JP7736981B2

JP7736981B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7736981B2
Application number: JP2021022703A
Authority: JP
Inventors: 悠樹半田; 伸夫林; 卓郎小川
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2025-09-10
Anticipated expiration: 2041-02-16
Also published as: JP2022104483A

Description

本開示は、交流電源から供給された入力交流に対して電力変換を行う電力変換装置に関する。

特許文献１には、交流電源から供給された入力交流を直流に変換して出力する整流器と、前記整流器により出力された直流を交流に変換して電動機に供給する逆変換器と、前記逆変換器の入力ノード間に接続されたコンデンサと、前記入力交流の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、前記ゼロクロス検出回路の検出結果に応じて、入力交流の周波数を算出する周波数演算部とを有する電力変換装置が開示されている。

特許第４０５６０４７号公報

前記特許文献１では、部品点数が多く、かつ消費電力が大きいゼロクロス検出回路を電力変換装置に設けるので、電力変換装置の部品点数が多くなるとともに、部品コストが高騰し、消費電力が増大していた。また、部品点数が多くなる分、故障の確率が高くなり、信頼性が低くなっていた。

また、ゼロクロス検出回路を用いずに入力交流の周波数等の電源情報を特定する方法として、電動機の回転中に前記入力交流の周波数に起因して前記コンデンサの電圧に生じる脈動成分に基づいて、入力交流の周波数等の電源情報を特定することが考えられる。しかし、かかる方法を採用する場合、電源情報を特定できるまで、実際の電源情報に基づかない回転制御を電動機に対して行う必要が生じる。したがって、電源情報を特定するまでの回転制御中に、過電圧、及び過電流が発生し、電力変換装置の故障や短寿命化を招く虞がある。

本開示の目的は、電力変換装置の故障や短寿命化を抑制しつつ、部品コスト及び消費電力を削減し、信頼性を高めることにある。

本開示の第１の態様は、交流電源（2）から供給された入力交流を直流に変換して出力する整流器（11）と、前記整流器（11）により出力された直流を交流に変換して電動機（3）に供給する逆変換器（12）と、前記逆変換器（12）の入力ノード（12a,12b）間に接続されたコンデンサ（14）と、前記逆変換器（12）を制御する制御部（20）とを有する電力変換装置であって、所定箇所の電圧又は電流である検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）を検出する検出部（15）をさらに備え、前記制御部（20）は、前記電動機（3）に回転運動をさせず、かつ前記入力交流の周波数に起因する脈動を前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）に発生させるように前記逆変換器（12）を制御する脈動発生動作と、前記脈動発生動作時における前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）の検出値に基づいて、前記入力交流の周波数（fp）、前記脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡率に関する不平衡情報（UB）のうちの少なくとも１つを含む電源情報を特定する電源情報特定処理とを実行することを特徴とする。

第１の態様では、脈動が発生する検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）を検出する検出部（15）を設ければ、部品点数が多く、かつ消費電力が大きいゼロクロス検出回路を設けなくてもよいので、電力変換装置（1）の部品点数、部品コスト及び消費電力を削減するとともに、信頼性を高めることができる。

また、制御部（20）に、脈動発生動作及び電源情報特定処理を実行させた後に、電源情報を反映させた電動機（3）の回転制御を開始させることができる。したがって、実際の電源情報に基づかない回転制御に起因する電力変換装置（1）の故障や短寿命化を抑制できる。

本開示の第２の態様は、第１の態様において、前記コンデンサ（14）の容量は、前記整流器（11）の出力電圧の脈動を許容するように設定されていることを特徴とする。

第２の態様では、コンデンサ（14）の容量を、整流器（11）の出力電圧の脈動を許容しないように設定する場合に比べて小さくできるので、入力交流の周波数に起因する脈動を発生させるために必要な消費電力を削減できる。

本開示の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）は、前記コンデンサ（14）の電圧(Vdc)、又は前記整流器（11）の出力電圧（Vn）であることを特徴とする。

第３の態様では、コンデンサ（14）の電圧(Vdc)、又は前記整流器（11）の出力電圧（Vn）は、脈動の周期毎にピーク値及びボトム値が現れる波形となるので、脈動周波数（fest,ωest）、及び電源情報の特定が容易になる。

本開示の第４の態様は、第１～３のいずれか１つの態様において、前記電源情報特定処理は、前記脈動発生動作時における前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）の検出値に基づいて当該検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）の脈動周波数（fest,ωest）を特定し、当該脈動周波数（fest,ωest）に基づいて前記電源情報を特定するものであることを特徴とする。

第４の態様では、電源情報の特定を脈動周波数（fest,ωest）に基づいて行うので、電源情報の比較的正確な特定が容易になる。

図１は、実施形態１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図２Ａは、電動機に直流電力を消費させる場合における、脈動発生動作中の電源電圧、相電流を例示するタイミングチャートである。図２Ｂは、電動機に直流電力を消費させる場合における、脈動発生動作中の直流リンク電圧、直流リンク電流、直流リンク電圧の脈動成分の位相、及びモータ電流を例示するタイミングチャートである。図３は、欠相がない正常時及び欠相がある欠相時における直流リンク電圧を示すタイミングチャートである。図４は、不平衡率が０％である正常時と不平衡率が２０％である場合とにおける直流リンク電圧を示すタイミングチャートである。図５は、不平衡率が０％である正常時と不平衡率が５０％である場合とにおける直流リンク電圧を示すタイミングチャートである。図６は、実施形態１の変形例３に係る脈動周波数特定部及び位相特定部の構成を示すブロック図である。図７は、実施形態２の図１相当図である。図８は、実施形態３の図１相当図である。図９は、実施形態４の図１相当図である。図１０Ａは、電動機に交流電力を消費させる場合における図２Ａ相当図である。図１０Ｂは、電動機に交流電力を消費させる場合における図２Ｂ相当図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１は、本開示の実施形態１に係る電力変換装置（1）を示す。この電力変換装置（1）は、三相交流電源（2）から供給される入力交流を、所望周波数及び所望電圧を有する交流に変換して、電動機（3）に供給する。

電力変換装置（1）は、整流器（11）と、逆変換器（12）と、リアクトル（13）と、コンデンサ（14）と、検出部（15）と、制御部（20）とを備えている。

整流器（11）は、三相交流電源（2）から供給された入力交流を直流に変換して第１及び第２の出力ノード（11a,11b）に出力する。詳しくは、整流器（11）は、全波整流回路である。整流器（11）は、ブリッジ状に結線された６つのダイオード（11D）を有している。これらのダイオード（11D）は、そのカソードを第１の出力ノード（11a）側に向けるとともに、そのアノードを第２の出力ノード（11b）側に向けている。

逆変換器（12）は、整流器（11）により出力される直流を三相交流にスイッチング動作により変換して電動機（3）に供給する。詳しくは、逆変換器（12）は、６つのスイッチング素子（12S）と、６つの還流ダイオード（12D）とを有している。６つのスイッチング素子（12S）は、ブリッジ結線されている。詳しく説明すると、逆変換器（12）は、その第１及び第２の入力ノード（12a,12b）間に接続された３つのスイッチングレグを備えている。スイッチングレグは、２つのスイッチング素子（12S）が互いに直列に接続されたものである。

３つのスイッチングレグの各々において、上アームのスイッチング素子（12S）と下アームのスイッチング素子（12S）との中点が、電動機（3）の各相のコイル（u相、v相、w相のコイル）にそれぞれ接続されている。各スイッチング素子（12S）には、還流ダイオード（12D）が１つずつ逆並列に接続されている。

リアクトル（13）の一端は、整流器（11）の第１の出力ノード（11a）に接続され、リアクトル（13）の他端は、逆変換器（12）の第１の入力ノード（12a）に接続されている。

コンデンサ（14）は、逆変換器（12）の第１及び第２の入力ノード（12a,12b）間に接続されている。したがって、リアクトル（13）は、三相交流電源（2）とコンデンサ（14）との間に接続されている。

コンデンサ（14）の容量は、整流器（11）の出力電圧をほとんど平滑化できないが、逆変換器（12）のスイッチング動作に起因するリプル電圧を抑制できるように設定されている。リプル電圧とは、スイッチング素子（12S）におけるスイッチング周波数に応じた電圧変動である。

要するに、コンデンサ（14）の容量は、整流器（11）の出力電圧の変動を許容し、スイッチング動作に起因する逆変換器（12）の第１及び第２の入力ノード（12a,12b）（直流側ノード）間の電圧変動を吸収するように設定されている。詳しくは、コンデンサ（14）の容量は、スイッチング周期間におけるコンデンサ（14）の電圧変動を、コンデンサ（14）の電圧の平均値の１／１０以下に抑えるように設定されている。

コンデンサ（14）の容量値Ｃを以下の式（Ａ）を満たすように設定することにより、スイッチング周期間におけるコンデンサ（14）の電圧変動を、コンデンサ（14）の電圧の平均値の１／１０以下に抑えることができる。式（Ａ）において、コンデンサ（14）の電圧である直流リンク電圧（Vdc）に重畳する整流器（11）の出力電圧変動を無視し、直流リンク電圧（Vdc）の平均値をＶＡｄｃ、交流電力が最大電力であるときの負荷電流のピーク値をImax、スイッチング周期をTsとする。

Ｃ≧（１０・Ｉｍａｘ・Ｔｓ）／ＶＡｄｃ・・・（Ａ）
ここで、スイッチング周期は、スイッチング素子（12S）がオンオフを繰り返す周期である。本実施形態１では、ＰＷＭ制御によりスイッチング素子（12S）が制御されるので、スイッチング周期は、搬送波のキャリア周期となる。

整流器（11）の出力電圧を平滑化するための平滑コンデンサとして、電解コンデンサが用いられる。一方、本実施形態のコンデンサ（14）の容量値は、この平滑コンデンサの約０．０１～０．１倍である。一例として、コンデンサ（14）は、フィルムコンデンサで構成される。

したがって、コンデンサ（14）の電圧であるＤＣリンク電圧（Vdc）には、三相交流電源（2）から供給される入力交流の周波数に起因する脈動が発生する。三相交流電源（2）は三相電源であるため、三相交流電源（2）の周波数に起因する脈動の周波数は、三相交流電源（2）の周波数の６倍である。

コンデンサ（14）は、三相交流電源（2）とコンデンサ（14）との間のインダクタンス成分とで、ＬＣフィルタ（LC）を構成する。前記インダクタンス成分は、リアクトル（13）を含む。

検出部（15）は、所定箇所としてのコンデンサ（14）の電圧である検出対象としてのＤＣリンク電圧（Vdc）を検出する。

制御部（20）は、電動機（3）に回転運動をさせず、かつ前記入力交流の周波数に起因する脈動をＤＣリンク電圧（Vdc）に発生させるように前記逆変換器（12）を制御する脈動発生動作と、前記脈動発生動作時におけるＤＣリンク電圧（Vdc）の検出値に基づいて、前記入力交流の周波数（fp）、前記脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡率に関する不平衡情報（UB）を電源情報として特定する電源情報特定処理とを実行する。

具体的には、制御部（20）は、逆変換器駆動部（21）と、電源情報特定部（22）とを備えている。制御部（20）の機能は、マイクロコンピュータ等によって実現される。

逆変換器駆動部（21）は、制御信号を逆変換器（12）に出力して、各スイッチング素子（12S）のスイッチング動作を制御する。

逆変換器駆動部（21）は、電動機（3）を所望の回転速度で回転させるように前記逆変換器（12）を制御する回転制御動作と、電動機（3）に回転運動をさせず、かつ前記入力交流の周波数に起因する脈動をＤＣリンク電圧（Vdc）に発生させるように前記逆変換器（12）を制御する脈動発生動作とを行う。ここで、電動機（3）の回転運動には、電動機（3）とコンデンサ（14）との通電開始時に特定の位置まで動くこと、及び交番磁界によって若干震えることは含まれない。したがって、脈動発生動作の開始時が通電開始時である場合には、脈動発生動作の開始時に電動機（3）が特定の位置まで回転してもよい。また、脈動発生動作中、電動機（3）は交番磁界によって若干震えてもよい。

逆変換器駆動部（21）は、回転制御動作及び脈動発生動作において、各相の変調波と所定の三角波である搬送波との比較結果に応じたスイッチング信号により、複数のスイッチング素子（12S）を制御するＰＷＭ制御を行う。詳しくは、変調波が搬送波よりも大きければ上アームのスイッチング素子（12S）をオンするとともに下アームのスイッチング素子（12S）をオフする一方、変調波が搬送波よりも小さければ上アームのスイッチング素子（12S）をオフするとともに下アームのスイッチング素子（12S）をオンする。

また、逆変換器駆動部（21）は、脈動発生動作中、電動機（3）に直流電力が消費されるように、逆変換器（12）のスイッチング素子（12S）を制御する。

図２Ａ及び図２Ｂは、脈動発生動作中における電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）、三相交流電源（2）の三相の相電流（Ipu,Ipv,Ipw）、直流リンク電圧（Vdc）、整流器（11）からコンデンサ（14）に流れる直流リンク電流（Idc）、直流リンク電圧（Vdc）の脈動成分の位相（θest）、及びモータ電流（Imu,Imv,Imw）を例示する。脈動発生動作中、直流リンク電圧（Vdc）、相電流（Ipu,Ipv,Ipw）、及び直流リンク電流（Idc）に脈動が発生する。図２Ａ及び図２Ｂの例では、電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数は、６０Ｈｚである。直流リンク電圧（Vdc）、相電流（Ipu,Ipv,Ipw）、及び直流リンク電流（Idc）の脈動周波数は、電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数の６倍である３６０Ｈｚとなる。また、脈動発生動作中におけるモータ電流（Imu,Imv,Imw）は直流電流となる。このように、脈動発生動作中、電動機（3）に直流電力が供給されるので、電動機（3）に生じる磁束の向きが変化せず、電動機（3）は回転運動をしない。なお、脈動発生動作の開始時が通電開始時である場合には、通電開始前の位置から、ロータの磁石と発生した磁束とを対応させる位置まで回転し、その位置で維持されるようにしてもよい。当該回転は、電動機（3）の回転運動には含まれない。

電源情報特定部（22）は、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）に基づいて、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡率に関する不平衡情報（UB）を特定する。電源情報特定部（22）は、脈動周波数特定部（22a）、電源周波数特定部（22b）、位相特定部（22c）、欠相判定部（22d)、及び不平衡情報特定部（22e）を有する。

脈動周波数特定部（22a）は、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）のピーク値の周期Ｔ１（図２Ｂ参照）の逆数を、脈動周波数（fest）として特定する。

電源周波数特定部（22b）は、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）に基づいて、入力交流の周波数を特定する。具体的には、電源周波数特定部（22b）は、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）の１／６倍を、入力交流の周波数（fp）として特定する。

位相特定部（22c）は、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）に対してフーリエ変換を行う。そして、位相特定部（22c）は、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）に基づいて、直流リンク電圧（Vdc）に含まれる当該脈動周波数（fest）の成分の位相（θest）を特定する。

欠相判定部（22d)は、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）が所定の周波数閾値以下であるか否かに基づいて、入力交流の欠相の有無（PR）を特定する。図３は、欠相がない正常時及び欠相がある欠相時における直流リンク電圧（Vdc）を示す。電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数が６０Ｈｚであるとき、入力交流に欠相がない場合には、脈動周波数（fest）は３６０Ｈｚとなる一方、入力交流に欠相がある場合には、脈動周波数（fest）は１２０Ｈｚとなる。したがって、前記周波数閾値を１２０Ｈｚよりも高く、かつ３６０Ｈｚよりも低く設定することにより、欠相判定部（22d)は、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）が所定の周波数閾値以下である場合には、入力交流に欠相が有り、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）が所定の周波数閾値を超える場合には、入力交流に欠相がないと特定できる。

なお、電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数が５０Ｈｚであるとき、入力交流に欠相がない場合には、脈動周波数（fest）は３００Ｈｚとなる一方、入力交流に欠相がある場合には、脈動周波数（fest）は１００Ｈｚとなる。したがって、前記周波数閾値を１００Ｈｚよりも高く、かつ３００Ｈｚよりも低く設定することにより、欠相判定部（22d)による欠相の有無（PR）の判定が可能になる。

また、不平衡情報特定部（22e）は、特定した脈動周波数（fest）に基づいて、入力交流の不平衡率に関する不平衡情報（UB）を特定する。具体的には、不平衡情報特定部（22e）は、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）が、第１の閾値以上であるか否かを判定し、第１の閾値以上である場合には、不平衡率が低レベルであることを不平衡情報（UB）として特定する。脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）が、第１の閾値未満である場合には、脈動周波数特定部（22a）によって特定された脈動周波数（fest）が、第１の閾値よりも低い第２の閾値以上であるか否かを判定し、第２の閾値以上である場合には、不平衡率が中レベルであることを不平衡情報（UB）として特定する一方、第２の閾値未満である場合には、不平衡率が高レベルであることを不平衡情報（UB）として特定する。

図４は、不平衡率が０％である正常時と不平衡率が２０％である場合とにおける直流リンク電圧（Vdc）を示す。同図に示すように、不平衡率が０％である正常時には、直流リンク電圧（Vdc）の脈動周波数（fest）は、入力交流（電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw））の周波数の６倍となる。一方、不平衡率が２０％である場合には、直流リンク電圧（Vdc）において、入力交流（電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw））の周波数の４倍の周波数成分が支配的となる。

図５は、不平衡率が０％である正常時と不平衡率が５０％である場合とにおける直流リンク電圧（Vdc）を示す。同図に示すように、不平衡率が５０％である場合には、直流リンク電圧（Vdc）において、入力交流（電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw））の周波数の２倍の周波数成分が支配的となる。

したがって、電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数が６０Ｈｚである場合、第１の閾値を、電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数の４倍である２４０Ｈｚに設定し、第２の閾値を電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数の２倍である１２０Ｈｚに設定することにより、２０％以下の不平衡率を低レベル、２０％を超え、かつ５０％以下の不平衡率を中レベル、５０％を超える不平衡率を高レベルに設定できる。なお、第１及び第２の閾値は、他の値に設定してもよい。

電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数が５０Ｈｚである場合にも、同様に、第１の閾値を、電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数の４倍である２００Ｈｚに設定し、第２の閾値を電源電圧（Vpu,Vpv,Vpw）の周波数の２倍である１００Ｈｚに設定することにより、２０％以下の不平衡率を低レベル、２０％を超え、かつ５０％以下の不平衡率を中レベル、５０％を超える不平衡率を高レベルに設定できる。

なお、図２Ｂでは、直流リンク電圧（Vdc）の実際の値を例示し、図３～５では、説明のため、直流リンク電圧（Vdc）の理想波形を例示している。

上述のように構成された電力変換装置（1）を用いて電動機（3）を駆動するには、まず、電動機（3）に回転運動をさせていない状態で、逆変換器駆動部（21）に脈動発生動作を実行させる。これにより、電動機（3）が回転運動をしない状態で、ＤＣリンク電圧（Vdc）に入力交流の周波数に起因する脈動が発生する。次いで、電源情報特定部（22）に、逆変換器駆動部（21）による脈動発生動作中に検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）に基づいて、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡率に関する不平衡情報（UB）を特定させる。その後、逆変換器駆動部（21）に、電源情報特定部（22）によって特定された入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡率に関する不平衡情報（UB）に基づいて、電動機（3）を所望の回転速度で回転させる回転制御動作を実行させる。

コンデンサ（14）の容量が小さい場合、大きい場合に比べ、実際の電源情報に基づかない回転制御動作を実行すると、過電圧や過電流により電力変換装置（1）が故障しやすい。また、入力交流が三相交流である場合、入力交流に欠相がある状態、又は入力交流の不平衡率が高い状態で電力変換装置（1）を動作させると、コンデンサ（14）に流れ込むリプル電流が増加し、自己発熱による寿命の低下を招く。かかる問題は、コンデンサ（14）として電解コンデンサを用いた場合に特に顕著になる。

本実施形態１では、上述のように、制御部（20）に、脈動発生動作及び電源情報特定処理を実行させた後に、電源情報を反映させた回転制御動作を開始させることができる。したがって、電源情報に基づかない回転制御動作に起因する電力変換装置（1）の故障や短寿命化を抑制できる。

したがって、本実施形態１によれば、脈動が発生する直流リンク電圧（Vdc）を検出する検出部（15）を設ければ、部品点数が多く、かつ消費電力が大きいゼロクロス検出回路を設けなくてもよいので、電力変換装置（1）の部品点数、部品コスト及び消費電力を削減するとともに、信頼性を高めることができる。

また、直流リンク電圧（Vdc）を検出する検出部（15）を電源情報の特定以外の目的で備える一般的な電力変換装置に本実施形態１を適用する場合には、電源情報を特定できるように別途検出装置を設けなくてもよいので、部品点数及び部品コストの増加を抑制できる。

また、コンデンサ（14）の容量を、整流器（11）の出力電圧の脈動を許容しないように設定する場合に比べて小さくできるので、直流リンク電圧（Vdc）に、入力交流の周波数に起因する脈動を発生させるために必要な消費電力を削減できる。

また、コンデンサ（14）の容量を、整流器（11）の出力電圧の脈動を許容しないように設定する場合に比べて小さくできるので、コンデンサ（14）として基板実装可能な程度に小型のフィルムコンデンサを使用でき、整流器（11）の出力電圧の脈動により寿命が低下する電解コンデンサを使用する場合に比べて、信頼性を向上できる。

また、電源情報の特定に、脈動の周期毎にピーク値が現れる波形となる直流リンク電圧（Vdc）を用いるので、直流リンク電圧（Vdc）のピーク値の周期Ｔ１に基づいて、脈動周波数（fest,ωest）、及び電源情報を容易に特定できる。

また、電源情報の特定を脈動周波数（fest,ωest）に基づいて行うので、電源情報の比較的正確な特定が容易になる。

《実施形態１の変形例１》
実施形態１の変形例１では、電源情報特定部（22）の脈動周波数特定部（22a）が、脈動周波数（fest）の特定を、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）のボトム値の周期Ｔ２（図２Ｂ参照）に基づいて行う。具体的には、脈動周波数特定部（22a）が、直流リンク電圧（Vdc）のボトム値の周期Ｔ２の逆数を、脈動周波数（fest）として特定する。

その他の構成は、実施形態１と同じであるので、その詳細な説明を省略する。

したがって、本変形例１によれば、電源情報の特定に、脈動の周期毎にボトム値が現れる波形となる直流リンク電圧（Vdc）を用いるので、直流リンク電圧（Vdc）のボトム値の周期Ｔ２に基づいて、脈動周波数（fest,ωest）、及び電源情報を容易に特定できる。

《実施形態１の変形例２》
実施形態１の変形例２では、電源情報特定部（22）の脈動周波数特定部（22a）が、脈動周波数（fest）の特定を、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）が、所定の比較値（CV）を下回る状態から上回る状態に移行するタイミングの周期（時間差）Ｔ３（図２Ｂ参照）に基づいて行う。具体的には、脈動周波数特定部（22a）は、直流リンク電圧（Vdc）が、所定の比較値（CV）を下回る状態から上回る状態に移行するタイミングの周期Ｔ３の逆数を、脈動周波数（fest）として特定する。なお、脈動周波数特定部（22a）が、直流リンク電圧（Vdc）が、所定の比較値（CV）を上回る状態から下回る状態に移行するタイミングの周期の逆数を、脈動周波数（fest）として特定するようにしてもよい。

《実施形態１の変形例３》
実施形態１の変形例３では、電源情報特定部（22）の脈動周波数特定部（22a）が、図６に示すように、フィルタ（31）、αβ変換部（32）、ｄｑ変換部（33）、減算器（34）、比例積分制御部（35）を備えている。また、脈動周波数特定部（22a）は、脈動の角周波数を、脈動周波数（ωest）として特定する。また、位相特定部（22c）が、積分器で構成されている。

フィルタ（31）は、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）の基本周波数の成分を抽出するフィルタリングを行う。

αβ変換部（32）は、フィルタ（31）によって抽出された基本周波数の成分に対し、αβ変換を行って、α軸電圧（Ｖ_α）及びβ軸電圧（Ｖ_β）を出力する。

ｄｑ変換部（33）は、αβ変換部（32）によって出力されたα軸電圧（Ｖ_α）及びβ軸電圧（Ｖ_β）に対し、位相（θest）を用いてｄｑ変換を行い、ｑ軸電圧（Ｖｑ）を出力する。

減算器（34）は、指示電圧（Ｖq^＊）である０から、ｄｑ変換部（33）によって出力されたｑ軸電圧（Ｖｑ）を減算し、減算結果を出力する。

比例積分制御部（35）は、減算器（34）の減算結果に基づいて、比例積分（ＰＩ：Proportion Integral）制御によって脈動周波数（ωest）を算出する。

位相特定部（22c）は、比例積分制御部（35）によって算出された脈動周波数（ωest）を積分することにより、直流リンク電圧（Vdc）に含まれる脈動周波数（ωest）の成分の位相（θest）を特定する。

《実施形態２》
図７は、本発明の実施形態２に係る電力変換装置（1）を示す。本実施形態２では、検出部（15）が、ＤＣリンク電圧（Vdc）に代えて、直流リンク電流（Idc）を検出対象として検出する。

電源情報特定部（22）は、検出部（15）によって検出された直流リンク電流（Idc）に基づいて、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡情報（UB）を特定する。

具体的には、例えば、実施形態１の変形例３の脈動周波数特定部（22a）に、直流リンク電圧（Vdc）に代えて、検出部（15）によって検出された直流リンク電流（Idc）を入力する。これにより、脈動周波数特定部（22a）は、脈動周波数（ωest）を出力でき、位相特定部（22c）は、直流リンク電流（Idc）に含まれる当該脈動周波数（ωest）の成分の位相（θest）を特定できる。

その他の構成は、実施形態１の変形例３と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

なお、本実施形態２では、直流リンク電流（Idc）を検出対象とする構成を、実施形態１の変形例３に適用したが、実施形態１、又は実施形態１の変形例２に適用してもよい。

《実施形態３》
図８は、本発明の実施形態３に係る電力変換装置（1）を示す。本実施形態３では、検出部（15）が、ＤＣリンク電圧（Vdc）に代えて、三相交流電源（2）のＵ相の相電流（Ipu）を検出対象として検出する。本実施形態では、検出対象をＵ相の相電流（Ipu）としたが、いずれか一相の相電流であればよく、Ｖ相又はＷ相の相電流（Ipv,Ipw）としてもよい。

電源情報特定部（22）は、検出部（15）によって検出された相電流（Ipu）に基づいて、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡情報（UB）を特定する。

具体的には、例えば、実施形態１の変形例３の脈動周波数特定部（22a）に、直流リンク電圧（Vdc）に代えて、検出部（15）によって検出されたＵ相の相電流（Ipu）を入力する。これにより、脈動周波数特定部（22a）は、脈動周波数（ωest）を出力でき、位相特定部（22c）は、相電流（Ipu）に含まれる当該脈動周波数（ωest）の成分の位相（θest）を特定できる。

なお、本実施形態３では、相電流（Ipu）を検出対象とする構成を、実施形態１の変形例３に適用したが、実施形態１、又は実施形態１の変形例１，２に適用してもよい。

《実施形態４》
図９は、本発明の実施形態４に係る電力変換装置（1）を示す。本実施形態４では、検出部（15）が、ＤＣリンク電圧（Vdc）に代えて、整流器（11）の第１及び第２の出力ノード（11a,11b）間の電圧、すなわち整流器（11）の出力電圧（Vn）を検出対象として検出する。

電源情報特定部（22）は、検出部（15）によって検出された出力電圧（Vn）に基づいて、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡率に関する不平衡情報（UB）を特定する。

その他の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

また、前記実施形態１～４、及び実施形態１の変形例１～３では、逆変換器駆動部（21）が、脈動発生動作中、逆変換器（12）のスイッチング素子（12S）の制御を、電動機（3）によって直流電力が消費されるように行ったが、電動機（3）に交番磁界を発生させ、電動機（3）によって交流電力が消費されるように行うようにしてもよい。図１０Ａは、脈動発生動作中における逆変換器（12）の制御を、電動機（3）によって交流電力が消費されるように行う場合の図２Ａ相当図であり、図１０Ｂは、脈動発生動作中における逆変換器（12）の制御を、電動機（3）によって交流電力が消費されるように行う場合の図２Ｂ相当図である。電動機（3）を回転運動させるためには、電動機（3）に発生させる交番磁界と、電動機（3）の磁極とを同期させる必要があり、そのためには、交番磁界の周波数を低周波数から徐々に上げていく必要がある。したがって、電動機（3）への電力供給の開始時から高周波の交番磁界を発生させて、電動機（3）の磁極を交番磁界と同期させないことにより、電動機（3）に回転動作をさせない状態で前記脈動を発生させる脈動発生動作を実現できる。

また、前記実施形態１及び実施形態１の変形例１～３において、欠相判定部（22d)が、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）の最高値と最低値との差、すなわちピークピーク値Ｐｋ（図３参照）に基づいて、入力交流の欠相の有無（PR）を特定するようにしてもよい。例えば、欠相判定部（22d)が、ピークピーク値Ｐｋが所定閾値よりも大きい場合には、欠相があると特定する一方、ピークピーク値Ｐｋが所定閾値以下である場合には、欠相がないと特定するようにしてもよい。図３に示すように、入力交流に欠相がある場合、欠相がない場合に比べ、ピークピーク値Ｐｋが大きくなるので、欠相がある場合のピークピーク値Ｐｋと、欠相がない場合のピークピーク値Ｐｋとの間の値に所定閾値を設定することにより、欠相の有無（PR）の適切な特定が可能になる。

また、前記実施形態１及び実施形態１の変形例１～３において、欠相判定部（22d)が、検出部（15）によって検出された直流リンク電圧（Vdc）の最低値に基づいて、入力交流の欠相の有無（PR）を特定するようにしてもよい。例えば、欠相判定部（22d)が、直流リンク電圧（Vdc）の最低値が所定閾値よりも低い場合には、欠相があり、最低値が所定閾値以上である場合には、欠相がないと特定するようにしてもよい。図３に示すように、入力交流に欠相がある場合、欠相がない場合に比べ、直流リンク電圧（Vdc）の最低値が低くなるので、欠相がある場合の最低値と、欠相がない場合の最低値との間の値に所定閾値を設定することにより、欠相の有無（PR）の適切な特定が可能になる。

また、前記実施形態１及び実施形態１の変形例１～３において、不平衡情報特定部（22e）が、直流リンク電圧（Vdc）の極大値又は極小値の変化に基づいて、不平衡情報（UB）を特定するようにしてもよい。

なお、前記実施形態１～４、及び実施形態１の変形例１～３では、電源情報特定部（22）が、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡情報（UB）を全て電源情報として特定したが、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡情報（UB）のうちの一部だけを特定するようにしてもよく、入力交流の周波数（fp）、脈動の位相（θest）、欠相の有無（PR）、及び不平衡情報（UB）のうちの少なくとも１つを特定すればよい。

以上説明したように、本開示は、交流電源から供給された入力交流に対して電力変換を行う電力変換装置について有用である。

１電力変換装置
２三相交流電源
３電動機
１１整流器
１２逆変換器
１２ａ，１２ｂ入力ノード
１４コンデンサ
１５検出部
２０制御部
Ｖｄｃ直流リンク電圧
Ｉｄｃ直流リンク電流
Ｉｐｕ相電流
Ｉｐｖ相電流
Ｉｐｗ相電流
Ｖｎ出力電圧
ｆｐ周波数
θｅｓｔ位相
ＰＲ欠相の有無
ＵＢ不平衡情報
ｆｅｓｔ脈動周波数
ωｅｓｔ脈動周波数

Claims

交流電源（2）から供給された入力交流を直流に変換して出力する整流器（11）と、
前記整流器（11）により出力された直流を交流に変換して電動機（3）に供給する逆変換器（12）と、
前記逆変換器（12）の入力ノード（12a,12b）間に接続されたコンデンサ（14）と、
前記逆変換器（12）を制御する制御部（20）とを有する電力変換装置であって、
前記コンデンサ（14）の電圧(Vdc)、直流リンク電流（Idc）、前記交流電源（2）のＵ相、Ｖ相又はＷ相の相電流（Ipu,Ipv,Ipw）又は前記整流器（11）の出力電圧（Vn）を検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）として検出する検出部（15）をさらに備え、
前記制御部（20）は、前記電動機（3）に回転運動をさせず、かつ前記入力交流の周波数に起因する脈動を前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）に発生させるように前記逆変換器（12）を制御する脈動発生動作と、前記脈動発生動作時における前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）の検出値に基づいて、前記入力交流の周波数（fp）、前記脈動の位相（θest）、前記入力交流の欠相の有無（PR）、及び前記入力交流の不平衡率に関する不平衡情報（UB）のうちの少なくとも１つを含む電源情報を特定する電源情報特定処理とを実行することを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記コンデンサ（14）の容量は、前記整流器（11）の出力電圧の脈動を許容するように設定されていることを特徴とする電力変換装置。
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）は、前記コンデンサ（14）の電圧(Vdc)、又は前記整流器（11）の出力電圧（Vn）であることを特徴とする電力変換装置。
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記電源情報特定処理は、前記脈動発生動作時における前記検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）の検出値に基づいて当該検出対象（Vdc,Idc,Ipu,Ipv,Ipw,Vn）の脈動周波数（fest,ωest）を特定し、当該脈動周波数（fest,ωest）に基づいて前記電源情報を特定するものであることを特徴とする電力変換装置。