(57)【要約】  昇圧コンバータを備えた可変速駆動装置が、スイッチド・リラクタンス・モータによって駆動される冷却器システムに提供される。この昇圧コンバータは、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータまたは三相パルス幅変調昇圧コンバータが後に続くダイオード整流器またはサイリスタ整流器でよい。昇圧コンバータはＤＣリンクにブースト電圧を与え、その結果、可変速駆動装置のインバータによりブースト電圧がスイッチド・リラクタンス・モータに印加される。
2008541684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速駆動装置とスイッチド・リラクタンス・モータとを備える冷却器システムの圧縮機用駆動システムであって、
前記可変速駆動装置は、固定入力ＡＣ電圧および固定入力周波数で入力ＡＣ電力を受け取り、最大電圧が前記固定入力ＡＣ電圧より大きさで高い可変電圧および最大周波数が前記固定入力周波数より高い可変周波数で出力電力を与えるように構成され、前記可変速駆動装置は、
前記入力ＡＣ電力を与えるＡＣ電源に結合し前記固定入力ＡＣ電圧を前記固定入力ＡＣ電圧より高いブーストＤＣ電圧に変換するように構成されているコンバータ段と、
前記コンバータ段に結合し前記ＤＣブースト電圧をフィルタリングし前記コンバータ段からエネルギーを蓄積するように構成されているＤＣリンクと、
前記ＤＣリンクに結合し前記ＤＣリンクからの前記ＤＣブースト電圧を可変電圧および可変周波数の出力電力に変換するように構成されているインバータ段と、を備え、
前記スイッチド・リラクタンス・モータは、前記インバータ段に接続し前記インバータ段からの前記出力電力により電力を与えられ、前記冷却器システムの圧縮機に接続して前記圧縮機に電力を与えることができる、
駆動システム。
【請求項２】
前記ＤＣブースト電圧は、前記固定入力ＡＣ電圧の平方自乗平均値の１．３倍より高いＤＣ電圧である、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３】
前記コンバータ段は、
整流器と、
前記整流器に結合し、前記ＤＣリンクに前記ＤＣブースト電圧を与えるように構成され且つ設置されたＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータと
を備える、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記コンバータ段は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを有するパルス幅変調昇圧整流器を備える、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記スイッチド・リラクタンス・モータの定格電圧は前記固定入力ＡＣ電圧より高い、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記コンバータ段は、前記ＡＣ電源から引き出された電流波形を制御して実質的に正弦曲線形状を持たせ、前記固定入力ＡＣ電圧と実質的に同相にするように構成されている、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記コンバータ段は、前記固定入力ＡＣ電圧と実質的に無関係な前記ＤＣリンクに前記ＤＣブースト電圧を与えるように構成され、それによって前記固定入力ＡＣ電圧が所定時間低下する際に前記可変速駆動装置が動作できるようにする、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記インバータ段は、前記ＤＣリンクに存在する前記ＤＣブースト電圧に応答して大きさが減少したＤＣ電流を有するように構成され、それによって前記可変速駆動装置のインバータ損失が低下する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項９】
前記スイッチド・リラクタンス・モータは、前記固定入力ＡＣ電圧より高い可変電圧に応答して大きさが減少した平方自乗平均値のモータ電流を有するように構成され、それによって前記スイッチド・リラクタンス・モータのモータ損失が低下する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１０】
前記スイッチド・リラクタンス・モータは、前記固定入力ＡＣ電圧より高い可変電圧に応答してモータリングトルクをより迅速に確立および消滅させるように構成され、それによって前記スイッチド・リラクタンス・モータでの動的応答が向上する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項１１】
冷媒閉ループに接続された圧縮機、凝縮器および蒸発器と、
前記圧縮機に接続されて前記圧縮機に電力を与えるスイッチド・リラクタンス・モータと、
前記スイッチド・リラクタンス・モータに結合した可変速駆動装置と、を備え、
前記可変速駆動装置は、固定入力ＡＣ電圧および固定入力周波数で入力ＡＣ電力を受け取り、最大電圧が前記固定入力ＡＣ電圧より大きさで高い可変電圧および最大周波数が前記固定入力周波数より高い可変周波数で前記スイッチド・リラクタンス・モータに出力電力を与えるように構成され、
前記可変速駆動装置は、
前記入力ＡＣ電力を与えるＡＣ電源に結合され、前記固定入力ＡＣ電圧を前記固定入力ＡＣ電圧より高いブーストＤＣ電圧に変換するように構成されているコンバータ段と、
前記コンバータ段に結合され、前記ＤＣブースト電圧をフィルタリングし前記コンバータ段からエネルギーを蓄積するように構成されているＤＣリンクと、
前記ＤＣリンクに結合され、前記ＤＣリンクからの前記ＤＣブースト電圧を可変電圧および可変周波数を有するスイッチド・リラクタンス・モータに対する出力電力に変換するように構成されているインバータ段と、を備える、
冷却器システム。
【請求項１２】
前記ＤＣブースト電圧は、前記固定入力ＡＣ電圧の平方自乗平均値の１．３倍より高いＤＣ電圧である、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１３】
前記コンバータ段は、
ＡＣ電源に結合した整流器と、
前記整流器に結合し、前記ＤＣリンクに前記ＤＣブースト電圧を与えるように構成且つ配置されたＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータと、
を備える、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１４】
前記コンバータ段は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを有するパルス幅変調昇圧整流器を備える、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１５】
前記スイッチド・リラクタンス・モータの定格電圧は前記固定入力ＡＣ電圧より高い、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１６】
前記コンバータ段は、前記ＡＣ電源から引き出された電流波形を制御して実質的に正弦曲線形状にし、前記固定入力ＡＣ電圧と実質的に同相にするように構成されている、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１７】
前記コンバータ段は、前記固定入力ＡＣ電圧と実質的に無関係に前記ＤＣリンクに前記ＤＣブースト電圧を与えるように構成され、それによって前記固定入力ＡＣ電圧が所定時間減少中に前記可変速駆動装置を動作する、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１８】
前記スイッチド・リラクタンス・モータは、前記固定入力ＡＣ電圧より大きさで高い可変電圧に応答して大きさが減少した平方自乗平均値のモータ電流を有するように構成され、それによって前記スイッチド・リラクタンス・モータのモータ損失が低下する、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１９】
前記インバータ段は、前記ＤＣリンクに存在する前記ＤＣブースト電圧に応答して大きさが減少したＤＣ電流を有するように構成され、それによって前記可変速駆動装置のインバータ損失が低下する、請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項２０】
前記スイッチド・リラクタンス・モータは、前記固定入力ＡＣ電圧より大きさで高い可変電圧に応答してモータリングトルクをより迅速に確立且つ消滅させるように構成され、それによって前記スイッチド・リラクタンス・モータでの動的応答が向上する、請求項１１に記載の冷却器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して冷却器システム用可変速駆動装置に関する。より詳細には、本発明は、スイッチド・リラクタンス・モータを備えた冷却器システム用の、昇圧能力を備えた可変速駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷却器システムの圧縮機を駆動する誘導電動機は、それが運転される設備の電力分配システムから利用できる標準線間（主）電圧および標準線（主）周波数で動作するように設計されていた。線間電圧および線周波数を使用することによって、このモータが自体への入力周波数に基づく１つの動作速度に限定される結果として、このモータには一般に、容量を調節するためのいくつかの非効率的な機械的手段（遠心圧縮機の場合の入口案内羽根やスクリュー圧縮機の場合のスライド弁など）を用いる必要がある。また、この誘導電動機の動作速度が圧縮機の所望の動作速度と異なると、圧縮機の所望の動作速度を得るためにこれらのモータと圧縮機との間に「ステップアップ」変速機または「ステップダウン」変速機が挿入された。さらに、自体の制御装置または電子装置を必要とするモータ、例えば、スイッチド・リラクタンス・モータをこれらの冷却器システム用いることができなかった。というのは、このようなモータは標準（主）電圧および標準（主）周波数で直接動作することができないからである。
【０００３】
次に、可変速駆動装置（ＶＳＤ）が開発され、これによって冷却器システムの誘導電動機に与えられる周波数および／または電圧を変えることができるようになった。モータへの入力周波数と入力電圧を変えることができるこの能力によって、冷却器システムの対応する圧縮機に可変の出力速度および可変の電力を与えることができる誘導電動機が得られた。これらのモータ（および圧縮機）の可変速動作によって、冷却器システムは、全負荷設計速度より低速での動作が望ましいときに圧縮機の部分負荷時に生じる効率の利点をうまく利用することができる。可変速駆動装置を使用することによって、三相電力線で直接動作することができる従来のモータ、例えば誘導電動機または同期電動機に加えて、冷却器システムに固有の電子装置を必要とする他のタイプのモータ、例えばスイッチド・リラクタンス・モータを使用することも可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の誘導電動機型ＶＳＤの１つの限界は、ＶＳＤからの出力電圧の大きさがもはやＶＳＤへの入力線間電圧、すなわちユーティリティー線間電圧の大きさよりも大きくなり得ないことである。この出力電圧の限界は、ＶＳＤの整流器がＶＳＤに供給される線間ＡＣ電圧の平方自乗平均（ｒｍｓ）値の約１．３倍に等しい大きさのＤＣ電圧のみを与えることによって生じる。可変速駆動装置の出力電圧に対するこの制限によって、従来の誘導電動機の最高速度が線間電圧で動作するモータの速度に相当する速度に制限される（従来の誘導電動機に必要とされる一定のボルト／ヘルツ比率の故である）。より大きな圧縮機速度を得るために、１つの「ステップアップ」ギヤリング配置をモータと圧縮機との間に組込んで圧縮機を駆動するモータの出力回転速度を増加させなければならない。交代に、モータのこのような高速動作が物理的に可能と仮定すると、より低い定格電圧のモータを使用して、このモータをその定格電圧・定格周波数より高いところで動作させてより高い最大回転速度を得ることができる。この点では、スイッチド・リラクタンス・モータが誘導電動機より明らかに優れている。というのは、スイッチド・リラクタンス・モータは、そのモータ回転子構成が物理的に簡易なことより、速い回転速度で動作することができるからである。
【０００５】
また、ＶＳＤからの出力電圧のこの制限によって、冷却器システムで、高速スイッチド・リラクタンス・モータを含む高速モータの動作速度範囲が制限される。「ステップアップ」ギヤリング配置なしでより速い圧縮機速度を得るために使用される高速モータは限られる、というのは、ある限定された電圧範囲のみが利用できる場合に効率的でコスト効率の良いモータを設計するのはより難しいからである。高速スイッチド・リラクタンス・モータは冷却器システムにおいて望ましいものである。というのは、これらは他のタイプのモータよりも効率が良く、信頼性が改善され、かつ低コストだからである。なお、スイッチド・リラクタンス・モータはその回転子構成の物理的な簡易性によって、高度な機械的堅牢性が付与され、このため、高速度用途での使用が容易になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、必要なのは、コスト効率が良く、効率的でかつ容易に運転ができる、高速スイッチド・リラクタンス・モータを冷却器システムで提供することができる高速スイッチド・リラクタンス・モータ用の可変速駆動装置である。
【０００７】
本発明の一実施形態は、冷却器システムの圧縮機用駆動システムを対象とする。この駆動方式には可変速駆動装置とスイッチド・リラクタンス・モータが含まれる。この可変速駆動装置は、固定入力ＡＣ電圧および固定入力周波数で入力ＡＣ電力を受け取り、かつ可変電圧および可変周波数で出力電力を与えるように構成される。この可変電圧の最大電圧は大きさで前記固定入力ＡＣ電圧より大きく、この可変周波数の最大周波数は前記固定入力周波数より高い。この可変速駆動装置には、前記入力ＡＣ電力を与えるＡＣ電源に結合したコンバータ段とこのコンバータ段に結合したＤＣリンクとこのＤＣリンクに結合したインバータ段とが含まれる。このコンバータ段は、前記入力ＡＣ電圧を前記固定入力ＡＣ電圧より大きなピーク値のブーストＤＣ電圧に変換するように構成される。このＤＣリンクは、ブーストＤＣ電圧をフィルタリングし、コンバータ段からのエネルギーを蓄積するように構成される。このインバータ段は、前記ブーストＤＣ電圧をＤＣリンクから可変電圧および可変周波数の出力電力に変換するように構成される。このスイッチド・リラクタンス・モータはインバータ段に接続され、このインバータ段の出力によって電力が供給される。このスイッチド・リラクタンス・モータは、冷却器システムの圧縮機に結合してこの圧縮機に電力を供給することができる。
【０００８】
本発明の別の実施形態は冷却器システムを対象とする。この冷却器システムには、閉冷媒ループに結合された圧縮機と凝縮器と蒸発器、この圧縮機に接続されてそれに電力を供給するスイッチド・リラクタンス・モータ、およびこのスイッチド・リラクタンス・モータに接続された可変速駆動装置が含まれる。この可変速駆動装置は、固定入力ＡＣ電圧および固定入力周波数で入力ＡＣ電力を受け取り、かつ可変電圧および可変周波数でスイッチド・リラクタンス・モータに出力電力を与えるように構成される。この可変電圧の最大電圧は、前記固定入力ＡＣ電圧より大きい。また、この可変周波数の最大値は、前記固定入力周波数より高い。可変速駆動装置には、入力ＡＣ電力を与えるＡＣ電源に結合したコンバータ段とこのコンバータ段に結合したＤＣリンクとこのＤＣリンクに結合したインバータ段とが含まれる。このインバータ段は、入力ＡＣ電圧がブーストＤＣ電圧に変換されるように構成される。このブーストＤＣ電圧は、前記固定入力ＡＣ電圧のピーク値より大きい。このＤＣリンクは、ブーストＤＣ電圧をフィルタリングし、コンバータ段からエネルギーを蓄積するように構成される。このインバータ段は、ＤＣリンクからのブーストＤＣ電圧を可変電圧および可変周波数を有するスイッチド・リラクタンス・モータ用の出力電力に変換するように構成される。
【０００９】
本発明の１つの利点は、システム効率の向上およびモータと圧縮機との間のギヤーをなくすことによる潜在的なコスト削減にある。
本発明の別の利点は、モータの小型化およびインバータ損失の低減にある。
【００１０】
本発明のさらなる利点は、冷却器システムの信頼度の向上にある。
本発明の別の利点は、可変速駆動装置での改善された入力電力特性にある。
本発明のさらに別の利点は、可変速駆動装置が入力電圧低下時に向上したライドスルー能力を有することにある。
【００１１】
本発明のさらなる利点は、モータの最大動作速度がより速く動的応答がより迅速なことにある。
本発明の他の特徴および利点は、例として本発明の原理を説明した添付図面とともになされた以下の好ましい実施形態のより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００１２】
同一参照番号を、可能な限り図面全体にわたって用いて、同一もしくは類似の部分を表わす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本発明の一般的なシステム構成を示す。ＡＣ電源１０２が可変速駆動装置（ＶＳＤ）１０４に供給され、このＶＳＤはスイッチド・リラクタンス（ＳＲ）モータ１０６に電力を供給する。本発明の別の実施形態では、可変速駆動装置１０４は１つを超えるスイッチド・リラクタンス・モータ１０６に動力を供給することができる。ＳＲモータ１０６は、好ましくは、冷凍システムまたは冷却器システム（一般に、図３参照のこと）の対応する圧縮機を駆動するために使用される。ＡＣ電源１０２は、ある場所でのＡＣ電力網すなわちＡＣ電力分配システムからＶＳＤ１０４に単相または多相（例えば三相）の固定電圧および固定周波数のＡＣ電力を与える。ＡＣ電源１０２は、好ましくは、対応するＡＣ電力網に応じて、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの線周波数で、ＡＣ電圧、つまり２００Ｖ、２３０Ｖ、３８０Ｖ、４６０Ｖ、６００Ｖの線間電圧をＶＳＤ１０４に供給することができる。
【００１４】
このＶＳＤ１０４は、ＡＣ電源１０２から特定の固定線間電圧および線周波数のＡＣ電力を受け取り、所望の電圧および所望の周波数でＳＲモータ１０６に電力を供給する。これらの電圧および周波数はどちらも可変であり特定の要件を満たすことができる。電力は、電圧パルスおよび電流パルスの形でＳＲモータ１０６に配電される。電圧パルスはＳＲモータの巻線に印加される正電圧からなり、ＳＲモータの巻線に印加される負電圧の一部を含んでもよい。電流パルスは、ＳＲモータの巻線を通って流れる正電流のみを含む。電圧パルスおよび電流パルスの正確な形状は、ＳＲモータ１０６に使用されているインバータの種類およびこのインバータが制御される状況に依存して変わる。電流パルスと電圧パルスの周波数は、一般に、ＳＲモータ１０６が回転する速度に比例する。しかし、その正確な値は、ＳＲモータ１０６の内部の固定子の相数および回転子の極数に依存する。
【００１５】
図２は、本発明のＶＳＤ１０４の一実施形態を示す。このＶＳＤ１０４には３つの段：コンバータ段２０２、ＤＣリンク段２０４、およびインバータ２０６を有する出力段、を備えることができる。コンバータ段２０２では、ＡＣ電源１０２からの固定線周波数且つ線間電圧のＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ＤＣリンク２０４は、コンバータ２０２からのＤＣ電力をフィルタリングし、エネルギー蓄積部品を担当する。このＤＣリンク２０４はキャパシタとインダクタとからなることができる。これらは高い信頼性と非常に低い故障率とを示す受動デバイスである。インバータ２０６は、ＤＣリンク２０４からのＤＣ電力をＳＲモータ１０６用の可変周波数且つ可変電圧の電力に変換する。このインバータ２０６は、パワートランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）パワースイッチおよび逆ダイオードを備えることができるパワーモジュールであることができる。さらに、ＶＳＤ１０４のＤＣリンク２０４とＶＳＤ１０４のインバータ２０６とには、それらが適切な出力電圧と出力周波数とをＳＲモータ１０６に与えることができる限り、上記で述べたものと異なる構成部品を組み組むことができることを理解すべきである。
【００１６】
図３に示すように、ＨＶＡＣ（暖房、換気および空調）システム、冷凍システム、または液体冷却器システム３００には、圧縮機３０２と凝縮器配列３０４と液体チラーすなわち蒸発器配列３０６と制御盤３０８とが備えられる。圧縮機３０２は、ＶＳＤ１０４により電力が供給されるＳＲモータ１０６によって駆動される。ＶＳＤ１０４は、ＡＣ電源１０２から特定の固定線間電圧・固定線周波数のＡＣ電力を受け取り、所望の電圧且つ周波数でＳＲモータ１０６に電力を供給する。これらの電圧および周波数はどちらも特定の要件を満たすために可変である。制御盤３０８には、アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、マイクロプロセッサ、不揮発性のメモリおよびインターフェースボードなどの様々な異なる構成部品を備えて冷凍システム３００の動作を制御することができる。制御盤３０８も、冷却器システム３００の他の構成部品と同様にＶＳＤ１０４の動作を制御するために用いることができる。
【００１７】
システム３００で使用されるＳＲモータ１０６は、任意の適切なタイプの高性能スイッチド・リラクタンス・モータでよい。また、このＳＲモータ１０６は、他のタイプのモータ中に存在し得るどんな磁化電流も存在しないことにより比較的平坦な効率−荷重曲線を有するはずである。この比較的平坦な効率−荷重曲線は、ＳＲモータ１０６の効率が負荷の変化とともに著しく変化しないことを示唆する。さらに、ＳＲモータ１０６中の固定子の各位相は、ＳＲモータ１０６中の固定子の他の相に依存しない。ＳＲモータ１０６中のこれらの独立した固定子相によって、ＳＲモータ１０６は、万一固定子相のうちの１つが故障しても低下した電力で作動し続けることができる。
【００１８】
戻って図３を参照すると、圧縮機３０２は冷媒蒸気を圧縮し、吐出管を介して凝縮器３０４に蒸気を配給する。この圧縮機３０２は、好ましくは遠心圧縮機である。しかし、この圧縮機３０２が、例えば、スクリュー圧縮機、往復圧縮機、スクロール圧縮機などの任意の適切なタイプでよいことを理解すべきである。圧縮機３０２により凝縮器３０４に配給された冷媒蒸気は、流体（例えば空気または水）との熱交換関係に入り、この流体との熱交換関係の結果として、相変化して冷媒液となる。凝縮器３０４からの凝縮された液体冷媒は、膨張装置（図示せず）を通って蒸発器３０６まで流れる。
【００１９】
蒸発器３０６には、冷房負荷の供給管用および戻り管用の接続部が備えられる。第２の液体（例えば水、エチレン、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブライン）は、戻り管を介して蒸発器３０６へ移動し、供給管を介して蒸発器３０６を出る。蒸発器３０６中の液体冷媒は、この第２の液体と熱交換関係に入って第２の液体の温度を低下させる。蒸発器３０６中の冷媒液は、第２の液体との熱交換関係の結果、相変化して冷媒蒸気となる。蒸発器３０６中の冷媒蒸気は、蒸発器３０６を出て、吸込管により圧縮機３０２に戻ってサイクルを完了する。もし凝縮器３０４および蒸発器３０６の中で冷媒の適切な相変化が得られるならば、システム３００で、凝縮器３０４と蒸発器３０６のいかなる適切な構成をも用いることができることを理解すべきである。
【００２０】
このＨＶＡＣシステム、冷凍システムまたは冷却器システム３００は、図３に示されない他の多くの特徴を含むことができる。これらの特徴は図示を容易にするために意図的に省略されて図面が簡略化されている。さらに、図３では、ＨＶＡＣシステム、冷凍システムまたは冷却器システム３００を１つの圧縮機が１つの冷媒回路に接続されたものとして示したが、このシステム３００が、１つまたは複数のＶＳＤ（そのそれぞれが１つまたは複数の冷媒回路のそれぞれに結合する）により電力を与えられる複数の圧縮機を備えることができることを理解すべきである。
【００２１】
戻って図２を参照すると、コンバータ２０２は、ＶＳＤ１０４からＶＳＤ１０４の入力電圧より高い出力電圧を得るために昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータに結合してＤＣリンク２０４にブーストＤＣ電圧を供給するダイオード整流器またはサイリスタ整流器でよい。別の実施例では、このコンバータ２０２は、ＶＳＤ１０４からＶＳＤ１０４の入力電圧より高い出力電圧を得るためにＤＣリンク２０４にブーストＤＣ電圧を与える、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）を備えるパルス幅変調昇圧整流器でよい。本発明の好ましい実施形態では、ＶＳＤ１０４は、ＶＳＤ１０４に与えられる固定周波数の少なくとも２倍の出力周波数を与えることができ、また、ブーストＤＣリンク２０４は、ＳＲモータ用の従来のモータ駆動におけるよりも高い最大動作周波数と小さなモータ損失および駆動損失とを与える。ＶＳＤ１０４からのブースト電圧をより効率的に使用可能になるために、ＳＲモータ１０６は好ましくは、ＡＣ電源１０２からの固定線間電圧より高い定格電圧を有する。しかし、このＳＲモータ１０６は、ＡＣ電源１０２からの固定線間電圧以下である定格電圧を有することもできる。
【００２２】
ＤＣリンク２０４へのブーストＤＣ電圧の付与に加えて、コンバータ２０２は、ＡＣ電源１０２から取り出される電流波形の形状と位相角とを制御してＶＳＤ１０４の入力電力特性を改善する。この入力電力特性は２つの特性を評価することによって決定することができる。１つの特性は、ＡＣ電源１０２から取り出される電流波形の形状であり、この波形形状が理想的な正弦曲線に接近するほどすなわち近くなるほど入力電力特性がよくなる。他の特性は、入力電力の力率（すなわち、供給された入力ＡＣ電圧とＡＣ電源１０２から取り出された電流の基本高調波成分との間の位相角の余弦）であり、この場合、力率が１に接近するほどすなわち近くなるほど入力電力特性がよくなる。コンバータ２０２は、ＡＣ電源１０２から取り出された電流波形の形状と位相角とを波形の形状が正弦曲線で入力ＡＣ電圧と同相になるように制御することができる。したがって、コンバータ２０２によって、ＶＤＳ１０４が改善した入力電力特性を有することが可能になる。
【００２３】
さらに、コンバータ２０２は、入力ＡＣ電圧の低下（電圧降下とも呼ばれる）時にＶＳＤ１０４のライドスルー能力を向上させるために使用することができる。このコンバータ２０２は、入力ＡＣ電圧の大きさに実質的に依存しないＤＣリンク２０４に所望のまたは所定の出力電圧を与えるように制御することができる。入力ＡＣ電圧に依存しないＤＣ電圧を与えることによって、コンバータ２０２（またＶＳＤ１０４）は入力ＡＣ電圧の電圧低下に影響されず、それ故、ＶＳＤ１０４に向上したライドスルー能力を付与する。コンバータ２０２は、たとえ入力ＡＣ電圧が低下しても、コンバータ２０２で最大電流限界に到達するまでＤＣリンク２０４に所望のＤＣ電圧を所定の時間与え続けることができる。コンバータ２０２のライドスルー能力によって、ＶＳＤ１０４は入力ＡＣ電圧の低下時に中断することなく動作し続けることができる。
【００２４】
図４は、ＶＳＤ１０４の一実施形態についての回路図を示す。ＶＳＤ１０４のこの実施形態では、三相ＡＣ電源１０２からの入力線は、ＶＳＤ１０４の対応する線中の電流を円滑にするために使用されるインダクタ４３４に接続される。次いで、各インダクタ４３４の出力が、コンバータ２０２に与えられて入力ＡＣ電力の各相をＤＣ電力に変換する。また、ＶＳＤ１０４には、図４に示されないインダクタ４３４の上流に位置した追加の構成要素を含むことができる。例えば、回路遮断器を含むことができる。この回路遮断器は、過剰な電流、電圧あるいは電力がＶＳＤ１０４に与えられる場合、ＡＣ電源１０２からＶＳＤ１０４を切り離すことができる。この回路遮断器は任意選択の単巻変圧器に接続することができる。この単巻変圧器は、使用されるとき、好ましくはＡＣ電源１０２からの入力電圧を所望の入力電圧に（昇圧側または降圧側のどちらかに）調節するために用いられる。最後に、各線のヒューズはその線中の過剰な電流に応答してＶＳＤ１０４の入力相または入力線を切り離すために使用することができる。
【００２５】
また、ＶＳＤ１０４には、ＶＳＤ１０４の構成部品を破損することができる大きな突入電流を回避するように定格電圧にＤＣリンク電圧の上昇を０Ｖから定格電圧まで制御することができるプレチャージシステム（図示せず）を備えることもできる。このプレチャージシステムには、入力ＡＣ電源１０２とコンバータ２０２との間、場合によっては、入力ＡＣ電源１０２とＤＣリンク２０４との間にプレチャージ抵抗器を接続するのに使用されるプレチャージ接触器を備えることができる。これらのプレチャージ抵抗器は、突入電流を扱いやすいレベルに制限する。プレチャージが完了した後、プレチャージ抵抗器はプレチャージ接触器を開くことにより回路から除かれる。また、入力ＡＣ電源１０２は、別の接触器（供給接触器と呼ばれる）を閉じることによってコンバータ２０２に直接接続される。この供給接触器はシステムの動作中は閉じられたままである。
【００２６】
コンバータモジュール２０２には、３対（各入力位相に１対ずつ）のパワースイッチまたはパワートランジスタ４３０が備えられている。また、コンバータモジュール２０２には、パワースイッチ４３０のスイッチングを制御するために対応する制御接続部（簡単化のために図示せず）も備える。コンバータモジュール２０２の好ましい実施形態では、パワースイッチは、パルス幅変調技法によって制御されてＤＣリンク用の所望の出力電圧を生成するＩＧＢＴパワースイッチである。好ましくは、コンバータモジュール２０２は、昇圧整流器として動作してブーストＤＣ電圧（例えば、入力ＡＣ電圧のピーク値より高い電圧）をＤＣリンク２０４に与え、ＶＳＤ１０４からＶＳＤ１０４の入力電圧より高い出力電圧を得ることができる。
【００２７】
ＤＣリンク２０４は、コンバータ２０２の出力に並列接続される。本実施形態のＤＣリンク２０４にはキャパシタ４３２および抵抗器（図示せず）を備えてＤＣ電力をフィルタリングしＤＣバス４１２からのエネルギーを蓄積する。抵抗器は、電圧平衡化装置として機能して実質的に等しいＤＣリンク電圧をキャパシタバンク間で維持することができる。抵抗器はまた、電荷空乏化装置としても機能して電力がＡＣ電源１０２から除去されるときコンデンサバンクに蓄積された電圧を「ブリードオフ」することができる。また、インバータ部２０６がＤＣバス４１２に結合される。このインバータ部はＤＣバス４１２上のＤＣ電力をＳＲモータ１０６用の電力に変換する。図４に示される実施形態では、１つの三相インバータ部あるいは三相インバータモジュール２０６が三相のＳＲモータを駆動するために使用される。しかし、ＳＲモータの相の数に応じて各インバータモジュール内で異なる数の相にすることは可能である。また、追加のインバータモジュール２０６を（追加のＳＲモータを駆動するために）追加することもでき、これらは、図４に示すインバータモジュール２０６と類似の回路表現を有するはずである。
【００２８】
インバータモジュール２０６の一実施形態では、３対（各出力位相あたり１対）の絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）パワースイッチ４３０およびダイオードを備える。ＳＲモータ１０６用の各固定子相巻線は、１本のインバータ脚内の上部ＩＧＢＴパワースイッチと下部ＩＧＢＴパワースイッチとの間に接続される。同じインバータ脚内のダイオードによって、ＳＲモータの巻線の中で生じた正電流は、ＩＧＢＴスイッチがＯＦＦにされるときに流れるべき経路を有することが保証される。ＳＲモータ１０６の相巻線を備えたインバータ２０６の各脚における２個のＩＧＢＴスイッチの直列接続によって、インバータシュートスルーの発生が防がれる。このインバータシュートスルーは、一対のＩＧＢＴパワースイッチにおける両方のＩＧＢＴパワースイッチ４３０が同時に導通状態になりＤＣリンクを横切って直接接続され、その結果、インバータ２０６に余剰電流がもたらされる状況のことである。また、インバータモジュール２０６には対応するコントロール接続部分（簡単化のため図示せず）も備えてＩＧＢＴパワースイッチ４３０のスイッチングをコントロールする。ＳＲモータの技術において公知のように、ＳＲモータ用インバータの他の可能な実施形態が存在する。この実施形態では、スイッチとダイオードはその数が異なり、上記の実施形態とは異なる方法で接続されている。このＳＲモータ用インバータの実施形態を図４に示したインバータ２０６の場所に用いることができる。
【００２９】
インバータモジュール２０６は、変調方式を用いてインバータモジュール２０６内のＩＧＢＴパワースイッチ４３０の各々を「オン」すなわち活性化位置と「オフ」すなわち不活性化位置との間で選択的に切り替えることにより、ＤＣバス４１２上のＤＣパワーをＳＲモータに必要とされる電力に変換してインバータモジュール２０６から所望の周波数で所望の電圧を得るものである。変調方式に基づき、制御パネル３０８によってゲート信号またはスイッチング信号が各ＩＧＢＴパワースイッチ４３０に加えられてこれらのＩＧＢＴパワースイッチ４３０を「オン」位置と「オフ」位置との間で切り替える。これらのＩＧＢＴパワースイッチ４３０は、好ましくは、スイッチング信号が「高い」すなわち論理１のとき「オン」位置になり、スイッチング信号が「低い」すなわち論理０のとき「オフ」位置になる。しかし、ＩＧＢＴパワースイッチ４３０の活性化および不活性化はスイッチング信号の反対の状態に基づき得ることを理解すべきである。
【００３０】
ＳＲモータ１０６の制御の一態様は、ある時点で制御信号が与えられた後で可能な限り速やかにＳＲモータ１０６の固定子相巻線内に電流を生じさせることを伴う。しかし、ＳＲモータ１０６の固定子相巻線はインダクタのように作動する。すなわち、インダクタに似ている、つまり、電流は固定子相巻線内で生じるのであるが固定子相巻線内はその内部の電流上昇を抑える。ＶＳＤ１０４具体的にはインバータ２０６の、ＳＲモータ１０６にブースト電圧を与える能力により、より速い最高速度でモータを作動させる能力が得られ、ブースト電圧を受け取らないモータのそれと比較したときより優れたＳＲモータ１０６の動的応答が得られる。ＳＲモータ１０６にブースト電圧を印加する結果、回転子相巻線内の電流上昇および電流降下がより速やかにもたらされる（電流上昇率は印加される電圧パルスの大きさに比例する）。すなわち、ＳＲモータ内部で固定子巻線と回転子極との間に発生するモータリングトルクをより迅速に生じさせ、消滅させる。これによって、ＳＲモータ１０６の最大動作速度がより速くなり、その制御が改善されより迅速になる、すなわち、動的応答がよりよく（例えば、加速、減速がより迅速に）なる。
【００３１】
インバータ２０６を有したＳＲモータ１０６にブースト出力電圧を付与することによってモータ電流の平方自乗平均値の大きさが減少し、このモータ電流は所与のモータ電力規格の場合の出力電圧に実質的に逆比例する。このモータ電流の低下によってＳＲモータ１０６のモータ損失が低下し、このモータ損失はモータ電流の大きさの二乗に実質的に比例する。ＳＲモータ１０６のモータ損失の低下によって冷却器システム３００の効率が高まる。
【００３２】
同様に、コンバータ２０２を有したＤＣリンク２０４にブーストＤＣ電圧を付与することによってインバータ２０６へのＤＣ電流の大きさが減少し、このインバータ電流は所与のシステム電力定格の場合のインバータ２０６のＤＣ入力電圧に実質的に逆比例する。このインバータ電流の減少によってＶＳＤ１０４のインバータ損失が低下する。このＶＳＤ１０４のインバータ損失の低下によって冷却器システム３００の効率が高まる。
【００３３】
最後に、線間電圧と無関係にＤＣリンク電圧を昇圧するＶＳＤ１０４の能力によって、ＶＳＤ１０４は様々な外国および国内の電力網上で異なる電源につきモータ１０６を交換する必要なく動作することができる。
【００３４】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範疇から逸脱することなく様々な変更を加えてよく、また、等価物でその要素を置き換えてもよいことを、当業者なら理解するであろう。また、本発明の本質的な範疇から逸脱することなく、多くの修正を加えて特定の状況または材料を本発明の教示に適合させてもよい。したがって、本発明は、本発明を実施するように企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の範疇に収まる全ての実施形態を含むものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一般的なシステム構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の可変速駆動装置の一実施形態を概略的に示す図である。
【図３】本発明と共に使用することができる冷凍システムを概略的に示す図である。
【図４】本発明の可変速駆動装置の一実施形態の回路図を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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