JP2014007840A - Ac-dc conversion device and air conditioner having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流直流変換装置、およびそれを備えた空気調和機に関する。 The present invention relates to an AC / DC converter and an air conditioner including the same.
従来の交流直流変換装置としては、例えば、2つのスイッチング素子を設け、2つのスイッチング素子を5kHz以下の低周波でPWM動作させ、出力する直流電圧を任意の値に制御し、基準電圧と検出した電圧との制御値で直流電圧制御を行い、この制御を元に正弦波波形のコンバータ電圧指令を生成して、電源電圧との電圧差にて出力する直流電圧を任意の値に制御することで入力電流を略正弦波状に制御して高調波電流を抑制し、直流電圧をフィードバック制御して電源力率の改善を図るものがある(例えば、特許文献1)。 As a conventional AC / DC converter, for example, two switching elements are provided, the two switching elements are PWM operated at a low frequency of 5 kHz or less, the output DC voltage is controlled to an arbitrary value, and the reference voltage is detected. DC voltage control is performed with a control value from the voltage, a converter voltage command with a sine wave waveform is generated based on this control, and the DC voltage output by the voltage difference from the power supply voltage is controlled to an arbitrary value. There is one that controls the input current in a substantially sinusoidal shape to suppress the harmonic current and feedback-controls the DC voltage to improve the power factor (for example, Patent Document 1).
一方、スイッチング素子のスイッチング動作により、入力電流にスイッチング周波数の漏洩電流が流れ、コモンモードノイズとして伝導する。このため、例えば、交流側に設けたリアクトルをR相とS相の双方に挿入することにより、コモンモードノイズを低減する技術が開示されている(例えば、特許文献2)。 On the other hand, due to the switching operation of the switching element, a leakage current having a switching frequency flows in the input current and is conducted as common mode noise. For this reason, for example, a technique for reducing common mode noise by inserting a reactor provided on the AC side into both the R phase and the S phase is disclosed (for example, Patent Document 2).
また、例えば、漏洩電流補償回路を付加し、直流側または交流側に配置した零相電流検出部で零相電流を検出して、漏洩電流を相殺するように電流を流すことにより、コモンモードノイズを低減する技術が開示されている(例えば、特許文献3)。 In addition, for example, by adding a leakage current compensation circuit, a zero-phase current is detected by a zero-phase current detection unit arranged on the DC side or the AC side, and a current is supplied so as to cancel the leakage current. Has been disclosed (for example, Patent Document 3).
電力系統に漏洩した伝導ノイズは、電力系統を介して周辺機器の誤動作を引き起こす虞があるため、近年、より厳しい規制になり始めている。特に、国内においては、従来から厳しい規制値で運用している海外での規制に統一するようになってきており、より一層のノイズ低減要求に応える必要があるため、さらなるコモンモードノイズの低減が課題となっている。 In recent years, conduction noise that has leaked into the electric power system may cause malfunction of peripheral devices through the electric power system. In particular, in Japan, it has come to be unified with overseas regulations that have been operated with strict regulatory values, and it is necessary to meet further noise reduction requirements. It has become a challenge.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、損失の増加を抑制しつつ、さらなるコモンモードノイズの低減が可能な交流直流変換装置、およびそれを備えた空気調和機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides an AC / DC converter capable of further reducing common mode noise while suppressing an increase in loss, and an air conditioner including the same. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる交流直流変換装置は、交流電源の電圧を整流する第1の整流器と、前記第1の整流器からの出力電圧を平滑する平滑手段と、前記平滑手段より前記交流電源側に配置されたスイッチ手段と、前記第1の整流器より前記交流電源側に配置された第1のリアクトルと、前記スイッチ手段を開閉動作させる制御手段と、前記スイッチ手段の閉動作時において、前記平滑手段から前記第1の整流器を介して前記交流電源に流れる逆流電流を抑制する第2のリアクトルと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an AC / DC converter according to the present invention includes a first rectifier that rectifies the voltage of an AC power supply, and a smoothing means that smoothes an output voltage from the first rectifier. Switching means arranged on the AC power supply side from the smoothing means, a first reactor arranged on the AC power supply side from the first rectifier, control means for opening and closing the switch means, And a second reactor that suppresses a backflow current that flows from the smoothing means to the AC power supply via the first rectifier when the switch means is closed.
本発明によれば、損失の増加を抑制しつつ、さらなるコモンモードノイズの低減が可能となる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to further reduce common mode noise while suppressing an increase in loss.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる交流直流変換装置、およびそれを備えた空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an AC / DC converter according to an embodiment of the present invention and an air conditioner including the same will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の一構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる交流直流変換装置は、交流電源1から供給される交流電力を直流電力に変換して直流負荷8に供給するように構成されており、交流電源1の電圧を整流する整流器(第1の整流器)2と、直列に接続された2つの平滑コンデンサ6a,6bにより構成され、整流器2からの出力電圧を平滑する平滑手段7と、第1の整流器2の一方の入力端子と平滑コンデンサ6a,6bの接続点との間に挿入された第1の双方向スイッチ(スイッチ手段)10aと、第1の整流器2の他方の入力端子と平滑コンデンサ6a,6bの接続点との間に挿入された第2の双方向スイッチ(スイッチ手段)10bと、交流電源1と整流器2の一方の入力端子との間に挿入された第1のリアクトル5と、整流器2の一方の出力端子と平滑手段7の一方端との間、および、整流器2の他方の出力端子と平滑手段7の他方端との間の双方に挿入された微小リアクタンス値の第2のリアクトル11a,11bと、直流電圧検出器21、入力電流検出器22、および電源電圧検出器23により検出された各検出値に基づいて、第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bを動作させて直流負荷8に印加する出力電圧値を制御する制御手段20とを備えている。整流器2は、4個の整流ダイオード2a〜2dをブリッジ接続して構成される。
FIG. 1 is a diagram of a configuration example of the AC / DC converter according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the AC / DC converter according to the first embodiment is configured to convert AC power supplied from an
第1の双方向スイッチ10aは、スイッチング素子3aとダイオード整流器4aとから構成され、第2の双方向スイッチ10bは、同様にスイッチング素子3bとダイオード整流器4bとから構成される。なお、図1に示す例では、スイッチング素子3a,3bとしてIGBTを具備した例を示している。また、図1に示す例では、交流電源1の両端電圧をVs、図1中のa−b間の電圧をVc*、第1のリアクトル5に流れる電流をIとする。
The first
つぎに、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の動作原理について、図2を参照して説明する。図2は、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の動作原理を説明するための理想状態における等価回路を示す図である。なお、交流電源1および第1のリアクトル5は図1に示すものと同様であり、図1中のa−bから直流負荷8側を見た構成を仮想交流電源9とする。また、交流電源1の両端電圧をVs、仮想交流電源9の両端電圧(つまり、図1中のa−b間の電圧)をVc*、第1のリアクトル5に流れる電流をIとする点も図1と同様である。実施の形態1にかかる交流直流変換装置は、図2に示すような仮想交流電源9として表されるように、2つの双方向スイッチ10a,10bを相互的に動作させることで実現する。
Next, the operation principle of the AC / DC converter according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent circuit in an ideal state for explaining the operation principle of the AC / DC converter according to the first embodiment. The
交流電源1と仮想交流電源9との差電圧によって、第1のリアクトル5に流れる電流Iが決まる。仮想交流電源9より出力される電圧Vc*が正弦波状であれば、第1のリアクトル5に流れる電流I、すなわち仮想交流電源9の入力電流は正弦波化された電流が流れ、高調波電流が抑制される。また、電流Iと交流電源1との位相差が零となると、電源力率は100%となることから、仮想交流電源9における振幅|Vc*|と交流電源1との位相差φを適切に制御して正弦波電圧を出力すれば、入力電流の高調波を抑制し、電源力率の向上を実現できる。
The difference voltage between the
つぎに、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の制御手段について、図3を参照して説明する。図3は、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の制御手段における制御ブロック例を示す図である。 Next, control means of the AC / DC converter according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a control block in the control unit of the AC / DC converter according to the first embodiment.
PI制御器30には、直流電圧指令値Vdc*と直流電圧検出器21により検出された直流電圧検出値Vdcとの差分が入力される。PI制御器30は、入力された直流電圧指令値Vdc*とあらかじめ設定された直流電圧検出値Vdcとの差分が零となるような電流指令値Ip*を出力する。
A difference between the DC voltage command value Vdc * and the DC voltage detection value Vdc detected by the
一方、PQ変換器31には、入力電流検出器22により検出された入力電流の瞬時値Isと電源電圧検出器23により検出された電源電圧の位相角θとが入力される。PQ変換器31は、入力電流の有効電力成分(P軸成分)と入力電流の無効電力成分(Q軸成分)とに分離する。
On the other hand, the instantaneous value Is of the input current detected by the
PI制御器33には、電流指令値Ip*とLPF32aによりフィルタ処理された入力電流の有効電力成分Ipとの差分が入力される。PI制御器33は、電流指令値Ip*と入力電流の有効電力成分Ipとの差分が零となるような両端電圧指令値の有効電力成分Vp*を演算する。
A difference between the current command value Ip * and the active power component Ip of the input current filtered by the
PI制御器34には、零とLPF32bによりフィルタ処理された入力電流の無効電力成分Iqとの差分が入力される。PI制御器34は、零と入力電流の無効電力成分Iqとの差分が零、つまり、入力電流の無効電力成分Iqが零となるような両端電圧指令値の無効電力成分Vq*を演算する。
The
逆PQ変換器35には、両端電圧指令値の有効電力成分Vp*と両端電圧指令値の無効電力成分Vq*と電源電圧の位相角θとが入力される。逆PQ変換器35は、両端電圧指令値の有効電力成分Vp*と両端電圧指令値の無効電力成分Vq*とを逆変換して、仮想交流電源9の両端電圧指令値Vc*を出力する。
The
このように制御することにより、電源力率が100%、つまり、電流の無効電力成分が零となり、直流負荷8に供給する出力直流電圧が直流電圧指令値Vdc*となるように制御することが可能となる。
By controlling in this way, the power source power factor is 100%, that is, the reactive power component of the current becomes zero, and the output DC voltage supplied to the
図4は、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の制御手段における他の制御ブロック例を示す図である。図3に示す制御ブロック例に代えて、図4に示すように、力率=100%の時に電圧電流のベクトル関係が直交する性質を利用した構成とすることも可能である。なお、図4に示す制御ブロックの構成は公知であるので(例えば、特許文献1)、ここではその詳細な説明は省略する。 FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the control block in the control unit of the AC / DC converter according to the first embodiment. Instead of the control block example shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4, it is possible to adopt a configuration using the property that the vector relation of the voltage / current is orthogonal when the power factor = 100%. Since the configuration of the control block shown in FIG. 4 is known (for example, Patent Document 1), detailed description thereof is omitted here.
上述した図3および図4に示すような制御ブロック構成により、第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bのオン/オフ動作を組み合わせて5kHz以下の低周波でPWMスイッチング動作させることにより、高調波電流を抑制しつつ電源力率の改善を図ることができる。
With the control block configuration as shown in FIG. 3 and FIG. 4 described above, the PWM switching operation is performed at a low frequency of 5 kHz or less by combining the ON / OFF operation of the first
一方、低周波ではあるが第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bをPWMスイッチング動作させることによりノイズが発生し、入力電流にスイッチング周波数の漏洩電流が流れる。
On the other hand, although the frequency is low, noise is generated when the first
ここで、ノイズには、コモンモードとノーマルモードの2種類のノイズが存在する。コモンモードとは、一般的に対地(アース)との間の電位差にて発生するノイズであり、ノーマルモードとは、一般的に装置の端子間の電位差にて発生するノイズである。例えば、交流側に設けたリアクトル(ここでは、第1のリアクトル5に相当)をR相とS相の双方に挿入する、あるいは、コモンモードチョークコイルとして利用するような構成とすることにより、コモンモードノイズの抑制を図ることを可能とした既知技術が存在する。 Here, there are two types of noise, common mode and normal mode. The common mode is generally generated by a potential difference from the ground (ground), and the normal mode is generally generated by a potential difference between terminals of the apparatus. For example, it is possible to insert a reactor provided on the AC side (corresponding to the first reactor 5 here) into both the R phase and the S phase, or to use the common mode choke coil as a common mode. There are known techniques that make it possible to suppress mode noise.
また、コモンモードノイズの源である零相電流に起因して流れる漏洩電流を補償する漏洩電流補償回路を付加し、直流側または交流側に配置した零相電流検出部で零相電流を検出して、筐体へ漏れる電流を相殺するように電流を流すことにより、コモンモードノイズの抑制を図ることを可能とした既知技術も存在するが、零相電流検出の精度や検出遅れによっては相殺できず、逆方向に補償することで漏洩電流を増加する虞もある。 In addition, a leakage current compensation circuit that compensates for the leakage current that flows due to the zero-phase current that is the source of common mode noise is added, and the zero-phase current is detected by the zero-phase current detector located on the DC or AC side. Although there is a known technology that makes it possible to suppress common mode noise by flowing current so as to cancel current leaking to the housing, it can be canceled depending on the accuracy and detection delay of zero-phase current detection. However, there is a possibility that the leakage current is increased by compensating in the reverse direction.
電力系統に漏洩した伝導ノイズは、電力系統を介して周辺機器の誤動作を引き起こす虞があるため、近年、より厳しい規制になり始めている。特に、従来から厳しい規制値で運用している海外での規制値に国内の規制値を統一するようになってきており、より一層のノイズ低減要求に応える必要があるため、さらなるコモンモードノイズの低減が課題となっている。 In recent years, conduction noise that has leaked into the electric power system may cause malfunction of peripheral devices through the electric power system. In particular, the domestic regulation value has been unified with the overseas regulation value that has been operated with strict regulation values from the past, and it is necessary to meet further noise reduction requirements. Reduction is an issue.
本実施の形態1では、図1に示すように、整流器2の一方の出力端子と平滑手段7の一方端との間、および、整流器2の他方の出力端子と平滑手段7の他方端との間の双方にそれぞれ微小リアクタンス値の第2のリアクトル11a,11bを挿入した構成として、さらなるコモンモードノイズの低減を図ることを可能としている。以下、実施の形態1にかかる交流直流変換装置における第2のリアクトル11a,11bによるコモンモードノイズの低減について、図1、図5、および図6を参照して説明する。図5は、第2のリアクトルのない従来の交流直流変換装置の構成における電流経路の一例を説明するための図である。また、図6は、図1に示す実施の形態1にかかる交流直流変換装置における電流経路の一例を説明するための図である。なお、以下の説明では、図5および図6中に示すaの電位がbの電位よりも高い状態である場合に、交流電源1が正極であるものとして説明する。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, between one output terminal of the
図1、図5、および図6に示す交流直流変換装置では、第1の双方向スイッチ10a、第2の双方向スイッチ10bをオン/オフさせることにより動作する。図5に示す従来の構成例では、これらの第1の双方向スイッチ10a、第2の双方向スイッチ10bをオン/オフさせる際、整流器2の各整流ダイオード2a,2b,2c,2dのリカバリ特性により電流が流れ、このリカバリ特性により流れる電流が電力系統に漏洩してコモンモードノイズが発生する。
The AC / DC converter shown in FIGS. 1, 5 and 6 operates by turning on / off the first
図5に示す従来の構成例において、交流電源1が正極であるとき、第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bが共にオフである場合には、入力電流の電流経路は、交流電源1−第1のリアクトル5−整流ダイオード2a−平滑コンデンサ6a−平滑コンデンサ6b−ダイオード2bの順に流れる経路(図5(a)において破線で示す経路)となる。ここで、この電流経路を経路1とする。
In the conventional configuration example shown in FIG. 5, when the
経路1の状態から、第1の双方向スイッチ10aがオンすると、入力電流の電流経路は、交流電源1−第1のリアクトル5−第1の双方向スイッチ10a−平滑コンデンサ6b−整流ダイオード2bの順に流れる経路(図5(b)において一点鎖線で示す経路)に変化する。ここで、この電流経路を経路2とする。
When the first
整流器2を構成している各整流ダイオード2a,2b,2c,2dが理想ダイオードであれば、上述した経路1から経路2に遷移するが、一般に、整流ダイオードは、順方向バイアスから逆方向バイアスに遷移した際に、蓄積されたキャリアによって逆方向電流が流れることが可能な状態となる。この逆流が可能な時間をリカバリ時間(逆回復時間)といい、双方向スイッチ10aがオンしてから、整流ダイオード2aが実際に逆流阻止するまでのリカバリ時間が発生する。つまり、経路1から経路2に遷移する間に、平滑コンデンサ6a−整流ダイオード2a−第1の双方向スイッチ10aの順に電流が流れる平滑コンデンサ6aの短絡経路(図5(c)において実線で示す経路)が生成され、瞬時に過大な電流が流れることになる。
If each of the
このとき、整流器2の入力端子のa点には、交流電源1から流れる電流に整流ダイオード2aのリカバリ特性により発生する逆方向電流、つまり、リカバリ電流が重畳する。このリカバリ電流が重畳した分だけ、整流器2のa点の電位が対地に対し異なるため、対地(アース)電位に対する電位差のノイズであるコモンモードノイズが発生する。つまり、リカバリ電流による電位変動が無ければ、言い換えると、整流器2の入力端子の対地電位に対する電位平衡が確保されていれば、第1のスイッチ手段のオン動作に伴うコモンモードノイズが発生しない。すなわち、図5に示す従来の構成では、整流器2を構成する各整流ダイオードのリカバリ電流がコモンモードノイズの主因となっている。
At this time, the reverse current generated by the recovery characteristic of the
図5に示す従来の構成に対し、本実施の形態にかかる交流直流変換装置では、図1および図6に示すように、整流器2の一方の出力端子と平滑手段7の一方端との間、および、整流器2の他方の出力端子と平滑手段7の他方端との間にそれぞれ微小リアクタンス値の第2のリアクトル11a,11bを挿入している。このような構成とすることにより、上述した経路1は、交流電源1−第1のリアクトル5−整流ダイオード2a−第2のリアクトル11a−平滑コンデンサ6a−平滑コンデンサ6b−第2のリアクトル11b−ダイオード2bの順に流れる経路(図6(a)において破線で示す経路)となり、経路2は、交流電源1−第1のリアクトル5−第1の双方向スイッチ10a−平滑コンデンサ6b−第2のリアクトル11b−整流ダイオード2bの順に流れる経路(図6(b)において一点鎖線で示す経路)となり、経路1から経路2に遷移する間に整流ダイオード2aのリカバリ特性によって生成される平滑コンデンサ6aの短絡経路は、平滑コンデンサ6a−第1のリアクトル11a−整流ダイオード2a−第1の双方向スイッチ10aとなる(図6(c)において実線で示す経路)。
Compared to the conventional configuration shown in FIG. 5, in the AC / DC converter according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 6, between one output terminal of the
ここで、リアクトルには、電流が流れている場合、その電流を流し続けようとし、逆に、流れようとする電流を抑制する性質があり、電流が流れる方向が逆方向となった瞬間には、その逆方向電流を抑制するために瞬時に電流は流れない。 Here, when a current is flowing, the reactor has a property of suppressing the current to flow continuously, and conversely, at the moment when the current flowing direction is reversed. In order to suppress the reverse current, no current flows instantaneously.
したがって、第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bが共にオフである経路1の状態(図6(a)に示す状態)から、第1の双方向スイッチ10aがオンした瞬間、整流ダイオード2aのリカバリ特性により図6(c)に示す平滑コンデンサ6aの短絡経路に整流ダイオード2aの逆方向電流、つまり、平滑コンデンサ6aの逆流電流が流れようとしても、第2のリアクトル11aによりその逆流電流が抑制される。つまり、図6(c)に示す第1のコンデンサ6aの短絡経路の発生が抑制され、図6(b)に示す経路2の状態に遷移する。
Therefore, from the state of the
また、上述した状態遷移、つまり、交流電源1が正極であるときに第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bが共にオフである状態(図6(a)に示す状態)から第1の双方向スイッチ10aがオンする場合以外の状態遷移でも、整流器2を構成する各整流ダイオード2a,2b,2c,2dのリカバリ特性により各平滑コンデンサ6a,6bの短絡経路が発生する。このため、整流器2の一方の出力端子と平滑手段7の一方端との間、および、整流器2の他方の出力端子と平滑手段7の他方端との間の双方に第2のリアクトル11a,11bを挿入した構成としている。
Further, from the state transition described above, that is, the state where both the first
例えば、交流電源1が正極であるときに第1の双方向スイッチ10aおよび第2の双方向スイッチ10bが共にオフである状態(図6(a)に示す状態)から第2の双方向スイッチ10bがオンする場合の状態遷移では、整流ダイオード2dのリカバリ特性によって生成される平滑コンデンサ6bの短絡経路に整流ダイオード2dの逆方向電流、つまり、平滑コンデンサ6bの逆流電流が流れようとしても、第2のリアクトル11bによりその逆流電流が抑制される。
For example, when the
なお、第2のリアクトル11a,11bのリアクタンス値は、第1のリアクトル5のリアクタンス値よりも小さく、電源力率の改善や高調波電流の低減には作用しない程度、または、これらの第2のリアクトル11a,11bでの電圧降下による損失や直流電圧低下に影響しない程度の同一の微小リアクタンス値とすればよい。
The reactance values of the
このような構成とすることにより、第2のリアクトル11a,11bを挿入することによる損失増加の抑制や電源力率の改善を図りつつ、整流器2を構成する各整流ダイオードの2a,2b,2c,2dのリカバリ特性により発生するコモンモードノイズを低減することができる。
By adopting such a configuration, it is possible to suppress the increase in loss due to the insertion of the
さらに、第2のリアクトル11a,11bとして、飽和していない状態では高インピーダンス、飽和した状態では低インピーダンスとなる可飽和リアクトルを用いた構成とし、定格電流で飽和するように設計してもよい。また、インピーダンスが変化するように操作コイル側を制御するような可飽和リアクトルを構成しても良い。このようにすれば、定格電流では第2のリアクトル11a,11bが飽和した状態となることにより低インピーダンスとなるため、第2のリアクトル11a,11bでの損失発生が抑制できる。一方、整流器2を構成する各整流ダイオード2a,2b,2c,2dのリカバリ特性により平滑コンデンサ6a,6bの逆流電流が流れ始めようとする時点で、第2のリアクトル11a,11bが飽和していない状態となることにより高インピーダンスとなり、上述したリアクトルとしての性質により、その逆流電流の発生が抑制される。このように構成することにより、第2のリアクトル11a,11bを挿入することによる損失発生を抑制しつつ、コモンモードノイズを低減することが可能となる。
Furthermore, the
図7、図8および図9は、実施の形態1にかかる交流直流変換装置の別の構成例を示す図である。図1に示した構成例では、第1のリアクトル5を交流電源1と整流器2との間の一方の経路に挿入する例を示したが、図7に示すように、交流電源1と整流器2との間の両経路に第1のリアクトル5a,5bをそれぞれ挿入する構成とすることも可能である。このように構成すれば、第2のリアクトル11a,11bを具備したことによるコモンモードノイズの低減効果に加え、さらにコモンモードノイズの低減効果を高めることができる。
7, 8, and 9 are diagrams illustrating another configuration example of the AC / DC converter according to the first embodiment. In the configuration example shown in FIG. 1, the example in which the first reactor 5 is inserted into one path between the
また、図8に示すように、第1の双方向スイッチ10a,10bに代えて、入力端子が整流器(第1の整流器)2の入力端子と並列に接続された第2の整流器12と、第2の整流器12の一方の出力端子と平滑コンデンサ6a,6bの接続点との間に挿入された第1のスイッチング素子3aと、第2の整流器12の他方の出力端子と平滑コンデンサ6a,6bの接続点との間に挿入された第2のスイッチング素子3bとを備える構成としてもよい。
Further, as shown in FIG. 8, instead of the first
また、図1に示した構成例では、第1の双方向スイッチ10aがスイッチング素子3aとダイオード整流器4aとから構成され、第2の双方向スイッチ10bがスイッチング素子3bとダイオード整流器4bとから構成されている例を示したが、図9に示すように、直列接続された第1のスイッチング素子3aaおよび第1のダイオード4aaと、直列接続された第2のスイッチング素子3abおよび第2のダイオード4abとが逆並列に接続されて第1の双方向スイッチ10aが構成され、同様に、直列接続された第3のスイッチング素子3baおよび第3のダイオード4baと、直列接続された第4のスイッチング素子3bbおよび第4のダイオード4bbとが逆並列に接続されて第2の双方向スイッチ10bが構成されていてもよい。
Further, in the configuration example shown in FIG. 1, the first
なお、図9に示す例では、第1のスイッチング素子3aaと第1のダイオード4aaとの接続点と、第2のスイッチング素子3abと第2のダイオード4abとの接続点とが接続されていないが、これらの接続点を接続した構成であってもよく、同様に、第3のスイッチング素子3baと第3のダイオード4baとの接続点と、第4のスイッチング素子3bbと第4のダイオード4bbとの接続点とが接続されていないが、これらの接続点を接続した構成であってもよい。 In the example shown in FIG. 9, the connection point between the first switching element 3aa and the first diode 4aa and the connection point between the second switching element 3ab and the second diode 4ab are not connected. These connection points may be connected, and similarly, the connection point between the third switching element 3ba and the third diode 4ba, and the fourth switching element 3bb and the fourth diode 4bb. Although the connection point is not connected, the structure which connected these connection points may be sufficient.
さらに、図8および図9に示す例では、図7に示す例と同様に、交流電源1と整流器2との間の両経路に第1のリアクトル5a,5bをそれぞれ挿入する構成としたが、図1に示す例と同様に、第1のリアクトル5を交流電源1と整流器2との間の一方の経路に挿入する構成としてもよいことは言うまでもない。
Further, in the example shown in FIGS. 8 and 9, the
以上説明したように、実施の形態1の交流直流変換装置によれば、スイッチ手段のオンに伴い、整流器を構成する各整流ダイオードのリカバリ特性によって生成される平滑コンデンサの短絡経路に流れる平滑コンデンサの逆流電流を抑制する微小リアクタンス値のリアクトル(第2のリアクトル)を整流器の出力端子と平滑手段との間に挿入する構成としたので、リアクトルを挿入することによる損失増加を抑制しつつ、コモンモードノイズの主因である各整流ダイオードのリカバリ電流の発生を抑制することができ、コモンモードノイズの低減が可能となる。 As described above, according to the AC / DC converter of the first embodiment, the smoothing capacitor flowing in the short-circuit path of the smoothing capacitor generated by the recovery characteristics of the rectifier diodes constituting the rectifier when the switch unit is turned on. Since a reactor having a minute reactance value (second reactor) that suppresses the backflow current is inserted between the output terminal of the rectifier and the smoothing means, an increase in loss due to insertion of the reactor is suppressed, and a common mode is suppressed. Generation of a recovery current of each rectifier diode, which is a main cause of noise, can be suppressed, and common mode noise can be reduced.
また、コモンモードノイズの抑制を図る他の既知技術と併用することも可能であり、さらなるコモンモードノイズの低減が可能となる。 Further, it can be used in combination with other known techniques for suppressing common mode noise, and it is possible to further reduce common mode noise.
さらに、飽和していない状態では高インピーダンス、飽和した状態では低インピーダンスとなる可飽和リアクトルを用いた構成とし、定格電流で飽和するように設計することにより、定格電流ではリアクトルが飽和した状態となることにより低インピーダンスとなるため、リアクトルでの損失発生が抑制される。一方、スイッチ手段のオン動作に伴い、整流器を構成する各整流ダイオードのリカバリ電流が流れ始めようとする時点で、リアクトルが飽和していない状態となることにより高インピーダンスとなり、リカバリ電流の発生が抑制される。このように構成することにより、リアクトルを挿入することによる損失増加を最小限に抑制しつつ、コモンモードノイズを低減することが可能となる。 Furthermore, it is configured to use a saturable reactor that is high impedance when not saturated and low impedance when saturated, and is designed to be saturated at the rated current, so that the reactor is saturated at the rated current. Since it becomes low impedance by this, the loss generation | occurrence | production in a reactor is suppressed. On the other hand, when the recovery current of each rectifier diode composing the rectifier starts to flow as the switch means is turned on, the reactor is not saturated, resulting in high impedance, and the generation of recovery current is suppressed. Is done. With this configuration, it is possible to reduce common mode noise while minimizing an increase in loss due to insertion of a reactor.
さらに、上述した実施の形態1において説明した各構成では、スイッチ手段を例えば5kHz以下の低周波でPWMスイッチング動作させることにより、高調波電流を抑制しつつ電源力率の改善を図ることができ、さらに、スイッチング損失の少ない高効率な交流直流変換装置を得ることができる。 Further, in each configuration described in the first embodiment described above, the power supply power factor can be improved while suppressing the harmonic current by causing the switch means to perform the PWM switching operation at a low frequency of, for example, 5 kHz or less, Furthermore, a highly efficient AC / DC converter with little switching loss can be obtained.
また、上述した実施の形態1では、第1の双方向スイッチおよび第2の双方向スイッチを構成するスイッチング素子をIGBTとした例を示したが、例えば、通常のMOSFETよりも深いp層を持ち、そのp層がn層と広く接することで低オン抵抗でありながら高い電圧耐力を有するスーパージャンクション構造のMOSFETを用いることで、各スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができ、さらなる低損失化を実現した高効率な交流直流変換装置を得ることができる。 In the first embodiment described above, the switching elements constituting the first bidirectional switch and the second bidirectional switch are IGBTs. However, for example, the switching element has a p layer deeper than a normal MOSFET. By using a MOSFET with a super-junction structure that has a high voltage resistance while having a low on-resistance because its p layer is in wide contact with the n layer, the switching loss of each switching element can be reduced and the loss can be further reduced. A highly efficient AC / DC converter that realizes the above can be obtained.
また、従来のSi(シリコン)系半導体により構成された半導体素子よりもリカバリ特性が優れ、リカバリ時間が短い特性を有するGaN(窒化ガリウム)やSiC(シリコンカーバイド)、あるいはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ(以下、「WBG」という)半導体により形成された整流ダイオードあるいは整流器(第1の整流器)を用いることにより、リカバリ時間が短縮されることにより相対的にリカバリ電流が小さくなるので、コモンモードノイズの低減効果をより高めることができる。 Also, wide band gaps such as GaN (gallium nitride), SiC (silicon carbide), diamond, etc., which have better recovery characteristics and shorter recovery times than conventional semiconductor elements composed of Si (silicon) based semiconductors. By using a rectifier diode or rectifier (first rectifier) formed of a semiconductor (hereinafter referred to as “WBG”), the recovery current is relatively reduced by shortening the recovery time, thereby reducing common mode noise. The effect can be further enhanced.
また、上述したWBG半導体素子には、スイッチング速度が速く、スイッチング損失が小さい特性も有しているので、WBG半導体により形成されたスイッチング素子を用いて、第1の双方向スイッチおよび第2の双方向スイッチを構成することにより、交流直流変換装置のより一層の高効率化を図ることができる。 In addition, since the above-described WBG semiconductor element has characteristics that the switching speed is high and the switching loss is small, both the first bidirectional switch and the second switch are formed using the switching element formed of the WBG semiconductor. By configuring the direction switch, it is possible to further improve the efficiency of the AC / DC converter.
実施の形態2.
図10は、実施の形態2にかかる交流直流変換装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態1と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。図10に示すように、実施の形態1にかかる交流直流変換装置は、整流器2からの出力電圧を平滑する平滑手段である平滑コンデンサ14と、第1のリアクトル5、スイッチング素子(スイッチ手段)13、および逆流防止ダイオード15からなるチョッパ回路16と、チョッパ回路16と平滑コンデンサ14との間に挿入された第2のリアクトル11とを備えている。なお、図10に示す例では、スイッチング素子13としてIGBTを具備した例を示している。
FIG. 10 is a diagram of a configuration example of the AC / DC converter according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which is the same as that of
つぎに、実施の形態2にかかる交流直流変換装置の制御手段について、図11を参照して説明する。図11は、実施の形態2にかかる交流直流変換装置の制御手段における制御ブロック例を示す図である。 Next, control means of the AC / DC converter according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a control block in the control unit of the AC / DC converter according to the second embodiment.
PI制御器30には、直流電圧指令値Vdc*と直流電圧検出器21により検出された直流電圧検出値Vdcとの差分が入力される。PI制御器30は、入力された直流電圧指令値Vdc*とあらかじめ設定された直流電圧検出値Vdcとの差分が零となるような電流ピーク指令値Iss*を出力する。
A difference between the DC voltage command value Vdc * and the DC voltage detection value Vdc detected by the
乗算器36には、電流ピーク指令値Iss*と電源電圧検出器23により検出された電源電圧の瞬時値Vsとが入力される。乗算器36は、電流ピーク指令値Iss*と交流電圧Vsとを乗算して電流指令値Is*を求める。
The
PI制御器37には、電流指令値Is*と入力電流検出器22により検出された入力電流Isとの偏差が入力される。PI制御器37は、電流指令値Is*と入力電流Isとの偏差が零となるようなスイッチング素子13のデューティ指令duty*を演算する。なお、図10では入力電流検出器22は交流電源1と整流器2との間に挿入されているが、入力電流検出器22はチョッパ回路16と整流器2の間に挿入されていても良く、その場合、図11の乗算器36へ入力される電源電圧Vsは、絶対値で入力されれば、同一の構成で実現できることは言うまでも無い。
A deviation between the current command value Is * and the input current Is detected by the input
つぎに、実施の形態2にかかる交流直流変換装置における第2のリアクトル11によるコモンモードノイズの低減について、図10を参照して説明する。
Next, reduction of common mode noise by the
図10に示す構成例において、第2のリアクトル11を具備していない場合には、スイッチング素子13のオン動作時に、逆流防止ダイオード15のリカバリ特性によって、平滑コンデンサ14の短絡経路が生成され、この平滑コンデンサ14の短絡経路に逆流防止ダイオード15のリカバリ電流、つまり、平滑コンデンサ14の逆流電流が流れることとなる。すなわち、逆流防止ダイオード15のリカバリ電流がコモンモードノイズの主因となる。
In the configuration example shown in FIG. 10, when the
図10に示す構成例において、図11に示す制御ブロック例を適用した場合、前述の実施の形態において説明した各構成例とは異なり、例えば、15kHz以上の高周波でPWMスイッチング動作させることとなる。したがって、第2のリアクトル11を具備しない構成では、実施の形態1において説明した図5に示す従来の構成例よりもコモンモードノイズが多く発生する。
In the configuration example shown in FIG. 10, when the control block example shown in FIG. 11 is applied, the PWM switching operation is performed at a high frequency of 15 kHz or more, for example, unlike the configuration examples described in the above-described embodiment. Therefore, in the configuration without the
つまり、スイッチング素子13がオン動作する頻度が実施の形態1よりも高くなるため、単位時間当たりのリカバリ時間の合計時間の比率が高くなり、平滑コンデンサ14の放電に伴って発生する逆流阻止ダイオード15のリカバリ電流による電流変化率が大きくなる。このため、実施の形態1において説明した図5に示す従来の構成例よりもコモンモードノイズが多く発生することとなる。
That is, since the frequency at which the
したがって、本実施の形態においても、図10に示すように、チョッパ回路16と平滑コンデンサ14との間に、実施の形態1と同様に微小リアクタンス値のリアクトル11を挿入することにより、逆流阻止ダイオード15のリカバリ電流による電流変化率を抑制するようにしている。これにより、図10および図11を用いて説明した高周波でPWMスイッチング動作させる構成においても、コモンモードノイズの発生を抑制することができる。
Therefore, also in the present embodiment, as shown in FIG. 10, by inserting the
なお、図10に示す例では、第2のリアクトル11を逆流阻止ダイオード15と平滑コンデンサ14との間に挿入した例を示しているが、第2のリアクトル11を挿入する位置はこれに限らず、スイッチング素子13と逆流防止ダイオード15との間に第2のリアクトル11を挿入してもよく、逆流防止ダイオード15と同一の電流経路上であればどこでもよいことは言うまでもない。
In addition, although the example shown in FIG. 10 has shown the example which inserted the
また、第2のリアクトル11のリアクタンス値は、実施の形態1と同様に、第1のリアクトル5のリアクタンス値よりも小さく、電源力率の改善や高調波電流の低減には作用しない程度、または、この第2のリアクトル11での電圧降下による損失や直流電圧低下に影響しない程度の微小リアクタンス値とすればよい。
Further, the reactance value of the
また、実施の形態1と同様に、第2のリアクトル11を可飽和リアクトルとしてもよく、実施の形態1と同様の効果が得られることは言うまでもない。また、インピーダンスが変化するように操作コイル側を制御するような可飽和リアクトルを構成しても良い。
Further, as in the first embodiment, the
図12は、実施の形態2にかかる交流直流変換装置の別の一構成例を示す図である。図10に示した構成例では、第1のリアクトル5、スイッチング素子(スイッチ手段)13、および逆流防止ダイオード15からなるチョッパ回路16を1組備える例を示したが、図12に示すように、第1のリアクトル5a、スイッチング素子(スイッチ手段)13a、および逆流防止ダイオード15aからなるチョッパ回路16aと、第1のリアクトル5b、スイッチング素子(スイッチ手段)13b、および逆流防止ダイオード15bからなるチョッパ回路16bとを備える構成とし、2組の各チョッパ回路16a,16b毎に第2のリアクトル11a,11bを具備した構成としてもよく、さらには、3組以上の複数のチョッパ回路を備える構成とし、各チョッパ回路毎に第2のリアクトルを具備した構成であってもよい。また、複数の各チョッパ回路毎に第2のリアクトルを具備せず、各チョッパ回路に流れる電流の合成部に1つの第2のリアクトルを具備した構成であってもよい。
FIG. 12 is a diagram illustrating another configuration example of the AC / DC converter according to the second embodiment. In the configuration example shown in FIG. 10, an example in which one set of the
以上説明したように、実施の形態2の交流直流変換装置によれば、第1のリアクトル、スイッチング素子(スイッチ手段)、および逆流防止ダイオードからなる1組以上のチョッパ回路を具備し、高周波でPWMスイッチング動作させる構成であっても、スイッチング素子のオン動作に伴い、逆流防止ダイオードのリカバリ特性によって生成される平滑コンデンサの短絡経路に流れる平滑コンデンサの逆流電流を抑制する微小リアクタンス値の第2のリアクトルを逆流防止ダイオードと同一の電流経路上に挿入する構成とすることにより、リアクトルを挿入することによる損失増加を抑制しつつ、コモンモードノイズの主因である逆流防止ダイオードのリカバリ電流の発生を抑制することができ、コモンモードノイズの低減が可能となる。
As described above, the AC / DC converter according to
また、逆流防止ダイオードのリカバリ電流が抑制されることにより、スイッチング素子のオン時に流れる電流が減少するため、スイッチング損失を低減することができ、特に、高周波でPWMスイッチング動作させる構成において、スイッチング損失の低減効果がより大きくなる。 In addition, since the recovery current of the backflow prevention diode is suppressed, the current flowing when the switching element is turned on can be reduced, so that the switching loss can be reduced. The reduction effect is greater.
また、実施の形態1と同様に、コモンモードノイズの抑制を図る他の既知技術と併用することも可能であり、さらなるコモンモードノイズの低減が可能となる。 Further, similarly to the first embodiment, it can be used in combination with other known techniques for suppressing common mode noise, and further reduction of common mode noise is possible.
さらに、実施の形態1と同様に、飽和していない状態では高インピーダンス、飽和した状態では低インピーダンスとなる可飽和リアクトルを用いた構成とし、定格電流で飽和するように設計することにより、定格電流ではリアクトルが飽和した状態となることにより低インピーダンスとなるため、リアクトルでの損失発生が抑制される。一方、スイッチング素子のオン動作に伴い、逆流防止ダイオードのリカバリ電流が流れ始めようとする時点で、リアクトルが飽和していない状態となることにより高インピーダンスとなり、リカバリ電流の発生が抑制される。このように構成することにより、リアクトルを挿入することによる損失発生を抑制しつつ、コモンモードノイズを低減することが可能となる。 Further, as in the first embodiment, the saturable reactor is configured so as to have a high impedance in a non-saturated state and a low impedance in a saturated state. Then, since the impedance becomes low when the reactor is saturated, the occurrence of loss in the reactor is suppressed. On the other hand, when the recovery current of the backflow prevention diode starts to flow along with the ON operation of the switching element, the reactor is not saturated and the impedance becomes high, and the generation of the recovery current is suppressed. By comprising in this way, it becomes possible to reduce common mode noise, suppressing generation | occurrence | production of the loss by inserting a reactor.
また、上述した実施の形態1では、スイッチング素子をIGBTとした例を示したが、実施の形態1と同様に、スーパージャンクション構造のMOSFETを用いることで、スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができ、交流直流変換装置の高効率化を図ることができる。 In the first embodiment described above, an example in which the switching element is an IGBT has been shown. However, similarly to the first embodiment, by using a super junction structure MOSFET, the switching loss of the switching element can be reduced. This can improve the efficiency of the AC / DC converter.
また、実施の形態1と同様に、リカバリ特性が優れ、リカバリ時間が短い特性を有するWBG半導体により形成された整流ダイオードあるいは整流器(第1の整流器)を用いることにより、リカバリ時間が短縮されることにより相対的にリカバリ電流が小さくなるので、コモンモードノイズの低減効果をより高めることができる。 As in the first embodiment, the recovery time is shortened by using a rectifier diode or a rectifier (first rectifier) formed of a WBG semiconductor having excellent recovery characteristics and a short recovery time. As a result, the recovery current becomes relatively small, so that the common mode noise reduction effect can be further enhanced.
また、実施の形態1と同様に、スイッチング速度が速く、スイッチング損失が小さい特性も有するWBG半導体により形成されたスイッチング素子を用いることにより、交流直流変換装置のより一層の高効率化を図ることができる。 Further, similarly to the first embodiment, by using a switching element formed of a WBG semiconductor having a high switching speed and a small switching loss, it is possible to further increase the efficiency of the AC / DC converter. it can.
実施の形態3.
本実施の形態では、実施の形態1および実施の形態2において説明した交流直流変換装置を備えた空気調和機について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the present embodiment, an air conditioner including the AC / DC converter described in
図13は、実施の形態3にかかる空気調和機の一構成例を示す図である。図13に示すように、実施の形態3にかかる空気調和機は、実施の形態1および実施の形態2において説明した交流直流変換装置40と、交流直流変換装置40から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ41と、インバータ41から供給される交流電力により駆動される電動機58と、電動機58に流れる電流を検出する電流検出器42a,42bと、電流検出器42a,42bおよび電圧検出器44により検出された各検出値に基づいて、電動機58を駆動制御する駆動制御部43と、電動機58を内蔵した圧縮機51、四方弁52、室外熱交換器53、膨張弁54、および室内熱交換器55が冷媒配管56を介して取り付けられた冷凍サイクルとを備え構成されている。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an air conditioner according to the third embodiment. As shown in FIG. 13, the air conditioner according to the third embodiment uses the AC /
また、圧縮機51内部には冷媒を圧縮する圧縮機構57と、これを動作させる電動機58とが設けられ、圧縮機51から室外熱交換器53と室内熱交換器55との間を冷媒が循環することで冷暖房、冷凍などを行う冷凍サイクルが構成される。
The
実施の形態1および実施の形態2において説明した交流直流変換装置40は、損失の増加を抑制しつつ、コモンモードノイズの低減を図ることを可能としている。このため、図13に示すように、高効率化とコモンモードノイズの低減効果とをより高めた交流直流変換装置40を空気調和機に適用することにより、空気調和機の省エネ性能を損ねることなく、電源力率の向上および直流電圧上昇による圧縮機モータの高電圧化や、電流低減による損失低減が可能となる。
The AC /
以上説明したように、実施の形態3の空気調和機によれば、実施の形態1および実施の形態2において説明した高効率化とコモンモードノイズの低減効果とをより高めた交流直流変換装置を適用することにより、空気調和機の省エネ性能を損ねることなく、電源力率の向上および直流電圧上昇による圧縮機モータの高電圧化や、電流低減による損失低減が可能となる。 As described above, according to the air conditioner of the third embodiment, the AC / DC converter that further enhances the high efficiency and the reduction effect of the common mode noise described in the first and second embodiments. By applying it, it is possible to improve the power factor of the air conditioner, increase the voltage of the compressor motor by increasing the DC voltage, and reduce the loss by reducing the current without impairing the energy saving performance of the air conditioner.
なお、上述した実施の形態では、交流電源を単相交流電源とし、整流器(第1の整流器)が単相整流器である構成例を示したが、交流電源を三相交流電源とし、整流器(第1の整流器)が三相整流器である構成であっても、上述した各実施の形態による効果が得られることは言うまでもない。
In the above-described embodiment, the AC power source is a single-phase AC power source and the rectifier (first rectifier) is a single-phase rectifier. However, the AC power source is a three-phase AC power source, and the rectifier (first Needless to say, the effects of the above-described embodiments can be obtained even if the
また、上述した実施の形態において説明したWBG半導体により構成されたスイッチング素子、整流ダイオード、逆流防止ダイオード等の半導体素子を用いることによる効果は、上述した実施の形態において説明した効果にとどまらない。 In addition, the effect obtained by using a semiconductor element such as a switching element, a rectifier diode, or a backflow prevention diode constituted by the WBG semiconductor described in the above-described embodiment is not limited to the effect described in the above-described embodiment.
例えば、WBG半導体によって構成された半導体素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、半導体素子の小型化が可能であり、これら小型化された半導体素子を用いることにより、これらの半導体素子を組み込んだ交流直流変換装置の小型化が可能となる。 For example, a semiconductor element made of a WBG semiconductor has high withstand voltage and high allowable current density, so that the semiconductor element can be downsized. By using these downsized semiconductor elements, these semiconductor elements can be used. The AC / DC converter incorporating the element can be miniaturized.
また、WBG半導体によって構成された半導体素子は、上述したように耐熱性も高いため、放熱手段の放熱フィンの小型化が可能であるので、交流直流変換装置の一層の小型化が可能となり、延いては、その交流直流変換装置を組み込んだ空気調和機の小型化・低コスト化を図ることが可能となる。 In addition, since the semiconductor element composed of the WBG semiconductor has high heat resistance as described above, it is possible to reduce the size of the radiating fin of the radiating means, thereby further reducing the size of the AC / DC converter. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of an air conditioner incorporating the AC / DC converter.
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。 Note that the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.
1 交流電源
2 整流器(第1の整流器)
2a,2b,2c,2d 整流ダイオード
3a スイッチング素子(第1のスイッチング素子)
3aa 第1のスイッチング素子
3ab 第2のスイッチング素子
3b スイッチング素子(第2のスイッチング素子)
3ba 第3のスイッチング素子
3bb 第4のスイッチング素子
4a,4b ダイオード整流器
4aa 第1のダイオード
4ab 第2のダイオード
4ba 第3のダイオード
4bb 第4のダイオード
5,5a,5b 第1のリアクトル
6a,6b 平滑コンデンサ(平滑手段)
7 平滑手段
8 直流負荷
10a 第1の双方向スイッチ(スイッチ手段)
10b 第2の双方向スイッチ(スイッチ手段)
11,11a,11b 第2のリアクトル
12 第2の整流器
13,13a,13b スイッチング素子(スイッチ手段)
14 平滑コンデンサ(平滑手段)
15,15a,15b 逆流阻止ダイオード
16,16a,16b チョッパ回路
20 制御手段
21 直流電圧検出器
22 入力電流検出器
23 電源電圧検出器
30 PI制御器
31 PQ変換器
32a,32b LPF
33 PI制御器
34 PI制御器
35 逆PQ変換器
36 乗算器
37 PI制御器
40 交流直流変換装置
41 インバータ
42a 電流検出器
42b 電流検出器
43 駆動制御部
44 電圧検出器
51 圧縮機
52 四方弁
53 室外熱交換器
54 膨張弁
55 室内熱交換器
56 冷媒配管
57 圧縮機構
58 電動機
1
2a, 2b, 2c,
3aa 1st switching element 3ab
3ba 3rd switching element 3bb
7 Smoothing means 8
10b Second bidirectional switch (switch means)
11, 11a,
14 Smoothing capacitor (smoothing means)
15, 15a, 15b
33
Claims (15)
前記第1の整流器からの出力電圧を平滑する平滑手段と、
前記平滑手段より前記交流電源側に配置されたスイッチ手段と、
前記第1の整流器より前記交流電源側に配置された第1のリアクトルと、
前記スイッチ手段を開閉動作させる制御手段と、
前記スイッチ手段の閉動作時において、前記平滑手段から前記第1の整流器を介して前記交流電源に流れる逆流電流を抑制する第2のリアクトルと、
を備えることを特徴とする交流直流変換装置。 A first rectifier for rectifying the voltage of the AC power supply;
Smoothing means for smoothing the output voltage from the first rectifier;
Switch means disposed closer to the AC power supply than the smoothing means;
A first reactor disposed closer to the AC power supply than the first rectifier;
Control means for opening and closing the switch means;
A second reactor that suppresses a backflow current flowing from the smoothing means to the AC power source through the first rectifier during the closing operation of the switch means;
An AC / DC converter characterized by comprising:
前記スイッチ手段は、前記第1の整流器の一方の入力端子と前記平滑コンデンサの接続点との間に挿入された第1の双方向スイッチ、および、前記第1の整流器の他方の入力端子と前記平滑コンデンサの接続点との間に挿入された第2の双方向スイッチにより構成され、
前記第2のリアクトルは、前記第1の整流器の一方の出力端子と前記平滑手段の一方端との間、および、前記第1の整流器の他方の出力端子と前記平滑手段の他方端との間の双方に挿入された
ことを特徴とする請求項1に記載の交流直流変換装置。 The smoothing means is composed of two smoothing capacitors connected in series,
The switch means includes a first bidirectional switch inserted between one input terminal of the first rectifier and a connection point of the smoothing capacitor, and the other input terminal of the first rectifier and the It is constituted by a second bidirectional switch inserted between the connection point of the smoothing capacitor,
The second reactor is between one output terminal of the first rectifier and one end of the smoothing means, and between the other output terminal of the first rectifier and the other end of the smoothing means. The AC / DC converter according to claim 1, wherein the AC / DC converter is inserted into both of the two.
前記第2の双方向スイッチは、直列接続された第3のスイッチング素子および第3のダイオードと直列接続された第4のスイッチング素子および第4のダイオードとが逆並列に接続されて構成された
ことを特徴とする請求項2に記載の交流直流変換装置。 The first bidirectional switch includes a first switching element connected in series and a second switching element connected in series with a first diode and a second diode connected in antiparallel,
The second bidirectional switch is configured by connecting a third switching element connected in series and a fourth switching element connected in series with a third diode, and a fourth diode connected in antiparallel. The AC / DC converter according to claim 2.
前記平滑手段は、直列に接続された2つの平滑コンデンサにより構成され、
前記スイッチ手段は、前記第2の整流器の一方の出力端子と前記平滑コンデンサの接続点との間に挿入された第1のスイッチング素子、および、前記第2の整流器の他方の出力端子と前記平滑コンデンサの接続点との間に挿入された第2のスイッチング素子により構成され、
前記第2のリアクトルは、前記第1の整流器の一方の出力端子と前記平滑手段の一方端との間、および、前記第1の整流器の他方の出力端子と前記平滑手段の他方端との間の双方に挿入された
ことを特徴とする請求項1に記載の交流直流変換装置。 A second rectifier having an input terminal connected in parallel with the input terminal of the first rectifier;
The smoothing means is composed of two smoothing capacitors connected in series,
The switch means includes a first switching element inserted between one output terminal of the second rectifier and a connection point of the smoothing capacitor, and the other output terminal of the second rectifier and the smoothing. A second switching element inserted between the connection point of the capacitor and
The second reactor is between one output terminal of the first rectifier and one end of the smoothing means, and between the other output terminal of the first rectifier and the other end of the smoothing means. The AC / DC converter according to claim 1, wherein the AC / DC converter is inserted into both of the two.
前記第1の整流器からの出力電圧を平滑する平滑手段と、
前記平滑手段より前記交流電源側に配置されたスイッチ手段と、
前記スイッチ手段より前記交流電源側に配置された第1のリアクトルと、
前記平滑手段から前記スイッチ手段への逆流を阻止する逆流阻止ダイオードと、
前記スイッチ手段を開閉動作させる制御手段と、
前記スイッチ手段の閉動作時において、前記平滑手段から前記逆流阻止ダイオードを介して前記交流電源に流れる逆流電流を抑制する第2のリアクトルと、
を備えることを特徴とする交流直流変換装置。 A first rectifier for rectifying the voltage of the AC power supply;
Smoothing means for smoothing the output voltage from the first rectifier;
Switch means disposed closer to the AC power supply than the smoothing means;
A first reactor disposed closer to the AC power supply than the switch means;
A backflow prevention diode for preventing backflow from the smoothing means to the switch means;
Control means for opening and closing the switch means;
A second reactor for suppressing a backflow current flowing from the smoothing means to the AC power supply via the backflow prevention diode during the closing operation of the switch means;
An AC / DC converter characterized by comprising:
前記交流電源からの入力電流を検出する入力電流検出器と、
前記交流電源の電圧位相角もしくは電源電圧の少なくとも一方を検出する電源電圧検出器と、
を備え、
前記制御手段は、
前記直流電圧検出器、前記入力電流検出器、および前記電源電圧検出器の各検出値に基づいて、前記直流電圧が所望の一定値となるように、且つ、電源力率が改善するように、前記スイッチ手段を開閉動作させることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の交流直流変換装置。 A DC voltage detector for detecting a DC voltage across the smoothing means; an input current detector for detecting an input current from the AC power supply;
A power supply voltage detector for detecting at least one of a voltage phase angle or a power supply voltage of the AC power supply;
With
The control means includes
Based on the detection values of the DC voltage detector, the input current detector, and the power supply voltage detector, so that the DC voltage becomes a desired constant value, and the power supply power factor is improved. The AC / DC converter according to claim 1, wherein the switch unit is opened and closed.
前記交流直流変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータにより駆動される電動機を具備した圧縮機と、
を備えることを特徴とする空気調和機。 The AC / DC converter according to any one of claims 1 to 14,
An inverter that converts DC power output from the AC / DC converter into AC power;
A compressor including an electric motor driven by the inverter;
An air conditioner comprising:
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