熱泵裝置、熱泵系統(tǒng)和逆變器的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于在對壓縮機供給高頻交流電壓來加熱壓縮機的情況下，防止因流過較大的電流而導致電動機或逆變器發(fā)生破損。熱泵裝置包括：逆變器控制部，其對逆變器（9）輸出PWM信號；電流檢測部（20），其檢測流過逆變器（9）的電流值，減小所檢測出的電流值中頻率為第一頻率以上的電流值再輸出；以及驅(qū)動信號停止部（41、42），其在電流檢測部（20）輸出的電流值為截止電平以上的情況下，停止向逆變器（9）輸出PWM信號。特別是，逆變器控制部以電壓指令值為根據(jù)第一頻率設(shè)定出的下限值以上的方式生成電壓指令值，并基于生成的電壓指令值和載波信號生成PWM信號，由此使向電動機輸出電壓的時間為規(guī)定時間以上。
【專利說明】熱泵裝置、熱泵系統(tǒng)和逆變器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱泵裝置中使用的壓縮機的加熱技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻I中有如下記載:制暖時在運轉(zhuǎn)停止期間對壓縮機供給高頻的低電壓。在專利文獻2中有如下記載:在空調(diào)機的周圍變成低溫的情況下，對壓縮機供給頻率為25kHz高頻的高于通常運轉(zhuǎn)期間的頻率的單相交流電壓。
[0003]專利文獻I和2中記載的技術(shù)，都是通過根據(jù)外部空氣溫度的下降對壓縮機施加高頻交流電壓來加熱或保溫壓縮機，從而使壓縮機內(nèi)部的潤滑作用順暢進行。
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本實開昭60-68341號公報
[0006]專利文獻2:日本特開昭61-91445號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了防止在有較大電流流過的情況下電動機或逆變器發(fā)生破損，可以考慮到對流過逆變器的電流值進行檢測，在檢測出的電流值較大的情況下，停止從逆變器對電動機施加電壓。
[0008]然而，在對壓縮機供給高頻交流電壓的情況下，盡管流過逆變器的電流值較大，但是也由于檢測出的電流值是高頻的，因而有可能被當做噪音而被去除。其結(jié)果，盡管流過逆變器的電流值較大，也不會停止從逆變器對電動機施加電壓，而存在電動機或逆變器發(fā)生破損的可能性。
[0009]本發(fā)明的目的在于，在對壓縮機供給高頻交流電壓來加熱壓縮機的情況下，防止因流過較大的電流而導致電動機或逆變器發(fā)生破損。
[0010]本發(fā)明涉及的熱泵裝置，其特征在于，包括:壓縮機，其具有對制冷劑進行壓縮的壓縮機構(gòu)；電動機，其使上述壓縮機具有的上述壓縮機構(gòu)運作；逆變器，其對上述電動機施加規(guī)定電壓；逆變器控制部，其對上述逆變器輸出驅(qū)動信號，控制上述逆變器；電流檢測部，其檢測流過上述逆變器的電流值，減小所檢測出的電流值中為預先設(shè)定出的第一頻率以上的電流值再輸出；以及驅(qū)動信號停止部，其在上述電流檢測部輸出的電流值為規(guī)定的電流值以上的情況下，停止從上述逆變器控制部向上述逆變器輸出驅(qū)動信號，其中上述逆變器控制部包括:電壓指令生成部，其生成并輸出電壓指令值；驅(qū)動信號生成部，其比較上述電壓指令生成部輸出的電壓指令值和規(guī)定頻率的基準信號的值，基于比較結(jié)果生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號輸出到上述逆變器；以及電壓指令值控制部，其控制電壓指令值的值，以使上述電壓指令生成部生成的電壓指令值為根據(jù)上述第一頻率設(shè)定出的下限值以上的值。
[0011]發(fā)明效果
[0012]在本發(fā)明涉及的熱泵裝置中，生成在根據(jù)第一頻率設(shè)定出的下限值以上的電壓指令值，并生成驅(qū)動信號。由此，電流的頻率降低，不會將電流值當做噪音而去除。因此，能夠?qū)δ孀兤髦辛鬟^較大電流的情況進行可靠的檢測，能夠可靠地停止從逆變器對電動機輸出的電壓，從而能夠防止電動機或逆變器發(fā)生破損。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是表示實施方式I的熱泵裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。
[0014]圖2是表示實施方式I的逆變器9的結(jié)構(gòu)的圖。
[0015]圖3是表示實施方式I的逆變器控制部10的結(jié)構(gòu)的圖。
[0016]圖4是表不實施方式I的PWM信號生成部26的輸入輸出波形的圖。
[0017]圖5是表不實施方式I的8種開關(guān)模式的圖。
[0018]圖6是表示實施方式I的加熱判定部12的結(jié)構(gòu)的圖。
[0019]圖7是表示實施方式I的逆變器控制部10的動作的流程圖。
[0020]圖8是表示實施方式2的逆變器控制部10的結(jié)構(gòu)的圖。
[0021]圖9是選擇部23在載波信號的峰頂和谷底的定時交替切換相位Θ P和相位θ η的情況下的時序圖。
[0022]圖10是圖9所示的電壓矢量的變化的說明圖。
[0023]圖11是選擇部23在載波信號的谷底的定時交替切換相位Θ P和相位θ η的情況下的時序圖。
[0024]圖12是IPM電動機的轉(zhuǎn)子位置的說明圖。
[0025]圖13是表示由轉(zhuǎn)子位置引起的電流變化的圖。
[0026]圖14是表示使Θ f隨著時間的經(jīng)過而變化的情況下的施加電壓的圖。
[0027]圖15是表示為O度(U相(V4)方向為O度)、30度、60度時電動機8的UVW各相中流過的電流的圖。
[0028]圖16是表示實施方式3的逆變器9的結(jié)構(gòu)的圖。
[0029]圖17是表示流過電動機8的電壓和電流、以及由電流檢測部20檢測出的電流值的圖。
[0030]圖18是表示電壓指令值V*和電流值I的關(guān)系的圖。
[0031]圖19是表示實施方式3的逆變器控制部10的結(jié)構(gòu)的圖。
[0032]圖20是表示電壓指令值V*和載波信號的關(guān)系的圖。
[0033]圖21是表不死區(qū)時間和PWM彳目號的關(guān)系的圖。
[0034]圖22是實施方式6涉及的熱泵裝置100的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖23是關(guān)于圖22所示的熱泵裝置100的制冷劑的狀態(tài)的莫里爾(Mollier)圖。
[0036][符號的說明]
[0037]I壓縮機
[0038]2四通閥
[0039]3熱交換器
[0040]4膨脹機構(gòu)
[0041]5熱交換器
[0042]6制冷劑配管[0043]7壓縮機構(gòu)
[0044]8電動機
[0045]9逆變器
[0046]10逆變器控制部
[0047]11高頻電壓發(fā)生部
[0048]12加熱判定部
[0049]13交流電源
[0050]14整流器
[0051]15濾波電容器
[0052]16母線電壓檢測部
[0053]17開關(guān)元件
[0054]18續(xù)流二極管
[0055]19電壓施加部
[0056]20電流檢測部
[0057]21表數(shù)據(jù)
[0058]22外部輸入部
[0059]23選擇部
[0060]24積分器
[0061]25電壓指令生成部
[0062]26PWM信號生成部
[0063]27電流比較部
[0064]28電壓比較部
[0065]29溫度檢測部
[0066]30溫度比較部
[0067]31第一邏輯積計算部
[0068]32休眠判定部
[0069]33經(jīng)過時間計測部
[0070]34時間比較部
[0071]35復位部
[0072]36邏輯和計算部
[0073]37第二邏輯積計算部
[0074]38加熱量判斷部
[0075]39加法部
[0076]40濾波器部
[0077]41比較部
[0078]42 PWM 截止部
[0079]43電壓指令值控制部
[0080]51壓縮機
[0081]52、57熱交換器[0082]53、56、61 膨脹機構(gòu)
[0083]54接收器
[0084]55內(nèi)部熱交換器
[0085]58主制冷劑回路
[0086]59四通閥
[0087]60 風扇
[0088]62噴射回路
[0089]63水回路
[0090]100熱泵裝置
【具體實施方式】
[0091](實施方式I)
[0092]在實施方式I中，對熱泵裝置100的基本結(jié)構(gòu)和動作進行說明。
[0093]圖1是表示實施方式I的熱泵裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。
[0094]實施方式I的熱泵裝置100具備制冷循環(huán)，其通過制冷劑配管6將壓縮機1、四通閥2、熱交換器3、膨脹機構(gòu)4、熱交換器5依序連接而成。在壓縮機I的內(nèi)部設(shè)置有對制冷劑進行壓縮的壓縮機構(gòu)7和使該壓縮機構(gòu)7運作的電動機8。電動機8是具有U相、V相、W相的三相繞組的三相電動機。
[0095]此外，對電動機8供給電壓將其驅(qū)動的逆變器9與電動機8電連接。逆變器9分別對電動機8的U相、V相、W相的繞組施加電壓Vu、Vv、Vw。
[0096]逆變器9與具備高頻電壓發(fā)生部11和加熱判定部12 (狀態(tài)檢測部)的逆變器控制部10電連接。逆變器控制部10基于從逆變器9輸送的作為逆變器9的電源電壓的母線電壓Vdc和電動機8中流過的電流I的值，判斷是否需要加熱電動機8，并且在需要加熱電動機8的情況下，向逆變器9輸出PWM (Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)信號(驅(qū)動信號)。
[0097]圖2是表示實施方式I的逆變器9的結(jié)構(gòu)的圖。
[0098]逆變器9包括:交流電源13 ;對從交流電源13供給的電壓進行整流的整流器14 ；使由整流器14整流的電壓平滑來生成直流電壓(母線電壓Vdc)的濾波電容器(smoothingcondenser) 15 ;以及檢測由濾波電容器15生成的母線電壓Vdc并將其輸出到逆變器控制部10的母線電壓檢測部16。
[0099]此外，逆變器9具備將母線電壓Vdc作為電源的電壓施加部19。電壓施加部19是2個開關(guān)元件(17a和17d、17b和17e、17c和17f)的串聯(lián)連接部以3個并聯(lián)連接，并且具備分別與各開關(guān)元件17a?17f并聯(lián)連接的續(xù)流二極管18a?18f的電路。電壓施加部19根據(jù)由逆變器控制部10傳送的PWM信號UP、VP、WP、UN、VN、WN，對分別對應(yīng)的開關(guān)元件(UP對應(yīng)17a，VP對應(yīng)17b，WP對應(yīng)17c，UN對應(yīng)17d，VN對應(yīng)17e，WN對應(yīng)17f)進行驅(qū)動。而且，電壓施加部19分別對電動機8的U相、V相、W相的繞組施加與驅(qū)動的開關(guān)元件17對應(yīng)的電壓Vu、Vv、Vw。
[0100]逆變器9還具備電流檢測部20，用于通過對電動機8的U相、V相、W相的繞組施加電壓Vu、Vv、Vw，檢測從逆變器9流向電動機8的電流I，并將其輸出到逆變器控制部10。[0101]圖3是表示實施方式I的逆變器控制部10的結(jié)構(gòu)的圖。
[0102]如上所述，逆變器控制部10具備高頻電壓發(fā)生部11和加熱判定部12。加熱判定部12將在后文中描述，這里對高頻電壓發(fā)生部11進行說明。
[0103]高頻電壓發(fā)生部11包括表數(shù)據(jù)21、外部輸入部22、選擇部23、積分器24、電壓指令生成部25、PWM信號生成部26。
[0104]選擇部23選擇從加熱判定部12輸出的電壓指令值Vc、表數(shù)據(jù)21中記錄的電壓指令值Vt和從外部輸入部22輸入的電壓指令值Va中的任一個值作為電壓指令值V*并輸出。此外，選擇部23選擇表數(shù)據(jù)21中記錄的轉(zhuǎn)速指令值ω?和從外部輸入部22輸入的轉(zhuǎn)速指令值《a中的任一個值作為轉(zhuǎn)速指令值ω*并輸出。
[0105]積分器24基于選擇部23輸出的轉(zhuǎn)速指令值ω*求得電壓相位Θ。
[0106]電壓指令生成部25將選擇部23輸出的電壓指令值V*和積分器24求出的電壓相位Θ作為輸入，生成并輸出電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*。
[0107]PWM信號生成部26基于電壓指令生成部25輸出的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*和母線電壓Vdc，生成PWM信號(UP、VP、WP、UN、VN、WN),并輸出到逆變器9。
[0108]對電壓指令生成部25生成電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*的方法和PWM信號生成部26生成PWM信號的方法進行說明。
[0109]圖4是表不實施方式I的PWM信號生成部26的輸入輸出波形的圖。
[0110]例如如式(I)~式(3)所示那樣將電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*定義為相位各相差2 π/3的余弦波(正弦波)。其中，V*是電壓指令值的振幅，Θ是電壓指令值的相位。
[0111]Vu*=V*cos Θ …(I)
[0112]Vv*=V*cos ( Θ — (2/3) η )…(2)
[0113]Vw*=V*cos ( Θ + (2/3) π)…(3)
[0114]電壓指令生成部25基于選擇部23輸出的電壓指令值V*和積分器24求出的電壓相位Θ，根據(jù)式(I)~式(3)計算電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*,將計算出的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*輸出到PWM信號生成部26。PWM信號生成部26將電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*與規(guī)定頻率下振幅為Vdc/2的載波信號(基準信號)進行比較，基于相互的大小關(guān)系生成PWM信號 UP、VP、WP、UN、VN、WN。
[0115]例如在電壓指令值Vu*比載波信號大的情況下，將UP設(shè)為使開關(guān)元件17a導通的電壓，而將UN設(shè)為使開關(guān)元件17d斷開的電壓。此外，在電壓指令值Vu*比載波信號小的情況下則相反，將UP設(shè)為使開關(guān)元件17a斷開的電壓，而將UN設(shè)為使開關(guān)元件17d導通的電壓。關(guān)于其他信號也同樣如此，通過比較電壓指令值Vv*與載波信號來決定VP、VN，通過比較電壓指令值Vw*與載波信號來決定WP、WN。
[0116]在通常的逆變器的情況下，由于采用互補PWM方式，所以UP與UN、VP與VN、WP與WN成為相互相反的關(guān)系。因此，開關(guān)模式全部為8種。
[0117]圖5是表示實施方式I的8種開關(guān)模式的圖。此外，在圖5中對在各開關(guān)模式產(chǎn)生的電壓矢量標注VO~V7的符號。此外,用±U、土V、±W (不產(chǎn)生電壓的情況下為O)表示各電壓矢量的電壓的方向。這里，+ U是使通過U相流入電動機8而通過V相和W相從電動機8流出的U相方向的電流產(chǎn) 生的電壓，-U是使通過V相和W相流入電動機8而通過U相從電動機8流出的一 U相方向的電流產(chǎn)生的電壓。關(guān)于土V、土W也是同樣的解釋。[0118]通過組合圖5所示的開關(guān)模式輸出電壓矢量，能夠使逆變器9輸出所期望的電壓。此時，通過使相位Θ高速地變化，能夠輸出高頻電壓。
[0119]此外，除式(I)?式(3)以外，也可以通過兩相調(diào)制、三次諧波疊加調(diào)制、空間矢量調(diào)制等求得電壓指令信號Vu*、Vv*、Vw*。
[0120]圖6是表示實施方式I的加熱判定部12的結(jié)構(gòu)的圖。
[0121]加熱判定部12基于逆變器9的母線電壓檢測部16檢測出的母線電壓Vdc、逆變器9的電流檢測部20檢測出的電流I等，控制高頻電壓發(fā)生部11的動作狀態(tài)(0N/0FF，導通/斷開)。
[0122]加熱判定部12包括電流比較部27、電壓比較部28、溫度檢測部29、溫度比較部30、第一邏輯積計算部31、休眠判定部32、經(jīng)過時間計測部33、時間比較部34、復位部35、邏輯和計算部36、第二邏輯積計算部37、加熱量判斷部38。
[0123]電流比較部27在由電流檢測部20檢測并輸出的電流I為Imin < I < Imax的狀態(tài)時判斷為正常狀態(tài)并輸出1，在除此以外的情況下輸出O。
[0124]這里，Imax為電流上限值,Imin為電流下限值。在流過Imax以上的過大的正電流或Imin以下的過大的負電流的情況下，電流比較部27判斷為異常狀態(tài)并輸出0，由此進行停止加熱的操作。
[0125]電壓比較部28在由母線電壓檢測部16檢測出的母線電壓Vdc為Vdc_min < Vdc< Vdcjnax的狀態(tài)時判斷為正常狀態(tài)并輸出1，在除此以外的情況下輸出O。
[0126]這里，Vdc_max為母線電壓上限值，Vdc_min為母線電壓下限值。在Vdc_max以上的過大的母線電壓或Vdcjnin以下的過小的母線電壓的情況下，電壓比較部28判斷為異常狀態(tài)并輸出0，由此進行停止加熱的操作。
[0127]溫度檢測部29對電壓施加部19的溫度即逆變器溫度Tinv、壓縮機I的溫度Tc、外部空氣溫度To進行檢測。
[0128]溫度比較部30比較預先設(shè)定的逆變器的保護溫度Tp_inv與逆變器溫度Tinv，并且比較預先設(shè)定的壓縮機I的保護溫度Tp_c與壓縮機溫度Tc。而且，溫度比較部30在Tp_inv > Tinv的狀態(tài)并且Tp_c > Tc的狀態(tài)下判斷為正常運作并輸出1，在除此以外的情況下輸出O。
[0129]這里,在Tp_inv < Tinv的情況下,逆變器溫度變成高溫,此外,在Tp_c < Tc的情況下，壓縮機I內(nèi)的電動機8的繞組溫度變成高溫，可能導致絕緣不良等。因此，溫度比較部30判斷為危險并輸出0，進行停止加熱的操作。這里，壓縮機I與電動機8的繞組相比熱容量較大，溫度的上升速度比繞組慢，需要考慮上述方面來設(shè)定Tp_c。
[0130]第一邏輯積計算部31輸出上述的電流比較部27、電壓比較部28、溫度比較部30的輸出值的邏輯積。在電流比較部27、電壓比較部28、溫度比較部30的輸出值中的任一個值為異常狀態(tài)的O的情況下，第一邏輯積計算部31就輸出0，并且進行停止加熱的操作。
[0131]此外，這里雖然說明了使用電流1、母線電壓Vdc、溫度Tinv、Tc來停止加熱的方法，但是也可以不使用上述全部的值。此外，也可以為使用這里所述的參數(shù)之外的參數(shù)來停止加熱的結(jié)構(gòu)。
[0132]接著，基于由溫度檢測部29檢測出的壓縮機I的溫度Tc和外部空氣溫度To，由休眠判定部32判斷是否為液體制冷劑滯留于壓縮機I內(nèi)的壓縮機I內(nèi)的狀態(tài)(制冷劑休眠的狀態(tài))。
[0133]壓縮機I在制冷循環(huán)中熱容量最大，相對于外部空氣溫度To的上升，壓縮機溫度Tc上升得較慢，所以溫度為最低。制冷劑在制冷循環(huán)中滯留于溫度最低的部分，且作為液體制冷劑積存，所以在溫度上升時制冷劑積存于壓縮機I內(nèi)。因此，休眠判定部32在To >Tc的情況下，判斷為制冷劑滯留于壓縮機I內(nèi)并輸出1，開始進行加熱，在To < Tc的情況下，停止加熱。
[0134]此外，也可以進行控制以便在To具有上升傾向時或者Tc具有上升傾向時開始加熱，由于在Tc或To的檢測難以進行的情況下能夠使用任一個進行控制，所以能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性較高的控制。
[0135]這里，在無法檢測壓縮機溫度Tc和外部空氣溫度To 二者的情況下，壓縮機I的加熱可能無法進行。于是，經(jīng)過時間計測部33對不加熱壓縮機I的時間(Elapsejime)進行計測，在超過由時間比較部34預先設(shè)定出的限制時間Limit_Time的情況下輸出1，開始進行壓縮機I的加熱。這里，由于一天的溫度變化是從太陽升起的早晨起整個白天里溫度上升，從日落起整個夜間溫度降低，所以大致以12小時為周期反復溫度的上升、降低。因此例如將Limit_Time設(shè)定為12小時左右即可。
[0136]此外，Elapse_Time在對壓縮機I進行加熱的情況下，由復位部35將Elapse_Time設(shè)定為O。
[0137]邏輯和計算部36輸出上述的休眠判定部32與時間比較部34的輸出值的邏輯和。在即使休眠判定部32和時間比較部34的輸出值中的一個值為表示加熱開始的I的情況下，邏輯和計算部36輸出1，并開始對壓縮機I進行加熱。
[0138]第二邏輯積計算部37將第一邏輯積計算部31與邏輯和計算部36的輸出值的邏輯積作為加熱判定部12的輸出值輸出。在輸出值為I的情況下，使高頻電壓發(fā)生部11運作，進行加熱壓縮機I的操作。另一方面，在輸出值為O的情況下，不使高頻電壓發(fā)生部11運作，不進行加熱壓縮機I的操作，或者停止高頻電壓發(fā)生部11的運作，停止壓縮機I的加熱操作。
[0139]由于第二邏輯積計算部37輸出邏輯積，所以在第一邏輯積計算部31輸出對壓縮機I的加熱停止的信號O的情況下，即使邏輯和計算部36輸出加熱開始的信號1，也能夠停止加熱。因此，能夠獲得能確?？煽啃圆⑶覍⒋龣C時的消耗電力抑制為最小限度的熱泵裝置。
[0140]此外，休眠判定部32基于壓縮機溫度Tc和外部空氣溫度To，檢測液體制冷劑滯留于壓縮機I內(nèi)的狀態(tài)。進而，加熱量判斷部38基于壓縮機溫度Tc和外部空氣溫度To，確定滯留于壓縮機I內(nèi)的液體制冷劑的量。而且，加熱量判斷部38根據(jù)所確定的液體制冷劑的量，計算并輸出為了將制冷劑排出到壓縮機I的外部所需要的電壓指令值Vc。由此，能夠以所需最小限度的電力消除液體制冷劑滯留于壓縮機I內(nèi)的狀態(tài)，從而能夠通過消耗電力削減而減少對地球溫暖化的影響。
[0141]接著，對逆變器控制部10的動作進行說明。
[0142]圖7是表示實施方式I的逆變器控制部10的動作的流程圖。
[0143](S1:加熱判斷步驟)
[0144]加熱判定部12在壓縮機I的運轉(zhuǎn)停止期間根據(jù)上述動作判斷是否使高頻電壓發(fā)生部11運作。
[0145]在加熱判定部12判斷為使高頻電壓發(fā)生部11運作的情況、即加熱判定部12的輸出值為I (0N，導通)的情況下(SI為“是”)，使處理前進至S2，產(chǎn)生用于加熱的PWM信號。另一方面，在加熱判定部12判斷為不使高頻電壓發(fā)生部11運作的情況、即加熱判定部12的輸出值為O (0FF，斷開)的情況下(SI為“否”)，在經(jīng)過規(guī)定時間之后，再次判斷是否使高頻電壓發(fā)生部11運作。
[0146]( S2:電壓指令值生成步驟)
[0147]選擇部23選擇電壓指令值V*和轉(zhuǎn)速指令值ω*，積分器24基于選擇部23選擇的轉(zhuǎn)速指令值ω*，求得電壓相位Θ。然后，電壓指令生成部25基于選擇部23選擇的電壓指令值V*和積分器24求出的電壓相位Θ，根據(jù)式(I)?式(3)計算電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*，并將算出的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*輸出到PWM信號生成部26。
[0148](S3:PWM信號生成步驟)
[0149]PWM信號生成部26將電壓指令生成部25輸出的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*與載波信號進行比較，得到P麗信號UP、VP、WP、UN、VN、WN，輸出到逆變器9。由此，驅(qū)動逆變器9的開關(guān)元件17a?17f，對電動機8施加高頻電壓。
[0150]通過對電動機8施加高頻電壓，利用電動機8的鐵損和因繞組中流過電流而產(chǎn)生的銅損高效地加熱電動機8。通過加熱電動機8，將滯留于壓縮機I內(nèi)的液體制冷劑加熱使其氣化，向壓縮機I的外部排出。
[0151]經(jīng)過規(guī)定時間后，再次返回SI并判斷是否需要進行進一步加熱。
[0152]如上所述，在實施方式I涉及的熱泵裝置100中，在為液體制冷劑滯留于壓縮機I內(nèi)的狀態(tài)的情況下，由于對電動機8施加高頻電壓，所以能夠抑制噪音，高效地加熱電動機8。由此，能夠高效地加熱滯留于壓縮機I內(nèi)的制冷劑，能夠使滯留的制冷劑向壓縮機I的外部排出。
[0153]此外，如果對電動機8施加壓縮運作時的運轉(zhuǎn)頻率以上的高頻電壓，則電動機8內(nèi)的轉(zhuǎn)子無法跟隨頻率，不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或振動。因此，在S2中，選擇部23輸出成為壓縮運作時的運轉(zhuǎn)頻率以上的轉(zhuǎn)速指令ω*即可。
[0154]一般而言，壓縮運作時的運轉(zhuǎn)頻率最高是1kHz。因此，對電動機8施加IkHz以上的高頻電壓即可。此外,如果對電動機8施加14kHz以上的高頻電壓，則電動機8的鐵芯的振動聲大致接近可聽聲頻率的上限，因此在降低噪音方面也具有效果。因此，例如選擇部23輸出成為20kHz左右的高頻電壓的轉(zhuǎn)速指令ω*。
[0155]然而，如果高頻電壓的頻率超過開關(guān)元件17a?17f的最大額定頻率,則由于開關(guān)元件17a?17f損壞，而導致發(fā)生負載或電源短路，以至于可能引起冒煙或起火。因此，為了確保可靠性，優(yōu)選高頻電壓的頻率為最大額定頻率以下。
[0156]此外，近年來熱泵裝置用的壓縮機的電動機，為了高效率化，廣泛采用IPM(Interior Permanent Magnet,內(nèi)置式永磁)構(gòu)造的電動機、線圈端小且繞組電阻低的集中繞組電動機。集中繞組電動機由于繞組電阻小且銅損引起的發(fā)熱量少，所以需要在繞組中流過大量的電流。如果繞組中流過大量的電流，則逆變器9中流過的電流也增加，逆變器損耗增加。
[0157]因此，如果通過施加上述的高頻電壓進行加熱，則高頻引起的電感成分變大，繞組阻抗變高。因此，雖然繞組中流過的電流減小且銅損減少，但是相應(yīng)地因施加高頻電壓產(chǎn)生鐵損，從而能夠有效地進行加熱。進而，由于繞組中流過的電流減小，所以逆變器中流過的電流也減小，逆變器9的損耗也能夠降低，能夠更高效地進行加熱。
[0158]此外，如果通過施加上述的高頻電壓進行加熱，則在壓縮機為IPM構(gòu)造的電動機的情況下，高頻磁通交鏈的轉(zhuǎn)子表面也成為發(fā)熱部分。因此，實現(xiàn)制冷劑接觸面增加、對壓縮機構(gòu)的快速加熱，所以能夠高效地對制冷劑進行加熱。
[0159]此外，構(gòu)成逆變器9的開關(guān)元件17a?17f和與其并聯(lián)連接的續(xù)流二極管18a?18f，現(xiàn)在一般而言使用以硅(Si )為材料的半導體是主流。然而，也可以取而代之，使用以碳化娃(SiC)、氮化鎵(GaN)、金剛石為材料的寬禁帶半導體。
[0160]由這樣的寬禁帶半導體形成的開關(guān)元件和二極管元件，耐電壓性高，且容許電流密度也高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)元件和二極管元件的小型化，通過使用這些小型化的開關(guān)元件和二極管元件，能夠使組裝了這些元件的半導體模塊小型化。
[0161]此外，由這樣的寬禁帶半導體形成的開關(guān)元件和二極管元件，耐熱性也高。因此，能夠使散熱器的散熱片小型化，能夠進行水冷部的氣冷化，所以能夠使半導體模塊進一步小型化。
[0162]進而，由這樣的寬禁帶半導體形成的開關(guān)元件和二極管元件的電力損耗低。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)元件和二極管元件的高效率化，進而能夠?qū)崿F(xiàn)半導體模塊的高效率化。
[0163]此外，雖然優(yōu)選開關(guān)元件和二極管元件雙方都由寬禁帶半導體形成，但是也可以任一方的元件由寬禁帶半導體形成，能夠得到該實施例中記載的效果。
[0164]除此以外，使用作為高效率的開關(guān)元件公知的超級結(jié)構(gòu)造的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管)，也能夠得到同樣的效果。
[0165]此外，渦旋機構(gòu)的壓縮機中，壓縮室的高壓釋放難以進行。因此，與其他方式的壓縮機相比，在液體壓縮的情況下對壓縮機構(gòu)施加過大的壓力而發(fā)生破損的可能性較高。然而，在實施方式I的熱泵裝置100中，能夠進行壓縮機I的高效率的加熱，能夠抑制壓縮機I內(nèi)的液體制冷劑的滯留。因此，能夠防止液體壓縮，所以在使用渦旋壓縮機作為壓縮機I的情況下也是有效的。
[0166]進而，在頻率10kHz、輸出超過50W的加熱設(shè)備的情況下，還存在受到法律限制的情況。因此，可以事先以不超過50W的方式調(diào)整電壓指令值的振幅，或者檢測流過的電流或電壓，以成為50W以下的方式進行反饋控制。
[0167]此外，逆變器控制部10由CPU (Central Processing Unit,中央處理單元)或DSP(Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器)、微型處理器(microcomputer)、電子電路等構(gòu)成。
[0168](實施方式2)
[0169]在實施方式2中對高頻電壓的生成方法進行說明。
[0170]在通常的逆變器的情況下，作為載波信號頻率的載波頻率由逆變器的開關(guān)元件的切換速率決定上限。因此，難以輸出載波的載波頻率以上的高頻電壓。此外，在通常的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)的情況下,切換速率的上限是20kHz左右。[0171]此外，如果高頻電壓的頻率達到載波頻率的1/10左右，則存在帶來高頻電壓的波形輸出精度劣化，直流分量疊加等不好影響的可能性?？紤]到這一點，在使載波頻率為20kHz的情況下，如果使高頻電壓的頻率為載波頻率的1/10即2kHz以下，則高頻電壓的頻率為可聽聲頻率的區(qū)域，可能導致噪音惡化。
[0172]圖8是表示實施方式2的逆變器控制部10的結(jié)構(gòu)的圖。
[0173]實施方式2的逆變器控制部10中，除了高頻電壓發(fā)生部11具備將基準相位Θ f與通過選擇部23進行切換而得到的相位ΘΡ和相位θ η相加作為電壓相位Θ的加法部39來取代積分器24 (參照圖3)以外，與圖3所示的實施方式I的逆變器控制部10相同。因此，標注相同的符號并省略說明，僅說明變更點。
[0174]在實施方式I中，利用積分器24對轉(zhuǎn)速指令ω*進行積分，求出電壓相位Θ。而在實施方式2中，選擇部23 (相位切換部)交替切換相位Θ P和與相位Θ P大致相差180度的相位θ η這兩種電壓相位。然后，加法部39將基準相位Θ f與選擇部23選擇的相位Θ P或相位θη相加作為電壓相位Θ。
[0175]此外，在以下的說明中，設(shè)ΘΡ=0[度]、θη=180[度]，進行說明。
[0176]接著，對逆變器控制部10的動作進行說明。
[0177]此外，除了圖7所示的S2的動作以外，與實施方式I的逆變器控制部10相同，因此省略說明。
[0178]在S2中，選擇部23在載波信號的頂(峰)或底(谷)的定時或者在峰頂和谷底的定時交替切換相位Θ P和相位θ η。然后，加法部39將基準相位Θ f與選擇部23選擇的相位θρ或相位θη相加作為電壓相位Θ，輸出到電壓指令生成部25。電壓指令生成部25使用電壓相位Θ和電壓指令值V*，根據(jù)式(I)~式(3)得到電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*，輸出到PWM信號生成部26。
`[0179]通過選擇部23在載波信號的峰頂或谷底、峰頂和谷底的定時切換相位Θ P和相位θ n，能夠輸出與載波信號同步的PWM信號。
[0180]圖9是選擇部23在載波信號的峰頂和谷底的定時交替切換相位Θ P和相位θ η的情況下的時序圖。此外，UP與UN、VP與VN、WP與WN，分別為相反的導通/斷開狀態(tài)，如果知道一方的狀態(tài),則也知道另一方的狀態(tài),所以這里僅示出UP、VP、WP。此外，這里設(shè)0 f=o [度]。
[0181]在這種情況下，PWM信號如圖9所示那樣變化。而且，電壓矢量按VO(UP=VP=WP=O)、V4 (UP=I，VP=WP=O )、V7 (UP=VP=WP=I )、V3 (UP=O，VP=WP=I )、VO (UP=VP=WP=O )、…的順序變化。
[0182]圖10是圖9所示的電壓矢量的變化的說明圖。此外，在圖10中表示由虛線包圍的開關(guān)元件17導通，未由虛線包圍的開關(guān)元件17斷開的狀態(tài)。
[0183]如圖10所示，VO矢量、V7矢量施加時電動機8的線間成為短路狀態(tài)，是不輸出電壓的無通電區(qū)間。在這種情況下，電動機8的電感中存儲的能量形成電流，在短路電路中流過。此外，在V4矢量施加時，通過U相流入電動機8且通過V相和W相從電動機8流出的U相方向的電流(+Iu的電流)流過，在V3矢量施加時，通過V相和W相流入電動機8且通過U相從電動機8流出的-U相方向的電流(-1u的電流)在電動機8的繞組中流過。也就是說，在V4矢量施加時和V3矢量施加時，在電動機8的繞組中流過相反方向的電流。而且，由于電壓矢量按VO、V4、V7、V3、V0、…的順序變化，所以+Iu的電流和-1u的電流交替在電動機8的繞組中流過。特別是，如圖9所示，由于V4矢量和V3矢量在I個載波周期(I/fc)的期間內(nèi)出現(xiàn)，所以能夠?qū)﹄妱訖C8的繞組施加與載波頻率fc同步的交流電壓。
[0184]此外，由于交替輸出V4矢量(+Iu的電流)和V3矢量(-1u的電流)，所以正反轉(zhuǎn)矩瞬間轉(zhuǎn)換。因此，通過轉(zhuǎn)矩相抵，能夠施加抑制轉(zhuǎn)子振動的電壓。
[0185]圖11是選擇部23在載波信號的谷底的定時交替切換相位Θ P和相位θ η的情況下的時序圖。
[0186]在這種情況下，PWM信號如圖11所示那樣變化。而且，電壓矢量按V0、V4、V7、V7、V3、V0、V0、V3、V7、V7、V4、V0、…的順序變化。由于V4矢量和V3矢量在2個載波周期之間出現(xiàn)，所以能夠?qū)﹄妱訖C8的繞組施加1/2載波頻率的交流電壓。
[0187]圖12是IPM電動機的轉(zhuǎn)子位置(轉(zhuǎn)子的停止位置)的說明圖。這里，IPM電動機的轉(zhuǎn)子位置Φ由轉(zhuǎn)子的N極的朝向從U相方向錯開的角度的大小表示。
[0188]圖13是表示轉(zhuǎn)子位置引起的電流變化的圖。在IPM電動機的情況下，繞組電感取決于轉(zhuǎn)子位置。因此，由電氣角頻率ω與電感值的積表示的繞組阻抗，與轉(zhuǎn)子位置相應(yīng)地變動。因此，在施加相同電壓的情況下，電動機8的繞組中流過的電流也根據(jù)轉(zhuǎn)子位置變化，并且加熱量變化。其結(jié)果，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的不同，為了得到所需要的加熱量，存在消耗大量電力的可能性。
[0189]因此，使基準相位Θ f隨著時間的經(jīng)過而變化，均勻地對轉(zhuǎn)子施加電壓。
[0190]圖14是表示使Θ f隨著時間的經(jīng)過而變化的情況下的施加電壓的圖。
[0191]這里，使9f隨著`時間的經(jīng)過按O度、45度、90度、135度、…每次45度地變化。如果Θ f是O度，則電壓指令值的相位Θ是O度、180度，如果0 f是45度，則電壓指令值的相位Θ是45度、225度，如果Θ f是90度，則電壓指令值的相位Θ是90度、270度，如果Θ f是135度，則電壓指令值的相位Θ是135度、315度。
[0192]也就是說，初始，將Θ f設(shè)定為O度，以規(guī)定時間將電壓指令值的相位Θ與載波信號同步地在O度和180度進行切換。然后，將Θ f切換為45度，以規(guī)定時間將電壓指令值的相位Θ與載波信號同步地在45度和225度進行切換。然后，將Θ f切換為90度…如上述那樣，每隔規(guī)定時間將電壓指令值的相位Θ按O度和180度、45度和225度、90度和270度、135度和315度…進行切換。
[0193]由此，由于高頻交流電壓的通電相位隨著時間的經(jīng)過而變化，所以能夠排除轉(zhuǎn)子停止位置對電感特性的影響，能夠不取決于轉(zhuǎn)子位置地均勻加熱壓縮機I。
[0194]圖15是表示9f為O度(U相(V4)方向為O度)、30度、60度時電動機8的UVW各相中流過的電流的圖。
[0195]在Θ f為O度的情況下，如圖9所示那樣，在VO和V7之間僅產(chǎn)生I個其他的電壓矢量(開關(guān)元件17a~17f的正電壓側(cè)I個和負電壓側(cè)2個、或者正電壓側(cè)2個和負電壓側(cè)I個為導通狀態(tài)的電壓矢量)。在這種情況下，電流波形為梯形，成為諧波分量較少的電流。
[0196]然而，在0f為30度的情況下，在VO和V7之間產(chǎn)生2個不同的電壓矢量。在這種情況下，電流波形失真，成為諧波分量較多的電流。該電流波形的失真可能帶來電動機噪音和電動機軸振動等不好的影響。
[0197]此外，在0f為60度的情況下，與0f為O度的情況同樣，在VO和V7之間僅產(chǎn)生I個其他的電壓矢量。在這種情況下，電流波形為梯形，成為諧波分量較少的電流。
[0198]如上所述，在基準相位Θ f為60度的η倍(η為O以上的整數(shù))的情況下，由于電壓相位Θ是60度的倍數(shù)(這里，ΘΡ=0 [度]，θη=180 [度])，所以在VO和V7之間僅產(chǎn)生I個其他的電壓矢量。另一方面，在基準相位Θ f為60度的η倍以外的情況下，由于電壓相位Θ不是60度的倍數(shù)，所以在VO和V7之間產(chǎn)生2個其他的電壓矢量。如果在VO和V7之間產(chǎn)生2個其他的電壓矢量，則電流波形失真，成為諧波分量較多的電流，可能帶來電動機噪音和電動機軸振動等不好的影響。因此，優(yōu)選基準相位Qf按O度、60度、…這樣每次60度地變化。
[0199]如上所述，在實施方式2涉及的熱泵裝置100中，與載波信號同步地交替切換相位Θ I和與相位Θ I大致相差180度的相位Θ 2這兩種相位，將其作為電壓指令值的相位。由此，能夠?qū)﹄妱訖C8的繞組施加與載波頻率同步的高頻電壓。
[0200]此外，在實施方式2涉及的熱泵裝置100中，使基準相位Θ f隨著時間的經(jīng)過變化。由此，由于高頻交流電壓的通電相位隨著時間的經(jīng)過而變化，所以能夠不取決于轉(zhuǎn)子位置地均勻加熱壓縮機I。
[0201](實施方式3)
[0202]在實施方式3中，對防止因流過較大的電流而使得電動機8或逆變器9發(fā)生破損的方法進行說明。
[0203]圖16是表示實施方式3的逆變器9的結(jié)構(gòu)的圖。
[0204]實施方式3的逆變器9除了其電流檢測部20具有濾波器部40、以及其具有比較部41和PWM截止部42 (將比較部41和PWM截止部42總稱為驅(qū)動信號停止部)以外，與圖2所示的實施方式I的逆變 器9相同。因此，標注相同的符號并省略說明，僅說明變更點。
[0205]濾波器部40使電流檢測部20檢測出的電流值I中頻率為預先設(shè)定出的頻率(第一頻率)以上的電流值減小，將其作為電流值I_fil輸出。比較部41將濾波器部40輸出的電流值I_f i I和預先設(shè)定出的截止電平進行比較，判斷電流值I_f i I是否高于截止電平。在判斷為電流值I_fil高于截止電平的情況下，PWM截止部42切斷從逆變器控制部10向逆變器9輸出的PWM信號。由此，從逆變器9對電動機8的電壓輸出停止，不會有過大的電流流過電動機8或逆變器9。
[0206]圖17是表示流過電動機8的電壓和電流、以及由電流檢測部20檢測出的電流值的圖。此外，在圖17中，為便于參考，與由電流檢測部20檢測出的電流值有重疊表示的虛線表示流過電動機8的電流值。
[0207]在V4矢量的區(qū)間中，由于電動機電壓為正，所以電動機電流從負流向正。接著，在V7矢量的區(qū)間中，由于電動機電壓為零且進行使電動機8的線間短路的運作，所以存儲在電動機8的電感中的能量以基于電動機8的電阻分量和電感分量而求得的時間常數(shù)進行衰減。其后，在V3矢量的區(qū)間中，由于電動機電壓為負，所以電動機電流從正流向負，在VO矢量的區(qū)間中，由于再次進行使電動機8的線間短路的運作，所以以上述的時間常數(shù)進行衰減。
[0208]上述的時間常數(shù)大致為數(shù)毫秒(msec)左右，相對于輸出頻率為20kHz時的周期50 μ sec而言足夠長。因此，在VO矢量和V7矢量的區(qū)間中，進行保持V4矢量和V3矢量的區(qū)間中所產(chǎn)生的電流的運作。[0209]如上所述，在VO矢量的區(qū)間和V7矢量的區(qū)間中，電動機電壓為零，進行使電動機8的線間短路的運作。因此，電流不流過電流檢測部20。因此，僅在V3、V4矢量的區(qū)間中，電流流過電流檢測部20，對電流值進行檢測。此外，在圖5的V1、V2、V5、V6矢量的區(qū)間中也同樣，電流流過電流檢測部20，對電流值進行檢測。
[0210]在正常狀態(tài)下，由于繞組中存在繞組阻抗，所以難以流過較大的電流。然而，在因繞組異常等而使得電動機8的線間等變成短路狀態(tài)的情況下，阻抗降低，因而可能有較大的電流流過，導致電動機8或逆變器9發(fā)生破損。
[0211 ] 在實施方式3涉及的熱泵裝置100中，如上所述，在比較部41判斷為電流值I_fil高于截止電平的情況下，PWM截止部42切斷從逆變器控制部10向逆變器9輸出的PWM信號。由此，從逆變器9對電動機8的電壓輸出停止，不會有過大的電流流過電動機8或逆變器9，從而防止電動機8或逆變器9發(fā)生破損。
[0212]然而，如上所述，比較部41并非以電流檢測部20檢測出的電流值I作為輸入，而是以濾波器部40將高頻的電流值作為噪音而減小之后的電流值I_fil作為輸入。將電流值I_fil而非電流值I作為輸入，是為了防止由噪音引起的誤動作。
[0213]圖18是表示電壓指令值V*和電流值I的關(guān)系的圖。
[0214]如圖18所示，在電壓指令值V*較大的情況下，V4矢量和V3矢量的區(qū)間變長。因此，能夠充分確保電流流過電流檢測部20的時間，即使通過濾波器部40減小了電流值I的高頻分量，也會殘留有足以與截止電平進行比較的數(shù)值作為電流值I_fil。其結(jié)果，在逆變器9中流過超出截止電平的電流的情況下，保護信號導通(ON)，PWM截止部切斷PWM信號的輸出。
[0215]另一方面，在電壓指令值V*較小的情況下，V4矢量和V3矢量的區(qū)間變短。因此，不能充分確保電流流過電流檢測部20的時間，如果通過濾波器部40減小電流值I的高頻分量，則不會殘留有足以與截止電平進行比較的數(shù)值作為電流值I_fil。其結(jié)果，即使在逆變器9中流過超出截止電平的電流，保護信號也不導通(ON)，PWM截止部不切斷PWM信號的輸出。
[0216]也就是說，如果電壓指令值V*較小且V4矢量和V3矢量的區(qū)間較短，則盡管流過需要進行保護的大小的電流，PWM截止部也不會切斷PWM信號的輸出。因此，從逆變器9持續(xù)對電動機8施加電壓，在電動機8或逆變器9中有可能持續(xù)流過過大的電流，導致電動機8或逆變器9發(fā)生破損。
[0217]圖19是表示實施方式3的逆變器控制部10的結(jié)構(gòu)的圖。
[0218]如圖19所示，在逆變器控制部10中設(shè)置電壓指令值控制部43。在流過需要進行保護的大小的電流的情況下，電壓指令值控制部43設(shè)定電壓指令值V* (或者電壓指令值Vu*,Vv*,Vw*)的下限值，以使比較部41可靠地判斷出電流值I_fil高于截止電平。然后，電壓指令值控制部43進行使電壓指令值V* (或者電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*)為下限值以上的控制。
[0219]該下限值根據(jù)由濾波器部40減小的頻率、時間常數(shù)等設(shè)計值進行設(shè)定。此外，也可以合并考慮比較部41的截止電平來設(shè)定下限值。通過正確地設(shè)定下限值，在各種熱泵裝置中都能夠進行可靠的保護。
[0220]圖20是表示電壓指令值V*和載波信號的關(guān)系的圖。[0221]如圖20所示，在電壓指令值V*非常大的情況下，UVW相的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*在載波信號的峰頂和谷底的附近進行動作。一般而言，構(gòu)成逆變器控制部10的微型處理器有各種種類，在載波信號的峰頂和谷底的附近的動作不同。因此，根據(jù)微型處理器，而電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*在載波信號的峰頂和谷底的附近進行動作時，可能發(fā)生輸出電壓降低，以及輸出預料之外的PWM信號而使逆變器9發(fā)生破損等情況。
[0222]于是，電壓指令值控制部43設(shè)定電壓指令值V*(或者電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*)的上限值，以不使電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*在載波信號的峰頂和谷底的附近進行動作。該上限值根據(jù)用作逆變器控制部10的微型處理器來設(shè)定即可。例如以使電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*與載波信號的峰頂和谷底的值(即載波信號的振幅值Vdc/2)相差規(guī)定值以上的方式設(shè)定上限值。
[0223]如圖5所示，逆變器9的串聯(lián)連接部中的2個開關(guān)元件(17a和17d、17b和17e、17c和17f)進行在一個開關(guān)元件導通的情況下另一個開關(guān)元件斷開的動作。
[0224]然而，存在下述可能性:串聯(lián)連接部中的2個開關(guān)元件因切換動作的延遲等而同時成為導通狀態(tài)，導致短路而使逆變器9發(fā)生破損。因此，通常在逆變器9中，多在串聯(lián)連接部中的一個開關(guān)元件17斷開之后另一個開關(guān)元件導通之前設(shè)置死區(qū)時間(短路防止時間)。
[0225]圖21是表示死區(qū)時間和PWM信號的關(guān)系的圖。在圖21中，示出了微型處理器I和微型處理器2這兩個示例。
[0226]在微型處理器I的情況下，比較載波信號和電壓指令值Vu*，當載波信號高于電壓指令值Vu*時，基本信號為高(High)，當載波信號低于電壓指令值Vu*時，基本信號為低(Low)。然后，在基本信號為高的情況下，PWM信號UP導通，UN斷開，在基本信號為低的情況下，PWM信號UN導通，UN斷開。但是，自基本信號轉(zhuǎn)換起，死區(qū)時間(Td計數(shù)器的I個計數(shù))期間不進行PWM信號的切換。因此，在圖21的示例中，在原本PWM信號UN應(yīng)該變成導通的定時(圖21的由虛線包圍的區(qū)間)，PWM信號UN不導通。
[0227]在微型處理器2的情況下，比較載波信號和電壓指令值Vu*，當載波信號高于電壓指令值Vu*時，PWM信號UP導通，當載波信號低于電壓指令值Vu*時，PWM信號UP斷開。此夕卜，將使載波信號向上移動而得到的載波信號*和電壓指令值Vu*進行比較，在載波信號*高于電壓指令值Vu*的情況下，PWM信號UN導通，在載波信號*低于電壓指令值Vu*的情況下，PWM信號UN斷開。在微型處理器2的情況下，通過載波信號與載波信號*的偏移來設(shè)定死區(qū)時間。在圖21的示例中，在原本PWM信號UN應(yīng)該變成導通的定時(圖21的由虛線包圍的區(qū)間)，PWM信號UN不導通。
[0228]這樣，在設(shè)置有死區(qū)時間的情況下，如果電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*在載波信號的峰頂和谷底的附近進行動作，則用于使一方的開關(guān)元件17導通的PWM信號被縮小，而有可能不按與2個開關(guān)元件對應(yīng)的PWM信號相互相反的關(guān)系進行動作。
[0229]因此，電壓指令值控制部43在以使電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*在載波信號的峰頂和谷底的附近不進行動作的方式設(shè)定電壓指令值V* (或者電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*)的上限值時，還要考慮死區(qū)時間。例如，以使電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*與載波信號的峰頂和谷底的值(即載波信號的振幅值Vdc/2)相差基于死區(qū)時間算出的規(guī)定值以上的方式設(shè)定上限值。
[0230]如上所述，在實施方式3涉及的熱泵裝置100中，通過對電壓指令值V*設(shè)定下限值和上限值，在對電動機8施加高頻電壓的情況下，也能夠防止電動機8或逆變器9發(fā)生破損。
[0231]此外，在上述說明中，對電壓指令值V*和電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*中的一個進行了限制。在限制電壓指令值V*的情況下，結(jié)果是電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*也被限制了，所以無論限制哪個都能獲得相同的效果。
[0232](實施方式4)
[0233]在實施方式4中，對熱泵裝置100的電路結(jié)構(gòu)的一個示例進行說明。
[0234]此外，例如在圖1中，示出了利用配管將壓縮機1、四通閥2、熱交換器3、膨脹機構(gòu)4和熱交換器5依序連接而成的熱泵裝置100。在實施方式4中，對熱泵裝置100的更具體的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0235]圖22是實施方式4涉及的熱泵裝置100的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0236]圖23是關(guān)于圖22所示的熱泵裝置100的制冷劑的狀態(tài)的莫里爾圖。在圖23中，橫軸表示比洽，縱軸表示制冷劑壓力。
[0237]熱泵裝置100具備利用配管將壓縮機51、熱交換器52、膨脹機構(gòu)53、接收器54、內(nèi)部熱交換器55、膨脹機構(gòu)56和熱交換器57依序連接而成的、使制冷劑循環(huán)的主制冷劑回路58。此外，在主制冷劑回路58中，在壓縮機51的排出側(cè)設(shè)置有四通閥59，能夠切換制冷劑的循環(huán)方向。此外，在熱交換器57的附近,設(shè)置有風扇60。此外,壓縮機51是上述實施方式中進行了說明的壓縮機1，是具有由逆變器9驅(qū)動的電動機8和壓縮機構(gòu)7的壓縮機。
[0238]進而，熱泵裝置100具備利用配管從接收器54和內(nèi)部熱交換器55之間連接到壓縮機51的噴射管而成的噴射回路62。在噴射回路62中，膨脹機構(gòu)61、內(nèi)部熱交換器55依序連接。
[0239]水在其中循環(huán)的水回路63與熱交換器52連接。此外，熱水器、暖氣片和地板供暖等中的散熱器等利用水的裝置與水回路63連接。
[0240]首先，對熱泵裝置100的制暖運轉(zhuǎn)時的動作進行說明。在制暖運轉(zhuǎn)時，四通閥59沿實線方向設(shè)定。此外，該制暖運轉(zhuǎn)不僅是指由空調(diào)使用的制暖，而且還包含對水提供熱來生成熱水的供給熱水。
[0241]在壓縮機51成為高溫高壓的氣相制冷劑(圖23的點I )，從壓縮機51排出，在作為冷凝器且作為散熱器的熱交換器52進行熱交換而液化(圖23的點2)。此時，利用從制冷劑散發(fā)的熱，將在水回路63中循環(huán)的水加熱，用于制暖和供給熱水。
[0242]在熱交換器52液化的液相制冷劑，在膨脹機構(gòu)53被減壓，成為氣液兩相狀態(tài)(圖23的點3)。在膨脹機構(gòu)53成為氣液兩相狀態(tài)的制冷劑，在接收器54與被吸入至壓縮機51的制冷劑進行熱交換，被冷卻后液化(圖23的點4)。在接收器54液化的液相制冷劑，分岔流向主制冷劑回路58和噴射回路62。
[0243]在主制冷劑回路58中流動的液相制冷劑，在內(nèi)部熱交換器55與在膨脹機構(gòu)61被減壓而成為氣液兩相狀態(tài)的在噴射回路62中流動的制冷劑進行熱交換，進一步被冷卻(圖23的點5)。在內(nèi)部熱交換器55冷卻后的液相制冷劑，在膨脹機構(gòu)56被減壓而成為氣液兩相狀態(tài)(圖23的點6)。在膨脹機構(gòu)56成為氣液兩相狀態(tài)的制冷劑，在作為蒸發(fā)器的熱交換器57與外部空氣進行熱交換，被加熱(圖23的點7)。然后，在熱交換器57被加熱的制冷齊U，在接收器54進一步被加熱(圖23的點8)，被吸入壓縮機51。
[0244]另一方面，在噴射回路62中流動的制冷劑，如上所述，在膨脹機構(gòu)61被減壓(圖23的點9)后，在內(nèi)部熱交換器55進行熱交換(圖23的點10)。在內(nèi)部熱交換器55進行了熱交換的氣液兩相狀態(tài)的制冷劑(噴射制冷劑)，維持氣液兩相狀態(tài)不變，從壓縮機51的噴射管向壓縮機51內(nèi)流入。
[0245]在壓縮機51，從主制冷劑回路58吸入的制冷劑(圖23的點8)，被壓縮至中間壓力并被加熱(圖23的點11)。噴射制冷劑(圖23的點10)與被壓縮至中間壓力并被加熱的制冷劑(圖23的點11)合流，溫度降低(圖23的點12)。然后，溫度降低后的制冷劑(圖23的點12)進一步被壓縮、加熱，成為高溫高壓而被排出(圖23的點I)。
[0246]此外，在不進行噴射運轉(zhuǎn)的情況下，使膨脹機構(gòu)61的開度為全閉。也就是說，在進行噴射運轉(zhuǎn)的情況下，膨脹機構(gòu)61的開度比規(guī)定開度大，但是在不進行噴射運轉(zhuǎn)時，使膨脹機構(gòu)61的開度比規(guī)定開度小。由此，制冷劑不向壓縮機51的噴射管流入。
[0247]這里，膨脹機構(gòu)61的開度由微型處理器等的控制部通過電子控制來進行控制。
[0248]接著，對熱泵裝置100的制冷運轉(zhuǎn)時的動作進行說明。在制冷運轉(zhuǎn)時，四通閥59沿虛線方向設(shè)定。此外，該制冷運轉(zhuǎn)不僅是指由空調(diào)使用的制冷，而且還包含從水獲取熱來生成冷水或進行冷凍等。
[0249]在壓縮機51成為高溫高壓的氣相制冷劑(圖23的點I )，從壓縮機51排出，在作為冷凝器且作為散熱器的熱交換器57進行熱交換而液化(圖23的點2)。在熱交換器57液化的液相制冷劑，在膨脹機構(gòu)56被減壓，成為氣液兩相狀態(tài)(圖23的點3)。在膨脹機構(gòu)56成為氣液兩相狀態(tài)的制冷劑，在內(nèi)部熱交換器55進行熱交換，被冷卻后液化(圖23的點4)。在內(nèi)部熱交換器55中,在膨脹機構(gòu)56成為氣液兩相狀態(tài)的制冷劑與使在內(nèi)部熱交換器55液化的液相制冷劑在膨脹機構(gòu)61被減壓而成為氣液兩相狀態(tài)的制冷劑(圖23的點9)進行熱交換。在內(nèi)部熱交換器55進行了熱交換的液相制冷劑(圖23的點4)，分岔流向主制冷劑回路58和噴射回路62。
[0250]在主制冷劑回路58中流動的液相制冷劑，在接收器54與被吸入至壓縮機51的制冷劑進行熱交換，進一步被冷卻(圖23的點5)。在接收器54冷卻后的液相制冷劑，在膨脹機構(gòu)53被減壓而成為氣液兩相狀態(tài)(圖23的點6)。在膨脹機構(gòu)53成為氣液兩相狀態(tài)的制冷劑，在作為蒸發(fā)器的熱交換器52進行熱交換，被加熱(圖23的點7)。此時，通過制冷劑吸收熱，將在水回路63中循環(huán)的水冷卻，用于制冷和冷凍。
[0251]然后，在熱交換器52被加熱的制冷劑，在接收器54進一步被加熱(圖23的點8)，被吸入壓縮機51。
[0252]另一方面，在噴射回路62中流動的制冷劑，如上所述，在膨脹機構(gòu)61被減壓(圖23的點9)后，在內(nèi)部熱交換器55進行熱交換(圖23的點10)。在內(nèi)部熱交換器55進行了熱交換的氣液兩相狀態(tài)的制冷劑(噴射制冷劑)，維持氣液兩相狀態(tài)不變，從壓縮機51的噴射管流入。
[0253]在壓縮機51內(nèi)的壓縮動作，與制暖運轉(zhuǎn)時同樣。
[0254]此外，在不進行噴射運轉(zhuǎn)時，與制暖運轉(zhuǎn)時同樣，使膨脹機構(gòu)61的開度為全閉，使得制冷劑不向壓縮機51的噴射管流入。
[0255]此外，在上述說明中，將熱交換器52作為使制冷劑與在水回路63中循環(huán)的水進行熱交換的板式熱交換器這樣的熱交換器并進行了說明。熱交換器52并不限定于此，也可以是使制冷劑與空氣進行熱交換的熱交換器。[0256]此外，水回路63也可以并非是使水循環(huán)的回路，而是使其他流體循環(huán)的回路。
[0257]如上所述，熱泵裝置100能夠作為空調(diào)機、熱泵式熱水器、冷藏柜、冷凍機等采用了逆變器壓縮機的熱泵裝置使用。
【權(quán)利要求】
1.一種熱泵裝置，其特征在于，包括: 壓縮機，其具有對制冷劑進行壓縮的壓縮機構(gòu)； 電動機，其使所述壓縮機具有的所述壓縮機構(gòu)運作； 逆變器，其對所述電動機施加規(guī)定電壓； 逆變器控制部，其對所述逆變器輸出驅(qū)動信號，控制所述逆變器； 電流檢測部，其檢測流過所述逆變器的電流值，減小所檢測出的電流值中頻率為預先設(shè)定出的第一頻率以上的電流值再輸出；以及 驅(qū)動信號停止部，其在所述電流檢測部輸出的電流值為規(guī)定的電流值以上的情況下，停止從所述逆變器控制部向所述逆變器輸出驅(qū)動信號，其中， 所述逆變器控制部包括: 電壓指令生成部，其生成并輸出電壓指令值； 驅(qū)動信號生成部，其比較所述電壓指令生成部輸出的電壓指令值和規(guī)定頻率的基準信號的值，基于比較結(jié)果生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號輸出到所述逆變器；以及 電壓指令值控制部，其控制電壓指令值的值，以使所述電壓指令生成部生成的電壓指令值為根據(jù)所述第一頻率設(shè)定出的下限值以上的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述逆變器控制部還具有相位切換部，其與所述基準信號同步地切換輸出相位Θ P和與所述相位Θ P大致相差180度的相`位θ η, 所述電壓指令生成部通過將所述相位切換部輸出的相位代入到具有振幅值V*的周期函數(shù)中，來生成所述電壓指令值， 所述電壓指令值控制部，通過使所述周期函數(shù)的振幅值V*為根據(jù)所述第一頻率設(shè)定出的第一值以上的值，而使得所述電壓指令值成為所述下限值以上的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述電壓指令值控制部控制所述電壓指令值的值，以使所述電壓指令生成部生成的電壓指令值為根據(jù)所述基準信號的振幅值設(shè)定出的上限值以下的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述逆變器控制部還具有相位切換部，其與所述基準信號同步地切換輸出相位Θ P和與所述相位Θ P大致相差180度的相位θ η, 所述電壓指令生成部通過將所述相位切換部輸出的相位代入到具有振幅值V*的周期函數(shù)中，來生成所述電壓指令值， 所述電壓指令值控制部通過使所述周期函數(shù)的振幅值V*為根據(jù)所述基準信號的振幅值設(shè)定出的第二值以下的值，來使得所述電壓指令值為所述上限值以下的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述逆變器具有由2個開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的串聯(lián)連接部，從所述串聯(lián)連接部的2個開關(guān)元件中的、一個開關(guān)元件斷開起直至經(jīng)過規(guī)定的短路防止時間為止，使另一個開關(guān)元件不導通， 所述電壓指令值控制部使所述周期函數(shù)的振幅值V*為根據(jù)所述基準信號的振幅值和所述短路防止時間設(shè)定出的所述第二值以下的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的熱泵裝置，其特征在于:所述基準信號是能夠確定峰頂和谷底的信號， 所述相位切換部在所述基準信號的峰頂和谷底的時刻切換所述相位Θ P和所述相位θ η。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述相位切換部每隔規(guī)定時間變更所述相位θ p，并基于所述相位Θ P的變更而將所述相位θ η變更為與所述相位Θ P大致相差180度的相位，并且與所述基準信號同步地切換輸出所述相位Θ P和所述相位θη。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述逆變器控制部還具有加熱判定部，其在由所述壓縮機對制冷劑進行壓縮的壓縮運轉(zhuǎn)的停止期間，判斷是否執(zhí)行對所述壓縮機進行加熱的加熱運轉(zhuǎn)， 在所述加熱判定部判斷為執(zhí)行加熱運轉(zhuǎn)的情況下，所述驅(qū)動信號生成部通過對所述逆變器輸出所述各驅(qū)動信號，來使所述逆變器產(chǎn)生頻率高于在所述壓縮運轉(zhuǎn)期間所述逆變器所產(chǎn)生的交流電壓的頻率的高頻交流電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的熱泵裝置，其特征在于: 構(gòu)成所述逆變器的開關(guān)元件是寬禁帶半導體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱泵裝置，其特征在于: 所述寬禁帶半導體是SiC、GaN和金剛石中的任一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的熱泵裝置，其特征在于: 構(gòu)成所述逆變器的開關(guān)元件是超級結(jié)構(gòu)造的MOSFET。
12.一種熱泵系統(tǒng)，包括:熱泵裝置，其具備制冷劑回路，通過配管將具有對制冷劑進行壓縮的壓縮機構(gòu)的壓縮機、第一熱交換器、膨脹機構(gòu)和第二熱交換器依序連接而成；以及流體利用裝置，其利用通過所述第一熱交換器與制冷劑進行熱交換后的流體，該第一熱交換器連接于所述制冷劑回路， 所述熱泵系統(tǒng)的特征在于所述熱泵裝置還包括: 電動機，其使所述壓縮機具有的所述壓縮機構(gòu)運作； 逆變器，其對所述電動機施加規(guī)定電壓； 逆變器控制部，其對所述逆變器輸出驅(qū)動信號，控制所述逆變器； 電流檢測部，其檢測流過所述逆變器的電流值，減小所檢測出的電流值中頻率為預先設(shè)定出的第一頻率以上的電流值再輸出；以及 驅(qū)動信號停止部，其在所述電流檢測部輸出的電流值為規(guī)定的電流值以上的情況下，停止從所述逆變器控制部向所述逆變器輸出驅(qū)動信號，其中所述逆變器控制部包括: 電壓指令生成部，其生成并輸出電壓指令值； 驅(qū)動信號生成部，其比較所述電壓指令生成部輸出的電壓指令值和預先設(shè)定出的第二頻率的基準信號的值，基于比較結(jié)果生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號輸出到所述逆變器；以及 電壓指令值控制部，其控制電壓指令值的值，以使所述電壓指令生成部生成的電壓指令值為根據(jù)所述第一頻率設(shè)定出的下限值以上的值。
13.一種逆變器的控制方法，該逆變器設(shè)置在熱泵裝置中，該熱泵裝置包括:壓縮機，其具有對制冷劑進行壓縮的壓縮機構(gòu)；電動機，其使所述壓縮機具有的所述壓縮機構(gòu)運作；以及逆變器，其對所述電動機施加規(guī)定電壓， 所述逆變器的控制方法的特征在于包括以下工序: 電流檢測工序，其檢測流過所述逆變器的電流值，減小所檢測出的電流值中頻率為預先設(shè)定出的第一頻率以上的電流值再輸出； 電壓指令生成工序，其生成并輸出電壓指令值； 驅(qū)動信號生成工序，其比較在所述電壓指令生成工序中輸出的電壓指令值和預先設(shè)定出的第二頻率的基準信號的值，基于比較結(jié)果生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號輸出到所述逆變器； 電壓指令值控制工序，其控制電壓指令值的值，以使在所述電壓指令生成工序中生成的電壓指令值為根據(jù)所述第一頻率設(shè)定出的下限值以上的值；以及 驅(qū)動信號停止工序，其在所述電流檢測工序中輸出的電流值為規(guī)定的電流值以上的情況下，停止在所述驅(qū)動信號生·成工序中向所述逆變器輸出驅(qū)動信號。
【文檔編號】H02M7/48GK103828214SQ201180073753
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】畠山和德, 神谷莊太, 湯淺健太, 松下真也, 楠部真作, 牧野勉 申請人:三菱電機株式會社