(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間ベクトル変調方式によりＰＷＭ変調信号を生成するＰＷＭ変調信号生成部と、
上記ＰＷＭ変調信号生成部からの上記ＰＷＭ変調信号に基づいて、三相交流入力電圧を直流電圧に変換するか、または、直流電圧を三相交流出力電圧に変換する変換部と
を備え、
上記ＰＷＭ変調信号生成部は、
上記変換部において、上記三相交流入力電圧または上記三相交流出力電圧の各相に接続された対となる上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子の一方がオンして他方がオフするようにして、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの１つがオンして他の２つがオフする第１のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの２つがオンして他の１つがオフする第２のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子の３つがオンまたはオフする第３のスイッチング状態とを組み合わせて、π／３毎に異なる６つの電流ベクトルＩrs,Ｉrt,Ｉst,Ｉsr,Ｉtr,Ｉtsを選択する上記空間ベクトル変調方式に基づいて、キャリヤ周期をＴ0、上記三相交流入力電圧または上記三相交流出力電圧に同期した基準信号の位相角をφとするとき、上記位相角φが０≦φ≦π／３において選択される上記電流ベクトルＩrsの出力時間τrsと上記電流ベクトルＩrtの出力時間τrtが、
0004582126.tif 000049
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表され、
上記位相角φが０からπ／３毎に、上記電流ベクトルＩrs,Ｉrt、上記電流ベクトルＩrt,Ｉst、上記電流ベクトルＩst,Ｉsr、上記電流ベクトルＩsr,Ｉtr、上記電流ベクトルＩtr,Ｉts、上記電流ベクトルＩts,Ｉrsを順に選択して、
上記電流ベクトルＩrt,Ｉstの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩst,Ｉsrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩsr,Ｉtrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩtr,Ｉtsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩts,Ｉrsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとすることにより、上記ＰＷＭ変調信号を生成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部とを備え、上記コンバータ部と上記インバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない電力変換装置であって、
空間ベクトル変調方式により上記三相交流入力電圧に同期した基準信号の位相角に基づいてコンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部からの上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部により生成された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号を補正するＰＷＭ変調信号補正部と
を備え、
上記コンバータ部は、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部からの上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記三相交流入力電圧を上記直流電圧に変換し、
上記インバータ部は、上記ＰＷＭ変調信号補正部により補正された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換し、
上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部は、
上記コンバータ部において、上記三相交流入力電圧の各相に接続された対となる上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子の一方がオンして他方がオフするようにして、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの１つがオンして他の２つがオフする第１のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの２つがオンして他の１つがオフする第２のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子の３つがオンまたはオフする第３のスイッチング状態とを組み合わせて、π／３毎に異なる６つの電流ベクトルＩrs,Ｉrt,Ｉst,Ｉsr,Ｉtr,Ｉtsを選択する上記空間ベクトル変調方式に基づいて、キャリヤ周期をＴ0、上記基準信号の位相角をφとするとき、上記位相角φが０≦φ≦π／３において選択される上記電流ベクトルＩrsの出力時間τrsと上記電流ベクトルＩrtの出力時間τrtが、
0004582126.tif 000050
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表され、
上記位相角φが０からπ／３毎に、上記電流ベクトルＩrs,Ｉrt、上記電流ベクトルＩrt,Ｉst、上記電流ベクトルＩst,Ｉsr、上記電流ベクトルＩsr,Ｉtr、上記電流ベクトルＩtr,Ｉts、上記電流ベクトルＩts,Ｉrsを順に選択して、
上記電流ベクトルＩrt,Ｉstの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩst,Ｉsrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩsr,Ｉtrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩtr,Ｉtsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩts,Ｉrsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとすることにより、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータの代表的な回路構成としては、整流回路と平滑回路を介して商用交流を直流に変換し、電圧形変換器により所望の交流を出力する間接形交流電力変換回路が一般に用いられている。一方、交流電圧から直接交流出力を得る方式としては、マトリックスコンバータを代表とする直接形電力変換装置が知られており、商用周波数による電圧脈動を平滑する大型のコンデンサやリアクトルが不要となることから、変換装置の小型化が期待でき、次世代の電力変換装置として近年注目されつつある。
【０００３】
従来の直接形電力変換装置としては、三相交流電圧を直流電圧に変換するＰＷＭ整流器と、上記ＰＷＭ整流器により変換された直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するＰＷＭインバータとを備えたものがある(例えば、特開２００４−２６６９７２号公報(特許文献１)参照)。
【０００４】
この直接形電力変換装置は、入力電流指令に基づいて台形波指令信号を生成し、台形波指令信号とキャリヤ信号とを比較して、ＰＷＭ整流器のスイッチング回路をオンオフするＰＷＭ変調信号を生成している。また、上記キャリヤ信号を変形した三角波と出力電圧指令とを比較して、ＰＷＭインバータのスイッチング回路をオンオフするＰＷＭ変調信号を生成している。
【０００５】
しかしながら、上記直接形電力変換装置では、入力電流指令に基づいて演算により台形波指令信号を生成するので、制御部の演算負荷が増加するという問題がある。
【０００６】
また、上記直接形電力変換装置では、ＰＷＭインバータ側のキャリヤ波形を変形させる必要があるため、変調波形生成が複雑であり、制御回路が複雑になるという問題がある。また、ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータに対して、キャリヤ信号を供給するキャリヤ生成回路を別々に用いた場合も、制御部の回路が複雑になるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２６６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる電力変換装置を提供することにある。
【０００８】
また、この発明のもう１つの課題は、制御部の回路を簡略化できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、第１の発明の電力変換装置では、
空間ベクトル変調方式によりＰＷＭ変調信号を生成するＰＷＭ変調信号生成部と、
上記ＰＷＭ変調信号生成部からの上記ＰＷＭ変調信号に基づいて、三相交流入力電圧を直流電圧に変換するか、または、直流電圧を三相交流出力電圧に変換する変換部と
を備え、
上記ＰＷＭ変調信号生成部は、
上記変換部において、上記三相交流入力電圧または上記三相交流出力電圧の各相に接続された対となる上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子の一方がオンして他方がオフするようにして、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの１つがオンして他の２つがオフする第１のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの２つがオンして他の１つがオフする第２のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子の３つがオンまたはオフする第３のスイッチング状態とを組み合わせて、π／３毎に異なる６つの電流ベクトルＩrs,Ｉrt,Ｉst,Ｉsr,Ｉtr,Ｉtsを選択する上記空間ベクトル変調方式に基づいて、キャリヤ周期をＴ0、上記三相交流入力電圧または上記三相交流出力電圧に同期した基準信号の位相角をφとするとき、上記位相角φが０≦φ≦π／３において選択される上記電流ベクトルＩrsの出力時間τrsと上記電流ベクトルＩrtの出力時間τrtが、
0004582126.tif 000002
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表され、
上記位相角φが０からπ／３毎に、上記電流ベクトルＩrs,Ｉrt、上記電流ベクトルＩrt,Ｉst、上記電流ベクトルＩst,Ｉsr、上記電流ベクトルＩsr,Ｉtr、上記電流ベクトルＩtr,Ｉts、上記電流ベクトルＩts,Ｉrsを順に選択して、
上記電流ベクトルＩrt,Ｉstの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩst,Ｉsrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩsr,Ｉtrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩtr,Ｉtsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩts,Ｉrsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとすることにより、上記ＰＷＭ変調信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
上記構成の電力変換装置によれば、上記指令信号生成部が、空間ベクトル変調方式に基づいて出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、三相交流入力電圧または三相交流出力電圧に同期した基準信号の位相角をφとするとき、
0004582126.tif 000003
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τrs,τrtの電流ベクトルに基づいて、ＰＷＭ変調信号を生成することによって、複雑な演算により指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【００１１】
また、第２の発明の電力変換装置では、
三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部とを備え、上記コンバータ部と上記インバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない電力変換装置であって、
空間ベクトル変調方式により上記三相交流入力電圧に同期した基準信号の位相角に基づいてコンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部からの上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部により生成された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号を補正するＰＷＭ変調信号補正部と
を備え、
上記コンバータ部は、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部からの上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記三相交流入力電圧を上記直流電圧に変換し、
上記インバータ部は、上記ＰＷＭ変調信号補正部により補正された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換し、
上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部は、
上記コンバータ部において、上記三相交流入力電圧の各相に接続された対となる上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子の一方がオンして他方がオフするようにして、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの１つがオンして他の２つがオフする第１のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子のうちの２つがオンして他の１つがオフする第２のスイッチング状態と、上記上アーム側のスイッチング素子の３つがオンまたはオフする第３のスイッチング状態とを組み合わせて、π／３毎に異なる６つの電流ベクトルＩrs,Ｉrt,Ｉst,Ｉsr,Ｉtr,Ｉtsを選択する上記空間ベクトル変調方式に基づいて、キャリヤ周期をＴ0、上記基準信号の位相角をφとするとき、上記位相角φが０≦φ≦π／３において選択される上記電流ベクトルＩrsの出力時間τrsと上記電流ベクトルＩrtの出力時間τrtが、
0004582126.tif 000004
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表され、
上記位相角φが０からπ／３毎に、上記電流ベクトルＩrs,Ｉrt、上記電流ベクトルＩrt,Ｉst、上記電流ベクトルＩst,Ｉsr、上記電流ベクトルＩsr,Ｉtr、上記電流ベクトルＩtr,Ｉts、上記電流ベクトルＩts,Ｉrsを順に選択して、
上記電流ベクトルＩrt,Ｉstの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩst,Ｉsrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩsr,Ｉtrの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩtr,Ｉtsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとし、
上記電流ベクトルＩts,Ｉrsの出力時間を上記出力時間τrs,τrtとすることにより、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
上記構成の電力変換装置によれば、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部により補正されたインバータ部用指令信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換する。このとき、上記コンバータ部用指令信号生成部が、空間ベクトル変調方式に基づく上記直流電圧を出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、三相交流入力電圧に同期した基準信号の位相角をφとするとき、
0004582126.tif 000005
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τrs,τrtの電流ベクトルに基づいて、コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成することによって、複雑な演算により指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上より明らかなように、この発明の電力変換装置によれば、空間ベクトル変調方式に基づく直流電圧を出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、三相交流入力電圧または三相交流出力電圧に同期した基準信号の位相角をφとするとき、
0004582126.tif 000006
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τrs,τrtの電流ベクトルに基づいて、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成することによって、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の電力変換装置を図示の実施の形態を説明する前に、この発明の電力変換装置の特徴について説明する。
【００１５】
まず、直流／交流変換する電力変換装置において、一定の直流電圧に対して正弦波状の線間電圧が得られる相電圧波形の生成法と同様に、脈流状の電圧波形に対しても、正弦波出力が得られる相電圧信号波の導出について説明する。
【００１６】
技術文献１(リザイアング・ウェイ(Lixiang.Wei)、トーマス・エー・リポ(Thomas.A. Lipo)著、「簡単な転流方式を用いた新しいマトリックスコンバータ・トポロジー(A Novel Matrix Converter Topology with Simple Commutation)」、アイトリプルイー(IEEE IAS2001)、vol.3,pp.1749-1754.2001)に示された直流リンク付き直接変換回路では、電流形変換器であるため、線電流の通流比を台形波状に制御している。この明細書では、電圧形ベースで検討するものとし、電流形と電圧形の双対性(線電流：線間電圧、相電流：相電圧に対応)を考慮して、線間電圧を台形波状に制御するものとする。
【００１７】
この技術文献１は、直流リンク部に平滑や整流回路を持たない直流リンク付き直接変換回路の変調方式に関するものである。この技術文献１の直流リンク付き直接変換回路は、図３に示すように、三相ブリッジ回路を構成する６つのスイッチング回路Ｓap,Ｓbp,Ｓcp,Ｓan,Ｓbn,Ｓcnからなるコンバータ部と、三相ブリッジ回路を構成する６つのスイッチング回路Ｓup,Ｓvp,Ｓwp,Ｓun,Ｓvn,Ｓwnからなるインバータ部とを備えている。上記コンバータ部は、三相交流電源Ｖsa,Ｖsb,Ｖscからの三相交流入力電圧Ｖa,Ｖb,Ｖcを直流に変換する。また、上記インバータ部は、コンバータ部により変換された直流電圧Ｖdcを三相交流出力電圧Ｖsu,Ｖsv,Ｖswに変換する。
【００１８】
図４(a)〜(d)は上記技術文献１の直流リンク付き直接変換回路の制御原理に基づく各部の波形を示したものである。図４(a)に示すように、相電圧は、[二相：正、一相：負]と[二相：負、一相：正]の２つの状態の何れかに相当することから、６０度毎の６つの領域に分割することができる。ここでは、ｃ相を基準とする領域１、領域２について述べる。ここで、領域１において、最小相であるｃ相をスイッチング回路Ｓcnにより導通させ、最大または中間相であるａ相,ｂ相をスイッチング回路Ｓap,Ｓbpを用いて以下の通流比ｄac,ｄbcでスイッチングさせる。同様に領域２においては、最大相であるｃ相をスイッチング回路Ｓcpにより導通させ、中間または最小相であるａ相,ｂ相をスイッチング回路Ｓan,Ｓbnを用いて以下の通流比ｄac,ｄbcでスイッチングさせる。
0004582126.tif 000007
【００１９】
以上の動作を６つの領域に対して適用すると、各相の通流比は、図４(b)に示す台形波状の波形となる。なお、ここでは、コンバータ側の上アームと下アームのスイッチング状態を示すため、通流比が正の場合の上アームが導通し、通流比が負の場合の下アームが導通するものとしている。
【００２０】
このとき、図４(c)に示すように、ＤＣリンク電圧は、最大相と最小相との間の線間電圧Ｅmaxと、最小相(領域１)と最大相(領域２)との中間相で生成される線間電圧Ｅmidの２つの電位が得られることが分かる。また、各ＤＣリンク電圧に対して、各々通流比を乗じることにより平均電圧Ｖdcは、
0004582126.tif 000008
で表され、ＤＣリンク電圧が脈流状の電圧波形となることが分かる。
【００２１】
一方、インバータ側については、脈流電圧Ｖdcを用いて電圧制御を行うため、変調波は脈流分を補償するように通電時間は脈流分ｃｏｓθinを乗じて、
0004582126.tif 000009
に基づき制御される。また、インバータの負荷は誘導性であるため電流源として捉えることができ、ＤＣリンク電流は通電時間が上式に示すように、脈流分ｃｏｓθinで振幅変調されているため、
0004582126.tif 000010
で示されるように脈流状となる。ここで、上述のようにコンバータ側は一相が導通状態にあり、二相が各々の通流比ｄac,ｄbcでスイッチングするため、領域１において入力電流は、
0004582126.tif 000011
の関係となる。
【００２２】
以上により、図４(b)に示した台形波状通流比と脈流電流を乗じた波形となるため、入力電流は、図４(d)に示す正弦波とすることができる。
【００２３】
また、一定の直流電圧に対する線間電圧制御法としては、技術文献２(特公平６−０８１５１４号公報)に示す信号波が知られている(技術文献２の第３頁右欄第１０行目〜第四頁左欄第２５行目の記載および第１図,第２図参照)。
【００２４】
ここで、相電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*は、
0004582126.tif 000012
で表される。この(１)式の相電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*に中間相電圧の１／２を加算することで、１相をπ／６遅れ、他の２相をπ／３進みの極性が相互に異なる相電圧指令信号Ｖu**,Ｖv**,Ｖw**は、
0004582126.tif 000013
で表現される。上記技術文献２では、Ｖuv線間電圧の位相を基準に示しているが、ここでは、相電圧を基準とするため、相順を読み替えて表記している(WはU、UはV、VはW)。
【００２５】
また、脈流電圧Ｖlinkは、電圧形ベースであるため、線間電圧の最大値で決定されるので、
0004582126.tif 000014
で表される。そして、位相角０〜π／３の領域では、線間電圧Ｖuwが最大値となるため、
0004582126.tif 000015
の関係式が成り立つ。ここで、(４)式を(２)式に代入することにより、相電圧指令信号Ｖu**,Ｖv**,Ｖw**は、
0004582126.tif 000016
で表される。
【００２６】
振幅１の三角波キャリヤ比較ベースの指令値に書き換えると、次の(６)式のキャリヤ振幅と出力電圧の関係より、相電圧指令信号Ｖu**,Ｖv**,Ｖw**は(７)式で示され、さらに(８)式に書き換えることができる。
0004582126.tif 000017
【００２７】
以上の結果は、図５Ａに示す線間電圧制御波形において、最大相電圧で各相指令値を割ったものと同様であり、位相角０〜π／３の領域ではｒ相が最大相電圧となる。図５Ｂは、位相角π／３毎の６つの領域に対して同様の演算を行った結果であり、１２０度通電の台形波変調波形(相電圧)となる。
【００２８】
したがって、この発明の電力変換装置において、コンバータ部またはインバータ部のＰＷＭ変調に用いる台形波状の指令信号(１２０度通電の台形波変調波形)の傾斜領域を、
0004582126.tif 000018
(ただし、ｄs*,ｄt*は線電流通流比、位相角φは０≦φ≦π／３)
で表される所定の式を用いて生成するか、または、上記所定の式に基づいて予め設定されたテーブルを用いて生成することによって、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減することができる。上記線電流通流比ｄs*の絶対値と線電流通流比ｄt*の絶対値が、三相交流入力電圧または三相交流出力電圧の３つの相のうちの２つの相に対応する台形波状の指令信号の傾斜領域を夫々表すと共に、線電流通流比ｄs*,ｄt*から決まる線電流通流比ｄr*の絶対値が、残りの相に対応する台形波状の指令信号の傾斜領域を表す。
【００２９】
次に、以上により得られた台形波変調波形が技術文献１で示される線電流指令と等価であることを示す。電流形において線電流は電圧形では線間電圧に相当することから、図４(b)の線電流指令信号と図５Ｃの台形波変調波形(線間電圧)を比較する。
【００３０】
図４(b)においてｂ相線電流指令信号ｄbcは、
0004582126.tif 000019
で示されるが、領域１における０〜π／３の位相角で表記すると、
0004582126.tif 000020
に書き換えられる。
【００３１】
また、図５Ｃの線間電圧指令を図４(b)の線電流指令信号と振幅を合わせると、
0004582126.tif 000021
で表すことができ、(１０)式と等しいものとすると、(１１)式より、
0004582126.tif 000022
が成り立てば良い。この(１２)式の右辺を、加法定理を用いて変形すると、
0004582126.tif 000023
が成立する。
【００３２】
従って、この発明により生成される線間電圧指令信号は、技術文献１に示される線電流指令と等価であるため、例えば技術文献３(竹下隆晴、他２名著、「電流形三相インバータ・コンバータの三角波比較方式ＰＷＭ制御」、電学論D、Vol.116,No.1,1996)に示される電圧形、電流形の双対性(技術文献３の表１参照)に基づく論理演算を適用することにより、容易に電圧形より電流形ＰＷＭパターンの発生が可能である。
【００３３】
以上、相電圧指令信号の生成法について説明したが、ＰＷＭ変調方式としては、三角波状のキャリヤ信号による方式の他に、電圧ベクトルを用いた空間ベクトル変調方式の電力変換装置にも適用できる。
【００３４】
図６Ａの上側は、空間ベクトル変調方式のＰＷＭ変調における空間ベクトルを示すベクトル図と図５Ａにおける電圧ベクトルを説明する図である。このベクトル図に示すように、電圧ベクトルは、８つ状態のうちの６状態（Ｖ1〜Ｖ6）は、０でないベクトルで残りの２状態（Ｖ0,Ｖ7）は０状態である。
【００３５】
この空間ベクトル変調方式では、位相角φが０〜π／３における電圧ベクトルの出力時間τ0,τ4,τ6とし、電圧制御率をｋsとするとき、電圧ベクトルの基本式は、
0004582126.tif 000024
で表される。この位相角０〜π／３における電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*は、
0004582126.tif 000025
で表される。図６Ａの下側は、図５Ａの線間電圧制御波形に位相角０〜π／３に対応する電圧ベクトルを示している。なお、図６Ａでは電圧制御率ｋsを０.５としている。ここで、位相角φが０〜π／３において電圧指令信号Ｖs*,Ｖt*の中間相電圧Ｖs*_midは、
0004582126.tif 000026
で表される。図６Ｂに示すように、図５Ｂの台形波変調波形(相電圧)に位相角０〜π／３に対応する電圧ベクトルを示している。そして、空間ベクトル変調方式の基本式のτ4／Ｔ0とτ6／Ｔ0は、
0004582126.tif 000027
で表される。この基本式を、図６Ａ中の表で位相角π／３毎に読み替えて、電圧ベクトルの出力時間を決定することによって、ＰＷＭ波形生成を行うことができる。
【００３６】
なお、図６Ｃに示すように、線間電圧指令信号Ｖst*は、
0004582126.tif 000028
で表される。
【００３７】
図７は上述の特許文献１(特開２００４−２６６９７２号公報)に示される同期ＰＷＭ変調方式について、技術文献１の変調法と対比して示したものである。図７において、ｔsはキャリヤ周期、Ｉ(rt)は電流指令、Ｉ(st)は電流指令、ｄrtは通流比、ｄstは通流比、Ｉr,Ｉs,Ｉtは入力電流、ＩdcはＤＣリンク電流、Ｖ0,Ｖ4,Ｖ6は電圧指令、ｄ0は電圧指令Ｖ0に対応する通流比、ｄ4は電圧指令Ｖ4に対応する通流比である。また、Ｖu,Ｖv,Ｖwはインバータのゲート信号である。
【００３８】
図７では、コンバータ側のキャリヤ周期は、ｓｔ、ｒｔに通電する２つのスイッチング状態に分割され、さらに各々の通流比が異なるため、インバータ側は通電期間毎にキャリヤ振幅が異なる２つのキャリヤ信号を用いている。また、キャリヤ信号と比較される信号波は、コンバータの通流比と掛け合わせることにより、キャリヤ振幅にて補正される。このため、変調回路構成としては特許文献１に示すような複雑な構成となる(特許文献１の段落[００２１]〜[００２６]の記載および図４)。
【００３９】
これに対して、図８はこの発明の電力変換装置の三角波状のキャリヤ信号を用いたＰＷＭ変調方式を示す図である。図８において、ｔsはキャリヤ周期、Ｉ(rt)は電流指令、Ｉ(st)は電流指令、ｄrtは通流比、ｄstは通流比、Ｉr,Ｉs,Ｉtは入力電流、ＩdcはＤＣリンク電流、Ｖ0,Ｖ4,Ｖ6は電圧指令、ｄ0は電圧指令Ｖ0に対応する通流比、ｄ4は電圧指令Ｖ4に対応する通流比である。また、Ｖu,Ｖv,Ｖwは上アームのゲート信号、／Ｖu',／Ｖv',／Ｖw'は下アームのゲート信号である。
【００４０】
図８では、コンバータ側とインバータ側のキャリヤ信号は同一の信号を用いており、従来と同様に振幅補正された２つの指令信号のうち、一方の指令信号にオフセットを持たせてキャリヤ信号と比較し、他方については指令信号の極性を反転させた上でキャリヤ信号と比較し、それにより得られたゲート信号を反転させている。また、各々の期間のゲート信号は、論理和を取ることにより、同一相のゲート信号を得ることができる。
【００４１】
また、図９はこの発明の電力変換装置の鋸波状のキャリヤ信号を用いたＰＷＭ変調方式を示す図である。図９において、ｔsはキャリヤ周期、Ｉ(rt)は電流指令、Ｉ(st)は電流指令、ｄrtは通流比、ｄstは通流比、Ｉr,Ｉs,Ｉtは入力電流、ＩdcはＤＣリンク電流、Ｖ0,Ｖ4,Ｖ6は電圧指令、ｄ0は電圧指令Ｖ0に対応する通流比、ｄ4は電圧指令Ｖ4に対応する通流比、ｄ6は電圧指令Ｖ6に対応する通流比である。また、Ｖu,Ｖv,Ｖwは上アームのゲート信号、／Ｖu',／Ｖv',／Ｖw'は下アームのゲート信号である。
【００４２】
図９に示す電力変換装置は、キャリヤ生成や変調処理が簡素化でき、ソフトウェア化により適した構成である。ただし、技術文献１に示される直流リンク付き直接変換回路では、コンバータ側を零ベクトル期間で転流させるために、Ｖ0,Ｖ7双方の零ベクトルを用いる必要があり、インバータ側は三相変調と損失面で不利となる。また、一般に知られるように、キャリヤによる電圧スペクトルの主要成分の三角波の周波数２ｆに対して、鋸波の周波数はｆとなり、騒音面についても劣るものとなる。
【００４３】
このように、この発明の電力変換装置によれば、脈流状の電圧(電流)波形に対して、線間電圧(線電流)に歪を生じないキャリヤ比較ベースの相電圧指令波形(または空間ベクトル変調方式)により、指令信号を生成するときの演算負荷を軽減することができる。
【００４４】
また、コンバータ部とインバータ部に共通する一つのキャリヤ信号(三角波や鋸波等)で同期ＰＷＭ変調を可能とすることによって、変調回路の簡素化することができる。
【００４５】
以下、この発明の電力変換装置を図示の比較例および実施の形態により詳細に説明する。
【００４６】
〔第１比較例〕
図１はこの発明の電力変換装置を説明するための第１比較例の直流リンク付き直接形電力変換装置の構成図である。この第１比較例の直流リンク付き直接形電力変換装置は、コンバータ部とインバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない。
【００４７】
この直接形電力変換装置は、図１に示すように、スイッチＳrp,Ｓrn,Ｓsp,Ｓsn,Ｓtp,Ｓtnからなるコンバータ部１と、スイッチＳup,Ｓun,Ｓvp,Ｓvn,Ｓwp,Ｓwnからなるインバータ部２と、上記コンバータ部１のスイッチＳrp,Ｓrn,Ｓsp,Ｓsn,Ｓtp,Ｓtnおよびインバータ部２のスイッチＳup,Ｓun,Ｓvp,Ｓvn,Ｓwp,Ｓwnをオンオフするためのゲート信号を出力する制御部３とを備えている。上記スイッチＳrp,Ｓrn,Ｓsp,Ｓsn,Ｓtp,ＳtnおよびスイッチＳup,Ｓun,Ｓvp,Ｓvn,Ｓwp,Ｓwnは、それぞれスイッチング素子を複数組み合わせて構成されているスイッチング回路である。
【００４８】
上記コンバータ部１は、三相交流電源(図示せず)からの相電圧ｖrをスイッチＳrpの一端とスイッチＳrnの一端に入力し、相電圧ｖsをスイッチＳspの一端とスイッチＳsnの一端に入力し、相電圧ｖtをスイッチＳtpの一端とスイッチＳtnの一端に入力している。上記スイッチＳrp,Ｓsp,Ｓtpの他端を第１直流リンク部Ｌ１に夫々接続する一方、スイッチＳrn,Ｓsn,Ｓtnの他端を第２直流リンク部Ｌ２に夫々接続している。
【００４９】
また、上記インバータ部２は、三相交流出力電圧の相電圧ｖuの出力端子にスイッチＳupの一端とスイッチＳunの一端を接続し、相電圧ｖvの出力端子にスイッチＳvpの一端とスイッチＳvnの一端を接続し、相電圧ｖwの出力端子にスイッチＳwpの一端とスイッチＳwnの一端を接続している。上記スイッチＳup,Ｓvp,Ｓwpの他端を第１直流リンク部Ｌ１に夫々接続する一方、スイッチＳun,Ｓvn,Ｓwnの他端を第２直流リンク部Ｌ２に夫々接続している。
【００５０】
また、上記制御部３は、三相交流入力電圧に同期するための基準信号の一例としての電源同期信号Ｖrに基づいて、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*を生成する指令信号生成部およびコンバータ部用指令信号生成部の一例としての台形波状電圧指令生成部１１と、上記台形波状電圧指令生成部１１からの台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*とキャリヤ信号とを比較するための比較部１２と、上記比較部１２からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する電流形ゲート論理変換部１３と、上記台形波状電圧指令生成部１１からの台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*に基づいて、通流比ｄrt,ｄstを検出する中間相検出部１４と、上記キャリヤ信号を生成するキャリヤ信号生成部１５と、上記インバータ部２に対する出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*を生成するインバータ部用指令信号生成部の一例としての出力電圧指令信号生成部２１と、上記出力電圧指令信号生成部２１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と中間相検出部１４からの通流比ｄrt,ｄstに基づいて、
ｄrt＋ｄstＶ*      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部２２と、上記出力電圧指令信号生成部２１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と中間相検出部１４からの通流比ｄrtに基づいて、
ｄrt(１−Ｖ*)      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部２３と、上記演算部２２,２３からの演算結果とキャリヤ信号とを比較するための比較部２４と、上記比較部２４からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する論理和演算部２５とを有する。
【００５１】
上記電流形ゲート論理変換部１３からのゲート信号によりコンバータ部１のスイッチＳrp,Ｓrn,Ｓsp,Ｓsn,Ｓtp,Ｓtnをオンオフ制御すると共に、論理和演算部２５からのゲート信号によりインバータ部２のスイッチＳup,Ｓun,Ｓvp,Ｓvn,Ｓwp,Ｓwnをオンオフ制御する。
【００５２】
上記中間相検出部１４と演算部２２,２３で指令信号補正部を構成している。また、上記比較部１２と電流形ゲート論理変換部１３でコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成し、比較部２４と論理和演算部２５でインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成している。
【００５３】
上記台形波状電圧指令生成部１１は、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を所定のテーブルを用いて生成する。ここで、図５Ａ〜図５Ｃで説明した(８)式、すなわち、
0004582126.tif 000029
で表される相電圧指令信号Ｖu***,Ｖv***,Ｖw***と同様に、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域における値を予めテーブルとして設定しておく。ここで、位相角φは、三相交流入力電圧の相電圧ｖrに同期している。
【００５４】
なお、テーブルの代わりに式を用いて台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を求めてもよい。
【００５５】
すなわち、
0004582126.tif 000030
(ただし、位相角φは０≦φ≦π／３)
0004582126.tif 000031
(ただし、位相角φはπ≦φ≦４π／３)
の所定の式を用いて、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を夫々求める。これにより、演算負荷を低減しつつ、歪のない三相交流出力電圧(電流)を確実に得ることができる。
【００５６】
上記構成の直流リンク付き直接形電力変換装置によれば、コンバータ部１により変換された直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部(１４,２２,２３)により出力電圧指令信号を補正して、その補正された出力電圧指令信号に基づいて、コンバータ部１により変換された直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換する。このとき、台形波状電圧指令生成部１１は、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を、所定のテーブル(または所定の式)を用いて生成することによって、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減することができる。
【００５７】
上記コンバータ部１とインバータ部２に共通する１つのキャリヤ信号でＰＷＭ変調を可能とすることによって、制御部の回路を簡略化することができる。
【００５８】
〔第２比較例〕
図２はこの発明の電力変換装置を説明するための第２比較例の直接形電力変換装置の一例としてのマトリックスコンバータの構成図である。
【００５９】
このマトリックスコンバータは、図２に示すように、スイッチＳur,Ｓus,Ｓut,Ｓvr,Ｓvs,Ｓvt,Ｓwr,Ｓws,Ｓwtからなる変換部４と、上記変換部４のスイッチＳur,Ｓus,Ｓut,Ｓvr,Ｓvs,Ｓvt,Ｓwr,Ｓws,Ｓwtをオンオフするためのゲート信号を出力する制御部５とを備えている。この変換部４が、仮想コンバータ部と仮想インバータ部に相当し、この仮想コンバータ部と仮想インバータ部とを接続する仮想直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない。上記スイッチＳur,Ｓus,Ｓut,Ｓvr,Ｓvs,Ｓvt,Ｓwr,Ｓws,Ｓwtは、それぞれスイッチング素子を複数組み合わせて構成されているスイッチング回路である。
【００６０】
上記変換部４は、三相交流電源６からの三相交流入力電圧のうちの相電圧ｖrをスイッチＳur,Ｓvr,Ｓwr夫々の一端に入力し、三相交流入力電圧のうちの相電圧ｖsをＳus,Ｓvs,Ｓws夫々の一端に入力し、三相交流入力電圧のうちの相電圧ｖtをＳut,Ｓvt,Ｓwt夫々の一端に入力している。上記スイッチＳur,Ｓus,Ｓutの他端を相電圧ｖuの出力端子に夫々接続する一方、スイッチＳvr,Ｓvs,Ｓvtの他端を相電圧ｖrの出力端子に夫々接続し、スイッチＳwr,Ｓws,Ｓwtの他端を相電圧ｖwの出力端子に夫々接続している。
【００６１】
また、上記制御部５は、三相交流入力電圧に同期するための基準信号の一例としての電源同期信号Ｖrに基づいて、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*を生成する指令信号生成部およびコンバータ部用指令信号生成部の一例としての台形波状電圧指令生成部３１と、上記台形波状電圧指令生成部３１からの台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*とキャリヤ信号とを比較するための比較部３２と、上記比較部３２からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する電流形ゲート論理変換部３３と、上記台形波状電圧指令生成部３１からの台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*に基づいて、通流比ｄrt,ｄstを検出する中間相検出部３４と、上記キャリヤ信号を生成するキャリヤ信号生成部３５と、上記変換部４に対する出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*を生成するインバータ部用指令信号生成部の一例としての出力電圧指令信号生成部４１と、上記出力電圧指令信号生成部４１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と中間相検出部３４からの通流比ｄrt,ｄstに基づいて、
ｄrt＋ｄstＶ*      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部４２と、上記出力電圧指令信号生成部４１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と中間相検出部３４からの通流比ｄrtに基づいて、
ｄrt(１−Ｖ*)      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部４３と、上記演算部４２,４３からの演算結果とキャリヤ信号とを比較するための比較部４４と、上記比較部４４からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する論理和演算部４５と、上記電流形ゲート論理変換部３３からの信号と論理和演算部４５からの信号に基づいて、ゲート信号を合成するゲート信号合成部５０とを有する。
【００６２】
上記ゲート信号合成部５０からのゲート信号により変換部４のスイッチＳur,Ｓus,Ｓut,Ｓvr,Ｓvs,Ｓvt,Ｓwr,Ｓws,Ｓwtをオンオフ制御する。
【００６３】
上記中間相検出部３４と演算部４２,４３で指令信号補正部を構成している。また、上記比較部３２と電流形ゲート論理変換部３３でコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成し、比較部４４と論理和演算部４５でインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成している。
【００６４】
上記台形波状電圧指令生成部３１は、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を所定のテーブルを用いて生成する。ここで、図５Ａ〜図５Ｃで説明した(８)式、すなわち、
0004582126.tif 000032
で表される相電圧指令信号Ｖu***,Ｖv***,Ｖw***と同様に、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域における値を予めテーブルとして設定しておく。ここで、位相角φは、三相交流入力電圧の相電圧ｖrに同期している。
【００６５】
なお、テーブルの代わりに式を用いて台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を求めてもよい。
【００６６】
すなわち、
0004582126.tif 000033
(ただし、位相角φは０≦φ≦π／３)
0004582126.tif 000034
(ただし、位相角φはπ≦φ≦４π／３)
の所定の式を用いて、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を夫々求める。これにより、演算負荷を低減しつつ、歪のない三相交流出力電圧(電流)を確実に得ることができる。
【００６７】
上記構成のマトリックスコンバータによれば、仮想コンバータ部により変換された仮想直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部(３４,４２,４３)により出力電圧指令信号を補正して、その補正された出力電圧指令信号に基づいて、仮想インバータ部は、仮想コンバータ部により変換された仮想直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換する。このとき、台形波状電圧指令生成部３１は、台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の傾斜領域を、所定のテーブル(または所定の式)を用いて生成することによって、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減することができる。
【００６８】
上記仮想コンバータ部と仮想インバータ部に共通する１つのキャリヤ信号でＰＷＭ変調を可能とすることによって、制御部の回路を簡略化することができる。
【００６９】
〔第１実施形態〕
図１４はこの発明の第１実施形態の直流リンク付き直接形電力変換装置の構成図である。この第１実施形態の直流リンク付き直接形電力変換装置は、コンバータ部とインバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない。
【００７０】
この第１実施形態の直接形電力変換装置は、制御部を除いて第１比較例の図１に示す直接形電力変換装置のコンバータ部とインバータ部と同一の構成をしており、図１４ではコンバータ部とインバータ部を省略する(コンバータ部とインバータ部については図１を援用する)。
【００７１】
また、上記制御部１０３は、三相交流入力電圧に同期するための基準信号の一例としての電源同期信号Ｖrに基づいて、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*を生成する指令信号生成部およびコンバータ部用指令信号生成部の一例としての台形波状線電流指令生成部１１１と、上記台形波状線電流指令生成部１１１からの台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*と電源同期信号Ｖrに基づいて、キャリヤ信号Ａ,Ｂに対応する信号波ｄrpa*,ｄrpb*,ｄrna*,ｄrnb*を出力する信号分配部１１６と、上記信号分配部１１６からの信号波ｄrpa*,ｄrpb*,ｄrna*,ｄrnb*とキャリヤ信号Ａ,Ｂ(図１４では“キャリヤＡ”,“キャリヤＢ”)とを比較するための比較部１１２と、上記比較部１１２からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する論理和演算部１１３と、上記台形波状線電流指令生成部１１１からの台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*に基づいて、通流比ｄrt,ｄstを検出する２相指令検出部１１４と、上記キャリヤ信号Ａ,Ｂを生成するキャリヤ信号生成部１１５と、上記インバータ部２に対する出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*を生成するインバータ部用指令信号生成部の一例としての出力電圧指令信号生成部１２１と、上記出力電圧指令信号生成部１２１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と２相指令検出部１１４からの通流比ｄrt,ｄstに基づいて、
ｄrt＋ｄstＶ*      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部１２２と、上記出力電圧指令信号生成部１２１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と２相指令検出部１１４からの通流比ｄrtに基づいて、
ｄrt(１−Ｖ*)      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部１２３と、上記演算部１２２,１２３からの演算結果とキャリヤ信号とを比較するための比較部１２４と、上記比較部１２４からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する論理和演算部１２５とを有する。
【００７２】
上記論理和演算部１１３からのゲート信号によりコンバータ部１のスイッチＳrp,Ｓrn,Ｓsp,Ｓsn,Ｓtp,Ｓtnをオンオフ制御すると共に、論理和演算部１２５からのゲート信号によりインバータ部２のスイッチＳup,Ｓun,Ｓvp,Ｓvn,Ｓwp,Ｓwnをオンオフ制御する。
【００７３】
上記２相指令検出部１１４と演算部１２２,１２３で指令信号補正部を構成している。また、上記比較部１１２と論理和演算部１１３でコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成し、比較部１２４と論理和演算部１２５でインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成している。
【００７４】
上記台形波状線電流指令生成部１１１は、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域を所定のテーブルを用いて生成する。
【００７５】
ここで、次式に基づいて、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域における値を予めテーブルとして設定している。
0004582126.tif 000035
ここで、ｄs*,ｄt*は線電流通流比であり、位相角φは０≦φ≦π／３である。また、位相角φは、三相交流入力電圧の相電圧ｖrに同期している。
【００７６】
なお、テーブルの代わりに上記式を用いて台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域を求めてもよい。
【００７７】
図１０はキャリヤ比較を用いた場合の線電流通流比を示しており、図１０(a)は相電圧波形を示し、図１０(b)は線電流通流比波形を示している。例えば、図１０に示すモード１の領域において、二相変調される傾斜領域を上記式に基づいて線電流通流比指令を生成する。
【００７８】
なお、ここで用いる台形波状波形は、第１比較例の台形波状電圧指令信号Ｖr*,Ｖs*,Ｖt*の線間電圧波形と同等である(電圧形、電流形の相対性より線電流指令に相当)。
【００７９】
表１は、モード毎の比較すべきキャリヤ信号を示しているが、上記二相の指令値(ｄs*,ｄt*)の和が１となるため、二相夫々が異なるキャリヤ信号で比較されるように選択すればよい。ここでは、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の立ち上がり波形でキャリヤ信号Ａを選択し、立ち下がり波形でキャリヤ信号Ｂを選択している。
【００８０】
【表１】
0004582126.tif 000036
【００８１】
また、図１１は、表１の変調方式を説明するための図を示している。図１１において、上から順に、通流比指令ｄr*、指令ｄrp*、指令ｄrn*、信号分配信号Ｃa、信号分配信号Ｃb、信号波ｄrpa*、信号波ｄrpb*、信号波ｄrna*、信号波ｄrnb*、ゲート信号Ｓrp、ゲート信号Ｓrnを示している。
【００８２】
信号分配部１１６において、通流比指令ｄr*は正負夫々の指令ｄrp*、ｄrn*に分離した後、指令値の波形をπ／２進相した信号分配信号Ｃa,Ｃbに基づいて、比較すべきキャリヤ信号Ａ,Ｂに対応する信号波ｄrpa*,ｄrpb*,ｄrna*,ｄrnb*を得る。すなわち、信号波ｄrpa*は、指令ｄrp*と信号分配信号Ｃaとの論理積により得られ、信号波ｄrpb*は、指令ｄrp*と信号分配信号Ｃbとの論理積により得られ、信号波ｄrna*は、指令ｄrn*と信号分配信号Ｃaとの論理積により得られ、信号波ｄrnb*は、指令ｄrn*と信号分配信号Ｃbとの論理積により得られる。
【００８３】
ここで得られた信号は、比較部１１２で２つのキャリヤ信号Ａ,Ｂと比較された後、論理和演算部１１３で論理和をとることにより、上下アームのゲート信号Ｓrp,Ｓrnを得る。通流比指令ｄs*,ｄt*についても同様にして、ゲート信号Ｓsp,Ｓsn,Ｓtp,Ｓtnを得る。すなわち、ゲート信号Ｓrpは、信号波ｄrpa*と信号波ｄrpb*との論理和により得られ、ゲート信号Ｓrnは、信号波ｄrna*と信号波ｄrnb*との論理和により得られる。
【００８４】
上記構成の直接形電力変換装置によれば、コンバータ部１により変換された直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部(１１４,１２２,１２３)により出力電圧指令信号を補正して、その補正された出力電圧指令信号に基づいて、コンバータ部１により変換された直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換する。このとき、台形波状線電流指令生成部１１１は、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域を、
0004582126.tif 000037
に基づいて生成することによって、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減することができる。
【００８５】
同様に、空間ベクトル変調を用いて実現することも可能であり、図１２(a)は相電圧波形を示し、図１２(b)は線電流通流比波形を示し、図１３は電流形空間ベクトル変調方式のＰＷＭ変調における電流ベクトルを示している。
【００８６】
図１３に示す電流ベクトルは、相電流で規定されるが、台形波状信号波であり１相が６０度期間導通状態であるため、図１２に示すように、二相の線電流通流比に基づいて、次式のように各電流ベクトルの通電時間を与えることにより、相電流を供給することができる。
0004582126.tif 000038
【００８７】
表２は、この電流形空間ベクトル変調方式のＰＷＭ変調における各電流ベクトルの出力時間を示している。
【００８８】
【表２】
0004582126.tif 000039
【００８９】
〔第２実施形態〕
図１５はこの発明の第２実施形態の直接形電力変換装置の一例としてのマトリックスコンバータの構成図である。
【００９０】
この第２実施形態の直接形電力変換装置は、制御部を除いて第２比較例の図２に示す直接形電力変換装置の変換部と同一の構成をしており、図１５では変換部を省略する(変換部については図２を援用する)。
電圧形との相違点は、仮想コンバータ部と仮想インバータ部の同期において、一相変調波形に対して、二相変調波形を用いることである。また、仮想コンバータ部側については、キャリヤ信号を二相用いているが、ゲート信号の生成に相電流から線電流への論理変換部を不要とする点が異なる。
【００９１】
また、上記制御部２０５は、三相交流入力電圧に同期するための基準信号の一例としての電源同期信号Ｖrに基づいて、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*を生成する指令信号生成部およびコンバータ部用指令信号生成部の一例としての台形波状線電流指令生成部２３１と、上記台形波状線電流指令生成部２３１からの台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*と電源同期信号Ｖrに基づいて、キャリヤ信号Ａ,Ｂに対応する信号波ｄrpa*,ｄrpb*,ｄrna*,ｄrnb*を出力する信号分配部２３６と、上記信号分配部２３６からの信号波ｄrpa*,ｄrpb*,ｄrna*,ｄrnb*とキャリヤ信号Ａ,Ｂ(図１５では“キャリヤＡ”,“キャリヤＢ”)とを比較するための比較部２３２と、上記比較部２３２からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する論理和演算部２３３と、上記台形波状線電流指令生成部２３１からの台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*に基づいて、通流比ｄrt,ｄstを検出する２相指令検出部２３４と、上記キャリヤ信号Ａ,Ｂを生成するキャリヤ信号生成部２３５と、上記変換部４に対する出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*を生成するインバータ部用指令信号生成部の一例としての出力電圧指令信号生成部２４１と、上記出力電圧指令信号生成部２４１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と２相指令検出部２３４からの通流比ｄrt,ｄstに基づいて、
ｄrt＋ｄstＶ*      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部２４２と、上記出力電圧指令信号生成部２４１からの出力電圧指令信号Ｖu*,Ｖv*,Ｖw*と２相指令検出部２３４からの通流比ｄrtに基づいて、
ｄrt(１−Ｖ*)      (Ｖ*：各相の電圧ベクトル)
を出力する演算部２４３と、上記演算部２４２,２４３からの演算結果とキャリヤ信号とを比較するための比較部２４４と、上記比較部２４４からの比較結果に基づいてゲート信号を出力する論理和演算部２４５と、上記論理和演算部２３３からの信号と論理和演算部２４５からの信号に基づいて、ゲート信号を合成するゲート信号合成部２５０とを有する。
【００９２】
上記ゲート信号合成部２５０からのゲート信号により変換部４のスイッチＳur,Ｓus,Ｓut,Ｓvr,Ｓvs,Ｓvt,Ｓwr,Ｓws,Ｓwtをオンオフ制御する。
【００９３】
上記２相指令検出部２３４と演算部２４２,２４３で指令信号補正部を構成している。また、上記比較部２３２と論理和演算部２３３でコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成し、比較部２４４と論理和演算部２４５でインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部を構成している。
【００９４】
上記台形波状線電流指令生成部２３１は、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域を所定のテーブルを用いて生成する。
【００９５】
ここで、上記第１実施形態と同様に、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域における値を予めテーブルとして設定している。
【００９６】
なお、テーブルの代わりに上記式を用いて台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域を求めてもよい。
【００９７】
上記構成のマトリックスコンバータによれば、仮想コンバータ部により変換された仮想直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部(２３４,２４２,２４３)により出力電圧指令信号を補正して、その補正された出力電圧指令信号に基づいて、仮想インバータ部は、仮想コンバータ部により変換された仮想直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換する。このとき、台形波状電圧指令生成部３１は、台形波状線電流指令信号ｄr*,ｄs*,ｄt*の傾斜領域を、
0004582126.tif 000040
に基づいて生成することによって、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減することができる。
【００９８】
上記第１,第２実施形態では、テーブルまたは式を用いて傾斜領域を求めた台形波状電圧指令信号,台形波状線電流指令信号をコンバータ側に適用した直接形の電力変換装置について説明したが、台形波状の指令信号をインバータ側に適用した電力変換装置にこの発明を適用してもよい。
【００９９】
また、電力変換装置として、
台形波状の指令信号を基準信号の位相角に基づいて生成する指令信号生成部と、
キャリヤ信号を生成するキャリヤ信号生成部と、
上記指令信号生成部からの上記台形波状の指令信号および上記キャリヤ信号生成部により生成された上記キャリヤ信号に基づいて、三相交流入力電圧を直流電圧に変換するか、または、直流電圧を三相交流出力電圧に変換する変換部と
を備え、
上記指令信号生成部は、上記台形波状の指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することを特徴とするものでもよい。
【０１００】
ここで、上記指令信号生成部により台形波状の指令信号を生成するときの上記基準信号は、変換部が三相交流入力電圧を直流電圧に変換する場合は、三相交流入力電圧のうちの基準となる信号を用い、変換部が直流電圧を三相交流出力電圧に変換する場合は、例えば上記三相交流出力電圧を作るための基準となる信号を用いる。
【０１０１】
上記構成の電力変換装置によれば、上記指令信号生成部により、台形波状の指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することによって、複雑な演算により台形波状の指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【０１０２】
また、電力変換装置として、
三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部とを備え、上記コンバータ部と上記インバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない電力変換装置であって、
上記三相交流入力電圧に同期した台形波状のコンバータ部用指令信号を生成するコンバータ部用指令信号生成部と、
キャリヤ信号を生成するキャリヤ信号生成部と、
上記所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用指令信号を生成するインバータ部用指令信号生成部と、
上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記台形波状のコンバータ部用指令信号に基づいて、上記インバータ部用指令信号生成部により生成された上記インバータ部用指令信号を補正する指令信号補正部と
を備え、
上記コンバータ部は、上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記台形波状のコンバータ部用指令信号および上記キャリヤ信号生成部からの上記キャリヤ信号に基づいて、上記三相交流入力電圧を上記直流電圧に変換し、
上記インバータ部は、上記指令信号補正部により補正された上記インバータ部用指令信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換し、
上記コンバータ部用指令信号生成部は、上記台形波状のコンバータ部用指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することを特徴とするものでもよい。
【０１０３】
上記構成の電力変換装置によれば、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部によりインバータ部用指令信号を補正することによって、補正されたインバータ部用指令信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換することが可能となる。このとき、上記コンバータ部用指令信号生成部は、台形波状のコンバータ部用指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することによって、複雑な演算により台形波状のコンバータ部用指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【０１０４】
また、上記電力変換装置において、
上記所定の式は、
0004582126.tif 000041
(ただし、位相角φは０≦φ≦π／３)
0004582126.tif 000042
(ただし、位相角φはπ≦φ≦４π／３)
としてもよい。
【０１０５】
上記電力変換装置によれば、上記コンバータ部用指令信号生成部が、上記所定の式を用いて台形波状のコンバータ部用指令信号を生成することによって、演算負荷を低減しつつ、歪のない三相交流出力電圧(電流)を確実に得ることができる。
【０１０６】
また、上記電力変換装置において、
上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記コンバータ部用指令信号と上記キャリヤ信号生成部からの上記キャリヤ信号とを比較して、コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記インバータ部用指令信号生成部からの上記インバータ部用指令信号と上記コンバータ部に用いられたものと同一の上記キャリヤ信号とを比較して、インバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と
を備え、
上記コンバータ部は、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部により生成された上記コンバータ部ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記三相交流入力電圧を上記直流電圧に変換し、
上記インバータ部は、上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部により生成された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換してもよい。
【０１０７】
上記電力変換装置によれば、上記コンバータ部とインバータ部に共通する１つのキャリヤ信号でＰＷＭ変調を可能とすることによって、制御部の回路を簡略化できる。
【０１０８】
また、上記電力変換装置において、上記キャリヤ信号は三角波状の信号としてもよい。
【０１０９】
上記電力変換装置によれば、ＰＷＭ変調に適した三角波状の信号をキャリヤ信号に用いることによって、パルス幅変調のための回路を簡略化できる。
【０１１０】
また、上記電力変換装置において、上記キャリヤ信号は鋸波状の信号としてもよい。
【０１１１】
上記電力変換装置によれば、鋸波状の信号をキャリヤ信号に用いることによって、キャリヤ生成や変調処理が簡素化できる。
【０１１２】
また、上記電力変換装置において、
上記コンバータ部は、
上記三相交流入力電圧の各相電圧が一端に夫々入力され、第１直流リンク部に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路と、
上記三相交流入力電圧の各相電圧が一端に夫々入力され、第２直流リンク部に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路と
を有し、
上記インバータ部は、
上記所定の三相交流出力電圧の各出力端子が一端に夫々接続され、上記第１直流リンク部に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路と、
上記所定の三相交流出力電圧の各出力端子が一端に夫々接続され、上記第２直流リンク部に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路と
を有してもよい。
【０１１３】
また、上記電力変換装置において、
上記コンバータ部に相当する仮想コンバータ部と、上記インバータ部に相当する仮想インバータ部と、上記直流リンク部に相当する仮想直流リンク部とを有するマトリックスコンバータであって、
上記仮想コンバータ部および上記仮想インバータ部は、
上記三相交流入力電圧のうちの第１相電圧が一端に夫々入力され、上記所定の三相交流出力電圧の各出力端子に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路と、
上記三相交流入力電圧のうちの第２相電圧が一端に夫々入力され、上記所定の三相交流出力電圧の各出力端子に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路と、
上記三相交流入力電圧のうちの第３相電圧が一端に夫々入力され、上記所定の三相交流出力電圧の各出力端子に他端が夫々接続された３つのスイッチング回路とを有してもよい。
【０１１４】
また、電力変換装置として、
三相交流入力電圧に同期したコンバータ部用指令信号を生成するコンバータ部用指令信号生成部と、
所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用指令信号を生成するインバータ部用指令信号生成部と、
キャリヤ信号を生成するキャリヤ信号生成部と、
上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記コンバータ部用指令信号および上記キャリヤ信号生成部により生成された上記キャリヤ信号に基づいて、上記三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
上記インバータ部用指令信号生成部からの上記インバータ部用指令信号および上記コンバータ部に用いられたものと同一の上記キャリヤ信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部と
を有することを特徴とするものでもよい。
【０１１５】
上記構成の電力変換装置によれば、上記コンバータ部とインバータ部に共通する１つのキャリヤ信号でＰＷＭ変調を可能とすることによって、制御部の回路を簡略化できる。
【０１１６】
また、上記電力変換装置において、上記キャリヤ信号は三角波状の信号としてもよい。
【０１１７】
上記電力変換装置によれば、ＰＷＭ変調に適した三角波状の信号をキャリヤ信号に用いることによって、パルス幅変調のための回路を簡略化できる。
【０１１８】
また、上記電力変換装置において、上記キャリヤ信号は鋸波状の信号である。
【０１１９】
上記電力変換装置によれば、鋸波状の信号をキャリヤ信号に用いることによって、キャリヤ生成や変調処理が簡素化できる。
【０１２０】
また、電力変換装置の制御方法として、
台形波状の指令信号を指令信号生成部により生成するステップと、
キャリヤ信号をキャリヤ信号生成部により生成するステップと、
上記指令信号生成部からの上記台形波状の指令信号および上記キャリヤ信号生成部により生成された上記キャリヤ信号に基づいて、変換部によって、三相交流入力電圧を直流電圧に変換するか、または、直流電圧を三相交流出力電圧に変換するステップと
を有し、
上記指令信号生成部により上記台形波状の指令信号を生成するステップにおいて、上記台形波状の指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することを特徴とするものでもよい。
【０１２１】
上記電力変換装置の制御方法によれば、上記指令信号生成部により、台形波状のコンバータ部用指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することによって、複雑な演算により台形波状の指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【０１２２】
また、電力変換装置の制御方法として、
三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部とを備え、上記コンバータ部と上記インバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない電力変換装置の制御方法であって、
上記三相交流入力電圧に同期した台形波状のコンバータ部用指令信号をコンバータ部用指令信号生成部により生成するステップと、
キャリヤ信号をキャリヤ信号生成部により生成するステップと、
上記所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用指令信号をインバータ部用指令信号生成部により生成するステップと、
上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記台形波状のコンバータ部用指令信号に基づいて、上記インバータ部用指令信号生成部により生成された上記インバータ部用指令信号を指令信号補正部により補正するステップと、
上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記台形波状のコンバータ部用指令信号および上記キャリヤ信号生成部からの上記キャリヤ信号に基づいて、上記コンバータ部により、上記三相交流入力電圧を上記直流電圧に変換するステップと、
上記指令信号補正部により補正された上記インバータ部用指令信号に基づいて、上記インバータ部によって、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換するステップと
を有し、
上記コンバータ部用指令信号生成部により上記台形波状のコンバータ部用指令信号を生成するステップにおいて、上記台形波状のコンバータ部用指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することを特徴とするものでもよい。
【０１２３】
上記電力変換装置の制御方法によれば、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部によりインバータ部用指令信号を補正することによって、補正されたインバータ部用指令信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換することが可能となる。このとき、上記コンバータ部用指令信号生成部は、台形波状のコンバータ部用指令信号の傾斜領域を、所定のテーブルまたは所定の式を用いて生成することによって、複雑な演算により台形波状のコンバータ部用指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【０１２４】
また、上記電力変換装置の制御方法において、
上記所定の式は、
0004582126.tif 000043
(ただし、位相角φは０≦φ≦π／３)
0004582126.tif 000044
(ただし、位相角φはπ≦φ≦４π／３)
としてもよい。
【０１２５】
上記電力変換装置の制御方法によれば、上記コンバータ部用指令信号生成部が、上記所定の式を用いて台形波状のコンバータ部用指令信号を生成することによって、演算負荷を低減しつつ、歪のない三相交流出力電圧(電流)を確実に得ることができる。
【０１２６】
また、電力変換装置の制御方法として、
三相交流入力電圧に同期したコンバータ部用指令信号をコンバータ部用指令信号生成部により生成するステップと、
所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用指令信号をインバータ部用指令信号生成部により生成するステップと、
キャリヤ信号をキャリヤ信号生成部により生成するステップと、
上記コンバータ部用指令信号生成部からの上記コンバータ部用指令信号および上記キャリヤ信号生成部により生成された上記キャリヤ信号に基づいて、上記三相交流入力電圧から直流電圧にコンバータ部により変換するステップと、
上記インバータ部用指令信号生成部からの上記インバータ部用指令信号および上記コンバータ部に用いられたものと同一の上記キャリヤ信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧にインバータ部により変換するステップと
を有することを特徴とするものでもよい。
【０１２７】
上記電力変換装置の制御方法によれば、上記コンバータ部とインバータ部に共通する１つのキャリヤ信号でＰＷＭ変調を可能とすることによって、制御部の回路を簡略化できる。
【０１２８】
また、電力変換装置として、
空間ベクトル変調方式によりＰＷＭ変調信号を生成するＰＷＭ変調信号生成部と、
上記ＰＷＭ変調信号生成部からの上記ＰＷＭ変調信号に基づいて、三相交流入力電圧を直流電圧に変換するか、または、直流電圧を三相交流出力電圧に変換する変換部と
を備え、
上記ＰＷＭ変調信号生成部は、上記空間ベクトル変調方式に基づいて出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、位相角φとするとき、
0004582126.tif 000045
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τ4,τ6の電圧ベクトルに基づいて、上記ＰＷＭ変調信号を生成することを特徴とするものでもよい。
【０１２９】
上記構成の電力変換装置によれば、上記指令信号生成部が、空間ベクトル変調方式に基づいて出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、位相角φとするとき、
0004582126.tif 000046
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τ4,τ6の電圧ベクトルに基づいて、ＰＷＭ変調信号を生成することによって、複雑な演算により指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【０１３０】
また、電力変換装置として、
三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部とを備え、上記コンバータ部と上記インバータ部とを接続する直流リンク部に平滑用のフィルタを有しない電力変換装置であって、
空間ベクトル変調方式により上記三相交流入力電圧に同期したコンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するコンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記所定の三相交流出力電圧を出力するためのインバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成するインバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部と、
上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部からの上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部により生成された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号を補正するＰＷＭ変調信号補正部と
を備え、
上記コンバータ部は、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部からの上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記三相交流入力電圧を上記直流電圧に変換し、
上記インバータ部は、上記ＰＷＭ変調信号補正部により補正された上記インバータ部用ＰＷＭ変調信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を上記所定の三相交流出力電圧に変換し、
上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号生成部は、上記空間ベクトル変調方式に基づく上記直流電圧を出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、位相角φとするとき、
0004582126.tif 000047
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τ4,τ6の電圧ベクトルに基づいて、上記コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成することを特徴とするものでもよい。
【０１３１】
上記構成の電力変換装置によれば、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧の脈流状の電圧(電流)波形に対して、三相交流出力電圧(電流)に歪を生じないように、指令信号補正部により補正されたインバータ部用指令信号に基づいて、上記コンバータ部により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換する。このとき、上記コンバータ部用指令信号生成部が、空間ベクトル変調方式に基づく上記直流電圧を出力すべき電圧ベクトルを用い、キャリヤ周期をＴ0、位相角φとするとき、
0004582126.tif 000048
(ただし、０≦φ≦π／３)
で表される出力時間τ4,τ6の電圧ベクトルに基づいて、コンバータ部用ＰＷＭ変調信号を生成することによって、複雑な演算により指令信号を形成する必要がなく、簡単な構成で制御部の演算負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】図１はこの発明の第１比較例の直接形電力変換装置の構成図である。
【図２】図２はこの発明の第２比較例の直接形電力変換装置の構成図である。
【図３】図３は直流リンク付き直接変換回路の構成図である
【図４】図４は直流リンク付き直接変換回路の制御原理を説明するための各部の波形を示す図である
【図５Ａ】図５Ａは線間電圧制御波形を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは台形波変調波形(相電圧)を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは台形波変調波形(線間電圧)を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは空間ベクトル変調について説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは空間ベクトル変調における台形波変調波形(相電圧)を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは空間ベクトル変調における台形波変調波形(線間電圧)を示す図である。
【図７】図７は比較のための同期ＰＷＭ変調方式を示す図である。
【図８】図８はこの発明の直接形電力変換装置の三角波状のキャリヤ信号を用いたＰＷＭ変調方式を示す図である。
【図９】図９はこの発明の直接形電力変換装置の鋸波状のキャリヤ信号を用いたＰＷＭ変調方式を示す図である。
【図１０】図１０はキャリヤ比較を用いた場合の線電流通流比を示す図である。
【図１１】図１１は表１の変調方式を説明するための図である。
【図１２】図１２は空間ベクトル変調を用いた場合の線電流通流比を示す図である。
【図１３】図１３は空間ベクトル変調について説明するための図である。
【図１４】図１４はこの発明の第１実施形態の直流リンク付き直接形電力変換装置の構成図である。
【図１５】図１５はこの発明の第２実施形態の直接形電力変換装置の一例としてのマトリックスコンバータの構成図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１…コンバータ部
２…インバータ部
３…制御部
４…変換部
５…制御部
１１…台形波状電圧指令生成部
１２…比較部
１３…電流形ゲート論理変換部
１４…中間相検出部
１５…キャリヤ信号生成部
２１…出力電圧指令信号生成部
２２…演算部
２３…演算部
２４…比較部
２５…論理和演算部
３１…台形波状電圧指令生成部
３２…比較部
３３…電流形ゲート論理変換部
３４…中間相検出部
３５…キャリヤ信号生成部
４１…出力電圧指令信号生成部
４２…演算部
４３…演算部
４４…比較部
４５…論理和演算部
５０…ゲート信号合成部
１１…台形波状線電流指令生成部
１２…比較部
１０３…制御部
１１３…論理和演算部
１１４…２相指令検出部
１１５…キャリヤ信号生成部
１１６…信号分配器
１２１…出力電圧指令信号生成部
１２２…演算部
１２３…演算部
１２４…比較部
１２５…論理和演算部
２０３…制御部
２３１…台形波状線電流指令生成部
２３２…比較部
２３３…論理和演算部
２３４…２相指令検出部
２３５…キャリヤ信号生成部
２３６…信号分配器
２４１…出力電圧指令信号生成部
２４２…演算部
２４３…演算部
２４４…比較部
２４５…論理和演算部
２５０…ゲート信号合成部
【図１】
0004582126.tif 000051
【図２】
0004582126.tif 000052
【図３】
0004582126.tif 000053
【図４】
0004582126.tif 000054
【図５Ａ】
0004582126.tif 000055
【図５Ｂ】
0004582126.tif 000056
【図５Ｃ】
0004582126.tif 000057
【図６Ａ】
0004582126.tif 000058
【図６Ｂ】
0004582126.tif 000059
【図６Ｃ】
0004582126.tif 000060
【図７】
0004582126.tif 000061
【図８】
0004582126.tif 000062
【図９】
0004582126.tif 000063
【図１０】
0004582126.tif 000064
【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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