(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子から構成された電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、
電流指令値を発生する三相電流指令発生手段と、
前記電流指令値、及び前記出力電流の電流偏差を求める加減算手段と、
前記電力変換装置にリアクトルを介して接続された三相電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流偏差から電流偏差ベクトルを求め、前記電流偏差ベクトルが、電流制御の精度に応じて予め設定された許容範囲領域にない場合には、前記電圧検出手段によって検出された前記三相電源の電圧に対応する電源電圧ベクトルと、前記電力変換装置の複数のスイッチング素子の状態に応じて出力される電圧に対応する複数の出力電圧ベクトルとの差ベクトルに基づいて、前記電流偏差ベクトルの複数の移動方向を求め、前記電流偏差ベクトルの複数の移動方向のうち前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域の方向へ移動するスイッチングモードを選択し、選択したスイッチングモードに対応した各スイッチング素子のオン／オフ指令を作成して前記電力変換装置に出力するスイッチング指令発生手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御回路。
【請求項２】
前記スイッチング指令発生手段は、前記求めた複数の移動方向のうち、前記電流偏差ベクトルの移動方向が前記許容範囲領域へ向き、且つ前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間が最も長いスイッチングモードを選択する
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項３】
前記電力変換装置は、複数のスイッチング素子から構成された三相インバータであり、
前記スイッチング指令発生手段は、前記求めた複数の移動方向のうち、前記電流偏差ベクトルの移動方向が前記許容範囲領域へ向き、且つスイッチングモード変更に要する前記複数のスイッチング素子のスイッチング回数に相当する重み係数を前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に乗じた値を求め、この値が最も長いスイッチングモードを選択する
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項４】
前記スイッチング指令発生手段は、零電圧ベクトルを出力する際に、前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に、前記スイッチングモード変更に要するスイッチング回数により決まる重み係数を乗じた評価関数を求め、この評価関数に基づいてスイッチングモードを選択する
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項５】
前記許容範囲領域は、正六角形である
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項６】
前記正六角形の各辺が、前記電力変換装置の出力する有電圧ベクトルに対して垂直に交わるよう配置する
ことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項７】
前記正六角形の各辺が、前記電力変換装置の出力する有電圧ベクトルに対して６０度の角度にて交わるよう配置する
ことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項８】
前記スイッチング指令発生手段は、前記求めた電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域にない場合、現在出力中のスイッチング指令が前記電流偏差ベクトルを前記許容範囲領域の方向へ移動するものであれば、出力するスイッチング指令を変化させない
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項９】
前記スイッチング指令発生手段は、零電圧ベクトルを出力する際に、前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に、前記スイッチングモード変更に要する、各相毎のスイッチング回数の偏りに応じて決まる重み係数を乗じた評価関数を求め、この評価関数に基づいてスイッチングモードを選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項３まで、及び請求項５から請求項８までのいずれかに記載の電力変換装置の制御回路。
【請求項１０】
前記スイッチング指令発生手段は、電流指令の変化率に基づいて前記電流偏差ベクトルの移動方向を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の電力変換装置の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばモータ駆動用インバータ、高力率コンバータ、アクティブフィルタ、ＬＣフィルタを持つ正弦波電圧出力型インバータ等の電力変換装置であって、出力電流の瞬時値を制御する瞬時波形制御形の電力変換装置の制御回路に関するものである。特に、１サイクルの内に複数回のスイッチングを行うスイッチング素子から構成される制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。図１７は、例えば『電気学会論文誌Ｖｏｌ．１２Ｂ、Ｎｏ．２（昭６１）、Ｐ．９〜１６、「高調波抑制と高速電流応答を可能にした電流制御形ＰＷＭインバータ」』に示された従来の電力変換装置の制御回路の構成を示す図である。なお、この図１７は、上記文献に示された従来のインバータの制御回路を、本発明と同様の形式に書き改めた図である。
【０００３】
図１７において、１は三相インバータ主回路、２はモータ等の負荷、４は直流電源、１０Ｕ、Ｖ、Ｗはインバータ電流を検出する電流センサ、８０１は三相正弦波電流指令発生回路、８０２は電流偏差ベクトル検出回路、８０３は負荷端に発生する逆起電力ＶＢＯＵ、ＶＢＯＶ、ＶＢＯＷを推定する逆起電力推定回路、８０４はＰＷＭパターンテーブル回路、８５１Ｕ、Ｖ、Ｗは加減算器である。
【０００４】
また、同図において、２１Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷２の内部インダクタンス、２２Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷２の内部誘起起電圧である。
【０００５】
図１８は、三相インバータ主回路１の構成を示す図である。
【０００６】
図１８に示すように、例えば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６によりフルプリッジ構成されている。
【０００７】
つぎに、従来の電力変換装置の制御回路の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図１７において、制御回路は、瞬時電流制御を行う電流制御ループとして構成されている。加減算器８５１Ｕ、Ｖ、Ｗは、三相正弦波電流指令発生回路８０１の出力であるインバータが流すべき電流指令値ＩＡＵ＊、Ｖ＊、Ｗ＊と、電流センサ１０Ｕ、Ｖ、Ｗで検出されたインバータ電流ＩＡＵ、Ｖ、Ｗとの電流偏差ΔｉＵ、Ｖ、Ｗを求める。逆起電力推定回路８０３は、前記電流偏差ΔｉＵ、Ｖ、Ｗから負荷端の逆起電力ＶＢＯＵ、Ｖ、Ｗを推定し、逆起電力ベクトルＶＢを求め、この逆起電力ベクトルＶＢが、図１９に示す領域［Ｉ］〜［ＶＩ］のどの領域にいるかを検出する。
【０００９】
図１９は、インバータ１のスイッチング素子の状態に応じて出力される８種類の電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７と、電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７によって区切られた６つの領域［Ｉ］〜［ＶＩ］を示した図である。
【００１０】
電流偏差ベクトル検出回路８０２は、前記電流偏差ΔｉＵ、Ｖ、Ｗから電流偏差ベクトルΔＩを求め、この電流偏差ベクトルΔＩが、図２０に示す領域（１）〜（７）のどの領域にいるかを検出する。
【００１１】
なお、本明細書では、図面上の丸数字は、都合により（１）、（２）、（３）等で記述する。
【００１２】
電流偏差ベクトルΔＩに対して、電流制御の精度に応じて定まる所定の許容範囲を設定し、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内であることを示したのが領域（７）であり、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲外であることを示したものがその外周の領域（１）から（６）である。
【００１３】
ＰＷＭパターンテーブル回路８０４は、前記逆起電力ベクトルＶＢの領域と電流偏差ベクトルΔＩの領域から、スイッチングモードｋ０〜ｋ７を図２２にしたがって選択し、そのスイッチングモードｋ０〜ｋ７から図２１に示される三相インバータ１の６つのスイッチング素子のスイッチング状態を決定する。
【００１４】
例えば、もし逆起電力ベクトルＶＢが領域［Ｉ］にある場合に、電流偏差ベクトルΔＩが領域（１）または（５）にあるときはｋ１が、領域（２）または（３）にあるときはｋ３が、領域（４）または（６）にあるときはｋ０またはｋ７が選択される。また、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）にあるときは、そのスイッチングモードをそのまま保持するようにスイッチングモードを選択する。
【００１５】
三相インバータ１は、前記ＰＷＭパターンテーブル回路８０４のスイッチング指令にもとづきスイッチング素子をオン／オフし、インバータ電流ＩＡＵ、Ｖ、Ｗを制御する。
【００１６】
次に、上記の制御により電流偏差ベクトルΔＩがどうのように推移するかを説明する。
【００１７】
例えば、図１９において逆起電力ベクトルＶＢが領域［Ｉ］内のＶＬにあり、また、図２０において電流偏差ベクトルΔＩが領域（１）内のΔＩａにある場合を考える。
【００１８】
図２２より、この状態ではｋ１が選択され、電流偏差ベクトルΔＩは、図１９に示すＶＬとＶ１との差であるＶＬ１の方向へ移動し、図２０のΔＩａから許容範囲内である領域（７）に入る。
【００１９】
しかし、電流偏差ベクトルΔＩが図２０のΔＩｂにある場合は、同様に、スイッチングモードｋ１が選択されるが、電流偏差ベクトルΔＩは許容範囲内に入らず、一旦、領域（３）へ移動し、次に領域［Ｉ］と領域（３）の条件からスイッチングモードｋ３が選択されることにより、電流偏差べクトルΔＩがＶＬ３の方向へ移動し、許容範囲内である領域（７）に入る。
【００２０】
この場合、電流偏差ベクトルΔＩがΔＩｂにある時点で、スイッチングモードｋ３が選択されていれば、電流偏差ベクトルΔＩは図２０の点線に沿って移動するので、１回のスイッチングモード変更により、電流偏差ベクトルΔＩを許容範囲内である領域（７）に入れることが可能なはずである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電力変換装置の制御回路では、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための最適なスイッチングモードが１回で選択できない場合があるため余分なスイッチングが生じ、その結果、スイッチング素子の損失が増加し、電力変換装置の効率が低下するという問題点があった。
【００２２】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、スイッチング回数が少なくなる最適なスイッチングモードを選択することができる電力変換装置の制御回路を得ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る電力変換装置の制御回路は、複数のスイッチング素子から構成された電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、電流指令値を発生する三相電流指令発生手段と、前記電流指令値、及び前記出力電流の電流偏差を求める加減算手段と、前記電力変換装置にリアクトルを介して接続された三相電源の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流偏差から電流偏差ベクトルを求め、前記電流偏差ベクトルが、電流制御の精度に応じて予め設定された許容範囲領域にない場合には、前記電圧検出手段によって検出された前記三相電源の電圧に対応する電源電圧ベクトルと、前記電力変換装置の複数のスイッチング素子の状態に応じて出力される電圧に対応する複数の出力電圧ベクトルとの差ベクトルに基づいて、前記電流偏差ベクトルの複数の移動方向を求め、前記電流偏差ベクトルの複数の移動方向のうち前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域の方向へ移動するスイッチングモードを選択し、選択したスイッチングモードに対応した各スイッチング素子のオン／オフ指令を作成して前記電力変換装置に出力するスイッチング指令発生手段とを備えたものである。
【００２４】
この発明の請求項２に係る電力変換装置の制御回路は、前記スイッチング指令発生手段が、前記求めた複数の移動方向のうち、前記電流偏差ベクトルの移動方向が前記許容範囲領域へ向き、且つ前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間が最も長いスイッチングモードを選択するものである。
【００２５】
この発明の請求項３に係る電力変換装置の制御回路は、前記電力変換装置が、複数のスイッチング素子から構成された三相インバータであり、前記スイッチング指令発生手段は、前記求めた複数の移動方向のうち、前記電流偏差ベクトルの移動方向が前記許容範囲領域へ向き、且つスイッチングモード変更に要する前記複数のスイッチング素子のスイッチング回数に相当する重み係数を前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に乗じた値を求め、この値が最も長いスイッチングモードを選択するものである。
【００２６】
この発明の請求項４に係る電力変換装置の制御回路は、前記スイッチング指令発生手段が、零電圧ベクトルを出力する際に、前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に、前記スイッチングモード変更に要するスイッチング回数により決まる重み係数を乗じた評価関数を求め、この評価関数に基づいてスイッチングモードを選択するものである。
【００２７】
この発明の請求項５に係る電力変換装置の制御回路は、前記許容範囲領域を、正六角形としたものである。
【００２８】
この発明の請求項６に係る電力変換装置の制御回路は、前記正六角形の各辺を、前記電力変換装置の出力する有電圧ベクトルに対して垂直に交わるよう配置するものである。
【００２９】
この発明の請求項７に係る電力変換装置の制御回路は、前記正六角形の各辺を、前記電力変換装置の出力する有電圧ベクトルに対して６０度の角度にて交わるよう配置するものである。
【００３０】
この発明の請求項８に係る電力変換装置の制御回路は、前記スイッチング指令発生手段が、前記求めた電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域にない場合、現在出力中のスイッチング指令が前記電流偏差ベクトルを前記許容範囲領域の方向へ移動するものであれば、出力するスイッチング指令を変化させないものである。
【００３１】
この発明の請求項９に係る電力変換装置の制御回路は、前記スイッチング指令発生手段が、零電圧ベクトルを出力する際に、前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に、前記スイッチングモード変更に要する、各相毎のスイッチング回数の偏りに応じて決まる重み係数を乗じた評価関数を求め、この評価関数に基づいてスイッチングモードを選択するものである。
【００３２】
この発明の請求項１０に係る電力変換装置の制御回路は、前記スイッチング指令発生手段が、電流指令の変化率に基づいて前記電流偏差ベクトルの移動方向を求めるものである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３４】
図１において、前述の図１７と対応する機能については同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００３５】
図１において、３Ｕ、Ｖ、Ｗはリアクトル、５Ｕ、Ｖ、Ｗは商用電源等の三相電源、８１２は三相電源５Ｕ、Ｖ、Ｗの電圧ＶＲＵ、ＶＲＶ、ＶＲＷを検出する電圧検出回路、８１１は電流偏差と電圧検出回路８１２により検出した三相電源の電圧ＶＲＵ、Ｖ、Ｗからスイッチングモードを選択して当該スイッチングモードに相当するオンオフ信号を三相インバータ主回路１の各スイッチング素子に出力するスイッチング指令発生手段としてのＰＷＭパターンセレクタ回路である。
【００３６】
三相電源５Ｕ、Ｖ、Ｗは、三相インバータ１、リアクトル３Ｕ、Ｖ、Ｗにより、例えば、リアクトル３Ｕ、Ｖ、Ｗに流れる電流を三相電源に対して力率１の正弦波状電流に制御する高力率コンバータ、あるいは高調波電流を発生するアクティブフィルタ等の系統連系インバータとして動作する。また、リアクトルとコンデンサから構成されるフィルタを持つ無停電電源装置のインバータにおいて、コンデンサ電圧を三相電源５Ｕ、Ｖ、Ｗと見なしてもよい。
【００３７】
電圧検出回路８１２により、電圧を検出する代わりに、従来例のように電流偏差等から実際の電圧を推定して用いてもよい。
【００３８】
また、図１において、４は直流電源、１０Ｕ、Ｖ、Ｗはインバータ電流を検出する電流センサ、８０１は三相電流指令発生回路、８５１Ｕ、Ｖ、Ｗは加減算器である。三相電流指令発生回路８０１は、高力率コンバータであれば正弦波状の電流指令を発生し、アクティブフィルタであれば高調波を含んだ電流指令を発生し、また、無停電電源装置のインバータであればコンデンサ電圧を正弦波に制御するための電流指令を発生する。
【００３９】
つぎに、この実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
三相インバータ主回路１の上下アーム（図１８参照）のスイッチング素子の一方をオン、他方をオフとする条件で取り得る電圧ベクトルは、８通りあり、図１９は、この電圧ベクトルをＵＶＷ座標にて図示したものである。
【００４１】
出力電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７に対して、スイッチングモードをｋ０〜ｋ７と定義すると、各スイッチング素子の状態は、図２１に示す通りである。ここで、図２１中のＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ、図１８のＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６に対応している。
【００４２】
図１９に示すように、スイッチングモードｋ１〜ｋ６は、一定の大きさを有する有電圧ベクトルに対応する。しかしながら、スイッチングモードｋ０は、上アームの３相分Ｕ、Ｖ、Ｗがすべてオフ、下アームの３相分Ｘ、Ｙ、Ｚがすべてオンのスイッチング状態である。また、スイッチングモードｋ７は、上アームの３相分Ｕ、Ｖ、Ｗがすべてオン、下アームの３相分Ｘ、Ｙ、Ｚがすべてオフのスイッチチング状態である。スイッチングモードｋ０及びｋ７は、共に大きさが零の零電圧ベクトルである。
【００４３】
ＰＷＭパターンセレクタ回路８１１は、電流偏差Δｉｕ、Ｖ、Ｗ、および三相電源の電圧ＶＲＵ、Ｖ、Ｗを入力とし、電流偏差を許容範囲以内に制御するスイッチングモードを選択し出力する回路であり、例えば、図２に示すようなディジタル制御回路にて構成されている。
【００４４】
図２において、８１１ａはゲートアレイ、８１１ｂはゲートアレイの動作タイミングの基準信号を発生する水晶発振器、８１１ｃ〜８１１ｈはアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路である。
【００４５】
ゲートアレイ８１１ａは、１〜１００μ秒程度の間隔で、電流偏差ΔｉＵ、Ｖ、Ｗ、および三相電源の電圧ＶＲＵ、Ｖ、Ｗを、ＡＤ変換回路８１１ｃ〜８１１ｈを介して取り込み、電流偏差を許容範囲（領域（７））以内に制御するスイッチングモードを求める。
【００４６】
図３は、ゲートアレイでの処理を示すフローチャートである。
【００４７】
ＳＴＥＰ１０にて、電流偏差ΔｉＵ、Ｖ、Ｗから電流偏差ベクトルΔＩを求める。
【００４８】
次に、ＳＴＥＰ２０にて、この電流偏差ベクトルΔＩが図２０に示す領域（７）にあるかどうかを判定し、領域（７）にあれば、出力するスイッチングモードを変化させない（ＳＴＥＰ３０）。
【００４９】
一方、領域（７）にないときは、ＳＴＥＰ４０にて、三相インバータ主回路１が電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７を出力したそれぞれの場合について電流偏差ベクトルΔＩがどの方向へ移動するかを求める。電流偏差ベクトルΔＩの移動方向は、後述するように、三相電源電圧と三相インバータ主回路１の出力電圧との差のベクトルの方向である。
【００５０】
次に、ＳＴＥＰ５０にて、電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７に対する電流偏差ΔＩの移動方向が図２０に示す領域（７）へ向いている電圧ベクトルを出力するスイッチングモードを選択する。
【００５１】
次に、ＳＴＥＰ６０にて、選択したスイッチングモードに対応したＰＷＭパターン、即ち、各スイッチング素子のオン／オフ指令を作成し、ゲートアレイ８１１ａより出力する。ここで、領域（７）の大きさは、電流偏差ベクトルΔＩの許容範囲に対応しており、電流指令値とインバータ電流の偏差は、領域（７）の六角形一辺の大きさと比例関係にある。また、領域（７）は、各相の電流偏差を対象とするよう、六角形としているが、許容範囲さえ満足できれば円、四角形等いずれでもよい。
【００５２】
次に、電流偏差ベクトルΔＩの移動方向が、三相電源電圧とインバータ出力電圧との差ベクトルの方向となることを説明する。インバータ電圧ベクトルＶＡと三相電源電圧ベクトルＶＲとリアクトルにかかる電圧ベクトルＶＬの関係は、以下の式（１）となる。
【００５３】
ＶＬ＝Ｌ×ｄｉ／ｄｔ＝ＶＡ−ＶＲ                              （１）
【００５４】
Ｌはリアクトルのインダクタンス値である。いまここで、Ｔ１時間の電流ＩＡ（Ｔ１）に、ＶＬがリアクトルに印加されΔＴ時間後の電流ＩＡ（Ｔ１＋ΔＴ）とし、Ｔ１からＴ１＋ΔＴの間、三相電源ＶＲが一定であると考えると、次の式（２）が成り立つ。
【００５５】
0003636098.tif 000002
【００５６】
また、この時の電流偏差Δｉ（Ｔ１＋ΔＴ）は、以下の式（３）となる。
【００５７】
Δｉ（Ｔ１＋ΔＴ）＝ＩＡ＊（Ｔ１＋ΔＴ）−ＩＡ（Ｔ１＋ΔＴ）    （３）
【００５８】
Ｔ１からＴ１＋ΔＴの間、インバータ電流指令値ＩＡ＊が一定であると考えると、式（２）、（３）より、次の式（４）が成り立つ。
【００５９】
0003636098.tif 000003
【００６０】
この式（４）から、三相電源ＶＲとインバータ電流指令値ＩＡ＊がΔＴ時間の間一定とみなせば、三相電源ＶＲとインバータ出力電圧ＶＡとの差により電流偏差ΔｉのΔＴ時間当たりの変化が決まることがわかる。以上の式は、スカラー量で示しているが、これらはＵＶＷ座標上のベクトルに拡張して考えると、電流偏差ベクトルΔＩは三相電源電圧ベクトルとインバータ出力電圧ベクトルとの差ベクトルの方向に移動することになる。
【００６１】
例えば、図４に示すように、領域［Ｉ］に三相電源電圧ベクトルがあるときは、上記ＳＴＥＰ４０にて、三相電源電圧と三相インバータ主回路１の出力電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７との差ベクトルは、図中のＶＬ０〜ＶＬ６となることを求める。ここで、ＶＬ０は零ベクトルＶ０、Ｖ７に対応した差ベクトルである。電流偏差ベクトルΔＩは差ベクトルＶＬの方向へ移動するので、電流偏差ベクトルΔＩが図５に示す位置にあるとすれば、差ベクトルが、ＶＬ０、ＶＬ２、ＶＬ４、ＶＬ６であれば、電流偏差ベクトルΔＩは領域（７）の方向へ動く。したがって、この例の場合は、上記ＳＴＥＰ５０にて、スイッチングモードｋ０、ｋ２、ｋ４、ｋ６、ｋ７のいずれかを選択すればよい。
【００６２】
このようにして、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを選択できるので、不要なスイッチングを無くすことができる。
【００６３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。
【００６４】
上記実施の形態１では、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の方向へ動くスイッチングモードを求めているのみであったが、この実施の形態２では、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の方向へ動くスイッチングモードが複数存在する場合に、スイッチングモードの変更間隔が長くなるスイッチングモードを選択するよう構成している。
【００６５】
図６は、本実施の形態２に係るゲートアレイでの処理を示すフローチャートである。上記実施の形態１と異なるのは、ＳＴＥＰ５０の処理内容を変更し、ＳＴＥＰ５１とした点であり、その他は実施の形態１と同様である。
【００６６】
電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の方向へ動くスイッチングモードが複数存在する場合に、どのスイッチングモードを選択すれば、スイッチングモードの変更間隔が長くなるかを考える。
【００６７】
図５において、例えば、電流偏差ベクトルΔＩが図５に示す位置にあるとすれば、差ベクトルが、ＶＬ０、ＶＬ２、ＶＬ４、ＶＬ６であれば、電流偏差ベクトルΔＩは領域（７）の方向へ動く。
【００６８】
ここで、これらの差ベクトルについて、領域（７）の通過時間に着目し比較する。上述の式（４）より電流偏差の単位時間当たりの変化は三相電源電圧とインバータ出力電圧の差に比例するので、電流偏差ベクトル移動速度は差ベクトルの大きさと比例する。差ベクトルＶＬ０、ＶＬ２、ＶＬ４、ＶＬ６毎に領域（７）の通過時間ＴＶＬ０、ＴＶＬ２、ＴＶＬ４、ＴＶＬ６を求める。
【００６９】
ＴＶＬ０＝１／Ｌ×（線分アイの長さ）／|ＶＬ０|                （５）
ＴＶＬ２＝１／Ｌ×（線分アウの長さ）／|ＶＬ２|                  （６）
ＴＶＬ４＝１／Ｌ×（線分アエの長さ）／|ＶＬ４|                  （７）
ＴＶＬ６＝１／Ｌ×（線分アオの長さ）／|ＶＬ６|                  （８）
【００７０】
通過時間が最も長い差ベクトルに対応するスイッチングモードを選択すれば、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の中にとどまっている時間が最も長く、次に領域（７）の範囲外となり新たにスイッチングモードを変更するまでの間隔が最も長くとれる。
【００７１】
図５の場合は、ＴＶＬ０が最長となり、スイッチングモードｋ０またはｋ７を選択すればよい。図６のＳＴＥＰ５１では、このように、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の方向へ移動し、且つ電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）を通過するのに要する時間が最も長いスイッチングモードを選択する。
【００７２】
以上のように構成されているので、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを選択できるので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチングモードを変更する間隔が長くなるので、スイッチング回数を減少させることができる。
【００７３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。
【００７４】
上記実施の形態２では、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）を通過する時間に着目しスイッチングモードを選択していたが、この実施の形態３では、現在のスイッチングモードから新たに選択するスイッチングモードに変更する際に、三相インバータ主回路１の３アームの内いくつのアームがスイッチングを要するかも考慮し、通過時間とスイッチングモード変更の際のスイッチング数により、スイッチングモードを選択するよう構成している。
【００７５】
例えば、図４に示すように、領域［Ｉ］に三相電源電圧ベクトルがあるときは、ＳＴＥＰ４０にて、三相電源電圧と三相インバータ主回路１の出力電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７との差ベクトルは、図中のＶＬ０〜ＶＬ６となることを求める。ここで、ＶＬ０は零ベクトルＶ０、Ｖ７に対応した差ベクトルである。
【００７６】
電流偏差ベクトルΔＩは差ベクトルＶＬの方向へ移動するので、電流偏差ベクトルΔＩが図７に示す位置にあるとすれば、差ベクトルが、ＶＬ２、ＶＬ３、ＶＬ６であれば、電流偏差ベクトルΔＩは領域（７）の方向へ動く。差ベクトルＶＬ２、ＶＬ３、ＶＬ６毎に領域（７）の通過時間ＴＶＬ２、ＴＶＬ３、ＴＶＬ６を求める。
【００７７】
ＴＶＬ２＝１／Ｌ×（線分アイの長さ）／|ＶＬ２|                （９）
ＴＶＬ３＝１／Ｌ×（線分アウの長さ）／|ＶＬ３|                （１０）
ＴＶＬ６＝１／Ｌ×（線分アエの長さ）／|ＶＬ６|                （１１）
【００７８】
上記実施の形態２の構成では、図７の場合にＴＶＬ３が最長となり、スイッチングモードｋ３を選択していた。
【００７９】
この実施の形態３では、領域（７）通過時間の評価に加え、現在のスイッチングモードから新たに選択するスイッチングモードに変更する際に、三相インバータ主回路１の３アームの内いくつのアームがスイッチングを要するかも考慮する。
【００８０】
図７において、前回選択したスイッチングモードがｋ０の場合、スイッチングモードｋ２、ｋ３、ｋ６を選択したときにスイッチングを行うアーム数は、それぞれ１、２、２となる。もし、領域（７）通過時間が同一のスイッチングモードがあった場合、現状のスイッチング状態から次のスイッチングモードヘ移行する際に、スイッチングを行うアーム数が少ないスイッチングモードを選択したほうが、インバータのスイッチング周波数低減となる。
【００８１】
そこで、領域（７）通過時間ＴＶＬに対し、図８で与えられる重み付けをおこなった新たな評価関数ＷＴＶＬを用いる。
【００８２】
図７の場合、差ベクトルＶＬ２、ＶＬ３、ＶＬ６に対応する評価関数ＷＴＶＬは次式となる。
【００８３】
0003636098.tif 000004
【００８４】
Ｗ０２、Ｗ０３、Ｗ０６はスイヅチングを要するアーム数に相当し、前回選択され三相インバータ１が現在出力中のスイッチングモードと評価関数ＷＴＶＬの計算対象となるスイッチングモードから図８にて与えられる。
【００８５】
Ｗ０２＝１                                                    （１５）
Ｗ０３＝２                                                      （１６）
Ｗ０６＝２                                                      （１７）
【００８６】
重みＷは、等価的に差ベクトルの大きさを重み倍して、領域（７）通過時間を評価したことと同じになり。図７のケースでは、ＶＬ３をＶＬ３’に、ＶＬ６をＶＬ６’として領域（７）を通過するのに要する時間が最も長いスイッチングモードを選択することになる。図７の場合は、ＷＴＶＬ２が最長となり、スイッチングモードｋ２を選択する。
【００８７】
図９は、本実施の形態３に係るゲートアレイでの処理を示すフローチャートである。上記実施の形態２と異なるのは、ＳＴＥＰ５１の処理内容を変更し、ＳＴＥＰ５２とした点であり、その他は実施の形態２と同様である。
【００８８】
ＳＴＥＰ５２では、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の方向へ移動し、且つ電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）を通過するのに要する時間に対して、スイッチングを行うアーム数に相当する重みを加えて評価し、スイッチング周波数を低減するために最適なスイッチングモードを選択する。
【００８９】
以上のように構成されているので、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを選択できるので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチング周波数を低減するために最適なスイッチングモードを選択することができる。
【００９０】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。
【００９１】
スイッチングモードｋ０とｋ７は、共に大きさが零の零電圧ベクトルであり、電流制御性能の観点からは、どちらを選択しても同じである。本実施の形態４では、上記実施の形態３に加えて、零電圧ベクトルを出力する際に、スイッチング回数が低減されるように、スイッチングモードｋ０とｋ７を選択する手法を説明する。
【００９２】
上記実施の形態３では、スイッチングモードｋ０とｋ７を区別することなく図８により重みを決定していたが、本実施の形態４では、スイッチングモードｋ０に変更する際の重みと、スイッチングモードｋ７に変更する際の重みをスイッチングを要するアーム数にて表した図１０により重みを決定する点が異なり、その他は実施の形態３と同様である。
【００９３】
以上のように構成することにより、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを選択できるので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチング周波数を低減するために最適なスイッチングモードを、２つの零電圧ベクトルの使い分けも含めて、選択することができる。
【００９４】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。
【００９５】
上記実施の形態１では、正六角形の領域（７）の位置が、ＵＶＷ座標の軸Ｕ、Ｖ、Ｗに対して正六角形の各辺が垂直に交わるよう配置している。本実施の形態５では、正六角形の配置が、上記実施の形態１の配置に対して、３０度回転させた位置である点が異なり、その他は実施の形態１と同様である。
【００９６】
例えば、図４に示すように、領域［１］に三相電源電圧ベクトルがあるときは、三相電源電圧と三相インバータ主回路１の出力電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７との差ベクトルは、図中のＶＬ０〜ＶＬ６となる。電流偏差ベクトルΔＩは差ベクトルＶＬの方向へ移動するので、電流偏差ベクトルΔＩが図１１に示す位置にあるとすれば、何れの差ベクトルでも電流偏差ベクトルΔＩを領域（７）の方向へ動かすことができない。
【００９７】
これに対し、図１２は、本実施の形態５における正六角形の領域（７）の位置を示す図である。図１１と同じ状態であっても、電流偏差ベクトルΔＩを領域（７）の方向へ動かす差ベクトルとして、ＶＬ１、ＶＬ３が存在し、電流制御が可能であることがわかる。これは、正六角形の領域（７）の位置を、スイッチングモードｋ１〜ｋ６の有電圧ベクトルに対して正六角形の各辺が６０度の角度にて交わるよう配置しているためである。
【００９８】
このように構成することにより、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを確実に選択でき、不要なスイッチングを無くすことができる。
【００９９】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。
【０１００】
インバータのスイッチング素子の遅れ時間、電流センサの遅れ時間等の影響により、スイッチングモードを変更しても、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）内に入るのに時間を要する場合がある（以降、応答無駄時間と呼ぶ）。
【０１０１】
図３に示す上記実施の形態１のフローチャートの処理では、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の範囲外であれば常にスイッチングモードを選定しているため、応答無駄時間内の三相電源電圧の変化、電流指令値の変化によっては、現在選定され出力中のスイッチングモードが最適ではなくなる場合もあり、この場合は、再度スイッチングモードが選定され、不要なスイッチングを行うこととなる。
【０１０２】
本実施の形態６では、上記問題を解消するために図１３のフローチャートに基づいて処理を行う。その他は実施の形態１と同様である。
【０１０３】
図１３のフローチャートは、図３のフローチャートに対して、ＳＴＥＰ２１を追加した点である。
【０１０４】
ＳＴＥＰ２０にて、電流偏差ベクトルΔＩが領域（７）の範囲外と判断しても、次のＳＴＥＰ２１にて、現在出力中のスイッチングモードが電流偏差ベクトルΔＩを領域（７）の方向へ移動するものであれば、出力するスイッチングモードを変化させない（ＳＴＥＰ３０）。
【０１０５】
このように構成することにより、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを選択でき、インバータのスイッチング素子の遅れ時間、電流センサの遅れ時間等の影響による不要なスイッチングを無くすことができる。
【０１０６】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係る電力変換装置の制御回路について図面を参照しながら説明する。
【０１０７】
スイッチングモードｋ０とｋ７は、共に大きさが零の零電圧ベクトルであり、電流制御性能の観点からは、どちらを選択しても同じである。本実施の形態７では、上記実施の形態３に加えて、零電圧ベクトルを出力する際に、リアクトルのバラツキ等によって生じる各相毎のスイッチング周波数の偏りが低減されるよう、スイッチングモードｋ０とｋ７を選択する手法を説明する。
【０１０８】
上記実施の形態３では、スイッチングモードｋ０とｋ７を区別することなく図８により重みを決定していたが、本実施の形態７では、スイッチングモードｋ０に変更する際の重みと、スイッチングモードｋ７に変更する際の重みを下記ルールにより変更する。
【０１０９】
ルール１
Ｕ相アームのスイッチング周波数が他相に比べて多い場合は、零電圧ベクトル選択時に、Ｕ相のスイッチングを必要としないスイッチングモードを選択するよう、図１４により重みを決定する。
【０１１０】
ルール２
Ｖ相アームのスイッチング周波数が他相に比べて多い場合は、零電圧ベクトル選択時に、Ｖ相のスイッチングを必要としないスイッチングモードを選択するよう、図１５により重みを決定する。
【０１１１】
ルール３
Ｗ相アームのスイッチング周波数が他相に比べて多い場合は、零電圧ベクトル選択時に、Ｗ相のスイッチングを必要としないスイッチングモードを選択するよう、図１６により重みを決定する。
【０１１２】
上記ルールにより、重みを時分割に使い分けることにより、各相毎のスイッチング周波数の偏りを低減することができる。また、スイッチング回数を低減することを目的とした図１０による重みも加え、４種類の重みを時分割に使い分けても勿論よい。さらに、スイッチング周波数が少ない相に着目して、その相のスイッチングが増えるよう零電圧ベクトルを選択してもよい。
【０１１３】
以上のように構成することにより、電流偏差ベクトルΔＩが許容範囲内に入るための適切なスイッチングモードを選択できるので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチング周波数の各相毎の偏りを低減することができる。
【０１１４】
また、以上の説明では、式（３）にてインバータ電流指令値ＩＡ＊がΔＴの間は一定であると見なせる場合について述べてきたが、実際には変化しているため、以下の式（１８）が成り立つ。
【０１１５】
0003636098.tif 000005
【０１１６】
この式（１８）を微分式にて表すと、式（１９）となる。
【０１１７】
0003636098.tif 000006
【０１１８】
この式（１９）より、三相電源ＶＲと電流指令値の微分成分とインバータ出力電圧ＶＡにより、電流偏差Δｉの変化が決まることが解る。従って、リアクトルのインダクタンス値が大きい、あるいは電流指令値の変化率が大きい場合には、次の式（２０）のＶＲ’を求め、
【０１１９】
ＶＲ’＝ＶＲ＋Ｌｄ／ｄｔ（ＩＡ＊）                            （２０）
【０１２０】
これを実施の形態１ないし７にて用いてきた三相電源ＶＲと置き換えることにより、更に精度よく電流偏差を制御することができる。
【０１２１】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、複数のスイッチング素子から構成された電力変換装置の出力電流を検出する電流検出手段と、電流指令値を発生する三相電流指令発生手段と、前記電流指令値、及び前記出力電流の電流偏差を求める加減算手段と、前記電力変換装置にリアクトルを介して接続された三相電源の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流偏差から電流偏差ベクトルを求め、前記電流偏差ベクトルが、電流制御の精度に応じて予め設定された許容範囲領域にない場合には、前記電圧検出手段によって検出された前記三相電源の電圧に対応する電源電圧ベクトルと、前記電力変換装置の複数のスイッチング素子の状態に応じて出力される電圧に対応する複数の出力電圧ベクトルとの差ベクトルに基づいて、前記電流偏差ベクトルの複数の移動方向を求め、前記電流偏差ベクトルの複数の移動方向のうち前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域の方向へ移動するスイッチングモードを選択し、選択したスイッチングモードに対応した各スイッチング素子のオン／オフ指令を作成して前記電力変換装置に出力するスイッチング指令発生手段とを備えたので、不要なスイッチングを無くすことができるという効果を奏する。
【０１２２】
この発明の請求項２に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記スイッチング指令発生手段が、前記求めた複数の移動方向のうち、前記電流偏差ベクトルの移動方向が前記許容範囲領域へ向き、且つ前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間が最も長いスイッチングモードを選択するので、スイッチング回数を減少させることができるという効果を奏する。
【０１２３】
この発明の請求項３に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記電力変換装置が、複数のスイッチング素子から構成された三相インバータであり、前記スイッチング指令発生手段は、前記求めた複数の移動方向のうち、前記電流偏差ベクトルの移動方向が前記許容範囲領域へ向き、且つスイッチングモード変更に要する前記複数のスイッチング素子のスイッチング回数に相当する重み係数を前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に乗じた値を求め、この値が最も長いスイッチングモードを選択するので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチング周波数を低減するために最適なスイッチングモードを選択することができるという効果を奏する。
【０１２４】
この発明の請求項４に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記スイッチング指令発生手段が、零電圧ベクトルを出力する際に、前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に、前記スイッチングモード変更に要するスイッチング回数により決まる重み係数を乗じた評価関数を求め、この評価関数に基づいてスイッチングモードを選択するので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチング周波数を低減するために最適なスイッチングモードを、２つの零電圧ベクトルの使い分けも含めて、選択することができるという効果を奏する。
【０１２５】
この発明の請求項５に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記許容範囲領域を、正六角形としたので、不要なスイッチングを無くすことができるという効果を奏する。
【０１２６】
この発明の請求項６に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記正六角形の各辺を、前記電力変換装置の出力する有電圧ベクトルに対して垂直に交わるよう配置するので、不要なスイッチングを無くすことができるという効果を奏する。
【０１２７】
この発明の請求項７に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記正六角形の各辺を、前記電力変換装置の出力する有電圧ベクトルに対して６０度の角度にて交わるよう配置するので、不要なスイッチングを無くすことができるという効果を奏する。
【０１２８】
この発明の請求項８に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記スイッチング指令発生手段が、前記求めた電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域にない場合、現在出力中のスイッチング指令が前記電流偏差ベクトルを前記許容範囲領域の方向へ移動するものであれば、出力するスイッチング指令を変化させないので、電流検出手段の遅れ時間等の影響による不要なスイッチングを無くすことができるという効果を奏する。
【０１２９】
この発明の請求項９に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記スイッチング指令発生手段が、零電圧ベクトルを出力する際に、前記電流偏差ベクトルが前記許容範囲領域を通過するのに要する時間に、前記スイッチングモード変更に要する、各相毎のスイッチング回数の偏りに応じて決まる重み係数を乗じた評価関数を求め、この評価関数に基づいてスイッチングモードを選択するので、不要なスイッチングを無くすことができるのに加え、スイッチング周波数の各相毎の偏りを低減することができるという効果を奏する。
【０１３０】
この発明の請求項１０に係る電力変換装置の制御回路は、以上説明したとおり、前記スイッチング指令発生手段が、電流指令の変化率に基づいて前記電流偏差ベクトルの移動方向を求めるので、精度よく電流偏差を制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路のＰＷＭパターンセレクタ回路の構成を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図４】  この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路の三相電源電圧ベクトルを示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の制御回路の電流偏差ベクトルを示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図７】  この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の制御回路の電流偏差ベクトルを示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の制御回路の重み係数を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図１０】  この発明の実施の形態４に係る電力変換装置の制御回路の重み係数を示す図である。
【図１１】  この発明の実施の形態５に係る電力変換装置の制御回路の電流偏差ベクトルを説明するための図である。
【図１２】  この発明の実施の形態５に係る電力変換装置の制御回路の電流偏差ベクトルを示す図である。
【図１３】  この発明の実施の形態６に係る電力変換装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図１４】  この発明の実施の形態７に係る電力変換装置の制御回路の重み係数を示す図である。
【図１５】  この発明の実施の形態７に係る電力変換装置の制御回路の重み係数を示す図である。
【図１６】  この発明の実施の形態７に係る電力変換装置の制御回路の重み係数を示す図である。
【図１７】  従来の電力変換装置の制御回路の構成を示す図である。
【図１８】  従来の電力変換装置の制御回路の三相インバータの構成を示す図である。
【図１９】  従来の電力変換装置の制御回路の逆起電力ベクトルを示す図である。
【図２０】  従来の電力変換装置の制御回路の電流偏差ベクトルを示す図である。
【図２１】  従来の電力変換装置の制御回路のモードとスイッチング状態の関係を示す図である。
【図２２】  従来の電力変換装置の制御回路の逆起電力の領域と電流偏差の領域の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  三相インバータ主回路、３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ  リアクトル、４  直流電源、５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ  三相電源、１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ  電流センサ、８０１  三相電流指令発生回路、８１２  電圧検出回路、８１１  ＰＷＭパターンセレクタ回路、８５１Ｕ、８５１Ｖ、８５１Ｗ  加減算器。
【図１】
0003636098.tif 000007
【図２】
0003636098.tif 000008
【図３】
0003636098.tif 000009
【図４】
0003636098.tif 000010
【図５】
0003636098.tif 000011
【図６】
0003636098.tif 000012
【図７】
0003636098.tif 000013
【図８】
0003636098.tif 000014
【図９】
0003636098.tif 000015
【図１０】
0003636098.tif 000016
【図１１】
0003636098.tif 000017
【図１２】
0003636098.tif 000018
【図１３】
0003636098.tif 000019
【図１４】
0003636098.tif 000020
【図１５】
0003636098.tif 000021
【図１６】
0003636098.tif 000022
【図１７】
0003636098.tif 000023
【図１８】
0003636098.tif 000024
【図１９】
0003636098.tif 000025
【図２０】
0003636098.tif 000026
【図２１】
0003636098.tif 000027
【図２２】
0003636098.tif 000028