WO2018216144A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（１）は、整流回路（２）によって整流された直流電圧を検出する電圧検出手段（５）と、許容電圧上限値と許容電圧下限値とを記憶する許容電圧記憶手段（６）と、許容電圧上限値から電圧検出手段（５）によって検出された直流電圧の最大値を減じた値である上限電圧差と、検出された直流電圧の最小値から許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差とを算出し、上限電圧差と下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定するマージン算出手段（７）と、マージン範囲記憶手段（８）に記憶されている複数のマージン範囲のうちのマージン算出手段（７）によって決定された直流電圧マージンが含まれるマージン範囲に応じて負荷（３０）の動作の制限を決定する負荷制限決定手段（９）と、負荷制限決定手段（９）によって決定された制限に応じて負荷（３０）の動作を制御する負荷制御手段（１０）とを有する。

Description

電力変換装置

　本発明は、交流電圧を整流することによって直流電圧を得て、直流電圧をもとに動作する負荷の動作を制御する電力変換装置に関する。

　従来、交流電圧を整流することによって直流電圧を得て、直流電圧をもとに動作する負荷の動作を制御する電力変換装置が用いられている。当該電力変換装置では、交流電圧を整流することによって直流電圧を得る際により生じるリップル電圧を平滑する平滑コンデンサが用いられる。平滑コンデンサの一例は、電解コンデンサである。電解コンデンサは周囲の温度又は経年変化に起因して特性が変化するため、特性の変化に対応するための技術が提案されている。

　例えば、電解コンデンサが相対的に低温で使用される場合の静電容量の低下と等価直列抵抗の増加とによる電解コンデンサの平滑能力の低下に対応するために、負荷が動作を開始してから電解コンデンサが温まって平滑能力が回復すると想定されるまでの一定期間において負荷の動作を制限する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　電解コンデンサの静電容量が使用期間に応じて減少することに起因して安全弁が動作することを防止するために、整流することによって得られた直流電圧に含まれるリップル電圧の大きさに応じた電力を負荷に供給する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第５９２５４２５号公報 特開２０１２－２３８９１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載されている技術については、電解コンデンサが温まって平滑能力が回復すると想定されるまでの一定期間は複数の要素によって決まるので、当該一定期間を容易に決定することはできない。特許文献２に記載されているリップル電圧の大きさに応じた電力を負荷に供給する方法は、負荷に供給する電力を容易に変更することができない電力変換装置に適用することはできない。つまり、従来の技術では、リップル電圧を含む直流電圧をもとに動作する負荷の動作をリップル電圧の大きさに応じて適切に制御することはできない。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リップル電圧を含む直流電圧をもとに動作する負荷の動作をリップル電圧の大きさに応じて制御する電力変換装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された直流電圧であってリップル電圧を含む直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記整流回路によって整流された直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記平滑コンデンサによって平滑された直流電圧をもとに動作する負荷の動作を制御する際に用いられる直流電圧の許容電圧上限値と許容電圧下限値とを記憶する許容電圧記憶手段と、前記許容電圧記憶手段に記憶されている前記許容電圧上限値から前記電圧検出手段によって検出された直流電圧の最大値を減じた値である上限電圧差と、前記電圧検出手段によって検出された直流電圧の最小値から前記許容電圧記憶手段に記憶されている前記許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差とを算出し、前記上限電圧差と前記下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定するマージン算出手段と、前記負荷の動作を段階的に制限するための複数のマージン範囲を記憶するマージン範囲記憶手段と、前記マージン範囲記憶手段に記憶されている前記複数のマージン範囲のうちの前記マージン算出手段によって決定された直流電圧マージンが含まれるマージン範囲に応じて前記負荷の動作の制限を決定する負荷制限決定手段と、前記負荷制限決定手段によって決定された制限に応じて前記負荷の動作を制御する負荷制御手段とを有することを特徴とする。

　本発明に係る電力変換装置は、リップル電圧を含む直流電圧をもとに動作する負荷の動作をリップル電圧の大きさに応じて制御することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が有するマージン算出手段が直流電圧マージンを決定する際のマージン算出手段の動作を説明するための図 実施の形態１に係る電力変換装置が負荷の動作を制御する際の負荷の消費電力及び直流電圧マージンの時間の経過に伴う変化の一例と、電力変換装置が有するマージン範囲記憶手段に記憶されている第１マージン範囲、第２マージン範囲及び第３マージン範囲とを示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が有する電圧検出手段が検出する直流電圧の最小値が一次電流の大きさに比例して減少することを示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が有する電圧検出手段、マージン算出手段、負荷制限決定手段及び負荷制御手段を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が有する電圧検出手段、マージン算出手段、負荷制限決定手段及び負荷制御手段の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図 実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態２に係る電力変換装置が有する許容電圧記憶手段に記憶されている許容電圧上限値及び許容電圧下限値の一例を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図 実施の形態３に係る電力変換装置が有するアクティブコンバータが昇圧動作をしている場合の一次電流と直流電圧との関係を示す図 実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す図

　以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成を示す図である。電力変換装置１は、交流電源２０から供給される交流電圧を整流する整流回路２を有する。図１には、交流電源２０も示されている。整流回路２の入力側の端子が交流電源２０に接続されており、整流回路２は交流電源２０から供給される交流電圧を直流電圧に整流して出力する。

　電力変換装置１は、整流回路２の出力側の端子に接続された平滑コンデンサ３を更に有する。平滑コンデンサ３の一例は、電解コンデンサである。平滑コンデンサ３は、整流回路２によって整流された直流電圧であってリップル電圧を含む直流電圧を平滑する。整流回路２からの直流電圧が平滑コンデンサ３に供給されたときよりもリップル電圧が平滑コンデンサ３によって小さくなった直流電圧は、平滑コンデンサ３から、直流電圧をもとに動作する負荷３０に供給される。図１には、負荷３０も示されている。

　電力変換装置１は、負荷３０の動作を制御する制御部４を更に有する。制御部４は、整流回路２によって整流された直流電圧を検出する電圧検出手段５と、負荷３０の動作を制御する際に用いられる直流電圧の許容電圧上限値と許容電圧下限値とを記憶する許容電圧記憶手段６とを有する。許容電圧上限値は、負荷３０が安定して動作する際の許容可能な直流電圧の範囲の上限値である。許容電圧下限値は、当該許容可能な直流電圧の範囲の下限値である。実施の形態１では、許容電圧上限値及び許容電圧下限値はいずれも一定である。

　制御部４は、許容電圧記憶手段６に記憶されている許容電圧上限値から電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値を減じた値である上限電圧差を算出するマージン算出手段７を更に有する。マージン算出手段７は、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最小値から許容電圧記憶手段６に記憶されている許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差を更に算出する。マージン算出手段７は、算出された上限電圧差と下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定する。

　制御部４は、負荷３０の動作を直流電圧マージンに応じて段階的に制限するための複数のマージン範囲を記憶するマージン範囲記憶手段８を更に有する。制御部４は、マージン範囲記憶手段８に記憶されている複数のマージン範囲のうちのマージン算出手段７によって決定された直流電圧マージンが含まれるマージン範囲に応じて負荷３０の動作の制限を決定する負荷制限決定手段９を更に有する。制御部４は、負荷制限決定手段９によって決定された制限に応じて負荷３０の動作を制御する負荷制御手段１０を更に有する。

　許容電圧記憶手段６及びマージン範囲記憶手段８の各々は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　Erasable　Programmable　Read-Only　Memory）等の不揮発性若しくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital　Versatile　Disk）等である。

　図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１が有するマージン算出手段７が直流電圧マージンを決定する際のマージン算出手段７の動作を説明するための図である。マージン算出手段７は、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値と最小値とを検出する。次に、マージン算出手段７は、許容電圧記憶手段６から許容電圧上限値と許容電圧下限値とを読み込む。

　マージン算出手段７は、許容電圧上限値から直流電圧の最大値を減じた値である上限電圧差を算出すると共に、直流電圧の最小値から許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差を算出する。マージン算出手段７は、算出された上限電圧差と下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定する。許容電圧下限値以上かつ許容電圧上限値以下の範囲は、負荷３０を動作させる許容電圧範囲である。

　図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１が負荷３０の動作を制御する際の負荷３０の消費電力及び直流電圧マージンの時間の経過に伴う変化の一例と、電力変換装置１が有するマージン範囲記憶手段８に記憶されている第１マージン範囲、第２マージン範囲及び第３マージン範囲とを示す図である。図３において、符号ｔは時間を示す。

　図３に示されている第１マージン範囲、第２マージン範囲及び第３マージン範囲は、複数のマージン範囲の一例である。複数のマージン範囲の各々は、負荷３０の動作を直流電圧マージンに応じて段階的に制限するために設定された範囲である。マージン範囲記憶手段８は、第１マージン範囲、第２マージン範囲及び第３マージン範囲を特定するための第１マージン閾値、第２マージン閾値及び第３マージン閾値を更に記憶している。第１マージン閾値は第２マージン閾値より大きく、第２マージン閾値は第３マージン閾値より大きい。例えば、第１マージン閾値は２０Ｖであり、第２マージン閾値は１０Ｖであって、第３マージン閾値は０Ｖである。

　図３の例では、第１マージン範囲は、第１マージン範囲に含まれるすべての値が第１マージン閾値以下かつ第２マージン閾値より大きい範囲である。第２マージン範囲は、第２マージン範囲に含まれるすべての値が第２マージン閾値以下かつ第３マージン閾値より大きい範囲である。第３マージン範囲は、第３マージン範囲に含まれるすべての値が第３マージン閾値以下である範囲である。

　例えば、負荷制限決定手段９は以下の通りに負荷３０の動作の制限を決定する。すなわち、負荷制限決定手段９は、マージン算出手段７によって決定された直流電圧マージンが第１マージン範囲に含まれている場合、負荷３０の動作の増加を禁止する制限を決定する。つまり、第１マージン範囲は負荷引上げ禁止範囲である。負荷制限決定手段９は、直流電圧マージンが第２マージン範囲に含まれている場合、負荷３０の動作を減少させる制限を決定する。つまり、第２マージン範囲は負荷引下げ範囲である。更に言うと、直流電圧マージンが第２マージン範囲に含まれている場合、負荷制限決定手段９は、直流電圧マージンが第１マージン範囲に含まれている場合よりも負荷３０の動作を抑制させる制限を決定する。

　負荷制限決定手段９は、直流電圧マージンが第３マージン範囲に含まれている場合、負荷３０の動作を停止させる制限を決定する。つまり、第３マージン範囲は負荷停止範囲である。更に言うと、直流電圧マージンが第３マージン範囲に含まれている場合、負荷制限決定手段９は、直流電圧マージンが第２マージン範囲に含まれている場合よりも負荷３０の動作を抑制させる制限を決定する。負荷制限決定手段９は、直流電圧マージンが第１マージン閾値より大きい場合、負荷３０を、動作を制限しない通常動作させることを決定する。直流電圧マージンが決定される周期は、電力変換装置１及び負荷３０のユーザによって設定される。制限が決定される周期も、当該ユーザによって設定される。

　負荷制御手段１０は、負荷制限決定手段９によって決定された制限に応じて負荷３０の動作を制御する。例えば、負荷３０がモータである場合、負荷制御手段１０は、負荷制限決定手段９によって決定された制限に応じてモータの単位時間当たりの回転数を変化させる。例えば、負荷３０が可変抵抗である場合、負荷制御手段１０は、負荷制限決定手段９によって決定された制限に応じて抵抗の値を変化させる。

　具体的には、負荷３０がモータである場合、負荷制御手段１０は、マージン算出手段７によって決定された直流電圧マージンが第１マージン範囲に含まれているとき、モータの単位時間当たりの回転数を増加させない制御を行う。負荷制御手段１０は、直流電圧マージンが第２マージン範囲に含まれている場合、モータの単位時間当たりの回転数を減少させる。負荷制御手段１０は、直流電圧マージンが第３マージン範囲に含まれている場合、モータの回転を停止させる。

　負荷３０が空気調和機の室外機に搭載される圧縮機モータである場合、圧縮機モータの動作は冷媒回路の構成の影響を受けることがある。圧縮機モータの動作が冷媒回路の構成の影響を受ける場合、直流電圧マージンが第２マージン範囲に含まれているとき、電力変換装置１は、圧縮機モータの単位時間当たりの回転数を減少させることにより、圧縮機モータの負担を抑制する。

　負荷３０が空気調和機の室外機に搭載される圧縮機モータである場合、直流電圧マージンが第２マージン範囲に含まれているとき、電力変換装置１は圧縮機モータの単位時間当たりの回転数を減少させる。当該単位時間当たりの回転数が減少しても圧縮機の負担の低下が遅れる場合がある。つまり、直流電圧マージンのアンダーシュートが懸念される場合がある。その場合に対応して、第１マージン閾値と第２マージン閾値との間隔と、第２マージン閾値と第３マージン閾値との間隔との一方又は双方が比較的大きく設定されることが好ましい。

　上述の通り、実施の形態１に係る電力変換装置１では、マージン算出手段７は、許容電圧記憶手段６に記憶されている許容電圧上限値から電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値を減じた値である上限電圧差を算出すると共に、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最小値から許容電圧記憶手段６に記憶されている許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差を算出する。電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値と最小値との差は、リップル電圧である。

　マージン算出手段７は、算出された上限電圧差と下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定する。負荷制限決定手段９は、マージン範囲記憶手段８に記憶されている複数のマージン範囲のうちのマージン算出手段７によって決定された直流電圧マージンが含まれるマージン範囲に応じて負荷３０の動作の制限を決定する。負荷制御手段１０は、負荷制限決定手段９によって決定された制限に応じて負荷３０の動作を制御する。

　すなわち、電力変換装置１では、リップル電圧を含む直流電圧をもとに動作する負荷３０の動作をリップル電圧の大きさに応じて制御することができる。更に言うと、電力変換装置１では、負荷３０の動作をリップル電圧の大きさに応じて段階的に制御することができる。

　加えて、電力変換装置１は、負荷３０の動作をリップル電圧の大きさに応じて制御するので、平滑コンデンサ３のリップル除去能力をリアルタイムで最大限に引きだすと共に、整流後の直流電圧を負荷３０が安定動作するための電圧範囲に保持することができる。比較的低温の環境下で負荷３０の動作が開始した場合、平滑コンデンサ３のリップル除去能力が低い状態では負荷３０の動作が制限される可能性はある。しかしながら、時間が経過することにより平滑コンデンサ３が温まって平滑コンデンサ３の平滑能力が回復した場合、電力変換装置１は負荷３０の制限の解除することができる。つまり、電力変換装置１は、負荷３０が比較的低温の環境下で動作を開始しても、負荷３０を安定して動作させることができる。

　さらに、電力変換装置１は、負荷３０の動作をリップル電圧の大きさに応じて段階的に制御するので、平滑コンデンサ３のリップル除去能力があらかじめ想定された能力より低下しても、負荷３０の動作を適切に制御することができる。

　負荷３０が空気調和機の圧縮機モータである場合、圧縮機モータの動作が制限された状態では空気調和機が有する室内機が設けられている空間の空気の温度が設定温度に近づくのに比較的長時間を要する。しかしながら、直流電圧は圧縮機モータが安定して動作することができる範囲内に保持されるので、電力変換装置１は、圧縮機モータが完全に動作しない事態を回避することができる。

　なお、図２では、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値と最小値との双方は一定である。しかしながら、直流電圧の最小値は、交流電源２０から整流回路２に流れる一次電流の大きさに応じて変化する。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１が有する電圧検出手段５が検出する直流電圧の最小値が一次電流の大きさに比例して減少することを示す図である。直流電圧の最小値が一次電流の大きさに比例して減少する場合においても、マージン算出手段７は、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最小値から許容電圧記憶手段６に記憶されている許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差を算出する。

　図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１が有する電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路５１によって実現される場合の処理回路５１を示す図である。つまり、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の機能の少なくとも一部は、処理回路５１によって実現されてもよい。

　処理回路５１は、専用のハードウェアである。処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）、又はこれらを組み合わせたものである。電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。

　図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１が有する電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の少なくとも一部の機能がプロセッサ６１によって実現される場合のプロセッサ６１を示す図である。つまり、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の少なくとも一部の機能は、メモリ６２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ６１によって実現されてもよい。プロセッサ６１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）である。図６には、メモリ６２も示されている。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の少なくとも一部の機能がプロセッサ６１によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ６１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ６２に格納される。プロセッサ６１は、メモリ６２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、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の少なくとも一部の機能を実現する。

　すなわち、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の少なくとも一部の機能がプロセッサ６１によって実現される場合、電力変換装置１は、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ６２を有する。メモリ６２に格納されるプログラムは、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ６２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ等である。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の複数の機能について、当該複数の機能の一部が専用のハードウェアで実現され、当該複数の機能の残部がソフトウェア又はファームウェアで実現されてもよい。このように、電圧検出手段５、マージン算出手段７、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

実施の形態２．
　図７は、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａの構成を示す図である。電力変換装置１Ａは、実施の形態１に係る電力変換装置１が有する整流回路２、平滑コンデンサ３、電圧検出手段５、マージン範囲記憶手段８、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０を有する。実施の形態２では、実施の形態１の制御部４は制御部４Ａに置き換えられている。実施の形態２では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

　電力変換装置１Ａは、交流電源２０から整流回路２に流れる一次電流を検出する一次電流検出手段１１を更に有する。一次電流検出手段１１は、整流回路２の入力側の端子に接続されている。一次電流検出手段１１は、電圧検出手段５、マージン範囲記憶手段８、負荷制限決定手段９及び負荷制御手段１０を有する制御部４Ａに含められている。

　実施の形態２では、実施の形態１の許容電圧記憶手段６は、許容電圧記憶手段６Ａに置き換えられている。許容電圧記憶手段６Ａは、制御部４Ａに含められている。許容電圧記憶手段６Ａは、複数の一次電流の各々について許容電圧上限値及び許容電圧下限値を記憶している。つまり、許容電圧記憶手段６Ａは許容電圧上限値と許容電圧下限値との組を複数記憶しており、複数の組は複数の一次電流に対応している。許容電圧記憶手段６Ａは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性若しくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ等である。

　図８は、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａが有する許容電圧記憶手段６Ａに記憶されている許容電圧上限値及び許容電圧下限値の一例を示す図である。実施の形態１では、許容電圧上限値及び許容電圧下限値はいずれも一定である。実施の形態２では、許容電圧上限値は一次電流にかかわらず一定であるが、許容電圧下限値は、一次電流が大きくなると大きくなる。具体的には、実施の形態２では、許容電圧下限値は一次電流の大きさに正比例する。

　実施の形態２では、実施の形態１のマージン算出手段７はマージン算出手段７Ａに置き換えられている。マージン算出手段７Ａは、制御部４Ａに含められている。マージン算出手段７Ａは、許容電圧記憶手段６Ａに記憶されている複数の許容電圧上限値及び許容電圧下限値の組のうちの一次電流検出手段１１によって検出された一次電流に対応する組の許容電圧上限値及び許容電圧下限値を用いて、マージン算出手段７と同様に、上限電圧差及び下限電圧差を算出する。マージン算出手段７Ａは、マージン算出手段７と同様に、算出された上限電圧差と下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定する。

　上述の通り、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａは、一次電流検出手段１１によって検出された一次電流に対応する組の許容電圧上限値及び許容電圧下限値を用いて上限電圧差及び下限電圧差を算出する。すなわち、電力変換装置１Ａは、一次電流を考慮して、負荷３０の動作をリップル電圧の大きさに応じて制御することができる。

　なお、図８には、平滑コンデンサ３の容量に応じた直流電圧の最小値が破線で示されている。具体的には、図８では、平滑コンデンサ３の容量が相対的に大きい場合の直流電圧の最小値の一例が第１破線Ｌ１で示されており、平滑コンデンサ３の容量が相対的に中間である場合の直流電圧の最小値の一例が第２破線Ｌ２で示されており、平滑コンデンサ３の容量が相対的に小さい場合の直流電圧の最小値の一例が第３破線Ｌ３で示されている。

　図８では、第１破線Ｌ１には「平滑コンデンサ（大）」という文字列が付加されており、第２破線Ｌ２には「平滑コンデンサ（中）」という文字列が付加されており、第３破線Ｌ３には「平滑コンデンサ（小）」という文字列が付加されている。図８において実線と破線とのクロスポイントは、マージン算出手段７Ａによって決定される直流電圧マージンが０Ｖになるポイントである。第１破線Ｌ１、第２破線Ｌ２及び第３破線Ｌ３が示す通り、平滑コンデンサ３の直流電圧は容量にかかわらず一次電流が大きくなるにしたがって小さくなる。

　上述した実施の形態２では、許容電圧上限値は一定であるが、許容電圧上限値は一定でなくてもよい。いずれにしても、許容電圧記憶手段６Ａは、複数の一次電流の各々について許容電圧上限値及び許容電圧下限値を記憶している。

　実施の形態２に係る電力変換装置１Ａが有する電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０及び一次電流検出手段１１を構成する少なくとも一部の機能は、実施の形態１において説明した処理回路５１と同じ機能を有する処理回路によって実現されてもよい。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０及び一次電流検出手段１１の少なくとも一部の機能は、実施の形態１において説明したプロセッサ６１と同じ機能を有するプロセッサによって実現されてもよい。電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０及び一次電流検出手段１１の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合、電力変換装置１Ａは、電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０及び一次電流検出手段１１の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。当該メモリは、実施の形態１において説明したメモリ６２と同じ機能を有するメモリである。

実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｂの構成を示す図である。電力変換装置１Ｂは、実施の形態２に係る電力変換装置１Ａが有する平滑コンデンサ３、電圧検出手段５、許容電圧記憶手段６Ａ、マージン算出手段７Ａ、マージン範囲記憶手段８、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０及び一次電流検出手段１１を有する。電力変換装置１Ｂは、実施の形態２の整流回路２に代えて、交流電圧を任意の直流電圧に昇圧する機能を有するアクティブコンバータ２Ｂを有する。実施の形態３では、実施の形態２の制御部４Ａは制御部４Ｂに置き換えられている。実施の形態３では、実施の形態２との相違点を主に説明する。

　電力変換装置１Ｂは、複数の一次電流の各々について平滑コンデンサ３が正常であるとあらかじめ特定されている場合のリップル電圧範囲を記憶するリップル記憶手段１２を有する。リップル記憶手段１２は、電圧検出手段５、許容電圧記憶手段６Ａ、マージン算出手段７Ａ、マージン範囲記憶手段８、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０及び一次電流検出手段１１を有する制御部４Ｂに含められている。リップル記憶手段１２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性若しくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ等である。

　電力変換装置１Ｂは、平滑コンデンサ３が正常であるか否かを判断するコンデンサ判断手段１３を更に有する。コンデンサ判断手段１３は、制御部４Ｂに含められている。コンデンサ判断手段１３は、電圧検出手段５によって検出された直流電圧からリップル電圧を算出する。具体的には、コンデンサ判断手段１３は、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値から最小値を減じてリップル電圧を算出する。

　コンデンサ判断手段１３は、リップル記憶手段１２に記憶されている複数のリップル電圧範囲うちの一次電流検出手段１１によって検出された一次電流に対応するリップル電圧範囲と、算出されたリップル電圧とを対比し、平滑コンデンサ３が正常であるか否かを判断する。具体的には、コンデンサ判断手段１３は、算出されたリップル電圧がリップル記憶手段１２に記憶されている複数のリップル電圧範囲のうちの一次電流検出手段１１によって検出された一次電流に対応するリップル電圧範囲に含まれるか否かを判断し、算出されたリップル電圧が当該対応するリップル電圧範囲に含まれると判断した場合に平滑コンデンサ３は正常であると判断する。

　電力変換装置１Ｂは、アクティブコンバータ２Ｂを制御するアクティブコンバータ制御手段１４を更に有する。アクティブコンバータ制御手段１４は、制御部４Ｂに含められている。アクティブコンバータ制御手段１４は、平滑コンデンサ３が正常であるとコンデンサ判断手段１３によって判断された場合にのみ、アクティブコンバータ２Ｂに昇圧動作を行わせる。

　つまり、平滑コンデンサ３が正常であると判断された場合にのみ、アクティブコンバータ２Ｂは昇圧動作を行う。すなわち、電力変換装置１Ｂは、平滑コンデンサ３が正常である場合にのみ、負荷３０に供給する電圧を上昇させることができる。

　図１０は、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｂが有するアクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作をしている場合の一次電流と直流電圧との関係を示す図である。図１０に示す通り、アクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作をしている場合、一次電流検出手段１１によって検出された一次電流の値が大きくなるにしたがって、電圧検出手段５によって検出された直流電圧の最大値と最小値との差は大きくなる。つまり、アクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作をしている場合、リップル電圧は一次電流の値が大きくなるにしたがって大きくなる。例えば、アクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作をしている場合、リップル電圧は一次電流の大きさに正比例する。

　図８の第１破線Ｌ１、第２破線Ｌ２及び第３破線Ｌ３から理解できる通り、アクティブコンバータ２Ｂにより整流された直流電圧に含まれるリップル電圧の大きさは、平滑コンデンサ３の静電容量が大きいほど小さい。加えて、図１０から理解できる通り、リップル電圧は一次電流の大きさが大きいほど大きい。平滑コンデンサ３の静電容量と、一次電流とリップル電圧との関係とを考慮して、上記の複数のリップル電圧範囲をリップル記憶手段１２に記憶させておけば、コンデンサ判断手段１３は、平滑コンデンサ３が正常であるか否かを適切に判断することができる。

　アクティブコンバータ制御手段１４は、アクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作を開始した場合、昇圧後のリップル電圧を含む直流電圧の最大値が負荷３０に許容されている直流電圧の上限値を超過する可能性がないかどうかを、平滑コンデンサ３が正常であるか否かをもとに判断する機能を更に有する。そのため、アクティブコンバータ制御手段１４は、平滑コンデンサ３の静電容量が低い状態でアクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作を開始したことにより、許容電圧上限値がリップル電圧を含む直流電圧の最大値を超過することを回避させることができる。

　コンデンサ判断手段１３は、アクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作を開始した直後に懸念される直流電圧のオーバーシュートを抑制することができる容量特性を平滑コンデンサ３が有しているかどうかを、リップル電圧及び一次電流をもとに判断する機能を有する。

　アクティブコンバータ制御手段１４は、アクティブコンバータ２Ｂが昇圧動作を開始した場合の昇圧後のリップル電圧を含む直流電圧の最大値が負荷３０に許容されている直流電圧の上限値を超過する可能性がないかどうかを常時判断する。それにより、負荷３０が比較的低温の環境下で始動した後に平滑コンデンサ３の周囲の温度が上昇して平滑コンデンサ３が正常な状態に回復した場合、アクティブコンバータ制御手段１４は、平滑コンデンサ３が正常な状態に回復した時点で、アクティブコンバータ２Ｂを昇圧動作させることができる。平滑コンデンサ３が正常な状態に回復した場合は、平滑コンデンサ３が直流電圧のオーバーシュートを抑制することができる状態に回復した場合である。

　実施の形態３に係る電力変換装置１Ｂが有する電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３及びアクティブコンバータ制御手段１４を構成する少なくとも一部の機能は、実施の形態１において説明した処理回路５１と同じ機能を有する処理回路によって実現されてもよい。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３及びアクティブコンバータ制御手段１４の少なくとも一部の機能は、実施の形態１において説明したプロセッサ６１と同じ機能を有するプロセッサによって実現されてもよい。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３及びアクティブコンバータ制御手段１４の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合、電力変換装置１Ｂは、電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１コンデンサ判断手段１３及びアクティブコンバータ制御手段１４の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。当該メモリは、実施の形態１において説明したメモリ６２と同じ機能を有するメモリである。

実施の形態４．
　図１１は、実施の形態４に係る電力変換装置１Ｃの構成を示す図である。電力変換装置１Ｃは、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｂが有するアクティブコンバータ２Ｂ、平滑コンデンサ３、電圧検出手段５、許容電圧記憶手段６Ａ、マージン算出手段７Ａ、マージン範囲記憶手段８、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、リップル記憶手段１２、コンデンサ判断手段１３及びアクティブコンバータ制御手段１４を有する。実施の形態４では、実施の形態３の制御部４Ｂは制御部４Ｃに置き換えられている。実施の形態４では、実施の形態３との相違点を主に説明する。

　電力変換装置１Ｃは、あらかじめ定められた期間で連続して平滑コンデンサ３が正常であるとコンデンサ判断手段１３によって判断されない場合に異常が発生したと判断する異常検出手段１５を更に有する。異常検出手段１５は、負荷制限決定手段９があらかじめ定められた期間で連続して負荷３０の動作を制限することを決定した場合にも異常が発生したと判断する。異常検出手段１５は、電圧検出手段５、許容電圧記憶手段６Ａ、マージン算出手段７Ａ、マージン範囲記憶手段８、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、リップル記憶手段１２、コンデンサ判断手段１３及びアクティブコンバータ制御手段１４を有する制御部４Ｃに含められている。

　電力変換装置１Ｃは、異常が発生したと異常検出手段１５によって判断された場合に電力変換装置１Ｃの外部に異常が発生したことを報知する異常報知手段１６を更に有する。異常報知手段１６の一例は、異常が発生したことを表示する表示装置である。異常報知手段１６の別の一例は、異常が発生したことを音により報知するスピーカである。

　電力変換装置１Ｃは、あらかじめ定められた期間で連続して平滑コンデンサ３が正常でない場合又は負荷３０の動作を制限する場合に異常が発生したと判断し、電力変換装置１Ｃの外部に異常が発生したことを報知する。ユーザは、異常が発生したことが報知されることにより、異常に対処することができる。例えば、ユーザは、アクティブコンバータ２Ｂ又は平滑コンデンサ３を正常なものと交換するための処置をとることができる。つまり、電力変換装置１Ｃは、異常が発生した場合、ユーザに対して、早期に異常に対して処置させることができる。更に言うと、電力変換装置１Ｃは、負荷３０が動作することができない期間を短縮することができる。

　上述の通り、電力変換装置１Ｃは、あらかじめ定められた期間で連続して平滑コンデンサ３が正常でない場合又は負荷３０の動作を制限する場合に異常が発生したと判断する。電力変換装置１Ｃは、あらかじめ定められた期間が設定されているので、例えば負荷３０が比較的低温の環境下で動作を開始した直後の不安定な状態を異常ではないと判断することができる。

　異常検出手段１５は、異常が発生したと判断した場合、負荷３０の動作が制限されているときの制限の度合い又は制限されている期間に応じて異常の内容を決定してもよい。その場合、異常報知手段１６は、異常検出手段１５によって決定された内容の異常も電力変換装置１Ｃの外部に報知する。ユーザは、異常の内容が報知されることにより、異常に対してより適切な処置をとることができる。

　平滑コンデンサ３は、リップル電圧を抑制する機能よりも経年劣化しにくい機能が優れているコンデンサであってもよい。

　実施の形態４に係る電力変換装置１Ｃが有する電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３、アクティブコンバータ制御手段１４、異常検出手段１５及び異常報知手段１６を構成する少なくとも一部の機能は、実施の形態１において説明した処理回路５１と同じ機能を有する処理回路によって実現されてもよい。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３、アクティブコンバータ制御手段１４、異常検出手段１５及び異常報知手段１６の少なくとも一部の機能は、実施の形態１において説明したプロセッサ６１と同じ機能を有するプロセッサによって実現されてもよい。

　電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３、アクティブコンバータ制御手段１４、異常検出手段１５及び異常報知手段１６の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合、電力変換装置１Ｃは、電圧検出手段５、マージン算出手段７Ａ、負荷制限決定手段９、負荷制御手段１０、一次電流検出手段１１、コンデンサ判断手段１３、アクティブコンバータ制御手段１４、異常検出手段１５及び異常報知手段１６の少なくとも一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを有する。当該メモリは、実施の形態１において説明したメモリ６２と同じ機能を有するメモリである。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　電力変換装置、２　整流回路、２Ｂ　アクティブコンバータ、３　平滑コンデンサ、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ　制御部、５　電圧検出手段、６，６Ａ　許容電圧記憶手段、７，７Ａ　マージン算出手段、８　マージン範囲記憶手段、９　負荷制限決定手段、１０　負荷制御手段、１１　一次電流検出手段、１２　リップル記憶手段、１３　コンデンサ判断手段、１４　アクティブコンバータ制御手段、１５　異常検出手段、１６　異常報知手段、２０　交流電源、３０　負荷、５１　処理回路、６１　プロセッサ、６２　メモリ。

Claims (5)

1. 　交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、
   　前記整流回路によって整流された直流電圧であってリップル電圧を含む直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   　前記整流回路によって整流された直流電圧を検出する電圧検出手段と、
   　前記平滑コンデンサによって平滑された直流電圧をもとに動作する負荷の動作を制御する際に用いられる直流電圧の許容電圧上限値と許容電圧下限値とを記憶する許容電圧記憶手段と、
   　前記許容電圧記憶手段に記憶されている前記許容電圧上限値から前記電圧検出手段によって検出された直流電圧の最大値を減じた値である上限電圧差と、前記電圧検出手段によって検出された直流電圧の最小値から前記許容電圧記憶手段に記憶されている前記許容電圧下限値を減じた値である下限電圧差とを算出し、前記上限電圧差と前記下限電圧差とのうちの値が小さい方を直流電圧マージンに決定するマージン算出手段と、
   　前記負荷の動作を段階的に制限するための複数のマージン範囲を記憶するマージン範囲記憶手段と、
   　前記マージン範囲記憶手段に記憶されている前記複数のマージン範囲のうちの前記マージン算出手段によって決定された直流電圧マージンが含まれるマージン範囲に応じて前記負荷の動作の制限を決定する負荷制限決定手段と、
   　前記負荷制限決定手段によって決定された制限に応じて前記負荷の動作を制御する負荷制御手段と
   　を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 　前記交流電源から前記整流回路に流れる一次電流を検出する一次電流検出手段を更に備え、
   　前記許容電圧記憶手段は、複数の一次電流の各々について前記許容電圧上限値及び前記許容電圧下限値を記憶しており、
   　前記マージン算出手段は、前記許容電圧記憶手段に記憶されている複数の前記許容電圧上限値及び前記許容電圧下限値の組のうちの前記一次電流検出手段によって検出された一次電流に対応する組の前記許容電圧上限値及び前記許容電圧下限値を用いて、前記上限電圧差及び前記下限電圧差を算出する
   　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 　複数の前記一次電流の各々について前記平滑コンデンサが正常であるとあらかじめ特定されている場合のリップル電圧範囲を記憶するリップル記憶手段と、
   　前記電圧検出手段によって検出された直流電圧からリップル電圧を算出し、前記リップル記憶手段に記憶されている複数の前記リップル電圧範囲のうちの前記一次電流検出手段によって検出された一次電流に対応するリップル電圧範囲と算出されたリップル電圧とを対比して前記平滑コンデンサが正常であるか否かを判断するコンデンサ判断手段と、
   　前記整流回路を制御するアクティブコンバータ制御手段とを更に備え、
   　前記整流回路は、前記交流電圧を任意の直流電圧に昇圧する機能を有するアクティブコンバータであって、
   　前記アクディブコンバータ制御手段は、前記平滑コンデンサが正常であると前記コンデンサ判断手段によって判断された場合にのみ、前記アクティブコンバータに昇圧動作を行わせる
   　ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 　あらかじめ定められた期間で連続して前記平滑コンデンサが正常であると前記コンデンサ判断手段によって判断されない場合に異常が発生したと判断する異常検出手段と、
   　異常が発生したと前記異常検出手段によって判断された場合に前記電力変換装置の外部に異常が発生したことを報知する異常報知手段と
   　を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 　前記異常検出手段は、前記負荷制限決定手段があらかじめ定められた期間で連続して前記負荷の動作を制限することを決定した場合にも異常が発生したと判断する
   　ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。

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