WO2023105792A1 - 電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器 Download PDF

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WO2023105792A1
WO2023105792A1 PCT/JP2021/045666 JP2021045666W WO2023105792A1 WO 2023105792 A1 WO2023105792 A1 WO 2023105792A1 JP 2021045666 W JP2021045666 W JP 2021045666W WO 2023105792 A1 WO2023105792 A1 WO 2023105792A1
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power
converter
smoothing
voltage
control unit
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PCT/JP2021/045666
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English (en)
French (fr)
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貴昭 ▲高▼原
浩一 有澤
遥 松尾
知宏 沓木
祐輔 森本
佑弥 近藤
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device that convert AC power into desired power.
  • a power conversion device that converts AC power supplied from an AC power supply into desired AC power and supplies it to a load such as an air conditioner.
  • a power converter which is a control device for an air conditioner, rectifies AC power supplied from an AC power supply with a diode stack, which is a rectifier, and smoothes the power with a smoothing capacitor.
  • a technology is disclosed in which the AC power is converted into a desired AC power by an inverter composed of switching elements and output to a compressor motor, which is a load.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a power conversion device capable of suppressing an increase in device size while suppressing deterioration of a smoothing capacitor.
  • the power conversion device includes a rectification unit that rectifies first AC power supplied from an AC power supply, and a rectification unit that is connected to an output end of the rectification unit.
  • a smoothing section an inverter connected to both ends of the smoothing section for converting the first DC power output from the rectifying section and the smoothing section into second AC power and outputting the second AC power to the motor, and flowing from the rectifying section to the smoothing section a first control unit for controlling the operation of the inverter so that the inverter outputs second AC power including pulsation corresponding to the pulsation of the power to the motor; one or more switching elements; A DC-DC converter connected to both ends and switching a switching element to convert the first DC power into a second DC power, and a pulsation of the power flowing from the rectifying section to the smoothing section by adjusting the switching duty ratio of the switching element. and a second control unit that switches the switching element while changing according to.
  • the power conversion device has the effect of suppressing deterioration of the smoothing capacitor and suppressing an increase in size of the device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power conversion system realized by applying the power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to a first embodiment;
  • the smoothing unit smoothes the current output from the rectifying unit and shows an example of each current and the smoothing capacitor voltage of the smoothing unit when the current flowing through the inverter is kept constant.
  • 4 is a diagram showing an example of each current and the smoothing capacitor voltage of the smoothing unit when the control unit of the power converter according to the first embodiment controls the operation of the inverter to reduce the current flowing through the smoothing unit;
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of each current and the smoothing capacitor voltage of the smoothing unit of the smoothing unit when the control unit of the power converter according to the first embodiment controls the operation of the inverter to reduce the current flowing through the smoothing unit;
  • 1 is a diagram showing a configuration example of a DC-DC converter of a power converter according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the power conversion device according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of waveforms showing the operation of the DC-DC converter that constitutes the power converter according to the first embodiment
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of waveforms showing the operation of the DC-DC converter that constitutes the power converter according to the first embodiment;
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of waveforms showing the operation of the DC-DC converter that constitutes the power converter according to the first embodiment
  • FIG. 2 shows a modification of the power conversion device according to the first embodiment
  • a power conversion device, a motor drive device, and a refrigeration cycle application device according to embodiments of the present disclosure will be described below in detail based on the drawings.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power conversion system realized by applying a power conversion device according to a first embodiment.
  • the power conversion system according to the first embodiment includes a power supply unit 100 configured with a commercial power source, a rectifier circuit, etc., a smoothing unit 200 configured with a smoothing element such as an electrolytic capacitor, a motor, and a load unit 300 configured by an inverter or the like for driving the motor.
  • AC power supplied from an AC power supply such as a commercial power supply is rectified by a rectifier circuit.
  • the rectified power is output to smoothing section 200 .
  • the smoothing unit 200 smoothes DC power, which is rectified power output from the power supply unit 100 .
  • the smoothed DC power is output to the load section 300 and consumed by the motor that constitutes the load section 300 .
  • the current output from power supply unit 100 to smoothing unit 200 and load unit 300 is I1
  • the current input to load unit 300 is I2
  • the current flowing out from smoothing unit 200 is I3.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the power converter 1 according to the first embodiment.
  • the power converter 1 is connected to an AC power supply 110 such as a commercial power supply, a motor 314 that constitutes a compressor 315 , and a load 800 .
  • the power converter 1 converts first AC power supplied from the AC power supply 110 into second AC power, which is three-phase AC power having desired amplitude and phase, and supplies the second AC power to the motor 314 .
  • a compressor 315 equipped with a motor 314 is, for example, a hermetic compressor applied to an air conditioner.
  • the power conversion device 1 converts the first AC power supplied from the AC power supply 110 into DC power and supplies the DC power to the load 800 .
  • the power conversion device 1 includes a voltage/current detection unit 501, a reactor 120, a rectification unit 130, a voltage detection unit 502, a smoothing unit 200, an inverter 310, a control unit 400, a DC-DC converter 600, a voltage A detection unit 601 and a DC-DC converter control unit 700 are provided.
  • reactor 120 and rectifying section 130 constitute power supply section 100 of the power conversion system shown in FIG.
  • Inverter 310 and compressor 315, DC-DC converter 600 and load 800 constitute load section 300 of the power conversion system shown in FIG.
  • the voltage/current detection unit 501 detects the voltage value and current value of the first AC power of the power supply voltage Vs supplied from the AC power supply 110 and outputs the detected voltage value and current value to the control unit 400 .
  • Reactor 120 is connected between voltage/current detection unit 501 and rectification unit 130 .
  • the rectifying section 130 has a bridge circuit composed of rectifying elements 131 to 134, rectifies the first AC power of the power supply voltage Vs supplied from the AC power supply 110, and outputs the first AC power.
  • the rectifier 130 performs full-wave rectification.
  • Voltage detection section 502 detects the voltage value of the power rectified by rectification section 130 and outputs the detected voltage value to control section 400 .
  • Smoothing section 200 is connected to the output terminal of rectifying section 130 via voltage detecting section 502 .
  • Smoothing section 200 has a smoothing capacitor 210 as a smoothing element, and smoothes the power rectified by rectifying section 130 .
  • Smoothing capacitor 210 is, for example, an electrolytic capacitor, a film capacitor, or the like. Smoothing capacitor 210 has a capacity to smooth the power rectified by rectifying section 130 .
  • the voltage generated in the smoothing capacitor 210 by smoothing does not have a waveform shape of the full-wave rectification of the AC power supply 110, but has a waveform shape in which a voltage ripple corresponding to the frequency of the AC power supply 110 is superimposed on the DC component, and does not pulsate greatly.
  • the frequency of this voltage ripple is a two-fold component of the frequency of the power supply voltage Vs when the AC power supply 110 is single-phase, and a six-fold component is a main component when the AC power supply 110 is three-phase. If the power input from AC power supply 110 and the power output from inverter 310 do not change, the amplitude of this voltage ripple is determined by the capacity of smoothing capacitor 210 . For example, it pulsates in such a range that the maximum value of the voltage ripple generated in the smoothing capacitor 210 is less than twice the minimum value.
  • the inverter 310 is connected to both ends of the smoothing section 200 , that is, the smoothing capacitor 210 .
  • Inverter 310 has switching elements 311a-311f and freewheeling diodes 312a-312f.
  • Inverter 310 turns switching elements 311a to 311f on and off under the control of control section 400, and converts the first DC power output from rectifying section 130 and smoothing section 200 to second AC power having a desired amplitude and phase. It is converted into electric power and output to the compressor 315 .
  • Current detection units 313 a and 313 b each detect a current value of one phase out of three-phase currents output from inverter 310 and output the detected current value to control unit 400 .
  • Control unit 400 acquires two-phase current values among the three-phase current values output from inverter 310, thereby calculating the remaining one-phase current value output from inverter 310.
  • Compressor 315 is a load having a motor 314 for driving the compressor. Motor 314 rotates according to the amplitude and phase of the second AC power supplied from inverter 310 to perform compression operation.
  • the compressor 315 is a hermetic compressor used in an air conditioner or the like, the load torque of the compressor 315 can often be regarded as a constant torque load.
  • reactor 120 may be arranged after rectifying section 130 .
  • the voltage/current detector 501, the voltage detector 502, and the current detectors 313a and 313b may be collectively referred to as detectors.
  • the voltage value and current value detected by the voltage/current detection unit 501, the voltage value detected by the voltage detection unit 502, and the current values detected by the current detection units 313a and 313b may be referred to as detection values. .
  • the control unit 400 is a first control unit included in the power converter 1 .
  • the control unit 400 acquires the voltage value and the current value of the first AC power of the power supply voltage Vs from the voltage/current detection unit 501, acquires the voltage value of the power rectified by the rectification unit 130 from the voltage detection unit 502, A current value of the second AC power having a desired amplitude and phase converted by the inverter 310 is obtained from the current detection units 313a and 313b.
  • Control unit 400 controls the operation of inverter 310, specifically, the on/off of switching elements 311a to 311f included in inverter 310, using the detection values detected by the respective detection units.
  • control unit 400 outputs second AC power including pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing from rectifying unit 130 into smoothing capacitor 210 of smoothing unit 200 to compressor 315 as a load. to control the operation of the inverter 310 .
  • the pulsation corresponding to the pulsation of the power flowing into the smoothing capacitor 210 of the smoothing section 200 is, for example, the pulsation that varies depending on the frequency of the pulsation of the power flowing into the smoothing capacitor 210 of the smoothing section 200 .
  • the control unit 400 suppresses the current flowing through the smoothing capacitor 210 of the smoothing unit 200 .
  • the control unit 400 does not have to use all the detection values acquired from each detection unit, and may perform control using some of the detection values.
  • the load generated by inverter 310 and compressor 315 can be regarded as a constant load.
  • the following description assumes that a current load is connected.
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of capacitor voltage Vdc; From the top, the current I1, the current I2, the current I3, and the smoothing capacitor voltage Vdc of the smoothing capacitor 210 generated according to the current I3 are shown.
  • the vertical axis of the currents I1, I2 and I3 indicates the current value
  • the vertical axis of the smoothing capacitor voltage Vdc indicates the voltage value. All horizontal axes indicate time t.
  • the currents I2 and I3 are actually superimposed with the carrier component of the inverter 310, they are omitted here. The same shall apply to the following. As shown in FIG.
  • control unit 400 controls current I2 flowing through inverter 310, that is, controls the operation of inverter 310, so as to reduce current I3 flowing through smoothing unit 200.
  • FIG. 4 shows the currents I1 to I3 and the smoothing capacitor of the smoothing unit 200 when the control unit 400 of the power converter 1 according to the first embodiment controls the operation of the inverter 310 to reduce the current I3 flowing in the smoothing unit 200.
  • 210 is a diagram showing an example of the smoothing capacitor voltage Vdc of 210.
  • FIG. From the top the current I1, the current I2, the current I3, and the smoothing capacitor voltage Vdc of the smoothing capacitor 210 generated according to the current I3 are shown.
  • the vertical axis of the currents I1, I2 and I3 indicates the current value
  • the vertical axis of the smoothing capacitor voltage Vdc indicates the voltage value. All horizontal axes indicate time t.
  • the control unit 400 of the power conversion device 1 controls the operation of the inverter 310 so that the current I2 shown in FIG.
  • the pulsating component of the current flowing into 200 can be reduced, and the current I3 flowing into smoothing section 200 can be reduced.
  • control unit 400 controls the operation of inverter 310 so that current I2 containing a pulsating current whose main component is the frequency component of current I1 flows through inverter 310 .
  • the ripple or pulsating component contained in the current I1 is determined by the frequency of the alternating current supplied from the alternating current power supply 110 and the configuration of the rectifying section 130. Therefore, control unit 400 can make the frequency component of the pulsating current superimposed on current I2 a component having a predetermined amplitude and phase. In the example of FIG. 4, a pulsating current having half the amplitude and the same phase as the pulsating component contained in the current I1 is superimposed on the current I2. As the pulsating current superimposed on the current I2 approaches the pulsating component contained in the current I1, the control unit 400 reduces the current I3 flowing through the smoothing unit 200, thereby reducing the pulsating voltage generated in the smoothing capacitor voltage Vdc.
  • FIG. 5 shows currents I1 to I3 and smoothing unit 200 when control unit 400 of power converter 1 according to the first embodiment controls the operation of inverter 310 to reduce current I3 flowing through smoothing unit 200.
  • 4 is a diagram showing another example of smoothing capacitor voltage Vdc of smoothing capacitor 210.
  • Controlling the pulsation of the current flowing through the inverter 310 by controlling the operation of the inverter 310 by the control unit 400 is the same as controlling the pulsation of the second AC power output from the inverter 310 to the compressor 315. is.
  • Control unit 400 controls the operation of inverter 310 so that the pulsation of current I3 is smaller than the pulsation of current I3 shown in the example of FIG.
  • the alternating current supplied from the alternating current power supply 110 is not particularly limited, and may be single-phase or three-phase.
  • Control unit 400 may determine the frequency of the pulsating current superimposed on current I2 according to the first AC power supplied from AC power supply 110 . Specifically, when the first AC power supplied from AC power supply 110 is single-phase, control unit 400 sets the frequency of the pulsating current superimposed on current I2 flowing through inverter 310 to the frequency of the first AC power. is controlled to be twice as large as When the first AC power supplied from AC power supply 110 is three-phase, control unit 400 sets the frequency of the pulsating current to be superimposed on current I2 flowing through inverter 310 to be six times the frequency of the first AC power. Control so that The waveform of the pulsating current to be superimposed on the current I2 is, for example, the shape of the absolute value of a sine wave or the shape of a sine wave.
  • Control unit 400 may use the voltage applied to smoothing capacitor 210 or the current flowing through smoothing capacitor 210 to calculate the amount of pulsation, which is the amplitude of the pulsation to be superimposed on the second AC power output from inverter 310.
  • the voltage or current of the first AC power supplied from AC power supply 110 may be used to calculate the amount of pulsation included in the second AC power output from inverter 310 .
  • a pulsating current having a waveform corresponding to the pulsating component of the current I1 output from the rectifying unit 130 is input to the inverter 310.
  • inverter 310 By controlling the operation of inverter 310 so as to be superimposed on current I2, pulsation of current I3 flowing through smoothing section 200 is suppressed.
  • the power conversion device 1 connects the DC-DC converter 600 to both ends of the smoothing unit 200, and causes the DC-DC converter 600 to consume the first DC power output by the smoothing unit 200, so that the smoothing unit 200 to reduce the current I3 flowing through.
  • a circuit corresponding to the DC-DC converter 600, the voltage detection unit 601, and the DC-DC converter control unit 700 of the power converter 1 is also provided in a general power converter. 1 DC power is consumed by the DC-DC converter 600, the size of the apparatus is not increased.
  • inverter 310 The operation of inverter 310 is controlled so that the pulsating current is superimposed on the input current I2 to inverter 310 .
  • the pulsating current having a waveform corresponding to the pulsating component of the load torque is a current having a pulsating component that has the same frequency and phase as the pulsating load torque.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the DC-DC converter 600 of the power converter 1 according to the first embodiment.
  • the DC-DC converter 600 is an insulated DC-DC converter, and converts the first DC power output from the smoothing section 200 into second DC power of a desired voltage.
  • the DC-DC converter 600 is configured to be capable of outputting DC power with a voltage of Vout1 and DC power with a voltage of Vout2 as second DC power.
  • the second DC power is output to load 800 .
  • the DC-DC converter 600 includes a coil 611, a switching element 612, a freewheeling diode 613, and a surge voltage suppression circuit 614 on the primary side, and coils 621, 622, rectifying elements 623, 624, and capacitors 625, 626 on the secondary side.
  • a surge voltage suppressing circuit 614 composed of resistors, capacitors, etc. is connected in parallel to the coil 611 .
  • coil 621 and coil 622 are connected in series.
  • a capacitor 626 is connected in parallel to the coils 621 and 622 via a rectifying element 624 .
  • a rectifying element 624 has an anode connected to the coil 622 and a cathode connected to the capacitor 626 .
  • a capacitor 625 is connected in parallel to the coil 621 via a rectifying element 623 .
  • the rectifying element 623 has an anode connected to the coil 621 and a cathode connected to the capacitor 625 .
  • Coil 621, rectifying element 623, and capacitor 625 constitute a circuit for generating DC power with voltage Vout1
  • coil 621, coil 622, rectifying element 624, and capacitor 626 constitute a circuit for generating DC power with voltage Vout2.
  • DC-DC converter 600 turns switching element 612 on and off under the control of DC-DC converter control section 700 (not shown), and converts the first DC power output from smoothing section 200 into DC power of voltage Vout1 and The DC power is converted to a voltage Vout2 and output to the load 800 .
  • one switching element 612 is provided on the primary side of the DC-DC converter 600, but two or more switching elements may be provided on the primary side.
  • the configuration is such that two types of DC power with different voltages are generated and output, it may be configured to generate and output three or more types of DC power with different voltages, or a single DC power may be generated. It may be configured to output.
  • one coil, one rectifying element, and one capacitor may be provided.
  • the voltage detection section 601 detects the voltage value of the second DC power generated by the DC-DC converter 600 and outputs the detected voltage value to the DC-DC converter control section 700 .
  • the DC-DC converter control section 700 is a second control section included in the power converter 1 .
  • DC-DC converter control section 700 acquires the voltage value of the second DC power from voltage detection section 601, and controls DC-DC converter 600 based on the acquired voltage value.
  • the inverter 310 and the DC-DC converter 600 are individually controlled by different controllers (the controller 400 and the DC-DC converter controller 700).
  • controllers the controller 400 and the DC-DC converter controller 700.
  • inverter 310 and DC-DC converter 600 have significantly different control speeds of switching elements, that is, switching frequencies, and thus different performances are required of their control units.
  • each control unit can be realized with parts having appropriate performance.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the power converter according to the first embodiment;
  • FIG. A power conversion device 1a shown in FIG. 7 is obtained by replacing the control unit 400 and the DC-DC converter control unit 700 of the power conversion device 1 shown in FIG. 2 with a control unit 400a.
  • Control unit 400 a controls inverter 310 and DC-DC converter 600 .
  • Control unit 400a controls inverter 310 by control unit 400 described above, and controls DC-DC converter 600 by DC-DC converter control unit 700 described above.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the power converter according to the first embodiment;
  • FIG. A power conversion device 1a shown in FIG. 7 is obtained by replacing the control unit 400 and the DC-DC converter control unit 700 of the power conversion device 1 shown in FIG. 2 with a control unit 400a.
  • Control unit 400 a controls inverter 310 and DC-DC converter 600 .
  • Control unit 400a controls inverter 310 by control unit 400 described above, and controls DC-DC converter 600
  • the operation of the DC-DC converter control unit 700 of the power conversion device 1 and the control unit 400a of the power conversion device 1a to control the DC-DC converter 600 will be described.
  • the control unit 400a of the power converter 1a controls the DC-DC converter 600 will be described.
  • the DC-DC converter control section 700 of the power converter 1 can also perform similar control.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of waveforms showing the operation of the DC-DC converter 600 that constitutes the power converter 1a according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows signal waveforms of each part when the control part 400a switches the switching element 612 of the DC-DC converter 600 with a duty ratio corresponding to the voltage value obtained from the voltage detection part 601.
  • the waveforms shown in FIG. 8 indicate, in order from the top, the smoothing capacitor voltage Vdc, the duty ratio Duty of the switching operation of the switching element 612, and the DC power voltage Vout output by the DC-DC converter 600.
  • the horizontal axis indicates time t.
  • the vertical axes of voltages Vdc and Vout indicate voltage values.
  • the control section 400a controls the duty ratio so that the output voltage Vout of the DC-DC converter 600 is constant. Specifically, the control unit 400a switches the switching element 612 while controlling the duty ratio so that the pulsation generated in the smoothing capacitor voltage Vdc becomes maximum at the minimum point and becomes minimum at the maximum point.
  • the average duty ratio excluding the pulsating component from the duty ratio, is determined by control from the relationship between the average voltage of Vdc and the average voltage of Vout. determined by The voltage detection unit 601 detects a voltage including a pulsating component generated in Vout, and the control unit 400a controls the DC-DC converter 600 so as to cancel the detected voltage, thereby enabling the operation shown in FIG. Note that FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing another example of waveforms showing the operation of the DC-DC converter 600 that constitutes the power converter 1a according to the first embodiment.
  • FIG. 9 shows signal waveforms of respective parts when the control unit 400a switches the switching element 612 of the DC-DC converter 600 at a duty ratio corresponding to the voltage values obtained from the voltage/current detection unit 502 and the voltage detection unit 601. there is In the example shown in FIG. 9, the control unit 400a controls the operation of the DC-DC converter 600 so as to output the second DC power on which the same pulsation as that generated in the smoothing capacitor voltage Vdc is superimposed.
  • the control unit 400a switches the switching element 612 while controlling the duty ratio so that the pulsation generated in the smoothing capacitor voltage Vdc becomes minimum at the minimum point and becomes maximum at the maximum point.
  • the average duty ratio obtained by excluding the pulsating component from the duty ratio is determined in terms of control from the relationship between the average voltage of Vdc and the average voltage of Vout.
  • the pulsating component superimposed on the duty ratio is determined in terms of control so as to be similar to the pulsating component of Vdc.
  • a pulsating component generated in Vdc is detected by the voltage/current detector 502 and controlled so that this component is superimposed on the duty ratio in the same manner as the inverter 310 shown in FIGS.
  • the pulsating component superimposed on the duty ratio can be adjusted by control adjustment, and the amount of the pulsating component generated in Vout can be adjusted accordingly. As a result, the current flowing through smoothing capacitor 210 can be reduced, and smoothing capacitor 210 can be miniaturized.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of waveforms showing the operation of the DC-DC converter 600 that constitutes the power converter 1a according to the first embodiment.
  • FIG. 10 shows operating waveforms of the DC-DC converter 600 when the switching element 612 is switched at an average duty ratio without superimposing the pulsating component generated in Vdc or Vout on the duty ratio.
  • the average duty ratio obtained by excluding the pulsating component from the duty ratio is determined in terms of control from the relationship between the average voltage of Vdc and the average voltage of Vout.
  • the DC-DC converter 600 When the DC-DC converter 600 is controlled with an average duty ratio, the DC-DC converter 600 also outputs the pulsating component generated in Vdc to Vout. As a result, the current flowing through smoothing capacitor 210 can be reduced, and smoothing capacitor 210 can be miniaturized.
  • the duty ratio according to the voltage value obtained from the voltage/current detection unit 502 and the voltage detection unit 601 is By controlling DC-DC converter 600 with , the capacity of smoothing capacitor 210 or capacitors 625 and 626 can be reduced.
  • the control unit 400a When the control unit 400a operates the DC-DC converter 600 to output the second DC power on which the same pulsation as that generated in the smoothing capacitor voltage Vdc is superimposed, the current flowing through the smoothing capacitor 210 can be reduced.
  • the amplitude of the output voltage Vout of the DC-DC converter 600 increases. If the amplitude becomes large, the maximum voltage applied to the rectifying elements 623 and 624 on the secondary side of the DC-DC converter 600 will exceed the withstand voltage of the rectifying elements 623 and 624, possibly causing the device to malfunction. .
  • the minimum voltage applied to rectifying elements 623 and 624 may exceed the lower limit of the output voltage of DC-DC converter 600, causing load 800 to stop operating. Therefore, the control unit 400a controls the switching element 612 so that the voltages generated by the coils 621 and 622 on the secondary side fall within a predetermined range.
  • the upper and lower limits of the voltage generated by the coils 621 and 622 on the secondary side of the DC-DC converter 600 are determined as follows.
  • the voltage generated at the coil 611 on the primary side is Vtr1
  • the voltages generated at the coils 621 and 622 on the secondary side are Vtr21 and Vtr21, respectively. Let it be Vtr22.
  • Vout1_min and Vout2_min be the lower limits of the two-stage voltages Vout1 and Vout2 output by the DC-DC converter 600, respectively.
  • the voltage Vout1_min is the lower limit of the voltage at which current flows in the forward direction of the rectifying element 623 or a value higher than this value
  • the voltage Vout2_min is the lower limit of the voltage at which current flows in the forward direction of the rectifying element 624 or is higher than this value. set to a higher value.
  • the withstand voltage of the rectifying element 623 is Vdi23_max
  • the withstand voltage of the rectifying element 624 is Vdi24_max.
  • control unit 400a controls the switching element 612 so that Vtr21 and Vtr22 satisfy the following equations (1) and (2).
  • control unit 400a controls the voltage (Vtr21) generated in the coil 621 to be equal to or lower than the withstand voltage of the rectifying element 623, and the sum of the voltage generated in the coil 621 and the voltage generated in the coil 622 (Vtr21+Vtr22)
  • the switching element 612 is controlled so that the breakdown voltage of the switching element 612 is less than or equal to
  • control unit 400a controls the switching element 612 so that Vtr21 and Vtr22 satisfy the following equations (3) and (4).
  • control unit 400a controls that the voltage (Vtr21) generated in the coil 621 is greater than the lower limit value of the output voltage Vout1, and the sum of the voltage generated in the coil 621 and the voltage generated in the coil 622 (Vtr21+Vtr22) is The switching element 612 is controlled so as to be higher than the lower limit of the output voltage Vout2.
  • the first AC power supplied from the AC power supply 110 is rectified by the rectification unit 130, and the rectified power is smoothed by the smoothing unit 200.
  • the inverter 310 converts the first DC power output from the smoothing unit 200 into the second AC power and outputs it to the compressor 315
  • the DC-DC converter 600 converts the first DC power into the second AC power. It is converted into DC power and output to the load 800 .
  • inverter 310 causes the second AC power to include a pulsating component corresponding to the pulsation of the power flowing into smoothing unit 200 from rectifying unit 130 , thereby reducing current I3 flowing through smoothing unit 200 .
  • the smoothing capacitor 210 can be suppressed, and the capacity can be reduced, as compared with the case where the second AC power is not controlled to include a pulsation component corresponding to the pulsation of the power flowing into the smoothing unit 200.
  • the smoothing section 200 is configured with a plurality of smoothing capacitors 210, the number of smoothing capacitors 210 configuring the smoothing section 200 can be reduced.
  • DC-DC converter 600 changes the duty ratio when switching element 612 according to the pulsation of the power flowing from rectifying section 130 to smoothing section 200 .
  • pulsation of output voltages Vout1 and Vout2 of DC-DC converter 600 can be suppressed.
  • capacitors with a small capacity can be used as the capacitors 625 and 626, and the size of the device can be reduced.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a modification of the power converter according to the first embodiment;
  • the power conversion device 1b shown in FIG. 11 has a configuration in which the smoothing section 200 of the power conversion device 1 shown in FIG.
  • two smoothing capacitors 210 and 211 connected in parallel constitute a smoothing section 200b, and a rectifying element 602 is connected in series to the smoothing capacitor 211.
  • FIG. A DC-DC converter 600 is connected in parallel with the smoothing capacitor 211 .
  • a rectifying element may also be connected in series with smoothing capacitor 210 .
  • the smoothing section 200b may be configured with three or more smoothing capacitors.
  • the rectifying element 602 is connected in series to the smoothing capacitor 211 to which the DC-DC converter 600 is connected, the DC-DC converter 600 due to the pulsating component of the voltage output by the rectifying unit 130 can reduce the impact of
  • FIG. 11 shows an example in which the smoothing unit 200 of the power converter 1 is replaced with the smoothing unit 200b and the rectifying element 602 is added. can also be added. Further, the rectifying section 130 of the power converters 1 to 1b may include a booster circuit to boost the power obtained by rectifying the first AC power, thereby improving the power factor.
  • each control unit control unit 400, 400a
  • each power conversion device power conversion device 1, 1a, 1b
  • the hardware configuration of each control unit is the same.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a hardware configuration that implements a control unit included in the power converter.
  • a control unit of the power converter is realized by, for example, a processor 91 and a memory 92 shown in FIG. 12 .
  • the processor 91 is a CPU (Central Processing Unit, also referred to as a central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)).
  • the memory 92 is RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), or the like.
  • the memory 92 stores a program for operating as a control unit of the power converter.
  • a control unit of the power converter is implemented by the processor 91 reading and executing a program stored in the memory 92 .
  • the above program stored in the memory 92 may be provided to the user or the like while being written on a storage medium such as a CD (Compact Disc)-ROM, a DVD (Digital Versatile Disc)-ROM, etc. Alternatively, it may be provided via a network.
  • the control unit can also be realized by a dedicated processing circuit, for example, a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a circuit that combines these. .
  • a dedicated processing circuit for example, a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a circuit that combines these. .
  • the DC-DC converter control section 700 of the power conversion device 1 can also be realized with similar hardware.
  • Embodiment 2 a device that can be realized by applying each power conversion device described in Embodiment 1 will be described.
  • a refrigerating cycle-applied equipment using the power converter 1 described in the first embodiment will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle application device 900 according to the second embodiment.
  • a refrigerating cycle applied equipment 900 according to the second embodiment includes a motor drive device 10 to which the power conversion device 1 described in the first embodiment is applied.
  • the refrigerating cycle applied equipment 900 has a refrigerating cycle configuration in which a four-way valve 902, a compressor 903, a heat exchanger 906, an expansion valve 908, and a heat exchanger 910 are attached via a refrigerant pipe 912. It has The compressor 903 corresponds to the compressor 315 shown in FIG. 2 and the like.
  • the compressor 903 is provided with a compression mechanism 904 that compresses the refrigerant circulating in the refrigerant pipe 912 and a motor 905 that operates the compression mechanism 904 .
  • the refrigeration cycle application device 900 having such a configuration can be used, for example, in air conditioners, heat pump water heaters, refrigerators, refrigerators, and the like.
  • 1, 1a, 1b power conversion device, 10 motor drive device 100 power supply section, 110 AC power supply, 120 reactor, 130 rectification section, 131 to 134, 602, 623, 624 rectification element, 200, 200b smoothing section, 210, 211 smoothing capacitor, 300 load section, 310 inverter, 311a to 311f, 612 switching element, 312a to 312f, 613 freewheeling diode, 313a, 313b current detection section, 314, 905 motor, 315, 903 compressor, 400, 400a control section, 501 Voltage current detection unit, 502, 601 Voltage detection unit, 600 DC-DC converter, 611, 621, 622 Coil, 614 Surge voltage suppression circuit, 625, 626 Capacitor, 700 DC-DC converter control unit, 800 Load, 900 Refrigerant Cycle application equipment, 902 four-way valve, 904 compression mechanism, 906, 910 heat exchanger, 908 expansion valve, 912 refrigerant piping.

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Abstract

電力変換装置（１）は、交流電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部（１３０）と、整流部の出力端に接続される平滑部（２００）と、平滑部の両端に接続され、整流部および平滑部から出力される第１の直流電力を第２の交流電力に変換してモータ（３１４）に出力するインバータ（３１０）と、整流部から平滑部に流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力をインバータからモータに出力するようにインバータの動作を制御する制御部（４００）と、１つ以上のスイッチング素子を有し、平滑部の両端に接続され、スイッチング素子をスイッチングさせて第１の直流電力を第２の直流電力に変換するＤＣ－ＤＣコンバータ（６００）と、スイッチング素子のスイッチングのデューティ比を整流部から平滑部に流入する電力の脈動に応じて変更しつつスイッチング素子をスイッチングさせるＤＣ－ＤＣコンバータ制御部（７００）と、を備える。

Description

電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
　本開示は、交流電力を所望の電力に変換する電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器に関する。
　従来、交流電源から供給される交流電力を所望の交流電力に変換し、空気調和機などの負荷に供給する電力変換装置がある。例えば、特許文献１には、空気調和機の制御装置である電力変換装置が、交流電源から供給される交流電力を整流部であるダイオードスタックで整流し、さらに平滑コンデンサで平滑した電力を、複数のスイッチング素子からなるインバータで所望の交流電力に変換し、負荷である圧縮機モータに出力する技術が開示されている。
特開平７－７１８０５号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、平滑コンデンサに大きな電流が流れるため、平滑コンデンサの経年劣化が加速する、という問題があった。このような問題に対して、平滑コンデンサの容量を大きくすることでコンデンサ電圧のリプル変化を抑制する、またはリプルによる劣化耐量の大きい平滑コンデンサを使用する方法が考えられるが、コンデンサ部品のコストが高くなり、また装置が大型化してしまう。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑用のコンデンサの劣化を抑制しつつ、装置の大型化を抑制可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる電力変換装置は、交流電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、整流部の出力端に接続される平滑部と、平滑部の両端に接続され、整流部および平滑部から出力される第１の直流電力を第２の交流電力に変換してモータに出力するインバータと、整流部から平滑部に流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力をインバータからモータに出力するようにインバータの動作を制御する第１の制御部と、１つ以上のスイッチング素子を有し、平滑部の両端に接続され、スイッチング素子をスイッチングさせて第１の直流電力を第２の直流電力に変換するＤＣ－ＤＣコンバータと、スイッチング素子のスイッチングのデューティ比を整流部から平滑部に流入する電力の脈動に応じて変更しつつスイッチング素子をスイッチングさせる第２の制御部と、を備える。
　本開示にかかる電力変換装置は、平滑用のコンデンサの劣化を抑制しつつ、装置の大型化を抑制できる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる電力変換装置を適用して実現される電力変換システムの概略構成を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の構成例を示す図 比較例として、平滑部で整流部から出力される電流を平滑化し、インバータに流れる電流を一定にした場合の各電流および平滑部の平滑コンデンサの平滑コンデンサ電圧の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の制御部がインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を低減したときの各電流および平滑部の平滑コンデンサの平滑コンデンサ電圧の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の制御部がインバータの動作を制御して平滑部に流れる電流を低減したときの各電流および平滑部の平滑コンデンサの平滑コンデンサ電圧の他の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置のＤＣ－ＤＣコンバータの構成例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の他の構成例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置を構成するＤＣ－ＤＣコンバータの動作を示す波形の一例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置を構成するＤＣ－ＤＣコンバータの動作を示す波形の他の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置を構成するＤＣ－ＤＣコンバータの動作を示す波形の他の例を示す図 実施の形態１にかかる電力変換装置の変形例を示す図 電力変換装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図
　以下に、本開示の実施の形態にかかる電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用して実現される電力変換システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電力変換システムは、商用電源、整流回路等で構成される電源部１００と、電解コンデンサ等の平滑素子で構成される平滑部２００と、モータ、モータを駆動するインバータ等で構成される負荷部３００と、を備える。
　電源部１００においては、商用電源などの交流電源から供給される交流電力が整流回路で整流される。整流後の電力は平滑部２００へ出力される。平滑部２００は、電源部１００が出力する整流後の電力である直流電力を平滑する。平滑後の直流電力は負荷部３００に出力され、負荷部３００を構成するモータで消費される。
　ここで、本実施の形態では、電源部１００から平滑部２００および負荷部３００へ出力される電流をＩ１、負荷部３００へ入力される電流をＩ２、平滑部２００から流出する電流をＩ３とした場合、Ｉ３＝Ｉ２－Ｉ１という関係が成り立つ。なお、電流Ｉ２よりも電流Ｉ１が大きい場合は平滑部２００に電流が流入する。この関係から、電流Ｉ２が電流Ｉ１に近づくと平滑部２００へ流出入する電流Ｉ３が小さくなることがわかる。電流Ｉ３が小さい状態、すなわち、電流Ｉ２と電流Ｉ１との差分が小さい状態を維持することができれば、平滑部２００を構成する平滑素子を小型化することが可能となる。
　図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の構成例を示す図である。図２に示すように、電力変換装置１は、商用電源などの交流電源１１０と、圧縮機３１５を構成するモータ３１４と、負荷８００とに接続される。電力変換装置１は、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する３相交流電力である第２の交流電力に変換し、モータ３１４に供給する。モータ３１４を備える圧縮機３１５は、例えば、空調機に適用される密閉型圧縮機である。また、電力変換装置１は、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を直流電力に変換し、負荷８００に供給する。負荷８００は、例えば、電力変換装置１が適用される機器を構成するマイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated　Circuit）などの電子部品である。電力変換装置１が備える電子部品、例えば、制御部４００を実現するマイクロコントローラを負荷８００としてもよい。
　電力変換装置１は、電圧電流検出部５０１と、リアクトル１２０と、整流部１３０と、電圧検出部５０２と、平滑部２００と、インバータ３１０と、制御部４００と、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００と、電圧検出部６０１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００と、を備える。なお、リアクトル１２０および整流部１３０は、図１に示す電力変換システムの電源部１００を構成する。インバータ３１０および圧縮機３１５と、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００および負荷８００とが、図１に示す電力変換システムの負荷部３００を構成する。
　電圧電流検出部５０１は、交流電源１１０から供給される電源電圧Ｖsの第１の交流電力の電圧値および電流値を検出し、検出した電圧値および電流値を制御部４００に出力する。リアクトル１２０は、電圧電流検出部５０１と整流部１３０との間に接続される。整流部１３０は、整流素子１３１～１３４によって構成されるブリッジ回路を有し、交流電源１１０から供給される電源電圧Ｖsの第１の交流電力を整流して出力する。整流部１３０は、全波整流を行うものである。電圧検出部５０２は、整流部１３０によって整流された電力の電圧値を検出し、検出した電圧値を制御部４００に出力する。平滑部２００は、電圧検出部５０２を介して整流部１３０の出力端に接続される。平滑部２００は、平滑素子として平滑コンデンサ２１０を有し、整流部１３０によって整流された電力を平滑化する。平滑コンデンサ２１０は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどである。平滑コンデンサ２１０は、整流部１３０によって整流された電力を平滑化するような容量を有する。平滑化により平滑コンデンサ２１０に発生する電圧は交流電源１１０の全波整流波形形状ではなく、直流成分に交流電源１１０の周波数に応じた電圧リプルが重畳した波形形状となり、大きく脈動しない。この電圧リプルの周波数は、交流電源１１０が単相の場合は電源電圧Ｖsの周波数の２倍成分となり、交流電源１１０が三相の場合は６倍成分が主成分となる。交流電源１１０から入力される電力とインバータ３１０から出力される電力が変化しない場合、この電圧リプルの振幅は平滑コンデンサ２１０の容量によって決まる。例えば、平滑コンデンサ２１０に発生する電圧リプルの最大値が最小値の２倍未満となるような範囲で脈動している。
　インバータ３１０は、平滑部２００、すなわち平滑コンデンサ２１０の両端に接続される。インバータ３１０は、スイッチング素子３１１ａ～３１１ｆ、および還流ダイオード３１２ａ～３１２ｆを有する。インバータ３１０は、制御部４００の制御によってスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆをオンオフし、整流部１３０および平滑部２００から出力される電力である第１の直流電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換して、圧縮機３１５に出力する。電流検出部３１３ａ，３１３ｂは、各々、インバータ３１０から出力される３相の電流のうち１相の電流値を検出し、検出した電流値を制御部４００に出力する。なお、制御部４００は、インバータ３１０から出力される３相の電流値のうち２相の電流値を取得することで、インバータ３１０から出力される残りの１相の電流値を算出することができる。圧縮機３１５は、圧縮機駆動用のモータ３１４を有する負荷である。モータ３１４は、インバータ３１０から供給される第２の交流電力の振幅および位相に応じて回転し、圧縮動作を行う。例えば、圧縮機３１５が空気調和機などで使用される密閉型圧縮機の場合、圧縮機３１５の負荷トルクは定トルク負荷とみなせる場合が多い。
　なお、電力変換装置１において、図２に示す各構成の配置は一例であり、各構成の配置は図２で示される例に限定されない。例えば、リアクトル１２０は、整流部１３０の後段に配置されてもよい。以降の説明において、電圧電流検出部５０１、電圧検出部５０２、および電流検出部３１３ａ，３１３ｂをまとめて検出部と称することがある。また、電圧電流検出部５０１で検出された電圧値および電流値、電圧検出部５０２で検出された電圧値、および電流検出部３１３ａ，３１３ｂで検出された電流値を、検出値と称することがある。
　制御部４００は、電力変換装置１が備える第１の制御部である。制御部４００は、電圧電流検出部５０１から電源電圧Ｖsの第１の交流電力の電圧値および電流値を取得し、電圧検出部５０２から整流部１３０によって整流された電力の電圧値を取得し、電流検出部３１３ａ，３１３ｂからインバータ３１０によって変換された所望の振幅および位相を有する第２の交流電力の電流値を取得する。制御部４００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、インバータ３１０の動作、具体的には、インバータ３１０が有するスイッチング素子３１１ａ～３１１ｆのオンオフを制御する。本実施の形態において、制御部４００は、整流部１３０から平滑部２００の平滑コンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動を含む第２の交流電力を負荷である圧縮機３１５に出力するようにインバータ３１０の動作を制御する。平滑部２００の平滑コンデンサ２１０に流入する電力の脈動に応じた脈動とは、例えば、平滑部２００の平滑コンデンサ２１０に流入する電力の脈動の周波数などによって変動する脈動である。これにより、制御部４００は、平滑部２００の平滑コンデンサ２１０に流れる電流を抑制する。なお、制御部４００は、各検出部から取得した全ての検出値を用いなくてもよく、一部の検出値を用いて制御を行ってもよい。
　以下、制御部４００の詳細な動作について説明する。本実施の形態では、電力変換装置１において、インバータ３１０および圧縮機３１５によって発生する負荷が一定の負荷とみなすことができ、平滑部２００から出力される電流で見た場合、平滑部２００に定電流負荷が接続されているものとして、以降の説明を行う。
　図３は、比較例として、平滑部２００で整流部１３０から出力される電流を平滑化し、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２を一定にした場合の電流Ｉ１～Ｉ３および平滑部２００の平滑コンデンサ２１０の平滑コンデンサ電圧Ｖdcの例を示す図である。上から順に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、および電流Ｉ３に応じて発生する平滑コンデンサ２１０の平滑コンデンサ電圧Ｖdcを示している。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の縦軸は電流値を示し、平滑コンデンサ電圧Ｖdcの縦軸は電圧値を示している。横軸は全て時間ｔを示している。なお、電流Ｉ２，Ｉ３には、実際にはインバータ３１０のキャリア成分が重畳されるが、ここでは省略する。以降についても同様とする。図３に示すように、電力変換装置１において、仮に、整流部１３０から流れる電流Ｉ１が平滑部２００によって十分に平滑化された場合、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２は一定の電流値となる。しかしながら、平滑部２００の平滑コンデンサ２１０には、大きな電流Ｉ３が流れ、劣化の要因となる。そのため、本実施の形態では、電力変換装置１において、制御部４００は、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減するように、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２を制御、すなわちインバータ３１０の動作を制御する。
　図４は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の制御部４００がインバータ３１０の動作を制御して平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減したときの電流Ｉ１～Ｉ３および平滑部２００の平滑コンデンサ２１０の平滑コンデンサ電圧Ｖdcの例を示す図である。上から順に、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３、および電流Ｉ３に応じて発生する平滑コンデンサ２１０の平滑コンデンサ電圧Ｖdcを示している。電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の縦軸は電流値を示し、平滑コンデンサ電圧Ｖdcの縦軸は電圧値を示している。横軸は全て時間ｔを示している。電力変換装置１の制御部４００は、図４に示すような電流Ｉ２がインバータ３１０に流れるようにインバータ３１０の動作を制御することによって、図３の例と比較して、整流部１３０から平滑部２００に流れ込む電流の脈動成分を低減し、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減することができる。具体的には、制御部４００は、電流Ｉ１の周波数成分を主成分とした脈動電流を含む電流Ｉ２がインバータ３１０に流れるようにインバータ３１０の動作を制御する。
　電流Ｉ１に含まれるリプルすなわち脈動成分は、交流電源１１０から供給される交流電流の周波数、および整流部１３０の構成によって決まる。そのため、制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数成分を、予め定めた振幅および位相を有する成分とすることができる。図４の例では、電流Ｉ１に含まれる脈動成分に対して振幅が１／２かつ位相が同じとなる脈動電流を電流Ｉ２に重畳している。制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流を電流Ｉ１に含まれる脈動成分に近付けていくに連れて、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減し、平滑コンデンサ電圧Ｖdcに発生する脈動電圧を低減することができる。例えば、図５の例のように、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の振幅を電流Ｉ１に含まれる脈動成分の振幅と同じに設定した場合、すなわち、電流Ｉ２に重畳する脈動電流と電流Ｉ１に含まれる脈動成分とが同じ場合、平滑部２００に流れる電流Ｉ３がゼロとなり、平滑コンデンサ電圧Ｖdcが一定となる。なお、図５は、実施の形態１にかかる電力変換装置１の制御部４００がインバータ３１０の動作を制御して平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減したときの電流Ｉ１～Ｉ３および平滑部２００の平滑コンデンサ２１０の平滑コンデンサ電圧Ｖdcの他の例を示す図である。
　制御部４００が、インバータ３１０の動作を制御することによってインバータ３１０に流れる電流の脈動を制御することは、インバータ３１０から圧縮機３１５に出力される第２の交流電力の脈動を制御することと同じである。制御部４００は、電流Ｉ３の脈動が、図３の例に示す電流Ｉ３の脈動と比較して小さくなるようにインバータ３１０の動作を制御する。
　なお、交流電源１１０から供給される交流電流については、特に限定されず、単相であってもよいし、３相であってもよい。制御部４００は、電流Ｉ２に重畳する脈動電流の周波数について、交流電源１１０から供給される第１の交流電力に応じて決定すればよい。具体的には、交流電源１１０から供給される第１の交流電力が単相の場合、制御部４００は、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２に重畳させる脈動電流の周波数が、第１の交流電力の周波数の２倍となるように制御する。また、交流電源１１０から供給される第１の交流電力が３相の場合、制御部４００は、インバータ３１０に流れる電流Ｉ２に重畳させる脈動電流の周波数が、第１の交流電力の周波数の６倍となるように制御する。電流Ｉ２に重畳させる脈動電流の波形は、例えば、正弦波の絶対値の形状、または正弦波の形状とする。
　制御部４００は、平滑コンデンサ２１０にかかる電圧または平滑コンデンサ２１０に流れる電流を用いて、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に重畳させる脈動の振幅である脈動量を演算してもよいし、交流電源１１０から供給される第１の交流電力の電圧または電流を用いて、インバータ３１０から出力される第２の交流電力に含まれる脈動の脈動量を演算してもよい。
　図３～図５を用いて説明したように、実施の形態１にかかる電力変換装置１は、整流部１３０から出力される電流Ｉ１の脈動成分に応じた波形の脈動電流がインバータ３１０への入力電流Ｉ２に重畳されるようにインバータ３１０の動作を制御することで、平滑部２００に流れる電流Ｉ３の脈動を抑制する。しかし、インバータ３１０に流すことができる電流値に上限があり、平滑部２００に流れる電流Ｉ３の抑制量にも限界がある。このため、電力変換装置１は、平滑部２００の両端にＤＣ－ＤＣコンバータ６００を接続し、平滑部２００が出力する第１の直流電力をＤＣ－ＤＣコンバータ６００で消費させることで、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減する。なお、電力変換装置１のＤＣ－ＤＣコンバータ６００、電圧検出部６０１およびＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００に相当する回路は一般的な電力変換装置にも備えられており、平滑部２００が出力する第１の直流電力をＤＣ－ＤＣコンバータ６００で消費させる構成とすることにより装置が大型化することはない。
　なお、図３～図５に示す例は、圧縮機３１５が定トルク負荷である場合を想定したものであるが、圧縮機３１５の種類によっては、圧縮機３１５が有するモータ３１４の回転に応じてトルクが周期的に変動する場合がある。このような、負荷トルクが脈動する構成の圧縮機３１５がインバータ３１０に接続された場合、負荷トルクの脈動成分に応じた脈動が平滑部２００に流れる電流Ｉ３で発生することとなる。そのため、制御部４００は、負荷トルクが脈動する場合、上記の、整流部１３０から出力される電流Ｉ１の脈動成分に応じた波形の脈動電流に加えて、負荷トルクの脈動成分に応じた波形の脈動電流がインバータ３１０への入力電流Ｉ２に重畳されるようにインバータ３１０の動作を制御する。負荷トルクの脈動成分に応じた波形の脈動電流とは、負荷トルクの脈動と周波数および位相が同じ脈動成分を有する電流である。このような制御を行うことにより、負荷トルクの脈動成分に応じた脈動が平滑部２００に流れる電流Ｉ３で発生するのを抑制できる。
　つづいて、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の構成について説明する。図６は、実施の形態１にかかる電力変換装置１のＤＣ－ＤＣコンバータ６００の構成例を示す図である。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ６００は、絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータであり、平滑部２００から出力される第１の直流電力を所望の電圧の第２の直流電力に変換する。ＤＣ－ＤＣコンバータ６００は、第２の直流電力として、電圧がＶout1の直流電力と、電圧がＶout2の直流電力とを出力可能に構成されている。図６では記載を省略しているが、第２の直流電力は負荷８００に出力される。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ６００は、１次側にコイル６１１、スイッチング素子６１２、還流ダイオード６１３およびサージ電圧抑制回路６１４を備え、２次側にコイル６２１，６２２、整流素子６２３，６２４、およびコンデンサ６２５，６２６を備える。ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の１次側では、スイッチング素子６１２と還流ダイオード６１３とが並列に接続され、これらの素子とコイル６１１とが直列に接続される。また、抵抗、コンデンサなどで構成されたサージ電圧抑制回路６１４がコイル６１１に対して並列に接続される。ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の２次側では、コイル６２１とコイル６２２とが直列に接続される。コイル６２１およびコイル６２２には、整流素子６２４を介してコンデンサ６２６が並列に接続される。整流素子６２４は、アノードがコイル６２２に接続され、カソードがコンデンサ６２６に接続される。また、コイル６２１には、整流素子６２３を介してコンデンサ６２５が並列に接続される。整流素子６２３は、アノードがコイル６２１に接続され、カソードがコンデンサ６２５に接続される。なお、コイル６２１、整流素子６２３およびコンデンサ６２５が電圧Ｖout1の直流電力を生成する回路を構成し、コイル６２１、コイル６２２、整流素子６２４およびコンデンサ６２６が電圧Ｖout2の直流電力を生成する回路を構成する。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ６００は、図示を省略しているＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００の制御によってスイッチング素子６１２をオンオフし、平滑部２００から出力される第１の直流電力を、電圧Ｖout1の直流電力および電圧Ｖout2の直流電力に変換して負荷８００に出力する。なお、図６に示す構成例では、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の１次側に１つのスイッチング素子６１２を備えることとしたが、１次側に２つ以上のスイッチング素子を備えてもよい。また、電圧が異なる２種類の直流電力を生成して出力する構成としたが、電圧が異なる３種類以上の直流電力を生成して出力する構成でもよいし、単一の直流電力を生成して出力する構成でもよい。例えば、単一の直流電力を生成する構成とする場合、コイルと整流素子とコンデンサとを１つずつ備えればよい。
　電圧検出部６０１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００が生成する第２の直流電力の電圧値を検出し、検出した電圧値をＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００に出力する。ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００は、電力変換装置１が備える第２の制御部である。ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００は、電圧検出部６０１から第２の直流電力の電圧値を取得し、取得した電圧値に基づいてＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御する。
　ここで、図２に示す電力変換装置１においては、インバータ３１０とＤＣ－ＤＣコンバータ６００とを異なる制御部（制御部４００，ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００）が個別に制御する構成としている。このような構成とする理由は、インバータ３１０とＤＣ－ＤＣコンバータ６００とでは、スイッチング素子の制御速度すなわちスイッチング周波数が大きく異なり、それぞれの制御部に要求される性能が異なるためである。制御部４００とＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００とに分けることで、それぞれの制御部を適切な性能の部品で実現することができる。
　なお、制御部４００とＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００とに分ける構成は必須ではない。インバータ３１０およびＤＣ－ＤＣコンバータ６００を単一の制御部が制御する構成としてもよい。この場合、図７に示すような構成となる。図７は、実施の形態１にかかる電力変換装置の他の構成例を示す図である。図７に示す電力変換装置１ａは、図２に示す電力変換装置１の制御部４００およびＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００を制御部４００ａに置き換えたものである。制御部４００ａは、インバータ３１０およびＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御する。制御部４００ａは、上述した制御部４００によるインバータ３１０の制御と、上述したＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００によるＤＣ－ＤＣコンバータ６００の制御とを行う。図７に示す構成とする場合、インバータ３１０およびＤＣ－ＤＣコンバータ６００の制御を１つの部品で行うため、処理が複雑化して部品の処理負荷が高くなり、より高性能な部品が必要となる可能性もあるが、部品が少なくなる分、装置の小型化が可能となる。また、インバータ３１０の動作とＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作とを同期させることができ、平滑コンデンサ２１０に流れる電流をより効率的に低減する制御が可能となる。
　つづいて、電力変換装置１のＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００および電力変換装置１ａの制御部４００ａがＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御する動作について説明する。ここでは、一例として、電力変換装置１ａの制御部４００ａがＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御する場合について説明する。なお、電力変換装置１のＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００も同様の制御を行うことが可能である。
　図８は、実施の形態１にかかる電力変換装置１ａを構成するＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作を示す波形の一例を示す図である。図８は、電圧検出部６０１から取得した電圧値に応じたデューティ比で制御部４００ａがＤＣ－ＤＣコンバータ６００のスイッチング素子６１２をスイッチングさせる場合の各部の信号波形を示している。図８に示す波形は、上から順に、平滑コンデンサ電圧Ｖdc、スイッチング素子６１２のスイッチング動作のデューティ比Ｄｕｔｙ、および、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００が出力する直流電力の電圧Ｖoutを示している。横軸は時間ｔを示している。電圧ＶdcおよびＶoutの縦軸は電圧値を示している。
　図８に示すように、制御部４００ａは、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の出力電圧Ｖoutが一定となるようにデューティ比を制御する。具体的には、制御部４００ａは、平滑コンデンサ電圧Ｖdcに発生する脈動の極小点で極大となり、極大点で極小となるようにデューティ比を制御しながらスイッチング素子６１２をスイッチングさせる。デューティ比から脈動成分を除外した平均デューティ比はＶdcの平均電圧とＶoutの平均電圧との関係から制御上で決定され、デューティ比に重畳される脈動成分はＶdcの脈動成分を打ち消すように制御上で決定される。電圧検出部６０１がＶoutに生じる脈動成分も含んだ電圧を検出し、これを打ち消すように制御部４００ａが、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御することで、図８に示した動作が可能となる。なお、図８ではＶoutに生じる脈動成分が全て打ち消された状態を示している。制御調整によりデューティ比に重畳する脈動成分は調整可能であり、これに応じてＶoutに生じる脈動成分の量は調整することができる。デューティ比をこのように制御することで、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の出力電圧Ｖoutの脈動を軽減して一定値に近づけることができる。この結果、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００が備えるコンデンサ６２５および６２６に流れる電流も軽減されるので、コンデンサ６２５および６２６の容量を低減することが可能となる。
　制御部４００ａがＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御する他の例について説明する。図９は、実施の形態１にかかる電力変換装置１ａを構成するＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作を示す波形の他の例を示す図である。図９は、電圧電流検出部５０２および電圧検出部６０１から取得した電圧値に応じたデューティ比で制御部４００ａがＤＣ－ＤＣコンバータ６００のスイッチング素子６１２をスイッチングさせる場合の各部の信号波形を示している。図９に示す例では、制御部４００ａは、平滑コンデンサ電圧Ｖdcに発生する脈動と同様の脈動が重畳された第２の直流電力を出力するよう、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作を制御する。具体的には、制御部４００ａは、平滑コンデンサ電圧Ｖdcに発生する脈動の極小点で極小となり、極大点で極大となるようにデューティ比を制御しながらスイッチング素子６１２をスイッチングさせる。図８と同様に、デューティ比から脈動成分を除外した平均デューティ比はＶdcの平均電圧とＶoutの平均電圧との関係から制御上で決定される。デューティ比に重畳される脈動成分はＶdcの脈動成分と同様になるように制御上で決定される。電圧電流検出部５０２よりＶdcに生じる脈動成分を検出し、図４および図５に示したインバータ３１０と同様にこの成分がデューティ比に重畳するように制御する。制御調整によりデューティ比に重畳する脈動成分は調整可能であり、これに応じてＶoutに生じる脈動成分の量は調整することができる。これにより、平滑コンデンサ２１０に流れる電流を低減することが可能となり、平滑コンデンサ２１０を小型化することができる。
　図９に示す例と同様に平滑コンデンサ２１０に流れる電流を低減することができる他の例について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる電力変換装置１ａを構成するＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作を示す波形の他の例を示す図である。図１０は、デューティ比にＶdcないしＶoutに生じる脈動成分を重畳させることなく、平均的なデューティ比でスイッチング素子６１２をスイッチングさせた場合のＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作波形を示している。図８および図９と同様に、デューティ比から脈動成分を除外した平均デューティ比はＶdcの平均電圧とＶoutの平均電圧との関係から制御上で決定される。平均的なデューティ比でＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御した場合では、Ｖdcに生じる脈動成分をＤＣ－ＤＣコンバータ６００がＶoutにも出力させることとなる。これにより、平滑コンデンサ２１０に流れる電流を低減することが可能となり、平滑コンデンサ２１０を小型化することができる。
　この場合、図９に示す制御とは異なり、Ｖdcに生じる脈動成分を検出してＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御する訳ではないので、図８に示す例と同じくＶoutのみに基づいて制御することができる。その反面、図９に示す制御のようにＶdcに生じる脈動成分を積極的にＤＣ－ＤＣコンバータ６００から出力するように制御しているわけではないので、図９の波形と図１０の波形とを比較すると分かるように、デューティ比を制御する図９の場合の方が、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の出力電圧Ｖoutの振幅が大きい。
　Ｖdcに生じる電圧脈動は、交流電源１１０により生じるものであっても、定トルク負荷に起因したものであっても、電圧電流検出部５０２および電圧検出部６０１から取得した電圧値に応じたデューティ比でＤＣ－ＤＣコンバータ６００を制御することで、平滑コンデンサ２１０もしくはコンデンサ６２５および６２６の容量を低減することができる。
　制御部４００ａが平滑コンデンサ電圧Ｖdcに発生する脈動と同様の脈動が重畳された第２の直流電力を出力するようにＤＣ－ＤＣコンバータ６００を動作させた場合、平滑コンデンサ２１０に流れる電流を低減できるが、一方で、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の出力電圧Ｖoutの振幅が大きくなる。振幅が大きくなると、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の２次側の整流素子６２３および６２４に印加される最大電圧が、整流素子６２３および６２４の耐圧を超えてしまい、装置が故障してしまう可能性がある。また、整流素子６２３および６２４に印加される最小電圧が、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の出力電圧の下限値を超えてしまい、負荷８００の動作が停止してしまう可能性がある。そのため、制御部４００ａは、２次側のコイル６２１および６２２で発生する電圧が定められた範囲となるようにスイッチング素子６１２を制御する。
　電力変換装置１ａでは、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の２次側のコイル６２１および６２２で発生する電圧の上限および下限を以下のように定める。ここで、図６に示すように、スイッチング素子６１２をスイッチングさせたときに１次側のコイル６１１で発生する電圧をＶtr1とし、２次側のコイル６２１および６２２のそれぞれで発生する電圧をＶtr21およびＶtr22とする。
　また、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００が出力する２段階の電圧Ｖout1およびＶout2それぞれの下限値をＶout1_minおよびＶout2_minとする。例えば、電圧Ｖout1_minは、整流素子６２３の順方向に電流が流れる電圧の下限値またはこの値よりも大きい値、電圧Ｖout2_minは、整流素子６２４の順方向に電流が流れる電圧の下限値またはこの値よりも大きい値に設定する。さらに、整流素子６２３の耐圧をＶdi23_max、整流素子６２４の耐圧をＶdi24_maxとする。
　この場合、制御部４００ａは、Ｖtr21およびＶtr22が以下の式（１）および（２）を満たすように、スイッチング素子６１２を制御する。
　　　Ｖtr21　≦　Ｖdi23_max　　　　　　　　…（１）
　　　Ｖtr21＋Ｖtr22　≦　Ｖdi24_max　　　　…（２）
　すなわち、制御部４００ａは、コイル６２１に発生する電圧（Ｖtr21）が整流素子６２３の耐圧以下となり、かつ、コイル６２１に発生する電圧とコイル６２２に発生する電圧との和（Ｖtr21＋Ｖtr22）が整流素子６２４の耐圧以下となるようにスイッチング素子６１２を制御する。
　さらに、制御部４００ａは、Ｖtr21およびＶtr22が以下の式（３）および（４）を満たすように、スイッチング素子６１２を制御する。
　　　Ｖout1_min　＜　Ｖtr21　　　　　　　　…（３）
　　　Ｖout2_min　＜　Ｖtr21＋Ｖtr22　　　　…（４）
　すなわち、制御部４００ａは、コイル６２１に発生する電圧（Ｖtr21）が、出力電圧Ｖout1の下限値よりも大きく、かつ、コイル６２１に発生する電圧とコイル６２２に発生する電圧との和（Ｖtr21＋Ｖtr22）が出力電圧Ｖout2の下限値よりも大きくなるようにスイッチング素子６１２を制御する。
　以上説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置１は、交流電源１１０から供給される第１の交流電力を整流部１３０で整流し、整流後の電力を平滑部２００で平滑した後、インバータ３１０が平滑部２００から出力される第１の直流電力を第２の交流電力に変換して圧縮機３１５に出力し、また、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００が第１の直流電力を第２の直流電力に変換して負荷８００に出力する。このとき、インバータ３１０は、整流部１３０から平滑部２００に流入する電力の脈動に応じた脈動成分を第２の交流電力に含ませるようにして、平滑部２００に流れる電流Ｉ３を低減する。これにより、平滑部２００に流入する電力の脈動に応じた脈動成分を第２の交流電力に含ませる制御を行わない場合と比較して、平滑コンデンサ２１０の劣化を抑制できるとともに、容量を小さくすることができる。例えば、複数の平滑コンデンサ２１０で平滑部２００を構成していた場合、平滑部２００を構成する平滑コンデンサ２１０の本数を低減することができる。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００は、整流部１３０から平滑部２００に流入する電力の脈動に応じて、スイッチング素子６１２をスイッチングさせる際のデューティ比を変化させる。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００の出力電圧Ｖout1およびＶout2の脈動を抑制することができる。これに伴い、コンデンサ６２５および６２６として容量の小さいコンデンサが使用可能となり、装置の小型化を実現できる。
　電圧が異なる２種類の直流電力を生成して出力する構成としたが、トランス巻線を追加するなどして電圧が異なる３種類以上の直流電力を生成して出力する場合には、全ての電圧における上限および下限がこのような関係を満たすように制御すれば、同様の効果を得ることができる。
　上述した電力変換装置１および１ａは平滑部２００を単一の平滑コンデンサ２１０で構成しているが、複数の平滑コンデンサで平滑部２００を構成するようにしてもよい。例えば、図１１に示す構成の電力変換装置１ｂとしてもよい。図１１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の変形例を示す図である。図１１に示す電力変換装置１ｂは、図２に示す電力変換装置１の平滑部２００を平滑部２００ｂに置き換え、さらに、整流素子６０２を追加した構成としている。電力変換装置１ｂでは、並列に接続された２つの平滑コンデンサ２１０および２１１が平滑部２００ｂを構成し、平滑コンデンサ２１１に整流素子６０２が直列に接続されている。平滑コンデンサ２１１と並列にＤＣ－ＤＣコンバータ６００が接続されている。電力変換装置１ｂのインバータ３１０およびＤＣ－ＤＣコンバータ６００の動作は、電力変換装置１と同様であるため、説明を省略する。なお、平滑コンデンサ２１０に対しても整流素子を直列に接続してもよい。また、３個以上の平滑コンデンサで平滑部２００ｂを構成するようにしてもよい。
　電力変換装置１ｂとした場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ６００が接続される平滑コンデンサ２１１に整流素子６０２が直列に接続されているため、整流部１３０が出力する電圧の脈動成分によるＤＣ－ＤＣコンバータ６００への影響を軽減できる。
　図１１では、電力変換装置１の平滑部２００を平滑部２００ｂに置き換え、さらに整流素子６０２を追加する例を示したが、電力変換装置１ａの平滑部２００を平滑部２００ｂに置き換え、整流素子６０２を追加することも可能である。また、電力変換装置１～１ｂの整流部１３０が昇圧回路を備え、第１の交流電力を整流して得られた電力を昇圧することで力率改善を行うようにしてもよい。
　つづいて、本実施の形態で説明した各電力変換装置（電力変換装置１，１ａ，１ｂ）が備える各制御部（制御部４００，４００ａ）のハードウェア構成について説明する。なお、各制御部のハードウェア構成は同様である。
　図１２は、電力変換装置が備える制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。電力変換装置の制御部は、例えば、図１２に示すプロセッサ９１およびメモリ９２により実現される。
　プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）等である。
　メモリ９２には電力変換装置の制御部として動作するためのプログラムが格納されている。電力変換装置の制御部は、メモリ９２に格納されているプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより実現される。メモリ９２に格納される上記のプログラムは、例えば、ＣＤ（Compact　Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）－ＲＯＭなどの記憶媒体に書き込まれた状態でユーザ等に提供される形態であってもよいし、ネットワークを介して提供される形態であってもよい。
　なお、制御部は、専用の処理回路、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせた回路で実現することも可能である。
　電力変換装置１のＤＣ－ＤＣコンバータ制御部７００も同様のハードウェアで実現することが可能である。
実施の形態２．
　本実施の形態では、実施の形態１で説明した各電力変換装置を適用して実現可能な装置について説明する。一例として、実施の形態１で説明した電力変換装置１を使用する冷凍サイクル適用機器について説明する。
　図１３は、実施の形態２にかかる冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置１が適用されたモータ駆動装置１０を備える。
　また、冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２と、圧縮機９０３と、熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、熱交換器９１０とが、冷媒配管９１２を介して取り付けられた構成の冷凍サイクルを備えている。圧縮機９０３は、図２などに示した圧縮機３１５に相当する。
　圧縮機９０３には、冷媒配管９１２内を循環する冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させるモータ９０５とが設けられている。
　このような構成の冷凍サイクル適用機器９００は、例えば、空気調和機、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、冷凍機等に利用することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１，１ａ，１ｂ　電力変換装置、１０　モータ駆動装置、１００　電源部、１１０　交流電源、１２０　リアクトル、１３０　整流部、１３１～１３４，６０２，６２３，６２４　整流素子、２００，２００ｂ　平滑部、２１０，２１１　平滑コンデンサ、３００　負荷部、３１０　インバータ、３１１ａ～３１１ｆ，６１２　スイッチング素子、３１２ａ～３１２ｆ，６１３　還流ダイオード、３１３ａ，３１３ｂ　電流検出部、３１４，９０５　モータ、３１５，９０３　圧縮機、４００，４００ａ　制御部、５０１　電圧電流検出部、５０２，６０１　電圧検出部、６００　ＤＣ－ＤＣコンバータ、６１１，６２１，６２２　コイル、６１４　サージ電圧抑制回路、６２５，６２６　コンデンサ、７００　ＤＣ－ＤＣコンバータ制御部、８００　負荷、９００　冷凍サイクル適用機器、９０２　四方弁、９０４　圧縮機構、９０６，９１０　熱交換器、９０８　膨張弁、９１２　冷媒配管。

Claims (13)

  1. 　交流電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、
    　前記整流部の出力端に接続される平滑部と、
    　前記平滑部の両端に接続され、前記整流部および前記平滑部から出力される第１の直流電力を第２の交流電力に変換してモータに出力するインバータと、
    　前記整流部から前記平滑部に流入する電力の脈動に応じた脈動を含む前記第２の交流電力を前記インバータから前記モータに出力するように前記インバータの動作を制御する第１の制御部と、
    　１つ以上のスイッチング素子を有し、前記平滑部の両端に接続され、前記スイッチング素子をスイッチングさせて前記第１の直流電力を第２の直流電力に変換するＤＣ－ＤＣコンバータと、
    　前記スイッチング素子のスイッチングのデューティ比を前記整流部から前記平滑部に流入する電力の脈動に応じて変更しつつ前記スイッチング素子をスイッチングさせる第２の制御部と、
    　を備える電力変換装置。
  2. 　前記第１の制御部は、前記第１の交流電力と周波数および位相が同じ脈動を前記第２の交流電力が含むように前記インバータの動作を制御する、
    　請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記モータのトルクが脈動する場合、
    　前記第１の制御部は、前記モータのトルクの脈動と周波数および位相が同じ脈動を前記第２の交流電力がさらに含むように前記インバータの動作を制御する、
    　請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第２の制御部は、前記平滑部の電圧の極大点で前記デューティ比が極小となり、前記平滑部の電圧の極小点で前記デューティ比が極大となるように前記スイッチング素子をスイッチングさせる、
    　請求項１から３のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  5. 　前記ＤＣ－ＤＣコンバータを絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータとし、
    　前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、１次側に少なくとも１つのスイッチング素子を有するとともに、２次側に少なくとも１つの整流素子を有し、
    　前記第２の制御部は、前記第２の直流電力の電圧が極大となる時点において、前記整流素子に印加される電圧が前記整流素子の耐圧未満となるように、前記スイッチング素子を制御する、
    　請求項１から４のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  6. 　前記ＤＣ－ＤＣコンバータを絶縁型のＤＣ－ＤＣコンバータとし、
    　前記ＤＣ－ＤＣコンバータは、１次側に少なくとも１つのスイッチング素子を有するとともに、２次側に少なくとも１つの整流素子を有し、
    　前記第２の制御部は、前記第２の直流電力の電圧が極小となる時点において、前記整流素子に印加される電圧が前記整流素子に電流が流れる電圧の下限値を上回るように、前記スイッチング素子を制御する、
    　請求項１から５のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  7. 　前記平滑部が並列に接続された複数の平滑コンデンサで構成され、
    　複数の前記平滑コンデンサの１つと並列に前記ＤＣ－ＤＣコンバータが接続され、
    　前記ＤＣ－ＤＣコンバータが接続される前記平滑コンデンサに整流素子が直列に接続される、
    　請求項１から６のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  8. 　前記ＤＣ－ＤＣコンバータが第２の直流電力として２種類以上の直流電力を生成する、
    　請求項１から７のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  9. 　整流部は、前記第１の交流電力を整流して得られる電力を昇圧して出力する、
    　請求項１から８のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  10. 　前記第１の制御部と前記第２の制御部とが異なる回路で実現される、
    　請求項１から９のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  11. 　前記第１の制御部と前記第２の制御部とが１つの回路で実現される、
    　請求項１から９のいずれか一つに記載の電力変換装置。
  12. 　請求項１から１１のいずれか一つに記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
  13. 　請求項１から１１のいずれか一つに記載の電力変換装置を備える冷凍サイクル適用機器。
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