WO2019077842A1 - 電力変換装置、電動機駆動装置及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

突入電流を抑制しつつ、待機電力を効果的に抑制することのできる電力変換装置、電動機駆動装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。電力変換装置（１）は、交流電源（１８）に接続された整流部（６）と、整流部（６）からの直流電路に設けられたインダクタンス部（７）と、インダクタンス部（７）を挟んで整流部（６）と反対側において、正極側直流電路と負極側直流電路とを接続する第１電路（８）と、第１電路（８）上に設けられたコンデンサ（９）と、整流部（６）と第１電路（８）との間の直流電路上、又は、第１電路（８）上に設けられた第１開閉部（１０）と、一端が、交流電源（１８）の一相に接続され、他端が、第１電路（８）上であって、第１開閉部（１０）とコンデンサ（９）との間に接続された第２電路（１１）と、第２電路（１１）上に設けられた、第２開閉部（１２）、逆流防止部（１３）、及び抵抗部（１４）とを具備する。

Description

電力変換装置、電動機駆動装置及び空気調和装置

　本発明は、電力変換装置、電動機駆動装置及び空気調和装置に関するものである。

　電力変換装置では、整流回路によって交流電力から直流電力への変換を行うが、出力される直流電力は変動成分を含んでいる。この変動成分を平滑化するために、一般的に、コンデンサが使用されている。このような電力変換装置において、電源の投入時には、該コンデンサを充電するために短時間に定常状態よりもはるかに高い電流（以下「突入電流」という。）が発生する。

　特許文献１には、このような突入電流を抑制するために、図１２に示すように、リレーと抵抗が並列接続された突入電流抑制回路１２１を該コンデンサに対して直列に設けることが開示されている。具体的には、特許文献１では、電源投入時に、突入電流抑制回路の抵抗を介してコンデンサに電流を流すことで、突入電流を抑制している。

特許第５９３３０３８号公報

　しかしながら、上記の方法では、電源が投入されている状態では、突入電流抑制回路のリレーを開としたとしても、該リレーに並列に接続された抵抗を介して、コンデンサに電流が流れ続けるため、待機電力を効果的に抑制することができなかった。

　待機電力を抑制するために、例えば、図１２に示した突入電流抑制回路に対して、抵抗と直列にリレーを追加した場合には、高価なＤＣ接点リレーを使用する必要があり、コストの増大を招くこととなる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、突入電流を抑制しつつ、待機電力を効果的に抑制することのできる電力変換装置、電動機駆動装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。

　本発明の第一態様は、交流電源に接続された整流部と、前記整流部からの直流電圧が出力される直流電路に設けられたインダクタンス部と、前記インダクタンス部を挟んで前記整流部と反対側において、正極側直流電路と負極側直流電路とを接続する第１電路と、前記第１電路上に設けられたコンデンサと、前記整流部と前記第１電路との間の直流電路上、又は、前記第１電路上に設けられた第１開閉部と、一端が、前記交流電源の一相に接続され、他端が、前記第１電路上であって、前記第１開閉部と前記コンデンサとの間に接続された第２電路と、前記第２電路上に設けられた、第２開閉部、逆流防止部、及び抵抗部と、を具備する電力変換装置である。

　上記のような構成によれば、交流電源が投入されている状態であっても、第１開閉部及び第２開閉部を開とすることによって、交流電源とコンデンサとを接続する電路を完全にオープン状態とすることができるため、待機電力を効果的に抑制することができる。第２電路上に第２開閉部を設ける構成としたため、第２開閉部には交流電圧が印加されることとなり、廉価なＡＣ接点リレーを用いることが可能となる。

　交流電源からの交流電流をコンデンサへバイパスする第２電路に逆流防止部を設けることで、交流電流の周期に応じて、コンデンサへ電流が流れない期間を作ることができる。このため、整流された電圧（直流電圧）によってコンデンサを充電する場合（例えば、図１２に示す回路）と比較して、コンデンサの充電完了時間を長くすることができる。これにより、コンデンサへ電荷をバイパスさせている第２電路の抵抗部が、急激に発熱することを防ぐことができ、発熱による抵抗部の劣化を抑制し、高寿命化を図ることが可能である。

　上記電力変換装置は、前記第１開閉部及び前記第２開閉部を制御する制御部を備え、前記制御部は、待機モードの場合に、前記第１開閉部及び前記第２開閉部を開とすることとしてもよい。

　上記のような構成によれば、待機モードにおいて、交流電源とコンデンサとを接続する電路を完全にオープン状態とすることができるため、待機電力を効果的に抑制することができる。

　上記電力変換装置において、前記制御部は、前記待機モードから充電モードへ切替える場合に、前記第１開閉部を開、前記第２開閉部を閉とすることとしてもよい。

　上記のような構成によれば、コンデンサを充電するための電荷はすべて第２電路を経由してコンデンサへ流れ込むため、整流部と第１電路との間の直流電路における突入電流を抑制することができる。このように、直流電路に設けられたインダクタンス部に流れる突入電流が抑制されるので、インダクタンス部が持つ抵抗成分による発熱を抑制することができる。これにより、インダクタンス部の劣化を抑制して高寿命化を図ることが可能となる。

　上記電力変換装置において、前記制御部は、前記充電モードから定常モードへ切替える場合に、前記第１開閉部を閉、前記第２開閉部を閉とすることとしてもよい。

　上記のような構成によれば、第１開閉部を閉とすることで直流電路とコンデンサが接続状態となり、コンデンサによって、直流電路を流れる直流電力に含まれる変動成分を平滑することができる。

　上記電力変換装置において、前記交流電源は、三相交流電源であることとしてもよい。

　上記のような構成によれば、交流電源として単相交流電源を用いた場合と比較して、コンデンサの充電完了時間を短くすることが可能となる。逆流防止部を有する第２電路によって、コンデンサへ電荷を供給しているため、整流された電圧（直流電圧）によってコンデンサを充電する場合と比較して、コンデンサの充電時間を長くすることができる。これにより、第２電路の抵抗部における発熱とコンデンサ充電時間とのトレードオフに対して最適点で動作させることができ、第２電路の抵抗部の発熱を抑制しつつ、より短い時間でコンデンサの充電を完了させることができる。

　本発明の第二態様は、上記電力変換装置と、前記電力変換装置の出力電圧が入力され、電動機を駆動するインバータ部と、を備える電動機駆動装置である。

　本発明の第三態様は、上記電動機駆動装置と、電動機と、を備える空気調和装置である。

　本発明によれば、突入電流を抑制しつつ、待機電力を効果的に抑制することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置を備えた電動機駆動装置の回路図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置における開閉制御のフローチャートを示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置の各部の電流及び電圧の波形を時系列で示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置の交流電源の出力波形を示した図である。 従来の電力変換装置のコンデンサに印加される電圧波形を示した図である。 従来の電力変換装置のコンデンサに流れる突入電流の波形を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置のコンデンサに印加される電圧波形を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置のコンデンサに流れる突入電流の波形を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置の変形例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置の変形例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置の変形例を示した図である。 特許文献１に係る突入電流抑制回路を含む電力変換装置の概略図である。 特許文献１に係る突入電流抑制回路を含む電力変換装置の各部の電流及び電圧の波形を時系列で示した図である。

　以下に、本発明の一実施形態に係る電力変換装置１及びそれを備える電動機駆動装置２について、図面を参照して説明する。本実施形態では、空気調和装置３が電動機駆動装置２及び圧縮機モータ４（電動機）を備え、電動機駆動装置２によって圧縮機モータ４を駆動する場合について説明するが、電動機駆動装置２は、空気調和装置３以外の装置に広く適用することができる。
　図１は、本実施形態に係る電力変換装置１を備えた電動機駆動装置２の回路図である。本実施形態に係る電動機駆動装置２を備えた空気調和装置３は、電動機駆動装置２及び圧縮機モータ４（電動機）を備える。つまり、電動機駆動装置２によって、圧縮機モータ４を駆動し、圧縮機モータ４の機械的動力を、圧縮機に伝達することによって、空気調和装置３を動作させる。

　電動機駆動装置２は、電力変換装置１と、インバータ部５とを備えている。

　インバータ部５は、６つのスイッチング素子を有する三相ブリッジインバータ回路であり、各スイッチング素子がスイッチング制御されることによって、電力変換装置１からの直流電圧を三相交流電圧に変換する。インバータ部５からの三相交流電圧は、圧縮機モータ４に供給される。スイッチング素子は、例えば、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いることができる。

　電力変換装置１は、三相交流電源１８に接続された整流部６、インダクタンス部７、第１電路８、コンデンサ９、第１開閉部１０、第２電路１１、第２開閉部１２、逆流防止部１３、抵抗部１４、入力部１５、電圧検出部１６、及び制御部１７を備えている。そして、本実施形態に係る電力変換装置１は、交流電源１８が投入されている期間において、第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉状態を制御することにより、後述する待機モード、充電モード、定常モードの各動作モードの切替を行う。

　整流部６は、交流電源１８に接続され、ブリッジ整流を行う。具体的には、本実施形態における整流部６は、２つで１対をなすダイオード素子を３対備えており、各ダイオード素子は三相ブリッジ接続されている。三相交流電源１８から三相交流電力が入力されると、全相を全波整流し出力する。このため、出力電圧は一定の周期で脈流する直流電圧となる。整流部６に用いられる素子は、ダイオードに限られず、サイリスタなどの整流素子を用いてもよい。本実施形態では、交流電源１８として三相交流を用いている場合について説明するが、交流電源１８としては、三相交流だけでなく、単相交流や他の多相交流を発生させる交流電源も適用可能である。

　インダクタンス部７は、整流部６からの直流電圧が出力される直流電路に設けられている。具体的には、インダクタンス部７は、１つの誘導性素子を有している。そして、整流部６から出力される電圧は直流電圧でありながらも脈流しているため、インダクタンス部７では、誘導性素子を通すことによって、電流が変化する速度を抑制して、平滑された直流電圧を出力する。

　第１電路８は、インダクタンス部７を挟んで整流部６と反対側において、正極側直流電路と負極側直流電路とを接続する。具体的には、第１電路８は、後述するコンデンサ９を有しており、整流部６からの出力電力が導通する正極側直流電路と負極側直流電路との間に接続されることで、正極側直流電路を流れる脈流成分を負極側直流電路に流し、整流部６へ返すことで、後段に接続されるインバータ部５へ供給される直流電力の脈流成分を低減する。

　コンデンサ９は第１電路８上に設けられている。具体的には、正極側直流電路における脈流成分（高周波成分）を平滑化する。コンデンサ９としては、脈流成分（高周波成分）を平滑化するために、比較的大きな容量値を持つものが選定されることが好ましい。

　第１開閉部１０は、整流部６と第１電路８との間の直流電路上、又は、第１電路８上に設けられ、整流部６とコンデンサ９とを接続する閉回路の開（非接続状態）と閉（接続状態）を制御する。本実施形態では、主として、第１電路８上に第１開閉部１０が設けられている場合について説明する。第１開閉部１０が、整流部６と第１電路８との間の直流電路上に設けられている場合については、後述する変形例にて説明する。

　第２電路１１は、一端が、交流電源１８の一相に接続され、他端が、第１電路８上であって、第１開閉部１０とコンデンサ９との間に接続されている。第２電路１１には、第２開閉部１２、逆流防止部１３、及び抵抗部１４が直列的に設けられており、交流電源１８からの電荷を、直接的にコンデンサ９へバイパスする。

　第２開閉部１２は、第２電路１１上に設けられる。第２開閉部１２の開閉が制御されることにより、第２電路１１を介したコンデンサ９への電流供給が制御される。第２電路１１の一端が交流電源１８に接続されているため、第２開閉部１２へ印加される電圧は交流電圧となる。このため、アーク放電対策のために高額となるＤＣ接点リレー等を使用することなく、比較的安価なＡＣ接点リレー等が使用可能となる。

　逆流防止部１３は第２電路１１上において、交流電源１８からの電荷がコンデンサ９に供給される方向が順方向となるように接続される。このため、コンデンサ９の電圧が交流電源１８の出力電圧よりも高くなるような場合には、逆流防止部１３に印加される電圧が逆方向バイアスとなるため、第２電路１１に対するコンデンサ９の放電を抑制することができる。逆流防止部１３に用いられる素子は、ダイオードなど様々な整流素子が適用可能である。

　抵抗部１４は、突入電流抑制用の抵抗であり、第２電路１１を介してバイパスされる電流を抑制する。抵抗部１４は、第２開閉部１２が閉となっている場合には、交流電源１８からの電流が第２電路１１を介してバイパスされないようにする機能を担う。このため、抵抗部１４は、交流電源１８から整流部６側を見たときの抵抗成分よりも大きな抵抗値に設定されることが好ましい。

　電圧検出部１６は、コンデンサ９の両端の電圧を検出する。具体的には、電圧比較部２１にてコンデンサ９に蓄積された電荷の状況を監視するために、電圧検出部１６によってコンデンサ９の電圧を検出し、検出した電圧を制御部１７の電圧比較部２１へ出力する。

　入力部１５は、電力変換装置１のＯＮ／ＯＦＦの指示を受け付け、受け付けた指示を制御部１７の開閉制御部２２へ出力する。例えば、リモコン等によってユーザが空気調和装置３に対して運転開始／停止を指示した場合に、該指示を空気調和装置３の上位制御部（図示せず）が受信する。そして、上位制御部は、空気調和装置３内部における各機器に対して起動／停止信号を送信する。電力変換装置１のＯＮ／ＯＦＦの指示は、上位制御部が空気調和装置３内部における各機器に対して送信する起動／停止信号の一種であり、上位制御手段から入力部１５に入力される。入力部１５が、ＯＮの指示を受け付けた場合には、開閉制御部２２へ起動を示す信号として、例えば「１」の信号を出力し、ＯＦＦの指示を受け付けた場合には、開閉制御部２２へ停止を示す信号として、例えば、「０」の信号を出力する。本実施形態では、入力部１５は、ユーザによるリモコンへの入力によって上位制御部が取得した指示に基づいた信号が入力される場合について説明するが、例えば、空気調和装置３において、圧縮機モータ４を動作させるスケジュール等が予め決まっており、電力変換装置１のＯＮ／ＯＦＦの時間がスケジューリングされている場合には、入力部１５は、該スケジューリング情報が予め保存された情報処理装置からＯＮ／ＯＦＦの指示を受け付けることとしてもよい。

　制御部１７は、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を制御する。具体的には、制御部１７は、入力部１５及び電圧検出部１６からの入力に応じて、第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉状態を変更し、待機モード、充電モード、及び定常モードの各モードの切替制御を行う。このため、制御部１７は、電圧比較部２１、開閉制御部２２を具備する。制御部１７は、例えば、各種センサ、アナログ／デジタル変換器、及びＣＰＵ等を含む情報処理装置等により構成される。

　制御の概要としては、制御部１７は、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を開とすることで電力変換装置１を待機モードする。制御部１７は、第１開閉部１０を開、第２開閉部１２を閉とすることで電力変換装置１を充電モードする。そして、制御部１７は、第１開閉部１０を閉、第２開閉部１２を閉とすることで電力変換装置１を定常モードする。

　電圧比較部２１では、電荷検出部から出力された電圧に基づいて、コンデンサ９における電荷の蓄積状況を監視する。具体的には、電圧比較部２１は、電圧検出部１６によって検出された電圧が入力され、入力された電圧と予め設定された閾値電圧とを比較し、入力された電圧が閾値電圧よりも高い場合には、コンデンサ９の充電が完了したと判断する。そして、コンデンサ９の充電が完了したことを示す信号として「１」を開閉制御部２２へ出力する。入力された電圧が閾値電圧よりも低い場合には、コンデンサ９の充電が完了していないことを示す信号として「０」を開閉制御部２２へ出力する。電圧比較部２１で用いられる閾値電圧は、コンデンサ９に電荷が十分蓄積されたか否かを判定するための閾値である。このため、閾値電圧は、交流電源１８の出力電圧の最大値、第２電路１１が有する逆流防止部１３の電圧降下、及び第２電路１１が有する抵抗部１４の電圧降下に基づいて決定される。

　開閉制御部２２は、入力部１５からの入力及び電圧比較部２１からの入力に基づいて、第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉制御を行う。具体的には、入力部１５から、「０」が入力された場合には、開閉制御部２２は、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を開とする。入力部１５から、「１」が入力された場合には、第１開閉部１０を開、第２開閉部１２を閉とするとともに、電圧比較部２１からの入力が「１」になるまでこの開閉状態を維持する。そして、電圧比較部２１からの入力が「１」となった場合に、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を閉とする。

　このように、制御部１７は、入力部１５によって取得したユーザの指示、及び電圧検出部１６によって検出した電圧に基づいて、第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉制御を行い、電力変換装置１の動作状態を、待機モード、充電モード、及び定常モードの各モード切替を制御する。

　本実施形態では、入力部１５及び制御部１７を、空気調和装置３の上位制御部とは別の構成として説明するが、これに限られず、入力部１５及び制御部１７が空気調和装置３の上位制御部に含まれる構成としてもよい。

　次に、本実施形態に係る電力変換装置１における制御部１７の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る電力変換装置１における第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉制御のフローチャートを示している。図２に示すフローチャートは、交流電源１８が投入された後開始し、予め設定された制御周期でＳ１０１の判定を行う。入力部１５は、初期状態として、「０」（電力変換装置１がＯＦＦ）を出力しているものとする。

　まず、制御部１７は、入力部１５からの入力が「１」か否かを判定する（Ｓ１０１）。そして、該入力が「１」ではない場合（Ｓ１０１のＮＯ判定）、つまり、該入力が「０」の場合には、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を開とする（Ｓ１０２）。

　入力部１５からの入力が「１」であった場合（Ｓ１０１のＹＥＳ判定）には、第１開閉部１０を開とし、第２開閉部１２を閉として、第２電路１１を介してコンデンサ９の充電を行う（Ｓ１０３）。そして、電圧比較部２１からの入力が「１」か否かを判定することで、コンデンサ９の充電が完了されたか否かを監視する（Ｓ１０４）。

　電圧比較部２１からの入力が「０」である場合（Ｓ１０４のＮＯ判定）、つまり、コンデンサ９の充電が完了していないと判定された場合には、再びＳ１０４へ戻り、電圧比較部２１からの入力が「１」になるまでこの処理フローを繰り返す。

　そして、電圧比較部２１からの入力が「１」であると判定した場合（Ｓ１０４のＹＥＳ判定）、つまり、コンデンサ９の充電が完了していると判定された場合には、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を閉とする（Ｓ１０５）。

　次に、本実施形態に係る電力変換装置１の動作について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る電力変換装置１の各部の電流及び電圧の波形を時系列で示した図である。Ｖｓは交流電源１８の投入状態を示し、Ｉｒ１は抵抗部１４に流れる電流を示し、Ｉｃはコンデンサ９に流れる電流を示し、Ｉｄｃ１は直流電路に流れる電流を示し、Ｉｘ１は第１開閉部１０に流れる電流を示し、Ｉｄｃ２は電力変換装置１から出力される電流を示し、Ｖｄｃは電力変換装置１から出力される電圧を示し、Ｘ１及びＸ２はそれぞれ第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉状態を示している。Ｘ１及びＸ２はＬｏｗで開、Ｈｉｇｈで閉を示しているものとする。第１開閉部１０及び第２開閉部１２は初期状態ではどちらも開となっているものとする。コンデンサ９は初期状態では完全放電されているものとする。図３において、電力変換装置１の動作モードを、第１開閉部１０及び第２開閉部１２の開閉状態に応じて、待機モード、充電モード、定常モードとしている。電源が投入された状態とは、例えば、空気調和装置３が商用電源と接続された場合など、電源とは接続されており電力の供給は受けているものの、運転（動作）は行っていない状態である。

　初めに、交流電源１８が投入され、初期状態では、第１開閉部１０及び第２開閉部１２は開とされているため、コンデンサ９や抵抗部１４等に電流は流れない（待機モード）。

　そして、リモコンによる空気調和装置３の起動指示に基づいて、入力部１５に電力変換装置１のＯＮの指示入力があった場合には、入力部１５から制御部１７に「１」の信号が出力される。これにより、開閉制御部２２は、第１開閉部１０は開のままで、第２開閉部１２のみ閉とする（充電モード）。これによって、電力変換装置１は、待機モードから充電モードへと切り替わり、第２電路１１を介して交流電源１８から電荷がコンデンサ９へバイパスされ、コンデンサ９が充電される。そして、電圧比較部２１にて、コンデンサ９の充電状態が完了したか否かが監視される。

　コンデンサ９が充電されていくと電圧Ｖｄｃが上昇する。そして、電圧比較部２１によって、電圧Ｖｄｃが閾値電圧よりも高いと判定されるまで、コンデンサ９は充電され続ける。コンデンサ９の充電が開始された時には、コンデンサ９に大量の電荷が流れ込む突入電流が発生する。しかしながら、コンデンサ９の充電のための電荷は第２電路１１によってバイパスされているため、整流部６の出力側の直流電路（Ｉｄｃ１）には突入電流は発生しない。第２電路１１に流れる突入電流自体も抵抗部１４によって抑制される。

　そして、電圧Ｖｄｃが上昇し、電圧比較部２１によって、電圧Ｖｄｃが閾値電圧よりも高いと判定された場合には、第２開閉部１２は閉のままで、第１開閉部１０が閉とされる（定常モード）。これにより、整流部６によって整流された直流電力が、直流電路上に供給される。この時、第１開閉部１０が閉となることで、第２電路１１の抵抗部１４に分圧されていた電圧分がコンデンサ９に充電されるため、少量の電圧上昇がある。

　このように、コンデンサ９への充電が完了すると、充電モードから定常モードへの切替が行われ、電力変換装置１は安定的に直流電圧を出力することができる状態となる。この状態でインバータのスイッチング制御が行われると電流Ｉｄｃ２が流れ、インバータ部５を介して圧縮機モータ４が駆動される。

　そして、リモコンによる空気調和装置３の停止指示に基づいて、入力部１５に電力変換装置１のＯＦＦの指示入力があった場合には、入力部１５から制御部１７に「０」の信号が出力される。これにより、第１開閉部１０及び第２開閉部１２は閉とされる。このようにして、定常モードから待機モードへの切替が行われる。

　本実施形態では、抵抗部１４によって、第２電路１１には定常モード時に電流がほとんど流れないようにしているため、定常モード時には、第１開閉部１０及び第２開閉部１２を閉とする制御を行っているが、第１開閉部１０を閉、第２開閉部１２を開とすることとしてもよい。この場合には、電圧比較部２１から「１」が出力されたら、第１開閉部１０を閉とするとともに、第２開閉部１２を開とすればよい。

　次に、本実施形態に係る電力変換装置１における充電時の動作について、図４－８を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る電力変換装置１の交流電源１８の出力波形を示した図である。図５は、従来の電力変換装置のコンデンサに印加される電圧波形を示した図である。図６は、従来の電力変換装置のコンデンサに流れる突入電流の波形を示した図である。図７は、本実施形態に係る電力変換装置１のコンデンサ９に印加される電圧波形を示した図である。図８は、本実施形態に係る電力変換装置１におけるコンデンサ９に流れる突入電流の波形を示す波形である。従来の電力変換装置とは、例えば、図１２に示した特許文献１のような、整流部から出力された直流電圧を用いてコンデンサを充電する電力変換装置を想定している。

　交流電源１８は、図４に示すように、三相交流電圧を出力しているものとする。従来の電力変換装置では、整流部から、全波整流された三相交流電圧が脈流する直流電圧として出力される（図５）。そして、コンデンサ充電時には、図５に示されるような、脈流する直流電圧がコンデンサへ印加される。

　充電時において、コンデンサには、図６に示されるような電流が流れ込む。つまり、充電開始直後には、突入電流として大きな電流が流れ、充電が進むと、電流が減少していく。このため、従来の電力変換装置では、短時間に大電流が抵抗に流れることとなるため、抵抗の発熱量がとても高くなる。

　一方で、本実施形態に係る電力変換装置１では、充電時には、逆流防止部１３を有する第２電路１１を介して電荷をコンデンサ９へ供給しているため、充電時にコンデンサ９へ印加される電圧は、図７のような波形となる。つまり、充電時には、２／３整流された電圧がコンデンサ９へ印加されることとなる。

　充電時には、コンデンサ９には、図８に示されるような電流が流れ込む。つまり、図６のような電流がコンデンサ９に流れ込む場合と比較して、本実施形態に係る電力変換装置１では、図８に示されるように、突入電流が流れない期間Ｔを作ることができる。このため、抵抗部１４が発熱したとしても、電流を流さない冷却期間を設けることができるため、抵抗部１４の過度な発熱を抑制することができる。

　次に、本実施形態に係る電力変換装置１の変形例について、図９－１１を用いて説明する。図９－１１は本実施形態に係る電力変換装置１における回路図の変形例である。図９－１１は第１開閉部１０及び第２開閉部１２の接続位置に関する変形例を示しており、それぞれの変形例について、インダクタンス部７を、整流部６の負極側直流電路に設けることとしても良い。

　図９は、第１開閉部１０’が正極側直流電路上に設けられ、第２電路１１の他端が第２電路１１におけるコンデンサ９の正極側に接続されている例である。しかしながら、この場合には、第１開閉部１０’は、正極側直流電路上に設けられるため、第２電路１１上に設けられる場合と比較して、高い電圧に対応できるＤＣ接点リレーを選定する必要がある。直流電路には、直流成分と交流成分が加算された状態である脈流する直流電流が流れている。一方で、第１電路８に流れる電流は、コンデンサ９が接続されていることから、直流電路を流れる電圧の交流成分に略等しい。このため、本変形例に係る第１開閉部１０’には直流成分及び交流成分の電圧が印加される。つまり、本変形例では、第１開閉部１０’は、高い電圧に耐えるように、大型化及び高額化する可能性がある。したがって、図１に示す実施形態における回路構成を採用する方が好ましい。

　図１０は、第１開閉部１０’’が負極側直流電路上に設けられ、第２電路１１の他端が第２電路１１におけるコンデンサ９の負極側に接続されている例である。この場合であっても、第１開閉部１０’’は直流電路に接続されているため、図９に示す変形例と同様に、第１開閉部１０’’が大型化及び高額化する可能性がある。

　図１１は、第１開閉部１０’’’が第１電路８におけるコンデンサ９の負極側に設けられ、第２電路１１の他端が第１電路８におけるコンデンサ９と第１開閉部１０’’’の間に接続されている例である。

　以上説明してきたように、本実施形態に係る電力変換装置１、電動機駆動装置２及び空気調和装置３によれば、コンデンサ９の充電時に、抵抗部１４を有する第２電路１１を介して、交流電源１８から電荷をバイパスさせるため、コンデンサ９の充電に係る突入電流を抑制することができる。このため、電力変換装置１に過剰な電流が流れることを抑制でき、回路素子の劣化等を防ぐことができる。

　抵抗部１４を第２電路１１上に設け、さらに、第２電路１１上には第２開閉部１２が設けられているため、第２開閉部１２を開とすることで、抵抗部１４には電流が流れないようにすることができる。更に、待機モードにおいては、第２開閉部１２に加え第１開閉部１０も開とすることで、電力変換装置１に流れる電流を効果的に抑制し、待機電力を大幅に低減することが可能となる。

　さらに、一端が交流電源１８に接続された第２電路１１に第２開閉部１２を設けることとしたため、第２開閉部１２に印加される電圧は交流電圧となる。このため、第２開閉部１２として、ＡＣ接点リレーを用いることが可能である。一般的に、リレーは、電路を開として電流を遮断する役割を担うが、物理的に電路を開としても、開となっている電路の間の電位差によって、開となっている電路間の絶縁体（例えば、気体）を構成する分子が電離して絶縁破壊を起こし、アーク放電が発生する。つまり、アーク放電が発生した場合には、物理的に回路を開としても、電流は導通状態となる。特に、リレーに印加される電圧が直流電圧である場合には、交流電圧のように電圧が０となるタイミングがないため、電路を開としても、電路間は定常的に高い電位差となるため、アーク放電が弱まる又は消滅するタイミングが発生しない。このため、ＤＣ接点リレーでは、アーク放電を効果的に抑制して電流を遮断状態に保つ機構を必要とするため、ＡＣ接点リレーと比較して高額となる。本実施形態に係る電力変換装置１では、第２開閉部１２に印加される電圧は交流電圧であるので、比較的に安価なＡＣ接点リレーを使用することができる。

　コンデンサ９の充電時に、第２電路１１を介して、交流電源１８から電荷をバイパスさせるため、コンデンサ９を充電するときに発生する突入電流は、第２電路１１にのみ流れることとなる。図１３は、図１２に示す電力変換装置の各部の電流及び電圧の波形を時系列で示した図である。図１３における各部の電流及び電圧とは、本実施形態に係る電力変換装置１の各部の電流及び電圧の波形を示した図３と同様に定義される。図１３では、整流部から出力された直流電圧を用いてコンデンサを充電する構成としているため、コンデンサの充電時（充電モード）にはＩｄｃ１に示されるように直流電路上に突入電流が発生する。一方で、本実施形態に係る電力変換装置１では、突入電流は第２電路１１を流れるため、図３に示されるように、コンデンサ９の充電時（充電モード）に直流電路上（Ｉｄｃ１）に突入電流は流れない。インダクタンス部７は直流電路上に設けられているため、インダクタンス部７に突入電流が流れることを抑制することができる。このため、インダクタンス部７の破損等を防ぎ、高寿命化を期待することができる。

１　　　　　：電力変換装置
２　　　　　：電動機駆動装置
３　　　　　：空気調和装置
４　　　　　：圧縮機モータ
５　　　　　：インバータ部
６　　　　　：整流部
７　　　　　：インダクタンス部
８　　　　　：第１電路
９　　　　　：コンデンサ
１０、１０’、１０’’、１０’’’：第１開閉部
１１　　　　：第２電路
１２　　　　：第２開閉部
１３　　　　：逆流防止部
１４　　　　：抵抗部
１５　　　　：入力部
１６　　　　：電圧検出部
１７　　　　：制御部
１８　　　　：三相交流電源
２１　　　　：電圧比較部
２２　　　　：開閉制御部
 

Claims (7)

1. 　交流電源に接続された整流部と、
   　前記整流部からの直流電圧が出力される直流電路に設けられたインダクタンス部と、
   　前記インダクタンス部を挟んで前記整流部と反対側において、正極側直流電路と負極側直流電路とを接続する第１電路と、
   　前記第１電路上に設けられたコンデンサと、
   　前記整流部と前記第１電路との間の直流電路上、又は、前記第１電路上に設けられた第１開閉部と、
   　一端が、前記交流電源の一相に接続され、他端が、前記第１電路上であって、前記第１開閉部と前記コンデンサとの間に接続された第２電路と、
   　前記第２電路上に設けられた、第２開閉部、逆流防止部、及び抵抗部と、
   を具備する電力変換装置。
2. 　前記第１開閉部及び前記第２開閉部を制御する制御部を備え、
   　前記制御部は、待機モードの場合に、前記第１開閉部及び前記第２開閉部を開とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 　前記制御部は、前記待機モードから充電モードへ切替える場合に、前記第１開閉部を開、前記第２開閉部を閉とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 　前記制御部は、前記充電モードから定常モードへ切替える場合に、前記第１開閉部を閉、前記第２開閉部を閉とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 　前記交流電源は、三相交流電源である請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
   　前記電力変換装置の出力電圧が入力され、電動機を駆動するインバータ部と、
   を備える電動機駆動装置。
7. 　請求項６に記載の電動機駆動装置と、
   　電動機と、
   を備える空気調和装置。

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