(57)【要約】  電力変換装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、複数のスイッチング素子を有し、平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の負荷電流から抽出し、抽出した特徴量に基づきスイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部を有する制御部とを備える。
2020184378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、
前記整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
複数のスイッチング素子を有し、前記平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
前記インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、
前記負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の前記負荷電流から抽出し、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部を有する制御部と
を備える
電力変換装置。
【請求項２】
前記故障検出部は、
抽出した前記特徴量と予め設定された閾値とを比較し、
前記特徴量が前記閾値よりも大きい場合に、前記スイッチング素子の開放故障を検出する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記交流電源は、三相交流電源であり、
前記故障検出部は、
相毎に抽出した前記特徴量の差分値を算出し、
算出した前記差分値と予め設定された閾値とを比較し、
前記差分値が前記閾値よりも大きい場合に、前記スイッチング素子の開放故障を検出する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記特徴量は、
前記負荷電流の周波数成分に含まれる偶数次高調波である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記特徴量は、
前記負荷電流の周波数成分に含まれる２次高調波である
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記特徴量は、
前記設定周期毎の前記負荷電流を積算した負荷電流積算量である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、
検出された前記負荷電流に基づき、前記インバータ部を制御するインバータ制御部をさらに有し、
前記インバータ制御部は、
前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、前記インバータ部から出力される交流電圧の周波数が前記負荷の共振周波数帯と異なるように、前記インバータ部を制御する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記故障検出部は、
前記負荷電流の周波数の状態に基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断し、
前記スイッチング素子の開放故障の検出が可能であると判断した場合に、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する処理を行う
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記故障検出部は、
前記設定周期を含む設定期間の間、前記負荷電流の周波数が一定であるか否かに基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断する
請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記故障検出部は、
前記設定周期を含む設定期間の間、前記負荷電流の周波数が第２の閾値以上であるか否かに基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断する
請求項８または９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記設定周期は、複数周期であり、
前記故障検出部は、
前記複数周期で前記特徴量を抽出する
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記負荷電流検出器は、
前記負荷電流の交流成分を検出する
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記スイッチング素子の少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置から供給される電力により駆動する圧縮機、室外熱交換器、膨張装置および室内熱交換器を冷媒配管で順次接続して冷媒を循環させる冷媒回路と
を備える
空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源からの電力を、負荷に供給する電力に変換する電力変換装置およびこれを用いた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和装置では、冷房運転および暖房運転時のエネルギー消費効率（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）ならびに通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ：Ａｎｎｕａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆａｃｔｏｒ）を向上させるため、圧縮機およびファン等を駆動するモータは、インバータ装置を用いることが一般的である。インバータは、複数の半導体素子を用いて構成されており、各半導体素子のスイッチングの組み合わせによって正弦波を模擬した電圧を駆動対象であるモータに印加することにより、当該モータを駆動する。【０００３】
このとき、インバータを構成する複数の半導体素子のうち１つでも故障すると、インバータは、本来の機能である正弦波の電圧出力を行うことができなくなる。そのため、インバータを構成する半導体素子の故障を検出し、異常を報知する種々の方法が提案されている。【０００４】
例えば、特許文献１には、電動機を流れる電流の波形に基づいて、インバータの半導体素子の異常を検出する電動機駆動システムが記載されている。特許文献１に記載のシステムでは、運転開始直前に、複数の半導体素子で構成されたインバータにおける上アームまたは下アームのいずれか一方のすべてのスイッチング素子に対してオン信号およびオフ信号が連続的に与えられる。そして、各オン信号によって電動機を流れる電流の波形が正常時とは異なる脈動した波形となった場合に、電動機駆動システムは、電動機または電動機とインバータとの間のケーブルが短絡故障していると判定する。すなわち、特許文献１に記載のシステムでは、運転開始前に半導体素子をオンまたはオフさせたときに、意図したように電流が流れるか否かによって半導体素子の故障が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３３９１６４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、複数の半導体素子のうち１つの素子が故障した場合、運転状態によっては過電流等の異常にならず、モータの駆動が継続されることがある。この場合、駆動対象であるモータには、正弦波電圧とは異なり、正弦波電圧から歪んだ電圧が供給されることになる。そのため、モータは、安定的に駆動できずに回転数にムラが生じ、その結果、モータの振動が増加する。そして、場合によっては、発生する振動により、電圧が供給される側の装置に異常が発生する。【０００７】
電圧が供給される側の装置が空気調和装置である場合、配管内部には、Ｒ４１０Ａまたは可燃性冷媒であるＲ３２といった冷媒が循環しているため、振動によって配管が破損すると、冷媒が外部に漏洩する虞がある。したがって、このような装置に電圧を供給する場合には、電圧を供給する側の装置が運転中である場合でも、インバータの半導体素子の故障を検出できるようにする必要がある。【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、インバータの運転開始直前に限定されたものであり、インバータ運転中、すなわちモータ駆動中に半導体素子が故障した場合に、故障を検出することができない。【０００９】
本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、運転中であってもインバータを構成する半導体素子の故障を検出することができる電力変換装置およびこれを用いた空気調和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】
本発明の電力変換装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、前記整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、複数のスイッチング素子を有し、前記平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、前記負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の前記負荷電流から抽出し、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部を有する制御部とを備えるものである。【００１１】
本発明の空気調和装置は、上記の電力変換装置と、前記電力変換装置から供給される電力により駆動する圧縮機、室外熱交換器、膨張装置および室内熱交換器を冷媒配管で順次接続して冷媒を循環させる冷媒回路とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、負荷に対して供給される負荷電流から特徴量が抽出され、抽出された特徴量に基づいてスイッチング素子の開放故障が検出される。これにより、運転中であってもインバータを構成する半導体素子の開放故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】図１の制御部の構成の一例を示すハードウェア構成図である。
【図３】図１の制御部の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。
【図４】図１のスイッチング素子のうち少なくとも１つのスイッチング素子が開放故障した場合の、故障した素子に対応する相の負荷電流を示すグラフである。
【図５】実施の形態１に係る電力変換装置による故障検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】スイッチング素子が正常に動作している場合の負荷電流について説明するためのグラフである。
【図７】スイッチング素子のうち少なくとも１つのスイッチング素子が開放故障した場合の負荷電流について説明するためのグラフである。
【図８】実施の形態４に係る電力変換装置による故障検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態５に係る電力変換装置による故障検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態６に係る空気調和装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置について説明する。本実施の形態１に係る電力変換装置は、商用電源等の交流電源から予め定められた周波数の交流電流を生成し、例えば空気調和装置における圧縮機または送風機のモータ等の負荷に対して供給するものである。
【００１５】
［電力変換装置１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成の一例を示す回路図である。図１に示すように、電力変換装置１００には、三相交流電源等の交流電源２００およびモータ等の負荷３００が接続されている。電力変換装置１００は、整流器１、リアクタ２、平滑コンデンサ３、インバータ部４、負荷電流検出器５および制御部１０を備えている。
【００１６】
整流器１は、交流電源２００が接続され、交流電源２００から供給されるＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）２００ＶまたはＡＣ４００Ｖ等の交流電圧を整流して直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣコンバータである。整流器１は、例えば、６個のダイオード１ａ〜１ｆをブリッジ接続した三相全波整流器で構成されている。
【００１７】
リアクタ２は、整流器１の出力端に接続されている。平滑コンデンサ３は、整流器１で整流された電圧を、リアクタ２を介して平滑化して充電する。
【００１８】
インバータ部４は、例えば複数のスイッチング素子で構成され、平滑コンデンサ３によって平滑され充電された直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ部４には、空気調和装置における圧縮機のモータ等の負荷３００が接続され、負荷３００に対して変換した交流電圧を供給する。本実施の形態１において、インバータ部４は、６つのスイッチング素子４ａ〜４ｆで構成されている。インバータ部４は、これらのスイッチング素子４ａ〜４ｆが制御部１０によって制御されることにより、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電圧である交流電圧を出力する。スイッチング素子４ａ〜４ｆは、制御部１０から供給されるスイッチング信号に基づいてＯＮおよびＯＦＦ動作を行う。
【００１９】
なお、スイッチング素子４ａ〜４ｆとして、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子、あるいは、シリコン（Ｓｉ）素子と比較してバンドギャップが大きい炭化ケイ素（ＳｉＣ）素子、窒化ガリウム（ＧａＮ）素子およびダイヤモンド素子等のワイドバンドギャップ半導体が用いられる。
【００２０】
負荷電流検出器５は、インバータ部４から出力されて負荷３００に供給される負荷電流を検出する。負荷電流検出器５は、例えば、ＡＣＣＴ（ＡＣカレントトランス）、ＤＣＣＴ（ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）カレントトランス）またはシャント抵抗等で構成されている。負荷電流検出器５は、負荷３００に供給される三相のうち全相を検出してもよいし、いずれか二相を検出して残りの一相をキルヒホッフの法則を用いて演算してもよい。
【００２１】
制御部１０は、負荷電流検出器５で検出された負荷電流に基づき、インバータ部４を制御する。制御部１０は、インバータ制御部１１および故障検出部１２を有している。
【００２２】
インバータ制御部１１は、負荷電流検出器５で検出された負荷電流に基づき、インバータ部４の各スイッチング素子４ａ〜４ｆを動作させるスイッチング信号を生成する。また、インバータ制御部１１は、故障検出部１２がスイッチング素子４ａ〜４ｆの故障を検出した場合、インバータ部４の動作を停止させる制御を行う。
【００２３】
故障検出部１２は、負荷電流検出器５で検出された負荷電流に基づき、インバータ部４のスイッチング素子４ａ〜４ｆの故障を検出する。故障検出部１２は、１周期などの設定周期分の負荷電流から特徴量を取得し、抽出した特徴量と、特徴量に対して予め設定された閾値とを比較することにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの故障を検出する。特徴量は、スイッチング素子４ａ〜４ｆの故障の有無に応じて変化する負荷電流から得られる物理量である。閾値は、特徴量に対して設定され、正常動作時に生じる特徴量よりも大きい値に設定される。
【００２４】
制御部１０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。図２は、図１の制御部１０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御部１０の各種機能がハードウェアで実行される場合、図１の制御部１０は、図２に示すように、処理回路２１で構成される。図１のインバータ制御部１１および故障検出部１２の各機能は、処理回路２１により実現される。
【００２５】
各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路２１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。インバータ制御部１１および故障検出部１２の各部の機能それぞれを処理回路２１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路２１で実現してもよい。
【００２６】
図３は、図１の制御部１０の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御部１０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図１の制御部１０は、図３に示すように、プロセッサ３１およびメモリ３２で構成される。インバータ制御部１１および故障検出部１２の各機能は、プロセッサ３１およびメモリ３２により実現される。
【００２７】
各機能がソフトウェアで実行される場合、インバータ制御部１１および故障検出部１２の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ３２に格納される。プロセッサ３１は、メモリ３２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
【００２８】
メモリ３２として、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ３２として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ  Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
【００２９】
［電力変換装置の動作］
本実施の形態１に係る電力変換装置１００の動作について、図１を参照して説明する。図１に示すように、交流電源２００から交流電圧が給電されると、この交流電圧が整流器１に供給される。整流器１は、供給された交流電圧を整流して出力する。整流器１から出力された電圧は、リアクタ２を介して平滑コンデンサ３に蓄積され、これにより、平滑コンデンサ３は電圧を平滑化する。平滑コンデンサ３によって平滑化された電圧は、インバータ部４によって三相交流電圧に変換される。そして、変換された交流電圧が負荷３００に供給される。
【００３０】
インバータ部４における各スイッチング素子４ａ〜４ｆの動作は、制御部１０のインバータ制御部１１によって制御されている。インバータ制御部１１は、負荷電流検出器５による検出結果に基づきスイッチング信号を生成して、各スイッチング素子４ａ〜４ｆに供給する。
【００３１】
一方、故障検出部１２は、負荷電流検出器５によって検出された各相の電流値に基づき、インバータ部４のスイッチング素子４ａ〜４ｆが故障しているか否かを判断する。故障検出部１２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が故障していると判断した場合に、故障を検出したことを示す情報をインバータ制御部１１に供給する。インバータ制御部１１は、故障検出部１２から受け取った情報に基づき、インバータ部４の動作を停止する制御信号を、インバータ部４に供給する。
【００３２】
［スイッチング素子４ａ〜４ｆの故障］
次に、インバータ部４のスイッチング素子４ａ〜４ｆが故障した場合について説明する。スイッチング素子４ａ〜４ｆが故障した場合、インバータ部４は、負荷３００に対して正弦波となる負荷電流を供給することができなくなる。この場合、負荷３００に供給される負荷電流のうち、故障した素子に対応する相の負荷電流は、通常動作時の波形とは異なる波形となる。
【００３３】
図４は、図１のスイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つのスイッチング素子が開放故障した場合の、故障した素子に対応する相の負荷電流を示すグラフである。なお、開放故障とは、スイッチング素子がスイッチング動作を行うことができず、開放状態となる故障のことである。図４に示すように、例えば、複数のスイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障した場合、故障した素子に対応する相の負荷電流は、半波となる。すなわち、１つの素子が開放故障した場合の負荷電流は、正側と負側とで非対称の波形となる。
【００３４】
また、負荷電流検出器５の種類によっても、検出される負荷電流の波形が異なる。例えば、負荷電流検出器５がＤＣＣＴまたはシャント抵抗である場合、検出される負荷電流は、実電流と略同等のものとなり、図４の参照符号Ｘで示される波形となる。また、負荷電流検出器５がＡＣＣＴである場合には、交流成分のみが検出されるため、検出される負荷電流は、図４の参照符号Ｙで示される波形となる。
【００３５】
このように、素子が開放故障して波形が非対称となった負荷電流には、正常動作時にはほとんど含まれない特徴的な物理量が発生する。そこで、本実施の形態１では、素子の開放故障によって生じる物理量を特徴量として負荷電流から取得し、取得した特徴量に基づき、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。
【００３６】
［故障検出処理］
図５は、本実施の形態１に係る電力変換装置１００による故障検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、負荷電流検出器５は、負荷３００に供給される負荷電流を検出する。ステップＳ２において、故障検出部１２は、ステップＳ１で検出された負荷電流から特徴量を抽出する。ステップＳ３において、故障検出部１２は、検出された特徴量と、特徴量に対して予め設定された閾値とを比較する。
【００３７】
比較の結果、特徴量が閾値より大きい場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、故障検出部１２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障していると判断し、素子の開放故障を示す情報をインバータ制御部１１に供給する。ステップＳ４において、インバータ制御部１１は、故障検出部１２から受け取った情報に基づき、インバータ部４の動作を停止させる。
【００３８】
一方、特徴量が閾値以下である場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、故障検出部１２は、素子が開放故障していないと判断し、一連の処理が終了する。
【００３９】
以上のように、本実施の形態１に係る電力変換装置１００では、負荷電流検出器５で検出された負荷電流から特徴量を抽出する故障検出部１２を備えている。故障検出部１２は、電力変換装置１００が動作している際に負荷３００に対して流れる負荷電流に基づき、インバータ部４を構成するスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。そのため、電力変換装置１００が動作中であっても、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出することができる。
【００４０】
また、本実施の形態１に係る電力変換装置１００は、電力変換装置１００の動作中にスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出できる。そのため、故障した状態でインバータ部４が動作することによる装置の不具合を抑制することができる。
【００４１】
本実施の形態１において、故障検出部１２は、抽出した特徴量と予め設定された閾値とを比較し、特徴量が閾値よりも大きい場合に、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。これにより、特徴量と閾値とを比較するという簡易な方法で、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出することができる。
【００４２】
また、負荷電流検出器５として、負荷電流の交流成分を検出するＡＣＣＴが用いられてもよい。本実施の形態１では、負荷電流の波形から特徴量を抽出するため、特徴量が波形から抽出することができれば、ＡＣＣＴのような簡易な電流検出器を用いることができる。
【００４３】
本実施の形態１において、スイッチング素子４ａ〜４ｆとしてワイドバンドギャップ半導体が用いられる。これにより、キャリア周波数を高く設定することができるため、電流制御の応答がより高くなり、より高次の高調波まで制御して抑制することができる。
【００４４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２では、電流波形の基本波に対する偶数次の高調波成分を特徴量とする場合について説明する。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する箇所については、詳細な説明を省略する。
【００４５】
上述したように、スイッチング素子４ａ〜４ｆが正常に動作している場合、負荷電流は、正弦波であることから、理想的には基本波の周波数成分のみを有している。一方、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障し、負荷電流の波形が正側と負側とで非対称となる場合、負荷電流の周波数成分には、基本波に対する高調波が含まれる。
【００４６】
図６は、スイッチング素子４ａ〜４ｆが正常に動作している場合の負荷電流について説明するためのグラフである。図６は、電流レベルが５０［Ａ］であり、周波数が５０［Ｈｚ］である場合の負荷電流を示す。また、図６において、上図は、横軸を時間とした場合の負荷電流の波形の一例を示し、下図は、横軸を周波数とした場合の負荷電流の周波数成分の一例を示す。
【００４７】
スイッチング素子４ａ〜４ｆが正常に動作している場合、負荷電流は、図６の上図に示すように理想的な正弦波となる。したがって、負荷電流の周波数成分は、図６の下図に示すように基本波の周波数成分である５０［Ｈｚ］のみとなる。
【００４８】
図７は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つのスイッチング素子が開放故障した場合の負荷電流について説明するためのグラフである。図７は、図６と同様に、電流レベルが５０［Ａ］であり、周波数が５０［Ｈｚ］である場合の負荷電流を示す。一方で、図７は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つのスイッチング素子が開放故障し、負荷電流における−２５［Ａ］以下の電流レベルが制限された状態を示す。
【００４９】
スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つのスイッチング素子が開放故障した場合、負荷電流は、図７の上図に示すように、正弦波が乱れた状態となる。したがって、負荷電流の周波数成分は、図７の下図に示すように、基本波の周波数成分である５０［Ｈｚ］に加えて、基本波の２次高調波以降の高調波成分を含んでいる。この場合、高調波成分は、次数が小さいほど波高が高く、特に、２次高調波の波高（電流レベル）が最も高くなる。
【００５０】
したがって、本実施の形態２では、故障検出部１２は、基本波に対する高調波の周波数成分を特徴量として抽出し、抽出された高調波成分に基づいてスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。このとき、上述したように、２次高調波の波高が最も高くなるため、２次高調波成分を特徴量として抽出すると好ましい。
【００５１】
図１に示す電力変換装置１００において、本実施の形態２に係る故障検出部１２は、負荷電流検出器５で検出された１周期などの設定周期分の負荷電流に対してフーリエ変換を行い、負荷電流の周波数成分を導出する。そして、故障検出部１２は、導出された周波数成分から、例えば基本波の２次高調波などの偶数次高調波成分の電流レベルを特徴量として取得する。また、故障検出部１２は、取得した偶数次高調波成分の電流レベルと、予め設定された閾値とを比較することにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。
【００５２】
本実施の形態２に係る電力変換装置１００における故障検出処理は、図５に示す処理と同様である。ここで、本実施の形態２の故障検出部１２は、ステップＳ２の特徴量抽出の際に、負荷電流に対してフーリエ変換を行い、負荷電流の周波数成分から偶数次高調波成分を抽出する。
【００５３】
そして、ステップＳ３において、故障検出部１２は、抽出された偶数次高調波成分の電流レベルと、予め設定された閾値とを比較することにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障しているか否かを判断する。この場合の閾値は、正常動作時の負荷電流に含まれる偶数次高調波成分の電流レベルよりも大きい値に設定される。
【００５４】
以上のように、本実施の形態２に係る電力変換装置１００では、負荷電流の基本波の偶数次高調波成分の電流レベルが特徴量として抽出される。基本波の高調波成分は、正常な正弦波にはほとんど含まれていない。したがって、負荷電流から高い高調波成分が抽出された場合には、その負荷電流が正常でないと判断できるため、故障検出部１２は、高調波成分を特徴量とすることにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を容易に検出することができる。
【００５５】
また、この場合、偶数次高調波の中でも、２次高調波成分の電流レベルが最も高くなるため、特徴量として、負荷電流の基本波の２次高調波成分の電流レベルが抽出されると好ましい。故障検出部１２は、２次高調波成分を特徴量とすることにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障をより容易に検出することができる。
【００５６】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３では、負荷電流の積算量を特徴量とする場合について説明する。なお、以下の説明において、実施の形態１および２と共通する箇所については、詳細な説明を省略する。
【００５７】
スイッチング素子４ａ〜４ｆが正常に動作している場合、負荷電流は正弦波であり、正側と負側とで対称の波形となっている。したがって、予め設定された周期における正側の電流積算量と、負側の電流積算量とがほとんど一致するため、全体の電流積算量は、理想的には「０」となる。一方、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障し、負荷電流の波形が正側と負側とで非対称となった場合、正側の電流積算量と、負側の電流積算量とでは、差異が生じる。すなわち、この場合の全体の電流積算量は、「０」とならない。
【００５８】
そこで、本実施の形態３では、故障検出部１２は、設定周期における負荷電流の積算量を特徴量として抽出し、抽出された電流積算量に基づいてスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。
【００５９】
図１に示す電力変換装置１００において、本実施の形態３に係る故障検出部１２は、負荷電流検出器５で検出された負荷電流を、設定周期分だけ積算する。そして、故障検出部１２は、算出した電流積算量を特徴量として取得する。また、故障検出部１２は、取得した特徴量としての電流積算量と、予め設定された閾値とを比較することにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する。
【００６０】
本実施の形態３に係る電力変換装置１００における故障検出処理は、図５に示す処理と同様である。ここで、本実施の形態３の故障検出部１２は、ステップＳ２の特徴量抽出の際に、設定周期分の負荷電流積算量を算出する。そして、ステップＳ３において、故障検出部１２は、算出した特徴量としての電流積算量と、予め設定された閾値とを比較することにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障しているか否かを判断する。この場合の閾値は、正常動作時における１周期分などの設定周期分の電流積算量よりも大きい値に設定される。
【００６１】
以上のように、本実施の形態３に係る電力変換装置１００では、設定周期分の負荷電流の積算量が特徴量として抽出される。負荷電流が正常な状態では、負荷電流は、正側と負側とで対称の波形となるため、負荷電流積算量は「０」となる。したがって、設定周期分の負荷電流積算量が「０」でない場合、負荷電流は、正側と負側とで非対称の波形となっており、正常でないと判断できる。そのため、故障検出部１２は、設定周期分の電流積算量を特徴量とすることにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を容易に検出することができる。また、負荷電流積算量を特徴量とすることにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を簡易な演算で検出することができる。
【００６２】
実施の形態４．
次に、本実施の形態４について説明する。本実施の形態４は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子の開放故障が検出された場合に、負荷３００に供給される交流電圧の周波数を変更する点で、実施の形態１〜３と相違する。なお、以下の説明において、実施の形態１〜３と共通する箇所については、詳細な説明を省略する。
【００６３】
通常、インバータ部４のスイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障した場合には、インバータ部４を停止させて負荷の運転を停止させることが好ましい。しかし、電圧の供給対象である負荷３００の使用形態によっては、インバータ部４を停止させることが好ましくない場合がある。具体的には、例えば、空調対象空間の空気調和を行う空気調和装置に電力変換装置１００が搭載された場合で、この空気調和装置が、低温倉庫あるいはサーバ室などの空調対象空間に対する空調を常に行うことが必要とされている場所で使用されるときなどである。
【００６４】
そこで、本実施の形態４では、スイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障した場合に、負荷３００に供給される交流電圧の周波数を変更し、インバータ部４の運転が継続されるようにする。
【００６５】
ここで、変更した交流電圧の周波数が、この電力変換装置１００が搭載された機器の固有振動数による共振周波数となると、機器の振動が増大し、機器およびその周辺設備が破損する可能性がある。例えば、電力変換装置１００が搭載された機器が空気調和装置である場合におけるスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障により発生する不具合は、振動による配管の損傷である。そのため、この場合に、変更した交流電圧の周波数が空気調和装置の共振周波数と一致すると、空気調和装置の振動が増大し、増大した振動によって配管が破損してしまう可能性がある。
【００６６】
したがって、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が検出された場合には、負荷３００の共振周波数およびその周辺の周波数と一致しないように、負荷３００に供給される交流電圧の周波数が変更される。なお、以下の説明では、「共振周波数およびその周辺の周波数」のことを、「共振周波数帯」と称することがある。
【００６７】
本実施の形態４では、インバータ制御部１１は、故障検出部１２がスイッチング素子４ａ〜４ｆの故障を検出した場合、インバータ部４から出力される交流電圧の周波数が負荷３００の共振周波数帯と一致しないように、インバータ部４の動作を制御する。
【００６８】
［電力変換装置の動作］
本実施の形態４に係る電力変換装置１００の動作について説明する。本実施の形態４に係る電力変換装置１００では、実施の形態１〜３と同様に、交流電源２００から給電された交流電圧が変換され、変換された交流電圧が負荷３００に供給される。
【００６９】
このとき、故障検出部１２は、負荷電流検出器５によって検出された各相の電流値に基づき、インバータ部４のスイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障しているか否かを判断する。そして、故障検出部１２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障していると判断した場合に、故障を検出したことを示す情報をインバータ制御部１１に供給する。
【００７０】
インバータ制御部１１は、故障検出部１２から受け取った情報に基づき、負荷３００に供給される交流電圧の周波数を変更するように、インバータ部４を制御する。具体的には、インバータ制御部１１は、負荷３００の運転周波数を、共振周波数帯とは異なる周波数に変更する制御信号を、インバータ部４に供給する。
【００７１】
［故障検出処理］
図８は、本実施の形態４に係る電力変換装置１００による故障検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図８において、図５に示すフローチャートと共通する処理には同一の符号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７２】
ステップＳ１において、負荷３００に供給される負荷電流が検出され、ステップＳ２において、負荷電流から特徴量が抽出される。そして、ステップＳ３において、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障しているか否かが判断される。
【００７３】
ステップＳ３において、特徴量が閾値より大きい場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、故障検出部１２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障していると判断し、素子の開放故障を示す情報をインバータ制御部１１に供給する。ステップＳ１４において、インバータ制御部１１は、故障検出部１２から受け取った情報に基づき、負荷３００に供給される交流電圧の周波数が、共振周波数帯以外の周波数となるように、インバータ部４を制御する。
【００７４】
以上のように、本実施の形態４に係る電力変換装置１００では、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が検出された場合に、インバータ部４から出力される交流電圧の周波数が負荷３００の共振周波数帯と異なるように、インバータ部４が制御される。このように、共振周波数帯と異なる周波数でインバータ部４を運転させることにより、負荷３００を備えた機器の振動の増大を抑制し、振動による配管等の設備の破損を防止しながら運転を継続することができる。
【００７５】
実施の形態５．
次に、本実施の形態５について説明する。本実施の形態５は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子の開放故障を特徴量によって検出する場合に、インバータ部４から出力される交流電圧の周波数の状態に基づき、開放故障を検出するか否かを判断する点で、実施の形態１〜４と相違する。なお、以下の説明において、実施の形態１〜３と共通する箇所については、詳細な説明を省略する。
【００７６】
電力変換装置１００では、設定周期分の負荷電流から抽出された特徴量に基づき、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が判断されるが、設定周期内で負荷電流の周波数が変化すると、負荷３００に供給される交流電圧の波形が乱れる。この場合、特徴量には、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障とは異なる要因による特徴が含まれることがある。
【００７７】
例えば、実施の形態２のように、負荷電流の周波数成分に含まれる偶数次高調波を特徴量とした場合において、設定周期内で負荷電流の周波数が変化すると、出力電圧の周波数成分には、高調波を含む不要波が発生する。このとき、発生した不要波に偶数次高調波と一致する周波数成分が含まれていると、スイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障となっていない正常時であっても、特徴量が閾値を超え、開放故障が検出されてしまう可能性がある。
【００７８】
また、例えば、実施の形態３のように、負荷電流の積算量を特徴量とした場合において、設定周期内で負荷電流が変化すると、正側の電流積算量と負側の電流積算量とが一致せず、負荷電流積算量が「０」とならないことがある。このときスイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障となっていない正常時であっても、特徴量が閾値を超え、開放故障が検出されてしまう可能性がある。
【００７９】
このように、負荷電流の周波数の状態によっては、スイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障となっていない正常時であっても、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障以外の要因により、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が誤検出される可能性がある。そこで、本実施の形態５では、開放故障の誤検出による故障検出精度の低下を抑制するため、負荷電流の周波数の状態に基づき、特徴量による故障判断を行うか否かを判断する。具体的には、例えば、上述した設定周期を含む予め設定された設定期間の間、負荷電流の周波数が一定であるか否かに基づき、特徴量による故障判定を行うか否かを判断する。
【００８０】
［電力変換装置の動作］
本実施の形態５に係る電力変換装置１００の動作について説明する。本実施の形態５に係る電力変換装置１００では、実施の形態１〜３と同様に、交流電源２００から給電された交流電圧が変換され、変換された交流電圧が負荷３００に供給される。
【００８１】
このとき、故障検出部１２は、負荷電流検出器５によって検出された各相の電流値に基づき、負荷電流の周波数が一定であるか否かを判断する。負荷電流の周波数が一定であると判断した場合、故障検出部１２は、インバータ部４のスイッチング素子４ａ〜４ｆが開放故障しているか否かを判断する。そして、故障検出部１２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障していると判断した場合に、開放故障を検出したことを示す情報をインバータ制御部１１に供給する。
【００８２】
インバータ制御部１１は、故障検出部１２から受け取った情報に基づき、負荷３００に供給される交流電圧の周波数を変更するように、インバータ部４を制御する。具体的には、インバータ制御部１１は、負荷３００の運転周波数を、共振周波数帯とは異なる周波数に変更する制御信号を、インバータ部４に供給する。
【００８３】
［故障検出処理］
図９は、本実施の形態５に係る電力変換装置１００による故障検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図９において、図５および図８に示すフローチャートと共通する処理には同一の符号を付し、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８４】
ステップＳ１において、負荷３００に供給される負荷電流が検出され、ステップＳ２において、負荷電流から特徴量が抽出される。ステップＳ２１において、故障検出部１２は、設定期間内の負荷電流の周波数が一定であるか否かを判断する。負荷電流の周波数が一定である場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、故障検出部１２は、特徴量に基づく開放故障の検出が可能であると判断し、ステップＳ３において、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障しているか否かを判断する。一方、負荷電流の周波数が一定でない場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、故障検出部１２は、特徴量に基づく開放故障の検出が困難であると判断し、特徴量によるスイッチング素子４ａ〜４ｆの故障判断を行わず、一連の処理が終了する。
【００８５】
ステップＳ３において、特徴量が閾値より大きい場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、故障検出部１２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆのうち少なくとも１つの素子が開放故障していると判断し、素子の故障を示す情報をインバータ制御部１１に供給する。ステップＳ１４において、インバータ制御部１１は、故障検出部１２から受け取った情報に基づき、負荷３００に供給される交流電圧の周波数が、共振周波数帯以外の周波数となるように、インバータ部４を制御する。
【００８６】
なお、本実施の形態５では、故障検出部１２は、負荷電流の周波数が一定であるか否かにより、特徴量によるスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否を判断したが、これはこの例に限られない。例えば、故障検出部１２は、負荷電流の周波数が予め設定された第２の閾値以上であるか否かにより、特徴量によるスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否を判断してもよい。また、故障検出部１２は、負荷電流の周波数が一定であるか否かと、負荷電流の周波数が第２の閾値以上であるか否かとの双方に基づき、特徴量によるスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否を判断してもよい。
【００８７】
これは、負荷３００に供給される交流電圧の波形が、周波数が高いほど理想的な正弦波となるためである。正弦波が理想的な波形となることにより、特徴量には、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障とは異なる要因による特徴が含まれることがなくなる。一方、周波数が低くなると、負荷３００に供給される交流電圧の波形が乱れるため、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障とは異なる要因による特徴が含まれる可能性が生じ、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が誤検出される可能性が高くなる。
【００８８】
したがって、負荷電流の周波数に対して、誤検出の可能性がなくなる程度の第２の閾値を設定することで、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出精度を向上させることができる。なお、第２の閾値は、負荷電流の周波数と、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障との関係を事前に実験等によって確認することで設定される。
【００８９】
また、この例において、インバータ制御部１１は、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が検出された場合に、実施の形態４と同様に、出力電圧の周波数が共振周波数帯と異なる周波数でインバータ部４を制御するように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、インバータ制御部１１は、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障が検出された場合に、実施の形態１〜３と同様に、インバータ部４が停止するように制御されてもよい。
【００９０】
以上のように、本実施の形態５に係る電力変換装置１００では、負荷電流の周波数の状態に基づき、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否が判断され、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出が可能であると判断された場合に、抽出した特徴量に基づきスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出する処理が行われる。これにより、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障とは異なる要因による特徴が含まれることがなくなるため、開放故障の誤検出を防止することができ、故障検出精度を向上させることができる。
【００９１】
このとき、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否は、設定期間の間、負荷電流の周波数が一定であるか否かに基づき判断される。また、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否は、設定期間の間、負荷電流の周波数が第２の閾値以上であるか否かに基づき判断されてもよい。さらに、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の可否は、設定期間の間、負荷電流の周波数が一定であるか否かと、負荷電流の周波数が第２の閾値以上であるか否かとの双方に基づき判断されてもよい。
【００９２】
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態６では、実施の形態１〜５で説明した電力変換装置１００を空気調和装置に適用した例について説明する。
【００９３】
［空気調和装置５０の構成］
図１０は、本実施の形態６に係る空気調和装置５０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。図１０の空気調和装置５０は、ヒートポンプ方式により、冷房運転および暖房運転を行うものである。
【００９４】
図１０に示すように、空気調和装置５０は、圧縮機５１、冷媒流路切替装置５２、室外熱交換器５３および膨張装置５４を備える室外機５０Ａと、室内熱交換器５５を備える室内機５０Ｂとで構成されている。空気調和装置５０では、圧縮機５１、冷媒流路切替装置５２、室外熱交換器５３、膨張装置５４および室内熱交換器５５が冷媒配管によって順次接続されることにより、冷媒配管内を冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。
【００９５】
このうち、圧縮機５１は、冷媒を圧縮する圧縮要素５１ａと、圧縮要素５１ａに連結された、電力変換装置１００により電力が供給される負荷３００としてのモータＭとを有している。電力変換装置１００は、上述した実施の形態１に係る装置であり、交流電源２００から電力供給を受け、変換された電力をモータＭに供給してモータＭを回転駆動させる。
【００９６】
冷媒流路切替装置５２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転および暖房運転の切り替えを行う。室外熱交換器５３は、冷媒と外部の空気との間で熱交換を行う。室外熱交換器５３は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。膨張装置５４は、冷媒を膨張させる。室内熱交換器５５は、冷媒と空調対象空間の室内空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器５５は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する。
【００９７】
［空気調和装置５０の動作］
次に、本実施の形態６に係る空気調和装置５０の動作について、図１０を参照して説明する。ここでは、冷房運転を例にとって説明する。冷房運転を行う場合、冷媒流路切替装置５２は、圧縮機５１から吐出された冷媒が室外熱交換器５３に向かい、室内熱交換器５５から流出した冷媒が圧縮機５１に向かうように、流路を予め切り替えているものとする。このとき、室外熱交換器５３は凝縮器として機能し、室内熱交換器５５は蒸発器として機能する。
【００９８】
電力変換装置１００によって圧縮機５１のモータＭが回転駆動することによって、モータＭに連結した圧縮機５１の圧縮要素５１ａが低温低圧の冷媒を圧縮し、圧縮機５１は高温高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機５１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置５２を経由して、凝縮器として機能する室外熱交換器５３へ流入する。
【００９９】
室外熱交換器５３に流入した高温高圧のガス冷媒は、外部の空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器５３から流出する。室外熱交換器５３から流出した高圧の液冷媒は、膨張装置５４によって膨張および減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室内熱交換器５５へ流入する。
【０１００】
室内熱交換器５５に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、空調対象空間の空気と熱交換して吸熱および蒸発することにより室内空気を冷却し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器５５から流出する。室内熱交換器５５から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置５２を経由して圧縮機５１に吸入され、再び圧縮される。以下、上述した動作が繰り返される。
【０１０１】
なお、図１０においては、空気調和装置５０の圧縮機５１に、実施の形態１に係る電力変換装置１００を適用した例を示したが、これに限られず、例えば、室外熱交換器５３に対して送風する図示しないファンの駆動用電源に適用してもよい。また、電力変換装置１００は、例えば、ヒートポンプ装置、冷凍装置およびその他の冷凍サイクル装置一般に適用してもよい。
【０１０２】
以上のように、本実施の形態６に係る空気調和装置５０では、電力変換装置１００から供給される電力により、冷媒回路に設けられた圧縮機５１を駆動させる。電力変換装置１００は、インバータ部４が動作中でもスイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出できるため、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障による圧縮機５１への不具合を抑制することができる。
【０１０３】
以上、本発明の実施の形態１〜６について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１〜６に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、実施の形態２または３において、偶数次高調波成分または負荷電流積算量を特徴量として抽出する際に、１周期分を設定周期とした場合を例にとって説明したが、これに限られず、複数周期を設定周期としてもよい。設定周期を複数周期として特徴量を抽出することにより、ノイズなどの外乱に対する耐力が向上するため、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の誤検出を抑制することができる。
【０１０４】
また、実施の形態１〜６では、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障の検出の際に、特徴量と閾値との比較を行っているが、これはこの例に限られない。例えば、各相の特徴量の差分を算出し、算出した差分値と、この差分値に対して予め設定された閾値とを比較してもよい。これによっても、スイッチング素子４ａ〜４ｆの開放故障を検出することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  整流器、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ  ダイオード、２  リアクタ、３  平滑コンデンサ、４  インバータ部、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ  スイッチング素子、５  負荷電流検出器、１０  制御部、１１  インバータ制御部、１２  故障検出部、２１  処理回路、３１  プロセッサ、３２  メモリ、５０  空気調和装置、５０Ａ  室外機、５０Ｂ  室内機、５１  圧縮機、５１ａ  圧縮要素、５２  冷媒流路切替装置、５３  室外熱交換器、５４  膨張装置、５５  室内熱交換器、１００  電力変換装置、２００  交流電源、３００  負荷。
【図１】
2020184378.tif 000003
【図２】
2020184378.tif 000004
【図３】
2020184378.tif 000005
【図４】
2020184378.tif 000006
【図５】
2020184378.tif 000007
【図６】
2020184378.tif 000008
【図７】
2020184378.tif 000009
【図８】
2020184378.tif 000010
【図９】
2020184378.tif 000011
【図１０】
2020184378.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和3年4月8日(2021.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の電力変換装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、前記整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、複数のスイッチング素子を有し、前記平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、前記負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の前記負荷電流から抽出し、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部と、検出された前記負荷電流に基づき、前記インバータ部を制御するインバータ制御部とを有する制御部とを備え、前記インバータ制御部は、前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、前記インバータ部から出力される交流電圧の周波数が前記負荷の共振周波数帯と異なるように、前記インバータ部を制御するものである。
また、本発明の電力変換装置は、交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、前記整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、複数のスイッチング素子を有し、前記平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、前記負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の前記負荷電流から抽出し、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部を有する制御部とを備え、前記故障検出部は、前記負荷電流の周波数の状態に基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断し、前記スイッチング素子の開放故障の検出が可能であると判断した場合に、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する処理を行うものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、
前記整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
複数のスイッチング素子を有し、前記平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
前記インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、
前記負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の前記負荷電流から抽出し、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部と、検出された前記負荷電流に基づき、前記インバータ部を制御するインバータ制御部とを有する制御部と
を備え、
前記インバータ制御部は、
前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、前記インバータ部から出力される交流電圧の周波数が前記負荷の共振周波数帯と異なるように、前記インバータ部を制御する
電力変換装置。
【請求項２】
交流電源から供給された交流電圧を整流する整流器と、
前記整流器で整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
複数のスイッチング素子を有し、前記平滑コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
前記インバータ部から負荷に対して供給される負荷電流を検出する負荷電流検出器と、
前記負荷電流から得られる物理量である特徴量を設定周期分の前記負荷電流から抽出し、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する故障検出部を有する制御部と
を備え、
前記故障検出部は、
前記負荷電流の周波数の状態に基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断し、
前記スイッチング素子の開放故障の検出が可能であると判断した場合に、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する処理を行う
電力変換装置。
【請求項３】
前記故障検出部は、
抽出した前記特徴量と予め設定された閾値とを比較し、
前記特徴量が前記閾値よりも大きい場合に、前記スイッチング素子の開放故障を検出する
請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記交流電源は、三相交流電源であり、
前記故障検出部は、
相毎に抽出した前記特徴量の差分値を算出し、
算出した前記差分値と予め設定された閾値とを比較し、
前記差分値が前記閾値よりも大きい場合に、前記スイッチング素子の開放故障を検出する
請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記特徴量は、
前記負荷電流の周波数成分に含まれる偶数次高調波である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記特徴量は、
前記負荷電流の周波数成分に含まれる２次高調波である
請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記特徴量は、
前記設定周期毎の前記負荷電流を積算した負荷電流積算量である
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記故障検出部は、
前記負荷電流の周波数の状態に基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断し、
前記スイッチング素子の開放故障の検出が可能であると判断した場合に、抽出した前記特徴量に基づき前記スイッチング素子の開放故障を検出する処理を行う
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記故障検出部は、
前記設定周期を含む設定期間の間、前記負荷電流の周波数が一定であるか否かに基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断する
請求項２または８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記故障検出部は、
前記設定周期を含む設定期間の間、前記負荷電流の周波数が第２の閾値以上であるか否かに基づき、前記スイッチング素子の開放故障の検出の可否を判断する
請求項２、８または９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記設定周期は、複数周期であり、
前記故障検出部は、
前記複数周期で前記特徴量を抽出する
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記負荷電流検出器は、
前記負荷電流の交流成分を検出する
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記スイッチング素子の少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置から供給される電力により駆動する圧縮機、室外熱交換器、膨張装置および室内熱交換器を冷媒配管で順次接続して冷媒を循環させる冷媒回路と
を備える
空気調和装置。
【国際調査報告】
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