(57)【要約】【課題】転流パターン発生のために多数の電圧検出器を要せず、転流パターン発生手段を簡略化する。故障発生時に交流スイッチを全オフする際に簡単なシーケンスで実現可能とする。【解決手段】マトリクスコンバータ等の交流−交流直接変換装置において、電源側の多相交流電圧の大小関係から電源モードを判定する電源モード判定手段２と、交流スイッチ群に対するゲートパルスを、上記電源モードに従って並び替えるゲートパルス並び替え手段１と、並び替えられた交流スイッチ群のゲートパルスから、電源の短絡または負荷端の開放を防止する単方向スイッチのスイッチングパターンを出力する転流パターン発生手段４と、前記スイッチングパターンに基づき、電源側の多相交流電圧の大小関係に従って各交流スイッチを構成する各単方向スイッチへ駆動パルスを分配するパルス分配手段６と、を備える。【選択図】  図１
2004312912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単方向の電流を制御可能な少なくとも二つの単方向スイッチからなる双方向性の交流スイッチを複数設けて交流スイッチ群を構成し、多相交流電源の各相に接続される前記交流スイッチ群により多相交流電圧を任意の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に直接変換する交流−交流直接変換形電力変換装置において、
電源側の多相交流電圧の大小関係から電源モードを判定する電源モード判定手段と、
前記交流スイッチ群に対する駆動パルスを、前記電源モード判定手段により判定した電源モードに従って並び替える駆動パルス並び替え手段と、
この駆動パルス並び替え手段により並び替えられた前記交流スイッチ群の駆動パルスから、電源の短絡または負荷端の開放を防止する単方向スイッチのスイッチングパターンを出力する転流パターン発生手段と、
この転流パターン発生手段から出力されたスイッチングパターンに基づき、電源側の多相交流電圧の大小関係に従って各交流スイッチを構成する各単方向スイッチへ駆動パルスを分配するパルス分配手段と、
を備えたことを特徴とする交流−交流直接変換形電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載した交流−交流直接変換形電力変換装置において、
電源電圧の中間電圧相に接続された交流スイッチがスイッチングする際に、電源電圧の最大電圧相に接続された交流スイッチとのスイッチングであるか、または電源電圧の最小電圧相に接続された交流スイッチとのスイッチングであるかを判定して切替信号を出力するスイッチング判定手段を備え、
前記転流パターン発生手段が、前記切替信号に従ってスイッチングパターンを切り替えることを特徴とする交流−交流直接変換形電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した交流−交流直接変換形電力変換装置において、
すべての交流スイッチをオフする際に、電源電圧の最大電圧相と最小電圧相とに接続されてそれぞれ逆バイアスが印加される単方向スイッチをオンする手段と、
転流期間を経過した後に、電源電圧の中間電圧相に接続されているすべての単方向スイッチをオフする手段と、電源電圧の最大電圧相と最小電圧相とに接続されてそれぞれ順バイアスが印加される単方向スイッチをオフする手段と、
を備えたことを特徴とする交流−交流直接変換形電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ等の大形のエネルギーバッファを用いることなく、半導体スイッチング素子を用いて多相交流電圧を任意の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に直接変換する交流−交流直接変換形電力変換装置（以下、単に直接変換装置ともいう）に関し、特に、電源の短絡や負荷端の開放を防止するための転流方法に特徴を有する直接変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、理解を容易にするため、単相交流チョッパの転流方法を説明する。
図９は、単相交流チョッパの回路図と、この単相交流チョッパ内の双方向性の交流スイッチ（電流を双方向に制御可能な半導体スイッチ）を構成する各単方向スイッチの転流パターンを示している。なお、図９において１０は単相交流電源、２０は負荷、Ｓ１，Ｓ２は双方向性の交流スイッチ、Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂは交流スイッチＳ１，Ｓ２を構成する単方向スイッチである。
【０００３】
一般に、直接変換装置では、電源の短絡及び負荷端の開放を防止するため、図９に示すように双方向性の交流スイッチを構成する各単方向スイッチのオンオフのタイミングを個別に制御している。
なお、電源の短絡は、過大な短絡電流によりスイッチを破壊する原因となり、また、負荷が誘導性負荷の場合には、誘導性負荷に蓄えられたエネルギーの還流経路が負荷端の開放により消失するため、過大なサージ電圧がスイッチに印加されてスイッチを破壊するので、これらを防止する必要がある。
【０００４】
そこで、図９に示すごとく、交流スイッチＳ１，Ｓ２をゲートパルスによりオンオフさせるには、まず、対向アームの逆バイアスが印加される単方向スイッチをオンし、転流発生時間Ｔｄが経過した後に、順バイアスが印加されるスイッチをオフする必要がある。
例えば、電源電圧が正のときにはスイッチＳ１ｂをオンし、Ｔｄが経過した後にスイッチＳ２ａをオフする。また、電源電圧が負のときにはスイッチＳ１ａをオンし、Ｔｄが経過した後にスイッチＳ２ｂをオフしている。
【０００５】
次に、多相交流電源として最も一般的に使用されている三相交流電源を例にとり、直接変換装置として、周波数変換が可能であるマトリクスコンバータを例示して説明する。
図１０に、マトリクスコンバータの概念的な回路図を示す。ここで、図１０は、入力相のＲ，Ｓ，Ｔ相と出力相のＵ相との間に接続される交流スイッチを示してあるが、入力相のＲ，Ｓ，Ｔ相と他の出力相であるＶ相、Ｗ相との間に接続される交流スイッチも同様の接続構成であり、後述する図１１のように、三相交流電源ＡＣとモータ等の負荷Ｍとの間に合計９個の交流スイッチが接続されることになる。
【０００６】
上記マトリクスコンバータの出力相（Ｕ相）一相分は、交流入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔ及び交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの間に接続されるＩＧＢＴ等の単方向スイッチＳｒｕ，Ｓｕｒ，Ｓｕｓ，Ｓｓｕ，Ｓｕｔ，Ｓｔｕにより、双方向性の交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣが構成される。なお、図示されていないが、単方向スイッチＳｒｕ，Ｓｕｒ，Ｓｕｓ，Ｓｓｕ，Ｓｕｔ，Ｓｔｕにはそれぞれ環流ダイオードが逆並列に接続されている。
【０００７】
この種のマトリクスコンバータの転流方法は、前述した単相交流チョッパの転流方法をそのまま適用すると、以下のようになる。
すなわち、各相の交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣに印加されている電源電圧の大きさを検出し、電源電圧の大きな相から小さな相への転流モードであるか電源電圧の小さな相から大きな相への転流モードであるかを判別し、各モードに応じて転流パターンを生成する必要がある。また、各交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣの両端の電圧を検出し、同一出力相内の単方向スイッチを駆動する他のゲートパルスに基づいて、多相の交流スイッチ内の単方向スイッチのオンオフ順序を切り替えて転流パターンを発生する必要がある。
この種の技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−６１２７６号公報（段落［０００５］，［００２９］，［図１］，［図３］等）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている転流方法では、転流モードに応じて個別の転流パターンを用意する必要があり、転流パターン（転流シーケンス）発生回路が複雑になる。また、転流パターンを作成するには交流スイッチの両端の電圧を検出する必要があるため、三相の場合に電圧検出器が９個必要となり、コストの上昇を招く。
加えて、過電圧や過電流による故障発生時など、交流スイッチをすべてオフする必要がある場合、マトリクスコンバータをはじめとする直接変換装置では、誘導性負荷のエネルギーを処理するため直ちに交流スイッチを全てオフすることはできない。つまり、全てのスイッチをオフする際は、負荷電流の還流経路を確保し、負荷電流が減少した後に全てのスイッチをオフするため、複雑な回路やシーケンスが要求されることとなり、これらが制御装置のコストを上昇させる原因となる。
【００１０】
そこで本発明は、転流パターン発生のために多数の電圧検出器を付加することなく、転流パターン発生手段を簡略化すると共に、故障発生時に交流スイッチをすべてオフする際にも簡単なシーケンスで実現可能とした低コストの交流−交流直接変換形電力変換装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、単方向の電流を制御可能な少なくとも二つの単方向スイッチからなる双方向性の交流スイッチを複数設けて交流スイッチ群を構成し、多相交流電源の各相に接続される前記交流スイッチ群により多相交流電圧を任意の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に直接変換する交流−交流直接変換形電力変換装置において、
電源側の多相交流電圧の大小関係から電源モードを判定する電源モード判定手段と、前記交流スイッチ群に対する駆動パルスを、前記電源モード判定手段により判定した電源モードに従って並び替える駆動パルス並び替え手段と、この駆動パルス並び替え手段により並び替えられた前記交流スイッチ群の駆動パルスから、電源の短絡または負荷端の開放を防止する単方向スイッチのスイッチングパターンを出力する転流パターン発生手段と、この転流パターン発生手段から出力されたスイッチングパターンに基づき、電源側の多相交流電圧の大小関係に従って各交流スイッチを構成する各単方向スイッチへ駆動パルスを分配するパルス分配手段と、を備えたものである。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した交流−交流直接変換形電力変換装置において、
電源電圧の中間電圧相に接続された交流スイッチがスイッチングする際に、電源電圧の最大電圧相に接続された交流スイッチとのスイッチングであるか、または電源電圧の最小電圧相に接続された交流スイッチとのスイッチングであるかを判定して切替信号を出力するスイッチング判定手段を備え、
前記転流パターン発生手段が、前記切替信号に従ってスイッチングパターンを切り替えるものである。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した交流−交流直接変換形電力変換装置において、
すべての交流スイッチをオフする際に、電源電圧の最大電圧相と最小電圧相とに接続されてそれぞれ逆バイアスが印加される単方向スイッチをオンする手段と、転流期間を経過した後に、電源電圧の中間電圧相に接続されているすべての単方向スイッチをオフする手段と、電源電圧の最大電圧相と最小電圧相とに接続されてそれぞれ順バイアスが印加される単方向スイッチをオフする手段と、を備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、本発明に係る直接変換装置の制御装置の構成を示すブロック図である。図示する構成は直接変換装置の出力相一相（例えばＵ相）分であり、出力相の他相についても同様に構成される。なお、ここでは、直接変換装置が三相−三相の直接変換を行うマトリクスコンバータであるものとして説明する。
【００１５】
本実施形態では、まず、三相交流電源の各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ相）の電源電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔの大小関係を電源モード判定手段２により判定する。そして、判定した電源モードに基づいて、ゲートパルス並び替え手段１が、三相各相にそれぞれ接続される交流スイッチ（図１０における交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣに相当）のゲートパルスＳｒｕｒ＊，Ｓｓｕｓ＊，Ｓｔｕｔ＊を並び替え、最大電圧相に接続されている交流スイッチに対するゲートパルスをＳ１＊、中間電圧相に接続されている交流スイッチに対するゲートパルスをＳ２＊、最小電圧相に接続されている交流スイッチに対するゲートパルスをＳ３＊とする。
ここで、前記ゲートパルスＳｒｕｒ＊，Ｓｓｕｓ＊，Ｓｔｕｔ＊は、図示されていないＰＷＭ回路から出力されるＰＷＭパルスである。
【００１６】
図２は、電源モード判定手段２による判定動作を示している。この判定手段２は、各相電源電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔの大きさに着目し、Ｘ（Ｘ＝Ｒ，Ｓ，Ｔの何れか）相が最大のときＸＰ＝１（他相についてはＸＰ＝０）、Ｘ相が最小のときＸＮ＝１（他相についてはＸＮ＝０）として各相電源電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔの大小関係を判定し、ＸＰ及びＸＮ（ＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮ）の“１”，“０”の組合せを電源モードＩ〜ＶＩとして出力する。
【００１７】
表１は、ゲートパルス並び替え手段１の動作を示しており、電源モード判定手段２により判定された電源モードＩ〜ＶＩに応じて、入力されたゲートパルスＳｒｕｒ＊，Ｓｓｕｓ＊，Ｓｔｕｔ＊をどのように並び替えてゲートパルスＳ１＊，Ｓ２＊，Ｓ３＊として出力するかを示したものである。
【００１８】
【表１】
2004312912.tif 000003
【００１９】
ここで、ゲートパルスＳｒｕｒ＊，Ｓｓｕｓ＊，Ｓｔｕｔ＊をどのように並び替えるかは、各相電源電圧ｖｒ，ｖｓ，ｖｔの大小関係、すなわちＸＰ及びＸＮ（ＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮ）の値に依存し、例えば表１のモードＩではＳＮ＝１，ＴＰ＝１であるから、Ｓ相が最小電圧相、Ｔ相が最大電圧相（従ってＲ相が中間電圧相）となり、Ｓ相の交流スイッチに対するゲートパルスＳｓｕｓ＊をゲートパルスＳ３＊に、Ｔ相の交流スイッチに対するゲートパルスＳｔｕｔ＊をゲートパルスＳ１＊に、Ｒ相の交流スイッチに対するゲートパルスＳｒｕｒ＊をゲートパルスＳ２＊に、それぞれ並べ替える。他のモードに関しても、同様の処理によって並び替えが実行される。
【００２０】
なお、電源モード判定手段２により判定される電源モードは、すべて“１”，“０”のディジタル信号の組み合わせであるから、ゲートパルス並び替え手段１はコード化された電源モードに応じてゲートパルスＳｒｕｒ＊，Ｓｓｕｓ＊，Ｓｔｕｔ＊を並び替えれば良く、このような機能はディジタル回路によって容易に実現することができる。
ゲートパルス並び替え手段１から出力されるゲートパルスＳ１＊は常に最大電圧相、Ｓ２＊は中間電圧相、Ｓ３＊は最小電圧相に接続された交流スイッチのゲートパルスであり、前述した如く、表１から、電源モードＩでは、ゲートパルスＳｔｕｔ＊をＳ１＊に、同じくＳｓｕｓ＊をＳ３＊に、同じくＳｒｕｒ＊をＳ２＊に振り分けて並び替え、電源モードＩＩでは、ゲートパルスＳｒｕｒ＊をＳ１＊に、同じくＳｓｕｓ＊をＳ３＊に、同じくＳｔｕｔ＊をＳ２＊に振り分けて並び替える、……といった処理が行われる。
【００２１】
転流パターン発生手段４では、後述する図４〜図６に示すように、ゲートパルスＳ１＊，Ｓ２＊，Ｓ３＊に応じて転流パターンを付加することにより、最大電圧相、中間電圧相、最小電圧相にそれぞれ接続される交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を構成する単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂに対するゲートパルスを出力する。なお、以下では、場合によってスイッチとゲートパルスとの参照符号を共通にする。
【００２２】
図３は、並び替え後のゲートパルスにより駆動される交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３を有するマトリクスコンバータの出力相一相（Ｕ相）分の回路を示しており、各交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂにより構成されている。
既に明らかなように、図３の交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３及び単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、図１０に示した交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣ及び単方向スイッチＳｒｕ，Ｓｕｒ，Ｓｕｓ，Ｓｓｕ，Ｓｕｔ，Ｓｔｕと物理的に一致するものではなく、例えば図３における交流スイッチＳ１は図１０の交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣの何れかになり得るものである。
【００２３】
次に、図４〜図６は図１の転流パターン発生手段４の入出力信号（入力されるゲートパルスＳ１＊，Ｓ２＊，Ｓ３＊に応じて出力されるスイッチングパターン）を示しており、“Ｈｉｇｈ”レベルをスイッチのオン状態として示してある。
各交流スイッチを構成する２つの単方向スイッチは、転流を行うためにそれぞれ個別のゲートパルスにてオンオフされる。図４〜図６において、サフィックスａの単方向スイッチはＩＧＢＴモードで動作するスイッチのゲートパルスを表し、サフィックスｂの単方向スイッチは還流ダイオードモードで動作するスイッチのゲートパルスを表している。
図３の交流スイッチＳ２は、後述するように場合によってＩＧＢＴモードと還流ダイオードモードになる単方向スイッチが変わるので、Ｓ２ａ／ｂ，Ｓ２ｂ／ａと表記している。
【００２４】
スイッチングパターンとしては、交流スイッチＳ１，Ｓ２でスイッチングする場合（図４）、同Ｓ１，Ｓ３でスイッチングする場合（図５）、同Ｓ２，Ｓ３でスイッチングする場合（図６）の三通りに場合分けすることができ、一方の交流スイッチがオンの場合には他方の交流スイッチはオフとなる。３個の交流スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３のうち、２個の交流スイッチが同時にオンすると電源短絡を招くので、スイッチングしていない相の交流スイッチはオフとなっている。
また、図４〜図６において、転流期間以外は、電流方向に関わらず、オン状態にある交流スイッチ（例えば、図４における交流スイッチＳ１）のＩＧＢＴモード及び還流ダイオードモードの単方向スイッチ（Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ）をオンする。
【００２５】
表２に、交流スイッチＳ２を下アームとして動作させる場合（交流スイッチＳ１，Ｓ２をスイッチング）と上アームとして動作させる場合（交流スイッチＳ２，Ｓ３をスイッチング）の、電流通流方向と交流スイッチＳ２の動作モードとの関係を示す。
【００２６】
【表２】
2004312912.tif 000004
【００２７】
いま、交流スイッチＳ１，Ｓ３の単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂのゲートパルスに着目すると、図４，図５の場合には、単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂのゲートパルスは交流スイッチＳ１のゲートパルスＳ１＊に対して同一の関係にあり、また、図５，図６の場合には、単方向スイッチＳ３ａ，Ｓ３ｂのゲートパルスは交流スイッチＳ３のゲートパルスＳ３＊に対して同一の関係にあるので、これらの単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂのゲートパルスは交流スイッチＳ１，Ｓ３のゲートパルスＳ１＊，Ｓ３＊によって一義的に求まる。
【００２８】
一方、中間電圧相に接続されている交流スイッチＳ２は、交流スイッチＳ１，Ｓ２でスイッチングする場合と同Ｓ２，Ｓ３でスイッチングする場合とで、電流通流方向に応じてＩＧＢＴモードになる単方向スイッチが異なるため、各相電源電圧の大小関係（電源モードの判定）だけでは単方向スイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂのスイッチングパターンを一義的に決定することができない。
このため、従来技術においては、電源電圧により転流するには交流スイッチの両端電圧を監視する必要があった。各交流スイッチの両端電圧を監視するためには専用の検出回路が必要となり、また、検出回路に供給する電源は、ＣＰＵ等の他の制御電源と絶縁する必要があるため、これらの回路を付加することがコストを上昇させる原因となる。
【００２９】
そこで本発明では、各交流スイッチの両端電圧を監視する必要がない電圧転流を実現する。すなわち、この実施形態では、交流スイッチの両端電圧を監視せずに電源電圧の大小関係だけで転流を可能にするために、交流スイッチＳ１，Ｓ２のスイッチングと同Ｓ２，Ｓ３のスイッチングとを判別してスイッチングパターンを切り替えるようにした。
交流スイッチＳ１，Ｓ２のスイッチングと同Ｓ２，Ｓ３のスイッチングとを判別するための判定手段が図１のスイッチング判定手段３であり、この例では、交流スイッチＳ２，Ｓ３のスイッチングを判定するように構成されている。
【００３０】
すなわち、スイッチング判定手段３は、ゲートパルス並び替え手段１から出力されるゲートパルスＳ２＊，Ｓ３＊に基づいて交流スイッチＳ２，Ｓ３のスイッチングを判定し、スイッチングパターンの切替信号を転流パターン発生手段４に出力する。
図７は、スイッチング判定手段３のブロック図を示している。ゲートパルスＳ２＊，Ｓ３＊のようなＰＷＭパルスは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等のディジタルハードウエアにより生成されるため、クロックに同期している。クロックに同期していれば、図６に示したゲートパルスＳ２＊，Ｓ３＊の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジ（Ｕｐ／ｄｏｗｎエッジ）を抽出することにより、交流スイッチＳ２，Ｓ３によるスイッチングが行われていることの判定は容易である。
【００３１】
このため、図７に示す如く、ゲートパルスＳ２＊，Ｓ３＊をＵｐ／ｄｏｗｎエッジ抽出手段５１，５２にそれぞれ入力して交流スイッチＳ２，Ｓ３のスイッチングが発生している期間（交流スイッチＳ２が上アームとして動作している期間）を検出し、交流スイッチＳ２内のＩＧＢＴモードの単方向スイッチと還流ダイオードモードの単方向スイッチとを入れ替えたスイッチングパターンを発生するように、ＡＮＤゲート５３を介してスイッチングパターン切替信号を出力する。
なお、ＡＮＤゲート５３に入力される信号ａは転流期間中に“１”となる信号であり、図６に示したように、転流期間以外は交流スイッチＳ２，Ｓ３の単方向スイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂ及びＳ３ａ，Ｓ３ｂが同時にオンまたはオフしているので、スイッチングパターン切替信号を転流期間中だけ発生させて交流スイッチＳ２内のＩＧＢＴモードの単方向スイッチと還流ダイオードモードの単方向スイッチとを入れ替えれば良い。
【００３２】
次に、図１における故障処理手段５は、故障発生時にマトリクスコンバータの全ゲートをオフするためのものである。前述のように、誘導性負荷の場合、電流が流れている間に全ゲートを遮断すると、負荷エネルギーの還流経路が消失するため、スイッチング素子にサージ電圧が発生し、スイッチング素子を破壊する恐れがある。
このため本実施形態では、スイッチングパターンに対して簡単に還流モードを付加することにより、サージ電圧を発生させずにマトリクスコンバータの全ゲートをオフできるようにした。
【００３３】
図８は、故障処理手段５の構成を示している。この故障処理手段５は、過電圧や過電流の検出による故障発生信号ＴＲＩＰが入力されるワンショットタイマ６１と、このタイマ６１から出力される遅延信号ＤＴＲＩＰ、前記故障発生信号ＴＲＩＰ、及び転流パターン発生手段４からのゲートパルスＳ１ａ〜Ｓ３ｂが入力され、これらの入力信号に応じて故障発生時のゲートパルスＳ１ａ〜Ｓ３ｂを出力する論理回路６２から構成されている。
表３は、論理回路６２の動作を示す真理値表である。
【００３４】
【表３】
2004312912.tif 000005
【００３５】
故障発生がない場合、故障発生信号ＴＲＩＰ及び遅延信号ＤＴＲＩＰは何れも“０”であり、故障処理手段５は入力されたゲートパルスＳ１ａ〜Ｓ３ｂをそのまま出力している（表３の１行目の状態）。
故障が発生した場合、故障発生信号ＴＲＩＰが“１”となり、交流スイッチＳ１，Ｓ３の還流ダイオードモードの単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂ（つまり、電源電圧の最大電圧相と最小電圧相とに接続されてそれぞれ逆バイアスが印加される単方向スイッチ）をオンする（表３の２行目の状態）。同時にワンショットタイマ６１を起動し、所定時間カウントさせる。カウントさせる時間は、転流期間と同程度である。
【００３６】
ワンショットタイマ６１が所定時間後にカウントアップした後（遅延信号ＤＴＲＩＰが“０”から“１”になった後）、交流スイッチＳ１，Ｓ３のＩＧＢＴモードの単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ３ａ（つまり、電源電圧の最大電圧相と最小電圧相とに接続されてそれぞれ順バイアスが印加される単方向スイッチ）及びＳ２ａ，Ｓ２ｂ（つまり、電源電圧の中間電圧相に接続されるすべての単方向スイッチ）をオフする（表３の３行目の状態）。
前述した如く、先に単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂをオンさせることにより、還流経路を確保し、その後に単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ３ａ及びＳ２ａ，Ｓ２ｂをオフすることで、誘導性負荷の場合にもサージ電圧を発生させずに全ゲートをオフすることができる。
なお、単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂは所定時間経過後にオフしてもよいし、負荷電流検出手段を別途設け、ＣＰＵ等により負荷電流を監視して負荷電流がゼロになった後に単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂをオフしてもよい。
【００３７】
図１におけるパルス分配手段６は、電源モード判定手段２により判定した電源モードに基づき、表４のごとくゲートパルスＳ１ａ〜Ｓ３ｂを分配する。なお、ゲートパルスＳ１ａ〜Ｓ３ｂは“０”または“１”のディジタル信号であるから、パルス分配手段６についても論理回路によって容易に実現することができる。
ここで、ゲートパルスＳ１ａ〜Ｓ３ｂは、図１０に示した各交流スイッチＳＡ，ＳＢ，ＳＣの単方向スイッチＳｒｕ，Ｓｕｒ，Ｓｓｕ，Ｓｕｓ，Ｓｔｕ，Ｓｕｔに対するゲートパルスとなる。
【００３８】
【表４】
2004312912.tif 000006
【００３９】
例えば、電源モードＩの状態で故障が発生したとすると、この電源モードＩでは最大電圧相がＴ相、最小電圧相がＳ相、中間電圧相がＲ相である。この状態で表３の２行目に従って単方向スイッチＳ１ｂ，Ｓ３ｂをオンすることは、表４の電源モードＩに従って図１０における単方向スイッチＳｕｔ，Ｓｓｕをオンすることに相当し、その後に表３の３行目に従って単方向スイッチＳ１ａ，Ｓ３ａ及びＳ２ａ，Ｓ２ｂをオフすることは、表４の電源モードＩに従って図１０における残りの単方向スイッチＳｔｕ，Ｓｕｓ，Ｓｒｕ，Ｓｕｒをオフすることに相当する。
従って、図１１において故障発生前に実線の経路で負荷電流が流れていた場合に、故障発生後は単方向スイッチＳｕｔ，Ｓｓｕをオンすることで図１１の破線で示すような環流経路が形成され、その後に全ゲートをオフすることにより、サージ電圧を発生させないで運転を停止することが可能になる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、マトリクスコンバータ等の直接変換装置において、電源モードに応じて交流スイッチのゲートパルスを並び替えることにより、従来技術のように電圧検出器を用いることなく転流パターンを発生させることができる。
加えて、故障発生時に交流スイッチをすべてオフする際にも簡単なシーケンスで環流経路の確保や全スイッチのオフを実現可能であり、単方向スイッチに発生するサージ電圧をスナバ回路等の外部回路を設けなくても抑制することができる。
これにより、交流−交流直接変換形電力変換装置の低価格化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】電源モード判定手段による判定動作の説明図である。
【図３】マトリクスコンバータの一相分の回路を示す図である。
【図４】転流パターン発生手段の入出力信号を示す図である。
【図５】転流パターン発生手段の入出力信号を示す図である。
【図６】転流パターン発生手段の入出力信号を示す図である。
【図７】スイッチング判定手段のブロック図である。
【図８】故障処理手段のブロック図である。
【図９】単相交流チョッパの回路図及び各単方向スイッチのスイッチングパターンの説明図である。
【図１０】マトリクスコンバータの概念的な回路図である。
【図１１】負荷エネルギーの還流経路の説明図である。
【符号の説明】
１：ゲートパルス並び替え手段
２：電源モード判定手段
３：スイッチング判定手段
４：転流パターン発生手段
５：故障処理手段
５１，５２：Ｕｐ／ｄｏｗｎエッジ抽出手段
５３：ＡＮＤゲート
６：パルス分配手段
６１：ワンショットタイマ
６２：論理回路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ：交流スイッチ
Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓｒｕ，Ｓｕｒ，Ｓｓｕ，Ｓｕｓ，Ｓｔｕ，Ｓｕｔ：単方向スイッチ
ＡＣ：三相交流電源
Ｍ：負荷
【図１】
2004312912.tif 000007
【図２】
2004312912.tif 000008
【図３】
2004312912.tif 000009
【図４】
2004312912.tif 000010
【図５】
2004312912.tif 000011
【図６】
2004312912.tif 000012
【図７】
2004312912.tif 000013
【図８】
2004312912.tif 000014
【図９】
2004312912.tif 000015
【図１０】
2004312912.tif 000016
【図１１】
2004312912.tif 000017