JP2017195706A - 三相電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三相電力変換装置において、より効果的に力率改善を図る。
【解決手段】三相電力変換装置１の制御部１１は、入力電流検出部１４により検出された入力電流値が所定の電流値以上の場合、３組の二相線間を短絡及び開放するようにスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２を制御する。一方、制御部１１は、入力電流値が所定の電流値未満の場合、３組のうちの２組の二相線間を短絡及び開放するようにスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２を制御する。
【選択図】図６Ｂ

Description

本発明は、三相電力変換装置に関する。

空気調和装置等の三相電力変換装置の入力電流に含まれる高調波電流は、電力系統に障害を与えるため、高調波電流を抑制する必要がある。三相電力変換装置は、この高調波電流を抑制するために、力率改善機能を備える。

例えば、入力が三相交流電源の三相電力変換装置における三相交流電源を整流して直流電圧に変換する整流回路は、一対のダイオードを直列接続してなる３つの直列回路を有し、これら直列回路の各ダイオードの相互接続点が三相交流電源の各相に接続され、この整流回路の出力端に平滑コンデンサが接続される。この整流回路では、力率改善と、入力電流に含まれる高調波成分の抑制のため、各相の入力側にリアクトルが設けられるとともに、これらリアクトルに対する短絡路形成用の複数のスイッチング素子が各ダイオードに並列に接続され、これらスイッチング素子をスイッチングすることにより、入力電流波形を正弦波に追従させる三相アクティブフィルタが採用されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、スイッチング素子のスイッチングにより入力電流波形を正弦波に追従させることができても、スイッチングに伴うノイズが入力電流に重畳してしまうという問題が生じるが、特許文献１では、各相の半サイクルを３等分（前縁側、中間、後縁側）し、中間期間ではスイッチングをさせず、また、負荷の大きさに応じて電源半周期におけるスイッチング回数の総数を変えずに前縁側と後縁側でのスイッチングの回数の比を変えてスイッチングさせている。

特開２０１３−１１０７８５号公報

しかしながら、特許文献１は、１相で見ると中間期間でのスイッチングが行われないが、その期間、他相ではスイッチングが行われる。また、負荷の大小によってスイッチングの回数の総数を変えるものではないため、更にスイッチングの回数を減らして高調波電流が抑制でき、より効果的に力率改善を図ることが望まれている。

本願が開示する技術は、上述に鑑みてなされたものであり、三相電力変換装置において、より効果的に力率改善を図ることを目的とする。

本願の開示の技術の一例は、例えば、三相電力変換装置の制御部は、入力電流検出部により検出された入力電流値が所定の電流値以上の場合、３組の二相線間を所定の期間毎に順番に短絡及び開放するようにスイッチング素子を制御し、該入力電流値が前記所定の電流値未満の場合、２組の二相線間を短絡及び開放するようにスイッチング素子を制御する。

本願が開示する技術によれば、例えば、三相電力変換装置において、高周波電流を抑制し、より効果的に力率改善を図ることができる。

図１は、実施形態に係る三相電力変換装置を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係るルックアップテーブルを示す図である。 図３Ａは、実施形態に係る基準電流値を示す図である。 図３Ｂは、実施形態に係る基準電流値とヒステリシスを示す図である。 図４は、実施形態に係る制御部の動作を説明するための概略的波形図及びタイムチャートである。 図５Ａは、実施形態に係る三相スイッチング制御の概要を説明するためのタイムチャートである。 図５Ｂは、実施形態に係る二相スイッチング制御の概要を説明するためのタイムチャートである。 図６Ａは、実施形態に係るスイッチング制御処理を示すフローチャートである。 図６Ｂは、実施形態に係るスイッチング制御処理におけるスイッチング相決定処理１のサブルーチンを示すフローチャートである。 図６Ｃは、実施形態に係るスイッチング制御処理におけるスイッチング相決定処理２のサブルーチンを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して開示の技術に係る三相電力変換装置の実施形態について説明する。以下の実施形態は、例えば空気調和装置又は低温保存装置等の機器のモータに電力を供給する三相電力変換装置に関する。しかし、開示の技術は、機器のモータに電力を供給する三相電力変換装置に広く適用可能である。

なお、以下に示す実施形態は、開示の技術を限定するものではない。また、以下に示す実施形態及びその変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることができる。また、以下に示す実施形態は、開示の技術に係る構成及び処理について主に示し、その他の構成及び処理の説明を簡略又は省略する。また、各実施形態において、同一の構成及び処理には同一の符号を付与し、既出の構成及び処理の説明は省略する。

［実施形態］
（三相電力変換装置について）
図１は、実施形態に係る三相電力変換装置を示す図である。実施形態に係る三相電力変換装置１は、コンバータ２と制御回路１０で構成する。

図１に示すように、入力電源である三相交流電源１００にコンバータ２が接続され、コンバータ２は、入力された三相交流を整流し、力率改善と昇圧を行った出力電圧（後述の平滑コンデンサＣ１の両端に生じる直流電圧）をインバータ３へ供給する。

三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相、Ｔ相は、それぞれコンバータ２の入力であるＲ、Ｓ、Ｔに接続される。

コンバータ２の入力された三相交流のグランド線には、電流センサＣＴ２が設けられ、電流センサＣＴ２の出力は後述の制御回路１０の入力電流検出部１４に接続され、入力電流検出部１４により三相交流の入力電流Ｉ_３が検出される。

コンバータ２は、Ｒ相の要素として、リアクトルＬ２１、ダイオードＤ２１１、スイッチング素子Ｓ２１１、ダイオードＤ２１２、スイッチング素子Ｓ２１２を有する。

ダイオードＤ２１１とＤ２１２は、一対の直列接続した整流子でダイオードＤ２１１のアノードとダイオードＤ２１２のカソードが接続されている。リアクトルＬ２１は、一端が三相交流電源１００のＲ相に接続され、他端がダイオードＤ２１１とＤ２１２の接続点に接続されている。また、リアクトルＬ２１の一端は、後述の制御回路１０のゼロクロス検出部１２と接続され、ゼロクロス検出部１２によりＲ相電圧のゼロクロス点が検出される。

リアクトルＬ２１の他端は、後述の制御回路１０の入力電圧検出部１３と接続され、入力電圧検出部１３によりリアクトルＬ２１の他端におけるＲ相電圧Ｖ_Ｒが検出される。また、リアクトルＬ２１の他端は、電流センサＣＴ２１を介して後述の制御回路１０の入力電流検出部１４に接続され、入力電流検出部１４によりＲ相電流Ｉ_Ｒが検出される。

また、コンバータ２は、Ｓ相の要素として、リアクトルＬ２２、ダイオードＤ２２１、スイッチング素子Ｓ２２１、ダイオードＤ２２２、スイッチング素子Ｓ２２２を有する。

ダイオードＤ２２１とＤ２２２は、一対の直列接続した整流子でダイオードＤ２２１のアノードとダイオードＤ２２２のカソードが接続されている。リアクトルＬ２２は、一端が三相交流電源１００のＳ相に接続され、他端がダイオードＤ２２１とＤ２２２の接続点に接続されている。また、リアクトルＬ２２の一端は、後述の制御回路１０のゼロクロス検出部１２と接続され、ゼロクロス検出部１２によりＳ相電圧のゼロクロス点が検出される。

リアクトルＬ２２の他端は、後述の制御回路１０の入力電圧検出部１３と接続され、入力電圧検出部１３によりリアクトルＬ２２の他端におけるＳ相電圧Ｖ_Ｓが検出される。また、リアクトルＬ２２の他端は、電流センサＣＴ２２を介して後述の制御回路１０の入力電流検出部１４に接続され、入力電流検出部１４によりＳ相電流Ｉ_ｓが検出される。

また、コンバータ２は、Ｔ相の要素として、リアクトルＬ２３、ダイオードＤ２３１、スイッチング素子Ｓ２３１、ダイオードＤ２３２、スイッチング素子Ｓ２３２を有する。

ダイオードＤ２３１とＤ２３２は、一対の直列接続した整流子でダイオードＤ２３１のアノードとダイオードＤ２３２のカソードが接続されている。リアクトルＬ２３は、一端が三相交流電源１００のＴ相に接続され、他端がダイオードＤ２３１とＤ２３２の接続点に接続されている。また、リアクトルＬ２３の一端は、後述の制御回路１０のゼロクロス検出部１２と接続され、ゼロクロス検出部１２によりＴ相電圧のゼロクロス点が検出される。

リアクトルＬ２３の他端は、後述の制御回路１０の入力電圧検出部１３と接続され、入力電圧検出部１３によりリアクトルＬ２３の他端におけるＴ相電圧Ｖ_Ｔが検出される。また、リアクトルＬ２３の他端は、電流センサＣＴ２３を介して後述の制御回路１０の入力電流検出部１４に接続され、入力電流検出部１４によりＴ相電流Ｉ_Ｔが検出される。

各ダイオードＤ２１１〜Ｄ２３２には、各ダイオードＤ２１１〜Ｄ２３２をそれぞれ短絡するスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２が、各ダイオードＤ２１１〜Ｄ２３２に流れる順方向電流と逆方向の電流が流れる方向に接続されている。スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子である。スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２がオンされると、並列に接続されているダイオードＤ２１１〜Ｄ２３２が短絡される。

また、ダイオードＤ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１は各々のカソードが接続され、その接続点には、リアクトルＬ４の一端が接続され、リアクトルＬ４の他端（すなわち正出力Ｐ側）は平滑コンデンサＣ１の一端に接続されるとともにインバータ３へ接続される。ダイオードＤ２１２、Ｄ２２２、Ｄ２３２は各々のアノードとＣ１の他端が接続され、その接続点（すなわち負出力Ｎ側）は接地される。

コンバータ２の正出力Ｐ及び負出力Ｎは、インバータ３に接続されるとともに、後述の直流電圧検出部１６と接続されて、コンバータ２から出力される直流電圧を検出する。

インバータ３は、三相電力変換装置１で生成された直流電圧をＵＶＷの三相の交流電力に変換してモータへ供給するもので、Ｕ相の要素として、スイッチング素子Ｓ４１、ダイオードＤ４１、スイッチング素子Ｓ４２、ダイオードＤ４２を有し、Ｖ相の要素として、スイッチング素子Ｓ５１、ダイオードＤ５１、スイッチング素子Ｓ５２、ダイオードＤ５２を有し、Ｗ相の要素として、スイッチング素子Ｓ６１、ダイオードＤ６１、スイッチング素子Ｓ６２、ダイオードＤ６２を有する。

スイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ６２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子である。スイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ６２とインバータの通電相を切り換えた際に発生する逆起電力によって発生する還流電流を流すためのダイオードＤ４１〜Ｄ６２が、それぞれ並列に接続される。

三相電力変換装置１の制御回路１０は、制御部１１、ゼロクロス検出部１２、入力電圧検出部１３、入力電流検出部１４、コンバータ駆動部１５、直流電圧検出部１６を有する。なお、制御回路１０には、モータＭを駆動制御するためのインバータ３を駆動するインバータ駆動部１７も含まれている。

制御部１１は、後述のスイッチング相決定処理を含む各種処理を行うとともに、コンバータ駆動部１５、インバータ駆動部１７を制御する。制御部１１が行うスイッチング相決定処理を含む処理については、後述する。

制御部１１は、記憶部１１ａを有する。図２は、実施形態に係るルックアップテーブル１１ａ−ｔを示す図であり、記憶部１１ａに記憶されている。図２に例示するように、現在の「負荷状態」毎に「直流電圧目標値」、「基準電流最大値」、「ヒステリシス幅」、「入力電流閾値」、「ＳＷ制御相」の各項目の値が記憶されている。

「負荷状態」については、電流センサＣＴ２を介して入力電流検出部１４により検出される三相交流の入力電流Ｉ_３を５Ａ未満、５Ａ以上１５Ａ未満、１５Ａ以上に区分してそれぞれの対応する負荷を“小”、“中”、“大”とし、負荷状態に応じてコンバータ２のスイッチングパターンを変更できるようにしている。例えば、「負荷状態」“小”の場合において説明する、「直流電圧目標値」“ｖ１”、「基準電流最大値」“Ａ１”、「ヒステリシス幅」“Ｂ１”、「入力電流閾値」“ａ１”、「ＳＷ制御相」“ＲＳ相線間 ＳＴ相線間”となる。

「直流電圧目標値」は、コンバータ２による昇圧後の直流電圧の目標値である。「基準電流最大値」は、後述するコンバータ２のスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２をスイッチング制御するための各相の基準電流値となる“三角波形”を生成する際の想定される相電流の最大値である。「ヒステリシス幅」は、基準電流値として生成した三角波形に電流上限値と電流下限値を設けることでヒステリシスを持たせ、入力電流Ｉ_３がヒステリシスの範囲内となるようにスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２をオン／オフすることで、三相交流の入力電流値が基準電流値になるように制御する。「入力電流閾値」は、三相交流電源１００からコンバータ２へ入力される入力電流Ｉ_３から各負荷状態を特定し、特定した負荷状態における後述する二相線間スイッチングの切換えを行うための閾値である。

ゼロクロス検出部１２は、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の入力電圧がそれぞれ０となるゼロクロス点を検出し、検出結果を制御部１１へ出力する。入力電圧検出部１３は、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の入力相電圧Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔを検出し、検出結果を制御部１１へ出力する。入力電流検出部１４は、三相交流電源１００からの入力電流Ｉ_３とＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の相電流Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔをそれぞれ電流センサＣＴ２、ＣＴ２１、ＣＴ２２、ＣＴ２３を介して検出し、検出結果を制御部１１へ出力する。

コンバータ駆動部１５は、制御部１１の制御のもと、スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２に対し、ゼロクロス点からの所定の時間内に短絡（オン）及び開放（オフ）動作をさせる駆動信号を出力する。その駆動信号は、ゼロクロス検出部１２により検出されるゼロクロス点と、入力電圧検出部１３により検出される各相の相電圧Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔと、入力電流検出部１４により検出される各相の相電流Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔに基づいて、スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２に対する駆動信号（短絡信号）を生成して出力する。駆動信号は、例えば、スイッチング素子Ｓ２１１を駆動するＲＨ信号、スイッチング素子Ｓ２１２を駆動するＲＬ信号、スイッチング素子Ｓ２２１を駆動するＳＨ信号、スイッチング素子Ｓ２２２を駆動するＳＬ信号、スイッチング素子Ｓ２３１を駆動するＴＨ信号、スイッチング素子Ｓ２３２を駆動するＴＬ信号である。コンバータ駆動部１５は、出力する駆動信号によって、スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２をオン、オフ駆動することにより、コンバータ２が出力する直流電圧を昇圧する。

直流電圧検出部１６は、コンバータ２の出力電圧である直流電圧ＶＰを検出し、制御部１１へ出力する。

インバータ駆動部１７は、制御部１１の制御に基づいてスイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ６２に対する駆動信号を生成して出力する。インバータ駆動部１７は、出力する駆動信号によって、スイッチング素子Ｓ４１〜Ｓ６２をオン、オフ駆動することにより、コンバータ２により交流から直流に変換された電力を再度交流に変換し、モータＭへ供給する。

（制御部１１の動作について）
まず、基準電流値の生成について説明する。図３Ａは、実施形態に係る基準電流値を示す図である。例えば、図３Ａの上方の図に示す周期の１／２が１０ｍｓ（周波数５０Ｈｚ）の交流電圧の正弦波波形に対応して入力電流が追従できるように、制御部１１は、図３Ａの下方の図に示す三角波形の基準電流値を生成する。図３Ａの下方の図に示す三角波の傾きは、三角波形のピーク値をルックアップテーブル１１ａ−ｔに記憶している「基準電流最大値」をもとに決定する。図３Ａでは、基準電流最大値が２５Ａとし、最初の１／４周期である０〜５ｍｓの区間はｙ＝Ａｘ（ただし、Ａ＝５［Ａ／ｍｓ］）、次の１／４周期である５〜１０ｍｓの区間はｙ＝−Ａｘ（ただし、Ａ＝５［Ａ／ｍｓ］）となる。

制御部１１は、上述のような三角波形を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の相毎、かつ、ゼロクロス検出部１２により各相のゼロクロスが検出される毎に生成する。その周期は、交流電源の周波数が５０Ｈｚの場合、その半周期の１０ｍｓとなる。

そして、制御部１１は、生成した三角波形の基準電流値に入力電流を追従させるためにスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２をオン／オフさせる。スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２をオンオフさせるために、図３Ｂに示すように基準電流値に破線で示す電流上限値及び電流下限値を設定し、電流上限値と電流下限値の幅をヒステリシス幅とする。このヒステリシス幅は、「負荷状態」に対応して、ルックアップテーブル１１ａ−ｔに記憶している「ヒステリシス幅」が三角波形の基準電流値に付加される。図３Ｂは、実施形態に係る基準電流値とヒステリシスを示す図である。制御部１１は、例えば図３Ｂに示すように、０〜５ｍｓの区間はｙ＝Ａｘ（ただし、Ａ＝５［Ａ／ｍｓ］）、５〜１０ｍｓの区間はｙ＝−Ａｘ（ただし、Ａ＝５［Ａ／ｍｓ］）である三角波形に対して、０〜１０ｍｓの全区間においてプラスのヒステリシス＋０．８９８［Ａ］を付加する。また、制御部１１は、例えば図３Ｂに示す三角波形に対して、マイナスのヒステリシスとして、５ｍｓにおいて最大の−０．８９８［Ａ］となり、０ｍｓ及び１０ｍｓでは０となる線形補間値を付加する。なお、以下では、ヒステリシス幅を含む基準電流値を、単に“基準電流値”と呼ぶ。

図４は、実施形態に係る制御部の動作を説明するための概略的波形図及びタイムチャートである。なお、図４は、コンバータ２が後述の３組の二相線間スイッチング制御を行う場合であっても、２組の二相線間スイッチング制御を行う場合であっても、スイッチング駆動対象のスイッチング素子が異なるのみで、その他は同様である。また、図４に、全波整流された電源交流電圧を示す。

先ず、制御部１１は、基準電流値と、入力電流検出部１４により検出された入力電流値とを比較し、比較結果に基づいてスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２のスイッチング信号を生成する。制御部１１は、スイッチング信号によりコンバータ駆動部１５を介してコンバータ２を制御し、スイッチング動作区間にわたり、基準電流値を基準としてスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２がスイッチングすることで、入力電流波形を得る（図４（ａ）参照）。

制御部１１は、ゼロクロス検出部１２によりゼロクロスが検出されると（図４（ｂ）参照）、スイッチング許可信号がＨレベルとなり（図４（ｆ）参照）、短絡させる２相線間の対象となるスイッチング素子をオン（Ｏｎ）する（図４（ｄ）参照）。その後、入力電流値（瞬時平均値）が上昇し、電流上限値に達するとソフト処理による電流コンパレータ出力がＨｉからＬｏとなり、対象となるスイッチング素子をオフ（Ｏｆｆ）し（図４（ａ）、（ｃ）参照）、パルスカウント値がインクリメントされる（図４（ｄ）、（ｅ）参照）。また、スイッチング許可信号がＨレベルの場合、ゼロクロス検出部１２によりゼロクロスが検出され、基準電流値の上限である電流上限値に達すると対象となるスイッチング素子をオフし、スイッチング素子のオフにより入力電流値が下降し、基準電流値の下限である電流下限値に達するとスイッチング素子が再びオン（Ｏｎ）にされる。このようにして、対象となるスイッチング素子がオン（Ｏｎ）、オフ（Ｏｆｆ）されることを繰り返すことにより、入力電流値を基準電流値に追従させることができる（図４（ａ）参照）。

制御部１１は、スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２のスイッチング回数をカウントし（図４（ｅ）参照）、カウント値が所定値（パルス数設定値）に達したときにスイッチング許可信号がＬレベルになり（図４（ｆ）参照）、スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２のスイッチングを終了する。

制御部１１は、入力電流検出部１４により所定の期間（例えば５０μｓ毎）で検出された入力電流値と、記憶部１１ａが有するルックアップテーブル１１ａ−ｔに格納される現在の「負荷状態」に対応する「入力電流閾値」とを比較する。そして、制御部１１は、検出された入力電流Ｉ_３が「入力電流閾値」以上の場合には、コンバータ２にて３組の二相線間をスイッチング制御する。また、制御部１１は、検出された入力電流Ｉ_３が「入力電流閾値」未満の場合には、コンバータ２にて３組あるうちの２組の二相線間をスイッチング制御する。なお、スイッチングする２組の二相線間は予め定められており、ルックアップテーブル１１ａ−ｔに記憶されている。

（３組及び２組の二相線間スイッチング制御の概要）
図５Ａは、実施形態に係る３組の二相線間スイッチング制御の概要を説明するためのタイムチャートである。図５Ａにおいては、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の出力電圧の波形は、全て周期が２πであり、互いに位相が２π／３ずつ異なる。この場合において、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の出力電圧の波形がゼロクロスした時点から例えばπ／３だけ位相が進む時間まで、二相線間を短絡及び開放させるスイッチング素子をオン／オフすることにより、力率改善を図る。

例えば、図５Ａにおいて、三相交流電源１００のＲ相の出力電圧の波形が負から正へ変化する過程でゼロクロスしたとき（図５Ａの（１））からπ／３の位相が進むまで（図５Ａの（２））の期間、スイッチング素子Ｓ２１２をオン／オフ制御し、Ｓ２２１をオン状態としてＲＳ相線間のスイッチング制御を行う。次に、三相交流電源１００のＴ相の出力電圧の波形が正から負へ変化する過程でゼロクロスしたとき（図５Ａの（２））からπ／３の位相が進むまで（図５Ａの（３））の期間、スイッチング素子Ｓ２１２をオン／オフ制御し、Ｓ２３１をオン状態としてＲＴ相線間のスイッチング制御を行う。次に、三相交流電源１００のＳ相の出力電圧の波形が負から正へ変化する過程でゼロクロスしたとき（図５Ａの（３））からπ／３の位相が進むまで（図５Ａの（４））の期間、スイッチング素子Ｓ２２２をオン／オフ制御し、Ｓ２３１をオン状態としてＳＴ相線間のスイッチング制御を行う。

次に、三相交流電源１００のＲ相の出力電圧の波形が正から負へ変化する過程でゼロクロスしたとき（図５Ａの（４））からπ／３の位相が進むまで（図５Ａの（５））の期間、スイッチング素子Ｓ２２２をオン／オフ制御し、Ｓ２１１をオン状態としてＳＲ相線間のスイッチング制御を行う。次に、三相交流電源１００のＴ相の出力電圧の波形が負から正へ変化する過程でゼロクロスしたとき（図５Ａの（５））からπ／３の位相が進むまで（図５Ａの（６））の期間、スイッチング素子Ｓ２３２をオン／オフ制御し、Ｓ２１１をオン状態としてＴＲ相線間のスイッチング制御を行う。次に、三相交流電源１００のＳ相の出力電圧の波形が正から負へ変化する過程でゼロクロスしたとき（図５Ａの（６））からπ／３の位相が進むまで（図５Ａの（７））の期間、スイッチング素子Ｓ２３２をオン／オフ制御し、Ｓ２２１をオン状態としてＴＳ相線間のスイッチング制御を行う。このようにして、・・・ＲＳ相線間→ＲＴ相線間→ＳＴ相線間→ＳＲ相線間→ＴＲ相線間→ＴＳ相線間→ＲＳ相線間・・・と繰り返すスイッチング制御（以下、３組の二相線間スイッチング制御）が電源周期１サイクルで行われる。また、同じ二相線間のスイッチング制御でも上記のように三相交流電源１００の出力電圧が正の電圧相をオン／オフ制御し、負の電圧相をオン状態とする。

一方、図５Ｂは、実施形態に係る２組の二相線間スイッチング制御の概要を説明するためのタイムチャートである。図５Ｂにおいては、三相交流電源１００のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の出力電圧の波形は、図５Ａと同様であるが、上記の二相線間のスイッチングのうち１つの二相線間、例えば、ＲＳ相線間（ＳＲ相線間）の期間はスイッチングを行わないようにする。すなわち、図５Ｂにおける（１）〜（２）の間、（４）〜（５）の間は、三相交流電源１００のＲ相の出力電圧の波形がゼロクロスしても、その期間のスイッチングを行わない。このようにして、（ＲＳ相線間）→ＲＴ相線間→ＳＴ相線間→（ＳＲ相線間）→ＴＲ相線間→ＴＳ相線間・・・のように“（）”内の二相線間の期間はスイッチング制御を行わない（以下、２組の二相線間スイッチング制御）。

上記３組および２組の二相線間スイッチングの実施例では、各相の電圧のゼロクロス点に基づいてπ／３期間毎に二相線間のスイッチングを切り換えるようにしているが、π／６毎に切り換えるようにしてもよい。この場合、各相のゼロクロス点を検出する他にゼロクロスからπ／６を計時するタイマを用いて切り換える。π／６毎にＲＳ相線間→ＲＴ相線間→ＳＴ相線間→ＳＲ相線間→ＴＲ相線間→ＴＳ相線間→ＲＳ相線間・・・と繰り返すスイッチングが電源周期の半サイクルで行われる。

（実施形態に係るスイッチング制御処理）
図６Ａは、実施形態に係るスイッチング制御処理を示すフローチャートである。先ず、制御部１１は、入力電流値を検出して現在の負荷状態に対応する直流電圧目標値をルックアップテーブル１１ａ−ｔ参照して選択する（ステップＳ１１）。

次に、制御部１１は、スイッチング相決定処理１を実行する（ステップＳ１２）。スイッチング相決定処理１の詳細は、図６Ｂを参照して後述する。

次に、制御部１１は、直流電圧検出部１６により直流電圧ＶＰを検出する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１４では、制御部１１は、ステップＳ１３で検出した直流電圧ＶＰよりヒステリシスを含む基準電流値を生成する。次に、制御部１１は、入力電流検出部１４により入力電流を検出する（ステップＳ１５）。

次に、制御部１１は、ステップＳ１５で検出した入力電流と、ステップＳ１４で生成した基準電流値を比較し（ステップＳ１６）、入力電流が基準電流値に追従するようなＰＷＭ信号をコンバータ駆動部１５で生成しコンバータ２へ出力する（ステップＳ１７）。次に、制御部１１は、スイッチング制御処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１８）。制御部１１は、負荷が軽く直流電圧ＶＰの昇圧する必要がないと判断するとスイッチング制御処理を終了し（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、スイッチング制御処理を終了しない場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１１へ処理を移す。

（実施形態に係るスイッチング制御処理におけるスイッチング相決定処理１）
図６Ｂは、実施形態に係るスイッチング制御処理におけるステップＳ１２のスイッチング相決定処理１のサブルーチンを示すフローチャートである。

先ず、制御部１１は、入力電流検出部１４により検出された入力電流に対応する現在の「負荷状態」を判別し、ルックアップテーブル１１ａ−ｔに記憶されている現在の「負荷状態」に該当する「入力電流閾値」未満か否かを判定する（ステップＳ１２ａ）。制御部１１は、入力電流検出部１４により検出された入力電流が、ルックアップテーブル１１ａ−ｔに記憶されている現在の「負荷状態」に対応する「入力電流閾値」未満の場合（ステップＳ１２ａ：Ｙｅｓ）、２組の二相線間スイッチング制御を行うと決定する（ステップＳ１２ｂ）。一方、制御部１１は、入力電流が「入力電流閾値」以上の場合（ステップＳ１２ａ：Ｎｏ）、３組の二相線間スイッチング制御を行うと決定する（ステップＳ１２ｃ）。制御部１１は、ステップＳ１２ｂ又はステップＳ１２ｃの処理が終了すると、スイッチング相決定処理１を終了し、図６ＡのステップＳ１３へ処理を戻す。

このように、各負荷に対応した入力電流閾値より入力電流値が大きい（負荷が大きい）場合には従来通り３組の二相線間スイッチング制御を行い、入力電流値が小さい（負荷が小さい）場合には、入力高調波電流、昇圧の度合が小さいために、３つの組合せがある二相線間のうち２組の二相線間だけのスイッチング制御で高調波電流を抑制し、必要な出力電力を得られる。その結果、スイッチング回数を減少させ、スイッチングロスの低減、スイッチングノイズの低減が図れる。

また、ステップＳ１３とステップＳ１４との間にスイッチング相決定処理２を追加してもよい。スイッチング相決定処理２の詳細は、図６Ｃを参照して後述する。

（実施形態に係るスイッチング制御処理におけるスイッチング相決定処理２）
スイッチング相決定処理１によって２組の二相線間スイッチング制御が決定しても、検出した直流電圧ＶＰが、直流電圧目標値より小さい場合、供給電力が不足し、さらに電流高調波のレベルが高くなっている虞がある。これを解決するためにスイッチング相決定処理２では、直流電圧目標値から直流電圧ＶＰを引いた不足電圧が予め定めた不足電圧の所定値以上の場合、３組の二相線間スイッチング制御に切り換えるようにする。ここで予め定めた不足電圧の所定値とは、直流電圧目標値と直流電圧ＶＰの差がそれ以上大きくなると、コンバータが供給できる電圧が不足し、さらに高調波電流が高くなり、コンバータの能力と特性が要求を満たさなくなる閾値で、予め実験等によって定められるものである。図６Ｃは、実施形態に係るスイッチング制御処理におけるスイッチング相決定処理２のサブルーチンを示すフローチャートである。

先ず、制御部１１は、図６ＡのステップＳ１３で検出した直流電圧ＶＰと、直流電圧目標値との差が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ２０ａ）。制御部１１は、直流電圧目標値からステップＳ１３で検出した直流電圧ＶＰを引いた不足電圧が所定値以上の場合（ステップＳ２０ａ：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０ｂへ処理を移す。一方、制御部１１は、直流電圧目標値からステップＳ１３で検出した直流電圧ＶＰを引いた不足電圧が所定値以上でない場合（ステップＳ２０ａ：Ｎｏ）、スイッチング相決定処理２を終了し、図６ＡのステップＳ１４へ処理を移す。

ステップＳ２０ｂでは、制御部１１は、現在、２組の二相線間スイッチング制御を行うと決定されているか否かを判定する。制御部１１は、現在、２組の二相線間スイッチング制御を行うと決定されている場合（ステップＳ２０ｂ：Ｙｅｓ）、３組の二相線間スイッチング制御を行うと変更し（ステップＳ２０ｃ）、スイッチング相決定処理２を終了し、図６ＡのステップＳ１４へ処理を移す。一方、制御部１１は、現在、３組の二相線間スイッチング制御を行うと決定されている場合（ステップＳ２０ｂ：Ｎｏ）、スイッチング相決定処理２を終了し、図６ＡのステップＳ１４へ処理を移す。

このようにスイッチング相決定処理２の処理を追加することで、入力電流値によって２組の二相線間スイッチング制御が決定しても、検出した直流電圧ＶＰが、直流電圧目標値より所定の電圧値以上小さい場合、供給電力が不足し電流高調波のレベルが高くなっている虞があるために３組の二相線間スイッチング制御に切り換えて、直流電圧ＶＰが直流電圧目標値に早く到達できるようにする。

（実施形態の変形例）
（１）制御部１１は、入力電流検出部１４により検出される入力電流値が所定値未満の場合（例えば機器の起動直後等）には、スイッチング許可信号を禁止として、スイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２のスイッチングを行わないとしてもよい。

（２）制御部１１は、２組の二相線間スイッチング制御を行う際には、スイッチングする二相線間を固定する他に、２組の二相線間スイッチング制御への移行の都度、二相線間のスイッチングを行わない２相線間を、所定の順序又は輪番に従って決定するとしてもよい。これにより、コンバータ２のスイッチング素子Ｓ２１１〜Ｓ２３２のスイッチング頻度をより平準化し、スイッチング素子のスイッチング頻度の偏りをなくし特定のスイッチング素子に負荷がかからなくすることができる。

上述の実施形態における各処理の一部を公知の方法で行うことができる場合がある。また、上述の実施形態における各処理を示すフローチャートにおいて、最終結果へ影響を与えない（つまり最終結果が同一である）限りにおいて処理途中のステップの実行順序を入れ替える、もしくは、ステップを並行して実行することができる。この他、上述及び図示の具体的名称、処理手順、制御手順、各種のデータを含む情報については、一例を示すに過ぎず、特記する場合を除いて適宜変更することができる。

開示の技術のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

Ｍ モータ
Ｓ２１１〜Ｓ２３２、Ｓ４１〜Ｓ６２ スイッチング素子
Ｄ２１１〜Ｄ２３２、Ｄ４１〜Ｄ６２ ダイオード
Ｌ４、Ｌ２１〜Ｌ２３ リアクトル
Ｃ１ 平滑コンデンサ
ＣＴ２、ＣＴ２１〜ＣＴ２３ 電流センサ
１ 三相電力変換装置
２ コンバータ
３ インバータ
１０ 制御回路
１１ 制御部
１１ａ 記憶部
１１ａ−ｔ ルックアップテーブル
１２ ゼロクロス検出部
１３ 入力電圧検出部
１４ 入力電流検出部
１５ コンバータ駆動部
１６ 直流電圧検出部
１７ インバータ駆動部
１００ 三相交流電源

Claims (3)

1. 並列に接続されたダイオードを有する複数のスイッチング素子を備える三相電力変換装置において、
   三相交流の入力電流値を検出する入力電流検出部と、
   三相交流の各相の入力電圧値を検出する入力電圧検出部と、
   各相の前記入力電流値と、各相の前記入力電圧値とに基づいて、三相のうちの二相線間をスイッチング制御するように前記複数のスイッチング素子を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記入力電流検出部により検出された入力電流値が所定の電流値以上の場合、３組の二相線間をスイッチング制御し、該入力電流値が前記所定の電流値未満の場合、前記３組の二相線間のうち２組の二相線間だけをスイッチング制御する
   ことを特徴とする三相電力変換装置。
2. 複数の前記ダイオードは整流回路を形成し、前記整流回路から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記入力電流検出部により検出された入力電流値を基に予め定めた直流電圧目標値から前記直流電圧検出部により検出された出力直流電圧を引いた不足電圧が予め定めた不足電圧の所定値以上の場合、前記３組の二相線間スイッチング制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の三相電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記３組の二相線間スイッチング制御から前記２組の二相線間スイッチング制御に切り替わる際、該２組の二相線間スイッチング制御を行う二相線間の組合せを所定の順序に従って決定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の三相電力変換装置。

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