(57)【要約】【課題】キャリア比較の際に、三相に対して１つのキャリアを用いるだけで済む交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法を提供する。【解決手段】多相の交流電源から交流−交流直接変換器（３）の双方向スイッチ（ＳＷ１〜ＳＷ９）を空間ベクトルによる変調でＰＷＭ制御する交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法であって、仮想間接形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンを、直接変換形の空間ベクトルを用いた５つのベクトルの組み合わせから成るスイッチングパターンに変換し、前記変換されたスイッチングパターンのうち所定の条件を満たすスイッチングパターンを選択し、前記選択されたスイッチングパターンの５つのベクトルのデューティを、仮想間接形の空間ベクトルと直接変換形の空間ベクトルのデューティ関係式から演算し、該演算されたデューティに基づいて前記交流−交流直接変換器をＰＷＭ制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間ベクトルによる変調で双方向スイッチをＰＷＭ制御するおお相交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法であって、
多相交流出力の線間電圧を２相の静止αβ軸上に展開したベクトルの状態とし、出力電圧指令値ベクトルＶｏ＊が存在するセクターの位相が遅れている単振動ベクトル軸をＸ軸、進んでいる単振動ベクトル軸をＹ軸と定義して、それぞれの軸で最大のベクトルＸL、ＹLと、中間のベクトルＸM、ＹMと、最小のベクトルＸS、ＹSと、相電圧の中間電圧となる零ベクトルＺと、セクター内に１つ存在する回転ベクトルＲを基本ベクトルとし、
仮想間接形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンを、５つのベクトルの組み合わせから成る直接変換形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンに変換し、
前記変換されたスイッチングパターンのうち、入力電流および／又は出力電圧の高調波を低減するための所定の条件を満たすスイッチングパターンを選択し、
前記選択されたスイッチングパターンで遷移する５つの空間ベクトルのデューティを、仮想間接形の空間ベクトルと直接変換形の空間ベクトルのデューティ関係式から演算し、該演算されたデューティに基づいて双方向スイッチをＰＷＭ制御することを特徴とする交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。
【請求項２】
前記所定の条件は、出力電圧指令の最大電圧相に入力最小電圧相を、出力電圧指令の最小電圧相に入力最大電圧相を接続しない、および、出力相に接続する入力相は最大電圧相から最小電圧相へ、最小電圧相から最大電圧相への切り替えを禁止する、であることを特徴とする請求項１に記載の交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。
【請求項３】
前記デューティの演算は、前記直接変換形の５つの空間ベクトルを用いたスイッチングパターンに対応するデューティを、仮想間接形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンに適用されるデューティで表現したテーブルを用いて行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。
【請求項４】
前記指令値ベクトルとそれを囲む単振動ベクトルで構成される領域をセクターと定義したとき、入力側又は出力側のいずれかで、隣接するセクターに前記スイッチングパターンが変化する場合はパターンを更新しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相の交流電源から任意の電圧または周波数に変換した多相出力を得る交流−交流直接変換装置（マトリックスコンバータ）に係り、特に時々刻々と大きさ・位相が変化する空間ベクトルを入力／出力それぞれで表現し、使用する基本ベクトルを選択してデューティ演算する空間ベクトル変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から存在するこの種の交流−交流直接変換装置は、自己消弧形の半導体素子を用いた双方向スイッチを高速に切換え、単相または多相の交流入力を任意の電圧または周波数の電力に変換する変換装置であり、図１のように構成されている。
【０００３】
図１は、三相／三相交流−交流直接変換装置の基本構成を示し、三相交流電源１は、リアクトルとコンデンサによる入力フィルタ部２および９つの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ）で構成された半導体電力変換部３を介して任意の負荷４に接続される。９つの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、逆阻止ＩＧＢＴ１８個で構成する場合や、通常のＩＧＢＴ等の半導体素子とダイオードを組み合わせるなど、その細部の構成方法には拘らないが、双方向に電力授受できるスイッチング素子で構成されている。
【０００４】
なお、図１に示すように、以下、電源三相をＲＳＴ相、出力三相をＵＶＷ相とする。
【０００５】
上記のように構成される交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法としては、従来、非特許文献１〜４に記載のものが知られている。
【０００６】
マトリックスコンバータに代表される交流−交流直接変換装置は、電源電圧をＰＷＭ制御して出力電圧を生成する電圧形電力変換器と、出力負荷電流を電流源とみなしてＰＷＭ制御により電源電流を生成する電流形電力変換器を組み合わせた形とし、交流から交流へ直接電力変換する装置である。両者の制御を同時に９つの双方向スイッチで実現するため、制御上は互いに関連し合っている（すなわち、入力と出力で授受される三相瞬時有効電力は一致しなければならない制約条件を持つ）。
【０００７】
次に、上記を踏まえて交流−交流直接変換装置の空間ベクトルを定義する。出力電圧は交流の電源電圧から、入力電流も交流の負荷電流からＰＷＭで生成するので、一般的な直流−交流変換装置（インバータ）の空間ベクトルと異なり、交流−交流直接変換装置が生成できるＰＷＭ制御による瞬時空間ベクトルは時々刻刻と変動する。出力電圧側の空間ベクトルの瞬時空間ベクトルの変動は、ＰＷＭで切り刻む基となる電源電圧の位相・大きさに依存している。入力電流側の瞬時空間ベクトルは、出力負荷電流の位相・大きさに依存して変動する。
【０００８】
また、交流−交流直接変換装置のスイッチングパターンとしては、（１）電源短絡を引き起こさない、（２）負荷電流を不連続としない、という制約条件を与える必要がある。（１）は電源短絡による過電流破損の防止、（２）は誘導性負荷のインダクタンスに蓄えられたエネルギーによる過電圧故障を防止するためである。これら条件を考慮すると、９つの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９のスイッチングパターンは２７種類（３3）の組み合わせに限定される。
【０００９】
２７種類のスイッチングパターンを入力側および出力側で静止αβ座標上に展開すると、表１のように表現できる。
【００１０】
【表１】
2008228498.tif 000003
【００１１】
表１において、空間ベクトルは、位相角３０度の方向を正軸とした単振動ベクトルのグループを単振動ベクトルＳ１、位相角１５０度方向を正軸とした単振動ベクトルＳ２、位相角２７０度方向を正軸とした単振動ベクトルＳ３、長さは最大一定で反時計方向に回転する回転ベクトルＲ１、同じく長さ一定で時計方向に回転する回転ベクトルＲ２、および６角形の中心零点で固定された零ベクトルＺ、の６つのグループに分けられる。これら各々の基本ベクトルは、入力電圧の位相θに依存、つまり入力電圧の角速度ωiに同期して変動する。また、ベクトルの長さ（６角形の大きさ）は入力線間電圧の大きさに対応する。
【００１２】
前述のとおり、瞬時空間ベクトルは時々刻刻と変化するので、各位相に合わせて変動する。静止αβ座標上における瞬時空間ベクトルの変動の方向に着目すると、２７種のベクトルは、１８種の単振動ベクトル（３軸で各６種、位相関係は一定）、６種の回転ベクトル（時計方向に３種、反時計方向に３種で、夫々大きさについては一定）３種の零ベクトル（原点位置で不変）に分類することができる。
【００１３】
表１は、出力側空間ベクトルを基準に２７種のパターンを分類した例であり、このような空間ベクトルの基本的な考え方については、非特許文献４等で既に知られている。
【００１４】
非特許文献１，２は入力三相電圧の状態と、所望する三相電圧出力及び三相入力電流から９つのスイッチを接続する方法を直接考える方式（ＡＣ／ＡＣ直接変換方式）であり、出力電圧高調波を低減することを目的とし、入力最大電圧相⇔最小電圧相のスイッチ切替を防止し、損失・ノイズ低減に効果的である。
【００１５】
非特許文献１，２では、出力電圧高調波を低減し、またスイッチング回数を低減することを目的として、従来のＡＣ／ＡＣ直接変換方式における制御周期Ｔ内のスイッチグパターン生成条件に、次のような条件を加えることを提案している。
【００１６】
１．入力最大電圧相から最小電圧相、最小電圧相から最大電圧相への転流を禁止する。
【００１７】
２．出力電圧指令の最大電圧相には入力最小電圧相を接続しない。出力電圧指令の最小電圧相には入力最大電圧相を接続しない。
【００１８】
この条件を加えたスイッチングパターンと出力電圧の例を図２に示す（尚図２では入力相電圧Ｒ相＞Ｓ相＞Ｔ相、出力指令相電圧Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の時を示している）。
【００１９】
上記スイッチングパターンを生成する手法としては、従来からよく用いられる簡単な手法である三角波比較法が利用できる。出力の各相に接続されるそれぞれ３つのスイッチを点弧するデューティを演算後、各出力相個別にキャリア比較し、パルス出力時間を決定する。
【００２０】
非特許文献３の方式は、従来のデューティの演算が、直接ＡＣ／ＡＣ変換形に基づいており、三相有効電力一定条件が必要となる、などの直接形固有の演算が必要であったことに鑑みて、従来の仮想間接形変調方式によりデューティ値を求めた後、非特許文献１の三相個別のキャリア比較に展開する方式を採っている。
【００２１】
この方式は、デューティ演算段階では仮想形ありながら、三相個別比較した後は直接形と同じパルスパターンが得られることが最大の特徴である。
【００２２】
非特許文献３では、まず、電源電圧検出値、出力電圧指令から、入力仮想整流器側の空間ベクトルと、出力仮想インバータの空間ベクトルを図３のように得る。同時に図４のように、それぞれの入出力指令ベクトルのセクター情報、入力電源Ｒ，Ｓ，Ｔ相、および出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相の大中小関係も得る。
【００２３】
ここで、セクター情報について説明する。入力電流指令および出力電圧指令を三相二相変換することにより、それぞれの瞬時空間指令ベクトルが得られる。また仮想整流器および仮想インバータのスイッチングの組み合わせによって図３のように空間ベクトルを定義すると、この空間中を円軌跡するような指令ベクトルは即ち三相正弦波電流および電圧の指令となる。ここで図４のように空間を区切る。図４（ａ）の入力電流空間ベクトルの場合、入力電流指令ベクトルの位相が０度から３０度の時をセクター１とし、３０度から６０度をセクター２とする。同様に３６０度にわたって続けていくと位相によって１〜１２の１２個のセクターが定義できる。出力電圧指令ベクトルの場合は６０度毎に６つのセクターを定義できる。
【００２４】
入力電流指令ベクトルの情報から、そのベクトルを構成するために利用される入力整流器側の基本ベクトルＩA，ＩBと、そのベクトルに対する単位時間（制御周期）あたりのデューティｄA，ｄBを演算によって得る（非特許文献３の第２項参照）。
【００２５】
同様に、出力電圧指令ベクトルの情報から、図５のように、利用される出力側の基本ベクトルＶX，ＶYと、そのベクトルに対するデューティｄX，ｄYを演算から得る。
【００２６】
そして、入力側のデューティと出力側のデューティを合成することによって、図６のようにマトリックスコンバータのスイッチングパターンとそのデューティを得ることができる。入出力指令ベクトルのセクター情報と、合成することによって出力されるマトリックスコンバータのスイッチングパターンは表２のようになる。
【００２７】
【表２】
2008228498.tif 000004
【００２８】
以上によって得られた５つのスイッチングパターンおよびデューティを用いて、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれにつながる入力Ｒ，Ｓ，Ｔ相のデューティに再度展開する。出力相毎に、入力電圧最大相、中間相、最小相につながるデューティを、仮想形デューティの和で求める。その得られたデューティを入力電圧の最小相→中間相→最大相→中間相→最小相となるように、図７に示すキャリア比較によってパターンを得る。出力相毎に得られた、パターンを合成することで、非特許文献１，２と同じスイッチングパターンを得ることができる。
【非特許文献１】島田大志、竹下隆晴：「出力電圧高調波の低減に着目した三相／三相マトリックスコンバータのＰＷＭ制御」、半導体電力変換研究会ＳＰＣ−０５−４８（２００５）
【非特許文献２】竹下隆晴、島田大志：「出力電圧高調波を低減するＡＣ／ＡＣ直接変換方式マトリックスコンバータ制御」、電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１２６Ｎｏ．６（２００６）
【非特許文献３】山本吉朗、篠原勝次、森辰也：「マトリックスコンバータの空間ベクトル変調におけるパルスパターンの改善」、半導体電力変換研究会ＳＰＣ−０６−１５９（２００６）
【非特許文献４】只野裕吾、漆畑正太、野村昌克、足利正：「マトリックスコンバータの空間ベクトル変調法の検討」、平成１８年電気学会産業応用部門大会１−Ｏ４−４（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、非特許文献１〜３の方式では、パルス配列時に三相個別のキャ利比較を行っているので、セクター移行の過渡時において、スイッチング回数を低減することができない。
【００３０】
また非特許文献１〜３のキャリア比較方式は、比較した結果をそのままＰＷＭパルスとして適用する事例が多いので、セクター移行過渡時について同時に２つ以上スイッチングをするモードが発生する。
【００３１】
さらに、キャリア比較のためには３つのキャリアを個別に比較して制御を行う必要があった。
【００３２】
本発明は上記課題を解決するためのものでありその目的は、キャリア比較の際に、三相に対して１つのキャリアを用いるだけで済み、隣接するセクターにスイッチングパターンが変化する場合スイッチング回数の低減を行い、同時に２つ以上がスイッチングしない交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、空間ベクトルによる変調で双方向スイッチをＰＷＭ制御するおお相交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法であって、多相交流出力の線間電圧を２相の静止αβ軸上に展開したベクトルの状態とし、出力電圧指令値ベクトルＶｏ＊が存在するセクターの位相が遅れている単振動ベクトル軸をＸ軸、進んでいる単振動ベクトル軸をＹ軸と定義して、それぞれの軸で最大のベクトルＸL、ＹLと、中間のベクトルＸM、ＹMと、最小のベクトルＸS、ＹSと、相電圧の中間電圧となる零ベクトルＺと、セクター内に１つ存在する回転ベクトルＲを基本ベクトルとし、仮想間接形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンを、５つのベクトルの組み合わせから成る直接変換形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンに変換し、前記変換されたスイッチングパターンのうち、入力電流および／又は出力電圧の高調波を低減するための所定の条件を満たすスイッチングパターンを選択し、前記選択されたスイッチングパターンで遷移する５つの空間ベクトルのデューティを、仮想間接形の空間ベクトルと直接変換形の空間ベクトルのデューティ関係式から演算し、該演算されたデューティに基づいて双方向スイッチをＰＷＭ制御することを特徴としている。
【００３４】
また請求項２に記載の発明は、前記所定の条件は、出力電圧指令の最大電圧相に入力最小電圧相を、出力電圧指令の最小電圧相に入力最大電圧相を接続しない、および、出力相に接続する入力相は最大電圧相から最小電圧相へ、最小電圧相から最大電圧相への切り替えを禁止する、であることを特徴としている。
【００３５】
また請求項３に記載の発明は、前記デューティの演算は、前記直接変換形の５つの空間ベクトルを用いたスイッチングパターンに対応するデューティを、仮想間接形の空間ベクトルを用いたスイッチングパターンに適用されるデューティで表現したテーブルを用いて行うことを特徴としている。
【００３６】
また請求項４に記載の発明は、前記指令値ベクトルとそれを囲む単振動ベクトルで構成される領域をセクターと定義したとき、入力側又は出力側のいずれかで、隣接するセクターに前記スイッチングパターンが変化する場合はパターンを更新しないことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３７】
（１）請求項１〜４に記載の発明によれば、キャリア比較は、三相に対して１つのキャリアを用いるだけで良く、従来の３つから大幅に低減させることができる。したがってキャリア比較の演算負荷が減少する。
【００３８】
また、デューティの演算に関して、直接変換方式ではなく仮想間接変換方式でデューティの演算ができるため、例えば非特許文献１，２と比較して、従来の制御手法を流用することができ、また直接変換方式固有の計算条件が不要となる。
（２）また請求項３に記載の発明によれば、予め最終的なスイッチング信号の候補を既知条件としてテーブルにより把握することができる。
（３）また請求項４に記載の発明によれば、隣接するセクターにスイッチングパターンが変化する場合に、スイッチング回数を減らすことができ、同時に２つ以上がスイッチングしない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、交流−交流直接変換装置は、前記双方向スイッチをＰＷＭ制御するマトリックスコンバータとして、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【００４０】
まず本発明の原理を説明する。マトリックスコンバータにおいては、電源電圧検出値、出力電圧指令から入力仮想整流器側の空間ベクトルと出力仮想インバータの空間ベクトルが得られる。入力電流指令ベクトル、出力電圧指令ベクトルのセクター情報（入力セクターおよび出力セクター）、入力電源Ｒ，Ｓ，Ｔ相および出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相の大中小関係が得られる。またセクター情報と予め計算しておいた仮想間接形デューティ演算結果から、そのときのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチングパターン配置と適用されるデューティ式も一意に決定できる。さらに、その各相のデューティ式の大中小関係などから、合成後のスイッチングパターンがどの順序で配置されるかが一意に決定できる。
【００４１】
したがって、仮想デューティと入出力セクター、デューティ演算式の大中小関係が分かってしまえば、テーブル的に最終的な５つのデューティとスイッチング順序を決定できることになる。この情報を用いてキャリア比較で時間情報に変換すればよい。
（実施例１）
非特許文献３と同様に従来のＡＣ／ＤＣ／ＡＣ仮想間接変換方式を用いて、マトリックスコンバータのスイッチングデューティを算出する。求められた仮想間接形によるスイッチングパターンと、単位制御時間当たりにそのパターンのスイッチングをするデューティ、セクターなどの付随情報を用いて、仮想間接形では利用できないスイッチング状態を含んだ直接変換方式のスイッチングパターンおよびデューティに変換し並び替える。
【００４２】
まず、仮想間接変換方式で得られた５つのスイッチングパターンと、そのデューティを、直接変換方式のスイッチングパターンとデューティに変換する方式について説明する。図８はマトリックスコンバータの入力相電圧位相が１５度の時の、出力電圧空間ベクトルをすべてのスイッチングパターン（２７通り）において表現した例である。ここで仮想間接形空間ベクトル図において入力電流指令がセクター１、出力電圧指令がセクター１にある時を考える（入力相電圧の大きさはＲ相＞Ｓ相＞Ｔ相、出力指令相電圧の大きさはＵ相＞Ｖ相＞Ｗ相となる）。
【００４３】
そのときに選択される仮想間接形のスイッチングパターンは表２からＲＴＴ，ＲＲＴ，ＲＳＳ，ＲＲＳ，ＳＳＳの５つとなる（ＲＴＴは左から順番に出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相につながっている入力相を意味し、Ｕ相にはＲ相が、Ｖ相とＷ相にはＴ相が接続されているスイッチング状態を表している）。
【００４４】
この入力セクター１、出力セクター１の状態は直接変換形空間ベクトルでは図８のＡからＢの領域になる。この領域には図９（ａ）で示すｖＲＴＴ，ｖＲＳＳ，ｖＳＴＴ，ｖＲＳＴ，ｖＳＳＴ，ｖＲＲＳ，ｖＲＲＴ，ｖＳＳＳの８つのスイッチング状態を表すベクトルが存在する（零ベクトルは入力中間電圧相のｖＳＳＳを用いる）。
【００４５】
仮想間接形で得られた５つのスイッチング状態は、この８つ（単振動ベクトルＸ軸、Ｙ軸各３つ、零ベクトル、回転ベクトル）のうち図９（ｂ）の５つのベクトルで表現されており、これらベクトルをデューティで調節することで出力指令ベクトルを構成している。本発明では、仮想間接変換方式で得られたもの以外のベクトルも適切に使用して同じ出力指令ベクトルを構成することで、仮想間接変換方式から直接変換方式のスイッチングパターンに変換することができる。
【００４６】
すなわち、仮想間接形で得られるスイッチングパターン（瞬時空間ベクトル）は，基本的に整流器＋インバータのスイッチングパターンを合成して得られるものであり、入力三相をそれぞれ別の出力三相につながるパターン（表１におけるグループR1とR2に相当するパターン）が使えない。これは入力整流器の三相がつながる直流リンク（P,N）が上下二相しかない事に起因する。また一般的な仮想間接形では整流器側では相電圧最大相を基準に二相変調するように制御される，即ち線間で最大および２番目に大きいスイッチングパターンで制御される，例えば図３（ａ）の場合線間最大のRTと線間２番目のRSが利用されるため，線間３番目のSTは使用されない。従って図９（ａ）のように直接形では使われるスイッチングパターン（SST，STT）が、図９（ｂ）のように間接形では現れない。ただし仮想整流器側をPAM制御した場合はSTも利用できる。
【００４７】
ここで、「出力電圧指令の最大電圧相に入力最小電圧相を、出力電圧指令の最小電圧相に入力最大電圧相を接続しない」という条件を与えると、スイッチングパターンの初期形と最終形は一義に決定される。初期形は出力最大電圧相のみ入力中間電圧相と接続し、出力中間電圧相と最小電圧相は入力最小電圧相と接続される。また最終形は出力最小電圧相のみ入力中間電圧相と接続し、出力最大電圧相と中間電圧相は入力最大電圧相と接続される。
【００４８】
これを上記の例に当てはめると、スイッチングパターンは初期形がＳＴＴ、最終形がＲＲＳとなる。
【００４９】
指令ベクトルを構成する空間ベクトルを８つから５つ選択する際，初めと最後に選択されるものは，最小電圧相に多く接続され零ベクトルでないもの，および最大電圧相に多く接続され零ベクトルでないものになる（各相T→S→RまたはR→T→Sの順番でスイッチング変化をするため）。上記の例では、最小電圧相はT相，またTTTは使えないのでSTTが選ばれ、最大電圧相はRでRRRは使えないのでRRTとなる。
【００５０】
次に「出力相に接続する入力相は最大電圧相から最小電圧相へ、最小電圧相から最大電圧相への切り替えを禁止」の条件を与えると、スイッチングパターンの遷移は図１０のようになる。
【００５１】
このうちＲＴＳ，ＳＲＴ，ＳＴＳ，ＳＲＳの４つのスイッチングパターンは出力指令電圧であるＵ相＞Ｖ相＞Ｗ相の条件を満たさず、指令ベクトルとは逆方向に発生するベクトルであるため使用しない。したがってＳＴＴからＲＲＳに変化するスイッチングパターンは全部で５通りとなる（図１０右側）。この中から任意の１パターンを選択すればよい。
【００５２】
以上は、どの入出力セクターの状態でも成り立ち、任意の入出力セクターと仮想間接変換方式でのスイッチングパターン、直接変換方式でのスイッチングパターンをまとめたものを表３〜表６に示す。
【００５３】
【表３】
2008228498.tif 000005
【００５４】
【表４】
2008228498.tif 000006
【００５５】
【表５】
2008228498.tif 000007
【００５６】
【表６】
2008228498.tif 000008
【００５７】
次にデューティの変換について前述の例を使って説明する。直接変換方式に変換後の５通りのスイッチングパターン（図１０の右側）のうち、まずＳＴＴ，ＳＳＴ，ＲＳＴ，ＲＳＳ，ＲＲＳのスイッチングパターンを使った場合のデューティ変換について述べる。
【００５８】
仮想間接形と直接形に変換後の出力は等しくなければならないため、次の式が成立する。
【００５９】
【数１】
2008228498.tif 000009
【００６０】
ここで、式（ａ）のｄa，ｄb，ｄc，ｄd，ｄeは、それぞれ直接変換形のベクトルｖＳＴＴ，ｖＳＳＴ，ｖＲＳＴ，ｖＲＳＳ，ｖＲＲＳデューティである。またデューティに関し次の二式が成り立つ。
【００６１】
【数２】
2008228498.tif 000010
【００６２】
また、（ａ）式をα軸成分のみを抽出すると次式が成り立つ。
【００６３】
【数３】
2008228498.tif 000011
【００６４】
【数４】
2008228498.tif 000012
【００６５】
（ｇ）式の両辺を比較すると次式が得られる。
【００６６】
【数５】
2008228498.tif 000013
【００６７】
式（ｃ），（ｈ）、（ｉ），（ｊ），（ｋ）より、
【００６８】
【数６】
2008228498.tif 000014
【００６９】
となり、ＲＴＴ，ＲＲＴ，ＲＳＳ，ＲＲＳ，ＳＳＳをＳＴＴ，ＳＳＴ，ＲＳＴ，ＲＳＳ，ＲＲＳに変換した際のデューティが簡単な加減算で求められる。残りの４通りのスイッチングパターンにおいても、同様の手法でそれぞれのデューティは、変換前デューティの加減算の形で求めることができる。
【００７０】
デューティの変換を行い、その結果が矛盾（デューティがマイナスになる）している場合は、そのスイッチングパターン候補では、変換前と同等の入出力が得られないことを意味するので、次のスイッチングパターンのデューティを変換してやり、５つから正解のスイッチングパターンを探してやる。
【００７１】
こうして得られた直接形のスイッチングパターンとそのデューティを図１１に示すように１つのキャリア波と比較することによって最終的なスイッチング信号を得ることができる。キャリア波としては三角波などが使用でき、スイッチングパターンおよびデューティの更新は三角波の頂点で行われる。
【００７２】
ここで、仮想間接形の入力側空間ベクトルのセクター情報と出力側空間ベクトルセクター情報から、スイッチングパターンを呼びデューティを決定するテーブルについて説明する。まず直接形の出力電圧空間ベクトル群において，指令ベクトルとそれを囲む単振動ベクトルで構成される60度のセクタ中に存在するベクトルを図１２のように定義する。セクター中には必ず1つの回転ベクトルが存在し，それをRとする。指令ベクトルよりも遅れ位相にあり，瞬時値の大きいものからXL，XM，XS，指令ベクトルよりも進み位相にあり，瞬時値の大きいものからYL，YM，YSとする。零ベクトルZは入力中間電圧相で構成されるものを選ぶ。
【００７３】
仮想型の入力電流空間ベクトルおよび出力電圧空間ベクトルのセクターから表７のようにセクタモードを設定する。
【００７４】
【表７】
2008228498.tif 000015
【００７５】
入力セクターが１，４，５，８，９，１２のときに出力セクターが１，３，５または入力セクターが２，３，６，７，１０，１１の時に出力セクターが２，４，６ならばセクターモード1(sm1)，入力セクターが１，４，５，８，９，１２のときに出力セクターが２，４，６または入力セクターが２，３，６，７，１０，１１の時に出力セクターが１，３，５ならばセクターモードは２と定義する(sm2)。
【００７６】
それぞれのセクターモードの際に導き出される仮想型から直接形への変換後のスイッチグパターンは表８のようになる。
【００７７】
【表８】
2008228498.tif 000016
【００７８】
表８によれば、セクターモードあたり5種類、計10種類の選択ベクトルの組み合わせが存在する。これを入出力セクタ毎に全て展開したものが表３〜表６である。
【００７９】
セクターモード１，および２から得られたスイッチパターンのデューティは表９のように一意に決定される。
【００８０】
【表９】
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【００８１】
表９の1〜10からなるselection patternは表８のselection patternに相当し，セクターモードが1ならばselection pattern1〜5，セクタモード２ならばselection pattern6〜10が該当するベクトルのデューティである。表９からわかるように，すべて間接形で得られるデューティの加減算の形で表現できる。
【００８２】
この手法を使ったときの入出力電圧および入出力電流波形は図１２のようになる。図１２(a)は出力電圧指令値が低いとき，図１2(b)は出力電圧指令が高いときの結果であり、各々上から電源相電圧、入力電流、出力線間電圧、出力電流を示している。
（実施例２）
本実施例ではスイッチングパターンおよびデューティの更新について、次のように実施する。入力セクターが＋１または出力セクターが±１されスイッチングパターンが変化するとき、スイッチングパターンの初期値（キャリア下側頂点近傍で出力されるスイッチングパターン）および最終値（キャリア上側頂点近傍で出力されるスイッチングパターン）のどちらか一方が必ず同じパターンとなる。
【００８３】
そのためスイッチングパターンを更新する際に出力相につながるスイッチが変化する場合には、更新を取りやめて前のパターンをラッチし再度出力する。そして次の三角波の頂点で前回更新しなかったスイッチングパターンを更新することで、スイッチングパターン更新の際のスイッチ変化を防止する。ただし入出力とも同時にセクターが変化した場合やセクターが±−２以上変化した場合はスイッチ変化を許し三角波頂点ですぐに切り替えを行う。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明が適用される交流−交流直接変換装置の基本構成図。
【図２】従来方式によるスイッチングパターンと出力電圧の例を示す説明図。
【図３】空間ベクトルを表し、（ａ）は入力仮想整流器側の空間ベクトル図、（ｂ）は出力仮想インバータの空間ベクトル図。
【図４】空間ベクトルの入力側セクターと出力側セクターの定義例の説明図。
【図５】入力電流指令ベクトル図及び出力電圧指令ベクトル図。
【図６】基本ベクトルとそのベクトルに対するデューティの関係を示す説明図。
【図７】従来例におけるキャリア比較の様子を示す説明図。
【図８】マトリックスコンバータの入力相電圧位相が１５度の時の、出力電圧空間ベクトル図。
【図９】図８のセクター１領域におけるベクトル図。
【図１０】本発明の条件を満たすスイッチングパターンの説明図。
【図１１】本発明によるキャリア比較の様子を示す説明図。
【図１２】１セクターにおけるベクトル図。
【図１３】本発明により制御を行ったときの入出力の電圧、電流波形図。
【符号の説明】
【００８５】
１…三相交流電源、２…入力フィルタ部、３…半導体電力変換部、４…負荷。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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