WO2015056400A1

WO2015056400A1 - 電力変換装置及び空気調和装置

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Publication number: WO2015056400A1
Application number: PCT/JP2014/004711
Authority: WO
Inventors: 晋一石関; 健太郎田岡; 正英藤原; 猿渡　博孝; 池田　基伸
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-04-23
Also published as: JP2015080315A

Abstract

力率改善部の故障を検出する。電力変換装置は、入力交流を整流する整流部（22）と、上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力を生成する電力変換部（28）と、上記力率改善部（25）を制御する制御部（31）とを有する。上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の変化が上記制御部（31）からの力率改善動作を行うように指示する指令の有無に従っていない場合には、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

Description

電力変換装置及び空気調和装置

　本発明は、力率改善部を有する電力変換装置及び空気調和装置に関し、特に、力率改善部の故障の検出に関する。

　一般に、空気調和装置における圧縮機はモータを駆動源としている。モータには、電力変換装置から交流電力が供給される。

　電力変換装置としては、特許文献１に示されるように、主として、整流部、昇圧型の力率改善部及びインバータ式の電力変換部によって構成されているものが一般的に知られている。先ず、商用電源から出力された交流の商用電圧は、整流部によって整流される。整流後の電圧は、力率改善部によって所望の電圧に昇圧され平滑されることで、力率改善される。力率改善後の電圧は、電力変換部に供給される。電力変換部は、力率改善後の電圧を用いてモータ駆動用の交流電力を生成する。

特開２０１１－２３９５４７号公報

　しかしながら、力率改善部が故障して、力率改善動作が行われていない場合には、電力変換装置への入力電流の力率は低く、入力電流の高調波成分も大きい。力率改善部の平滑用コンデンサは、力率が高い状態で使用されることを前提として採用されているので、容量が比較的小さい。このため、力率改善動作が行われていない状態では、リプル電圧が大きく、平滑用コンデンサの寿命が短くなる可能性がある。

　また、力率改善動作を行わせるか否かに応じて電流等の検出値を換算して、電力変換装置の制御等に用いることがある。力率改善部が故障している場合には、力率改善動作を行うように指示されていても実際には力率改善動作が行われないので、正しい入力電流値等を知ることができず、制御が正常に行われない可能性がある。

　このように、力率改善動作が行われていない状態で電力変換装置を使用し続けることは望ましくないことから、力率改善部の故障を検出する必要がある。また、誤って故障を検出すると、力率の低下を招くことから、誤検出の可能性を低くする必要がある。

　本発明は、力率改善部の故障を検出することを目的とする。

　第１の発明の電力変換装置は、交流電源（91）からの入力交流を整流する整流部（22）と、上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力を生成する電力変換部（28）と、上記力率改善部（25）の力率改善動作を制御する制御部（31）とを有する。上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の変化が上記制御部（31）からの力率改善動作を行うように指示する指令の有無に従っていない場合には、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

　これによると、制御部（31）は、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の変化が制御部（31）からの力率改善動作を行うように指示する指令の有無に従っていない場合には、力率改善部（25）が故障していると判定する。このため、力率改善動作を行うように指示されているにもかかわらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）が十分に昇圧しない場合、及び、力率改善動作を行うように指示されていないにもかかわらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）が昇圧してしまう場合に、力率改善部（25）が故障していると判定することができる。

　第２の発明では、第１の発明において、上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されている場合には、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が、上記指令が出されてから所定時間（TF1）経過後において所定量に達していないときに、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

　これによると、力率改善動作を行うように指示する指令が出されてから所定時間（TF1）経過後において判定が行われるので、出力電圧（V2）が十分に昇圧されているべき時点の状態に基づいて、より正確に判定をすることができる。したがって、力率改善部（25）の故障を誤検出する可能性を抑えることができる。

　第３の発明では、第２の発明において、上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されている１つ以上の期間において、各期間の開始から上記所定時間（TF1）経過後であり、かつ、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が上記所定量に達していない期間の長さを累積し、累積結果（Tcnt）が所定の長さ（THC）に達すると、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

　これによると、制御部（31）は、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が上記所定量に達していない期間の長さを累積し、累積結果（Tcnt）に基づいて力率改善部（25）が故障していることを判定する。このため、より正確に判定をすることができる。

　第４の発明では、第３の発明において、上記制御部（31）は、上記昇圧量が上記所定量に達すると、上記累積結果（Tcnt）をリセットする。

　これによると、力率改善部（25）が正常に動作した場合には、力率改善部（25）が故障していると判定しないようにすることができる。

　第５の発明では、第１の発明において、上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない場合において、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が所定量に達しているときに、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

　これによると、力率改善動作を行うように指示する指令が出されていないにもかかわらず、出力電圧（V2）が昇圧されている場合において、力率改善部（25）が故障して誤動作していることを検出することができる。

　第６の発明では、第５の発明において、上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない１つ以上の期間において、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が上記所定量に達している期間の長さを累積し、累積結果（Tcnt2）が所定の長さ（THC2）に達すると、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

　これによると、制御部（31）は、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が上記所定量に達している期間の長さを累積し、累積結果（Tcnt2）に基づいて力率改善部（25）が故障していることを判定する。このため、より正確に判定をすることができる。

　第７の発明では、第６の発明において、上記制御部（31）は、上記昇圧量が上記所定量に低下すると、上記累積結果（Tcnt2）をリセットする。

　第８の発明では、第５の発明において、上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）に所定の大きさ以上の負荷が接続されている場合にのみ、上記力率改善部（25）が故障していると判定する。

　これによると、力率改善部（25）以外の要因によって出力電圧が昇圧されることによる誤判定を避けることができる。

　第９の発明では、第１の発明において、上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）が故障していると判定した場合には、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる。

　これによると、力率改善部（25）が故障していると判定された場合には、力率改善動作が停止される。力率改善部（25）が故障すると、力率改善部（25）のコイルからの異音や出力電圧の不安定な脈動等の現象が起こり得るが、力率改善動作が停止されるので、力率改善部（25）が電力変換装置に悪影響を与えないようにすることができる。

　第１０の発明は、第１から第９の発明のいずれか１つの電力変換装置を備える空気調和装置である。

　これによると、空気調和装置において、電力変換装置内の力率改善部の故障を検出することができる。

　第１～第１０の発明によれば、力率改善部の故障を検出することができる。したがって、力率が低い状態で電力変換装置が動作することを避けるようにすること等が可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を備えたモータ駆動システムの構成図である。図２は、空気調和装置の構成の概略図である。図３は、入力電圧、その波高値、入力側検出周期、及び入力電圧検出部の検出結果の経時的変化を表したタイミングチャートである。図４は、図１のコントローラの機能部を模式的に表した図である。図５は、力率改善部が正常な場合の、図１の電力変換装置における信号の波形の例を示すグラフである。図６は、力率改善部が正常ではない場合の、図１の電力変換装置における信号の波形の例を示すグラフである。図７は、力率改善部が正常ではない場合の、図１の電力変換装置における信号の波形の他の例を示すグラフである。図８は、故障判定後の、図１の電力変換装置における信号の波形の例を示すグラフである。図９は、力率改善部（25）に力率改善動作を行わないように指示している場合の、図１の電力変換装置における信号の波形の例を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、同一の又は類似の構成要素である。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　＜概要＞
　図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置（20）を備えたモータ駆動システム（100）の構成図である。図１のモータ駆動システム（100）は、モータ（11）と、電力変換装置（20）とで構成されている。

　モータ（11）は、３相のブラシレスＤＣモータであって、図示はしていないが、ステータ、ロータ及びホール素子等を有している。ステータは、複数の駆動コイルを有している。ロータは、永久磁石を有している。ホール素子は、ステータに対するロータの位置を検出するための素子である。

　なお、モータ（11）は、例えば、空気調和装置に含まれる圧縮機の駆動源である。従って、モータ駆動システム（100）は、空気調和装置に搭載されていてもよい。

　図２は、空気調和装置（70）の構成の概略図である。図１のモータ（11）は、例えば、図２の空気調和装置（70）に含まれる圧縮機（72）の駆動源である。図２に示すように、室外ユニット（71）には、冷媒を圧縮する圧縮機（72）及びモータ（11）の他、冷媒の流れを切り換える四方切換弁（73）、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器（74）、冷媒を減圧する膨張弁（75）、室外熱交換器（74）へ外気を供給する室外ファン（76）、及びファンモータ（77）が含まれている。室内ユニット（80）には、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器（81）、熱交換後の空気を室内に吹き出す室内ファン（82）及びファンモータ（83）が含まれている。

　電力変換装置（20）は、商用電源（91）及びモータ（11）と、複数本のハーネスを介して接続されている。電力変換装置（20）は、交流電源である商用電源（91）からの入力交流を出力交流電力（SU,SV,SW）に変換してモータ（11）に供給する。これにより、モータ（11）は駆動され得る。

　なお、本実施形態では、商用電源（91）が単相電源である場合を例に採る。

　＜電力変換装置の構成＞
　電力変換装置（20）は、フィルタ（21）、整流部（22）、主電源リレー（23）、入力電圧検出部（24）、力率改善部（25）、出力電圧検出部（27）、電力変換部（28）、電流検出部（29）、及びコントローラ（制御部）（31）を有する。

　　－フィルタ－
　フィルタ（21）は、商用電源（91）と整流部（22）との間に位置している。フィルタ（21）は、コイル（21a）とコンデンサ（21b）とで構成されたローパスフィルタであって、力率改善部（25）及び電力変換部（28）にて発生した高周波ノイズの、商用電源（91）側への回り込みを防止する。

　　－整流部－
　整流部（22）は、フィルタ（21）の後段に接続されている。整流部（22）は、４つのダイオード（22a,22b,22c,22d）で構成されている。

　具体的には、ダイオード（22a,22c）の各カソード端子は、互いに電源配線（41）に接続されている。ダイオード（22b,22d）の各アノード端子は、互いにＧＮＤ配線（42）に接続されている。ダイオード（22a）のアノード端子とダイオード（22b）のカソード端子との接続点、及び、ダイオード（22c）のアノード端子とダイオード（22d）のカソード端子との接続点は、それぞれ商用電源（91）の出力に接続されている。

　整流部（22）は、商用電源（91）からの入力交流を、図３に示すように全波整流して出力する。図３は、整流された電圧（以下、入力電圧）（V1）、入力電圧（V1）の波高値（V11）、後述する入力側検出周期、及び入力電圧検出部（24）の検出結果（Vac_peak）の経時的変化を表している。

　以下では、説明の便宜上、入力交流の電圧を「商用電圧（V0）」と呼称する。

　　－主電源リレー－
　主電源リレー（23）は、整流部（22）と力率改善部（25）との間にて、電源配線（41）上に直列に接続されている。主電源リレー（23）は常閉接点である。主電源リレー（23）は、例えばモータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合に開放されることで、商用電源（91）からモータ（11）側への電力供給を遮断する。

　モータ（11）の駆動を緊急停止しなければならない場合としては、圧縮機（72）にて高圧異常が生じた場合、及び、モータ（11）に過大な電流が流れた場合等が挙げられる。

　なお、主電源リレー（23）の位置は、整流部（22）の後段に代えて前段であってもよい。

　　－入力電圧検出部－
　入力電圧検出部（24）は、整流部（22）から出力された電圧（V1）を、力率改善部（25）の入力電圧として検出する。

　具体的に、入力電圧検出部（24）は、図１及び図４に示すように、主として、互いに直列に接続された２つの抵抗（24a,24b）、ピークホールド回路（24c）、入力電圧サンプリング部（31a）として機能するコントローラ（31）等によって構成されている。互いに直列に接続された２つの抵抗（24a,24b）は、主電源リレー（23）と力率改善部（25）との間において、整流部（22）の出力の両端に接続されている。抵抗（24a,24b）同士の接続点における電圧値は、ピークホールド回路（24c）に入力される。ピークホールド回路（24c）では、図３に示すように、入力電圧（V1）の最大値である波高値（V11）が、一定時間の間維持される。この波高値（V11）は、コントローラ（31）に入力され、入力電圧サンプリング部（31a）により、図３に示すように入力側検出周期でサンプリング且つＡＤ変換され、検出結果（Vac_peak）として認識される。

　ここで、図４は、図１のコントローラ（31）の機能部を模式的に表した図である。

　また、図３では、入力電圧検出部（24）の検出周期である入力側検出周期が、入力電圧（V1）が最大値を採る周期（電源周波数）よりも長い場合を表している。

　　－力率改善部－
　図１に示すように、力率改善部（25）は、主電源リレー（23）を介して整流部（22）の出力に接続されている。力率改善部（25）は、昇圧型の力率改善回路であって、入力電圧（V1）を昇圧及び平滑することで、力率改善動作を行う。

　具体的に、図１の力率改善部（25）は、力率改善駆動部（30）と、３相のインターリーブ方式の動作が可能なように構成された３相の昇圧チョッパ回路と、１つの平滑コンデンサ（26）とを有する。具体的に、力率改善部（25）は、３つのリアクタ（L25a,L25b,L25c）、３つのスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）、３つの抵抗（R25a,R25b,R25c）、３つのダイオード（D25a,D25b,D25c）、及び１つの平滑コンデンサ（26）を有する。

　リアクタ（L25a）は、その一端が主電源リレー（23）に接続され、入力電圧（V1）を電気エネルギーとし、これを磁束エネルギーに変化させて蓄える役割を担う。リアクタ（L25a）のインダクタンス値は、電源配線（41）上を流れる電流値やスイッチング素子（Q25a）のスイッチング周波数等に応じて、適宜決定される。

　スイッチング素子（Q25a）は、Ｎｃｈの絶縁ゲートバイポーラトランジスタで構成されており、リアクタ（L25a）の他端に接続されている。スイッチング素子（Q25a）は、入力電圧（V1）に基づくエネルギーの、リアクタ（L25a）への蓄積と放電とを切り換える役割を担う。スイッチング素子（Q25a）は、力率改善駆動部（30）によってスイッチング素子（Q25a）のオン及びオフが制御される。

　抵抗（R25a）は、スイッチング素子（Q25a）に流れる力率改善（ＰＦＣ：power factor correction）電流（Ipfc）の検出用のシャント抵抗であって、スイッチング素子（Q25a）とＧＮＤ配線（42）との間に接続されている。抵抗（R25a）の電圧（Vd1）は、ＡＤ変換後、ＰＦＣ電流算出部（31b）として機能するコントローラ（31）に入力され（図４参照）、ＰＦＣ電流（Ipfc）の算出に用いられる。ＰＦＣ電流（Ipfc）は、力率改善部（25）の駆動制御に利用される。出力電圧（V2）がある程度上下したとしても、安定したエネルギーが力率改善部（25）の後段へと供給されるようにするためである。抵抗（R25a）の抵抗値は、力率改善部（25）による電圧の昇圧動作を妨げることのない適切な値に、決定されている。

　なお、図１では、抵抗（R25c）の電圧（Vd1）のみがコントローラ（31）に入力されているが、抵抗（R25a,R25b）の電圧（Vd1）もコントローラ（31）に入力される。

　ダイオード（D25a）は、リアクタ（L25a）の出力側において、電源配線（41）上に直列に接続されている。特に、ダイオード（D25a）のアノード端子は、リアクタ（L25a）とスイッチング素子（Q25a）との接続点よりも電流の流れ方向下流側に接続されている。ダイオード（D25a）は、リアクタ（L25a）側から電力変換部（28）側への電流の流れのみを許容する。

　平滑コンデンサ（26）は、例えば電解コンデンサによって構成されており、各相の昇圧チョッパ回路に共通して１つ設けられている。平滑コンデンサ（26）は、各リアクタ（L25a,L25b,L25c）の出力側において、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に並列に接続されている。平滑コンデンサ（26）は、各リアクタ（L25a,L25b,L25c）から放出されたエネルギーを充放電することで、比較的リプル成分の低い直流電圧を生成する。

　力率改善駆動部（30）は、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のゲート端子及びコントローラ（31）と接続されている。力率改善駆動部（30）は、例えば集積回路によって構成されている。力率改善駆動部（30）は、コントローラ（31）からのＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）に基づいて、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）へのゲート電圧の印加制御を行うことで、力率改善部（25）の力率改善動作を制御する。

　具体的に、力率改善駆動部（30）は、力率改善部（25）に力率改善動作を行わせる場合には、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）のオン及びオフを短い周期で繰り返させるためのゲート制御信号（G1,G2,G3）を、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に出力する。逆に、力率改善駆動部（30）は、力率改善部（25）に力率改善動作を行わせない場合には、全てのスイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）をオフの状態に保つためのゲート制御信号（G1,G2,G3）を、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）に出力する。

　このような力率改善部（25）の昇圧動作（即ち、力率改善動作）について、１相分の昇圧チョッパ回路を例に説明する。先ず、スイッチング素子（Q25a）がオンすると、電源配線（41）からリアクタ（L25a）、スイッチング素子（Q25a）、抵抗（R25a）を経てＧＮＤ配線（42）への電流経路が形成され、ＰＦＣ電流（Ipfc）がこの順に流れる。すると、リアクタ（L25a）にＰＦＣ電流（Ipfc）が流れることにより、リアクタ（L25a）にはエネルギーが蓄積される。次いで、スイッチング素子（Q25a）がオフすると、上記電流経路がスイッチング素子（Q25a）によって絶たれる。リアクタ（L25a）に蓄積されたエネルギー分の電流が、ダイオード（D25a）を経て平滑コンデンサ（26）へと流れ込み、平滑コンデンサ（26）の電圧は高くなる。

　なお、他の２相分の昇圧チョッパ回路は、上述した１相分の昇圧チョッパ回路と並列に接続されており、その動作は上記と同様である。

　なお、上記力率改善部（25）の各構成要素（リアクタ（L25a,L25b,L25c）等）の数は、一例であって、上記に限定されることはない。また、抵抗（R25a,R25b,R25c）に代えてカレントセンサ（図示せず）が、ＰＦＣ電流（Ipfc）の検出を行っても良い。

　　－出力電圧検出部－
　出力電圧検出部（27）は、出力電圧（V2）を検出する。

　出力電圧検出部（27）は、図１及び図４に示すように、主として、互いに直列に接続された２つの抵抗（27a,27b）、出力電圧サンプリング部（31c）として機能するコントローラ（31）によって構成されている。互いに直列に接続された２つの抵抗（27a,27b）は、力率改善部（25）と電力変換部（28）との間において、平滑コンデンサ（26）の両端に接続されている。抵抗（27a,27b）同士の接続点における電圧（V21）は、コントローラ（31）に入力され、出力電圧サンプリング部（31c）によって出力側検出周期でサンプリング且つＡＤ変換され、出力電圧（V2）の検出結果（Vdc）として認識される。一例としては、入力側検出周期が約１ｓｅｃである場合、出力側検出周期は、約１０ｍｓｅｃであり得る。

　　－電力変換部－
　電力変換部（28）は、力率改善部（25）の出力側にて、リアクタ（L25a,L25b,L25c）に対し並列に接続されている。電力変換部（28）は、力率改善部（25）から出力電圧（V2）を供給されると、出力交流電力（SU,SV,SW）を生成する。

　電力変換部（28）は、図示はしていないが、インバータ回路及びインバータ駆動部とで構成されている。インバータ回路は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタで構成されたパワー素子と、パワー素子に逆並列に接続された還流用ダイオードとを、それぞれ複数有する構成となっている。インバータ駆動部は、例えば集積回路によって構成されており、各パワー素子のゲート端子に接続されている。インバータ駆動部は、コントローラ（31）から出力されるモータ制御信号（Pwm）に基づいて、各パワー素子へのゲート電圧の印加制御を行うことで各パワー素子をオン及びオフさせて、インバータ回路に出力交流電力（SU,SV,SW）を生成させる。

　　－電流検出部－
　電流検出部（29）は、電力変換部（28）への入力電流（Im）の値を検出する。入力電流（Im）とは、商用電源（91）から電源配線（41）、電力変換部（28）、モータ（11）へと流れ、再び電力変換部（28）、ＧＮＤ配線（42）を経て、力率改善部（25）に流れ込む電流である。

　電流検出部（29）は、図１及び図４に示すように、主として、ＧＮＤ配線（42）上に直列に接続されたシャント抵抗（29a）、入力電流算出部（31d）として機能するコントローラ（31）等によって構成されている。シャント抵抗（29a）の電圧（Vd2）は、コントローラ（31）に入力され、入力電流算出部（31d）によって所定のサンプリング周期にてサンプリング且つＡＤ変換され、入力電流（Im）の算出に利用される。

　　－コントローラ－
　コントローラ（31）は、メモリ及びＣＰＵによって構成されている。コントローラ（31）は、メモリに格納された各種プログラムに応じて、図４に示すように、上述した入力電圧サンプリング部（31a）、ＰＦＣ電流算出部（31b）、出力電圧サンプリング部（31c）、入力電流算出部（31d）の他、モータ駆動制御部（31e）及び力率改善制御部（31f）として機能する。

　モータ駆動制御部（31e）は、モータ（11）におけるロータ位置情報に基づいてモータ制御信号（Pwm）を決定し、これを電力変換部（28）のインバータ駆動部に出力する。ロータ位置情報としては、モータ（11）におけるホール素子の検出結果、電流検出部（29）の検出結果である入力電流（Im）等が挙げられる。また、モータ駆動制御部（31e）は、モータ（11）が駆動している間、ロータ位置情報及びその時々の各検出部（24,27）の検出結果（Vac_peak,Vdc）等を用いて、モータ（11）の駆動に対してフィードバック制御を行う。

　更に、力率改善制御部（31f）は、力率改善部（25）に関する制御を行う。当該制御としては、モータ（11）の通常回転時の力率改善部（25）の力率改善動作のオン及びオフ制御、力率改善部（25）が出力するべき出力電圧（Vdc）の目標値である出力目標値（Vdc_ref）の可変制御、及び、瞬時電圧低下または瞬時停電の発生に伴う力率改善部（25）の力率改善動作のオン及びオフ制御が挙げられる。

　モータ（11）の通常回転時の力率改善部（25）の力率改善動作のオン及びオフ制御とは、瞬時電圧低下または瞬時停電が発生していない場合の、入力電流（Im）等に基づく力率改善動作の制御である。当該制御では、例えば、入力電流（Im）が第１閾値を超過した場合、力率改善部（25）は力率改善動作を行い、入力電流（Im）が第１閾値よりも小さい第２閾値を下回った場合、力率改善部（25）は力率改善動作を行わない。その他、当該制御では、入力電流（Im）による制御方法に代えて、力率改善部（25）の出力電力の大小による制御方法や、モータ（11）を起動させると共に力率改善部（25）に力率改善動作を行わせる制御方法が採用されても良い。

　以下では、力率改善部（25）に生じた故障の、コントローラ（31）による判定について、詳述する。

　＜力率改善部に生じた故障の判定＞
　図５は、力率改善部（25）が正常な場合の、図１の電力変換装置（20）における信号の波形の例を示すグラフである。コントローラ（31）は、例えば、電流（Im）が閾値（THI）以上であるときには、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をアサートし、電流（Im）が閾値（THI）（又はこれより小さい閾値）より小さいときには、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートする。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされている期間は、コントローラ（31）が力率改善部（25）に力率改善動作を行うように指示する指令が出されている期間である。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がネゲートされている期間は、コントローラ（31）が力率改善部（25）に力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない期間である。

　コントローラ（31）は、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の変化がコントローラ（31）からの力率改善動作を行うように指示する指令の有無に従っていない場合には、力率改善部（25）が故障していると判定する。また、コントローラ（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されている場合には、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が、指令が出されてから所定時間（TF1）経過後において所定量に達していないことを、力率改善部（25）が故障していると判定するための条件としている。

　力率改善駆動部（30）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をアサートされているときには、各スイッチング素子（Q25a,Q25b,Q25c）をスイッチングさせて、力率改善部（25）が力率改善動作を行うようにする。電源投入時及び圧縮機（72）の運転が停止されるときには、異常フラグ（Fa）はリセットされる。

　時刻（T11）において、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は、力率改善部（25）の力率改善動作が行われない場合の出力電圧（VN）である。時刻（T11）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされて、力率改善部（25）の力率改善動作が開始されると、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇し始める。

　ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T11）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T12）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）以上である。つまり、
　　Ｖ２＜ＶＲ　　　（１）
という条件は満たされていない。ここで、閾値（VR）は、力率改善動作が行われない場合の力率改善部（25）の出力電圧（VN）より、所定の昇圧量（VB）（例えば１５Ｖ）だけ高い電圧、すなわち、
　　ＶＲ＝ＶＮ＋ＶＢ　　　（２）
である。式（１）及び式（２）から、
　　Ｖ２－ＶＮ＜ＶＢ　　　（３）
という条件が得られる。時刻（T12）において、出力電圧（V2）の実際の昇圧量（V2-VN）は所定の昇圧量（VB）以上であるので、式（３）の条件は満たされていない。

　このため、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障しているとは判定せず、異常フラグ（Fa）をリセットしたままである。所定時間（TF1）は、例えば１．５秒である。所定時間（TF1）、所定の昇圧量及び閾値（VR）の値は、他の値であってもよい。これらの値は、以下の例においても同様である。時刻（T13）において、電流（Im）が低下しているので、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）はネゲートされる。

　図６は、力率改善部（25）が正常ではない場合の、図１の電力変換装置（20）における信号の波形の例を示すグラフである。電源投入時に、異常フラグ（Fa）はリセットされ、累積結果としての積算時間（Tcnt）は０にリセットされる。

　コントローラ（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されている１つ以上の期間において、各期間の開始から所定時間（TF1）経過後であり、かつ、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が所定量に達していない期間の長さを累積する。積算時間（Tcnt）が所定の長さ（所定時間）（THC）に達すると、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していると判定する。

　時刻（T21）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。しかし、力率改善部（25）が正常に動作しておらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇しない。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T21）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T22）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）より小さい。つまり、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-VN）が所定量（VB）に達しておらず、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、異常フラグ（Fa）をセットし、これらの条件を満たす期間の長さの累積を開始する。累積は、例えば、クロック信号をカウントすることによって行われる。時刻（T23）において、例えば電力変換装置（20）の負荷が低減したので（より具体的には、電力変換装置（20）が空調装置に用いられている場合、設定温度の変更等により空調能力が減少したので）、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートし、累積を中断する。つまり、コントローラ（31）は、時刻（T22）から時刻（T23）において、両時刻の差（TP21）に相当する時間を、積算時間（Tcnt）に加算する。

　時刻（T24）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。しかし、力率改善部（25）が正常に動作しておらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇しない。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T24）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T25）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）より小さい。つまり、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、条件を満たす期間の長さの累積を再開する。時刻（T26）において、例えば電力変換装置（20）の負荷が低減したので、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートし、累積を中断する。つまり、コントローラ（31）は、時刻（T25）から時刻（T26）において、両時刻の差（TP22）に相当する時間を、積算時間（Tcnt）に加算する。このように、力率改善部（25）に力率改善動作を行うように指示する指令の複数の期間にわたって、コントローラ（31）は、条件を満たす期間の長さの累積を行う。

　時刻（T27）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。ここで、力率改善部（25）が力率改善動作を開始し、力率改善部（25）の出力電圧（V2）が上昇し始める。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T27）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T28）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）を超えている。つまり、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-VN）が所定量（VB）に達しており、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされなくなる。そこで、コントローラ（31）は、異常フラグ（Fa）をリセットし、積算時間（Tcnt）をリセットする。時刻（T29）において、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートする。

　このように、時刻（T28）において、出力電圧（V2）が所定の条件を満たさなくなると、コントローラ（31）は積算時間（Tcnt）をリセットする。このときまでに積算時間（Tcnt）は所定時間（THC）に達していないので、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障しているとは判定しない。

　図７は、力率改善部（25）が正常ではない場合の、図１の電力変換装置（20）における信号の波形の他の例を示すグラフである。図７以降では、電流（Im）を省略する。時刻（T31）において、異常フラグ（Fa）はリセットされており、積算時間（Tcnt）は０である。故障注意報フラグ（Fn）及び故障検出フラグ（Ff）は、いずれもリセットされている。力率改善許可フラグ（Fp）はセットされている。すなわち、力率改善動作が許可されている。

　時刻（T31）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。しかし、力率改善部（25）が正常に動作しておらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇しない。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T31）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T32）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）より小さい。つまり、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-VN）が所定量（VB）に達しておらず、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、異常フラグ（Fa）をセットし、これらの条件を満たす期間の長さの累積を開始する。時刻（T33）において、例えば電力変換装置（20）の負荷が低減したので、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートし、累積を中断する。つまり、コントローラ（31）は、時刻（T32）から時刻（T33）において、両時刻の差（TP31）に相当する時間を、積算時間（Tcnt）に加算する。

　時刻（T34）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。しかし、力率改善部（25）が正常に動作しておらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇しない。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T34）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T35）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）より小さい。つまり、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、条件を満たす期間の長さの累積を再開する。時刻（T36）において、例えば電力変換装置（20）の負荷が低減したので、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートし、累積を中断する。つまり、コントローラ（31）は、時刻（T35）から時刻（T36）において、両時刻の差（TP32）に相当する時間を、積算時間（Tcnt）に加算する。

　時刻（T37）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。しかし、力率改善部（25）が正常に動作しておらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇しない。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T37）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T38）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）より小さい。つまり、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、条件を満たす期間の長さの累積を再開する。

　時刻（T39）において、積算時間（Tcnt）が所定時間（THC）に達する。すると、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していると判定し、故障注意報フラグ（Fn）及び故障検出フラグ（Ff）をセットし、積算時間（Tcnt）をリセットする。また、コントローラ（31）は、力率改善許可フラグ（Fp）をリセットして、力率改善動作を禁止する。このように、力率改善部（25）が故障していると判定した場合には、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートして、力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる。所定時間（THC）の値は、例えば３０秒であるが、他の値であってもよい。

　故障注意報フラグ（Fn）がセットされている期間において、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していることを、ユーザに通知する。通知は、例えば、力率改善部（25）が故障していることを示す注意報を、電力変換装置（20）やこれを含む装置のリモートコントローラ等に表示させることによって行われる。このとき、モータ（11）の駆動を停止させることは、必ずしも必要ではない。

　なお、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻から所定時間（TF1）経過後の時刻（例えば時刻（T32））において、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-VN）が所定量（VB）に達していない場合には、積算時間（Tcnt）が所定時間（THC）に達していなくても、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していると判定してもよい。

　図８は、故障判定後の、図１の電力変換装置（20）における信号の波形の例を示すグラフである。このグラフは、図７のグラフの後ろに続く。時刻（T39）において故障検出フラグ（Ff）がセットされてから所定時間（TFR）経過後の時刻（T41）において、コントローラ（31）は、故障検出フラグ（Ff）をリセットし、力率改善許可フラグ（Fp）をセットして、力率改善動作を許可する。所定時間（TFR）の値は、例えば３０秒であるが、他の値であってもよい。

　時刻（T42）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。しかし、力率改善部（25）が正常に動作しておらず、力率改善部（25）の出力電圧（V2）は上昇しない。ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされた時刻（T42）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T43）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）より小さい。つまり、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、条件を満たす期間の長さの累積を開始する。時刻（T44）において、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートし、累積を中断する。つまり、コントローラ（31）は、時刻（T43）から時刻（T44）において、両時刻の差に相当する時間を、積算時間（Tcnt）に加算する。

　時刻（T45）において、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）がアサートされる。ここで、力率改善部（25）が力率改善動作を開始し、力率改善部（25）の出力電圧（V2）が上昇を始める。時刻（T45）から所定時間（TF1）経過後の時刻（T46）において、出力電圧（V2）は閾値（VR）を超えている。つまり、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-VN）が所定量（VB）に達しており、前述の式（１）及び式（３）の条件が満たされなくなる。そこで、コントローラ（31）は、異常フラグ（Fa）及び故障注意報フラグ（Fn）をリセットし、積算時間（Tcnt）をリセットする。時刻（T47）において、コントローラ（31）は、ＰＦＣ駆動指令信号（Cpfc）をネゲートする。

　このとき、各フラグ（Fa,Fn,Ff,Fp）及び積算時間（Tcnt）は初期状態に戻っている。電力変換装置（20）は再び図５～図７のような動作を行う。

　図９は、力率改善部（25）に力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない場合の、図１の電力変換装置（20）における信号の波形の例を示すグラフである。力率改善動作を行わない場合には、出力電圧（V2）は昇圧されないはずであるが、この場合に、出力電圧（V2）が昇圧されているならば、力率改善部（25）が故障している可能性がある。ここでは、このような故障の検出について説明する。

　電力変換部（28）には所定の大きさ以上の負荷が接続されているものとする。コントローラ（31）は、このような場合にのみ、力率改善部（25）が故障していると判定し得る。電力変換部（28）に負荷が接続されていない場合には、電源（91）の波形が歪んでいると、力率改善部（25）のノイズ対策に必要なＬＣフィルタ（21）によって共振が発生して、力率改善動作が行われていなくても出力電圧（V2）が昇圧される場合があるからである。所定の大きさ以上の負荷は、電源（91）の波形歪に起因するＬＣフィルタ（21）での共振を抑えることができる負荷であって、例えば５００Ｗ以上の負荷である。

　図９の時刻（T51）において、出力電圧（V2）は閾値（VR2）以下である。つまり、
　　Ｖ２＞ＶＲ２　　　（４）
という条件は満たされていない。ここで、閾値（VR2）は、力率改善部（25）への入力電圧（V1）の最大値である波高値（V11）より、所定量（VB2）だけ高い電圧、すなわち、
　　ＶＲ２＝Ｖ１１＋ＶＢ２　　　（５）
である。式（１）及び式（２）から、
　　Ｖ２－Ｖ１１＞ＶＢ２　　　（６）
という条件が得られる。つまり、時刻（T51）において、式（６）の条件は満たされていない。所定量（VB2）は、比較的小さな正の値であって、例えば、力率改善部（25）の力率改善動作によって昇圧されるべき昇圧量の０．２倍の値である。閾値（VR2）及び所定量（VB2）は、他の値であってもよい。

　時刻（T52）において、出力電圧（V2）は閾値（VR2）より大きい。つまり、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-V11）が所定量（VB2）に達しており、前述の式（４）及び式（６）の条件が満たされている。そこで、コントローラ（31）は、異常フラグ（Fb）をセットし、これらの条件を満たす期間の長さの積算を開始する。

　時刻（T53）において、累積結果としての積算時間（Tcnt2）が所定の長さ（所定時間）（THC2）に達する。すると、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していると判定し、故障注意報フラグ（Fn2）及び故障検出フラグ（Ff2）をセットし、積算時間（Tcnt2）をリセットする。また、コントローラ（31）は、力率改善許可フラグ（Fp2）をリセットして、力率改善動作を禁止する。所定時間（THC2）の値は、例えば３０秒であるが、他の値であってもよい。

　故障注意報フラグ（Fn2）がセットされている期間において、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していることを、故障注意報フラグ（Fn）がセットされている場合と同様に、ユーザに通知する。

　なお、出力電圧（V2）の昇圧量（V2-V11）が所定量（VB2）に達している場合には、積算時間（Tcnt2）が所定時間（THC2）に達していなくても、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していると判定してもよい。

　コントローラ（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない複数の期間において、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量（V2-V11）が所定量（VB2）に達している期間の長さを累積し、累積結果としての積算時間（Tcnt2）が所定の長さ（THC）に達すると、力率改善部（25）が故障していると判定してもよい。

　出力電圧（V2）の昇圧量（V2-V11）が所定量（VB2）を超え、その後、所定量（VB2）に低下すると、コントローラ（31）は、積算時間（Tcnt2）をリセットしてもよい。

　＜実施形態の効果＞
　以上のように、コントローラ（31）は、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の変化がコントローラ（31）からの力率改善動作を行うように指示する指令の有無に従っていない場合には、力率改善部（25）が故障していると判定する。このため、力率改善部の故障を検出することができる。

　力率改善動作を行うように指示する指令が出されている場合には、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が、指令が出されてから所定時間（TF1）経過後において所定量に達していないときに、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していることを検出する。力率改善動作を行うように指示する指令が出されてから所定時間（TF1）経過してから判定するので、出力電圧（V2）が十分に昇圧されているべき時点の状態に基づいて、より正確に判定をすることができ、誤検出する可能性を抑えることができる。

　力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない場合には、力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が所定量に達しているときに、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障していると判定する。このため、力率改善動作を行うべきでないにもかかわらず出力電圧（V2）が昇圧されている場合に、コントローラ（31）は、力率改善部（25）が故障して誤動作していることを検出することができる。

　以上説明したように、本発明は、昇圧型の力率改善部を有する電力変換装置、及びこれを有する空気調和装置等について有用である。

20　電力変換装置
22　整流部
25　力率改善部
28　電力変換部
31　コントローラ（制御部）
70　空気調和装置
V1　入力電圧
V2　出力電圧
V11　波高値
Tcnt, Tcnt2　積算時間（累積結果）

Claims

　交流電源（91）からの入力交流を整流する整流部（22）と、
　上記整流部（22）から出力される入力電圧（V1）に対して力率改善動作を行う力率改善部（25）と、
　上記力率改善部（25）の出力に接続されて、出力交流電力を生成する電力変換部（28）と、
　上記力率改善部（25）の力率改善動作を制御する制御部（31）とを備え、
　上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の変化が上記制御部（31）からの力率改善動作を行うように指示する指令の有無に従っていない場合には、上記力率改善部（25）が故障していると判定する
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されている場合には、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が、上記指令が出されてから所定時間（TF1）経過後において所定量に達していないときに、上記力率改善部（25）が故障していると判定する
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項２において、
　上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されている１つ以上の期間において、各期間の開始から上記所定時間（TF1）経過後であり、かつ、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が上記所定量に達していない期間の長さを累積し、累積結果（Tcnt）が所定の長さ（THC）に達すると、上記力率改善部（25）が故障していると判定する
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項３において、
　上記制御部（31）は、上記昇圧量が上記所定量に達すると、上記累積結果（Tcnt）をリセットする
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない場合において、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が所定量に達しているときに、上記力率改善部（25）が故障していると判定する
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項５において、
　上記制御部（31）は、力率改善動作を行うように指示する指令が出されていない１つ以上の期間において、上記力率改善部（25）の出力電圧（V2）の昇圧量が上記所定量に達している期間の長さを累積し、累積結果（Tcnt2）が所定の長さ（THC2）に達すると、上記力率改善部（25）が故障していると判定する
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項６において、
　上記制御部（31）は、上記昇圧量が上記所定量に低下すると、上記累積結果（Tcnt2）をリセットする
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項５において、
　上記制御部（31）は、上記電力変換部（28）に所定の大きさ以上の負荷が接続されている場合にのみ、上記力率改善部（25）が故障していると判定する
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１において、
　上記制御部（31）は、上記力率改善部（25）が故障していると判定した場合には、上記力率改善部（25）に力率改善動作を停止させる
ことを特徴とする電力変換装置。
　請求項１から請求項９のいずれか１つの電力変換装置を備える
ことを特徴とする空気調和装置。