(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路の電流推定回路であって、
電源から出力され第１位相、第２位相、第３位相を含む３つの交流電圧の各位相を特定する位相特定部と、
前記位相特定部が特定した前記各位相に基づいて決定した時間間隔において、前記３つの交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定する電流特定部と、
前記電流特定部が特定した整流後の電圧に対応する電流に基づいて、前記３つの交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定する電流推定部と、
前記電流推定部が推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定する電流判定部と、
前記電流判定部が前記推定したそれぞれの電流が前記電流異常検出しきい値を超えたと判定した場合に、当該判定に対応する前記推定したそれぞれの電流の上限を制限する電流制限部と、
を備え、
前記第１位相は、
クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうちの一方であり、
前記第２位相は
前記第１位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相であり、
前記第３位相は、
前記第２位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である、
電流推定回路。
【請求項２】
前記第１位相は、
クロスタイミングが前記３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうち、前記クロスタイミングが前記３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相である、
請求項１に記載の電流推定回路。
【請求項３】
前記第１位相は、
クロスタイミングが前記３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうち、前記クロスタイミングが前記３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相である、
請求項１に記載の電流推定回路。
【請求項４】
前記電流特定部は、
前記整流後の抵抗に流れる電流に基づいて、前記整流後の電圧に対応する電流を特定する、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電流推定回路。
【請求項５】
前記電流特定部は、
前記整流後のカレントトランスが検出する電流に基づいて、前記整流後の電圧に対応する電流を特定する、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電流推定回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電流推定回路と、
前記整流回路が出力する電圧を平滑化する平滑化回路と、
を備えるＡＣ−ＤＣコンバータ。
【請求項７】
請求項６に記載のＡＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ−ＤＣコンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
を備える電力制御装置。
【請求項８】
電源から出力される３つの交流電圧であって、クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうちの一方である第１位相、前記第１位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第２位相、前記第２位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第３位相を含む３つの交流電圧の各位相を特定することと、
特定した前記各位相に基づいて決定した時間間隔において、前記３つの交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定することと、
特定した整流後の電圧に対応する電流に基づいて、前記３つの交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定することと、
推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定することと、
前記推定したそれぞれの電流が前記電流異常検出しきい値を超えたと判定した場合に、当該判定に対応する前記推定したそれぞれの電流の上限を制限することと、
を含む電流推定方法。
【請求項９】
コンピュータに、
電源から出力される３つの交流電圧であって、クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうちの一方である第１位相、前記第１位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第２位相、前記第２位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第３位相を含む３つの交流電圧の各位相を特定することと、
特定した前記各位相に基づいて決定した時間間隔において、前記３つの交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定することと、
特定した整流後の電圧に対応する電流に基づいて、前記３つの交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定することと、
推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定することと、
前記推定したそれぞれの電流が前記電流異常検出しきい値を超えたと判定した場合に、当該判定に対応する前記推定したそれぞれの電流の上限を制限することと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流推定回路、ＡＣ−ＤＣコンバータ、電力制御装置、電流推定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流電源から供給される交流電圧に基づいてモータを駆動する電圧を生成するシステムがある。一般的に、モータを駆動する電圧を生成するシステムは、ＡＣ−ＤＣコンバータとインバータとを備える。そして、そのシステムは、三相交流電源から供給される交流電圧をＡＣ−ＤＣコンバータで交流電圧から直流電圧に変換し、インバータでＡＣ−ＤＣコンバータが変換した直流電圧を交流電圧に変換する。こうすることで、システムは、モータを駆動するのに適したＤＣ電圧を生成している。
特許文献１には、関連する技術として、ＰＷＭ整流回路及びＰＷＭインバータを備える装置において、電流に基づいてＰＷＭ整流回路への供給電圧に異常の有無を判定し、異常があると判定した場合に、ＰＷＭインバータの出力周波数またはデューティを小さくすることで回路を保護する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７５９９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的なモータを駆動する電圧を生成するシステムにおいて、三相交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧が不平衡状態となると、三相交流電源から電力が供給される装置、あるいは、その装置の後段に接続される装置に過大な電流が流れることがある。その場合、システムに不具合が発生してしまう可能性がある。
そのため、三相交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧が不平衡状態になった場合に、システムにおける異常な状態を容易に検出することができ、システムを保護することのできる技術が求められていた。
【０００５】
そこで、この発明は、上記の課題を解決することのできる電流推定回路、ＡＣ−ＤＣコンバータ、電力制御装置、電流推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、電流推定回路は、整流回路の電流推定回路であって、電源から出力され第１位相、第２位相、第３位相を含む３つの交流電圧の各位相を特定する位相特定部と、前記位相特定部が特定した前記各位相に基づいて決定した時間間隔において、前記３つの交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定する電流特定部と、前記電流特定部が特定した整流後の電圧に対応する電流に基づいて、前記３つの交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定する電流推定部と、前記電流推定部が推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定する電流判定部と、前記電流判定部が前記推定したそれぞれの電流が前記電流異常検出しきい値を超えたと判定した場合に、当該判定に対応する前記推定したそれぞれの電流の上限を制限する電流制限部と、を備え、前記第１位相は、クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうちの一方であり、前記第２位相は前記第１位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相であり、前記第３位相は、前記第２位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様における電流推定回路において、前記第１位相は、クロスタイミングが前記３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうち、前記クロスタイミングが前記３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相であってもよい。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様における電流推定回路において、前記第１位相は、クロスタイミングが前記３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうち、前記クロスタイミングが前記３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相であってもよい。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れか１つの電流推定回路において、前記電流特定部は、前記整流後の抵抗に流れる電流に基づいて、前記整流後の電圧に対応する電流を特定するものであってもよい。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、第１の態様から第３の態様の何れか１つの電流推定回路において、前記電流特定部は、前記整流後のカレントトランスが検出する電流に基づいて、前記整流後の電圧に対応する電流を特定するものであってもよい。
【００１１】
本発明の第６の態様によれば、ＡＣ−ＤＣコンバータは、第１の態様から第５の態様の何れか１つの電流推定回路と、前記整流回路が出力する電圧を平滑化する平滑化回路と、を備える。
【００１２】
本発明の第７の態様によれば、電力制御装置は、第６の態様のＡＣ−ＤＣコンバータと、前記ＡＣ−ＤＣコンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を備える。
【００１３】
本発明の第８の態様によれば、電流推定方法は、電源から出力される３つの交流電圧であって、クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうちの一方である第１位相、前記第１位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第２位相、前記第２位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第３位相を含む３つの交流電圧の各位相を特定することと、特定した前記各位相に基づいて決定した時間間隔において、前記３つの交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定することと、特定した整流後の電圧に対応する電流に基づいて、前記３つの交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定することと、推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定することと、前記推定したそれぞれの電流が前記電流異常検出しきい値を超えたと判定した場合に、当該判定に対応する前記推定したそれぞれの電流の上限を制限することと、を含む。
【００１４】
本発明の第９の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、電源から出力される３つの交流電圧であって、クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの線間電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相、及び、前記クロスタイミングが前記３つの交流電圧における３つの相電圧のうちの１つに関して規定されるときの位相のうちの一方である第１位相、前記第１位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第２位相、前記第２位相に対して位相を＋１２０度ずらした位相である第３位相を含む３つの交流電圧の各位相を特定することと、特定した前記各位相に基づいて決定した時間間隔において、前記３つの交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定することと、特定した整流後の電圧に対応する電流に基づいて、前記３つの交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定することと、推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定することと、前記推定したそれぞれの電流が前記電流異常検出しきい値を超えたと判定した場合に、当該判定に対応する前記推定したそれぞれの電流の上限を制限することと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施形態による整流回路の電流推定回路によれば、三相交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧が不平衡状態になった場合に、システムにおける異常な状態を容易に検出することができ、システムを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による整流回路１００を備える電力制御装置１の構成の一例を示す図である。
【図２】三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電圧が平衡状態の場合の電圧及び電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。
【図３】三相交流電圧が不平衡状態の場合の電圧及び電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。
【図４】本実施形態による電力制御装置１の通常状態の処理フローの一例を示す図である。
【図５】本実施形態による電力制御装置１の異常状態を検出する処理フローの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＰＡＭ回路を備える電力制御装置１ａの構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるアクティブコンバータを備える電力制御装置１ｂの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
まず、本実施形態による整流回路１００を備える電力制御装置１の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による整流回路１００を備える電力制御装置１の構成の一例を示す図である。
図１で示すように、本実施形態による電力制御装置１は、交流電源１０と、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ２０と、インバータ３０と、モータ４０と、を備える。
【００２１】
交流電源１０は、複数の交流電圧を出力する。例えば、交流電源１０は、互いに位相が１２０度ずれた３つの正弦波交流電圧（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）を整流部１０１に出力する。
【００２２】
ＡＣ−ＤＣコンバータ２０は、整流回路１００と、リアクトル１０８と、キャパシタ１０９と、を備える。
整流回路１００は、整流部１０１と、電流検出抵抗１１０と、電流推定回路１１１と、を備える。
整流部１０１は、交流電源１０が出力する交流電圧を整流する。例えば、整流部１０１は、６つのダイオードＤ１〜Ｄ６を備える。ダイオードＤ１のアノードは、ダイオードＤ２のカソードに接続されている。また、ダイオードＤ３のアノードは、ダイオードＤ４のカソードに接続されている。また、ダイオードＤ５のアノードは、ダイオード６のカソードに接続されている。交流電源１０は、Ｒ相の交流電圧をこのダイオードＤ１のアノードに出力する。また、交流電源１０は、Ｓ相の交流電圧をこのダイオードＤ３のアノードに出力する。また、交流電源１０は、Ｔ相の交流電圧をこのダイオードＤ５のアノードに出力する。そして、整流部１０１は、交流電源１０が整流部１０１に出力する交流電圧を全波整流する。
電流検出抵抗１１０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０に流れるコンバータ電流を検出する抵抗である。
【００２３】
電流推定回路１１１は、位相特定部１０２と、電流特定部１０３と、マイクロコンピュータ１０４と、を備える。
電流推定回路１１１が備える位相特定部１０２は、交流電源１０から出力される複数の交流電圧の各位相を特定する。例えば、位相特定部１０２は、ゼロクロス検出回路を備える。位相特定部１０２が備えるゼロクロス検出回路は、線間電圧または相電圧を用いてゼロクロス点を検出する。なお、ゼロクロス点とは、交流電圧の振幅ゼロを示すバイアス電圧と交流電圧とが交差する点である。
【００２４】
例えば、相電圧を用いてゼロクロス点を検出する場合、位相特定部１０２が備えるゼロクロス検出回路は、Ｒ相の交流電圧のゼロクロス点を検出する。位相特定部１０２は、ゼロクロス検出回路が検出したＲ相の交流電圧のゼロクロス点に基づいて、Ｒ相の交流電圧のゼロクロスタイミングを特定する。位相特定部１０２は、特定したＲ相の交流電圧のゼロクロスタイミングを＋１２０度の位相に相当するタイミングの分（＋３分の１周期分）だけずらしたタイミングをＳ相の交流電圧のゼロクロスタイミングと特定する。また、位相特定部１０２は、特定したＳ相の交流電圧のゼロクロスタイミングを＋１２０度の位相に相当するタイミングの分だけずらしたタイミングをＴ相の交流電圧のゼロクロスタイミングと特定する。
【００２５】
また、例えば、線間電圧を用いてゼロクロス点を検出する場合、位相特定部１０２が備えるゼロクロス検出回路は、Ｒ−Ｓ電圧のゼロクロス点を検出する。位相特定部１０２は、ゼロクロス検出回路が検出したＲ−Ｓ電圧のゼロクロス点に基づいて、Ｒ−Ｓ電圧のゼロクロスタイミングを特定する。位相特定部１０２は、特定したＲ−Ｓ電圧のゼロクロスタイミングを＋１２０度の位相に相当するタイミングの分（＋３分の１周期分）だけずらしたタイミングをＳ−Ｔ電圧のゼロクロスタイミングと特定する。また、位相特定部１０２は、特定したＳ−Ｔ電圧のゼロクロスタイミングを＋１２０度の位相に相当するタイミングの分だけずらしたタイミングをＴ−Ｒ電圧のゼロクロスタイミングと特定する。
【００２６】
なお、位相特定部１０２が備えるゼロクロス検出回路は、三相交流電圧の１相（相電圧を用いてゼロクロス点を検出する場合にはＲ相の交流電圧のゼロクロス点、線間電圧を用いてゼロクロス点を検出する場合にはＲ−Ｓ電圧のゼロクロス点）を検出するものに限定するものではない。例えば、ゼロクロス検出回路は、三相交流電圧の２相を検出するものであってもよい。また、ゼロクロス検出回路は、三相交流電圧の３相を検出するものであってもよい。なお、ゼロクロス検出回路は、三相交流電圧のうち位相を検出する電圧の数を増加すると、ノイズや検出誤差による位相検出結果への影響を低減することができる。
【００２７】
電流特定部１０３は、位相特定部１０２が特定した複数の交流電圧の各位相に基づいて決定したゼロクロスタイミングの時間間隔において、複数の交流電圧の整流後の電圧に対応する電流を特定する。例えば、電流特定部１０３は、整流回路１００の後段に配置された抵抗の両端に生じる電圧を取得する。そして、電流特定部１０３は、取得した電圧をその抵抗の抵抗値で除算することにより電流を算出する。また、例えば、電流特定部１０３は、整流回路１００の後段に配置された電流検出抵抗１１０の両端の電圧を抵抗値で除算し電流を取得する。
【００２８】
マイクロコンピュータ１０４は、電流推定部１０５と、電流判定部１０６と、電流制限部１０７と、を備える。
電流推定部１０５は、電流特定部１０３が特定した複数の交流電圧の整流後の電圧に対応する電流に基づいて、複数の交流電圧のそれぞれに対応するそれぞれの電流を推定する。
電流判定部１０６は、電流推定部１０５が推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定する。なお、電流異常検出しきい値は、これ以上の電流が流れると電力制御装置１が通常とは異なる状態であると電流判定部１０６が判定する基準となる電流値である。電流異常検出しきい値は、例えば、回路シミュレーションにより決定すればよい。
電流制限部１０７は、電流が電流異常検出しきい値を超えたと電流判定部１０６が判定した場合に、当該判定に対応する電流の上限を制限する。
【００２９】
リアクトル１０８とキャパシタ１０９は、平滑化回路を構成する。この平滑化回路は、整流回路１００が出力する電圧を平滑化する。
【００３０】
インバータ３０は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０が出力する直流電圧を交流電圧に変換する。例えば、インバータ３０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されるインバータである。
モータ４０は、インバータ３０が出力する交流電圧に応じて動作する。
【００３１】
次に、整流回路１００が行う交流電圧の全波整流について説明する。
図２は、三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電圧が平衡状態の場合の電圧及び電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。
シミュレーション条件は、三相交流電圧の周波数が５０ヘルツである。また、三相交流電圧の振幅が３８０ボルトである。
【００３２】
図２（１）は、三相交流電圧の整流後の線間電圧（Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧）のシミュレーション波形である。横軸は時間を示している。また、縦軸は電圧を示している。
Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧のそれぞれのシミュレーション波形は、位相が互いに１２０度ずつずれている。また、三相交流電圧が平衡状態であるため、Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧のそれぞれのシミュレーション波形は、振幅が同一である。
【００３３】
図２（２）は、コンバータ電流のシミュレーション波形である。横軸は時間を示している。また、縦軸は電流を示している。
コンバータ電流は、三相交流電圧の整流後の電圧に対応する電流の総和であり、電流特定部１０３が特定した電流である。
三相交流電圧が平衡状態であり、Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧のそれぞれがほぼ同一である。そのため、三相交流電圧の整流後の電圧に対応する電流の総和であるコンバータ電流は、バイアス電流にわずかな上下変動がみられるが、一定周期の正弦波に近い波形の電流変動を示している。
【００３４】
図２（３）は、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流のシミュレーション波形である。横軸は時間を示している。また、縦軸は電流を示している。
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流は、三相交流電圧が平衡状態であるため、位相が互いに１２０度ずつずれているが、それぞれの電流波形はほぼ同一である。
【００３５】
図３は、三相交流電圧が不平衡状態の場合の電圧及び電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。
シミュレーション条件は、三相交流電圧の周波数が５０ヘルツである。また、三相交流電圧の振幅が３８０ボルトである。ただし、三相交流電圧が不平衡状態の場合の電圧及び電流のシミュレーションでは、不平衡率として３パーセントのばらつきを持たせている。（Ｓ相とＴ相の交流電圧の振幅は、Ｒ相の交流電圧の振幅に比べて３パーセント大きくしている。）
【００３６】
図３（１）は、三相交流電圧の整流後の線間電圧（Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧）のシミュレーション波形である。横軸は時間を示している。また、縦軸は電圧を示している。
Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧のそれぞれのシミュレーション波形は、位相が互いに１２０度ずつずれている。また、不平衡率が３パーセントであり、三相交流電圧が不平衡状態であるため、Ｓ−Ｔ電圧のシミュレーション波形は、Ｒ−Ｓ電圧、Ｔ−Ｒ電圧のそれぞれのシミュレーション波形に比べて、振幅が大きい。
【００３７】
図３（２）は、コンバータ電流のシミュレーション波形である。横軸は時間を示している。また、縦軸は電流を示している。
三相交流電圧が不平衡状態であり、Ｓ−Ｔ電圧のシミュレーション波形は、Ｒ−Ｓ電圧、Ｔ−Ｒ電圧のそれぞれのシミュレーション波形に比べて、振幅が大きい。そのため、三相交流電圧の整流後の電圧に対応する電流の総和であるコンバータ電流は、三相交流電圧が平衡状態である場合に見られた一定周期の正弦波に近い波形とは異なり、一定周期ではあるが、大きな電流を流す期間と、あまり電流を流さない期間とから成る波形である。また、三相交流電圧が不平衡状態である場合のコンバータ電流は、三相交流電圧が平衡状態である場合のコンバータ電流に比べてピーク値が大きい。
【００３８】
図３（３）は、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流のシミュレーション波形である。横軸は時間を示している。また、縦軸は電流を示している。
三相交流電圧が不平衡状態であるため、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流は、三相交流電圧が不平衡状態である場合とは異なり、互いに異なる電流波形である。
【００３９】
ここで、図３に示すように、期間１〜期間６に分け、図３（２）と図３（３）に注目する。
期間１と期間４は、図３（３）に示すように、三相交流電圧のＴ相に対応する電流が流れない期間である。したがって、図３（２）に示すコンバータ電流の期間１と期間４における電流は、三相交流電圧のＲ相とＳ相に対応する電流に基づいて流れる電流である。
また、期間２と期間５は、図３（３）に示すように、三相交流電圧のＳ相に対応する電流が流れない期間である。したがって、図３（２）に示すコンバータ電流の期間２と期間５における電流は、三相交流電圧のＲ相とＴ相に対応する電流に基づいて流れる電流である。
また、期間３と期間６は、図３（３）に示すように、三相交流電圧のＲ相に対応する電流が流れない期間である。したがって、図３（２）に示すコンバータ電流の期間３と期間６における電流は、三相交流電圧のＳ相とＴ相に対応する電流に基づいて流れる電流である。
したがって、期間１〜期間６のコンバータ電流のそれぞれは、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流に基づいて流れる電流である。期間１〜期間６のコンバータ電流のそれぞれは、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流に相関があり、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれに対応する電流が増加すると対応する期間１〜期間６のコンバータ電流も増加することがわかっている。そのため、電流推定部１０５は、コンバータ電流に基づいて三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に対応する電流を推定することができる。
より具体的には、電流推定部１０５は、三相交流電圧の各相に対応する電流の大小を、その電流が流れる期間に電流特定部１０３が特定したコンバータ電流を平均して推定する。例えば、三相交流電圧が不平衡状態であり、図３で示した電圧と電流である場合、電流推定部１０５は、三相交流電圧のＲ相に対応する電流を（期間１＋期間２＋期間４＋期間５）におけるコンバータ電流の平均値として推定する。また、電流推定部１０５は、三相交流電圧のＳ相に対応する電流を（期間１＋期間３＋期間４＋期間６）におけるコンバータ電流の平均値として推定する。また、電流推定部１０５は、三相交流電圧のＴ相に対応する電流を(期間２＋期間３＋期間５＋期間６)におけるコンバータ電流の平均値として推定する。
そして、電流判定部１０６は、電流推定部１０５が推定したそれぞれの電流が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定する。
電流制限部１０７は、電流が電流異常検出しきい値を超えたと電流判定部１０６が判定した場合に、当該判定に対応する電流の上限を制限する。
こうすることで、電力制御装置１は、三相交流電圧が不平衡状態である場合に流れる過大な電流を検出し装置を保護することができる。
【００４０】
次に、本実施形態による電力制御装置１が行う処理について説明する。
なお、ここでは、図１で示した電力制御装置１を例に処理について説明する。
【００４１】
まず、電力制御装置１が三相交流電圧を整流して直流電圧を生成し、生成した直流電圧からモータ４０を駆動する交流電圧を生成する通常状態の処理について説明する。
図４は、本実施形態による電力制御装置１の通常状態の処理フローの一例を示す図である。
電力制御装置１が備える交流電源１０は、互いに位相が１２０度ずつずれた三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）交流電圧をＡＣ−ＤＣコンバータ２０に出力する。
【００４２】
ＡＣ−ＤＣコンバータ２０が交流電源１０から三相交流電圧を入力すると、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０が備える整流部１０１は、交流電源１０から三相交流電圧を入力する（ステップＳ１）。より具体的には、例えば、整流部１０１は、図１に示すように、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードとの接続ノードからＲ相の交流電圧を入力する。また、整流部１０１は、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードとの接続ノードからＳ相の交流電圧を入力する。また、整流部１０１は、ダイオードＤ５のアノードとダイオードＤ６のカソードとの接続ノードからＴ相の交流電圧を入力する。
整流部１０１は、入力した三相交流電圧を全波整流する（ステップＳ２）。そして、整流部１０１は、整流後の電圧をリアクトル１０８に出力する。
【００４３】
リアクトル１０８とキャパシタ１０９は、平滑化回路を構成し、整流後の電圧を平滑化する（ステップＳ３）。そして、リアクトル１０８とキャパシタ１０９は、平滑化後の直流電圧をインバータ３０に出力する。
【００４４】
インバータ３０は、直流電圧を入力すると、入力した直流電圧からモータ４０を駆動するための交流電圧を生成する（ステップＳ４）。インバータ３０は、生成した交流電圧をモータ４０に出力する。
モータ４０は、インバータ３０から交流電圧を入力すると、入力した交流電圧に応じて動作する（ステップＳ５）。
以上、電力制御装置１が通常状態である場合の処理について説明した。電力制御装置１は、通常状態では上述のような処理を行うことでモータ４０を動作させる。
【００４５】
次に、電力制御装置１が通常状態の処理と並行に行う異常状態を検出する処理について説明する。
図５は、本実施形態による電力制御装置１の異常状態を検出する処理フローの一例を示す図である。
ＡＣ−ＤＣコンバータ２０が交流電源１０から三相交流電圧を入力すると、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０が備える位相特定部１０２は、交流電源１０から三相交流電圧を入力する。
位相特定部１０２は、入力した三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧の位相を特定する（ステップＳ１１）。例えば、位相特定部１０２は、ゼロクロス検出回路を備える。そして、位相特定部１０２が備えるゼロクロス検出回路は、線間電圧Ｒ−Ｓ電圧のゼロクロス点を検出する。位相特定部１０２は、ゼロクロス検出回路が検出したＲ−Ｓ電圧のゼロクロス点をＲ−Ｓ電圧のゼロクロスタイミングと特定する。また、位相特定部１０２は、特定したＲ−Ｓ電圧のゼロクロスタイミングを＋１２０度の位相に相当するタイミングの分（＋３分の１周期分）だけずらしたタイミングをＳ−Ｔ電圧のゼロクロスタイミングと特定する。また、位相特定部１０２は、特定したＳ−Ｔ電圧のゼロクロスタイミングを＋１２０度の位相に相当するタイミングの分だけずらしたタイミングをＴ−Ｒ電圧のゼロクロスタイミングと特定する。なお、位相特定部１０２が備えるゼロクロス検出回路は、相電圧を用いてゼロクロス点を検出するものであってもよい。
なお、位相特定部１０２は、三相交流電圧の１相（相電圧を用いてゼロクロス点を検出する場合にはＲ相の交流電圧のゼロクロス点、線間電圧を用いてゼロクロス点を検出する場合にはＲ−Ｓ電圧のゼロクロス点）を検出するものに限定するものではない。例えば、ゼロクロス検出回路は、三相交流電圧の２相を検出するものであってもよい。また、ゼロクロス検出回路は、三相交流電圧の３相を検出するものであってもよい。なお、ゼロクロス検出回路は、三相交流電圧のうち位相を検出する電圧の数を増加すると、ノイズや検出誤差による位相検出結果への影響を低減することができる。
位相特定部１０２は、特定した三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧の位相を電流特定部１０３に出力する。例えば、位相特定部１０２は、図３について説明した、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧の位相を示す特定線間電圧（Ｒ−Ｓ電圧、Ｓ−Ｔ電圧、Ｔ−Ｒ電圧）のそれぞれのゼロクロスタイミングを電流特定部１０３に出力する。
【００４６】
電流特定部１０３は、位相特定部１０２からゼロクロスタイミングを入力すると、ゼロクロスタイミングによって示される各期間におけるコンバータ電流を特定する（ステップＳ１２）。例えば、三相交流電圧の周波数が５０ヘルツであり、三相交流電圧の振幅が３８０ボルトであり、不平衡率が３パーセントである場合、電流特定部１０３は、図３（２）で示した、期間１〜期間６の各期間におけるコンバータ電流を特定する。電流特定部１０３は、特定した期間１〜期間６の各期間におけるコンバータ電流の電流値をマイクロコンピュータ１０４に出力する。
【００４７】
マイクロコンピュータ１０４が電流特定部１０３から期間１〜期間６の各期間におけるコンバータ電流の電流値を入力すると、マイクロコンピュータ１０４が備える電流推定部１０５は、期間１〜期間６の各期間におけるコンバータ電流の電流値に基づいて、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に対応する電流を推定する（ステップＳ１３）。例えば、三相交流電圧が不平衡状態であり、図３で示した電圧と電流である場合、電流推定部１０５は、三相交流電圧のＲ相に対応する電流を（期間１＋期間２＋期間４＋期間５）におけるコンバータ電流の平均値として推定する。また、電流推定部１０５は、三相交流電圧のＳ相に対応する電流を（期間１＋期間３＋期間４＋期間６）におけるコンバータ電流の平均値として推定する。また、電流推定部１０５は、三相交流電圧のＴ相に対応する電流を(期間２＋期間３＋期間５＋期間６)におけるコンバータ電流の平均値として推定する。
電流推定部１０５は、三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれについて推定したコンバータ電流の平均値を電流判定部１０６に出力する。
【００４８】
電流判定部１０６は、電流推定部１０５から三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれについて推定したコンバータ電流の平均値を入力する。電流判定部１０６は、入力したＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれについて推定したコンバータ電流の平均値と電流異常検出しきい値とを比較し、それぞれのコンバータ電流の平均値が電流異常検出しきい値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１４）。なお、電流異常検出しきい値は、電力制御装置１が通常とは異なる状態、すなわち、異常状態であると電流判定部１０６が判定する基準となる電流値である。
【００４９】
電流判定部１０６は、コンバータ電流の平均値が電流異常検出しきい値を超えた場合（ステップＳ１４、ＹＥＳ）、電力制御装置１が異常状態であると判定する。そして、電流判定部１０６は、異常状態であることを報知する異常報知信号を電流制限部１０７に出力する。なお、異常報知信号は、異常状態であることを報知する情報と、コンバータ電流の平均値の情報とを含んでいる。
電流制限部１０７は、電流判定部１０６から異常報知信号を入力すると、異常状態であると判定したコンバータ電流の最も大きい平均値に対応するＲ相、Ｓ相、Ｔ相の何れかについての電流の上限を制限する（ステップＳ１５）。例えば、電流制限部１０７は、電流判定部１０６から入力した異常報知信号に基づいて、最も大きいコンバータ電流の平均値に対応するＲ相、Ｓ相、Ｔ相の何れかを特定する。そして、電流制限部１０７は、特定したＲ相、Ｓ相、Ｔ相の何れかの交流電圧に対応する電流の上限を制限することにより、インバータ３０に流れる電流の上限を制限する。例えば、電流制限部１０７は、インバータ３０よりも前段に配置された電流の上限を決定するウィンドウコンパレータのしきい値を変更してインバータ３０に流れる電流の上限を制限する。なお、インバータ３０に流れる電流の上限を制限することは、電流の上限をゼロにすることを含んでいる。また、インバータ３０に流れる電流の上限を制限することは、電力制御装置１を停止することも含んでいる。
【００５０】
すると、インバータ３０は、リアクトル１０８とキャパシタ１０９ととから成る平滑化回路から上限が制限された電流に対応する直流電圧を入力する。そして、インバータ３０は、上限が制限された電流に対応する直流電圧からモータ４０を駆動するための交流電圧を生成する（ステップＳ１６）。インバータ３０は、生成した交流電圧をモータ４０に出力する。
モータ４０は、インバータ３０から交流電圧を入力すると、入力した交流電圧に応じて動作する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ１１へ戻る。
【００５１】
また、電流判定部１０６は、コンバータ電流の平均値が電流異常検出しきい値以下である場合（ステップＳ１４、ＮＯ）、電力制御装置１が通常状態であると判定する。この場合、電流制限部１０７は、制限している電流の上限を解除する（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１１へ戻る。
【００５２】
以上、本発明の一実施形態による電力制御装置１の処理フローについて説明した。上述の電力制御装置１の処理において、整流回路１００が備える位相特定部１０２は、入力した三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧の位相を特定する。電流特定部１０３は、位相特定部１０２からゼロクロスタイミングを入力すると、ゼロクロスタイミングによって示される各期間における三相交流電圧のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧に対応するコンバータ電流を特定する。
このようにすれば、三相交流電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧が不平衡状態になった場合に、推定したＲ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電圧に対応する電流に基づいて、電力制御装置１（システム）における異常な状態を容易に検出することができ、電力制御装置１を保護することができる。
【００５３】
なお、本発明の実施形態による電流推定回路１１１は、本実施形態で説明した電力制御装置１に適用するものに限定するものではない。例えば、図６に示すように、電流推定回路１１１は、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路を備える電力制御装置１に適用するものであってもよい。また、図７に示すように、電流推定回路１１１は、トランジスタなどを用いたアクティブコンバータを備える電力制御装置１に適用するものであってもよい。また、電流推定回路１１１は、アクティブフィルタを備える電力制御装置１に適用するものであってもよい。
また、本発明の実施形態による電流特定部１０３は、電流検出抵抗１１０の代わりに配置されたカレントトランスなどの電流センサが検出する電流に基づいて、コンバータ電流を検出するものであってもよい。
また、本発明の実施形態による電力制御装置１の処理フローは、三相交流電圧についての処理を例に説明したが、それに限定するものではない。例えば、電力制御装置１の処理フローは、二相交流電圧や四相以上の交流電圧についての処理であってもよい。ただし、電力制御装置１が二相交流電圧や四相以上の交流電圧についての処理を行う場合、各電圧の位相差は、三相交流電圧の位相差１２０度とは異なる。
【００５４】
なお、本発明の一実施形態における処理フローは、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。
【００５５】
なお、本発明の実施形態について説明したが、上述の電力制御装置１が備える電流推定回路１１１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・電力制御装置
１０・・・交流電源
２０・・・ＡＣ−ＤＣコンバータ
３０・・・インバータ
４０・・・モータ
１００・・・整流回路
１０１・・・整流部
１０２・・・位相特定部
１０３・・・電流特定部
１０４・・・マイクロコンピュータ
１０５・・・電流推定部
１０６・・・電流判定部
１０７・・・電流制限部
１０８、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ・・・リアクトル
１０９・・・キャパシタ
１１０・・・電流検出抵抗
１１１・・・電流推定回路
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６・・・ダイオード
【図１】
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【図２】
0006532099.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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