特許 5779530 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5779530

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 7/292 20060101AFI20150827BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20150827BHJP

   H02H 3/253 20060101ALI20150827BHJP

   H02H 3/34 20060101ALI20150827BHJP

   H02H 7/122 20060101ALI20150827BHJP

   G01R 29/18 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   H02P7/292 G

   H02M7/48 M

   H02H3/253

   H02H3/34 A

   H02H7/122 Z

   G01R29/18 Q

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-66526(P2012-66526)

(22)【出願日】2012年3月23日

(65)【公開番号】特開2013-198382(P2013-198382A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2014年5月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】杉本 卓也

(72)【発明者】

【氏名】荒尾 祐介

【審査官】 松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−００５２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４３５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４１８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０９６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１７６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０１４６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ７／２９２

Ｇ０１Ｒ ２９／１８

Ｈ０２Ｈ ３／２５３

Ｈ０２Ｈ ３／３４

Ｈ０２Ｈ ７／１２２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相の交流電力を出力して交流電動機を駆動する電力変換器と、
前記電力変換器の３相の出力電流のうちいずれか２相を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流をエッジに変換するエッジ変換部と、
前記エッジ変換部で変換されたエッジの有無およびエッジのパターンを判別するエッジ判別部と、
を備え、
前記エッジ判別部が変換された各々のエッジを比較し、少なくとも１相の欠相を検出することを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記エッジ変換部は、前記電流検出部により検出された電流を１つ以上の閾値と比較し、
閾値以上であれば立上りエッジとなるようにエッジを生成し、
閾値以下であれば立下りエッジとなるようエッジを生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記エッジ判別部は、前記エッジ変換部が変換した各々のエッジの有無を判別する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

電力変換装置の情報を表示させる表示部と、
を備え、
前記エッジ判別部が判別した結果、欠相と判別された場合には、前記表示部に欠相状態が表示、または、外部に通報することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電流検出部において未検出相が欠相している場合、
前記エッジ変換部は、出力電流を検出している相をエッジに変換し、
前記エッジ判別部において各エッジがある出力電圧に関連した区間各々生成時に、
欠相と判別することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記電力変換器は、６つのアームで構成されており、
相の上又は下アームが欠相している場合は、前記電流検出部により検出された電流を前記エッジ変換部にてエッジに変換し、前記エッジ判別部においてある出力電圧に関連した区間エッジが生成されないと判別された場合は、欠相と検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記電力変換器は６つのアームで構成されており、
未検出相の上又は下アームが欠相している場合、
前記エッジ変換部は、出力電流を検出している相をエッジに変換し、
前記エッジ判別部において各エッジが正常時とは異なったエッジパターンから欠相を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、出力側欠相検出機能を搭載した電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本技術分野の背景技術として、特開２０１２−５２５７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「電力変換器（インバータ）の出力電流を検出器にて検出するとともにその極性を判定器にて判定し、出力電流がそのゼロクロス点と極性で６分割される領域のいずれにあるかを判定器で判定し、この各領域が或る一定の順序で遷移するかどうかを回路で判定し、一定の順序で遷移しないときは少なくとも１相が欠相しているものと判定する。」と記載されている（要約参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−５２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に開示の発明によると、出力電流領域の遷移状態を常に監視し欠相状態を判別しなければならない。また、どの相が欠相しているかを判別することは記載されていない。さらに、特許文献１に開示の発明によると３相分の電流検出器が必要となり、高価かつ電力変換装置の大きさが大きくなる欠点があった。

【0005】

本発明は、特許文献１に開示の発明を始めとする従来の技術と比較して、より容易に欠相状態を判別し、どの相が欠相しているか判別可能な安価で小型な電力変換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】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

【0007】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、
３相の交流電力を出力して交流電動機を駆動する電力変換器と、
前記電力変換器の３相の出力電流のうち少なくとも２相を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流をエッジに変換するエッジ変換部と、
前記エッジ変換部で変換されたエッジから欠相を判定するエッジ判別部と、
を備え、
前記エッジ判別部が前記変換された各々のエッジを比較し、
少なくとも１相の欠相を検出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電力変換器の出力２相の電流を検出するだけでより容易に欠相状態を判別し、どの相が欠相しているか判別可能とできる。また、本発明によれば、安価にかつ小形に出力側欠相検出機能を搭載した電力変換器を構成することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】電流検出器を少なくとも２つ用いた出力欠相検出を行う電力変換装置の構成図の例である。

【図2】電流波形とエッジの関係図の例である。

【図3】エッジ判別部の処理を説明するフローチャートの例である。

【図4】ｖ相が欠相した場合の電流波形とエッジの関係図の例である。

【図5】電力変換器を具体的に示した詳細図の例である。

【図6】ｕ相の下アームが欠相した場合の電流波形とエッジの関係図の例である。

【図7】ｖ相の下アームが欠相した場合の電流波形とエッジの関係図の例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施例を図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0011】

本実施例では、電流検出器を少なくとも２つ用いた出力欠相検出を行う電力変換装置の構成の例を説明する。

【0012】

図１は、本実施例の電流検出器を少なくとも２つ用いた出力欠相検出を行う電力変換装置の構成図の例である。

【0013】

電力変換装置１０１は、平滑コンデンサ１０２と電力変換器１０３と電流検出器１０４と交流電動機１０５と欠相検出モジュール１０６と電流取得部１０７とエッジ変換部１０８とエッジ判別部１０９と欠相検出部１１０を有する。

【0014】

平滑コンデンサ１０２は、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサである。電力変換器１０３は、平滑化された直流を交流に変換する。電流検出器１０４は、電力変換器１０３の３相出力電流のうち、例えばｕ相・ｗ相の２相電流を検出する。交流電動機１０５は、電力変換器１０３からの出力を得て駆動される。欠相検出モジュール１０６は，電流検出器１０４の出力電流フィードバック信号を取得する。

【0015】

以下，欠相検出モジュール１０６の内部構成について説明する。

【0016】

電流取得部１０７は、電流検出器１０４の出力電流フィードバック信号を取得する。また、エッジ変換部１０８は、電流取得部１０７にて与えられた出力電流フィードバック信号をエッジに変換する。エッジ判別部１０９は、前記エッジ変換器１０８で変換されたエッジの有無とエッジパターンを判別する。欠相検出部１１０は、前記エッジ判別器１０９で欠相と判別されたら欠相検出と判別する。表示部１１１は、前記欠相検出部１１０の状態を表示する。欠相状態信号出力部１１２は、前記欠相検出部１１０の状態を出力する。

【0017】

図２は、電流波形とエッジの関係図の例である。

【0018】

電流２０１は、例えばｕ相に取り付けられた検出器１０４から取得した電流である。立上りエッジ閾値２０３は、例えば駆動する交流電動機の定格電流や無負荷電流等の＋５％の値に設定する。立下りエッジ閾値２０４は、例えば駆動する交流電動機の定格電流や無負荷電流等の−５％の値に設定する。このように設定する理由は、電流２０１が零点付近を通過する場合、正常時の電流値と欠相時の電流値の区別が出来ないためである。エッジ２０２は、電流２０１の値が立上りエッジ閾値２０３を超えた瞬間に＋１、立下りエッジ閾値２０４を超えた瞬間に−１となり、それ以外は０となる。

【0019】

図３は、エッジ判別部１０９の処理を説明するフローチャートの例である。

【0020】

エッジ判別部１０９は、エッジ取得処理Ｓ３０１、例えばｕ相の立上りエッジ・立下りエッジ検出処理Ｓ３０２、立上りエッジ検出判別処理Ｓ３０３、ｕ相の下アーム欠相処理Ｓ３０４、立下りエッジ検出判別処理Ｓ３０５、ｕ相の上アーム欠相処理Ｓ３０６、欠相検出処理Ｓ３０７を有する。また、エッジ判別部１０９は、３パターンの欠相判別が可能である。１つ目は、上アームの欠相判別、２つ目は、下アームの欠相判別、３つ目は、交流電動機側の配線欠相か上下アームの欠相である。

【0021】

エッジ取得処理Ｓ３０１は、エッジ変換部１０８において変換されたエッジの値が＋１なら立上りエッジ、−１なら立下りエッジ、０ならエッジなしを取得する。立上りエッジ・立下りエッジ検出判別処理Ｓ３０２は、エッジ取得処理Ｓ３０１から取得したエッジを出力電圧や取得電流１周期の間に立上りエッジ１回・立下りエッジ１回検出したかどうかの判別処理である。検出判別処理Ｓ３０２の判別結果が、Ｙｅｓの場合、欠相されていないと判別され、Ｎｏの場合、次の立上りエッジ検出判別処理Ｓ３０３に移行する。立上りエッジ検出判別処理Ｓ３０３は、出力電圧や取得電流１周期の間に立上りエッジ１回検出したかどうかの判別処理である。検出判別処理Ｓ３０３の判別結果が、Ｙｅｓの場合、下アーム欠相処理Ｓ３０４は、下アーム欠相状態を出力し、Ｎｏの場合、次の立下りエッジ検出判別処理Ｓ３０５に移行する。立下りエッジ検出判別処理Ｓ３０５は、出力電圧や取得電流１周期の間に立下りエッジ１回検出したかどうかの判別処理である。検出判別処理Ｓ３０５の判別結果が、Ｙｅｓの場合、上アーム欠相処理Ｓ３０６は、上アーム欠相状態を出力し、Ｎｏの場合、欠相検出処理Ｓ３０７は、ｕ相の欠相状態を出力する。
本実施例では、出力電圧や取得電流１周期においての判別方法を記載しているが、数周期に渡って判別させることも可能である。

【0022】

図４は、ｖ相が欠相した場合の電流波形とエッジの関係例である。

【0023】

ｕ相電流４０１とｗ相電流４０２は、ｖ相が欠相した場合の電流である。ｕ相エッジ４０３は、ｕ相電流４０１が立上りエッジ閾値２０３の値の時＋１、立下りエッジ閾値２０４の時−１となり、それ以外は０となる。ｗ相エッジ４０４は、ｗ相電流４０２が立上りエッジ閾値２０３の値の時＋１、立下りエッジ閾値２０４の時−１となり、それ以外は０となる。エッジ判別部は、ｕ相エッジ４０３とｗ相エッジ４０４が、同時にエッジが生成している事を検出し、電流を検出していないｖ相の欠相を判別することが可能となる。

【0024】

欠相検出部１１０は、欠相状態を欠相検出モジュール１０６の外部モジュールに通報する。例えば、欠相検出部１１０が、欠相を検出したら図１の表示部１１１に通信等を用いて通報し欠相状態を表示させる。また、欠相検出部１１０は、欠相状態を欠相状態出力部１１２に通報し、欠相状態出力部１１２は、欠相状態にあることを知らせるため欠相検出信号を出力し、端子等を介して外部に通報する。

【実施例2】

【0025】

本実施例では、図１に示す電力変換器１０３内のアーム欠相検出の構成の例を説明する。

【0026】

図５は、電力変換器を具体的に示した詳細図の例である。電力変換器１０３は、上側アーム群５０１と下側アーム群５０２の６つのアームで構成される。また、電力変換器１０３は、電流検出器１０４よりｕ相上下アーム、ｗ相上下アーム、ｖ相上下アームで構成される。

【0027】

図６は、ｕ相の下アームが欠相した場合の電流波形とエッジの関係図の例である。

【0028】

下アーム欠相電流６０１は、例えばｕ相に取り付けられた電流検出器１０４から取得した電流である。エッジ６０２は、下アーム欠相電流６０１の値が立上りエッジ閾値２０３を超えた瞬間に＋１になるが、立下りエッジ閾値２０４を超える瞬間が存在しないため０のままとなる。立下りエッジを検出できない場合は、電流検出している相の下アームが欠相していると判別が可能となる。

【0029】

図７は、ｖ相の下アームが欠相した場合のエッジ判別部の例である。

【0030】

ｕ相電流７０１とｗ相電流７０２は、ｖ相の下アームが欠相した場合の電流である。ｕ相エッジ７０３は、ｕ相電流７０１が立上りエッジ閾値２０３の値の時＋１、立下りエッジ閾値２０４の時−１となり、それ以外は０となる。ｗ相エッジ７０４は、ｗ相電流７０２が立上りエッジ閾値２０３の値の時＋１、立下りエッジ閾値２０４の時−１となり、それ以外は０となる。ｕ相エッジ７０３とｗ相エッジ７０４は、ｗ相エッジ７０４、ｕ相エッジ７０３、ｕ相エッジ７０３とｗ相エッジ７０４の順に生成するパターンとなる。欠相がない場合は、ｕ相エッジ７０３とｗ相エッジ７０４は、ｕ相エッジ７０３・ｗ相エッジ７０４と交互に生成されるため、その違いにより、電流を検出していないｖ相の下アーム欠相を判別することが可能となる。同様に、交流電動機１０５の回転方向が逆回転になったら、ｖ相の下アームが欠相した場合、各エッジ生成パターンは、ｕ相エッジ７０３、ｗ相エッジ７０４、ｕ相エッジ７０３とｗ相エッジ７０４の順となるため、欠相を検出することが可能となる。

【0031】

欠相検出部１１０は、欠相状態を欠相検出モジュール１０６の外部モジュールに通報する。例えば、欠相検出部１１０が、欠相を検出したら図１の表示部１１１に通信等を用いて通報し欠相状態を表示させる。また、欠相検出部１１０は、欠相状態を欠相状態出力部１１２に通報し、欠相状態出力部１１２は、欠相状態にあることを知らせるため欠相検出信号を出力し、端子等を介して外部に通報する。

【0032】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0033】

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【0034】

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0035】

１０１…電力変換装置、１０２…平滑コンデンサ、１０３…電力変換器、１０４…電流検出器、１０５…交流電動機、１０６…欠相検出モジュール、１０７…電流取得部、１０８…エッジ変換部、１０９…エッジ判別部、１１０…欠相検出部、１１１…表示部、１１２…欠相状態信号出力部、２０１…電流、２０２…エッジ、２０３…立上りエッジ閾値、２０４…立下りエッジ閾値、Ｓ３０１…エッジ取得処理、Ｓ３０２…立上りエッジ・立下りエッジ検出判別処理、Ｓ３０３…立上りエッジ検出判別処理、Ｓ３０４…下アーム欠相処理、Ｓ３０５…立下りエッジ検出判別処理、Ｓ３０６…上アーム欠相処理、Ｓ３０７…欠相検出処理、４０１…ｕ相電流、４０２…ｗ相電流、４０３…ｕ相エッジ、４０４…ｗ相エッジ、５０１…上側アーム群、５０２…下側アーム群、６０１…下アーム欠相電流、６０２…エッジ、７０１…ｕ相電流、７０２…ｗ相電流、７０３…ｕ相エッジ、７０４…ｗ相エッジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】