特許 7517091 電力変換装置および空気調和機

(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】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】電力変換装置および空気調和機

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20240709BHJP

   H02M 7/06 20060101ALI20240709BHJP

   F24F 11/88 20180101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 A

H02M7/06 A

H02M7/12 M

H02M7/12 W

F24F11/88

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020185406

(22)【出願日】2020-11-05

(65)【公開番号】P2022074951

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-05-31

(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】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三浦 理恵

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／００６５３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２０４０５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／０６

Ｆ２４Ｆ １１／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相交流電源の三相を第一の直流電圧に変換する第一コンバータと、
前記三相交流電源の一相または二相を第二の直流電圧に変換する第二コンバータと、
前記三相交流電源から前記第一コンバータへ入力される三相の電流間にアンバランスが発生しているか否かを判定する判定部と、
前記アンバランスが発生しているときに、前記アンバランスを解消する制御を前記第一コンバータに対して行う制御部と、
を具備する電力変換装置。

【請求項2】

前記判定部は、前記三相交流電源から前記第一コンバータへ入力される前記三相の電流に基づく値と所定の比較値とを比較することにより前記アンバランスが発生しているか否かを判定する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記判定部は、前記三相の電流のピーク値に基づいて、前記アンバランスが発生しているか否かを判定する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記判定部は、前記三相の電流の電流波形におけるゼロクロス点からピーク点までの経過時間に基づいて、前記アンバランスが発生しているか否かを判定する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか一項に記載の電力変換装置を具備する空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置および空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

コンプレッサとファンとを有する空気調和機の室外機には、コンプレッサ用のモータ（以下では「コンプレッサモータ」と呼ぶことがある）とは別に、ファン用のモータ（以下では「ファンモータ」と呼ぶことがある）が搭載される。ファンモータの負荷は、コンプレッサモータの負荷より軽いため、三相交流電源を入力電源とする空気調和機の中には、コンプレッサモータの駆動回路への入力電源として三相交流電源を用いる一方で、ファンモータの駆動回路への入力電源として、三相交流電源のうちの何れか一相を用いるものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３３７５６３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、三相交流電源でコンプレッサモータを駆動する一方で、三相交流電源のうちの何れか一相でファンモータを駆動すると、ファンモータに負荷変動が生じた場合等に、三相電源からみた負荷のバランスがくずれることがある。三相電源からみた負荷のバランスがくずれると、三相間の入力電流にばらつきが生じて電流高調波が増大する。以下では、三相間の入力電流に生じるばらつきを「アンバランス」と呼ぶことがある。

【0005】

そこで、本開示では、電流高調波を抑制できる技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電力変換装置は、第一コンバータと、第二コンバータと、判定部と、制御部とを有する。前記第一コンバータは、三相交流電源の三相を第一の直流電圧に変換する。前記第二コンバータは、前記三相交流電源の一相または二相を第二の直流電圧に変換する。前記判定部は、前記三相交流電源から前記第一コンバータへ入力される三相の電流間にアンバランスが発生しているか否かを判定する。前記制御部は、前記アンバランスが発生しているときに、前記アンバランスを解消する制御を前記第一コンバータに対して行う。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、電流高調波を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の実施例の電力変換装置及び室外機の構成例を示す図である。

【図2】図２は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図3】図３は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図4】図４は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図5】図５は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図6】図６は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図7】図７は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図8】図８は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【図9】図９は、本開示の実施例の電力変換装置における処理手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。

【0010】

［実施例］
＜電力変換装置の構成＞
図１は、本開示の実施例の電力変換装置及び室外機の構成例を示す図である。例えば、図１に示す電力変換装置２００は、複数のモータＭ１，Ｍ２を有する室外機３００に搭載され、室外機３００と室内機とを有する空気調和機に使用可能である。

【0011】

図１において、室外機３００は、電力変換装置２００と、第一インバータ１２と、第二インバータ２２と、モータＭ１と、モータＭ２とを有する。電力変換装置２００は、三相交流電源１００と、第一インバータ１２と、第二インバータ２２とに接続される。三相交流電源１００は、電力変換装置２００の入力電源として用いられる。第一インバータ１２はモータＭ１に接続され、第二インバータ２２はモータＭ２に接続される。負荷の大きさとして、モータＭ２は、モータＭ１より小さい。モータＭ２の一例としてファンモータが挙げられ、モータＭ１の一例としてコンプレッサモータが挙げられ、ファンモータとコンプレッサモータとによって室外機３００が構成される。

【0012】

電力変換装置２００は、第一コンバータ１１と、第二コンバータ２１とを有する。第一コンバータ１１の入力には、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相及びＴ相の三相が接続される一方で、第二コンバータ２１の入力には、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相及びＴ相のうちの何れか一相または二相が接続される。図１には、第二コンバータ２１が単相電源で駆動するときに、Ｓ相の一相と三相交流電源１００の中性点Ｎとが第二コンバータ２１への入力電源として用いられ、第二コンバータ２１が二相電源で駆動するときに、Ｒ相及びＴ相の二相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられる場合を一例に挙げる。但し、第二コンバータ２１の単相電源としてＲ相またはＴ相の一相が用いられても良く、また、第二コンバータ２１の二相電源として、Ｒ相及びＳ相の二相、または、Ｓ相及びＴ相の二相が用いられても良い。

【0013】

また、電力変換装置２００は、ゼロクロス検出部３１と、入力電圧検出部３２と、入力電流検出部３３と、アンバランス判定部３４と、直流電圧検出部３５と、制御部３６と、記憶部３７とを有する。ゼロクロス検出部３１、入力電圧検出部３２、入力電流検出部３３、アンバランス判定部３４、直流電圧検出部３５及び制御部３６は、ハードウェアとして、例えばＭＣＵ（Micro Control Unit）により実現される。記憶部３７は、ハードウェアとして、例えばメモリにより実現される。

【0014】

第一コンバータ１１は、制御部３６からのスイッチング制御の下で、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相及びＴ相の三相を直流電圧ＤＣ１に変換し、直流電圧ＤＣ１を第一インバータ１２へ供給する。ここで、第一コンバータ１１が三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相及びＴ相の三相を直流電圧ＤＣ１に変換する動作には、例えば、整流、力率改善、昇圧等が含まれる。

【0015】

第一インバータ１２は、第一コンバータ１１から供給される直流電圧ＤＣ１を、制御部３６からのスイッチング制御の下で、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相交流電力に変換し、三相交流電力をモータＭ１へ供給する。

【0016】

第二コンバータ２１は、単相電源で駆動するときは、Ｓ相の一相を直流電圧ＤＣ２に変換し、直流電圧ＤＣ２を第二インバータ２２へ供給する。また、第二コンバータ２１は、二相電源で駆動するときは、Ｓ相及びＴ相の二相を直流電圧ＤＣ２に変換し、直流電圧ＤＣ２を第二インバータ２２へ供給する。なお、第二コンバータ２１は、単相電源で駆動するときに、Ｒ相またはＴ相の一相を直流電圧ＤＣ２に変換しても良い。また、第二コンバータ２１は、二相電源で駆動するときに、Ｒ相及びＳ相の二相、または、Ｒ相及びＴ相の二相を直流電圧ＤＣ２に変換しても良い。つまり、第二コンバータ２１は、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相及びＴ相のうちの一相または二相を直流電圧に変換する。

【0017】

第二インバータ２２は、第二コンバータ２１から供給される直流電圧ＤＣ２を、制御部３６からのスイッチング制御の下で、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相交流電力に変換し、三相交流電力をモータＭ２へ供給する。

【0018】

第一コンバータ１１の一例として、リアクトルとスイッチング素子とダイオードとを用いて構成される各相の回路に力率改善のための昇圧機能を備えたブリッジ整流回路が挙げられる。スイッチング素子の一例として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等が挙げられる。また、第二コンバータ２１の一例として、ダイオードで構成されるブリッジ整流回路が挙げられる。

【0019】

ゼロクロス検出部３１は、入力電源である三相交流電源１００に対して、Ｒ相電流の波形（以下では「Ｒ相波形」と呼ぶことがある）、Ｓ相電流の波形（以下では「Ｓ相波形」と呼ぶことがある）、及び、Ｔ相電流の波形（以下では「Ｔ相波形」と呼ぶことがある）の各相の電流波形におけるゼロクロス点を検出し、検出結果をアンバランス判定部３４及び制御部３６へ出力する。以下では、Ｒ相電流、Ｓ相電流及びＴ相電流を「入力電流」と総称し、Ｒ相波形、Ｓ相波形及びＴ相波形を「入力電流波形」と総称することがある。

【0020】

入力電圧検出部３２は、第一コンバータ１１の入力電圧値として、Ｒ相電圧値、Ｓ相電圧値及びＴ相電圧値を検出し、検出結果を制御部３６へ出力する。以下では、Ｒ相電圧値、Ｓ相電圧値及びＴ相電圧値を「入力電圧値」と総称することがある。

【0021】

入力電流検出部３３は、第一コンバータ１１の入力電流値として、Ｒ相電流値、Ｓ相電流値及びＴ相電流値を検出し、検出結果をアンバランス判定部３４及び制御部３６へ出力する。以下では、Ｒ相電流値、Ｓ相電流値及びＴ相電流値を「入力電流値」と総称することがある。

【0022】

直流電圧検出部３５は、第一コンバータ１１から出力される直流電圧ＤＣ１の値を検出し、検出した直流電圧値を制御部３６へ出力する。

【0023】

アンバランス判定部３４は、入力電流波形におけるゼロクロス点と、入力電流値とに基づいて、三相間の入力電流にアンバランスが生じているか否か、つまり、Ｒ相波形とＳ相波形とＴ相波形とがアンバランス状態にあるか否かを判定し、判定結果（以下では「アンバランス判定結果」と呼ぶことがある）を制御部３６へ出力する。

【0024】

制御部３６は、入力電流波形のゼロクロス点、入力電圧値、入力電流値、直流電圧値、及び、アンバランス判定結果に基づいて、第一コンバータ１１に対するスイッチング制御を行う。例えば、制御部３６は、ゼロクロス点が到来するタイミング（以下では「ゼロクロスタイミング」と呼ぶことがある）、または、ゼロクロスタイミングから所定時間経過後のタイミングで、スイッチング制御を行う。

【0025】

＜電力変換装置の動作＞
図２～図８は、本開示の実施例の電力変換装置の動作例の説明に供する図である。

【0026】

図２には、Ｒ相波形、Ｓ相波形及びＴ相波形が、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間においてバランスのとれた状態（以下では「三相バランス状態」と呼ぶことがある）にある場合の一例を示す。すなわち、三相バランス状態では、Ｓ相波形ＩＳのピーク点ＰＳの電流値と、Ｔ相波形ＩＴのピーク点ＰＴの電流値と、Ｒ相波形ＩＲのピーク点ＰＲの電流値との間において、相互の差分の絶対値のすべてが所定の閾値Ｙ未満にある。さらに、三相バランス状態では、Ｓ相波形ＩＳのゼロクロス点ＺＳからピーク点ＰＳまでの経過時間ｔＳと、Ｔ相波形ＩＴのゼロクロス点ＺＴからピーク点ＰＴまでの経過時間ｔＴと、Ｒ相波形ＩＲのゼロクロス点ＺＲからピーク点ＰＲまでの経過時間ｔＲとが互いに同一である。

【0027】

以下では、第二コンバータ２１が単相電源で駆動するときの動作例１～３と、第二コンバータ２１が二相電源で駆動するときの動作例４～６とに分けて説明する。また、図３，６には、三相の入力電流波形においてピーク点の電流値の差分の絶対値（以下では「ピーク差分値」と呼ぶことがある）が閾値Ｙ以上となるときの動作例１，４を示す。また、図４，７には、三相の入力電流波形においてゼロクロス点からピーク点までの経過時間（以下では「ピーク点到達時間」と呼ぶことがある）が他の相と異なる相があるときの動作例２，５を示す。また、図５，８には、三相の入力電流波形において、ピーク差分値が閾値Ｙ以上となり、かつ、ピーク点到達時間が他の相と異なる相があるときの動作例３，６を示す。

【0028】

また以下では、Ｒ相波形のピーク点を「Ｒ相ピーク点」と呼び、Ｓ相波形のピーク点を「Ｓ相ピーク点」と呼び、Ｔ相波形のピーク点を「Ｔ相ピーク点」と呼ぶことがある。また以下では、Ｒ相ピーク点の電流値を「Ｒ相ピーク値」と呼び、Ｓ相ピーク点の電流値を「Ｓ相ピーク値」と呼び、Ｔ相ピーク点の電流値を「Ｔ相ピーク値」と呼ぶことがある。

【0029】

また以下では、図１に示すように、第二コンバータ２１が単相電源で駆動するときにＳ相の一相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられる場合の動作例１～３について説明する。また以下では、図１に示すように、第二コンバータ２１が二相電源で駆動するときにＲ相及びＴ相の二相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられる場合の動作例４～６について説明する。

【0030】

＜動作例１（図３）＞
Ｓ相波形ＩＳ１１Ａ、Ｔ相波形ＩＴ１１Ａ及びＲ相波形ＩＲ１１Ａが図３に示す状態にある場合において、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ１１ＡにおけるＳ相ピーク値ＰＳ１１Ａ、Ｔ相波形ＩＴ１１ＡにおけるＴ相ピーク値ＰＴ１１Ａ、及び、Ｒ相波形ＩＲ１１ＡにおけるＲ相ピーク値ＰＲ１１Ａを検出する。また、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ１１Ａにおけるピーク点到達時間ｔＳ、Ｔ相波形ＩＴ１１Ａにおけるピーク点到達時間ｔＴ、及び、Ｒ相波形ＩＲ１１Ａにおけるピーク点到達時間ｔＲを検出する。

【0031】

図３では、Ｔ相ピーク値ＰＴ１１Ａ及びＲ相ピーク値ＰＲ１１Ａは、Ｓ相ピーク値ＰＳ１１Ａより小さい。一方で、図３では、ピーク点到達時間ｔＳとピーク点到達時間ｔＴとピーク点到達時間ｔＲとは、互いに同一である。

【0032】

そこで、アンバランス判定部３４は、Ｓ相ピーク値ＰＳ１１ＡとＴ相ピーク値ＰＴ１１Ａとのピーク差分値ΔＰＳＴ１、及び、Ｓ相ピーク値ＰＳ１１ＡとＲ相ピーク値ＰＲ１１Ａとのピーク差分値ΔＰＳＲ１を算出する。また、アンバランス判定部３４は、ピーク差分値ΔＰＳＴ１の絶対値及びピーク差分値ΔＰＳＲ１の絶対値が閾値Ｙ以上であるか否かを判定する。

【0033】

そして、アンバランス判定部３４は、ピーク差分値ΔＰＳＴ１の絶対値及びピーク差分値ΔＰＳＲ１の絶対値の双方が閾値Ｙ以上であるという条件Ｃ１が満たされるときに、三相の入力電流がアンバランス状態にあると判定する。ここでは、Ｓ相の一相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられているため、アンバランス判定部３４は、Ｓ相においてＴ相及びＲ相とのアンバランスが発生していると判定する。

【0034】

一方で、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ１が満たされないときは、三相の入力電流が三相バランス状態にあると判定する。ここでは、条件Ｃ１が満たされるものとする。よって、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ１が満たされたことを示す信号をアンバランス判定結果として制御部３６へ出力するとともに、Ｓ相ピーク値ＰＳ１１Ａ、Ｔ相ピーク値ＰＴ１１Ａ、Ｒ相ピーク値ＰＲ１１Ａ、ピーク差分値ΔＰＳＴ１及びピーク差分値ΔＰＳＲ１を制御部３６へ出力する。

【0035】

制御部３６は、条件Ｃ１が満たされないことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、三相の入力電流が三相バランス状態にあるため、三相における通常の力率改善と出力電圧制御のためのスイッチング制御（以下では「通常スイッチング制御」と呼ぶことがある）を第一コンバータ１１に対して行う。

【0036】

一方で、制御部３６は、条件Ｃ１が満たされたことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御の他に、図３に示すように、Ｔ相ピーク値ＰＴ１１Ａ及びＲ相ピーク値ＰＲ１１ＡがＳ相ピーク値ＰＳ１１Ａと同一になり、かつ、Ｔ相波形ＩＴ１１Ａ及びＲ相波形ＩＲ１１Ａが、基準電流波形としてのＳ相波形ＩＳ１１Ａに沿うように、Ｔ相及びＲ相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。Ｔ相における追加のスイッチング制御（図３に示すＴ相制御）では、制御部３６は、Ｔ相において、Ｔ相ピーク値ＰＴ１１ＡをＴ相ピーク値ＰＴ１１Ｂに増加させることによりピーク差分値ΔＰＳＴ１を０（ゼロ）にするスイッチング制御を行って、Ｔ相波形ＩＴ１１ＡをＴ相波形ＩＴ１１Ｂに変化させる。また、Ｒ相における追加のスイッチング制御（図３に示すＲ相制御）では、制御部３６は、Ｒ相において、Ｒ相ピーク値ＰＲ１１ＡをＲ相ピーク値ＰＲ１１Ｂに増加させることによりピーク差分値ΔＰＳＲ１を０（ゼロ）にするスイッチング制御を行って、Ｒ相波形ＩＲ１１ＡをＲ相波形ＩＲ１１Ｂに変化させる。よって、このような追加のスイッチング制御によって、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間におけるアンバランスは解消され、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相の入力電流は三相バランス状態となる。

【0037】

なお、図３に示すＴ相制御及びＲ相制御は、Ｔ相波形ＩＴ１１Ａ、Ｒ相波形ＩＲ１１Ａのそれぞれの正の値の半周期におけるスイッチング制御である。しかし、図には示していないが、負の値の半周期においてもスイッチング制御が行われる。以下の図４～図８についても、同様に、負の値の半周期においてもスイッチング制御が行われる。

【0038】

＜動作例２（図４）＞
Ｓ相波形ＩＳ１２Ａ、Ｔ相波形ＩＴ１２Ａ及びＲ相波形ＩＲ１２Ａが図４に示す状態にある場合において、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ１２ＡにおけるＳ相ピーク値、Ｔ相波形ＩＴ１２ＡにおけるＴ相ピーク値、及び、Ｒ相波形ＩＲ１２ＡにおけるＲ相ピーク値を検出する。また、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ１２Ａにおけるピーク点到達時間ｔＳＡ１、Ｔ相波形ＩＴ１２Ａにおけるピーク点到達時間ｔＴＡ１、及び、Ｒ相波形ＩＲ１２Ａにおけるピーク点到達時間ｔＲＡ１を検出する。

【0039】

図４では、ピーク点到達時間ｔＴＡ１及びピーク点到達時間ｔＲＡ１は互いに同一で、かつ、ピーク点到達時間ｔＳＡ１より短い。一方で、図４では、Ｔ相ピーク値とＲ相ピーク値とＳ相ピーク値とは、互いに同一である。

【0040】

そこで、アンバランス判定部３４は、第二コンバータ２１の単相電源であるＳ相のピーク点到達時間ｔＳＡ１と、Ｓ相以外の二相のピーク点到達時間ｔＴＡ１，ｔＲＡ１のそれぞれとを比較して、到達時間の差が許容値Ｚの範囲内であるか否かを判定する。そして、アンバランス判定部３４は、ピーク点到達時間ｔＳＡ１とピーク点到達時間ｔＴＡ１との差、及び、ピーク点到達時間ｔＳＡ１とピーク点到達時間ｔＲＡ１との差の何れもが許容値Ｚの範囲内にあるときは、ピーク点到達時間ｔＳＡ１と、ピーク点到達時間ｔＴＡ１と、ピーク点到達時間ｔＲＡ１とが互いに同一であると判定する。一方で、アンバランス判定部３４は、ピーク点到達時間ｔＳＡ１とピーク点到達時間ｔＴＡ１との差、及び、ピーク点到達時間ｔＳＡ１とピーク点到達時間ｔＲＡ１との差の少なくとも一方が許容値Ｚの範囲内にないときは、ピーク点到達時間ｔＳＡ１と、ピーク点到達時間ｔＴＡ１と、ピーク点到達時間ｔＲＡ１とが互いに同一でないと判定する。

【0041】

そして、アンバランス判定部３４は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間において、ピーク点到達時間が他の二相とは異なる一相が存在するという条件Ｃ２が満たされるときに、三相の入力電流がアンバランス状態にあると判定する。また、アンバランス判定部３４は、ピーク点到達時間が他の二相とは異なる一相において他の二相とのアンバランスが発生していると判定する。ここでは、Ｓ相の一相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられているため、アンバランス判定部３４は、Ｓ相においてＴ相及びＲ相とのアンバランスが発生しているとみなす。

【0042】

一方で、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ２が満たされないとき、つまり、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間においてピーク点到達時間が互いに同一であるときは、三相の入力電流が三相バランス状態にあると判定する。ここでは、条件Ｃ２が満たされるものとする。よって、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ２が満たされたことを示す信号をアンバランス判定結果として制御部３６へ出力するとともに、ピーク点到達時間ｔＳＡ１、ピーク点到達時間ｔＴＡ１及びピーク点到達時間ｔＲＡ１を制御部３６へ出力する。

【0043】

制御部３６は、条件Ｃ２が満たされないことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0044】

一方で、制御部３６は、条件Ｃ２が満たされたことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御の他に、図４に示すように、ピーク点到達時間ｔＴＡ１，ｔＲＡ１がピーク点到達時間ｔＳＡ１と同一になり、かつ、Ｔ相波形ＩＴ１２Ａ及びＲ相波形ＩＲ１２Ａが、基準電流波形としてのＳ相波形ＩＳ１２Ａに沿うように、Ｔ相及びＲ相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。Ｔ相における追加のスイッチング制御（図４に示すＴ相制御）では、制御部３６は、Ｔ相において、ピーク点到達時間ｔＴＡ１をピーク点到達時間ｔＴＢ１に増加させることにより、Ｔ相におけるピーク点到達時間の長さをピーク点到達時間ｔＳＡ１の長さに一致させるスイッチング制御を行って、Ｔ相波形のピーク点ＰＴを図４に示すように時刻軸上で後方に移動させる。Ｔ相波形のピーク点ＰＴが時刻軸上で後方に移動することにより、Ｔ相波形ＩＴ１２ＡはＴ相波形ＩＴ１２Ｂに変化する。また、Ｒ相における追加のスイッチング制御（図４に示すＲ相制御）では、制御部３６は、Ｒ相において、ピーク点到達時間ｔＲＡ１をピーク点到達時間ｔＲＢ１に増加させることにより、Ｒ相におけるピーク点到達時間の長さをピーク点到達時間ｔＳＡ１の長さに一致させるスイッチング制御を行って、Ｒ相波形のピーク点ＰＲを図４に示すように時刻軸上で後方に移動させる。Ｒ相波形のピーク点ＰＲが時刻軸上で後方に移動することにより、Ｒ相波形ＩＲ１２ＡはＲ相波形ＩＲ１２Ｂに変化する。よって、このような追加のスイッチング制御によって、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間におけるアンバランスは解消され、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相の入力電流は三相バランス状態となる。

【0045】

＜動作例３（図５）＞
動作例３は、動作例１と動作例２とを組み合わせた動作例である。

【0046】

すなわち、Ｔ相波形ＩＴ１３Ａ、Ｓ相波形ＩＳ１３Ａ及びＲ相波形ＩＲ１３Ａが図５に示す状態にある場合、Ｔ相波形ＩＴ１３ＡにおけるＴ相ピーク値、及び、Ｒ相波形ＩＲ１３ＡにおけるＲ相ピーク値は、Ｓ相波形ＩＳ１３ＡにおけるＳ相ピーク値より小さい。また、Ｓ相ピーク値とＴ相ピーク値とのピーク差分値の絶対値、及び、Ｓ相ピーク値とＲ相ピーク値とのピーク差分値の絶対値の双方が閾値Ｙ以上である。

【0047】

また、Ｔ相波形ＩＴ１３Ａ、Ｓ相波形ＩＳ１３Ａ及びＲ相波形ＩＲ１３Ａが図５に示す状態にある場合、Ｔ相波形ＩＴ１３Ａにおけるピーク点到達時間及びＲ相波形ＩＲ１３Ａにおけるピーク点到達時間は互いに同一で、かつ、Ｓ相波形ＩＳ１３Ａにおけるピーク点到達時間より短い。なお、各相のピーク点到達時間が互いに同一であるか否かの判定は、上記のように、各相間でのピーク点到達時間差が許容値Ｚの範囲内にあるか否かを判定することによって行われ、各相間でのピーク点到達時間差が許容値Ｚの範囲内にあれば、各相のピーク点到達時間が互いに同一であるとみなされる。

【0048】

よって、アンバランス判定部３４は、三相の入力電流がアンバランス状態にあると判定し、判定結果を制御部３６へ出力する。

【0049】

そこで、制御部３６は、通常スイッチング制御の他に、図５に示すように、Ｔ相波形ＩＴ１３Ａ及びＲ相波形ＩＲ１３Ａが、基準電流波形としてのＳ相波形ＩＳ１３Ａに沿うように、Ｔ相及びＲ相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0050】

Ｔ相における追加のスイッチング制御（図５に示すＴ相制御）では、制御部３６は、Ｔ相において、Ｔ相ピーク値を増加させることにより、Ｓ相ピーク値とＴ相ピーク値とのピーク差分値を０（ゼロ）にするスイッチング制御を行う。また、Ｔ相における追加のスイッチング制御では、制御部３６は、Ｔ相において、Ｔ相波形ＩＴ１３Ａにおけるピーク点到達時間を増加させることにより、Ｔ相におけるピーク点到達時間の長さをＳ相におけるピーク点到達時間の長さに一致させるスイッチング制御を行う。これにより、Ｔ相波形ＩＴ１３ＡはＴ相波形ＩＴ１３Ｂに変化する。

【0051】

また、Ｒ相における追加のスイッチング制御（図５に示すＲ相制御）では、制御部３６は、Ｒ相において、Ｒ相ピーク値を増加させることにより、Ｓ相ピーク値とＲ相ピーク値とのピーク差分値を０（ゼロ）にするスイッチング制御を行う。また、Ｒ相における追加のスイッチング制御では、制御部３６は、Ｒ相において、Ｒ相波形ＩＲ１３Ａにおけるピーク点到達時間を増加させることにより、Ｒ相におけるピーク点到達時間の長さをＳ相におけるピーク点到達時間の長さに一致させるスイッチング制御を行う。これにより、Ｒ相波形ＩＲ１３ＡはＲ相波形ＩＲ１３Ｂに変化する。

【0052】

このような追加のスイッチング制御によってＴ相波形ＩＴ１３ＡがＴ相波形ＩＴ１３Ｂに変化し、かつ、Ｒ相波形ＩＲ１３ＡがＲ相波形ＩＲ１３Ｂに変化することにより、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間におけるアンバランスは解消され、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相の入力電流は三相バランス状態となる。

【0053】

＜動作例４（図６）＞
Ｓ相波形ＩＳ２１Ａ、Ｔ相波形ＩＴ２１Ａ及びＲ相波形ＩＲ２１Ａが図６に示す状態にある場合において、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ２１ＡにおけるＳ相ピーク値ＰＳ２１Ａ、Ｔ相波形ＩＴ２１ＡにおけるＴ相ピーク値ＰＴ２１Ａ、及び、Ｒ相波形ＩＲ２１ＡにおけるＲ相ピーク値ＰＲ２１Ａを検出する。また、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ２１Ａにおけるピーク点到達時間ｔＳ、Ｔ相波形ＩＴ２１Ａにおけるピーク点到達時間ｔＴ、及び、Ｒ相波形ＩＲ２１Ａにおけるピーク点到達時間ｔＲを検出する。

【0054】

図６では、Ｓ相ピーク値ＰＳ２１Ａは、Ｔ相ピーク値ＰＴ２１Ａ及びＲ相ピーク値ＰＲ２１Ａより小さい。一方で、図６では、ピーク点到達時間ｔＳとピーク点到達時間ｔＴとピーク点到達時間ｔＲとは、互いに同一である。

【0055】

そこで、アンバランス判定部３４は、Ｓ相ピーク値ＰＳ２１ＡとＴ相ピーク値ＰＴ２１Ａとのピーク差分値ΔＰＳＴ２、及び、Ｓ相ピーク値ＰＳ２１ＡとＲ相ピーク値ＰＲ２１Ａとのピーク差分値ΔＰＳＲ２を算出する。また、アンバランス判定部３４は、ピーク差分値ΔＰＳＴ２の絶対値及びピーク差分値ΔＰＳＲ２の絶対値が閾値Ｙ以上であるか否かを判定する。

【0056】

そして、アンバランス判定部３４は、ピーク差分値ΔＰＳＴ２の絶対値及びピーク差分値ΔＰＳＲ２の絶対値の双方が閾値Ｙ以上であるという条件Ｃ３が満たされるときに、三相の入力電流がアンバランス状態にあると判定する。ここでは、Ｒ相及びＴ相の二相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられているため、アンバランス判定部３４は、Ｒ相及びＴ相においてＳ相とのアンバランスが発生していると判定する。

【0057】

一方で、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ３が満たされないときは、三相の入力電流が三相バランス状態にあると判定する。ここでは、条件Ｃ３が満たされるものとする。よって、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ３が満たされたことを示す信号をアンバランス判定結果として制御部３６へ出力するとともに、Ｓ相ピーク値ＰＳ２１Ａ、Ｔ相ピーク値ＰＴ２１Ａ、Ｒ相ピーク値ＰＲ２１Ａ、ピーク差分値ΔＰＳＴ２及びピーク差分値ΔＰＳＲ２を制御部３６へ出力する。

【0058】

制御部３６は、条件Ｃ３が満たされないことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0059】

一方で、制御部３６は、条件Ｃ３が満たされたことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御の他に、図６に示すように、Ｓ相ピーク値ＰＳ２１Ａが、Ｔ相ピーク値ＰＴ２１ＡまたはＲ相ピーク値ＰＲ２１Ａと同一になり、かつ、Ｓ相波形ＩＳ２１Ａが、基準波形としてのＴ相波形ＩＴ２１ＡまたはＲ相波形ＩＲ２１Ａに沿うように、Ｓ相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。Ｓ相における追加のスイッチング制御（図６に示すＳ相制御）では、制御部３６は、Ｓ相において、Ｓ相ピーク値ＰＳ２１ＡをＳ相ピーク値ＰＳ２１Ｂに増加させることにより、ピーク差分値ΔＰＳＴ２またはピーク差分値ΔＰＳＲ２を０（ゼロ）にするスイッチング制御を行って、Ｓ相波形ＩＳ２１ＡをＳ相波形ＩＳ２１Ｂに変化させる。よって、このような追加のスイッチング制御によって、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間におけるアンバランスは解消され、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相の入力電流は三相バランス状態となる。

【0060】

＜動作例５（図７）＞
Ｓ相波形ＩＳ２２Ａ、Ｔ相波形ＩＴ２２Ａ及びＲ相波形ＩＲ２２Ａが図７に示す状態にある場合において、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ２２ＡにおけるＳ相ピーク値、Ｔ相波形ＩＴ２２ＡにおけるＴ相ピーク値、及び、Ｒ相波形ＩＲ２２ＡにおけるＲ相ピーク値を検出する。また、アンバランス判定部３４は、Ｓ相波形ＩＳ２２Ａにおけるピーク点到達時間ｔＳＡ２、Ｔ相波形ＩＴ２２Ａにおけるピーク点到達時間ｔＴＡ２、及び、Ｒ相波形ＩＲ２２Ａにおけるピーク点到達時間ｔＲＡ２を検出する。

【0061】

図７では、ピーク点到達時間ｔＴＡ２及びピーク点到達時間ｔＲＡ２は互いに同一で、かつ、ピーク点到達時間ｔＳＡ２より長い。一方で、図７では、Ｔ相ピーク値とＲ相ピーク値とＳ相ピーク値とは、互いに同一である。なお、各相のピーク点到達時間が互いに同一であるか否かの判定は、上記のように、各相間でのピーク点到達時間差が許容値Ｚの範囲内にあるか否かを判定することによって行われ、各相間でのピーク点到達時間差が許容値Ｚの範囲内にあれば、各相のピーク点到達時間が互いに同一であるとみなされる。

【0062】

そこで、アンバランス判定部３４はピーク点到達時間ｔＳＡ２と、ピーク点到達時間ｔＴＡ２と、ピーク点到達時間ｔＲＡ２とが互いに同一であるか否かを判定する。

【0063】

そして、アンバランス判定部３４は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間において、ピーク点到達時間が他の二相とは異なる一相が存在するという条件Ｃ２が満たされるときに、三相の入力電流がアンバランス状態にあると判定する。また、アンバランス判定部３４は、ピーク点到達時間が他の一相とは異なる二相において他の一相とのアンバランスが発生していると判定する。ここでは、Ｒ相及びＴ相の二相が第二コンバータ２１への入力電源として用いられているため、アンバランス判定部３４は、Ｒ相及びＴ相においてＳ相とのアンバランスが発生していると判定する。

【0064】

一方で、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ２が満たされないとき、つまり、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間においてピーク点到達時間が互いに同一であるときは、三相の入力電流が三相バランス状態にあると判定する。ここでは、条件Ｃ２が満たされるものとする。よって、アンバランス判定部３４は、条件Ｃ２が満たされたことを示す信号をアンバランス判定結果として制御部３６へ出力するとともに、ピーク点到達時間ｔＳＡ２、ピーク点到達時間ｔＴＡ２及びピーク点到達時間ｔＲＡ２を制御部３６へ出力する。

【0065】

制御部３６は、条件Ｃ２が満たされないことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0066】

一方で、制御部３６は、条件Ｃ２が満たされたことを示す信号がアンバランス判定結果としてアンバランス判定部３４から入力された場合は、通常スイッチング制御の他に、図７に示すように、ピーク点到達時間ｔＳＡ２が、ピーク点到達時間ｔＴＡ２またはピーク点到達時間ｔＲＡ２と同一になり、かつ、Ｓ相波形ＩＳ２２Ａが、基準波形としてのＴ相波形ＩＴ２２ＡまたはＲ相波形ＩＲ２２Ａに沿うように、Ｓ相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。Ｓ相における追加のスイッチング制御（図７に示すＳ相制御）では、制御部３６は、Ｓ相において、ピーク点到達時間ｔＴＡ２をピーク点到達時間ｔＴＢ２に増加させることにより、Ｓ相におけるピーク点到達時間の長さをピーク点到達時間ｔＴＡ２またはピーク点到達時間ｔＲＡ２の長さに一致させるスイッチング制御を行って、Ｓ相波形のピーク点ＰＳを図７に示すように時刻軸上で後方に移動させる。Ｓ相波形のピーク点ＰＳが時刻軸上で後方に移動することにより、Ｓ相波形ＩＳ２２ＡはＳ相波形ＩＳ２２Ｂに変化する。よって、このような追加のスイッチング制御によって、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間におけるアンバランスは解消され、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相の入力電流は三相バランス状態となる。

【0067】

＜動作例６（図８）＞
動作例６は、動作例４と動作例５とを組み合わせた動作例である。

【0068】

すなわち、Ｔ相波形ＩＴ２３Ａ、Ｓ相波形ＩＳ２３Ａ及びＲ相波形ＩＲ２３Ａが図８に示す状態にある場合、Ｔ相波形ＩＴ２３ＡにおけるＴ相ピーク値、及び、Ｒ相波形ＩＲ２３ＡにおけるＲ相ピーク値は、Ｓ相波形ＩＳ２３ＡにおけるＳ相ピーク値より大きい。また、Ｓ相ピーク値とＴ相ピーク値とのピーク差分値の絶対値、及び、Ｓ相ピーク値とＲ相ピーク値とのピーク差分値の絶対値の双方が閾値Ｙ以上であり、かつ、Ｔ相ピーク値とＲ相ピーク値とのピーク差分値の絶対値が閾値Ｙ未満である。

【0069】

また、Ｔ相波形ＩＴ２３Ａ、Ｓ相波形ＩＳ２３Ａ及びＲ相波形ＩＲ２３Ａが図８に示す状態にある場合、Ｔ相波形ＩＴ２３Ａにおけるピーク点到達時間及びＲ相波形ＩＲ２３Ａにおけるピーク点到達時間は互いに同一で、かつ、Ｓ相波形ＩＳ２３Ａにおけるピーク点到達時間より長い。なお、各相のピーク点到達時間が互いに同一であるか否かの判定は、上記のように、各相間でのピーク点到達時間差が許容値Ｚの範囲内にあるか否かを判定することによって行われ、各相間でのピーク点到達時間差が許容値Ｚの範囲内にあれば、各相のピーク点到達時間が互いに同一であるとみなされる。

【0070】

よって、アンバランス判定部３４は、三相の入力電流がアンバランス状態にあると判定し、判定結果を制御部３６へ出力する。

【0071】

そこで、制御部３６は、通常スイッチング制御の他に、図８に示すように、Ｓ相波形ＩＳ２３Ａが、基準電流波形としてのＴ相波形ＩＴ２３ＡまたはＲ相波形ＩＲ２３Ａに沿うように、Ｓ相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0072】

Ｓ相における追加のスイッチング制御（図８に示すＳ相制御）では、制御部３６は、Ｓ相において、Ｓ相ピーク値を増加させることにより、Ｓ相ピーク値とＴ相ピーク値とのピーク差分値、または、Ｓ相ピーク値とＲ相ピーク値とのピーク差分値を０（ゼロ）にするスイッチング制御を行う。また、Ｓ相における追加のスイッチング制御では、制御部３６は、Ｓ相において、Ｓ相波形ＩＳ２３Ａにおけるピーク点到達時間を増加させることにより、Ｓ相におけるピーク点到達時間の長さをＴ相及びＲ相におけるピーク点到達時間の長さに一致させるスイッチング制御を行う。これにより、Ｓ相波形ＩＳ２３ＡはＳ相波形ＩＳ２３Ｂに変化する。

【0073】

このような追加のスイッチング制御によってＳ相波形ＩＳ２３ＡがＳ相波形ＩＳ２３Ｂに変化することにより、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相間におけるアンバランスは解消され、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相の入力電流は三相バランス状態となる。

【0074】

＜電力変換装置における処理手順＞
図９は、本開示の実施例の電力変換装置における処理手順の一例を示すフローチャートである。

【0075】

図９において、ステップＳ３００では、制御部３６は、第二コンバータ２１が、単相電源で駆動しているか、または、二相電源で駆動しているかを判定する。例えば、第二コンバータ２１が単相電源または二相電源の何れで駆動しているかの情報（以下では「電源情報」と呼ぶことがある）は予め記憶部３７に記憶されており、制御部３６は、記憶部３７に記憶された電源情報を参照することにより、第二コンバータ２１が、単相電源で駆動しているか、または、二相電源で駆動しているかを判定する。第二コンバータ２１が単相電源で駆動しているときは（ステップＳ３００：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０５へ進み、第二コンバータ２１が二相電源で駆動しているときは（ステップＳ３００：Ｎｏ）、処理はステップＳ３２０へ進む。

【0076】

ステップＳ３０５では、アンバランス判定部３４は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相のうち、単相電源として用いられている一相に他の二相とのアンバランスが発生しているか否か、つまり、単相アンバランスが発生しているか否かを判定する。単相アンバランスが発生しているときは（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３１０へ進み、単相アンバランスが発生していないとき、つまり、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相が三相バランス状態にあるときは（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１５へ進む。

【0077】

ステップＳ３１０では、制御部３６は、通常スイッチング制御に加えて、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相のうち、単相電源として用いられている一相以外の他の二相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0078】

また、ステップＳ３２０では、アンバランス判定部３４は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相のうち、二相電源として用いられている二相に他の一相とのアンバランスが発生しているか否か、つまり、二相アンバランスが発生しているか否かを判定する。二相アンバランスが発生しているときは（ステップＳ３２０：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３２５へ進み、二相アンバランスが発生していないとき、つまり、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相が三相バランス状態にあるときは（ステップＳ３２０：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１５へ進む。

【0079】

ステップＳ３２５では、制御部３６は、通常スイッチング制御に加えて、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の三相のうち、二相電源として用いられている二相以外の他の一相における追加のスイッチング制御を第一コンバータ１１に対して行う。

【0080】

一方で、ステップＳ３１５では、制御部３６は、第一コンバータ１１に対して、追加のスイッチング制御を行わず、通常スイッチング制御のみを行う。

【0081】

なお、図９には、第二コンバータ２１に供給される電源が単相電源と二相電源との間で切り換えられる場合のフローチャートが示されている。しかし、第二コンバータ２１に供給される電源は、単相電源または二相電源の何れか一方に固定されていても良い。第二コンバータ２１に供給される電源が単相電源または二相電源の何れか一方に固定されている場合、図９のフローチャートからステップＳ３００が削除され、図９のフローチャートは、単相電源の場合のフローチャート（ステップＳ３０５，Ｓ３１０，Ｓ３１５）と、二相電源の場合のフローチャート（ステップＳ３２０，Ｓ３２５，Ｓ３１５）との別個の二つのフローチャートに分かれる。

【0082】

以上、実施例について説明した。

【0083】

以上のように、本開示の電力変換装置（実施例の電力変換装置２００）は、第一コンバータ（実施例の第一コンバータ１１）と、第二コンバータ（実施例の第二コンバータ２１）と、判定部（実施例のアンバランス判定部３４）と、制御部（実施例の制御部３６）とを有する。第一コンバータは、三相交流電源（実施例の三相交流電源１００）の三相を第一の直流電圧に変換する。第二コンバータは、三相交流電源の一相または二相を第二の直流電圧に変換する。判定部は、三相交流電源から第一コンバータへ入力される三相の電流間にアンバランスが発生しているか否かを判定する。制御部は、三相の電流間にアンバランスが発生しているときに、アンバランスを解消する制御を第一コンバータに対して行う。

【0084】

例えば、判定部は、三相交流電源から第一コンバータへ入力される三相の電流のピーク値に基づいて、アンバランスが発生しているか否かを判定する。

【0085】

また例えば、判定部は、三相交流電源から第一コンバータへ入力される三相の電流の電流波形におけるゼロクロス点からピーク点までの経過時間に基づいて、アンバランスが発生しているか否かを判定する。

【0086】

こうすることで、三相交流電源から第一コンバータへ入力される三相の電流を三相バランス状態に保つことができるため、電流高調波を抑制できる。特に、大きさの異なる複数の負荷を駆動するための電力変換装置において電流高調波を抑制できる。

【符号の説明】

【0087】

２００ 電力変換装置
１１ 第一コンバータ
２１ 第二コンバータ
３１ ゼロクロス検出部
３２ 入力電圧検出部
３３ 入力電流検出部
３４ アンバランス判定部
３５ 直流電圧検出部
３６ 制御部
３７ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】