(57)【要約】【課題】三相電流形電力変換器において三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御の場合と同数以下のスイッチング回数で交流側フィルタリング後の電流波形を所望の波形にすることが可能なスイッチング制御構成を提供する。【解決手段】交流側電流指令値の｜最大値｜と｜最小値｜とを比較し、｜最大値｜の方が大きいときは最大値である相の上アームをオンし、残り二相の相電圧の小さい方の相の下アームをオンし、残り一相の下アームをスイッチングし、等しいときは最大値である相の上アームをオンし、最小値である相の下アームをオンし、｜最大値｜の方が小さいときは最小値である相の下アームをオンし、残り二相の相電圧の大きい方の相の上アームをオンし、残り一相の上アームをスイッチングし、直流側電流を交流側電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定する三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。【選択図】図２
2008312367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆阻止形のスイッチング素子より成るアームを直列接続したアーム対を三対並列接続した三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、
前記電力変換器から流出する交流側三相の各相の電流指令値を算出し、
前記各相の電流指令値の内で最大値の絶対値と最小値の絶対値とを比較し、
前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも大きいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、残り二相の内で相電圧の小さい方の相の下アームをオンとし、残り一相の下アームをスイッチング対象とし、
前記最大値の絶対値と前記最小値の絶対値とが等しいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、
前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも小さいときは電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、残り二相の内で相電圧の大きい方の相の上アームをオンとし、残り一相の上アームをスイッチング対象とし、
前記電力変換器の直流側の電流を、前記交流側三相の各相の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定することを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
【請求項２】
請求項１記載の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、
前記電力変換器から流出する交流側三相の各相の電流指令値を算出し、
前記各相の電流指令値の内で最大値の絶対値と最小値の絶対値とを比較し、
前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも大きいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、残り二相の相電圧の差が所定値内のときのみ該残り二相の各相の下アームを交互にスイッチング対象とし、
前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも小さいときは電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、残り二相の相電圧の差が所定値内のときのみ該残り二相の各相の上アームを交互にスイッチング対象とし、
前記電力変換器の直流側の電流を、前記交流側三相の各相の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定することを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
【請求項３】
逆阻止形のスイッチング素子より成るアームを直列接続したアーム対を三対並列接続した三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、
前記電力変換器から流出する交流側三相の各相の電流指令値を算出し、
前記各相の電流指令値の内で最大値の絶対値と最小値の絶対値とを比較し、
前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも大きいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、残り二相の各相の下アームを交互にスイッチング対象とし、
前記最大値の絶対値と前記最小値の絶対値とが等しいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、
前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも小さいときは電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、残り二相の各相の上アームを交互にスイッチング対象とし、
前記電力変換器の直流側の電流を、前記交流側三相の各相の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定することを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、
前記スイッチング対象としたアームを、当該アームが接続されている相の電流指令値の絶対値と前記直流側の電流指令値との比率に応じてオンオフすることを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
【請求項５】
請求項４記載の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、
前記スイッチング対象としたアームの電流指令値の一周期分におけるオンオフ比率を予め記憶し、
この記憶したオンオフ比率で前記スイッチング対象として選択されたアームをオンオフすることを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三相電力変換器の一相変調スイッチング制御構成として下記非特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００３】
この非特許文献１には、三相電圧形電力変換器において直流側を定電力にすることで三相中の一相のアーム対、即ち、上下各１個ずつで合計２個のアームのみのスイッチング制御で交流側のフィルタリング後の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）にすることが可能な構成が開示されている。
【０００４】
しかし、非特許文献１に記載の構成は三相電圧形電力変換器のものであり、三相電流形電力変換器において、非特許文献１に記載の構成を適用して、交流側のフィルタリング後の電流波形を所望の波形にするために、三相中一相のアーム対のみのスイッチング制御とすることは困難である。これは、次のことが弊害になっているからである。
【０００５】
即ち、三相電流形電力変換器の従来のスイッチング制御構成では、通常、交流側の三相の電流値の内で絶対値が最大となる相の電流値（交流側電流最大値）よりも直流側の電流値を大きくしているため、直流側電流値と交流側電流最大値の差である余剰電流を三相のいずれかのアーム対において還流させるための短絡モードが必要になる。
【０００６】
図１５は、三相電流形電力変換器の一例である商用電力系統に接続される三相電流形インバータにおいて、短絡モードを行う従来のスイッチング制御構成を説明するための図である。
【０００７】
図１５に示す三相電流形インバータＡは、アーム対Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が三対並列に接続されている。アーム対Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、それぞれ、上アームＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び下アームＳ６，Ｓ５，Ｓ４が直列に接続されている。上アームＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び下アームＳ６，Ｓ５，Ｓ４は、いずれも、逆阻止形のスイッチング素子より成っている。逆阻止形のスイッチング素子は、電流を一方向にしか流さないようにしたスイッチング素子であり、たとえば、ダイオードとＩＧＢＴなどのスイッチング素子とを直列接続したものである。
【０００８】
この三相電流形インバータＡが適用される基本的な回路構成として、インバータＡの直流側に直流電流源Ｇが接続され、インバータＡの交流側には各アーム対Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の上アームＳ１，Ｓ２，Ｓ３と下アームＳ６，Ｓ５，Ｓ４との間において、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相ラインＵ，Ｖ，Ｗを介して負荷（図１５の例では系統負荷）Ｅが接続され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各ラインＵ，Ｖ，ＷにフィルタＦが設けられた構成を例示できる。
【０００９】
このように構成された電流形インバータＡにおいては、交流側三相の中で絶対値が最大となる相の電流値（図１５の例では｜３０Ａ｜）よりも大きな電流値（図１５の例では１００Ａ）を直流側で発生させているため、例えば、交流側に電流を流さないようにする場合には、直流電源Ｇと電流形インバータＡ（図１５（ａ）の例では、Ｕ相の上下アームＳ１，Ｓ６をオンし、このアームＳ１，Ｓ６）との間で直流電流が環流する。
【００１０】
また、あるタイミングで三相電流形インバータＡから負荷Ｅ側へＵ相ラインＵに３０Ａの電流を流すと共に、負荷Ｅ側から三相電流形インバータＡへＶ相及びＷ相ラインＶ，Ｗにそれぞれ２０Ａ，１０Ａの電流を流すようなスイッチング制御を行う場合には（図１５（ｂ）参照）、アーム対Ｂ１の上アームＳ１をオンした状態で、アーム対Ｂ３，Ｂ２，Ｂ１の下アームＳ４，Ｓ５，Ｓ６にそれぞれ１０Ａ，２０Ａ，７０Ａの電流が流れるように下アームＳ４，Ｓ５，Ｓ６を順次オンする。従って、この場合、直流電源Ｇと三相電流形インバータＡ（図１５（ｂ）の例では、Ｕ相の上下アームＳ１，Ｓ６）との間で７０Ａの電流が環流する。
【００１１】
このように、三相電流形インバータの従来のスイッチング制御構成では、直流側の電流を連続して流すための短絡モードが必要となるため、常に、三相のアーム対の何れかのアームをオン／オフしなければならず、三相中一相のアーム対のみのスイッチング制御により交流側のフィルタリング後の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）にすることができない。
【非特許文献１】「三相系統連系変換器の一相スイッチング制御法」、平成１９年電気学会全国大会の講演論文集、２００７年、ｐ１１８〜１１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、三相電流形電力変換器において従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御の場合と同数以下のスイッチング回数で交流側のフィルタリング後の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）にすることが可能なスイッチング制御構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題を解決するために、次の第１及び第２態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成を提供する。
（１）第１態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成
逆阻止形のスイッチング素子より成るアームを直列接続したアーム対を三対並列接続した三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、前記電力変換器から流出する交流側三相の各相の電流指令値を算出し、前記各相の電流指令値の内で最大値の絶対値と最小値の絶対値とを比較し、前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも大きいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、残り二相の内で相電圧の小さい方の相の下アームをオンとし、残り一相の下アームをスイッチング対象とし、前記最大値の絶対値と前記最小値の絶対値とが等しいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも小さいときは電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、残り二相の内で相電圧の大きい方の相の上アームをオンとし、残り一相の上アームをスイッチング対象とし、前記電力変換器の直流側の電流を、前記交流側三相の各相の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定することを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
（２）第２態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成
逆阻止形のスイッチング素子より成るアームを直列接続したアーム対を三対並列接続した三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、前記電力変換器から流出する交流側三相の各相の電流指令値を算出し、前記各相の電流指令値の内で最大値の絶対値と最小値の絶対値とを比較し、前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも大きいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、残り二相の各相の下アームを交互にスイッチング対象とし、前記最大値の絶対値と前記最小値の絶対値とが等しいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも小さいときは電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、残り二相の各相の上アームを交互にスイッチング対象とし、前記電力変換器の直流側の電流を、前記交流側三相の各相の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定することを特徴とする三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成。
【００１４】
本発明に係る第１態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成によれば、前記交流側各相の電流指令値の絶対値が最大となる相の電流指令値と同一電流を直流側電流として設定し、当該相と連通して電流の向きが一致する方のアームを常時オンとし、残り二相についても、相電圧と絶対値が最大となる相の電流の向きとに応じて、常時オンするアームとスイッチング対象とするアームとを選定するように構成したため、三相電流形電力変換器において一相の上下いずれか１個のアームのみのスイッチング制御によって交流側の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）とすることが可能となる。即ち、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と比較してスイッチング回数を半数程度まで低減でき、さらに、スイッチング素子のドライブ電力も低減できる。
【００１５】
本発明に係る第２態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成によれば、スイッチング対象を前記交流側の電流指令値の絶対値が最大となる相以外の残り二相の上又は下のいずれか一方のアームとすることで、スイッチング対象アーム数は２個で済み、前記交流側の電流指令値の一周期での総スイッチング回数を従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と同数程度に収めた状態で交流側の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）とすることができる。また、相電圧の検知も不要にできる。
【００１６】
本発明に係る第１態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、前記電力変換器から流出する交流側三相の各相の電流指令値を算出し、前記各相の電流指令値の内で最大値の絶対値と最小値の絶対値とを比較し、前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも大きいときは電流指令値が最大値である相の上アームをオンとし、残り二相の相電圧の差が所定値内のときのみ該残り二相の各相の下アームを交互にスイッチング対象とし、前記最大値の絶対値の方が前記最小値の絶対値よりも小さいときは電流指令値が最小値である相の下アームをオンとし、残り二相の相電圧の差が所定値内のときのみ該残り二相の各相の上アームを交互にスイッチング対象とし、前記電力変換器の直流側の電流を、前記交流側三相の各相の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定することが好ましい。こうすることで、前記交流側の電流指令値の絶対値が最大となる相以外の残り二相の相電圧の差が前記所定値内という特定の場合のみに、当該二相の各々の上アームを交互に又は各々の下アームを交互にスイッチング対象とせざるを得ないところ、スイッチング対象アーム数は２個で済み、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と同数程度のスイッチング回数に収めることができる。このように特定の場合のみに二相の上又は下のいずれか一方のアームを交互にスイッチング対象とすることを許可することで、前記交流側の電流指令値の一周期での総スイッチング回数を従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と比較して低減できる。
【００１７】
本発明に係る第１及び第２態様の三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成において、前記スイッチング対象としたアームを、当該アームが接続されている相の電流指令値の絶対値と前記直流側の電流指令値との比率に応じてオンオフすることが好ましい。こうすることで各相の電流を各相の電流指令値にそれぞれ収束させることが可能となる。
【００１８】
この構成の場合、さらに、前記スイッチング対象としたアームの電流指令値の一周期分におけるオンオフ比率を予め記憶し、この記憶したオンオフ比率で前記スイッチング対象として選択されたアームをオンオフすることが好ましい。こうすることで、各相の電流を各相の電流指令値にそれぞれ収束させるのに当って三相電流形電力変換器作動中に電流指令値を算出する等のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を省略でき、これにより、制御負荷を低減できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明に係る三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成によると、三相電流形電力変換器において従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御の場合と同数以下のスイッチング回数で交流側のフィルタリング後の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について三相電流形電力変換器の一例として商用電力系統に接続される三相電流形インバータを取り挙げ添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２１】
図１は、本発明に係る三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成を備えた三相電流形インバータ装置の一例の概略構成を示す回路図である。
【００２２】
図１に示す三相電流形インバータ装置１０は、三相電流形インバータＡと、該三相電流形インバータＡの直流側回路１１と、該三相電流形インバータＡの交流側回路１２と、該インバータ装置１０の制御を司る制御部１３とを備えている。
【００２３】
三相電流形インバータＡは、アーム対Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が三対並列に接続されている。アーム対Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、それぞれ、上アームＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び下アームＳ６，Ｓ５，Ｓ４が直列に接続されている。上アームＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び下アームＳ６，Ｓ５，Ｓ４は、いずれも、逆阻止形のスイッチング素子より成っている。逆阻止形のスイッチング素子は、電流を一方向にしか流さないようにしたスイッチング素子であり、たとえば、ダイオードとＩＧＢＴなどのスイッチング素子を直列接続したものである。
【００２４】
三相電流形インバータＡの交流側回路１２には、各アーム対Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の上アームＳ１，Ｓ２，Ｓ３と下アームＳ６，Ｓ５，Ｓ４との間において、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相ラインＵ，Ｖ，Ｗを介して負荷（ここでは三相系統負荷）Ｅが接続されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各ラインＵ，Ｖ，Ｗには、それぞれ、該各ラインＵ，Ｖ，Ｗに対して並列接続されたキャパシタＣSU，ＣSV，ＣSWと該各ラインＵ，Ｖ，Ｗに対して直列接続されたインダクタＬSU，ＬSV，ＬSWとから成るフィルタＦU，ＦV，ＦWが設けられている。ここで、各電圧、電流は矢印の向きを正として定義する。例えば、キャパシタＣSU，ＣSV，ＣSWにかかる電圧ｖU，ｖV，ｖWは交流側中性点Ｍからみた各ラインＵ，Ｖ，Ｗの方向を正とし、また、電流ｉU，ｉV，ｉW，ＩU，ＩV，ＩWはインバータAから負荷Ｅへ流出する向きを正とする。なお、本明細で言う上アームとは直流側から三相電流形電力変換器に電流が流入する方のアーム群（図１ではＳ１，Ｓ２，Ｓ３）を指し、下アームとは三相電流形電力変換器から直流側に電流が流出する方のアーム群（図１ではＳ６，Ｓ５，Ｓ４）を指す。
【００２５】
この三相電流形インバータ装置１０において、三相電流形インバータＡの直流側回路１１は、後述するスイッチング制御構成によって、該インバータＡの直流側の電流ｉLを、交流側回路１２の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流ｉU，ｉV，ｉWの指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値の最大値と同一に設定するために（下記（式１）参照）、一例として構成したものである。
【００２６】
【数１】
2008312367.tif 000003
即ち、インバータＡの直流側回路１１は、直流側の電流ｉLを交流側１２の電流指令値の絶対値の最大値［｜ｉU*｜，｜ｉV*｜，｜ｉW*｜］MAXと同一に設定できるものであれば、いずれのものでもよい。
【００２７】
直流側回路１１は、入力側に直流電源Ｇが接続され且つ出力側に三相電流形インバータＡが接続されている。直流電源Ｇは、所望の直流出力が得られるものであれば、いずれのものでもよい。この直流電源Ｇとしては、それには限定されないが、例えば、太陽電池、燃料電池、エンジンと発電機と整流器とを組み合わせたもの等を挙げることができる。
【００２８】
直流側回路１１は、制御部１３の指示命令に従い直流側の電流ｉLを調整する入力側電流調整部１１ａを備えている。この入力側電流調整部１１ａは、ここでは、直流電源Ｇの出力側でインバータＡの入力側に直列に接続されるスイッチング素子ＳDと、直流電源ＧとインバータＡとの間でスイッチング素子ＳDと直列に接続されるインダクタＬDと、スイッチング素子ＳDとインダクタＬDとの間で直流電源Ｇに並列に接続されるダイオードＤFとを備えている。スイッチング素子ＳDは、制御部１３によって、通電状態（オン状態）と、非通電状態（オフ状態）との切替制御（スイッチング制御）が行われるようになっており、制御部１３の出力系に接続されている。
【００２９】
なお、本実施の形態の直流側回路１１では、直流電源Ｇと入力側電流調整部１１ａとの間にフィルタ回路ＦDが設けられている。
【００３０】
かかる構成を備えた直流側回路１１では、制御部１３による入力側電流調整部１１ａへの制御が行われることによって、インバータＡの直流側の電流ｉLを任意に設定できるようなっている。ここでは、制御部１３によるスイッチング素子ＳDへのスイッチング制御が行われることによって、インダクタＬDにかかる電圧が制御され、これにより、インバータＡの直流側の電流ｉLを交流側１２の電流指令値の絶対値の最大値と同一に設定できるようなっている。
【００３１】
制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４と、記憶部１５とを備えている。記憶部１５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１５１及びＲＡＭ（Random Access Memory）１５２を含み、各種制御プログラムや必要な関数及びテーブルを記憶するようになっている。
【００３２】
制御部１３は、ＣＰＵ１４によって、スイッチング制御プログラムを記憶部１５から読み出し、該読み出したスイッチング制御プログラムを実行することで、入力側電流調整部１１ａの制御（ここではスイッチング素子ＳDのスイッチング制御）及び三相電流形インバータＡにおける各アームＳ１〜Ｓ６のスイッチング素子のスイッチング制御を行うように構成されている。
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態に係るスイッチング制御構成について以下に説明する。制御部１３は、スイッチング制御プログラムによって、交流側電流指令値算出手段と、交流側電流指令値比較手段と、第１スイッチング動作モード実行手段と、第２スイッチング動作モード実行手段と、第３スイッチング動作モード実行手段と、直流側電流設定手段とを備えるように構成されている。なお、以下の説明において、特に言及しないアームはオフ状態としている。
【００３３】
前記交流側電流指令値算出手段は、インバータＡの交流側三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*を算出するものである。前記交流側電流指令値比較手段は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内でプラス、マイナスを考慮した最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXと最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINとを求めると共に、最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜と最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜とを比較するものである。
【００３４】
前記第１スイッチング動作モード実行手段は、前記交流側電流指令値比較手段にて比較した結果、最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜の方が最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜よりも大きいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXである相の上アームをオンとすると共に、残り二相の内で相電圧の小さい方の相の下アームをオンとし、さらに、残り一相の下アームをスイッチング対象とするものである。
【００３５】
前記第２スイッチング動作モード実行手段は、前記交流側電流指令値比較手段にて比較した結果、最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜と最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜とが等しいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で、最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXである相の上アームをオンとすると共に、最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINである相の下アームをオンとするものである。
【００３６】
前記第３スイッチング動作モード実行手段は、前記交流側電流指令値比較手段にて比較した結果、最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜の方が最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜よりも小さいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINである相の下アームをオンとすると共に、残り二相の内で相電圧の大きい方の相の上アームをオンとし、さらに、残り一相の上アームをスイッチング対象とするものである。
【００３７】
前記直流側電流設定手段は、インバータＡの直流側の電流ｉLが、インバータＡの交流側三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値｜ｉU*｜，｜ｉV*｜，｜ｉW*｜の最大値［｜ｉU*｜，｜ｉV*｜，｜ｉW*｜］MAXと同一になるように入力側電流調整部１１ａを（ここではスイッチング素子ＳDをオンオフ）制御するものである。
【００３８】
次に、図２から図５を参照しつつ第１実施形態のスイッチング制御構成の動作例について具体的に説明する。なお、以下の説明において、具体的な数値は、代表値として、あるタイミングでの電流、電圧値を捉え、そのタイミングでのスイッチング制御構成の動作を例示している。他のタイミング及び他の電流、電圧値についても、前記したスイッチング制御構成に従って、同様に動作可能であることは言うまでもない。後述する第２実施形態についても同様である。
【００３９】
図２は、第１実施形態のスイッチング制御構成の概略的な動作の流れを示すフローチャートである。また、図３から図５は、いずれも、図１に示す三相電流形インバータ装置１０において、第１実施形態のスイッチング制御構成を適用した場合の動作状態を示す図であって、それぞれ、図２のフローチャートにおける第１から第３スイッチング動作モードの動作状態を示す図である。
【００４０】
第１実施形態のスイッチング制御構成では、図２に示すように、先ず、交流側三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*を算出し、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXと最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINとを求める（ステップＳＴ１）。次に、得られた電流指令値の最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX及び最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINについて、最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜と最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜とを比較する（ステップＳＴ２，ＳＴ３）。
［第１スイッチング動作モード］
電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最大値（図３の例では［ｉU*＝３０Ａ，ｉV*＝−２０Ａ，ｉW*＝−１０Ａ］MAX）の絶対値（｜ｉU*＝３０Ａ｜）の方が最小値（［ｉU*＝３０Ａ，ｉV*＝−２０Ａ，ｉW*＝−１０Ａ］MIN）の絶対値（｜ｉV*＝−２０Ａ｜）よりも大きい場合には（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ４〜ＳＴ６の第１スイッチング動作モードに移行する。
【００４１】
即ち、図２及び図３に示すように、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最大値（［ｉU*＝３０Ａ，ｉV*＝−２０Ａ，ｉW*＝−１０Ａ］MAX）である相（Ｕ相）の上アーム（Ｓ１）をオン状態にする（ステップＳＴ４）。残り二相（Ｖ相，Ｗ相）の内で相電圧（Ｖ相の相電圧ｖV＝−１５３Ｖ，Ｗ相の相電圧ｖW＝２８Ｖ）の小さい方の相（相電圧ｖV＝−１５３ＶであるＶ相）の下アーム（Ｓ５）をオン状態にする（ステップＳＴ５）。そして、残り一相（Ｗ相）の下アーム（Ｓ４）に対してスイッチングを行う（ステップＳＴ６）。このスイッチングのオンオフ動作については、後ほど説明する。後述する第３スイッチング動作モードにおけるスイッチングのオンオフ動作についても同様である。
［第２スイッチング動作モード］
また、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最大値（図４の例では［ｉU*＝１５Ａ，ｉV*＝−１５Ａ，ｉW*＝０Ａ］MAX）の絶対値（｜ｉU*＝１５Ａ｜）と最小値（［ｉU*＝１５Ａ，ｉV*＝−１５Ａ，ｉW*＝０Ａ］MIN）の絶対値（｜ｉU*＝−１５Ａ｜）とが等しい場合には（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７〜ＳＴ９の第２スイッチング動作モードに移行する。
【００４２】
即ち、図２及び図４に示すように、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最大値（［ｉU*＝１５Ａ，ｉV*＝−１５Ａ，ｉW*＝０Ａ］MAX）である相（Ｕ相）の上アーム（Ｓ１）をオン状態にする（ステップＳＴ７）。電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最小値（［ｉU*＝１５Ａ，ｉV*＝−１５Ａ，ｉW*＝０Ａ］MIN）である相（Ｖ相）の下アーム（Ｓ５）をオン状態にする（ステップＳＴ８）。そして、残り一相（Ｗ相）の上下アーム（Ｓ３，Ｓ４）に対してはスイッチングを行うことなく、いずれもオフ状態にする（ステップＳＴ９）。なお、この第２スイッチング動作モードでは、図４に示すように、交流側の何れか一相の電流指令値（ｉW*）には電流が流れないので、相電圧や線間電圧を考慮しなくてもよく、スイッチング対象のアームを選定する必要がない。
［第３スイッチング動作モード］
さらに、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最大値（図５の例では［ｉU*＝−３０Ａ，ｉV*＝２０Ａ，ｉW*＝１０Ａ］MAX）の絶対値（｜ｉU*＝２０Ａ｜）の方が最小値（［ｉU*＝−３０Ａ，ｉV*＝２０Ａ，ｉW*＝１０Ａ］MIN）の絶対値（｜ｉW*＝−３０Ａ｜）よりも小さい場合には（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、ステップＳＴ１０〜ＳＴ１２の第３スイッチング動作モードに移行する。
【００４３】
即ち、図２及び図５に示すように、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最小値（［ｉU*＝−３０Ａ，ｉV*＝２０Ａ，ｉW*＝１０Ａ］MIX）である相（Ｕ相）の下アーム（Ｓ６）をオン状態にする（ステップＳＴ１０）。残り二相（Ｖ相，Ｗ相）の内で相電圧（Ｖ相の相電圧ｖV＝−１５３Ｖ，Ｗ相の相電圧ｖW＝２８Ｖ）の大きい方の相（相電圧ｖW＝２８ＶであるＷ相）の上アーム（Ｓ３）をオン状態にする（ステップＳＴ１１）。そして、残り一相（Ｖ相）の上アーム（Ｓ２）に対してスイッチングを行う（ステップＳＴ１２）。
［直流側の電流の設定］
この状態において、インバータＡの直流側の電流ｉL（図１参照）が、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値（図３の例では｜３０Ａ｜，｜−２０Ａ｜，｜−１０Ａ｜、図４の例では｜１５Ａ｜，｜−１５Ａ｜，｜０Ａ｜、図５の例では｜−３０Ａ｜，｜２０Ａ｜，｜１０Ａ｜）の最大値（図３の例で３０Ａ、図４の例で１５Ａ、図５の例で３０Ａ）と同一になるようにスイッチング素子ＳDをオンオフする（ステップＳＴ１３）。
【００４４】
次いで、スイッチング動作終了か否かを判断し、継続する場合には（ステップＳＴ１４：Ｎｏ）、ステップＳＴ１〜ＳＴ１３の処理を繰り返す一方、終了する場合には（ステップＳＴ１４：Ｙｅｓ）、スイッチング動作の処理を終了する。
【００４５】
このように第１実施形態のスイッチング制御構成を備えた三相電流形インバータ装置１０では、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値が最大となる相の電流指令値と同一電流値になるように、直流側電流ｉLを制御することで、直流側で余剰電流を還流させないように（短絡モードを行わないように）することができる。従って、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最大値の絶対値及び最小値の絶対値の大小関係に応じて、第１から第３スイッチング動作モードのいずれかのモードのスイッチング制御を実行することで、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御の場合と同数以下のスイッチング回数で交流側のフィルタリング後の電流波形を所望の波形（例えば正弦波形）にすることが可能となる。
【００４６】
図６は、第１実施形態のスイッチング制御構成によって、交流側の実電流波形が正弦波になるようにシミュレーションを行った結果を示すグラフである。図６（ａ）は、その実電流波形を示す図であり、図６（ｂ）から図６（ｄ）は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の上下アームのスイッチング状態を示す図であり、図６（ｅ）は、交流側三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*及びその最大値の絶対値及び最小値の絶対値を表している図である。なお、図６において、α1，α2，α3で示すタイミングは、それぞれ、第１から第３スイッチング動作モードを示している。後述する図１２についても同様である。また、図６（ｅ）において｜ＭＡＸ｜及び｜ＭＩＮ｜は、それぞれ、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最大値の絶対値及び最小値の絶対値を示している。
【００４７】
図６に示すように、インバータＡの交流側のフィルタリング後（フィルタＦU，ＦV，ＦWの出力側）の実電流波形ＩU，ＩV，ＩWが正弦波になっていることがわかる。
【００４８】
詳しくは、図６（ｂ）から図６（ｄ）に示すように、三相電流形インバータＡにおいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相の内、一相の上下いずれか１個のアームのみ（前述の例では、第１スイッチング動作モードα1でアームＳ４（下アーム）のみ、或いは、第３スイッチング動作モードα3でアームＳ２（上アーム）のみ）のスイッチング制御によって、図６（ａ）に示すように、交流側の電流波形を正弦波とすることが可能となる。即ち、従来の三相電圧形電力変換器の三相のアーム対の内、一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と比較してスイッチング回数を半数程度まで低減させることが可能となる。
【００４９】
第１及び第３スイッチング動作モードにおいて、上下いずれか１個のアームによるスイッチング制御が可能となることについて、具体的な数値を使って以下に説明しておく。図７は、第１スイッチング動作モードにおいて一相のアーム対における１個のアームのみでスイッチング制御できることを説明するための図である。
【００５０】
図７に示す第１スイッチング動作モードにおいて、例えば、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が、それぞれ、３０Ａ，−２０Ａ，−１０Ａであり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧ｖU，ｖV，ｖWが、それぞれ、１２５Ｖ，−１５３Ｖ，２８Ｖ（従って、Ｖ相から見たＵ相の電圧が２７８Ｖ（＝１２５Ｖ＋１５３Ｖ）、Ｖ相から見たＷ相の電圧が１８１Ｖ（２８Ｖ＋１５３Ｖ）、Ｗ相から見たＵ相の電圧が９７Ｖ（＝１２５Ｖ−２８Ｖ））である場合には、アームＳ１を構成するスイッチング素子Ｔｒ１とアームＳ４を構成するスイッチング素子Ｔｒ４とがオンされた状態でアームＳ５を構成するスイッチング素子Ｔｒ５がオンされても、アームＳ５は実質的にオフ状態となる。
【００５１】
即ち、Ｖ相から見たＷ相の電圧は１８１Ｖであり、従って、アームＳ５を構成するダイオードＤ５には１８１Ｖの逆バイアス電圧がかかり、該ダイオードＤ５が非通電状態になるので、アームＳ５を構成するスイッチング素子Ｔｒ５がたとえオンされていてもアームＳ５全体としては自動的にオフ状態になる。これにより、アームＳ４のみをスイッチング対象とすることができる。このとき、相電圧をみると、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最大値（ｉU*＝３０Ａ）であるＵ相以外のＶ相，Ｗ相の内、スイッチング対象であるアームＳ４のＷ相の相電圧ｖW（＝２８Ｖ）は、もう一方のＶ相の相電圧ｖV（＝−１５３Ｖ）よりも大きくなっている。
【００５２】
このことより、第１スイッチング動作モードにおいて、一相の上下いずれか１個のアームのみ（この例ではアームＳ４のみ）のスイッチング制御によって交流側の電流波形を所望の波形とすることが可能となる。
【００５３】
また、第３スイッチング動作モードについても同様である。図８は、第３スイッチング動作モードにおいて一相のアーム対における１個のアームのみでスイッチング制御できることを説明するための図である。
【００５４】
図８に示す第３スイッチング動作モードにおいて、例えば、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が、それぞれ、−３０Ａ，２０Ａ，１０Ａであり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧ｖU，ｖV，ｖWが、それぞれ、１２５Ｖ，−１５３Ｖ，２８Ｖ（従って、Ｖ相から見たＵ相の電圧が２７８Ｖ（＝１２５Ｖ＋１５３Ｖ）、Ｖ相から見たＷ相の電圧が１８１Ｖ（２８Ｖ＋１５３Ｖ）、Ｗ相から見たＵ相の電圧が９７Ｖ（＝１２５Ｖ−２８Ｖ））である場合には、アームＳ６を構成するスイッチング素子Ｔｒ６とアームＳ２を構成するスイッチング素子Ｔｒ２とがオンされた状態でアームＳ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ３がオンされても、アームＳ３は実質的にオフ状態となる。
【００５５】
即ち、Ｖ相から見たＷ相の電圧は１８１Ｖであり、従って、アームＳ３を構成するダイオードＤ３には１８１Ｖの逆バイアス電圧がかかり、該ダイオードＤ３が非通電状態になるので、アームＳ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ３がたとえオンされていてもアームＳ３全体としては自動的にオフ状態になる。これにより、アームＳ２のみをスイッチング対象とすることができる。このとき、相電圧をみると、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の最小値（ｉU＝−３０Ａ）であるＵ相以外のＶ相，Ｗ相の内、スイッチング対象であるアームＳ２のＶ相の相電圧ｖV（＝−１５３Ｖ）は、もう一方のＷ相の相電圧ｖW（＝２８Ｖ）よりも小さくなっている。
【００５６】
このことより、第３スイッチング動作モードにおいて、一相の上下いずれか１個のアームのみ（この例ではアームＳ２のみ）のスイッチング制御によって交流側の電流波形を所望の波形とすることが可能となる。
（相電圧値が近いときのスイッチング制御について）
ところで、第１スイッチング動作モードにおいて、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXである相以外の二相の相電圧値が近い場合、当該二相の下アームの通電状態が不安定となる。また、第３スイッチング動作モードにおいても同様に、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINである相以外の二相の相電圧値が近い場合には、当該二相の上アームの通電状態が不安定となる。これにより、交流側の電流波形の歪みを招く（図６（ａ）のβ部分参照）。
【００５７】
これについて図９及び図１０を参照しながらさらに説明する。図９は、第１スイッチング動作モードにおいて、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値である相以外の二相の相電圧値が近いときの不都合を説明するための図であって、図９（ａ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ大きい状態を示す図であり、図９（ｂ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ小さい状態を示す図である。
【００５８】
第１スイッチング動作モードでは、例えば、図９（ａ）に示すように、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が、それぞれ、３０Ａ，−２０Ａ，−１０Ａであり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧ｖU，ｖV，ｖWが、それぞれ、１６３Ｖ，−８１Ｖ，−８２Ｖである場合には、アームＳ１を構成するスイッチング素子Ｔｒ１がオンされ、アームＳ４を構成するスイッチング素子Ｔｒ４がオンされ、そして、アームＳ５がスイッチング対象となる。しかし、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値である相以外の二相の相電圧値が近いと、少しの時間で（アームＳ５がスイッチング対象とされた状態で）これら相電圧の大小関係が逆転することがある。例えば、アームＳ５がスイッチング対象とされた図９（ａ）の状態から、図９（ｂ）に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧ｖU，ｖV，ｖWが、それぞれ、１６３Ｖ，−８２Ｖ，−８１Ｖ（従ってＶ相から見たＷ相の電圧１Ｖ）となると、アームＳ５を構成するスイッチング素子Ｔｒ５をオンしても、該アームＳ５を構成するダイオードＤ５には１Ｖの逆バイアス電圧がかかり、該ダイオードＤ５が非通電状態となってしまう。そうすると、該アームＳ５がオンになるようにスイッチング制御されているにも拘わらず、該アームＳ５が全体としてオフ状態となることがある。
【００５９】
また、第３スイッチング動作モードについても同様である。図１０は、第３スイッチング動作モードにおいて、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値である相以外の二相の相電圧値が近いときの不都合を説明するための図であって、図１０（ａ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ大きい状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ小さい状態を示す図である。
【００６０】
第３スイッチング動作モードでは、例えば、図１０（ａ）に示すように、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が、それぞれ、−３０Ａ，２０Ａ，１０Ａであり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧ｖU，ｖV，ｖWが、それぞれ、１６３Ｖ，−８１Ｖ，−８２Ｖである場合には、アームＳ６を構成するスイッチング素子Ｔｒ６がオンされ、アームＳ２を構成するスイッチング素子Ｔｒ２がオンされ、そして、アームＳ３がスイッチング対象となる。しかし、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値である相以外の二相の相電圧値が近いと、少しの時間で（アームＳ３がスイッチング対象とされた状態で）これら相電圧の大小関係が逆転することがある。例えば、アームＳ３がスイッチング対象とされた図１０（ａ）状態から、図１０（ｂ）に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧ｖU，ｖV，ｖWが、それぞれ、１６３Ｖ，−８２Ｖ，−８１Ｖ（従ってＶ相から見たＷ相の電圧１Ｖ）となると、アームＳ３を構成するスイッチング素子Ｔｒ３をオンしても、該アームＳ３を構成するダイオードＤ３には１Ｖの逆バイアス電圧がかかり、該ダイオードＤ３が非通電状態となってしまう。そうすると、該アームＳ３がオンになるようにスイッチング制御されているにも拘わらず、該アームＳ３が全体としてオフ状態となることがある。
【００６１】
かかる観点から、前記第１スイッチング動作モード実行手段は、さらに、交流側三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜の方が最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜よりも大きいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXである相の上アームをオンとすると共に、残り二相の相電圧の差が所定値内のときのみ該残り二相の各相の下アームを交互にスイッチング対象とすることが好ましい。
【００６２】
また、前記第３スイッチング動作モード実行手段は、さらに、交流側三相の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜の方が最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜よりも小さいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINである相の下アームをオンとすると共に、残り二相の相電圧の差が所定値内のときのみ該残り二相の各相の上アームを交互にスイッチング対象とすることが好ましい。
【００６３】
なお、前記所定値は、三相電流形インバータ装置１０の回路構成（例えば、キャパシタＣSU，ＣSV，ＣSWの容量等）や動作条件（例えば、系統電圧や出力電流等）に応じて適宜設定することができる。
【００６４】
図１１は、図２に示すフローチャートにおいて、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値である相以外の二相の相電圧値が近い場合、或いは、最小値である相以外の二相の相電圧値が近い場合の不都合を考慮したフローチャートである。図１１において、図２と同じ処理を行うステップには同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
図１１に示すフローチャートでは、第１スイッチング動作モードのステップＳＴ４で交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最大値である相（図９の例ではＵ相）の上アーム（Ｓ１）をオン状態にした後、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値である相以外の残り二相（Ｖ相及びＷ相）の相電圧の差が所定値内か否かを判断し（ステップＳＴ１５）、該残り二相の相電圧の差が所定値内を超える場合には（ステップＳＴ１５：Ｎｏ）、ステップＳＴ５へ移行する。一方、該残り二相の相電圧の差が所定値内にある場合には（ステップＳＴ１５：Ｙｅｓ）、該残り二相の各相（Ｖ相及びＷ相）の下アーム（Ｓ４とＳ５と）を交互にスイッチングし（ステップＳＴ１６）、ステップＳＴ１３へ移行する。このステップＳＴ１６の処理においては、スイッチング対象アーム数は２個で済むので、従来の電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と同数程度のスイッチング回数に収めることができる。
【００６６】
また、第３スイッチング動作モードのステップＳＴ１０で交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最小値である相（図１０の例ではＵ相）の下アーム（Ｓ６）をオン状態にした後、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値である相以外の残り二相（Ｖ相及びＷ相）の相電圧の差が所定値内か否かを判断し（ステップＳＴ１７）、該残り二相の相電圧の差が所定値内を超える場合には（ステップＳＴ１７：Ｎｏ）、ステップＳＴ１１へ移行する。一方、該残り二相の相電圧の差が所定値内にある場合には（ステップＳＴ１７：Ｙｅｓ）、該残り二相の各相（Ｖ相及びＷ相）の上アーム（Ｓ２とＳ３と）を交互にスイッチングし（ステップＳＴ１８）、ステップＳＴ１３へ移行する。このステップＳＴ１８の処理においても第１スイッチング動作モードと同様に、スイッチング対象アーム数は２個で済むので、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御と同数程度のスイッチング回数に収めることができる。
【００６７】
図１２は、第１実施形態のスイッチング制御構成において、図１１に示すフローチャートの処理を行った場合で交流側の実電流波形が正弦波になるようにシミュレーションを行った結果を示すグラフである。図１２（ａ）は、その実電流波形を示す図であり、図１２（ｂ）から図１２（ｄ）は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の上下アームのスイッチング状態を示す図である。
【００６８】
図１２に示すように、第１スイッチング動作モードにおいて（図１２のα1部分参照）、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値である相以外の二相の相電圧の差が所定値内にある場合に、図１２のγ1部分に示すように、該残り二相の各相の下アームを交互にスイッチングする。また、第３スイッチング動作モードにおいて（図１２のα3部分参照）、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値である相以外の二相の相電圧の差が所定値内にある場合に、図１２のγ3部分に示すように、該残り二相の各相の上アームを交互にスイッチングする。こうすることで、インバータＡの交流側のフィルタリング後の実電流波形ＩU，ＩV，ＩWの歪み（図６のβ部分参照）をなくすことができ、図１２（ａ）に示すように、実電流波形ＩU，ＩV，ＩWを滑らかな正弦波にできることがわかる。
【００６９】
また、第１実施形態のスイッチング制御構成では、三相電流形インバータの従来のスイッチング制御構成に比べて大幅なスイッチング回数の削減を図ることができる。
【００７０】
例えば、図１２に示すように、本発明の第１実施形態に係るスイッチング制御構成において、二相の相電圧の差が所定値内にある場合に二相の各々の上アーム又は下アームを交互にスイッチングする場合において、スイッチング周波数を１２ｋＨｚと設定すると、電流波形ＩU，ＩV，ＩW一周期（同波形の周波数を５０Ｈｚ、一周期を２０ｍｓとした場合）で約３００回のスイッチング（ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮでスイッチング1回とカウント）回数で済む。なお、発明者の知見によれば、従来の三相電流形インバータにおいて短絡モードを行うスイッチング制御構成では、上記と同条件において１４４０回のスイッチング回数であることから、大幅なスイッチング回数の削減を図ることが可能である。さらに、図１２示すスイッチング制御構成のように、特定の時期においてのみ、二相の上又は下のいずれか一方のアームを交互にスイッチング対象とすることを許可する場合において、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御と比較しても、電流波形の一周期での総スイッチング回数を低減させることが可能となる。従って、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御の場合と同数以下のスイッチング回数を実現することが可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るスイッチング制御構成について以下に説明する。この第２実施形態のスイッチング制御構成において、前記第１実施形態のスイッチング制御構成と同一構成については説明を省略する。
【００７１】
制御部１３は、スイッチング制御プログラムによって、交流側電流指令値算出手段と、交流側電流指令値比較手段と、第１スイッチング動作モード実行手段と、第２スイッチング動作モード実行手段と、第３スイッチング動作モード実行手段と、直流側電流設定手段とを備えるように構成されている。
【００７２】
前記第１スイッチング動作モード実行手段は、電流指令値の最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜の方が最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜よりも大きいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAXである相の上アームをオンとすると共に、残り二相の各相の下アームを交互にスイッチング対象とするものである。
【００７３】
前記第３スイッチング動作モード実行手段は、最大値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MAX｜の方が最小値の絶対値｜［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MIN｜よりも小さいときは、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値［ｉU*，ｉV*，ｉW*］MINである相の下アームをオンとすると共に、残り二相の各相の上アームを交互にスイッチング対象とするものである。
【００７４】
次に、図１３を参照しつつ第２実施形態のスイッチング制御構成の動作例について具体的に説明する。
【００７５】
図１３は、第２実施形態のスイッチング制御構成の概略的な動作の流れを示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートにおいて、ステップＳＴ５，ＳＴ６の処理に代えてステップＳＴ５’を設けると共に、ステップＳＴ１１，ＳＴ１２の処理に代えてステップＳＴ１１’を設けてある。図１３において、図２と同じ処理を行うステップには同じ参照符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
図１３に示すフローチャートでは、第１スイッチング動作モードのステップＳＴ４で交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最大値である相（図３の例ではＵ相）の上アーム（Ｓ１）をオン状態にした後、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最大値である相以外の残り二相（Ｖ相及びＷ相）の各相の下アーム（Ｓ４とＳ５）を交互にスイッチングし（ステップＳＴ５’）、ステップＳＴ１３へ移行する。この場合において、スイッチング対象アーム数は２個で済むので、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と同数程度のスイッチング回数に収めることができる。
【００７７】
また、第３スイッチング動作モードのステップＳＴ１０で交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が最小値である相（図５の例ではＵ相）の下アーム（Ｓ６）をオン状態にした後、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内で最小値である相以外の残り二相（Ｖ相及びＷ相）の各相の上アーム（Ｓ２とＳ３）を交互にスイッチングし（ステップＳＴ１１’）、ステップＳＴ１３へ移行する。この場合においても第１スイッチング動作モードと同様に、スイッチング対象アーム数は２個で済むので、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御と同数程度のスイッチング回数に収めることができる。
【００７８】
このように第２実施形態のスイッチング制御構成を備えた三相電流形インバータ装置１０では、スイッチング対象を交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値が最大となる相以外の残り二相の上又は下のいずれか一方のアームとすることで、スイッチング対象アーム数は２個で済み、交流側の電流波形の一周期での総スイッチング回数を従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対（即ち、上下各１個ずつで合計２個のアーム）のみのスイッチング制御と同数程度にすることができる。また、第１実施形態のスイッチング制御構成のように相電圧を比較することがないので、相電圧の検知を不要にでき、それだけスイッチング制御構成を簡素化することが可能となる。
【００７９】
ところで、インバータＡにおける各アームＳ１〜Ｓ６では、オン状態において電流が流れることにより電力が消費される損失（いわゆるコンダクション損失）が発生したり、或いは、スイッチング（ＯＦＦ→ＯＮ、ＯＮ→ＯＦＦの双方）が行われる際にスイッチング損失が発生したりする。
【００８０】
この点、第１実施形態及び第２実施形態のスイッチング制御構成においては、インバータＡの直流側電流として交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値が最大となる相の電流指令値と同一電流を設定するのに加えて、従来の三相電圧形電力変換器の一相のアーム対のみのスイッチング制御の場合と同数以下のスイッチング回数にすることができるので、それだけコンダクション損失やスイッチング損失を低減させることが可能となる。
（スイッチング対象アームのスイッチング動作について）
次に、第１及び第２実施形態に係るスイッチング制御構成におけるスイッチング対象のアームに対するスイッチング動作について説明する。
【００８１】
第１及び第２実施形態に係るスイッチング制御構成を備えた三相電流形インバータ装置１０において、例えば、スイッチング対象としたアームのオンする時間比率［時比率（デューティー比）：スイッチング周期当たりのオン時間の比率］を、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の絶対値が最大となる相の電流指令値と同一電流値に設定された直流側の電流指令値ｉL*に対する当該スイッチング対象としたアームが接続されている相の電流指令値の絶対値の電流比率とすることができる。
【００８２】
即ち、制御部１３は、スイッチング制御プログラムによって、スイッチング対象としたアームを、直流側の電流指令値ｉL*に対する当該スイッチング対象としたアームが接続されている相の電流指令値の絶対値の比率に応じてオンオフするスイッチング手段をさらに備えるように構成され得る。これにより、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの実電流ＩU，ＩV，ＩWを電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*に収束させることが可能となる。
【００８３】
例えば、スイッチング周期をｔ、スイッチング対象としたアームのスイッチング周期ｔ内のオン時間をτとし、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の内、当該スイッチング対象としたアームが接続されている相の電流指令値をｉX*とすると、スイッチング対象としたアームのオン時間τは、次の（式２）で求めることができる。
【００８４】
【数２】
2008312367.tif 000004
具体的には、図３の例では、スイッチング対象としたアームが接続されている相の電流指令値ｉX*はＷ相の電流指令値ｉW*＝１０Ａであるから、当該スイッチング対象としたアームＳ４がスイッチング周期ｔ（例えば８３．３μｓｅｃ（スイッチング周波数１２ｋＨｚ））中でオンする時間τは、下記式の如く、ｔ／３（例えば２７．８μｓｅｃ）となる。
【００８５】
【数３】
2008312367.tif 000005
なお、交流側の電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*が図６（ｅ）に示す三相正弦波形を示す場合のように、電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の一周期Ｔ内で特定されている場合には、各相Ｕ，Ｖ，Ｗのアームのオンオフ比率を予め設定しておくことができる。この場合、本構成の電流形インバータ装置１０において、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の一周期Ｔ分におけるオンオフ比率を記憶部１５に予め記憶しておくことができる。
【００８６】
そして、前記スイッチング手段は、記憶部１５に記憶したオンオフ比率に基づき、スイッチング対象として選択されたアームをオンオフするように構成され得る。こうすることで、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの実電流ＩU，ＩV，ＩWを電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*に収束させるのに当って三相電流形インバータ作動中に前記（式２）を用いて電流指令値の比率を算出する等の制御ロジックを省略でき、それだけ制御負荷を低減させることが可能となる。
【００８７】
図１４は、交流側各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の一周期Ｔ分におけるオンオフ比率を説明するための図である。
【００８８】
例えば、図１４に示すように、電流指令値ｉU*，ｉV*，ｉW*の一周期Ｔ分における所定のＮ個（Ｎは１以上の整数）のサンプリング周期（例えばスイッチング周期ｔ）ｔ1，ｔ2，…，ｔj，…，ｔN毎に、各サンプリング周期ｔ1，ｔ2，…，ｔj，…，ｔN内でオンする時間比率ｒUj，ｒVj，ｒWj（ｊは１〜Ｎ）をそれぞれテーブルに記憶することができる。
【００８９】
各サンプリング周期ｔ1，ｔ2，…，ｔj，…，ｔNのオン時間比率ｒUj，ｒVj，ｒWjは、それに対応する交流側の電流指令値をｉUj*，ｉVj*，ｉWj*とすると、それぞれ、以下の（式３）から（式５）で求めることができる。
【００９０】
【数４】
2008312367.tif 000006
なお、以上では本発明の実施形態について、電流形電力変換器の一例として商用電力系統に接続される電流形インバータを取り挙げ説明したが、他の種類の電流形インバータ（逆変換器）や電流形コンバータ（順変換器）、更には、電流形アクティブパワーフィルタや電流形無効電力発生装置などにも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る三相電流形電力変換器のスイッチング制御構成を備えた三相電流形インバータ装置の一例の概略構成を示す回路図である。
【図２】第１実施形態のスイッチング制御構成の概略的な動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおける第１スイッチング動作モードの動作状態を示す図である。
【図４】図２のフローチャートにおける第２スイッチング動作モードの動作状態を示す図である。
【図５】図２のフローチャートにおける第３スイッチング動作モードの動作状態を示す図である。
【図６】第１実施形態のスイッチング制御構成によって、交流側の実電流波形が正弦波になるようにシミュレーションを行った結果を示すグラフであって、図（ａ）は、その実電流波形を示す図であり、図（ｂ）から図（ｄ）は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の上下アームのスイッチング状態を示す図であり、図（ｅ）は、交流側三相の各相の電流指令値及びその最大値の絶対値及び最小値の絶対値を表している図である。
【図７】第１スイッチング動作モードにおいて一相のアーム対における１個のアームのみでスイッチング制御できることを説明するための図である。
【図８】第３スイッチング動作モードにおいて一相のアーム対における１個のアームのみでスイッチング制御できることを説明するための図である。
【図９】第１スイッチング動作モードにおいて、交流側各相の電流指令値の内で最大値である相以外の二相の相電圧値が近いときの不都合を説明するための図であって、図（ａ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ大きい状態を示す図であり、図（ｂ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ小さい状態を示す図である。
【図１０】第３スイッチング動作モードにおいて、交流側各相の電流指令値の内で最小値である相以外の二相の相電圧値が近いときの不都合を説明するための図であって、図（ａ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ大きい状態を示す図であり、図（ｂ）は、Ｖ相の相電圧がＷ相の相電圧より１Ｖだけ小さい状態を示す図である。
【図１１】図２に示すフローチャートにおいて、交流側各相の電流指令値の内で最大値である相以外の二相の相電圧値が近い場合、或いは、最小値である相以外の二相の相電圧値が近い場合の不都合を考慮したフローチャートである。
【図１２】第１実施形態のスイッチング制御構成において、図１１に示すフローチャートの処理を行った場合で交流側の実電流波形が正弦波になるようにシミュレーションを行った結果を示すグラフであって、図（ａ）は、その実電流波形を示す図であり、図（ｂ）から図（ｄ）は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の上下アームのスイッチング状態を示す図である。
【図１３】第２実施形態のスイッチング制御構成の概略的な動作の流れを示すフローチャートである。
【図１４】交流側各相の電流指令値の一周期分におけるオンオフ比率を説明するための図である。
【図１５】三相電流形インバータにおいて、短絡モードを行う従来のスイッチング制御構成を説明するための図であって、図（ａ）は、交流側に電流を流さないようにした状態を示す図であり、図（ｂ）は、交流側に電流を流している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
Ａ                      三相電流形インバータ
Ｂ１〜Ｂ３              アーム対
Ｓ１〜Ｓ６              アーム
Ｔ                      電流指令値の一周期
Ｕ，Ｖ，Ｗ              交流側三相
ｉL                    直流側の電流
ｉL*                    直流側の電流指令値
ｉU*，ｉV*，ｉW*      交流側電の流指令値
ｒUj，ｒVj，ｒWj      サンプリング周期に対するオン時間比率
ｔj                    サンプリング周期
ｖU，ｖV，ｖW          相電圧
【図１】
2008312367.tif 000007
【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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