(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧を直流電圧に変換し、変換された当該直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器を複数備え、当該複数の電力変換器の交流出力を組み合わせて多レベルの多相交流電圧を出力する電力変換装置において、
三角波のキャリア信号と正弦波の相電圧指令値とを比較して前記複数の電力変換器をＰＷＭ制御するＰＷＭ変調器を備え、
前記ＰＷＭ変調器は、入力する前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の周波数との比の値について、３の奇数倍の数の外に、３の偶数倍の数、当該３の奇数倍の数及び偶数倍の数を除く整数を含む値に設定し、かつ、交流電動機に印加する多相出力電圧の対称性を保つように前記複数の電力変換器の出力電圧を生成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の２つの三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記相電圧指令値と前記２つの三角波キャリアと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PWM変調部を有する単相３レベル電力変換器を２つ接続した５レベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の偶数倍の場合では前記２つの三角波キャリアの位相が一致していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の偶数倍の場合では前記２つの三角波キャリアの谷又は山が前記相電圧指令値の位相０°である零点近傍にあることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の２つの三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記相電圧指令値と前記２つの三角波キャリアと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PWM変調部を有する単相３レベル電力変換器を２つ接続した５レベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の相電圧指令値と比較するための異なるオフセット値を持つ同一の波形の２つの三角波キャリアを有し、当該各相毎の２つの三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の２つの相電圧指令値を有し、前記複数の電力変換器は、前記各相毎の２つの相電圧指令値と前記三角波のキャリア信号と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PWM変調部を有する単相３レベル電力変換器を２つ接続した５レベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の偶数倍の場合では前記各相毎の２つの相電圧指令値の位相が一致していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の２つの相電圧指令値を有し、前記複数の電力変換器は、前記各相毎の２つの相電圧指令値と前記三角波のキャリア信号と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PWM変調部を有する単相３レベル電力変換器を２つ接続した５レベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の２つの相電圧指令値と比較するための同一の波形の三角波キャリアを有し、当該各相毎の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有するマルチレベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率を前記３の偶数倍としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有するマルチレベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の相電圧指令値と比較するための異なるオフセット値を持つ同一の波形の複数の三角波キャリアを有し、当該各相毎の複数の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記三角波のキャリア信号と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PWM変調部を有するマルチレベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率を前記３の偶数倍としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記三角波のキャリア信号と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PWM変調部を有するマルチレベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の複数の相電圧指令値と比較するための同一の波形の三角波キャリアを有し、当該各相毎の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有するマルチレベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率を前記３の偶数倍としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有するマルチレベル電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の複数の相電圧指令値と比較するための同一の波形の三角波キャリアを複数有し、当該各相毎の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有すると共に、絶縁された複数の入力電源を持つ単相２レベル電力変換器を複数個接続したN相交流電動機（N：自然数）を駆動する直列多重型電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率を前記３の偶数倍としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１記載の電力変換装置において、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有すると共に、絶縁された複数の入力電源を持つ単相２レベル電力変換器を複数個接続したN相交流電動機（N：自然数）を駆動する直列多重型電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の相電圧指令値と比較するための異なるオフセット値を持つ同一の波形の複数の三角波キャリアを有し、当該各相毎の複数の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記三角波のキャリア信号と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PWM変調部を有すると共に、絶縁された複数の入力電源を持つ単相２レベル電力変換器を複数個接続したN相交流電動機（N：自然数）を駆動する直列多重型電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率を前記３の偶数倍としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記三角波のキャリア信号と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PWM変調部を有すると共に、絶縁された複数の入力電源を持つ単相２レベル電力変換器を複数個接続したN相交流電動機（N：自然数）を駆動する直列多重型電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の複数の相電圧指令値と比較するための同一の波形の三角波キャリアを有し、当該各相毎の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有すると共に、絶縁された複数の入力電源を持つ単相２レベル電力変換器を複数個接続したN相交流電動機（N：自然数）を駆動する直列多重型電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率を前記３の偶数倍としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１記載の電力変換装置において、前記相電圧指令値は、U相、V相、W相の各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値を有し、前記三角波のキャリア信号は、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアを有し、前記複数の電力変換器は、前記複数の相電圧指令値と前記複数の三角波キャリアと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PWM変調部を有すると共に、絶縁された複数の入力電源を持つ単相２レベル電力変換器を複数個接続したN相交流電動機（N：自然数）を駆動する直列多重型電力変換器であり、
前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の基本波周波数との比率が前記３の倍数以外の前記整数の場合ではU相、V相、W相の各相それぞれに当該各相の複数の相電圧指令値と比較するための同一の波形の三角波キャリアを有し、当該各相毎の三角波キャリアをそれぞれU相三角波キャリア、V相三角波キャリア、W相三角波キャリアとしたときの当該U相三角波キャリアと当該V相三角波キャリアと当該W相三角波キャリアとの位相差が互いに１２０°であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１９】
交流電源電圧を直流電圧に変換し、変換された当該直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器を複数備え、当該複数の電力変換器の交流出力を組み合わせて多レベルの多相交流電圧を出力する電力変換装置の運転方法において、
ＰＷＭ変調器により三角波のキャリア信号と正弦波の相電圧指令値とを比較して前記複数の電力変換器をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップを有し、
前記ＰＷＭ制御ステップでは、前記ＰＷＭ変調器に入力する前記三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令値の周波数との比の値について、３の奇数倍の数の外に、３の偶数倍の数、当該３の奇数倍の数及び偶数倍の数を除く整数を含む値に設定し、かつ、交流電動機に印加する多相出力電圧の対称性を保つように前記複数の電力変換器の出力電圧を生成することを特徴とする電力変換装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及びその運転方法に係り、詳しくは相電圧指令値に基づいて、直流電圧をパルス幅変調制御して任意の周波数の交流電圧に変換する電力変換装置及びその運転方法に関する。
【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、商用電源から供給される交流電源を前記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し、電動機に出力し可変速制御を行っている。
【０００３】
具体的には、相電圧指令値と三角波キャリア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、正弦波状の相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。
【０００４】
非同期PWM制御は三角波キャリアの周波数fcを、相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。
【０００５】
同期PWM制御は、三角波キャリアの周波数fcを常に相電圧指令値の周波数ftのK倍（K：整数）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、相電圧指令値の周波数ftの変化に従って三角波キャリアの周波数fcとそれらの比率（fc/ft：整数比、以降パルス数と称す）を変化させる。
【０００６】
非同期PWM制御では、三角波キャリアの周期内で相電圧指令値をほぼ一定とみなし、相電圧指令値と出力パルスの誤差を小さくするため、三角波キャリアの周波数fcを相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。この三角波キャリアの周波数fcと相電圧指令値の周波数ftの比率が小さい場合には、三角波キャリアの周期内で相電圧指令値は大きく変化する。そのため、相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大きなトルク脈動が生じる。
【０００７】
そのため、三角波キャリアの周波数fcと相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には、出力パルスの幅を決定する三角波キャリアの半周期間における相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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２５１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、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。
【００１０】
fb=m・fc＋n・fｔ                                                   (1)
ｍ、ｎ：整数
非同期PWM制御では三角波キャリアの周波数fcは一定となるため、側帯波成分fbは相電圧指令値の基本波周波数ftにより変化する。また、側帯波成分fbは相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ではこの現象を十分には抑制することはできない。
【００１１】
同期PWM制御では、三角波キャリアの周波数fcを常に相電圧指令値の基本波周波数ftのK倍（K：整数）とするため、式（１）に示した側帯波成分fbを相電圧指令値の基本波周波数ftの整数倍とすることができる。そのため、相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。このように同期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。
【００１２】
しかしながら、交流電動機に印加する電圧はU、V、W相の三相であるため、三相全てにおける三角波キャリアと相電圧指令値の位相を一致するという条件と、各相の相電圧指令値の基本波周波数の一周期間において、交流電動機に印加する出力電圧の対称性を保つという条件を満たすため、従来では三角波キャリアの周波数fcは相電圧指令値の周波数ftのL倍（L：３の奇数倍）としていた。そのため、相電圧指令値の基本波周波数ftの変化に依存して三角波キャリアの周波数ftを切替える同期PWM制御では、パルス数の切替えに伴い、脈動（切替えショック）が発生する等の問題がある。特に、パルス数が小さい場合（例えば９パルスから３パルス）には前記切替えショックの問題に加え、切り替え後の三角波キャリア周波数fcの急峻な変化に伴う制御周期の急峻な変化により、制御系が不安定となるといった問題も生じる。
【００１３】
これらの問題は、マルチレベル電力変換装置等の大容量の電力変換装置のように、三角波キャリアの周波数fcを高くできない場合ではより一層顕著になる。
【００１４】
また、前記平滑コンデンサと前記インバータの間には、両者を電気的に接続することより、インダクタンスLが存在することになる。すなわち、平滑コンデンサとインバータ間にはLC回路が形成されることになり、以下の式（２）に示すLC共振周波数fLCが形成される。
【００１５】
fLC=1/(2・π・(LC)(-1/2))                                           (2)
L：インダクタンス [H]
C：コンデンサ容量 [F]
上述したように、同期PWM制御ではパルス数の切替え時には、三角波キャリアの周波数fcが急峻に変化する。その後、相電圧指令値の基本波周波数ftの変化に伴い、三角波キャリアの周波数fcも変化するが、その過程において、キャリア周波数が式（２）に示した共振周波数fLCの近傍を通過することがある。その際、交流電動機の速度指令が加速、あるいは減速運転であれば、三角波キャリアの周波数fcは共振周波数fLCを通過するので問題とならないが、三角波キャリアの周波数fcが共振周波数fLCと一致する場合であって、前記速度指令が定速運転となる場合は、直流電圧に脈動が発生する。その結果、前記平滑コンデンサの破損や、モータ電流にリプルが発生する等の問題が生じる。
【００１６】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、同期PWM制御を有するマルチレベル電力変換器又は直列多重型電力変換器における三角波キャリアの周波数の設定の自由度を増すことにより制御系の安定性を向上できる電力変換装置及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記技術的課題を解決するため、本発明の第１の手段は、交流電源電圧を直流電圧に変換し、変換された当該直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器を複数備え、当該複数の電力変換器の交流出力を組み合わせて多レベルの多相交流電圧を出力する電力変換装置において、三角波のキャリア信号と正弦波の相電圧指令値とを比較して複数の電力変換器をＰＷＭ制御するＰＷＭ変調器を備え、ＰＷＭ変調器は、入力する三角波のキャリア信号の周波数と相電圧指令値の周波数との比の値について、３の奇数倍の数の外に、３の偶数倍の数、当該３の奇数倍の数及び偶数倍の数を除く整数を含む値に設定し、かつ、交流電動機に印加する多相出力電圧の対称性を保つように複数の電力変換器の出力電圧を生成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第２の手段は、交流電源電圧を直流電圧に変換し、変換された当該直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器を複数備え、当該複数の電力変換器の交流出力を組み合わせて多レベルの多相交流電圧を出力する電力変換装置の運転方法において、ＰＷＭ変調器により三角波のキャリア信号と正弦波の相電圧指令値とを比較して複数の電力変換器をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御ステップを有し、ＰＷＭ制御ステップでは、ＰＷＭ変調器に入力する三角波のキャリア信号の周波数と相電圧指令値の周波数との比の値について、３の奇数倍の数の外に、３の偶数倍の数、当該３の奇数倍の数及び偶数倍の数を除く整数を含む値に設定し、かつ、交流電動機に印加する多相出力電圧の対称性を保つように複数の電力変換器の出力電圧を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の電力変換器をＰＷＭ制御するＰＷＭ変調器において、交流電動機に印加する出力電圧の対称性を保つために入力する三角波のキャリア信号の周波数と相電圧指令値の周波数との比の値を適正値に設定するため、三角波キャリアの周波数の設定の自由度を増すことができると共に、パルス数の切替えによる脈動（切替えショック）を低減し、制御系の安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１にかかる電力変換装置の構成を説明する図である。
【図２】実施形態１にかかる制御器の構成を説明する図である。
【図３】実施形態１にかかるゲートパルス信号発生器の構成を説明する図である。
【図４】実施形態１にかかるスイッチング素子の構成を説明する図である。
【図５】実施形態１にかかるスイッチング素子の動作を説明する図である。
【図６】実施形態１にかかるスイッチング素子の動作を説明する図である。
【図７】実施形態１にかかる三角波比較の概略を説明する図である。
【図８】実施形態１にかかる単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置での三角波比較の概略を説明する図である。
【図９】実施形態１にかかる単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置での三角波比較の概略を説明する図である。
【図１０】実施形態１にかかる相電圧指令値の基本波周波数とキャリア周波数の設定について、従来方式と比較して説明する図である。
【図１１】実施形態１にかかる相電圧指令値の基本波周波数とキャリア周波数の設定について、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１２】実施形態１にかかる相電圧指令値の基本波周波数とキャリア周波数の設定について、本発明を適用した場合のシミュレーション結果である。
【図１３】実施形態１の効果を説明する図である。
【図１４】実施形態２にかかる相電圧指令値の基本波周波数とキャリア周波数の設定について説明する図である。
【図１５】実施形態２にかかる単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置の、従来方式での三角波比較の概略を説明する図である。
【図１６】実施形態２にかかる単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置における三角波比較の概略を説明する図である。
【図１７】実施形態３にかかる三角波比較の概略を説明する図である。
【図１８】実施形態４にかかる３レベル電力変換装置の構成を説明する図である。
【図１９】実施形態４にかかる３レベル電力変換装置の従来方式での三角波比較の概略を説明する図である。
【図２０】実施形態４にかかる３レベル電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２１】実施形態５にかかる３レベル電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２２】実施形態６にかかる５レベル電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２３】実施形態６にかかる５レベル電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２４】実施形態７にかかる５レベル電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２５】実施形態８にかかる直列多重型電力変換装置の構成を説明する図である。
【図２６】実施形態８にかかる直列多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換器単体のスイッチング素子の動作を説明する図である。
【図２７】実施形態８にかかる直列多重型電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２８】実施形態１０にかかる直列多重型電力変換装置の三角波比較の概略を説明する図である。
【図２９】実施形態１１にかかる直列多重型電力変換装置の三角波比較のの概略を説明する図である。
【図３０】実施形態１２にかかる制御装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
【００２２】
本発明の第一の実施形態を図１に示す。図１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で変圧し、ダイオード部１０３U、１０３V、１０３Wで整流し、平滑コンデンサ１０４U、１０４V、１０４Wで平滑化し直流電圧を得る。 
単相３レベル電力変換器２０１A、２０１Bを直列接続した５レベル電力変換器１０５U、単相３レベル電力変換器２０２A、２０２Bを直列接続した５レベル電力変換器１０５V、単相３レベル電力変換器２０３A、２０３Bを直列接続した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。
【００２３】
出力電流検出器１０７は、前記交流電動機１０６におけるU相、V相、およびW相の出力電流を検出し、出力電流検出値座標変換１０８により、d軸電流検出値IdFB、q軸電流検出値IqFBを算出する。出力電圧検出器１０９では、前記交流電動機１０６におけるU相、V相、およびW相の出力電圧を検出し、出力電圧検出値座標変換１１０により、出力電圧検出値VαFB、および、VβFBを算出する。前記d軸電流検出値IdFB、q軸電流検出値IqFB、および前記出力電圧検出値VαFB、VβFB、および、速度指令生成部１１１より生成される速度指令値ωr*の値を用いて、制御装置１１２は、前記単相３レベル電力変換器２０１A、２０１B、２０２A、２０２B、２０３A、２０３Bへのゲートパルス信号GU_A、GU_B、GV_A、GV_B、GW_A、GW_Bを算出する。
【００２４】
図２は、図１内の制御装置１１２の構成を具体的に示す図である。前記速度指令値ωr*より、乗算器１１３にてＰｏｌｅ／２（Ｐｏｌｅ：極数）を乗算し、一次角周波数ω1を算出する。速度制御器１１４では、前記乗算器１１３により生成される一次角周波数ω1、および、前記出力電圧検出値VαFB、および、VβFBを用いて推定演算器１１６により推定した速度推定値（＾ωＦＢ）（ωの上に＾を記すべきものであるが便宜上＾ωと記した。）より、d軸電流指令値Id*、および、q軸電流指令値Iq*を算出する。
【００２５】
電流制御器１１５では、前記d軸電流指令値Id*、および、前記q軸電流指令値Iq*、および、前記d軸電流検出値IdFB、前記q軸電流検出値IqFBより、d軸電圧指令値Vd*、および、q軸電圧指令値Vq*を算出する。前記d軸電圧指令値Vd*、および、前記q軸電圧指令値Vq*と、前記推定演算器１１６により推定した位相＾θ（θの上に＾を記すべきものを便宜上＾θと記した。）を用いて、電圧指令値座標変換１１７より、U相、V相、および、W相の電圧指令値VU*、VV*、VW*を算出する。 
ゲートパルス信号発生器１１８では、前記U相、V相、および、W相の相電圧指令値VU*、VV*、VW*と、前記速度推定値＾ωＦＢを用いて三角波キャリア発生器１１９より生成した異なるオフセット値を持つ同一波形の正側三角波キャリアCu、および負側三角波キャリアCdとの比較により、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２０１A、２０１B、２０２A、２０２B、２０３A、２０３Bのスイッチング素子をオンオフ制御する。
【００２６】
図３は、図２内の前記ゲートパルス信号発生器１１８の構成を具体的に示す図である。前記U相の相電圧指令値VU*と、その値に−１を乗算し、正負を逆転した相電圧指令値（
−VU*  ）（Ｖの上に−を記すべきものを便宜上−Ｖで記した。）、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdのキャリア波形を、比較器１２０UA、１２０UBにより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相の相電圧指令値VV*、VW*と、その値に−１を乗算し、正負を逆転した相電圧指令値−VV*、−VW*と、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdのキャリア波形を比較器１２０VA、１２０VB、１２０WA、１２０WB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GV_A、GV_B、GW_A、GW_Bを発生する。
【００２７】
なお、前記制御装置１１２内の上記の制御演算の周期t1は、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの周波数fcより、以下の式（３）のように決定する。
【００２８】
t1=1/(4・fc)                                                     (3)
そのため、前記相電圧指令値の基本波周波数ftに応じて、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの周波数fcが変動する同期PWM制御では、前記制御装置１１２内の制御周期t1は変動する。
【００２９】
次に、Ｕ相を代表例として、ゲートパルス信号の発生方法について示す。
【００３０】
図４は、前記単相３レベル電力変換器を直列接続した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の各スイッチング素子S1、S2、S3、S4、S'1、S'2、S'3、S'4の構成について示した図であり、図５は、前記ゲートパルス信号GU_A、GU_B、GV_A、GV_B、GW_A、GW_Bのうち、U相の場合のゲートパルス信号GU_A、GU_Bを示した図である。
【００３１】
前記各スイッチング素子S1、S2、S3、S4、S'1、S'2、S'3、S'4のオンオフを制御する各信号は、前記U相の相電圧指令値VU*、および、相電圧指令値−VU*と、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdのキャリア波形の大小比較により、図５のようなゲートパルス信号GU_A、GU_Bを出力する。
【００３２】
図６は、前記ゲートパルス信号GU_Aに基づき、前記単相３レベル電力変換器２０１Ａが出力する電圧の関係を示した図である。なお、前記ゲートパルス信号GU_Bに基づき、前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂが出力する電圧の関係についても同様となる。前記ゲートパルス信号GU_A、GU_Bのオンオフ信号より、前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの前記スイッチング素子S1、S2、S3、S4、および前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの前記スイッチング素子S'1、S'2、S'3、S'4をスイッチングする。 
前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が+Vdc、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が-Vdcの場合には、前記５レベル電力変換器１０５Ｕの出力電圧は+2Vdcとなる。前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が+Vdc、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が0の場合、あるいは、前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が0、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が-Vdcの場合には、前記５レベル電力変換器１０５Ｕの出力電圧は+Vdcとなる。前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が0、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が0の場合には、前記５レベル電力変換器１０５Ｕの出力電圧は0となる。前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が-Vdc、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が0の場合、あるいは、前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が0、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が+Vdcの場合には、前記５レベル電力変換器１０５Ｕの出力電圧は-Vdcとなる。前記単相３レベル電力変換器２０１Ａの出力電圧が-Vdc、かつ前記単相３レベル電力変換器２０１Ｂの出力電圧が+Vdcの場合には、前記５レベル電力変換器１０５Ｕの出力電圧は-2Vdcとなる。
【００３３】
図７は、前記ゲートパルス信号発生器１１８における、前記相電圧指令値VU*、−VU*と、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdのキャリア波形の三角波比較、および出力電圧波形の概念を示した図である。前記相電圧指令値と三角波キャリアのキャリア波形の比較結果に基づき、前記ゲートパルス信号GU_A、およびGU_Bを発生する。図６に示した前記各スイッチング素子S1、S2、S3、S4、S'1、S'2、S'3、S'4のオンオフと出力電圧の関係にしたがって、前記２個の単相３レベル電力変換器２０１Ａ、２０１Ｂは出力電圧VUA、VUBを出力し、前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Uより前記交流電動機１０６に出力電圧VUを印加する。V相、W相についても同様の方法で、出力電圧VV、VWを出力する。
【００３４】
本実施形態では、同期PWM制御において、この出力電圧の多重化によって得られる対称性を利用することにより、パルス数を３の偶数倍でも設定が可能としている。
【００３５】
同期PWM制御における、パルス数が３の偶数倍の場合について、前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Uの三角波比較の概略を図８に示す。
【００３６】
前記正側三角波キャリアCu、あるいは、前記負側三角波キャリアCdの谷、あるいは、山は、U相、V相、W相の各相電圧指令値VU*、VV*、VW*の位相が０°となる零点（相電圧指令の半周期となる軸４０１）近傍にある。また、前記正側三角波キャリアCu、および前記負側三角波キャリアCdの位相は一致している。この場合では、前記単相３レベル電力変換器２０１ＡのTUAＩ期間とTUAＩＩ期間における出力電圧VUAは、前記軸４０１に対しては、非対称となっている。同様に、前記単相３レベル電力変換器２０１ＢのTUAＩ期間とTUAＩＩ期間における出力電圧VUBについても、前記軸４０１に対しては非対称となっている。しかし、TUAI期間の出力電圧VUAとTUBＩＩ期間の出力電圧VUBは前記軸４０１に対して対称となっている。さらに、TUAＩＩ期間の出力電圧VUAとTUBI期間の出力電圧VUBも前記軸４０１に対して対称となっている。
【００３７】
前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Uの出力電圧VUはこのような関係にある出力電圧VUA、VUBを加算した値となるため、前記軸４０１に対して対称となる。
【００３８】
図８はパルス数が６の場合の概略図になるが、前記相電圧指令値の一周期間に含まれる三角波キャリアは任意となるため、これは全ての３の偶数倍の場合にも成り立つ。
【００３９】
一方、パルス数が３の奇数倍の場合は、図９のように、前記単相３レベル電力変換器２０１ＡのTUAI期間とTUAＩＩ期間における出力電圧VUAは、前記相電圧指令値の半周期間となる軸４０１に対しては、非対称となっている。同様に、前記単相３レベル電力変換器２０１ＢのTUAI期間とTUAＩＩ期間における出力電圧VUBも、前記軸４０１に対しては非対称となっている。しかし、TUAI期間の出力電圧VUAと、TUBＩＩ期間の出力電圧VUBは前記軸４０１に対して対称となっている。さらに、TUAＩＩ期間の出力電圧VUAとTUBI期間の出力電圧VUBも前記軸４０１に対して対称となっている。前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Uの出力電圧VUはこのような関係にある出力電圧VUA、VUBを加算した値となるため、前記軸４０１に対して対称となる。 
図９はパルス数が９の場合の概略図になるが、前記相電圧指令値の一周期間に含まれる三角波キャリアは任意となるため、これは全ての３の奇数倍の場合にも成り立つ。
【００４０】
これにより、単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置での同期PWM制御方式では、パルス数を従来の３の奇数倍に加え、３の偶数倍も設定できる。本発明の方式を用いることにより、キャリア周波数を図１０のように設定することができる。従来方式と比べて、パルス数切替えによるキャリア周波数の変化を抑制することが可能となる。
【００４１】
図１１、図１２に、本発明の効果を示すため、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示す。従来方式のパルス数が３の奇数倍の場合（図１１）と比較し、本発明（図１２）を用いることにより、キャリア周波数の急激な低下を抑制することができ、モータ出力トルクの脈動を抑制することができる。特に、パルス数が小さい場合の切替え時にその効果が大きい。
【００４２】
また、パルス数を増大することにより、特定の周波数域では、従来よりも大きいキャリア周波数で交流電動機を駆動することができ、動作の安定性向上が期待できる。
【００４３】
また、図１のような前記平滑コンデンサ１０４Ｕと前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Ｕ、および前記平滑コンデンサ１０４Ｖと前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Ｖ、および前記平滑コンデンサ１０４Ｗと前記単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換器１０５Ｗの間には、両者が電気的に接続されることより、インダクタンスLが存在している。そのため、LC回路が形成されることになり、式（２）に示すLC共振周波数fLCが発生する。しかし、本発明を用いることにより、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの周波数fcの変化が小さくなるため、前記LC共振周波数fLCと一致する場合が少なくなる。図１３にその一例を示す。パルス数が従来方式の３の奇数倍の場合には、３パルス駆動に切替ると前記LC共振周波数fLCと前記キャリア周波数fcが一致する。
【００４４】
しかし、本発明のようにパルス数に３の偶数倍を加えた場合には、図１３に示すように９パルス駆動から６パルス駆動に切替ることができるため、前記キャリア周波数fcが前記LC共振周波数fLCに一致することはない。そのため、LC共振の発生を抑制することができ、平滑コンデンサの直流電圧の脈動を抑制し、装置の安全性、および制御系の安定性が向上する効果がある。
（実施形態２）
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態について、実施形態１と異なる点について説明する。実施形態１では、パルス数を３の倍数と設定したが、図１４に示すように、３の倍数以外の整数も加えた、全ての整数パルスとすることができる。
【００４６】
本実施形態のように、パルス数を設定すると、パルス数が３の倍数以外の場合には、V相、W相の相電圧指令値VV*、VW*と前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdのキャリア波形の比較は図１５のようになり、TVI期間とTVＩＩ期間における出力電圧VV、および、TWI期間とTWＩＩ期間における出力電圧VWは前記軸４０１に対しては非対称となっている。そのため、図１６に示すように、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの位相を＋１２０°、あるいは−１２０°ずらすことにより、V相、W相用の三角波キャリアを新たに個別に作成し、相電圧指令値VV*、VW*とキャリア波形を比較することにより、出力電圧VV、VWを対称とすることができる。
【００４７】
本実施形態では、実施形態１と比較し、キャリア周波数の演算が複雑化し処理装置の増設等が必要となるが、キャリア周波数の急激な変化をより抑制することができ、モータ出力トルクの脈動をより一層抑制することができる。
【００４８】
また、利用可能なパルス数をが大幅に増大することができるため、交流電動機駆動時の安定性向上により一層効果がある。
【００４９】
また、LC共振周波数との一致の場合がより少なくなり、平滑コンデンサの脈動をより抑制し、装置の安全性向上により一層効果がある。
（実施形態３）
【００５０】
次に、本発明の第３実施形態について、実施形態１、実施形態２と異なる点について説明する。実施形態１では、前記ゲートパルス信号GU_A、GU_Bについては、異なるオフセット値を持つ同一波形の前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの２つを設定し、前記相電圧指令値VU*、−VU*と比較することにより出力したが、図１７のように三角波キャリアは１つに設定し、異なるオフセット値を持つ前記相電圧指令値を作成し、キャリア波形と比較し、前記ゲートパルス信号GU_A、GU_Bを出力してもよい。このとき、オフセット値は前記三角波キャリアの山と谷の距離とし、図１７の場合では１とする。前記相電圧指令値VU*、−VU*を図１７のように、前記三角波キャリアの山と谷の距離となる１だけ上方向に移動することにより、新たに相電圧指令値VU**、VU**を作成し、三角波キャリアとの大小比較に基づき前記ゲートパルス信号GU_A、GU_Bを出力する。
【００５１】
なお、本実施形態の方式は、パルス数が３の偶数倍、および、３の倍数以外の整数の場合においても同様となる。そのため、本実施形態では、実施形態１、実施形態２と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態４）
【００５２】
次に、本発明の第４の実施形態について、実施形態１と異なる点について説明する。実施形態１では、単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置における同期PWM制御のパルス数が３の偶数倍の場合としたが、直流電圧を任意の数に分圧するマルチレベル電力変換装置における同期PWM制御のパルス数が３の偶数倍の場合としてもよい。本実施形態では図１８に示した３レベル電力変換装置を例に挙げて説明する。
【００５３】
３レベル電力変換装置のスイッチング素子のオンオフ制御については、実施形態１にて示した前記単相３レベル電力変換器の場合と同様となる。これより、図１９に示すように、パルス数が３の偶数倍の場合には出力電圧VUは非対称となる。そのため、図２０に示すように、前記負側三角波キャリアCdの位相を前記正側三角波キャリアCuに対して１８０°ずらすことにより、出力電圧VU、VV、VWを対称とすることができる。
【００５４】
実施形態１では、単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置における同期PWM制御のパルス数が３の偶数倍の場合における効果を示したが、本実施形態のように、３レベル電力変換装置のようなマルチレベル電力変換装置における同期PWM制御のパルス数が３の偶数倍の場合においても、実施形態１と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態５）
【００５５】
次に、本発明の第５の実施形態について、実施形態４と異なる点について説明する。実施形態４では、パルス数を３の倍数と設定したが、３の倍数以外の整数も加えた全ての整数パルスとしてもよい。パルス数を３の倍数以外の整数とする場合には、実施形態２の場合と同様に、図２１に示すように前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの位相を＋１２０°、あるいは−１２０°ずらすことにより、V相、W相の三角波キャリアを新たに個別に作成し、相電圧指令値VV*、VW*とキャリア波形を比較することにより、出力電圧VV、VWを対称とすることができる。
【００５６】
本実施形態では、実施形態４と比較し、キャリア周波数の演算が複雑化し処理装置の増設等が必要となるが、キャリア周波数の急激な変化をより抑制することができ、モータ出力トルクの脈動をより一層抑制することができる。
【００５７】
また、利用可能なパルス数が大幅に増大するため（例えばキャリアの周波数を相電圧指令の周波数の３，４，５・・・倍、あるいは３，５，７・・・倍に設定できるため）、交流電動機駆動時の安定性向上により一層効果がある。
【００５８】
また、LC共振周波数との一致の場合がより少なくなり、平滑コンデンサの脈動をより抑制し、装置の安全性向上により一層効果がある。
（実施形態６）
【００５９】
次に、本発明の第６の実施形態について、実施形態４、実施形態５と異なる点を、直流電圧を４つに分圧する５レベル電力変換装置を例に挙げて説明する。実施形態５では、前記三角波キャリアのキャリア波形と前記相電圧指令値の比較について、電圧指令値を一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の三角波キャリアを複数作成し、そのキャリア波形と前記相電圧指令値を比較することによりゲートパルス信号を出力した。５レベル電力変換装置でも同様に、図２２のように、相電圧指令値VU*を一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の三角波キャリアCU1、CU2、CD1、CD2を複数作成し、そのキャリア波形と前記相電圧指令値を比較することによりゲートパルス信号を出力した。
【００６０】
この比較では、図２３のように、三角波キャリアC1を一つ設定し、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値をVUI*、VUＩＩ*、VUＩＩＩ*を作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力する。この際、オフセット値は前記三角波キャリアの山と谷の距離とし、図２３の場合では０．５となる。前記相電圧指令値VU*を図２３のように、前記三角波キャリアの山と谷の距離となる０．５だけ上方向、あるいは下方向に移動することにより、調整後の相電圧指令値VUI*、VUＩＩ*、VUＩＩＩ*を作成し、三角波キャリアのキャリア波形と比較する。
【００６１】
図２３のような比較方式の場合には、まず、調整後の相電圧指令値VUI*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形の比較においては、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCU1のキャリア波形の比較と同等になり、図２２内の区間３、および区間９と、図２３内の区間１５、および区間２１の比較部と同等になる。
【００６２】
調整後の相電圧指令値VUＩＩ*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形の比較においては、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCD1のキャリア波形の比較と同等になり、図２２内の区間１、区間５、区間７、および区間１１と、図２３内の区間１３、区間１７、区間１９、および区間２３の比較部と同等になる。
【００６３】
調整後の相電圧指令値VUＩＩＩ*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形の比較においては、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCD2のキャリア波形の比較と同等になり、図２２内の区間６、および区間１２と、図２３内の区間１８、および区間２４の比較部と同等になる。
【００６４】
相電圧指令値VU*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形の比較は、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCU2のキャリア波形の比較そのものになり、図２２内の区間２、区間４、区間８、および区間１０と、図２３内の区間１４、区間１６、区間２０、および区間２２の比較部と同等になる。
【００６５】
また、本実施形態では、一つに設定する三角波キャリアのキャリア波形の大きさの範囲を０〜０．５としたが、この範囲を−１〜−０．５、あるいは、−０．５〜０、あるいは、０．５〜１としてもよい。
【００６６】
なお、本実施形態の方式は、パルス数が３の偶数倍、および、３の倍数以外の整数の場合においても同様となる。 
実施形態５では、相電圧指令値を一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の三角波キャリアを複数作成し、そのキャリア波形と前記相電圧指令値を比較することによりゲートパルス信号を出力する構成にて本発明の効果を示していたが、本実施形態のように、三角波キャリアを一つに設定し、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値を複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力する構成においても、実施形態４、実施形態５と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態７）
【００６７】
次に、本発明の第７の実施形態について、実施形態６と異なる点を説明する。実施形態６では、三角波キャリアを一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値を複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力したが、本実施形態では、図２４に例として示すように、異なるオフセット値を持つ同一波形の三角波キャリアCU1*、CD1*および、相電圧指令値VU*を調整した相電圧指令値VUI**、VUＩＶ**を作成する。すなわち、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリア、および、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値をそれぞれ作成し、比較することにより、ゲートパルス信号を出力することができる。
【００６８】
図２４に示す比較方式の場合には、まず、調整後の相電圧指令値VUI**と前記三角波キャリアCU1*のキャリア波形を比較においては、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCU1のキャリア波形の比較と同等になり、図２２内の区間３、および区間９と、図２３内の区間２７、および区間３３の比較部と同等になる。
【００６９】
調整後の相電圧指令値VUＩＩ**と前記三角波キャリアCD1*のキャリア波形を比較においては、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCD2のキャリア波形の比較と同等になり、図２２内の区間６、および区間１２と、図２３内の区間３０、および区間３６の比較部と同等になる。
【００７０】
相電圧指令値VU*と前記三角波キャリアCU1*のキャリア波形の比較は、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCU1のキャリア波形の比較そのものになり、図２２内の区間２、区間４、区間８、および区間１０と、図２４内の区間２６、区間２８、区間３２、および区間３４の比較部と同等になる。
【００７１】
相電圧指令値VU*と前記三角波キャリアCD1*のキャリア波形の比較は、図２２内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアCD1のキャリア波形の比較そのものになり、図２２内の区間１、区間５、区間７、および区間１１と、図２４内の区間２５、区間２９、区間３１、および区間３５の比較部と同等になる。
【００７２】
また、本実施形態では、一つに設定する三角波キャリアのキャリア波形の大きさの範囲を−０．５〜０、および、０〜０．５としたが、この範囲を−１〜−０．５、あるいは、０．５〜１としてもよい。
【００７３】
なお、本実施形態の方式は、パルス数が３の偶数倍、および、３の倍数以外の整数の場合においても同様となる。
【００７４】
実施形態６では、三角波キャリアを一つに設定し、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値を複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力する構成にて本発明の効果を示していたが、本実施形態のように、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリア、および、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値をそれぞれ作成し、比較することによりゲートパルス信号を出力する方式においても、実施形態６と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態８）
【００７５】
次に、本発明の第８の実施形態について、実施形態１と異なる点について説明する。図２５は、実施形態１で示した本発明を、直列多重型電力変換装置における同期PWM制御に適用した例である。本実施形態において駆動するN相交流電動機はN=3とし、U相、V相、W相からなる３相交流電動機とする。１２１、１２２、１２３はそれぞれ、U相、V相、W相の多重型電力変換装置である。１２４〜１２６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レベル電力変換装置が複数接続されている。
【００７６】
１２７〜１２８は前記V相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換装置、１２９〜１３０は前記W相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換装置であり、前記U相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換装置１２４〜１２６の接続構成と同様に、複数の単相２レベル電力変換装置が接続されている。
【００７７】
前記単相２レベル電力変換装置１２４〜１３０の各々に対して、制御装置１１２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レベル電力変換装置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。
【００７８】
図２６は前記ゲートパルス信号GU、GV、GWによる前記スイッチング素子S1、S2、S3、S4のオンオフについて、前記U相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換装置１２４の場合を例に挙げて示した図である。
【００７９】
図２７は前記U相多重型電力変換装置内の単相２レベル電力変換装置１２４〜１２６の前記スイッチング素子S1、S2、S3、S4のオンオフ信号を算出する相電圧指令値と、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリアC1_U、C2_U、C3_U、C4_U、C1_D、C2_D、C3_D、C4_D、のキャリア波形の比較の概念を示している。その比較においては、前記相電圧指令値VU*と、前記複数の三角波キャリア大小比較することにより、前記単相２レベル電力変換装置各々のゲートパルス信号を出力する。この比較結果に基づき、前記単相２レベル電力変換装置各々の電圧を出力する。この複数の出力電圧を加算した電圧を前記３相交流電動機に印加する。
【００８０】
このように実施形態１では単相３レベル電力変換器を直列接続した５レベル電力変換装置における同期PWM制御のパルス数が３の偶数倍の場合にて本発明の効果を示したが、本実施形態のように、直列多重型電力変換装置における同期PWM制御のパルス数が３の偶数倍の場合でも、実施形態１と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態９）
【００８１】
次に、本発明の第９の実施形態について、実施形態８と異なる点について説明する。実施形態８では、パルス数を３の倍数と設定したが、３の倍数以外の整数も加えた、全ての整数パルスとしてもよい。パルス数を３の倍数以外の整数とする場合には、実施形態２、実施形態５の場合と同様に、前記三角波キャリアの位相を＋１２０°、あるいは−１２０°ずらすことにより、V相、W相の三角波キャリアを新たに個別に作成し、相電圧指令値VV*、VW*とキャリア波形を比較することにより、出力電圧VV、VWを対称とすることができる。
【００８２】
本実施形態では、実施形態８と比較し、キャリア周波数の演算が複雑化し処理装置の増設等が必要となるが、キャリア周波数の急激な変化をより抑制することができ、モータ出力トルクの脈動をより一層抑制することができる。
【００８３】
また、利用可能なパルス数が大幅に増大するため、交流電動機駆動時の安定性向上により一層効果がある。
【００８４】
また、LC共振周波数との一致の場合がより少なくなり、平滑コンデンサの脈動をより抑制し、装置の安全性向上により一層効果がある。
（実施形態１０）
【００８５】
次に、本発明の第１０の実施形態について、実施形態８、実施形態９と異なる点を説明する。実施形態８、実施形態９では、前記三角波キャリアのキャリア波形と前記相電圧指令値の比較について、相電圧指令値を一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の三角波キャリアを複数作成し、そのキャリア波形と前記相電圧指令値を比較することによりゲートパルス信号を出力したが、図２８のように、三角波キャリアC1*を一つ設定し、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値をVUI*、VUＩＩ*、VUＩＩＩ*、VUＩＶ*と複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力してもよい。  
この際、オフセット値は前記三角波キャリアC1*の山と谷の距離とし、図２８の場合では０．２５となる。前記相電圧指令値VU*を図２８のように、前記三角波キャリアの山と谷の距離となる０．２５だけ上方向、あるいは下方向に移動することにより、調整後の相電圧指令値VUI*、VUＩＩ*、VUＩＩＩ*、VUＩＶ*と複数作成し、三角波キャリアのキャリア波形と比較する。
【００８６】
図２８のような比較方式の場合には、まず、調整後の相電圧指令値VUI*と前記三角波キャリアC1*のキャリア波形を比較においては、図２７内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアC1_Dのキャリア波形の比較と同等になり、図２７内の区間３８、区間４６、および区間５２と、図２８内の区間５６、区間６４、および区間７０の比較部と同等になる。
【００８７】
調整後の相電圧指令値VUＩＩ*と前記三角波キャリアC1*のキャリア波形を比較においては、図２７内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアC2_U、および前記三角波キャリアC2_Dのキャリア波形の比較と同等になり、図２７内の区間３７、区間４０、区間４４、区間４７、区間５１、および区間５４と、図２８内の区間５５、区間５８、区間６２、区間６５、区間６９、および区間７２の比較部と同等になる。
【００８８】
調整後の相電圧指令値VUＩＩＩ*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形を比較においては、図２７内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアC3_U、および前記三角波キャリアC3_Dのキャリア波形の比較と同等になり、図２７内の区間４１、区間４３、区間４８、および区間５０と、図２８内の区間５９、区間６１、区間６６、および区間６８の比較部と同等になる。
【００８９】
調整後の相電圧指令値VUＩＶ*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形を比較においては、図２７内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアC4_U、および前記三角波キャリアC4_Dのキャリア波形の比較と同等になり、図２７内の区間４２、および区間４９と、図２８内の区間６０、および区間６７の比較部と同等になる。
【００９０】
相電圧指令値VU*と前記三角波キャリアC1のキャリア波形の比較は、図２７内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアC1_Uのキャリア波形の比較そのものになり、図２７内の区間３９、区間４５、および区間５３と、図２８内の区間５７、区間６３、および区間７１の比較部と同等になる。
【００９１】
また、本実施形態では、一つに設定する三角波キャリアのキャリア波形の範囲を０〜０．２５としたが、この範囲を−１〜−０．７５、あるいは、−０．７５〜−０．５、あるいは、−０．５〜−０．２５、あるいは、−０．２５〜０、あるいは、０．２５〜０．５、あるいは、０．５〜０．７５、あるいは、０．７５〜１としてもよい。
【００９２】
実施形態８、実施形態９では、相電圧指令値を一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の三角波キャリアを複数作成し、そのキャリア波形と前記相電圧指令値を比較することによりゲートパルス信号を出力する構成にて本発明の効果を示していたが、本実施形態のように、三角波キャリアを一つに設定し、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値を複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力する構成においても、実施形態８、実施形態９と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態１１）
【００９３】
次に、本発明の第１１の実施形態について、実施形態１０と異なる点を説明する。実施形態１０では、三角波キャリアを一つに設定し、異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値を複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力したが、図２８に例として示すように、三角波キャリアを６つ、相電圧指令値Vu*を調整した相電圧指令値VUＩＶ**を２つ作成した場合におけるキャリア比較のように、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリア、および、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値をそれぞれ作成し、比較することにより、ゲートパルス信号を出力してもよい。
【００９４】
図２９のような比較方式の場合には、調整後の相電圧指令値VUＩＶ*と三角波キャリアC3_U*、および三角波キャリアC3_D*のキャリア波形を比較においては、図２７内の前記相電圧指令値VU*と、前記三角波キャリアC4_U、および前記三角波キャリアC4_Dのキャリア波形の比較と同等になり、図２７内の区間４２、および区間４９と、図２８内の区間７８、および区間８５の比較部と同等になる。
【００９５】
その他の三角波比較部は、図２７における三角波比較部と同等である。
【００９６】
なお、本実施形態の方式は、パルス数が３の偶数倍、および、３の倍数以外の整数の場合においても同様となる。
【００９７】
実施形態１０では、三角波キャリアを一つに設定し、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の相電圧指令値を複数作成し、キャリア波形と比較することにより、ゲートパルス信号を出力する構成にて本発明の効果を示していたが、本実施形態のように、異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の三角波キャリア、および、各相毎に異なるオフセット値を持つ同一波形の複数の相電圧指令値をそれぞれ作成し、比較することによりゲートパルス信号を出力する方式においても、実施形態１０と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態１２）
【００９８】
次に、本発明の第１２の実施形態について、実施形態１〜実施形態１１までと異なる点について説明する。実施形態１〜実施形態１１では、前記制御装置１１２内での制御部は図２のようにベクトル制御方式により構成されていたが、図３０に示したように、相電圧指令値と、キャリア周波数をフィードフォワード的に算出する制御方式となるＶ／Ｆ一定制御方式としてもよい。
【００９９】
図３０において、前記速度指令値ωr*より、前記乗算器１１３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、Ｖ／Ｆ演算器１３１にて、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１３２により積分し、位相θを算出する。前記q軸電圧指令値Vq*、および、d軸電圧指令値生成部１３３より発生するd軸電圧指令値Vd*、および前記位相θを用いて、前記電圧指令値座標変換１１７より相電圧指令値VU*、VV*、VW*を算出する。ゲートパルス信号発生器１１７では、前記U相、V相、および、W相の電圧指令値VU*、VV*、VW*と、前記一次角周波数ω1を用いて三角波キャリア発生器１１８より生成した正側三角波キャリアCu、正側三角波キャリアCdの比較より、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５レベル電力変換器１０５U、１０５V、１０５Wのスイッチング素子のオンオフを制御する。
【０１００】
実施形態１〜実施形態１１ではベクトル制御方式における構成にて本発明の効果を示していたが、本実施形態のように、Ｖ／Ｆ一定制御方式でも、実施形態１〜実施形態１１の場合と比較し、応答性等の制御性能は低下するが、実施形態１〜実施形態１１と同様の効果を得ることが可能である。
（実施形態１３）
【０１０１】
次に、本発明の第１３の実施形態について、実施形態２、実施形態５、実施形態９と異なる点について説明する。実施形態２、実施形態５、実施形態９では、パルス数を３の倍数以外の整数に設定する場合には、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdの位相を＋１２０°、あるいは−１２０°ずらすことにより、V相、W相用の三角波キャリアを個別に作成し、相電圧指令値VV*、VW*とキャリア波形を比較することにより、出力電圧VV、VWを対称としたが、新たに三角波キャリアを作成せずに、前記正側三角波キャリアCu、前記負側三角波キャリアCdのみで三角波比較を行ってもよい。
【０１０２】
この場合には、出力電圧VU、VV、VWは対称でなくなり、高調波成分は増大するが、相電圧指令値の基本波周波数ft近傍の側帯波fbは発生しないため、数Hz〜数十Hzの低次成分のモータ出力トルクリプル成分も発生しない。そのため、モータ出力トルクリプル成分と、数十Hzといった低い機械系固有振動数の一致による機械的振動の発生という問題は回避することができる。
【０１０３】
このように本実施形態では実施形態１と比較し、高調波は増大するが、実施形態１と同様の効果を得ることが可能である。 
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、マルチレベル電力変換装置あるいは直列多重型電力変換装置等の複数の電力変換器をＰＷＭ制御し、その交流出力を組み合わせて出力する電力変換装置において、電力変換器を複数個接続することにより得られる相出力電圧の対称性を利用すること、およびＰＷＭ制御器に入力する三角波キャリアの位相を調整することにより、ＰＷＭ変調器に入力する三角波のキャリア信号の周波数と前記相電圧指令の周波数の比を、３の奇数倍の外に、３の偶数倍、３の奇数倍および偶数倍を除く整数倍とすることができる。
【０１０４】
このため、前記電力変換装置を同期PWM制御するに際して、パルス数の切替えに伴う脈動（切替えショック）を低減し、制御系の安定性を向上することができる。また、キャリアの周波数の急激な変化を抑制し、平滑コンデンサとインバータ間に生じるLC回路の共振周波数fLCとの共振を回避することができるため、直流電圧の脈動を回避することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
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
２０１Ａ…Ｕ相５レベル電力変換器内の単相３レベル電力変換器
２０１Ｂ…Ｕ相５レベル電力変換器内の単相３レベル電力変換器
２０２Ａ…Ｖ相５レベル電力変換器内の単相３レベル電力変換器
２０２Ｂ…Ｖ相５レベル電力変換器内の単相３レベル電力変換器
２０３Ａ…Ｗ相５レベル電力変換器内の単相３レベル電力変換器
２０３Ｂ…Ｗ相５レベル電力変換器内の単相３レベル電力変換器
１０６…交流電動機
１０７…出力電流検出器
１０８…出力電流検出値座標変換
１０９…出力電圧検出器
１１０…出力電圧検出値座標変換
１１１…速度指令生成部
１１２…制御装置
１１３…乗算器
１１４…速度制御器
１１５…電流制御器
１１６…推定演算器
１１７…出力電圧指令値座標変換
１１８…ゲートパルス信号発生器
１１９…三角波キャリア発生器
１２０ＵＡ…単相３レベル電力変換器２０１Ａの比較器
１２０ＵＢ…単相３レベル電力変換器２０１Ｂの比較器
１２０ＶＡ…単相３レベル電力変換器２０２Ａの比較器
１２０ＶＢ…単相３レベル電力変換器２０２Ｂの比較器
１２０ＷＡ…単相３レベル電力変換器２０３Ａの比較器
１２０ＷＢ…単相３レベル電力変換器２０３Ｂの比較器
３０３…整流ダイオード
３０４…平滑コンデンサ
３０５Ｕ…Ｕ相３レベル電力変換器
３０５Ｖ…Ｖ相３レベル電力変換器
３０５Ｗ…Ｗ相３レベル電力変換器
１２１…Ｕ相多重型電力変換装置
１２２…Ｖ相多重型電力変換装置
１２３…Ｗ相多重型電力変換装置
１２４〜１２６…単相２レベル電力変換装置
１３１…Ｖ／Ｆ演算器
１３２…積分器
１３３…d軸電圧指令値生成部
４０１…相電圧指令値の軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005512593.tif 000004
【図４】
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【図６】
0005512593.tif 000006
【図７】
0005512593.tif 000007
【図５】
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【図８】
0005512593.tif 000009
【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】
0005512593.tif 000014
【図１４】
0005512593.tif 000015
【図１５】
0005512593.tif 000016
【図１６】
0005512593.tif 000017
【図１７】
0005512593.tif 000018
【図１８】
0005512593.tif 000019
【図１９】
0005512593.tif 000020
【図２０】
0005512593.tif 000021
【図２１】
0005512593.tif 000022
【図２２】
0005512593.tif 000023
【図２３】
0005512593.tif 000024
【図２４】
0005512593.tif 000025
【図２５】
0005512593.tif 000026
【図２６】
0005512593.tif 000027
【図２７】
0005512593.tif 000028
【図２８】
0005512593.tif 000029
【図２９】
0005512593.tif 000030
【図３０】
0005512593.tif 000031