特許 6402788 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】6402788

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/34 20060101AFI20181001BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20181001BHJP

   H02H 3/13 20060101ALI20181001BHJP

   H02H 7/00 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   H02H3/34 A

   H02M1/00 A

   H02H3/13

   H02H7/00 J

【請求項の数】3

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2017-14726(P2017-14726)

(22)【出願日】2017年1月30日

(62)【分割の表示】特願2016-51502(P2016-51502)の分割

【原出願日】2016年3月15日

(65)【公開番号】特開2017-169438(P2017-169438A)

(43)【公開日】2017年9月21日

【審査請求日】2017年7月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 重晴

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４７４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９４４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０１５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０２３６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ３／０８− ３／２５３

３／３２− ３／５２

７／００

７／１０− ７／２０

Ｈ０２Ｍ １／００− １／４４

Ｆ２４Ｆ１１／００−１１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相およびＮ相からなる３相４線電源のうち、Ｎ相を除く３相からの出力電力を変換する電力変換モジュールと、
前記３相の出力電力から前記電力変換モジュールを駆動するための駆動制御用電源を生成するモジュール制御電源部と、
前記モジュール制御電源部を電源として前記３相のうちの２相の位相差をもとに各相の欠相および逆相を検出する３相検出部と、
前記モジュール制御電源部が生成した駆動制御用電源を電源として前記電力変換モジュールを駆動制御する駆動制御部と、
を備えた電力変換装置であって、
前記駆動制御用電源を電源として前記Ｎ相の欠相を検出するＮ相欠相検出部を備え、
前記モジュール制御電源部は、前記３相のうちの１相と、前記３相にスター結線された３つのコンデンサ間の中点との間の電圧から前記駆動制御用電源を生成する、
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記Ｎ相欠相検出部は、前記駆動制御用電源を電源として前記Ｎ相の電圧に基づき前記Ｎ相の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。

【請求項3】

さらにノイズフィルタを有し、
前記３相の出力電力は前記ノイズフィルタを介して前記電力変換モジュールに入力されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の技術は、３相４線電源のうちのＮ相を除く３相の出力電力を変換する電力変換モジュールと３相４線電源のＮ相と３相のうちの１相を用いて主制御電源を生成する主制御電源生成部とが混在しても各相の欠相及び逆相を確実に検出することができる電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、負荷としてモータなどを運転制御する場合、コンバータやインバータなどの電力変換装置が用いられる。電力変換装置では、スイッチング素子などを駆動するための電源が必要となる。

【0003】

ここで、特許文献１には、３相３線電源に接続された空気調和機であって、３相３線のうち１相でも欠相すると室内ユニット及び室内制御ユニットの少なくとも一方が作動不良状態となるように電源配線を接続することで、欠相を検出するための回路を不要化するものが記載されている。

【0004】

特許文献２には、３相３線電源に接続された空気調和機であって、３相３線のうちいずれか１相の欠相を、３相３線のうち２相間の電圧が所定レベルか否かにより判別するようにしたものが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９−２８４９８５号公報

【特許文献2】特開平１０−１６４７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、本願の発明者は、空気調和機において、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相、及びＮ相からなる３相４線電源から供給される交流電力を電力変換モジュールによって直流電力に変換する場合、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相、及びＮ相全てを電力変換モジュールに接続すると、４線全てに対してノイズフィルタを設けなければならないため、ノイズフィルタが大型化、複雑化するという課題を見出し、この課題を解決する手段として、３相４線電源からＮ相を分離した３相３線を、３相３線用ノイズフィルタを介して電力変換モジュールに接続するようにした。そして、電力変換モジュールを駆動するための電源は、２００Ｖの電圧を基準に生成する必要があるため、３相３線の各線にスター接続されたフィルタ用コンデンサの中点と３相３線のうちのいずれか１相の線との間から２００Ｖの電圧を取り出すようにした（特願２０１５−２１４４９７号）。

【0007】

一方、例えば空気調和機の室外機に設けられるコンプレッサ、ファンモータ、四方弁などは、主制御電源基板内の主制御電源生成部によって生成された制御電源により駆動される制御部により制御される。主制御電源生成部は、３相４線電源のＮ相と、Ｎ相を除く３相の各相のうちの１相とから２００Ｖの電圧を取り出している。

【0008】

ここで、電力変換モジュール側は３相４線電源のうちのＮ相を除く３相のみが接続されているため、Ｎ相の欠相を検出できない。従って、Ｎ相に欠相が生じた場合、主制御電源生成部は電源供給ができず、主制御部が動作できなくなるが、電力変換モジュール側はＮ相を用いていないため、正常に駆動し続けてしまうという新たな問題が生じる。

【0009】

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、３相４線電源のうちのＮ相を除く３相の出力電力を変換する電力変換モジュールと３相４線電源のＮ相と３相のうちの１相を用いて主制御電源を生成する主制御電源生成部とが混在しても各相の欠相及び逆相を確実に検出することができる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】

【0010】

開示の態様の電力変換装置は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相およびＮ相からなる３相４線電源のうち、Ｎ相を除く３相からの出力電力を変換する電力変換モジュールと、前記３相の出力電力から前記電力変換モジュールを駆動するための駆動制御用電源を生成するモジュール制御電源部と、前記モジュール制御電源部を電源として前記３相のうちの２相の位相差をもとに各相の欠相および逆相を検出する３相検出部と、前記モジュール制御電源部が生成した駆動制御用電源を電源として前記電力変換モジュールを駆動制御する駆動制御部と、を備えた電力変換装置であって、前記駆動制御用電源を電源として前記Ｎ相の欠相を検出するＮ相欠相検出部を備える。

【0011】

また、開示の態様の電力変換装置は、上記の発明において、前記Ｎ相欠相検出部は、前記駆動制御用電源を電源として前記Ｎ相の電圧に基づき前記Ｎ相の欠相を検出する。

【0012】

また、開示の態様の電力変換装置は、上記の発明において、さらにノイズフィルタを有し、前記３相の出力電力は前記ノイズフィルタを介して前記電力変換モジュールに入力される。

【発明の効果】

【0013】

開示の態様によれば、電力変換装置内に、Ｎ相に接続されてＮ相の欠相を検出するＮ相欠相検出部を設けている。この結果、３相４線電源のうちの３相の出力電力を変換する電力変換モジュールと３相４線電源のＮ相と３相のうちの１相を用いて主制御電源を生成する主制御電源生成部とが混在しても各相の欠相及び逆相を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施の形態である電源供給システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態の変形例である電源供給システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

【0016】

図１は、本発明の実施の形態である電源供給システム１００の構成を示す図である。図１に示すように、電源供給システム１００は、例えばコンプレッサに搭載されたブラシレスＤＣモータとインバータなどの負荷（第１負荷５）に直流電力を供給するために、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置１を有する。電力変換装置１は、３相４線（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相、Ｎ相）電源４のうち、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）から、３相３線３に対するノイズフィルタ２を介して入力される電力をＰ−Ｎ間直流電力に変換し、電力変換装置１を介してコンプレッサに搭載されたブラシレスＤＣモータとインバータなどの負荷（第１負荷５）に供給する。

【0017】

電力変換装置１は、電力変換モジュール１０を有する。電力変換モジュール１０は、入力される３相交流電力を、スイッチング素子などのアクティブ素子１０ａを駆動制御して所望の直流電力に変換して出力する。上述したように、電力変換モジュール１０は、３相交流電力を、Ｐ−Ｎ間に発生する直流電力に変換している。図１では、電力変換モジュール１０がコンバータとして機能しているが、３相交流電力を、２相あるいは３相などの交流電力に変換する交流―交流変換器として機能するものであってもよい。また、電力変換モジュール１０は、コンバータとインバータとを含むものであってもよい。さらに、電力変換モジュール１０は、マトリクスコンバータであってもよい。

【0018】

電力変換装置１は、モジュール制御電源生成部１１と駆動制御部１２とを有する。モジュール制御電源生成部１１は、モジュール制御電源部１３、３相検出部１４、Ｎ相欠相検出部１５を有する。モジュール制御電源部１３は、相間電圧４００Ｖの３相３線３から電力変換モジュール１０を駆動するための駆動制御用電源を生成する。モジュール制御電源部１３は、３相のうちの１相（例えばＴ相）と、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）にスター結線されたコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３間の中点との間の電圧（２００Ｖ）から駆動制御用電源を生成する。

【0019】

３相検出部１４は、例えば３相のうちの２相の電圧の位相差をもとに各相の欠相及び逆相を検出するが、３相検出部１４にはＮ相は接続されない。したがって、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）が正常に接続される場合には、３相検出部１４は、Ｎ相の欠相を検出することができない。接続されていないＮ相の欠相を検出するため、電力変換装置１にはＮ相欠相検出部１５が設けられる。Ｎ相欠相検出部１５は３相４線電源４のＮ相の電圧を検出することによってＮ相の欠相を検出する。例えばＮ相と３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のうちのいずれか１相との相間電圧を検知することによりＮ相の欠相を検出する。

【0020】

駆動制御部１２は、モジュール制御電源部１３が生成した駆動制御用電源を用いて電力変換モジュール１０に含まれるアクティブ素子１０ａを駆動制御するとともに、３相検出部１４が欠相または逆相を検出した場合、あるいはＮ相欠相検出部１５がＮ相の欠相を検出した場合、電力変換モジュール１０の駆動を停止する。

【0021】

一方、電力変換装置１の外部の主制御電源基板６は、例えば空気調和機を構成する室外機に設けられる。主制御電源基板６は、例えば電力変換装置１を介さずに電力が供給される四方弁２１や室内機２２、あるいは図示しない室外機送風ファンなどの負荷（以下、これらを総称して第２負荷２４という）に電源を供給したり、例えば電力変換装置１を介して電力が供給される第１負荷５や前記第２負荷２４を制御する主制御部２３に供給する電源を生成する主制御電源生成部２０などに電源を供給する。主制御電源基板６には、３相３線３にＮ相を含めた３相４線電源４のＮ相と３相のうちの２相（例えばＳ相及びＴ相）が引き込まれる。主制御電源生成部２０は、このＮ相とＳ相との相間電圧（２００Ｖ）をもとに主制御電源基板に接続される機器に供給する電源を生成する。また、四方弁２１と室内機２２は、主制御電源基板６を介して３相４線電源４のＮ相と３相のうちの１相（例えばＴ相）とから直接、電源供給されている。

【0022】

ここで、図１に示すように、主制御電源基板６内のＮ相とＮ相欠相検出部１５とは、絶縁回路３０を介して接続される。しかし、本発明はこの実施の形態には限られず、例えば、図２に示すように、主制御電源基板６外のＮ相とＮ相欠相検出部１５とを、絶縁回路３０を介して接続するようにしてもよい。いずれの実施の形態においても、Ｎ相欠相検出部１５は、Ｎ相電圧を検出し、検出したＮ相電圧値に応じてＮ相の欠相があったものと判定する。なお、Ｎ相欠相検出部１５は、Ｎ相と３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のうちのいずれか１相との相間電圧が所定時間内に、所定回、所定値以下となった場合に欠相が生じたと判定することが好ましい。これは、ノイズなどによってＮ相の電圧値が一時的に低下する場合があり、誤判定を防止するためである。Ｎ相欠相判定は、例えば空気調和機の起動時に、Ｎ相欠相検出部１５で検出したＮ相と３相のいずれか１相（例えばＲ相）との相間電圧が２００Vを示した後、第２負荷２４（四方弁２１、室内機２２など）の駆動が開始されてから１分間にＮ相とＲ相との相間電圧が主制御部２３の制御を維持できる電圧以下まで低下して、空気調和機が再起動される、という起動シーケンスを２回以上繰り返すとき、Ｎ相が欠相していると判定する。

【0023】

また、絶縁回路３０は、絶縁トランスであってもよいし、フォトカプラであってもよい。

【0024】

上記の通り、本実施の形態では、電力変換装置１内に、Ｎ相を用いる主制御電源基板６のＮ相電圧を検出してＮ相の欠相を検出するＮ相欠相検出部１５を設けている。この結果、Ｎ相が欠相して、第２負荷２４に電力が供給されず、電源供給システム１００が動作できなくなった場合でも、電力変換装置１でＮ相欠相を検出できるので、確実にＮ相欠相を検出することができる。また、電力変換装置１でＮ相欠相を検出した場合、電力変換装置１自体の動作を停止するようにすることで、電源供給システム１００が動作できないにもかかわらず、電力変換装置１だけが駆動し続けてしまうという事態を防止することができる。また、Ｎ相欠相検出部１５が絶縁回路３０を介してＮ相電圧を検出するようにすることで、電力変換装置１から外部へノイズを漏えいさせずに電力変換装置１側でＮ相電圧を検出することができる。

【符号の説明】

【0025】

１ 電力変換装置
２ ノイズフィルタ
３ ３相３線
４ ３相４線電源
５ 第１負荷
６ 主制御電源基板
１０ 電力変換モジュール
１０ａ アクティブ素子
１１ モジュール制御電源生成部
１２ 駆動制御部
１３ モジュール制御電源部
１４ ３相検出部
１５ Ｎ相欠相検出部
２０ 主制御電源生成部
２１ 四方弁
２２ 室内機
２３ 主制御部
２４ 第２負荷
３０ 絶縁回路
１００ 電源供給システム
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ

【図1】

【図2】