JP2016158432A - 電力変換装置、アクティブフィルタ、及びモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源系統に流れる電流を適切に制御可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流電源１に接続される電力変換装置１０は、リアクトル３を介して交流電源１と接続するインバータ回路４と、交流電源１の各相の入力端子とインバータ回路４の直流側の接地端子との間に接続された分圧抵抗回路６と、分圧抵抗回路６で検出した任意の二相の検出電圧の差分を、任意の二相の線間電圧として求める差動アンプ７と、差動アンプ７で求めた任意の二相の線間電圧を用いて補正されたＰＷＭ制御信号に基づいてインバータ回路４をＰＷＭ制御する制御装置８とを備える。任意の二相の線間電圧にはリップル成分が含まれない。そのため、制御装置８は、この線間電圧を用いて補正されたＰＷＭ制御信号に基づいてインバータ回路４のＰＷＭ制御を行うことにより、交流電源系統に流れる電流を適切に制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源系統に接続される電力変換装置、高調波電流を抑制するアクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置に関する。

従来、交流電源系統に接続され、直流／交流変換又は交流／直流変換を行う電力変換装置は、蓄電装置、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）や、太陽光発電装置、風力発電装置などの再生可能エネルギー発電装置等に広く利用されている。通常、このような電力変換装置は、アクティブフィルタ機能や無効電流補正機能などを備えている。そのため、こうした電力変換装置の制御には、交流電源情報（例えば、相電圧、周波数、位相、相順などの情報）が必要である。

かかる交流電源情報の検出技術として、例えば、フォトカプラなど安価な回路で交流電圧のゼロクロスを検出し、交流電源の位相、周波数、相順などを推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この技術では交流電圧の瞬時値を検出することができないため、交流電源系統の電圧変動や三相不平衡など交流電源異常を検知することができない。
そこで、交流電圧の瞬時値を検出するために、絶縁型の電圧センサや小型の交流トランスを用いて、交流電圧を電圧信号に変換する技術も知られている。この技術では、電圧センサや交流トランスなどの部品コストが高くなるため、汎用製品には適用され難い。

また、部品コストを抑えた他の交流電源情報の検出技術として、三相簡易コンバータに適用する分圧抵抗回路によって三相交流の電源位相を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この技術では、三相交流電源の各相の電圧を検出する分圧抵抗回路による検出手段から得られた信号を用いて、直流側の正極／負極間に直列に接続された複数の平滑コンデンサの中点と三相交流電源の各相との間を開閉する双方向スイッチを制御することにより、電源電流の高調波成分を低減させている。なお、参考技術として、電力変換装置で駆動するモータの空転時の誘起電圧を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１２−１４３０９５号公報 特許第５１１９２２２号公報 特許第４４０６５５２号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術では、分圧抵抗回路で検出された電圧信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジから交流電源の位相、周波数、及び相順を推定することはできるが、交流電源の瞬時電圧などの情報を得ることはできない。そのため、電力変換装置の交流電圧の変動時においては、交流電源系統に流れる電流の制御を適切に行うことができない。
また、特許文献３に記載の技術では、モータの空転時において分圧抵抗回路で該モータの誘起電圧を検出することはできるが、インバータが動作中においてはモータの誘起電圧を検出することができない。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、交流電源系統に流れる電流を適切に制御可能な電力変換装置、高調波電流を抑制するアクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、多相交流（例えば、三相交流）の交流電源に接続され、交流／直流変換モードと直流／交流変換モードとを有するインバータ回路と、前記交流電源の各相の入力端子と前記インバータ回路の直流側の接地端子との間に接続され、該交流電源の各相の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出した任意の二相の検出電圧の差分を、該任意の二相の線間電圧として求める差分電圧演算手段と、前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧を用いて補正された制御信号（例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号）に基づいて、前記インバータ回路を制御する制御手段と、を備えることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、交流電源系統に流れる電流を適切に制御可能な電力変換装置を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成図である。 図１に示す制御装置の制御構成を示すブロック図である。 図２に示す電源情報演算部の制御構成を示すブロック図である。 図３に示す電源異常検出・記録部の制御構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の各部波形であり、（ａ）はＵ相電圧波形、（ｂ）はＵ相に対応する分圧抵抗回路６の中点の電圧波形、（ｃ）はＶ相に対応する分圧抵抗回路６の中点の電圧波形、（ｄ）は一対の差動アンプ７の各々から出力されるＵＶ間電圧信号Ｅ_ＵＶとＶＷ間電圧信号Ｅ_ＶＷ、（ｅ）は電源情報演算部１３の位相演算部２１から出力される位相演算値θ_Ｓの波形を示す。 本発明の第２実施形態に係るアクティブフィルタの構成図である。 本発明の第３実施形態に係るアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態に係る電力変換装置、アクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態では、説明を容易にするために、交流電源系統の相数として三相を代表的に例示して説明する。

《第１実施形態》
第１実施形態では、三相交流電源系統に連結される電力変換装置１０について説明する。
＜装置構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０の全体構成図である。
電力変換装置１０は、図１に示すように、三相で構成されたノイズフィルタ２と、三相の各線に直列に接続されたリアクトル３と、三相ブリッジ回路で構成された半導体スイッチング素子からなるインバータ回路４と、インバータ回路４の直流側の正極／負極間に接続された平滑コンデンサ５と、三相の各相電圧を検出する分圧抵抗回路（電圧検出手段）６と、分圧抵抗回路６で検出された任意の二相の電圧の差分を求める一対の差動アンプ（差分電圧演算手段）７と、インバータ回路４のＰＷＭ制御を行う制御装置（制御手段）８と、三相交流の各相の電流を検出する電流検出部１１と、を備えて構成されている。なお、電力変換装置１０の入力側は三相の交流電源１に接続され、電力変換装置１０の出力側は直流負荷又は直流電源（直流負荷／直流電源）９に接続されている。

インバータ回路４の動作モードとして、交流電源１から交流電力を受電して直流負荷／直流電源９に直流電力を供給する整流モード（交流／直流変換モード）と、直流負荷／直流電源９からの直流電力を逆変換して交流電源１へ交流電力を出力する回生モード（直流／交流変換モード）とがある。整流モードと回生モード（インバータモード）との動作モードの切り替えは、制御装置８からの制御信号によって実現される。なお、直流負荷／直流電源９における直流電源手段としては、例えば、図示しない太陽光発電設備や蓄電池などが適宜用いられる。

インバータ回路４は、６個の半導体スイッチング素子（本実施形態ではＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））と各半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとによって三相ブリッジ回路が構成されている。この三相ブリッジ回路は、三相の交流電源１に対応している。なお、各半導体スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードは、それぞれの半導体スイッチング素子のＯＦＦ時の転流用ダイオードであり、インバータ回路の公知の基本構成に属するものである。そのため、ダイオードについての詳細な説明は省略する。

平滑コンデンサ５は、インバータ回路４の直流側の直流電圧のリップルとサージ電圧を抑制するための要素である。

分圧抵抗回路６は、交流電源１の各相の入力端子とインバータ回路４の出力の直流側の負極端子（接地端子）との間に接続される。分圧抵抗回路６の各相の分圧抵抗の中点から検出される検出電圧（中点電圧）は、一対の差動アンプ７の各々で差分演算されて制御装置８に入力される。

制御装置８は、一対の差動アンプ７の各々で差分演算されて入力された差分電圧に基づいて、交流電源１の電圧、位相、周波数、相順などの電源電圧情報を算出する。ここで、分圧抵抗回路６における各相の分圧抵抗の分圧比は、各々の分圧抵抗の中点から検出される中点電圧が差動アンプの入力範囲（例えば、０Ｖ〜１５Ｖ）内に収束するように調整すればよい。本実施形態では、一対の差動アンプ７のそれぞれに入力される中点電圧は、Ｕ相とＶ相、及びＶ相とＷ相の各中点電圧であるが、これに限らず、任意の二相で検出した中点電圧を用いてもよい。

制御装置８としては、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算処理装置が好適に用いられる。制御装置８に内蔵されるサンプリングホールド回路とＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部などにより、一対の差動アンプ７に入力された各中点電圧はデジタル信号に変換される。本実施形態では、制御装置８及び一対の差動アンプ７の電源の負極側の電位は、インバータ回路４の直流側の接地端子と同電位にしてあるため、各検出信号（各中点電圧）の電気絶縁対策はなくてもよい。
なお、本実施形態において、実際の電力変換用途に応じて、インバータ回路４の直流側の直流電圧などを検出する必要がある場合、適宜に分圧抵抗等を追加して検出すればよい。

＜制御の説明＞
図２は、図１に示す制御装置８の制御構成を示すブロック図である。
図２に例示する制御装置８は、演算処理装置が所定のプログラムを実行することで、ｄｑベクトル制御により、インバータ回路４の回生モード（つまり、インバータモード）における交流電圧指令信号を演算し、該インバータ回路４の各半導体スイッチング素子をスイッチング制御するためのＰＷＭ制御信号を生成するように動作する。ただし、制御装置８は、ｄｑベクトル制御以外に、同様な機能を実現できる他の制御方式で構成してもよい。すなわち、例えば、無停電電源装置のインバータ回路で汎用されているような制御方式、つまり、ベクトル変換を行わないで、検出した電圧信号と三角波又は鋸歯状波のキャリア波形と比較して直接制御信号を生成するような制御方式の構成であってもよい。

詳しく述べると、制御装置８は、図２に示すように、電源情報演算部１３と、３相／２軸変換部１４と、電圧制御部１５と、２軸／３相変換部１６と、ＰＷＭ制御部１７とを備えて構成されている。

電源情報演算部１３は、交流電圧検出信号である交流電圧の差分信号（Ｅ_ＵＶ、Ｅ_ＶＷ）を入力して、種々の交流電圧情報（電源電圧情報）を演算する。すなわち、電源情報演算部１３は、電源電圧位相（θｓ）を演算して３相／２軸変換部１４及び２軸／３相変換部１６へそれぞれ出力し、電源周波数（ｆｓ）を演算して電圧制御部１５へ出力し、さらに、三相電圧（Ｅ_Ｕ ，Ｅ_Ｖ ，Ｅ_Ｗ ）を演算して電圧制御部１５へ出力する。また、電源情報演算部１３は、電源異常を検知した場合は電源異常検知信号をＰＷＭ制御部１７へ出力する。

３相／２軸変換部１４は、三相交流系統の各相の電流検出部１１で検出された三相電流の交流電流検出信号（Ｉ_Ｕ ，Ｉ_Ｖ ，Ｉ_Ｗ ）と、電源情報演算部１３で演算された電源電圧位相（θｓ）とに基づいて、ｄ軸電流Ｉ_ｄとｑ軸電流Ｉ_ｑとを、下記の式（１）及び式（２）に基づいて演算する。式（１）は、３相／２軸変換の演算式を表し、式（２）は回転座標系への変換の演算式を表している。

式（１）

式（２）

電圧制御部１５は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^*及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^*と、３相／２軸変換部１４で求められたｄ軸電流検出値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流検出値Ｉ_ｑと、電源情報演算部１３で求められた電源周波数（ｆｓ）及び三相電圧（Ｖｓ；Ｅ_Ｕ ，Ｅ_Ｖ ，Ｅ_Ｗ ）とを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^*を演算して２軸／３相変換部１６へ出力する。

２軸／３相変換部１６は、電圧制御部１５で求められたｄｑ軸の電圧指令値（つまり、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^*）と、電源情報演算部１３で求められた電源電圧位相（θｓ）とを用いて、下記の式（３）及び式（４）に基づいて、三相電圧指令値（Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊）を算出してＰＷＭ制御部１４へ出力する。なお、式（３）は、回転座標系から固定座標系への変換の演算式を表す。また、式（４）は、２軸／３相変換の演算式を表す。

式（３）

式（４）

ＰＷＭ制御部１７は、２軸／３相変換部１６からの三相電圧指令値（Ｖ_Ｕ ^＊，Ｖ_Ｖ ^＊，Ｖ_Ｗ ^＊）と三角波又は鋸歯状波のキャリア波とに基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、インバータ回路４の各半導体スイッチング素子をインバータモードでスイッチングさせ、該インバータ回路４をＰＷＭ駆動させる。また、ＰＷＭ制御部１７は、電源情報演算部１３からの電源異常検知信号を用いて、ＰＷＭ制御信号の出力を停止させる。

＜電源情報演算の説明＞
図３は、図２に示す電源情報演算部１３の制御構成を示すブロック図である。
電源情報演算部１３は、図３に示すように、一対のＡ／Ｄ変換部２０、位相演算部２１、相電圧演算部２２、電源異常検出・記録部２３、及び周波数演算部２４を備えて構成されている。

一対のＡ／Ｄ変換部２０は、一対の差動アンプ７のそれぞれから入力される交流電圧の差分信号（ＵＶ間電圧信号Ｅ_ＵＶ及びＶＷ間電圧信号Ｅ_ＶＷ）をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を位相演算部２１、相電圧演算部２２、及び電源異常検出・記録部２３へ出力する。

位相演算部２１は、交流電圧の差分信号（Ｅ_ＵＶ，Ｅ_ＶＷ）のデジタル信号に基づいて、電源電圧位相（θｓ）を演算し、この電源電圧位相（θｓ）を２軸／３相変換部１６と３相／２軸変換部１４へ出力するとともに、この電源電圧位相（θｓ）を周波数演算部２４へ出力する。位相演算部２１が電源電圧位相（θｓ）を演算する際の計算式を下記の式（５）に示す。

式（５）

相電圧演算部２２は、交流電圧の差分信号（Ｅ_ＵＶ，Ｅ_ＶＷ）のデジタル信号に基づいて三相電圧（Ｅ_Ｕ ，Ｅ_Ｖ ，Ｅ_Ｗ ）を演算し、この三相電圧（Ｅ_Ｕ ，Ｅ_Ｖ ，Ｅ_Ｗ ）を電圧制御部１５へ出力する。相電圧演算部２２が三相電圧（Ｅ_Ｕ ，Ｅ_Ｖ ，Ｅ_Ｗ ）を演算する際の計算式を下記の式（６）に示す。
なお、電源異常検出・記録部２３について、詳しくは後記する。

式（６）

周波数演算部２４は、位相演算部２１で演算された電源電圧位相（θｓ）に基づいて、電源周波数（ｆｓ）を演算し、この電源周波数（ｆｓ）を電圧制御部１５へ出力する。
具体的には、周波数演算部２４は、位相の微分（差分）から下記の式（７）を用いて電源周波数（ｆｓ）を算出する。ここで、θｓ１とθｓ０はそれぞれ今回と前回の位相値であり、Δｔは位相演算の時間間隔である。また、演算された電源周波数（ｆｓ）の正負により、三相電源の相順を判定することができる。
式（７） ｆｓ＝（θｓ１−θｓ０）／Δｔ

図４は、図３に示す電源異常検出・記録部２３の制御構成を示すブロック図である。
電源異常検出・記録部２３は、図４に示すように、振幅演算部３０、不平衡演算部３１、異常判定部３２、バッファメモリ３３、及び不揮発性メモリ３４を備えて構成されている。電源異常検出・記録部２３では、交流電圧の差分信号（Ｅ_ＵＶ，Ｅ_ＶＷ）が振幅演算部３０と不平衡演算部３１とに入力されると、これらの振幅演算部３０と不平衡演算部３１とによって交流電圧の振幅値と相電圧の不平衡率とが算出される。

異常判定部３２は、振幅演算部３０と不平衡演算部３１とで算出された交流電圧の振幅値と不平衡率とに基づいて、交流電源１の電圧変動（例えば、瞬時停電や電源電圧の急上昇）、電源電圧の不平衡、及び三相のうちのいずれかの相の欠相を検出し、電源異常検知信号（交流電源異常情報）をＰＷＭ制御部１７へ出力する。ＰＷＭ制御部１７は、電源異常検知信号を受信すると、直ちに、ＰＷＭ制御信号の出力を停止させインバータ回路４の動作を停止させることにより、電力変換装置１０を保護するように動作する。

電源異常検出・記録部２３は、電源異常の前後の電源電圧の検出信号を記録するために、制御装置８のメモリの一部をバッファメモリ３３として、その検出信号を一時的に保存する。すなわち、バッファメモリ３３は交流電圧の差分信号（Ｅ_ＵＶ，Ｅ_ＶＷ）を常時入力し、異常判定部３２が電源異常を検知した場合は、バッファメモリ３３から不揮発性メモリ３４（フラッシュメモリ）へデータを書き込み、電源異常の履歴（交流電源変化情報）を保存する。このような機能を有することにより、保存された異常履歴の内容から電力変換装置１０の電源異常の追跡調査などを行うことができる。

図５は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の各部波形である。図５に示す各波形図において、横軸は時間軸を表し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の縦軸は電圧レベル、（ｄ）の縦軸は位相を表している。

図５に示すように、（ａ）は交流電源１のＵ相電圧Ｖu４０、（ｂ）はＵ相に対応する分圧抵抗回路６の中点電圧４１、（ｃ）はＶ相に対応する分圧抵抗回路６の中点電圧４２、（ｄ）は一対の差動アンプ７からそれぞれ出力されるＵＶ間電圧信号Ｅ_ＵＶ４３及びＶＷ間電圧信号Ｅ_ＶＷ４４、（ｅ）は位相演算部２１から出力される位相演算値（つまり、電源電圧位相）θ_Ｓの波形であり、いずれの波形も時間的な推移を示している。なお、時間軸の０．２ｓより前はインバータ回路４のインバータモードが動作を停止し、０．２ｓ以降はインバータモードが動作を開始している状態を示している。

図５に示すように、インバータ回路４のインバータモードが動作を開始した後（つまり、０．２ｓ以降）には、Ｕ相、Ｖ相に対応する分圧抵抗回路６の中点電圧４１、４２にはリップル成分が現れている。このリップル成分は、インバータ回路４がＰＷＭ制御でスイッチング動作を行っているために、インバータ回路４の各半導体スイッチング素子の通電状態によって直流側の負極（接地）電位が変動していることに起因している。

ところが、各相に対応する分圧抵抗回路６の一端はインバータ回路４の直流側の負極（接地）ラインと繋がっているため、分圧抵抗回路６のＵ相、Ｖ相の各分圧抵抗の中点電圧のリップル成分の大きさは同じである。そのため、差動アンプ７で２相分（つまり、Ｕ相とＶ相）の分圧抵抗の中点電圧を差分処理すれば、差動アンプ７はリップル成分の影響を除去した線間電圧信号（ＵＶ間電圧信号Ｅ_ＵＶ４３，ＶＷ間電圧信号Ｅ_ＶＷ４４）を出力することができる。

すなわち、図５（ｄ）に示すように、一対の差動アンプ７でそれぞれ処理された線間電圧信号（ＵＶ間電圧信号Ｅ_ＵＶ４３及びＶＷ間電圧信号Ｅ_ＶＷ４４）には、インバータモードが動作を開始している０．２ｓ以降においてもリップル成分が殆どなく、電源情報演算部１３の位相演算部２１で演算された電源電圧位相θ_Ｓ４５への影響もないことがわかる。

以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０では、電圧検出手段（分圧抵抗回路６）は、各相の交流電圧を検出する。差分電圧演算手段（差動アンプ７）は、検出された２つの相の検出電圧を比較することにより、リップル成分の影響が除去された線間電圧を出力する。制御手段（制御装置８）は、差動アンプ７が出力した線間電圧を用いて補正されたＰＷＭ制御信号に基づいて、インバータ回路４のＰＷＭ制御を行う。これにより、仮に、交流電源１の交流電圧が変動したとしても、交流電源系統に流れる高調波電流を適切に抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０によれば、絶縁型の電圧センサや小型の交流トランスなどの部品を要することなく、交流電源系統に流れる高調波電流を適切に抑制することができるため、アクティブフィルタ機能を有する電力変換装置のコスト低減及び信頼性向上を両立させることができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０では、電圧検出手段として機能する分圧抵抗回路６は、各相の分圧抵抗の比によって各相の検出電圧を検出する。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０によれば、簡易な構成をもって、交流電源１の各相の検出電圧を得ることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０では、差分電圧演算手段として機能する差動アンプ７は、分圧抵抗回路６の任意の二相の各々の分圧抵抗比で案分した電圧を任意の二相の検出電圧として入力し、入力された任意の二相の検出電圧の差分から任意の二相の線間電圧を求める。
したがって、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０によれば、簡易な構成をもって、交流電源１の任意の二相の線間電圧を得ることができる。

また、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０では、制御装置（制御手段）８が備える電源情報演算部１３は、差動アンプ７で求めた任意の二相の線間電圧から、交流電源１の周波数、位相、相順、及び各相電圧を含む交流電源情報を算出する。制御装置（制御手段）８は、この交流電源情報に基づいて、インバータ回路４の電圧又は電流の制御を行う。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０によれば、時々刻々と変動する交流電源情報に基づいて、インバータ回路４の電圧又は電流を適切に制御することができる。

また、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０では、電源情報演算部１３は電源異常検出・記録部２３を備え、この電源異常検出・記録部２３は、差動アンプ７で求めた任意の二相の線間電圧から、交流電源１の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常情報を検知する。制御装置（制御手段）８は、この交流電源異常情報に基づいて、ＰＷＭ制御信号の出力を停止することにより、インバータ回路４を保護する。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０によれば、仮に、交流電源１の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常が生じた場合でも、インバータ回路４を保護することができる。

また、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０では、電源異常検出・記録部２３は、前記交流電源異常情報を検知した時点前後の交流電源１の周波数、位相、及び電圧を含む交流電源変化情報を不揮発性メモリ３４に記憶する機能を有する。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０によれば、仮に、交流電源１の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常が生じた場合でも、その異常が生じた時点前後の交流電源１の周波数、位相、及び電圧を含む交流電源変化情報に基づいて、異常が生じた経緯を把握することができる。

《第２実施形態》
（アクティブフィルタ）
第１実施形態では、交流電源系統に接続される電力変換装置について説明したが、第２実施形態では、高調波電流を抑制するアクティブフィルタの構成について説明する。
第２実施形態に係るアクティブフィルタでは、交流電源系統から負荷に電力を供給している。この負荷に並列に接続されるアクティブフィルタは、負荷電流の高調波成分だけを補正するため、インバータ回路４は小容量の半導体スイッチング素子及びダイオードで構成すればよい。

図６は、本発明の第２実施形態に係るアクティブフィルタの構成図である。基本的には、図１の電力変換装置１０と図６のアクティブフィルタ５０とは同じ回路構成であるため、同一部品間で共通の符号を付すことにする。

すなわち、図６に示すアクティブフィルタ５０は、交流電源１から負荷５２に流れる入力電流に含まれる高調波成分を相殺する補償電流を出力する機能を有する装置であり、交流電源１と並列に接続されている。このアクティブフィルタ５０は、図１の電力変換装置１０とほぼ同様の回路構成になっている。そのため、アクティブフィルタ５０について、重複する説明は省略する。
また、アクティブフィルタ５０の出力電流には有効電流成分が殆んど含まれない。そのため、インバータ回路の直流側には、直流負荷／直流電源は不要であり、直流側には平滑コンデンサ５のみが接続されている。この平滑コンデンサ５の両端電圧は、分圧抵抗５３の中点電圧として検出され、直流電圧（Ｅｄ）として制御装置８へ入力される。

この第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、分圧抵抗回路６と一対の差動アンプ７を用いて交流電圧信号（Ｖ_Ｕ ，Ｖ_Ｖ ，Ｖ_Ｗ ）を検出する。検出された交流電圧信号は、制御装置８に入力されて、第１実施形態と同様に、制御装置８の内部で電源電圧、位相、周波数、相順を算出して、ＰＷＭ制御及び電源異常の保護処理が行われる。
第２実施形態に係るアクティブフィルタ５０によれば、安価な分圧抵抗回路６と一対の差動アンプ７で交流電圧を検出して、交流電源系統に流れる高調波電流の抑制を行うため、アクティブフィルタのコスト低減及び信頼性向上を両立させることができる。

《第３実施形態》
（モータ駆動装置）
第３実施形態では、第２実施形態に係るアクティブフィルタ５０を備えたモータ駆動装置について説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係るアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置の構成図である。空気調和機や冷凍機などの冷凍装置２００は、空気温度を調和する装置であり、室外機２１０と室内機２１１とを冷媒配管２０６を介して接続して構成されている。

室内機２１１は、冷媒と空気間の熱交換を行う室内熱交換器２０１と、この室内熱交換器２０１に空気を送風する室内ファン２０３とを備える。
室外機２１０は、冷媒と空気間の熱交換を行う室外熱交換器２０２と、この室外熱交換器２０２に空気を送風する室外ファン２０４と、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機２０５とを備える。
圧縮機２０５は、その内部に、圧縮機構部（図示せず）と圧縮機用モータ２０７とを備える。

圧縮機用モータ２０７は、モータ駆動装置１００によって駆動される。モータ駆動装置１００は、図７に示すように、アクティブフィルタ５０及びモータ駆動回路１０１を備えて構成されている。アクティブフィルタ５０は、図６に示す第２実施形態に係るアクティブフィルタ５０と共通の回路構成であり、かつ、交流電源１に並列接続された構成となっている。このアクティブフィルタ５０は、電流センサ５１を介して、負荷（モータ駆動回路１０１）に流れる交流電流（Ｉ_Ｕ ，Ｉ_Ｖ ）を検出し、この交流電流に含まれる高調波を抑制（相殺）するための補償電流を発生させることにより、交流電源系統に流れる電流の高調波成分を抑制するように動作する。

モータ駆動回路１０１は、交流／直流変換を行う整流回路１０２、及び直流／交流変換を行うインバータ１０３を備えて構成される。モータ駆動回路１０１は、圧縮機用モータ２０７を駆動するための電源手段として機能する。

第３実施形態に係るモータ駆動装置１００によれば、第２実施形態に係るアクティブフィルタ５０を採用することにより、モータ駆動装置１００に流れる交流電流の高調波成分を電源高調波規制値以下に抑えることができる。また、アクティブフィルタ５０は、モータ駆動装置１００への電力供給を行うことがないため、小型かつ低コストで実現することができる。
また、第３実施形態に係るモータ駆動装置１００を備える冷凍装置２００によれば、第２実施形態に係るアクティブフィルタ５０を採用することにより、冷凍装置２００に流れる交流電流の高調波成分を電源高調波規制値以下に抑えることができる。また、アクティブフィルタ５０は、冷凍装置２００への電力供給を行うことがないため、小型かつ低コストで実現することができる。

〔その他の実施形態〕
以上説明した本発明に係る電力変換装置、アクティブフィルタ、及びこのアクティブフィルタを備えたモータ駆動装置、並びに冷凍装置の各実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

本発明に係る電力変換装置は、高調波電流対策を施した蓄電装置、無停電電源装置、太陽光発電装置、及び風力発電装置などに広く利用することができる。また、本発明に係るアクティブフィルタは、既設の交流電源で駆動されている各種機器（モータ駆動装置や冷凍装置など）に取り付けて高調波電流対策を行うことができる。

１ 交流電源
２ ノイズフィルタ
３ リアクトル
４ インバータ回路
５ 平滑コンデンサ
６ 分圧抵抗回路（電圧検出手段）
７ 差動アンプ（差分電圧演算手段）
８ 制御装置（制御手段）
９ 直流負荷／直流電源
１０ 電力変換装置
１１ 電流検出部
１３ 電源情報演算部
１４ ３相／２軸変換部
１５ 電圧制御部
１６ ２軸／３相変換部
１７ ＰＷＭ制御部
２０ Ａ／Ｄ変換部
２１ 位相演算部
２２ 相電圧演算部
２３ 電源異常検出・記録部
２４ 周波数演算部
３０ 振幅演算部
３１ 不平衡演算部
３２ 異常判定部
３３ バッファメモリ
３４ 不揮発性メモリ
４０ Ｕ相電圧波形（Ｖｕ）
４１ Ｕ相に対応する分圧抵抗回路の中点電圧波形
４２ Ｖ相に対応する分圧抵抗回路の中点電圧波形
４３ ＵＶ間電圧信号波形（Ｅｕｖ）
４４ ＶＷ間電圧信号波形（Ｅｖｗ）
４５ 演算された電源位相波形（θs）
５０ アクティブフィルタ
５１ 電流センサ
５２ 負荷
５３ 分圧抵抗
１０１ モータ駆動装置（モータ駆動基板）
１０２ 整流回路
１０３ インバータ
２００ 冷凍装置
２０１ 室内熱交換器
２０２ 室外熱交換器
２０３ 室内ファン
２０４ 室外ファン
２０５ 圧縮機
２０６ 配管
２０７ 圧縮機用モータ
２１０ 室外機
２１１ 室内機

Claims (9)

1. 多相交流の交流電源に接続され、交流／直流変換モードと直流／交流変換モードとを有するインバータ回路と、
   前記交流電源の各相の入力端子と前記インバータ回路の直流側の接地端子との間に接続され、該交流電源の各相の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段で検出した任意の二相の検出電圧の差分を、該任意の二相の線間電圧として求める差分電圧演算手段と、
   前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧を用いて補正された制御信号に基づいて、前記インバータ回路を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記電圧検出手段は、前記交流電源の各相の入力端子と前記インバータ回路の直流側の接地端子との間に接続される分圧抵抗回路であり、
   この分圧抵抗回路は、各相の分圧抵抗の比によって各相の検出電圧を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記差分電圧演算手段は差動アンプであり、
   この差動アンプは、前記分圧抵抗回路の任意の二相の各々の分圧抵抗比で案分した電圧を任意の二相の検出電圧として入力し、入力された任意の二相の検出電圧の差分から任意の二相の線間電圧を求めることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御手段は電源情報演算部を備え、
   この電源情報演算部は、前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧から、前記交流電源の周波数、位相、相順、及び各相電圧を含む交流電源情報を算出し、
   前記制御手段は、この交流電源情報に基づいて、前記インバータ回路の電圧及び電流の少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記電源情報演算部は電源異常検出・記録部を備え、
   この電源異常検出・記録部は、前記差分電圧演算手段で求めた任意の二相の線間電圧から、前記交流電源の欠相、交流電圧の急変動、及び三相不平衡を含む交流電源異常情報を検知し、
   前記制御手段は、この交流電源異常情報に基づいて前記制御信号の出力を停止することにより、前記インバータ回路を保護することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記電源異常検出・記録部は、前記交流電源異常情報を検知した時点前後の交流電源の周波数、位相、及び電圧を含む交流電源変化情報を不揮発性メモリに記憶する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置と共通の構成を備え、
   負荷へ電力を供給する交流電源に並列に接続され、この交流電源に流れる高調波電流を抑制するための補償電流を発生する機能を有することを特徴とするアクティブフィルタ。
8. 交流電源から受電し、交流／直流変換を行う整流回路及び直流／交流変換を行うインバータを備えてモータを駆動させるモータ駆動回路と、
   前記モータ駆動回路に並列接続され、該モータ駆動回路の入力電流に含まれる高調波を抑制するための補償電流を発生するアクティブフィルタと、を備え、
   前記アクティブフィルタは、請求項７に記載のアクティブフィルタであることを特徴とするモータ駆動装置。
9. 冷媒を圧縮する圧縮機構部、及び当該圧縮機構部を駆動する圧縮機用モータを備える圧縮機に用いられるモータ駆動装置であって、
   前記圧縮機用モータは、前記モータ駆動装置により駆動され、
   前記モータ駆動装置は、請求項８に記載のモータ駆動装置であることを特徴とするモータ駆動装置。

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