逆变器的控制方法、针对交流负载的电力供给系统、制冷回路与流程

本发明涉及转换电力的技术。

背景技术：

在下述的专利文献1中公开了如下内容：当输入到逆变器的电压极端降低时，停止逆变器的运转，从而阻止逆变器的误动作、部件破坏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-290193号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明抑制换流器的发热，该换流器输出向逆变器输入的电压。

用于解决问题的手段

本发明的针对交流负载的电力供给系统具有：逆变器(4)，其施加从直流电压(vdc)转换得到的第一交流电压(v1)而向交流负载(5)供给电力(po)；换流器(2)，其将第二交流电压(v2)转换为所述直流电压(vdc)；以及控制电路(6)。

在该第一方式中，当所述第二交流电压的电压值(vac)小于规定的第一值(vt1)时，所述控制电路能够使所述逆变器降低所述电力(s85)。

本发明的针对交流负载的电力供给系统的第二方式，在该第一方式中，如果所述电压值(vac)为所述第一值(vt1)以上，则基于第一条件(s83，s84)使所述电力降低如果所述电压值小于所述第一值，则基于比所述第一条件缓和的第二条件(s82，s84)使所述电力降低(s85)。

本发明的向交流负载的电力供给系统的第二方式，在该第一方式中，如果所述电压值(vac)小于所述第一值(vt1)并且输入到所述逆变器(4)或向所述交流负载(5)输出的电流(iw)为第一上限值(i3)以上，则进行针对所述电流的下垂控制(s85)。相对于所述电压值的上升，所述第一上限值为单调非减小。

本发明的针对交流负载的电力供给系统的第三方式，在该第一方式中，如果所述电压值(vac)小于所述第一值(vt1)并且向所述换流器(2)输入的输入电流的电流值(ii)为第二上限值以上，则进行针对所述输入电流的下垂控制(s85)。相对于所述电压值(vac)的上升，所述第二上限值为单调非减小。

本发明的针对交流负载的电力供给系统的第四方式，在该第一方式或第二方式或第三方式中，如果所述电压值(vac)小于比所述第一值(vt1)低的规定的第二值(vt2)，则停止向所述交流负载(5)供给所述电力(po)(s73、s74)。

本发明的针对交流负载的电力供给系统的第五方式，在该第二方式或第三方式中，所述交流负载(5)是电机。所述下垂控制(s85)包含降低所述电机的转速的控制。

本公开的向交流负载的电力供给系统的第六方式，在该第五方式中，所述电机(5)是驱动制冷回路(9)中采用的压缩机(91)的电机、驱动空调机中采用的风扇、驱动空气净化器中采用的风扇的电机中的任意种电机。

本发明的针对交流负载的电力供给系统的第七方式，在该第五方式中，所述电机(5)是驱动制冷回路(9)所具有的压缩机(91)的电机。所述制冷回路还具有膨胀阀(93)。所述下垂控制(s85)包含使所述膨胀阀的开度增加的控制。

本发明的针对交流负载的电力供给系统的第八方式，在该第一方式至第七方式中的任一方式中，当所述电压值(vac)小于所述第一值(vt1)时，使向由所述直流电压驱动的直流负载(93)供给的电力降低。

本发明的制冷回路(9)具有由电机(5)驱动的压缩机(91)和膨胀阀(93)。所述电机(5)是被本发明的针对交流负载的电力供给系统的第七方式供给电力的所述交流负载(5)。

本发明的逆变器的控制方法，对将所输入的直流电压(vdc)转换为第一交流电压(v1)而向交流负载(5)供给电力的逆变器(4)进行控制。所述直流电压(vdc)是通过换流器(2)从第二交流电压(v2)转换得到的。

并且，在所述第二交流电压的电压值(vac)小于规定的第一值(vt1)时，能够降低所述电力(s85)而进行该电力的供给(s8)。

附图说明

图1是表示交流负载驱动系统的结构的框图。

图2是表示控制电路的电力降低动作以及与其相关联的动作的流程图。

图3是表示作为电流下垂值的函数的相对于电压值的相关性的线图。

图4是表示制冷回路的结构的框图。

具体实施方式

图1是表示交流负载驱动系统100的结构的框图，在此，交流负载驱动系统100驱动交流负载5。作为交流负载5，能够采用单相交流负载、多相交流负载中的任一种。例如，交流负载5是交流电机。例如，该交流电机驱动用于制冷回路中的压缩机。或者，例如该交流电机驱动向用于制冷回路中的热交换器送风的风扇。或者，例如该交流电机驱动用于空气净化器的风扇。

交流负载驱动系统100具有逆变器4。逆变器4将输入到其自身的直流电压vdc转换为交流电压v1，并将交流电压v1施加给交流负载5。逆变器4向交流负载5供给使交流负载5动作的电力(以下称为“动作电力”)po。交流电压v1的相数与交流负载5的相数对应。

交流负载驱动系统100具有换流器2。换流器2转换交流电压v2而输出直流电压vdc。交流电压v2例如从作为交流电源的商用电源1输出。从商用电源1向换流器2输入电流值ii的输入电流。从商用电源1向交流负载驱动系统100供给电力ps。

换流器2例如采用二极管桥式整流电路、升压换流器、降压换流器、升降压换流器。

在图1中示出了交流负载驱动系统100在商用电源1与和换流器2的输入侧之间还具有滤波器7的情况。在该情况下，交流电压v2经由滤波器7从商用电源1施加给换流器2。例如，滤波器7是扼流输入型的低通滤波器。电流值ii可以采用从商用电源1流向滤波器7的电流的值。可以将滤波器7所具有的电容器的两端电压理解为交流电压v2。

在图1中示出了交流负载驱动系统100还具有电容器3的情况。电容器3支持直流电压vdc。换流器2对电容器3进行充电。电容器3放电，单独或与换流器2一起供给向逆变器4输入的电力(以下称为“输入电力”)pi。如果忽略逆变器4中的损耗，则输入电力pi等于动作电力po。

交流负载驱动系统100具有控制电路6。控制电路6控制逆变器4的动作。例如逆变器4通过进行开关动作而将直流电压vdc转变为交流电压v1。逆变器4例如包含进行上述开关动作的开关元件。

控制电路6生成控制该开关动作的控制信号g而向逆变器4输出。交流电压v1依赖于逆变器4的开关动作而变动。交流电压v1的变动使动作电力po变动。动作电力po的变动使交流负载5的动作变动。

因此，控制电路6通过逆变器4的控制而使动作电力po变动，从而以各种动作驱动交流负载5。以交流负载5为三相电机的情况为例进行说明。

向控制电路6输入指令数据j、交流电压v2的电压值vac、流过逆变器4的电流iw的值(以下也称为“电流值iw”)。指令数据j例如是关于电机5的转速或转矩的指令值。直流电压vdc的值也可以被输入到控制电路6。

电压值vac是使用公知的电压传感器以公知的方法得到的，电流值iw是使用公知的电流传感器以公知的方法得到的。电流值iw能够通过测量输入到逆变器4的电流来获得。

指令数据j例如在电机5驱动压缩机的情况下根据使用该压缩机的制冷回路的冷却性能来设定。该设定例如是作为空调机基于温度设定来驱动压缩机的控制而公知的技术。例如，为了提高冷却性能，能够采用增大压缩机的转速，例如增大指令数据j所示的转速的指令值。

控制电路6使用指令数据j、电压值vac、电流值iw来确定动作电力po。例如，在指令数据j是关于转速或转矩的指令值时，该指令值的增大导致动作电力po的增大。

控制电路6以从逆变器4向交流负载5供给动作电力po的方式生成控制信号g。

在逆变器4供给某一值的动作电力po时，若电压值vac降低，则电流值ii上升。这是因为，若将换流器2的电力变换效率考虑为恒定，则输入电力pi与电压值vac和电流值ii的积成比例，若忽略逆变器4中的损耗，则输入电力pi与动作电力po相等。电流值ii上升导致构成换流器2的二极管或开关元件的发热。二极管或开关元件的发热导致效率降低、元件的性能降低。因此，希望抑制换流器2的发热。

在本实施方式中，作为抑制该发热的技术，提出了在电压值vac降低时使逆变器4进行降低动作电力po的动作的逆变器的控制方法。具体而言，例如，控制电路6以使逆变器4进行上述动作的方式使控制信号g变动。这是为了通过动作电力po的降低而实现输入电力pi降低、进而实现电力ps降低，从而缓和或降低电流值ii的上升。

由此，换流器2的发热被抑制。在具有滤波器7时，滤波器7所具有的线圈中的发热也被抑制。换言之，交流负载驱动系统100中的至少包含换流器2的商用电源1侧的发热被抑制。

在换流器2如二极管桥式整流电路那样通过电压值vac的增减而使直流电压vdc的电压值也增减的情况下，由于电压值vac的降低而使直流电压vdc的电压值降低。因此，与动作电力po的降低无关，逆变器的开关损耗都降低，逆变器4的发热被抑制。由于在使动作电力po降低时电流值iw也减少，因此逆变器4的发热进一步被抑制。例如，根据换流器2的功能，即使直流电压vdc的电压值不因电压值vac的增减而增减的情况下，在使动作电力po降低时也能够抑制逆变器4的发热。

不需要相对于电压值vac的降低而总是使动作电力po降低。因为开关元件等的发热能够被容许到规定的上限。例如，在采用晶体管作为开关元件的情况下，这种容许的上限依赖于所谓的容许集电极损耗。

因此，作为在本实施方式中提出的技术，列举如下技术：如果电压值vac小于规定的阈值(以下，为了方便说明而设为“第一值vt1”)，则与电压值vac为规定的阈值以上时相比，容易降低从逆变器4向交流负载5供给的动作电力po。

这是作为控制电路6的动作来看，在电压值vac小于第一值vt1时和为第一值vt1以上时进行使动作电力po降低的动作(以下也称为“电力降低动作”)的条件不同，执行向逆变器4供给动作电力po的控制方法。例如，控制电路6生成使逆变器4进行降低动作电力po的动作的控制信号g而向逆变器4输出。

图2是表示控制电路6的电力降低动作以及与其相伴的动作的流程图。在步骤s71中设定动作电力po。该设定是基于指令数据j、电压值vac、电流值iw的动作电力po的确定，是通过公知的技术进行的处理。在步骤s71中，不仅直接确定动作电力po，也可以通过确定交流负载5的动作状态(例如电机负载的转速或转矩)来间接地确定动作电力po。

在步骤s71之后，在步骤s72中，进行维持动作电力po而使逆变器4动作的控制。该控制是维持在步骤s71中设定的动作电力po而使逆变器4动作的控制，是通过公知的技术进行的处理。

在步骤s72之后，在步骤s73中，当电压值vac异常下降时，进行用于中止交流负载5的驱动的比较。

在步骤s73中，例如将电压值vac与规定的第二值vt2进行比较。第二值vt2比第一值vt1小。如果电压值vac小于第二值vt2(即vac≥vt2为否定时)，则处理进入步骤s74。

在步骤s74中，停止从逆变器4向交流负载5供给动作电力po。例如，在换流器2采用二极管桥式整流电路的情况下，电压值vac的降低会导致直流电压vdc的降低。步骤s73可以包含这种情况下的对直流电压vdc的低电压保护的处理。

在此，动作电力po供给的停止作为与虽然降低但还进行动作电力po的供给的电力降低动作不同的处理来处理。

如果在步骤s73中电压值vac为第二值vt2以上(即vac≥vt2为肯定时)，则处理进入步骤s8。在步骤s8中，控制电路6进行电力降低动作。但是，在步骤s8中，如后所述，也不一定进行动作电力po的降低。具体而言，步骤s8包含步骤s81～s85的多个步骤，在步骤s84中处理进行分支，有时从步骤s8的中途退出。

在步骤s8的处理的最初，在步骤s81中进行第一值vt1与电压值vac的比较。作为该比较的结果，如果电压值vac小于第一值vt1(即，vac＜vt1是肯定时)，则处理进入步骤s82。如果电压值vac为第一值vt1以上(即，vac＜vt1是否定时)，则处理进入步骤s83。

为了便于说明，在说明步骤s82、s83之前，对步骤s84、s85进行说明。在步骤s85中，对电流iw进行所谓的下垂控制，在步骤s85之前，在步骤s84中判断是否需要进行下垂控制。

作为下垂控制的例子，能够举出交流负载5为电机而使其转速降低的控制。电机的转速的降低通过电流iw的降低来实现，有助于动作电力po的直接降低。

是否进行下垂控制是由从逆变器4向交流负载5输出的电流与电流下垂值i3的比较来确定的。该电流是流过逆变器4的电流，因此能够作为电流值iw进行测量。

在步骤s84中，当iw≥i3为肯定时，处理进入步骤s85，进行下垂控制。由此，电流值iw降低。即，通过步骤s84、s85，电流下垂值i3作为电流值iw的上限值发挥作用。

当在步骤s84中iw≥i3为否定时(即iw＜i3时)，处理从步骤s8退出而返回步骤s72。

步骤s82、s83都是确定电流下垂值i3的处理。在步骤s82中，电流下垂值i3由电压值vac的函数f(vac)设定。在此，函数f(vac)相对于电压值vac的上升而单调非减小。在步骤s83中，电流下垂值i3被设定为规定值i31。例如，规定值i31采用与电压值vac不相关的值。

在执行了步骤s82、s83之后，执行步骤s84。该情况下的步骤s84中的处理是进行电流值iw与规定值i31的比较。即，步骤s82、s83、s84、s85是以使电流值iw不超过规定值i31的方式进行下垂控制的步骤的集合。

图3是示出成为电流下垂值i3的函数f(vac)的相对于电压值vac的相关性的线图。具体为：

当vac≥vt1时，f(vac)＝i31；

当vac≤vt2时，f(vac)＝i32；

当vt2≤vac≤vt1时，

f(vac)＝i32+(vac-vt2)(i31-i32)/(vt1-vt2)。

规定值i32小于规定值i31且与电压值vac不相关。

当然，上述函数f(vac)是例示，在vt2≤vac≤vt1时，函数f(vac)可以相对于电压值vac为非线性。例如，相对于电压值vac的变化，函数f(vac)可以连续地变化，也可以呈阶梯状地变化。

在执行步骤s81时，由于步骤s73中的判断是肯定的，因此vt2≤vac成立。因此，在步骤s82中，电流下垂值i3被设定为相对于电压值vac的下降而单调下降的值。

通过采用这样设定的电流下垂值i3，并通过执行步骤s84、s85，在关于电流iw的下垂控制中，电压值vac越低则以越低的电流下垂值i3为上限，抑制电流iw。因此，随着电压值vac的降低，动作电力po降低进而电力ps降低。因此，即使电压值vac降低，电流值ii的增大也被抑制，换流器2的发热被抑制。基于这样的步骤s82、s84、s85的动作电力po的降低是上述的电力降低动作的例示。

根据步骤s82、s83、s84的说明，可以如下所示：

若电压值vac为第一值vt1以上，则在i3＝i31这样的第一条件下降低供给动作电力po；

若电压值vac小于第一值vt1，则在i3＝f(vac)这样的第二条件下降低供给动作电力po。

如果vac＜vt1，则f(vac)＜i31，因此，电压值vac小于第一值vt1的情况与电压值vac为第一值vt1以上的情况相比，容易使动作电力po降低。换言之，用于降低动作电力po的第二条件比第一条件缓和。

虽然第二条件比第一条件缓和，但即使vac＜vt1，也未必能够使动作电力po降低。这是因为，在步骤s84的判断为否定结果的情况下，不进入步骤s85，不进行下垂控制。因此，当vac＜vt1时，控制电路6能够使针对逆变器4的电力降低。

在步骤s73中的判断为否定的情况下，执行步骤s74，鉴于使动作电力po的供给停止，在vac＜vt2时，也可以不设定函数f(vac)的值。

可以导入比确定函数f(vac)的第二值vt2小的第二值vt2'，在步骤s73中将与电压值vac比较的第二值vt2置换为第二值vt2'。在这种情况下，在vac＜vt2'时停止动作电力po的供给，在vt2'≤vac≤vt2时电流下垂值i3取规定值i32并将其作为上限，进行关于电流iw的下垂控制。

也可以导入比确定函数f(vac)的第一值vt1大的第一值vt1'，在步骤s81中将与电压值vac比较的第一值vt1置换为第一值vt1'。在这种情况下，在vt1≤vac≤vt1'时，电流下垂值i3取规定值i31并将其作为上限，进行关于电流iw的下垂控制。即，函数f(vac)相对于电压值vac的下降而单调减少，但也可以存在与电压值vac不相关的区域(相对于电压值vac的上升而单调非减小)。

作为下垂控制而例示的电机的转速的降低直接使电流iw降低。通过产生导致电机的转速或转矩的降低的现象，经由电机的转速或转矩的降低间接地使动作电力po降低，这也被认为包含在下垂控制中。下面，对这样的控制进行说明。

图4是示出制冷回路9的结构的框图。制冷回路9具有压缩机91、热交换器92、94、膨胀阀93。未图示的制冷剂通过压缩机91压缩，通过热交换器92蒸发，通过膨胀阀93膨胀，通过热交换器94冷凝。图中的白色箭头表示制冷剂循环的方向。

交流负载5是驱动制冷回路9所具有的压缩机91的电机。膨胀阀93是电磁阀，通过由控制电路6生成的控制信号l调整其开度。例如，该电磁阀的开度由通过控制信号l驱动的步进电机确定。例如，能够从换流器2的输出获得该步进电机的动作电力。

在步骤s85(参照图2)中，根据控制信号l使膨胀阀93的开度增加。由此，压缩机91的机械负载降低，因此驱动压缩机91的电机5所需的转矩降低，电流iw降低。因此，能够认为在下垂控制中包含使膨胀阀93的开度增加的处理。

如上所述，生成控制信号l和/或控制信号g的控制电路6可以构成为包含微型计算机和存储装置。微型计算机执行程序中记载的各处理的步骤(换言之，程序)。例如图2的各步骤由该微型计算机执行。

上述存储装置例如可以由rom(readonlymemory：只读存储器)、ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、可改写的非易失性存储器(eprom(erasableprogrammablerom：可擦除可编程rom)等)等各种存储装置中的一个或多个构成。该存储装置存储各种信息和数据等，并且，存储微型计算机执行的程序，另外，提供用于执行程序的作业区域。微型计算机能够被理解为作为与程序中记载的各处理步骤对应的各种单元发挥功能，或者，也能够被理解为实现与各处理步骤对应的各种功能。另外，控制电路6不限于此，也可以用硬件实现由控制电路6执行的各种步骤或实现的各种单元或各种功能的一部分或全部。

如上所述，在本实施方式中，提出了对将输入的直流电压vdc转换为交流电压v1而施加给交流负载5的逆变器4进行控制的技术。直流电压vdc由换流器2从交流电压v2转换而得到。

在交流负载驱动系统100中，当电压值vac小于第一值vt1时，控制电路6能够使逆变器4降低动作电力po。由此，动作电力po降低，进而电力ps降低，抑制换流器2的发热。这种技术也可以看作是一种逆变器4的控制方法，当电压值vac小于第一值vt1时，该逆变器4能够减低供给动作电力po。

若电压值vac为第一值vt1以上，则基于第一条件(步骤s83、s84)降低从逆变器4向交流负载5供给的动作电力po(步骤s85)，来供给动作电力po。若电压值vac小于第一值vt1，则基于第二条件(步骤s82、s84)降低动作电力po(步骤s85)，来供给动作电力po。第二条件比第一条件缓和。

例如，如果电压值vac小于第一值，输入到逆变器4的输入电流(电流值ii)或者输出到交流负载5的电流iw为作为其上限值的电流下垂值i3以上，则进行针对该电流的下垂控制(步骤s85)。相对于电压值vac的上升，电流下垂值i3单调非减小。由此，使从逆变器4向交流负载5供给的动作电力po降低。

也可以对换流器2所输入的电流进行下垂控制。例如，如果电压值vac小于第一值，电流值ii为上限值以上，则进行针对该电流的下垂控制。例如，该上限值能够设定为相对于电压值vac的上升而单调非减小。具体而言，例如能够采用在步骤s84(参照图2)中将电流值iw替换为电流值ii的流程图。该上限值能够与上述的电流下垂值i3独立地设定。

如果电压值vac小于比第一值vt1低的第二值vt2，则可以停止向交流负载5供给动作电力po。

例如，交流负载5可以是电机，在下垂控制中包含降低电机5的转速的控制。这导致动作电力po的直接降低。

作为电机5的例子，能够举出驱动制冷回路9所具有的压缩机91的电机。例如，电机5驱动在具有膨胀阀93的制冷回路9中设置的压缩机91。制冷回路9具有由交流负载驱动系统100供给动作电力po的电机5驱动的压缩机91和膨胀阀93。下垂控制也可以包含使膨胀阀93的开度增加的控制。这导致动作电力po的间接降低。

电机5也能够用作驱动用于空调机中的风扇和用于空气净化器中的风扇的电机。

在设置由直流电压vdc驱动的直流负载的情况下，可以进行降低向该直流负载供给的电力的控制。在这种情况下，输入电力pi是动作电力po和由该直流电力消耗的电力之和，该直流电力的降低有助于电力ps的降低。该控制能够与逆变器4的控制独立地进行。

例如，在制冷回路9中，在膨胀阀93是其动作电力作为直流电力从电容器3供给的直流负载的情况下，也可以在电压值vac小于第一值vt1时停止膨胀阀93的动作。

具有换流器2、逆变器4和进行电力降低操作的控制电路6的交流负载驱动系统100可以说是向交流负载5供电的电力供给系统。

以上，对实施方式进行了说明，但能够理解为在不脱离权利要求书的主旨和范围的情况下能够进行方式和详细内容的多种变更。上述各种实施方式和变形例可以相互组合。