(57)【要約】【課題】電力変換の精度を高めることができるマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係るマトリクスコンバータは、選択部と、転流制御部とを備える。選択部は、交流電源の相電圧の状態および負荷の相電流の状態の少なくともいずれか一方に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する。転流制御部は、選択部によって選択された転流パターンにより電力変換部の双方向スイッチを制御して交流電源と負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う。複数種類の転流パターンの特性値を選択部による転流パターンの選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が比較対象となる一つの転流パターンの特性値以下である。【選択図】図３
2016046957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相と負荷の各相との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記交流電源の相電圧の状態および前記負荷の相電流の状態の少なくともいずれか一方に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記複数種類の転流パターンの特性値を前記選択部による前記転流パターンの選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が比較対象となる一つの転流パターンの特性値以下である
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記特性値は、
前記転流パターンによる前記転流制御の所要時間に応じた値である
ことを特徴とする請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項３】
前記転流制御部は、
前記負荷の前記相電流の極性を判定する電流判定部を備え、
前記特性値は、
前記負荷の前記相電流の極性の判定が前記電流判定部によって誤って判定された場合に前記負荷の相が開放される時間に応じた値である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項４】
前記転流制御部は、
前記交流電源の前記相電圧の大小関係を判定する電圧判定部を備え、
前記特性値は、
前記交流電源の前記相電圧の大小関係が前記電圧判定部によって誤って判定された場合に前記交流電源の相間が短絡する時間に応じた値である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項５】
前記選択部による前記各転流パターンの選択割合を取得し、当該取得した前記選択割合に基づいて前記複数種類の転流パターンを決定する決定部を備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記選択部によって選択された転流パターンにより転流制御を行う第１モードと、固定の転流パターンにより転流制御を行う第２モードとを切り替える切替部を備え、
前記転流制御部は、
前記切替部によって切替えられたモードに基づいて前記転流制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
前記負荷の前記相電流の極性を判定する電流判定部と、
前記交流電源の前記相電圧の大小関係を判定する電圧判定部と、を備え、
前記複数種類の転流パターンは、第１〜第４の転流パターンを含み、
前記第１の転流パターンは、前記電流判定部による前記極性の誤判定の可能性がある場合に前記選択部によって選択され、
前記第２の転流パターンは、前記電圧判定部による前記大小関係の誤判定の可能性がある場合に前記選択部によって選択され、
前記第３の転流パターンは、前記電流判定部による前記極性の誤判定の可能性があり、かつ、前記電圧判定部による前記大小関係の誤判定の可能性がある場合に前記選択部によって選択され、
前記第４の転流パターンは、前記第１〜第３の転流パターンの選択条件を満たさない場合に前記選択部によって選択される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項８】
複数の双方向スイッチを有する電力変換部を介して互いに接続される交流電源の各相と負荷の各相のそれぞれの状態に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記複数種類の転流パターンの特性値を前記選択部による前記転流パターンの選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が比較対象となる一つの転流パターンの特性値以下である
ことを特徴とするマトリクスコンバータの制御装置。
【請求項９】
複数の双方向スイッチを有する電力変換部を介して互いに接続される交流電源の各相と負荷の各相のそれぞれの状態に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する選択工程と、
前記選択工程によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う転流制御工程と、
前記複数種類の転流パターンの特性値を前記選択工程による前記転流パターンの選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が比較対象となる一つの転流パターンの特性値以下になるように前記選択工程で用いられる前記複数種類の転流パターンを設定する設定工程と、
を含むマトリクスコンバータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、マトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクスコンバータは、交流電源と負荷とを接続する複数の双方向スイッチを有しており、これらの双方向スイッチを制御して交流電源の各相電圧を直接スイッチングすることで負荷へ任意の電圧・周波数を出力する。
【０００３】
かかるマトリクスコンバータは、双方向スイッチを構成するスイッチング素子を所定の順序で個別にオン／オフ制御することにより、負荷の相と交流電源の相との接続状態を切り替える転流制御を行う。これにより、例えば、交流電源の相間短絡や出力相の開放などが防止される。
【０００４】
転流制御に用いられる転流法として、４ステップの電圧転流法や４ステップの電流転流法を始めとする様々な転流法が提案されており、さらに、複数の転流法を組み合わせ、交流電源の相電圧や負荷の相電流の状態に応じて転流制御に用いる転流法を切り替える手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４６１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば、転流法の組み合わせ方や転流法の切り替え条件によっては、電力変換の精度が低下するおそれがある。
【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電力変換の精度を高めることができるマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法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】
【０００８】
実施形態の一態様に係るマトリクスコンバータは、電力変換部と、選択部と、転流制御部とを備える。前記電力変換部は、複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相と負荷の各相との間に前記複数の双方向スイッチが設けられる。前記選択部は、前記交流電源の相電圧の状態および前記負荷の相電流の状態の少なくともいずれか一方に基づいて、複数種類の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択する。前記転流制御部は、前記選択部によって選択された転流パターンにより前記双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記負荷との接続状態を切り替える転流制御を行う。前記複数種類の転流パターンの特性値を前記選択部による前記転流パターンの選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が比較対象となる一つの転流パターンの特性値以下である。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、電力変換の精度を高めることができるマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。
【図２】図２は、双方向スイッチの構成例を示す図である。
【図３】図３は、各出力相に出力される入力相電圧の切り替わりの一例を示す図である。
【図４】図４は、複数の双方向スイッチの片方向スイッチとゲート信号との対応関係を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、４ステップ電流転流法において出力相電流が正である場合の、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、４ステップ電流転流法において出力相電流が負である場合の、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図６】図６は、図５Ａに示す４ステップ電流転流法における片方向スイッチの状態を示す図である。
【図７】図７は、４ステップ電圧転流法における、出力相電圧、ゲート信号、および、転流動作の各ステップとの関係を示す図である。
【図８】図８は、図７に示す４ステップ電圧転流法における片方向スイッチの状態を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、３ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、３ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、擬似３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、擬似３ステップ電圧転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、３ステップ電圧電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、３ステップ電圧電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１４】図１４は、第１の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧、ゲート信号、および、転流動作の各ステップとの関係を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第２の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、第３の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、第３の２ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、擬似１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、擬似１ステップ電流転流法における、出力相電圧およびゲート信号の関係を示す図である。
【図１９】図１９は、転流パターンの組み合わせの一例を説明するための図である。
【図２０】図２０は、各転流法における、出力相電流に対する依存度と入力相電圧に対する依存度との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、各転流法の転流完了時間の関係を示す図である。
【図２２】図２２は、選択した転流法の組み合わせによって転流制御した場合と４ステップ電流転流法によって転流制御した場合のそれぞれのシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】図２３は、制御部の構成例を示す図である。
【図２４】図２４は、出力相電流と所定範囲との関係を示す図である。
【図２５】図２５は、入力相電圧と所定範囲との関係を示す図である。
【図２６】図２６は、制御部の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するマトリクスコンバータ、マトリクスコンバータの制御装置およびマトリクスコンバータの制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
［１．マトリクスコンバータの構成］
図１は、実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。図１に示すように、実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、３相交流電源２（以下、単に交流電源２と記載する）と負荷３との間に設けられる。交流電源２は、例えば、電力系統である。また、負荷３は、例えば、交流電動機や交流発電機である。以下においては、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相を入力相と記載し、負荷３のＵ相、Ｖ相およびＷ相を出力相と記載する。
【００１３】
マトリクスコンバータ１は、入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと、出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗと、電力変換部１０と、ＬＣフィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、制御部２０とを備える。マトリクスコンバータ１は、交流電源２から入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔを介して供給される３相交流電圧を任意の電圧および周波数の３相交流電圧に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力する。なお、入力電圧検出部１２は、電力変換部１０とＬＣフィルタ１１との間の電圧を検出してもよい。
【００１４】
電力変換部１０は、交流電源２の各相と負荷３の各相とを接続する複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（以下、双方向スイッチＳと総称する場合がある）を備える。
【００１５】
双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＵ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＶ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＷ相とをそれぞれ接続する。
【００１６】
図２は、双方向スイッチＳの構成例を示す図である。図２に示すように、双方向スイッチＳは、片方向スイッチＳｉｏとダイオードＤｉｏとを直列に接続した回路と、片方向スイッチＳｏｉとダイオードＤｏｉとを直列に接続した回路とを有し、これらの直列接続回路は逆並列接続される。
【００１７】
なお、双方向スイッチＳは、複数の片方向スイッチを有して導通方向を制御可能な構成であればよく、図２に示す構成に限定されるものではない。例えば、図２に示す例では、ダイオードＤｉｏ、Ｄｏｉのカソード同士が接続されているが、双方向スイッチＳは、ダイオードＤｉｏ、Ｄｏｉのカソード同士が接続されない構成でもよい。
【００１８】
また、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子である。また、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉは、例えば、ＧａＮのＦＥＴやＳｉＣのＭＯＳＦＥＴなどのようなワイドギャップの半導体スイッチング素子であってもよい。
【００１９】
図１に戻って、マトリクスコンバータ１の説明を続ける。ＬＣフィルタ１１は、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間に設けられる。このＬＣフィルタ１１は、３つのリアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔと３つのコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒを含み、双方向スイッチＳのスイッチングに起因する高周波成分を除去する。
【００２０】
入力電圧検出部１２は、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電圧を検出する。例えば、入力電圧検出部１２は、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電圧の瞬時値Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔ（以下、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔと記載する）を検出する。
【００２１】
出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３との間に流れる電流を検出する。例えば、出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれとの間に流れる電流の瞬時値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと記載する）を検出する。
【００２２】
なお、以下、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の電圧を総称して入力相電圧Ｖｉと記載し、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを総称して出力相電流Ｉｏと記載する場合がある。また、電力変換部１０から負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに出力される電圧を出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと記載する場合がある。
【００２３】
制御部２０は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔおよび出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗを生成する。
【００２４】
図３は、出力相に出力される入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの切り替わりの一例を示す図である。入力相電圧Ｅｐは、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち最も大きい入力相電圧である。入力相電圧Ｅｍは、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち中間の入力相電圧である。入力相電圧Ｅｎは、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち最も小さい入力相電圧である。
【００２５】
図３に示すように、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗによる双方向スイッチＳの制御により、ＰＷＭ電圧指令のキャリア周期Ｔｃ毎に、例えば、出力相に出力される入力相電圧は、Ｅｎ→Ｅｍ→Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎへと切り替わる。なお、出力相に出力される入力相電圧の切り替わりは、転流パターンによっては異なることがあり、図３に示すものに限定されるものではない。
【００２６】
図４は、複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗの片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉとゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗとの対応関係を示す図である。なお、図４において、ＬＣフィルタ１１や出力電流検出部１３は省略している。
【００２７】
双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕの片方向スイッチＳｉｏ（図２参照）は、それぞれゲート信号Ｓ１ｕ、Ｓ３ｕ、Ｓ５ｕによって制御される。また、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕの片方向スイッチＳｏｉ（図２参照）は、それぞれゲート信号Ｓ２ｕ、Ｓ４ｕ、Ｓ６ｕによって制御される。
【００２８】
制御部２０は、入力相電圧Ｖｉの状態および出力相電流Ｉｏの状態に基づき、２種類以上の転流パターンの中から一つの転流パターンを選択し、選択した転流パターンにより双方向スイッチＳを制御して交流電源２と負荷３との接続状態を切り替える転流制御を行う。制御部２０の選択対象となる転流パターンは、その選択割合と特性値に基づく条件を満たすように選択される。以下、転流パターンの種類、転流パターンの選択方法、および、制御部２０について順次説明する。
【００２９】
［２．転流パターン］
転流パターンは、転流法によりそれぞれ異なる。転流法として、例えば、４ステップ電流転流法、４ステップ電圧転流法、３ステップ電流転流法、３ステップ電圧転流法、擬似３ステップ電流転流法、３ステップ電圧電流法、２ステップ電流転流法、第１〜第３の２ステップ電圧転流法、１ステップ電流転流法、擬似１ステップ電流転流法などがある。以下、これらの転流法の転流パターンについてそれぞれ説明する。
【００３０】
（４ステップ電流転流法の転流パターン）
４ステップ電流転流法では、入力相間の短絡と出力相の開放を防止するために、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、次のステップ１〜ステップ４からなる転流パターンで転流制御が行われる。
ステップ１：  切り替え元の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと逆極性の片方向スイッチをオフにする。
ステップ２：  切り替え先の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと同極性の片方向スイッチをオンにする。
ステップ３：  切り替え元の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと同極性の片方向スイッチをオフにする。
ステップ４：  切り替え先の双方向スイッチＳを構成する片方向スイッチのうち、出力相電流Ｉｏと逆極性の片方向スイッチをオンにする。
【００３１】
４ステップ電流転流による転流制御は、例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示すように実行される。図５Ａおよび図５Ｂは、４ステップ電流転流法における出力相電圧Ｖｕおよびゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕの関係を示す図である。図５Ａは、出力相電流Ｉｕが正である場合の転流制御を示し、図５Ｂは、出力相電流Ｉｕが負である場合の転流制御を示す。また、図６は、図５Ａに示す時刻ｔ１〜ｔ４での片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの状態を示す図である。なお、Ｅｐ＝Ｅｒ、Ｅｍ＝Ｅｓ、Ｅｎ＝Ｅｔの状態であるとする。
【００３２】
（４ステップ電圧転流法の転流パターン）
４ステップ電圧転流法では、入力相間の短絡と出力相の開放を防止するために、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に応じて次のステップ１〜ステップ４からなる転流パターンで転流制御が行われる。
ステップ１：  切り替え先の逆バイアスされる片方向スイッチをオンにする。
ステップ２：  切り替え元の逆バイアスされる片方向スイッチをオフにする。
ステップ３：  切り替え先の順バイアスされる片方向スイッチをオンにする。
ステップ４：  切り替え元の順バイアスされる片方向スイッチをオフにする。
【００３３】
なお、片方向スイッチＳｉｏにおいては、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を逆バイアスといい、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも高い状態を順バイアスというものとする。また、片方向スイッチＳｏｉにおいては、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも低い状態を順バイアスといい、転流制御直前で入力側電圧の方が出力側電圧よりも高い状態を逆バイアスというものとする。
【００３４】
４ステップ電圧転流による転流制御は、例えば、図７示すように実行される。図７は、４ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。図８は、図７に示す時刻ｔ１〜ｔ４での片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの状態を示す図である。なお、Ｅｐ＝Ｅｒ、Ｅｍ＝Ｅｓ、Ｅｎ＝Ｅｔの状態であるとする。
【００３５】
（３ステップ電流転流法の転流パターン）
３ステップ電流転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる３ステップ電流転流法は、４ステップ電流転流法の４ステップのうち２ステップを同時に行う。かかる３ステップ電流転流法は、例えば、４ステップ電流転流法のステップ１〜ステップ４のうち、逆バイアスされる２つの片方向スイッチの一方をオフにするステップと他方をオンにするステップとを同時に行う。
【００３６】
３ステップ電流転流法による転流制御は、例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示すように実行される。図９Ａおよび図９Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００３７】
（３ステップ電圧転流法の転流パターン）
３ステップ電圧転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる３ステップ電圧転流法は、４ステップ電圧転流法の４ステップのうち２ステップを同時に行う。３ステップ電圧転流法は、例えば、４ステップ電圧転流法のステップ１〜ステップ４のうち、出力相電流Ｉｏと逆極性のスイッチをオフするステップと出力相電流Ｉｏと逆極性のスイッチをオンするステップとを同時に行う。
【００３８】
３ステップ電圧転流法による転流制御は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように実行される。図１０Ａおよび図１０Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００３９】
（擬似３ステップ電流転流法の転流パターン）
擬似３ステップ電流転流法は、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる擬似３ステップ電流転流法は、例えば、４ステップ電流転流法のステップ１〜ステップ４のうち、出力相電流Ｉｏと同極性の２つのスイッチの一方のオフを行うステップと他方のオンを行うステップとを同時に行う。
【００４０】
擬似３ステップ電流転流法による転流制御は、例えば、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように実行される。図１１Ａおよび図１１Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４１】
（３ステップ電圧電流転流法の転流パターン）
３ステップ電圧電流転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、３ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流法である。かかる３ステップ電圧電流転流法のステップ１〜ステップ３は、例えば、３ステップ電流転流法のステップ１〜３の一部と３ステップ電圧転流法のステップ１〜３の一部とを組み合わせたものである。
【００４２】
３ステップ電圧電流転流法による転流制御は、例えば、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように実行される。図１２Ａおよび図１２Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、３ステップ電圧電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４３】
（２ステップ電流転流法の転流パターン）
２ステップ電流転流法は、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流方法である。かかる２ステップ電流転流法は、例えば、切り替え先の双方向スイッチＳのうち出力相電流Ｉｏの極性と同極性の片方向スイッチをオンにする（ステップ１）。そして、その後、切り替え元の双方向スイッチＳのうち出力相電流Ｉｏの極性と同極性の片方向スイッチをオフにする（ステップ２）。
【００４４】
２ステップ電流転流法による転流制御は、例えば、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように実行される。図１３Ａおよび図１３Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、２ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４５】
（第１の２ステップ電圧転流法の転流パターン）
第１の２ステップ電圧転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える電流転流法である。かかる第１の２ステップ電圧転流法は、例えば、Ｅｎ→Ｅｍ→Ｅｐに切り替える場合、切り替え元の片方向スイッチＳｏｉをオフにし、切り替え先の片方向スイッチＳｉｏをオンにする。また、第１の２ステップ電圧転流法は、例えば、Ｅｐ→Ｅｍ→Ｅｎに切り替える場合、切り替え元の片方向スイッチＳｉｏをオフにし、切り替え先の片方向スイッチＳｏｉをオンにする転流法である。
【００４６】
第１の２ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１４に示すように実行される。図１４は、図７に対応する図であり、第１の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００４７】
（第２の２ステップ電圧転流法の転流パターン）
第２の２ステップ電圧転流法は、入力相の相間電圧の大小関係に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える電流転流法である。かかる第２の２ステップ電圧転流法は、入力相の最小相間電圧での転流が禁止される転流法である。
【００４８】
第２の２ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように実行される。図１５Ａおよび図１５Ｂは、図７に対応する図であり、第２の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。図１５Ａは、Ｅｐ−Ｅｍ＞Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示し、図１５Ｂは、Ｅｐ−Ｅｍ＜Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示す。
【００４９】
（第３の２ステップ電圧転流法の転流パターン）
第３の２ステップ電圧転流法は、入力相の相間電圧の大小関係に応じて、２ステップで出力相に出力する入力相電圧を切り替える電流転流法である。
【００５０】
第３の２ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように実行される。図１６Ａおよび図１６Ｂは、図７に対応する図であり、第３の２ステップ電圧転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。図１６Ａは、Ｅｐ−Ｅｍ＞Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示し、図１６Ｂは、Ｅｐ−Ｅｍ＜Ｅｍ−Ｅｎの場合の例を示す。
【００５１】
（１ステップ電流転流法の転流パターン）
１ステップ電流転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係と出力相電流Ｉｏの極性に応じて、１ステップ毎に出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流方法である。かかる１ステップ電流転流法は、例えば、出力相電流Ｉｏの極性と同極性で且つ順バイアスされた片方向スイッチを順次オンまたは出力相電流Ｉｏの極性と同極性で且つ逆バイアスされた片方向スイッチを順次オフにしていく転流法である。
【００５２】
１ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように実行される。図１７Ａおよび図１７Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、１ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００５３】
（擬似１ステップ電流転流法の転流パターン）
擬似１ステップ電流転流法は、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、１ステップ毎に出力相に出力する入力相電圧を切り替える転流方法である。かかる擬似１ステップ電流転流法は、例えば、出力相電流Ｉｏの極性と同極性の片方向スイッチを切り替える転流法である。
【００５４】
擬似１ステップ電圧転流法による転流制御は、例えば、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように実行される。図１８Ａおよび図１８Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに対応する図であり、１ステップ電流転流法における、出力相電圧Ｖｕ、ゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、および、転流制御の各ステップとの関係を示す図である。
【００５５】
［３．転流パターンの選択方法］
次に、転流パターンの選択方法の一例について説明する。図１９は、転流パターンの組み合わせの一例を説明するための図である。
【００５６】
図１９に示す例では、転流法Ａ、転流法Ｂ、転流法Ｃおよび転流法Ｄの中から、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの状態および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの状態に応じた転流法が選択され、選択された転流法の転流パターンによって転流制御が行われる。転流法Ａ〜Ｄは、２種類以上の転流法の中から選択される。
【００５７】
転流法Ａの転流パターン（第１の転流パターンの一例）は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係（以下、入力電圧順位と記載する場合がある）を間違える可能性がある場合に選択される転流法の転流パターンである。転流法Ｂの転流パターン（第２の転流パターンの一例）は、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの極性（以下、出力電流極性と記載する場合がある）を間違える可能性がある場合に選択される転流法の転流パターンである。
【００５８】
転流法Ｃの転流パターン（第３の転流パターンの一例）は、入力電圧順位と出力電流極性とを間違える可能性がある場合に選択される転流法の転流パターンである。転流法Ｄの転流パターンは、転流法Ａ、Ｂ、Ｃのいずれの選択条件も満たさない場合に選択される転流法の転流パターンである。
【００５９】
上述したように、転流法には様々な種類がある。そのため、図１９に示すように、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの状態および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの状態に応じて、転流制御に用いられる転流法を選択する場合、どの転流法を転流法Ａ〜Ｄとするかによって電力変換の精度が変わる。
【００６０】
例えば、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの状態や出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの状態に関わらず一つの転流法Ｚを単独で転流制御に用いるマトリクスコンバータを考える。この場合、単独の転流法Ｚを用いたマトリクスコンバータに比べて電力変換などの特性が低下しないように、転流法Ａ〜Ｄを選択することが望ましい。
【００６１】
そこで、制御部２０は、転流法Ａ〜Ｄの特性値を転流法Ａ〜Ｄの選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が転流法Ｚの特性値以下になるように転流法Ａ〜Ｄを選択する。なお、後述するように、転流法の選択条件によっては、転流法Ａ〜Ｄのうち一部の特性値をゼロであるものとして無視できる場合がある。
【００６２】
また、転流法と転流パターンとは、互いに呼称は異なるが、特定しようとするものは同じである。すなわち、転流法の特性値は、転流パターンの特性値であり、転流法の選択は、転流パターンの選択である。また、転流法Ｚは、例えば、比較対象として選択される転流法であり、例えば、転流法Ａ〜Ｄに設定される転流法の一つである。
【００６３】
転流法の特性値として、例えば、転流失敗時間に応じた値、転流制御の所要時間（後述する転流完了時間）に応じた値、双方向スイッチＳでの電力ロスなどがある。
【００６４】
まず、転流失敗時間に応じた値について説明する。転流失敗時間には、入力電圧順位の判定誤りによって生じる入力相間の短絡時間や出力電流極性の判定誤りによって生じる出力相の開放時間がある。以下、入力電圧順位の判定誤りによって生じる入力相間の短絡時間に応じた値の一例として「入力電圧順位に対する依存度Ｘｓｈｏｒｔ」を説明する。また、出力電流極性の判定誤りによって生じる出力相の開放時間に応じた値の一例として「出力電流極性に対する依存度Ｘｏｐｅｎ」を説明する。
【００６５】
図２０は、各転流法における入力電圧順位に対する依存度Ｘｓｈｏｒｔと、出力電流極性に対する依存度Ｘｏｐｅｎとの関係を示す図である。図２０に示すように、転流法によって依存度Ｘｓｈｏｒｔおよび依存度Ｘｏｐｅｎが異なる。
【００６６】
入力電圧順位に対する依存度Ｘｓｈｏｒｔは、入力電圧順位の判定誤りによって転流失敗が生じた場合の電力変換精度への影響度合を示す。かかる依存度Ｘｓｈｏｒｔは、例えば、下記式（１）の演算によって求められる。下記式（１）では、ＰＷＭ信号のキャリア周期Ｔｃに対する出力相間の短絡時間Ｔｓｈｏｒｔの比を入力電圧順位に対する依存度Ｘｓｈｏｒｔとしている。
【数１】
2016046957.tif 000003
【００６７】
ここで、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔが入力電圧順位の判定を誤る可能性がある状態である場合に選択される転流法は、転流法Ａ、Ｃであり、転流法Ｂ、Ｄは無視できる。すなわち、転流法Ａの依存度ＸｓｈｏｒｔＡおよび転流法Ｃの依存度ＸｓｈｏｒｔＣのみが依存度Ｘｓｈｏｒｔに影響する。したがって、転流法Ａ〜Ｄを選択して転流制御を行う場合の依存度ＸｓｈｏｒｔＡＢＣＤは、下記式（２）の演算によって求められる。なお、選択割合ＫＡ〜ＫＤは、転流法Ａ〜Ｄの選択割合であり、選択割合ＫＡ〜ＫＤの合計は、１である。
【数２】
2016046957.tif 000004
【００６８】
このように、依存度ＸｓｈｏｒｔＡＢＣＤは、転流法Ａの依存度ＸｓｈｏｒｔＡに対して選択割合ＫＡを重み付けした値と、転流法Ｃの依存度ＸｓｈｏｒｔＣに対して選択割合ＫＣを重み付けした値との合計値である。かかる依存度ＸｓｈｏｒｔＡＢＣＤが小さいほど電力変換の精度が向上する。
【００６９】
したがって、依存度ＸｓｈｏｒｔＡＢＣＤは、例えば、下記式（３）に示すように、転流法Ｚの依存度ＸｓｈｏｒｔＺ以下となるように、転流法Ａ、Ｃを選択することにより、電力変換の精度を高めることができる。
【数３】
2016046957.tif 000005
【００７０】
また、出力電流極性に対する依存度Ｘｏｐｅｎは、例えば、出力電流極性の判定誤りによって転流失敗が生じた場合の電力変換精度への影響度合いを示す。かかる依存度Ｘｏｐｅｎは、例えば、下記式（４）の演算により求められる。下記式（４）では、ＰＷＭ信号のキャリア周期Ｔｃに対する入力相の開放時間Ｔｏｐｅｎの比を出力電流極性に対する依存度Ｘｏｐｅｎとしている。
【数４】
2016046957.tif 000006
【００７１】
ここで、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが出力電流極性の判定を誤る可能性がある状態である場合に選択される転流法は、転流法Ｂ、Ｃであり、転流法Ａ、Ｄは無視できる。すなわち、転流法Ｂの依存度ＸｏｐｅｎＢおよび転流法Ｃの依存度ＸｏｐｅｎＣのみが依存度Ｘｏｐｅｎに影響する。したがって、転流法Ａ〜Ｄを選択して転流制御を行う場合の依存度ＸｏｐｅｎＡＢＣＤは、下記式（５）の演算によって求められる。なお、選択割合ＫＡ〜ＫＤは、転流法Ａ〜Ｄの選択割合であり、選択割合ＫＡ〜ＫＤの合計は、１である。
【数５】
2016046957.tif 000007
【００７２】
このように、依存度ＸｏｐｅｎＡＢＣＤは、転流法Ｂの依存度ＸｏｐｅｎＢに対して選択割合ＫＢを重み付けした値と、転流法Ｃの依存度ＸｏｐｅｎＣに対して選択割合ＫＣを重み付けした値との合計値である。かかる依存度ＸｏｐｅｎＡＢＣＤが小さいほど電力変換の精度が向上する。
【００７３】
したがって、依存度ＸｏｐｅｎＡＢＣＤは、例えば、下記式（６）に示すように、転流法Ｚの依存度ＸｏｐｅｎＺ以下になるように、転流法Ｂ、Ｃを選択することにより、電力変換の精度を高めることができる。
【数６】
2016046957.tif 000008
【００７４】
なお、制御部２０は、依存度ＸｓｈｏｒｔＡＢＣＤが上記式（３）を満たし、かつ、依存度ＸｏｐｅｎＡＢＣＤが上記式（６）を満たすように、転流法Ａ〜Ｄを選択することもできる。このようにすることで、入力電圧順位の判定誤りによる転流失敗と出力電流極性の判定誤りによる転流失敗とを低減することができ、電力変換の精度をより向上させることができる。
【００７５】
このように、制御部２０は、転流法Ｂの依存度ＸｓｈｏｒｔＢを選択割合ＫＢに基づいて重み付けした値と転流法Ｃの依存度ＸｓｈｏｒｔＣを選択割合ＫＣに基づいて重み付けした値の合計値が転流法Ｚの依存度ＸｓｈｏｒｔＺ以下になるように転流法Ａ〜Ｄを選択する。これにより、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの判定誤りによって転流失敗が生じた場合の電力変換精度への影響度を抑制できる。
【００７６】
また、制御部２０は、転流法Ａの依存度ＸｏｐｅｎＡを選択割合ＫＡに基づいて重み付けした値と転流法Ｃの依存度ＸｏｐｅｎＣを選択割合ＫＣに基づいて重み付けした値の合算値が転流法Ｚの依存度ＸｏｐｅｎＺ以下になるように転流法Ａ〜Ｄを選択する。これにより、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの極性の判定誤りによって転流失敗が生じた場合の電力変換精度への影響度を抑制できる。
【００７７】
なお、転流法Ｄは、転流失敗が発生しない領域で選択される転流法であることから、かかる領域で選択された転流法Ｄによって転流失敗は生じない。そのため、転流法Ｄは、どのような転流法であってもよいが、ミニマムパルスの観点からは、転流法の転流制御に必要な時間（以下、転流完了時間と記載する）が短い転流法であることが望ましい。
【００７８】
次に、転流法の特性値を転流完了時間とした場合について説明する。本実施形態に係る制御部２０は、ミニマムパルスによる電力変換精度の低下を抑制するため、転流法の特性値として、例えば、転流完了時間を用いることができる。図２１は、各転流法の転流完了時間の関係を示す図である。図２１に示すように、転流法によって転流完了時間が異なる。
【００７９】
そこで、例えば、転流法ｉ（ｉ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の特性値を転流完了時間Ｔｃｉとし、下記式（７）を満たすように、転流法Ａ〜Ｄを選択する。下記式（７）では、転流法ｉの選択割合を選択割合Ｋｉとしている。
【数７】
2016046957.tif 000009
【００８０】
例えば、転流法Ａの選択割合ＫＡが３０％、転流法Ｂの選択割合ＫＢが２０％、転流法Ｃの選択割合ＫＣが６％、転流法Ｄの選択割合ＫＤが４４％である。この場合、例えば、１ステップ電流転流法を転流法Ａ、Ｃ、Ｄとし、２ステップ電圧転流を転流法Ｂとすることで、上記式（７）を満たす。
【００８１】
このように、転流法Ａ〜Ｄのそれぞれの転流完了時間Ｔｃｉを転流法Ａ〜Ｄのそれぞれの選択割合Ｋｉに基づいて重み付けした値の合計値ＴｃＡＢＣＤが転流法Ｚの転流完了時間ＴｃＺ以下になるように転流法Ａ〜Ｄを選択する。これにより、ミニマムパルスによる電力変換精度の低下を抑制することができる。
【００８２】
図２２は、上記式（７）を満たすように選択した転流法Ａ〜Ｄの組み合わせによって転流制御した場合と４ステップ電流転流法によって転流制御した場合のそれぞれのシミュレーション結果を示す図である。なお、図２２は、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの値を縦軸にとり、時間を横軸にとっている。
【００８３】
なお、例えば、上記式（３）、（６）の少なくともいずれか１つ、および、上記式（７）を満たすように転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択することで、転流失敗による電力変換精度の低下とミニマムパルスによる電力変換精度の低下とを抑制することができる。
【００８４】
ここで、上記式（３）、（６）、（７）を全て満たすように転流法Ａ〜Ｄの組み合わせについて説明する。例えば、ＫＡ＝２７％、ＫＢ＝７％、ＫＣ＝３％およびＫＤ＝６３％であり、転流法Ｚを４ステップ電流転流法とする。この場合、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせが例えば以下の（ａ）〜（ｄ）の場合に、上記式（３）、（６）、（７）の全てを満たす。なお、下記（ａ）〜（ｄ）では転流法の略称を記載しているが、転流法の正式名と略称との関係は、図２０に示す通りである。
（ａ）転流法Ａ：１Ｃ、転流法Ｂ：２Ｖ、転流法Ｃ：４Ｃ、転流法Ｄ：１Ｃ
（ｂ）転流法Ａ：２Ｃ、転流法Ｂ：２Ｖ、転流法Ｃ：４Ｃ、転流法Ｄ：２Ｃ
（ｃ）転流法Ａ：２Ｃ、転流法Ｂ：３Ｖ、転流法Ｃ：４Ｃ、転流法Ｄ：２Ｃ
（ｄ）転流法Ａ：１Ｃ、転流法Ｂ：４Ｃ、転流法Ｃ：４Ｃ、転流法Ｄ：１Ｃ
【００８５】
また、例えば、ＫＡ＝２７％、ＫＢ＝７％、ＫＣ＝３％およびＫＤ＝６３％であり、転流法Ｚを第２の２ステップ電圧転流法とする。この場合、転流法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの組み合わせが例えば以下の（ｅ）、（ｆ）の場合に、上記式（３）、（６）、（７）の全てを満たす。
（ｅ）転流法Ａ：１Ｃ、転流法Ｂ：２Ｖ２、転流法Ｃ：２Ｖ２、転流法Ｄ：１Ｃ
（ｆ）転流法Ａ：４Ｃ、転流法Ｂ：２Ｖ２、転流法Ｃ：２Ｖ２、転流法Ｄ：１Ｃ
【００８６】
なお、上記式（３）、（６）、（７）を全て満たし、さらに、ＸｓｈｏｒｔＡＢＣ＜ＸｓｈｏｒｔＺ、ＸｏｐｅｎＡＢＣＤ＜ＸｏｐｅｎＺ、および、ＴｃＡＢＣＤ＜ＴｃＺのうち少なくともいずれか一つを満たすように転流法Ａ〜Ｄを選択する。これにより、電力変換精度の低下をより精度よく抑制することができる。
【００８７】
また、転流法Ｚは、例えば、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの状態および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの状態に関わらず単独で転流制御に用いられた場合に、所望の結果を得ることができる転流法である。例えば、転流法Ｚは、単独で用いられた場合に、電力変換部１０が故障しないように電力変換できる転流法や、単独で用いられた場合に、定格の電力変換特性を得ることができる転流法である。
【００８８】
また、制御部２０は、例えば、ミニマムパルスが発生する可能性がない場合に、上記式（３）、（６）の少なくともいずれか１つを満たすように転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択する。一方、制御部２０は、ミニマムパルスが発生する可能性がある場合に、上記式（７）を満たすように転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択する。これによっても、転流失敗による電力変換精度の低下とミニマムパルスによる電力変換精度の低下とを抑制することができる。
【００８９】
次に、転流法の特性値を双方向スイッチＳでの電力ロスとした場合について説明する。制御部２０は、電力ロスを低減するため、双方向スイッチＳでの電力ロスに基づいて転流法の組み合わせを選択することもできる。例えば、転流法ｉ（ｉ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の特性値を電力ロスＰｉとし、また、転流法Ｚの電力ロスをＰＺとし、下記式（８）を満たすように、転流法Ａ〜Ｄを選択する。下記式（８）では、転流法ｉの選択割合を選択割合Ｋｉとしている。
【数８】
2016046957.tif 000010
【００９０】
双方向スイッチＳの電力ロスには、例えば、双方向スイッチＳのスイッチングロスと双方向スイッチＳの導通ロスがある。例えば、第２の２ステップ電圧転流などのように、線間最小電圧での転流を禁止する転流法では、スイッチングロスが増加する。また、片方向スイッチＳｉｏ、ＳｏｉがＦＥＴである場合、片方向スイッチＳｉｏ、Ｓｏｉの一方のみをオンにする期間が多い場合に、導通ロスが増加する。
【００９１】
なお、制御部２０は、例えば、上記式（３）、（６）の少なくともいずれか１つ、および、上記式（７）、（８）を満たすように転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択することができる。このようにすることで、転流失敗による電力変換精度の低下とミニマムパルスによる電力変換精度の低下とを抑制し、かつ、電力ロスの増加を抑制することができる。
【００９２】
なお、選択割合ＫＡ〜ＫＤが予測できる場合、上記式（３）、（６）、（７）、（８）のうち１以上の式を満たすように、転流法Ａ〜Ｄを予め選択することができる。したがって、このような場合、制御部２０によって、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを選択するのではなく、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを制御部２０に予め設定しておくようにしてもよい。
【００９３】
［４．制御部２０の構成］
図２３は、制御部２０の構成例を示す図である。図２３に示すように、制御部２０は、電圧指令演算部３０と、ＰＷＭデューティ比演算部３１と、転流部３２と、切替部３３と、決定部３４とを有する。
【００９４】
制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、電圧指令演算部３０、ＰＷＭデューティ比演算部３１、転流部３２、切替部３３および決定部３４として機能する。
【００９５】
また、電圧指令演算部３０、ＰＷＭデューティ比演算部３１、転流部３２、切替部３３および決定部３４の少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００９６】
［４．１．電圧指令演算部３０］
電圧指令演算部３０は、周波数指令ｆ*および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、各出力相の電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を生成して出力する。周波数指令ｆ*は、出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの周波数の指令である。
【００９７】
［４．２．ＰＷＭデューティ比演算部３１］
ＰＷＭデューティ比演算部３１は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔに基づき、ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する。ＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する技術は、公知技術であり、例えば、特開２００８−０４８５５０号公報、特開２０１２−２３９２６５号公報などに記載されている技術が用いられる。
【００９８】
例えば、ＰＷＭデューティ比演算部３１は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさの大小関係が変化しない期間において、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎとする。ＰＷＭデューティ比演算部３１は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの各電圧値に対応したパルス幅変調信号に変換し、それぞれＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*として出力する。
【００９９】
［４．３．転流部３２］
転流部３２は、出力相に接続する入力相を双方向スイッチＳにより切り替える転流制御を実行する。かかる転流部３２は、例えば、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ毎の極性および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大きさの大小関係に基づき、転流法Ａ〜Ｄのいずれかの転流法を選択する。転流部３２は、選択した転流法の転流パターンに応じた切り替え順序になるようにＰＷＭ電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*からゲート信号Ｓ１ｕ〜Ｓ６ｕ、Ｓ１ｖ〜Ｓ６ｖ、Ｓ１ｗ〜Ｓ６ｗを生成する。
【０１００】
かかる転流部３２は、電圧判定部４１と、電流判定部４２と、転流制御部４３と、選択部４４とを備える。
【０１０１】
電圧判定部４１は、入力電圧順位を判定し、判定結果を転流制御部４３へ通知する。また、電圧判定部４１は、図２４に示すように、入力相の相間電圧（例えば、Ｒ相とＳ相との間の電圧）が所定範囲ＲＡ内であるか否かを判定する。図２４は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔと所定範囲ＲＡとの関係を示す図である。なお、電圧判定部４１は、入力相電圧Ｖｉの位相θｉに基づき、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であるか否かを判定することもできる。
【０１０２】
電流判定部４２は、出力電流極性を判定し、かかる判定結果を転流制御部４３へ通知する。また、電流判定部４２は、図２５に示すように、出力相電流Ｉｏがゼロを含む所定範囲ＲＢ内であるか否かを判定する。図２５は、出力相電流Ｉｏと所定範囲ＲＢとの関係を示す図である。なお、電流判定部４２は、出力相電流Ｉｏの位相θｏに基づき、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内であるか否かを判定することもできる。
【０１０３】
転流制御部４３は、例えば、第１〜第４の転流制御部５１〜５４を備える。第１の転流制御部５１は、転流法Ａの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成し、第２の転流制御部５２は、転流法Ｂの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。また、第３の転流制御部５３は、転流法Ｃの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成し、第４の転流制御部５４は、転流法Ｄの転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１０４】
選択部４４は、電圧判定部４１による判定結果と電流判定部４２による判定結果とに基づき、第１〜第４の転流制御部５１〜５４の中から１つの転流制御部を選択し、選択した転流制御部に転流制御を実行させる。
【０１０５】
選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であり、かつ出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ外である場合、第１の転流制御部５１を選択する。また、選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ外であり、かつ、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内である場合、第２の転流制御部５２を選択する。
【０１０６】
また、選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ内であり、かつ出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ内である場合、第３の転流制御部５３を選択する。また、選択部４４は、例えば、入力相の相間電圧が所定範囲ＲＡ外であり、かつ、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＢ外である場合、第４の転流制御部５４を選択する。
【０１０７】
［４．４．切替部３３］
切替部３３は、上述のように選択部４４によって選択された転流パターンにより転流制御を行う第１モードと、固定の転流パターンにより転流制御を行う第２モードとを切り替える。転流制御部４３は、切替部３３によって第１モードに設定された場合、第１〜第４の転流制御部５１〜５４のうち選択部４４によって選択された転流制御部によりゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１０８】
また、転流制御部４３は、切替部３３によって第２モードに設定された場合、予め設定された転流法（例えば、第２の２ステップ電圧転流法）の転流パターンによってゲート信号Ｓｇを生成する。なお、第２モードでは、例えば、第１〜第４の転流制御部５１〜５４のうち第１の転流制御部５１によってゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１０９】
［４．５．決定部３４］
決定部３４は、第１〜第４の転流制御部５１〜５４のそれぞれの選択割合に基づいて、第１〜第４の転流制御部５１〜５４のそれぞれに用いる転流法を決定し、決定した転流法を第１〜第４の転流制御部５１〜５４に設定する。
【０１１０】
決定部３４は、転流法ｉの選択割合Ｋｉに基づき、上述した電力変換精度の低下および電力ロスの少なくともいずれか１つを抑制するように転流法Ａ〜Ｄを上述した転流法の中から選択し、選択した転流法を第１〜第４の転流制御部５１〜５４にそれぞれ設定する。
【０１１１】
決定部３４は、例えば、上記式（３）、（６）、（７）、（８）のうち１以上の式を満たす転流法Ａ〜Ｄを上述した転流法の中から選択し、選択した転流法を第１〜第４の転流制御部５１〜５４にそれぞれ設定する。
【０１１２】
なお、決定部３４は、交流電源２の各種類と負荷３の各種類とに対応する転流法Ａ〜Ｄの組み合わせが設定されたテーブルを記憶することもできる。この場合、決定部３４は、設置者等からマトリクスコンバータ１の入力部（図示せず）を介して指定される交流電源２の種類と負荷３の種類に応じた転流法Ａ〜Ｄの組み合わせをテーブルから取得し、第１〜第４の転流制御部５１〜５４に設定する。
【０１１３】
また、決定部３４は、例えば、決定した転流パターンのテーブルの情報を第１〜第４の転流制御部５１〜５４に設定する。第１〜第４の転流制御部５１〜５４は、例えば、複数の転流パターンのテーブルを記憶し、決定部３４は、転流法の番号を示す情報を第１〜第４の転流制御部５１〜５４へ通知するようにしてもよい。この場合、第１〜第４の転流制御部５１〜５４は、決定部３４から通知された転流法の番号に対応する転流法の転流パターンのテーブルに基づいてゲート信号Ｓｇを生成することもできる。
【０１１４】
また、図２３に示す例では、転流制御部４３が、第１〜第４の転流制御部５１〜５４を有する例を説明したが、転流制御部４３において転流法の転流パターンを必要な組み合わせの全てをテーブルとして記憶することもできる。この場合、転流制御部４３は、決定部３４によって決定された転流法Ａ〜Ｄの組み合わせから出力電流極性や入力電圧順位に応じた転流法を選択し、選択した転流法の転流パターンによりゲート信号Ｓｇを生成する。
【０１１５】
このように、決定部３４は、転流法の特性値および選択部４４の選択割合に基づいて転流法Ａ〜Ｄを決定することから、マトリクスコンバータ１に接続する交流電源２や負荷３に応じて適切な転流法Ａ〜Ｄを選択することができる。そのため、交流電源２や負荷３が異なる場合であっても、電力変換精度の低下や電力ロスを抑制することができる。
【０１１６】
［５．制御部２０の制御フロー］
図２６は、制御部２０の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部２０は、図２６に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。
【０１１７】
図２６に示すように、制御部２０は、入力相電圧Ｖｉの状態と出力相電流Ｉｏの状態とに基づいて転流法Ａ〜Ｄの中から一つの転流法を選択する（ステップＳ１０）。制御部２０は、例えば、出力相電流Ｉｏが所定範囲ＲＡ内であるか否か、および、２つの入力相電圧Ｖｉとの差が所定範囲ＲＢ内であるか否かに基づいて転流法Ａ〜Ｄの中から一つの転流法を選択する。
【０１１８】
制御部２０は、出力相電流Ｉｏの極性および入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係のうち少なくとも１つに基づき、ステップＳ１０において選択した転流法の転流パターンによる転流制御を行う（ステップＳ１１）。
【０１１９】
制御部２０は、転流法Ａ〜Ｄの選択割合と特性値とに基づいて、転流法Ａ〜Ｄの組み合わせを更新する（ステップＳ１２）。例えば、制御部２０は、転流法Ａ〜Ｄの特性値を選択部４４による転流法の選択割合に基づいて重み付けした値の合計値が転流法Ｚの特性値以下となるように、転流法Ａ〜Ｄを決定する。なお、制御部２０は、転流法Ｚの特性値を特性値の目標値として内部メモリに記憶している。制御部２０は、決定した転流法Ａ〜Ｄを第１〜第４の転流制御部５１〜５４に設定する。
【０１２０】
なお、上述した実施形態では、転流制御に用いる組み合わせを４つの転流法Ａ〜Ｄの組み合わせとしたが、転流制御に用いる組み合わせは、２つまたは３つの転流法の組み合わせであってもよく、また、５つ以上の転流法の組み合わせであってもよい。
【０１２１】
また、上述した実施形態では、転流部３２は、第１〜第４の転流制御部５１〜５４を有するものとして説明したが、１つの転流制御部で複数種類の転流法の転流パターンによる転流制御を行う構成にしてもよい。
【０１２２】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  マトリクスコンバータ
２  ３相交流電源
３  負荷
１０  電力変換部
１１  ＬＣフィルタ
１２  入力電圧検出部
１３  出力電流検出部
２０  制御部
３０  電圧指令演算部
３１  ＰＷＭデューティ比演算部
３２  転流部
３３  切替部
３４  決定部
４１  電圧判定部
４２  電流判定部
４３  転流制御部
４４  選択部
５１  第１の転流制御部
５２  第２の転流制御部
５３  第３の転流制御部
５４  第４の転流制御部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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