(57)【要約】【課題】交流電源の相間短絡防止や直流母線の電流遮断防止を実現する一方、交流電源の相の電流を電流指令値に一致させて、交流電源の相の電流に歪みや振動が発生しないようにすることができる電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】パルス生成周期Ｔｓ毎に入力電流指令値に応じて交流電源１の２相を選択し上記２相の非平滑直流母線Ｐ、Ｎへの接続時間比率を演算する接続時間比率演算手段１１、上記２相の相間短絡が発生しないよう、かつ、直流母線電流を遮断しないよう、相間短絡防止時間Ｔｄおよび電流遮断防止時間Ｔｏｌを確保しつつ接続時間比率演算手段１１からの出力に基づき各スイッチをオンオフ駆動するためのゲートパルスを発生するゲートパルス発生手段１３、および接続時間比率演算手段１１で演算された接続時間比率を補正し、当該補正した接続時間比率をゲートパルス発生手段１３に出力する接続時間比率補正手段１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の多相交流電圧を直流に変換して直流母線に出力する電力変換装置であって、
各相毎に設けられ、互いに直列になって上記直流母線の正負両極間に接続された正側のスイッチと負側のスイッチとからなり上記正側、負側のスイッチの接続点が上記交流電源の各相に接続された変換スイッチ、所定の周期毎に入力電流指令値に応じて上記多相交流電圧の２相を選択し上記２相の上記直流母線への接続時間比率を演算する接続時間比率演算手段、および上記スイッチを介して上記２相の相間短絡が発生しないよう、また、上記直流母線に流れる電流を遮断しないよう、所定の相間短絡防止時間または電流遮断防止時間を確保しつつ上記接続時間比率演算手段からの出力に基づき上記各スイッチをオンオフ駆動するためのゲートパルスを発生するゲートパルス発生手段を備えた電力変換装置において、
上記接続時間比率演算手段で演算された接続時間比率を補正し、当該補正した接続時間比率を上記ゲートパルス発生手段に出力する接続時間比率補正手段を備えることにより、上記ゲートパルス発生手段が上記相間短絡防止時間および上記電流遮断防止時間のいずれか一方または双方を確保して上記ゲートパルスを発生しても上記交流電源の入力電流が上記入力電流指令値に一致するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上記変換スイッチを構成する各スイッチは、双方向に電圧を阻止し、かつ、双方向に電流の導通を制御可能なものとし、
上記ゲートパルス発生手段は、上記２相の相間短絡が発生しないよう、かつ、上記直流母線に流れる電流を遮断しないよう、上記相間短絡防止時間および上記電流遮断防止時間を確保しつつ上記接続時間比率補正手段からの出力に基づき上記各スイッチをオンオフ駆動するためのゲートパルスを発生することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記交流電源の多相交流電圧を検出する入力電圧検出部および上記直流母線の電流を検出する直流母線電流検出部を備え、
上記接続時間比率補正手段は、上記入力電圧検出部および上記直流母線電流検出部の出力に応じて抽出する、上記相間短絡防止時間および上記電流遮断防止時間に基づき設定する接続時間比率補正値を格納する補正テーブルにより構成したことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期における上記選択された２相を切り替えるときの上記各スイッチの動作順序を上記直流母線に流れる電流の極性に基づいて設定する電流検出型シーケンスで動作するものであり、
上記交流電源の多相交流電圧を検出する入力電圧検出部および上記直流母線の電流を検出する直流母線電流検出部を備え、
上記接続時間比率補正手段は、上記接続時間比率演算手段で演算された接続時間比率に上記相間短絡防止時間に相当する補正をして出力する相間短絡防止時間シフタと、この相間短絡防止時間シフタからの上記相間短絡防止時間に相当する補正に加え、上記入力電圧検出部および上記直流母線電流検出部の出力に応じて抽出する、上記電流遮断防止時間に基づき設定した接続時間比率補正値を格納する補正テーブルとにより構成したことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期における上記選択された２相を切り替えるときの上記各スイッチの動作順序を上記選択された２相の電圧の大小に基づいて設定する電圧検出型シーケンスで動作するものであり、
上記交流電源の多相交流電圧を検出する入力電圧検出部および上記直流母線の電流を検出する直流母線電流検出部を備え、
上記接続時間比率補正手段は、上記接続時間比率演算手段で演算された接続時間比率に上記電流遮断防止時間に相当する補正をして出力する電流遮断防止時間シフタと、この電流遮断防止時間シフタからの上記電流遮断防止時間に相当する補正に加え、上記入力電圧検出部および上記直流母線電流検出部の出力に応じて抽出する、上記相間短絡防止時間に基づき設定した接続時間比率補正値を格納する補正テーブルとにより構成したことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期における上記選択された２相を切り替えるときの上記各スイッチの動作順序を上記直流母線に流れる電流の極性に基づいて設定する電流検出型シーケンスで動作するものであり、
上記交流電源の多相交流電圧を検出する入力電圧検出部および上記直流母線の電流を検出する直流母線電流検出部を備え、
上記接続時間比率補正手段は、上記入力電圧検出部および上記直流母線電流検出部の出力に応じて抽出する、上記電流遮断防止時間に基づき設定した接続時間比率補正値を格納する補正テーブルにより構成し、
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期が偶数倍回数連続する拡張周期毎に上記接続時間比率補正手段からの上記接続時間比率補正値を適用し、上記拡張周期毎における上記交流電源の入力電流が上記入力電流指令値に一致するようにしたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期における上記選択された２相を切り替えるときの上記各スイッチの動作順序を上記選択された２相の電圧の大小に基づいて設定する電圧検出型シーケンスで動作するものであり、
上記交流電源の多相交流電圧を検出する入力電圧検出部および上記直流母線の電流を検出する直流母線電流検出部を備え、
上記接続時間比率補正手段は、上記入力電圧検出部および上記直流母線電流検出部の出力に応じて抽出する、上記相間短絡防止時間に基づき設定した接続時間比率補正値を格納する補正テーブルにより構成し、
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期が偶数倍回数連続する拡張周期毎に上記接続時間比率補正手段からの上記接続時間比率補正値を適用し、上記拡張周期毎における上記交流電源の入力電流が上記入力電流指令値に一致するようにしたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記変換スイッチを構成する各スイッチは、双方向に電圧を阻止し、かつ、双方向に電流の導通を制御可能なものとし、
上記直流母線の電流が所定値未満の場合、
上記接続時間比率補正手段は、上記相間短絡防止時間に基づき上記接続時間比率演算手段で演算された接続時間比率を補正した接続時間比率補正値を出力する補正項演算手段により構成し、
上記ゲートパルス発生手段は、上記２相の相間短絡が発生しないよう上記相間短絡防止時間を確保しつつ上記接続時間比率補正手段からの出力に基づき上記各スイッチをオンオフ駆動するためのゲートパルスを発生することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期が偶数倍回数連続する拡張周期毎に上記接続時間比率補正手段からの上記接続時間比率補正値を適用し、上記拡張周期毎における上記交流電源の入力電流が上記入力電流指令値に一致するようにしたことを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
【請求項１０】
上記変換スイッチを構成する各スイッチは、片方向の電圧を阻止し、かつ、片方向の電流の導通を制御可能なものとし、
上記交流電源の多相交流電圧を検出する入力電圧検出部を備え、
上記接続時間比率補正手段は、上記入力電圧検出部の出力に応じて抽出する、上記電流遮断防止時間に基づき設定する接続時間比率補正値を格納する補正テーブルにより構成し、
上記ゲートパルス発生手段は、上記直流母線に流れる電流を遮断しないよう上記電流遮断防止時間を確保しつつ上記接続時間比率補正手段からの出力に基づき上記各スイッチをオンオフ駆動するためのゲートパルスを発生することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１１】
上記ゲートパルス発生手段は、上記周期が偶数倍回数連続する拡張周期毎に上記接続時間比率補正手段からの上記接続時間比率補正値を適用し、上記拡張周期毎における上記交流電源の入力電流が上記入力電流指令値に一致するようにしたことを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
【請求項１２】
上記直流母線の電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する、複数のスイッチからなる第２の変換スイッチを備え、上記変換スイッチおよび上記第２の変換スイッチにより、上記交流電源の多相交流電圧を任意の振幅および周波数の交流電圧に直接変換して上記負荷に供給する交流−交流電力変換装置を構成したことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１３】
上記負荷に流れる電流と上記負荷への出力電圧に対応する上記第２の変換スイッチの各スイッチのオンオフパターンとに基づき上記直流母線の電流を演算する直流母線電流演算手段を備えたことを特徴とする請求項１２記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、交流電源の交流電圧を直接交流電圧に変換して負荷に供給し、交流電源と負荷との間に非平滑直流母線を有する交流−交流電力変換装置等の電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流−交流電力変換装置は、交流電源と負荷との間に大容量のエネルギー蓄積手段を持たずに、交流電源の交流電圧から任意の周波数と振幅をもつ交流電圧を発生して負荷に供給することができる。このような交流−交流電力変換装置は、エネルギー蓄積手段を持たないことから実質的に交流電源と負荷とが直接的に接続されるため、多様なスイッチング制御の方法が存在する。
その一つに、負荷に任意の周波数と振幅を持つ交流電圧を発生することに加えて、交流電源の相に任意の電流を発生して交流電源に発生する電流の歪みや振動を低減するというスイッチング制御の方法がある。
例えば、特許文献１によれば、交流電源と直流母線との間のスイッチにおいて、直流母線に流れる電流を交流電源の相へ分配することにより交流電源の相に任意の電流を発生させる。交流電源と直流母線との間のスイッチの切り替えタイミングは、交流電源の相の電流指令値によってその相と直流母線との接続時間を計算することによりそのスイッチを制御するゲートパルスとして定められる。
【０００３】
交流電源と直流母線との間のスイッチの切り替えは、交流電源の相間を短絡しないように、スイッチのオフとオンとの間に交流電源相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設ける。この場合、デッドタイム時間の間は直流母線に電流が流れる経路が存在しないため、デッドタイムの前後に直流母線に電流が流れていた場合にはその電流を遮断することになり、スイッチ両端に過大なサージ電圧が発生してスイッチを破壊する。したがって、直流母線に流れる電流を遮断しないようにして交流電源と直流母線との間のスイッチの切り替えを行う必要がある。
例えば、非特許文献１によれば、電流方向の制御が可能なスイッチ群を持つ交流電源と直流母線との間のスイッチにおいて、そのスイッチの切り替えの前後に直流母線に電流が流れている場合において、その切り替えでターンオンまたはターンオフの動作を行う４個の半導体スイッチのオンオフを４段階で切り替える動作が示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６６９７２号公報（段落００１５〜００２６、図１〜４参照）
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １７ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  ＩＥＥＥ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．２，  ｐｐ．７７７−７８７．（２００２）（７８０頁３行〜１７行、図５参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されている回路において、交流電源と直流母線との間のスイッチを、電流を一方向に通電するトランジスタなどの半導体スイッチ素子を組み合わせて構成し、その切り替えに係る４個の半導体スイッチ素子のオンオフを、非特許文献１に示されている４段階で切り替える動作を行うことで、交流電源の相間短絡防止、また、直流母線の電流遮断防止を図る場合、スイッチの接続時間の比率により定められる上記スイッチの切り替えタイミングと、４段階の切り替え動作によって直流母線を流れる電流が実際に転流するタイミングとが異なる場合がある。その結果、交流電源の相の電流指令値と実際に流れる交流電源の相の電流との間に誤差が生じて、交流電源の相の電流に歪みや振動が発生する。
【０００６】
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、交流電源の相間短絡防止や直流母線の電流遮断防止を実現する一方、交流電源の相の電流を電流指令値に一致させて、交流電源の相の電流に歪みや振動が発生しないようにすることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、交流電源の多相交流電圧を直流に変換して直流母線に出力する電力変換装置であって、
各相毎に設けられ、互いに直列になって直流母線の正負両極間に接続された正側のスイッチと負側のスイッチとからなり正側、負側のスイッチの接続点が交流電源の各相に接続された変換スイッチ、所定の周期毎に入力電流指令値に応じて多相交流電圧の２相を選択しこの２相の直流母線への接続時間比率を演算する接続時間比率演算手段、およびスイッチを介して２相の相間短絡が発生しないよう、また、直流母線に流れる電流を遮断しないよう、所定の相間短絡防止時間または電流遮断防止時間を確保しつつ接続時間比率演算手段からの出力に基づき各スイッチをオンオフ駆動するためのゲートパルスを発生するゲートパルス発生手段を備えた電力変換装置において、
接続時間比率演算手段で演算された接続時間比率を補正し、当該補正した接続時間比率をゲートパルス発生手段に出力する接続時間比率補正手段を備えることにより、ゲートパルス発生手段が相間短絡防止時間および電流遮断防止時間のいずれか一方または双方を確保してゲートパルスを発生しても交流電源の入力電流が入力電流指令値に一致するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、以上のように、接続時間比率演算手段で演算された接続時間比率を補正し、当該補正した接続時間比率をゲートパルス発生手段に出力する接続時間比率補正手段を備えたので、接続時間比率演算手段からの出力で定められた接続時間比率と実際に直流母線に接続される転流タイミングに基づく接続時間比率とが一致し、交流電源の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源の相の電流に歪みや振動を発生させないという効果を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による交流−交流電力変換装置の構成図である。交流−交流電力変換装置は、電圧型インバータのように大容量のコンデンサなどのエネルギー蓄積要素を持たないため、交流電源１の何れかの相がそれぞれ２つの非平滑直流母線Ｐ、Ｎを介して直接負荷２に接続される。
変換スイッチ３を構成する、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴのスイッチングによって非平滑直流母線Ｐ、Ｎに、交流電源１の何れかの相を接続して、非平滑の直流母線電圧ＶＤＣ（＞０）を得る。スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴは、図中上段側のスイッチ３ＰＲ、３ＰＳ、３ＰＴの何れか一つがオンしたときは、図中下段側のスイッチ３ＮＲ、３ＮＳ、３ＮＴの何れか一つがオンとなる。ただし、互いに直列に接続されているスイッチ３ＰＲと３ＮＲ、３ＰＳと３ＮＳ、３ＰＴと３ＮＴが同時にオンとなることはない。
【００１０】
上記のスイッチ３ＰＲ〜３ＮＴは、例えば、図２（ａ）のように、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタＴＡＦとＴＡＲ、ダイオードＤＡＦとＤＡＲとを用いて、双方向に電圧を阻止してかつ電流の導通を制御できるように構成する。また、図２（ｂ）のように、逆阻止絶縁ゲート形バイポーラトランジスタＴＢＦとＴＢＲとを逆並列に接続して構成してもよい。また、これ以外の構成であっても、双方向に電圧を阻止してかつ電流の導通を制御できるような構成であればよい。
第２の変換スイッチ４を構成する、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタとダイオードとを逆並列に接続したスイッチ４ＵＰ〜４ＷＮは、電圧型インバータの構成となっている。これらのスイッチ４ＵＰ〜４ＷＮは、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタの代わりに、ＭＯＳＦＥＴなどの電力変換素子を用いて構成してもよい。
【００１１】
入力電圧検出部５は、交流電源１の電圧を検出して入力電圧信号を生成する。直流母線電流検出部６は、非平滑直流母線Ｐを流れる直流母線電流ＩＤＣを検出して直流母線電流信号を生成する。なお、図１では非平滑直流母線Ｐを流れる電流を検出するとしているが、非平滑直流母線Ｎを流れる電流を検出してもよい。
【００１２】
接続時間比率演算手段１１は、所定のパルス生成周期Ｔｓ毎に入力電流指令値に応じて交流電源１の２相を選択し当該２相を非平滑直流母線Ｐ、Ｎにそれぞれ接続する時間の比率を演算して接続時間比率として出力する。例えば、交流電源１の入力力率を１とするように交流電源１の相の電流を制御するための入力電流指令値に応じて、その電流が電流指令値に一致するように接続時間の比率を定める。
接続時間比率補正手段１２は、後段で詳述するように、交流電源１の相の実際の電流が入力電流指令値に一致するように、交流電源１のそれぞれの相の接続時間比率を補正して接続時間比率補正値として出力する。
ゲートパルス発生手段１３は、接続時間比率補正値に応じてスイッチ３ＰＲ〜３ＮＴのゲートパルスを作成してゲートドライバ１４に入力する。
【００１３】
電圧指令手段２１は、負荷２のそれぞれの相に与える電圧の指令値を出力電圧指令値として生成し出力する。この出力電圧指令値は、負荷の制御方式に応じて適切な方法で作成される。変調率調整手段２２は、接続時間比率補正値によって決定される非平滑の直流母線電圧ＶＤＣに応じて、負荷２の出力電圧指令値からそれぞれの相の変調率を演算して出力する。ゲートパルス発生手段２３は、接続時間比率補正値と負荷２のそれぞれの相の変調率に応じてスイッチ４ＵＰ〜４ＷＮのゲートパルスを作成してゲートドライバ２４に入力する。
【００１４】
ゲートパルス発生手段１３が出力するゲートパルスによって、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳ、３ＰＴの相互間、および、スイッチ３ＮＲ、３ＮＳ、３ＮＴの相互間で、それぞれスイッチの切り替え動作が発生する。この切り替え動作の際に、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳ、３ＰＴのうち複数のスイッチが同時にオン、または、スイッチ３ＮＲ、３ＮＳ、３ＮＴのうち複数のスイッチが同時にオンすると、交流電源１の相間を短絡することになりスイッチ３ＰＲ〜３ＮＴに過大な電流が流れてスイッチ破壊する。そのため、通常はターンオフとターンオンとの間に相間短絡防止のためのデッドタイム時間（相間短絡防止時間）を設ける。
【００１５】
しかしながら、この切り替え動作の際に非平滑直流母線Ｐ、Ｎに電流が流れていると、ターンオフ動作によってその電流の経路を遮断することになるため、ターンオフしたスイッチの両端には過大な電圧が発生してスイッチを破壊することになる。そこで、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴのそれぞれを構成する、２つの絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのターンオフまたはターンオンの時刻を適宜ずらすことによって、非平滑直流母線Ｐ、Ｎを流れる電流の経路を確保しつつ交流電源１の相間を短絡しないようにスイッチの切り替え動作を行う方法がすでに示されている。
この切り替え動作の方法と、その切り替え動作によって生じる課題を、図３ならびに、図４および図５を用いて説明する。
【００１６】
図３は、スイッチ３ＰＲと３ＰＳとを構成するトランジスタの配置の一例を示したものである。即ち、ここでは、接続時間比率演算手段１１が、交流電源１のＲ相とＳ相の２相を選択し、両２相と非平滑直流母線Ｐとの接続比率を演算しているものとする。
スイッチ３ＰＲは、交流電源１のＲ相から非平滑直流母線Ｐへの電流の通電・遮断を制御するトランジスタ３ＰＲＦと、非平滑直流母線Ｐから交流電源１のＲ相への電流の通電・遮断を制御するトランジスタ３ＰＲＲとから構成される。同様に、スイッチ３ＰＳは、交流電源１のＳ相から非平滑直流母線Ｐへの電流の通電・遮断を制御するトランジスタ３ＰＳＦと、非平滑直流母線Ｐから交流電源１のＳ相への電流の通電・遮断を制御するトランジスタ３ＰＳＲとから構成される。
【００１７】
図４は、切り替え時の相間短絡および直流母線電流遮断を防止するため、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳを構成する４個のスイッチ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲの切り替え動作順序を、直流母線電流の極性に応じて決定する電流検出型シーケンスにより行う場合を示す。図の上段から、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率に応じてゲートパルス発生手段１３において生成されるスイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号を調整して生成されるトランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲのゲートパルス、および、これらのゲートパルスによって発生する交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものである。
【００１８】
直流母線電流ＩＤＣの極性が正であり（交流電源１から負荷２の方向へ電流が流れる）、交流電源１のＲ相の電圧ＶＲとＳ相の電圧ＶＳが共に正である場合の一例である。直流母線電流ＩＤＣを遮断しないようにトランジスタ３ＰＲＦのターンオンとトランジスタ３ＰＳＦのターンオフとの間に電流遮断防止時間Ｔｏｌを設けて、その前後に、Ｒ相とＳ相との間に相間短絡が発生しないように、トランジスタ３ＰＳＲのターンオフとトランジスタ３ＰＲＦのターンオンとの間と、トランジスタ３ＰＳＦのターンオフとトランジスタ３ＰＲＲのターンオンとの間に、それぞれ相間短絡防止時間Ｔｄを設けることにより、電流検出型シーケンスによる切り替え動作を行う。この切り替え動作の開始は、スイッチ３ＰＲ，３ＰＳのオンオフ信号の切り替えと同時とする。
【００１９】
交流電源１の相の電流の制御は、パルス生成周期Ｔｓの中で直流母線電流ＩＤＣを交流電源１の２相（図４に示すタイミングは、Ｒ相とＳ相との２相が該当）に時間的に分配して、パルス生成周期Ｔｓの間の電流の平均値が所望の入力電流指令値と一致するようにスイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの接続時間を定めることにより行う。したがって、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率は、パルス生成周期Ｔｓの中で直流母線電流ＩＤＣを分配する交流電源１の相の入力電流指令値の比率となる。交流電源１のＲ相、Ｓ相の接続時間の比率をそれぞれＤＲ，ＤＳとし、ＤＲ＋ＤＳ＝１となるようにしておくと、Ｒ相の電流ＩＲ、Ｓ相の電流ＩＳが流れる時間はそれぞれＤＲ×Ｔｓ、ＤＳ×Ｔｓとなる。
【００２０】
ところが、図４の下段に示すように、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲが電流検出型シーケンスによる切り替え動作を行うと、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号の切り替え時刻と、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に実際に切り替わる時刻に誤差が生じて、電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率が、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなる。また、電圧ＶＲと電圧ＶＳとの大小関係によっても、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻が異なる。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００２１】
図５は、切り替え時の相間短絡および直流母線電流遮断を防止するため、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳを構成する４個のスイッチ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲの切り替え動作順序を、交流電源１の２相の電圧の大小に応じて切り替え順序を決定する電圧検出型シーケンスにより行う場合を示す。図の上段から、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものである。
【００２２】
電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きく共に正である場合の一例である。電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きいことから、Ｓ相からＲ相への相間短絡が発生しないようにトランジスタ３ＰＳＦのターンオフとトランジスタ３ＰＲＲのターンオンとの間に相間短絡防止時間Ｔｄを設けて、その前後に、直流母線電流ＩＤＣを遮断しないように、トランジスタ３ＰＲＦのターンオンとトランジスタ３ＰＳＦのターンオフとの間と、トランジスタ３ＰＲＲのターンオンとトランジスタ３ＰＳＲのターンオフとの間に、それぞれ電流遮断防止時間Ｔｏｌを設けることにより、電圧検出型シーケンスによる切り替え動作を行う。この切り替え動作の開始は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号の切り替えと同時とする。
【００２３】
このような電圧検出型シーケンスによる切り替え動作を行うことにより、図５の一例においても図４の一例と同様に電流ＩＲ，ＩＳの実際の通電時間の比率が接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなるだけでなく、直流母線電流ＩＤＣの極性によっても交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻が異なることから、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００２４】
図６は、このような課題を解決するための実施の形態１における接続時間比率補正手段１２を示したものであり、ゲートパルス発生手段１３が、接続時間比率補正値に応じてオンオフ信号を生成するオンオフ信号生成手段１３０と、オンオフ信号を調整して電流検出型シーケンスによる切り替え動作を行うようゲートパルスを発生する電流検出型シーケンス生成手段１３ａとにより構成されている。
電流検出型シーケンス生成手段１３ａは、直流母線電流信号の極性によって、トランジスタの切り替え動作順序を変更する。即ち、直流母線電流信号の極性が正のときは、図４に示す通り、３ＰＳＲオフ→３ＰＲＦオン→３ＰＳＦオフ→３ＰＲＲオンの順序となるが、これに対して、直流母線電流信号の極性が負のときは、図４で示す順序と異なり、３ＰＳＦオフ→３ＰＲＲオン→３ＰＳＲオフ→３ＰＲＦオンの順序となる。
【００２５】
接続時間比率補正手段１２は、補正テーブル１２ａで構成される。補正テーブル１２ａは、入力電圧信号と直流母線電流信号とに応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号は、切り替え動作の前後に非平滑直流母線ＰまたはＮに接続する交流電源１の２つの相の電圧の絶対値を比較して、先に接続する相と後に接続する相の電圧の絶対値の大小を判定するために用いる。直流母線電流信号は、その極性が正または負であるかを判定するために用いる。その判定した結果を組み合わせて、表１の補正値を、先に接続する相の接続時間比率に加算する。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
図７は、補正テーブル１２ａによって図４の接続時間比率ＤＲ，ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の電流の通電時間を、それぞれ示したものであり、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きい場合の一例である。図７の一例では、直流母線電流ＩＤＣの極性が正であり、先に接続するＳ相の電圧ＶＳの絶対値が後に接続するＲ相の電圧ＶＲの絶対値よりも大きいことから、先に接続するＳ相の接続時間比率ＤＳに「−（Ｔｄ＋Ｔｏｌ）／Ｔｓ」を加えて接続時間比率補正値とする。この結果、接続時間比率補正値ＤＲａ、ＤＳａは式（１ａ）（１ｂ）により与えられる。
【００２８】
ＤＲａ＝ＤＲ＋（Ｔｄ＋Ｔｏｌ）／Ｔｓ        ・・・  （１ａ）
ＤＳａ＝ＤＳ−（Ｔｄ＋Ｔｏｌ）／Ｔｓ        ・・・  （１ｂ）
【００２９】
以上の結果、スイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時刻は、接続時間比率を補正する前に比べて（Ｔｄ＋Ｔｏｌ）前にシフトされる。しかしながら、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻は、オンオフ信号の切り替え時刻の（Ｔｄ＋Ｔｏｌ）後であることから、接続時間比率を補正する前のオンオフ信号の切り替え時刻と交流電源１の相の電流が切り替わる時刻とが一致することになる。したがって、補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率とが一致して、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値とパルス生成周期Ｔｓ間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流とも一致することになる。
【００３０】
図８は、先述の課題を解決するための実施の形態１におけるもうひとつの接続時間比率補正手段１２を示したものであり、ゲートパルス発生手段１３が、接続時間比率補正値に応じてオンオフ信号を生成するオンオフ信号生成手段１３０と、オンオフ信号を調整して電圧検出型シーケンスによる切り替え動作を行うゲートパルスを発生する電圧検出型シーケンス生成手段１３ｂにより構成されている。
電圧検出型シーケンス生成手段１３ｂは、入力電圧信号から判定される、２相の大小によってトランジスタの切換動作順序を変更する。即ち、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きいときは、図５に示す通り、３ＰＲＦオン→３ＰＳＦオフ→３ＰＲＲオン→３ＰＳＲオフの順序となるが、これに対して、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも小さいときは、図５に示す順序と異なり、３ＰＲＲオン→３ＰＳＲオフ→３ＰＲＦオン→３ＰＳＦオフの順序となる。
【００３１】
接続時間比率補正手段１２は、補正テーブル１２ｂで構成される。補正テーブル１２ｂは、入力電圧信号と直流母線電流信号に応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号および直流母線電流信号は共に補正テーブル１２ａで用いた判定結果と同一のものを得るために用いる。その判定結果を組み合わせて、表２の補正値を、先に接続する交流電源１の相の接続時間比率に加算する。
【００３２】
【表２】
2008259279.tif 000004
【００３３】
図９は、補正テーブル１２ｂによって図５の接続時間比率ＤＲ，ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の電流の通電時間を、それぞれ示したものであり、直流母線電流ＩＤＣが正である場合の一例である。図９の一例では、先に接続するＳ相の電圧ＶＳの絶対値が後に接続するＲ相の電圧ＶＲの絶対値よりも大きく、直流母線電流ＩＤＣの極性が正であることから、先に接続するＳ相の接続時間比率ＤＳに「−Ｔｏｌ／Ｔｓ」を加えて接続時間比率補正値とする。この結果、接続時間比率補正値ＤＲｂ、ＤＳｂは式（２ａ）（２ｂ）により与えられる。
【００３４】
ＤＲｂ＝ＤＲ＋Ｔｏｌ／Ｔｓ          ・・・  （２ａ）
ＤＳｂ＝ＤＳ−Ｔｏｌ／Ｔｓ          ・・・  （２ｂ）
【００３５】
以上の結果、スイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時刻は、接続時間比率を補正する前に比べてＴｏｌ前にシフトされる。しかしながら、交流電源１の２相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻は、オンオフ信号の切り替え時刻のＴｏｌ後であることから、接続時間比率を補正する前のオンオフ信号の切り替え時刻と交流電源１の相の電流が切り替わる時刻が一致することになる。したがって、補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と電流ＩＲ，ＩＳの実際の通電時間の比率とが一致して、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値とパルス生成周期Ｔｓ間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流とも一致することになる。
【００３６】
以上のように、この実施の形態１によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を、相間短絡および直流母線電流遮断を防止するための切り替え動作として行う場合において、入力電流指令値に応じて演算した接続時間比率を補正する接続時間比率補正手段１２を設けたことにより、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。
【００３７】
実施の形態２．
図１に示す交流−交流電力変換装置のゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と電流検出型シーケンス生成手段１３ａとにより構成される場合、接続時間比率補正手段１２において、実施の形態１の補正テーブル１２ａに代えて、図１０に示すように、相間短絡防止時間シフタとしてのＴｄシフト１２１ｃと補正テーブル１２ｃとで構成されるようにすることも可能である。
【００３８】
Ｔｄシフト１２１ｃは、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率について、先に接続する交流電源１の相の接続時間比率をＴｄ／Ｔｓだけ小さくして後に接続する交流電源１の相の接続時間比率をＴｄ／Ｔｓだけ大きくすることによりオンオフ信号の切り替え時刻をＴｄ前にシフトする。補正テーブル１２ｃは、入力電圧信号と直流母線電流信号に応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号および直流母線電流信号はともに補正テーブル１２ａで用いた判定結果と同一のものを得るために用いる。その判定結果を組み合わせて、表３の補正値を、先に接続する相の接続時間比率に加算する。
【００３９】
【表３】
2008259279.tif 000005
【００４０】
補正テーブル１２ｃの補正値は実施の形態１の補正テーブル１２ａよりも単純になることから、補正テーブル１２ｃは補正テーブル１２ａよりも構成を簡素にすることができる。
Ｔｄシフト１２１ｃによるオンオフ信号の切り替え時刻のシフトと、補正テーブル１２ｃによる補正値での補正とを組み合わせることによって、実施の形態１の補正テーブル１２ａと同一の補正値が得られることは明らかである。したがって、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させるという、実施の形態１の補正テーブル１２ａと同一の効果を得ることができる。
なお、図１０では、Ｔｄシフト１２１ｃは、接続時間比率補正手段１２内の補正テーブル１２ｃの前に設けているが、補正テーブル１２ｃの後に設けても、また、接続時間比率演算手段１１の中に設けてもよく、これらの場合でも接続時間比率補正値が同一の値となるように補正できることは明らかである。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を電流検出型シーケンスにより行う場合において、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。加えて、補正テーブルをより簡素な構成とすることができる。
【００４２】
実施の形態３．
図１に示す交流−交流電力変換装置のゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と電圧検出型シーケンス生成手段１３ｂとにより構成される場合、接続時間比率補正手段１２において、実施の形態１の補正テーブル１２ｂに代えて、図１１に示すように、電流遮断防止時間シフタとしてのＴｏｌシフト１２１ｄと補正テーブル１２ｄとで構成されるようにすることも可能である。
【００４３】
Ｔｏｌシフト１２１ｄは、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率について、先に接続する交流電源１の相の接続時間比率をＴｏｌ／Ｔｓだけ小さくして後に接続する交流電源１の相の接続時間比率をＴｏｌ／Ｔｓだけ大きくすることによりオンオフ信号の切り替え時刻をＴｏｌ前にシフトする。補正テーブル１２ｄは、入力電圧信号と直流母線電流信号とに応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号および直流母線電流信号はともに補正テーブル１２ｂで用いた判定結果と同一のものを得るために用いる。その判定結果を組み合わせて、表４の補正値を、先に接続する相の接続時間比率に加算する。
【００４４】
【表４】
2008259279.tif 000006
【００４５】
補正テーブル１２ｄの補正値は実施の形態１の補正テーブル１２ｂよりも単純になることから、補正テーブル１２ｄは補正テーブル１２ｂよりも構成を簡素にすることができる。
Ｔｏｌシフト１２１ｄによるオンオフ信号の切り替え時刻のシフトと、補正テーブル１２ｄによる補正値での補正とを組み合わせることによって、実施の形態１の補正テーブル１２ｂと同一の補正値が得られることは明らかである。したがって、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させるという、実施の形態１の補正テーブル１２ｂと同一の効果を得ることができる。
なお、図１１では、Ｔｏｌシフト１２１ｄは、接続時間比率補正手段１２内の補正テーブル１２ｄの前に設けているが、補正テーブル１２ｄの後に設けても、また、接続時間比率演算手段１１の中に設けてもよく、これらの場合でも接続時間比率補正値が同一の値となるように補正できることは明らかである。
【００４６】
以上のように、この実施の形態３によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を電圧検出型シーケンスにより行う場合において、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。加えて、補正テーブルをより簡素な構成とすることができる。
【００４７】
実施の形態４．
前述の実施の形態１〜３は、１つのパルス生成周期で接続時間比率を補正することにより、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができる。しかしながら、交流−交流電力変換装置の制御装置の仕様などにより交流−交流電力変換装置の制御装置の計算周期をパルス生成周期より長くした拡張周期にせざるを得ない場合は、前述の実施の形態１〜３によって接続時間比率を補正することは困難である。本発明の実施の形態４は、１つの計算周期（拡張周期）で連続する２つ以上のパルス生成周期のゲートパルスを発生するような制御装置を用いる場合において交流電源１の相の接続時間比率を補正するためのものである。
【００４８】
図１２は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを直流母線電流の極性に応じて切り替え順序を決定する電流検出型シーケンスにより行う場合における、１つの計算周期で連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを生成する場合においてその連続する２つのパルス生成周期にわたるスイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものであり、直流母線電流ＩＤＣの極性が正であり、交流電源１のＲ相の電圧ＶＲとＳ相の電圧ＶＳがともに正である場合の一例である。
【００４９】
図４と同様に、電流検出型シーケンスによる切り替え動作を行うことにより、いずれのパルス生成周期においても、電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率が接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなるだけでなく、電圧ＶＲと電圧ＶＳとの大小関係によっても交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻が異なることから、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００５０】
即ち、図１２の２つのパルス生成周期において、ＩＳの通電時間は、ＶＲ＞ＶＳの場合は、最初の周期でＴｄ長く２つ目の周期でＴｄ＋Ｔｏｌ短いことから２つの周期の合計ではＴｏｌ短くなり、ＶＲ＜ＶＳの場合は、最初の周期でＴｄ＋Ｔｏｌ長く２つ目の周期でＴｄ短いことから２つの周期の合計ではＴｏｌ長くなる。
この場合、２つのパルス生成周期の中央にＩＲの通電時間がありその前後にＩＳの通電時間があることから、実際に電流が切り替わる２度のタイミングを必ずしも本来得られるべき通電時間での切り替えタイミングに合わせる必要はなく、最初の周期と２つ目の周期で本来得られるべき通電時間での切り替えタイミングとのズレ（位相ズレ量）を同じにして接続時間の比率を同じになるようにすればよい。
【００５１】
図１３は、以上の考え方を適用して上記課題を解決した実施の形態４における接続時間比率補正手段１２を示したものであり、ゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と電流検出型シーケンス生成手段１３ａとにより構成されている。接続時間比率補正手段１２は、補正テーブル１２ｅで構成される。補正テーブル１２ｅは、入力電圧信号と直流母線電流信号とに応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号は、切り替え動作の前後に非平滑直流母線ＰまたはＮに接続する交流電源１の２つの相の電圧の絶対値を比較して、最初のパルス生成周期で先に接続する交流電源１の相と後に接続する交流電源１の相の電圧の絶対値の大小を判定するために用いる。直流母線電流信号は、それが正または負であるかを判定するために用いる。その判定結果を組み合わせて、表５の補正値を、最初のパルス生成周期で先に接続する相の接続時間比率に加算する。
【００５２】
【表５】
2008259279.tif 000007
【００５３】
図１４は、補正テーブル１２ｅによって図１２の接続時間比率ＤＲ、ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電時間を、それぞれ示したものであり、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きい場合の一例である。図１４の一例では、直流母線電流ＩＤＣの極性が正であり、最初のパルス生成周期で先に接続するＳ相の電圧ＶＳの絶対値が後に接続するＲ相の電圧ＶＲの絶対値よりも大きいことから、先に接続するＳ相の接続時間比率ＤＳに「−Ｔｏｌ／（２×Ｔｓ）」を加えて接続時間比率補正値とする。この結果、接続時間比率補正値ＤＲｅ、ＤＳｅは式（３ａ）（３ｂ）により与えられる。
【００５４】
ＤＲｅ＝ＤＲ＋Ｔｏｌ／（２×Ｔｓ）          ・・・  （３ａ）
ＤＳｅ＝ＤＳ−Ｔｏｌ／（２×Ｔｓ）          ・・・  （３ｂ）
【００５５】
以上の結果、スイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時刻は、接続時間比率を補正する前に比べて、最初のパルス生成周期ではＴｏｌ／２前に、２つ目のパルス生成周期ではＴｏｌ／２後に、それぞれシフトされる。これによって、接続時間比率を補正する前のオンオフ信号の切り替え時刻と交流電源１の相の電流が切り替わる時刻は一致しないが、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に、Ｒ相から再びＳ相に、それぞれ切り替わる時刻が、いずれも補正前の接続時間比率によるオンオフ信号の切り替え時刻から（Ｔｏｌ／２＋Ｔｄ）後にシフトしており、連続する２つのパルス生成周期合計での電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率は補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と一致することになる。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と連続する２つのパルス生成周期でのＲ相、Ｓ相の実際の平均電流も一致することになる。
【００５６】
図１４は、拡張周期として、連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合において接続時間比率を補正するためのものであったが、拡張周期として、連続する２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても同一の効果が得られることは明らかである。
【００５７】
以上のように、この実施の形態４によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を電流検出型シーケンスにより行う場合において、連続する２つまたは２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。加えて、計算周期をパルス生成周期よりも長くとるような安価な制御装置にも用いることができる。
【００５８】
実施の形態５．
実施の形態４はゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と電流検出型シーケンス生成手段１３ａにより構成される場合のものであったが、ゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と電圧検出型シーケンス生成手段１３ｂにより構成される場合であっても同一の効果を得ることが可能である。
図１５は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを交流電源１の相の電圧の大小に応じて切り替え順序を決定する電圧検出型シーケンスにより行う場合における、拡張周期として連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを生成する場合において、その連続する２つのパルス生成周期にわたるスイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものであり、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きくともに正である場合の一例である。
【００５９】
図５と同様に、電圧検出型シーケンスによる切り替え動作を行うことにより、いずれのパルス生成周期においても、電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率が接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなるだけでなく、直流母線電流ＩＤＣの極性によっても交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻が異なることから、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００６０】
図１６は、このような課題を解決するための本発明の実施の形態５における接続時間比率補正手段１２を示したものであり、ゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と電圧検出型シーケンス生成手段１３ｂとにより構成される場合のものである。接続時間比率補正手段１２は、補正テーブル１２ｆで構成される。補正テーブル１２ｆは、入力電圧信号と直流母線電流信号とに応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号および直流母線電流信号はともに補正テーブル１２ｅで用いた判定結果と同一のものを得るために用いる。その判定結果を組み合わせて、表６の補正値を、最初のパルス生成周期で先に接続する相の接続時間比率に加算する。
【００６１】
【表６】
2008259279.tif 000008
【００６２】
図１７は、補正テーブル１２ｆによって図１５の接続時間比率ＤＲ、ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電時間を、それぞれ示したものであり、直流母線電流ＩＤＣが正である場合の一例である。図１７の一例では、最初のパルス生成周期で先に接続するＳ相の電圧ＶＳの絶対値が後に接続するＲ相の電圧ＶＲの絶対値よりも大きく、直流母線電流ＩＤＣの極性が正であることから、先に接続するＳ相の接続時間比率ＤＳに「＋Ｔｄ／（２×Ｔｓ）」を加えて接続時間比率補正値とする。この結果、接続時間比率補正値ＤＲｆ、ＤＳｆは式（４ａ）（４ｂ）により与えられる。
【００６３】
ＤＲｆ＝ＤＲ−Ｔｄ／（２×Ｔｓ）          ・・・  （４ａ）
ＤＳｆ＝ＤＳ＋Ｔｄ／（２×Ｔｓ）          ・・・  （４ｂ）
【００６４】
以上の結果、スイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時刻は、接続時間比率を補正する前に比べて、最初のパルス生成周期ではＴｄ／２後に、２つ目のパルス生成周期ではＴｄ／２前に、それぞれシフトされる。これによって、接続時間比率を補正する前のオンオフ信号の切り替え時刻と交流電源１の相の電流が切り替わる時刻は一致しないが、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に、Ｒ相から再びＳ相に、それぞれ切り替わる時刻が、いずれも補正前の接続時間比率によるオンオフ信号の切り替え時刻から（Ｔｄ／２＋Ｔｏｌ）後にシフトしており、連続する２つのパルス生成周期合計での電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率は補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と一致することになる。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と連続する２つのパルス生成周期でのＲ相、Ｓ相の実際の平均電流も一致することになる。
【００６５】
図１７は、拡張周期として、連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合において接続時間比率を補正するためのものであったが、拡張周期として、連続する２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても同一の効果が得られることは明らかである。
【００６６】
以上のように、この実施の形態５によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を電圧検出型シーケンスにより行う場合において、連続する２つまたは２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。加えて、計算周期をパルス生成周期よりも長くとるような安価な制御装置にも用いることができる。
【００６７】
実施の形態６．
上述の実施の形態１〜５は、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作の際に非平滑直流母線Ｐ、Ｎに電流が流れているときに、非平滑直流母線Ｐ、Ｎを流れる電流の経路を確保しつつ交流電源１の相間を短絡しないようにスイッチの切り替え動作を行う場合において、交流電源１の相の接続時間比率を補正するためのものである。しかしながら、非平滑直流母線Ｐ、Ｎを流れる電流の絶対値が小さいときは、ターンオフ動作によってその電流の経路を遮断しても過大な電圧は発生せずスイッチを破壊することはない。このときは、交流電源１の相間を短絡しないように、ターンオフとターンオンの間に相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設ければよい。そこで、交流−交流電力変換装置の直流母線電流検出部６が直流母線電流ＩＤＣを検出して生成した直流母線電流信号の絶対値があらかじめ設定した一定値以下である場合には、もっぱら相間短絡防止を考慮したシーケンスによる切り替え動作を行うことができる。
【００６８】
図１８は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものである。Ｓ相からＲ相への相間短絡が発生しないように、トランジスタ３ＰＳＦ、３ＰＳＲのターンオフとトランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲのターンオンとの間に相間短絡防止時間Ｔｄを設けて、相間短絡防止のシーケンスによる切り替え動作を行う。この切り替え動作の開始は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号の切り替えと同時とする。
【００６９】
上記ターンオフの時刻と上記ターンオンの間の時刻の間は、非平滑直流母線Ｐ、Ｎに直流母線電流ＩＤＣが流れない直流母線電流ゼロ期間となる。このような相間短絡防止のためのシーケンスによる切り替え動作を行うと、電流ＩＲ、ＩＳの通電時間はそれぞれトランジスタ３ＰＲＦと３ＰＲＲ、トランジスタ３ＰＳＦと３ＰＳＲがターンオンとなる時間であるため電流ＩＲが流れる時間が相間短絡防止時間Ｔｄだけ短くなることになり、電流ＩＲ、ＩＳの通電時間の比率は接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなる。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００７０】
図１９は、このような課題を解決するための本発明の実施の形態６における接続時間比率補正手段１２を示したものであり、ゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と短絡防止シーケンス生成手段１３ｇとにより構成される場合のものである。接続時間比率補正手段１２は、補正項演算手段１２ｇで構成される。補正項演算手段１２ｇは、先に接続する交流電源１の相の接続時間比率に補正項「１−Ｔｄ／Ｔｓ」を乗算する。
【００７１】
図２０は、補正項演算手段１２ｇによって図１８の接続時間比率ＤＲ、ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の電流の通電時間を、それぞれ示したものである。補正項演算手段１２ｇで接続時間比率を補正した結果、接続時間比率補正値ＤＲｇ、ＤＳｇは式（５ａ）（５ｂ）により与えられる。
【００７２】
ＤＲｇ＝ＤＲ＋ＤＳ×Ｔｄ／Ｔｓ＝ＤＲ＋（１−ＤＲ）×Ｔｄ／Ｔｓ  ・・（５ａ）
ＤＳｇ＝ＤＳ−ＤＳ×Ｔｄ／Ｔｓ                                ・・・（５ｂ）
【００７３】
以上の結果、相間短絡防止時間Ｔｄは、補正前の接続時間比率によるスイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時間を境界として、補正前の接続時間比率ＤＳ、ＤＲの比率に分割されることになる。したがって、Ｒ相、Ｓ相それぞれの補正前の接続時間から、それぞれの接続時間に含まれる相間短絡防止時間Ｔｄが占める時間を除いた、電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率も、補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と一致することになり、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値とパルス生成周期Ｔｓ間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流も一致することになる。
【００７４】
以上のように、この実施の形態６によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を相間短絡防止のための切り替え動作として行う場合において、入力電流指令値に応じて演算した接続時間比率を補正する接続時間比率補正手段１２を設けたことにより、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。
【００７５】
実施の形態７．
拡張周期として連続する２つ以上のパルス生成周期のゲートパルスを発生するような制御装置を用いる場合であっても、交流電源１の相間を短絡しないようにターンオフとターンオンとの間に相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設ける場合に交流電源１の相の接続時間比率を補正することが可能である。
図２１は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、拡張周期として、連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを生成する場合においてその連続する２つのパルス生成周期にわたるスイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＲＲ、３ＰＳＦ、３ＰＳＲのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものである。図１８と同様に、相間短絡防止のためのシーケンスによる切り替え動作を行うことにより、いずれのパルス生成周期においても、電流ＩＲ、ＩＳの通電時間の比率が接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなることから、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００７６】
このような課題を解決するための本発明の実施の形態７における接続時間比率補正手段１２は、実施の形態６の図１９と同一である。ただし、補正項演算手段１２ｇは、最初のパルス生成周期で先に接続する交流電源１の相の接続時間比率に補正項「１−Ｔｄ／Ｔｓ」を乗算したのち、「Ｔｄ／（２×Ｔｓ）」を加算する。
図２２は、補正項演算手段１２ｇによって図２１の接続時間比率ＤＲ、ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の電流の通電時間を、それぞれ示したものである。補正項演算手段１２ｇで接続時間比率を補正した結果、接続時間比率補正値ＤＲｈ、ＤＳｈは式（６ａ）（６ｂ）により与えられる。
【００７７】
ＤＲｈ＝ＤＲ＋ＤＳ×（Ｔｄ／Ｔｓ）−Ｔｄ／（２×Ｔｓ）
＝ＤＲ−ＤＲ×（Ｔｄ／Ｔｓ）＋Ｔｄ／（２×Ｔｓ）      ・・・  （６ａ）
ＤＳｈ＝ＤＳ−ＤＳ×（Ｔｄ／Ｔｓ）＋Ｔｄ／（２×Ｔｓ）      ・・・  （６ｂ）
【００７８】
連続する２つのパルス生成周期での電流ＩＲ、ＩＳの通電時間は、Ｒ相、Ｓ相それぞれの補正後の接続時間からいずれも相間短絡防止時間Ｔｄを１つだけ引いたものとなる。以上の結果、この連続する２つのパルス生成周期での電流ＩＲ、ＩＳの通電時間の比率は、Ｒ相がＤＲ×（１−Ｔｄ／Ｔｓ）、Ｓ相がＤＳ×（１−Ｔｄ／Ｔｓ）となり、これは補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と一致する。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値とパルス生成周期Ｔｓ間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流とも一致することになる。
【００７９】
図２２は、拡張周期として、連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合において接続時間比率を補正するためのものであったが、拡張周期として、連続する２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても同一の効果が得られることは明らかである。
【００８０】
以上のように、この実施の形態７によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を相間短絡防止のための切り替え動作として行う場合において、連続する２つまたは２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。加えて、計算周期をパルス生成周期よりも長くとるような安価な制御装置にも用いることができる。
【００８１】
実施の形態８．
上述の実施の形態１〜５は、交流−交流電力変換装置のスイッチ３ＰＲ〜３ＮＴが図２のように双方向に電圧を阻止してかつ電流の導通を制御できるような構成であったが、図２３のように、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタＴＣＦとダイオードＤＣＦとを用いて、片方向の電流の導通を制御してかつ逆方向の電圧を阻止するような構成をとることもできる。また、これ以外の構成でも、例えば、逆阻止絶縁ゲート形バイポーラトランジスタで同一の機能を持たせることができる。このような構成では、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳ、３ＰＴのうち複数のスイッチがオン、または、スイッチ３ＮＲ、３ＮＳ、３ＮＴのうち複数のスイッチがオンとなっても、交流電源１の相間を短絡するような経路が発生することはなく、したがって、相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設ける必要はない。そこで、このような構成では、もっぱら非平滑直流母線Ｐ、Ｎを流れる電流の経路を確保するように、ターンオンとターンオフとの間に電流遮断防止のためのデッドタイム時間を設ければよい。
【００８２】
図２４は、スイッチ３ＰＲ，３ＰＳの切り替えを電流遮断防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＳＦのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものであり、交流電源１のＲ相の電圧ＶＲとＳ相の電圧ＶＳがともに正である場合の一例である。直流母線電流ＩＤＣの極性は、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの構成により常に正または０である。直流母線電流ＩＤＣを遮断しないように、トランジスタ３ＰＲＦのターンオンとトランジスタ３ＰＳＦのターンオフとの間に電流遮断防止時間Ｔｏｌを設けて、電流遮断防止のシーケンスによる切り替え動作を行う。この切り替え動作の開始は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号の切り替えと同時とする。
【００８３】
このような電流遮断防止のためのシーケンスによる切り替え動作を行うと、電圧ＶＲと電圧ＶＳとの大小関係によって、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号の切り替え時刻と、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に実際に切り替わる時刻に誤差が生じて、電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率が、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなる場合がある。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流にも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００８４】
図２５は、このような課題を解決するための本発明の実施の形態８における接続時間比率補正手段１２を示したものであり、ゲートパルス発生手段１３がオンオフ信号生成手段１３０と遮断防止シーケンス生成手段１３ｉとにより構成される場合のものである。接続時間比率補正手段１２は、補正テーブル１２ｉで構成される。補正テーブル１２ｉは、入力電圧信号に応じて、接続時間比率を補正して接続時間比率補正値を出力する。入力電圧信号は、切り替え動作の前後に非平滑直流母線ＰまたはＮに接続する交流電源１の２つの相の電圧の絶対値を比較して、先に接続する相と後に接続する相の電圧の絶対値の大小を判定するために用いる。その判定した結果から、表７の補正値を、先に接続する交流電源１の相の接続時間比率に加算する。
【００８５】
【表７】
2008259279.tif 000009
【００８６】
図２６は、補正テーブル１２ｉによって図２４の接続時間比率ＤＲ、ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の電流の通電時間を、それぞれ示したものであり、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きい場合の一例である。図２６の一例では、先に接続するＳ相の電圧ＶＳの絶対値が後に接続するＲ相の電圧ＶＲの絶対値よりも大きいことから、先に接続するＳ相の接続時間比率ＤＳに「−Ｔｏｌ／Ｔｓ」を加えて接続時間比率補正値とする。この結果、接続時間比率補正値ＤＲｉ、ＤＳｉは式（７ａ）（７ｂ）により与えられる。
【００８７】
ＤＲｉ＝ＤＲ＋Ｔｏｌ／Ｔｓ          ・・・  （７ａ）
ＤＳｉ＝ＤＳ−Ｔｏｌ／Ｔｓ          ・・・  （７ｂ）
【００８８】
以上の結果、スイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時刻は、接続時間比率を補正する前に比べてＴｏｌ前にシフトされる。しかしながら、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に切り替わる時刻は、オンオフ信号の切り替え時刻のＴｏｌ後であることから、接続時間比率を補正する前のオンオフ信号の切り替え時刻と交流電源１の相の電流が切り替わる時刻が一致することになる。したがって、補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率が一致して、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値とパルス生成周期Ｔｓ間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流とも一致することになる。
【００８９】
以上のように、この実施の形態８によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を電流遮断防止のための切り替え動作として行う場合において、入力電流指令値に応じて演算した接続時間比率を補正する接続時間比率補正手段１２を設けたことにより、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。
【００９０】
実施の形態９．
拡張周期として連続する２つ以上のパルス生成周期のゲートパルスを発生するような制御装置を用いる場合であっても、直流母線電流ＩＤＣを遮断しないようにターンオンとターンオフとの間に電流遮断防止のためのデッドタイム時間を設ける場合に交流電源１の相の接続時間比率を補正することが可能である。
図２７は、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを電流遮断防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、拡張周期として、連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを生成する場合においてその連続する２つのパルス生成周期にわたるスイッチ３ＰＲ、３ＰＳのオンオフ信号、トランジスタ３ＰＲＦ、３ＰＳＦのゲートパルス、および、交流電源１の２相の電流の通電期間を、それぞれ示したものであり、交流電源１のＲ相の電圧ＶＲとＳ相の電圧ＶＳが共に正である場合の一例である。直流母線電流ＩＤＣの極性は、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの構成により常に正または０である。電流遮断防止のためのシーケンスによる切り替え動作を行うことにより、連続する２つのうちいずれか１つのパルス生成周期において電流ＩＲ、ＩＳの通電時間の比率が、接続時間比率演算手段１１が出力する接続時間比率と一致しなくなることから、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と、パルス生成周期Ｔｓの間のＲ相、Ｓ相の実際の平均電流とにも誤差が生じることになり、交流電源１の相の電流に歪みや振動が生じることになる。
【００９１】
このような課題を解決するための本発明の実施の形態９における接続時間比率補正手段１２は、実施の形態８の図２５と同一である。ただし、補正テーブル１２ｉは、先に接続する相と後に接続する相の電圧の絶対値の大小を判定した結果から、表８の補正値を、最初のパルス生成周期で先に接続する交流電源１の相の接続時間比率に加算する。
【００９２】
【表８】
2008259279.tif 000010
【００９３】
図２８は、補正テーブル１２ｉによって図２７の接続時間比率ＤＲ、ＤＳを補正したときのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の電流の通電時間を、それぞれ示したものであり、電圧ＶＳが電圧ＶＲよりも大きい場合の一例である。図２８の一例では、最初のパルス生成周期で先に接続するＳ相の電圧ＶＳの絶対値が後に接続するＲ相の電圧ＶＲの絶対値よりも大きいことから、先に接続するＳ相の接続時間比率ＤＳに「−Ｔｏｌ／Ｔｓ」を加えて接続時間比率補正値とする。この結果、接続時間比率補正値ＤＲｊ、ＤＳｊは式（８ａ）（８ｂ）により与えられる。
【００９４】
ＤＲｊ＝ＤＲ＋Ｔｏｌ／（２×Ｔｓ）          ・・・  （８ａ）
ＤＳｊ＝ＤＳ−Ｔｏｌ／（２×Ｔｓ）          ・・・  （８ｂ）
【００９５】
以上の結果、スイッチ３ＰＳと３ＰＲとのオンオフ信号の切り替え時刻は、接続時間比率を補正する前に比べて、最初のパルス生成周期ではＴｏｌ／２前に、２つ目のパルス生成周期ではＴｏｌ／２後に、それぞれシフトされる。これによって、接続時間比率を補正する前のオンオフ信号の切り替え時刻と交流電源１の相の電流が切り替わる時刻は一致しないが、交流電源１の相の電流がＳ相からＲ相に、Ｒ相から再びＳ相に、それぞれ切り替わる時刻が、いずれも補正前の接続時間比率によるオンオフ信号の切り替え時刻からＴｏｌ／２後にシフトしており、連続する２つのパルス生成周期合計での電流ＩＲ、ＩＳの実際の通電時間の比率は補正前の接続時間比率ＤＲ、ＤＳの比率と一致することになる。したがって、Ｒ相、Ｓ相の入力電流指令値と連続する２つのパルス生成周期でのＲ相、Ｓ相の実際の平均電流も一致することになる。
【００９６】
図２８は、拡張周期として、連続する２つのパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合において接続時間比率を補正するためのものであったが、拡張周期として、連続する２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても同一の効果が得られることは明らかである。
【００９７】
以上のように、この実施の形態９によれば、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を電流遮断防止のための切り替え動作として行う場合において、連続する２つまたは２を超える偶数のパルス生成周期のゲートパルスを発生する場合においても、交流電源１の相の電流を入力電流指令値に一致させることができ、交流電源１の相の電流に歪みや振動のない交流−交流電力変換装置を得ることができる。加えて、計算周期をパルス生成周期よりも長くとるような安価な制御装置にも用いることができる。
【００９８】
実施の形態１０．
上述の実施の形態１〜７は、直流母線電流信号を生成するために、非平滑直流母線ＰまたはＮを流れる直流母線電流ＩＤＣを直流母線電流検出部６により検出している。このように、直流母線電流ＩＤＣを検出するための検出器を設ける必要があり、製造コストが増大するという課題が生じる。
【００９９】
図２９は、このような課題を解決するための本発明の実施の形態１０による交流−交流電力変換装置の構成図である。図１と同一の構成要素については図１と同一の番号を付し個々の説明は省略する。
出力電流検出部７Ｕ、７Ｖ、７Ｗは、負荷２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる負荷２の相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを検出して負荷電流信号を生成する。出力電流検出部７Ｕ、７Ｖ、７Ｗは、例えば、電圧指令手段２１で負荷の制御方式に応じて出力電圧指令値を作成および補正するために備えるものである。直流母線電流演算手段３１は、ゲートパルス発生手段２３が出力するゲートパルスと負荷電流信号とに応じて、直流母線電流信号を演算して出力する。
【０１００】
ゲートパルス発生手段２３が出力するゲートパルスは、負荷２のそれぞれの相について、相間短絡防止のためのデッドタイム時間を除いて、通常は非平滑直流母線ＰまたはＮのいずれかに接続するスイッチがオンとなるように生成される。負荷２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相について、非平滑直流母線Ｐに接続するスイッチ４ＵＰ、４ＶＰ、４ＷＰがオンとなる状態を「１」で、非平滑直流母線Ｎに接続するスイッチ４ＵＮ、４ＶＮ、４ＷＮがオンとなる状態を「０」で表すとし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に並べた３桁の２進数を出力電圧ベクトルと呼ぶことにする。このとき、出力電圧ベクトルの状態に応じて、交流−交流電力変換装置の非平滑直流母線Ｐ、Ｎを流れる直流母線電流ＩＤＣは、非平滑直流母線Ｐ、Ｎと負荷２との間に他の回路要素がないことから、負荷２のいずれかの相の電流と同一となる。
【０１０１】
図３０〜３７は、８通りあるすべての出力電圧ベクトルの状態とそれぞれの状態における直流母線電流ＩＤＣについて説明するためのものである。電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの矢印の向きはそれぞれの電流が正となる方向を示すものであり、電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷそれぞれの電流の極性を示すものではない。また、スイッチ４ＵＰ〜４ＷＮは、オンまたはオフの状態を分かりやすく示すためスイッチ３ＰＲ〜３ＮＴと同様の形状で示している。例えば、図３０は、出力電圧ベクトルが「０００」であるときの状態である。このとき、非平滑直流母線Ｐに接続する４ＵＰ、４ＶＰ、４ＷＰはすべてオフであるため、非平滑直流母線Ｐから負荷２への電流の経路が存在しない。したがって、直流母線電流ＩＤＣは０となる。また、例えば、図３１は、出力電圧ベクトルが「１００」であるときの状態である。このとき、非平滑直流母線Ｐに接続するスイッチのうち４ＵＰはオン、４ＶＰ、４ＷＰはオフであることから、非平滑直流母線Ｐから負荷２への電流の経路は負荷２のＵ相のみに存在する。したがって、直流母線電流ＩＤＣは負荷２のＵ相の電流ＩＵと同一となる。図３２〜３７についても同様に直流母線電流ＩＤＣと同一となる負荷２のいずれかの相の電流が存在する。すべての出力電圧ベクトルの状態について、直流母線電流ＩＤＣとそれぞれ同一となる負荷２の相の電流との関係は表９に示す通りとなる。
【０１０２】
【表９】
2008259279.tif 000011
【０１０３】
したがって、直流母線電流演算手段３１は、ゲートパルス発生手段２３が出力するゲートパルスから出力電圧ベクトルを作成して、その出力電圧ベクトルに応じて負荷電流信号から１つの電流信号を選択して直流母線電流信号として出力することにより、直流母線電流検出部６が生成する直流母線電流信号と同一の信号を得ることができる。
図２９では、直流母線電流演算手段３１は、ゲートパルス発生手段２３が出力するゲートパルスと負荷電流信号とに応じて、直流母線電流信号を演算して出力するようにしているが、電圧指令手段２１が出力する出力電圧指令値または変調率調整手段２２が出力する変調率から、スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの切り替え動作を行う時点での出力電圧ベクトルを推定してその時点での直流母線電流信号を出力するようにしてもよい。また、直流母線電流演算手段３１に入力する負荷電流信号は、出力電流検出部７Ｕ、７Ｖ、７Ｗが負荷２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる負荷２の相の電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを検出して生成するようにしているが、出力電流検出部７Ｕ、７Ｖ、７Ｗのうち２つにより電流を検出して負荷電流信号を生成して残る１つの相の電流を推定するようにしてもよい。
【０１０４】
以上のように、この実施の形態１０によれば、直流母線電圧信号を用いて交流電源１の相の接続時間比率を補正する場合において、ゲートパルスと負荷電流信号とに応じて直流母線電流信号を演算して出力する直流母線電流演算手段３１を設けたことにより、出力電圧指令値を作成および補正するために備えた出力電流検出部で検出した負荷電流信号から直流母線電流信号を得ることができるため、直流母線電流検出部を必要としない、より安価な交流−交流電力変換装置を得ることができる。
【０１０５】
なお、以上の各実施の形態例では、交流電源１は３相交流のものについて説明したが、この発明は、これに限らず、２相以上の多相交流電圧を変換する電力変換装置にも同様に適用でき、以上で説明した内容と同等の効果を奏するものである。
【０１０６】
また、上記実施の形態１〜９は、交流電源１の３相交流を変換スイッチ３により直流に変換してエネルギー蓄積手段を持たない非平滑直流母線Ｐ、Ｎに出力し、更に、この非平滑直流母線Ｐ、Ｎの直流電圧を第２の変換スイッチ４により任意の周波数と振幅をもつ３相交流電圧に変換して負荷２に供給する交流−交流電力変換装置に適用した場合について説明したが、この発明は、これに限らず、非平滑直流母線の直流電圧をそのまま単相交流電圧に変換して負荷に供給する場合、また、直流母線の電圧を平滑しこの平滑直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する場合、更に、直流母線に直接負荷を接続する場合等にも、同様に適用でき、以上で説明した内容と同等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態１による電力変換装置である交流−交流電力変換装置の構成図である。
【図２】スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの構成の一例を示す図である。
【図３】スイッチ３ＰＲと３ＰＳとを構成するトランジスタの配置の一例を示す図である。
【図４】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを直流母線電流の極性に応じて切り替え順序を決定する電流検出型シーケンスにより行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図５】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを交流電源１の相の電圧の大小に応じて切り替え順序を決定する電圧検出型シーケンスにより行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において、ゲートパルス発生手段１３が電流検出型シーケンス生成手段１３ａにより構成される場合の、接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを直流母線電流の極性に応じて切り替え順序を決定する電流検出型シーケンスにより行う場合における、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１において、ゲートパルス発生手段１３が電圧検出型シーケンス生成手段１３ｂにより構成される場合の、接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態１において、スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを交流電源１の相の電圧の大小に応じて切り替え順序を決定する電圧検出型シーケンスにより行う場合における、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２における接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図１２】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを直流母線電流の極性に応じて切り替え順序を決定する電流検出型シーケンスにより行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示す、連続するパルス生成周期２周期分のタイミングチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態４における接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図１５】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを交流電源１の相の電圧の大小に応じて切り替え順序を決定する電圧検出型シーケンスにより行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示す、連続するパルス生成周期２周期分のタイミングチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態５における接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態５による、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図１８】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態６における接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図２０】本発明の実施の形態６による、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図２１】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを相間短絡防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示す、連続するパルス生成周期２周期分のタイミングチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態７による、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図２３】スイッチ３ＰＲ〜３ＮＴの構成の他の一例を示す図である。
【図２４】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを電流遮断防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図２５】本発明の実施の形態８における接続時間比率補正手段１２の構成図である。
【図２６】本発明の実施の形態８による、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図２７】スイッチ３ＰＲ、３ＰＳの切り替えを電流遮断防止のためのデッドタイム時間を設けて行う場合における、従来の交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示す、連続するパルス生成周期２周期分のタイミングチャートである。
【図２８】本発明の実施の形態９による、交流−交流電力変換装置のスイッチのオンオフ信号、ゲートパルスおよび交流電源１の２相の通電期間を示すタイミングチャートである。
【図２９】本発明の実施の形態１０による交流−交流電力変換装置の構成図である。
【図３０】出力電圧ベクトルに応じて直流母線電流と等価となる負荷２の電流を説明するための図である。
【図３１】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【図３２】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【図３３】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【図３４】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【図３５】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【図３６】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【図３７】図３０とは異なる出力電圧ベクトルに対応した図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  交流電源、２  負荷、３  変換スイッチ、３ＰＲ〜３ＮＴ  スイッチ、
４  第２の変換スイッチ、４ＵＰ〜４ＷＮ  スイッチ、５  入力電圧検出部、
６  直流母線電流検出部、７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ  出力電流検出部、
１１  接続時間比率演算手段、１２  接続時間比率補正手段、
１３  ゲートパルス発生手段、１４  ゲートドライバ、３１  直流母線電流演算手段、
１２ａ〜１２ｆ，１２ｉ  補正テーブル、１２ｇ  補正項演算手段、
１３ａ  電流検出型シーケンス生成手段、１３ｂ  電圧検出型シーケンス生成手段、
１３ｇ  短絡防止シーケンス生成手段、１３ｉ  遮断防止シーケンス生成手段、
１２１ｃ  Ｔｄシフト、１２１ｄ  Ｔｏｌシフト、１３０  オンオフ信号生成手段。
【図１】
2008259279.tif 000012
【図２】
2008259279.tif 000013
【図３】
2008259279.tif 000014
【図４】
2008259279.tif 000015
【図５】
2008259279.tif 000016
【図６】
2008259279.tif 000017
【図７】
2008259279.tif 000018
【図８】
2008259279.tif 000019
【図９】
2008259279.tif 000020
【図１０】
2008259279.tif 000021
【図１１】
2008259279.tif 000022
【図１２】
2008259279.tif 000023
【図１３】
2008259279.tif 000024
【図１４】
2008259279.tif 000025
【図１５】
2008259279.tif 000026
【図１６】
2008259279.tif 000027
【図１７】
2008259279.tif 000028
【図１８】
2008259279.tif 000029
【図１９】
2008259279.tif 000030
【図２０】
2008259279.tif 000031
【図２１】
2008259279.tif 000032
【図２２】
2008259279.tif 000033
【図２３】
2008259279.tif 000034
【図２４】
2008259279.tif 000035
【図２５】
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【図２６】
2008259279.tif 000037
【図２７】
2008259279.tif 000038
【図２８】
2008259279.tif 000039
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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