(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換して前記交流電力を出力する変換部と、
前記変換部の出力側と負荷の間に接続される交流フィルタ回路と、
前記変換部と前記交流フィルタ回路との間に設けられて前記変換部から出力される電流を検出する第１の電流検出部と、
前記交流フィルタ回路の出力側に設けられて、前記交流フィルタ回路から前記負荷に流れる電流を検出する第２の電流検出部と、
前記第１の電流検出部が検出した電流の瞬時値から前記第２の電流検出部が検出した電流の瞬時値を減算することによって偏差電流を算出して、前記偏差電流が設定値を超える場合に前記交流フィルタ回路の異常を検出する異常検出部とを備える、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特に、電力変換装置に含まれる交流フィルタ回路の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の出力側には、交流フィルタ回路が設けられている。この交流フィルタ回路は、一般に、リアクトル（Ｌ）およびコンデンサ（Ｃ）によって構成される。電力変換装置がスイッチング動作を行なうことによって直流電力が交流電力に変換される。交流フィルタ回路は、電力変換装置が出力する交流電力に含まれる高調波成分を除去する機能を担う。
【０００３】
たとえば特開平８−３３１７５０号公報（特許文献１）は、交流フィルタ回路を備えた電力変換装置を開示する。この電力変換装置では、出力変圧器から出力される三相交流電圧の瞬時電圧波形が変圧器で検出される。その変圧器の出力波形に対応する三相交流が整流器で整流され、整流器の出力は、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル値に変換される。そのデジタル値の平均値が所定レベル外である状態が所定時間以上継続した場合に、停止命令がＰＷＭ（パルス幅変調）パルス発生回路に与えられる。これにより、ＰＷＭパルス発生回路は、インバータ装置が欠相したとしてインバータ装置の駆動を停止させる。
【０００４】
たとえば特開昭６３−２４５２７２号公報（特許文献２）は、インバータの保護回路を開示する。この保護回路は、交流フィルタ回路の出力電圧を検出する電圧検出器と、交流フィルタ回路の出力電圧に含まれる高調波成分を検出するノッチフィルタ回路と、このノッチフィルタ回路で検出された高調波成分を絶対値回路および平滑回路により、直流電圧に変換する変換回路と、この変換回路の直流電圧と、出力電圧歪率異常保護のセット値とが比較され該直流電圧が該セット値を超えるとインバータを停止する手段とからなる。
【０００５】
たとえば特開２００５−８５０８８号公報（特許文献３）は、ＤＣ−ＤＣ変換装置とインバータ装置とＡＣフィルタと、制御装置とを備えた電力変換装置を開示する。この制御装置は、可変の出力電圧補正指令値を発生させる。制御装置は、軽負荷時においてＤＣ−ＤＣ変換装置の出力電圧を低下させる電圧低下手段を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３１７５０号公報
【特許文献２】特開昭６３−２４５２７２号公報
【特許文献３】特開２００５−８５０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
リアクトルの巻線間短絡、あるいはコンデンサの容量抜けといったことが発生した場合、交流フィルタ回路は完全には故障せずに中途半端に故障した状態となる。このような場合には、交流フィルタ回路の出力に高調波成分が生じる可能性がある。交流フィルタ回路の出力に高調波成分が生じた場合には、コンデンサへの高調波成分電流によって、交流フィルタのリアクトルあるいはコンデンサが過熱する可能性がある。
【０００８】
このような問題を防ぐためには、交流フィルタ回路の出力に高調波成分が発生したときに、その高調波成分を検出できることが望ましい。しかしながら、その一方で、交流フィルタ回路の異常を検出するための構成が複雑になった場合、電力変換装置のコストが上昇することが懸念される。
【０００９】
本発明の目的は、簡易な構成で交流フィルタ回路の異常を検出可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある局面に係る電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換して交流電力を出力する変換部と、変換部の出力側と負荷の間に接続される交流フィルタ回路と、変換部と交流フィルタ回路との間に設けられて変換部から出力される電流を検出する第１の電流検出部と、交流フィルタ回路の出力側に設けられて、交流フィルタ回路から負荷に流れる電流を検出する第２の電流検出部と、第１の電流検出部が検出した電流の瞬時値から第２の電流検出部が検出した電流の瞬時値を減算することによって偏差電流を算出して、偏差電流が設定値を超える場合に交流フィルタ回路の異常を検出する異常検出部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成で交流フィルタ回路の異常を検出可能な電力変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図３】実施の形態２に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図４】実施の形態２に係る制御装置の構成の変形例を示した図である。
【図５】実施の形態３に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図６】実施の形態４に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図７】実施の形態４に係る制御装置の構成の第１の変形例を示した図である。
【図８】実施の形態４に係る制御装置の構成の第２の変形例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を負荷２へと供給する。電力変換装置１は、変換部３と、交流フィルタ回路４と、電流検出部５，７と、電圧検出部６と、制御装置８とを備える。交流フィルタ回路４は、リアクトル９とコンデンサ１０とを備える。
【００１５】
変換部３は、直流電力を交流電力に変換する。変換部３は、半導体スイッチング素子（図示せず）を含む周知のインバータ回路によって実現される。変換部３から出力される交流電力は、三相交流でもよいし単相交流でもよい。半導体スイッチング素子は、制御装置８からの信号によってオンおよびオフされる。半導体スイッチング素子の制御方式としては、たとえば周知のＰＷＭ（パルス幅変調）方式を用いることができる。
【００１６】
交流フィルタ回路４は、リアクトル９およびコンデンサ１０によって構成されるＬＣフィルタ回路である。交流フィルタ回路４は、変換部３から出力される交流電力に含まれる高調波成分を取り除く機能を担う。
【００１７】
電流検出部５は、変換部３から出力される電流ＩＡを検出して、その検出した電流ＩＡを示す信号を制御装置８に出力する。電圧検出部６は、交流フィルタ回路４から出力される電圧ＶＬを検出して、その検出した電圧ＶＬを示す信号を制御装置８に出力する。電流検出部７は、交流フィルタ回路４から出力される（負荷２に供給される）電流ＩＬを検出して、その検出した電流ＩＬを示す信号を制御装置８に出力する。
【００１８】
制御装置８は、電流検出部５によって検出された電流ＩＡ、電圧検出部６によって検出された電圧ＶＬおよび電流検出部７によって検出された電流ＩＬに基づいて、変換部３を制御するための信号を生成して、その信号を変換部３に送る。この信号は、変換部３に含まれる半導体スイッチング素子をオンおよびオフさせるための信号である。たとえば制御装置８は、電圧ＶＬおよび電流ＩＡ，ＩＬを検出するとともに、電圧ＶＬを電圧指令値に近付けるためのフィードバック制御によって半導体スイッチング素子をオンおよびオフさせる。制御装置８は、交流フィルタ回路４の異常を検出する。すなわち、本発明の実施の形態では、制御装置８によって異常検出部が実現される。
【００１９】
交流フィルタ回路４の異常が検出された場合、制御装置８は、交流フィルタ回路４の異常を検出したことを通知するための信号を出力する。この信号は、たとえば交流フィルタ回路４の異常を通知するためのランプを点灯させるための信号として用いられる。ただし、交流フィルタ回路４の異常を通知するための信号の具体的な利用方法は特に限定されるものではない。さらに制御装置８が交流フィルタ回路４の異常を検出したときには、制御装置８は、異常を通知するための信号を出力するだけでなく、変換部３の動作を停止させてもよい。
【００２０】
次に、交流フィルタ回路４の異常を検出するための制御装置８の具体的な構成について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示した構成は、ハードウェアによって実現されてもよく、ハードウェアを動作させるソフトウェア（たとえばマイクロコンピュータを動作させるプログラム）によって実現されてもよい。
【００２１】
［実施の形態１］
実施の形態１では、制御装置８は、電圧検出部６によって検出された電圧ＶＬに基づいて、交流フィルタ回路４の異常を検出する。具体的には、制御装置８は、電圧検出部６が検出した電圧ＶＬの高調波成分を検出し、その検出された高調波成分が設定値以上である場合に、交流フィルタ回路４の異常を検出する。
【００２２】
図２は、実施の形態１に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置８は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１と、実効値演算部１２と、比較回路１３と、確認時限回路１４とを備える。
【００２３】
ハイパスフィルタ１１は、電圧ＶＬから高調波成分を取り出す。ハイパスフィルタ１１のカットオフ周波数は、たとえば、電力変換装置１の出力周波数すなわち電圧ＶＬの周波数の２倍に設定される。したがって電力変換装置１の出力周波数の２倍よりも大きな周波数を有する成分（通常は、電力変換装置１の出力周波数の奇数倍の周波数を有する成分）が電圧ＶＬから取り出される。
【００２４】
実効値演算部１２は、ハイパスフィルタ１１の出力を受けて、高調波成分の実効値を演算する。たとえば自乗和の平方根によって実効値が算出される。
【００２５】
比較回路１３は、実効値演算部１２によって算出された実効値を設定値と比較する。この設定値は、外部から制御装置８に与えられていてもよく、制御装置８が予め保持していてもよい。実効値が設定値よりも大きい場合に、比較回路１３は信号を出力する。実効値が設定値よりも大きいということは電圧ＶＬの高調波成分が設定値よりも大きいことを意味する。
【００２６】
確認時限回路１４は、たとえばカウンタによって実現されて、比較回路１３が信号を出力する時間をカウントする。比較回路１３が信号を出力する時間が所定の時間を超えた場合に、確認時限回路１４は交流フィルタ回路４の異常が検出されたことを示す信号を出力する。比較回路１３が信号を出力する時間が所定時間に達するということは、交流フィルタ回路４が異常である可能性が高い。確認時限回路１４によって、交流フィルタ回路４の異常を正しく検出することができる。
【００２７】
以上のように、実施の形態１によれば、制御装置８は、電圧検出部６が検出した電圧ＶＬに含まれる高調波成分を検出して、検出された高調波成分が設定値を超える場合に交流フィルタ回路４の異常を検出する。電圧検出部６は、制御装置８が変換部３を制御するために電力変換装置１に設けられる。この電圧検出部６を利用することによって、簡素な構成で交流フィルタ回路の異常を検出することができる。
【００２８】
［実施の形態２］
実施の形態２では、制御装置８は、電流検出部５によって検出された電流ＩＡに基づいて、交流フィルタ回路４の異常を検出する。具体的には、制御装置８は、電流検出部５によって検出された電流ＩＡの高調波成分を検出し、その検出された高調波成分が設定値以上である場合に、交流フィルタ回路４の異常を検出する。
【００２９】
図３は、実施の形態２に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置８は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１と、実効値演算部２２と、比較回路２３と、確認時限回路２４とを備える。
【００３０】
図２と図３とを比較すれば分かるように、実施の形態２に係る制御装置の構成は、実施の形態１に係る制御装置の構成と同様である。実施の形態２では、ハイパスフィルタ２１によって、電流ＩＡから高調波成分が取り出される。ハイパスフィルタ２１のカットオフ周波数は、たとえば、電力変換装置１の出力周波数すなわち電圧ＶＬの周波数の２倍に設定される。
【００３１】
実効値演算部２２、比較回路２３、確認時限回路２４の機能は、実効値演算部１２、比較回路１３、確認時限回路１４の機能とそれぞれ同じである。実効値演算部２２は電流ＩＡの高調波成分の実効値を算出する。比較回路２３は、実効値演算部２２によって算出された実効値を設定値と比較する。この設定値は、外部から制御装置８に与えられていてもよく、制御装置８が予め保持していてもよい。実効値が設定値よりも大きい場合に、比較回路２３は信号を出力する。実効値が設定値よりも大きいということは電流ＩＡの高調波成分が設定値よりも大きいことを意味する。
【００３２】
確認時限回路２４は、たとえばカウンタによって実現されて、比較回路２３が信号を出力する時間をカウントする。比較回路２３が信号を出力する時間が所定の時間を超えた場合に、確認時限回路２４は、交流フィルタ回路４の異常が検出されたことを示す信号を出力する。
【００３３】
（実施の形態２の変形例）
図４は、実施の形態２に係る制御装置の構成の変形例を示した図である。図３および図４を参照して、この変形例では、制御装置８は、ハイパスフィルタ２１に代えてバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１Ａを備える。なお、図４に示した構成のうちの残りの要素は、図３に示した対応する要素と同じである。
【００３４】
バンドパスフィルタ２１Ａの通過帯域を適切に定めることによって、電流ＩＡから、特定の周波数を有する高調波成分を取り出すことができる。通過帯域は、特に限定されるものではなく、たとえば、３次高調波、５次高調波、あるいは７次高調波（これらは一例である）がバンドパスフィルタ２１Ａから取り出されるように設定される。
【００３５】
実施の形態２およびその変形例によれば、実施の形態１と同様に簡素な構成で交流フィルタ回路の異常を検出することができる。
【００３６】
さらに、実施の形態２およびその変形例によれば、交流フィルタ回路４のリアクトルあるいはコンデンサを過熱させる要因である電流の高調波成分（変換部からの電流に含まれる高調波成分）を直接的に検出できる。したがって、交流フィルタ回路の異常の検出において検出精度を高めることができる。
【００３７】
［実施の形態３］
図５は、実施の形態３に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。図５を参照して、実施の形態３に係る制御装置８は、異常検出部８Ａ，８Ｂと、ＯＲ回路２５とを備える。
【００３８】
異常検出部８Ａの構成は、実施の形態１に係る制御装置（図２参照）の構成と同様である。異常検出部８Ｂの構成は、実施の形態２に係る制御装置（図３参照）の構成と同様である。したがって、異常検出部８Ａ，８Ｂの構成に関する詳細な説明は以後繰り返さない。ＯＲ回路２５は、確認時限回路１４，２４の少なくとも一方が信号を出力する場合に、異常検出を示す信号を出力する。なお、異常検出部８Ｂの構成を、図４に示した構成に置き換えることもできる。
【００３９】
実施の形態３によれば、実施の形態１，２と同様に簡素な構成で交流フィルタ回路の異常を検出することができる。さらに、実施の形態３によれば、電圧ＶＬの高調波成分および電流ＩＡの高調波成分の少なくとも一方が設定値を超えた場合に交流フィルタ回路４の異常が検出される。これにより交流フィルタ回路４の異常を検出できる確率を高めることができる。
【００４０】
さらに、実施の形態３によれば、実施の形態２と同様に、交流フィルタ回路の異常の検出において検出精度を高めることができる。
【００４１】
［実施の形態４］
実施の形態４では、制御装置８は、電流検出部５によって検出された電流ＩＡと、電流検出部７によって検出された電流ＩＬとの両方に基づいて、交流フィルタ回路４の異常を検出する。具体的には、制御装置８は、電流ＩＡの瞬時値および電流ＩＬの瞬時値の差分を生成する。この差分を「偏差電流」と呼ぶ。偏差電流は、交流フィルタ回路４のコンデンサ１０に流れる電流に対応する。偏差電流の値が設定値以上である場合に、制御装置８は、交流フィルタ回路４の異常を検出する。
【００４２】
図６は、実施の形態４に係る制御装置の構成を示した機能ブロック図である。図６を参照して、制御装置８は、減算部３０と、実効値演算部３２と、比較回路３３と、確認時限回路３４とを備える。
【００４３】
減算部３０は、電流ＩＡの値から電流ＩＬの値を減算する。減算部３０の出力は、偏差電流の値に対応する。実効値演算部３２は、偏差電流の実効値を算出する。実施の形態１〜３と同様に、たとえば自乗和の平方根によって実効値が算出される。
【００４４】
比較回路３３は、実効値演算部３２によって算出された実効値を設定値と比較する。この設定値は、外部から制御装置８に与えられていてもよく、制御装置８が予め保持していてもよい。実効値が設定値よりも大きい場合に、比較回路３３は信号を出力する。
【００４５】
確認時限回路３４は、たとえばカウンタによって実現されて、比較回路３３が信号を出力する時間をカウントする。比較回路３３が信号を出力する時間が所定の時間を超えた場合に、確認時限回路３４は、交流フィルタ回路４の異常が検出されたことを示す信号を出力する。
【００４６】
（実施の形態４の変形例）
図７は、実施の形態４に係る制御装置の構成の第１の変形例を示した図である。図６および図７を参照して、この変形例では、図６に示された構成にローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１が追加される。ローパスフィルタ３１は、減算部３０と実効値演算部３２との間に設けられる。
【００４７】
ローパスフィルタ３１は、減算部３０によって算出された偏差電流から、負荷電流ＩＬの影響を取り除くために設けられる。ローパスフィルタ３１のカットオフ周波数は、たとえば負荷電流ＩＬの周波数に設定される。
【００４８】
図８は、実施の形態４に係る制御装置の構成の第２の変形例を示した図である。図７および図８を参照して、この変形例では、図７に示された減算部３０に、電流検出部５によって検出された電流ＩＡおよび電流検出部７によって検出された電流ＩＬに加えて、電流ＩＣの値が入力される。電流ＩＣは、コンデンサ１０に流れる電流の計算値である。減算部３０は、電流ＩＡの値から電流ＩＬの値および電流ＩＣの値を減算して、その減算結果（ＩＡ−ＩＬ−ＩＣ）を出力する。
【００４９】
実施の形態４およびその変形例によれば、実施の形態１と同様に簡素な構成で交流フィルタ回路の異常を検出することができる。
【００５０】
また、図１に示した負荷２が整流器負荷である場合がある。実施の形態４およびその変形例によれば、偏差電流を算出することによって、電流ＩＬ（負荷電流）の高調波成分の影響を電流ＩＡから取り除くことができる。これにより、実施の形態４およびその変形例によれば、実施の形態２よりも交流フィルタ回路の異常をより正確に検出することができる。
【００５１】
なお、図６、図７あるいは図８に示された構成を図５に示された異常検出部８Ｂに適用することができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
１  電力変換装置、２  負荷、３  変換部、４  交流フィルタ回路、５，７  電流検出部、６  電圧検出部、８  制御装置、８Ａ，８Ｂ  異常検出部、９  リアクトル、１０  コンデンサ、１１，２１  ハイパスフィルタ、１２，２２，３２  実効値演算部、１３，２３，３３  比較回路、１４，２４，３４  確認時限回路、２１Ａ  バンドパスフィルタ、２５  ＯＲ回路、３０  減算部、３１  ローパスフィルタ。
【図１】
0005873289.tif 000002
【図２】
0005873289.tif 000003
【図３】
0005873289.tif 000004
【図４】
0005873289.tif 000005
【図５】
0005873289.tif 000006
【図６】
0005873289.tif 000007
【図７】
0005873289.tif 000008
【図８】
0005873289.tif 000009