JP7849596B2 - 電圧変化検出装置及び電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相の入力電圧の位相変化を検出する電圧変化検出装置及び電力変換装置に関する。

入力電圧の位相に対応したスイッチング動作を行うことにより、入力電源の力率を改善する電力変換装置が知られている。このような電力変換装置として、例えば特許文献１には、複数のダイオードによって構成されたブリッジ回路と、前記複数のダイオードに並列接続されたスイッチング素子と、前記ブリッジ回路の出力端に接続された平滑コンデンサとを有するＰＷＭコンバータを備えた電力変換装置が開示されている。

前記特許文献１に開示されている電力変換装置では、前記スイッチング素子が入力電圧の位相に対応したスイッチング動作を行うことにより、入力電流の波形を正弦波にする。これにより、波形の歪みが小さい電源電圧が得られる。

特許第６５５０３１４公報

ところで、上述のような電力変換装置では、入力電圧の位相が大きく変化しない状態であれば、前記入力電圧から位相角を算出して、スイッチング素子をスイッチング動作させるための駆動信号を生成することができる。

しかしながら、例えば、航空機用電力変換装置などのように、電源の切り替えが発生する場合には、入力電圧の位相が急激に変化する場合がある。そうすると、前記入力電圧から位相角を正確に算出できない期間が生じる可能性がある。この期間中では、入力電圧の実際の位相と、前記入力電圧から求められる位相とに差が生じるため、前記駆動信号を精度よく生成できない場合がある。

このような場合には、スイッチング素子にその定格電流を超えるような電流が流れて、前記スイッチング素子が故障する可能性がある。

そのため、入力電圧の位相が急激に変化した際に、前記スイッチング素子の動作を停止できるように、前記入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であることを迅速に検出可能な装置が求められている。

本発明の目的は、三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であることを検出可能な電圧変化検出装置を実現することにある。

本発明の一実施形態に係る電圧変化検出装置は、前記三相の入力電圧をｄ軸電圧及びｑ軸電圧に変換する変換部と、前記ｄ軸電圧及び前記ｑ軸電圧をそれぞれ前記入力電圧の実効値で除して規格化することにより、ｄ軸換算値及びｑ軸換算値を得る換算値算出部と、前記ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上の場合、または、前記ｑ軸換算値がｑ軸閾値以上の場合に、前記三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する位相変化検出部と、を有する（第１の構成）。

これにより、ｄ軸電圧から求められるｄ軸換算値の変化またはｑ軸電圧から求められるｑ軸換算値の変化に応じて、三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であるかどうかを精度良く検出することができる。よって、上述の構成により、前記入力電圧の急激な位相変化を、精度良く検出することができる。

前記第１の構成において、前記位相変化検出部は、前記ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上の場合に、前記三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出し、前記ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上に達するタイミングよりも前に前記ｑ軸換算値がｑ軸閾値以上に達した場合に、前記三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する（第２の構成）。

入力電圧の位相を変化させた際に、前記入力電圧の位相が変化した直後の所定期間においてｄ軸換算値がほとんど変化しない位相角度が存在する。そのため、上述の構成のように、ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上に達するタイミングよりも前にｑ軸換算値がｑ軸閾値以上に達した場合に、前記入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出することにより、前記入力電圧の急激な位相変化を、より迅速に且つ精度良く検出することができる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置は、前記第１または第２の構成の電圧変化検出装置と、複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、前記複数のスイッチング素子をスイッチング駆動させることによって、三相の入力電圧を所定の直流電圧に変換するとともに、前記電圧変化検出装置によって三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出された場合に、前記スイッチング素子の駆動を停止する駆動制御部と、を有する（第３の構成）。

これにより、電圧変化検出装置によって三相の入力電圧の急激な位相変化が検出された場合に、スイッチング回路の複数のスイッチング素子の駆動を停止することにより、前記複数のスイッチング素子に過大な電流が流れて故障することを防止できる。

本発明の一実施形態に係る電圧変化検出装置は、三相の入力電圧から得られるｄ軸換算値がｄ軸閾値以上の場合、または、前記入力電圧から得られるｑ軸換算値がｑ軸閾値以上の場合に、前記入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する。これにより、前記ｄ軸換算値の変化または前記軸換算値の変化に基づいて、前記入力電圧の急激な位相変化を精度良く検出することができる。

図１は、実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図２は、位相角算出部の概略構成を示す機能ブロック図である。 図３は、電力変換装置の入力電圧の位相が連続して変化する場合の前記入力電圧の一例と、位相角変換部によって求められた位相角の一例との関係を示す図である。 図４は、電力変換装置の入力電圧の位相が急激に変化する場合の前記入力電圧の一例と、位相角変換部によって求められた位相角の一例との関係を示す図である。 図５は、入力電圧の位相がずれている場合のｄ軸換算値の変化の一例を示す図である。 図６は、入力電圧の位相がずれている場合のｑ軸換算値の変化の一例を示す図である。 図７は、電力変換装置による入力電圧の位相変化の検出動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る電圧変化検出装置５０（図２参照）を備えた電力変換装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。電圧変化検出装置５０は、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相の急激な変化を検出する。本実施形態では、電圧変化検出装置５０は、電力変換装置１において、後述する位相角算出部２３の一部の構成である。

電力変換装置１は、交流電源２から供給される三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ及び入力電流に基づいて、スイッチング回路１０を構成する複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を駆動させることにより、直流電圧を出力する。

電力変換装置１は、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を有するスイッチング回路１０と、スイッチング回路１０のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６に対してＰＷＭ信号を出力する制御部２０とを有する。

スイッチング回路１０は、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６と、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６にそれぞれ並列に接続されたダイオードＤ１～Ｄ６とを有する。本実施形態では、スイッチング回路１０は、６個のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６と、６個のダイオードＤ１～Ｄ６とを有する。６個のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、ブリッジ回路を構成する。６個のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、交流電源２のＲ相、Ｓ相及びＴ相に電気的に接続されている。

スイッチング回路１０は、交流電源２及びコンデンサ３に電気的に接続されている。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、交流電源２のＲ相に電気的に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４は、交流電源２のＳ相に電気的に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は、交流電源２のＴ相に電気的に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６は、コンデンサ３に電気的に接続されている。

制御部２０は、電圧制御部２１と、電流制御部２２と、位相角算出部２３と、ＰＷＭ信号生成部２４とを有する。

電圧制御部２１は、コンデンサ３の直流電圧の検出値と、出力電圧指令とから、電流指令を生成して、電流制御部２２に出力する。すなわち、電圧制御部２１は、電力変換装置１の出力である直流電圧を、出力電圧指令に近づけるように、電流指令を生成する。

電流制御部２２は、電力変換装置１の入力電流の検出値と、電圧制御部２１から入力される電流指令と、位相角算出部２３から入力される位相角に関する信号とから、ＰＷＭ信号生成部２４に対する指令信号を生成する。電流制御部２２の構成は、従来の電力変換装置における電流制御の構成と同様である。よって、電流制御部２２の構成についての説明は省略する。

ＰＷＭ信号生成部２４は、電流制御部２２で生成された指令信号を用いて、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を駆動させるためのＰＷＭ信号を生成する。生成されたＰＷＭ信号は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６に入力される。ＰＷＭ信号生成部２４の構成も、従来の電力変換装置におけるＰＷＭ信号を生成する構成と同様である。よって、ＰＷＭ信号生成部２４の構成についての説明は省略する。

なお、ＰＷＭ信号生成部２４は、位相変化検出部３６からスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止させる駆動停止信号が入力された場合に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の駆動を停止させるＰＷＭ信号を生成する。

電流制御部２２及びＰＷＭ信号生成部２４は、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６をスイッチング駆動させることによって、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを所定の直流電圧に変換するとともに、後述する電圧変化検出装置５０によって三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出された場合に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の駆動を停止する。よって、電流制御部２２及びＰＷＭ信号生成部２４が本発明の駆動制御部４０を構成する。

位相角算出部２３は、電力変換装置１の入力電圧の検出値から、位相角θを算出する。位相角算出部２３で算出された位相角θは、電流制御部２２に入力される。また、位相角算出部２３は、電力変換装置１の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの検出値に基づいて、入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が急激に変化したかどうかを検出する。図２は、位相角算出部２３の概略構成を示す機能ブロック図である。

図２に示すように、位相角算出部２３は、３相２相変換部３１と、実効値算出部３２と、換算値算出部３３と、ＰＩ制御部３４と、位相角変換部３５と、位相変化検出部３６とを有する。３相２相変換部３１、実効値算出部３２、換算値算出部３３及び位相変化検出部３６が本発明の電圧変化検出装置５０を構成する。すなわち、本実施形態の位相角算出部２３は、電圧変化検出装置５０を含む。

３相２相変換部３１は、電力変換装置１の３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する。３相２相変換部３１は、従来の構成と同様の構成を有する。よって、３相２相変換部３１の詳しい説明は、省略する。

実効値算出部３２は、電力変換装置１の３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを用いて実効値Ｖｐｐを求める。具体的には、実効値算出部３２は、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの２乗和平方根を算出することにより、実効値Ｖｐｐを求める。

換算値算出部３３は、３相２相変換部３１から出力されたｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑと、実効値算出部３２から出力された実効値Ｖｐｐとを用いて、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐ及びｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを求める。具体的には、換算値算出部３３は、ｄ軸電圧Ｖｄを実効値Ｖｐｐによって除することにより、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐを算出する。換算値算出部３３は、ｑ軸電圧Ｖｑを実効値Ｖｐｐによって除することにより、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを算出する。換算値算出部３３は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐ及びｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを出力する。

ＰＩ制御部３４は、換算値算出部３３から出力されたｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐ及びｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを用いてＰＩ制御を行う。ＰＩ制御部３４は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐに対してＰＩ処理を行うことにより、電流制御部２２で指令信号を生成する際に用いられる入力電圧の周波数Ｆｒｅｑを求める。詳しくは説明しないが、ＰＩ制御部３４は、微分器及び積分器を有する。

位相角変換部３５は、ＰＩ制御部３４で生成された周波数Ｆｒｅｑを、電流制御部２２で指令信号を生成する際に用いられる入力電圧の位相角θに変換する。位相角変換部３５によって生成された位相角θは、３相２相変換部３１による３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔからｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑへの変換に用いられる。

図３は、電力変換装置１の入力電圧の位相が連続して変化する場合の前記入力電圧の一例と、位相角変換部３５によって求められた位相角θの一例との関係を示す図である。図３に示すように、電力変換装置１の入力電圧が変化することにより、該入力電圧に応じて、位相角変換部３５によって得られる位相角θも徐々に変化する。

ところで、電力変換装置１の入力電圧の位相が急激に変化した場合、位相角変換部３５によって前記入力電圧から求められる位相角も急激に変化する。図４は、電力変換装置１の入力電圧の位相が急激に変化する場合の前記入力電圧の一例と、位相角変換部３５によって求められた位相角θの一例との関係を示す図である。図４に示すように、電力変換装置１の入力電圧の位相が急激に変化することにより、位相角変換部３５によって得られる位相角θも急激に変化する。

図４に示すように位相角θが急激に変化する場合、位相角算出部２３における演算の遅れにより、算出される位相角θは、図４に太破線で示すように変化する。このように、算出される位相角θが、実際の位相角に対してずれていると、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６に対して入力されるＰＷＭ信号を正常に生成することができない。よって、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６にそれらの定格電流を超えるような電流が流れて、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が破損する可能性がある。

なお、図４に示すような位相角θの急激な変化は、例えば、交流電源２を他の電源に切り替える際などに発生する。このように電源が切り替えられる電力変換装置としては、例えば、航空機用電力変換装置などが挙げられる。本実施形態の電力変換装置は、航空機用電力変換装置以外の電力変換装置に用いられてもよい。

位相変化検出部３６は、電力変換装置１の３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が急激に変化したことを検出する。具体的には、位相変化検出部３６は、換算値算出部３３によって求められたｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合、または、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上の場合に、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上である、すなわち３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が急激に変化したと検出する。

位相変化検出部３６は、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が急激に変化したと検出した場合には、ＰＷＭ信号生成部２４に対して、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止させる駆動停止信号を生成して出力する。前記駆動停止信号は、ＰＷＭ信号生成部２４に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止させるＰＷＭ信号を生成させる。

前記ｄ軸閾値は、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上となるようなｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐに設定されている。前記ｄ軸閾値は、例えば、前記所定位相変化量が１０度となるようなｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐに設定されている。なお、前記ｄ軸閾値は、前記所定位相変化量が１０度以外の値となるようなｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐに設定されていてもよい。

前記ｑ軸閾値は、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上となるようなｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐに設定されている。ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐは、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐに比べて、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相に対する変化量が小さい。よって、前記ｑ軸閾値は、前記所定位相変化量が前記ｄ軸閾値の場合よりも大きい値（例えば３０度）となるようなｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐに設定されている。なお、前記ｑ軸閾値は、前記所定位相変化量が前記ｄ軸閾値の場合の所定位相変化量と同じ値かそれよりも小さい値となるようなｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐに設定されていてもよい。

ところで、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐは、図５に示すように、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が１８０度ずれている場合には、前記位相のずれが１８０度以外の場合に比べて、変化するタイミングが遅い。一方、図６に示すように、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐは、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が１８０度ずれている場合には、前記位相のずれが１８０度以外の場合に比べて、変化するタイミングが早く且つ変化量も大きい。

そのため、位相変化検出部３６は、前記位相のずれが１８０度の場合には、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐ及び前記ｑ軸閾値を用いて、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であるかどうかを検出する。

すなわち、位相変化検出部３６は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出し、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上に達するタイミングよりも前にｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上に達した場合に、前記三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する。

これにより、位相変化検出部３６は、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であることを、迅速に且つ精度良く検出することができる。

（入力電圧の位相変化の検出）
次に、上述の構成を有する電力変換装置１による入力電圧の位相変化の検出動作を、図７を用いて説明する。図７は、電力変換装置１による入力電圧の位相変化の検出動作を示すフローチャートである。

図７に示すように、まずステップＳ１では、位相角算出部２３は、交流電源２から入力される三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを取得する。続くステップＳ２では、位相角算出部２３の３相２相変換部３１は、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する。

その後、ステップＳ３では、換算値算出部３３は、３相２相変換部３１によって得られたｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑを、それぞれ、実効値算出部３２で得られた実効値Ｖｐｐによって除して規格化する。これにより、換算値算出部３３は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐ及びｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを得る。

ステップＳ４では、位相変化検出部３６は、換算値算出部３３によって得られたｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐ及びｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを用いて、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であるかどうかを検出する。具体的には、位相変化検出部３６は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合、または、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上の場合に、３相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると判定する。

このとき、位相変化検出部３６は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出し、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上に達するタイミングよりも前にｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上に達した場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する。

ステップＳ４でＹＥＳの判定の場合には、ステップＳ５に進んで、電力変換装置１は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止させる。

具体的には、位相変化検出部３６は、ステップＳ４でＹＥＳの判定の場合には、ＰＷＭ信号生成部２４に対して、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止させる駆動停止信号を生成して出力する。ＰＷＭ信号生成部２４は、前記駆動停止信号が入力されると、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止させるＰＷＭ信号を生成する。これにより、電力変換装置１は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の駆動を停止させることができる。

一方、ステップＳ４でＮＯの判定の場合には、このフローを終了する（ＥＮＤ）。すなわち、ステップＳ４でＮＯの場合の場合には、電力変換装置１は、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の駆動を継続する。

以上より、本実施形態に係る電圧変化検出装置５０は、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔをｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑに変換する３相２相変換部３１と、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑをそれぞれ入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの実効値Ｖｐｐで除して規格化することにより、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐ及びｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐを得る換算値算出部３３と、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合、または、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する位相変化検出部３６と、を有する。

これにより、ｄ軸電圧Ｖｄから求められるｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐの変化またはｑ軸電圧Ｖｑから求められるｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐの変化に応じて、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であるかどうかを精度良く検出することができる。よって、上述の構成により、入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの急激な位相変化を、精度良く検出することができる。

また、本実施形態では、電圧変化検出装置５０は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出し、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値に達するタイミングよりも前にｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上に達した場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する。

入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相を変化させた際に、入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相が変化した直後の所定期間においてｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがほとんど変化しないような位相角度が存在する。そのため、上述の構成のように、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値に達するタイミングよりも前にｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上に達した場合に、入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出することにより、入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの急激な位相変化を、より迅速に且つ精度良く検出することができる。

本実施形態に係る電力変換装置１は、電圧変化検出装置５０と、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６を有するスイッチング回路１０と、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６をスイッチング駆動させることによって、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを所定の直流電圧に変換するとともに、電圧変化検出装置５０によって三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの位相変化量が所定位相変化量以上であると検出された場合に、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の駆動を停止する駆動制御部４０と、を有する。

これにより、電圧変化検出装置５０によって三相の入力電圧の急激な位相変化が検出された場合に、スイッチング回路１０の複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６の駆動を停止することにより、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６に過大な電流が流れて故障することを防止できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、電圧変化検出装置５０は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合、または、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの急激な位相変化を検出する。しかしながら、電圧変化検出装置は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの急激な位相変化を検出してもよい。

また、電圧変化検出装置は、ｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上の場合、または、ｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上の場合に、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの急激な周波数変化を検出してもよい。すなわち、三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの周波数が急激に変化した場合でも、前記実施形態で説明したようにｄ軸換算値Ｖｄ／Ｖｐｐがｄ軸閾値以上またはｑ軸換算値Ｖｑ／Ｖｐｐがｑ軸閾値以上になる。

前記実施形態では、電力変換装置１は、電圧変化検出装置５０によって三相の入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの急激な位相変化が検出された場合に、複数のスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチング動作を停止する。しかしながら、電圧変化検出装置は、電力変換装置以外で且つ入力電圧の急激な位相変化に影響を受ける装置に対して、入力電圧の急激な位相変化の検出結果を出力してもよい。

例えば、電圧変化検出装置によって三相の入力電圧の急激な位相変化が検出された場合に、制御系のゲイン（例えば比例ゲイン、積分ゲインなど）を前記位相変化に応じて補正してもよい。これにより、前記制御系において、前記入力電圧に急激な位相変化が生じた場合の制御応答を高速にすることができる。すなわち、図５に示すＶｄ／Ｖｐｐ及び図６に示すＶｑ／Ｖｐｐが収束する時間を短縮することができる。よって、入力電圧とＰＷＭ信号とがずれている状態の時間を短縮できる。ところで、前記入力電圧と前記ＰＷＭ信号とがずれている際にスイッチング素子に流れる電流は、所定の勾配で増加する。そのため、前記スイッチング素子に流れる電流が、前記スイッチング素子が破損する電流になるまでに、Ｖｄ／Ｖｐｐ及びＶｑ／Ｖｐｐを収束させることにより、前記スイッチング素子を停止させることなく、装置からの出力を継続することができる。

また、例えば、電圧変化検出装置によって位相変化が検出された場合に、位相変化量を推定して、図２における周波数Ｆｒｅｑや位相角θを補正する（例えば、位相変化量に応じて周波数Ｆｒｅｑや位相角θを所定値に決める）ことにより、入力電圧の変化に対して制御内の周波数Ｆｒｅｑや位相角θを迅速に合わせることができる。これにより、スイッチング素子を停止させることなく、装置からの出力を継続することができる。

前記実施形態では、電圧変化検出装置５０は、電力変換装置１の位相角算出部２３の一部によって構成されている。しかしながら、電圧変化検出装置は、電力変換装置とは別の装置として設けられていてもよい。また、電圧変化検出装置は、電力変換装置以外の装置に設けられていてもよい。

本発明は、三相の入力電圧の変化を検出する電圧変化検出装置に利用可能である。

１ 電力変換装置
２ 交流電源
３ コンデンサ
１０ スイッチング回路
２０ 制御部
２１ 電圧制御部
２２ 電流制御部
２３ 位相角算出部
２４ ＰＷＭ信号生成部
３１ ３相２相変換部（変換部）
３２ 実効値算出部
３３ 換算値算出部
３４ ＰＩ制御部
３５ 位相角変換部
３６ 位相変化検出部
４０ 駆動制御部
５０ 電圧変化検出装置
ＳＷ１～ＳＷ６ スイッチング素子
Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ 入力電圧

Claims (2)

1. 三相の入力電圧の変化を検出する電圧変化検出装置であって、
   前記三相の入力電圧をｄ軸電圧及びｑ軸電圧に変換する変換部と、
   前記ｄ軸電圧及び前記ｑ軸電圧をそれぞれ前記入力電圧の実効値で除して規格化することにより、ｄ軸換算値及びｑ軸換算値を得る換算値算出部と、
   前記ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上の場合、または、前記ｑ軸換算値がｑ軸閾値以上の場合に、前記三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する位相変化検出部と、
   を有し、
   前記位相変化検出部は、前記ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上の場合に、前記三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出し、前記ｄ軸換算値がｄ軸閾値以上に達するタイミングよりも前に前記ｑ軸換算値がｑ軸閾値以上に達した場合に、前記三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出する、
   電圧変化検出装置。
2. 請求項１に記載の電圧変化検出装置と、
   複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
   前記複数のスイッチング素子をスイッチング駆動させることによって、三相の入力電圧を所定の直流電圧に変換するとともに、前記電圧変化検出装置によって三相の入力電圧の位相変化量が所定位相変化量以上であると検出された場合に、前記複数のスイッチング素子の駆動を停止する駆動制御部と、
   を有する、
   電力変換装置。