- the power converter cannot output a voltage higher than the power supply voltage. To do.
- Patent Document 1 discloses a power conversion device having a booster circuit that expands the output voltage range of the power conversion device in order to drive the motor with high efficiency and expand the operation range.
- the boosting operation is performed using both the magnetic energy of the reactor and the electrostatic energy of the charge / discharge capacitor provided separately from the smoothing capacitor.
- the charging / discharging capacitor is charged using an initial charging circuit composed of a diode and a Zener diode.
- the initial charging circuit has a function of preventing an inrush current and also has a function of protecting a switching element provided for charging the charge / discharge capacitor.
- Patent Document 1 since the power conversion device disclosed in Patent Document 1 has an initial charging circuit, there is a problem that the circuit configuration is complicated.
- the present invention has been made against the background of the above problems, and provides a power converter having a simplified circuit configuration and a refrigeration cycle apparatus including the power converter.
- a power converter has a resistance value changing circuit in which a DC voltage is input, a resistance, and a relay connected in parallel to the resistance, and the resistance value is changed by the operation of the relay, and the resistance value change
- a booster circuit for boosting a DC voltage output from the circuit and a smoothing capacitor for smoothing the DC voltage output from the booster circuit.
- the booster circuit includes a reactor connected in series to the resistance value changing circuit, and a reactor And a first end of the smoothing capacitor, the first backflow prevention element and the second backflow prevention element connected in series to allow current to flow from the reactor side to the smoothing capacitor side, and the reactor and the smoothing capacitor.
- a first switching element and a second switching element connected in series, each connecting the other end, and between the first backflow prevention element and the second backflow prevention element
- An intermediate capacitor connecting between the first switching element and the second switching element, generating a control power supply, and driving the first switching element and the second switching element by the control power supply A drive circuit is provided.
- a resistance value conversion circuit is provided.
- the power conversion circuit can simplify the circuit configuration while preventing inrush current and protecting the first switching element and the second switching element.
- FIG. 1 is a circuit diagram showing a power conversion device 1 according to Embodiment 1 of the present invention. Based on this FIG. 1, the power converter device 1 is demonstrated. As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 includes an inrush prevention circuit 3, a booster circuit 4, a smoothing capacitor 5, and a drive circuit 7. Furthermore, the power converter device 1 includes, for example, a rectifier 2, an inverter 6, and a control unit 20. The power converter 1 converts an AC voltage supplied from a three-phase commercial power supply 8 into an AC voltage having an arbitrary voltage value and an arbitrary frequency, and supplies the AC voltage to a motor 9 such as a compressor 51 (see FIG. 6). Is. The power converter 1 may convert an AC voltage supplied from a single-phase commercial power supply 8 or may convert a DC voltage supplied from a DC power supply.
- the rectifier 2 converts an AC voltage into a DC voltage and outputs the DC voltage to the inrush prevention circuit 3.
- the rectifier 2 converts, for example, the AC voltage 200V or 400V of the commercial power supply 8 into a DC voltage, and is, for example, a three-phase full-wave rectifier circuit in which six diodes 31 are bridge-connected.
- the inrush prevention circuit 3 has a DC voltage input, has an inrush prevention resistor 3a, and a relay 3b connected in parallel to the inrush prevention resistor 3a, and the resistance value is changed by the operation of the relay 3b. This corresponds to the resistance value changing circuit of the present invention. Thereby, the inrush prevention circuit 3 prevents the inrush current that flows when the power is turned on.
- the inrush prevention resistor 3a corresponds to the resistor of the present invention.
- the relay 3b is connected in parallel to the inrush prevention resistor 3a. When the relay 3b is turned off, the current output from the rectifier 2 passes through the inrush prevention resistor 3a.
- the booster circuit 4 boosts the DC voltage output from the inrush prevention circuit 3.
- the booster circuit 4 includes a reactor 11, a first backflow prevention element 12, a second backflow prevention element 13, a first switching element 14, a second switching element 15, and an intermediate capacitor 16. ing.
- the reactor 11 is connected in series to the inrush prevention circuit 3 and boosts the DC voltage output from the inrush prevention circuit 3.
- the first backflow prevention element 12 and the second backflow prevention element 13 are respectively connected in series, connect the reactor 11 and one end of the smoothing capacitor 5, and that current flows from the reactor 11 side to the smoothing capacitor 5 side. Allow. In FIG. 1, the 1st backflow prevention element 12 is arrange
- the first backflow prevention element 12 and the second backflow prevention element 13 are, for example, diodes 31 such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), diamond, etc., which have a larger band gap than silicon (Si). A wide band gap semiconductor may be used.
- the first backflow prevention element 12 and the second backflow prevention element 13 may be fast recovery diodes.
- the first switching element 14 and the second switching element 15 are connected in series, and connect the reactor 11 and the other end of the smoothing capacitor 5.
- the first switching element 14 is disposed on the reactor 11 side
- the second switching element 15 is disposed on the smoothing capacitor 5 side. That is, in the booster circuit 4, the reactor 11, the second backflow prevention element 13, and the first switching element 14 are connected.
- the first switching element 14 and the second switching element 15 are, for example, diodes and have a wide band gap such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), diamond, etc. having a larger band gap than silicon (Si). It may be a semiconductor.
- the intermediate capacitor 16 connects between the first backflow prevention element 12 and the second backflow prevention element 13, and between the first switching element 14 and the second switching element 15, and enters the reactor together with the reactor 11.
- the DC voltage output from the prevention circuit 3 is boosted.
- the boosting in the booster circuit 4 is performed using not only the reactor 11 but also the electrostatic energy of the intermediate capacitor 16, so that the power conversion device 1 can increase the boosting amount.
- the smoothing capacitor 5 smoothes the DC voltage output from the booster circuit 4.
- the smoothing capacitor 5 is charged by the DC voltage output from the booster circuit 4, and the charging time of the smoothing capacitor 5 is changed by changing the resistance value of the inrush prevention circuit 3.
- a plurality of smoothing capacitors 5 are provided, for example, and FIG. 1 illustrates two smoothing capacitors 5.
- the inverter 6 is connected in parallel to the smoothing capacitor 5 and converts a DC voltage into an AC voltage.
- the modulation method is, for example, PWM.
- the inverter 6 is composed of a plurality of switching elements such as IGBTs.
- the semiconductor element such as a switching element used in the inverter 6 may be a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SIC).
- the drive circuit 7 generates a control power source for controlling the first switching element 14 and the second switching element 15 by the voltage supplied from the smoothing capacitor 5, and the first switching element 14 and the second switching power source are controlled by the control power source.
- the switching element 15 is driven.
- the drive circuit 7 may generate a control power supply using a voltage supplied from the commercial power supply 8.
- the control unit 20 controls the operation of the booster circuit 4 and includes a detection unit 21, a determination unit 22, and a control unit 23.
- Detecting means 21 detects the capacitor voltage charged in the intermediate capacitor 16.
- the judging means 22 judges whether or not the capacitor voltage detected by the detecting means 21 falls within the threshold voltage range.
- the control unit 23 When the determination unit 22 determines that the capacitor voltage is out of the threshold voltage range, the control unit 23 includes the first switching element 14 and the second switching element in the drive circuit 7 so that the capacitor voltage falls within the threshold voltage range. 15 is driven.
- FIG. 2A, FIG. 2B, FIG. 2C, and FIG. 2D are circuit diagrams illustrating current paths of the power conversion device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the current path of the power converter 1 will be described.
- FIG. 2A when the first switching element 14 is turned off and the second switching element 15 is turned on, the current is supplied to the rectifier 2, the reactor 11, the second backflow prevention element 13, the intermediate capacitor 16, It flows in the order of the second switching element 15 and the rectifier 2. In this way, the energy of the DC voltage rectified by the rectifier 2 is transferred to the intermediate capacitor 16 and the intermediate capacitor 16 is charged.
- the capacitor voltage charged in the intermediate capacitor 16 is, for example, Vdc / 2.
- the voltage of the smoothing capacitor 5 is applied only to the second switching element 15, which may exceed the withstand voltage of the second switching element 15.
- Vdc / 2 is applied to both the first switching element 14 and the second switching element 15 by setting the capacitor voltage charged in the intermediate capacitor 16 to Vdc / 2.
- the voltage is evenly applied to the first switching element 14 and the second switching element 15.
- FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the power conversion device 1 according to Embodiment 1 of the present invention. Next, operation
- FIG. 3 when the breaker is turned on, an AC voltage is supplied from the commercial power supply 8 to the power converter 1.
- the power is turned on, the current flows through the path shown in FIG. 2C, so that the smoothing capacitor 5 starts to be charged first. At this time, the first switching element 14 and the second switching element 15 do not operate because no control power is generated.
- the drive circuit 7 When the voltage charged in the smoothing capacitor 5 exceeds a predetermined voltage, the drive circuit 7 generates a control power source for controlling the first switching element 14 and the second switching element 15. Then, the drive circuit 7 turns on the second switching element 15 by the control power supply. That is, the path shown in FIG. 2C is shifted to the path shown in FIG. 2A. Thereby, charging of the intermediate capacitor 16 is started.
- the capacitor voltage charged in the intermediate capacitor 16 is configured to be smaller than the voltage charged in the smoothing capacitor 5 when the power is turned on.
- the smoothing capacitor 5 when the voltage of the smoothing capacitor 5 is Vdc, the voltage rectified by the rectifier 2 is Vd, the capacitance of the smoothing capacitor 5 is C, the resistance value of the inrush prevention resistor 3a is R, and the charging time is t, the smoothing capacitor 5
- the charging speed Vdc is calculated from the following formula (1).
- Vdc Vd ⁇ (1-exp ( ⁇ t / CR) (1)
- the charging time of the smoothing capacitor 5 is changed by changing the resistance value R of the inrush prevention resistor 3a.
- the resistance value R By setting the resistance value R to a desired value, the charging time of the smoothing capacitor 5 shown in FIG. 3 can be obtained.
- the charging speed of the smoothing capacitor 5 is high, the charging of the smoothing capacitor 5 is completed before the second switching element 15 is turned on by the generated control power supply and charging of the intermediate capacitor 16 is started. In this case, the withstand voltage of the second switching element 15 may be exceeded.
- charging of the intermediate capacitor 16 is started before charging of the smoothing capacitor 5 is completed by delaying the charging time of the smoothing capacitor 5 when the power is turned on. This suppresses the breakdown voltage of the second switching element 15 from exceeding.
- the completion of charging of the smoothing capacitor 5 includes not only the case where the smoothing capacitor 5 is fully charged, but also the case where, for example, 90% or more of the full charging voltage of the smoothing capacitor 5 is charged.
- FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the control unit 20 in Embodiment 1 of the present invention. Next, operation
- the detection unit 21 detects the capacitor voltage of the intermediate capacitor 16 (step ST1).
- the determination means 22 determines whether or not the capacitor voltage detected by the detection means 21 falls within the threshold voltage range (step ST2). Specifically, it is determined whether or not the capacitor voltage is smaller than the first threshold and larger than the second threshold. When it is determined that the capacitor voltage is within the threshold voltage range (Yes in step ST2), the control is terminated.
- step ST3 it is determined whether the capacitor voltage is smaller than the second threshold (step ST3).
- the control unit 23 instructs the drive circuit 7 to turn on the second switching element 15 (step ST5).
- the second switching element 15 is turned on and the capacitor voltage is charged (FIG. 2A). This increases the capacitor voltage.
- step ST3 when it is determined in step ST3 that the capacitor voltage is larger than the second threshold (No in step ST3), it is determined that the capacitor voltage is larger than the first threshold (step ST4). Then, the control means 23 instructs the drive circuit 7 to turn on the first switching element 14 (step ST6). When it is determined that the capacitor voltage is greater than the first threshold, the first switching element 14 is turned on and the capacitor voltage is discharged (FIG. 2B). This reduces the capacitor voltage.
- step ST5 and step ST6 are complete
- finished it returns to step ST1.
- the capacitor voltage of the intermediate capacitor 16 falls within the threshold voltage range.
- the first threshold value is determined as Vdc / 2 + ⁇
- the second threshold value is determined as Vdc / 2 ⁇ .
- ⁇ is a parameter indicating how close to the target value Vdc / 2 of the capacitor voltage. That is, ⁇ is a parameter indicating how much the balance of the voltages applied to the first switching element 14 and the second switching element 15 is broken. Accordingly, when the withstand voltage of the first switching element 14 and the second switching element 15 is low, ⁇ is decreased, and when the withstand voltage of the first switching element 14 and the second switching element 15 is high, ⁇ is increased.
- the capacitor voltage is Vdc / 2 and the parameter is ⁇ , it is not limited to this, and can be appropriately changed according to the application.
- the drive circuit 7 drives the first switching element 14 and the second switching element 15 with the voltage supplied from the smoothing capacitor 5.
- the intermediate capacitor 16 can be charged by the operation of the first switching element 14 and the second switching element 15 even when the power is turned on or at a steady time after the smoothing capacitor 5 is charged.
- the power converter device 1 since the power converter device 1 has the inrush prevention circuit 3, the inrush current which flows at the time of power activation can be prevented.
- the initial charging circuit includes a diode and a Zener diode.
- the diode connects between the first switching element and the second switching element and between the smoothing capacitors, and between the smoothing capacitors from the side between the first switching element and the second switching element. The current is allowed to flow to the side.
- the Zener diode prevents a current from flowing from the side between the first switching element and the second switching element to the side between the smoothing capacitors until the Zener voltage is reached.
- the initial charging circuit charges the intermediate capacitor when the power is turned on. As described above, the initial charging circuit not only prevents inrush current but also suppresses overvoltage resistance of the first switching element and the second switching element.
- the power conversion device 1 can simplify the circuit configuration.
- the first embodiment can simplify the circuit configuration while preventing the inrush current and protecting the first switching element 14 and the second switching element 15. This also reduces costs and reduces the mounting space.
- the initial charging circuit 30 is not provided, means for suppressing the flow of current at times other than the initial charging is not necessary, and the design is easy.
- the control unit 20 is configured so that the capacitor voltage of the intermediate capacitor 16 falls within the threshold voltage range, the breakdown voltage of the first switching element 14 and the second switching element 15 is further suppressed. For this reason, as the first switching element 14 and the second switching element 15, an inexpensive element having a low withstand voltage can be used. As a result, the first switching element 14 and the second switching element 15 have a breakdown voltage lower than the breakdown voltage of at least one of the semiconductor elements used in the rectifier 2 and the semiconductor element used in the inverter 6. It is also possible to be configured as such.
- the power conversion device 1 starts charging the intermediate capacitor 16 before the charging of the smoothing capacitor 5 is completed. Then, the control unit 20 makes the capacitor voltage of the intermediate capacitor 16 fall within the threshold voltage range. For this reason, the startability until the booster circuit 4 is completely started can be improved.
- the present invention is not limited to this.
- the control unit 23 determines that the capacitor voltage does not fall within the threshold voltage range when the inverter 6 is stopped, the drive circuit 7 so that the capacitor voltage falls within the threshold voltage range.
- the first switching element 14 and the second switching element 15 may be driven.
- the drive circuit 7 is set so that the capacitor voltage falls within the threshold voltage range. The first switching element 14 and the second switching element 15 may be driven.
- FIG. 5 is a circuit diagram showing a power conversion device 1 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
- a power conversion device 1 according to a modification of the first embodiment will be described.
- the modification is different from the first embodiment in that the initial charging circuit 30 is provided.
- the initial charging circuit 30 connects between the first switching element 14 and the second switching element 15 and between the smoothing capacitors 5.
- a diode 31 that allows current to flow from the side between the two switching elements 15 to the side between the smoothing capacitors 5, and the smoothing capacitor from the side between the first switching element 14 and the second switching element 15. It has a Zener diode 32 that prevents a current from flowing between the five until the Zener voltage is reached.
- the charging of the intermediate capacitor 16 is performed not only by the operation of the first switching element 14 and the second switching element 15 but also by using the initial charging circuit 30. Therefore, even when one side is malfunctioning, the intermediate capacitor 16 can be charged. Therefore, it is possible to reduce the risk that the first switching element 14 and the second switching element 15 will fail due to overvoltage resistance. Thereby, reliability is improved.
- FIG. 6 is a circuit diagram showing a refrigeration cycle apparatus 40 according to Embodiment 2 of the present invention.
- the refrigeration cycle apparatus 40 according to the second embodiment includes the power conversion apparatus 1 according to the first embodiment.
- portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences from the first embodiment will be mainly described.
- the refrigeration cycle apparatus 40 is, for example, an air conditioner, and includes a power conversion apparatus 1 and a refrigerant circuit 50.
- a compressor 51 to which electric power is supplied from the power conversion device 1 a four-way valve 52, a first heat exchanger 53, an expansion device 54, and a second heat exchanger 55 are connected in a ring shape by refrigerant piping.
- the refrigerant circulates.
- the power converter 1, the compressor 51, the four-way valve 52, the first heat exchanger 53, and the expansion device 54 are installed inside the outdoor unit 61.
- the second heat exchanger 55 is installed inside the indoor unit 62.
- the compressor 51 includes a compression element 51a that compresses the refrigerant, and a motor 9 that operates the compression element 51a.
- the motor 9 is connected to the power conversion device 1 and is driven by being supplied with the AC voltage converted by the power conversion device 1.
- the four-way valve 52 switches the refrigerant flow direction in the refrigerant circuit 50, whereby both the cooling operation and the heating operation are performed.
- the first heat exchanger 53 exchanges heat between outdoor air and refrigerant, for example.
- the expansion device 54 expands and depressurizes the refrigerant.
- the second heat exchanger 55 exchanges heat between indoor air and refrigerant, for example.
- the compressor 51 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the refrigerant in a high-temperature and high-pressure gas state.
- the discharged refrigerant passes through the four-way valve 52 and flows into the first heat exchanger 53, and the first heat exchanger 53 condenses the refrigerant by heat exchange with outdoor air.
- the condensed refrigerant flows into the expansion device 54, and the expansion device 54 expands and depressurizes the condensed refrigerant.
- coolant which became pressure-reduced gas-liquid two-phase flows into the 2nd heat exchanger 55, and the 2nd heat exchanger 55 evaporates a refrigerant
- the room air is cooled and the room is cooled.
- the refrigerant evaporated into a low-temperature and low-pressure gas state passes through the four-way valve 52 and is sucked into the compressor 51.
- the compressor 51 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the refrigerant in a high-temperature and high-pressure gas state.
- the discharged refrigerant passes through the four-way valve 52 and flows into the second heat exchanger 55, and the second heat exchanger 55 condenses the refrigerant by heat exchange with room air. At this time, room air is heated and the room is heated.
- the condensed refrigerant flows into the expansion device 54, and the expansion device 54 expands and depressurizes the condensed refrigerant.
- the refrigerant that has been decompressed to become a gas-liquid two-phase flows into the first heat exchanger 53, and the first heat exchanger 53 evaporates the refrigerant by heat exchange with the outdoor air. Then, the refrigerant evaporated into a low-temperature and low-pressure gas state passes through the four-way valve 52 and is sucked into the compressor 51.
- the power converter device 1 which concerns on Embodiment 1 was shown as the refrigeration cycle apparatus 40 connected to the motor 9 of the compressor 51 of the air conditioner, the power converter device 1 is The motor 9 of the refrigeration cycle apparatus 40 such as a heat pump apparatus or a refrigeration apparatus may be connected.
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Abstract
電力変換装置(1)は、抵抗値変更回路(3)と、昇圧回路(4)と、平滑コンデンサ(5)と、を備え、昇圧回路(4)は、リアクトル(11)と、第1の逆流防止素子(12)及び第2の逆流防止素子(13)と、第1のスイッチング素子(14)及び第2のスイッチング素子(15)と、中間コンデンサ(16)と、を有し、制御電源を生成し、制御電源によって第1のスイッチング素子(14)と第2のスイッチング素子(15)とを駆動する駆動回路(7)を備える。
Description
本発明は、電力を変換する電力変換装置及びその電力変換装置を備える冷凍サイクル装置に関する。
電力変換装置を備える冷凍サイクル装置として、例えば冷凍空気調和装置が挙げられる。冷凍空気調和装置は、例えば圧縮機及びファンを有している。圧縮機及びファン等に備わるモータを駆動する大容量の電力変換装置は、例えば3相全波整流回路によって、インバータを駆動するための直流母線電圧が生成される方式が採用されている。インバータの前段には、平滑コンデンサが接続されており、インバータに出力される電圧の安定化が図られている。そして、商用電源から供給される交流電圧が、整流器で直流電圧に変換され、平滑コンデンサで平滑化された後、インバータで任意の電圧値及び周波数の交流電圧に変換される。そして、その電圧は、モータ等の負荷に出力される。
冷凍空気調和装置の能力を測る指標として、定格冷房運転時と定格暖房運転時とのエネルギ消費効率(COP)、及び、1年を通した通年エネルギ消費効率(APF)がある。近年、冷凍空気調和装置では、エネルギ消費効率及び通年エネルギ消費効率を高めるため、圧縮機用のモータは、冷凍空気調和装置の定格運転で用いられる回転数付近で、誘起電圧(逆起電力)が電源電圧と同程度となるように設計される傾向にある。この場合、その回転数を超える高速回転域、例えば過負荷運転時等にて運転されると、電力変換装置は、電源電圧以上の電圧を出力できないため、出力電圧飽和によって圧縮機の電流が増大する。
これにより、モータ効率の低下及び電力変換装置のロスの増加によって、電力変換装置の効率が低下する。また、圧縮機のモータに使用されている磁石の減磁耐力及び電力変換装置に使用されている半導体の許容電流及び許容温度の制約によって、モータの運転範囲が狭まる虞がある。また、平滑コンデンサは、電源投入時に充電されるものであるが、大容量の平滑コンデンサを充電する場合、交流電源から定常時の数倍の突入電流が流れる虞がある。
特許文献1には、モータの高効率駆動化及び運転範囲拡大のため、電力変換装置の出力電圧の範囲を拡大する昇圧回路を有する電力変換装置が開示されている。特許文献1は、リアクトルの磁気エネルギと、平滑コンデンサとは別に設けられた充放電コンデンサの静電エネルギとを併用して昇圧動作が行われる。この充放電コンデンサは、ダイオードとツェナーダイオードとから構成された初期充電回路を用いて、充電される。なお、初期充電回路は、突入電流を防止する機能を有し、充放電コンデンサを充電するために設けられたスイッチング素子を保護する機能も有している。
しかしながら、特許文献1に開示された電力変換装置は、初期充電回路を有しているため、回路構成が複雑であるという課題があった。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、回路構成が簡素化された電力変換装置及びその電力変換装置を備える冷凍サイクル装置を提供するものである。
本発明に係る電力変換装置は、直流電圧が入力され、抵抗、及び、抵抗に並列に接続されたリレーを有し、リレーの動作によって抵抗値が変更される抵抗値変更回路と、抵抗値変更回路から出力された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路から出力された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、を備え、昇圧回路は、抵抗値変更回路に直列に接続されたリアクトルと、リアクトルと平滑コンデンサの一端とを接続し、リアクトル側から平滑コンデンサ側に電流が流れることを許容する夫々直列に接続された第1の逆流防止素子及び第2の逆流防止素子と、リアクトルと平滑コンデンサの他端とを接続する夫々直列に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子と、第1の逆流防止素子と第2の逆流防止素子との間と、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との間とを接続する中間コンデンサと、を有し、制御電源を生成し、制御電源によって第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とを駆動する駆動回路を備える。
本発明によれば、抵抗値変換回路を備えている。このため、電力変換回路は、突入電流を防止し、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子を保護しつつ、回路構成を簡素化することができる。
以下、本発明に係る電力変換装置及び冷凍サイクル装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置1を示す回路図である。この図1に基づいて、電力変換装置1について説明する。図1に示すように、電力変換装置1は、突入防止回路3と、昇圧回路4と、平滑コンデンサ5と、駆動回路7とを有している。更に、電力変換装置1は、例えば整流器2と、インバータ6と、制御部20とを備えている。電力変換装置1は、3相の商用電源8から供給される交流電圧を、任意の電圧値及び任意の周波数の交流電圧に変換し、圧縮機51(図6参照)等のモータ9に供給するものである。なお、電力変換装置1は、単相の商用電源8から供給された交流電圧を変換するものでもよいし、直流電源から供給された直流電圧を変換するものでもよい。
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置1を示す回路図である。この図1に基づいて、電力変換装置1について説明する。図1に示すように、電力変換装置1は、突入防止回路3と、昇圧回路4と、平滑コンデンサ5と、駆動回路7とを有している。更に、電力変換装置1は、例えば整流器2と、インバータ6と、制御部20とを備えている。電力変換装置1は、3相の商用電源8から供給される交流電圧を、任意の電圧値及び任意の周波数の交流電圧に変換し、圧縮機51(図6参照)等のモータ9に供給するものである。なお、電力変換装置1は、単相の商用電源8から供給された交流電圧を変換するものでもよいし、直流電源から供給された直流電圧を変換するものでもよい。
整流器2は、交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を突入防止回路3に出力するものである。整流器2は、例えば商用電源8の交流電圧200V又は400Vを直流電圧に変換するものであり、例えば6個のダイオード31がブリッジ接続された3相全波整流回路である。
突入防止回路3は、直流電圧が入力され、突入防止抵抗3a、及び、突入防止抵抗3aに並列に接続されたリレー3bを有し、リレー3bの動作によって抵抗値が変更されるものであり、本発明の抵抗値変更回路に相当する。これにより、突入防止回路3は、電源投入時に流れる突入電流を防止する。突入防止抵抗3aは、本発明の抵抗に相当する。また、リレー3bは、突入防止抵抗3aに並列に接続されたものである。リレー3bがオフされているとき、整流器2から出力される電流は、突入防止抵抗3aを通過する。これに対し、リレー3bがオンされているとき、整流器2から出力される電流は、突入防止抵抗3aを通過せず、リレー3bが設けられた側を通過する。電源投入時において、リレー3bがオフされることにより、電流は、突入防止抵抗3aによって電流値が下げられる。これにより、突入電流が防止される。
昇圧回路4は、突入防止回路3から出力された直流電圧を昇圧するものである。昇圧回路4は、リアクトル11と、第1の逆流防止素子12と、第2の逆流防止素子13と、第1のスイッチング素子14と、第2のスイッチング素子15と、中間コンデンサ16とを有している。
リアクトル11は、突入防止回路3に直列に接続され、突入防止回路3から出力された直流電圧を昇圧するものである。
第1の逆流防止素子12及び第2の逆流防止素子13は、夫々直列に接続され、リアクトル11と平滑コンデンサ5の一端とを接続し、リアクトル11側から平滑コンデンサ5側に電流が流れることを許容する。図1では、第1の逆流防止素子12は、平滑コンデンサ5側に配置され、第2の逆流防止素子13は、リアクトル11側に配置されている。第1の逆流防止素子12及び第2の逆流防止素子13は、例えばダイオード31であり、シリコン(Si)と比較してバンドギャップが大きい炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体としてもよい。また、第1の逆流防止素子12及び第2の逆流防止素子13は、ファストリカバリダイオードとしてもよい。
第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15は、夫々直列に接続され、リアクトル11と平滑コンデンサ5の他端とを接続するものである。図1では、第1のスイッチング素子14は、リアクトル11側に配置され、第2のスイッチング素子15は、平滑コンデンサ5側に配置されている。即ち、昇圧回路4において、リアクトル11と第2の逆流防止素子13と第1のスイッチング素子14とが接続されている。第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15は、例えばダイオードであり、シリコン(Si)と比較してバンドギャップが大きい炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体としてもよい。
中間コンデンサ16は、第1の逆流防止素子12と第2の逆流防止素子13との間と、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間とを接続し、リアクトル11と共に突入防止回路3から出力された直流電圧を昇圧するものである。このように、昇圧回路4における昇圧は、リアクトル11だけではなく、中間コンデンサ16の静電エネルギも利用して行われているため、電力変換装置1は、昇圧量を高めることができる。
平滑コンデンサ5は、昇圧回路4から出力された直流電圧を平滑するものである。平滑コンデンサ5は、昇圧回路4から出力された直流電圧によって充電されるものであり、突入防止回路3の抵抗値が変更されることによって、平滑コンデンサ5の充電時間が変更される。平滑コンデンサ5は、例えば複数設けられており、図1では、2個の平滑コンデンサ5を例示している。
インバータ6は、平滑コンデンサ5に並列に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するものである。変調方式は、例えばPWMである。インバータ6は、複数の例えばIGBTといったスイッチング素子で構成されている。なお、インバータ6で用いられるスイッチング素子のような半導体素子は、炭化ケイ素(SIC)等のワイドバンドギャップ半導体としてもよい。
駆動回路7は、平滑コンデンサ5から供給される電圧によって、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15とを制御する制御電源を生成し、制御電源によって第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15とを駆動するものである。なお、駆動回路7は、制御電源を、商用電源8から供給される電圧によって生成するものであってもよい。
制御部20は、昇圧回路4の動作を制御するものであり、検出手段21と、判定手段22と、制御手段23とを有している。
検出手段21は、中間コンデンサ16に充電されたコンデンサ電圧を検出するものである。
判定手段22は、検出手段21で検出されたコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるか否かを判定するものである。
制御手段23は、判定手段22でコンデンサ電圧が閾値電圧範囲から外れると判定された場合、コンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるように、駆動回路7に第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15を駆動させるものである。
図2A、図2B、図2C、図2Dは、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置1の電流の経路を示す回路図である。次に、電力変換装置1の電流の経路について説明する。図2Aに示すように、第1のスイッチング素子14がオフされ、第2のスイッチング素子15がオンされると、電流は、整流器2、リアクトル11、第2の逆流防止素子13、中間コンデンサ16、第2のスイッチング素子15、整流器2の順に流れる。このように、整流器2で整流された直流電圧のエネルギは、中間コンデンサ16に移行し、中間コンデンサ16が充電される。
平滑コンデンサ5に充電された電圧をVdcとすると、中間コンデンサ16に充電されるコンデンサ電圧は、例えばVdc/2である。中間コンデンサ16に充電された電圧が0である場合、平滑コンデンサ5の電圧が、第2のスイッチング素子15のみに印加されるため、第2のスイッチング素子15の耐圧を超える虞がある。本実施の形態1は、中間コンデンサ16に充電されるコンデンサ電圧をVdc/2とすることによって、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15のいずれも、Vdc/2が印加される。このように、本実施の形態1は、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15に均等に電圧が印加される。
図2Bに示すように、第1のスイッチング素子14がオンされ、第2のスイッチング素子15がオフされると、電流は、整流器2、リアクトル11、第1のスイッチング素子14、中間コンデンサ16、第1の逆流防止素子12、平滑コンデンサ5、整流器2の順に流れる。このように、中間コンデンサ16で充電された電圧は、放電される。
図2Cに示すように、第1のスイッチング素子14がオフされ、第2のスイッチング素子15がオフされると、電流は、整流器2、リアクトル11、第2の逆流防止素子13、第1の逆流防止素子12、平滑コンデンサ5、整流器2の順に流れる。このように、整流器2で整流された直流電圧のエネルギは、平滑コンデンサ5に移行し、平滑コンデンサ5が充電される。
図2Dに示すように、第1のスイッチング素子14がオンされ、第2のスイッチング素子15がオンされると、電流は、整流器2、リアクトル11、第1のスイッチング素子14、第2のスイッチング素子15、整流器2の順に流れる。このように、整流器2で整流された直流電圧のエネルギは、リアクトル11に移行し、リアクトル11が充電される。
図3は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置1の動作を示すタイミングチャートである。次に、電力変換装置1の動作について説明する。図3に示すように、ブレーカがオンされると、商用電源8から電力変換装置1に交流電圧が供給される。電源投入時において、図2Cに示す経路で電流が流れることにより、先ず、平滑コンデンサ5が充電され始める。なお、このとき、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15は、制御電源が生成されていないため、動作しない。
平滑コンデンサ5に充電される電圧が所定の電圧を超えると、駆動回路7が、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15とを制御する制御電源を生成する。そして、駆動回路7は、制御電源によって、第2のスイッチング素子15をオンする。即ち、図2Cに示す経路から、図2Aに示す経路に移行する。これにより、中間コンデンサ16の充電が開始される。このように、電源投入時において、中間コンデンサ16に充電されたコンデンサ電圧は、平滑コンデンサ5に充電された電圧よりも小さくなるように構成されている。
ここで、平滑コンデンサ5の電圧をVdc、整流器2で整流された電圧をVd、平滑コンデンサ5の容量をC、突入防止抵抗3aの抵抗値をR、充電時間をtとすると、平滑コンデンサ5が充電される速度Vdcは、下記式(1)から算出される。
Vdc=Vd×(1-exp(-t/CR)・・・(1)
即ち、平滑コンデンサ5は、突入防止抵抗3aの抵抗値Rが変更されることによって、平滑コンデンサ5の充電時間が変更される。抵抗値Rを所望の値にすることによって、図3に示す平滑コンデンサ5の充電時間が得られる。平滑コンデンサ5の充電速度が速い場合、生成された制御電源によって第2のスイッチング素子15がオンされて中間コンデンサ16の充電が開始されるよりも前に、平滑コンデンサ5の充電が完了する。この場合、第2のスイッチング素子15の耐圧をオーバーする虞がある。
本実施の形態1は、電源投入時において、平滑コンデンサ5の充電時間を遅めることによって、平滑コンデンサ5の充電が完了するよりも前に、中間コンデンサ16の充電が開始される。これにより、第2のスイッチング素子15の耐圧がオーバーすることを抑制している。
なお、平滑コンデンサ5の充電の完了とは、平滑コンデンサ5がフル充電された場合だけではなく、例えば平滑コンデンサ5のフル充電電圧の90%以上の電圧が充電された場合も包含する。
図4は、本発明の実施の形態1における制御部20の動作を示すフローチャートである。次に、電力変換装置1における制御部20の動作について説明する。図4に示すように、先ず、検出手段21によって、中間コンデンサ16のコンデンサ電圧が検出される(ステップST1)。次に、判定手段22によって、検出手段21で検出されたコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるか否かが判定される(ステップST2)。具体的には、コンデンサ電圧が第1の閾値より小さく且つ第2の閾値より大きいか否かが判定される。コンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まると判定された場合(ステップST2のYes)、制御が終了する。
一方、コンデンサ電圧が閾値電圧範囲から外れると判定された場合(ステップST2のNo)、コンデンサ電圧が第2の閾値より小さいか否かが判定される(ステップST3)。コンデンサ電圧が第2の閾値より小さいと判定された場合(ステップST3のYes)、制御手段23は、第2のスイッチング素子15をオンするように駆動回路7に指示する(ステップST5)。コンデンサ電圧が第2の閾値より小さいと判定された場合、第2のスイッチング素子15がオンされて、コンデンサ電圧が充電される(図2A)。これにより、コンデンサ電圧が大きくなる。
一方、ステップST3にて、コンデンサ電圧が第2の閾値より大きいと判定された場合(ステップST3のNo)、コンデンサ電圧が第1の閾値より大きいことが確定する(ステップST4)。そして、制御手段23は、第1のスイッチング素子14をオンするように駆動回路7に指示する(ステップST6)。コンデンサ電圧が第1の閾値より大きいと判定された場合、第1のスイッチング素子14がオンされて、コンデンサ電圧が放電される(図2B)。これにより、コンデンサ電圧が小さくなる。
そして、ステップST5及びステップST6が終了すると、ステップST1に戻る。このように、制御が繰り返されることによって、中間コンデンサ16のコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まる。
ここで、中間コンデンサ16のコンデンサ電圧の目標値が、平滑コンデンサ5のフル充電電圧Vdcの1/2である場合について例示する。中間コンデンサ16に充電されるコンデンサ電圧をVdc/2とすることによって、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15のいずれも、Vdc/2が印加される。このように、本実施の形態1は、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15に均等に電圧が印加される。
そして、例えば、第1の閾値は、Vdc/2+α、第2の閾値は、Vdc/2-αと定められる。なお、αは、コンデンサ電圧の目標値Vdc/2にどこまで近づけるかを示すパラメータである。即ち、αは、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15に印加される電圧のバランスが、どの程度崩れるかを示すパラメータでもある。従って、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の耐圧が低い場合、αを小さくし、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の耐圧が高い場合、αを大きくする。なお、コンデンサ電圧をVdc/2、パラメータをαとしたが、これに限定されず、用途に応じて適宜変更可能である。
次に、本実施の形態1に係る電力変換装置1の作用について説明する。駆動回路7は、平滑コンデンサ5から供給される電圧によって、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15を駆動する。これにより、電源投入時においても、平滑コンデンサ5が充電された後の定常時においても、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の動作によって、中間コンデンサ16を充電することができる。また、電力変換装置1は、突入防止回路3を有しているため、電源投入時に流れる突入電流を防止することができる。
従来、平滑コンデンサ5だけではなく、中間コンデンサ16が設けられる場合、突入電流を防止することと、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の耐圧オーバーを抑制することとを目的として、初期充電回路が設けられている。初期充電回路は、ダイオードとツェナーダイオードとを有している。ダイオードは、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との間と、平滑コンデンサ同士の間とを接続し、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との間側から平滑コンデンサ同士の間側に電流が流れることを許容するものである。また、ツェナーダイオードは、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との間側から平滑コンデンサ同士の間側に電流が流れることを、ツェナー電圧に至るまで防止するものである。
初期充電回路は、電源投入時において、中間コンデンサを充電するものである。このように、初期充電回路は、突入電流を防止するだけではなく、第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の耐圧オーバーを抑制するものである。
これに対し、本実施の形態1は、電源投入時においても、中間コンデンサ16が、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の動作によって、充電される。このため、初期充電回路30が不要である。従って、電力変換装置1は、回路構成を簡素化することができる。このように、本実施の形態1は、突入電流を防止し、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15を保護しつつ、回路構成を簡素化することができる。また、これにより、コストが低減し、実装スペースを減らすことができる。更に、初期充電回路30がないため、初期充電時以外のときに電流が流れることを抑制する手段も不要であり、設計が容易である。
また、制御部20は、中間コンデンサ16のコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるようにしているため、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の耐圧オーバーが更に抑制される。このため、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15として、耐圧が低い安価な素子を用いることができる。これにより、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15は、その耐圧が、整流器2で用いられる半導体素子及びインバータ6で用いられる半導体素子のうち少なくとも一方の半導体素子の耐圧よりも低くなるように構成されることも可能である。
また、電力変換装置1は、平滑コンデンサ5の充電が完了するよりも前に、中間コンデンサ16の充電が開始される。そして、制御部20は、中間コンデンサ16のコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるようにしている。このため、昇圧回路4が完全に起動するまでの起動性を向上させることができる。
なお、上記実施の形態1においては、電源投入時の動作について説明したが、これに限らない。例えば、インバータ6が停止しているときに、制御手段23が、判定手段22でコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まらないと判定された場合、コンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるように、駆動回路7に第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15を駆動させてもよい。また、インバータ6動作しているときに、制御手段23が、判定手段22でコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まらないと判定された場合、コンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるように、駆動回路7に第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15を駆動させてもよい。
(変形例)
図5は、本発明の実施の形態1の変形例に係る電力変換装置1を示す回路図である。次に、本実施の形態1の変形例に係る電力変換装置1について説明する。変形例では、初期充電回路30を有している点で、実施の形態1と相違する。図5に示すように、初期充電回路30は、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間と、平滑コンデンサ5同士の間とを接続し、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間側から平滑コンデンサ5同士の間側に電流が流れることを許容するダイオード31、及び、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間側から平滑コンデンサ5同士の間側に電流が流れることを、ツェナー電圧に至るまで防止するツェナーダイオード32を有するものである。
図5は、本発明の実施の形態1の変形例に係る電力変換装置1を示す回路図である。次に、本実施の形態1の変形例に係る電力変換装置1について説明する。変形例では、初期充電回路30を有している点で、実施の形態1と相違する。図5に示すように、初期充電回路30は、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間と、平滑コンデンサ5同士の間とを接続し、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間側から平滑コンデンサ5同士の間側に電流が流れることを許容するダイオード31、及び、第1のスイッチング素子14と第2のスイッチング素子15との間側から平滑コンデンサ5同士の間側に電流が流れることを、ツェナー電圧に至るまで防止するツェナーダイオード32を有するものである。
変形例では、中間コンデンサ16の充電が、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15の動作で行われるだけではなく、初期充電回路30を用いても行われる。これにより、一方が動作不良の場合にも、中間コンデンサ16を充電することができる。従って、第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15が耐圧オーバーで故障するリスクを低減することができる。これにより、信頼性が向上する。
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40について説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40を示す回路図である。本実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40は、実施の形態1に係る電力変換装置1を有している。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
次に、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40について説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40を示す回路図である。本実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40は、実施の形態1に係る電力変換装置1を有している。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図6に示すように、冷凍サイクル装置40は、例えば空気調和機であり、電力変換装置1と冷媒回路50とを有している。冷媒回路50は、電力変換装置1から電力が供給される圧縮機51、四方弁52、第1の熱交換器53、膨張装置54及び第2の熱交換器55が、冷媒配管によって環状に接続されたものであり、冷媒が流通する。このうち、電力変換装置1、圧縮機51、四方弁52、第1の熱交換器53及び膨張装置54は、室外機61の内部に設置されている。また、第2の熱交換器55は、室内機62の内部に設置されている。
圧縮機51は、冷媒を圧縮する圧縮要素51aと、圧縮要素51aを動作させるモータ9とを有している。モータ9は、電力変換装置1に接続されており、電力変換装置1によって変換された交流電圧が供給されて駆動する。四方弁52は、冷媒回路50における冷媒の流通方向を切り替えるものであり、これにより、冷房運転及び暖房運転のいずれもが実施される。第1の熱交換器53は、例えば室外空気と冷媒とを熱交換するものである。膨張装置54は、冷媒を膨張及び減圧するものである。第2の熱交換器55は、例えば室内空気と冷媒とを熱交換するものである。
次に、冷凍サイクル装置40の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。圧縮機51は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、四方弁52を通過して、第1の熱交換器53に流入し、第1の熱交換器53は、室外空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。凝縮された冷媒は、膨張装置54に流入し、膨張装置54は、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、第2の熱交換器55に流入し、第2の熱交換器55は、室内空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。このとき、室内空気が冷却されて、室内が冷房される。そして、蒸発されて低温低圧のガスの状態となった冷媒は、四方弁52を通過して、圧縮機51に吸入される。
次に、暖房運転について説明する。圧縮機51は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、四方弁52を通過して、第2の熱交換器55に流入し、第2の熱交換器55は、室内空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。このとき、室内空気が加熱されて、室内が暖房される。凝縮された冷媒は、膨張装置54に流入し、膨張装置54は、凝縮された冷媒を膨張及び減圧する。そして、減圧されて気液二相となった冷媒は、第1の熱交換器53に流入し、第1の熱交換器53は、室外空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。そして、蒸発されて低温低圧のガスの状態となった冷媒は、四方弁52を通過して、圧縮機51に吸入される。
本実施の形態2に係る冷凍サイクル装置40において、圧縮機51のモータ9は、実施の形態1に係る電力変換装置1から供給された交流電圧で駆動する。このため、実施の形態1と同様の効果を奏する。
なお、図6では、冷凍サイクル装置40として、空気調和機の圧縮機51のモータ9に、実施の形態1に係る電力変換装置1が接続されている例を示したが、電力変換装置1は、ヒートポンプ装置、冷凍装置等の冷凍サイクル装置40のモータ9等に接続されてもよい。
1 電力変換装置、2 整流器、3 突入防止回路、3a 突入防止抵抗、3b リレー、4 昇圧回路、5 平滑コンデンサ、6 インバータ、7 駆動回路、8 商用電源、9 モータ、11 リアクトル、12 第1の逆流防止素子、13 第2の逆流防止素子、14 第1のスイッチング素子、15 第2のスイッチング素子、16 中間コンデンサ、20 制御部、21 検出手段、22 判定手段、23 制御手段、30 初期充電回路、31 ダイオード、32 ツェナーダイオード、40 冷凍サイクル装置、50 冷媒回路、51 圧縮機、51a 圧縮要素、52 四方弁、53 第1の熱交換器、54 膨張装置、55 第2の熱交換器、61 室外機、62 室内機。
Claims (13)
- 直流電圧が入力され、抵抗、及び、前記抵抗に並列に接続されたリレーを有し、前記リレーの動作によって抵抗値が変更される抵抗値変更回路と、
前記抵抗値変更回路から出力された直流電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路から出力された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、を備え、
前記昇圧回路は、
前記抵抗値変更回路に直列に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルと前記平滑コンデンサの一端とを接続し、前記リアクトル側から前記平滑コンデンサ側に電流が流れることを許容する夫々直列に接続された第1の逆流防止素子及び第2の逆流防止素子と、
前記リアクトルと前記平滑コンデンサの他端とを接続する夫々直列に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子と、
前記第1の逆流防止素子と前記第2の逆流防止素子との間と、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間とを接続する中間コンデンサと、を有し、
制御電源を生成し、前記制御電源によって前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを駆動する駆動回路を備える電力変換装置。 - 前記中間コンデンサは、
前記第2のスイッチング素子がオンされることによって、前記第2の逆流防止素子を介して充電され、
前記第1のスイッチング素子がオンされることによって、前記第1の逆流防止素子を介して放電されるものである請求項1記載の電力変換装置。 - 前記昇圧回路の動作を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、
前記中間コンデンサに充電されたコンデンサ電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたコンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段で前記コンデンサ電圧が閾値電圧範囲から外れると判定された場合、前記コンデンサ電圧が前記閾値電圧範囲に収まるように、前記駆動回路に前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を駆動させる制御手段と、を有する請求項1又は2記載の電力変換装置。 - 前記平滑コンデンサに並列に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータを更に備え、
前記制御手段は、
前記インバータが停止しているときに、前記判定手段で前記コンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まらないと判定された場合、前記コンデンサ電圧が前記閾値電圧範囲に収まるように、前記駆動回路に前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を駆動させるものである請求項3記載の電力変換装置。 - 前記平滑コンデンサに並列に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータを更に備え、
前記制御手段は、
前記インバータが動作しているときに、前記判定手段で前記コンデンサ電圧が閾値電圧範囲に収まらないと判定された場合、前記コンデンサ電圧が前記閾値電圧範囲に収まるように、前記駆動回路に前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を駆動させるものである請求項3記載の電力変換装置。 - 前記駆動回路は、
電源投入時において、前記制御電源を生成するものであり、
前記中間コンデンサは、
前記平滑コンデンサの充電が完了するよりも前に、充電が開始されるものである請求項1~5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記駆動回路は、
前記制御電源を、前記平滑コンデンサから供給される電圧によって生成するものである請求項1~6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記駆動回路は、
前記制御電源を、商用電源から供給される電圧によって生成するものである請求項1~6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 商用電源投入時において、前記中間コンデンサに充電されたコンデンサ電圧は、前記平滑コンデンサに充電された電圧よりも小さくなるように構成された請求項1~8のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記平滑コンデンサは複数設けられており、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間と、前記平滑コンデンサ同士の間とを接続し、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間側から前記平滑コンデンサ同士の間側に電流が流れることを許容するダイオード、及び、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との間側から前記平滑コンデンサ同士の間側に電流が流れることを、ツェナー電圧に至るまで防止するツェナーダイオードを有する初期充電回路を更に備える請求項1~9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を前記抵抗値変更回路に出力する整流器と、
前記平滑コンデンサに並列に接続され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を更に備え、
前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子は、
その耐圧が、前記整流器で用いられる半導体素子及び前記インバータで用いられる半導体素子のうち少なくとも一方の半導体素子の耐圧よりも低く構成されている請求項1~10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、前記第1の逆流防止素子及び前記第2の逆流防止素子のうち少なくとも一つは、ワイドバンドギャップ半導体からなるように構成されている請求項1~11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 請求項1~12のいずれか1項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置から電力が供給される圧縮機、第1の熱交換器、膨張装置及び第2の熱交換器が、冷媒配管によって環状に接続された冷媒回路と、
を備える冷凍サイクル装置。
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