[发明专利]空调器的功率因数改善装置

说明书

本发明涉及一种逆变器式空调器，该空调器可以根据其冷却和加热能力改变压缩机的运行频率，更具体地说，本发明涉及功率因数改善装置，该装置通过将一个具有储能路径和开关元件的电感器与变换装置相连来改善空调器的功率因数。

如图1所示，空调器的逆变装置通常包括一个将电源输入端1输入的交流电源变成直流电源的变换部件3，一个根据室外条件和室内单元的指令确定压缩机9运行频率以便输出一个逆变驱动信号的控制部件5，以及一个根据控制部件5输出的驱动信号交替接通和切断功率晶体管(未示出)并且将变换部件3输出的直流电源改变成三相交流电源、使压缩机9按照控制部件5确定的运行频率运转的逆变部件7。

变换部件3包括一个用于将输入的交流电源整流成预定直流电压的桥式整流器11，以及一个与桥式整流器11的输出端连接用于对整流过的直流电压的脉动进行滤波、同时对整流过的直流电压进行充电的平滑电容器C1。

在上述逆变器式空调器中，当电源输入端1输入交流电源时，桥式整流器11将交流电源整流成预定直流电源，然后利用平滑电容器C1对整流过的直流电源的脉动进行滤波。

此时，逆变部件7按照控制部件5输出的驱动信号交替接通和切断功率晶体管(未示出)，将变换部件3输出的直流电源改变成三相(u，v，w相)交流电源，从而驱动压缩机9。

如上所述，在将交流电源变成直流电源的变换部件3中用电容量较大的平滑电容器C1就可得到脉动很小的直流电源。如图2所示，平滑电容器C1使输入电源失真成为非正弦波，这样使系统的功率因数较低(约0.5-0.7)。

低功率因数的系统中存在的问题在于使电源谐波分量增加，产生噪声和EMI(电磁干扰)，从而使消耗的无功功率增加，流过系统的电流比系统需要的电流大，这样就要求选择一些额定电流高的部件。因此，欧洲和发展中国家均配备并提供一些调节设备用来控制产生电源谐波的产品，防止进口任何不满足上述调节要求的产品。

为此研究并开发出了一种用于改善系统功率因数的功率因数改善装置，通常将这种装置分成主动方法和被动方法。

首先如图1所示，功率因数改善装置的被动方法包括：当增大的电流的方向被改变时，用一个线圈L1阻止桥式整流器11输出端或电源输入端1的电流瞬时增大，并释放所存储的能量，以便补偿功率因数，用一个与线圈L1并联连接的电容器C2牵引电流相位前移，从而与线圈L1相互补偿功率因素，因此适当地控制阻抗。

功率因数改善装置的被动方法可以使系统的输入电流的主谐波(基波)阻抗小，而使其它谐波阻抗大，从而改善了输入电流的波形。功率因数改善装置的被动方法已在传统反向变流器式空调器中得到广泛应用。

在桥式整流器11中检查到的阻抗为：

|Z|＝|sC2(sL1C1+1)/sC1C2|(其中，s＝jw)

通过利用上述公式，在缺少实际L值和C值的情况下，就要选择合适的L和C值，从而分别向主谐波提供0阻抗，而向其它谐波提供无穷大的阻抗。

所以，将比较小的阻抗值提供给主谐波，而将比较大的阻抗值提供给对电流失真影响最大的第三和第五谐波。

但是，空调器的功率因数改善装置的传统被动方法存在的问题在于：线圈L1的电抗量、功率因数补偿电路以及电容器C2的电容量均是最初设计功率因数改善装置时设定的固定值，而不管压缩机9的负载变化和空调器的功率因数设置如何，这样，在压缩机9的负载变大时造成功率因数增加，压缩机9的负载变小时造成功率因数减少，其中，在标准额定负载时，减少的功率因数达到其基准值(例如在压缩机9的标准额定负载时功率因数为90％以上)，而当压缩机9的负载从其额定负载以下降到其最小值(例如在压缩机9的最小负载时功率因数小于75％)时，减少的功率因数成比例地连续降低到其基准值以下。

此外，功率因数改善装置的传统被动方法的另一个问题在于：即使直流耦合电压根据压缩机9的负载大小进行变化，也没有用来抑制电源谐波的有效防范措施。

下面描述功率因数改善装置的主动方法，通过在桥式整流器和平滑电容器之间连接一个交流/直流变换装置，该方法可以使电流产生与电源电压相同的波形，该方法已经由本申请人早在韩国专利申请95-39229中作了描述。

上述功率因数改善装置的主动方法足以获得非常接近1的功率因数，在整个运行频率范围内消除电源谐波。但是，在功率因数改善装置的主动方法中的问题在于产品的可靠性差，这是由于复杂的控制电路和太多的开关次数造成的，开关次数太多会产生噪声，这样就需要额外的费用来设计噪声滤波装置。