WO2023223374A1 - 電力変換装置およびこれを用いた冷凍サイクル装置、ならびに、漏れインダクタンス算出方法 - Google Patents

電力変換装置およびこれを用いた冷凍サイクル装置、ならびに、漏れインダクタンス算出方法 Download PDF

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WO2023223374A1
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connection
motor
voltage
current
leakage inductance
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朱音 本行
健太 湯淺
晃弘 津村
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三菱電機株式会社
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device that converts supplied power into power suitable for a motor driven by three-phase AC voltage, a refrigeration cycle device using the same, and a leakage inductance calculation method.
  • a power conversion device that converts a commercial AC power source into any frequency and voltage using a rectifier circuit and an inverter circuit, and supplies the converted voltage to a load such as a motor (for example, see Patent Document 1).
  • a load such as a motor
  • ⁇ connection and Y connection there are two types of wiring for three-phase motors driven by AC voltage: ⁇ connection and Y connection, but ⁇ connection motors require lower voltage to drive than Y connection motors. . Therefore, by taking advantage of the fact that the power required for driving differs depending on the wiring state, motors are used mainly in large-capacity fields that can switch between Y-connection and ⁇ -connection to increase drive efficiency.
  • leakage current due to leakage inductance may become a problem in the ⁇ connection state.
  • leakage inductance is small compared to effective inductance, it is difficult to accurately measure the leakage inductance of a delta-connected motor. It is difficult to do so.
  • the present disclosure has been made in view of the problems in the conventional technology described above, and provides a power conversion device that can accurately measure the leakage inductance of a delta-connected electric motor, a refrigeration cycle device using the same, and a leakage inductance.
  • the purpose is to provide an inductance calculation method.
  • a power conversion device includes a voltage applying means for converting a DC voltage into an AC voltage and supplying the converted AC voltage to a three-phase electric motor, and a current detection means for detecting a current flowing through the electric motor.
  • a control device that controls the voltage applying means, and the control device is configured to provide a V-shaped measurement ⁇ connection in which a connection portion of the ⁇ connection is removed at one location of the motor, Leakage inductance in the electric motor is calculated based on the current detected by the current detection means.
  • a refrigeration cycle device includes the power conversion device described above.
  • a leakage inductance calculation method is a leakage inductance calculation method for calculating leakage inductance of a three-phase electric motor, wherein the connection state of the windings of the motor is V-shaped with one connection part of the ⁇ connection removed.
  • the leakage inductance in the motor is calculated based on the current flowing through the motor to which an alternating current voltage is applied in a state where the type of measurement delta connection is established.
  • connection state of the motor is set to the measurement ⁇ connection, and the current flowing through the motor is detected in the measurement ⁇ connection state. Since the leakage inductance is calculated based on the detected current, the leakage inductance of the delta-connected motor can be accurately measured.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a configuration of a power conversion device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the control device in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the control device in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a circuit diagram when the electric motor is connected in an operating delta connection state.
  • FIG. 3 is a circuit diagram when the electric motor is connected in a ⁇ connection for measurement.
  • 7 is a flowchart illustrating an example of the flow of leakage inductance measurement processing according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the state of the switching element of the voltage application means in the first connection state.
  • FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the flow of current in a first connection state.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the state of the switching element of the voltage application means in the second connection state.
  • FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the flow of current in a second connection state.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the state of the switching element of the voltage application means in the third connection state.
  • FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the flow of current in a third connection state.
  • 2 is a configuration diagram showing an example of the configuration of an air conditioner according to Embodiment 2.
  • Embodiment 1 The power conversion device according to the first embodiment will be described below.
  • the power conversion device according to the first embodiment converts supplied power into power suitable for driving a motor that can be switched between Y-connection and ⁇ -connection.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a power conversion device according to the first embodiment.
  • the power conversion device 100 includes a voltage application means 1, a current detection means 2, a connection switching device 3, and a control device 4. Further, a DC voltage source 200 and a motor 300 as a load are connected to the power conversion device 100.
  • the DC voltage source 200 supplies DC voltage V dc to voltage application means 1 of power converter 100 .
  • An output end of the DC voltage source 200 is connected to a positive bus 5 and a negative bus 6, which are the buses of the power converter 100.
  • the positive side bus 5 is a high potential side bus
  • the negative side bus 6 is a low potential side bus.
  • the electric motor 300 is a three-phase electric motor that is driven by an AC voltage converted by the power converter 100 and has U-phase, V-phase, and W-phase stator windings.
  • the voltage application means 1 is connected to a positive bus 5 and a negative bus 6, which are output ends of a DC voltage source 200.
  • the voltage applying means 1 converts a DC voltage V dc supplied from a DC voltage source 200 into an AC voltage.
  • An electric motor 300 is connected to the voltage application means 1, and the converted AC voltage is supplied to the electric motor 300.
  • the voltage applying means 1 is, for example, a three-phase voltage type inverter, and is constituted by a full bridge circuit including six switching elements 11 to 16. Specifically, in the voltage applying means 1, two switching elements are connected in series to form a series body. A full bridge circuit is formed by connecting the three series bodies in parallel. Furthermore, freewheeling diodes are connected in antiparallel to each of the switching elements 11 to 16.
  • the voltage applying means 1 outputs a pulsed alternating current voltage that is a PWM (Pulse Width Modulation) voltage by controlling these switching elements 11 to 16 with voltage commands supplied from the control device 4.
  • the switching elements 11 to 16 perform on and off operations independently of each other based on a voltage command that is a switching signal supplied from the control device 4.
  • the current detection means 2 detects the current output from the voltage application means 1 and supplied to the electric motor 300, and outputs the value of the detected current as current information.
  • the current detection means 2 is configured such that a shunt resistor is provided on the negative side bus 6 of the voltage application means 1.
  • CT Current Transformer
  • the connection switching device 3 has switching devices 31 to 33 provided according to the number of phases of the motor 300.
  • the connection switching device 3 switches the connection state of each phase of the electric motor 300 to Y-connection or ⁇ -connection by switching the switching devices 31 to 33 based on a switching command from the control device 4.
  • the switches 31 to 33 may be configured with mechanical relays or semiconductor switches, for example.
  • control device 4 controls the entire power converter 100 based on commands from the outside or information from various detection means, sensors, etc. provided in the power converter 100. Furthermore, in the first embodiment, control device 4 performs leakage inductance measurement processing for measuring the value of leakage inductance in electric motor 300. Details of the leakage inductance measurement process will be described later.
  • the control device 4 includes a voltage control section 41, a switching control section 42, and a measurement section 43.
  • the control device 4 realizes various functions by executing software on an arithmetic device such as a microcomputer, or is configured with hardware such as a circuit device that realizes various functions.
  • the voltage control unit 41 generates a voltage command for controlling the switching elements 11 to 16 of the voltage application means 1 based on an operation command such as a speed command or a torque command input from the outside. Then, the voltage control section 41 outputs the generated voltage command to the voltage application means 1.
  • the control device 4 generates a voltage command using various control methods so that an appropriate AC voltage is supplied from the voltage application means 1 to the electric motor 300.
  • constant V/f control vector control, direct torque control, etc. are used as a control method.
  • Constant V/f control is a control method that outputs a voltage proportional to the operating frequency of electric motor 300.
  • Vector control is a control method that controls the current flowing through electric motor 300 using a rotating coordinate system.
  • Direct torque control is a control method for controlling the magnetic flux and torque of electric motor 300.
  • the switching control unit 42 generates a switching command for switching the switches 31 to 33 of the connection switching device 3. Then, the switching control unit 42 outputs the generated switching command to the connection switching device 3.
  • the measurement unit 43 calculates the leakage inductance based on the current information supplied from the current detection means 2 during the leakage inductance measurement process. Details of the method for calculating leakage inductance will be described later.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the control device in FIG. 1.
  • the control device 4 in FIG. 1 is configured with a processing circuit 51, as shown in FIG. 2.
  • Each function of the voltage control section 41, switching control section 42, and measurement section 43 in FIG. 1 is realized by the processing circuit 51.
  • the processing circuit 51 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate). Array), or a combination of these.
  • the functions of each section of the voltage control section 41, the switching control section 42, and the measurement section 43 may be realized by the processing circuit 51, or the functions of each section may be realized by one processing circuit 51.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the control device in FIG. 1.
  • the control device 4 in FIG. 1 is configured with a processor 52 and a memory 53, as shown in FIG.
  • the functions of the voltage control section 41, the switching control section 42, and the measurement section 43 are realized by the processor 52 and the memory 53.
  • the functions of the voltage control section 41, switching control section 42, and measurement section 43 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are written as programs and stored in memory 53.
  • the processor 52 reads and executes programs stored in the memory 53 to realize the functions of each section.
  • Examples of the memory 53 include RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable and Programmable ROM), and EEPROM (Electric Memory). Non-volatile or volatile semiconductor memory, etc. such as Rally Erasable and Programmable ROM) is used. Further, as the memory 53, a removable recording medium such as a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a CD (Compact Disc), an MD (Mini Disc), and a DVD (Digital Versatile Disc) may be used.
  • the power converter 100 since the leakage inductance is small compared to the effective inductance, it is difficult to accurately measure the leakage inductance in a motor in the ⁇ connection state. Therefore, in order to accurately measure the leakage inductance of the motor with the ⁇ connection, the power converter 100 according to the first embodiment performs leakage inductance measurement processing with the connection state of the motor 300 set to the special ⁇ connection.
  • FIG. 4 is a circuit diagram when the electric motor is connected to the operating delta connection.
  • FIG. 5 is a circuit diagram when the motor is connected in a ⁇ connection for measurement. Note that in FIGS. 4 and 5, illustration of the connection switching device 3 and the control device 4 is omitted so that the connection state can be easily understood.
  • the operating delta connection is a normal delta connection, and as shown in FIG. 4, the stator windings between each phase are completely delta connections.
  • one end of the stator winding between the UV phases is connected between the switching element 11 and the switching element 12 of the voltage application means 1, and the other end is connected between the switching element 13 and the switching element 14.
  • one end of the stator winding between the V and W phases is connected between the switching element 13 and the switching element 14 of the voltage application means 1, and the other end is connected between the switching element 15 and the switching element 16.
  • the stator winding between the W and U phases has one end connected between the switching element 15 and the switching element 16 of the voltage application means 1, and the other end connected between the switching element 11 and the switching element 12. ing.
  • the ⁇ connection for measurement is an incomplete ⁇ connection in which one end of one stator winding among the stator windings between each phase is removed, as shown in Figure 5.
  • the ⁇ connection for measurement is a so-called V-shaped connection in which one connection portion of the ⁇ connection is removed.
  • one end of the stator winding between the W and U phases is removed, and a V-shape is formed by the stator windings between the U and V phases and between the V and W phases.
  • one end of the stator winding between the UV phases is connected between the switching element 11 and the switching element 12 of the voltage application means 1, and the other end is connected between the switching element 13 and the switching element 14.
  • one end of the stator winding between the V and W phases is connected between the switching element 13 and the switching element 14 of the voltage application means 1, and the other end is connected between the switching element 15 and the switching element 16. ing.
  • one end of the stator winding between the W and U phases is connected between the switching element 15 and the switching element 16 of the voltage application means 1, but the other end is not connected anywhere and is in a disconnected state. It becomes.
  • each of the switching elements 11 to 16 of the voltage application means 1 in the power converter 100 is controlled, so that a specific phase difference of the electric motor 300 is controlled.
  • a voltage can be applied to. Then, by measuring the current that flows when a voltage is applied between specific phases, the value of the inductance at that time can be derived.
  • leakage inductance measurement process In the first embodiment, when the leakage inductance measurement process is performed, the connection state of the electric motor 300 is switched from the operation ⁇ connection in FIG. 4 to the measurement ⁇ connection in FIG. Then, with the connection state of the electric motor 300 set to the ⁇ connection for measurement, the connection state between the power conversion device 100 and the electric motor 300 is switched, and leakage inductance measurement processing is performed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of leakage inductance measurement processing according to the first embodiment.
  • the leakage inductance measurement process according to the first embodiment is performed while the motor 300 is stopped in order to prevent the influence of speed electromotive force generated by the operation of the motor 300.
  • step S1 the connection state of the electric motor 300 is switched to the measurement ⁇ connection.
  • the switching control unit 42 of the control device 4 outputs a switching command to the connection switching device 3 so that the connection state of the electric motor 300 becomes the measurement ⁇ connection shown in FIG. Switch.
  • step S2 the connection between the power conversion device 100 and the electric motor 300 is brought into a first connection state.
  • the first connection state is a connection state for allowing current to flow through the stator winding between the UV phases.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the state of the switching element of the voltage application means in the first connection state.
  • FIG. 7 shows the setting states of the switching elements 11 to 16 of the voltage application means 1 in order to set the connection between the power conversion device 100 and the electric motor 300 in the first connection state according to the voltage command from the voltage control unit 41. ing.
  • FIG. 8 is a circuit diagram for explaining the flow of current in the first connection state.
  • thick lines in the circuit diagram indicate current paths in the first connection state when the switching elements 11 to 16 are set as shown in FIG.
  • the arrow in the circuit diagram indicates the current I1 flowing through the current path.
  • the voltage control unit 41 outputs a voltage command to the voltage application means 1 to turn on the switching elements 11 and 14 and turn off the switching elements 12, 13, 15, and 16, and Switch elements 11 to 16. As a result, a pulsed voltage is applied between the UV phases of the electric motor 300, and a current I1 flows.
  • the current detection means 2 detects a negative DC bus current I 1 which is a current between UV phases and flows to the negative bus 6 by applying a pulsed voltage. Then, when the negative side DC bus current I 1 is detected, the voltage control section 41 outputs a voltage command to turn off all the switching elements 11 to 16 to the voltage application means 1, and the current flowing through the current detection means 2 Make it sufficiently small.
  • step S3 of FIG. 6 the connection between the power conversion device 100 and the electric motor 300 is set to the second connection state.
  • the second connection state is a connection state for allowing current to flow through the stator winding between the V and W phases.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the state of the switching element of the voltage application means in the second connection state.
  • FIG. 9 shows the setting states of the switching elements 11 to 16 of the voltage application means 1 for setting the connection between the power conversion device 100 and the electric motor 300 to the second connection state according to the voltage command from the voltage control unit 41. ing.
  • FIG. 10 is a circuit diagram for explaining the flow of current in the second connection state.
  • thick lines in the circuit diagram indicate current paths in the second connection state when the switching elements 11 to 16 are set as shown in FIG.
  • the arrow in the circuit diagram indicates the current I2 flowing through the current path.
  • the voltage control unit 41 outputs a voltage command to the voltage application means 1 to turn on the switching elements 13 and 16 and turn off the switching elements 11, 12, 14, and 15, and Switch elements 11 to 16.
  • a pulsed voltage is applied between the V and W phases of the electric motor 300, and a current I 2 flows.
  • the current detection means 2 detects a negative DC bus current I 2 which is a current between the V and W phases and flows to the negative bus 6 by applying a pulsed voltage. Then, when the negative side DC bus current I 2 is detected, the voltage control section 41 outputs a voltage command to turn off all the switching elements 11 to 16 to the voltage application means 1, and the current flowing through the current detection means 2 Make it sufficiently small.
  • step S4 of FIG. 6 the connection between the power conversion device 100 and the electric motor 300 is set to the third connection state.
  • the third connection state is a connection state for allowing current to flow through the stator windings between the W and U phases.
  • the stator winding between the W phase and the U phase is disconnected. Therefore, in the third connection state, current flows through the stator windings between the V and W phases and the stator windings between the UV phases.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the state of the switching element of the voltage application means in the third connection state.
  • FIG. 11 shows the setting states of the switching elements 11 to 16 of the voltage application means 1 in order to set the connection between the power conversion device 100 and the electric motor 300 to the third connection state according to the voltage command from the voltage control unit 41. ing.
  • FIG. 12 is a circuit diagram for explaining the flow of current in the third connection state.
  • thick lines in the circuit diagram indicate current paths in the third connection state when the switching elements 11 to 16 are set as shown in FIG.
  • the arrow in the circuit diagram indicates the current I3 flowing through the current path.
  • the voltage control unit 41 outputs a voltage command to the voltage application means 1 to turn on the switching elements 12 and 15 and turn off the switching elements 11, 13, 14, and 16, and Switch elements 11 to 16.
  • a pulsed voltage is applied between the W and U phases of the electric motor 300, and a current I3 flows.
  • the current detection means 2 detects a negative DC bus current I 3 which is a current between the W and U phases and flows to the negative bus 6 by applying a pulsed voltage. Then, when the negative DC bus current I 3 is detected, the voltage control section 41 outputs a voltage command to turn off all the switching elements 11 to 16 to the voltage application means 1, and the current flowing through the current detection means 2 Make it sufficiently small.
  • the measuring unit 43 uses the DC voltage V dc supplied from the DC voltage source 200 and the negative DC bus currents I 1 to I 3 detected by the current detection means 2 to , calculate the leakage inductance.
  • V the DC voltage
  • I 1 to I 3 the negative DC bus currents I 1 to I 3 detected by the current detection means 2
  • the inductance L can be calculated from "V/I”.
  • the leakage inductance l a can be calculated using equation (6) using equation (3) and equation (5). Calculated based on Note that the leakage inductance la may be calculated using I2 instead of I1 .
  • step S6 of FIG. 6 the connection state of the electric motor 300 is switched to the operational ⁇ connection state shown in FIG. Then, the series of processing ends.
  • the wiring state of the motor 300 is set to the ⁇ connection for measurement, and the current I 1 flowing between the UV phases or the current I 2 flowing between the V and W phases, and the current I flowing between the W and U phases. 3 , the leakage inductance is calculated.
  • the current I3 attention is paid to the mutual induction effect, so that it is possible to accurately calculate the leakage inductance, which is smaller than the effective inductance.
  • the calculated leakage inductance can be used, for example, when designing subsequent electric motors.
  • the calculated leakage inductance may change depending on the usage time of the electric motor 300. Therefore, using the changing leakage inductance, it is also possible to detect the lifespan of the electric motor 300 or the power conversion device 100 or an abnormality such as a failure.
  • the control device 4 of the power converter 100 sets a threshold value for leakage inductance in advance, and indicates that an abnormality has occurred in the electric motor 300 or the power converter 100 when the calculated leakage inductance exceeds the threshold value. I judge that.
  • the connection state of the three-phase electric motor 300 that can switch the connection state to Y connection or ⁇ connection is such that one connection part of ⁇ connection is removed. It is a V-shaped ⁇ connection for measurement. Then, the leakage inductance in the motor 300 is calculated based on the current flowing through the motor 300 in the measurement ⁇ connection state. Thereby, leakage inductance in electric motor 300 can be calculated accurately.
  • the leakage inductance can be calculated accurately in this way, it is possible to predict a failure of the electric motor 300 by, for example, periodically acquiring the leakage inductance.
  • Embodiment 2 will describe an example in which the power conversion device 100 described in Embodiment 1 is applied to an air conditioner.
  • FIG. 13 is a configuration diagram showing an example of the configuration of an air conditioner according to the second embodiment.
  • the air conditioner 500 in FIG. 13 performs cooling operation and heating operation using a heat pump method.
  • the air conditioner 500 includes an outdoor unit 500A including a compressor 501, a refrigerant flow switching device 502, an outdoor heat exchanger 503, and an expansion valve 504, and an indoor unit 500B including an indoor heat exchanger 505. It is made up of.
  • a compressor 501, a refrigerant flow switching device 502, an outdoor heat exchanger 503, an expansion valve 504, and an indoor heat exchanger 505 are sequentially connected by refrigerant piping, so that refrigerant circulates within the refrigerant piping.
  • a refrigerant circuit is formed.
  • the compressor 501 includes a compression element 501a that compresses refrigerant, and a motor M serving as an electric motor 300 connected to the compression element 501a and supplied with electric power by the power converter 100.
  • the power conversion device 100 is the device according to the first embodiment described above, receives power from the DC voltage source 200 that is a power source, supplies the converted power to the motor M, and drives the motor M to rotate.
  • the refrigerant flow switching device 502 is, for example, a four-way valve, and switches between cooling operation and heating operation by switching the direction in which the refrigerant flows.
  • the outdoor heat exchanger 503 exchanges heat between the refrigerant and external air.
  • the outdoor heat exchanger 503 functions as a condenser during cooling operation, and functions as an evaporator during heating operation.
  • Expansion valve 504 expands the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 505 exchanges heat between the refrigerant and the indoor air in the air-conditioned space.
  • the indoor heat exchanger 505 functions as an evaporator during cooling operation, and functions as a condenser during heating operation.
  • the refrigerant flow switching device 502 switches the flow so that the refrigerant discharged from the compressor 501 is directed to the outdoor heat exchanger 503 and the refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 505 is directed to the compressor 501. It is assumed that the route has been switched in advance. At this time, the outdoor heat exchanger 503 functions as a condenser, and the indoor heat exchanger 505 functions as an evaporator.
  • the compression element 501a of the compressor 501 connected to the motor M compresses the low temperature and low pressure refrigerant, and the compressor 501 compresses the high temperature and high pressure gas refrigerant. Exhale.
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 501 flows into the outdoor heat exchanger 503, which functions as a condenser, via the refrigerant flow switching device 502.
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant that has flowed into the outdoor heat exchanger 503 exchanges heat with external air, condenses while releasing heat, and flows out of the outdoor heat exchanger 503 as a high-pressure liquid refrigerant.
  • the high-pressure liquid refrigerant flowing out from the outdoor heat exchanger 503 is expanded and depressurized by the expansion valve 504, becomes a low-temperature, low-pressure, gas-liquid two-phase refrigerant, and flows into the indoor heat exchanger 505, which functions as an evaporator.
  • the low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 505 exchanges heat with the air in the air-conditioned space, absorbs heat, and evaporates to cool the indoor air, becoming a low-temperature, low-pressure gas refrigerant that releases indoor heat. Outflows from exchanger 505.
  • the low-temperature, low-pressure gas refrigerant flowing out of the indoor heat exchanger 505 is sucked into the compressor 501 via the refrigerant flow switching device 502 and is compressed again. Thereafter, the above-described operation is repeated.
  • FIG. 13 shows an example in which the power conversion device 100 according to the first embodiment is applied to the compressor 501 of the air conditioner 500
  • the present invention is not limited to this, and for example, the power conversion device 100 is applied to the outdoor heat exchanger 503.
  • the present invention may also be applied to a power source for driving a fan (not shown) that blows air.
  • the power conversion device 100 may be applied to, for example, a heat pump device using the compressor 501, a refrigeration device, and other refrigeration cycle devices in general.
  • the compressor 501 provided in the refrigerant circuit is driven by the power supplied from the power conversion device 100. Since the power conversion device 100 measures the leakage inductance in a state where the motor M, which is the electric motor 300 of the compressor 501, is stopped, it is possible to accurately measure the leakage inductance in the electric motor 300 of the ⁇ connection, as in the first embodiment. Can be done.
  • the present disclosure is not limited to the first and second embodiments described above, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present disclosure. It is.
  • the DC voltage source 200 is connected to the power conversion device 100 and the DC voltage V dc is supplied, but this is not limited to this example.
  • a commercial AC power source that is a three-phase AC power source may be connected to the power conversion device 100.
  • the power converter 100 is provided with a rectifier circuit and a smoothing capacitor before the voltage applying means 1.
  • the AC voltage supplied from the AC power source is rectified by the rectifier circuit, and the rectified DC voltage is smoothed by the smoothing capacitor.
  • a DC voltage equivalent to the DC voltage V dc output from the DC voltage source 200 is supplied from the smoothing capacitor to the voltage applying means 1 at the subsequent stage.
  • the case where one of both ends of the stator winding between the W and U phases is disconnected is explained. Not limited to.
  • one terminal of both ends of the stator winding between the UV phases may be disconnected, and one terminal of both ends of the stator winding between the V and W phases may be disconnected.
  • One of the terminals may be disconnected.
  • the power conversion device 100 has been described as controlling the drive of one electric motor 300 as a load using one voltage application means 1, this is not limited to this example.
  • the power conversion device 100 may control the driving of a plurality of loads (motors) using one voltage application means 1.
  • 1 Voltage application means 2 Current detection means, 3 Connection switching device, 4 Control device, 5 Positive side bus, 6 Negative side bus, 11, 12, 13, 14, 15, 16 Switching element, 31, 32, 33 Switching device , 41 voltage control unit, 42 switching control unit, 43 measurement unit, 51 processing circuit, 52 processor, 53 memory, 100 power converter, 200 DC voltage source, 300 electric motor, 500 air conditioner, 500A outdoor unit, 500B indoor unit , 501 compressor, 501a compression element, 502 refrigerant flow switching device, 503 outdoor heat exchanger, 504 expansion valve, 505 indoor heat exchanger.

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Abstract

電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換し、三相の電動機に対して変換した交流電圧を供給する電圧印加手段と、電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電圧印加手段を制御する制御装置とを備え、制御装置は、電動機の結線状態が、Δ結線の結線部分を１箇所外したＶ字型の測定用Δ結線とされた状態において、電流検出手段で検出された電流に基づき、電動機における漏れインダクタンスを算出する。

Description

電力変換装置およびこれを用いた冷凍サイクル装置、ならびに、漏れインダクタンス算出方法
　本開示は、供給された電力を三相交流電圧によって駆動する電動機に適した電力に変換する電力変換装置およびこれを用いた冷凍サイクル装置、ならびに、漏れインダクタンス算出方法に関するものである。
　従来、商用交流電源を整流回路とインバータ回路とで任意の周波数かつ任意の電圧に変換し、電動機等の負荷に供給する電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、一般的に、交流電圧によって駆動する三相の電動機の配線には、Δ結線とＹ結線とがあるが、Ｙ結線の電動機よりもΔ結線の電動機の方が駆動に必要な電圧が低い。そのため、結線状態によって駆動に必要な電力が異なることを利用し、主に大容量の分野では、Ｙ結線とΔ結線とを切り替えられるようにして駆動効率を高めた電動機が用いられている。
特開平１１－６９８９７号公報
　しかしながら、結線状態を切り替えることができる電動機において、Δ結線の状態では、漏れインダクタンスに起因する漏れ電流が問題となることがある。漏れ電流の特性を把握して対策を行うためには、漏れインダクタンスの値を知る必要があるが、漏れインダクタンスは、有効インダクタンスと比較して小さいため、Δ結線の電動機の漏れインダクタンスを正確に測定することは困難である。
　本開示は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、Δ結線の電動機の漏れインダクタンスを正確に測定することができる電力変換装置およびこれを用いた冷凍サイクル装置、ならびに、漏れインダクタンス算出方法を提供することを目的とする。
　本開示に係る電力変換装置は、直流電圧を交流電圧に変換し、三相の電動機に対して変換した前記交流電圧を供給する電圧印加手段と、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧印加手段を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電動機の結線状態が、Δ結線の結線部分を１箇所外したＶ字型の測定用Δ結線とされた状態において、前記電流検出手段で検出された電流に基づき、前記電動機における漏れインダクタンスを算出するものである。
　本開示に係る冷凍サイクル装置は、上記の電力変換装置を備えるものである。
　本開示に係る漏れインダクタンス算出方法は、三相の電動機の漏れインダクタンスを算出する漏れインダクタンス算出方法であって、前記電動機の巻線の結線状態が、Δ結線の結線部分を１箇所外したＶ字型の測定用Δ結線とされた状態で、交流電圧が印加された前記電動機に流れる電流に基づき、前記電動機における漏れインダクタンスを算出するものである。
　本開示によれば、電動機の結線状態を測定用Δ結線とし、測定用Δ結線の状態で電動機に流れる電流を検出する。そして、検出された電流に基づき漏れインダクタンスを算出するため、Δ結線の電動機の漏れインダクタンスを正確に測定することができる。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成の一例を示す回路図である。 図１の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。 図１の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。 電動機の結線状態を動作用Δ結線とした場合の回路図である。 電動機の結線状態を測定用Δ結線とした場合の回路図である。 実施の形態１に係る漏れインダクタンス測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１接続状態における電圧印加手段のスイッチング素子の状態について説明するための概略図である。 第１接続状態における電流の流れについて説明するための回路図である。 第２接続状態における電圧印加手段のスイッチング素子の状態について説明するための概略図である。 第２接続状態における電流の流れについて説明するための回路図である。 第３接続状態における電圧印加手段のスイッチング素子の状態について説明するための概略図である。 第３接続状態における電流の流れについて説明するための回路図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の構成の一例を示す構成図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらにまた、電圧および電流の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置等の状態および動作等において相対的に定まるものとする。
実施の形態１．
　以下、本実施の形態１に係る電力変換装置について説明する。本実施の形態１に係る電力変換装置は、供給される電力を、Ｙ結線とΔ結線とを切り替えられる電動機を駆動するのに適した電力に変換するものである。
［電力変換装置１００の構成］
　図１は、本実施の形態１に係る電力変換装置の構成の一例を示す回路図である。図１に示すように、電力変換装置１００は、電圧印加手段１、電流検出手段２、接続切替装置３および制御装置４を備えている。また、電力変換装置１００には、直流電圧源２００および負荷である電動機３００が接続されている。
　直流電圧源２００は、電力変換装置１００の電圧印加手段１に直流電圧Ｖｄｃを供給する。直流電圧源２００の出力端は、電力変換装置１００の母線である正側母線５および負側母線６に接続されている。正側母線５は、高電位側の母線であり、負側母線６は、低電位側の母線である。電動機３００は、電力変換装置１００で変換された交流電圧により駆動する、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の固定子巻線を有する三相の電動機である。
　電圧印加手段１は、直流電圧源２００の出力端である正側母線５および負側母線６に接続されている。電圧印加手段１は、直流電圧源２００から供給される直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換する。電圧印加手段１には、電動機３００が接続され、電動機３００に対して変換した交流電圧を供給する。
　電圧印加手段１は、例えば三相電圧形インバータであり、６つのスイッチング素子１１～１６を備えたフルブリッジ回路で構成されている。具体的には、電圧印加手段１では、２つのスイッチング素子が直列に接続されて、直列体が形成されている。そして、３つの当該直列体を並列に接続することにより、フルブリッジ回路が形成される。また、それぞれのスイッチング素子１１～１６には、還流用ダイオードが逆並列で接続されている。
　電圧印加手段１は、これらのスイッチング素子１１～１６が制御装置４から供給される電圧指令によって制御されることにより、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電圧であるパルス状の交流電圧を出力する。スイッチング素子１１～１６は、制御装置４から供給されるスイッチング信号である電圧指令に基づいて、互いに独立してオン動作およびオフ動作を行う。
　電流検出手段２は、電圧印加手段１から出力されて電動機３００に供給される電流を検出し、検出した電流の値を電流情報として出力する。本実施の形態１において、電流検出手段２は、電圧印加手段１の負側母線６にシャント抵抗が設けられて構成されている。なお、電流検出手段２は、シャント抵抗に限られず、例えば、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と称する計器用変流器を用いた電流センサが用いられてもよい。
　接続切替装置３は、電動機３００の相の数に応じて設けられた切替器３１～３３を有している。接続切替装置３は、制御装置４からの切替指令に基づき、切替器３１～３３の切り替え動作を行うことにより、電動機３００の各相の接続状態をＹ結線またはΔ結線に切り替える。なお、切替器３１～３３は、例えば、メカリレーで構成してもよいし、半導体スイッチで構成してもよい。
　制御装置４は、外部からの指令、あるいは、電力変換装置１００に設けられた各種の検出手段およびセンサ等からの情報に基づき、電力変換装置１００全体を制御する。また、本実施の形態１において、制御装置４は、電動機３００における漏れインダクタンスの値を測定するための漏れインダクタンス測定処理を行う。漏れインダクタンス測定処理の詳細については、後述する。
　制御装置４は、電圧制御部４１、切替制御部４２および測定部４３を備えている。制御装置４は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
　電圧制御部４１は、外部から入力される速度指令またはトルク指令等の運転指令に基づき、電圧印加手段１のスイッチング素子１１～１６を制御するための電圧指令を生成する。そして、電圧制御部４１は、生成した電圧指令を電圧印加手段１に対して出力する。
　このとき、制御装置４は、電圧印加手段１から電動機３００に適切な交流電圧が供給されるように、各種の制御方法を用いて電圧指令を生成する。例えば、制御方法として、Ｖ／ｆ一定制御、ベクトル制御または直接トルク制御等が用いられる。Ｖ／ｆ一定制御は、電動機３００の運転周波数に比例した電圧を出力する制御方法である。ベクトル制御は、回転座標系を用いて電動機３００に流れる電流を制御する制御方法である。直接トルク制御は、電動機３００の磁束およびトルクを制御する制御方法である。
　切替制御部４２は、接続切替装置３の切替器３１～３３を切り替えるための切替指令を生成する。そして、切替制御部４２は、生成した切替指令を接続切替装置３に対して出力する。
　測定部４３は、漏れインダクタンス測定処理の際に、電流検出手段２から供給された電流情報に基づき、漏れインダクタンスを算出する。漏れインダクタンスの算出方法の詳細については、後述する。
　図２は、図１の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置４の各種機能がハードウェアで実行される場合、図１の制御装置４は、図２に示すように、処理回路５１で構成される。図１の電圧制御部４１、切替制御部４２および測定部４３の各機能は、処理回路５１により実現される。
　各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。電圧制御部４１、切替制御部４２および測定部４３の各部の機能それぞれを処理回路５１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路５１で実現してもよい。
　図３は、図１の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置４の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図１の制御装置４は、図３に示すように、プロセッサ５２およびメモリ５３で構成される。電圧制御部４１、切替制御部４２および測定部４３の各機能は、プロセッサ５２およびメモリ５３により実現される。
　各機能がソフトウェアで実行される場合、電圧制御部４１、切替制御部４２および測定部４３の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ５３に格納される。プロセッサ５２は、メモリ５３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
　メモリ５３として、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ５３として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）、ＭＤ（Ｍｉｎｉ　Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。
［電動機３００の結線状態］
　ここで、電動機３００の結線状態について説明する。電動機３００の結線状態をＹ結線状態としたときの線間電圧を「ＶＹ」とし、固定子巻線に流れ込む電流を「ＩＹ」とする。また、電動機３００の結線状態をΔ結線状態としたときの線間電圧を「ＶΔ」とし、固定子巻線に流れ込む電流を「ＩΔ」とする。
　各相の固定子巻線に加わる電圧が互いに等しいと仮定した場合、電圧ＶＹと電圧ＶΔとの間には、式（１）の関係が成立する。また、電流ＩＹと電流ＩΔとの間には、式（２）の関係が成立する。
　　ＶΔ＝ＶＹ／√３　　・・・（１）
　　ＩΔ＝√３×ＩＹ　　・・・（２）
　Ｙ結線状態の電圧ＶＹおよび電流ＩＹと、Δ結線状態の電圧ＶΔおよび電流ＩΔとが式（１）および式（２）の関係を有する場合、Ｙ結線状態とΔ結線状態とにおいて電動機３００に供給される電力は、互いに等しい。すなわち、電動機３００に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線状態の方がＹ結線状態よりも固定子巻線に流れ込む電流が大きく、電動機３００の駆動に必要な電圧が低い。
　このことから、電動機３００を駆動する場合には、負荷条件に合わせて結線状態を選択することが考えられる。例えば、低負荷時において、電動機３００は、Ｙ結線状態で低速運転が行われ、高負荷時において、電動機３００は、Δ結線状態で高速運転が行われる。これにより、低負荷時における効率を向上させることができ、高負荷時における出力を高出力化することができる。
　しかしながら、背景技術の項でも説明したように、漏れインダクタンスは、有効インダクタンスと比較して小さいため、Δ結線状態の電動機における漏れインダクタンスを正確に測定することは困難である。そこで、本実施の形態１に係る電力変換装置１００は、Δ結線の電動機の漏れインダクタンスを正確に測定するため、電動機３００の結線状態を特殊なΔ結線として、漏れインダクタンス測定処理を行う。
　図４は、電動機の結線状態を動作用Δ結線とした場合の回路図である。図５は、電動機の結線状態を測定用Δ結線とした場合の回路図である。なお、図４および図５では、結線状態が容易に理解できるように、接続切替装置３および制御装置４の図示を省略している。
　動作用Δ結線は、通常のΔ結線であり、図４に示すように、各相間の固定子巻線が完全なΔ結線となっている。この場合、Ｕ－Ｖ相間の固定子巻線は、一端が電圧印加手段１のスイッチング素子１１とスイッチング素子１２との間に接続され、他端がスイッチング素子１３とスイッチング素子１４との間に接続されている。また、Ｖ－Ｗ相間の固定子巻線は、一端が電圧印加手段１のスイッチング素子１３とスイッチング素子１４との間に接続され、他端がスイッチング素子１５とスイッチング素子１６との間に接続されている。さらに、Ｗ－Ｕ相間の固定子巻線は、一端が電圧印加手段１のスイッチング素子１５とスイッチング素子１６との間に接続され、他端がスイッチング素子１１とスイッチング素子１２との間に接続されている。
　これに対して、測定用Δ結線は、図５に示すように、各相間の固定子巻線のうち、１つの固定子巻線の一方の端部を外した不完全なΔ結線となっている。すなわち、測定用Δ結線は、Δ結線の結線部分を１箇所外した所謂Ｖ字型の結線となっている。図５に示す例では、Ｗ－Ｕ相間の固定子巻線の一端を外し、Ｕ－Ｖ相間とＶ－Ｗ相間との固定子巻線でＶ字型が形成された状態が示されている。具体的には、Ｕ－Ｖ相間の固定子巻線は、一端が電圧印加手段１のスイッチング素子１１とスイッチング素子１２との間に接続され、他端がスイッチング素子１３とスイッチング素子１４との間に接続されている。また、Ｖ－Ｗ相間の固定子巻線は、一端が電圧印加手段１のスイッチング素子１３とスイッチング素子１４との間に接続され、他端がスイッチング素子１５とスイッチング素子１６との間に接続されている。一方、Ｗ－Ｕ相間の固定子巻線は、一端が電圧印加手段１のスイッチング素子１５とスイッチング素子１６との間に接続されるが、他端がどこにも接続されておらず、外れた状態となっている。
　電動機３００の結線状態としてこのような測定用Δ結線を用いた場合には、電力変換装置１００における電圧印加手段１のそれぞれのスイッチング素子１１～１６が制御されることにより、電動機３００の特定の相間に電圧を印加することができる。そして、特定の相間に電圧を印加した場合に流れる電流を測定することにより、そのときのインダクタンスの値を導出することができる。
［漏れインダクタンス測定処理］
　本実施の形態１では、漏れインダクタンス測定処理が行われる際に、電動機３００の結線状態が図４の動作用Δ結線から図５の測定用Δ結線に切り替えられる。そして、電動機３００の結線状態が測定用Δ結線とされた状態で、電力変換装置１００と電動機３００との接続状態を切り替えて、漏れインダクタンス測定処理が行われる。
　図６は、本実施の形態１に係る漏れインダクタンス測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。本実施の形態１に係る漏れインダクタンス測定処理は、電動機３００が動作することによって発生する速度起電力の影響を防ぐため、電動機３００が停止した状態で行われる。
　まず、ステップＳ１では、電動機３００の結線状態が測定用Δ結線に切り替えられる。この場合、制御装置４の切替制御部４２は、電動機３００の結線状態が図５に示す測定用Δ結線となるように、接続切替装置３に対して切替指令を出力し、切替器３１～３３を切り替える。
　次に、ステップＳ２では、電力変換装置１００と電動機３００との接続が第１接続状態とされる。第１接続状態は、Ｕ－Ｖ相間の固定子巻線に電流を流すようにするための接続状態である。
　図７は、第１接続状態における電圧印加手段のスイッチング素子の状態について説明するための概略図である。図７では、電圧制御部４１からの電圧指令により、電力変換装置１００と電動機３００との接続を第１接続状態とするための、電圧印加手段１のスイッチング素子１１～１６の設定状態が示されている。
　図８は、第１接続状態における電流の流れについて説明するための回路図である。図８において、回路図中の太線は、スイッチング素子１１～１６が図７に示すように設定された場合の第１接続状態における電流経路を示す。また、回路図中の矢印は、電流経路を流れる電流Ｉ１を示す。
　この場合、電圧制御部４１は、図７に示すように、スイッチング素子１１および１４をオンとし、スイッチング素子１２、１３、１５および１６をオフとする電圧指令を電圧印加手段１に出力し、スイッチング素子１１～１６を切り替える。これにより、電動機３００のＵ－Ｖ相間には、パルス状の電圧が印加され、電流Ｉ１が流れる。
　電流検出手段２は、パルス状の電圧が印加されることによって負側母線６に流れる、Ｕ－Ｖ相間の電流である負側直流母線電流Ｉ１を検出する。そして、負側直流母線電流Ｉ１が検出されると、電圧制御部４１は、すべてのスイッチング素子１１～１６をオフとする電圧指令を電圧印加手段１に出力し、電流検出手段２に流れる電流を十分小さくする。
　図６のステップＳ３では、電力変換装置１００と電動機３００との接続が第２接続状態とされる。第２接続状態は、Ｖ－Ｗ相間の固定子巻線に電流を流すようにするための接続状態である。
　図９は、第２接続状態における電圧印加手段のスイッチング素子の状態について説明するための概略図である。図９では、電圧制御部４１からの電圧指令により、電力変換装置１００と電動機３００との接続を第２接続状態とするための、電圧印加手段１のスイッチング素子１１～１６の設定状態が示されている。
　図１０は、第２接続状態における電流の流れについて説明するための回路図である。図１０において、回路図中の太線は、スイッチング素子１１～１６が図９に示すように設定された場合の第２接続状態における電流経路を示す。また、回路図中の矢印は、電流経路を流れる電流Ｉ２を示す。
　この場合、電圧制御部４１は、図９に示すように、スイッチング素子１３および１６をオンとし、スイッチング素子１１、１２、１４および１５をオフとする電圧指令を電圧印加手段１に出力し、スイッチング素子１１～１６を切り替える。これにより、電動機３００のＶ－Ｗ相間には、パルス状の電圧が印加され、電流Ｉ２が流れる。
　電流検出手段２は、パルス状の電圧が印加されることによって負側母線６に流れる、Ｖ－Ｗ相間の電流である負側直流母線電流Ｉ２を検出する。そして、負側直流母線電流Ｉ２が検出されると、電圧制御部４１は、すべてのスイッチング素子１１～１６をオフとする電圧指令を電圧印加手段１に出力し、電流検出手段２に流れる電流を十分小さくする。
　図６のステップＳ４では、電力変換装置１００と電動機３００との接続が第３接続状態とされる。第３接続状態は、Ｗ－Ｕ相間の固定子巻線に電流を流すようにするための接続状態である。ここで、測定用Δ結線では、Ｗ相とＵ相との間の固定子巻線が外れた状態となっている。そのため、第３接続状態では、Ｖ－Ｗ相間の固定子巻線と、Ｕ－Ｖ相間の固定子巻線とに電流が流れる。
　図１１は、第３接続状態における電圧印加手段のスイッチング素子の状態について説明するための概略図である。図１１では、電圧制御部４１からの電圧指令により、電力変換装置１００と電動機３００との接続を第３接続状態とするための、電圧印加手段１のスイッチング素子１１～１６の設定状態が示されている。
　図１２は、第３接続状態における電流の流れについて説明するための回路図である。図１２において、回路図中の太線は、スイッチング素子１１～１６が図１１に示すように設定された場合の第３接続状態における電流経路を示す。また、回路図中の矢印は、電流経路を流れる電流Ｉ３を示す。
　この場合、電圧制御部４１は、図１１に示すように、スイッチング素子１２および１５をオンとし、スイッチング素子１１、１３、１４および１６をオフとする電圧指令を電圧印加手段１に出力し、スイッチング素子１１～１６を切り替える。これにより、電動機３００のＷ－Ｕ相間には、パルス状の電圧が印加され、電流Ｉ３が流れる。
　電流検出手段２は、パルス状の電圧が印加されることによって負側母線６に流れる、Ｗ－Ｕ相間の電流である負側直流母線電流Ｉ３を検出する。そして、負側直流母線電流Ｉ３が検出されると、電圧制御部４１は、すべてのスイッチング素子１１～１６をオフとする電圧指令を電圧印加手段１に出力し、電流検出手段２に流れる電流を十分小さくする。
　次に、図６のステップＳ５において、測定部４３は、直流電圧源２００から供給される直流電圧Ｖｄｃと、電流検出手段２で検出された負側直流母線電流Ｉ１～Ｉ３とに基づき、漏れインダクタンスを算出する。ここで、一般的に、抵抗ＲおよびインダクタンスＬからなるＲＬ負荷に電圧Ｖをステップ入力した場合の電流Ｉの応答は、「電圧Ｖ／インダクタンスＬ」の傾きで立ち上がる。そのため、インダクタンスＬは、「Ｖ／Ｉ」から算出することができる。
　本実施の形態１において、ステップＳ２の第１接続状態では、電動機３００におけるＵ－Ｖ相間の固定子巻線にのみ、電流Ｉ１が流れる。そのため、このときの電流経路のインダクタンスＬ１は、式（３）のように表される。式（３）において、「Ｌａ」は、電動機３００の一相あたりの有効インダクタンスの平均値を示す。また、「ｌａ」は、一相あたりの漏れインダクタンスを示す。
　　Ｌ１＝Ｉ１／Ｖｄｃ＝Ｌａ＋ｌａ　　・・・（３）
　また、ステップＳ３の第２接続状態では、電動機３００におけるＶ－Ｗ相間の固定子巻線にのみ、電流が流れる。そのため、このときの電流経路のインダクタンスＬ２は、式（４）のように表される。
　　Ｌ２＝Ｉ２／Ｖｄｃ＝Ｌａ＋ｌａ　　・・・（４）
　一方、ステップＳ４の第３接続状態では、電動機３００におけるＵ－Ｖ相間とＶ－Ｗ相間とのそれぞれの固定子巻線の両方に電流が流れる。また、それぞれの固定子巻線には、互いに磁束を弱め合う方向に相互誘導が作用する。そのため、このときの電流経路のインダクタンスＬ３は、式（５）のように表される。式（５）において、「Ｍ」は相間の相互インダクタンスを示し、「Ｍ＝Ｌａ／２」の関係となる。
　　Ｌ３＝（Ｌａ＋ｌａ－Ｍ）×２
　　　　＝（Ｌａ＋ｌａ－Ｌａ／２）×２
　　　　＝Ｌａ＋２ｌａ　　・・・（５）
　したがって、ステップＳ２およびステップＳ４で取得した電流Ｉ１およびＩ３と、直流電圧Ｖｄｃとから、漏れインダクタンスｌａは、式（３）および式（５）を用いることにより、式（６）に基づき算出される。なお、漏れインダクタンスｌａは、Ｉ１の代わりにＩ２を用いて算出してもよい。
　　ｌａ＝Ｌ３－Ｌ１＝Ｖｄｃ／（Ｉ３－Ｉ１）　　・・・（６）
　最後に、図６のステップＳ６では、電動機３００の結線状態が図４に示す動作用Δ結線状態に切り替えられる。そして、一連の処理が終了する。
　このように、漏れインダクタンス測定処理では、電動機３００の結線状態を測定用Δ結線とし、Ｕ－Ｖ相間の電流Ｉ１またはＶ－Ｗ相間を流れる電流Ｉ２と、Ｗ－Ｕ相間を流れる電流Ｉ３とに基づき、漏れインダクタンスが算出される。このとき、電流Ｉ３を算出する場合には、相互誘導作用に着目するため、有効インダクタンスと比較して小さい漏れインダクタンスを正確に算出することができる。算出された漏れインダクタンスは、例えば、次回以降の電動機を設計する際に利用することができる。
　また、算出された漏れインダクタンスは、電動機３００の使用時間に応じて変化する可能性がある。そこで、変化する漏れインダクタンスを用いて、電動機３００または電力変換装置１００の寿命または故障等の異常を検出することもできる。この場合、電力変換装置１００の制御装置４は、漏れインダクタンスに対して閾値を予め設定しておき、算出された漏れインダクタンスが閾値を超えた場合に電動機３００または電力変換装置１００に異常が発生したと判断する。
　以上のように、本実施の形態１に係る電力変換装置１００では、結線状態をＹ結線またはΔ結線に切替可能な三相の電動機３００の結線状態が、Δ結線の結線部分を１箇所外したＶ字型の測定用Δ結線とされる。そして、測定用Δ結線の状態の電動機３００を流れる電流に基づき、電動機３００における漏れインダクタンスが算出される。これにより、電動機３００における漏れインダクタンスを正確に算出することができる。
　また、このようにして漏れインダクタンスが正確に算出できるため、例えば定期的に漏れインダクタンスを取得することで、電動機３００の故障の予知が期待できる。
実施の形態２．
　次に、本実施の形態２について説明する。本実施の形態２では、実施の形態１で説明した電力変換装置１００を空気調和装置に適用した例について説明する。
［空気調和装置５００の構成］
　図１３は、本実施の形態２に係る空気調和装置の構成の一例を示す構成図である。図１３の空気調和装置５００は、ヒートポンプ方式により、冷房運転および暖房運転を行うものである。
　図１３に示すように、空気調和装置５００は、圧縮機５０１、冷媒流路切替装置５０２、室外熱交換器５０３および膨張弁５０４を備える室外機５００Ａと、室内熱交換器５０５を備える室内機５００Ｂとで構成されている。空気調和装置５００では、圧縮機５０１、冷媒流路切替装置５０２、室外熱交換器５０３、膨張弁５０４および室内熱交換器５０５が冷媒配管によって順次接続されることにより、冷媒配管内を冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。
　このうち、圧縮機５０１は、冷媒を圧縮する圧縮要素５０１ａと、圧縮要素５０１ａに連結された、電力変換装置１００により電力が供給される電動機３００としてのモータＭとを有している。電力変換装置１００は、上述した実施の形態１に係る装置であり、電力源である直流電圧源２００から電力供給を受け、変換された電力をモータＭに供給してモータＭを回転駆動させる。
　冷媒流路切替装置５０２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転および暖房運転の切り替えを行う。室外熱交換器５０３は、冷媒と外部の空気との間で熱交換を行う。室外熱交換器５０３は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。膨張弁５０４は、冷媒を膨張させる。室内熱交換器５０５は、冷媒と空調対象空間の室内空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器５０５は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能する。
［空気調和装置５００の動作］
　次に、本実施の形態２に係る空気調和装置５００の動作について、図１３を参照して説明する。ここでは、冷房運転を例にとって説明する。冷房運転を行う場合、冷媒流路切替装置５０２は、圧縮機５０１から吐出された冷媒が室外熱交換器５０３に向かい、室内熱交換器５０５から流出した冷媒が圧縮機５０１に向かうように、流路を予め切り替えているものとする。このとき、室外熱交換器５０３は凝縮器として機能し、室内熱交換器５０５は蒸発器として機能する。
　電力変換装置１００によって圧縮機５０１のモータＭが回転駆動することによって、モータＭに連結された圧縮機５０１の圧縮要素５０１ａが低温低圧の冷媒を圧縮し、圧縮機５０１は高温高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機５０１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置５０２を経由して、凝縮器として機能する室外熱交換器５０３へ流入する。
　室外熱交換器５０３に流入した高温高圧のガス冷媒は、外部の空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって室外熱交換器５０３から流出する。室外熱交換器５０３から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁５０４によって膨張および減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室内熱交換器５０５へ流入する。
　室内熱交換器５０５に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、空調対象空間の空気と熱交換して吸熱および蒸発することにより室内空気を冷却し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器５０５から流出する。室内熱交換器５０５から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置５０２を経由して圧縮機５０１に吸入され、再び圧縮される。以下、上述した動作が繰り返される。
　なお、図１３においては、空気調和装置５００の圧縮機５０１に、実施の形態１に係る電力変換装置１００を適用した例を示したが、これに限られず、例えば、室外熱交換器５０３に対して送風する図示しないファンの駆動用電源に適用してもよい。また、電力変換装置１００は、例えば、圧縮機５０１を用いたヒートポンプ装置、冷凍装置およびその他の冷凍サイクル装置一般に適用してもよい。
　以上のように、本実施の形態２に係る空気調和装置５００では、電力変換装置１００から供給される電力により、冷媒回路に設けられた圧縮機５０１が駆動される。電力変換装置１００は、圧縮機５０１の電動機３００であるモータＭが停止した状態で漏れインダクタンスを測定するため、実施の形態１と同様に、Δ結線の電動機３００における漏れインダクタンスを正確に測定することができる。
　以上、本実施の形態１および２について説明したが、本開示は、上述した実施の形態１および２に限定されるものではなく、本開示要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。実施の形態１では、電力変換装置１００に直流電圧源２００が接続され、直流電圧Ｖｄｃが供給される場合について説明したが、これはこの例に限られない。例えば、電力変換装置１００に三相交流電源である商用交流電源が接続されてもよい。
　ただし、この場合、電力変換装置１００には、電圧印加手段１の前段に整流回路および平滑コンデンサが設けられる。これにより、交流電源から供給される交流電圧が整流回路により整流され、整流された直流電圧が平滑コンデンサにより平滑化される。そして、後段の電圧印加手段１には、平滑コンデンサから直流電圧源２００から出力される直流電圧Ｖｄｃと同等の直流電圧が供給される。
　また、実施の形態１では、測定用Δ結線において、Ｗ－Ｕ相間の固定子巻線における両端のうちの一方の端部が外れた状態となっている場合について説明したが、これはこの例に限られない。例えば、測定用Δ結線では、Ｕ－Ｖ相間の固定子巻線における両端のうちの一方の端子が外れた状態となっていてもよいし、Ｖ－Ｗ相間の固定子巻線における両端のうちの一方の端子が外れた状態となっていてもよい。
　さらに、電力変換装置１００は、１つの電圧印加手段１で負荷としての１つの電動機３００の駆動を制御するように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、電力変換装置１００は、１つの電圧印加手段１で複数の負荷（電動機）の駆動を制御してもよい。
　１　電圧印加手段、２　電流検出手段、３　接続切替装置、４　制御装置、５　正側母線、６　負側母線、１１、１２、１３、１４、１５、１６　スイッチング素子、３１、３２、３３　切替器、４１　電圧制御部、４２　切替制御部、４３　測定部、５１　処理回路、５２　プロセッサ、５３　メモリ、１００　電力変換装置、２００　直流電圧源、３００　電動機、５００　空気調和装置、５００Ａ　室外機、５００Ｂ　室内機、５０１　圧縮機、５０１ａ　圧縮要素、５０２　冷媒流路切替装置、５０３　室外熱交換器、５０４　膨張弁、５０５　室内熱交換器。

Claims (7)

  1. 　直流電圧を交流電圧に変換し、三相の電動機に対して変換した前記交流電圧を供給する電圧印加手段と、
    　前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    　前記電圧印加手段を制御する制御装置と
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記電動機の結線状態が、Δ結線の結線部分を１箇所外したＶ字型の測定用Δ結線とされた状態において、前記電流検出手段で検出された電流に基づき、前記電動機における漏れインダクタンスを算出する
    電力変換装置。
  2. 　前記電圧印加手段は、
    　複数のスイッチング素子で構成され、
    　前記制御装置は、
    　前記測定用Δ結線の状態の前記電動機に対して、第１の相間に電流が流れる第１接続状態と、第２の相間に電流が流れる第２接続状態と、第３の相間に電流が流れる第３接続状態となるように、前記スイッチング素子を順次制御し、
    　前記第１接続状態または前記第２接続状態の際に前記電動機にそれぞれ流れる電流である第１の電流または第２の電流と、前記第３接続状態の際に前記電動機に流れる電流である第３の電流とに基づき、前記漏れインダクタンスを算出する
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記第３接続状態における前記電動機の第３のインダクタンスから、前記第１接続状態における前記電動機の第１のインダクタンスまたは前記第２接続状態における前記電動機の第２のインダクタンスを減算することによって前記漏れインダクタンスを算出する
    請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記電圧印加手段は、
    　２つの前記スイッチング素子が直列に接続された直列体が３つ並列に接続されて形成されている
    請求項２または３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記電動機が巻線の結線状態をＹ結線またはΔ結線に切り替え可能な三相の電動機である場合に、前記電動機の結線状態を切り替える接続切替装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、
    　前記漏れインダクタンスを算出する際に、前記電動機の結線状態が前記Δ結線から前記測定用Δ結線に切り替えられるように前記接続切替装置を制御する
    請求項１～４の何れか一項に記載の電力変換装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換装置を備える
    冷凍サイクル装置。
  7. 　三相の電動機の漏れインダクタンスを算出する漏れインダクタンス算出方法であって、
    　前記電動機の巻線の結線状態が、Δ結線の結線部分を１箇所外したＶ字型の測定用Δ結線とされた状態で、交流電圧が印加された前記電動機に流れる電流に基づき、前記電動機における漏れインダクタンスを算出する
    漏れインダクタンス算出方法。
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