(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換する複数の電力変換器に対して、前記複数の電力変換器から出力させる交流電圧の指令値である出力電圧指令値および前記出力電圧指令値に係る情報を送信するための搬送波の比較からゲートパルス信号を生成し、前記複数の電力変換器に前記ゲートパルス信号を入力することで、前記複数の電力変換器から交流電動機に出力させる交流電圧を制御する電力変換器制御装置において、
前記複数の電力変換器を各相に備え、各相における複数の電力変換器から出力される複数の交流電圧から求めた各相の出力電圧を前記交流電動機に出力させるものであって、前記搬送波は、上側ピーク値に一致すると漸減し下側ピーク値に一致すると漸増するものであり、前記搬送波は、同相における少なくとも第１の搬送波と第２の搬送波を含み、前記第１の搬送波と前記第２の搬送波とが同じ周波数と同じ振幅で且つ所定の位相差で動作している状態から一方の搬送波の上側ピーク値又は下側ピーク値が変更されて周波数と振幅が変化する場合に、前記一方の搬送波の変更後の上側ピーク値又は下側ピーク値と、前記他方の搬送波の継続されている上側ピーク値又は下側ピーク値に基づいて、前記変更された後の一方の搬送波との間の位相差が、前記変更される前の位相と同じとなり、且つ、前記変更された後の一方の搬送波の周波数と振幅と同じになるよう、前記一方の搬送波が前記変更後の上側ピーク値又は下側ピーク値に一致する前に前記他方の搬送波が到達する点における前記他方の搬送波の上側ピーク値又は下側ピーク値を変更することを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換器制御装置において、前記第１の搬送波と第２の搬送波における位相差は、３６０°に前記搬送波の一周期間における制御周期の分割数を除算して求めることを特徴
とする電力変換器制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換器制御装置において、前記搬送波の周波数は、前記出力電圧指令値の周波数の整数倍に変化させることを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換器制御装置において、前記電力変換器制御装置は、単相３レベル電力変換器を複数備えたマルチレベル電力変換器に対して、前記ゲートパルス信号を入力し、前記マルチレベル電力変換器から出力させる交流電圧を制御することを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電力変換器制御装置において、前記電力変換器制御装置は、単相２レベル電力変換器を複数備えた直列多重型電力変換器に対して、前記ゲートパルス信号を入力し、前記直列多重型電力変換器から出力させる交流電圧を制御することを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電力変換器制御装置において、前記搬送波の傾きを変化させることで、位相を変調させ、複数の搬送波の位相差を所定の値に保つようにすることを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電力変換器制御装置において、前記搬送波の振幅を変化させることで、位相を変調させ、複数の搬送波の位相差を所定の値に保つようにすることを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電力変換器制御装置において、前記搬送波にオフセット値を加算することで、位相を変調させ、複数の搬送波の位相差を所定の値に保つようにすることを特徴とする電力変換器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧指令値に基づいて、直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換する電力変換器に対して、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御による交流電動機の制御を行う電力変換器制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置を用いた交流電動機駆動においては、商用または非商用の各種電源から供給される交流電源を該電力変換装置内部のダイオードで整流し、平滑コンデンサで平滑することにより、直流電圧に変換する。その後、インバータによって任意の交流電圧へ変換され、電動機に出力し可変速制御を行っている。具体的には、出力電圧指令値と搬送波との大小比較に基づくＰＷＭ制御に従ってインバータをスイッチングすることにより、正弦波状の出力電圧指令値の大きさを出力パルスへ変換し、交流電動機に電圧を印加する。このＰＷＭ制御には、大別して非同期ＰＷＭ制御と同期ＰＷＭ制御がある。
【０００３】
非同期ＰＷＭ制御は搬送波の周波数ｆcを、出力電圧指令値の周波数ｆtの値によらず、常に一定とする方式であり、汎用インバータ、圧延機駆動インバータ等に用いられている。
【０００４】
一方、同期ＰＷＭ制御は、搬送波の周波数ｆcを常に出力電圧指令値の周波数ｆtのＫ倍（Ｋ：３の倍数）とする方式であり、電気車や無効電力補償装置等に用いられている。この場合、出力電圧指令値の周波数ｆtの変化に従って搬送波の周波数ｆcとそれらの比率を変化させる。
【０００５】
非同期ＰＷＭ制御では、搬送波の周期内で出力電圧指令値をほぼ一定とみなし、出力電圧指令値と出力パルスの誤差を小さくするため、搬送波の周波数ｆcを出力電圧指令値の周波数ｆtに対して十分大きくする（ｆc／ｆt：１０以上）必要がある。この搬送波の周波数ｆcと出力電圧指令値の周波数ｆtの比率が小さい場合には、搬送波の周期内で出力電圧指令値は大きく変化する。そのため、出力電圧指令値と出力パルスの誤差は大きくなり、ビート現象等の問題が発生し、交流電動機駆動時にモータ出力トルクに脈動（リプル）が生じる。
【０００６】
そのため、搬送波の周波数ｆcと出力電圧指令値の周波数ｆtの比率が小さい場合に発生するビート現象を抑制するＰＷＭ制御方式が特許文献１に記載されている。特許文献１では、出力パルスの幅を決定する搬送波の半周期間における出力電圧指令値の平均値を推定し、それに応じて出力パルスを発生する制御方式が記載されている。
【０００７】
一方、交流電動機に印加する電圧には、以下の式（１）に示す側帯波成分ｆbが、ＰＷＭ制御により発生する。
【０００８】
ｆb＝ｍ・ｆc＋ｎ・ｆc                                         …（１）
ｍ、ｎ：整数
非同期ＰＷＭ制御では搬送波の周波数ｆcは一定となるため、側帯波成分ｆbは出力電圧指令値の基本波周波数ｆtにより変化する。さらに、側帯波成分ｆbは出力電圧指令値の基本波周波数ｆt近傍にも発生し、数Ｈｚ〜数十Ｈｚの低次成分のモータ出力トルクリプル成分となる。このモータ出力トルクリプル成分が数十Ｈｚといった低い機械系固有振動数と一致すると機械的振動が発生する。前記特許文献１はこの現象を十分には抑制することはできない。
【０００９】
同期ＰＷＭ制御では、搬送波の周波数ｆcを常に出力電圧指令値の基本波周波数ｆtのＫ倍（Ｋ：３の倍数）とするため、式（１）に示した側帯波成分ｆbを出力電圧指令値の基本波周波数ｆtの整数倍とできる。そのため、出力電圧指令値の基本波周波数ｆt以下のモータ出力トルクリプル成分の発生を防止できる。同期ＰＷＭ制御を用いることで、数十Ｈｚの機械系固有振動数と一致する低次のモータ出力トルクリプル成分が発生しないため、上記の機械的振動を防止することが可能である。
【００１０】
上記の同期ＰＷＭ制御では、交流電動機の運転中に搬送波の周波数ｆcを変化させる。そのため、切替え時の交流電動機に印加する電圧波形の歪みを抑制する手段として、従来では搬送波と電圧指令値を同じタイミングで同期して変更する手法（特許文献２）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３２５９５７１号公報
【特許文献２】特開２００９−１１８５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１５は、搬送波の一周期間における制御周期の分割数が４とし、前記同期ＰＷＭ制御のように交流電動機の運転中に前記搬送波の周波数ｆcを変化させた場合の、従来の前記搬送波ＣA、ＣBの波形を示した図である。図１５では、前記搬送波の周波数ｆcの値をｆc1からｆc2に変化させた場合、タイミング２６の時点までに前記搬送波ＣA、ＣBの上側ピーク値Ｃａ2を共通に変更している。前記搬送波ＣA、ＣBの下側ピーク値は前記搬送波の周波数ｆcによらず常に一定の値である。
【００１３】
前記搬送波の周波数ｆcがｆc1の場合では前記２つの搬送波の位相差Φは、所定の値である３６０°／４＝９０°である。しかし、前記搬送波の周波数ｆcをｆc2に変化させると、前記位相差Φは９０°でなくなる。
【００１４】
このように位相差Φが所定の値である３６０°／Ｌ（Ｌ：前記搬送波の一周期間における制御周期の分割数）と異なる場合では、搬送波ＣBの位相と出力電圧指令値の位相が不一致となる。特許文献１より、このような状態ではパルス幅変調電圧に出力電圧誤差が発生し、前記出力電圧誤差がビート成分となりモータ出力トルクに脈動（リプル）が発生する。前記モータ出力トルクリプル成分が前記機械系固有振動数と一致すると、機械的振動が発生する。
【００１５】
また、特許文献２に記載の搬送波と電圧指令値を同じタイミングで同期して変更する手法では、本発明のような５レベルインバータにおけるＰＷＭ制御において、２つの搬送波の位相差Φは、搬送波の周波数によって変化するため、前記手法を用いても前記位相差を所定の値に保つことができず、出力電圧誤差によるモータ出力トルクリプルが発生する。
【００１６】
よって、本発明の課題は、前記特許文献１および２で問題となるモータ出力トルクに生じる脈動（リプル）を抑制するために、前記搬送波の周波数の変化に伴い、前記搬送波の位相を変調させ、複数の搬送波の位相差を所定の値に保つようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換する複数の電力変換器に対して、前記複数の電力変換器から出力させる交流電圧の指令値である出力電圧指令値および前記出力電圧指令値に係る情報を送信するための搬送波の比較からゲートパルス信号を生成し、前記複数の電力変換器に前記ゲートパルス信号を入力することで、前記複数の電力変換器から交流電動機に出力させる交流電圧を制御する電力変換器制御装置において、前記複数の電力変換器を各相に備え、各相における複数の電力変換器から出力される複数の交流電圧から求めた各相の出力電圧を前記交流電動機に出力させるとき、同相における複数の電力変換器に対する複数の搬送波の位相差を所定の値に保つように、前記複数の搬送波のうち少なくとも一つの搬送波の位相を変調させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、交流電動機の運転中における搬送波の周波数変化時において、前記搬送波の位相を変調し、複数の搬送波の位相差を所定の値に保つことができ、搬送波の位相と出力電圧指令値の位相を一致させることで、パルス幅変調電圧の出力電圧誤差を抑制し、モータ出力トルクリプルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図２】実施例１の搬送波作成方式について、従来方式を用いた場合のシミュレーション結果である。
【図３】実施例１の搬送波作成方式について、本発明方式を用いた場合のシミュレーション結果である。
【図４】実施例１の搬送波作成方式について、搬送波がのこぎり波の場合における本発明方式について説明する図である。
【図５】実施例２の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図６】実施例２の搬送波作成方式について、搬送波にオフセット値を加算した方式について説明する図である。
【図７】実施例３の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図８】実施例４の直列多重型電力変換装置の構成図である。
【図９】実施例４の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図１０】実施例５の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図１１】実施例６の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図１２】実施例７の搬送波作成方式について、本発明方式について説明する図である。
【図１３】単相３レベル電力変換器を２つ直列接続した５レベル電力変換装置の構成図である。
【図１４】図１３内の制御装置の構成図である。
【図１５】搬送波作成方式について、従来方式について説明する図である。
【図１６】比較器におけるゲートパルス信号の生成方法の例について説明する図である。
【図１７】Ｕ相の５レベルインバータ回路におけるユニットごとの出力電圧およびＵ相の出力電圧の出力波形例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
高圧産業分野に用いられるマルチレベル電力変換装置といった大容量の電力変換装置は、単相電力変換器をＮ（Ｎ：自然数）個接続している。そのため、出力電圧指令値と搬送波の比較に基づいて交流電動機に印加されるパルス幅変調電圧を制御する制御装置では、搬送波をＭ（Ｍ：２以上の自然数）個有している。
【００２１】
図１３は、Ｎ＝２，Ｍ＝２とし、単相電力変換器を単相３レベル電力変換器とした５レベル電力変換装置である。図１３において、三相交流電源１０１から供給される交流電圧を、変圧器１０２にて変圧し、Ｕ相整流ダイオード１０３Ｕ、Ｖ相整流ダイオード１０３Ｖ、Ｗ相整流ダイオード１０３Ｗにて整流し、Ｕ相平滑コンデンサ１０４Ｕ、Ｖ相平滑コンデンサ１０４Ｖ、Ｗ相平滑コンデンサ１０４Ｗで平滑化し直流電圧を得る。Ｕ相５レベル電力変換器１０５Ｕ内の単相３レベル電力変換器２０１Ａ、２０１Ｂを直列接続したＵ相５レベル電力変換器１０５Ｕ、Ｖ相５レベル電力変換器１０５Ｖ内の単相３レベル電力変換器２０２Ａ、２０２Ｂを直列接続したＶ相５レベル電力変換器１０５Ｖ、Ｗ相５レベル電力変換器１０５Ｗ内の単相３レベル電力変換器２０３Ａ、２０３Ｂを直列接続したＷ相５レベル電力変換器１０５Ｗによって前記直流電圧を任意の周波数、位相の交流へ変換し、交流電動機１０６へ供給し、該交流電動機を可変速制御する。Ｕ相５レベル電力変換器１０５Ｕ内の単相３レベル電力変換器２０１Ａ、２０１Ｂ、Ｖ相５レベル電力変換器１０５Ｖ内の単相３レベル電力変換器２０２Ａ、２０２Ｂ、Ｗ相５レベル電力変換器１０５Ｗ内の単相３レベル電力変換器２０３Ａ、２０３Ｂへのゲートパルス信号ＧU_A、ＧU_B、ＧV_A、ＧV_B、ＧW_A、ＧW_Bは、速度指令生成部１０７より生成される速度指令値ωr*の値を用いて制御装置１０８にて算出する。
【００２２】
図１４は、図１３内の制御装置１０８の構成を具体的に示す図である。図１４において、前記速度指令値ωr*より、前記乗算器１０９にてPole／２（Pole：極数）を乗算し、一次角周波数ω1を算出する。前記一次角周波数ω1より、電圧指令演算器１１０にて、ｄ軸電圧指令値Ｖd*、およびｑ軸電圧指令値Ｖq*を算出する。また、前記一次角周波数ω1を積分器１１１により積分し、位相θを算出する。前記ｑ軸電圧指令値Ｖq*、前記ｄ軸電圧指令値Ｖd*、および前記位相θを用いて、前記出力電圧指令値座標変換１１２より出力電圧指令値ＶU*、ＶV*、ＶW*を算出する。また、搬送波発生器１１３では、前記一次角周波数ω1より、搬送波ＣA、ＣBを算出する。前記Ｕ相の出力電圧指令値ＶU*から単相３レベル電力変換器２０１Ａ、２０１Ｂのユニット出力電圧指令変換器１１５Ｕにて、前記Ｕ相の単相３レベル電力変換器ごとの出力電圧指令値ＶU′*を算出し、その値に−１を乗算し、正負を逆転した出力電圧指令値−ＶU′*と、前記搬送波ＣA、ＣBのキャリア波形を単相３レベル電力変換器２０１Ａと接続される比較器１１４ＵＡ、単相３レベル電力変換器２０１Ｂと接続される比較器１１４ＵＢにおいて大小比較することでＰＷＭ変調された前記ゲートパルス信号ＧU_A、ＧU_Bを発生する。同様に、前記Ｖ相、Ｗ相の単相３レベル電力変換器ごとの出力電圧指令値ＶV′*、ＶW′*を単相３レベル電力変換器２０２Ａ、２０２Ｂのユニット出力電圧指令変換器１１５Ｖ、および２０３Ａ、２０３Ｂのユニット出力電圧指令変換器１１５Ｗにてそれぞれ算出し、その値に−１を乗算し、正負を逆転した出力電圧指令値−ＶV′*、−ＶW′*と、前記搬送波ＣA、ＣBのキャリア波形を単相３レベル電力変換器２０２Ａ、２０２Ｂ、２０３Ａ、２０３Ｂと接続される比較器１１４ＶＡ、１１４ＶＢ、１１４ＷＡ、１１４ＷＢにおいて大小比較することでＰＷＭ変調された、前記ゲートパルス信号ＧU_A、ＧU_B、ＧV_A、ＧV_B、ＧW_A、ＧW_Bを発生させ、前記単相３レベル電力変換器を直列接続したＵ相５レベル電力変換器１０５Ｕ、Ｖ相５レベル電力変換器１０５Ｖ、Ｗ相５レベル電力変換器１０５Ｗのスイッチング素子のオンオフを制御する。
【００２３】
図１６は、実際に単相３レベル電力変換器に対して入力するゲートパルス信号は、どのように生成するかを例示している図である。
【００２４】
ここで、前記キャリア波形と前記出力電圧指令値の大小関係を比較器で比較し、前記キャリア波形に対して前記出力電圧指令値が低く、かつ出力電圧指令値が正のときに、図１６のＴaのタイミングで、図１７の左図におけるスイッチング素子ａおよびｂをスイッチングさせるゲートパルス信号を発生させ、単相３レベル電力変換器２０１Ａまたは２０１Ｂに３０００Ｖの電圧で出力させる。一方、前記キャリア波形に対して前記出力電圧指令値が低く、かつ出力電圧指令値が負のときは、図１６のＴbのタイミングで、図１７の左図におけるスイッチング素子ｃおよびｄをスイッチングさせてゲートパルス信号を発生させ、単相３レベル電力変換器２０１Ａまたは２０１Ｂに−３０００Ｖの電圧で出力させる。また、それ以外のＴcのタイミングでは、図１７の左図におけるスイッチング素子ｂおよびｃをスイッチングさせるゲートパルス信号を発生させ、単相３レベル電力変換器２０１Ａまたは２０１Ｂに０Ｖの電圧を出力させる。
【００２５】
これらのスイッチング動作は、図１７の左図のＵ相における単相３レベル電力変換器２０１Ａ、および単相３レベル電力変換器２０１Ｂのそれぞれにゲートパルス信号ＧU_A、ＧU_Bが入力されることで行われる。
【００２６】
図１７の右図は、前記Ｕ相５レベル電力変換器１０５Ｕにゲートパルス信号ＧU_A、ＧU_Bを入力して、スイッチングしたときの波形の例を示すものである。同図は、前記Ｕ相５レベル電力変換器１０５Ｕの構成、Ａユニットの出力電圧波形、Ｂユニットの出力電圧波形およびＵ相の出力電圧波形を表しているが、前記Ｕ相の出力電圧は、前記Ａユニットの出力電圧とＢユニットの出力電圧の差を取っている。これは、各ユニットでは、３レベルの階段状の電圧値となっているものを、多重化することで、５レベルの階段状の電圧値とし、より正弦波に近い波形で出力する構成になっている。
【００２７】
これと同様の制御を、Ｖ相５レベル電力変換器１０５ＶおよびＷ相の５レベル電力変換器１０５Ｗに対しても行っている。
【実施例１】
【００２８】
本発明の第一の実施例を図１に示す。図１は、Ｎ＝２，Ｍ＝２，Ｌ＝４とし、単相電力変換器を単相３レベル電力変換器とした５レベル電力変換装置（図１１）における、前記搬送波ＣA、ＣBの波形を示した図である。前記搬送波ＣAについては、前記搬送波の周波数ｆcの値をｆc1からｆc2に変化させた場合、上側ピーク値をＣａ1からＣａ2に変更する。下側ピーク値は前記搬送波の周波数ｆcによらず、常に一定である。
【００２９】
一方、前記搬送波ＣBについては、前記搬送波の周波数ｆcの値をｆc1からｆc2に変化させた場合、下側ピーク値ＣND、上側ピーク値ＣNUを、以下の式（２）、（３）に示すように個別に変更する。
【００３０】
ＣND＝（Ｃａ1−Ｃａ2）／２                                    …（２）
ＣNU＝（Ｃａ1＋Ｃａ2）／２                                    …（３）
前記搬送波ＣA、ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値の変更のタイミングについては、まず前記搬送波ＣBが山となるタイミング１０の時点までに、前記搬送波ＣBの下側ピーク値ＣNDを変更する。次に前記搬送波ＣAが谷となるタイミング１１の時点までに、前記搬送波ＣAの上側ピーク値Ｃａ2を変更する。次に前記搬送波ＣBが谷となるタイミング１２の時点までに、前記搬送波ＣBの上側ピーク値ＣNUを変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００３１】
上記のように、前記搬送波ＣAの上側ピーク値、および、前記搬送波ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値をそれぞれ個別に変更することにより、前記搬送波ＣA、ＣBの位相差Φを常に所定の値である３６０°／４＝９０°に保つことができる。これにより、パルス幅変調電圧の出力電圧誤差を抑制し、モータ出力トルクの脈動（リプル）を抑制できる。
【００３２】
本発明の効果を示すため、前記搬送波の周波数ｆcが連続的に変化する条件として、前記搬送波の周波数ｆcを常に出力電圧指令値の基本波周波数ｆtのＫ倍（Ｋ：３の倍数）とする同期ＰＷＭ制御時の加速運転時における交流電動機のモータ出力トルクの変動について、シミュレーションを行った結果を図２、図３に示す。従来方式の搬送波の上側ピーク値、下側ピーク値の算出方法の場合（図２）と比較し、本発明（図３）を用いることにより、モータ出力トルクの脈動を抑制することができる。
【００３３】
なお、本実施例は搬送波を三角波とした場合について示しているが、図４に示すように、Ｌ＝２とし、搬送波がのこぎり波の場合においても、同様の方法で２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である３６０°／２＝１８０°に保つことができる。
【実施例２】
【００３４】
次に、本発明の第２の実施例について、実施例１と異なる点について説明する。実施例１では、搬送波ＣAの下側ピーク値を搬送波の周波数ｆcによらず常に一定となるようにしたが、図５に示すように、搬送波ＣAの上側ピーク値を常に一定としてもよい。
【００３５】
本実施例のように前記搬送波ＣAについて上側ピーク値を一定に設定すると、前記搬送波の周波数ｆcの値をｆc1からｆc2に変化させた場合、下側ピーク値を−Ｃａ1から−Ｃａ2に変更する。
【００３６】
一方、前記搬送波ＣBについては、前記搬送波の周波数ｆcの値をｆc1からｆc2に変化させた場合、上側ピーク値ＣNU、下側ピーク値ＣNDを、以下の式（４）、（５）に示すように個別に変更する。
【００３７】
ＣNU＝（Ｃａ2−Ｃａ1）／２                                    …（４）
ＣND＝−（Ｃａ1＋Ｃａ2）／２                                  …（５）
前記搬送波ＣA、ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値の変更のタイミングについては、まず前記搬送波ＣBが谷となるタイミング１３の時点までに、前記搬送波ＣBの上側ピーク値ＣNUを変更する。次に、前記搬送波ＣAが山となるタイミング１４の時点までに、前記搬送波ＣAの下側ピーク値−Ｃａ2を変更する。次に前記搬送波ＣBが山となるタイミング１５の時点までに、前記搬送波ＣBの下側ピーク値ＣNDを変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００３８】
上記のように、前記搬送波ＣAの下側ピーク値、および、前記搬送波ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値をそれぞれ個別に変更することにより、前記搬送波ＣA、ＣBの位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができる。これにより、パルス幅変調電圧の出力電圧誤差を抑制し、モータ出力トルクの脈動（リプル）を抑制できる。
【００３９】
実施例１では、前記搬送波ＣAの下側ピーク値を搬送波の周波数ｆcによらず常に一定とした際に、前記搬送波ＣAの上側ピーク値、前記搬送波ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値を個別に変更する場合を示したが、本実施例のように、前記搬送波ＣAの上側ピーク値を常に一定とし、前記搬送波ＣAの下側ピーク値、前記搬送波ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値を個別に変更する場合においても、実施例１と同様の効果を得られる。
【００４０】
なお、実施例１、および本実施例では、前記搬送波ＣAの上側ピーク値、下側ピーク値、前記搬送波ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値を個別に変更する場合について示しているが、図６に示すように、前記搬送波ＣBにオフセット値を加算する場合においても、２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができる。
【実施例３】
【００４１】
次に、本発明の第３の実施例について、実施例１と異なる点について説明する。実施例１では、前記搬送波ＣAの下側ピーク値を搬送波の周波数ｆcによらず常に一定とした際に、前記搬送波ＣAの上側ピーク値、前記搬送波ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値を個別に変更していたが、図７に示すように前記搬送波ＣA、ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値は常に一定とし、前記搬送波の周波数ｆcの変化時に前記搬送波ＣA、ＣBの傾きを変更してもよい。
【００４２】
前記搬送波ＣA、ＣBの傾きを変更するタイミングについては、前記搬送波ＣAが谷となるタイミング１６の時点から、新たな傾きに変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００４３】
このように、前記搬送波ＣA、ＣBの上側ピーク値、下側ピーク値は常に一定とし、前記搬送波の周波数ｆcの変化時に前記搬送波ＣA、ＣBの傾きを変更した場合においても、２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができるので、実施例１と同様の効果を得ることが可能である。
【実施例４】
【００４４】
次に、本発明の第４の実施例について、実施例１と異なる点について説明する。実施例１では、単相３レベル電力変換器を２つ直列に接続した５レベル電力変換装置の場合において、２つの搬送波の位相差Φが常に所定の値となる９０°となるようにしたが、図８に示す直列多重型電力変換装置の場合に適用してもよい。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の多重型電力変換装置をそれぞれＵ相多重型電力変換装置３０１、Ｖ相多重型電力変換装置３０２、Ｗ相多重型電力変換装置３０３で示す。３０４〜３０６は前記Ｕ相多重型電力変換装置内の一部であり、同様の単相２レベル電力変換器が複数接続されている。３０７〜３０８は前記Ｖ相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換器、３０９〜３１０は前記Ｗ相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換器になり、前記Ｕ相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換器３０４〜３０６の接続構成と同様に、複数の単相２レベル電力変換器が接続されている。前記単相２レベル電力変換器３０４〜３１０の各々に対して、制御装置１１６からＰＷＭ変調されたゲートパルス信号ＧU、ＧV、ＧWが出力され、前記単相２レベル電力変換器各々のスイッチング素子Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4のオンオフを制御する。
【００４５】
本実施例では、Ｎ＝２，Ｍ＝４，Ｌ＝４とし、前記直列多重型電力変換装置を、単相２レベル電力変換器を２つ接続した２段の直列多重型電力変換装置とする。図９は、前記２段の直列多重型電力変換装置における、ＰＳ（Phase Shift）方式での搬送波ＣCおよび、ＣDの波形の一例を示した図である。図９のように、前記搬送波の周波数ｆcをｆ1からｆ2に変化させた場合、前記搬送波ＣCの上側ピーク値をＣａ1／２からＣａ2／２に変更する。また、下側ピーク値を−Ｃａ1／２から−Ｃａ2／２に変更する。
【００４６】
一方、前記搬送波ＣDについては、上側ピーク値ＣNU、下側ピーク値ＣNDを、以下の式（６）、（７）に示すように個別に変更する。
【００４７】
ＣND＝−（Ｃａ1＋Ｃａ2）／２                                  …（６）
ＣNU＝（Ｃａ2−Ｃａ1）／２                                    …（７）
前記搬送波ＣC、ＣDの上側ピーク値、下側ピーク値の変更のタイミングについては、まず前記搬送波ＣCが山となるタイミング１７の時点までに、前記搬送波ＣCの下側ピーク値−Ｃａ2／２を変更する。次に、前記搬送波ＣDが山となるタイミング１８の時点までに、前記搬送波ＣDの下側ピーク値ＣNDを変更する。次に、前記搬送波ＣCが谷となるタイミング１９の時点までに、前記搬送波ＣCの上側ピーク値Ｃａ2／２を変更する。次に、前記搬送波ＣDが谷となるタイミング２０の時点までに、前記搬送波ＣDの上側ピーク値ＣNUを変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００４８】
このように、実施例１では、単相３レベル電力変換器を２つ直列に接続した５レベル電力変換装置の場合を示したが、本実施例のように、直列多重型電力変換装置の場合においても、２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができるので、実施例１と同様の効果を得られる。
【実施例５】
【００４９】
次に本発明の第５の実施例について、実施例４と異なる点について説明する。実施例４では、前記２段の直列多重型電力変換装置における出力電圧指令値と搬送波の構成方法をＰＳ（Phase Shift）方式としたが、図１０に示すようにＰＤ（Phase Disposition）方式としてもよい。
【００５０】
図１０は、前記２段の直列多重型電力変換装置における、ＰＤ（Phase Disposition）方式での搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の波形の一例を示した図である。図１０のように、前記搬送波の周波数ｆcをｆ1からｆ2に変化させた場合、前記搬送波ＣC1の上側ピーク値をＣａ1からＣａ2へ変更する。下側ピーク値は前記搬送波の周波数ｆcの値によらず、常に一定である。
【００５１】
前記搬送波ＣC2については、上側ピーク値Ｃ′NU1を以下の式（８）に示すように個別に変更する。下側ピーク値は前記搬送波の周波数ｆcの値によらず、常に一定である。
【００５２】
Ｃ′NU1＝−Ｃａ1＋Ｃａ2                                       …（８）
前記搬送波ＣD1については、上側ピーク値ＣNU2、下側ピーク値ＣND2を、以下の式（９）、（１０）に示すように個別に変更する。
【００５３】
ＣND2＝（３・Ｃａ1−Ｃａ2）／２                               …（９）
ＣNU2＝（３・Ｃａ1＋Ｃａ2）／２                             …（１０）
前記搬送波ＣD2については、上側ピーク値Ｃ′NU2、下側ピーク値Ｃ′ND2を、以下の式（１１）、（１２）に示すように個別に変更する。
【００５４】
Ｃ′ND2＝−（３・Ｃａ1＋Ｃａ2）／２                         …（１１）
Ｃ′NU2＝−（３・Ｃａ1−Ｃａ2）／２                         …（１２）
前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の上側ピーク値、下側ピーク値の変更のタイミングについては、まず前記搬送波ＣD1、ＣD2が山となるタイミング２１の時点までに、前記搬送波ＣD1の下側ピーク値Ｃ′ND2、前記搬送波ＣD2の下側ピーク値Ｃ′ND2を変更する。次に、前記搬送波ＣC1、ＣC2が谷となるタイミング２２の時点までに、前記搬送波ＣC1の上側ピーク値Ｃａ2、前記搬送波ＣC2の上側ピーク値Ｃ′NU1を変更する。次に、前記搬送波ＣD1、ＣD2が谷となるタイミング２３の時点までに、前記搬送波ＣD1の上側ピーク値ＣNU2、前記搬送波ＣD2の上側ピーク値Ｃ′NU2を変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００５５】
このように、前記２段の直列多重型電力変換装置における出力電圧指令値と搬送波の構成方法をＰＤ（Phase Disposition）方式とした場合においても、２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができるので、実施例４と同様の効果を得られる。
【実施例６】
【００５６】
次に、本発明の第６の実施例について、実施例４と異なる点について説明する。実施例４では、前記２段の直列多重型電力変換装置における出力電圧指令値と搬送波の構成方法をＰＳ（Phase Shift）方式とした際に前記搬送波ＣC、ＣDの上側ピーク値、下側ピーク値を個別に変更していたが、図１１に示すように前記搬送波ＣC、ＣDの上側ピーク値、下側ピーク値は常に一定とし、前記搬送波の周波数ｆcの変化時に前記搬送波ＣC、ＣDの傾きを変更してもよい。
【００５７】
前記搬送波ＣC、ＣDの傾きを変更するタイミングについては、前記搬送波ＣCが山となるタイミング２４の時点までに、新たな傾きに変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００５８】
このように、前記２段の直列多重型電力変換装置における出力電圧指令値と搬送波の構成方法をＰＳ（Phase Shift）方式とした際に、本実施例のように、前記搬送波ＣC、ＣDの上側ピーク値、下側ピーク値は常に一定とし、前記搬送波の周波数ｆcの変化時に前記搬送波ＣC、ＣDの傾きを変更した場合においても、２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができるので、実施例４と同様の効果を得られる。
【実施例７】
【００５９】
次に、本発明の第７の実施例について、実施例５と異なる点について説明する。実施例５では、前記２段の直列多重型電力変換装置における出力電圧指令値と搬送波の構成方法をＰＤ（Phase Disposition）方式とした際に前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の上側ピーク値、下側ピーク値を個別に算出していたが、図１２に示すように前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の上側ピーク値、下側ピーク値は常に一定とし、前記搬送波の周波数ｆcの変化時に前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の傾きを変更してもよい。
【００６０】
前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の傾きを変更するタイミングについては、前記搬送波ＣC1、ＣC2が谷となるタイミング２５の時点までに、新たな傾きを変更する。以降、前記搬送波の周波数ｆcが変化する場合には、同様の動作を繰り返す。
【００６１】
このように、前記２段の直列多重型電力変換装置における出力電圧指令値と搬送波の構成方法をＰＤ（Phase Disposition）方式とした際に、本実施例のように、前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の上側ピーク値、下側ピーク値は常に一定とし、前記搬送波の周波数ｆcの変化時に前記搬送波ＣC1、ＣC2、ＣD1および、ＣD2の傾きを変更する場合においても、２つの搬送波の位相差Φを常に所定の値である９０°に保つことができるので、実施例５と同様の効果を得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１０〜２５  タイミング
１０１  三相交流電源
１０２  変圧器
１０３Ｕ  Ｕ相整流ダイオード
１０３Ｖ  Ｖ相整流ダイオード
１０３Ｗ  Ｗ相整流ダイオード
１０４Ｕ  Ｕ相平滑コンデンサ
１０４Ｖ  Ｖ相平滑コンデンサ
１０４Ｗ  Ｗ相平滑コンデンサ
１０５Ｕ  Ｕ相５レベル電力変換器
１０５Ｖ  Ｖ相５レベル電力変換器
１０５Ｗ  Ｗ相５レベル電力変換器
１０６  交流電動機
１０７  速度指令生成部
１０８  制御装置
１０９  乗算器
１１０  電圧指令演算器
１１１  積分器
１１２  出力電圧指令値座標変換
１１３  搬送波発生器
１１４ＵＡ、１１４ＵＢ、１１４ＶＡ、１１４ＶＢ、１１４ＷＡ、１１４ＷＢ  比較器
１１５Ｕ、１１５Ｖ、１１５Ｗ  ユニット出力電圧指令変換器
２０１Ａ、２０１Ｂ、２０２Ａ、２０２Ｂ、２０３Ａ、２０３Ｂ  単相３レベル電力変換器
３０１  Ｕ相多重型電力変換装置
３０２  Ｖ相多重型電力変換装置
３０３  Ｗ相多重型電力変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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