JP6841288B2 - 電力変換装置及び電力変換方法 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。

特許文献１には、モータのコイルにおける異常を検出する際に用いるｄ軸電流値及びｑ軸電流値と、モータの電気角とに基づいてモータの各コイルに通電をする通電部と、通電部がモータに通電した際に各コイルに流れる電流に基づいて、いずれかのコイルに異常が生じているか否かを判定する欠相判定部と、を備えるモータ制御装置が開示されている。

特開２０１４−１２１１４４号公報

本開示は、欠相の早期検出に有効な電力変換装置及び電力変換方法を提供する。

本開示の一側面に係る電力変換装置は、直流母線の電力を複数相の交流電力に変換して負荷に供給する電力変換回路と、直流母線が直流電源に接続されるのに伴う直流母線の電圧上昇期間中に、複数相の少なくとも１相と、残りの相とを直流母線の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態を一時的に保つように電力変換回路を制御するテスト制御部と、上記状態における負荷への出力電流に基づいて欠相を検出する欠相検出部と、を備える。

本開示の他の側面に係る電力変換方法は、直流母線の電力を複数相の交流電力に変換して負荷に供給する電力変換回路の直流母線が直流電源に接続されるのに伴う直流母線の電圧上昇期間中に、複数相の少なくとも１相と、残りの相とを直流母線の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態を一時的に保つように電力変換回路を制御することと、上記状態における負荷への出力電流に基づいて欠相を検出することと、を含む。

本開示によれば、欠相の早期検出に有効な電力変換装置及び電力変換方法を提供することができる。

電力変換装置の概略構成を例示する模式図である。 制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。 電力変換手順を例示するフローチャートである。 欠相検査手順を例示するフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔電力変換装置〕
図１に示す電力変換装置１は、直流電源ＰＳと負荷ＬＤとの間で電力変換を行う装置である。電力変換とは、電力形態の変換を意味する。電力形態は、ライン数、直流であるか交流であるか、電圧（電圧振幅）、電流（電流振幅）、周波数等を含み得る。

負荷ＬＤは、例えば回転型の電動機（例えば車両用のモータ）である。車両用のモータの具体例としては、電気自動車又はプラグインハイブリッド車のモータ等が挙げられる。負荷ＬＤが車両用のモータである場合、電力変換装置１は、負荷ＬＤと共に車両に搭載される。

直流電源ＰＳは、所定の電圧の直流電力を電力変換装置１に供給する。所定の電圧は、例えば１００〜７００ボルトであり、２００〜６００ボルトであってもよく、３００〜５００ボルトであってもよい。

電力変換装置１は、電力変換回路１０と、電力変換回路１０を制御する制御回路１００とを備える。電力変換回路１０は、所謂インバータ回路であり、直流母線の電力を複数相（例えば３相）の交流電力に変換して負荷ＬＤに供給する。例えば電力変換回路１０は、直流母線１２と、コンデンサ１６と、出力線１３と、スイッチング回路１１と、入力端子１４Ｐ，１４Ｎと、出力端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗと、電圧センサ２２とを有する。

直流母線１２は、直流電源ＰＳからの直流電力を導くバスである。例えば直流母線１２は、正極のライン１２Ｐ及び負極のライン１２Ｎを含む。コンデンサ１６は、ライン１２Ｐ，１２Ｎの間に接続されており、直流母線１２の電圧（ライン１２Ｐ，１２Ｎの間の電圧）を平滑化する。なお、直流電源ＰＳは、複数段階の電圧で直流電力を出力可能なマルチレベル電源であってもよい。この場合、直流母線１２は、負極のラインと、複数段階の電圧にそれぞれ対応する複数の正極のラインとを含む３以上のラインを含んでいてもよい。

出力線１３は、負荷ＬＤへの出力用の交流電力を導くバスである。例えば出力線１３は、３相の交流電力のＵ相、Ｖ相及びＷ相をそれぞれ導くライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗを含む。

スイッチング回路１１は、直流母線１２の直流電力と、出力線１３の交流電力との電力変換を行う。例えばスイッチング回路１１は、複数のスイッチング素子を含み、各スイッチング素子のオン・オフを切り替えることによって、直流母線１２と出力線１３との接続状態を変更する。スイッチング素子は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、制御回路１００からのパルス信号に応じてオン・オフを切り替える。

入力端子１４Ｐ，１４Ｎは、例えば端子台等に設けられており、直流母線１２のライン１２Ｐ，１２Ｎにそれぞれ導通している。入力端子１４Ｐ，１４Ｎには、電源スイッチＳＷを介して直流電源ＰＳのケーブルが接続される。電源スイッチＳＷは、例えば高圧リレーであり、直流電源ＰＳと直流母線１２とが接続されたオン状態と、直流電源ＰＳと直流母線１２とが切り離されたオフ状態とを電気信号に従って切り替える。

入力端子１４Ｐ，１４Ｎと直流母線１２のライン１２Ｐ，１２Ｎとの間には不図示の突入電流防止回路（突入電流抑制回路）が設けられていてもよい。突充電流防止回路は、直流電源ＰＳがコンデンサ１６を充電する際にライン１２Ｐ，１２Ｎに流れる充電電流のピーク値を制限し、電源スイッチＳＷ等を保護するために設けられる。突入電流防止回路は、上記充電電流のピーク値が許容レベルに抑えられる場合は省略可能である。例えば、直流電源ＰＳの出力インピーダンスが大きい場合、直流電源ＰＳが出力電流の制御回路を備えている場合等には突入電流防止回路を省略可能である。

出力端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、例えば端子台等に設けられており、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗにそれぞれ導通している。出力端子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗには負荷ＬＤのケーブルが接続される。

電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流をそれぞれ検出する。電圧センサ２２は、直流母線１２の電圧を検出する。直流電源ＰＳがマルチレベルである場合、電圧センサ２２は、負極のラインと、複数の正極のラインのいずれか１ラインとの間の電圧を直流母線１２の電圧として検出する。

制御回路１００は、電源スイッチＳＷがオン状態となる（すなわち直流母線１２が直流電源ＰＳに接続される）のに伴う直流母線１２の電圧上昇期間中に、出力線１３の少なくとも１相と、残りの相とを直流母線１２の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態（以下、「テスト状態」という。）を一時的に保つように電力変換回路１０を制御することと、テスト状態における負荷ＬＤへの出力電流に基づいて欠相を検出することと、を実行するように構成されている。例えば制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、電圧情報取得部１１１と、電流情報取得部１１２と、時間計測部１１３と、テスト制御部１１５と、欠相検出部１１６とを有する。

電圧情報取得部１１１は、直流母線１２の電圧の検出値を電圧センサ２２から取得する。電流情報取得部１１２は、出力線１３の電流の検出値を電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗから取得する。時間計測部１１３は、所定周期のクロックパルスのカウント等により経過時間を計測する。テスト制御部１１５は、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されるのに伴う直流母線１２の電圧上昇期間中に、上記テスト状態を一時的に保つように電力変換回路１０を制御する。

テスト状態においては、少なくとも出力線１３の少なくとも１相（ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの少なくとも１ライン）と、残りの相（残りのライン）とが直流母線１２の互いに異なる極にそれぞれ接続されればよく、その他に制約条件はない。例えば、ライン１３Ｕをライン１２Ｐに接続し、ライン１３Ｖ，１３Ｗをライン１２Ｎに接続してもよく、ライン１３Ｖをライン１２Ｐに接続し、ライン１３Ｕ，１３Ｗをライン１２Ｎに接続してもよく、ライン１３Ｗをライン１２Ｐに接続し、ライン１３Ｕ，１３Ｖをライン１２Ｎに接続してもよい。また、ライン１３Ｕをライン１２Ｎに接続し、ライン１３Ｖ，１３Ｗをライン１２Ｐに接続してもよく、ライン１３Ｖをライン１２Ｎに接続し、ライン１３Ｕ，１３Ｗをライン１２Ｐに接続してもよく、ライン１３Ｗをライン１２Ｎに接続し、ライン１３Ｕ，１３Ｖをライン１２Ｐに接続してもよい。

欠相検出部１１６は、テスト状態における負荷ＬＤへの出力電流に基づいて欠相を検出する。欠相とは、電力変換回路１０と負荷ＬＤとの間の給電経路の少なくとも一部が途切れた状態を意味する。ここでの給電経路は、電力変換回路１０内の経路、及び負荷ＬＤ内の経路も含む。欠相の要因の具体例としては、スイッチング回路１１の一部分の故障、ケーブルの未接続、ケーブルの断線、及び負荷ＬＤ内部の巻線の断線等が挙げられる。

例えば欠相検出部１１６は、テスト状態において電流が流れない相が存在するか否かに基づいて上記欠相を検出する。上記欠相が無い場合、テスト状態においては全相に電流が流れる。これに対し、いずれか１相に欠相が生じると、必ず電流の流れない相が生じる。例えば、テスト状態において、ライン１３Ｕがライン１２Ｐに接続され、ライン１３Ｖ，１３Ｗがライン１２Ｎに接続される場合、Ｕ相に欠相が生じるといずれの相にも電流が流れない。Ｖ相に欠相が生じると、Ｕ相及びＷ相には同じ電流（方向は異なる）が流れるが、Ｖ相には電流が流れない。Ｗ相に欠相が生じると、Ｕ相及びＶ相には同じ電流（方向は異なる）が流れるが、Ｗ相には電流が流れない。また、２相以上に欠相が生じると、いずれの相にも電流が流れない。そこで欠相検出部１１６は、テスト状態において電流が流れない相が存在するか否かを確認し、いずれの相にも電流が流れる場合には上記欠相が無いことを検出し、電流が流れない相が存在する場合には上記欠相を検出する。

各相に電流が流れているか否かは、電流情報取得部１１２が電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗから取得する検出値に基づいて判定可能である。例えば、欠相検出部１１６は、電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗによる検出値が所定の下限値未満である場合に、電流が流れていないと判定してもよい。下限値は、電流が流れていないのと同一視し得る程度に小さい値であればよい。例えば下限値は、電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗの分解能に所定の倍率を乗じた値等に設定される。

欠相検出部１１６は、テスト状態において電流が流れない相が存在する状態が所定条件を満たすまで継続した場合に上記欠相を検出してもよい。例えば欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で直流母線１２の電圧が所定の電圧閾値に達すること（以下、「第１条件」という。）を上記所定条件として上記欠相を検出してもよい。換言すると、欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で直流母線１２の電圧が上記電圧閾値に達した場合に上記欠相を検出してもよい。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で所定の判定時間が経過すること（以下、「第２条件」という。）を上記所定条件として上記欠相を検出してもよい。換言すると、欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で所定の判定時間が経過した場合に上記欠相を検出してもよい。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で他の相の電流が所定の電流閾値に達すること（以下、「第３条件」という。）を上記所定条件として上記欠相を検出してもよい。換言すると、欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で他の相の電流が所定の電流閾値に達した場合に上記欠相を検出してもよい。電流閾値は、直流母線１２の電圧が６０ボルトである場合に流れ得る電流値よりも小さく、且つ上記下限値以上の値に設定されていてもよい。

欠相検出部１１６は、上記第１条件、第２条件及び第３条件の二つ以上を上記所定条件とし、当該二つ以上の条件のいずれかが満たされた場合に上記欠相を検出してもよい。例えば欠相検出部１１６は、上記第１条件、第２条件及び第３条件の全てを上記所定条件とし、電流が流れない相が存在する状態で第１条件、第２条件及び第３条件のいずれか一つが満たされた場合に上記欠相を検出してもよい。

上記所定条件は、直流母線１２の電圧が６０ボルトに到達する前に欠相を検出し得るように設定されていてもよい。例えば、上記電圧閾値は、直流母線１２の電圧が６０ボルトに到達する前に上記欠相が検出され得るように設定されていてもよい。例えば電圧閾値は、６０ボルト未満に設定されていてもよい。また、上記判定時間は、直流母線１２の電圧の上昇開始から６０ボルトに到達するまでの時間よりも短い値に設定されていてもよい。

欠相検出部１１６は、３相のうちいずれか２相の検出対象相の電流検出値に基づいて欠相を検出するように構成されていてもよい。この場合、テスト制御部１１５は、テスト状態において、上記２相の検出対象相と他の１相とを直流母線１２の互いに異なる極にそれぞれ接続する必要がある。このような構成によれば、上記他の相の電流センサを省略可能である。

例えば欠相検出部１１６が、電流センサ２１Ｕ，２１Ｗの電流検出値に基づいて欠相を検出するように構成されている場合、テスト制御部１１５は、テスト状態において、ライン１３Ｕ，１３Ｗをライン１２Ｐに接続してライン１３Ｖをライン１２Ｎに接続するか、ライン１３Ｕ，１３Ｗをライン１２Ｎに接続してライン１３Ｖをライン１２Ｐに接続する必要がある。一例として、テスト制御部１１５がライン１３Ｕ，１３Ｗをライン１２Ｐに接続してライン１３Ｖをライン１２Ｎに接続する場合、欠相が生じていない場合にはライン１３Ｕ，１３Ｗのいずれにも電流が流れる。Ｕ相に欠相が生じると、ライン１３Ｗには電流が流れるがライン１３Ｕには電流が流れない。Ｖ相に欠相が生じると、ライン１３Ｕ，１３Ｗのいずれにも電流が流れない。Ｗ相に欠相が生じると、ライン１３Ｕには電流が流れるがライン１３Ｗには電流が流れない。また、２相以上に欠相が生じると、ライン１３Ｕ，１３Ｗのいずれにも電流が流れない。このように、欠相が生じていない場合にはライン１３Ｕ，１３Ｗのいずれにも電流が流れるのに対し、少なくとも１相に欠相が生じるとライン１３Ｕ，１３Ｗの少なくとも一方には電流が流れない。このため、電流センサ２１Ｕ，２１Ｗの電流検出値に基づいて上記欠相を検出することができる。

制御回路１００は、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わったことを検知することを更に実行し、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わるのに応じて上記欠相を検出するための処理を開始するように構成されていてもよい。例えば制御回路１００は、電源オン検知部１１４を更に有する。電源オン検知部１１４は、直流母線１２の電圧上昇に基づいて、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わったこと（すなわち直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されたこと）を検知する。例えば電源オン検知部１１４は、電圧センサ２２による電圧の検出値が上昇し、所定の閾値（以下、「オン検出閾値」という。）を超えるのに応じて、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されたことを検知する。

電源スイッチＳＷがオン状態となったことの検知手法は、電圧上昇に基づく手法に限られない。例えば電源オン検知部１１４は、電源スイッチＳＷをオフ状態からオン状態に切り替えるための電気信号に基づいて、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わったことを検知してもよい。テスト制御部１１５及び欠相検出部１１６は、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わったことを電源オン検知部１１４が検知するのに応じて上記欠相を検出するための処理を開始する。例えばテスト制御部１１５は、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わったことを電源オン検知部１１４が検知したタイミングで上記テスト状態を開始させるように電力変換回路１０を制御し、欠相検出部１１６は、テスト状態の開始に応じて上記欠相を検出するための処理を開始する。

なお、制御回路１００は、電源スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングの情報に基づいて、当該タイミングに先立って、上記欠相を検出するための処理を開始するように構成されていてもよい。当該タイミングの情報は、例えばより上位のコントローラ等から取得可能である。

制御回路１００は、欠相を検出しなかった場合に、直流電源ＰＳの電力を交流電力に変換して負荷ＬＤに供給するように電力変換回路１０を制御することと、欠相を検出した場合に、電力変換回路１０から負荷ＬＤへの電力の供給を禁止することとを更に実行するように構成されていてもよい。更に制御回路１００は、電力変換回路１０と負荷ＬＤとの欠相を検出した場合に、これをユーザに報知するように構成されていてもよい。例えば制御回路１００は、駆動制御部１１９と、出力禁止部１１７と、欠相報知部１１８とを更に有する。

駆動制御部１１９は、欠相検出部１１６が上記欠相を検出しなかった場合（すなわち上記欠相が無いことを検出した場合）に、より上位のコントローラからの指令に応じた駆動電力を負荷ＬＤに供給するように電力変換回路１０を制御する。例えば駆動制御部１１９は、直流電源ＰＳの電力を駆動電力に変換して負荷ＬＤに供給するように電力変換回路１０を制御する。

出力禁止部１１７は、欠相検出部１１６が上記欠相を検出した場合に、電力変換回路１０から負荷ＬＤへの電力の供給を禁止する。例えば出力禁止部１１７は、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗのいずれもライン１２Ｐ，１２Ｎに接続されない状態を保つように電力変換回路１０を制御する。欠相報知部１１８は、欠相検出部１１６が上記欠相を検出した場合に、これを液晶モニタ又は警告ランプ等の表示デバイスによってユーザに報知する。

図２は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図２に示すように、制御回路１００は、回路１２０を含む。回路１２０は、一つ又は複数のプロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、表示デバイス１２４と、入出力ポート１２５と、タイマ１２６とを含む。ストレージ１２３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ１２３は、電源スイッチＳＷがオン状態となる（すなわち直流母線１２が直流電源ＰＳに接続される）のに伴う直流母線１２の電圧上昇期間中に、出力線１３の少なくとも１相と、残りの相とを直流母線１２の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態（以下、「テスト状態」という。）を一時的に保つように電力変換回路１０を制御することと、テスト状態における負荷ＬＤへの出力電流に基づいて欠相を検出することと、を制御回路１００に実行させるプログラムを記憶している。例えばストレージ１２３は、制御回路１００により上述の各機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。メモリ１２２は、ストレージ１２３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２と協働して上記プログラムを実行することで、制御回路１００の各機能モジュールを構成する。表示デバイス１２４は、例えば液晶モニタ及び警告ランプ等を含み、ユーザに対する情報表示に用いられる。入出力ポート１２５は、プロセッサ１２１からの指令に従って、電力変換回路１０、電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ及び電圧センサ２２との間で電気信号の入出力を行う。タイマ１２６は、プロセッサ１２１からの指令により所定周期のクロックパルスをカウントして経過時間を計測する。

制御回路１００は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限られない。例えば制御回路１００は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

〔電力変換方法〕
続いて、電力変換方法の一例として、電力変換装置１が実行する電力変換手順のうち、上位コントローラからの指令等に応じた制御が開始されるまでの手順（以下、これを「起動手順」という。）を例示する。起動手順は、直流母線１２が直流電源に接続されるのに伴う直流母線１２の電圧上昇期間中に、上記テスト状態を一時的に保つように電力変換回路１０を制御することと、テスト状態における負荷ＬＤへの出力電流に基づいて欠相を検出することと、を含む。

例えば図３に示すように、制御回路１００は、ステップＳ０１，Ｓ０２を実行する。ステップＳ０１では、電圧情報取得部１１１が、直流母線１２の電圧の検出値を電圧センサ２２から取得する。ステップＳ０２では、電源オン検知部１１４が、電圧センサ２２による電圧の検出値が上記オン検出閾値を超えたか否かを確認する。ステップＳ０２において電圧の検出値がオン検出閾値を超えていないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ０１に戻す。以後、制御回路１００は直流母線１２の電圧の検出値の取得と確認を繰り返す。

ステップＳ０２において電圧の検出値がオン検出閾値を超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ０３，Ｓ０４を実行する。ステップＳ０３は、欠相の有無を検査することを含む。ステップＳ０３の具体的内容については別途詳述する。ステップＳ０４では、駆動制御部１１９が、ステップＳ０３において、欠相はないと判定されたかを確認する。

ステップＳ０４において欠相はないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ０５を実行する。ステップＳ０５では、駆動制御部１１９が、上位のコントローラからの指令に応じた駆動電力を負荷ＬＤに供給するための制御（以下、「駆動制御」という。）を開始する。駆動制御は、上位のコントローラからの指令に応じた駆動電力を負荷ＬＤに供給するように電力変換回路１０を制御することと、上記指令がない場合には駆動電力を負荷ＬＤに供給しないように電力変換回路１０を制御することとを含む。

ステップＳ０４において欠相があると判定した場合、すなわち欠相検出部１１６が上記欠相を検出した場合、制御回路１００はステップＳ１１，Ｓ１２を実行する。ステップＳ１１では、出力禁止部１１７が、電力変換回路１０から負荷ＬＤへの電力の供給を禁止する。ステップＳ１２では、欠相検出部１１６が検出した欠相を欠相報知部１１８がユーザに報知する。以上で起動手順が完了する。

図４は、ステップＳ０３の欠相検査手順を詳細に例示するフローチャートである。図４に示すように、制御回路１００は、ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を実行する。ステップＳ２１では、時間計測部１１３が、クロックパルスのカウント等による経過時間の計測を開始する。ステップＳ２２では、テスト制御部１１５が、上記テスト状態を開始させるように電力変換回路１０を制御する。ステップＳ２３では、電流情報取得部１１２が、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流の検出値を電流センサ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗからそれぞれ取得する。ステップＳ２４では、電圧情報取得部１１１が、直流母線１２の電圧の検出値を電圧センサ２２から取得する。ステップＳ２５では、欠相検出部１１６が、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの全ての電流の検出値が上記下限値を上回っているか否かを確認する。

ステップＳ２５においてライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの全ての電流の検出値が下限値を上回っていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２６を実行する。ステップＳ２６では、欠相検出部１１６が、電力変換回路１０と負荷ＬＤとの間に欠相はないと判定する。

ステップＳ２５においてライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗのいずれかの電流の検出値が下限値を上回っていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２７を実行する。ステップＳ２７では、欠相検出部１１６が、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗのいずれかの電流が上記電流閾値以下であるか（すなわち上記第３条件が満たされていないか）を確認する。

ステップＳ２７においてライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗのいずれかの電流が上記電流閾値以下であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２８を実行する。ステップＳ２８では、欠相検出部１１６が、直流母線１２の電圧が上記電圧閾値以下であるか（すなわち上記第１条件が満たされていないか）を確認する。

ステップＳ２８において直流母線１２の電圧が電圧閾値以下であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２９を実行する。ステップＳ２９では、時間計測部１１３により計測された経過時間が上記判定時間に達したか（すなわち上記第２条件が満たされたか）を欠相検出部１１６が確認する。

ステップＳ２９において経過時間が判定時間に達したと判定した場合、制御回路１００はステップＳ３１を実行する。ステップＳ２７においてライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの全ての電流の検出値が電流閾値を上回っていると判定した場合、及びステップＳ２８において直流母線１２の電圧が電圧閾値を上回っていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２９を省略してステップＳ３１を実行する。ステップＳ３１では、欠相検出部１１６が、電力変換回路１０と負荷ＬＤとの間に欠相があると判定する。

ステップＳ２９において経過時間が判定時間に達していないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ２３に戻す。以後、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの全てに電流が流れるか、上記第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかが満たされるまでは、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流の検出値、直流母線１２の電圧の検出値及び経過時間に基づく欠相有無の確認が繰り返される。

ステップＳ２６，Ｓ３１の後、制御回路１００はステップＳ３２を実行する。ステップＳ３２では、テスト制御部１１５が、上記テスト状態を終了させるように電力変換回路１０を制御する。以上で欠相検査手順が完了する。なお、図４においては、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流の検出値、直流母線１２の電圧の検出値及び経過時間の全てに基づく欠相検査手順を例示したが、これら全てに基づくことは必須ではない。例えば、経過時間の確認を省略し、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流の検出値及び直流母線１２の電圧の検出値に基づいて欠相有無を確認してもよい。また、直流母線１２の電圧の確認を省略し、ライン１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流の検出値及び経過時間に基づいて欠相有無を確認してもよい。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置１は、直流母線１２の電力を複数相の交流電力に変換して負荷に供給する電力変換回路１０と、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されるのに伴う直流母線１２の電圧上昇期間中に、複数相の少なくとも１相と、残りの相とを直流母線１２の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態を一時的に保つように電力変換回路１０を制御するテスト制御部１１５と、上記状態における負荷ＬＤへの出力電流に基づいて欠相を検出する欠相検出部１１６と、を備える。

この電力変換装置１によれば、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続された後の電圧上昇期間中に欠相検出が行われる。直流母線１２間の電圧が最大となった状態に比較して、電圧上昇期間中においては負荷ＬＤを大きく動かすことなく相間に電圧を印加することが可能である。このため、電気角によらず全相に電流が流れるようにテスト状態を一時的に保ち、これに応じた出力電流に基づいて迅速に欠相を検出することができる。従って、欠相の早期検出に有効である。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在するか否かに基づいて欠相を検出してもよい。この場合、単純な論理でより迅速に欠相を検出することができる。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態が所定条件を満たすまで継続した場合に欠相を検出してもよい。この場合、電流が流れない相が存在する状態が所定条件を満たすまで継続することを欠相の検出基準とすることで、欠相検出の迅速性と、欠相検出の信頼性との両立を図ることができる。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で直流母線１２の電圧が所定の電圧閾値に達することを所定条件として欠相を検出してもよい。この場合、電流が流れない相が存在する状態で直流母線１２間の電圧が所定の電圧閾値に達することを欠相の検出基準とすることで、欠相検出の迅速性と、欠相検出の信頼性との両立を図ることができる。また、複数条件を組み合わせる場合には、欠相検出の迅速性と、欠相検出の信頼性との両立をより確実に図ることができる。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で所定の判定時間が経過することを所定条件として欠相を検出してもよい。この場合、電流が流れない相が存在する状態で所定の判定時間が経過することを欠相の検出基準とすることで、欠相検出の迅速性と、欠相検出の信頼性との両立を図ることができる。

欠相検出部１１６は、電流が流れない相が存在する状態で他の相の電流が所定の電流閾値に達することを所定条件として欠相を検出してもよい。この場合、電流が流れない相が存在する状態で他の相の電流が所定の電流閾値に達することを欠相の検出基準とすることで、欠相検出の迅速性と、欠相検出の信頼性との両立を図ることができる。複数条件を組み合わせる場合には、欠相検出の迅速性と、欠相検出の信頼性との両立をより確実に図ることができる。

上記所定条件は、直流母線１２の電圧が６０ボルトに到達する前に欠相を検出し得るように設定されていてもよい。この場合、直流母線１２間の電圧がＩＥＣ６０３６４−４及びＩＥＣ６０９５０等で定められたＳＥＬＶ（Ｓａｆｅｔｙ Ｅｘｔｒａ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）に達する前に欠相を検出することができる。

電力変換回路１０は、直流母線１２の電力を３相の交流電力に変換し、欠相検出部１１６は、３相のうちいずれか２相の検出対象相の電流検出値に基づいて欠相を検出し、テスト制御部１１５は、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されるのに伴う直流母線１２の電圧上昇期間中に、３相のうち２相の検出対象相と他の１相とを直流母線１２の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態を一時的に保つように電力変換回路１０を制御してもよい。この場合、電流検出用のセンサを削減しつつ、上述した欠相検出を実行することができる。

電力変換装置１は、直流母線１２の電圧上昇に基づいて、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されたことを検知する電源オン検知部１１４を更に備え、テスト制御部１１５及び欠相検出部１１６は、直流母線１２が直流電源ＰＳに接続されたことを電源オン検知部１１４が検知するのに応じて欠相を検出するための処理を開始してもよい。この場合、電源オン（直流母線と直流電源との接続）の検出に専用のセンサを設けること、又は電源スイッチＳＷをオフ状態からオン状態に切り替えるタイミングの情報を上位コントローラ等から取得すること等によらずに上述した欠相検出を実行することができる。

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１…電力変換装置、１０…電力変換回路、１２…直流母線、１１４…電源オン検知部、１１５…テスト制御部、１１６…欠相検出部、ＬＤ…負荷、ＰＳ…直流電源。

Claims (8)

1. 直流母線の電力を複数相の交流電力に変換して負荷に供給する電力変換回路と、
   前記直流母線と直流電源との間に介在する電源スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わった後、前記オン状態に保たれることにより前記直流母線の電圧上昇が生じる期間中に、前記複数相の少なくとも１相と、残りの相とを前記直流母線の互いに異なる極にそれぞれ接続したテスト状態を一時的に保つように前記電力変換回路を制御するテスト制御部と、
   前記テスト状態において電流が流れない相が存在する状態が所定条件を満たすまで継続した場合に欠相を検出する欠相検出部と、を備え、
   前記所定条件は、前記欠相がある場合には前記電圧上昇が完了する前に満たされるように設定されている電力変換装置。
2. 前記欠相検出部は、電流が流れない相が存在する状態で前記直流母線の電圧が所定の電圧閾値に達することを前記所定条件として前記欠相を検出する、請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記欠相検出部は、電流が流れない相が存在する状態で所定の判定時間が経過することを前記所定条件として前記欠相を検出する、請求項１又は２記載の電力変換装置。
4. 前記欠相検出部は、電流が流れない相が存在する状態で他の相の電流が所定の電流閾値に達することを前記所定条件として前記欠相を検出する、請求項１〜３のいずれか一項記載の電力変換装置。
5. 前記所定条件は、前記欠相がある場合には前記直流母線の電圧が６０ボルトに到達する前に満たされるように設定されている、請求項１〜４のいずれか一項記載の電力変換装置。
6. 前記電力変換回路は、前記直流母線の電力を３相の前記交流電力に変換し、
   前記欠相検出部は、前記３相のうちいずれか２相の検出対象相の電流検出値に基づいて前記電力変換回路と前記負荷との間の欠相を検出し、
   前記テスト制御部は、前記直流母線が前記直流電源に接続されるのに伴う前記直流母線の電圧上昇期間中に、前記３相のうち前記２相の検出対象相と他の１相とを前記直流母線の互いに異なる極にそれぞれ接続した状態を一時的に保つように前記電力変換回路を制御する、請求項１〜５のいずれか一項記載の電力変換装置。
7. 前記直流母線の電圧上昇に基づいて、前記電源スイッチが前記オフ状態から前記オン状態に切り替わったことを検知する電源オン検知部を更に備え、
   前記テスト制御部及び前記欠相検出部は、前記電源スイッチが前記オフ状態から前記オン状態に切り替わったことを前記電源オン検知部が検知するのに応じて前記欠相を検出するための処理を開始する、請求項１〜６のいずれか一項記載の電力変換装置。
8. 直流母線の電力を複数相の交流電力に変換して負荷に供給する電力変換回路の前記直流母線と直流電源との間に介在する電源スイッチがオフ状態からオン状態に切り替わった後、前記オン状態に保たれることにより前記直流母線の電圧上昇が生じる期間中に、前記複数相の少なくとも１相と、残りの相とを前記直流母線の互いに異なる極にそれぞれ接続したテスト状態を一時的に保つように前記電力変換回路を制御することと、
   前記テスト状態において電流が流れない相が存在する状態が所定条件を満たすまで継続した場合に欠相を検出することと、を含み、
   前記所定条件は、前記欠相がある場合には前記電圧上昇が完了する前に満たされるように設定されている、電力変換方法。

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