JP2015180129A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷時にはアクティブフィルタを選択し、低負荷時にはリアクタを備えたパッシブフィルタを選択する電源装置において、アクティブフィルタ動作時にリアクタを短絡するリレーの故障判定を安価に実現できる電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング制御手段は、スイッチング信号発生手段３０と、切換判定手段４０と、指示信号発生手段５０と、リレー故障検出手段６０とが備えられている。そして、リレー故障検出手段６０は、入力された入力電流（瞬時値）の単位時間当たりの電流値の変化である電流変化値を算出する電流変化算出手段６１と、予め定めた電流変化値である電流変化基準値を記憶する電流変化基準値記憶手段６２と、開閉切換信号がハイレベルの時に、算出した電流変化値と電流変化基準値とを比較してリレー１２の故障を判定するリレー故障判定手段６３とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、パッシブフィルタとアクティブフィルタとの切り換え機能を備えた電源装置のコンバータに係わり、より詳細には、リレーの開閉動作不良を検出する構成に関する。

近年、空気調和機はウインドエアコンなどの冷房専用機などを除き、多くの製品にインバータで圧縮機を駆動する方式が採用されており、また、インバータに直流電源を供給するコンバータに力率を改善するＰＦＣ（Power Factor Conrrection）回路が採用されている場合が多い。

このＰＦＣを用いたコンバータを小型で、また、高効率で実現する手段のひとつに、インターリーブ方式のアクティブフィルタがある。インターリーブ方式は、電源を複数系統に分けて各相に位相差をもたせ、リップルなどを互いに打ち消しあう回路方式である。２相のインターリーブ方式の場合には、電流位相が１８０度の位相差を持つことでリップルが相殺され、ノイズフィルタの小型化に大きく貢献できる。また、トータルの部品点数は増えるが、個々のインダクタや出力コンデンサ、スイッチング素子などを小型化でき、また、スイッチング回路が複数系統になることで発熱も分散されるメリットもある。

このようなインターリーブ回路方式が採用されたアクティブフィルタは電力変換効率の関係により、低負荷時にはスイッチング動作を停止させて使用する場合がある。これは、負荷が大きい場合は昇圧するためにスイッチング動作を行なうが、負荷が小さい場合は昇圧が不必要であるのにスイッチング動作を行なうとスイッチング素子での損失やインダクタの発熱で無駄な電力損失が発生するためである。

しかしながら、アクティブフィルタには平滑コンデンサからの逆流電流を防止するダイオードが備えられており、スイッチング動作を停止したとしても、この逆流電流を防止するダイオードでの電力損失が発生する。
一方、パッシブフィルタには逆流電流を防止するダイオードが備えられておらず、このダイオードでの電力損失がない。

さらに、パッシブフィルタに用いられるリアクタは交流電源の周波数（例えば５０ヘルツ）に対応してインダクタンスが決定されている。一方、アクティブフィルタに用いられるスイッチング用のインダクタは数キロヘルツ〜数十キロヘルツのスイッチング周波数に対応してインダクタンス値が決定されている。このため、アクティブフィルタが停止している場合、スイッチング用のインダクタは力率改善効果はほとんどない。
このため、低負荷時にはパッシブフィルタよりもスイッチング動作を停止したアクティブフィルタの方が電力変換効率が悪化する。

一方、一般的な空気調和機の運転においては、運転の立ち上がりやハイパワー運転などの空調負荷が重い運転期間よりも、それ以外の空調負荷が軽い運転期間の方が長い。このため、アクティブフィルタを備えた空気調和機において、空調負荷が軽い、つまり、低負荷時の電力変換効率の改善が望まれており、本出願人は低負荷時にはパッシブフィルタに、また、高負荷時にはアイクティブフィルタにそれぞれを切り換えることによりこの問題を解決した電源装置を特願２０１３−２４６４６７にて出願している。

この電源装置ではアイクティブフィルタが動作する時にはパッシブフィルタのリアクタをリレーで短絡する構成になっている。このリレーが故障によりリアクタを短絡しないままアクティブフィルタを動作させた場合、リアクタが発熱・焼損するおそれがあるため、リアクタ内に温度ヒューズを備える方法が一般的である。しかしながら、温度ヒューズの余分なコストが発生すると共に、リレーが故障した場合はこの温度ヒューズも溶断してしまうため、修理の際はリアクタとリレーとを同時に交換することになり、修理コストが増加する問題があった。

ところで、リレーの故障を判定する方法として、２回路を切り換えるリレーを使用し、１回路をリレーの故障判定用に利用する方法があるが、１回路のものに比較して高価である。また、１回路のリレーの故障判定を行なうものとして特許文献１に示すものが開示されており、リレーの接点が接続されている時と接続されていない時の駆動コイルに流れる電流の差を検出する方法がある。しかしながら、この方法では駆動コイルに流れる電流を高精度で測定するための専用回路が必要であり高価であった。

一方、１回路のリレーの故障判定を行なう他の方法として特許文献２に示すものが開示されており、リレーのオンオフに対応する電源回路の入力電流の有無で判定する構成になっている。しかしながら、この方法は入力電流の有無のみを判定するため、前述したパッシブフィルタとアクティブフィルタとが同時に動作する場合は、いずれの場合も入力電流が流れるため、故障か否かを区別できないという問題があった。

特開２０１１−２１５１３１号公報（第５−６頁、図１） 特開昭６１−１１６９２０号公報（第２−３頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、低負荷時にはリアクタを備えたパッシブフィルタを選択し、高負荷時にはアクティブフィルタを選択すると共にリアクタを短絡させる閉動作を行なうリレーを備えた電源装置において、アクティブフィルタ動作時のリレーの故障判定を安価に実現できる電源装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、入力された交流電源を整流する第１整流器と、前記交流電源の入力電流の瞬時値を検出する入力電流検出手段と、前記第１整流器の一方の出力端に直列に接続されたインダクタとダイオードと、前記インダクタを前記整流器の他方の出力端との間で短絡／開放するスイッチング素子と、前記ダイオードの出力端と前記整流器の他方の出力端との間に接続された平滑コンデンサとを備え、入力された動作指示信号によって動作／停止するアクティブフィルタを搭載し、負荷となる装置に直流電源を供給する電源装置であって、
前記電源装置は、前記交流電源と前記第１整流器の入力端との間に直列に配置されたリアクタと、
入力端が前記第１整流器の入力端に、出力端が前記平滑コンデンサの両端にそれぞれ接続された第２整流器とを備えたパッシブフィルタが設けられ、
入力された開閉切換信号に従って前記リアクタの両端を短絡／開放するリレーと、
前記電源装置にかかる負荷の値と予め定めた前記負荷の閾値とを比較し、前記負荷の値が前記閾値以上の場合に前記アクティブフィルタを、前記負荷の値が前記閾値未満の場合に前記アクティブフィルタを選択する切換指示信号を出力する切換判定手段と、
前記切換指示信号に基づいて前記アクティブフィルタが選択された時、前記リレーへ前記リアクタを短絡させる閉を指示する前記開閉切換信号を出力すると共に、前記アクティブフィルタへ動作の開始を指示する前記動作指示信号を出力する指示信号発生手段と、
前記アクティブフィルタ動作時における前記リアクタの両端が開放されている時の前記入力電流の変化と前記リアクタの両端が短絡されている時の前記入力電流の変化との違いを区別するために予め定めた基準値と前記開閉切換信号で閉を指示されている時に検出した前記入力電流の変化の値とを比較することにより、前記リレーの故障を検出するリレー故障検出手段とを備えていることを特徴とする。

以上の手段を用いることにより、本発明による電源装置によれば、すでに電源装置に備えられている入力電流検出手段が検出する入力電流の変化に基づいて、リレー故障検出手段がリレーの故障を検出するため、リアクタを短絡するリレーの故障判定を安価に実現できる。

本発明による電源装置を用いた空気調和機の実施例を示すブロック図である。 本発明によるスイッチング制御手段の内部を示すブロック図である。 リレー故障検出手段の他の例を示すブロック図である。 パッシブフィルタとアクティブフィルタとの切換を説明する説明図である。 パッシブフィルタとアクティブフィルタとを同時に切り換えた時の問題点を説明する説明図である。 アクティブフィルタのみが動作している時正常時と、これに加えてリレーが開となっている時の異常時での入力電流を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による電源装置を用いた空気調和機の室外機の実施例を示すブロック図である。
この室外機は、交流電源３に接続された電源装置１と、図示しない圧縮機用のモータ６と、モータ６を駆動するインバータ４と、インバータ４を制御するインバータ制御手段５とで構成されている。

インバータ制御手段５は、インバータ４からモータ６の回転数信号が入力され、また、インバータ４に駆動信号を出力する。なお、駆動信号はＰＷＭ制御されたパルス信号（ＰＷＭ信号）であり、このＰＷＭ信号のデューティーを可変することで、インバータ４からモータ６へ出力される電源電圧を可変する。なお、モータ６の現在の回転数値と、ＰＷＭ信号のデューティー値とはインバータ制御手段５から出力されている。

電源装置１の入力端２７には交流電源３の一方の電源線が接続され、他方の電源線は入力端２８に接続されている。入力端２７は直列に接続されたリアクタ１１を介して第１整流器１３の一方の入力端に、また、入力端２８は直列に接続された入力電流検出手段２３を介して第１整流器１３の他方の入力端に、それぞれ接続されている。また、リアクタ１１にはリレー１２が並列に接続されており、後述する開閉切換信号に従ってリアクタ１１を短絡／開放する構成になっている。

第１整流器１３の正極は直列に接続されたインダクタ１４とダイオード１８とを介して正極出力端２５に、さらに、第１整流器１３の正極は直列に接続されたインダクタ１５とダイオード１９とを介して正極出力端２５に、それぞれ並列に接続されている。一方、第１整流器１３の負極は負極出力端２６に接続されている。なお、正極出力端２５と負極出力端２６との間には、平滑コンデンサ２０と直流電圧検出手段２１とが設けられており、直流電圧検出手段２１は正極出力端２５と負極出力端２６との間の電圧を検出し、直流電圧信号として出力する。

さらに、インダクタ１５とダイオード１９のアノード端子との接続点と、負極出力端２６との間にスイッチング素子１６が、また、インダクタ１４とダイオード１８のアノード端子との接続点と、負極出力端２６との間にスイッチング素子１７が、それぞれ接続されており、スイッチング信号ａによってスイッチング素子１６が、また、スイッチング信号ｂによってスイッチング素子１７がそれぞれオン／オフされるようになっている。

また、電源装置１は、第１整流器１３と第２整流器２４との入力端がそれぞれ接続され、第２整流器２４の正極は第１整流器１３の正極ライン側にある正極出力端２５に、また、第２整流器２４の負極は第１整流器１３の負極ライン側にある負極出力端２６に、それぞれ接続されている。さらに、電源装置１は電源装置１を制御するスイッチング制御手段２２が備えれており、スイッチング制御手段２２は、スイッチング素子１６と１７に対してスイッチング信号ａとｂとを出力し、また、リレー１２に開閉切換信号を出力する一方、入力電流検出手段２３で検出した入力電流値と、直流電圧検出手段２１で検出された直流電圧信号とが入力されている。

電源装置１は、リアクタ１１と第２整流器２４と平滑コンデンサ２０とからなるパッシブフィルタ７の電源回路と、それ以外の構成からなるインターリーブ方式のアクティブフィルタ８の電源回路とに分かれている。ただし、平滑コンデンサ２０は２つのフィルタに共通の構成であるため、アクティブフィルタ８にも含まれている。
そして、電源装置１は、アクティブフィルタ８を停止させると共にリレー１２を開にしてパッシブフィルタ７を動作させるパッシブモードと、リレー１２を閉にしてパッシブフィルタ７を無効にさせると共にアクティブフィルタ８を動作させるアクティブモードとの２つのモードを選択的に使用できる構成になっている。この切り換えの指示はスイッチング制御手段２２で実行される。

図２は本発明によるスイッチング制御手段２２の内部を示すブロック図である。
このスイッチング制御手段２２は、スイッチング信号発生手段３０と、切換判定手段４０と、指示信号発生手段５０と、リレー故障検出手段６０とが備えられている。

スイッチング信号発生手段３０は、入力電流検出手段２３で検出した入力電流値と直流電圧検出手段２１で検出した直流電圧信号と後述するアクティブフィルタ８の動作／停止を指示する動作指示信号とが入力されている。スイッチング信号発生手段３０は、直流電圧信号が目標電圧になるように、また、入力電流値（瞬時値）を監視して入力電流が正弦波状となるようにスイッチング信号ａ，ｂのパルス信号のデューティーを決定し、それぞれのパルス信号を出力する。なお、スイッチング信号を出力するか否か、つまり、アクティブフィルタ８が動作するか否かは動作指示信号に従う構成になっている。スイッチング信号発生手段３０は、この動作指示信号がハイレベルの時にスイッチング信号を出力して昇圧動作を実行し、電源装置１をアクティブモードで動作させる。

切換判定手段４０は負荷の大きさを検出し、この検出値と予め定められた負荷の閾値とを比較して前述したパッシブフィルタ７と、アクティブフィルタ８との切り換えを指示する切換指示信号を出力する。なお、切換指示信号がハイレベルの時がアクティブフィルタ８選択の指示であり、ローレベルの時がパッシブフィルタ７選択の指示である。

切換判定手段４０は、入力電流検出手段２３で検出した入力電流の実効値の大きさを検出し、予め定められた負荷の閾値である入力電流の実効値が４アンペア以上か否かを判断する。つまり、入力電流の実効値が４アンペア以上の場合はアクティブフィルタ８を、入力電流の実効値が４アンペア未満の場合はパッシブフィルタ７を選択するための切換指示信号を出力する。

このため、切換判定手段４０は、入力電流値（瞬時値）を入力して実効電流値を出力する実効電流値算出手段４１と、切換電流値（４アンペア）を記憶する切換電流値記憶手段４２と、実効電流値と切換電流値とを比較してフィルタを選択する切換指示信号を出力する選択手段４３とを備えている。切換判定手段４０は、実効電流値が切換電流値以上の時にハイレベルの切換指示信号を、実効電流値が切換電流値未満の時にローレベルの切換指示信号をそれぞれ出力する。

指示信号発生手段５０は、入力された切換指示信号に基づいてスイッチング信号発生手段３０へアクティブフィルタ８の動作／停止を指示する動作指示信号と、リレー１２及びリレー故障検出手段６０へリレー１２の開閉を指示する開閉切換信号とをそれぞれ出力する。なお、動作指示信号はハイレベルでアクティブフィルタ８の動作、ローレベルでアクティブフィルタ８の停止となる。また、開閉切換信号はハイレベルでリレー１２を閉に、ローレベルでリレー１２を開に、それぞれ切り換える。

指示信号発生手段５０は、入力された切換指示信号を２０ミリセカンドだけ遅延させて出力する遅延手段５１と、オア回路５２とアンド回路５３とを備えている。
入力された切換指示信号はオア回路５２の一方の入力端子と、遅延手段５１の入力端子と、アンド回路５３の一方の入力端子とにそれぞれ接続されている。遅延手段５１の出力端子はオア回路５２の他方の入力端子とアンド回路５３の他方の入力端子とにそれぞれ接続されている。オア回路５２の出力端子からは動作指示信号がスイッチング信号発生手段３０へ出力され、アンド回路５３の出力端子からは開閉切換信号がリレー１２及びリレー故障検出手段６０へ出力されている。

リレー故障検出手段６０は、入力された入力電流（瞬時値）の単位時間当たりの電流変化の値である電流変化値を算出する電流変化値算出手段６１と、予め定めた電流変化の基準値である電流変化基準値を記憶する電流変化基準値記憶手段６２と、開閉切換信号がハイレベルの時に、算出した電流変化値と電流変化基準値とを比較してリレー１２の故障を判定するリレー故障判定手段６３とを備えている。

リレー故障判定手段６３は、開閉切換信号がハイレベルの時、つまり、リレー１２を閉にする開閉切換信号が出力されている時に、算出した電流変化値が電流変化基準値よりも小さい場合をリレー１２が故障してリアクタ１１が短絡されていない、つまり、リレー１２が閉になっていないと判断し、リレー故障信号をハイレベルにしてスイッチング信号発生手段３０へ出力し、このハイレベルのリレー故障信号が入力されたスイッチング信号発生手段３０はスイッチング信号ａ及びｂをローレベルにしてアクティブフィルタ８の動作を停止させる。

図４はパッシブフィルタとアクティブフィルタとの切換を説明する説明図であり、横軸は時間を示している。一方、縦軸に関して、図４（１）は入力電流を、図４（２）は入力電流の実効電流値を、図４（３）は切換指示信号を、図４（４）は遅延信号を、図４（５）は開閉切換信号を、図４（６）は動作指示信号をそれぞれ示している。なお、ｔ２１〜ｔ２６は時刻を示す。

図４（２）に示すように入力電流の実効電流値が切換電流値（４アンペア）未満の場合、つまりｔ１までは、切換判定手段４０は、切換指示信号を図４（３）に示すようにパッシブフィルタ７の選択を指示するローレベルとして出力する。そして、図４（２）のｔ２１に示すように実効電流値が切換電流値以上になると、切換判定手段４０は、図４（３）に示す切換指示信号をアクティブフィルタ８の選択を指示するハイレベルにする。

この切換指示信号は指示信号発生手段５０に入力されており、指示信号発生手段５０は、切換指示信号がローレベルの時、オア回路５２とアンド回路５３の全ての入力端子がローレベルとなるため、各回路の出力端子はすべてローレベルとなる。つまり、図４に示すようにｔ２１までは図４（５）の開閉切換信号と図４（６）の動作指示信号とはローレベルのままであり、これにより、リレー１２が開の状態に、また、スイッチング信号発生手段３０が停止に、それぞれなるため、パッシブフィルタ７が選択されて第２整流器２４で整流された電流が平滑コンデンサ２０へ供給される。

一方、切換判定手段４０が切換指示信号をハイレベルとしたｔ２１で、オア回路５２から出力される動作指示信号がハイレベルとなる。この動作指示信号により、スイッチング信号発生手段３０は動作を開始するが、スイッチング信号発生手段３０の内部動作の遅れにより実際に昇圧が開始されるのはｔ２２以降になる。このｔ２２からはリレー１２が開で、かつアクティブフィルタ８が動作することになる。

そして、図４（３）に示すようにｔ２１で切換判定手段４０が切換指示信号をハイレベルにしてから遅延時間Ａ（２０ミリセカンド）が経過すると、図４（４）に示すように遅延手段５１は遅延信号をｔ２３でローレベルからハイレベルにする。この結果、アンド回路５３の入力端子がすべてハイレベルになるため、図４（５）に示すようにアンド回路５３は開閉切換信号をローレベルからハイレベルにする。この結果、ｔ２３から１５ミリセカンド程度遅れてリレー１２の接点が閉となる。（この実施例ではリレー１２がリレーなので機械的な遅延が生じる）このため、電源装置１はパッシブフィルタ７を停止してアクティブフィルタ８だけの動作へ移行する。

電源装置１がアクティブフィルタ８に切り換えられた後は、通常のインターリーブ方式によるアクティブフィルタ８のとして動作する。つまり、スイッチング制御手段２２は、第１整流器１３の正極をインダクタ１４とインダクタ１５とを介して、スイッチング素子１６とスイッチング素子１７によって第１整流器１３の負極に接続／切断させる。この接続／切断はスイッチング周波数に同期したスイッチング信号で行なわれる。

スイッチング制御手段２２は、このスイッチングをスイッチング信号ａとスイッチング信号ｂとで指示する。これらのスイッチング信号は、互いに逆位相の信号であり、それぞれの信号はＰＷＭ制御されている。スイッチング制御手段２２は、直流電圧検出手段２１で検出した電圧が所定の電圧となるようにそれぞれのスイッチング信号のパルスのデューティー値を制御する。また、スイッチング制御手段２２は、入力電流検出手段２３で検出した入力電流値に基づいて、入力電流が正弦波に近づくようにそれぞれのスイッチング信号のパルスのデューティー値を制御する。

一方、切換判定手段４０は図４（２）のｔ２４に示すように実効電流値が切換電流値未満になると、切換指示信号をハイレベルからローレベルにする。この結果、アンド回路５３の一方の入力端子がローレベルになるため、図４（５）のｔ２４に示すようにアンド回路５３は開閉切換信号をハイレベルからローレベルにする。この結果、リレー１２はｔ２４から１５ミリセカンド程度だけ機械的に遅延してｔ２５で接点が開になる。

そして、切換判定手段４０が図４（３）のｔ２４で切換指示信号をローレベルにしてから遅延時間Ｂ（２０ミリセカンド）が経過すると、遅延手段５１は遅延信号をハイレベルからローベルにする。この結果、オア回路５２は動作指示信号をハイレベルからローベルにするため、電源装置１はアクティブフィルタ８からパッシブフィルタ７へ切り換わる。

パッシブフィルタ７は、交流電源３の電圧の半周期毎に交流電源３から第２整流器２４を介して平滑コンデンサ２０へ急激に流れ込む電流の一部を一時的にリアクタ１１に蓄積し、交流電源３からの電流が減少した時、リアクタ１１から平滑コンデンサ２０へ放電することで、リアクタ１１が無い場合に発生する急激な入力電流の変化を抑制して高調波低減と力率を改善する。

このように本実施例では切換指示信号が指示するパッシブフィルタ７からアクティブフィルタ８への切り換え時に指示信号発生手段５０によってリレー１２の動作を遅延時間Ａだけ遅延させ、また、アクティブフィルタ８からパッシブフィルタ７への切り換え時に、指示信号発生手段５０によってアクティブフィルタ８の停止を遅延時間Ｂだけ遅延させている。これはパッシブフィルタ７とアクティブフィルタ８との切り換え時に、それぞれの動作をオーバーラップさせるものである。次にその理由を説明する。

図５はパッシブフィルタ７とアクティブフィルタ８とを同時に切り換えた時の問題点を説明する説明図である。図５の横軸は時間を表しており、縦軸に関して図５（１）は入力電流を、図５（２）は開閉切換信号を、図５（３）は動作指示信号をそれぞれ示している。なお、ｔ１１〜ｔ１６は時刻を示している。
この図５は図４で説明した切換指示信号を仮に開閉切換信号と動作指示信号に遅延時間なしでそのまま適用した場合、つまり、指示信号発生手段５０を用いない場合を示している。

リレー１２が例えばリレーの場合、開閉切換信号によって開閉動作の指示を出しても、リレーの機械的な遅延によりリレーの接点の実際の状態は開閉切換信号の変化から数ミリセカンド〜１５ミリセカンド程度遅れる。勿論、リレーの種類や駆動電圧、また、固体の性能誤差によってもこの遅延時間は異なる。一方、スイッチング信号発生手段３０は機械的な部品を使用していないが、ソフトスタート回路や内部回路の過渡的な状態変化により、動作指示信号の変化から数ミリセカンド程度遅延した後、実際に昇圧動作が開始される。この時間遅れはスイッチング信号発生手段３０に使用されている部品の性能誤差や内部にチャージされている電圧などでも変化する。

図５（２）に示すようにｔ１１で開閉切換信号がローレベルからハイレベルになると、リレー１２の機械的な遅延時間（例えば８ミリセカンド）が経過した後、ｔ１２でリレー１２の接点が閉となり、リアクタ１１の両端は短絡される。一方、図５（３）に示すようにｔ１１で動作指示信号がローレベルからハイレベルになると、スイッチング信号発生手段３０の内部回路の遅延時間（例えば１５ミリセカンド）が経過した後、ｔ１３でアクティブフィルタ８による昇圧動作が開始される。つまり、ｔ１２〜ｔ１３はパッシブフィルタ７もアクティブフィルタ８も動作しない期間であり、力率改善動作が行なわれない期間である。このため、図５（１）に示すように入力電流は平滑コンデンサ２０へ急激に流れ込むため、入力電流波形は急激な立ち上がりの後、急激な立ち下がりとなる。

前述したようにスイッチング信号発生手段３０は入力電流値によりスイッチング制御を行なっているため、この急激な入力電流の変化に対応した制御を開始する。ところが、この急激な入力電流の変化は過渡的な現象であるため、スイッチング信号発生手段３０はｔ１３以降でこの過渡的な現象が収束した後のスイッチング制御を行なう。しかしながら、スイッチング信号発生手段３０は、過渡的な入力電流の変化が大きいために電源装置１から出力する直流電圧の変動収束処理に時間がかかり、電源装置１から出力する直流電圧の変動を一時的に制御できなくなる。この結果、インバータ４へ供給する電圧が変動してモータ６の回転数が一時的に乱れてしまうという問題が発生する。

原因は力率改善がされない期間が発生することであるため、これを解消するためにパッシブフィルタ７とアクティブフィルタ８とを切り換える時は、図４で説明したように、それぞれの動作をオーバーラップさせる期間を設ける。つまり、切換判定手段４０は切換指示信号を指示信号発生手段５０に出力し、指示信号発生手段５０は、リレー１２で開閉を切り換える前にアクティブフィルタ８を動作させ、このアクティブフィルタ８の動作中にリアクタ１１を短絡／開放する開閉切換信号を出力する。

なお、図４における遅延時間Ａは、スイッチング制御手段２２の運転開始の過渡的な動作遅延時間よりも長い時間とする。また遅延時間Ｂは、リレー１２において閉から開になる時の遅延時間よりも長い時間とする。なお、これらの２つの遅延時間を図２のように１つの遅延手段５１で発生させる場合は、２つの遅延時間のうち長い方の時間を用いるとよい。

以上説明したパッシブフィルタ７とアクティブフィルタ８とを切り換えて動作させる電源装置１では背景技術で説明したように、アクティブフィルタ８の動作中にリレー１２が開のままとなる故障が問題となる。この実施例では図４で説明したようにｔ２１〜ｔ２３とｔ２４〜ｔ２６の期間は、意図的にアクティブフィルタ８の動作中にリレー１２を開に制御しているが、これらの期間は２０ミリセカンドと非常に短い時間であり、また、この期間が頻繁に現れることもないため、リアクタ１１の発熱も少ない。

ただし、アクティブフィルタ８の動作中にリレー１２が開のままとなる故障が発生し、数十分〜数時間の間、この状態が継続した場合はリアクタ１１が異常に発熱する場合がある。
図６はアクティブフィルタのみが動作している正常時と、これに加えてリレーが開となっている時の異常時の入力電流を示す説明図である。図６において縦軸は入力電流（瞬時電流）を、横軸は時間を表しており、交流電源３の周波数が５０ヘルツの場合の半周期の時間（１０ミリセカンド）における入力電流をグラフとして表している。なお、ｔ０〜ｔ１２は時刻を示す。

図６において、正常時の電流波形は異常時の電流波形に比較して傾きが急峻である。また、正常時の電流波形は異常時の電流波形に比較して電流のピークが高く、また、電流波形の時間幅（入力電流信号の信号時間幅）が短い。従って正常時の入力電流の変化と、予め定めた入力電流の変化の基準値との違いを検出することでリレー１２が閉とならない故障を検出することができる。つまり、単位時間における入力電流の変化（増減）の検出、ピーク電流値の検出、電流波形の信号時間幅の検出の３つの方法のいずれかでリレー１２が閉とならない故障を検出することができる。

図２におけるリレー故障検出手段６０は、単位時間における入力電流の変化（増減）を監視する手段である。なお、入力電流検出手段２３は０．５ミリセカンド毎に入力電流をサンプリングしているため、前述した単位時間はこのサンプリングの間隔時間となる。従って図６のｔ０〜ｔ１２のそれぞれの区間が単位時間となる。

電流変化値算出手段６１は、単位時間の間隔で入力された入力電流値を監視し、入力電流値が予め定めた測定開始閾値（５アンペア）を超えた時の１回目の入力電流値と単位時間が経過した２回目の入力電流値との値の差（絶対値）を電流変化値としてリレー故障判定手段６３へ出力する。

リレー故障判定手段６３は、図４（５）のｔ２３で開閉切換信号がローレベルからハイレベルとなってから２０ミリセカンドが経過、つまり、リレー１２の機械的な遅延時間（例えば８ミリセカンド）を超えてリレー１２の接点が閉となったと思われる時間に、電流変化値算出手段６１から出力される電流変化値と、電流変化基準値記憶手段６２が予め記憶している電流変化基準値とを比較し、入力された電流変化値が電流変化基準値よりも小さい場合はリレー１２の故障と判断し、スイッチング信号発生手段３０へハイレベルのリレー故障信号を出力する。

具体的には図６の正常時の入力電流波形において、電流変化値算出手段６１は、予め定めた測定開始閾値（５アンペア）を超えた７アンペアの入力電流がｔ１で入力されたため、この７アンペアを１回目の入力電流値とし、単位時間（０．５ミリセカンド）が経過したｔ２で入力された３４アンペアの入力電流値を２回目の入力電流値とし、１回目と２回目との差、つまり、２７アンペアを電流変化値として出力する。

一方、図６の異常時の入力電流波形において、電流変化値算出手段６１は、ｔ３で測定開始閾値（５アンペア）を超えた１１アンペアの入力電流が入力されたため、この１１アンペアを１回目の入力電流値とし、単位時間（０．５ミリセカンド）が経過したｔ４で入力された２１アンペアの入力電流値を２回目の入力電流値とし、１回目と２回目との差、つまり、１０アンペアを電流変化値として出力する。

電流変化基準値は１５アンペア（単位時間当たりの電流変化）として予め電流変化基準値記憶手段６２に記憶されている。従って、リレー故障判定手段６３は、算出された電流変化値（２７アンペア）がこの電流変化基準値（１５アンペア）以上の場合を正常とし、算出された電流変化値（１０アンペア）が電流変化基準値（１５アンペア）未満の場合を異常と判定する。
なお、図６では入力電流が増加傾向の時の電流変化値でリレー１２の故障検出を行なっているがこれに限るものでなく、入力電流が減少傾向の時の電流変化値で故障検出を行なってもよい。

図３はリレー故障検出手段の別の実施例を示すブロック図であり、図３（Ａ）はピーク電流の値でリレー１２の故障を検出するもの、図３（Ｂ）は電流波形の信号時間幅でリレー１２の故障を検出するものである。

図３（Ａ）のリレー故障検出手段７０は、単位時間毎にピーク電流を検出するピーク電流検出手段７１と、予め定めたピーク電流基準値（５０アンペア）を記憶するピーク電流基準値記憶手段７２と、検出したピーク電流値とピーク電流基準値とを比較して、開閉切換信号がハイレベルの時にリレー１２の故障を判定するリレー故障判定手段７３とを備えている。

図６においてピーク電流検出手段７１は正常時の電流波形において、単位時間毎の入力電流値がｔ２〜ｔ３で増加からｔ３〜ｔ４で減少に転じたため、ｔ３の入力電流値（５５アンペア）を検出ピーク電流値とする。一方、ピーク電流検出手段７１は異常時の電流波形において、同様にｔ７の入力電流値（３８アンペア）を検出ピーク電流値とする。リレー故障判定手段７３は、ｔ３の検出ピーク電流値（５５アンペア）がピーク電流基準値（５０アンペア）以上のため、リレー１２は正常であると判定する。また、リレー故障判定手段７３は、ｔ７の検出ピーク電流値（３８アンペア）がピーク電流基準値（５０アンペア）未満のため、リレー１２は異常であると判定する。

図３（Ｂ）のリレー故障検出手段８０は入力電流が、予め定めた測定開始閾値（５アンペア）を超えている時間（単位時間の倍数）、つまり電流波形の信号時間幅を検出する信号時間幅検出手段８１と、予め定めた信号時間幅基準値（３．５ミリセカンド）を記憶する信号時間幅基準値記憶手段８２と、検出した信号時間幅値と信号時間幅基準値とを比較して、開閉切換信号がハイレベルの時にリレー１２の故障を判定するリレー故障判定手段８３とを備えている。

図６において信号時間幅検出手段８１は正常時の電流波形において、入力電流が測定開始閾値を超えているｔ１〜ｔ６までの時間（２．５ミリセカンド）である信号時間幅を算出する。一方、信号時間幅検出手段８１は異常時の電流波形において、同様に入力電流が測定開始閾値を超えているｔ３〜ｔ１１までの時間（４ミリセカンド）である信号時間幅を算出する。

リレー故障判定手段８３は、正常時の電流波形で算出した信号時間幅（２．５ミリセカンド）が信号時間幅基準値（３．５ミリセカンド）未満のため、リレー１２は正常であると判定し、リレー故障判定手段８３は、異常時の電流波形で算出した信号時間幅（４ミリセカンド）が信号時間幅基準値（３．５ミリセカンド）以上のため、リレー１２は異常であると判定する。

以上説明したように、すでに電源装置１に備えられている入力電流検出手段２３が検出する入力電流の変化に基づいて、リレー故障検出手段６０がリレー１２の故障を検出するため、リアクタ１１を短絡するリレー１２の故障判定を安価に実現できる。
なお、リレー故障検出手段６０で電流変化値を用いて検出する方法は、電流波形の傾きで検出するため、比較的実現が容易である。
また、リレー故障検出手段７０でピーク電流を用いて検出する方法は、瞬時電流のサンプリング周期を短くすることにより、正確な検出を行なうことができる。
また、リレー故障検出手段８０で電流波形の信号時間幅を用いて検出する方法は、電流波形にサージノイズなどが有ったとしても電流波形の時間幅はほとんど影響を受けないため、比較的ノイズに強い検出方法である。

なお、本実施例ではインターリーブ方式のアクティブフィルタを用いた例を説明しているが、これに限るものでなく、逆流を防止するダイオードを備えたチョッパ方式であればどのようなアクティブフィルタであってもよい。

１ 電源装置
３ 交流電源
４ インバータ
５ インバータ制御手段
６ モータ
７ パッシブフィルタ
８ アクティブフィルタ
１１ リアクタ
１２ リレー
１３ 第１整流器
１４ インダクタ
１５ インダクタ
１６ スイッチング素子
１７ スイッチング素子
１８ ダイオード
１９ ダイオード
２０ 平滑コンデンサ
２１ 直流電圧検出手段
２２ スイッチング制御手段
２３ 入力電流検出手段
２４ 第２整流器
２５ 正極出力端
２６ 負極出力端
２７ 入力端
２８ 入力端
３０ スイッチング信号発生手段
４０ 切換判定手段
４１ 実効電流値算出手段
４２ 切換電流値記憶手段
４３ 選択手段
５０ 指示信号発生手段
５１ 遅延手段
５２ オア回路
５３ アンド回路
６０ リレー故障検出手段
６１ 電流変化値算出手段
６２ 電流変化基準値記憶手段
６３ リレー故障判定手段
７０ リレー故障検出手段
７１ ピーク電流算出手段
７２ ピーク電流基準値記憶手段
７３ リレー故障判定手段
８０ リレー故障検出手段
８１ 信号時間幅算出手段
８２ 信号時間幅基準値記憶手段
８３ リレー故障判定手段

Claims (1)

1. 入力された交流電源を整流する第１整流器と、前記交流電源の入力電流の瞬時値を検出する入力電流検出手段と、前記第１整流器の一方の出力端に直列に接続されたインダクタとダイオードと、前記インダクタを前記整流器の他方の出力端との間で短絡／開放するスイッチング素子と、前記ダイオードの出力端と前記整流器の他方の出力端との間に接続された平滑コンデンサとを備え、入力された動作指示信号によって動作／停止するアクティブフィルタを搭載し、負荷となる装置に直流電源を供給する電源装置であって、
   前記電源装置は、前記交流電源と前記第１整流器の入力端との間に直列に配置されたリアクタと、
   入力端が前記第１整流器の入力端に、出力端が前記平滑コンデンサの両端にそれぞれ接続された第２整流器とを備えたパッシブフィルタが設けられ、
   入力された開閉切換信号に従って前記リアクタの両端を短絡／開放するリレーと、
   前記電源装置にかかる負荷の値と予め定めた前記負荷の閾値とを比較し、前記負荷の値が前記閾値以上の場合に前記アクティブフィルタを、前記負荷の値が前記閾値未満の場合に前記アクティブフィルタを選択する切換指示信号を出力する切換判定手段と、
   前記切換指示信号に基づいて前記アクティブフィルタが選択された時、前記リレーへ前記リアクタを短絡させる閉を指示する前記開閉切換信号を出力すると共に、前記アクティブフィルタへ動作の開始を指示する前記動作指示信号を出力する指示信号発生手段と、
   前記アクティブフィルタ動作時における前記リアクタの両端が開放されている時の前記入力電流の変化と前記リアクタの両端が短絡されている時の前記入力電流の変化との違いを区別するために予め定めた基準値と前記開閉切換信号で閉を指示されている時に検出した前記入力電流の変化の値とを比較することにより、前記リレーの故障を検出するリレー故障検出手段とを備えていることを特徴とする電源装置。

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