(57)【要約】【課題】空気調和装置全体として効果的に高調波成分を抑制することのできる高調波抑制制御システム及びそれを備えた空気調和装置、並びに高調波抑制制御方法、並びに高調波抑制制御プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】交流電源４に対して並列接続された整流回路５ｏ、アクティブフィルタ１０、及び平滑コンデンサ１２ｏを有する室外機ＯＵのコンバータ２ｏと、交流電源４に対して並列接続された整流回路５ｉ及び平滑コンデンサ１２ｉを有する室内機ＩＵのコンバータ２ｉとを有する空気調和装置１に適用される高調波抑制制御システム１６であって、コンバータ２ｏへ入力される室外機電流を検出する検出部と、空気調和装置１の運転状態に基づいて、コンバータ２ｉへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定部と、室外機電流及び室内機電流に基づいて、アクティブフィルタ１０を制御して高調波抑制制御を行う制御部とを備える。【選択図】図１
2020137354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータと、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータとを有する空気調和装置に適用される高調波抑制制御システムであって、
前記室外機用コンバータへ入力される室外機電流を検出する検出部と、
前記空気調和装置の運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定部と、
前記室外機電流及び前記室内機電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御して高調波抑制制御を行う制御部と、
を備える高調波抑制制御システム。
【請求項２】
前記設定部は、前記空気調和装置の前記運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を所定の電流波形で模擬し、前記室内機電流として設定する請求項１に記載の高調波抑制制御システム。
【請求項３】
前記室内機電流は、矩形波、階段波、三角波、複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形の少なくとも１つを用いて模擬される請求項２に記載の高調波抑制制御システム。
【請求項４】
前記運転状態とは、室内機の種類、室内機のファン風速、室内機のファン回転数、室外機の圧縮機の回転数、電源周波数、及び周囲温度の少なくともいずれか１つである請求項１から３のいずれか１項に記載の高調波抑制制御システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記室外機電流と前記室内機電流とを足し合わせた合成電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の高調波抑制制御システム。
【請求項６】
電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータにより圧縮機を駆動する室外機と、
前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータによりファンを駆動する室内機と、
請求項１から５のいずれか１項に記載の高調波抑制制御システムと、
を有する空気調和装置。
【請求項７】
電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータと、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータとを有する空気調和装置に適用される高調波抑制制御方法であって、
前記室外機用コンバータへ入力される室外機電流を検出する検出工程と、
前記空気調和装置の運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定工程と、
前記室外機電流及び前記室内機電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御して高調波抑制制御を行う制御工程と、
を有する高調波抑制制御方法。
【請求項８】
電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータと、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータとを有する空気調和装置に適用される高調波抑制制御プログラムであって、
前記室外機用コンバータへ入力される室外機電流を検出する検出処理と、
前記空気調和装置の運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定処理と、
前記室外機電流及び前記室内機電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御して高調波抑制制御を行う制御処理と、
をコンピュータに実行させるための高調波抑制制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高調波抑制制御システム及びそれを備えた空気調和装置、並びに高調波抑制制御方法、並びに高調波抑制制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置における室外機では、圧縮機を駆動するためにコンバータ及びインバータを有している。すなわち、室外機では、交流電源から供給された電力をコンバータによって整流し、整流した電力をインバータで変換して圧縮機のモータを駆動している。このため、空気調和装置では、高調波が発生し、交流電源側に影響を及ぼす。
【０００３】
例えば特許文献１では、室外機（圧縮機モータ）における入力電流に基づいて高調波を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−８９２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、室外機側の入力電流だけで高調波抑制を行っているため、例えば高調波抑制対策部品を備えない室内機と電源を共有して接続した場合には、室内機にて発生する高調波成分を十分に抑制できない可能性があった。
【０００６】
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、空気調和装置全体として効果的に高調波成分を抑制することのできる高調波抑制制御システム及びそれを備えた空気調和装置、並びに高調波抑制制御方法、並びに高調波抑制制御プログラム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】
【０００７】
本発明の第１態様は、電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータと、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータとを有する空気調和装置に適用される高調波抑制制御システムであって、前記室外機用コンバータへ入力される室外機電流を検出する検出部と、前記空気調和装置の運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定部と、前記室外機電流及び前記室内機電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御して高調波抑制制御を行う制御部と、を備える高調波抑制制御システムである。
【０００８】
上記のような構成によれば、室外機電流と、室内機用コンバータへ入力される電流として推定した室内機電流とに基づいて室外機用コンバータのアクティブフィルタを制御することによって、高調波をより効果的に低減することが可能となる。また、空気調和装置の運転状態に基づいて室内機電流をより精度よく推定することができるため、高調波抑制の精度を向上させることが可能となる。
【０００９】
上記高調波抑制制御システムにおいて、前記設定部は、前記空気調和装置の前記運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を所定の電流波形で模擬し、前記室内機電流として設定することとしてもよい。
【００１０】
上記のような構成によれば、室内機用コンバータへ入力される電流を所定の電流波形で模擬するため、より簡便に室内機電流を模擬することができる。
【００１１】
上記高調波抑制制御システムにおいて、前記室内機電流は、矩形波、階段波、三角波、半周期分を複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形の少なくとも１つを用いて模擬されることとしてもよい。
【００１２】
上記のような構成によれば、矩形波、階段波、三角波、半周期分を複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形を用いて室内機電流を模擬することで、より簡便に処理を行うことが可能となる。
【００１３】
上記高調波抑制制御システムにおいて、前記運転状態とは、室内機の種類、室内機のファン風速、室内機のファン回転数、室外機の圧縮機の回転数、電源周波数、及び周囲温度の少なくともいずれか１つであることとしてもよい。
【００１４】
上記のような構成によれば、空気調和装置の運転状態として、室内機の種類、室内機のファン風速、室内機のファン回転数、室外機の圧縮機の回転数、電源周波数、及び周囲温度の少なくともいずれか１つとすることで、室内機電流をより正確に模擬することが可能となる。このため、高調波抑制の精度を向上させることが可能となる。
【００１５】
上記高調波抑制制御システムにおいて、前記制御部は、前記室外機電流と前記室内機電流とを足し合わせた合成電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御することとしてもよい。
【００１６】
上記のような構成によれば、室外機電流と室内機電流とを足し合わせた合成電流に基づいてアクティブフィルタを制御することで、高調波抑制制御に室内機電流を考慮することができるため、高調波抑制の精度を向上させることが可能となる。
【００１７】
本発明の第２態様は、電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータにより圧縮機を駆動する室外機と、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータによりファンを駆動する室内機と、上記の高調波抑制制御システムと、を有する空気調和装置である。
【００１８】
本発明の第３態様は、電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータと、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータとを有する空気調和装置に適用される高調波抑制制御方法であって、前記室外機用コンバータへ入力される室外機電流を検出する検出工程と、前記空気調和装置の運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定工程と、前記室外機電流及び前記室内機電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御して高調波抑制制御を行う制御工程と、を有する高調波抑制制御方法である。
【００１９】
本発明の第４態様は、電源に対して並列接続された整流回路、アクティブフィルタ、及び平滑回路を有する室外機用コンバータと、前記電源に対して並列接続された整流回路及び平滑回路を有する室内機用コンバータとを有する空気調和装置に適用される高調波抑制制御プログラムであって、前記室外機用コンバータへ入力される室外機電流を検出する検出処理と、前記空気調和装置の運転状態に基づいて、前記室内機用コンバータへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する設定処理と、前記室外機電流及び前記室内機電流に基づいて、前記アクティブフィルタを制御して高調波抑制制御を行う制御処理と、をコンピュータに実行させるための高調波抑制制御プログラムである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、空気調和装置全体として効果的に高調波成分を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和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高調波抑制制御システムが備える機能を示した機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る高調波抑制制御システムにおける各模擬電流波形を例示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る高調波抑制制御システムにおける合成電流を例示した図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る高調波抑制制御システムによる合成電流生成処理のフローチャートを示した図である。
【図６】空気調和装置を例を示した図である。
【図７】入力電流検出部の一構成例を示した図である。
【図８】コンバータ制御部の機能ブロック図である。
【図９】目標波形率テーブルの一例を示した図である。
【図１０】位相角−力率特性の一例を示した図である。
【図１１】波形率−位相角特性の一例を示した図である。
【図１２】位相補正値設定部によって実行される処理の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る高調波抑制制御システム及びそれを備えた空気調和装置、並びに高調波抑制制御方法、並びに高調波抑制制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る空気調和装置１の概略構成を示す図である。図１における空気調和装置１には、高調波抑制制御システム１６が適用されている。なお、高調波抑制制御システム１６は、室外機ＯＵ及び室内機ＩＵにコンバータ（室外機のコンバータ２ｏ及び室内機のコンバータ２ｉ）が設けられており、コンバータ２ｏにおけるアクティブフィルタ１０を制御して空気調和装置１全体における高調波の発生を抑制するものである。このため、高調波抑制制御システム１６は、図１における空気調和装置１の構成に限定されず適用することが可能である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係る空気調和装置１は、室外機ＯＵと、室内機ＩＵとを主な構成として備えている。なお、図１では、モータ駆動装置であって、室外機ＯＵが備える圧縮機モータ（圧縮機を駆動するモータ）２０を駆動する電力系統（駆動回路）と、室内機ＩＵが備えるファンモータ（ファンを駆動するモータ）１３を駆動する電力系統（駆動回路）を示している。
【００２４】
室外機ＯＵでは、交流電源４から供給される電力に基づいて圧縮機のモータを駆動している。具体的には、室外機ＯＵは、交流電源４に対してコンバータ２ｏ及びインバータ３ｏを有している。コンバータ２ｏは、交流電源４から供給される交流電圧を整流して直流電圧へ変換する装置である。このため、コンバータ２ｏは、交流電源４に対して並列接続された整流回路５ｏ、アクティブフィルタ１０、及び平滑回路を有している。
【００２５】
整流回路５ｏは、交流電源４に対して接続されており、交流電源４より供給された交流電圧を整流する。例えば、整流回路５ｏは、ダイオードを用いたブリッジ整流回路等で構成され、交流電源４から供給された交流電圧を全波整流する。整流された電圧は後段のアクティブフィルタ１０へ出力される。
【００２６】
アクティブフィルタ１０は、整流回路５ｏに対して並列に接続されており、交流電源４に接続された電力系統により生じた高調波を抑制する能動フィルタである。高調波によって電力系統が汚染されるとインダクタ６の振動や異常過熱等の電気設備の不具合を誘発するため、アクティブフィルタ１０によって高調波が抑制される。アクティブフィルタ１０は、後述する制御部２４における高調波抑制処理の方法（種類）によって適切な回路構成を採用可能である。アクティブフィルタ１０は、例えば図１のように、整流回路５ｏの出力側の正極直流電路に直列接続されたインダクタ６と、インダクタ６の出力側の正極直流電路と整流回路５ｏの出力側の負極直流電路とを接続するスイッチング素子（ドランジスタ）８と、正極直流電路におけるスイッチング素子８との接続点より後段に直接接続されたダイオード７とを用いて構成される。
【００２７】
平滑回路は、整流回路５ｏ及びアクティブフィルタ１０より出力された直流電圧（脈流成分を含む）を平滑化する。具体的には、平滑回路は、正極直流電路と負極直流電路とを接続する平滑コンデンサ（キャパシタンス成分）１２ｏを有している。
【００２８】
コンバータ２ｏでは、整流回路５ｏ、アクティブフィルタ１０、及び平滑回路によって直流電圧を生成し、インバータ３ｏへ出力する。
【００２９】
インバータ３ｏは、コンバータ２ｏより供給された直流電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、圧縮機モータ（負荷）２０を駆動する。インバータ３ｏは、例えば、６個のスイッチング素子により構成されるブリッジ回路であり、各スイッチング素子が例えば上位装置（図示略）から入力される要求回転数指令に基づいてスイッチング制御される。スイッチング制御の方法については、例えば、ベクトル制御、センサレスベクトル制御、Ｖ／Ｆ制御、過変調制御、１パルス制御などがある。このようにして圧縮機モータ２０が制御される。
【００３０】
室内機ＩＵでは、交流電源４から供給される電力に基づいてファンのモータが駆動される。具体的には、室内機ＩＵは、交流電源４に対してコンバータ（室内機用コンバータ）２ｉ及びインバータ３ｉを有している。コンバータ２ｉは、交流電源４から供給される交流電圧を整流して直流電圧へ変換する回路である。このため、コンバータ２ｉは、交流電源４に対して並列接続された整流回路５ｉ、及び平滑回路（平滑コンデンサ１２ｉ）を有している。コンバータ２ｉにおける整流回路５ｉ及び平滑回路は、室外機ＯＵのコンバータ２ｏにおける整流回路５ｏ及び平滑回路と同様の構成である。すなわち、室内機ＩＵのコンバータ２ｉは、室外機ＯＵのコンバータ２ｏの構成に対してアクティブフィルタ１０を用いない（アクティブフィルタ１０を省略した）構成である。
【００３１】
コンバータ２ｉでは、整流回路５ｉ及び平滑回路によって直流電圧を生成し、インバータ３ｉへ出力する。インバータ３ｉについても室外機ＯＵにおけるインバータ３ｏと同様の構成である。そして、インバータ３ｉのブリッジ回路を構成する各スイッチング素子は例えば上位装置（図示略）から入力される要求回転数指令に基づいてスイッチング制御される。このようにしてファンモータ１３が制御される。
【００３２】
このように、交流電源４に接続された電力系統では、交流と直流の間で各変換が行われるため、高調波が生じやすい。電源系統に高調波が発生すると、電気設備の不具合を誘発する可能性があるため、後述する高調波抑制制御システム１６によってアクティブフィルタ１０が制御され、高調波が抑制される。
【００３３】
高調波抑制制御システム１６は、室外機電流及び室外機電流の両方を用いて、空気調和装置１において発生する高調波成分を抑制する制御を行う。具体的には、室外機電流及び室外機電流に基づいてコンバータ２ｏにおけるアクティブフィルタ１０を制御し、高調波成分を抑制する。
【００３４】
高調波抑制制御システム１６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、有線又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。
【００３５】
図２は、高調波抑制制御システム１６が備える機能を示した機能ブロック図である。図２に示されるように、高調波抑制制御システム１６は、検出部２２と、設定部２３と、制御部２４とを備えている。
【００３６】
検出部２２は、コンバータ２ｏへ入力される室外機電流を検出する。具体的には、検出部２２は、交流電源４からコンバータ２ｏ（特に整流回路５ｏ）へ流入する室外機電流を検出する。そして、検出部２２は、検出した室外機電流を後述する制御部２４へ出力する。
【００３７】
設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、コンバータ２ｉへ入力される電流を推定し、室内機電流として設定する。具体的には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、コンバータ２ｉへ入力される電流を所定の電流波形で模擬し、室内機電流として設定する。なお、設定部２３は、室内機ＩＵへ入力される電流を検出可能な場合には、検出した電流を室内機電流としてもよい。
【００３８】
空気調和装置１の運転状態とは、室内機電流に影響を及ぼすパラメータとして予め設定されている。具体的には、空気調和装置１の運転状態とは、室内機ＩＵの種類、室内機ＩＵのファン風速、室内機ＩＵのファン回転数、室外機ＯＵの圧縮機の回転数、電源周波数、及び周囲温度の少なくともいずれか１つのパラメータである。室内機ＩＵの種類とは、例えば室内機ＩＵの仕様がわかる情報であり、特に室内機ＩＵが高調波抑制対策部品（インダクタ）を備えているか否かである。すなわち、室内機ＩＵの種類により、室内機ＩＵが高調波を発生し易いか否かを判断できる。室内機ＩＵのファン風速とは、室内機ＩＵに設けられたファンの風速であり、計測器等により計測されてもよいしファンの運転状態から算出されてもよい。室内機ＩＵのファン回転数とは、室内機ＩＵに設けられたファン（ファンモータ１３）の回転数であり、計測器等により計測されてもよいしファンの運転状態から算出されてもよい。室外機ＯＵの圧縮機の回転数とは、室外機ＯＵに設けられた圧縮機を駆動するモータの回転数（例えばロータの回転数）である。電源周波数は、交流電源４が出力する交流電圧の周波数である。周囲温度は、空気調和装置１（特に室内機ＩＵ）の周囲環境における温度である。空気調和装置１の運転状態については、空気調和装置１に設けた各センサや空気調和装置１に対する指令等に基づいて取得される。
【００３９】
本実施形態では、空気調和装置１の運転状態として室内機ＩＵのファン回転数（以下、「ファン回転数」という。）を用いる場合について説明するが、他のパラメータについても同様に適用可能であり、複数の上記パラメータを組み合わせることとしてもよい。
【００４０】
設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、室内機電流を所定の電流波形で模擬する。模擬する電流波形は、実際に流れる室内機電流を模擬できる波形であれば用いることが可能である。具体的には、室内機電流は、矩形波、階段波、三角波、複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形の少なくとも１つ（模擬電流波形）を用いて模擬される。図３は、各模擬電流波形を例示した図である。模擬電流波形としては、矩形波、階段波、三角波、複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形のいずれか１つを用いることとしてもよいし、複数種類の波形を組み合わせてもよい。いずれの模擬電流波形を用いるかは、事前試験等によって効果的に高調波を抑制できる波形として予め設定される。なお、模擬電流波形については、空気調和装置１の運転状態に基づいて選択されてもよい。
【００４１】
図３は、交流電源４の電圧と室内機電流（実際）に対する各模擬電流を示している。模擬電流波形は、矩形波、階段波、三角波、複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形である。交流電源４に対して、室内機電流は、図３のように流れる。このため、各模擬電流は室内機電流（実際）を模擬して設定される。
【００４２】
矩形波は、実際流れる室内機電流を模擬した矩形の波形である。模擬電流として矩形波を用いる場合には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、矩形のセンター位置Ａ、矩形の高さＢ、及び矩形の横幅Ｃを設定し、空気調和装置１の運転状態に対応した室内機電流を模擬する。なお、模擬電流のセンター位置Ａについては、電源電圧における位相の９０°や２７０°を基準として、基準からの量として設定される。
【００４３】
階段波は、実際流れる室内機電流を模擬した階段形状の波形である。模擬電流として階段波を用いる場合には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、階段波のセンター位置Ａ、階段波の高さＤ、階段波の横幅Ｅ、及び階段波の段数Ｆを設定し、空気調和装置１の運転状態に対応した室内機電流を模擬する。
【００４４】
三角波は、実際流れる室内機電流を模擬した三角形状の波形である。模擬電流として三角波を用いる場合には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、三角波のセンター位置Ａ、三角波の高さＧ、及び三角波の横幅Ｈを設定し、空気調和装置１の運転状態に対応した室内機電流を模擬する。
【００４５】
複数の矩形波により構成される波形（以下、「合成矩形波」という。）は、実際流れる室内機電流を模擬して、複数の矩形波を合成することにより構成される形状の波形である。図３の例では、合成矩形波は、３つの矩形波が合成されることによって構成されており、中心の矩形に対して左右の矩形は高さを低くすることにより室内機電流が模擬されている。なお、合成する矩形波の数は適宜設計可能である。模擬電流として合成矩形波を用いる場合には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、合成矩形波のセンター位置Ａ、合成矩形波における各矩形波の高さＩ及びＪ、合成矩形波の横幅Ｋ、及び合成する矩形波の数Ｌを設定し、空気調和装置１の運転状態に対応した室内機電流を模擬する。
【００４６】
フーリエ級数によって表される波形（フーリエ級数波形）は、実際流れる室内機電流を模擬した正弦波等の合成波形である。フーリエ級数は、以下の式によって表される。
【００４７】
【数１】
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【００４８】
（１）式において、ａ０、ａｎ、ｂｎ、及びｎ（ｎ次高調波成分）はフーリエ係数である。模擬電流としてフーリエ級数波形を用いる場合には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、フーリエ係数ａ０、ａｎ、ｂｎ、及びｎを設定し、空気調和装置１の運転状態に対応した室内機電流を模擬する。
【００４９】
実際の室内電流波形と類似の波形（類似波形）は、実際流れる室内機電流を予め試験等により計測し、計測された波形を模擬した形状の波形である。このため、図３では、実際の室内電流波形と類似の波形は、実際の室内電流波形と略等しくなる。模擬電流として実際の室内電流波形と類似の波形を用いる場合には、設定部２３は、空気調和装置１の運転状態に基づいて、実際の室内電流波形と類似の波形のセンター位置Ａ、実際の室内電流波形と類似の波形の高さＭ、実際の室内電流波形と類似の波形の横幅Ｎを設定し、空気調和装置１の運転状態に対応した室内機電流を模擬する。
【００５０】
設定部２３は、予め設定された模擬電流波形を用いて、空気調和装置１の運転状態に基づく室内機電流を模擬する。そして、設定部２３は、模擬設定した室内機電流を後述する制御部２４へ出力する。本実施形態では、模擬電流波形として矩形波を用いる場合について説明する。なお、他の模擬電流波形についても同様に適用可能である。なお、種類の異なる模擬電流を組み合わせて模擬電流波形を構成することとしてもよい。
【００５１】
制御部２４は、室外機電流及び室内機電流に基づいて、アクティブフィルタ１０を制御して高調波抑制制御を行う。具体的には、制御部２４は、合成部１４と、コンバータ制御部１５とを有している。
【００５２】
合成部１４は、室外機電流と室内機電流とを足し合わせて合成電流を生成する。具体的には、合成部１４は、検出部２２において検出した室外機電流と、設定部２３において設定した室内機電流とを合成することにより、合成電流を生成する。図４は、室外機電流と室内機電流とを足し合わせた合成電流の例を示している。図４では、交流電源４から出力された交流電圧に対して各波形が示されている。図４に示されるように、検出部２２により検出された室外機電流Ｉｏと、設定部２３により設定された室内機電流Ｉｉを合成することによって合成電流Ｉｓが生成される。高調波抑制制御は、生成した合成電流Ｉｓに基づいて実行される。
【００５３】
コンバータ制御部１５は、合成部１４において生成した合成電流に基づいてアクティブフィルタ１０のスイッチング素子８を制御し、高調波抑制制御を行う。なお、コンバータ制御部１５にて用いる高調波抑制制御は、電流（例えば、交流電源４から系統に流れる電流）に基づいて処理が行われる方法であれば、幅広く適用することができる。また、アクティブフィルタ１０の構成についても、採用する高調波抑制制御手法に合わせて適切な構成（図１の構成のアクティブフィルタ１０に限定されない）を採用することができる。具体的な高調波抑制制御の一例については後段に詳述する。
【００５４】
このように、室外機電流だけでなく室内機電流も考慮して高調波抑制制御を行うことによって、空気調和装置１全体としてより精度よく高調波を抑制することが可能となる。
【００５５】
次に、上述の高調波抑制制御システム１６による合成電流生成処理について図５を参照して説明する。図５に示すフローは、空気調和装置１が稼働している場合に、所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、空気調和装置１が稼働している場合であって、利用者等によって高調波抑制制御モードが選択された場合に、所定の制御周期で繰り返し実行することとしてもよい。
【００５６】
まず、コンバータ２ｏへ入力される電流を検出し、室外機電流として設定する（Ｓ１０１）。
【００５７】
次に、空気調和装置１の運転状態を取得する（Ｓ１０２）。具体的には、室内機ＩＵのファン回転数を取得する。
【００５８】
次に、室内機ＩＵの運転状態に基づいて、コンバータ２ｏへ入力される電流を模擬して室内機電流として設定する（Ｓ１０３）。具体的には、空気調和装置１の状態に基づいて高さ及び横幅が設定された矩形波を室内機電流として設定する。
【００５９】
次に、室外機電流及び室内機電流を合成し、合成電流を生成する（Ｓ１０４）。
【００６０】
次に、合成電流に基づいて、高調波抑制制御処理を実行する（Ｓ１０５）。
【００６１】
このようにして、室外機電流だけでなく、室内機電流も考慮して高調波抑制制御を行うことによって、空気調和装置１全体として高調波を効果的に抑制することが可能となる。なお、電流に基づいて高調波を抑制する処理であれば、上記に限定されず適用することが可能である。
【００６２】
次に、上述の高調波抑制制御システム１６が以下に説明する高調波抑制制御の一例に適用された場合について図を参照して説明する。
なお、以下では入力電流の波形率に基づく高調波抑制制御を一例として説明するが、電流値に基づいて高調波抑制を行うための制御であれば以下に説明する高調波抑制制御方法に限定されず適用することができる。
【００６３】
図６は、高調波抑制制御システム１６が適用された空気調和装置１の概略構成を示した図である。図６に示すように、空気調和装置１は、室外機側においてコンバータ２ｏ及びインバータ３ｏを有している。また、交流電源４には室外機ＯＵと共に室内機ＩＵが接続されており、図１に示すように、コンバータ２ｉ及びインバータ３ｉを有している。すなわち、室内機ＩＵでは、室内機側のコンバータ２ｉにおいて、交流電源４より入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路５ｉと、整流回路５ｉに並列に接続された平滑コンデンサ１２ｉとを主な構成として備えている。
【００６４】
室外機側のコンバータ２ｏは、交流電源４より入力された交流電力を直流電力に変換する整流回路５ｏと、整流回路５ｏに並列に接続された平滑コンデンサ１２ｏと、整流回路５ｏと平滑コンデンサ１２ｏとの間に、互いに並列に設けられたアクティブフィルタ１０（複数の力率改善回路１０ａ、１０ｂ）とを主な構成として備えている。なお、本実施形態では、アクティブフィルタ１０において２つの力率改善回路１０ａ、１０ｂを設けた場合について例示しているが、この設置数については特に限定されない。
【００６５】
力率改善回路１０ａは、整流回路５ｏと平滑コンデンサ１２ｏとを接続する正極母線Ｌｐに、直列的に設けられたインダクタ（誘導性素子）６ａと、インダクタ６ａの電流出力側に直列に接続されるダイオード７ａと、インダクタ６ａとダイオード７ａとの間に一端が接続され、かつ、整流回路５ｏと並列に接続されたスイッチング素子８ａとを有する。
同様に、力率改善回路１０ｂは、整流回路５ｏと平滑コンデンサ１２ｏとを接続する正極母線Ｌｐに、直列的に設けられたインダクタ６ｂと、インダクタ６ｂの電流出力側に直列に接続されるダイオード７ｂと、インダクタ６ｂとダイオード７ｂとの間に一端が接続され、かつ、整流回路５ｏと並列に接続されたスイッチング素子８ｂとを有する。
【００６６】
スイッチング素子８ａ、８ｂの一例としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が挙げられる。
また、スイッチング素子８ａ、８ｂ、ダイオード７ａ，７ｂは、炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いた素子であってもよい。このように、炭化シリコンを用いた半導体を利用することにより、スイッチング特性やオン損失特性を向上させることが可能となる。
【００６７】
インバータ３ｏは、６個のスイッチング素子を備えるブリッジ回路１８と、ブリッジ回路１８におけるスイッチング素子の開閉を制御するインバータ制御部１９とを備える。インバータ制御部１９は、例えば、上位装置（図示略）から入力される要求回転数指令に基づいて、各スイッチング素子のゲート駆動信号Ｓｐｗｍを生成し、ブリッジ回路１８に与える。インバータ制御の具体的な手法の一例としては、ベクトル制御、センサレスベクトル制御、Ｖ／Ｆ制御、過変調制御、１パルス制御などが挙げられる。
【００６８】
高調波抑制制御システム１６は、図２と同様に、検出部２２、設定部２３、及び制御部２４を備えている。検出部２２では、交流電源４から整流回路５ｏに入力される入力電流を検出し、室外機電流として制御部２４（合成部１４）へ出力する。図７に検出部２２の一構成例を示す。図７に示すように、検出部２２は、入力電流の波形を検出可能な構成とされている。設定部２３は、空気調和装置１の運転状態を取得して室内機電流を所定の電流波形で模擬し、模擬設定した室内機電流を制御部２４（合成部１４）へ出力する。合成部１４では、室外機電流と室内機電流とを足し合わせて合成電流を生成し、コンバータ制御部１５へ出力する。
【００６９】
なお、交流電源４には、ゼロクロス点を検出するためのゼロクロス検出部２１が設けられている。ゼロクロス検出部２１からのゼロクロス信号はコンバータ制御部１５に出力される。
【００７０】
コンバータ制御部１５は、合成部１４において生成した合成電流に基づいてアクティブフィルタ１０を制御し、高調波抑制制御を行う。図８は、コンバータ制御部１５の機能ブロック図である。図８に示すように、コンバータ制御部１５は、位相演算部（位相演算手段）３０と、位相補正部（第１位相補正手段）４０と、駆動信号生成部（駆動信号生成手段）５０とを主な構成として備えている。
【００７１】
位相演算部３０は、ゼロクロス検出部２１によって検出されるゼロクロス信号に基づいて、位相θを演算して出力する。
位相補正部４０は、合成電流を用いて位相補正値を演算する。具体的には、位相補正部４０は、波形率算出部（波形率算出手段）４１と、目標波形率取得部（目標波形率取得手段）４２と、位相補正値設定部（第１位相補正値設定手段）４３とを主な構成として備えている。
波形率算出部４１は、合成電流から合成電流最大値と合成電流平均値とを取得し、合成電流最大値を合成電流平均値で除算することにより、波形率を算出する。
【００７２】
目標波形率取得部４２は、力率が所定値以上をとる波形率のいずれかを目標波形率とし、該目標波形率と合成電流とを予め関連付けた目標波形率テーブル（第１情報）を保有し、この目標波形率テーブルから合成電流に応じた目標波形率を取得する。図９に、目標波形率テーブルの一例を示す。図９において、横軸は合成電流（実効値）を、縦軸は目標波形率を示している。この目標波形率テーブルは、例えば、予め試験やシミュレーションを行うことにより得られたデータに基づいて作成される。例えば、ある合成電流において、位相角を所定範囲で変化させたときの力率、位相角、波形率との関係を得る。例えば、図１０に示すような位相角−力率特性及び図１１に示すような波形率−位相角特性を得る。
【００７３】
続いて、図１０に示す位相角−力率特性から、力率が所定値以上のいずれかの位相角、例えば、最大力率を取る位相角を代表位相角として特定し、この代表位相角を取るときの波形率を図１１に示した位相角−波形率特性から得る。これにより得られた波形率が当該合成電流（例えば、実効値）における目標波形率として設定される。
そして、上記手順を所定範囲における各合成電流値において行うことにより、図９に示すような、合成電流と目標波形率とが関連付けられた目標波形率テーブルが作成される。
【００７４】
位相補正値設定部４３は、波形率算出部４１によって演算された波形率を、目標波形率取得部４２によって取得された目標波形率に近づけるための位相補正値を設定する。例えば、図１２に示すように、位相補正値設定部４３は、目標波形率と実波形率との差分を演算し（ステップＳＡ１）、この差分が所定の許容範囲（例えば、−０．５°以上＋０．５°以下）の範囲内であれば、目標位相補正値をゼロに設定し（ステップＳＡ２）、該差分が所定の許容範囲の上限値を超える場合には、目標位相補正値に＋１°を（ステップＳＡ３）、該差分が所定の許容範囲の下限値を下回る場合には、目標位相補正値に−１°を設定する（ステップＳＡ４）。
【００７５】
次に、ステップＳＡ２からＳＡ４で設定した目標位相補正値と位相補正値の前回値（すなわち、１サンプリング周期前において決定した位相補正値）との差分を演算する（ステップＳＡ５）。
この結果、差分がゼロの場合には位相補正値をゼロに（ステップＳＡ６）、差分が０よりも大きい場合には位相補正値を＋１°に（ステップＳＡ７）、差分が０未満である場合には位相補正値を−１°に設定し（ステップＳＡ８）、設定した位相補正値を駆動信号生成部５０に出力する（ステップＳＡ９）。
【００７６】
駆動信号生成部５０は、位相演算部３０によって演算された位相θを位相補正部４０によって演算された位相補正値を用いて補正し、補正後の位相を用いて、スイッチング素子８ａ，８ｂを駆動するための駆動信号Ｓｇ１，Ｓｇ２をそれぞれ生成する。
具体的には、位相θに位相補正値φを加算することにより位相θを補正し、補正後の位相と変調率指令とに基づいて電圧波形を生成し、該電圧波形とキャリア信号とを比較することにより駆動信号Ｓｇ１，Ｓｇ２を生成する。なお、駆動信号Ｓｇ１、Ｓｇ２は同時にオンする時間がないように、デッドタイムが設けられる。
駆動信号生成部５０によって生成された駆動信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が各スイッチング素子８ａ，８ｂのゲート駆動回路に与えられることにより、スイッチング素子８ａ、８ｂのオンオフが制御される。
【００７７】
次に、アクティブフィルタ１０の制御について図６から図１２を参照して説明する。
まず、交流電源４のゼロクロス点がゼロクロス検出部２１によって検出され、ゼロクロス信号がコンバータ制御部１５に出力される。合成部１４は、検出部２２において検出した室外機電流と、設定部２３において設定した室内機電流とを合成して合成電流が生成ｓされ、コンバータ制御部１５に出力される。
【００７８】
コンバータ制御部１５では、位相演算部３０において、ゼロクロス検出部２１からのゼロクロス信号に基づいて位相θが演算され、この位相θが駆動信号生成部５０に出力される。
位相補正部４０では、波形率算出部４１において、合成電流から合成電流最大値と合成電流平均値とが取得され、これらを用いて波形率が算出される。また、目標波形率取得部４２では、合成電流の合成電流実効値に対応する目標波形率が図８に示したような目標波形率テーブルから取得される。
続いて、位相補正値設定部４３において、図１２の手順に従って、波形率算出部４１によって演算された波形率を目標波形率取得部４２によって取得された目標波形率に近づけるための位相補正値が設定され、位相補正値が駆動信号生成部５０に出力される。
【００７９】
駆動信号生成部５０では、位相演算部３０によって演算された位相θに、位相補正部４０によって演算された位相補正値が加算されることにより、位相θが補正され、この補正後の位相を用いて、スイッチング素子８ａ，８ｂを駆動するための駆動信号Ｓｇ１，Ｓｇ２がそれぞれ生成される。駆動信号生成部５０によって生成された駆動信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が各スイッチング素子８ａ，８ｂのゲート駆動回路に与えられることにより、スイッチング素子８ａ、８ｂのオンオフが制御される。
【００８０】
このように、波形率を用いて位相補正値を決定することで、実際の波形状況を考慮した適切な位相補正値を設定することが可能となる。これにより、高精度な位相検出回路を用いることなく、高調波を低減することができ、高調波規格を満足させることが可能となる。更に、目標波形率は、力率が所定値以上をとる波形率とされているので、力率改善も同時に行うことが可能となる。
【００８１】
図７の構成において、電流による波効率に基づいて高調波抑制制御を行う例を示したが、電流に基づいて行われる高調波抑制制御であれば、上記の方法に限定されない。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態に係る高調波抑制制御システム及びそれを備えた空気調和装置、並びに高調波抑制制御方法、並びに高調波抑制制御プログラムによれば、室外機電流と、室内機用コンバータへ入力される電流として推定した室内機電流とに基づいて室外機用コンバータのアクティブフィルタ１０を制御することによって、高調波をより効果的に低減することが可能となる。また、空気調和装置１の運転状態に基づいて室内機電流をより精度よく推定することができるため、高調波抑制の精度を向上させることが可能となる。
【００８３】
また、室内機用コンバータへ入力される電流を所定の電流波形で模擬するため、より簡便に室内機電流を模擬することができる。具体的には、矩形波、階段波、三角波、複数の矩形波により構成される波形、フーリエ級数によって表される波形、及び実際の室内電流波形と類似の波形を用いて室内機電流を模擬することで、より簡便に処理を行うことが可能となる。
【００８４】
また、空気調和装置１の運転状態として、室内機の種類、室内機のファン風速、室内機のファン回転数、室外機の圧縮機の回転数、電源周波数、及び周囲温度の少なくともいずれか１つとすることで、室内機電流をより正確に模擬することが可能となる。このため、高調波抑制の精度を向上させることが可能となる。
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
１        ：空気調和装置
２ｉ、２ｏ：コンバータ
３ｉ、３ｏ：インバータ
４        ：交流電源
５ｉ、５ｏ：整流回路
６、６ａ、６ｂ：インダクタ
７、７ａ、７ｂ：ダイオード
８、８ａ、８ｂ：スイッチング素子
１０      ：アクティブフィルタ
１０ａ、１０ｂ：力率改善回路
１２ｉ、１２ｏ：平滑コンデンサ
１３      ：ファンモータ
１４      ：合成部
１５      ：コンバータ制御部
１６      ：高調波抑制制御システム
１８      ：ブリッジ回路
１９      ：インバータ制御部
２０      ：圧縮機モータ
２１      ：ゼロクロス検出部
２２      ：検出部
２３      ：設定部
２４      ：制御部
３０      ：位相演算部
４０      ：位相補正部
４１      ：波形率算出部
４２      ：目標波形率取得部
４３      ：位相補正値設定部
５０      ：駆動信号生成部
【図１】
2020137354.tif 000004
【図２】
2020137354.tif 000005
【図３】
2020137354.tif 000006
【図４】
2020137354.tif 000007
【図５】
2020137354.tif 000008
【図６】
2020137354.tif 000009
【図７】
2020137354.tif 000010
【図８】
2020137354.tif 000011
【図９】
2020137354.tif 000012
【図１０】
2020137354.tif 000013
【図１１】
2020137354.tif 000014
【図１２】
2020137354.tif 000015