JPH1127935A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高調波の抑制を図ると同時にリアクトルにお
ける電圧降下を小さくしてインバータ部の出力向上を図
る。 【解決手段】 電源（20）から交流リアクトル（31）を
介して供給される電力を整流部（30）で整流した後、イ
ンバータ部（40）が交流の制御電力に変換して圧縮機モ
ータ（50）に供給する。更に、交流リアクトル（31）
は、所定の通流電流以上になると、インダクタンスが通
流電流の上昇に伴って小さくなるように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置に関
し、特に、高調波対策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電力変換装置には、特開
平３−２２８２１号公報に開示されているように、電源
に主接点を介してコンバータ部が接続されると共に、該
コンバータ部には、インバータ部を介してモータが接続
されて構成されているものがある。

【０００３】上記電力変換装置は、電源から供給される
交流電力をコンバータ部で直流電力に変換した後、イン
バータ部で交流の制御電力に変換してこの制御電力をモ
ータに供給している。

【０００４】更に、上記電力変換装置には、インバータ
部の入力電流に高調波が含まれることから、コンバータ
部に直流リアクトルを設けて高調波を抑制するようにし
ている。また、上記高調波の抑制方法としては、上記直
流リアクトルに代えて交流リアクトルをコンバータ部の
前段に設ける方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した電力変換装置
において、従来、直流リアクトル又は交流リアクトルに
よって高調波を抑制するようにしているが、このリアク
トルは、リアクトルの通過電流の大きさに拘りなくイン
ダクタンスが一定値なるように設定していた。したがっ
て、上記リアクトルの通過電流が大きくなるに伴って電
圧降下が大きくなるという問題があった。

【０００６】つまり、高調波を抑制する面からは、リア
クトルのインダクタンスを大きくすることが好ましい
が、インダクタンスを大きくすると、リアクトルにおけ
る電圧降下が大きくなり、しかも、入力電流であるリア
クトルの通流電流が大きくなるに従って電圧降下が大き
くなる。

【０００７】この結果、インバータ部の電圧・周波数特
性（Ｖ／Ｆ特性）における全開電圧、つまり、周波数を
上昇しても出力電圧が上昇しない最大電圧が低下し、イ
ンバータ部の最大出力が低下するという問題があった。

【０００８】逆に、上記インバータ部の最大出力を多く
しようとすると、インバータ部自体が大型化するという
問題がある。

【０００９】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、高調波の抑制を図ると同時にリアクトルにおける電
圧降下を小さくしてインバータ部の出力向上を図ること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

−発明の概要− 本発明は、電源（20）から交流リアクトル（31）を介し
て供給される電力を整流部（30）で整流した後、インバ
ータ部（40）が交流の制御電力に変換して圧縮機モータ
（50）に供給する。更に、交流リアクトル（31）は、所
定の通流電流以上になると、インダクタンスが通流電流
の上昇に伴って小さくなるように構成している。

【００１１】−解決手段− 具体的に、図１に示すように、請求項１に係る発明が講
じた手段は、先ず、電力を供給する電源（20）と、該電
源（20）に接続され、該電源（20）から供給される電力
を整流する整流部（30）と、該整流部（30）から出力さ
れる電力を交流の制御電力に変換して出力するインバー
タ部（40）と、該インバータ部（40）に接続され、該イ
ンバータ部（40）より制御電力が供給される負荷（50）
とを備える一方、上記整流部（30）の前段又は整流部
（30）における直流部には、入力電流の高調波成分を抑
制するためのリアクトル（31）が設けられている電力変
換装置を前提としている。そして、上記リアクトル（3
1）は、通流電流が上昇するにしたがってインダクタン
スが低下するように構成されている。

【００１２】請求項２記載の発明が講じた手段は、上記
請求項１記載の発明において、リアクトル（31）は、高
調波含有率が所定値以下になるインダクタンスに構成さ
れたものである。

【００１３】請求項３記載の発明が講じた手段は、上記
請求項１又は２記載の発明において、負荷（50）は、空
気調和装置の圧縮機モータ又はファンモータである構成
としている。

【００１４】−作用− 上記の発明特定事項により、請求項１記載の発明では、
先ず、電源（20）から供給される電力は、整流部（30）
で整流されて所定の直流電流に変換され、その後、該整
流部（30）が出力する直流電力は、インバータ部（40）
で交流の制御電力に変換されて負荷（50）に入力され
る。具体的に、請求項３記載の発明では、インバータ部
（40）は、圧縮機モータ（50）又はファンモータの回転
数が回転指令値になるように該圧縮機モータ（50）等の
回転数を制御する。

【００１５】一方、リアクトル（31）は、通流電流が上
昇するにしたがってインダクタンスが低下し、例えば、
通流電流が所定値になるまでインダクタンスが一定であ
るが、この通流電流が所定値以上に上昇すると、通流電
流の上昇に伴ってインダクタンスが低下する。

【００１６】また、請求項２記載の発明では、リアクト
ル（31）を、高調波含有率が所定値以下になるインダク
タンスに構成している。その際、リアクトル（31）のイ
ンダクタンスが小さくなるに従って高調波含有率が上昇
することになるが、リアクトル（31）の入力電流が大き
くなるに従って高調波含有率が低下する。この結果、リ
アクトル（31）のインダクタンス特性が入力電流の上昇
により低下しても高調波含有率は目標値以下に抑制され
る。

【００１７】また、上記リアクトル（31）は、通流電流
に対してインダクタンスが低下するため、入力電流が上
昇しても電圧降下が小さいので、インバータ部（40）の
出力電力の低下を防止することができる。

【００１８】

【発明の効果】したがって、請求項１記載の発明によれ
ば、リアクトル（31）のインダクタンスが所定の通流電
流以上になると、該通流電流の上昇に伴って小さくなる
ようにしたために、入力電流の上昇に伴うリアクトル
（31）の電圧降下を小さく抑制することができる。この
結果、従来のように、通過電流の大きさに拘りなくイン
ダクタンスが一定のリアクトルを設けた場合に比して、
インバータ部（40）の出力電圧を大きくすることができ
ることから、インバータ部（40）の最大出力を上昇させ
ることができ、負荷（50）の給電量を増大させることが
できる。

【００１９】逆に、負荷（50）の給電量を従来と同じと
すると、入力電力を小さくすることができることにな
る。

【００２０】また、上記インバータ部（40）の最大出力
を大きくすることができるので、インバータ部（40）自
体の小型化を図ることができる。

【００２１】また、請求項２記載の発明によれば、高調
波含有量が、リアクトル（31）のインダクタンスを小さ
くしても入力電流の増大に従って低下するので、所定の
目標値以下に制限することができる。

【００２２】また、請求項３記載の発明によれば、圧縮
機モータ（50）又はファンモータを駆動制御するに際し
て高調波を確実に抑制することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００２４】図２に示すように、空気調和装置に設けら
れる電力変換装置（10）は、圧縮機モータ（50）の供給
電力を制御する。そして、該電力変換装置（10）は、電
源（20）と整流部（30）とインバータ部（40）と圧縮機
モータ（50）とが接続されると共に、該整流部（30）の
前段に交流リアクトル（31）が接続されて構成され、該
電源（20）は、三相の交流電力を供給している。

【００２５】そして、上記交流リアクトル（31）は、入
力電流の高調波成分を抑制するために設けられる一方、
上記整流部（30）は、電源（20）より供給される交流電
力を直流電力に変換して出力するものであって、整流回
路（32）と平滑回路（33）とを備えている。

【００２６】該整流回路（32）は、ＩＧＢＴ（Insulate
Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子を
備えたトランジスタモジュールで構成される一方、上記
平滑回路（33）は、直流電圧を平滑にするためのコンデ
ンサを備えている。

【００２７】上記インバータ部（40）は、整流部（30）
が出力する直流電力を交流の制御電力に変換して圧縮機
モータ（50）に供給するものであって、例えば、パルス
幅変調方式が採用され、ＩＧＢＴなどのスイッチング素
子を備えたトランジスタモジュールで構成されている。

【００２８】上記圧縮機モータ（50）は、インバータ部
（40）から出力される制御電力を受けて圧縮機を駆動す
る負荷であって、回転数が制御されて圧縮機の容量を調
整するように構成されている。

【００２９】本発明の特徴として、上記交流リアクトル
（31）は、入力電流がインバータ部（40）の最大出力時
における入力電流より小さい所定値以上になると、該交
流リアクトル（31）の通流電流の上昇にしたがってイン
ダクタンスＬが低下するように構成されている。

【００３０】つまり、従来の交流リアクトルは、図３の
実線から鎖線に示すように、通流電流がＤ点以上に上昇
してもインダクタンスＬが一定値Ｌ１になる特性に構成
されていた。つまり、従来は、インダクタンス一定領域
を使用していた。

【００３１】これに対し、図３の実線に示すように、本
発明の交流リアクトル（31）は、通流電流がＢ点になる
までインダクタンスＬが一定値Ｌ１であるが、この通流
電流がＢ点以上に上昇すると、Ｃ点及びＤ点に示すよう
に、通流電流の上昇に伴ってインダクタンスＬがＬ２及
びＬ３に順に低下する特性に構成されている。具体的
に、上記交流リアクトル（31）は、インバータ部（40）
の最大出力時におけるインダクタンスＬが、従来の交流
リアクトルにおけるインダクタンスＬ１の６０％になる
ように構成されている。

【００３２】また、上記交流リアクトル（31）は、高調
波含有率が所定値以下になるインダクタンスに構成され
ている。つまり、図４の実線に示すように、交流リアク
トル（31）は、入力電流（入力電力）が図３と同じＢ点
（Ｈ点）、Ｃ点（Ｊ点）及びＤ点（Ｍ点）に上昇するに
従って高調波含有率（尚、等価逆相電流含有率も含
む。）が低下することになるが、この高調波含有率が目
標値Ｎ以下になるように設定されている。

【００３３】この高調波含有率は、交流リアクトル（3
1）のインダクタンスＬが大きいほど低下することにな
るが、交流リアクトル（31）の入力電流が大きくなるに
従って低下する。したがって、従来の交流リアクトルで
は、図４の鎖線に示すように、通流電流の大きさに拘り
なくインダクタンスＬが一定になるようにしているの
で、入力電流がＣ点及びＤ点に上昇すると、高調波含有
率が本発明の交流リアクトル（31）より小さくなる。

【００３４】しかしながら、この高調波含有率は、上述
したように、交流リアクトル（31）の入力電流の上昇に
より低下するので、交流リアクトル（31）のインダクタ
ンス特性が通流電流の上昇により低下しても高調波含有
率は目標値Ｎ以下に抑制され、すなわち、交流リアクト
ル（31）のインダクタンス特性における図３のＢ点は、
通流電流の上昇によりインダクタンス特性が低下しても
高調波含有率は目標値Ｎ以下に抑制される点に設定され
ている。

【００３５】一方、上記インバータ部（40）の出力電力
は、図５に示すように、従来に比して上昇する。つま
り、交流リアクトル（31）の電圧降下は、２πｆＬｉ
（ｆは通過電流の周波数、Ｌはインダクタンス、ｉは通
過電流）であるので、従来の交流リアクトルでは、図５
の鎖線に示すように、通流電流に対してインダクタンス
Ｌが一定であるため、入力電流ｉが図３と同じＢ点、Ｃ
点及びＤ点に上昇すると、電圧降下が大きくなり、イン
バータ部（40）の出力電力（Ｖ×Ｉ）が低下する（Ｅ２
及びＦ２参照）。

【００３６】これに対し、本発明の交流リアクトル（3
1）は、図５の実線に示すように、通流電流に対してイ
ンダクタンスＬが低下するため、入力電流ｉがＢ点、Ｃ
点及びＤ点に上昇しても電圧降下が小さいので、インバ
ータ部（40）の出力電力（Ｖ×Ｉ）が上昇する（Ｅ１及
びＦ１参照）。

【００３７】−電力変換動作− 次に、上述した電力変換装置（10）の電力変換動作につ
いて説明する。

【００３８】先ず、電源（20）から三相の交流電力が供
給され、該交流電力は、交流リアクトル（31）を介して
整流部（30）に入力される。該整流部（30）は、スイッ
チング素子をオンオフして交流電力を直流電力に変換す
る。

【００３９】上記整流部（30）が出力する直流電圧は、
インバータ部（40）で交流の制御電力に変換されて圧縮
機モータ（50）に入力される。このインバータ部（40）
は、例えば、圧縮機モータ（50）の回転数に対応する圧
縮機モータ（50）の入力電流が入力され、該圧縮機モー
タ（50）の回転数が回転指令値になるようにインバータ
部（40）のスイッチング素子をオンオフ制御し、圧縮機
モータ（50）の回転数を制御している。

【００４０】一方、本発明の特徴として、上記交流リア
クトル（31）は、図３に示すように、通流電流がＢ点に
なるまでインダクタンスＬが一定値Ｌ１であるが、この
通流電流がＢ点以上に上昇すると、Ｃ点及びＤ点に示す
ように、通流電流の上昇に伴ってインダクタンスＬがＬ
２及びＬ３に順に低下する。

【００４１】その際、高調波含有率は、交流リアクトル
（31）のインダクタンスＬが小さくなるに従って上昇す
ることになるが、交流リアクトル（31）の入力電流が大
きくなるに従って低下する。この結果、図４に示すよう
に、交流リアクトル（31）のインダクタンス特性が入力
電流の上昇により低下しても高調波含有率は目標値Ｎ以
下に抑制される。

【００４２】また、上記交流リアクトル（31）は、図５
の実線に示すように、通流電流に対してインダクタンス
Ｌが低下するため、入力電流ｉがＢ点、Ｃ点及びＤ点に
上昇しても電圧降下が小さいので、インバータ部（40）
の出力電力（Ｖ×Ｉ）が上昇する（Ｅ１及びＦ１参
照）。

【００４３】−実施形態の効果− 以上のように、本実施形態によれば、交流リアクトル
（31）のインダクタンスＬが所定の通流電流以上になる
と、該通流電流の上昇に伴って小さくなるようにしたた
めに、入力電流の上昇に伴う交流リアクトル（31）の電
圧降下を小さく抑制することができる。この結果、従来
のように、通過電流の大きさに拘りなくインダクタンス
が一定のリアクトルを設けた場合に比して、インバータ
部（40）の出力電圧を大きくすることができることか
ら、インバータ部（40）の最大出力を上昇させることが
でき、圧縮機モータ（50）の給電量を増大させることが
できる。

【００４４】逆に、圧縮機モータ（50）の給電量を従来
と同じとすると、入力電力を小さくすることができるこ
とになる。

【００４５】また、上記インバータ部（40）の最大出力
を大きくすることができるので、インバータ部（40）自
体の小型化を図ることができる。

【００４６】また、高調波含有量は、交流リアクトル
（31）のインダクタンスＬを小さくしても入力電流の増
大に従って低下するので、所定の目標値以下に制限する
ことができる。

【００４７】

【発明の他の実施の形態】本実施形態においては、交流
リアクトル（31）を設けた場合について説明したが、本
発明のリアクトルは、整流部（30）における直流部に設
けた直流リアクトル（31）であってもよい。

【００４８】また、上記実施形態は、空気調和装置の圧
縮機モータ（50）について説明したが、本発明は、空気
調和装置のファンモータに適用してもよく、また、請求
項１及び請求項２記載の発明では、各種のモータ等の負
荷（50）に適用してもよいものである。

【００４９】また、上記交流リアクトル（31）は、通流
電流が所定値（図３のＢ点）になるまでインダクタンス
Ｌが一定値Ｌ１である特性に構成したが、本発明のリア
クトル（31）は、インダクタンス特定が一定値を有する
ことなく、通流電流が上昇するにしたがってインダクタ
ンスが低下するように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】電力変換装置の回路ブロック図である。

【図３】交流リアクトルの入力電圧に対するインダクタ
ンスの特性図である。

【図４】交流リアクトルの入力電圧に対する高周波含有
率の特性図である。

【図５】インバータ部の入力電圧に対する出力電力の特
性図である。

【符号の説明】

10 電力変換装置 20 電源 30 整流部 31 交流リアクトル 32 整流回路 33 平滑回路 40 インバータ部 50 圧縮機モータ（負荷）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力を供給する電源（20）と、 該電源（20）に接続され、該電源（20）から供給される
   電力を整流する整流部（30）と、 該整流部（30）から出力される電力を交流の制御電力に
   変換して出力するインバータ部（40）と、 該インバータ部（40）に接続され、該インバータ部（4
   0）より制御電力が供給される負荷（50）とを備える一
   方、 上記整流部（30）の前段又は整流部（30）における直流
   部には、入力電流の高調波成分を抑制するためのリアク
   トル（31）が設けられている電力変換装置において、 上記リアクトル（31）は、通流電流が上昇するにしたが
   ってインダクタンスが低下するように構成されているこ
   とを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電力変換装置において、 リアクトル（31）は、高調波含有率が所定値以下になる
   インダクタンスに構成されていることを特徴とする電力
   変換装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の電力変換装置にお
   いて、 負荷（50）は、空気調和装置の圧縮機モータ又はファン
   モータであることを特徴とする電力変換装置。