WO2013051133A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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徹大 菅原
知宏 小林
良介 中川
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device configured to be cooled by a boiling cooling type cooling device.
  • the power conversion device performs power conversion by switching a switching element such as a MOSFET or IGBT. At this time, switching loss occurs with the switching operation of the switching element. When switching loss occurs, the temperature of the switching element (hereinafter referred to as “element temperature”) increases. Therefore, a cooling device for suppressing an increase in element temperature is indispensable.
  • the cooling device is generally configured to have fins for cooling the heat generated by the element, but there are many devices that use a boiling cooling system that uses the boiling phenomenon of the built-in refrigerant to further increase the cooling capacity. To do.
  • cooling cooling device In a cooling device using a boiling cooling system (hereinafter referred to as “boiling cooling device”), the fins are filled with a refrigerant, boiled by the heat generated by the elements, and the vaporized refrigerant is cooled by cooling air through a condenser. To cool the element.
  • boiling cooling device a cooling device using a boiling cooling system
  • the refrigerant for example, water or fluorinate
  • the pressure (vapor pressure) when the refrigerant is vaporized is approximately 0.3 atm at room temperature.
  • boiling cooling thyristor device in the same document, when air, which is a non-condensable gas in the atmosphere, is mixed in the condenser, the temperature rises above and below the condenser. Since a difference arises, this temperature difference is detected using a plurality of temperature sensors provided on the peripheral wall of the condenser, and the cooling performance of the boiling cooling device is grasped based on the detected temperature difference information.
  • This invention is made in view of the above, Comprising:
  • the power converter device provided with the boiling cooling device which can detect the cooling performance fall by the factor including the air mixing in a condenser effectively is provided.
  • the power converter device provided with the boiling cooling device which can detect the cooling performance fall by the factor including the air mixing in a condenser effectively is provided.
  • a power conversion device converts input DC power or AC power into desired AC power by a switching operation of a switching element, and outputs the converted AC power.
  • the power conversion device configured to cool the switching element by using a cooling device that utilizes the boiling phenomenon of the refrigerant, the temperature of the switching element or the switching element mounting surface and the cooling air to the cooling device It has a control part which controls operation of a device based on deviation with temperature, and the control part performs control which stops a device, when the deviation exceeds a predetermined threshold.
  • FIG. 1 is an overview diagram showing a configuration example of a cooling device suitable for use in the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the operation command generation unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the power conversion circuit control unit.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a detailed configuration of the element overtemperature detection unit.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a detailed configuration of the ⁇ Tf-a arithmetic unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed configuration of the cooling performance decrease detection unit.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed configuration of the driver warning unit.
  • FIG. 1 is an overview diagram showing a configuration example of a cooling device suitable for use in the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the cooling device at the time of high temperature or high heat generation.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the cooling device at low temperatures and low heat generation.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a transition example of the element mounting surface temperature during the operation of the power conversion device.
  • FIG. 12 is a diagram showing changes in the element mounting surface temperature characteristics (when the ambient temperature is high) when air is mixed in the fins.
  • FIG. 13 is a diagram showing a change in element mounting surface temperature characteristics (when the ambient temperature is low) when air is mixed in the fin.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a detailed configuration of the ⁇ Tf ⁇ f1 calculation unit.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a detailed configuration of the cooling performance decrease detection unit according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a detailed configuration of the cooling performance decrease detection unit according to the third embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a detailed configuration of the loss calculation unit.
  • FIG. 1A and 1B are schematic views showing a configuration example of a cooling device suitable for use in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention, where FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a side view.
  • a cooling device 50 shown in FIG. 1 is a cooling device (boiling cooling device) by a boiling cooling system, and includes a condenser 52 as a heat radiating portion, an evaporator 53 as a heat absorbing portion, a refrigerant 54, fins 55, and the like.
  • the A switching element 57 that is provided in a power conversion device that will be described later and that constitutes a main circuit is attached in contact with the evaporator 53 (in FIG. 1, a configuration attached to the lower portion of the evaporator 53 is illustrated).
  • the refrigerant 54 is enclosed in a refrigerant chamber 56 a provided inside the evaporator 53.
  • the mounting surface 60 of the switching element 57 is provided with a temperature sensor 9a (for example, for a converter circuit) and a temperature sensor 9b (for example, for an inverter circuit) for measuring the temperature of the switching element 57 or the temperature in the vicinity thereof.
  • the temperature sensors 9a and 9b are arranged as temperature sensors that indirectly measure the temperature of the switching element by measuring the temperature of the switching element mounting surface.
  • a temperature sensor 9c for measuring the intake air temperature of the condenser 52 is provided above the condenser 52.
  • the temperature sensor 9c can be attached at an arbitrary position where the intake air temperature of the condenser 52 can be measured.
  • the temperature of the refrigerant 54 increases.
  • the refrigerant 54 boils, and the vaporized refrigerant 54 enters a refrigerant chamber 56b provided in the condenser 52.
  • the vaporized refrigerant enters the inside of the fin.
  • the heat generated by the heat generation of the switching element 57 is radiated by the fins 55. As shown in FIG. 1, if the cooling air 58 is passed toward the fins 55, the movement of the hot air 59 passing through the condenser 52 can be promoted, and a cooling device with high cooling efficiency can be realized.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power conversion device 18 includes a main circuit 8 and a control unit 17, an AC power supply unit 14 is connected to an input end of the main circuit 8, and an electric motor (for example, operating with three-phase AC) is connected to an output end of the main circuit 8.
  • An induction motor (synchronous motor) 1 is connected.
  • the main circuit 8 includes an inverter main circuit 2, a DC power supply unit 5, and a converter main circuit 6.
  • the converter main circuit 6 includes a positive arm composed of switching elements Iu, Iv, Iw (for example, Iu in the U phase) and a negative arm composed of switching elements Ix, Iy, Iz (for example, Ix in the U phase).
  • the DC power supply unit 5 is a component that holds DC power, and is configured by a filter capacitor FC provided between the DC buses in the illustrated example.
  • the converter main circuit 6 has a circuit portion (leg) in which a positive arm composed of switching elements Cu and Cv and a negative arm composed of switching elements Cx and Cy are respectively connected in series. . That is, the converter main circuit 6 includes a single-phase bridge circuit having two sets of legs. Each connection point (the middle point of each leg) of the positive side arm and the negative side arm forms an AC terminal of the converter main circuit 6 and is connected to the AC power supply unit 14.
  • the control unit 17 includes an element overtemperature detection unit 10, a power conversion circuit control unit 13, a temperature difference calculation unit 15 (in FIG. 1, expressed as “ ⁇ Tf-a calculation unit”, and the meaning of “ ⁇ Tf-a” will be described later). And it comprises the cooling performance fall detection part 16.
  • a driver warning unit 11 and a driving command generation unit 12 are provided outside the control unit 17.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the operation command generation unit 12
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the power conversion circuit control unit 13
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the element overtemperature detection unit 10.
  • 6 is a diagram illustrating a detailed configuration of the ⁇ Tf-a calculation unit 15
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed configuration of the cooling performance deterioration detection unit 16
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a driver warning unit 11.
  • the operation command generation unit 12 includes a power running / brake selection unit 12a.
  • the power running / brake selection unit 12a determines whether the operation by the driver (notch operation) is a power running instruction or a brake instruction, and outputs the determination result to the power conversion circuit control unit 13 as an operation command A.
  • the power conversion circuit control unit 13 includes a current command calculation unit 13a, a voltage command generation unit 13b, and a main circuit operation command generation unit 13c. Further, the operation command A, the motor current IM, the converter current IS, the motor rotation speed FM, and the DC voltage EFC are input to the power conversion circuit control unit 13.
  • the motor current IM is a current flowing through the motor 1
  • the converter current IS is a current flowing into and out of the converter main circuit 6
  • the motor rotation speed FM is the rotation speed of the motor 1
  • the DC voltage EFC is DC This is the voltage of the filter capacitor FC constituting the power supply unit 5, and any of these electrical quantities or physical quantities is detected by various sensors (not shown in FIG. 2) arranged at key points in the configuration of FIG. 2.
  • the motor current IM is a current flowing through the motor 1
  • the converter current IS is a current flowing into and out of the converter main circuit 6
  • the motor rotation speed FM is the rotation speed of the motor 1
  • the DC voltage EFC is DC This is the voltage of the filter
  • the current command calculation unit 13a appropriately uses the operation command A, the motor current IM, the converter current IS, the motor rotation speed FM, and the DC voltage EFC, and a current command to be supplied to the motor 1 (or a necessary torque that the motor 1 should output). Is output to the voltage command generator 13b at the next stage.
  • the voltage command generation unit 13b outputs a voltage command that is a command value of a voltage to be applied to the electric motor 1 based on the current command or the torque command output from the current command calculation unit 13a. Since the detailed configurations of the current command calculation unit 13a and the voltage command generation unit 13b are known, a more detailed description thereof is omitted here.
  • the main circuit operation command generation unit 13c Based on the voltage command output from the voltage command generation unit 13b, the main circuit operation command generation unit 13c performs a signal (switching command) for controlling on / off of the switching elements (Iu to Iz) of the inverter main circuit 2, and a converter A signal (switching command) for controlling on / off of the switching elements (Cu, Cv, Cx, Cy) of the main circuit 6 is output to the inverter main circuit 2 and the converter main circuit 6 as a main circuit operation command GS.
  • a signal generated when an overtemperature of the switching element is detected (element overtemperature detection signal CTH) or a signal generated when a decrease in cooling performance is detected (cooling performance deterioration detection signal RLD).
  • the main circuit operation command generation unit 13c can be configured by combining a modulation wave generation unit 13ca, a carrier wave generation unit 13cb, a comparator 13cc, and the like.
  • the main circuit operation command generation part 13c is well-known, further detailed description here is abbreviate
  • the element overtemperature detection unit 10 includes comparators 10a and 10b and an OR circuit 10c as shown in FIG.
  • the converter element mounting surface temperature Tfc detected by the temperature sensor 9a and the internally generated converter overtemperature detection setting signal Tfc_ref are input to the comparator 10a, and the inverter detected by the temperature sensor 9b is input to the comparator 10b.
  • the element mounting surface temperature Tfi and the internally generated inverter overtemperature detection setting signal Tfi_ref are input.
  • Comparator 10a detects the overtemperature of the converter element when converter element mounting surface temperature Tfc exceeds converter overtemperature detection setting signal Tfc_ref, and outputs the detected signal to OR circuit 10c.
  • the comparator 10b detects the overtemperature of the inverter element when the inverter element mounting surface temperature Tfi exceeds the inverter overtemperature detection setting signal Tfi_ref, and outputs the detected signal to the OR circuit 10c.
  • the OR circuit 10c performs an OR operation on the comparators 10a and 10b and outputs the operation result as an element overtemperature detection signal CTH. That is, when at least one of converter element attachment surface temperature Tfc and inverter element attachment surface temperature Tfi exceeds the detection threshold, element overtemperature detection unit 10 outputs element overtemperature detection signal CTH indicating that fact.
  • the element overtemperature detection signal CTH generated here is an input signal to the power conversion circuit control unit 13 and the driver warning unit 11 as shown in FIG.
  • the ⁇ Tf-a calculation unit 15 calculates a signal representing the temperature difference on the converter main circuit side (converter main circuit side temperature difference signal, expressed as “ ⁇ Tfc-a” in FIG. 6). (Calculated as “Tfc-Ta” in FIG. 6) 15a and an arithmetic unit that calculates a temperature difference signal on the inverter main circuit side (inverter main circuit side temperature difference signal, expressed as “ ⁇ Tfi-a” in FIG. 6) (Indicated as “Tfi-Ta” in FIG. 6) 15b.
  • the ⁇ Tf ⁇ a calculator 15 receives the converter element attachment surface temperature Tfc, the inverter element attachment surface temperature Tfi, and the cooling device intake air temperature Ta detected by the temperature sensor 9c.
  • the Tfc-Ta calculating unit 15a calculates a difference value (deviation) between the converter element mounting surface temperature Tfc and the cooling device intake air temperature Ta, and outputs the calculation result as a converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a. To do.
  • the Tfi-Ta calculating unit 15b calculates a difference value (deviation) between the inverter element mounting surface temperature Tfi and the cooling device intake air temperature Ta, and outputs the calculation result as an inverter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a. To do.
  • the converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a and the inverter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a generated here are, as shown in FIG. 16 is an input signal.
  • the cooling performance deterioration detection unit 16 includes comparators 16a and 16b and an OR circuit 16c.
  • the comparator 16a is internally generated as a function (f (Ta)) of the converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a generated by the ⁇ Tf-a calculating unit 15 and the cooling device intake air temperature Ta.
  • the converter cooling performance deterioration detection setting signal Trldc_ref is input, and the inverter 16 mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a generated by the ⁇ Tf-a calculation unit 15 is cooled in the comparator 16b in the same manner as the converter side.
  • An inverter cooling performance deterioration detection setting signal Trldi_ref generated internally as a function (f (Ta)) of the apparatus intake air temperature Ta is input.
  • the comparator 16a detects a decrease in cooling performance on the converter main circuit side when the converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a exceeds the converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref. Output to the OR circuit 16c.
  • the comparator 16b detects and detects a decrease in cooling performance on the inverter main circuit side when the inverter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a exceeds the inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref.
  • the signal is output to the OR circuit 16c.
  • the OR circuit 16c performs an OR operation on the comparators 16a and 16b and outputs the operation result as a cooling performance deterioration detection signal RLD.
  • the cooling performance deterioration detection unit 16 detects when at least one of the converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a and the inverter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a exceeds the detection threshold. Then, a cooling performance deterioration detection signal RLD indicating that is output.
  • generated here becomes an input signal with respect to the power converter circuit control part 13, as shown in FIG.
  • the driver warning section 11 includes a display section 11a and a ringing section 11b as shown in FIG.
  • the display unit 11a is a component having a function of displaying an abnormality of the inverter main circuit 2, the converter main circuit 6, the cooling device 50, and the like to a user such as a driver.
  • the ringing unit 11b is a component having a function of converting abnormal information such as the inverter main circuit 2, the converter main circuit 6, and the cooling device 50 into sound and alerting a user such as a driver.
  • the functions of these units are executed based on the element overtemperature detection signal CTH from the element overtemperature detection unit 10 and the cooling performance decrease detection signal RLD from the cooling performance decrease detection unit 16.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the cooling device at the time of high temperature or high heat generation.
  • 9 (a) and 9 (b) both show a state in which air is mixed in the cooling device. More specifically, FIG. 9 (a) shows a state in which the element does not generate heat.
  • (B) shows a high temperature state (when the ambient temperature is high) or a high heat generation state.
  • the inside of the condenser is 0.3 atm (when the refrigerant is Fluorinert), whereas the outside of the condenser is 1 Since it is atmospheric pressure, the inside of the condenser is in a state in which air is mixed. Since air is lighter than the refrigerant gas, it occupies the top of the condenser. Therefore, the boiled refrigerant can only exist below the air, and the upper portion where the air exists has the same cooling performance as the absence of the condenser, and the performance of the cooling device deteriorates (see FIG. 9 (a)).
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the cooling device at low temperatures and low heat generation.
  • FIG. 10 (a) is a reproduction of FIG. 9 (a).
  • FIG. 10 (b) shows a case where the ambient temperature is low (low temperature state) and a low heat generation state (when the element heat generation amount is small). ).
  • the ambient temperature is also low, so the amount of refrigerant vapor is small. Further, when the heat generation amount of the element is small, the amount of refrigerant vapor does not increase. For this reason, as shown in FIG.10 (b), the volume which air occupies becomes large compared with the time of high temperature. That is, when the temperature is low and the heat generation is low, the cooling performance is greatly reduced, and the stress on the element is increased.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a transition example of the element mounting surface temperature during the operation of the power conversion device.
  • the waveform of the solid line portion represents the element mounting surface temperature Tf.
  • the lower broken line represents the cooling device intake air temperature Ta (output of the temperature sensor 9c, see FIG. 2)
  • the upper broken line represents the element overtemperature detection signal CTH. (The output of the element overtemperature detection unit 10, see FIGS. 2 and 5).
  • the element mounting surface temperature Tf repeats a triangular wave-like variation as shown in FIG. 11 that increases during operation and decreases during stoppage.
  • a heat cycle is an example from when a certain station is departed until it stops at the next stop station, and such a heat cycle is repeated many times during one-day operation. That is, in the case of a power conversion device for railway vehicles, a switching element mounted on the power conversion device is placed in a severe operating environment.
  • the temperature difference (Tf ⁇ a) between the element mounting surface temperature Tf and the cooling device intake air temperature Ta is detected. This processing is performed as described above. This is executed by the Tf-a arithmetic unit 15 (see FIGS. 2 and 6).
  • a main circuit operation command GS is output from the power conversion circuit control unit 13 located at the final stage of the control unit 17 (see FIGS. 2 and 4).
  • the main circuit operation command GS includes an operation command for on / off control of the switching elements (Iu to Iz) of the inverter main circuit 2 and on / off of the switching elements (Cu, Cv, Cx, Cy) of the converter main circuit 6 Operation commands to be controlled.
  • the converter main circuit 6 converts the AC power supplied from the AC power supply unit 14 into desired DC power and supplies it to the DC power supply unit 5 based on the main circuit operation command GS output from the power conversion circuit control unit 13. .
  • the inverter main circuit 2 converts the DC power supplied from the DC power supply unit 5 into three-phase AC power of variable amplitude and variable frequency based on the main circuit operation command GS output from the power conversion circuit control unit 13. 1 is supplied.
  • the element overtemperature detection unit 10 detects the overtemperature of the converter element by determining whether or not the converter element mounting surface temperature Tfc detected by the temperature sensor 9a exceeds the converter overtemperature detection setting signal Tfc_ref, and When detecting an overtemperature of the inverter element by determining whether the element mounting surface temperature Tfi exceeds the inverter overtemperature detection setting signal Tfi_ref and detecting an overtemperature of at least one of the converter element and the inverter element Then, an element overtemperature detection signal CTH is generated and output to the driver warning unit 11 and the power conversion circuit control unit 13.
  • the driver warning unit 11 When the element overtemperature detection signal CTH is input, the driver warning unit 11 notifies the user such as the driver of the overtemperature of the switching element with a display function and a ringing function. Moreover, when the element overtemperature detection signal CTH is input, the power conversion circuit control unit 13 cuts off the output of the main circuit operation command GS and stops the operations of the inverter main circuit 2 and the converter main circuit 6.
  • Cooling performance deterioration detection unit 16 detects a decrease in converter cooling performance by determining whether converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a exceeds converter cooling performance deterioration detection setting signal Trldc_ref. At the same time, a decrease in the inverter cooling performance is detected by determining whether or not the inverter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a exceeds the inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref.
  • a cooling performance decrease detection signal RLD is generated and output to the driver warning unit 11 and the power conversion circuit control unit 13.
  • the driver warning unit 11 notifies the user such as the driver of the decrease in cooling performance with a display function and a sound function.
  • the power conversion circuit control unit 13 cuts off the output of the main circuit operation command GS and stops the operations of the inverter main circuit 2 and the converter main circuit 6.
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams showing changes in the temperature characteristics of the element mounting surface when air is mixed in the fins filled with the refrigerant. More specifically, FIG. 12A is an example when there is no air mixing and the ambient temperature is high as in summer (identified as “normal summer cooling device”), and FIG. These are examples of the case where there is air mixing for comparison with FIG. 12A (identified as “when the summer cooling device is abnormal”).
  • FIG. 13A is an example of the case where there is no air mixing and the ambient temperature is low as in winter (identified as “when the winter cooling device is normal”), and FIG. 13B is FIG. It is an example when there is air mixing for comparison with (a) (identified as “when winter cooling device is abnormal”).
  • the triangular waveform shown in these figures is the heat cycle of the power converter shown in FIG.
  • the cooling device intake air temperature is high, such as in summer, or when the heat generation amount of the switching element is large (the switching loss is large), the air mixed in the fin changes from the liquid phase to the gas phase as described in FIG. And compressed (squeezed) by the refrigerant water vapor entering the fin. Therefore, the deviation (temperature difference) ⁇ Tf-a between the maximum value of the element mounting surface temperature Tf and the cooling device intake air temperature Ta is between the normal time and the abnormal time as shown in FIGS. The difference is small. For this reason, when the intake air temperature of the cooling device is high, such as in summer, the difference in cooling performance is not so large, and the probability that deterioration of the cooling performance becomes obvious becomes small.
  • the cooling performance degradation is also possible to detect the cooling performance degradation by using the function of the element overtemperature detection unit 10 that compares the element mounting surface temperature Tf with the element overtemperature detection signal CTH.
  • the cooling device intake air temperature is low as in winter, the temperature difference up to the element overtemperature detection signal CTH is larger than in summer. For this reason, when the cooling performance degradation is not so large, this performance degradation is overlooked. Therefore, when the switching element is continuously used in a state where the cooling performance is not significantly reduced, thermal stress is continuously applied to the switching element as compared with the case where the cooling performance is not deteriorated, which is not a preferable state.
  • the cooling performance deterioration is detected by comparing the element mounting surface temperature Tf with the cooling device intake air temperature Ta, it becomes possible and easy to detect the cooling performance deterioration. . Therefore, according to the power conversion device of the first embodiment, it becomes easy to detect the cooling performance deterioration in the cooling device, which is difficult with the conventional element overtemperature detection. In addition, since it becomes easy to detect a cooling performance drop, it is possible to enhance the effect of preventing element destruction due to excessive thermal stress on the switching element.
  • the cooling performance decline is also caused by clogging of the cooling fins, etc., but in the conventional method, in the summer when the cooling device intake air temperature is high, the element overtemperature detection function Although it may be possible to detect clogged fins by chance, it is difficult to detect in winter when the cooling device intake air temperature is low. On the other hand, in the power converter of Embodiment 1, it is possible to detect such a decrease in cooling performance.
  • the cooling performance deterioration detection that indicates the performance deterioration of the cooling device when the deviation between the element mounting surface temperature and the cooling device intake air temperature exceeds a predetermined threshold value.
  • the signal is generated and output, and control of stopping the operation of the power conversion device is performed based on the cooling performance degradation detection signal, so that it depends on factors such as air mixing in the condenser and clogging of the cooling fins. It is possible to effectively detect a decrease in cooling performance.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the second embodiment.
  • the cooling device intake air temperature Ta is detected by the temperature sensor 9c.
  • the second embodiment is different in that the temperature sensor 9c for detecting the cooling device intake air temperature Ta is not provided. Yes. Therefore, as is apparent from a comparison between FIG. 2 and FIG. 14, in the power conversion device of the second embodiment, a ⁇ Tf-f1 calculation unit 20 is provided instead of the ⁇ Tf-a calculation unit 15, and ⁇ Tf-f1 calculation is performed.
  • a cooling performance deterioration detection unit 16A having a different detailed configuration from that of the first embodiment that operates using the output of the unit 20 as an input signal is provided.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a detailed configuration of the ⁇ Tf ⁇ f1 calculation unit 20.
  • the ⁇ Tf ⁇ f1 calculation unit 20 calculates a signal (indicated as “ ⁇ Tfc ⁇ fc1” in FIG. 15) indicating the temperature difference between the initial temperature storage units 20a and 20c and the converter main circuit side (in FIG. 15, “Tf”). -fc1 ") 20b and a computation unit (inverter main circuit side temperature difference signal, represented as" ⁇ Tfi-fi1 "in FIG. 15) representing the temperature difference on the inverter main circuit side (" Tf in FIG. 15). 20d).
  • the converter element mounting surface temperature Tfc and the inverter element mounting surface temperature Tfi are input to the ⁇ Tf ⁇ f1 calculation unit 20.
  • the initial temperature storage unit 20a records the initial value of the converter element mounting surface temperature Tfc (for example, the temperature before the start of operation in one day), and uses the recorded initial value as the converter element mounting surface initial temperature Tfc1 as Tf-fc1. It outputs to the calculating part 20b and the exterior.
  • the Tf-fc1 calculating unit 20b calculates a difference value (deviation) between the converter element mounting surface temperature Tfc and the converter element mounting surface initial temperature Tfc1, and the calculation result is externally converted as a converter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfc-fc1. Output to.
  • the initial temperature storage unit 20c stores an initial value of the inverter element mounting surface temperature Tfi, and outputs the stored initial value to the Tf-fi1 calculating unit 20d and the outside as the inverter element mounting surface initial temperature Tfi1.
  • the Tf-fi1 calculating unit 20d calculates a difference value (deviation) between the inverter element mounting surface temperature Tfi and the inverter element mounting surface initial temperature Tfi1, and calculates the result as an inverter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfi-fi1. Output to.
  • the converter element mounting surface initial temperature Tfc1, the converter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfc-fc1, the inverter element mounting surface initial temperature Tfi1, and the inverter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfi-fi1 generated here are: As shown in FIG. 14, this is an input signal to the cooling performance deterioration detection unit 16A.
  • the converter element mounting surface initial temperature Tfc1 and the inverter element mounting surface initial temperature Tfi1 are temperatures when the power converter operates, and are held by the initial temperature storage units 20a and 20c.
  • the converter element mounting surface initial temperature Tfc1 and the inverter element mounting surface initial temperature Tfi1 are treated as equivalent to the cooling device intake air temperature Ta in the control system of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a detailed configuration of the cooling performance deterioration detection unit 16A.
  • the cooling performance degradation detection unit 16A includes a converter cooling performance degradation detection setting signal generation unit 16Aa, an inverter cooling performance degradation detection setting signal generation unit 16Ab, comparators 16Ac and 16Ad, and an OR circuit 16Ae.
  • the cooling performance deterioration detection unit 16A includes converter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfc-fc1, converter element mounting surface initial temperature Tfc1, inverter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfi-fi1, and inverter element mounting surface initial The temperature Tfi1 is input.
  • the converter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Aa generates a converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref based on the input converter element mounting surface initial temperature Tfc1 and outputs it to the comparator 16Ac.
  • the converter cooling performance deterioration detection setting signal Trldc_ref is generated internally in the first embodiment, but in the second embodiment, the input signal from the outside, that is, the setting signal is changed according to the surrounding environment. It has a possible configuration. With this configuration, it is possible to determine the cooling performance deterioration detection setting signals Trldc_ref and Trldi_ref suitable for the cooling device intake air temperature Ta.
  • the cooling device intake air temperature Ta when the cooling device intake air temperature Ta is high, the amount of heat generated by the element increases, so that the amount of refrigerant vapor increases and the performance degradation of the cooling device under the air-mixed state decreases. Therefore, the effect of thermal stress on the converter element is smaller than when the cooling device intake air temperature Ta is low. Therefore, when the cooling device intake air temperature Ta is high, the value of the converter cooling performance deterioration detection setting signal Trldc_ref is reduced. be able to. By this control, it is possible to suppress the fluctuation of the thermal stress on the converter element during the operation period of the device, and it is possible to obtain an effect of improving the operating rate of the device and extending the life of the device.
  • the comparator 16Ac detects a decrease in cooling performance on the converter main circuit side when the converter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfc-fc1 exceeds the converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref.
  • the signal is output to the OR circuit 16Ae.
  • the inverter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Ab generates an inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref based on the input inverter element mounting surface initial temperature Tfi1 to generate a comparator. Output to 16Ad.
  • the comparator 16Ad detects a decrease in cooling performance on the inverter main circuit side when the inverter element mounting surface temperature-initial temperature difference ⁇ Tfi-fi1 exceeds the inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref, and the detected signal is an OR circuit. Output to 16Ae.
  • the OR circuit 16Ae performs an OR operation on the comparators 16Ac and 16Ad, and outputs the operation result as a cooling performance deterioration detection signal RLD.
  • converter cooling performance deterioration detection setting signal Trldc_ref generated inside converter cooling performance deterioration detection setting signal generation unit 16 ⁇ / b> Aa may be obtained by function calculation, or refer to a table held therein. You may ask for. The same applies to the inverter cooling performance deterioration detection setting signal Trldi_ref generated inside the inverter cooling performance deterioration detection setting signal generation unit 16Ab.
  • a cooling performance degradation detection signal representing performance degradation is generated and output, and control to stop the operation of the power conversion device is performed based on the cooling performance degradation detection signal. It is possible to effectively detect a decrease in cooling performance due to factors such as clogging of fins.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of the power conversion device according to the third embodiment.
  • the cooling performance deterioration detection unit 16 includes converter element mounting surface temperature-cooling device intake temperature difference ⁇ Tfc-a, inverter element mounting surface temperature-cooling device intake temperature difference ⁇ Tfi-a, and cooling device intake temperature Ta.
  • the converter loss Qc and the inverter loss Qi generated by the loss calculation unit 22 are input instead of the cooling device intake air temperature Ta in the third embodiment.
  • the loss calculation unit 22 is provided, and the details of the first embodiment that operate using the output of the ⁇ Tf ⁇ a calculation unit 15 and the output of the loss calculation unit 22 as input signals are detailed.
  • a cooling performance decrease detection unit 16B having a different configuration is provided.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a detailed configuration of the cooling performance deterioration detection unit 16B.
  • the cooling performance decrease detection unit 16B includes a converter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Ba, an inverter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Bb, comparators 16Bc and 16Bd, and an OR circuit 16Be.
  • This cooling performance deterioration detection unit 16B receives converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a, converter loss Qc, inverter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfi-a, and inverter loss Qi. Is done.
  • the converter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Ba generates a converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref based on the input converter loss Qc and outputs it to the comparator 16Bc.
  • the converter cooling performance deterioration detection setting signal Trldc_ref is generated internally in the first embodiment, but in the third embodiment, the setting signal can be changed according to the converter loss Qc. Yes. With this configuration, it is possible to determine the converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref according to the converter loss Qc. For example, when the converter loss Qc is large, the amount of heat generated by the element increases, so that the amount of refrigerant vapor increases, and the performance degradation of the cooling device in the air-mixed state decreases.
  • ⁇ Tfc-a does not increase in proportion to the converter loss Qc, and ⁇ Tfc-a has characteristics according to the cooler. For this reason, it is preferable that the threshold value has characteristics of converter loss Qc and ⁇ Tfc-a.
  • the comparator 16Bc detects a decrease in cooling performance on the converter main circuit side when the converter element mounting surface temperature-cooling device intake air temperature difference ⁇ Tfc-a exceeds the converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref.
  • the detected signal is output to the OR circuit 16Be.
  • the inverter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Bb generates an inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref based on the input inverter loss Qi, and outputs it to the comparator 16Bd. . That is, in the configuration of the third embodiment, the setting signal can be changed according to the inverter loss Qi.
  • the comparator 16Bd detects a decrease in cooling performance on the inverter main circuit side when the difference between the inverter element mounting surface temperature and the cooling device intake air temperature ⁇ Tfi-a exceeds the inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref, and detects the detected signal. Output to the OR circuit 16Be.
  • the OR circuit 16Be performs a logical sum operation of the comparators 16Bc and 16Bd, and outputs the operation result as a cooling performance deterioration detection signal RLD.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a detailed configuration of the loss calculation unit 22.
  • the loss calculation unit 22 includes a converter loss calculation unit 22a that calculates the converter loss Qc, and an inverter loss calculation unit 22b that calculates the inverter loss Qi. Further, the switching frequency fsw, the pulse mode PM, the converter current IS, and the motor current IM generated by the power conversion circuit control unit 13 are input to the loss calculation unit 22.
  • the converter loss calculation unit 22a calculates the converter loss Qc representing the loss amount of the converter main circuit 6 using the switching frequency fsw, the pulse mode PM, the converter current IS, and the motor current IM, and supplies the above-described cooling performance deterioration detection unit 16B. Output.
  • the inverter loss calculation unit 22b calculates an inverter loss Qi representing the loss amount of the inverter main circuit 2 using the switching frequency fsw, the pulse mode PM, the converter current IS, and the motor current IM, and outputs the calculated inverter loss Qi to the cooling performance decrease detection unit 16B.
  • a method for calculating the converter loss Qc and the inverter loss Qi is well known, and a detailed description thereof will be omitted here.
  • the converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref generated inside the converter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Ba may be obtained by function calculation, or refer to a table held therein. You may ask for. The same applies to the inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref generated inside the inverter cooling performance decrease detection setting signal generation unit 16Bb.
  • control is performed to stop the operation of the power conversion device when the deviation between the element mounting surface temperature and the cooling device intake air temperature exceeds a predetermined threshold.
  • the threshold value is changed based on the loss of the switching element, it is possible to suppress the fluctuation of the thermal stress on the switching element, and to improve the operating rate of the apparatus and to extend the life of the apparatus. It becomes.
  • the converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref and the inverter cooling performance decrease detection setting signal Trldi_ref which are threshold values for detecting a decrease in cooling performance, are functions of the cooling device intake air temperature Ta (f (Ta)
  • the value of the threshold value itself is dynamically changed based on the temperature of the cooling air, it is possible to effectively detect the cooling performance deterioration.
  • the performance of the cooling device increases when the temperature of the cooling air is higher than when the temperature of the cooling air is low, because the amount of refrigerant vapor increases when the temperature of the cooling air is high. Therefore, it means that the true cooling performance can be grasped when the temperature of the cooling air is low than when it is high. From this viewpoint, when the temperature of the cooling air is high, the true cooling performance can be accurately grasped by setting the threshold value small.
  • converter cooling performance decrease detection setting signal Trldc_ref which is a threshold for detecting a decrease in cooling performance
  • Trldi_ref is a function (f (Qc)) of converter loss Qc
  • inverter cooling performance decrease detection setting is a function (f (Qc)) of converter loss Qc
  • Trldi_ref has been described as being a function of the inverter loss Qi (f (Qi)).
  • the value of the threshold value itself is dynamically changed based on the converter loss Qc and the inverter loss Qi, the cooling performance deterioration detection is performed. Can be carried out effectively.
  • the performance of the cooling device increases when the converter loss Qc (inverter loss Qi) is larger than when the converter loss Qc is small.
  • the threshold values are the converter loss Qc (inverter loss Qi) and ⁇ Tf. It is preferable to have a characteristic of -a. From this point of view, the threshold value has characteristics of converter loss Qc (inverter loss Qi) and ⁇ Tf-a, so that the true cooling performance can be accurately grasped.
  • the cooling performance deterioration detection unit 16 (16A, 16B) is provided with a calendar function, the outside air temperature is predicted based on the season information by the calendar function, and the predicted outside air temperature is In the case where the threshold value is high, it is preferable to provide a function for changing the threshold value to be smaller. According to this embodiment, the true cooling performance can be accurately grasped as described above.
  • Embodiment 1-3 when the deviation exceeds a predetermined threshold value, it is a more preferable embodiment to perform control for reducing the switching frequency for operating the switching element.
  • the control to reduce the switching frequency In the process of stopping the device, rather than stopping the device immediately, if the control to reduce the switching frequency is performed, the amount of heat generated by the switching element can be reduced. For example, if it is a power conversion device for railway vehicles, It is possible to continue operation to the nearest station or vehicle base.
  • Embodiment 1-3 when the deviation exceeds a predetermined threshold value, it is a more preferable embodiment to perform control for limiting the current passed through the switching element.
  • the amount of heat generated by the switching element can be reduced by controlling the current flowing through the switching element instead of immediately stopping the device. If it is a power conversion device for vehicles, it is possible to continue operation to the nearest station or vehicle base.
  • Embodiment 4 FIG.
  • switching elements provided in the inverter main circuit and the converter main circuit will be described.
  • a switching element used in a power converter a structure in which a semiconductor transistor element (IGBT, MOSFET, etc.) made of silicon (Si) and a diode element made of silicon are connected in reverse parallel is generally used. Is.
  • the techniques described in the first and second embodiments can be used for an inverter main circuit and a converter main circuit including the general switching element.
  • Embodiments 1-4 is not limited to switching elements formed using silicon as a material.
  • it can be used for an inverter main circuit and a converter main circuit having switching elements made of silicon carbide (SiC), which has been attracting attention in recent years, instead of silicon.
  • SiC silicon carbide
  • silicon carbide has a feature that it can be used at high temperatures, if a silicon carbide material is used as a switching element provided in the inverter main circuit or the converter main circuit, It is possible to reduce the switching loss of the semiconductor module on which the switching element is mounted. For this reason, when a switching element made of silicon carbide is used, the switching loss is reduced and the cooling device is likely to fall into the boiling unstable region. However, in the present invention, the cooling device has transitioned to the boiling unstable region. Even in this case, it is possible to increase the switching loss and prevent entry into the boiling unstable region.
  • silicon carbide is an example of a semiconductor referred to as a wide band gap semiconductor, capturing the characteristic that the band gap is larger than that of silicon (Si).
  • semiconductors formed using, for example, gallium nitride-based materials or diamond belong to wide band gap semiconductors, and their characteristics are often similar to silicon carbide. Therefore, a configuration using a wide band gap semiconductor other than silicon carbide also forms the gist of the present invention.
  • transistor elements and diode elements formed of such a wide band gap semiconductor have high voltage resistance and high allowable current density
  • the transistor elements and diode elements can be miniaturized. By using a transistor element or a diode element, it is possible to reduce the size of a semiconductor module incorporating these elements.
  • transistor elements and diode elements formed of wide band gap semiconductors have high heat resistance, it is possible to reduce the size of the heat dissipating fins of the heat sink and further reduce the size of the semiconductor module.
  • transistor elements and diode elements formed of wide band gap semiconductors have low power loss, it is possible to increase the efficiency of switching elements and diode elements, and in turn increase the efficiency of semiconductor modules. .
  • both the switching element and the diode element are preferably formed of a wide band gap semiconductor, but either one of the elements may be formed of a wide band gap semiconductor, and the effects described in the above embodiments are provided. Can be obtained.
  • the power conversion device according to the present invention is useful as an invention capable of effectively detecting a cooling performance decrease due to factors other than air mixing in the condenser in the boiling cooling device.

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Abstract

　内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する沸騰冷却装置を用いてスイッチング素子の冷却を行うように構成された電力変換装置１８において、スイッチング素子の取付面の温度である素子取付面温度Ｔｆと、冷却装置吸気温度Ｔａとの偏差に基づいて電力変換装置１８の動作を制御する制御部１７を有する。この制御部１７は、素子取付面温度Ｔｆと、冷却装置吸気温度Ｔａとの偏差が所定の閾値を超えた場合に、電力変換装置１８を停止する制御を行う。

Description

電力変換装置
　本発明は、沸騰冷却方式の冷却装置にて冷却可能に構成される電力変換装置に関する。
　電力変換装置は、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のスイッチング素子をスイッチング動作させて電力変換を行う。このとき、スイッチング素子のスイッチング動作に伴い、スイッチング損失が発生する。スイッチング損失が発生するとスイッチング素子の温度（以下「素子温度」という）が上昇する。それ故、素子温度の上昇を抑制するための冷却装置が不可欠となる。
　冷却装置は、素子の発熱を冷却するためのフィンを備える構成が一般的であるが、冷却能力をさらに高めるため、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する沸騰冷却方式を用いたものも数多く存在する。
　沸騰冷却方式による冷却装置（以下「沸騰冷却装置」と称する）では、フィン内部に冷媒が充填されており、素子の発熱で沸騰し、気化した冷媒を凝縮器を介して冷却風で冷却することにより素子を冷却する。
　沸騰冷却装置では、通常は冷媒（例えば、水またはフロリナート）が１００％満たされている。この冷媒が気化したときの圧力（蒸気圧）は、常温で概ね０．３気圧である。
　一方、沸騰冷却装置では、通常の使用環境下において、凝縮器の部分に微細な穴が空くことが知られている。微細な穴が空いた場合、凝縮器の内部は０．３気圧であるのに対し、凝縮器の外部は１気圧であるため、大気中の空気の凝縮器内への混入を管理することの重要性が指摘されている（例えば、下記特許文献１）。
　なお、この特許文献１に示される沸騰冷却装置（同文献では「沸騰冷却サイリスタ装置」として開示）では、大気中の非凝縮性ガスである空気が凝縮器内に混入すると凝縮器の上下に温度差が生じるため、この温度差を凝縮器表面周壁に設けられた複数の温度センサを用いて検出し、検出した温度差の情報に基づいて沸騰冷却装置の冷却性能を把握することとしている。
特開平４－２８５４７０号公報
　上記では、凝縮器内の空気の混入により沸騰冷却装置の冷却性能が低下することについて説明したが、冷却性能の低下は、凝縮器内の空気の混入以外の要因、例えば冷却フィンの目詰まり等によっても生じる。このため、上記特許文献１に示される手法では、凝縮器内の空気混入による冷却性能低下を検出することはできても、その他の要因による性能低下を効果的に検出することができないという課題が認められる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凝縮器内の空気混入を含めた要因による冷却性能低下を効果的に検出することができる沸騰冷却装置を備えた電力変換装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の温度と前記冷却装置への冷却風の温度との偏差に基づいて装置の動作を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に装置を停止する制御を行うことを特徴とする。
　本発明によれば、凝縮器内の空気混入、目詰まり等の要因による冷却性能低下を効果的に検出することができる電力変換装置を提供できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置に用いられて好適な冷却装置の一構成例を示す概観図である。 図２は、実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。 図３は、運転指令生成部の細部構成を示す図である。 図４は、電力変換回路制御部の細部構成を示す図である。 図５は、素子過温度検知部の細部構成を示す図である。 図６は、ΔＴｆ-ａ演算部の細部構成を示す図である。 図７は、冷却性能低下検知部の細部構成を示す図である。 図８は、運転者警告部の細部構成を示す図である。 図９は、高温時または高発熱時における冷却装置の動作を説明する図である。 図１０は、低温時かつ低発熱時における冷却装置の動作を説明する図である。 図１１は、電力変換装置の動作中における素子取付面温度の推移例を示す図である。 図１２は、フィン内部に空気混入があった場合の素子取付面温度特性（周囲温度が高い場合）の変化を示す図である。 図１３は、フィン内部に空気混入があった場合の素子取付面温度特性（周囲温度が低い場合）の変化を示す図である。 図１４は、実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図である。 図１５は、ΔＴｆ-ｆ１演算部の細部構成を示す図である。 図１６は、実施の形態２に係る冷却性能低下検知部の細部構成を示す図である。 図１７は、実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図である。 図１８は、実施の形態３に係る冷却性能低下検知部の細部構成を示す図である。 図１９は、損失演算部の細部構成を示す図である。
　以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置に用いられて好適な冷却装置の一構成例を示す概観図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図１に示す冷却装置５０は、沸騰冷却方式による冷却装置（沸騰冷却装置）であり、放熱部としての凝縮器５２、吸熱部としての蒸発器５３、冷媒５４、フィン５５などを備えて構成される。後述する電力変換装置に設けられ、主回路を構成するスイッチング素子５７は蒸発器５３に接して取り付けられている（図１では、蒸発器５３の下部に取り付けられる構成を例示）。冷媒５４は、蒸発器５３の内部に設けられた冷媒室５６ａに封入されている。
　スイッチング素子５７の取付面６０には、スイッチング素子５７の温度、もしくはその近傍の温度を計測するための温度センサ９ａ（例えばコンバータ回路用）および温度センサ９ｂ（例えばインバータ回路用）が設けられている。すなわち、温度センサ９ａ，９ｂは、スイッチング素子取付面の温度を計測することでスイッチング素子の温度を間接的に計測する温度センサとして配置されている。これら温度センサ９ａ，９ｂに加え、凝縮器５２の上部には、凝縮器５２の吸気温度を測定するための温度センサ９ｃが設けられている。なお、温度センサ９ｃは、凝縮器５２の吸気温度を測定することができる任意の位置に取り付けることが可能である。
　スイッチング素子５７が発熱すると冷媒５４の温度が上昇する。冷媒５４の温度がある温度に達すると冷媒５４が沸騰し、気化した冷媒５４が凝縮器５２の内部に設けられた冷媒室５６ｂ内に浸入する。なお、冷却装置の構成によっては、フィンの内部にも気化した冷媒が浸入する構成のものもある。スイッチング素子５７の発熱によって生じた熱は、フィン５５によって放熱される。なお、図１に示すように、フィン５５に向けて冷却風５８を通風すれば、凝縮器５２を通過する温風５９の移動を促進することができ、冷却効率の高い冷却装置を実現できる。
　図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。電力変換装置１８は、主回路８および制御部１７を備え、主回路８の入力端には交流電源部１４が接続され、主回路８の出力端には、三相交流で動作する電動機（例えば誘導電動機、同期電動機）１が接続されている。
　主回路８は、インバータ主回路２、直流電源部５および、コンバータ主回路６を備えて構成される。
　コンバータ主回路６は、スイッチング素子Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗで構成される正側アーム（例えばＵ相ではＩｕ）と、スイッチング素子Ｉｘ，Ｉｙ，Ｉｚで構成される負側アーム（例えばＵ相ではＩｘ）とがそれぞれ直列に接続された回路部（レグ）を有している。すなわち、インバータ主回路２には、３組（Ｕ相分、Ｖ相分、Ｗ相分）のレグを有する３相ブリッジ回路が構成されている。正側アームと負側アームの各接続点（各レグの中点）は、インバータ主回路２の交流端子を成し、電動機１と接続される。
　直流電源部５は、直流電力を保持する構成部であり、図示の例では直流母線間に設けられるフィルタコンデンサＦＣにて構成されている。
　コンバータ主回路６は、スイッチング素子Ｃｕ，Ｃｖで構成される正側アームと、スイッチング素子Ｃｘ，Ｃｙで構成される負側アームとがそれぞれ直列に接続された回路部（レグ）を有している。すなわち、コンバータ主回路６には、２組のレグを有する単相ブリッジ回路が構成されている。正側アームと負側アームの各接続点（各レグの中点）は、コンバータ主回路６の交流端子を成して交流電源部１４と接続される。
　制御部１７は、素子過温度検知部１０、電力変換回路制御部１３、温度差演算部１５（図１では「ΔＴｆ-ａ演算部」と表記、なお「ΔＴｆ-ａ」の意味については後述）および、冷却性能低下検知部１６を備えて構成される。また、制御部１７の外部には、運転者警告部１１および運転指令生成部１２が設けられている。
　つぎに、制御部１７を構成する各部の構成および動作ならびに、制御部１７の周辺部に配置される各部の構成および機能について、図３～図８の各図面を参照して説明する。ここで、図３は、運転指令生成部１２の細部構成を示す図であり、図４は、電力変換回路制御部１３の細部構成を示す図であり、図５は、素子過温度検知部１０の細部構成を示す図であり、図６は、ΔＴｆ-ａ演算部１５の細部構成を示す図であり、図７は、冷却性能低下検知部１６の細部構成を示す図であり、図８は、運転者警告部１１の細部構成を示す図である。
　まず、運転指令生成部１２は、図３に示すように、力行・ブレーキ選択部１２ａを備えている。力行・ブレーキ選択部１２ａは、運転手による操作（ノッチ操作）が力行指示なのかブレーキ指示なのかを判断し、その判断結果を運転指令Ａとして電力変換回路制御部１３に出力する。
　電力変換回路制御部１３は、図４に示すように、電流指令演算部１３ａ、電圧指令生成部１３ｂおよび主回路動作指令生成部１３ｃを備えている。また、電力変換回路制御部１３には、運転指令Ａ、モータ電流ＩＭ、コンバータ電流ＩＳ、モータ回転数ＦＭ、直流電圧ＥＦＣが入力される。モータ電流ＩＭは、電動機１に流れる電流であり、コンバータ電流ＩＳは、コンバータ主回路６に流出入する電流であり、モータ回転数ＦＭは、電動機１の回転数であり、直流電圧ＥＦＣは、直流電源部５を構成するフィルタコンデンサＦＣの電圧であり、これらの電気諸量または物理量の何れも、図２の構成の要所に配置される各種センサ（図２では図示を省略）にて検出される。
　電流指令演算部１３ａは、運転指令Ａ、モータ電流ＩＭ、コンバータ電流ＩＳ、モータ回転数ＦＭおよび直流電圧ＥＦＣを適宜使用し、電動機１に流すべき電流指令（もしくは電動機１が出力すべき必要トルク）を演算し、次段の電圧指令生成部１３ｂに出力する。
　電圧指令生成部１３ｂは、電流指令演算部１３ａから出力される電流指令もしくはトルク指令を元に、電動機１に印加すべき電圧の指令値である電圧指令を出力する。なお、これら電流指令演算部１３ａおよび電圧指令生成部１３ｂの細部構成については公知であるため、ここでの更に詳細な説明は省略する。
　主回路動作指令生成部１３ｃは、電圧指令生成部１３ｂから出力される電圧指令を元に、インバータ主回路２のスイッチング素子（Ｉｕ～Ｉｚ）をオン・オフ制御する信号（スイッチング指令）と、コンバータ主回路６のスイッチング素子（Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｘ，Ｃｙ）をオン・オフ制御する信号（スイッチング指令）とを主回路動作指令ＧＳとしてインバータ主回路２およびコンバータ主回路６に出力する。ただし、図示の通り、スイッチング素子の過温度を検知したときに生成される信号（素子過温度検知信号ＣＴＨ）もしくは、冷却性能の低下を検知したときに生成される信号（冷却性能低下検知信号ＲＬＤ）の何れかが入力されたときには、主回路動作不可となり、主回路動作指令ＧＳは出力されない。電力変換回路制御部１３からは、この主回路動作指令ＧＳの他に、スイッチング周波数ｆｓｗ、パルスモードＰＭ、モータ電流ＩＭ、コンバータ電流ＩＳなどの情報が出力される。主回路動作指令生成部１３ｃは、図示のように、変調波生成部１３ｃａ、搬送波生成部１３ｃｂ、比較器１３ｃｃなどを組み合わせて構成することができる。なお、主回路動作指令生成部１３ｃの細部の構成については公知であるため、ここでの更に詳細な説明は省略する。
　素子過温度検知部１０は、図５に示すように、比較器１０ａ，１０ｂおよびＯＲ回路１０ｃを備えている。比較器１０ａには、温度センサ９ａが検知したコンバータ素子取付面温度Ｔｆｃと、内部的に生成されたコンバータ過温度検知設定信号Ｔｆｃ＿ｒｅｆが入力され、比較器１０ｂには、温度センサ９ｂが検知したインバータ素子取付面温度Ｔｆｉと、内部的に生成されたインバータ過温度検知設定信号Ｔｆｉ＿ｒｅｆとが入力される。比較器１０ａは、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃがコンバータ過温度検知設定信号Ｔｆｃ＿ｒｅｆを超えた場合にコンバータ素子の過温度を検出し、検出した信号をＯＲ回路１０ｃに出力する。同様に、比較器１０ｂは、インバータ素子取付面温度Ｔｆｉがインバータ過温度検知設定信号Ｔｆｉ＿ｒｅｆを超えた場合にインバータ素子の過温度を検出し、検出した信号をＯＲ回路１０ｃに出力する。ＯＲ回路１０ｃは、比較器１０ａ，１０ｂの論理和演算を行い、演算結果を素子過温度検知信号ＣＴＨとして出力する。すなわち、素子過温度検知部１０は、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃとインバータ素子取付面温度Ｔｆｉの少なくとも一方が検出閾値を超過した場合に、その旨を表す素子過温度検知信号ＣＴＨを出力する。なお、ここで生成された素子過温度検知信号ＣＴＨは、図２に示すように、電力変換回路制御部１３および運転者警告部１１に対する入力信号となる。
　ΔＴｆ-ａ演算部１５は、図６に示すように、コンバータ主回路側の温度差を表す信号（コンバータ主回路側温度差信号、図６では「ΔＴｆｃ-ａ」と表記）を演算する演算部（図６では「Ｔｆｃ-Ｔａ」と表記）１５ａと、インバータ主回路側の温度差を表す信号（インバータ主回路側温度差信号、図６では「ΔＴｆｉ-ａ」と表記）を演算する演算部（図６では「Ｔｆi-Ｔａ」と表記）１５ｂとを備えている。ΔＴｆ-ａ演算部１５には、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃ、インバータ素子取付面温度Ｔｆｉおよび、温度センサ９ｃが検知した冷却装置吸気温度Ｔａが入力される。Ｔｆｃ-Ｔａ演算部１５ａは、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃと冷却装置吸気温度Ｔａの差分値（偏差）を演算し、その演算結果をコンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａとして出力する。Ｔｆｉ-Ｔａ演算部１５ｂは、インバータ素子取付面温度Ｔｆｉと冷却装置吸気温度Ｔａの差分値（偏差）を演算し、その演算結果をインバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａとして出力する。なお、ここで生成されたコンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａおよびインバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａは、図１に示すように、冷却性能低下検知部１６に対する入力信号となる。
　冷却性能低下検知部１６は、図７に示すように、比較器１６ａ，１６ｂおよびＯＲ回路１６ｃを備えている。比較器１６ａには、ΔＴｆ-ａ演算部１５が生成したコンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａと、冷却装置吸気温度Ｔａの関数（ｆ(Ｔａ)）として内部的に生成されたコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆが入力され、比較器１６ｂには、ΔＴｆ-ａ演算部１５が生成したインバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａと、コンバータ側と同様に冷却装置吸気温度Ｔａの関数（ｆ(Ｔａ)）として内部的に生成されたインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆが入力される。比較器１６ａは、コンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａがコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを超えた場合にコンバータ主回路側の冷却性能の低下を検出し、検出した信号をＯＲ回路１６ｃに出力する。同様に、比較器１６ｂは、インバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａがインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを超えた場合にインバータ主回路側の冷却性能の低下を検出し、検出した信号をＯＲ回路１６ｃに出力する。ＯＲ回路１６ｃは、比較器１６ａ，１６ｂの論理和演算を行い、演算結果を冷却性能低下検知信号ＲＬＤとして出力する。すなわち、冷却性能低下検知部１６は、コンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａとインバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａの少なくとも一方が検出閾値を超過した場合に、その旨を表す冷却性能低下検知信号ＲＬＤを出力する。なお、ここで生成された冷却性能低下検知信号ＲＬＤは、図２に示すように、電力変換回路制御部１３に対する入力信号となる。
　運転者警告部１１は、図８に示すように、表示部１１ａおよび鳴動部１１ｂを具備している。表示部１１ａは、インバータ主回路２、コンバータ主回路６、冷却装置５０等の異常を運転者等のユーザに対し表示する機能を有する構成部である。また、鳴動部１１ｂは、インバータ主回路２、コンバータ主回路６、冷却装置５０等の異常情報を音に変換し運転者等のユーザに注意喚起する機能を有する構成部である。これらの各部の機能は、素子過温度検知部１０からの素子過温度検知信号ＣＴＨや、冷却性能低下検知部１６からの冷却性能低下検知信号ＲＬＤを元に実行される。
　図９は、高温時または高発熱時における冷却装置の動作を説明する図である。図９（ａ），（ｂ）共に、冷却装置に空気が混入した状態を示すものであるが、より詳細に説明すると、図９（ａ）は素子が発熱していない状態を示し、図９（ｂ）は高温状態（周囲温度が高い場合）もしくは高発熱状態を示している。
　背景技術の項でも説明したが、腐食等により凝縮器に微細な穴が空くと、凝縮器の内部は０．３気圧（冷媒がフロリナートの場合）であるのに対し、凝縮器の外部は１気圧であるため、凝縮器の内部は空気が混入した状態となる。空気は、冷媒の気体よりも軽いため、凝縮器の上部を占有する。したがって、沸騰した冷媒は空気の下方にしか存在することができず、空気の存在する上方部は凝縮器が無いのに等しい冷却性能になってしまい、冷却装置の性能が低下してしまう（図９（ａ）参照）。
　その一方で、図９（ａ）に示すような空気混入状態であっても高温時または高発熱時の場合には冷却性能の低下による影響が小さくなる。その理由は、例えば周囲温度が高い場合、冷媒の蒸気量も多くなるため、図９（ｂ）に示すように、凝縮器の上部を占めている空気が圧迫されて体積が減少するからである。結果として、高温時の場合には、冷却性能の低下は抑制される。
　また、周囲温度が高くない場合であっても、高発熱時（素子の発熱量が大きい場合）においては、素子の発熱量の増大によって冷媒の蒸気量も多くなるため、凝縮器の上部を占めている空気が圧迫されて体積が減少する。その結果、高発熱時の場合でも高温時と同様に、冷却性能の低下が抑制されることになる。
　これに対し、図１０は、低温時かつ低発熱時における冷却装置の動作を説明する図である。図１０（ａ）は、図９（ａ）を再掲したものであり、図１０（ｂ）は周囲温度が低い場合（低温状態）であり、かつ、低発熱状態（素子の発熱量が小さい場合）を示している。
　低温時の場合、周囲温度も低温であるため、冷媒の蒸気量は少ない。さらに、素子の発熱量が小さい場合には、冷媒の蒸気量も多くならない。このため、図１０（ｂ）に示すように、空気が占有する体積は、高温時に比べて大きくなる。つまり、低温時かつ低発熱時の場合には、冷却性能の低下は大きくなり、素子に対するストレスは大きくなる。
　つぎに、電力変換装置のヒートサイクル（熱サイクル）について説明する。図１１は、電力変換装置の動作中における素子取付面温度の推移例を示す図である。図１１において、実線部の波形は素子取付面温度Ｔｆを表している。また、時間軸と平行に引いた２つの破線のうち、下方部の破線は冷却装置吸気温度Ｔａ（温度センサ９ｃの出力、図２参照）を表し、上方部の破線は素子過温度検知信号ＣＴＨ（素子過温度検知部１０の出力、図２、図５参照）を表している。
　例えば、鉄道車両用途の電力変換装置の場合、図１１に示すような動作と停止とを繰り返す制御が行われる。その結果、素子取付面温度Ｔｆは、動作中には増加し、停止中には減少する図１１に示すような三角波状の変動を繰り返す。このようなヒートサイクルは、例えばある駅を発車して次の停車駅に停車するまでの間の一例であり、一日の運行でもこのようなヒートサイクルが数多く繰り返されることになる。すなわち、鉄道車両用途の電力変換装置の場合、電力変換装置に搭載されるスイッチング素子は、過酷な動作環境下に置かれることになる。なお、本実施の形態の電力変換装置では、素子取付面温度Ｔｆと冷却装置吸気温度Ｔａとの間の温度差（Ｔｆ-ａ）を検出することになるが、この処理は、前述したようにＴｆ-ａ演算部１５によって実行される（図２、図６参照）。
　つぎに、実施の形態１に係る電力変換装置の動作について説明する。制御部１７の最終段に位置する電力変換回路制御部１３からは、主回路動作指令ＧＳが出力される（図２、図４参照）。主回路動作指令ＧＳには、インバータ主回路２のスイッチング素子（Ｉｕ～Ｉｚ）をオン・オフ制御する動作指令と、コンバータ主回路６のスイッチング素子（Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｘ，Ｃｙ）をオン・オフ制御する動作指令とが含まれる。コンバータ主回路６は、電力変換回路制御部１３から出力される主回路動作指令ＧＳに基づき、交流電源部１４から供給される交流電力を所望の直流電力に変換して直流電源部５に供給する。インバータ主回路２は、電力変換回路制御部１３から出力される主回路動作指令ＧＳに基づき、直流電源部５から供給される直流電力を可変振幅、可変周波数の三相交流電力に変換して電動機１に供給する。
　上記のような制御を行った場合、当然のように、インバータ主回路２のスイッチング素子（Ｉｕ～Ｉｚ）およびコンバータ主回路６のスイッチング素子（Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｘ，Ｃｙ）は発熱し、温度が上昇する。素子過温度検知部１０は、温度センサ９ａが検知したコンバータ素子取付面温度Ｔｆｃがコンバータ過温度検知設定信号Ｔｆｃ＿ｒｅｆを超えているか否かを判定することによりコンバータ素子の過温度を検出すると共に、インバータ素子取付面温度Ｔｆｉがインバータ過温度検知設定信号Ｔｆｉ＿ｒｅｆを超えているか否かを判定することによりインバータ素子の過温度を検出し、コンバータ素子およびインバータ素子のうちの少なくとも一方の過温度を検出した場合に素子過温度検知信号ＣＴＨを生成して運転者警告部１１および電力変換回路制御部１３に出力する。運転者警告部１１は、素子過温度検知信号ＣＴＨが入力された場合、スイッチング素子の過温度を運転者等のユーザ対し表示機能、鳴動機能にて通知する。また、電力変換回路制御部１３は、素子過温度検知信号ＣＴＨが入力された場合、主回路動作指令ＧＳの出力を遮断してインバータ主回路２およびコンバータ主回路６の動作を停止する。
　上記のような素子過温度検知処理と共に、冷却装置の冷却性能低下検知処理も併せて行う。冷却性能低下検知部１６は、コンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａがコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを超えているか否かを判定することによりコンバータ冷却性能の低下を検出すると共に、インバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａがインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを超えているか否かを判定することによりインバータ冷却性能の低下を検出し、コンバータ冷却性能およびインバータ冷却性能のうちの少なくとも一方の冷却性能低下を検出した場合に冷却性能低下検知信号ＲＬＤを生成して運転者警告部１１および電力変換回路制御部１３に出力する。運転者警告部１１は、冷却性能低下検知信号ＲＬＤが入力された場合、冷却性能の低下を運転者等のユーザ対し表示機能、鳴動機能にて通知する。また、電力変換回路制御部１３は、冷却性能低下検知信号ＲＬＤが入力された場合、主回路動作指令ＧＳの出力を遮断してインバータ主回路２およびコンバータ主回路６の動作を停止する。
　つぎに、実施の形態１に係る電力変換装置が有する効果について、図１２および図１３の図面を参照して説明する。図１２および図１３は、冷媒が充填されているフィン内部に空気混入があった場合の素子取付面温度特性の変化を示す図である。より詳細に説明すると、図１２（ａ）は、空気混入がなく、且つ、夏季のように周囲温度が高い場合（「夏季冷却装置正常時」として識別）の一例であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）との比較のための空気混入がある場合（「夏季冷却装置異常時」として識別）の一例である。また、図１３（ａ）は、空気混入がなく、且つ、冬季のように周囲温度が低い場合（「冬季冷却装置正常時」として識別）の一例であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）との比較のための空気混入がある場合（「冬季冷却装置異常時」として識別）の一例である。なお、これらの図に示される三角波状の波形は、図１０に示した電力変換装置のヒートサイクルである。
　夏季など冷却装置吸気温度が高いときや、スイッチング素子の発熱量が大きい（スイッチング損失が大きい）場合、図９において説明したように、フィン内部に混入した空気は、液相から気相に変化してフィン内部に進入する冷媒水蒸気に圧縮（圧迫）される。したがって、素子取付面温度Ｔｆの最大値と冷却装置吸気温度Ｔａとの偏差（温度差）ΔＴｆ-ａは、図１２（ａ），（ｂ）に示すように正常時と異常時との間の差異は小さい。このため、夏季などの冷却装置吸気温度が高いときには、冷却性能の差異はあまり大きくなく、冷却性能の悪化が顕在化する確率は小さくなる。
　一方、冬季など冷却装置吸気温度が低く、且つ、スイッチング素子の発熱量が小さい（スイッチング損失が小さい）場合、図１０において説明したように、液相から気相に変化する冷媒水蒸気の量は小さく、フィン内部に混入した空気の影響が大きくなる。したがって、素子取付面温度Ｔｆの最大値と冷却装置吸気温度Ｔａとの偏差（温度差）ΔＴｆ-ａは、図１３（ａ），（ｂ）に示すように正常時と異常時との間の差異が大きくなる。このため、冬季などの冷却装置吸気温度が低いときには、冷却性能の差異が顕著となり、冷却性能低下の検知は容易となる。
　なお、素子取付面温度Ｔｆを素子過温度検知信号ＣＴＨと比較する素子過温度検知部１０の機能を用いて冷却性能低下を検知することも可能である。しかしながら、冬季のように、冷却装置吸気温度が低い場合には、素子過温度検知信号ＣＴＨまでの温度差が夏季に比べて大きくなる。このため、冷却性能低下があまり大きくない場合には、この性能低下を見逃すことになる。したがって、冷却性能低下があまり大きくない状態下においてスイッチング素子を使用し続けるとき、スイッチング素子には、冷却性能低下がないときに比して熱ストレスが印加され続けることになり、好ましい状態ではない。
　一方、実施の形態１のように、素子取付面温度Ｔｆを冷却装置吸気温度Ｔａと比較することにより冷却性能低下を検知するようにすれば、冷却性能低下を発見することが可能且つ容易となる。したがって、実施の形態１の電力変換装置によれば、従来の素子過温度検知では困難であった冷却装置における冷却性能低下の検出が容易となる。また、冷却性能低下の検出が容易となるため、スイッチング素子への熱ストレス過大による素子破壊を未然に防止する効果を高めることが可能となる。
　また、背景技術の項でも触れたが、冷却性能の低下は、冷却フィンの目詰まり等によっても生じるが、従来の手法では、冷却装置吸気温度の高い夏季において、素子過温度検知の機能により、偶然的にフィンの目詰まりを発見できる場合も考えられるが、冷却装置吸気温度の低い冬季での発見は困難である。一方、実施の形態１の電力変換装置では、このような冷却性能の低下をも検出することが可能となる。
　以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置によれば、素子取付面温度と冷却装置吸気温度との偏差が所定の閾値を超えた場合に冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力し、当該冷却性能低下検知信号に基づいて電力変換装置の動作を停止する制御を行うこととしたので、凝縮器内の空気混入や、冷却フィンの目詰まり等の要因による冷却性能の低下を効果的に検出することが可能となる。
実施の形態２．
　つぎに、実施の形態２に係る電力変換装置について説明する。図１４は、実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施の形態１では、冷却装置吸気温度Ｔａを温度センサ９ｃにより検出する構成であったが、実施の形態２では冷却装置吸気温度Ｔａを検出する温度センサ９ｃは設けてはいない点で相違している。このため、図２と図１４との比較から明らかなように、実施の形態２の電力変換装置では、ΔＴｆ-ａ演算部１５に代えてΔＴｆ-ｆ１演算部２０が設けられ、ΔＴｆ-ｆ１演算部２０の出力を入力信号として動作する実施の形態１とは細部構成の異なる冷却性能低下検知部１６Ａが設けられている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同一または同等であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
　図１５は、ΔＴｆ-ｆ１演算部２０の細部構成を示す図である。ΔＴｆ-ｆ１演算部２０は、初期温度記憶部２０ａ，２０ｃと、コンバータ主回路側の温度差を表す信号（図１５では「ΔＴｆｃ-ｆｃ１」と表記）を演算する演算部（図１５では「Ｔｆ-ｆｃ１」と表記）２０ｂと、インバータ主回路側の温度差を表す信号（インバータ主回路側温度差信号、図１５では「ΔＴｆｉ-ｆｉ１」と表記）を演算する演算部（図１５では「Ｔｆ-ｆｉ１」と表記）２０ｄとを備えている。ΔＴｆ-ｆ１演算部２０には、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃおよびインバータ素子取付面温度Ｔｆｉが入力される。
　初期温度記憶部２０ａは、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃの初期値（例えば１日のうちの動作開始前の温度）を記録すると共に、記録した初期値をコンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１としてＴｆ-ｆｃ１演算部２０ｂおよび外部に出力する。Ｔｆ-ｆｃ１演算部２０ｂは、コンバータ素子取付面温度Ｔｆｃとコンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１の差分値（偏差）を演算し、その演算結果をコンバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｃ-ｆｃ１として外部に出力する。初期温度記憶部２０ｃは、インバータ素子取付面温度Ｔｆｉの初期値を記憶すると共に、記憶した初期値をインバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１としてＴｆ-ｆｉ１演算部２０ｄおよび外部に出力する。Ｔｆ-ｆｉ１演算部２０ｄは、インバータ素子取付面温度Ｔｆｉとインバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１の差分値（偏差）を演算し、その演算結果をインバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｉ-ｆｉ１として外部に出力する。なお、ここで生成されたコンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１、コンバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｃ-ｆｃ１、インバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１および、インバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｉ-ｆｉ１は、図１４に示すように、冷却性能低下検知部１６Ａに対する入力信号となる。
　コンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１およびインバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１は、電力変換装置が稼動するときの温度であり初期温度記憶部２０ａ，２０ｃによって保持される。ΔＴｆ-ｆ１演算部２０では、これらコンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１およびインバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１は、実施の形態１の制御系における冷却装置吸気温度Ｔａと同等なものとして扱うが、冷却装置吸気温度Ｔａが大きく変化しない環境下にて電力変換装置を使用する場合、温度センサの数を低減できるという効果が得られる。
　図１６は、冷却性能低下検知部１６Ａの細部構成を示す図である。冷却性能低下検知部１６Ａは、コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ａａ、インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ａｂ、比較器１６Ａｃ，１６Ａｄおよび、ＯＲ回路１６Ａｅを備えている。この冷却性能低下検知部１６Ａには、コンバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｃ-ｆｃ１、コンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１、インバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｉ-ｆｉ１および、インバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１が入力される。
　コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ａａは、入力されるコンバータ素子取付面初期温度Ｔｆｃ１に基づき、コンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを生成して比較器１６Ａｃに出力する。なお、このコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆは、実施の形態１では内部的に生成していたが、実施の形態２では、外部からの入力信号、即ち周囲環境に応じた設定信号の変更が可能な構成となっている。この構成により、冷却装置吸気温度Ｔａに適した冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆ、Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを決定することができる。例えば、冷却装置吸気温度Ｔａが高い場合、素子の発熱量が大きくなるので、冷媒の蒸気量が多くなり、空気混入状態下における冷却装置の性能低下は小さくなる。したがって、コンバータ素子に対する熱ストレスの影響は冷却装置吸気温度Ｔａが低い場合に比して小さくなるので、冷却装置吸気温度Ｔａが高い場合には、コンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆの値を小さくすることができる。この制御により、装置の運用期間において、コンバータ素子に対する熱ストレスの変動を抑制することができ、装置の稼働率向上と、装置の延命化を図ることができるという効果が得られる。
　図１６に戻り、比較器１６Ａｃは、コンバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｃ-ｆｃ１がコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを超えた場合にコンバータ主回路側の冷却性能の低下を検出し、検出した信号をＯＲ回路１６Ａｅに出力する。インバータ側の処理も同様であり、まず、インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ａｂは、入力されるインバータ素子取付面初期温度Ｔｆｉ１に基づき、インバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを生成して比較器１６Ａｄに出力する。比較器１６Ａｄは、インバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｉ-ｆｉ１がインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを超えた場合にインバータ主回路側の冷却性能の低下を検出し、検出した信号をＯＲ回路１６Ａｅに出力する。ＯＲ回路１６Ａｅは、比較器１６Ａｃ，１６Ａｄの論理和演算を行い、演算結果を冷却性能低下検知信号ＲＬＤとして出力する。すなわち、コンバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｃ-ｆｃ１とインバータ素子取付面温度－初期温度差ΔＴｆｉ-ｆｉ１のうちの少なくとも一方が検出閾値を超過した場合に、その旨を表す冷却性能低下検知信号ＲＬＤが生成されて電力変換回路制御部１３に出力される。なお、その後の処理は、実施の形態１と同様である。
　なお、図１６において、コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ａａの内部で生成されるコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆは、関数計算により求めてもよいし、内部に保持するテーブルを参照することにより求めてもよい。インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ａｂの内部で生成されるインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆについても同様である。
　以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置によれば、スイッチング素子もしくはスイッチング素子取付面の動作中温度と動作開始前の温度との偏差が所定の閾値を超えた場合に冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力し、当該冷却性能低下検知信号に基づいて電力変換装置の動作を停止する制御を行うこととしたので、凝縮器内の空気混入や、冷却フィンの目詰まり等の要因による冷却性能の低下を効果的に検出することが可能となる。
実施の形態３．
　つぎに、実施の形態３に係る電力変換装置について説明する。図１７は、実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図である。実施の形態１では、冷却性能低下検知部１６にはコンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａ、インバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａおよび冷却装置吸気温度Ｔａが入力される構成であったが、実施の形態３では冷却装置吸気温度Ｔａに代えて損失演算部２２が生成するコンバータ損失Ｑｃおよびインバータ損失Ｑｉが入力される構成である。即ち、実施の形態３の電力変換装置では、損失演算部２２が設けられると共に、ΔＴｆ-ａ演算部１５の出力と損失演算部２２の出力とを入力信号として動作する実施の形態１とは細部構成の異なる冷却性能低下検知部１６Ｂが設けられている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同一または同等であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
　図１８は、冷却性能低下検知部１６Ｂの細部構成を示す図である。冷却性能低下検知部１６Ｂは、コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ｂａ、インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ｂｂ、比較器１６Ｂｃ，１６Ｂｄおよび、ＯＲ回路１６Ｂｅを備えている。この冷却性能低下検知部１６Ｂには、コンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａ、コンバータ損失Ｑｃ、インバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａおよび、インバータ損失Ｑｉが入力される。
　コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ｂａは、入力されるコンバータ損失Ｑｃに基づき、コンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを生成して比較器１６Ｂｃに出力する。なお、このコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆは、実施の形態１では内部的に生成していたが、実施の形態３では、コンバータ損失Ｑｃに応じた設定信号の変更が可能な構成となっている。この構成により、コンバータ損失Ｑｃに応じたコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを決定することができる。例えば、コンバータ損失Ｑｃが大きい場合、素子の発熱量が大きくなるので、冷媒の蒸気量が多くなり、空気混入状態下における冷却装置の性能低下は小さくなる。ただし、コンバータ損失Ｑｃに比例してΔＴｆc-ａが大きくなるわけではなく、ΔＴｆc-ａは、冷却器に応じた特性を持つことになる。このため、閾値は、コンバータ損失ＱｃとΔＴｆｃ-ａの特性を持ったものにすることが好ましい。このような処理により、装置の運用期間において、コンバータ素子に対する熱ストレスの変動を抑制することができ、装置の稼働率向上と、装置の延命化を図ることができるという効果が得られる。
　図１８に戻り、比較器１６Ｂｃは、コンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａがコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆを超えた場合にコンバータ主回路側の冷却性能の低下を検出し、検出した信号をＯＲ回路１６Ｂｅに出力する。インバータ側の処理も同様であり、まず、インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ｂｂは、入力されるインバータ損失Ｑｉに基づき、インバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを生成して比較器１６Ｂｄに出力する。即ち、実施の形態３の構成では、インバータ損失Ｑｉに応じた設定信号の変更が可能な構成となっている。この構成により、インバータ損失Ｑｉに応じたインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを決定することができる。比較器１６Ｂｄは、インバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａがインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆを超えた場合にインバータ主回路側の冷却性能の低下を検出し、検出した信号をＯＲ回路１６Ｂｅに出力する。ＯＲ回路１６Ｂｅは、比較器１６Ｂｃ，１６Ｂｄの論理和演算を行い、演算結果を冷却性能低下検知信号ＲＬＤとして出力する。すなわち、コンバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｃ-ａとインバータ素子取付面温度－冷却装置吸気温度差ΔＴｆｉ-ａのうちの少なくとも一方が検出閾値を超過した場合に、その旨を表す冷却性能低下検知信号ＲＬＤが生成されて電力変換回路制御部１３に出力される。なお、その後の処理は、実施の形態１と同様である。
　図１９は、損失演算部２２の細部構成を示す図である。損失演算部２２は、コンバータ損失Ｑｃを演算するコンバータ損失演算部２２ａと、インバータ損失Ｑｉを演算するインバータ損失演算部２２ｂとを備えている。また、損失演算部２２には、電力変換回路制御部１３が生成したスイッチング周波数ｆｓｗ、パルスモードＰＭ、コンバータ電流ＩＳおよびモータ電流ＩＭが入力される。コンバータ損失演算部２２ａは、スイッチング周波数ｆｓｗ、パルスモードＰＭ、コンバータ電流ＩＳおよびモータ電流ＩＭを用いてコンバータ主回路６の損失量を表すコンバータ損失Ｑｃを演算して上述した冷却性能低下検知部１６Ｂに出力する。インバータ損失演算部２２ｂは、スイッチング周波数ｆｓｗ、パルスモードＰＭ、コンバータ電流ＩＳおよびモータ電流ＩＭを用いてインバータ主回路２の損失量を表すインバータ損失Ｑｉを演算して冷却性能低下検知部１６Ｂに出力する。なお、コンバータ損失Ｑｃおよびインバータ損失Ｑｉの算出手法は公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
　なお、図１８において、コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ｂａの内部で生成されるコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆは、関数計算により求めてもよいし、内部に保持するテーブルを参照することにより求めてもよい。インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部１６Ｂｂの内部で生成されるインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆについても同様である。
　以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置によれば、素子取付面温度と冷却装置吸気温度との偏差が所定の閾値を超えた場合に電力変換装置の動作を停止する制御を行う際に、当該閾値をスイッチング素子の損失に基づいて変更することとしたので、スイッチング素子に対する熱ストレスの変動を抑制することができ、装置の稼働率向上と、装置の延命化を図ることが可能となる。
　なお、以上の実施の形態１－３に示した構成および制御態様については、種々の変更もしくは変形が可能である。例えば、実施の形態１では、冷却性能の低下を検知するための閾値であるコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆおよびインバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆは冷却装置吸気温度Ｔａの関数（ｆ(Ｔａ)）であるとして説明したが、冷却風の温度に基づいて閾値自体の値を動的に変更するようにすれば、冷却性能低下検知を効果的に行うことができる。具体的には、冷却風の温度が低いときよりも高いときの方が、閾値が小さくなるように生成されることが好ましい。冷却風の温度が低いときよりも高いときの方が冷却装置の性能が上昇するが、その理由は、冷却風の温度が高いときの方が、冷媒の蒸気量が多くなるからである。したがって、冷却風の温度が低いときの方が高いときよりも真の冷却性能を把握できることを意味する。この観点により、冷却風の温度が高い場合には、閾値を小さく設定することにより、真の冷却性能を的確に把握することが可能となる。
　また、実施の形態３では、冷却性能の低下を検知するための閾値であるコンバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｃ＿ｒｅｆはコンバータ損失Ｑｃの関数（ｆ(Ｑｃ)）であるとし、インバータ冷却性能低下検知設定信号Ｔｒｌｄｉ＿ｒｅｆはインバータ損失Ｑｉの関数（ｆ(Ｑｉ)）であるとして説明したが、コンバータ損失Ｑｃおよびインバータ損失Ｑｉに基づいて閾値自体の値を動的に変更するようにすれば、冷却性能低下検知を効果的に行うことができる。コンバータ損失Ｑｃ（インバータ損失Ｑｉ）が小さいときよりも大きいときの方が冷却装置の性能が上昇するが、その理由は、コンバータ損失Ｑｃ（インバータ損失Ｑｉ）が大きいときの方が、冷媒の蒸気量が多くなるからである。よって、コンバータ損失Ｑｃ（インバータ損失Ｑｉ）に比例してΔＴｆ-ａが大きくなるわけではなく、冷却器に応じた特性を持つことになるため、閾値は、コンバータ損失Ｑｃ（インバータ損失Ｑｉ）とΔＴｆ-ａの特性を持ったものにすることが好ましい。この観点により、閾値は、コンバータ損失Ｑｃ（インバータ損失Ｑｉ）とΔＴｆ-ａの特性を持ったものとすることにより、真の冷却性能を的確に把握することが可能となる。
　また、実施の形態１－３の構成において、冷却性能低下検知部１６（１６Ａ，１６Ｂ）にカレンダー機能を持たせ、このカレンダー機能による季節情報に基づいて外気温を予測し、予測した外気温が高い場合には、閾値がより小さくなるように変更する機能を持たせれば、より好ましい実施態様となる。この実施態様によっても、上記と同様に、真の冷却性能の的確な把握が可能となる。
　また、実施の形態１－３の構成において、偏差が所定の閾値を超えた場合に、スイッチング素子の動作させるスイッチング周波数を低下させる制御を行うことは、より好ましい実施態様となる。装置を停止する過程において、装置を即座に停止するのではなく、スイッチング周波数を低下させる制御を行えばスイッチング素子の発熱量を小さくすることができ、例えば鉄道車両用途の電力変換装であれば、最寄りの駅や車両基地までの運行継続が可能となる。
　また、実施の形態１－３の構成において、偏差が所定の閾値を超えた場合に、スイッチング素子に通流させる電流を制限する制御を行うことは、より好ましい実施態様となる。上記と同様に、装置を停止する過程において、装置を即座に停止するのではなく、スイッチング素子に通流させる電流を制限する制御を行えばスイッチング素子の発熱量を小さくすることができ、例えば鉄道車両用途の電力変換装であれば、最寄りの駅や車両基地までの運行継続が可能となる。
実施の形態４．
　実施の形態４では、インバータ主回路およびコンバータ主回路に具備されるスイッチング素子について説明する。電力変換装置で用いられるスイッチング素子としては、珪素（Ｓｉ）を素材とする半導体トランジスタ素子（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなど）と、同じく珪素を素材とするダイオード素子とを逆並列に接続した構成のものが一般的である。上記実施の形態１，２で説明した技術は、この一般的なスイッチング素子を具備するインバータ主回路およびコンバータ主回路に用いることができる。
　一方、上記実施の形態１－４の技術は、珪素を素材として形成されたスイッチング素子に限定されるものではない。この珪素に代え、近年注目されている炭化珪素（ＳｉＣ）を素材とするスイッチング素子を具備するインバータ主回路およびコンバータ主回路に用いることも無論可能である。
　ここで、炭化珪素は、高温度での使用が可能であるという特徴を有しているので、インバータ主回路またはコンバータ主回路に具備されるスイッチング素子として炭化珪素を素材とするものを用いれば、スイッチング素子を搭載する半導体モジュールのスイッチング損失を低減することが可能である。このため、炭化珪素を素材とするスイッチング素子を用いた場合、スイッチング損失が小さくなるため冷却装置が沸騰不安定領域に陥りやすくなるが、本発明では冷却装置が沸騰不安定領域に遷移してしまった場合でも、スイッチング損失を増加させ、沸騰不安定領域に入るのを阻止することが可能である。
　なお、炭化珪素（ＳｉＣ）は、珪素（Ｓｉ）よりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。この炭化珪素以外にも、例えば窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性も炭化珪素に類似した点が多い。したがって、炭化珪素以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。
　また、このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたトランジスタ素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、トランジスタ素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたトランジスタ素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。
　また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたトランジスタ素子やダイオード素子は、耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化が可能となり、半導体モジュールの更なる小型化が可能になる。
　さらに、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたトランジスタ素子やダイオード素子は、電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。
　なお、スイッチング素子やダイオード素子の両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよく、上記実施の形態に記載の効果を得ることができる。
　以上のように、本発明に係る電力変換装置は、沸騰冷却装置における凝縮器内の空気混入以外の要因による冷却性能低下を効果的に検出することができる発明として有用である。
１　電動機
２　インバータ主回路
５　直流電源部
６　コンバータ主回路
８　主回路
９ａ，９ｂ，９ｃ　温度センサ
１０　素子過温度検知部
　１０ａ，１０ｂ　比較器
　１０ｃ　ＯＲ回路
１１　運転者警告部
　１１ａ　表示部
　１１ｂ　鳴動部
１２　運転指令生成部
　１２ａ　力行・ブレーキ選択部
１３　電力変換回路制御部
　１３ａ　電流指令演算部
　１３ｂ　電圧指令生成部
　１３ｃ　主回路動作指令生成部
　　１３ｃａ　変調波生成部
　　１３ｃｂ　搬送波生成部
　　１３ｃｃ　比較器
１４　交流電源部
１５　ΔＴｆ-ａ演算部（温度差演算部）
　１５ａ　Ｔｆｃ-Ｔａ演算部
　１５ｂ　Ｔｆｉ-Ｔａ演算部
１６　冷却性能低下検知部
　１６ａ，１６ｂ　比較器
　１６ｃ　ＯＲ回路
１６Ａ　冷却性能低下検知部
　１６Ａａ　コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
　１６Ａｂ　インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
　１６Ａｃ，１６Ａｄ　比較器
　１６Ａｅ　ＯＲ回路
１６Ｂ　冷却性能低下検知部
　１６Ｂａ　コンバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
　１６Ｂｂ　インバータ冷却性能低下検知設定信号生成部
　１６Ｂｃ，１６Ｂｄ　比較器
　１６Ｂｅ　ＯＲ回路
１７　制御部
１８　電力変換装置
２０　ΔＴｆ-ｆ１演算部
　２０ａ，２０ｃ　初期温度記憶部
　２０ｂ　Ｔｆ-ｆｃ１演算部
　２０ｄ　Ｔｆ-ｆｉ１演算部
２２　損失演算部
　２２ａ　コンバータ損失演算部
　２２ｂ　インバータ損失演算部
５０　冷却装置
５２　凝縮器
５３　蒸発器
５４　冷媒
５５　フィン
５６ａ，５６ｂ　冷媒室
５７　スイッチング素子
５８　冷却風
５９　温風
６０　取付面

Claims (16)

  1. 　スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
    　前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の動作中温度と動作開始前の温度との偏差に基づいて前記電力変換装置の動作を制御する制御部を有し、
    　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力する検知部を有したことを特徴とする電力変換装置。
  2. 　スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
    　前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の温度と前記冷却装置に吸気される冷却風の温度との偏差に基づいて前記電力変換装置の動作を制御する制御部を有し、
    　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記冷却装置の性能低下を表す冷却性能低下検知信号を生成して出力する検知部を有したことを特徴とする電力変換装置。
  3. 　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記電力変換装置を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  4. 　前記検知部は、前記冷却風の温度に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
    　前記閾値生成部は、前記冷却風の温度が低いときよりも高いときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  5. 　前記検知部は、前記スイッチング素子の損失に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
    　前記閾値生成部は、前記スイッチング素子の損失が小さいときよりも大きいときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  6. 　前記検知部は、カレンダー機能を有し、当該カレンダー機能による季節情報に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
    　前記閾値生成部は、前記季節情報に基づいて予測される外気温が低いときよりも高いときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  7. 　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチング素子を動作させるスイッチング周波数を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  8. 　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチング素子に通流させる電流を制限する制御を行うことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  9. 　前記スイッチング素子を構成するトランジスタ素子およびダイオード素子のうちの少なくとも一つがワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の電力変換装置。
  10. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 　前記検知部は、カレンダー機能を有し、当該カレンダー機能による季節情報に基づいて前記閾値を生成する閾値生成部を有し、
    　前記閾値生成部は、前記季節情報に基づいて予測される外気温が低いときよりも高いときの方が、前記閾値が小さくなるように生成することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  12. 　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチング素子を動作させるスイッチング周波数を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項１または１１に記載の電力変換装置。
  13. 　前記制御部は、前記偏差が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチング素子に通流させる電流を制限する制御を行うことを特徴とする請求項１または１１に記載の電力変換装置。
  14. 　前記スイッチング素子を構成するトランジスタ素子およびダイオード素子のうちの少なくとも一つがワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１または１１に記載の電力変換装置。
  15. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項１４に記載の電力変換装置。
  16. 　スイッチング素子のスイッチング動作により、入力された直流電力または交流電力を所望の交流電力に変換して出力し、内蔵された冷媒の沸騰現象を利用する冷却装置を用いて前記スイッチング素子の冷却を行うよう構成された電力変換装置において、
    　前記スイッチング素子もしくは当該スイッチング素子取付面の温度と前記冷却装置への冷却風の温度との偏差に基づいて装置の運転を制御する制御部を有したことを特徴とする電力変換装置。
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