JP6887057B1 - 電力変換装置及び欠相検知装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（２）は、電源側から供給される複数の相の交流を全波整流する整流器（３２）と、前記整流器の出力電圧を平滑化するキャパシタ（３５）と、前記平滑化された後の電圧を検出する電圧検知部（４２）と、前記平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する欠相検知部（４４）とを備える。

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及び欠相検知装置に関する。

変圧器の二次側に生じた欠相を交流入力側の電圧に基づいて検出する欠相検知装置が知られている。電圧検出器によって検出されるキャパシタの端子間電圧に基づいて、欠相を検出することが望まれている。

特開２０１０−１８７５２１号公報

本発明の目的は、電圧検出器によって検出されるキャパシタの端子間電圧に基づいて、欠相を検出することが可能な欠相検知装置を提供することである。

本発明による電力変換装置は、整流器と、キャパシタと、電圧検知部と、欠相検知部とを備える。整流器は、電源側から供給される複数の相の交流を全波整流する。キャパシタは、前記整流器の出力電圧を平滑化する。電圧検知部は、前記平滑化された後の電圧を検出する。欠相検知部は、前記平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する。

第１の実施形態の電力変換システムの構成図。 第１の実施形態の欠相検知装置の構成図。 第１の実施形態の交流電源が変圧器に供給する三相交流電力の電圧波形の一例を説明するための図。 変圧器出力線に欠相が無い場合における、整流器によって全波整流された脈流の一例を説明するための図。 変圧器出力線に欠相が有る場合における、整流器によって全波整流された脈流の一例を説明するための図。 第１の実施形態の欠相検知装置による欠相判定処理のフローチャート。 第２の実施形態の電力変換システムの構成図。 欠相が無い場合における、第２の実施形態の欠相検知装置による端子間電圧のシミュレーション結果を示す図。 欠相が無い場合における、第２の実施形態の欠相検知装置による周波数スペクトラムのシミュレーション結果を示す図。 欠相が有る場合における、第２の実施形態の欠相検知装置による端子間電圧のシミュレーション結果を示す図。 欠相が有る場合における、第２の実施形態の欠相検知装置による周波数スペクトラムのシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて逆変換装置群の出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が２５Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて逆変換装置群の出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が５０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて逆変換装置群の出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が６０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて逆変換装置群の出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が１００Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて逆変換装置群の出力周波数が１００Ｈｚであり電源周波数が５０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて逆変換装置群の出力周波数が２００Ｈｚであり電源周波数が５０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の電力変換システムにおいて、電動機の電流を変動させた場合の、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図。 第２の実施形態の欠相検知装置による欠相判定処理のフローチャート。 第３の実施形態の電力変換システムの構成図。 第１から第３までの実施形態の第１の変形例の欠相検知装置の構成図。 第１から第３までの実施形態の第２の変形例の欠相検知装置の構成図。

以下、実施形態の電力変換装置の欠相検知装置および欠相検出方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。

明細書で言う「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されず、電気的に接続される場合も含む。

本明細書では、欠相とは、電線やトランスの巻線の断線、接触不良、ヒューズの溶断等によってその相の電力が供給されなくなることを意味する。

本明細書では、三相交流電力の波形における基本波の周波数を基本周波数と呼ぶ。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電力変換システム２を示す構成図である。図１には、交流電源１、電力変換システム２、および電動機３が示される。

交流電源１は、商用電源や発電機などであり、三相交流電力を電力変換システム２に供給する。

電動機３は、例えば、誘導電動機などの交流可変速電動機である。電動機３は、電力変換システム２から供給された交流電力によって駆動し、回転駆動力を図示しない出力軸に出力する。

電力変換システム２は、例えば、変圧器２０、整流器３２、キャパシタ３５、欠相検知装置４０、逆変換装置５０、及び制御部５５を備える。電力変換システム２は、交流電源１から供給される三相交流電力を整流器３２とキャパシタ３５で順変換して直流電力を作り、直流電力を逆変換装置５０で逆変換して三相交流電力を作り、三相交流電力を電動機３に供給する。

変圧器２０は、例えば、三相トランスである。変圧器２０は、例えば、一次巻線２２と、二次巻線２４とを備える。変圧器２０は、交流電源１からの三相交流電力の供給を一次巻線２２で受け、受けた三相交流電力を変圧し、二次巻線２４から変圧した三相交流電力を出力する。二次巻線２４のＲ相、Ｓ相、Ｔ相には、それぞれ変圧器出力線２５Ｒ、２５Ｓ、２５Ｔの一端が接続されている。変圧器出力線２５Ｒ、２５Ｓ、２５Ｔの他端は、整流器３２の交流入力端子に接続される。二次巻線２４から出力される三相交流電力は、それぞれ変圧器出力線２５Ｒ、２５Ｓ、２５Ｔを介して整流器３２に出力される。二次巻線２４と、変圧器出力線２５Ｒ、２５Ｓ、２５Ｔは、欠相検知装置４０によって欠相が検知される対象の一部である。

整流器３２は、例えば、交流入力端子と、三相フルブリッジ型のダイオード整流回路と、整流器正極端子３３Ａと、整流器負極端子３３Ｂとを備える。整流器３２は、変圧器２０から整流器３２の交流入力端子に供給された三相交流電力を三相フルブリッジ型のダイオード整流回路で全波整流し、整流した直流電力を整流器正極端子３３Ａと、整流器負極端子３３Ｂとから出力する。

整流器正極端子３３Ａは、正極線６０の一端に接続される。正極線６０の他端は、逆変換装置５０の正極入力端子５２に接続される。整流器負極端子３３Ｂは、負極線７０の一端に接続される。負極線７０の他端は、逆変換装置５０の負極入力端子５４に接続される。

キャパシタ３５は、正極線６０と負極線７０との間に接続され、整流器３２が出力する直流電力を平滑化する。例えば、整流器３２とキャパシタ３５は、順変換装置３０を形成する。順変換装置３０は、電力変換装置の一例である。

欠相検知装置４０は、例えば、電圧検出器４２と欠相検知部４４を備える。

電圧検出器４２は、例えば、キャパシタ３５の正極端子３５Ａと負極端子３５Ｂの間に掛かる電圧（以下、端子間電圧と呼ぶ）を検出し、端子間電圧を表す検出値を欠相検知部４４に出力する。電圧検出器４２は、例えば、入出力が絶縁される直流電圧変換器などを介して、端子間電圧を検出し、図示しないＡＤ（Analog to Digital）コンバータによって端子間電圧を量子化し端子間電圧を表す電圧検出値として出力する。電圧検出器４２は、電圧検知部の一例である。

欠相検知部４４は、電圧検出器４２から端子間電圧を表す電圧検出値を取得し、取得した電圧検出値に基づいて欠相検出対象範囲に欠相が生じたか否かを判定する。欠相検知部４４と、欠相検知部４４によって検出される欠相検出対象範囲については後述する。

逆変換装置５０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子を含む２レベルインバータである。逆変換装置５０のスイッチング素子が、制御部５５によってＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御される。逆変換装置５０は、整流器３２から正極線６０と負極線７０を介して供給される直流電力を、可変周波数および可変電圧の三相交流電力に変換する。逆変換装置５０は、変換した三相交流電力を、負荷電力線５８を介して電動機３に供給する。

制御部５５は、負荷電力線５８を流れる負荷電流を検出する図示しない電流検出器の検出値などに基づいたフィードバック制御によって、逆変換装置５０のスイッチング素子にゲートパルス信号を出力することにより、スイッチング素子をＰＷＭ制御する。更に、制御部５５は、後述する欠相検知部４４による欠相判定処理において出力される欠相検出信号を受信し、受信した欠相検出信号に基づいてＰＷＭ制御の制御状態を変更する。

次に、欠相検知部４４の構成と欠相判定処理の内容について説明する。欠相判定処理において、欠相検知部４４は、キャパシタ３５によって平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた、交流電源１によって供給される三相交流電力の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて欠相検出対象範囲に欠相が発生しているか否かを判定する。欠相検出対象範囲については後述する。

図２は、第１の実施形態の欠相検知装置４０の構成図である。上記述べたように、欠相検知装置４０は、例えば、電圧検出器４２と欠相検知部４４とを含む。

欠相検知部４４は、例えば、取得部４０４、高速フーリエ変換部４０６、抽出部４０８、判定部４１０、記憶部４２０を備える。記憶部４２０には、例えば、取得部４０４によって取得された端子間電圧を表す電圧検出値、高速フーリエ変換部４０６によって生成された周波数スペクトラム、抽出周波数成分Ｆ_ｅｘｔ、閾値電圧Ｖ_ＴＨ、欠相判定処理のプログラムなどを記憶する。取得部４０４、高速フーリエ変換部４０６、抽出部４０８、判定部４１０のそれぞれは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。記憶部４２０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。

取得部４０４は、電圧検出器４２によって検出される端子間電圧を表す検出値（電圧検出値）を取得し、記憶部４２０に記憶させる。また、記憶部４２０に記憶された所定の数の端子間電圧を表す検出値を取得し高速フーリエ変換部４０６に出力する。尚、取得部４０４は、電圧検出器４２からの検出値の取得と、記憶部４２０からの検出値の読み出しとを並列に行ってもよい。

高速フーリエ変換部４０６は、取得部４０４から受け取った所定の数の端子間電圧を表す検出値にＦＦＴ処理（高速フーリエ変換）を行うことにより周波数スペクトラムを生成し、生成した周波数スペクトラムを記憶部４２０に記憶させる。ＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトラムは、取得部４０４から受け取った所定の数の端子間電圧の周波数成分を示す。高速フーリエ変換部４０６がＦＦＴ処理のために取得部４０４から受け取る端子間電圧の数は、ＦＦＴ処理により得られる周波数スペクトラムにおいて、抽出を所望される周波数の成分が十分な解像度で含まれるような、任意の数に設定されることができる。一例として、後述する図６Ｂ、６Ｄに示される周波数スペクトラムを得るために、図６Ａ、図６Ｂに示されるような端子間電圧のデータを高速フーリエ変換部４０６は取得する。

抽出部４０８は、高速フーリエ変換部４０６が生成して記憶部４２０に記憶させた周波数スペクトラムから、交流電源１によって供給される三相交流電力の基本周波数の２倍の周波数の成分を抽出し、抽出した成分を抽出周波数成分Ｆ_ｅｘｔとして記憶部４２０に記憶させる。

判定部４１０は、抽出部４０８が抽出し記憶部４２０に記憶させた抽出周波数成分Ｆ_{ｅ ｘｔ}の電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きいか否か判定する。電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きい場合は、判定部４１０は、欠相検出信号を制御部５５に出力する。例えば、欠相が無い場合における抽出周波数成分の電圧と、欠相が有る場合における抽出周波数成分の電圧とを事前に測定し、その平均値または該平均値に対して所定範囲の値を閾値電圧Ｖ_ＴＨとすることができる。

次に、第１の実施形態の欠相検知装置４０による欠相判定処理について、シミュレーション結果を参照しながら説明する。以下に説明する例では、欠相検知装置４０は、二次巻線２４と変圧器出力線２５Ｒ、２５Ｓ、２５Ｔを欠相検出対象範囲として欠相の検出を行うものとする。

図３Ａから図３Ｃまでを参照して、欠相が有る場合に、交流電源１の基本周波数ｆの２倍の周波数（２ｆ）の成分が端子間電圧に現れる理由を説明する。図３Ａは、交流電源１から変圧器２０に供給される三相交流電力の電圧波形の一例を説明するための図である。図３Ｂは、二次巻線２４と変圧器出力線２５Ｒ、２５Ｓ、２５Ｔのいずれにも欠相が無い場合における、整流器３２によって全波整流された脈流の一例を説明するための図である。図３Ｃは、変圧器出力線２５Ｒに欠相が有る場合における、整流器３２によって全波整流された脈流の一例を説明するための図である。

図３Ａに示されるように、交流電源１から出力される三相交流電力における１サイクルの時間の長さは、交流電源１の基本周波数ｆの逆数１／ｆで表される。このような三相交流電圧が整流器３２によって全波整流された後の脈流の電圧波形は、１サイクル（１／ｆ）に６つのピークを含む。

欠相検出対象範囲に欠相が無い場合には、全波整流された後の脈流がキャパシタ３５によって平滑化されると、図３Ｂに示されるように、リップル成分を含む端子間電圧ｖｃの波形が得られる。端子間電圧ｖｃの波形は、全波整流された後の電圧のピークを繋いだような形となり、サグとサグとの時間間隔であるリップルの周期は１／６ｆとなる。

一方、下記の説明では、変圧器出力線２５Ｒに欠相が有ると仮定する。この場合、欠相が無い相（Ｓ相、Ｔ相）ではキャパシタ３５は充電され、欠相が有る相（Ｒ相）ではキャパシタ３５は放電する。これは、欠相が有る相（Ｒ相）では、逆変換装置５０による電力消費が整流器３２から供給される電流が上回り、キャパシタ３５への充放電の収支がマイナスとなるためである。このため、図３Ｃに示されるようにキャパシタ３５の端子間電圧ｖｃの波形においては、欠相が有る相（Ｒ相）には、他のサグよりも大きく電圧が落ち込むサグＳ１、Ｓ２（以下、大きなサグと言う）がある。全波整流された脈流の各相電圧には１サイクル（１／ｆ）あたり２つのピークが有るため、大きなサグは１サイクル（１／ｆ）あたり２回発生する。このため、欠相が有る場合は、端子間電圧ｖｃは、交流電源１の基本周波数（ｆ）の２倍の周波数（２ｆ）の成分を含むようになる。従って、上記のような欠相検知装置４０によって、交流電源１の基本周波数（ｆ）の２倍の周波数（２ｆ）の成分を検出することにより、欠相の検出が可能になる。

図４は、第１の実施形態の欠相検知装置４０による欠相判定処理のフローチャートである。尚、上記フローチャートには示されないものの、図４に示す処理と並列に、電圧検出器４２が端子間電圧を表す検出値を検出して取得部４０４が検出値を取得し記憶部４２０に記憶させる電圧取得処理が行われるものとする。

電力変換システム２は、所定時間間隔ごとに、または、特定の条件が満たされた場合に（特定のイベントが発生した場合に）、欠相判定処理を実行する。

欠相判定処理について以下説明する。まず、取得部４０４は、記憶部４２０に記憶された所定の数の端子間電圧を表す検出値を取得し高速フーリエ変換部４０６に出力する（ステップＳ１００）。次に、高速フーリエ変換部４０６は、取得部４０４から受け取った所定の数の端子間電圧を表す検出値にＦＦＴ処理を行い、周波数スペクトラムを生成し、生成した周波数スペクトラムを記憶部４２０に記憶させる（ステップＳ１１０）。次に、抽出部４０８は、記憶部４２０に記憶させた周波数スペクトラムから、交流電源１によって供給される三相交流電力の基本周波数の２倍の周波数の成分を抽出し、抽出した成分を抽出周波数成分Ｆ_ｅｘｔとして記憶部４２０に記憶させる（ステップＳ１２０）。

次に、判定部４１０は、記憶部４２０に記憶させた抽出周波数成分Ｆ_ｅｘｔの電圧Ｖ_{Ｆ ｅｘｔ}が閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きいか否か判定する（ステップＳ１３０）。電圧Ｖ_{Ｆｅｘ ｔ}が閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きい場合は、判定部４１０は、処理をステップＳ１４０に進めて、欠相検出信号を制御部５５に出力する。一方、電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが閾値電圧Ｖ_ＴＨ以下である場合は、判定部４１０は、欠相判定処理を終了させる。

第１の実施形態によれば、キャパシタ３５によって平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する。これによって、電圧検出器４２によって検出されるキャパシタ３５の端子間電圧に基づいて、欠相を検出することができるので、容易な欠相検出を実現することができる。

また、第１の実施形態によれば、キャパシタ３５によって平滑化された後の電圧の周波数スペクトラムをＦＦＴ処理により導出し、前記周波数スペクトラムから前記２倍の周波数の成分を抽出する。これによって、端子間電圧に対して演算処理を行うだけで、欠相を検出することができるので、最小限のハードウェアの追加で欠相検出を実現することができる。

また、第１の実施形態によれば、前記周波数スペクトラムから前記２倍の周波数の成分の電圧が所定の閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きい場合に、欠相検出対象範囲に欠相が生じていると判定する。これにより、端子間電圧から導出された周波数スペクトラムにおける、交流電源１の基本周波数の２倍の周波数の電圧レベルによって、欠相を検出することができるので、適切な欠相検出が可能となる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の電力変換システム２Ａを示す構成図である。第１の実施形態の電力変換システム２の順変換装置３０はいわゆる６パルスのダイオードコンバータ（順変換装置３０）であった。第２の実施形態の電力変換システム２Ａの順変換装置群３０Ａはいわゆる３６パルスのダイオードコンバータである。

図５には、交流電源１、電力変換システム２Ａ、および電動機３が示される。

電力変換システム２Ａは、例えば、変圧器群２０Ａ、順変換装置群３０Ａ、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮ、逆変換装置群５０Ａを備える。電力変換システム２Ａは、電力変換システム２と同様に、交流電源１から供給される三相交流電力を順変換して直流電力を作り、直流電力を逆変換して三相交流電力を作り、三相交流電力を電動機３に供給する。しかし、電力変換システム２Ａは、電動機３に供給するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力をそれぞれ別の順変換装置３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ、逆変換装置５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗから供給する点が電力変換システム２とは異なる。尚、以下の説明において欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮのそれぞれを特に区別しない場合は、単に、欠相検知装置４０と記載する。

変圧器群２０Ａは、例えば、変圧器２０Ｕと、変圧器２０Ｖと、変圧器２０Ｗと備える。変圧器２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗのそれぞれは、２次側の結線方式の異なった三巻線トランスである。変圧器２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗのそれぞれは、同様の構成を有するため、以下では代表として変圧器２０Ｕについて説明する。

変圧器２０Ｕは、例えば、一次巻線２２Ｕと、二次巻線２４ＵＰと、三次巻線２４ＵＮとを備える。変圧器２０Ｕは、交流電源１からの三相交流電力の供給を一次巻線２２Ｕで受け、受けた三相交流電力を変圧し、二次巻線２４ＵＰ、三次巻線２４ＵＮから変圧した三相交流電力を出力する。二次巻線２４ＵＰ、三次巻線２４ＵＮは、例えば、それぞれがスター結線、デルタ結線であることにより、二次巻線２４ＵＰから出力される三相交流電力は、三次巻線２４ＵＮから出力される三相交流電力に対して、位相が３０度進んだものとなる。

二次巻線２４ＵＰ、三次巻線２４ＵＮから出力される三相交流電力は、変圧器出力線２５ＵＰＲ、２５ＵＰＳ、２５ＵＰＴ、２５ＵＮＲ、２５ＵＮＳ、２５ＵＮＴを介して順変換装置３１Ｕに出力される。変圧器出力線２５ＵＰＲ、２５ＵＰＳ、２５ＵＰＴには、それぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相の相電流が線電流として流れる。変圧器出力線２５ＵＮＲ、２５ＵＮＳ、２５ＵＮＴは、変圧器出力線２５ＵＰＲ、２５ＵＰＳ、２５ＵＰＴとは、電位が異なり位相が３０度ずれたＲ相、Ｓ相、Ｔ相の線電流がそれぞれ流れる。変圧器２０Ｖ、変圧器２０Ｗも、変圧器２０Ｕと同様に構成される。変圧器２０Ｖ、変圧器２０Ｗについては、変圧器２０Ｕについての説明における構成要素の参照符号におけるＵを、それぞれ、Ｖ、Ｗと読み替えることにより、その説明をここに援用する。

順変換装置群３０Ａは、例えば、順変換装置３１Ｕ、３１Ｖ、および３１Ｗを備える。順変換装置３１Ｕ、３１Ｖ、および３１Ｗとのそれぞれは、同様の構成を有するため、以下では代表として順変換装置３１Ｕについて説明する。順変換装置３１Ｕは、例えば、整流器３２ＵＰと、整流器３２ＵＮと、キャパシタ３５ＵＰと、キャパシタ３５ＵＮとを備える。

整流器３２ＵＰ、３２ＵＮのそれぞれは、三相フルブリッジ型のダイオード整流回路である。整流器３２ＵＰの交流側は、変圧器出力線２５ＵＰＲ、２５ＵＰＳ、２５ＵＰＴを介して二次巻線２４ＵＰに接続されている。整流器３２ＵＮの交流側は、変圧器出力線２５ＵＮＲ、２５ＵＮＳ、２５ＵＮＴを介して三次巻線２４ＵＮに接続されている。整流器３２ＵＰ、３２ＵＮの負荷側は互いに直列に接続される。互いに直列に接続された整流器３２ＵＰ、３２ＵＮによって整流された直流電力は、整流器正極端子３３ＵＰと整流器負極端子３３ＵＮとから出力される。

整流器正極端子３３ＵＰは、正極線６０Ｕの一端に接続される。正極線６０Ｕの他端は、逆変換装置５０Ｕの正極入力端子５２Ｕに接続される。整流器負極端子３３ＵＮは、負極線７０Ｕの一端に接続される。負極線７０Ｕの他端は、逆変換装置５０Ｕの負極入力端子５４Ｎに接続される。

整流器３２ＵＰ、３２ＵＮのそれぞれは、変圧器２０Ｕの二次巻線２４ＵＰ、三次巻線２４ＵＮから電位の異なる交流電力の供給を受けているため、整流器３２ＵＰ、３２ＵＮのそれぞれの出力を直列接続することにより、整流器３２ＵＰの出力電圧と整流器３２ＵＮの出力電圧との合計電圧を、整流器正極端子３３ＵＰと整流器負極端子３３ＵＮとから出力する。

キャパシタ３５ＵＰとキャパシタ３５ＵＮとは、互いに直列に接続され、正極線６０Ｕと負極線７０Ｕとの間に接続されることにより、順変換装置３１Ｕが出力する直流電力を平滑化する。

キャパシタ３５ＵＰとキャパシタ３５ＵＮとの接続点６５ＵＡは、中性線６５Ｕに接続される。中性線６５Ｕへ接続点６５ＵＡの電位が正極線６０Ｕと負極線７０Ｕとの中間の電位となるように、キャパシタ３５ＵＰとキャパシタ３５ＵＮとは、略同一のキャパシタンスを持つ。

つまり、順変換装置３１Ｕにおいて、整流器３２ＵＰ、３２ＵＮは、変圧器２０Ｕから供給される交流電力を整流することにより脈流を出力し、キャパシタ３５ＵＰ、キャパシタ３５ＵＮは、整流器３２ＵＰ、３２ＵＮから出力された脈流を平滑化することにより直流電力を出力し、直流電力を逆変換装置５０Ｕに供給する。

順変換装置３１Ｖ、３１Ｗも、順変換装置３１Ｕと同様に構成される。順変換装置３１Ｖ、３１Ｗについては、順変換装置３１Ｕについての説明における構成要素の参照符号におけるＵを、それぞれ、Ｖ、Ｗと読み替えることによりその説明をここに援用する。尚、以下の説明において、キャパシタ３５ＵＰ、３５ＵＮ、３５ＶＰ、３５ＶＮ、３５ＷＰ、３５ＷＮそれぞれを特に区別しない場合は、キャパシタ３５と記載する。

欠相検知装置４０ＵＰは、キャパシタ３５ＵＰの正極端子３５ＵＰＡと負極端子３５ＵＰＢとに接続される。欠相検知装置４０ＵＮは、キャパシタ３５ＵＮの正極端子３５ＵＮＡと負極端子３５ＵＮＢとに接続される。

欠相検知装置４０ＶＰは、キャパシタ３５ＶＰの正極端子３５ＶＰＡと負極端子３５ＶＰＢとに接続される。欠相検知装置４０ＶＮは、キャパシタ３５ＶＮの正極端子３５ＶＮＡと負極端子３５ＶＮＢとに接続される。

欠相検知装置４０ＷＰは、キャパシタ３５ＷＰの正極端子３５ＷＰＡと負極端子３５ＷＰＢとに接続される。欠相検知装置４０ＷＮは、キャパシタ３５ＷＮの正極端子３５ＷＮＡと負極端子３５ＷＮＢとに接続される。

以下の説明において、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮのそれぞれを特に区別しない場合は、欠相検知装置４０と記載する。

欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮのそれぞれは、第１の実施形態の欠相検知装置４０と同様の構成を有するが、第２の実施形態における欠相判定処理においては、判定部４１０は、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１と第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２に基づいて判定を行うこと点が第１の実施形態における欠相判定処理とは異なる。第２の実施形態の欠相判定処理については後述する。

逆変換装置群５０Ａは、例えば、逆変換装置５０Ｕ、５０Ｖ、および５０Ｗを備える。逆変換装置５０Ｕ、５０Ｖ、および５０Ｗのそれぞれは、同様の構成を有するため、以下では代表として逆変換装置５０Ｕについて説明する。逆変換装置５０Ｕは、例えば、フルブリッジＮＰＣ型５レベルインバータ（Neutral-Point-Clamped Five-Level Inverter）である。

逆変換装置５０Ｕは、ＰＷＭ制御されることにより、順変換装置３０Ｕから正極線６０Ｕと負極線７０Ｕを介して供給される直流電力を、可変周波数および可変電圧の三相交流電力に変換する。逆変換装置５０Ｕは、変換したＵ相の交流電力を、負荷電力線５８Ｕを介して電動機３に供給する。逆変換装置５０Ｖ、５０Ｗも、逆変換装置５０Ｕと同様に構成される。逆変換装置５０Ｖ、５０Ｗについては、逆変換装置５０Ｕについての説明における構成要素の参照符号におけるＵを、それぞれ、Ｖ、Ｗと読み替えることによりその説明をここに援用する。

次に、第２の実施形態における欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮによる欠相判定処理について説明する。以下の説明では、一例として、欠相検知装置４０ＷＰが、変圧器２０Ｗの変圧器出力線２５ＷＰＲの欠相を検知するものとして説明する。このため、以下の説明では、「欠相が有る場合」とは、変圧器２０Ｗの変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有ることを意味する。

以下の説明において、「欠相が無い場合」とは、二次巻線２４ＵＰ、三次巻線２４ＵＮ、二次巻線２４ＶＰ、三次巻線２４ＶＮ、二次巻線２４ＷＰ、三次巻線２４ＷＮと、変圧器２０Ｕの変圧器出力線２５ＵＰＲ、２５ＵＰＳ、２５ＵＰＴ、２５ＵＮＲ、２５ＵＮＳ、２５ＵＮＴ、変圧器２０Ｖの変圧器出力線２５ＶＰＲ、２５ＶＰＳ、２５ＶＰＴ、２５ＶＮＲ、２５ＶＮＳ、２５ＶＮＴ、変圧器２０Ｗの変圧器出力線２５ＷＰＲ、２５ＷＰＳ、２５ＷＰＴ、２５ＷＮＲ、２５ＷＮＳ、２５ＷＮＴのいずれにも欠相が無いことを意味する。

図６Ａは、欠相が無い場合における、第２の実施形態の欠相検知装置４０ＷＰによって検知される端子間電圧のシミュレーション結果を示す図である。図６Ｂは、欠相が無い場合における、第２の実施形態の欠相検知装置４０ＷＰによって生成される周波数スペクトラムのシミュレーション結果を示す図である。図６Ｃは、欠相が有る場合における、第２の実施形態の欠相検知装置４０ＷＰによって検知される端子間電圧のシミュレーション結果を示す図である。図６Ｄは、欠相が有る場合における、第２の実施形態の欠相検知装置４０ＷＰによって生成される周波数スペクトラムのシミュレーション結果を示す図である。

図６Ａから図６Ｄまでにおいて、交流電源１の基本周波数が５０Ｈｚ、逆変換装置群５０Ａの出力周波数が１００Ｈｚであるものとする。

図６Ａ、図６Ｃにおいて、横軸は時間[秒]を示す。図６Ａの縦軸はキャパシタ３５ＷＰの正極端子３５ＷＰＡと負極端子３５ＷＰＢの間に発生する電圧[Ｖ]を示す。図６Ｃの縦軸はキャパシタ３５ＷＮの正極端子３５ＷＰＡと負極端子３５ＷＰＢの間に発生する電圧[Ｖ]を示す。

図６Ｂ、図６Ｄにおいて、横軸は、周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸は、ＦＦＴの結果に基づいて端子間電圧の各周波数成分の電圧値を電圧比［％］を示す。例えば、電圧比は、交流電源の電圧基本波の電圧値を基準とし、その値を１００％とした場合における、各周波数成分の電圧値の割合である。尚、電圧比は電圧値の比であるため、基準にする電圧値は実効値であってもよいしピーク値であってもよい。また、図示されるように、周波数０Ｈｚにおいて、交流電源の基本波の実効値の電圧値が現れているが、図６Ｂ、図６Ｄにおいては、電圧比０％〜２０％の範囲を拡大表示して示すスケールとなっているために、交流電源の基本波の実効値の電圧値は一部分のみが図示されている。

欠相が無い場合、整流器３２ＷＰ、３２ＷＮから出力される全波整流された後の電圧は、図３Ｂで説明したように周期１／６ｆでリップルを含む直流電圧となるため、電圧検出器４２は図６Ａに示されるような波形の直流電圧を検出する。

高速フーリエ変換部４０６は、電圧検出器４２によって検出された図６Ａに示される波形の検出値に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ変換）を行うことにより、図６Ｂに示されるような周波数スペクトラムを生成する。図６Ｂに示される周波数スペクトラムには、逆変換装置５０の出力周波数（１００Ｈｚ）の２倍の周波数である２００Ｈｚの周波数の成分（ＦＢ_ＩＳ）が含まれている。しかし、交流電源１の基本周波数（５０Ｈｚ）の２倍の周波数である１００Ｈｚの周波数の成分は含まれていない。

欠相が有る場合、整流器３２ＷＰ、３２ＷＮから出力される全波整流された後の電圧は、図３Ｃで説明したように周期１／２ｆで大きなリップルを含む直流電圧となるため、電圧検出器４２は図６Ｃに示されるような波形の直流電圧を検出する。

高速フーリエ変換部４０６は、電圧検出器４２によって検出された図６Ｃに示される波形の検出値に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ変換）を行うことにより、図６Ｄに示されるような周波数スペクトラムを生成する。図６Ｄに示される周波数スペクトラムには、逆変換装置５０の出力周波数（１００Ｈｚ）の２倍の周波数である２００Ｈｚの周波数の成分（ＦＢ_ＩＳ）が含まれている。更に、交流電源１の基本周波数（５０Ｈｚ）の２倍の周波数である１００Ｈｚの周波数の成分（ＦＢ_ＰＳ）が含まれている。

次に、図７Ａから７Ｆまでを参照して、第２の実施形態の欠相検知装置４０による欠相判定処理について、逆変換装置５０の出力周波数と交流電源１の基本周波数を可変させた場合におけるシミュレーション結果を説明する。

以下の説明においては、端子間電圧に対する高速フーリエ変換によって生成された周波数スペクトラムにおいて、交流電源１の基本周波数（５０Ｈｚ）の２倍（１００Ｈｚ）の周波数の成分を、「電源二倍周波数成分」と呼ぶ。

図７Ａは、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて逆変換装置群５０Ａの出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が２５Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。図７Ｂは、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて逆変換装置群５０Ａの出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が５０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。図７Ｃは、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて逆変換装置群５０Ａの出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が６０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。図７Ｄは、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて逆変換装置群５０Ａの出力周波数が５０Ｈｚであり電源周波数が１００Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。

つまり、図７Ａから７Ｄまでのシミュレーションの条件は、逆変換装置群５０Ａの出力周波数を５０Ｈｚで固定し、図７Ａでは交流電源１の基本周波数を２５Ｈｚに設定し、図７Ｂでは交流電源１の基本周波数を５０Ｈｚに設定し、図７Ｃでは交流電源１の基本周波数を６０Ｈｚに設定し、図７Ｄでは交流電源１の基本周波数を１００Ｈｚに設定したものである。図７Ａから７Ｄまでの各図において、黒塗りのバー（左）は、欠相が無い場合の電源二倍周波数成分を示し、白抜きのバー（右）は、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合の電源二倍周波数成分を示す。

図７Ａから７Ｄまでのシミュレーション結果において、図７Ａ、７Ｃ、７Ｄのシミュレーション結果は同様の傾向を示す。以下、図７Ａを例にして説明する。交流電源１の基本周波数を２５Ｈｚとした場合には、全ての欠相検知装置によって検出される電源二倍周波数成分の電圧が、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合に上昇し、第１の閾値電圧Ｖ _ＴＨ１よりも大きくなる。特に、欠相検知装置４０ＷＰ、４０ＷＮによって検出される電源二倍周波数成分の電圧が、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合に他に比べて大きく上昇し第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２よりも大きくなる。第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２については後述する。

図７Ｂのシミュレーション結果は、前述の図７Ａ、７Ｃ、７Ｄまでのシミュレーション結果とは異なる傾向を示す。図７Ｂのシミュレーションの条件においては、交流電源１の基本周波数（５０Ｈｚ）が逆変換装置群５０Ａの出力周波数（５０Ｈｚ）と同じである。このため、図７Ｂのシミュレーション結果においては、欠相が無い場合であっても、電源二倍周波数成分の電圧が、図７Ａ、７Ｃ、７Ｄのシミュレーション結果と比べて高い。欠相が無い状態から、欠相が有る状態に変化すると、電源二倍周波数成分は上昇するものの、その変化は僅かである。従って、欠相が無い状態と欠相が有る状態を区別することは困難な場合がある。例えば、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮによって検出される電源二倍周波数成分においては、欠相が無い状態と欠相が有る状態の間に殆ど差異が無い。また、欠相検知装置４０ＶＰ、４０ＶＮによって検出される電源二倍周波数成分においては、欠相が無い状態と欠相が有る状態の間に差異は有るものの、その大きさは、図７Ａ、７Ｃ、７Ｄのシミュレーションにおける差異に比べて小さい。

このため、図７Ｂのシミュレーションでは、欠相検知装置４０ＷＰによって検出される電源二倍周波数成分の電圧が、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合に上昇し第３の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３よりも大きくなる。従って、図７Ｂのシミュレーションにおけるケースでは、欠相が発生した変圧器出力線２５ＷＰＲから電力供給を受けるキャパシタ３５ＷＰ、３５ＷＮ（自らの相のキャパシタ）の端子間電圧ｖｃＷＰ、ｖｃＷＮに基づいて欠相を検出できるものの、それ以外のキャパシタ３５ＵＰ、３５ＵＮ、３５ＶＰ、３５ＶＮ（自らの相以外のキャパシタ）の端子間電圧に基づいて欠相を検出することは困難な場合がある。第３の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３については後述する。

図７Ｅは、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて逆変換装置群５０Ａの出力周波数が１００Ｈｚであり電源周波数が５０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。図７Ｆは、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて逆変換装置群５０Ａの出力周波数が２００Ｈｚであり電源周波数が５０Ｈｚである場合における、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。

つまり、図７Ｅ、７Ｆのシミュレーションの条件は、交流電源１の基本周波数を５０Ｈｚで固定し、図７Ｅでは逆変換装置群５０Ａの出力周波数を１００Ｈｚに設定し、図７Ｆでは逆変換装置群５０Ａの出力周波数を２００Ｈｚに設定したものである。図７Ｅ、７Ｆの各図において、黒塗りのバー（左）は、欠相が無い場合の電源二倍周波数成分を示し、白抜きのバー（右）は、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合の電源二倍周波数成分を示す。

図７Ｅ、７Ｆのシミュレーションは同様の傾向を示す。以下、図７Ｅを例にして説明する。逆変換装置群５０Ａの出力周波数が１００Ｈｚとした場合には、全ての欠相検知装置によって検出される電源二倍周波数成分の電圧が、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合に上昇し、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１よりも大きくなる。特に、欠相検知装置４０ＷＰ、４０ＷＮによって検出される電源二倍周波数成分の電圧が、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合に他に比べて大きく上昇し第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２よりも大きくなる。

次に、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２、第３の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３の設定について説明する。

第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１と、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２とは、交流電源１の基本周波数と逆変換装置５０Ｗの出力周波数とが略同一ではない場合に、判定部４１０による判定に使用される閾値である。第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１は、自らの相以外の相に欠相が生じているか否か判定するために使用される閾値である。第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２は、自らの相に欠相が生じているか否か判定するために使用される閾値である。

例えば、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１は、欠相が無い場合における全ての相の電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}と、欠相が有る場合における欠相が有る相以外の相の電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ｎｏｎｏｐ}との平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ１}、または該平均値にＶ_{ａｖｇＴＨ１}対して所定範囲の値であってもよい。具体的には、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１は、欠相が無い場合における端子間電圧ｖｃＵＰ、ｖｃＵＮ、ｖｃＶＰ、ｖｃＶＮ、ｖｃＷＰ、ｖｃＷＮの電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ａ ｌｌ}と、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合における端子間電圧ｖｃＵＰ、ｖｃＵＮ、ｖｃＶＰ、ｖｃＶＮの電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ｎｏｎｏｐ}との平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ１}、または該平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ１}に対して所定範囲の値である。

例えば、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２は、欠相が無い場合における全ての相の電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}と、欠相が有る場合における欠相が有る相の電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ｏｐ}との平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ２}、または該平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ２}に対して所定範囲の値であってもよい。具体的には、第２の閾値電圧Ｖ _ＴＨ２は、欠相が無い場合における端子間電圧ｖｃＵＰ、ｖｃＵＮ、ｖｃＶＰ、ｖｃＶＮ、ｖｃＷＰ、ｖｃＷＮの電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}と、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合における端子間電圧ｖｃＷＰ、ｖｃＷＮの電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ｏｐ}との平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ２}、または該平均値Ｖ_{ａ ｖｇＴＨ２}に対して所定範囲の値である。第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２は、第１の閾値電圧Ｖ _ＴＨ１よりも大きい値となる。

第３の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３とは、交流電源１の基本周波数と逆変換装置５０Ｗの出力周波数とが略同一である場合に、判定部４１０によって判定に使用される閾値である。

例えば、第３の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３は、欠相が無い場合における全ての相の電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}と、欠相が有る場合における欠相が有る相の電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ｏｐ}との平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ３}、または該平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ３}に対して所定範囲の値である。より具体的には、第３の閾値電圧Ｖ_{ＴＨ ３}は、欠相が無い場合における端子間電圧ｖｃＵＰ、ｖｃＵＮ、ｖｃＶＰ、ｖｃＶＮ、ｖｃＷＰ、ｖｃＷＮの電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ａｌｌ}と、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合における端子間電圧ｖｃＷＰ、ｖｃＷＮの電源二倍周波数成分の電圧の平均値Ｖ_{ａｖｇ＿ｏｐ}との平均値Ｖ_{ａｖｇＴＨ３}、または該平均値Ｖ_{ａｖｇ ＴＨ３}に対して所定範囲の値である。

また、第１閾値電圧Ｖ_ＴＨ１、第２閾値電圧Ｖ_ＴＨ２、第３閾値電圧Ｖ_ＴＨ３、及び閾値電圧Ｖ_ＴＨの算出における各相の電源二倍周波数成分の電圧は、一定期間における電圧の平均値であってよく、また、外れ値や異常値の除外、重み付け等の処理をすることにより得られた平均値が用いられてもよい。

第２の実施形態における欠相判定処理では、欠相検知装置４０は、電源二倍周波数成分の電圧に応じて、以下のように判定を行う。尚、本明細書における、「周波数が略同一」とは、ＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトラムにおいて、分離することができない程度に周波数が近いことを意味する。

Ａ．交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致しない場合において、
（Ａ１）電源二倍周波数成分の電圧が、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１以下である場合：
欠相検知装置４０は、全ての相に欠相は無いと判定する。
（Ａ２）電源二倍周波数成分の電圧が、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１より大きく、且つ、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２以下である場合：
欠相検知装置４０は、欠相検知装置４０が接続されている相以外（自らの相以外）に欠相が有り、且つ、欠相検知装置４０が接続されている相（自らの相）に欠相が無いと判定する。
（Ａ３）電源二倍周波数成分の電圧が、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２より大きい場合：
欠相検知装置４０は、欠相検知装置４０が接続されている相（自らの相）に欠相が有ると判定する。尚、この場合、欠相検知装置４０が接続されている相以外（自らの相以外）に欠相が有るか否かは判定できない。

Ｂ．交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致する場合において、
（Ｂ１）電源二倍周波数成分の電圧が、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３以下である場合：
欠相検知装置４０は、欠相検知装置４０が接続されている相（自らの相）に欠相が無いと判定し、且つ、欠相検知装置４０が接続されている相以外（自らの相以外）に欠相が有るか否かは判定できないと判定する。
（Ｂ２）電源二倍周波数成分の電圧が、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３より大きい場合：
欠相検知装置４０は、欠相検知装置４０が接続されている相（自らの相）に欠相が有ると判定する。尚、この場合、欠相検知装置４０が接続されている相以外（自らの相以外）に欠相が有るか否かは判定できない。

図８は、第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいて、電動機３の電流を変動させた場合の、電源二倍周波数成分のシミュレーション結果を示す図である。第２の実施形態の電力変換システム２Ａにおいては、電源二倍周波数成分の電圧が、負荷（例えば、電動機３）の消費電力の大きさに応じて変化する。例えば、平滑化された後の電圧のリプルのうち、欠相が生じた相に対応するタイミングのリプルが他の相に対応するタイミングのリプルよりも増大するので、電源二倍周波数成分の電圧が負荷（例えば、電動機３）の消費電力が大きいほどリップルが大きくなる。

図８においては、交流電源１の基本周波数を５０Ｈｚに設定し、逆変換装置群５０Ａの出力周波数を１００Ｈｚに設定し、逆変換装置群５０Ａの直流出力電圧を５７００Ｖに設定し、電動機３の電流を１０００Ａ、１５００Ａ、２０００Ａに変化させた場合における、端子間電圧ｖｃＷＰの電源二倍周波数成分の電圧のシミュレーション結果が示される。図示されるように、欠相が無い場合は、電動機３の電流を変化させても、電源二倍周波数成分の電圧は殆ど変化が無い。しかし、変圧器出力線２５ＷＰＲに欠相が有る場合は、電源二倍周波数成分の電圧は、電動機３の電流の増加に応じて上昇する。

図９は、第２の実施形態の欠相検知装置による欠相判定処理のフローチャートである。尚、図９のフローチャートは、ステップＳ１３０がステップＳ１３０Ａに変更されており、ステップＳ１３５、Ｓ１３６が追加されている点以外は、図４のフローチャートと同様であるので、同様なステップには同じ参照符号を付してその説明を省略する。

ステップＳ１２０の処理の後、判定部４１０は、記憶部４２０に記憶させた抽出周波数成分Ｆ_ｅｘｔの電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第１閾値電圧Ｖ_ＴＨ１より大きいか否か判定する（ステップＳ１３０Ａ）。電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第１閾値電圧Ｖ_ＴＨ１より大きい場合は、判定部４１０は、処理をステップＳ１３５に進めて、判定部４１０は、記憶部４２０に記憶させた抽出周波数成分Ｆ_ｅｘｔの電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第２閾値電圧Ｖ_ＴＨ２より大きいか否か判定する（ステップＳ１３５）。電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第２閾値電圧Ｖ_ＴＨ２より大きい場合は、判定部４１０は、第２欠相検出信号を制御部５５に出力する（ステップＳ１３６）。一方、ステップＳ１３５において、電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第２閾値電圧Ｖ_ＴＨ２以下である場合は、判定部４１０は、第１欠相検出信号を制御部５５に出力する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１３０Ａにおいて、電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第１閾値電圧Ｖ_ＴＨ１以下である場合は、判定部４１０は、欠相判定処理を終了させる。

第２の実施形態によれば、３６パルスのダイオードコンバータ（順変換装置群３０Ａ）と、５レベルインバータ（逆変換装置５０）とを備えた電力変換システム２Ａにおいて、電圧検出器４２によって検出されるキャパシタ３５の端子間電圧に基づいて、欠相を検出することができる。

第２の実施形態によれば、交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致しない条件（上記のＡ．）では、次の第１と第２の場合（上記のＡ２とＡ３）に欠相を検出できる。

第１の場合（Ａ２）として、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮは、電源二倍周波数成分の電圧が第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１より大きく、且つ、第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２以下である場合には、前記複数の相うち欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮが接続されている相以外（例えば２５ＷＰＲ）に欠相が生じていると判定する。これにより、電源周波数とインバータ周波数が略一致しない場合には、自らの相以外の相の欠相を検出することができる。

第２の場合（Ａ３）として、欠相検知装置４０ＷＰ、４０ＷＮは、電源二倍周波数成分の電圧が第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２より大きい場合には、前記複数の相のうち欠相検知装置４０ＷＰ、４０ＷＮが接続されている相（例えば２５ＷＰＲ）に欠相が生じていると判定する。これにより、電源周波数とインバータ周波数が略一致しない場合には、自らの相の欠相を検出することができる。

また、第２の実施形態によれば、交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致する条件（上記のＢ．）には、第３の場合（上記のＢ２）に欠相を検出できる。

第３の場合（Ｂ２）として、欠相検知装置４０ＷＰは、電源二倍周波数成分の電圧が第３の閾値電圧Ｖ_ＴＨ３より大きい場合には、前記複数の相のうち欠相検知装置４０ＷＰが接続されている相に欠相が生じていると判定する。これにより、電源周波数とインバータ周波数が略一致する場合であっても、自らの相の欠相を検出することができる。

（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態の変形例の電力変換システムは、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＶＰが備えられているが、欠相検知装置４０ＵＮ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮが備えられていない点以外は、第２の実施形態の電力変換システム２Ａと同様の構成を備える。上記に説明したように、交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致しない場合（上記のＡ．）には、第１の閾値電圧Ｖ_ＴＨ１と第２の閾値電圧Ｖ_ＴＨ２とを用いることにより、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＶＰのそれぞれは、欠相が無い（Ａ１）、自らの相以外に欠相が有る（Ａ２）、及び自らの相に欠相が有る（Ａ３）という３種類の判定をすることができる。

欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＶＰは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相に備えられているので、欠相検知装置４０ＵＰの判定結果と４０ＶＰの判定結果に基づいて、欠相がＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相に発生しているかを検出することができる。つまり、Ｗ相に欠相検知装置４０が備えられていなくとも、例えば、欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＶＰの両方が、自らの相以外に欠相が有る（Ａ２）という判定をした場合は、Ｗ相に欠相が有るということを検出することができる。つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、少なくとも２相に欠相検知装置４０が備えられていれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちいずれの相に欠相が発生しているか否かを判定することが可能である。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態の電力変換システム２Ｂを示す構成図である。電力変換システム２Ｂは、キャパシタ３５ＷＰに欠相検知装置４０Ｗが設けられており、それ以外のキャパシタには欠相検知装置４０が設けられていないこと以外は、第２の実施形態の電力変換システム２Ａと同様の構成を備える。第２の実施形態においては、キャパシタ３５ＵＰ、３５ＵＮ、３５ＶＰ、３５ＶＮ、３５ＷＰ、３５ＷＮのそれぞれに欠相検知装置４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮが接続されているものとしたが、第３の実施形態においては、キャパシタ３５ＵＰ、３５ＵＮ、３５ＶＰ、３５ＶＮ、３５ＷＰ、３５ＷＮには欠相検知装置４０が接続されず、キャパシタ３５ＷＰに欠相検知装置４０ＷＰが接続される。第３の実施形態の欠相検知装置４０ＷＰは、第１の実施形態の欠相検知装置４０と同様の構成を備える。

第２の実施形態において説明したように、欠相検知装置４０Ｗは、抽出周波数成分Ｆ_{ｅ ｘｔ}の電圧Ｖ_Ｆｅｘｔが第１閾値電圧Ｖ_ＴＨ１、第２閾値電圧Ｖ_ＴＨ２より大きいか否か判定することにより、二次巻線２４ＷＰ、三次巻線２４ＷＮと、変圧器２０Ｗの変圧器出力線２５ＷＰＲ、２５ＷＰＳ、２５ＷＰＴ、２５ＷＮＲ、２５ＷＮＳ、２５ＷＮＴの欠相を検出することの他、二次巻線２４ＵＰ、三次巻線２４ＵＮ、二次巻線２４ＶＰ、三次巻線２４ＶＮと、変圧器２０Ｕの変圧器出力線２５ＵＰＲ、２５ＵＰＳ、２５ＵＰＴ、２５ＵＮＲ、２５ＵＮＳ、２５ＵＮＴ、変圧器２０Ｖの変圧器出力線２５ＶＰＲ、２５ＶＰＳ、２５ＶＰＴ、２５ＶＮＲ、２５ＶＮＳ、２５ＶＮＴの欠相を検出することができる。ただし、この場合、交流電源１の基本周波数と逆変換装置５０Ｗの出力周波数が略同一ではないことが条件となる。

これによって、３６パルスのダイオードコンバータ（順変換装置群３０Ａ）と、５レベルインバータ（逆変換装置５０）とを備えた電力変換システム２Ｂにおいて、全てのキャパシタ３５ＵＰ、３５ＵＮ、３５ＶＰ、３５ＶＮ、３５ＷＰ、３５ＷＮに対して欠相検知装置４０を設けなくとも、キャパシタ３５ＷＰに対して欠相検知装置４０ＷＰを設けることによって、全ての相の欠相を検出することが可能になる。

（実施形態に共通の第１の変形例）
図１１は、第１から第３までの実施形態の第１の変形例の欠相検知装置４０Ａの構成図である。欠相検知装置４０Ａは、例えば、電圧検出器４２と欠相検知部４４Ａとを備える。欠相検知部４４Ａは、第１から第３までの実施形態の欠相検知装置４０における高速フーリエ変換部４０６と抽出部４０８の代わりに、バンドパスフィルタ部４０６Ａを備える点以外は、欠相検知部４４と同様の構成を備える。

バンドパスフィルタ部４０６Ａの通過周波数帯域が、交流電源１の周波数の２倍の周波数を含む。例えば、バンドパスフィルタ部４０６Ａの通過周波数帯域の中心周波数が、交流電源１の周波数の２倍の周波数と一致する。バンドパスフィルタ部４０６Ａは、電圧検出値のうち通過周波数帯域に対応する周波数の成分（電源二倍周波数成分）を通過させて判定部４１０に供給する。判定部４１０は、電源二倍周波数成分の電圧が所定の閾値電圧より大きい場合に欠相が発生していると判定する。

第１の変形例の欠相検知装置４０Ａによれば、バンドパスフィルタ部４０６Ａはバンドパスフィルタの周波数成分選択特性によって電源二倍周波数成分を抽出する。これにより、高速フーリエ変換部４０６と抽出部４０８が備えられていなくとも、所望の通過周波数帯域の成分を抽出することができ、欠相を検出することができる。

（実施形態に共通の第２の変形例）
図１１は、第１から第３までの実施形態の第２の変形例の欠相検知装置４０Ｂの構成図である。欠相検知装置４０Ｂは、例えば、電圧検出器４２と、バンドパスフィルタ回路４３と、欠相検知部４４Ｂとを備える。欠相検知部４４Ｂは、第１から第３までの実施形態の欠相検知装置４０における高速フーリエ変換部４０６と抽出部４０８を備えない点以外は、欠相検知装置４０と同様の構成を備える。

バンドパスフィルタ回路４３の通過周波数帯域が、交流電源１の周波数の２倍の周波数を含む。例えば、バンドパスフィルタ回路４３の通過周波数帯域の中心周波数が、交流電源１の周波数の２倍の周波数と一致する。バンドパスフィルタ回路４３は、電圧検出器４２の出力する電圧検出値のうち、通過周波数帯域に対応する周波数の成分（電源二倍周波数成分）を通過させて取得部４０４に供給する。取得部４０４は、電源二倍周波数成分を取得し記憶部４２０に電圧検出値として記憶させる。判定部４１０は、記憶部４２０から所定個数の電圧検出値を読み出し、所定個数の電圧検出値の平均値が閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きいか否か判定する。所定個数の電圧検出値の平均値が閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きい場合は、判定部４１０は、欠相検出信号を制御部５５に出力する。尚、閾値電圧Ｖ_ＴＨの設定については、上記説明した通りである。

第２の変形例の欠相検知装置４０Ｂによれば、バンドパスフィルタ回路４３は電源二倍周波数成分を抽出する。これにより、高速フーリエ変換部４０６と抽出部４０８が備えられていなくとも、所望の通過周波数帯域の成分を抽出することができ、欠相を検出することができる。

（実施形態に共通の第３の変形例）
第１から第３までの実施形態においては、欠相検知部４４は、欠相判定処理において欠相検出信号を制御部５５に出力し、制御部５５は、欠相検出信号に基づいてＰＷＭ制御の制御状態を変更した。第１から第３までの実施形態の第３の変形例では、上記の第１から第３までの実施形態の構成に加えて、または、この構成に代えて、欠相検知部４４は、図示しない上位装置に、欠相検出信号を送信してもよい。また、欠相検知部４４は、欠相検出信号を表示装置やスピーカーから画像、音声などとして出力することにより、作業員に欠相の発生を通知してもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力変換装置は、整流器と、キャパシタと、電圧検知部と、欠相検知部とを備える。整流器は、電源側から供給される複数の相の交流を全波整流する。キャパシタは、前記整流器の出力電圧を平滑化する。電圧検知部は、前記平滑化された後の電圧を検出する。欠相検知部は、前記平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記に説明した実施形態においては、６パルス、３６パルスのダイオードコンバータの例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。１２パルス、２４パルスなどのダイオードコンバータにも本発明を適用することができる。

上記に説明した実施形態においては、逆変換装置群５０Ａの出力周波数は所定の値に固定されているものとしたが、逆変換装置群５０Ａの出力周波数は、電動機３を加減速するために、リアルタイムで変更されてもよい。この場合、交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致するタイミングにおける端子間電圧を、欠相検知装置４０による欠相判定処理において採用しないようにフラグをつける、破棄するなどの処理が行われてもよい。これにより、電動機３を加減速するために逆変換装置群５０Ａの出力周波数を可変させて、交流電源１の基本周波数と、逆変換装置群５０Ａの出力周波数とが、略一致するタイミングが生じる場合であっても、そのようなタイミングの端子間電圧を、欠相検知装置４０による欠相判定処理から除外することができる。

１…交流電源、２、２Ａ、２Ｂ…電力変換システム、３…電動機、２０、２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ…変圧器、３０、３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ…順変換装置、３２…整流器、３５、３５ＵＰ、３５ＵＮ、３５ＶＰ、３５ＶＮ、３５ＷＰ、３５ＷＮ…キャパシタ、４０、４０ＵＰ、４０ＵＮ、４０ＶＰ、４０ＶＮ、４０ＷＰ、４０ＷＮ…欠相検知装置、４２…電圧検出器、４３…バンドパスフィルタ回路、４４、４４Ａ、４４Ｂ…欠相検知部

Claims (11)

1. 電源側から供給される複数の相の交流を全波整流する整流器と、
   前記整流器の出力電圧を平滑化するキャパシタと、
   前記平滑化された後の電圧を検出する電圧検知部と、
   前記平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する欠相検知部と
   を備え、
   前記欠相検知部は、前記平滑化された後の電圧の周波数スペクトラムをＦＦＴ処理により導出して、前記導出された周波数スペクトラムの中で、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の電圧が第１の閾値電圧Ｖより大きく、且つ、前記第１の閾値電圧よりも大きい第２の閾値電圧以下である場合には、前記複数の相うち前記欠相検知部が接続されている相以外に欠相が生じていると判定する
   電力変換装置。
2. 前記欠相検知部は、
   前記平滑化された後の電圧の周波数の成分の中で、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分が予め定められた大きさを超えて検出された場合に、前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記欠相検知部は、
   前記周波数スペクトラムから前記２倍の周波数の成分を抽出する
   請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記欠相検知部は、前記導出された周波数スペクトラムの中で、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の電圧が所定の閾値電圧より大きい場合に、前記複数の相のいずれか１つに欠相が生じていると判定する
   請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記欠相検知部は、前記導出された周波数スペクトラムの中で、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の電圧が前記第２の閾値電圧より大きい場合には、前記複数の相のうち前記欠相検知部が接続されている相に欠相が生じていると判定する
   請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記複数の相の交流の基本周波数と、前記整流器によって整流され前記キャパシタによって平滑される電流の供給を受ける逆変換装置が生成する第２の複数の相の交流の基本周波数とが、略同一である場合、前記欠相検知部は、前記導出された周波数スペクトラムの中で、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の電圧が第３の閾値電圧より大きい場合には、前記複数の相のうち前記欠相検知部が接続されている相に欠相が生じていると判定する
   請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記欠相検知部は、
   前記平滑化された後の電圧の２倍の周波数の成分を抽出するためのバンドパスフィルタ
   を備える請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記平滑化された後の電圧を用いて、負荷に供給するための交流電力を生成する逆変換装置
   を備え、
   前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の大きさが、前記負荷の消費電力に応じて変化する
   を備える請求項１に記載の電力変換装置。
9. 前記平滑化された後の電圧を用いて、負荷に供給するための交流電力を生成する逆変換装置
   を備え、
   前記平滑化された後の電圧のリプルのうち、欠相が生じた相に対応するタイミングのリプルが他の相に対応するタイミングのリプルよりも増大して、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の大きさが、前記負荷の消費電力に応じて変化する
   を備える請求項１に記載の電力変換装置。
10. 前記平滑化された後の電圧を用いて、負荷に供給するための交流電力を生成する逆変換装置
    を備え、
    前記逆変換装置が生成する前記交流電力の基本周波数は、前記複数の相の交流の基本周波数とは異なる
    請求項１に記載の電力変換装置。
11. 電源側から供給される複数の相の交流を全波整流する整流器によって整流されキャパシタによって平滑化された後の電圧を検出する電圧検知部と、
    前記平滑化された後の電圧の周波数の成分に含まれた前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分に基づいて前記複数の相の交流に欠相が生じていることを検出する欠相検知部と、
    を備え、
    前記欠相検知部は、前記平滑化された後の電圧の周波数スペクトラムをＦＦＴ処理により導出して、前記導出された周波数スペクトラムの中で、前記複数の相の交流の基本周波数の２倍の周波数の成分の電圧が第１の閾値電圧Ｖより大きく、且つ、前記第１の閾値電圧よりも大きい第２の閾値電圧以下である場合には、前記複数の相うち前記欠相検知部が接続されている相以外に欠相が生じていると判定する
    欠相検知装置。

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