特許ウォッチ

公開番号2025095040
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023210806
出願日2023-12-14
発明の名称電力変換装置
出願人河村電器産業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/06 20060101AFI20250619BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】多相用の多数の検出回路を必要とせず、サイズアップ・コストアップ抑制して、欠相が発生したことを検出できる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】多相用の多数の検出回路を必要とせずに欠相の検出を可能とする電力変換装置1は、交流電力を多相交流電力に変換する多相変圧器3と、多相交流電力を直流電力に変換する整流部4と、多相変圧器に供給される入力電圧と整流部の出力電圧とに基づいて欠相が発生したことを検出する欠相検出部100と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電力を多相交流電力に変換する多相変圧器と、
前記多相交流電力を直流電力に変換する整流部と、
前記多相変圧器に供給される入力電圧と前記整流部の出力電圧とに基づいて欠相が発生したことを検出する欠相検出部と
を備える、電力変換装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記欠相検出部は、前記入力電圧と前記出力電圧との比率に基づいて欠相が発生したことを検出する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記欠相検出部は、
前記多相変圧器に入力される三相の相間電圧に基づいて第１値を導出するとともに、三相の前記相間電圧に該当する出力電圧に基づいて第２値を導出し、前記第１値と前記第２値との比率を導出する導出部と、
前記導出部によって導出された前記比率と閾値とに基づいて欠相が発生しているか否かを判定する判定部と
を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記導出部は、前記多相変圧器に入力される三相の前記相間電圧に基づいて前記第１値を所定周期毎に導出するとともに、前記所定周期の三相の前記相間電圧に該当する出力電圧に基づいて前記第２値を前記所定周期毎に導出し、前記第１値と前記第２値との比率を前記所定周期毎に導出する、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記所定周期は、前記入力電圧の半周期の整数倍である、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１値および前記第２値は、平均値である、請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１値および前記第２値は、実効値である、請求項３又は請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記多相変圧器に入力される交流電力を遮断する遮断器と、
前記判定部によって欠相が発生していると判定された場合に、前記遮断器を動作させる駆動部と
をさらに備える、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記判定部によって欠相が発生していると判定された場合に、警報を鳴動させる警報部
をさらに備える、請求項３に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、多相変圧器と整流器とを使用して交流電圧を直流電圧に変換する。電力変換装置は、多相変圧器に欠相が生じると直流出力電圧のリプル成分が大きくなる。欠相が生じたまま運転を継続すると、欠相が生じた相以外の相への電流が増加し、整流回路のダイオードの破損などが生じる。
【０００３】
電力変換装置に関して、ＡＣ／ＤＣコンバータを使用せずに直流電力の生成を可能とし、更に多相変圧器の小型化が可能な技術が知られている（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、多相変圧器は、１次側巻線を構成する第１巻線と、２次側巻線を構成する第２～第５巻線の４つの異なる３相の位相を生成する巻線とを有し、全ての巻線が共通する鉄心に巻回されて成り、第２～第５巻線は何れもスター結線されて、第３巻線は、第２巻線の０．７３倍の巻数で第２巻線に対して極性が反転するよう鉄心に巻回されると共に、第２巻線及び第３巻線の中性点同士が連結されて成り、第４巻線及び第５巻線は、第２巻線の途中の共通する所定の部位から分岐して生成され、第２～第５巻線のそれぞれが異なる位相の３相電力を出力し、多相の交流電圧を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１９１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電力変換装置において、多相変圧器の出力回路や整流部で一相欠相した場合には、整流部からの直流出力電圧のリプルが１つ分欠落し、欠落した相を補うように他の相に余分に電流が流れる。このため、電力変換装置では、ダイオードが発熱し破損する場合や電路が発熱する場合がある。
欠相の検出方法については、単相３線式電路用の配線用遮断器に中性線欠相保護付きのものが知られている。中性線欠相保護付きの配線用遮断器は、欠相が発生すると中性線と電圧相間の電圧分圧バランスが負荷の影響を受けて崩れるため、どちらかの電圧相と中性線間の電圧が一定の閾値を超えたことにより検出する。
【０００６】
仮に、中性線欠相保護付きの配線用遮断器によって欠相を検出する手法を、多相変圧器を備える電力変換装置に適用する場合に、１２相分の相電圧を検出することになるため、多数の検出回路が必要となりサイズアップ・コストアップにつながってしまう。
本発明の目的は、欠相が発生したことを検出できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一態様は、交流電力を多相交流電力に変換する多相変圧器と、前記多相交流電力を直流電力に変換する整流部と、前記多相変圧器に供給される入力電圧と前記整流部の出力電圧とに基づいて欠相が発生したことを検出する欠相検出部とを備える、電力変換装置である。
（２）本発明の一態様は、上記（１）に記載の電力変換装置において、前記欠相検出部は、前記入力電圧と前記出力電圧との比率に基づいて欠相が発生したことを検出する。
（３）本発明の一態様は、上記（１）に記載の電力変換装置において、前記欠相検出部は、前記多相変圧器に入力される三相の相間電圧に基づいて第１値を導出するとともに、三相の前記相間電圧に該当する出力電圧に基づいて第２値を導出し、前記第１値と前記第２値との比率を導出する導出部と、前記導出部によって導出された前記比率と閾値とに基づいて欠相が発生しているか否かを判定する判定部とを備える。
（４）本発明の一態様は、上記（３）に記載の電力変換装置において、前記導出部は、前記多相変圧器に入力される三相の前記相間電圧に基づいて前記第１値を所定周期毎に導出するとともに、前記所定周期の三相の前記相間電圧に該当する出力電圧に基づいて前記第２値を前記所定周期毎に導出し、前記第１値と前記第２値との比率を前記所定周期毎に導出する。
（５）本発明の一態様は、上記（４）に記載の電力変換装置において、前記所定周期は、前記入力電圧の半周期の整数倍である。
（６）本発明の一態様は、上記（３）又は上記（４）に記載の電力変換装置において、前記第１値および前記第２値は、平均値である。
（７）本発明の一態様は、上記（３）又は上記（４）に記載の電力変換装置において、前記第１値および前記第２値は、実効値である。
（８）本発明の一態様は、上記（３）に記載の電力変換装置において、前記多相変圧器に入力される交流電力を遮断する遮断器と、前記判定部によって欠相が発生していると判定された場合に、前記遮断器を動作させる駆動部とをさらに備える。
（９）本発明の一態様は、上記（３）に記載の電力変換装置において、前記判定部によって欠相が発生していると判定された場合に、警報を鳴動させる警報部をさらに備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、欠相が発生したことを検出できる電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本実施形態に係る電力変換装置１の一例を示す概略構成図である。
１２相変圧器３の具体的構成の一例を示す図である。
１２相変圧器３の２次側巻線Ｌ２の個々の巻線のベクトル説明図である。
電圧検出部１０４によって検出される電圧波形の一例を示す図である。
電圧検出部１０４によって検出される電圧波形の一例を示す図である。
電圧検出部１０４によって検出される電圧波形の一例を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の動作の一例を示すフロー図である。
シミュレーションに使用した電力変換装置１の多相変圧器３と整流部４との回路構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の欠相が発生していない回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の欠相が発生していない回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
シミュレーションに使用した電力変換装置１の多相変圧器３と整流部４との回路構成の一例を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の欠相が発生している回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の欠相が発生している回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１によって検出される出力電圧の一例を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の他の一例を示す概略構成図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の他の一例の欠相が発生していない回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の他の一例の欠相が発生していない回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の他の一例の欠相が発生している回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
本実施形態に係る電力変換装置１の他の一例の欠相が発生している回路構成の一例でのシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本実施形態の電力変換装置を、図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「ＸＸに基づいて」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づいて」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許