(57)【要約】【課題】電力変換装置全体として力率を向上させることのできる電力変換装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】電力変換装置１は、交流電源２からの入力電圧を第１負荷４へ電力を供給するメイン回路ＭＣと、交流電源２からの入力電圧を第２負荷６へ電力を供給するサブ回路ＳＣと、第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２と、第１整流部３と第１コンデンサ部Ｃ１との間の第１直流電路ＤＬ１に、並列接続された第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２を直列に接続する第１接続状態と、第１直流電路ＤＬ１に第１インダクタンス部Ｌ１を直列に接続するとともに、第２整流部５と第２コンデンサ部Ｃ２との間の第２直流電路ＤＬ２に第２インダクタンス部Ｌ２を直列に接続する第２接続状態とを切り替え可能とされたＳＷ１、ＳＷ２、及びＳＷ３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの入力電圧を整流する第１整流部と、前記第１整流部に並列に接続された第１コンデンサ部とを有し、第１負荷へ電力を供給する第１コンバータ回路と、
前記交流電源からの入力電圧を整流する第２整流部と、前記第２整流部に並列に接続された第２コンデンサ部とを有し、第２負荷へ電力を供給する第２コンバータ回路と、
第１インダクタンス部及び第２インダクタンス部と、
前記第１整流部と前記第１コンデンサ部との間の第１直流電路に、並列接続された前記第１インダクタンス部及び前記第２インダクタンス部を直列に接続する第１接続状態と、前記第１直流電路に前記第１インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第２整流部と前記第２コンデンサ部との間の第２直流電路に前記第２インダクタンス部を直列に接続する第２接続状態とを切り替え可能とされた切替部と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記第１コンバータ回路に供給される第１電流に対する前記第２コンバータ回路に供給される第２電流の割合に基づいて、前記切替部を制御する制御部を備える請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記割合が閾値未満の場合に、前記切替部を制御して前記第１接続状態とし、前記割合が閾値以上の場合に、前記切替部を制御して前記第２接続状態とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１電流として、前記第１整流部に流入する電流を取得する請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２接続状態である場合に、前記第２インダクタンス部の温度が所定値以上となった場合、または前記第２インダクタンス部において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合に、前記第２インダクタンス部を短絡させる請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１負荷が要求する最大電流は、前記第２負荷が要求する最大電流よりも大きい請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記交流電源からの入力電圧を整流する第３整流部と、前記第３整流部に並列に接続された第３コンデンサ部とを有し、第３負荷へ電力を供給する第３コンバータ回路と
第３インダクタンス部と、
を備え、
前記切替部は、前記第２接続状態において、前記第１直流電路に前記第１インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第２直流電路に前記第２インダクタンス部を直列に接続し、前記第３整流部と前記第３インダクタンス部との間の第３直流電路に前記第３インダクタンス部を直列に接続する請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置を備える空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば空気調和装置における圧縮機モータ等の負荷に対して、供給される電力を適切に変換するために、電力変換装置が用いられている。空気調和装置においては、圧縮機モータの消費電力が大きいため、圧縮機モータに対するコンバータ回路に力率改善用のインダクタンス素子が設けられる場合がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−７５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば空気調和装置においては、ファンモータ等の他の負荷も有しているため、圧縮機モータと電源を共通として、該負荷にもコンバータ回路が設けられる。しかしながら、空気調和装置では他の負荷と比較して圧縮機モータの消費電力が高い（電流が大きい）ため、圧縮機モータに対応するコンバータ回路にのみインダクタンスが設けられ、消費電力の低い（電流が小さい）負荷に対するコンバータ回路には力率改善のためのインダクタンスが搭載されていなかった。
【０００５】
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、電力変換装置全体として力率を向上させることのできる電力変換装置及び空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様は、交流電源からの入力電圧を整流する第１整流部と、前記第１整流部に並列に接続された第１コンデンサ部とを有し、第１負荷へ電力を供給する第１コンバータ回路と、前記交流電源からの入力電圧を整流する第２整流部と、前記第２整流部に並列に接続された第２コンデンサ部とを有し、第２負荷へ電力を供給する第２コンバータ回路と、第１インダクタンス部及び第２インダクタンス部と、前記第１整流部と前記第１コンデンサ部との間の第１直流電路に、並列接続された前記第１インダクタンス部及び前記第２インダクタンス部を直列に接続する第１接続状態と、前記第１直流電路に前記第１インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第２整流部と前記第２コンデンサ部との間の第２直流電路に前記第２インダクタンス部を直列に接続する第２接続状態とを切り替え可能とされた切替部と、を備える電力変換装置である。
【０００７】
上記のような構成によれば、第１コンバータ回路において第１整流部と第１コンデンサとが設けられており、第２コンバータ回路において第２整流部と第２コンデンサとことが設けられており、第１コンバータ回路と第２コンバータ回路とでは同一の交流電源を用いている。そして、第１インダクタンス部と第２インダクタンス部とが設けられており、切替部によって第１接続状態と第２接続状態とを切替可能とされている。具体的には、第１接続状態では、第１整流部と第１コンデンサ部との間の第１直流電路に、並列接続された第１インダクタンス部及び第２インダクタンス部が直列に接続される。また、第２接続状態では、第１直流電路に第１インダクタンス部が直列に接続されるとともに、第２整流部と第２コンデンサ部との間の第２直流電路に第２インダクタンス部が直列に接続される。このように、第１接続状態では、第１コンバータ回路の力率を効果的に向上させることができ、第２接続状態では、第１コンバータ回路及び第２コンバータ回路の両方で力率を向上させることが可能となる。このように接続状態を変化させることができるため、電力変換装置の運転状態に応じて適切に力率を向上させることが可能となる。
【０００８】
上記電力変換装置において、前記第１コンバータ回路に供給される第１電流に対する前記第２コンバータ回路に供給される第２電流の割合に基づいて、前記切替部を制御する制御部を備えることとしてもよい。
【０００９】
上記のような構成によれば、第１コンバータ回路に供給される第１電流に対する第２コンバータ回路に供給される第２電流の割合に基づいて、切替部を制御するため、電力変換装置の運転状態に応じて適切に接続状態を設定することが可能となる。
【００１０】
上記電力変換装置において、前記制御部は、前記割合が閾値未満の場合に、前記切替部を制御して前記第１接続状態とし、前記割合が閾値以上の場合に、前記切替部を制御して前記第２接続状態とすることとしてもよい。
【００１１】
上記のような構成によれば、割合が閾値未満の場合には、第１電流に対する第２電流の割合が低い場合であるため、第１接続状態とすることによって、第１電流が流れる第１コンバータ回路における力率を効果的に向上させることが可能となる。また、割合が閾値以上の場合には、第１電流に対する第２電流の割合が高い場合であるため、第２接続状態とすることによって、第１電流が流れる第１コンバータ回路における力率の低下を防止しつつ、第２電流が流れる第２コンバータ回路の力率についても改善することが可能となる。
【００１２】
上記電力変換装置において、前記制御部は、前記第１電流として、前記第１整流部に流入する電流を取得することとしてもよい。
【００１３】
上記のような構成によれば、第１整流部に流入する電流により、第１コンバータ回路に供給される第１電流を効果的に取得することができる。
【００１４】
上記電力変換装置において、前記制御部は、前記第２接続状態である場合に、前記第２インダクタンス部の温度が所定値以上となった場合、または前記第２インダクタンス部において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合に、前記第２インダクタンス部を短絡させることとしてもよい。
【００１５】
上記のような構成によれば、第２インダクタンス部の温度が所定値以上となった場合、または第２インダクタンス部において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合には、第２インダクタンス部の温度が高くなっている可能性がある。高温状態が続くとインダクタンスが劣化する可能性もある。そこで、第２インダクタンス部を短絡させることによって、第２インダクタンス部の温度を低下させることが可能となる。
【００１６】
上記電力変換装置において、前記第１負荷が要求する最大電流は、前記第２負荷が要求する最大電流よりも大きいこととしてもよい。
【００１７】
上記のような構成によれば、第１負荷が要求する最大電流は、第２負荷が要求する最大電流よりも大きいため、第１接続状態及び第２接続状態により適切に力率を向上させることができる。
【００１８】
上記電力変換装置において、前記交流電源からの入力電圧を整流する第３整流部と、前記第３整流部に並列に接続された第３コンデンサ部とを有し、第３負荷へ電力を供給する第３コンバータ回路と第３インダクタンス部と、を備え、前記切替部は、前記第２接続状態において、前記第１直流電路に前記第１インダクタンス部を直列に接続するとともに、前記第２直流電路に前記第２インダクタンス部を直列に接続し、前記第３整流部と前記第３インダクタンス部との間の第３直流電路に前記第３インダクタンス部を直列に接続することとしてもよい。
【００１９】
上記のような構成によれば、第３コンバータ回路が設けられる場合であっても、第２接続状態において第３インダクタンス部を第３コンバータ回路の第３直流電路に接続することができるため、第１コンバータ回路、第２コンバータ回路、及び第３コンバータ回路においてバランスをとって力率を向上させることが可能となる。
【００２０】
本発明の第２態様は、上記の電力変換装置を備える空気調和装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電力変換装置全体として力率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の第１接続状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の第２接続状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御部による切替制御処理を示した図である。
【図５】力率比較を示した図である。
【図６】参考例に係る電力変換装置の概略構成を示す図である。
【図７】参考例に係る電力変換装置の特性を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る電力変換装置及び空気調和装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電力変換装置１が空気調和装置に設けられる場合について説明するが、電力を消費する複数の負荷に対してコンバータ回路が設けられる装置であれば空気調和装置に限定されない。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１は、第１コンバータ回路（以下、「メイン回路」という。）ＭＣと、第２コンバータ回路（以下、「サブ回路」という。）ＳＣと、制御部７とを主な構成として備えている。また、電力変換装置１では、メイン回路ＭＣ及びサブ回路ＳＣに接続可能なように第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２と、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２との接続状態を切り替える切替部（図１では、ＳＷ１、ＳＷ２、及びＳＷ３）とが設けられている。なお、コンバータ回路の数やインダクタンス部の数については、図１の構成に限定されない。
【００２５】
メイン回路ＭＣは、交流電源２からの入力電圧を整流する第１整流部３と、第１整流部３に並列に接続された第１コンデンサ部Ｃ１とを有し、第１負荷４へ電力を供給する。メイン回路ＭＣには、サブ回路ＳＣの第２負荷６と比較して、消費電力の大きな負荷が接続される。空気調和装置においては、第１負荷４とは、例えば圧縮機モータである。また、交流電源２については、三相交流に限定されない。
【００２６】
交流電源２に対して第１整流部３が接続されており、交流電圧（三相交流電圧）を全波整流して出力する。なお、整流の方式については、半波整流等の他の整流方式であってもよい。第１整流部３の出力側の第１直流電路ＤＬ１では、インダクタンス素子が接続可能なように構成されている。具体的には、第１整流部３の出力側で電路が分離し、片側は第１インダクタンス部Ｌ１へ接続され、他端は、切替部であるＳＷ１のａ点に接続される。ＳＷ１は３端子のスイッチであり、他の端子については、ｂ点が後述する第２直流電路ＤＬ２に接続されており、第２インダクタンス部Ｌ２と接続された端子がａ点またはｂ点へ切り替え可能とされている。
【００２７】
また、第２インダクタンス部Ｌ２の他端は、切替部であるＳＷ２に接続されている。ＳＷ２は３端子のスイッチであり、他の端子については、ｃ点が第１電路に接続されており、ｄ点が後述する第２直流電路ＤＬ２に接続されている。ＳＷ２では、第２インダクタンス部Ｌ２と接続された端子がｃ点またはｄ点へ切り替え可能とされている。
【００２８】
すなわち、ＳＷ２のｃ点と、第１インダクタンス部Ｌ１の一端（出力側）とは第１電路において合流する。このため、ＳＷ１においてａ点が選択され、ＳＷ２においてｃ点が選択された場合には、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とは並列接続されることとなる。なお、この場合には、後述するＳＷ３は閉となる。そして、ＳＷ１においてｂ点が選択され、ＳＷ２においてｄ点が選択された場合には、第２インダクタンス部Ｌ２は、第２直流電路ＤＬ２へ接続されることとなる。このように第１電路にインダクタンス成分が設けられることによって電流の変動を抑制して力率を改善することが可能となる。
【００２９】
第１直流電路ＤＬ１と、第１整流部３の出力側の接地電路との間に第１コンデンサ部Ｃ１が設けられている。そして、第１コンデンサ部Ｃ１に対して並列に、第１負荷４が接続されている。第１コンデンサ部Ｃ１によって第１直流電路ＤＬ１における電圧の脈流成分が低減され、高調波成分が低下された直流電圧が第１負荷４へ供給される。
【００３０】
第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２は、仕様が同等であることが好ましい。すなわち、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２では、インダクタンス値（Ｌ値）と、電流容量（定格電流）とが等しい。このように、同等の仕様とすることによって、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とを並列接続したときに、それぞれに流れる電流を等しくすることができ、バランスを確保することができる。例えば、バランスが取れていない場合には、片側に大きな電流が流れ、発熱や破損等の不具合が発生する可能性がある。
【００３１】
なお、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とについては、それぞれ所定のインダクタンス値（Ｌ値）となれば、１つのインダクタンス素子により構成されることとしてもよいし、直列及び／または並列接続された複数のインダクタンス素子により構成されることとしてもよい。
【００３２】
サブ回路ＳＣは、交流電源２からの入力電圧を整流する第２整流部５と、第２整流部５に並列に接続された第２コンデンサ部Ｃ２とを有し、第２負荷６へ電力を供給する。サブ回路ＳＣには、メイン回路ＭＣの第１負荷４と比較して、消費電力の小さな負荷が接続される。空気調和装置においては、第２負荷６とは、例えばファンモータである。
【００３３】
交流電源２に対して第２整流部５が接続されており、交流電圧を全波整流して出力する。サブ回路ＳＣの第２負荷６は、消費電力が低いため、第２整流部５には、三相交流のうちの１相と、中点が接続される。なお、整流の方式については、半波整流等の他の整流方式であってもよい。第２整流部５の出力側の第２直流電路ＤＬ２では、インダクタンス素子が接続可能なように構成されている。具体的には、第２整流部５の出力側で電路が分離し、片側は切替部であるＳＷ３（開閉器）へ接続され、他端は、切替部であるＳＷ１のｂ点に接続される。
【００３４】
また、ＳＷ３の他端は、第２直流電路ＤＬ２に接続されており、また、電路の一部が分岐して切替部であるＳＷ２のｄ点に接続されている。
【００３５】
すなわち、ＳＷ２のｄ点と、ＳＷ３の他端とは第２直流電路ＤＬ２において合流する。このため、ＳＷ１においてｂ点が選択され、ＳＷ２においてｄ点が選択された場合には、第２インダクタンス部Ｌ２は、第２直流電路ＤＬ２へ接続されることとなる。なお、第２インダクタンス部Ｌ２を第２直流電路ＤＬ２へ接続する場合には、ＳＷ３は開とされる。このように第２直流電路ＤＬ２にインダクタンス成分が設けられることによって電流の変動を抑制して力率を改善することが可能となる。
【００３６】
第２直流電路ＤＬ２と、第２整流部５の出力側の接地電路との間に第２コンデンサ部Ｃ２が設けられている。そして、第２コンデンサ部Ｃ２に対して並列に、第２負荷６が接続されている。第２コンデンサ部Ｃ２によって第２直流電路ＤＬ２における電圧の脈流成分が低減され、高調波成分が低下された直流電圧が第２負荷６へ供給される。
【００３７】
このように、図１の電力変換装置１は、切替部であるＳＷ１、ＳＷ２、及びＳＷ３により、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２における接続状態を切り替えることができる。具体的には、切替部により、第１接続状態と第２接続状態とを切り替えることができる。
【００３８】
第１接続状態とは、図２に示すように、第１整流部３と第１コンデンサ部Ｃ１との間の第１直流電路ＤＬ１に、並列接続された第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２を直列に接続する状態である。
【００３９】
すなわち、ＳＷ１においてａ点が選択され、ＳＷ２においてｃ点が選択され、ＳＷ３は閉とされる。このため、メイン回路ＭＣでは、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とが並列接続されて、第１整流部３と第１コンデンサ部Ｃ１の間の第１直流電路ＤＬ１に接続される。サブ回路ＳＣでは、ＳＷ１においてｂ点が開放され、ＳＷ２においてｄ点が開放されているため、第２整流部５の出力側の第２直流電路ＤＬ２では、インダクタンス成分を介さずに第２コンデンサ部Ｃ２へ接続される。
【００４０】
第２接続状態とは、図３に示すように、第１直流電路ＤＬ１に第１インダクタンス部Ｌ１を直列に接続するとともに、第２整流部５と第２コンデンサ部Ｃ２との間の第２直流電路ＤＬ２に第２インダクタンス部Ｌ２を直列に接続する状態である。
【００４１】
すなわち、ＳＷ１においてｂ点が選択され、ＳＷ２においてｄ点が選択され、ＳＷ３は開とされる。このため、メイン回路ＭＣでは、第１インダクタンス部Ｌ１が、第１整流部３と第１コンデンサ部Ｃ１の間の第１直流電路ＤＬ１に接続される。サブ回路ＳＣでは、第２インダクタンス部Ｌ２が、第２整流部５と第２コンデンサ部Ｃ２の間の第２直流電路ＤＬ２に接続される。
【００４２】
このように、第１接続状態と第２接続状態とが切り替え可能となっているため、例えば電力変換装置１の運転状態に応じて、接続状態を適切な状態へ切り替えることが可能となる。
【００４３】
制御部７は、第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２の接続状態の切り替えを制御する。なお、接続状態を手動で切り替えることとしてもよい。
【００４４】
制御部７は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００４５】
制御部７は、メイン回路ＭＣに供給される第１電流に対するサブ回路ＳＣに供給される第２電流の割合（以下、「電流割合」という。）に基づいて、切替部を制御する。すなわち、電流割合は、第２電流を第１電流で割ること（第２電流／第１電流）によって算出される。具体的には、制御部７は、電流割合が閾値未満の場合に、切替部を制御して第１接続状態とし、電流割合が閾値以上の場合に、切替部を制御して第２接続状態とする。閾値は、第１電流に対する第２電流の割合において、所望の力率改善要求を満たすように設定される。
【００４６】
なお、本実施形態では、第２負荷６に供給する電流は一定とみなすことができる場合について説明する。すなわち、第２電流を一定とみなすことで、電流割合を第１電流のみによって決定することができる。なお、このような場合には、閾値を、電流割合の閾値に対応する第１電流の電流値として設定することとしてもよい。
【００４７】
図１に示すように、メイン回路ＭＣは第１負荷４（圧縮機モータ）へ電力を供給しており、サブ回路ＳＣは第２負荷６（ファンモータ）へ電力を供給している。第１負荷４が要求する最大電流は、第２負荷６が要求する最大電流よりも大きい。例えば、メイン回路ＭＣに流れる電流は５Ａほどとなり、サブ回路ＳＣに流れる電流は１Ａとなる。このように、電流割合が低い場合には、メイン回路ＭＣにおいてインダクタンス成分が接続され力率改善を行うことで全体の力率を向上させることができる。一方で、メイン回路ＭＣに流れる電流が低下した場合（例えば１Ａ）には、電流割合が高くなる。このような場合には、サブ回路ＳＣにおける力率悪化の影響が大きくなる。
【００４８】
このため、制御部７では、電流割合に基づいて接続状態を切り替える。具体的には、制御部７は、電流割合が閾値未満の場合に、ＳＷ１をａ点へ接続し、ＳＷ２をｃ点へ接続し、ＳＷ３を閉とする。このようにして、電流割合が閾値未満の場合には、第１接続状態とする。また、電流割合が閾値以上の場合に、ＳＷ１をｂ点へ接続し、ＳＷ２をｄ点へ接続し、ＳＷ３を開とする。このようにして、電流割合が閾値以上の場合には、第２接続状態とする。
【００４９】
ここで、圧縮機モータでは電流が変動するものの、ファンモータでは電流の変動が小さくほぼ一定とみなすことが可能である。このため、第２負荷６は電流変動が小さい（消費電力変動が小さい）場合には、第１整流部３に流入する電流として図１のＩｍで電流値を取得することにより第１電流を取得し、第２電流は変動していないと仮定することで、Ｉｍの電流取得のみで電流割合を求めることが可能となる。すなわち、Ｉｍで計測した第１電流に対して、一定と仮定した第２電流を割合として算出することで、電流割合を算出することができる。
【００５０】
なお、第２電流を変動していないと仮定した場合には、図１のＩｃで電流を取得し、第１電流を推定することとしてもよい。すなわち、Ｉｃで取得した電流から、一定と仮定した第２電流を減算することで第１電流を算出することができる。なお、第２電流を一定と仮定しない場合には、図１のＩｓで電流を取得することとしてもよい。
【００５１】
次に、上述の制御部７による切替制御処理について図４を参照して説明する。図４には、切替部であるＳＷ１、ＳＷ２、及びＳＷ３の接続状態と、第１電流及び第２電流の状態を示している。交流電源２のＯＮから交流電源ＯＦＦまでの期間Ｔ１からＴ３における切替部の状態を示している。なお、第２電流は変動が小さく一定とみなす場合を例示し、電流割合が閾値となる第１電流の値をＩｔｈとして示している。
【００５２】
期間Ｔ１のように第１電流が小さく、電流割合以上の場合には、ＳＷ１はｂ点に接続され、ＳＷ２はｄ点に接続され、ＳＷ３は開とされる。すなわち、期間Ｔ１では第２接続状態となっている。
【００５３】
第１電流が増加して期間Ｔ２に達すると、電流割合が閾値未満となる（第１電流がＩｔｈに達する）ため、ＳＷ１はａ点に接続され、ＳＷ２はｃ点に接続され、ＳＷ３は閉とされる。すなわち、期間Ｔ２では第１接続状態となる。
【００５４】
第１電流が低下して期間Ｔ３に達すると、電流割合が閾値以上となり、ＳＷ１はｂ点に接続され、ＳＷ２はｄ点に接続され、ＳＷ３は開とされる。すなわち、期間Ｔ３では第２接続状態となる。
【００５５】
このように、電流割合が閾値未満であり、第１電流に対して第２電流が相対的に大きい場合には、メイン回路ＭＣに第１インダクタンス部Ｌ１が接続され、サブ回路ＳＣに第２インダクタンス部Ｌ２が接続されるため、電力変換装置１全体として力率を向上させることができる。
【００５６】
また、電流割合が閾値以上であり、第１電流に対して第２電流が相対的に小さい場合には、メイン回路ＭＣに第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンスが接続されるため、電力変換装置１全体として力率を向上させることができる。
【００５７】
次に、力率改善の効果について図５を参照して説明する。図５では、参考例に係る電力変換装置と本実施形態に係る電力変換装置１における力率比較を示している。参考例とは、図６のように、メイン回路に力率改善用のインダクタンス部Ｌｒを設け、サブ回路にインダクタンス成分を設けない場合とする。
【００５８】
図５のように、第１電流がＩｔｈより大きいの場合（電流割合が閾値未満の場合）には、大きな電流がメイン回路に流れ、参考例に係る電力変換装置でも本実施形態に係る電力変換装置１でもメイン回路側に力率改善用のインダクタンス成分を設けているため、同様の力率改善効果となる。
【００５９】
一方で、第１電流がＩｔｈ以下の場合（電流割合が閾値以上の場合）には、第１電流に対する第２電流の割合が大きくなるため、サブ回路における力率の影響が大きくなる。このような場合には、本実施形態に係る電力変換装置１では、第２接続状態として、サブ回路にも力率改善用のインダクタンス成分を設ける。このため、図５のように、電流割合が閾値以上の場合の領域において、本実施形態に係る電力変換装置１の方が参考例に係る電力変換装置よりも力率を向上させることが可能となる。
【００６０】
なお、電流割合が閾値以上の領域（第１電流が小さい領域）において、交流電源２から入出力される電流と電圧の時間変化の特性は、図７及び図８となる。図７は、参考例に係る電力変換装置の特性の一例を示し、図８は、本実施形態に係る電力変換装置１の特性の一例を示している。
【００６１】
参考例に係る電力変換装置では、図７に示すように、半周期に交流電圧が変化するうちに、電流が大きく変化する。一方で、本実施形態に係る電力変換装置１では、図８のように、半周期に交流電圧が変化するうちに電流が変化する。図８に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１では、参考例と比較して、電流変化を抑制できている。このため、参考例に係る電力変換装置と比較して、本実施形態に係る電力変換装置１の方が、第１電流に対する第２電流の割合が低い状態において、効果的に力率を改善することが可能となる。
【００６２】
次に、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２における仕様について説明する。
電流割合が低い場合には、第２電流と比較して第１電流が大きいため、第１接続状態となる。この場合には、第１直流電路ＤＬ１において、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とが並列接続されている。すなわち、第１整流部３から出力された電流は、等分されて第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２のそれぞれに流入する。このため、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２は、メイン回路ＭＣに流れると想定される最大の電流値（第１負荷４が必要とする最大電流値）の半分の電流値を許容できるような定格電流のインダクタンス素子が選定される。このため、第１直流電路ＤＬ１に１つのインダクタンス素子を設ける場合と比較して、第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２とでは、それぞれ電流容量を半分程度にすることができる。
【００６３】
例えば、図６のような参考例における電力変換装置のインダクタンス部Ｌｒを３ｍＨとすると、図１の電力変換装置１の第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２は、第１接続状態において並列接続されたときに３ｍＨとなるように、それぞれ６ｍＨと設定される。しかしながら、第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２は、並列接続されるため、インダクタンス部Ｌｒと比較して、電流容量を半分程度とすることができる。すなわち、第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２のそれぞれは、インダクタンス部Ｌｒと比較して、同程度のサイズ（インダクタンス素子の物理的なサイズ）とすることができる。そしてさらに、本実施形態に係る電力変換装置１では、サブ回路ＳＣにおいても第２インダクタンス部Ｌ２を設けることが可能である。このため、参考例に係る電力変換装置と比較して、力率改善効果をより向上させることが可能である。このため、インダクタンス部Ｌｒが３ｍＨである場合には、力率改善効果が高いことを加味して、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とを並列接続されたときの合成インダクタンス値が３ｍＨよりも小さくなるように設定してもよい。例えば、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２をそれぞれ５ｍＨ程度（並列接続されたときには、２．５ｍＨ）としてもよい。このようにすることで、インダクタンス素子のサイズをさらに低減することが可能となる。
【００６４】
一方で、電流割合が低く、第１直流電路ＤＬ１において並列接続された第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２を直列に設けるため、所望の力率改善要求を満たすように、インダクタンス値が設定され、該インダクタンス値となるように、並列接続される第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２のそれぞれのインダクタンス値が設定される。
【００６５】
このように第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２の仕様が設定された場合に、電流割合が高くなる（第１電流が小さくなる）と、第２接続状態とされる。第２接続状態では、第１直流電路ＤＬ１に第１インダクタンス部Ｌ１が設けられ、第２直流電路ＤＬ２に第２インダクタンス部Ｌ２が設けられる。このような場合には、メイン回路ＭＣにおいては第１電流が小さいため第１インダクタンス部Ｌ１に流れる電流は、定格電流を満たす。すなわち、メイン回路ＭＣでは、適切な仕様のインダクタンス成分を用いて力率改善を行うことができる。また、サブ回路ＳＣに第２インダクタンス部Ｌ２が設けられるため、サブ回路ＳＣにおける力率改善を行うこともできる。
【００６６】
このように第１接続状態と第２接続状態とを切り替えることで、メイン回路ＭＣ及びサブ回路ＳＣにおける力率改善のためのインダクタンス成分を電力変換装置１に運転状態に応じて適切に接続することが可能となる。
【００６７】
次に、第２インダクタンス部Ｌ２の発熱抑制について説明する。
インダクタンス素子では、大きな電流が継続的に流れると、発熱が発生する。発熱が発生すると、素子の劣化等を招く場合がある。このため、インダクタンス素子においては発熱が抑制されることが好ましい。
【００６８】
このため、制御部７は、第２接続状態である場合に、第２インダクタンス部Ｌ２の温度が所定値以上となった場合、または第２インダクタンス部Ｌ２において所定電流値以上の電流が所定時間以上流入した場合に、第２インダクタンス部Ｌ２を短絡させる。第２インダクタンス素子における発熱発生は、第２インダクタンス部Ｌ２の温度を取得（計測）して温度が所定値以上となったか否かによって検知することができる。閾値は、例えば、インダクタンス素子の動作温度範囲の上限に所定の余裕度を加味して設定される。また、第２インダクタンス素子における発熱発生は、第２インダクタンス部Ｌ２において所定電流値以上の電流が所定時間以上継続的に流入したか否かによって検知することができる。インダクタンス素子の発熱は電流値と時間に依る。このため、温度が該閾値に達する場合における電流及び時間の条件に基づいて、所定電流及び所定時間が設定される。
【００６９】
このように第２インダクタンス部Ｌ２の発熱が検知されると、ＳＷ３を閉とすることによって、第２インダクタンス部Ｌ２を短絡させる。第２インダクタンス部Ｌ２を短絡させることによって、第２インダクタンス部Ｌ２に流れる電流を低下させ、発熱を抑制する。第２インダクタンス部Ｌ２を休ませることで、素子の不具合発生を抑制する。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１及び空気調和装置によれば、メイン回路ＭＣにおいて第１整流部３と第１コンデンサとが設けられており、サブ回路ＳＣにおいて第２整流部５と第２コンデンサとことが設けられており、メイン回路ＭＣとサブ回路ＳＣとでは同一の交流電源２を用いている。そして、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２とが設けられており、切替部によって第１接続状態と第２接続状態とを切替可能とされている。具体的には、第１接続状態では、第１整流部３と第１コンデンサ部Ｃ１との間の第１直流電路ＤＬ１に、並列接続された第１インダクタンス部Ｌ１及び第２インダクタンス部Ｌ２が直列に接続される。また、第２接続状態では、第１直流電路ＤＬ１に第１インダクタンス部Ｌ１が直列に接続されるとともに、第２整流部５と第２コンデンサ部Ｃ２との間の第２直流電路ＤＬ２に第２インダクタンス部Ｌ２が直列に接続される。このように、第１接続状態では、メイン回路ＭＣの力率を効果的に向上させることができ、第２接続状態では、メイン回路ＭＣ及びサブ回路ＳＣの両方で力率を向上させることが可能となる。このように接続状態を変化させることができるため、電力変換装置１の運転状態に応じて適切に力率を向上させることが可能となる。
【００７１】
また、割合が閾値未満の場合には、第１電流に対する第２電流の割合が低い場合であるため、第１接続状態とすることによって、第１電流が流れるメイン回路ＭＣにおける力率を効果的に向上させることが可能となる。また、割合が閾値以上の場合には、第１電流に対する第２電流の割合が高い場合であるため、第２接続状態とすることによって、第１電流が流れるメイン回路ＭＣにおける力率の低下を防止しつつ、第２電流が流れるサブ回路ＳＣの力率についても改善することが可能となる。
【００７２】
また、第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２として設けることによって、１つのインダクタンス部として設ける場合と比較して、部品配置の自由度の向上が期待できる。
【００７３】
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。
【００７４】
例えば、サブ回路ＳＣを複数設けることとしてもよい。この場合には、例えば、三相交流のうちの１相と、中点とに第３コンバータ回路が接続される。第３コンバータ回路は、第２コンバータ回路と同様の構成であり、具体的には、交流電源２からの入力電圧を整流する第３整流部と、第３整流部に並列に接続された第３コンデンサ部とを有し、第３負荷へ電力を供給する。第３負荷についても第１負荷４より最大電流が小さいものとする。
【００７５】
第３コンバータ回路を設ける場合には、第３インダクタンス部も設けられ、切替部は、第２接続状態において、第１直流電路ＤＬ１に第１インダクタンス部Ｌ１を直列に接続するとともに、第２直流電路ＤＬ２に第２インダクタンス部Ｌ２を直列に接続し、第３整流部と第３インダクタンス部との間の第３直流電路に第３インダクタンス部を直列に接続する。すなわち、メイン回路ＭＣと各サブ回路ＳＣにおいて力率改善のためのインダクタンス成分が設けられるため、電力変換装置１全体として力率改善を行うことが可能となる。なお、複数のサブ回路ＳＣを設ける場合には、メイン回路ＭＣに流れる電流に対する各サブ回路ＳＣに流れる電流の合計の割合を電流割合として、該電流割合が閾値以上か否かで第１接続状態と第２接続状態が切り替えられることとすればよい。
【００７６】
なお、サブ回路ＳＣを複数設ける場合には、第１接続状態では、例えば第１インダクタンス部Ｌ１と第２インダクタンス部Ｌ２と第３インダクタンス部とが並列接続され、第１直流電路ＤＬ１に設けられる。
【００７７】
また、サブ回路ＳＣを複数設ける場合には、一部のサブ回路ＳＣに力率改善のためのインダクタンス成分を設けることが可能な構成としてもよい。例えば、複数のサブ回路ＳＣのうち、流れる電流が相対的に小さいサブ回路ＳＣについては、力率への影響度が低いため、インダクタンス成分を設けなくてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１      ：電力変換装置
２      ：交流電源
３      ：第１整流部
４      ：第１負荷
５      ：第２整流部
６      ：第２負荷
Ｃ１    ：第１コンデンサ部
Ｃ２    ：第２コンデンサ部
ＤＬ１  ：第１直流電路
ＤＬ２  ：第２直流電路
Ｌ１    ：第１インダクタンス部
Ｌ２    ：第２インダクタンス部
ＭＣ    ：メイン回路
ＳＣ    ：サブ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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