JP6381482B2 - 電力変換装置及び空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転機を可変速制御する電力変換装置、及びこの電力変換装置を用いた空気調和装置に関するもので、特に電力変換装置の出力電流検出値に基づいて回転機や電力変換手段の保護を行うようにした電力変換装置に関するものである。

主にマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）の内部演算により所定の周波数のキャリア波と所望の多相電圧指令とを比較の上、比較結果に基づきＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、このＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子を動作させて多相交流電圧を出力し、回転機を駆動するインバータをはじめとする周知の電力変換手段がある。

このような電力変換手段において、キャリア波の正および負の各最大振幅時点で各相の相電流の瞬時値を電力変換手段の直流母線側あるいは三相（交流）出力側の電流をシャント抵抗や周知の電流センサにより電流を検出し（正確には検出値を電圧レベルに変換し）、マイコンなどのプロセッサに取り込み、検出した各相の相電流の瞬時値を用いて該プロセッサ上で、周知のフィードフォワード制御演算やベクトル制御演算を実行して各相の電圧指令の瞬時値を演算し、各相電圧指令の瞬時値とキャリア波との比較に基づいてＰＷＭ信号を生成することが行われる。

また、このような電力変換手段では、キャリア波の正および負の各最大振幅時点が、キャリア波の半周期に対応するのに加えて、ちょうど電力変換手段の出力の電圧ゼロ区間に対応し、さらに、電圧ゼロ区間の中点近傍に対応するため、相電流に含まれる脈動の影響を受けずに各相の相電流の瞬時値を検出することができるため、キャリア波の（半）周期、あるいはキャリア波の（半）周期の整数倍の周期と制御演算周期とを同期させるようにして、先述の制御演算を実行する。

さらに、このような電力変換手段を備える電力変換装置を用いて回転機を駆動する際、回転機の劣化、特に界磁として永久磁石を有する同期機の場合は永久磁石の減磁を防止、また、電力変換手段を構成する半導体素子の破壊を防止する等の目的で、電力変換装置に過電流保護機能を設けるのが一般的である。
電力変換装置の過電流保護の既存の方式として、先述の方法により電流を検出（電圧レベルに変換）し、この検出（電圧）値が過電流保護機能として所望に動作する予め定められた閾値を超えた場合に電力変換手段の出力を遮断するものがある。

さらにこれらの保護を好適に行う電力変換装置の一例として、出力電流検出手段によって検出されたインバータの出力電流の制御演算周期毎の変化量と次の制御演算周期における出力電流の予測値とに基づいて異常か否かの判定を行い、異常と判定した場合にはＰＷＭ信号を停止、すなわち、インバータの出力を停止させる装置がある。（例えば特許文献１参照）。

また、同様な電力変換装置の他の例として、電力変換手段に相当する駆動回路に流れる駆動電流を所定の演算処理可能な最速演算周期で積分した値である駆動電流積算値が所定のしきい値を超えたことを検出して駆動電流の異常を判定するもので、駆動電流が正常時の動作範囲を超えて流れた時点における交流モータの制御モードを判定し、判定された制御モードのキャリア周波数に応じて好適なしきい値に調整し、駆動電流の電流積算値が好適なしきい値を超えたか否かで駆動電流の異常を判定する装置がある。（例えば特許文献２参照）。

また、同様な電力変換装置の他の例として、電力変換手段に相当する駆動回路に流れる駆動電流を所定の演算周期ごとに検出された駆動電流の最大値が好適なしきい値を超えたか否かを判定し、連続するｎ（ｎは３以上の自然数）個の所定の演算周期の各々において、駆動電流の最大値が好適なしきい値を超えたことを検出して駆動電流の異常を判定するもので、特許文献１と同様に、判定された制御モードのキャリア周波数に応じて好適なしきい値に調整し、駆動電流の電流積算値が好適なしきい値を越えたか否かで駆動電流の異常を判定する装置がある。（例えば特許文献３参照）。

特許第５２３５３９０号公報 特許第４５４３７８１号公報 特許第４６７０４１３号公報

特許文献１に示された従来の装置においては、出力電流検出手段によって検出されたインバータの出力電流の制御演算周期毎の変化量と次の制御演算周期における出力電流の予測値とに基づいて異常か否かの判定を行うことから、先述の通りキャリア波周期と制御演算周期とを同期させるために制御演算周期がキャリア周波数に応じて変化する場合、キャリア周波数に応じて、前記変化量と前記予測値の各々と比較する過電流保護機能として所望に動作する電流閾値を変化させなければ、たとえ同一電流増加率であったとしても制御演算周期当りの電流変化量が変わるため、所望の保護動作を得るのが困難である。特に、キャリア周波数がインバータ周波数（すなわち三相電圧指令の周波数）の整数Ｍ倍で変化する同期ＰＷＭ方式の場合、インバータ周波数とＭの値によって制御演算周期が逐次変化するため、影響が大きくなるといった課題があった。

特許文献２または特許文献３に示された従来の装置においては、駆動電流の積算値が所定のしきい値を超えたか否か、あるいは、駆動電流の最大値が連続するｎ個の所定の演算周期の各々においてしきい値を超えたか否かを判定するといった、電力変換手段の連続的な負荷運転に対する保護としては有効であるが、電流増加傾向の検出保護への対応が困難といった課題がある上、キャリア周波数に応じてしきい値を設定する目的が電流波形の変化やスイッチングロスによるインバータ負荷の視点であり、必ずしも演算周期に起因する影響に対応したものではない。
さらに、従来の装置に示してあるように、演算処理可能な最速演算周期で過電流保護検知を行うのが好ましいが、現実には、演算処理を行うマイコンの性能制約や制御アルゴリズムの処理時間による最短演算周期の制約があるといった課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、キャリア周波数に基づいて設定する制御演算周期の長短に関係なく、適切な電力変換手段に対する過電流保護機能を実現することが可能な電力変換装置とこの電力変換装置を用いた空気調和装置を提供することを目的としている。

この発明に係る電力変換装置は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、キャリア波を生成すると共にキャリア波と電圧指令とに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号に基づいて電圧を出力して回転機を駆動する電力変換手段と、電力変換手段の出力電流を検出する電流検出手段と、キャリア波の周波数に基づいて制御演算周期を設定する制御演算周期設定部と、制御演算周期当たりの出力電流の変化量が所定の第１の電流閾値を超えた場合に電力変換手段に対する保護動作を行う電力変換手段保護部を備え、第１の電流閾値は、制御演算周期、キャリア波の周波数、電圧指令の周波数の少なくともいずれか１つに基づいて設定するようにしたものである。

また、この発明に係る電力変換装置は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、キャリア波を生成すると共にキャリア波と電圧指令とに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号に基づいて電圧を出力して回転機を駆動する電力変換手段と、電力変換手段の出力電流を検出する電流検出手段と、キャリア波の周波数に基づいて制御演算周期を設定する制御演算周期設定部と、制御演算周期当たりの出力電流の変化量に基づき予測される次の制御演算周期の出力電流の予測値が所定の第２の電流閾値を超えた場合に電力変換手段に対する保護動作を行う電力変換手段保護部を備え、第２の電流閾値は、制御演算周期、キャリア波の周波数、電圧指令の周波数の少なくともいずれか１つに基づいて設定するようにしたものである。

また、この発明に係る空気調和装置は、上記した電力変換装置と、電力変換装置の電力変換手段に接続された圧縮機を備え、圧縮機を構成する回転機の回転により冷凍サイクルの冷媒を圧縮するようにしたものである。

この発明によれば、制御演算周期あるいはそれに係るパラメータに基づいて、電力変換手段に対する過電流閾値を設定することから、制御演算周期の長短に関係なく、適切な電力変換手段に対する過電流保護を実現し、過電流による電力変換手段のスイッチング素子破壊、電力変換手段へ接続されている回転機の劣化や減磁を防止できるといった従来にない顕著な効果を奏するものである。

この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を備えるシステム全体の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を備えるシステムのハードウエア構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電圧指令の電圧位相と同期ＰＷＭのキャリア波との関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換装置において、キャリア波の周期と制御演算周期との関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電力変換手段の出力電流変化量と制御演算周期△ｔとの関係を示した概念図である。 この発明の実施の形態１に係る制御演算周期△ｔの差異（変化）に伴う出力電流の変化量、出力電流予測値への影響を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る制御演算周期△ｔと電流閾値Ａ、Ｂとの好適な関係の一例を示した概念図である。 この発明の実施の形態２に係る電力変換装置を備えるシステム全体の構成を示す図である。 インバータ周波数ｆｉｎｖに対するキャリア波の周波数ｆｃの設定値の関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る電力変換装置を備えるシステム全体の構成を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る電力変換装置を適用した空気調和装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を図１から図７に基づいて詳細に説明する。
図１は実施の形態１に係る電力変換装置を備えたシステムの全体図を示し、回転機１１と交流電源１２と電力変換装置１００とによって構成されている。
なお、この実施の形態では、回転機１１として三相同期機を想定しているが、この発明は「三相」や「同期機」に限定されるものではなく、その他、他の相数（三相以外の二相回転機等）や同期機とは異なる回転機（例えば誘導機）であっても同様に適用できる。

図１において、電力変換装置１００は、電圧指令生成部１、駆動信号生成部２、電力変換手段３、電流検出手段４、制御演算周期設定部５、電力変換手段保護部６によって構成されている。
図２は、この発明の実施の形態１における電力変換装置１００を備えるシステムのハードウエア構成を示す図である。

図１の構成の中で、電圧指令生成部１、駆動信号生成部２、制御演算周期設定部５、電力変換手段保護部６は、図２に示す記憶装置１０１に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ１０２によって実現される。
記憶装置１０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置１０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置とを具備してもよい。

プロセッサ１０２は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。記憶装置１０１が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ１０２に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ１０２は、演算結果等のデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。
また、この実施の形態において、複数のプロセッサ１０２および複数の記憶装置１０１が連携する構成にしても良い。さらに、記憶装置１０１やプロセッサ１０２は、例えばマイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによって構成しても良い。

次に、電力変換装置１００の構成および動作について説明する。
電圧指令生成部１は、回転機１１を所望の回転速度で駆動するために必要な三相交流の電圧指令を生成して出力する。具体的には、周知のフィードフォワード制御演算やベクトル制御演算を、後述の制御演算周期設定部５によって設定された制御演算周期（以下、制御演算周期を△ｔとする）毎に実行することによって、所定周波数（以下、該周波数をインバータ周波数ｆｉｎｖとする）の三相交流の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成して出力する。
図示していないが、これらの制御演算において、後述の電流検出手段４で得られる三相電流検出値、あるいは、回転機１１に位置あるいは速度センサを新たに取り付け、これらのセンサによって検出される位置あるいは速度の情報を用いても良い。

駆動信号生成部２は、予め定められた周波数、あるいは三相交流の電圧指令の周波数（インバータ周波数ｆｉｎｖ）に基づいて算出される周波数（以下、キャリア波の周波数ｆｃとする）のキャリア波を生成するとともに、三相交流の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を変調波に変換して、キャリア波と変調波との大小比較結果に基づいて、電力変換手段３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗを生成し、電力変換手段３に出力する。

キャリア波の生成において、非同期ＰＷＭ方式と同期ＰＷＭ方式と呼ばれる方式があり、前者はインバータ周波数ｆｉｎｖとは無関係にキャリア波の周波数ｆｃを設定する方式であり、後者はインバータ周波数ｆｉｎｖの（絶対値の）Ｍ倍（Ｍは正の整数）にキャリア波の周波数ｆｃを設定する方式であり、正の整数Ｍは主に３の倍数が用いられることが多い。
以下、この発明の実施の形態においては、インバータ周波数ｆｉｎｖ＞０の場合について説明するが、インバータ周波数ｆｉｎｖ＜０の場合は、インバータ周波数ｆｉｎｖを絶対値｜ｆｉｎｖ｜に置き換えれば同様に適用できる。

図３は、Ｍ＝９、６、３の時、すなわち同期９パルス、同期６パルス、同期３パルスにおける電圧指令の電圧位相と同期ＰＷＭのキャリア波との関係の一例を示す図である。
非同期ＰＷＭおいては、一般的に電力変換手段３から出力される三相交流電圧の波形の対称性を維持するために、ｆｃ／ｆｉｎｖ、すなわち、キャリア波の周波数ｆｃとインバータ周波数ｆｉｎｖとの比は概ねｆｃ／ｆｉｎｖ＞９以上に確保される。また、電力変換手段３のスイッチング素子のスイッチング動作に伴う損失や発熱などの制約によりキャリア波の周波数ｆｃの上限が存在することから、ｆｃ／ｆｉｎｖ＞９の関係を維持するためにインバータ周波数ｆｉｎｖの上限も存在する。

同期ＰＷＭにおいては、ｆｃ／ｆｉｎｖが整数Ｍとなり、ｆｃ／ｆｉｎｖ＜９の関係であっても、電力変換手段３からの出力される三相交流電圧の波形の対称性は維持され、キャリア波の周波数ｆｃの上限の制約下においても、非同期ＰＷＭ方式と比較して、インバータ周波数ｆｉｎｖの最大値を高く設定することができ、非同期ＰＷＭで駆動困難な高速域においても駆動することが可能となる。

ただし、キャリア波の周波数ｆｃは、インバータ周波数ｆｉｎｖと整数Ｍの設定値に応じて常に変化する。また、電力変換手段３から三相交流電圧を安定に出力するためには、キャリア波の周波数ｆｃの下限も存在するため、実際の動作においてはインバータ周波数ｆｉｎｖに応じて、非同期ＰＷＭ方式と同期ＰＷＭ方式とを切り換えたり、非同期ＰＷＭ方式のキャリア波の周波数ｆｃや同期ＰＷＭ方式のｆｃ／ｆｉｎｖの比である整数Ｍを適切な値に設定したりすることが行われ、この発明においてもこのようなＰＷＭ方式や整数Ｍの切換動作を想定している。

電力変換手段３は、交流電源１２から供給される交流電圧を、ダイオードなどを用いて構成される周知の整流回路によって直流電圧へ変換し、直流電圧を周知の三相インバータにより、各相のＰＷＭ信号ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗに基づいて、回転機１１を駆動するための周波数ｆｉｎｖの三相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力し、回転機１１へ三相交流電圧を供給する。
三相インバータは、各相（ｕ、ｖ、ｗ相）に２つのスイッチング素子が直列接続されており、また各スイッチング素子に対して逆並列に帰還ダイオードが接続され、これらのスイッチング素子が、各相のＰＷＭ信号ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗに基づいてスイッチングされる周知のものである。なお、一般的に、スイッチング素子やダイオードについては、ケイ素Ｓｉで構成された素子で構成されるが、高耐圧、高温動作が可能なワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素ＳｉＣや窒化ガリウムＧａＮ、ダイヤモンド等で構成された素子を用いても良い。

なお、電力変換手段３において、図１に示すような交流電源１２から電源供給される以外に、直流電圧を出力する電源もしくは電池が電源供給のために接続されていても良く、この場合は、前記した整流回路が不要となる。また、整流回路と三相インバータ間の直流母線に周知のＤＣ−ＤＣコンバータのような昇圧回路を挿入し、直流電圧を昇圧するような構成でも良い。

電流検出手段４は、周知のＡＣＣＴセンサ、あるいはＤＣＣＴセンサなどを用いて、電力変換手段３の各相の出力電流、すなわち回転機１１の電機子電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。さらに、検出された出力電流（検出値）は増幅器とＡ／Ｄ変換器とによって電圧レベルに変換し、マイコンなどのプロセッサ１０２に取り込まれ、制御演算などに用いられる。

なお、電流検出手段４は、回転機１１が三相回転機の場合、同期機の各相の出力電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの内、全相の出力電流を検出する構成、あるいは、１つの相（例えばｗ相）の電機子電流Ｉｗについては、検出した２つの相の出力電流Ｉｕ、Ｉｖを用いて三相平衡状態のＩｗ＝−Ｉｕ−Ｉｖの関係から求めるようにして、２つの相の出力電流を検出する構成でも良い。
さらに、各相の出力電流を直接検出する方法以外に、周知の技術である、整流回路と三相インバータ間の直流母線を流れる電流に基づいて出力電流を検出する方法でも良い。

制御演算周期設定部５は、キャリア波の周期のＮ／２倍(Ｎは正の整数)の周期、すなわち、キャリア波の半周期のＮ倍の周期と制御演算周期△ｔとを同期させるようにして、前記制御演算を実行するために、駆動信号生成部２で設定されたキャリア波の周波数ｆｃに基づいて制御演算周期△ｔを△ｔ＝Ｎ／(ｆｃ・２)となるように設定する。
すなわち、制御演算周期△ｔは、キャリア波の周波数ｆｃの関数△ｔ＝ｆ（ｆｃ）となる。
これは、先述の通り、キャリア波の正および負の各最大振幅時点が、キャリア波の半周期に対応するのに加えて、ちょうど電力変換手段３の出力の電圧ゼロ区間に対応し、さらに、電圧ゼロ区間の中点近傍に対応するため、相電流に含まれる脈動の影響を受けずに各相の相電流の瞬時値を検出することができるため、キャリア波の正および負の各最大振幅時点を基準に制御演算周期△ｔを設定することが望ましいためである。

図４は、キャリア波の周期と制御演算周期△ｔとの関係の一例を示す図であり、Ｎ＝１の時の関係を示したものである。必ずしもＮ＝１とは限らず、Ｎ＝１以外の整数（２、３、・・・）を選択しても構わない。
整数Ｎの設定においては、キャリア波の周波数ｆｃが非常に高い場合にＮ＝１とすると、プロセッサ１０２によって電圧指令生成部１などで行われる制御演算の処理が、設定された制御演算周期△ｔ以内に完了せずオーバーフローを起こす可能性がある。また、キャリア波の周波数ｆｃが低い場合にＮの値を大きくとると、制御演算周期△ｔが長くなりすぎて所望の制御応答が得られないこともある。このため、制御演算周期△ｔの設定（すなわち整数Ｎの設定）においては、制御演算の処理負荷、プロセッサ１０２の性能、システムとして必要な制御応答とを鑑みながら、キャリア波の周波数ｆｃに基づいて設定する。
以上が、実施の形態１において回転機１１を駆動するために必要な構成である。

次に、この発明の特徴である電力変換手段保護部６について説明する。
電力変換手段保護部６は、電流検出手段４で検出した出力電流Ｉに基づいて制御演算周期△ｔ当たりの出力電流の変化量△Ｉを演算し、さらに、電流検出手段４で検出した出力電流Ｉと出力電流の変化量△Ｉとに基づいて次の制御演算周期における出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉを演算した上で、出力電流の変化量△Ｉ、出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉの少なくともいずれか一方に基づいて出力電流が異常か否かを判定し、電力変換手段３に対する過電流保護動作を行う。

電力変換手段３の過電流保護動作において、全ての相について各々の出力電流の変化量△Ｉと出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉとを演算の上、相毎に出力電流が異常か否かを判定し、いずれかの相で異常と判定された場合に電力変換手段３に対する過電流保護動作を行うのが望ましい点は言うまでもないが、以下の説明では、任意の１つの相における動作について説明する。（他の相においても同様の動作となる。）

図５は、電力変換手段３の出力電流の変化量△Ｉと制御演算周期△ｔとの関係を示した概念図であり、実施の形態１における電力変換手段３に対する過電流保護動作を図１と図５とを用いて説明する。
図１において、電力変換手段３の各相の出力電流は、キャリア波の正および負の各最大振幅時点と同期して、制御演算周期設定部５において設定された制御演算周期△ｔ毎に電流検出手段４によって検出される。（検出動作においては、増幅器とＡ／Ｄ変換器とによって電圧レベルに変換し、マイコンなどのプロセッサ１０２に取り込まれる動作も含む。）

検出された出力電流Ｉは、例えば、アキュムレータレジスタなどの記憶装置１０１に１回分記憶しておき、記憶した出力電流Ｉは、次の制御演算のタイミングで前回値 （以下Ｉｏｌｄとする）として利用する。すなわち、演算制御周期△ｔ毎に出力電流Ｉを検出する度に、前記記憶された前回値Ｉｏｌｄは更新される。
前回値Ｉｏｌｄと出力電流検出値（現在値）Ｉとから、以下の（１）式により出力電流の変化量△Ｉを演算し、さらに、出力電流検出値（現在値）Ｉと出力電流の変化量△Ｉから以下の（２）式により出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉを演算する。
・出力電流の変化量 △Ｉ ＝ 現在値Ｉ ― 前回値Ｉｏｌｄ ・・・（１）
・出力電流の予測値 Ｉ＋△Ｉ ＝ 現在値Ｉ ＋ 出力電流の変化量 △Ｉ ・・（２）

前記で求めた出力電流の変化量△Ｉ、出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉに対して、後述の方法で設定する電流閾値Ａ、電流閾値Ｂ（但し、Ｂ＞Ａ）とそれぞれ比較し、以下の（３）式、（４）式の条件の内、少なくともいずれか一方が成立した場合に異常と判定する。
・出力電流の変化量の絶対値｜△Ｉ｜＞ 電流閾値Ａ ・・・（３）
・出力電流の予測値の絶対値｜Ｉ＋△Ｉ｜＞ 電流閾値Ｂ ・・・（４）
先述の通り、これらの出力電流検出動作から異常判定動作までの一連の流れを相毎に行い、いずれかの相で異常と判定された場合に、以下の電力変換手段３に対する保護動作を行う。

電力変換手段３に対する過電流保護動作の一例として、電力変換手段保護部６は図１に示すように駆動信号生成部２に対して、電力変換手段３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗの出力を全て停止させるためのオフ信号（ＯＦＦ）を出力し、電力変換手段３から回転機１１に対する三相交流電圧の出力を停止させる。
あるいは、電力変換手段保護部６は電力変換手段３に対して直接全てのスイッチング素子のスイッチング動作を停止させるような信号を出力して三相交流電圧の供給を停止させるようにしても良い。

次に、過電流保護動作に係る電流閾値Ａ、Ｂの設定方法について説明する。
過電流保護においては、（回転機１１の）負荷変動や制御乱れなどの要因で電力変換手段３の出力電流が段階的に増大していく現象が生じた際、出力電流の瞬時値が限界電流ラインを超えないように、超える直前に電力変換手段３から回転機１１へ三相交流電圧の供給を停止させる必要がある。

限界電流ラインは、回転機１１に過大電流が流れた場合の発熱による絶縁破壊などの劣化現象、また、回転機１１が界磁に永久磁石を有する永久磁石同期機である場合の熱減磁による性能の低下、さらには、電力変換手段３のスイッチング素子の過大電流による素子破壊といった電力変換装置１００あるいは回転機１１で生じうる過電流起因の現象を全て防止できるような値に設定する必要がある。
通常、限界電流ラインは、先述の生じうる過電流起因の現象の中で最も（絶対値が）小さい電流で生じうる現象が発生しないような値が設定され、限界電流ラインに対してマージンを考慮した上で過電流保護動作における電流閾値を設定する。

特許文献１に示された従来の装置のように、制御演算周期△ｔをある固定値に設定する場合は、限界電流ラインと通常運転時の最大電流とに基づいて、過電流保護動作が所望に動作するような電流閾値Ａ、Ｂと制御演算周期△ｔとを予め設定できる。
ただし、本願発明のように制御演算周期△ｔが、キャリア波の周波数ｆｃに応じて変化したり、また、同期ＰＷＭ方式のように三相交流の電圧指令の周波数（インバータ周波数ｆｉｎｖ）に応じて変化したりする場合では、電流閾値Ａ、Ｂを制御演算周期△ｔ（換言するとキャリア波の周波数ｆｃ、同期ＰＷＭ方式におけるインバータ周波数ｆｉｎｖ）に応じて変更する必要がある。
要するに電流閾値Ａ、Ｂは、制御演算周期△ｔ、キャリア波の周波数ｆｃ、電圧指令の周波数であるインバータ周波数ｆｉｎｖの少なくともいずれか１つに基づいて設定する。

図６は、制御演算周期△ｔの差異（変化）に伴う出力電流の変化量△Ｉ、出力電流の予測値（Ｉ＋△Ｉ）への影響を示した図であり、以下、図６を用いて電流閾値Ａ、Ｂを制御演算周期△ｔに応じて変更する必要性について説明する。
図６において、制御演算周期△ｔを設定するためのパラメータである整数Ｎが一定である条件下で、キャリア波の周波数ｆｃが低くなる（また、同期ＰＷＭ方式においては、インバータ周波数ｆｉｎｖが低くなる）、すなわち、キャリア周期が長くなるに従い、制御演算周期△ｔが△ｔ１から△ｔ２へと長くなる。（△ｔ１＜△ｔ２）

出力電流Ｉが図６の太実線のように変化する場合、時刻ｔ０（この時の電流をＩ０とする）を基準に出力電流の変化量△Ｉ、出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉを求めると、制御演算周期△ｔ１の時の出力電流の変化量が△Ｉ１、出力電流の予測値（予測値１）が図６中の星印Ｉ１＋△Ｉ１（＝Ｉ０＋２△Ｉ１）となり、また、制御演算周期△ｔ２の時の出力電流の変化量が△Ｉ２、出力電流の予測値（予測値２）が図６中の菱形印Ｉ２＋△Ｉ２（＝Ｉ０＋２△Ｉ２）となる。

よって、同じ電流変化においても、制御演算周期が△ｔ１、△ｔ２とでは電流変化量Ｉ１、△Ｉ２や電流予測値Ｉ１＋△Ｉ１、Ｉ２＋△Ｉ２に差異が生じるため、常に同じ電流閾値Ａ、Ｂに基づいて過電流保護動作を行うと、所望の保護動作とならない可能性がある。
図６において、仮に、電流閾値Ａが「△Ｉ１＜電流閾値Ａ＜△Ｉ２」となる固定値に設定されていると、同じ電流変化に係わらず、制御演算周期が△ｔ１のケースでは、時刻ｔ０＋△ｔ１で保護動作を行わず、制御演算周期が△ｔ２のケースでは、時刻ｔ０＋△ｔ２で保護動作を行う。

このことから、電力変換手段３に対する保護が必要な時に動作しなかったり、反対に、電力変換手段３に対する保護が必要でない場合に動作したりする可能性がある。
電流閾値Ｂにおいて、図６の例で仮に、電流閾値ＢがＩ１＋△Ｉ１より若干低い固定値（概ね図６の電流Ｉ２付近）に設定されていると、同じ電流変化に係わらず、制御演算周期が△ｔ１のケースでは時刻ｔ０＋△ｔ１で、当該時刻における予測値１（Ｉ１＋△Ｉ１）が電流閾値Ｂを超えるため保護動作を行い、制御演算周期が△ｔ２のケースでは時刻ｔ０＋△ｔ２で、当該時刻における予測値２（Ｉ２＋△Ｉ２）が電流閾値Ｂを超えるため、時刻ｔ０＋△ｔ２になるまで保護動作を行わないといったように、保護動作のタイミングにバラツキが生じる。

また、電流閾値Ｂの設定において先述と異なる例で、図６において、電流閾値ＢがＩ２＋△Ｉ２より若干低い固定値に設定されていると、制御演算周期が△ｔ２のケースでは時刻ｔ０＋△ｔ２で保護動作を行うものの、制御演算周期が△ｔ１のケースでは時刻ｔ０＋△ｔ１における予測値１（Ｉ１＋△Ｉ１）が電流閾値Ｂを超えず、さらに△ｔ１経過した時刻ｔ０＋２△ｔ１において、はじめて当該時刻における予測値１’（Ｉ１’＋△Ｉ１’）が電流閾値Ｂを超え、時刻ｔ０＋２△ｔ１で保護動作を行うことになる。
ただし、先述の通り制御演算周期が△ｔ２に対して短く、図６の例では時刻ｔ０＋△ｔ２と時刻ｔ０＋△２ｔ１とのタイムラグは小さい。

以上を踏まえると、電流閾値Ａに関しては、制御演算周期△ｔの長さに比例した値を設定することが望ましく、電流閾値Ｂに関しては、制御演算周期△ｔが長くなるに従い、値が小さくなるように、すなわち、前記限界電流ラインに対するマージンを大きく取るように設定すれば良い。

図７は、制御演算周期△ｔと電流閾値Ａ、Ｂとの好適な関係の一例を示した概念図であり、実際には制御演算周期△ｔと電流閾値Ａ、Ｂとの関係を記憶装置１０１などにテーブルあるいは数式の形で記憶させておく。
また、制御演算周期△ｔに代わりに、制御演算周期△ｔの設定に係るパラメータであるキャリア波の周波数ｆｃ、または同期ＰＷＭ方式における（三相交流の）電圧指令の周波数（インバータ周波数ｆｉｎｖ）に対する電流閾値Ａ、Ｂとの好適な関係を記憶させておく形態でも良い。

したがって、制御演算周期△ｔの長短に関係なく、電力変換手段３に対する保護動作を所望に動作させるためには、制御演算周期△ｔ、あるいは制御演算周期△ｔの設定に係るパラメータであるキャリア波の周波数ｆｃ、または同期ＰＷＭ方式における（三相交流の）電圧指令の周波数（インバータ周波数ｆｉｎｖ）に応じて電流閾値Ａ、Ｂを変更する必要がある。
以上が、実施の形態１に係る電力変換装置１００によって構成されるシステムの説明である。

この発明の実施の形態１においては、電流検出手段４で検出した出力電流Ｉに基づいて出力電流の変化量△Ｉを演算し、さらに、電流検出手段４で検出した出力電流Ｉと出力電流の変化量△Ｉとに基づいて次の制御演算周期における出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉを演算した上で、出力電流の変化量△Ｉあるいは出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉに基づいて出力電流が異常か否かを判定し、電力変換手段３に対する過電流保護動作を行うシステムについて説明したが、プロセッサ１０２の性能や演算負荷処理能力に応じて、出力電流の変化量△Ｉと電流閾値Ａとの比較のみで過電流保護動作を行う、あるいは、出力電流の予測値Ｉ＋△Ｉと電流閾値Ｂとの比較のみで過電流保護動作を行うといった片方の方式のみを採用しても良く、勿論両方の方式を採用すればさらに好適な過電流保護動作を行えることは言うまでもない。

この実施の形態１によれば、制御演算周期、あるいはそれに係るパラメータ、例えば、キャリア波の周波数、また、同期ＰＷＭ方式における電圧指令の周波数（インバータ周波数）に応じて、電力変換手段に対する過電流閾値を設定することから、キャリア周波数に基づいて設定する制御演算周期の長短に関係なく、適切な電力変換手段に対する過電流保護を実現し、過電流による電力変換手段の素子破壊、電力変換手段へ接続されている回転機の劣化や減磁を防止できる効果がある。

また、キャリア波の周波数を電圧指令の周波数のＭ倍（Ｍは正の整数）に設定するモードを有する、すなわち同期ＰＷＭ方式を適用することで、非同期ＰＷＭ方式と比較して、インバータ周波数ｆｉｎｖの最大値を高く設定することができ、非同期ＰＷＭで駆動困難な高速域においても駆動することが可能となり、高速域においても適切な電力変換手段に対する過電流保護を実現できる効果がある。
なお、キャリア周波数が変化しない、すなわち、制御演算周期△ｔの長短が変化しない場合においても、制御演算周期△ｔのタイミングと電流閾値ＡまたはＢとの関係で、図５に示すように保護動作のタイミングがばらつく場合がある。そこで、電流閾値を制御演算周期△ｔのタイミングに基づいて設定することで、制御演算周期△ｔが大きくても保護動作のタイミングを遅れないようにできる効果がある。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置を図８に基づいて説明する。
図８は、この発明の実施の形態２における電力変換装置１００Ａを備えたシステムの全体図を示すもので、回転機１１と交流電源１２と電力変換装置１００Ａによって構成されている。
また、電力変換装置１００Ａは、電圧指令生成部１Ａ、駆動信号生成部２、電力変換手段３、電流検出手段４、制御演算周期設定部５、電力変換手段保護部６Ａによって構成されている。

先の実施の形態１では、電力変換手段３に対する保護動作として、電力変換手段保護部６は、駆動信号生成部２に対して電力変換手段３に対する駆動信号である各相のＰＷＭ信号の出力を全て停止させるための信号を出力し、電力変換手段３から回転機１１に対する三相交流電圧の供給を停止させていた。
これに対し、この発明の実施の形態２による電力変換装置１００Ａは、回転機１１の運転を継続させるために、電力変換手段保護部６Ａは、電圧指令生成部１Ａが出力する三相交流電圧の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数であるインバータ周波数ｆｉｎｖを低減することにより、電力変換手段３から回転機１１に出力する電力を低減し、電力変換手段３の保護動作を行うようにしたものである。

以下、図８において、実施の形態１と異なる電力変換手段保護部６Ａと電圧指令生成部１Ａの構成を中心に説明し、図１と同一部分については、同じ符号を付して適宜説明を省略する。
電力変換手段保護部６Ａは、出力電流の異常判定に係る点は実施の形態１と同じであるが、電力変換手段３から回転機１１に対する三相交流電圧の供給を停止する動作より駆動制約の緩い保護動作となるため、実施の形態１における電流閾値Ａ、Ｂより小さい値に電流閾値Ａ、Ｂを設定するなど、実施の形態１における出力電流の異常判定条件と比較して、異常と判定されやすい条件にしておくのが望ましい。
電力変換手段３に対する保護動作として、電力変換手段保護部６Ａは、電圧指令生成部１Ａが出力する三相交流の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の周波数であるインバータ周波数ｆｉｎｖ（の絶対値）を低減するための周波数補償量△ｆを電圧指令生成部１Ａへ出力する。

すなわち、目標値として設定された、周波数補償量△ｆに基づく補償前のインバータ周波数をｆｉｎｖ０とすると、ｆｉｎｖ＝ｆｉｎｖ０＋△ｆ（ただし、補償前後でｆｉｎｖとｆｉｎｖ０との符号が反転しないように｜ｆｉｎｖ０｜＞｜△ｆ｜）の関係となり、インバータ周波数ｆｉｎｖ０＞０ならば△ｆ＜０、ｆｉｎｖ０＜０ならば△ｆ＞０となる。
周波数補償量△ｆは、出力電流の異常判定において比較する電流閾値Ａに対する出力電流の変化量の絶対値｜△Ｉ｜の超過分、あるいは、電流閾値Ｂに対する出力電流の予測値の絶対値｜Ｉ+△Ｉ｜の超過分に応じた比例値、これらの超過分の制御演算周期△ｔ毎の積分値に基づいて得るようにする。また、周波数補償量△ｆをこれらの超過分の関数として求めても良い。

電圧指令生成部１Ａは、回転機１１を所望の回転速度で駆動するために必要な周波数に対して周波数補償量△ｆ分を低減して補正された周波数をインバータ周波数ｆｉｎｖとして、周波数ｆｉｎｖの三相交流の電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。
よって、所望の回転速度に対する実際の回転速度の速度偏差が生じるものの、電力変換手段３から回転機１１に対する三相交流電圧の供給を停止する場合と異なり、回転機１１の運転状態は継続される。
以上が、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａによって構成されるシステムの説明である。この実施の形態２によれば、回転機１１を停止させずに運転継続させながら、合わせて電力変換手段３の保護も実現できる効果がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る電力変換装置を図９および図１０に基づいて説明する。
この発明における電力変換手段３に対する保護動作は、先述の通り、回転機１１に過大電流が流れた場合の発熱による絶縁破壊などの劣化現象、さらには、回転機１１が界磁に永久磁石を有する永久磁石同期機である場合の熱減磁による性能の低下、また、電力変換手段３のスイッチング素子の過大電流による素子破壊といった現象を未然に防止するために行われ、電力変換手段３の出力電流が負荷変動や制御乱れなどの要因で段階的に増大していく過程で出力電流の瞬時値が限界電流ラインを超えないようにすることが目的である。

ただし、実際の動作においてはインバータ周波数ｆｉｎｖに応じて、非同期ＰＷＭ方式と同期ＰＷＭ方式とを切り換えたり、非同期ＰＷＭ方式のキャリア波の周波数ｆｃや同期ＰＷＭ方式のｆｃ／ｆｉｎｖの比である整数Ｍを適切な値に設定したりすることが行われ、この発明においてもこのようなＰＷＭ方式や整数Ｍの切換動作を想定しており、キャリア波の周波数ｆｃがインバータ周波数ｆｉｎｖに対して不連続となることがある。

図９は、インバータ周波数ｆｉｎｖに対するキャリア波の周波数ｆｃの設定値の関係の一例を示すものであり、図９においては、
・ｆｉｎｖ：０Ｈｚ〜３３３．３Ｈｚ・・・・・非同期ＰＷＭ方式 ｆｃ：３ｋＨｚ
・ｆｉｎｖ：３３３．３Ｈｚ〜５００Ｈｚ・・・同期ＰＷＭ方式（Ｍ＝９）
ｆｃ：９ｆｉｎｖ ［Ｈｚ］
・ｆｉｎｖ：５００Ｈｚ〜７５０Ｈｚ・・・ 同期ＰＷＭ方式（Ｍ＝６）
ｆｃ：６ｆｉｎｖ ［Ｈｚ］
・ｆｉｎｖ：７５０Ｈｚ〜・・同期ＰＷＭ方式（Ｍ＝３）ｆｃ：３ｆｉｎｖ［Ｈｚ］
の設定を想定している。

この場合、図９に示すようにｆｉｎｖ：５００Ｈｚ、７５０Ｈｚにおいてキャリア波の周波数ｆｃが不連続に切り換わる。この瞬間に、先述の電力変換手段３の出力電流が負荷変動や制御乱れなどの要因で段階的に増大していく過程とは異なる、キャリア波の周波数ｆｃの不連続な切換によるショックで出力電流の瞬間的な脈動が生じ、この切換による出力電流脈動は通常一瞬で収束する。
この瞬間的な電流脈動により、負荷変動や制御乱れといった本来電力変換手段３に対する保護をかけるべき現象以外で誤って過電流保護動作がかかる可能性があることから、この発明の実施の形態３においては、キャリア波の周波数ｆｃの不連続な切換によるショックで過電流保護動作を行わないようにする、あるいは、先述の負荷変動や制御乱れなどの要因で電力変換手段３の出力電流が段階的に増大していく現象より、不連続な切換によるショックが電力変換手段３や回転機１１に対する影響が大きい場合に過電流保護動作を行
うようにした。

図１０は、この発明の実施の形態３における電力変換装置１００Ｂを備えたシステムの全体図を示すもので、回転機１１と交流電源１２と電力変換装置１００Ｂによって構成されている。
また、電力変換装置１００Ｂは、電圧指令生成部１、駆動信号生成部２、電力変換手段３、電流検出手段４、制御演算周期設定部５、電力変換手段保護部６Ｂによって構成されている。
この発明の実施の形態３による電力変換装置１００Ｂは、キャリア波の周波数ｆｃの不連続な切換によるショックで過電流保護動作を行わないようにするために、キャリア波の周波数ｆｃを不連続に切り換える際に、切換開始から予め定められた期間において、電力変換手段保護部６Ｂの保護動作を停止させるようにしたものである。

以下、図１０において、実施の形態１と異なる電力変換手段保護部６Ｂの構成を中心に説明し、図１と同一部分については、同じ符号を付して適宜説明を省略する。
電力変換手段保護部６Ｂにおいて、出力電流の異常判定に係る点は実施の形態１と同じであるが、駆動信号生成部２で設定されたキャリア波の周波数ｆｃの設定値を制御演算周期△ｔ毎に取込み、キャリア波の周波数ｆｃの制御演算周期△ｔあたりの変化量から、不連続な切換か否かを判定し、不連続な切換と判定された場合に、切換開始（不連続な切換と判定されてから）から予め定められた期間、電力変換手段３に対する保護動作を停止する。

保護動作停止期間は、事前実測や事前解析・シミュレーションに基づいて切換による出力電流脈動が収束するまでの時間を求めておき、収束時間に基づいて設定すれば良い。
あるいは、インバータ周波数ｆｉｎｖの値が増減する加（減）速中に、ｆｃ／ｆｉｎｖの比である整数Ｍを切り換える動作が行われるのであれば、切換が行われるインバータ周波数（図９の場合ｆｉｎｖ：５００Ｈｚ、７５０Ｈｚが該当）に対して、ｆｉｎｖの値が△ｆ’分変化するまで保護動作を停止させるように不動作帯域を設定すれば良い。不動作帯域△ｆ’の値は出力電流脈動が収束するまでの時間を事前実測や事前解析・シミュレーションにより求めておき、収束時間と加減速レートとに基づいて設定すれば良い。

また、切換〜収束までの期間において、切換によって発生する脈動電流の瞬時最大値が限界電流ラインを超えるような場合は、電力変換手段３の出力電流の瞬時値と限界電流ラインを基準にマージンを持って設定される予め定められた閾値との大小関係に基づいて、電力変換手段３の保護動作を行うようにしても良い。
以上が、実施の形態３に係る電力変換装置１００Ｂによって構成されるシステムの説明である。

この実施の形態３によれば、キャリア波の周波数を不連続に切り換える際に、切換ショックでの出力電流脈動で誤って保護がかかることを防止できる効果がある。
また、先述の負荷変動や制御乱れなどの要因で電力変換手段３の出力電流が段階的に増大していく現象より、切換ショックにおける電力変換手段３や回転機１１に対する影響が大きい場合に、切換ショックでの出力電流脈動に対しても過電流保護が機能するようにし、電力変換手段３に対する過電流保護を確実に行える効果がある。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る電力変換装置について説明する。実施の形態４における電力変換装置１００の構成は、実施の形態１における図１と同じに付き、図示を省略する。
実施の形態４に係る電力変換装置は、先の実施の形態１〜３に示した電力変換手段３の出力電流の異常判定とは異なる実施態様の構成を示す。 先述の実施の形態１では、１回分の電力変換手段３の出力電流を前回値Ｉｏｌｄとして記憶装置１０１に記憶しておき、出力電流の変化量△Ｉを現在値Ｉと前回値Ｉｏｌｄから求めるようにしたものであるが、出力電流の変化量△Ｉが急峻に変化し、過電流保護動作が緊急に必要となる場合、過去の出力電流の変化量△Ｉを複数記憶させておき、記憶した出力電流の変化量Ｉの変化の度合いを制御演算周期△ｔ毎に把握しておくことで、電流閾値Ｂへ到達するまでの予測精度をより高くでき事前に対応することが容易となる。

このことを踏まえ、出力電流の変化量△Ｉを過去複数回に渡って記憶装置１０１に記憶しておき、電力変換手段保護部６がこれらに基づいて出力電流の異常判定を行うようにしても良い。
過去の出力電流の変化量△Ｉを少なくとも１つ記憶装置１０１に記憶しておくことで、より細かい判定が可能となる。一例として、以下の（５）式、（６）式のように過去２回分の出力電流の変化量△Ｉに基づいて異常判定を行う。
・出力電流の変化量の絶対値｜△Ｉ｜ ＞ 閾値Ａ ・・・（５）
・｜△Ｉ｜における制御演算周期△ｔ 分１周期前の値 ＞ 閾値Ａ１ ・・（６）
すなわち、（５）式、（６）式の両方の条件が成立すれば出力電流が異常であると判定する。異常判定時の動作は先述の実施の形態１と同様である。

なお、ここでは過去の出力電流の変化量△Ｉを記憶する値は２つについて説明したが、２つとは限らず、３つ以上でも良いことは言うまでもなく、この場合はさらに耐ノイズ性が向上する。
また、先述とは異なる出力電流の異常判定の実施態様として、制御演算周期△ｔ毎に過去に算出した複数の出力電流の変化量△Ｉを記憶装置１０１に記憶しておき、記憶されたＬ（Ｌ：サンプル数を表わす任意の正の整数）個の出力電流の変化量△Ｉを取り出し、一例として、以下の（７）式のように過去複数回分の出力電流の変化量△Ｉの平均値の絶対値△Ｉａｖｅを求めるようにしても良い。
・△Ｉａｖｅ ＝｜Σ（１，Ｌ）出力電流変化量△Ｉ／Ｌ｜ ・・・（７）

算出された出力電流の変化量の平均値Ｉａｖｅに対して、制御演算周期△ｔ、あるいは制御演算周期△ｔの設定に係るパラメータであるキャリア波の周波数ｆｃ、または同期ＰＷＭ方式における（三相交流の）電圧指令の周波数（インバータ周波数ｆｉｎｖ）に応じて設定する電流閾値Ｃと比較し、（８）式の条件が成立すれば出力電流が異常であると判定するようにしてもよい。異常判定時の動作は先述の実施の形態１と同様である。
・△Ｉａｖｅ＞ 閾値Ｃ ・・・（８）
なお、前記の例では、複数の過去の出力電流の変化量△Ｉの平均値を対象としたが、現在に近い記憶値ほど重みを大きくし、過去になるに従い重みを小さくして平均をとると言った重み付け平均を用いても良い。この場合、現在に近い程重みが大きいため、より現実に近い値となり、異常な電流変化をさらに正確に検出することが可能となる。
以上が、実施の形態４に係る電力変換装置の説明である。

この実施の形態４によれば、より多くの出力電流の情報を用いて電力変換手段３の出力電流の異常判定を行うことから、先述の実施の形態よりも電力変換手段に対する過電流保護を確実に行える効果がある。

実施の形態５
次に、実施の形態５の発明として、上記した実施の形態１〜４に係る電力変換装置を用いた空気調和装置を図１１に基づいて説明する。
図１１は、この発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。以下、図１１を参照しながら、実施の形態１〜４に係る電力変換装置を圧縮機及び空気調和装置に適用した場合について説明する。

図１１で示される電力変換装置１００は、実施の形態１〜４のいずれか１つに係る電力変換装置であり、交流電源１２から電力供給を受けて交流電圧を回転機１１に印加して回転駆動するものである。この回転機１１は、圧縮要素５１に連結されており、この回転機１１及び圧縮要素５１によって、冷媒を圧縮する圧縮機５０が構成されている。
圧縮機５０、四方弁５２、室外熱交換器５３、膨張装置５４、室内熱交換器５５、四方弁５２、そして、圧縮機５０の順に冷媒配管によって接続され冷凍サイクルが構成されている。このうち、室外機６１は、電力変換装置１００、圧縮機５０、四方弁５２、室外熱交換器５３及び膨張装置５４を備えて構成され、室内機６２は、室内熱交換器５５を備えて構成されている。

次に、図１１で示される空気調和装置の動作について、冷房運転を例に説明する。
冷房動作をするに際し、四方弁５２は、予め、圧縮機５０から吐出された冷媒が室外熱交換器５３へ向かうように、かつ、室内熱交換器５５から流出した冷媒が圧縮機５０へ向かうように流路を切り替えているものとする。
電力変換装置１００によって圧縮機５０の回転機１１が回転駆動することによって、回転機１１に連結した圧縮機５０の圧縮要素５１が冷媒を圧縮し、圧縮機５０は高温高圧冷媒を吐出する。圧縮機５０から吐出した高温高圧冷媒は、四方弁５２を経由して、室外熱交換器５３へ流入し、室外熱交換器５３において外部の空気と熱交換を実施して放熱する。

室外熱交換器５３から流出した冷媒は、膨張装置５４によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器５５へ流入し、空調対象空間の空気と熱交換を実施して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって、室内熱交換器５５から流出する。室内熱交換器５５から流出したガス冷媒は、四方弁５２を経由して、圧縮機５０に吸入され、再び圧縮される。以上の動作が繰り返される。
なお、図１１においては、空気調和装置の圧縮機５０に、実施の形態１〜４に係る電力変換装置を適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、空気調和装置の他、ヒートポンプ装置、冷凍装置その他の冷凍サイクル装置一般に適用しても良い。
以上が、実施の形態５に係る空気調和装置の説明である。

この実施の形態５によれば、キャリア周波数に基づいて設定する制御演算周期の長短に関係なく、圧縮機が運転中にロックまたは脱調した場合などに発生する急峻な電流変化量を検出でき、適切な電力変換手段に対する過電流保護を実現することで、電力変換手段を備える電力変換装置を用いた空気調和装置の信頼性が向上する効果がある。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１、１Ａ：電圧指令生成部、２：駆動信号生成部、３：電力変換手段、
４：電流検出手段、５：制御演算周期設定部、６、６Ａ、６Ｂ：電力変換手段保護部、
１１：回転機、１２：交流電源、５０：圧縮機、５１：圧縮要素、 ６１：室外機、
６２：室内機、１００、１００Ａ、１００Ｂ：電力変換装置、１０１：記憶装置、
１０２：プロセッサ

Claims (11)

1. 電圧指令を生成する電圧指令生成部と、キャリア波を生成すると共に前記キャリア波と前記電圧指令とに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて電圧を出力して回転機を駆動する電力変換手段と、前記電力変換手段の出力電流を検出する電流検出手段と、前記キャリア波の周波数に基づいて制御演算周期を設定する制御演算周期設定部と、前記制御演算周期当たりの前記出力電流の変化量が所定の第１の電流閾値を超えた場合に前記電力変換手段に対する保護動作を行う電力変換手段保護部を備え、
   前記第１の電流閾値は、前記制御演算周期、前記キャリア波の周波数、前記電圧指令の周波数の少なくともいずれか１つに基づいて設定することを特徴とする電力変換装置。
2. 電圧指令を生成する電圧指令生成部と、キャリア波を生成すると共に前記キャリア波と前記電圧指令とに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて電圧を出力して回転機を駆動する電力変換手段と、前記電力変換手段の出力電流を検出する電流検出手段と、前記キャリア波の周波数に基づいて制御演算周期を設定する制御演算周期設定部と、前記制御演算周期当たりの前記出力電流の変化量に基づき予測される次の制御演算周期の出力電流の予測値が所定の第２の電流閾値を超えた場合に前記電力変換手段に対する保護動作を行う電力変換手段保護部を備え、
   前記第２の電流閾値は、前記制御演算周期、前記キャリア波の周波数、前記電圧指令の周波数の少なくともいずれか１つに基づいて設定することを特徴とする電力変換装置。
3. 前記制御演算周期は、前記キャリア波の周波数の変化に応じて設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 制御演算周期設定部は、前記制御演算周期を前記キャリア波の周期のＮ／２倍(Ｎは正の整数)に設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記駆動信号生成部は、前記キャリア波の周波数を前記電圧指令の周波数のＭ倍(Ｍは正の整数)に設定するモードを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 電力変換手段保護部は、前記電力変換手段からの電圧出力を停止する保護動作を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 電力変換手段保護部は、前記電圧指令の周波数を低減することにより電力変換手段に対する保護動作を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 電力変換手段保護部は、前記キャリア波の周波数を不連続に切り換える際に、切換開始から予め定められた期間において、電力変換手段に対する保護動作を停止させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 電力変換手段保護部は、前記キャリア波の周波数を不連続に切り換える際に、切換開始から予め定められた期間において、前記出力電流の瞬時値と予め定められた閾値との大小関係に基づいて電力変換手段の保護動作を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 電力変換手段保護部は、前記出力電流の変化量を過去複数回に渡って記憶しておき、記憶した出力電流の変化量の変化の度合い、あるいは複数の出力電流の変化量の平均値に基づいて前記電力変換手段に対する保護動作を行うようにした請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置と、前記電力変換装置の電力変換手段に接続された圧縮機を備え、前記圧縮機を構成する回転機の回転により冷凍サイクルの冷媒を圧縮するようにした空気調和装置。

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