(57)【要約】【課題】電力変換装置において、低コストな構成下で安定した欠相検出が可能な技術を提供する。【解決手段】平滑化された電圧を検出し、該検出した電圧の、第１の時点と第２の時点の電圧差と、該第２の時点と第３の時点の電圧差とから、互いに隣り合う時間位置にある２個の電圧極大点または電圧極小点を求め、該２個の電圧極大点間または該２個の電圧極小点間の時間に基づき電圧リップルの周期または周波数を求め、該周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する。【選択図】図５
2004187472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の交流電力を全波整流し平滑化して負荷側に供給する電力変換装置において、
上記平滑化された電力の電圧を検出する電圧検出手段と、
該検出した電圧の、第１の時点と第２の時点の電圧差と、該第２の時点と第３の時点の電圧差とから、互いに隣り合う時間位置にある２個の電圧極大点または電圧極小点を求め、該２個の電圧極大点間または該２個の電圧極小点間の時間に基づき電圧リップルの周期または周波数を求め、該周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する演算手段と、
該判定結果を表示する手段と、
を備えた構成を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
複数相の交流電力を全波整流し平滑化して負荷側に供給する電力変換装置において、
交流電力を全波整流するコンバータと、
該全波整流された電力を、平滑コンデンサを用い平滑化する平滑手段と、
該平滑コンデンサの両端の電圧を検出する電圧検出手段と、
該検出した電圧につき、第１の時点の電圧値と第２の時点の電圧値の差としての第１の電圧差と、該第２の時点の電圧値と第３の時点の電圧値の差としての第２の電圧差とを求める手段と、該第１の電圧差が正、該第２の電圧差が負となる２個の電圧極大点、または、該第１の電圧差が負、該第２の電圧差が正となる２個の電圧極小点を互いに隣り合う位置に求める手段と、該２個の電圧極大点間または該２個の電圧極小点間の時間に基づき電圧リップルの周期または周波数を求める手段と、該求めた周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する手段とを備えて成る演算手段と、
該判定結果を表示する手段と、
を備えた構成を特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
上記演算手段は、上記２個の電圧極大点のうち１個目の電圧極大点、または上記２個の電圧極小点のうち１個目の電圧極小点を検知した時点から時間カウントを開始し該２個の電圧極大点間の時間または該２個の電圧極小点間の時間を求める構成である請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記電圧検出手段は、電圧を分圧する構成である請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
複数相の交流電力を全波整流し平滑化して負荷側に供給する電力変換装置に用いる欠相検出用プログラムであって、
コンピュータに、
平滑化された電圧の、第１の時点と第２の時点の電圧差と、該第２の時点と第３の時点の電圧差とを求める第１の手順と、
上記第１の手順における上記第１の時点と第２の時点の電圧差が正、上記第２の時点と第３の時点の電圧差が負となる２個の電圧極大点、または、上記第１の時点と第２の時点の電圧差が負、上記第２の時点と第３の時点の電圧差が正となる２個の電圧極小点を互いに隣り合う時間位置に求める第２の手順と、
該２個の電圧極大点間の時間または該２個の電圧極小点間の時間から電圧リップルの周期または周波数を求める第３の手順と、
該求めた周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する第４の手順と、
該判定結果の表示指示を行う第５の手順と、
を実行させることを特徴とする欠相検出用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数相の交流電力を全波整流し平滑化して負荷側に供給する電力変換装置に係り、特に、欠相検出の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
欠相検出の従来技術としては例えば、特開平１１−２１５６８６公報（特許文献１）、特開平１１−２０６００３公報（特許文献２）及び特開平６−２７６６６５公報（特許文献３）に記載されたものがある。特開平１１−２１５６８６公報には、順変換器（コンバータ）の後段に接続された平滑コンデンサの両端電圧の分圧におけるリップル電圧の振幅を検出し該振幅の大きさによって欠相検出を行う構成が記載され、特開平１１−２０６００３公報には、インバータ装置の電解コンデンサの両端電圧を検出し、該検出電圧のリップル成分を高域フィルタにより抽出し、該リップル成分の周波数または繰り返し周期を計測することで欠相を検出する構成が記載され、特開平６−２７６６６５公報には、電力系統を保護する周波数保護継電器として、電力系統の電流または電圧を所定のサンプリング時間軸でサンプリングしてデジタル量子化したデジタルデータを、時系列を保って時系列データ保存回路に保存し、該保存されたデジタルデータの絶対値をとり、該絶対値データの最大のデータが保存されたサンプリング時刻を判定し、該判定されたサンプリング時刻に基づき演算に必要な時系列関係を有するデータを時系列データ保存回路から抽出し、これを所定の演算式に代入して電力系統の周波数を算定し欠相を検出する構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２１５６８６公報
【特許文献２】
特開平１１−２０６００３公報
【特許文献３】
特開平６−２７６６６５公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に電力変換装置では電源電圧を、例えば３８０Ｖ〜４８０Ｖ程度と広範囲に変化させる場合も多い。特開平１１−２１５６８６公報記載の技術では、上記リップル電圧の振幅が電源電圧の変化によっても変動するため、電源電圧が大幅に変化する場合には、欠相に起因した振幅増大の検出基準の設定が難しくなり、安定した欠相検出ができないおそれがある。また、特開平１１−２０６００３公報記載の技術では、リップル成分の抽出のために高域フィルタ等を必要とする。また、特開平６−２７６６６５公報記載の技術では、デジタルデータ保存回路と時系列保存回路とを必要とし、かつ、該時系列データ保存回路に時系列で保存した過去のデジタルデータを所定の基準により検索する必要がある。
本発明の課題点は、（１）電源電圧が大幅に変化する場合にも、安定した欠相検出ができるようにすること、（２）マイコン等の部品を共用し低コストで対応できるようにすること、等である。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題点を解決するために、本発明では、電力変換装置またはそれに用いる欠相検出用のプログラムにおいて、基本的に、全波整流後平滑化された電圧のサンプリング時点における電圧差に基づきリップルの周期または周波数を求め、正常時と欠相時における該周波数の違いから欠相を検出する。すなわち、第１の時点における電圧と第２の時点における電圧との電圧差が正、該第２の時点における電圧と第３の時点における電圧との電圧差が負となる２個の電圧極大点、または、第１の時点における電圧と第２の時点における電圧との電圧差が負、該第２の時点における電圧と第３の時点における電圧との電圧差が正となる２個の電圧極小点を、互いに隣り合う時間位置に求め、該２個の電圧極大点間の時間または該２個の電圧極小点間の時間を１周期とする電圧リップルの周期または周波数を求め、該周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相か否かを判定する。また、該判定結果を表示する。具体的には、電力変換装置として、（１）平滑化された電力の電圧を検出する電圧検出手段と、該検出した電圧の、第１の時点と第２の時点の電圧差と、該第２の時点と第３の時点の電圧差とから、互いに隣り合う時間位置にある２個の電圧極大点または電圧極小点を求め、該２個の電圧極大点間または該２個の電圧極小点間の時間に基づき電圧リップルの周期または周波数を求め、該周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する演算手段と、該判定結果を表示する手段とを備えた構成とする。（２）交流電力を全波整流するコンバータと、平滑コンデンサを用い該全波整流された電力を平滑化する平滑手段と、該平滑コンデンサの両端の電圧を検出する電圧検出手段と、該検出した電圧につき、第１の時点の電圧値と第２の時点の電圧値の差としての第１の電圧差と、該第２の時点の電圧値と第３の時点の電圧値の差としての第２の電圧差とを求める手段と、該第１の電圧差が正、該第２の電圧差が負となる２個の電圧極大点、または、該第１の電圧差が負、該第２の電圧差が正となる２個の電圧極小点を互いに隣り合う時間位置に求める手段と、該２個の電圧極大点間または該２個の電圧極小点間の時間に基づき電圧リップルの周期または周波数を求める手段と、該求めた周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する手段とを備えて成る演算手段と、該判定結果を表示する手段とを備えた構成とする。また、欠相検出用プログラムとして（３）コンピュータに、平滑化された電圧の第１の時点と第２の時点の電圧差と、該第２の時点と第３の時点の電圧差とを求める第１の手順と、該第１の手順における上記第１の時点と第２の時点の電圧差が正、上記第２の時点と第３の時点の電圧差が負となる２個の電圧極大点、または、上記第１の時点と第２の時点の電圧差が負、上記第２の時点と第３の時点の電圧差が正となる２個の電圧極小点を互いに隣り合う時間位置に求める第２の手順と、該２個の電圧極大点間の時間または該２個の電圧極小点間の時間から電圧リップルの周期または周波数を求める第３の手順と、該求めた周期または周波数を、予め設定された基準周期または基準周波数と比較して欠相を判定する第４の手順と、該判定結果の表示指示を行う第５の手順とを実行させる構成とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例としての電力変換装置の構成例を示す図である。
図１において、１は多相交流電源、２は、多相交流電力を全波整流するコンバータ、３は、全波整流された電力を平滑化する平滑コンデンサ、４は、平滑化された直流電力を変換して負荷に供給するインバータ、５は負荷装置としての電動機、６は、平滑コンデンサ３の両端の電圧ＶＤＣを検出する電圧検出手段としての電圧検出回路、８、９、１０は分圧用抵抗、１１は電圧検出信号線、１２は基準電位線、７は、検出された電圧信号のサンプリング時点の電圧差に基づき電圧リップルの周波数を算定し該算定結果から欠相を判定する演算手段としての演算処理装置である。電圧検出回路６は、平滑コンデンサ６が接続される直流母線に直接つながれている。検出された電圧信号は電圧検出回路６内で分圧用抵抗８、９、１０によって分圧され、電圧検出信号線１１及び基準電位線１２により演算処理装置７に入力される。演算処理装置７に入力された信号（アナログ信号）は該演算処理装置７の内部でＡ／Ｄ変換されデジタル信号化される。演算処理装置７は、内部のプログラムにより、インバータ４の駆動や、そのための情報処理等を行い、上記電圧信号は、インバータ４を駆動するための情報とされる。また、演算処理装置７は、電圧検出回路６からの信号を、商用電源の周期に比べ高速で処理するようになっている。該演算処理装置７はマイコン等で構成される。
【０００７】
図２は、正常受電時に負荷装置としての電動機５を運転しているときの直流電圧波形の例を示す。リップル電圧の振幅は小さく、その周期はｔである。演算処理装置７には、電圧検出回路６の、分圧用抵抗８、９、１０で分圧された電圧波形が伝送されて処理される。
【０００８】
図３は欠相受電時、負荷装置としての電動機５を運転しているときの直流電圧波形の例を示す。３相交流受電の場合、１相が欠相すると単相受電となるため大きなリップル波形になる。この時の周期は３ｔとなる。
【０００９】
図４、図５は、演算処理装置７の説明図である。図４は、電圧検出回路６から入力される電圧信号のサンプリングの説明図、図５は、内部に格納された欠相検出用プログラムによる欠相検出処理の手順例を示す図である。欠相検出用プログラムの実行が開始されると、（１）電圧信号につき、図４のようなサンプリングを行い、第１の時点ｔｎ−２、第２の時点ｔｎ−１、第３の時点ｔｎにつき、それぞれの電圧値Ｖｎ−２、Ｖｎ−１、Ｖｎを読込み、電圧値Ｖｎ−２と電圧値Ｖｎ−１との電圧差ΔＶｎ−１（＝Ｖｎ−１−Ｖｎ−２）と、電圧値Ｖｎと電圧値Ｖｎ−１との電圧差ΔＶｎ（＝Ｖｎ−Ｖｎ−１）とを演算する（ステップＳ５１）。（２）ステップＳ５１の演算結果により、電圧差ΔＶｎ−１、ΔＶｎのそれぞれにつき、正負を判定し、ΔＶｎ−１が正、ΔＶｎが負の場合は、第２の時点ｔｎ−１またはその近傍の時点における電圧値が極大に達していると判定し、そうでない場合、すなわち、ΔＶｎ−１、ΔＶｎがともに正、ΔＶｎ−１、ΔＶｎがともに負、またはΔＶｎ−１が負、ΔＶｎが正の場合は、第２の時点ｔｎ−１またはその近傍の時点における電圧値が極大に達していないと判定する。電圧が極大点に達していると判定した場合は、その電圧極大点を１個目の電圧極大点として、その時点（第２の時点ｔｎ−１）を記憶し、該時点を起点に時間をカウントしながら、さらに続けて、上記サンプリング、電圧差演算、電圧差判定を行い、２個目の電圧極大点とその時点を求める（ステップＳ５２）。（３）上記ステップＳ５２で、電圧が極大点に達していないと判定した場合は、時間カウントの積算を開始する（ステップＳ５３）。（４）上記ステップＳ５２で、２個の電圧極大点とその時点が求まった場合は、時間カウントした該２個の電圧極大点間の時間の積算値を１周期とする周波数ｆに変換し、これをリップル電圧の周波数とする（ステップＳ５４）。（５）上記周波数ｆと、予め保存された欠相判定用の基準周波数であって欠相状態であるとするときの上限周波数Ｆと比較し、欠相状態か否かを判定する（ステップＳ５６）。（６）ｆ＞Ｆの関係を満たす場合は欠相がない正常状態と判定し、時間カウント積算をリセットしてステップＳ５１に戻る（ステップＳ５７）。（７）ｆ＞Ｆの関係を満たさない場合は欠相状態と判定する（ステップＳ５８）。（８）表示手段により警告表示を行い（ステップＳ５９）、プログラムを終了する。本実施例では、上記ステップＳ５８を実行した後も、電力変換装置の運転は継続して電動機５の運転を続行させる。これにより、不用意な電力変換装置の運転停止による他の装置への影響を防ぐことが可能となる。また、運転停止後、欠相状態のまま再び運転を開始しようとするときには警告表示を行い運転再開を阻止するようになっている。これにより、電力変換装置や負荷装置の安全性やユーザの安全性が確保される。また、上記ステップＳ５１から上記ステップＳ５８までの動作を複数回繰り返し、欠相状態と判定される回数により欠相状態を判定するようにしてもよい。この場合は、欠相検出の精度を高めることができる。
【００１０】
上記実施例では、演算処理装置７において、電圧のサンプリング時点の電圧差から２個の電圧極大点を求め、これに基づく電圧リップルの周波数の演算結果から欠相検出を行うとしたが、この他、電圧のサンプリング時点の電圧差から２個の電圧極小点を求め、これに基づく電圧リップルの周波数の演算結果から欠相検出を行う方法もある。この場合は、演算処理装置７内の欠相検出用プログラムが、例えば以下のような欠相検出処理の手順を実行する。すなわち、（１）電圧信号につき、図４のようなサンプリングを行い、第１の時点ｔｎ−２、第２の時点ｔｎ−１、第３の時点ｔｎにつき、それぞれの電圧値Ｖｎ−２、Ｖｎ−１、Ｖｎを読込み、電圧値Ｖｎ−２と電圧値Ｖｎ−１との電圧差ΔＶｎ−１（＝Ｖｎ−１−Ｖｎ−２）と、電圧値Ｖｎと電圧値Ｖｎ−１との電圧差ΔＶｎ（＝Ｖｎ−Ｖｎ−１）とを演算する。（２）上記（１）の演算結果により、電圧差ΔＶｎ−１、ΔＶｎのそれぞれにつき、正負を判定し、ΔＶｎ−１が負、ΔＶｎが正の場合は、第２の時点ｔｎ−１またはその近傍の時点における電圧値が極小値に達していると判定し、そうでない場合、すなわち、ΔＶｎ−１、ΔＶｎがともに負、ΔＶｎ−１、ΔＶｎがともに正、またはΔＶｎ−１が正、ΔＶｎが負の場合は、第２の時点ｔｎ−１またはその近傍の時点における電圧値が極小値に達していないと判定する。電圧が極小点に達していると判定した場合は、その電圧極小点を１個目の電圧極小点として、その時点（第２の時点ｔｎ−１）を記憶し、該時点を起点に時間をカウントしながら、さらに続けて、上記サンプリング、電圧差演算、電圧差判定を行い、２個目の電圧極小点とその時点を求める。（３）上記（２）において、電圧が極小点に達していないと判定した場合は、時間カウントの積算を開始する。（４）上記（２）で、２個の電圧極小点とその時点が求まった場合は、時間カウントした該２個の電圧極小点間の時間の積算値を１周期とする周波数ｆに変換し、これをリップル電圧の周波数とする。（５）上記周波数ｆと、予め保存された欠相判定用の基準周波数であって欠相状態であるとするときの上限周波数Ｆと比較し、欠相状態か否かを判定する。（６）ｆ＞Ｆの関係を満たす場合は欠相がない正常状態と判定し、時間カウント積算をリセットして上記（１）に戻る。（７）ｆ＞Ｆの関係を満たさない場合は欠相状態と判定する。（８）表示手段により警告表示を行い、プログラムを終了する。
上記の場合も、上記（１）から上記（６）までの動作を複数回繰り返し、欠相状態と判定される回数により欠相状態を判定するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記２個の電圧極大点を求める場合と上記電圧極小点を求める場合の各実施例では、演算により周波数ｆを求め、これを、予め保存された欠相判定用の基準周波数であって欠相状態であるとするときの上限の基準周波数Ｆと比較して欠相検出を行うとしたが、本発明はこれに限定されず、上記２個の電圧極大点とその時点、または、上記２個の電圧極小点とその時点が求まった場合、時間カウントした該２個の電圧極大点間または２個の電圧極小点間の時間の積算値を１周期として、これを欠相判定用の基準周期Ｔ（＝１／Ｆ）と比較することで欠相検出を行うようにしてもよい。
【００１２】
上記実施例によれば、電源電圧が大幅に変化する場合にも、振幅変動に左右されずに安定した欠相検出ができるようになる。マイコン等の部品を共用して低コストに対応できる。欠相検出の精度を向上させることも可能となる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、安定した欠相検出を低コストな構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としての電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】全波整流波形を示す図である。
【図３】欠相状態の直流電圧波形を示す図である。
【図４】電圧信号のサンプリング動作の説明図である。
【図５】本発明における欠相検出処理の手順例を示す図である。
【符号の説明】
１…多相交流電源、  ２…コンバータ、  ３…平滑コンデンサ、  ４…インバータ、  ５…電動機、  ６…電圧検出回路、  ７…演算処理装置、  ８、９、１０…分圧用抵抗、  １１…電圧検出信号線、  １２…基準電位線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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