(57)【要約】【課題】交流−直流−交流電力変換装置において、スイッチングデバイスのスイッチング損失を低減し、装置の効率を向上させる。【解決手段】  交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１１と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１２と、を有する交流−直流−交流電力変換装置において、直流電圧部の正極と負極との間に、ｋ個（ｋ≧１）直列接続されたハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋを設ける。前記ハーフブリッジ回路は、直列接続した第１スイッチングデバイスＳｋ１と第２スイッチングデバイスＳｋ２とコンデンサＣｋとを有し、前記第１スイッチングデバイスＳｋ１と第２スイッチングデバイスＳｋ２との共通接続点と、第２スイッチングデバイスＳｋ２とコンデンサＣｋとの共通接続点を正極Ｐと負極Ｎ間に接続する。【選択図】図１
2017038478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を有する交流−直流−交流電力変換装置であって、
直流電圧部の正極と負極との間に、ｋ個（ｋ≧１）直列接続されたハーフブリッジ回路を備え、
前記ハーフブリッジ回路は、
直列接続した第１スイッチングデバイスと第２スイッチングデバイスとコンデンサとを有し、
前記第１スイッチングデバイスと第２スイッチングデバイスとの共通接続点と、第２スイッチングデバイスとコンデンサとの共通接続点を正極と負極間に接続したことを特徴とする交流−直流−交流電力変換装置。
【請求項２】
前記コンバータは、正極と負極との間に各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスを備え、
前記インバータは、正極と負極との間に各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスを備えたことを特徴とする請求項１記載の交流−直流−交流電力変換装置。
【請求項３】
前記コンバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１〜第４コンバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４コンバータ用のスイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相のコンバータ用フライングキャパシタと、
を備え、
各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスを入力端子とし、
前記インバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１〜第４インバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタと、を備え、
各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする請求項１記載の交流−直流−交流電力変換装置。
【請求項４】
ハーフブリッジ回路の数は２以上の偶数であり、
前記コンバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１〜第４コンバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスと、
を備え、
各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスを入力端子とし、
前記インバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第４インバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５，第６インバータ用スイッチングデバイスと、を備え、
各相の第５，第６インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点をハーフブリッジ回路の中性点に接続したことを特徴とする請求項１記載の交流−直流−交流電力変換装置。
【請求項５】
ハーフブリッジ回路の数は２以上の偶数であり、
前記コンバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点に順次直列接続された各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスと、
を備え、
各相の第１，第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、
前記インバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された第１，第２インバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点に順次直列接続された第４，第３インバータ用スイッチングデバイスと、
を備え、
各相の第１，第２，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、
各相の第４コンバータ用スイッチングデバイスと各相の第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点がハーフブリッジ回路の中性点に接続されたことを特徴とする請求項１記載の交流−直流−交流電力変換装置。
【請求項６】
前記ハーフブリッジ回路の数は２以上の偶数とし、
前記コンバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第４コンバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５〜第８コンバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第７，第８コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタと、を備え、
各相の第６，第７コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、
前記インバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第４インバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５〜第８インバータ用スイッチングデバイスと、
第５，第６インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第７，第８インバータ用スイッチングデバイスとの間に接続されたインバータ用フライングキャパシタと、を備え、
各相の第６，第７インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点をハーフブリッジ回路の中性点に接続したことを特徴とする請求項１記載の交流−直流−交流電力変換装置。
【請求項７】
前記コンバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第６コンバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第１コンバータ用フライングキャパシタと、
各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第４，第５コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２コンバータ用フライングキャパシタと、
各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、
前記インバータは、
正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第６インバータ用スイッチングデバイスと、
各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第１インバータ用フライングキャパシタと、
各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第４，第５インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２インバータ用フライングキャパシタと、
を備え、
各相の第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする請求項１記載の交流−直流−交流電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流−直流−交流電力変換装置に係り、特に、可変直流リンク電圧にハーフブリッジ回路を接続した構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１８は、定直流リンク電圧を有する従来の２レベル交流−直流−交流電力変換装置を示す回路図である。この従来の電力変換装置は、通常、正弦波の電圧指令値を用いてＰＷＭ変調を行い、スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２，ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２のオンオフ信号であるゲート信号を生成する。２レベル交流−直流−交流電力変換装置におけるＰＷＭ変調のタイムチャートを図１９に示す。
【０００３】
図１９における正弦波状の信号Ｕは、インバータの出力電圧指令値（Ｕ相）である。この出力電圧指令値Ｕと三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒとを比較してゲート信号を生成する。
【０００４】
ゲート信号が１の時は、図１８に示す上アームのスイッチングデバイスＳＵ１をオンさせる。ゲート信号が０の時は、図１８に示す下アームのスイッチングデバイスＳＵ２をオンさせる。インバータの他の相（Ｖ相，Ｗ相）およびコンバータの各相（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相）についても同様な動作で、ゲート信号が生成される。
【０００５】
図 ２０は、図１８の電力変換装置における制御構成を示すブロック図である。
【０００６】
まず、インバータ制御部２１について説明する。Ｖｉｎｖ*は、インバータの出力電圧指令値である。図２０には明記されていないが、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相のインバータ出力電圧指令値がある。除算器Ａにおいて、インバータ出力電圧指令値Ｖｉｎｖ*を直流電圧指令値Ｖｄｃ*で除算する。ＰＷＭ制御部ＰＷＭ１では、除算器Ａの出力信号と図１９に示す三角波キャリア信号（図２０では省略）を比較して、インバータ用のゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖを生成する。図２０には明記されていないが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖがある。
【０００７】
次に、コンバータ制御部２０について説明する。Ｖｄｃ*は直流電圧指令値、Ｖｄｃは直流電圧検出値である。減算器１により直流電圧指令値Ｖｄｃ*から直流電圧検出値Ｖｄｃを減算する。調節器２において、減算器１の出力に基づいて比例積分制御を行い、制御結果の信号を出力する。
【０００８】
Ｉｃｎｖは、コンバータ入力電流検出値である。図２０には明記されていないが、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相それぞれのコンバータ入力電流が検出されている。三相二相変換器３は、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相のコンバータ入力電流検出値Ｉｃｎｖを、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑに変換する。
【０００９】
減算器４において、調節器２の出力からｑ軸電流Ｉｑを減算し、調節器５に出力する。調節器５において、減算器４の出力に基づいて比例積分制御を行い、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*として出力する。
【００１０】
減算器６において、０からｄ軸電流Ｉｄを減算し、調節器７に出力する。調節器７において、減算器６の出力に基づいて比例積分制御を行い、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*として出力する。
【００１１】
三相二相変換器８は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のコンバータ電圧指令値に変換する。
【００１２】
除算器Ｂは、コンバータ電圧指令値を直流電圧指令値Ｖｄｃ*で除算する。ＰＷＭ制御部ＰＷＭ２では、前記除算器Ｂの出力信号と図１９に示す三角波キャリア信号（図２０では省略）を比較して、コンバータ用のゲート信号ｇａｔｅ＿ｃｎｖを生成する。図２０には明記されていないが、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相のゲート信号がある。
【００１３】
この制御ブロックによって、直流電圧を直流電圧指令値Ｖｄｃ*に制御しつつ、インバータ出力電圧をインバータの出力電圧指令値Ｖｉｎｖ*に制御する。 この技術は、特許文献１，特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−１２２９３１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一般的な定直流リンク電圧回路を有する電力変換装置は、図１９に示すようなＰＷＭ変調を行い、スイッチングデバイスをオンオフさせている。スイッチングデバイスのオンオフ動作時にはスイッチング損失が発生する。スイッチング損失の増大は電力変換装置の効率低下につながるため好ましくない。
【００１６】
交流−直流−交流電力変換装置において、スイッチングデバイスのスイッチング損失を低減し、装置の効率を向上させることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、を有する交流−直流−交流電力変換装置であって、直流電圧部の正極と負極との間に、ｋ個（ｋ≧１）直列接続されたハーフブリッジ回路を備え、前記ハーフブリッジ回路は、直列接続した第１スイッチングデバイスと第２スイッチングデバイスとコンデンサとを有し、前記第１スイッチングデバイスと第２スイッチングデバイスとの共通接続点と、第２スイッチングデバイスとコンデンサとの共通接続点を正極と負極間に接続したことを特徴とする  。
【００１８】
また、その一態様として、前記コンバータは、正極と負極との間に各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスを備え、前記インバータは、正極と負極との間に各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスを備えたことを特徴とする。 
【００１９】
また、他の態様として、前記コンバータは、正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１〜第４コンバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４コンバータ用のスイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相のコンバータ用フライングキャパシタと、を備え、各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスを入力端子とし、前記インバータは、正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１〜第４インバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタと、を備え、各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする。 
【００２０】
また、他の態様として、ハーフブリッジ回路の数は２以上の偶数であり、前記コンバータは、正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１〜第４コンバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスと、を備え、各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスを入力端子とし、前記インバータは、正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第４インバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５，第６インバータ用スイッチングデバイスと、を備え、各相の第５，第６インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点をハーフブリッジ回路の中性点に接続したことを特徴とする。
【００２１】
また、他の態様として、ハーフブリッジ回路の数は２以上の偶数であり、前記コンバータは、正極と負極との間に順次直列接続された各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点に順次直列接続された各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスと、を備え、各相の第１，第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、前記インバータは、正極と負極との間に順次直列接続された第１，第２インバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点に順次直列接続された第４，第３インバータ用スイッチングデバイスと、を備え、各相の第１，第２，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、各相の第４コンバータ用スイッチングデバイスと各相の第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点がハーフブリッジ回路の中性点に接続されたことを特徴とする。
【００２２】
また、他の態様として、前記ハーフブリッジ回路の数は２以上の偶数とし、前記コンバータは、正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第４コンバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５〜第８コンバータ用スイッチングデバイスと、各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第７，第８コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタと、を備え、各相の第６，第７コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、前記インバータは、正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第４インバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５〜第８インバータ用スイッチングデバイスと、第５，第６インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第７，第８インバータ用スイッチングデバイスとの間に接続されたインバータ用フライングキャパシタと、を備え、各相の第６，第７インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点をハーフブリッジ回路の中性点に接続したことを特徴とする。
【００２３】
前記コンバータは、正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第６コンバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第５，第６コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第１コンバータ用フライングキャパシタと、各相の第２，第３コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と各相の第４，第５コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２コンバータ用フライングキャパシタと、各相の第３，第４コンバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、前記インバータは、正極と負極との間に順次直列接続された第１〜第６インバータ用スイッチングデバイスと、各相の第１，第２インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第１インバータ用フライングキャパシタと、各相の第２，第３インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点と第４，第５インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２インバータ用フライングキャパシタと、を備え、各相の第３，第４インバータ用スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする  。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、交流−直流−交流電力変換装置において、スイッチングデバイスのスイッチング損失を低減し、装置の効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１における電力変換装置を示す回路図。
【図２】入力電圧波形と直流電圧指令値と出力電圧指令値を示すグラフ。
【図３】可変直流リンク電圧の２レベル電力変換装置におけるＰＷＭ変調を示すチャート。
【図４】可変直流リンク電圧の２レベル電力変換装置における制御部を示すブロック図。
【図５】コンバータの入力線間電圧波形とコンバータの入力電流波形を示すチャート。
【図６】インバータの出力線間電圧波形とコンバータの出力電流波形を示すチャート。
【図７】インバータの出力線間電圧波形（ＵＶ相）とそれを移動平均処理した波形を示すチャート。
【図８】直流電圧波形（Ｖｄｃ）とこれを移動平均処置した波形とを示すタイムチャート。
【図９】インバータ各相のスイッチングデバイスにおけるゲート信号を示すタイムチャート。
【図１０】実施形態２における電力変換装置を示す回路図。
【図１１】実施形態２における三角波キャリア信号を示すタイムチャート。
【図１２】実施形態３における電力変換装置を示す回路図。
【図１３】実施形態４における電力変換装置を示す回路図。
【図１４】実施形態５における電力変換装置を示す回路図。
【図１５】実施形態５における三角波キャリア信号を示すタイムチャート。
【図１６】実施形態６における電力変換装置を示す回路図。
【図１７】実施形態６における三角波キャリア信号を示すタイムチャート。
【図１８】従来の電力変換装置の一例を示す回路図。
【図１９】２レベル電力変換装置のＰＷＭ変調を示すタイムチャート。
【図２０】従来の電力変換装置の制御構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［実施形態１］
図１は、本実施形態１における交流−直流−交流電力変換装置を示す回路図である。図１に示すように、従来の交流−直流−交流電力変換装置と異なり、直流コンデンサの代わりに直列接続されたハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋが接続される。
【００２７】
本実施形態１における交流−直流−交流電力変換装置は、三相交流電源１０から出力された三相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１１ａと、ｋ個直列接続されたハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋ（ｋ＝１以上の整数）と、直流電圧を交流電圧に変換し、モータＭに出力するインバータ１２ａと、を有している。
【００２８】
前記コンバータ１１ａは、正極Ｐと負極Ｎとの間に各相のコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２，ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＴ１，ＳＴ２を備える。前記インバータ１２ａは、正極Ｐと負極Ｎとの間に各相のインバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＷ１，ＳＷ２を備える。
【００２９】
ハーフブリッジ回路１３ｋは、直列接続したスイッチングデバイスＳｋ１とスイッチングデバイスＳｋ２と、コンデンサＣｋと、を有する。
【００３０】
さらに、前記ハーフブリッジ回路１３ｋのスイッチングデバイスＳｋ１とスイッチングデバイスＳｋ２との共通接続点である端子ｐｋと、スイッチングデバイスＳｋ２とコンデンサＣｋとの共通接続点である端子ｎｋを正極Ｐ，負極Ｎ間に順次直列接続する。
【００３１】
図２は、仮想中性点を基準としたコンバータ電圧検出値Ｖｃｎｖと直流電圧指令値Ｖｄｃ*とインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖ*との関係を示すタイムチャートである。直流電圧指令値Ｖｄｃ*はインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖ*に基づいて生成される。
【００３２】
【数１】
2017038478.tif 000003
【００３３】
ここで、Ｕ，Ｖ，Ｗは、各相のインバータの出力電圧指令値Ｖｉｎｖ*である。
【００３４】
ｍａｘ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、Ｕ，Ｖ，Ｗの中の最大値である。ｍｉｎ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）はＵ，Ｖ，Ｗの中の最小値である。 そして、直流電圧指令値Ｖｄｃ*は以下の（３）式のようになる。
【００３５】
【数２】
2017038478.tif 000004
【００３６】
可変直流リンク電圧を適用したＰＷＭ変調は、三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒの振幅は可変となり、三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒの振幅が常に直流電圧と等しくなる。
【００３７】
（１）式，（２）式より、可変直流リンク電圧のＰＷＭ変調を図３のように示すことができる。これにより、スイッチングデバイスが断続的にスイッチングしていることがわかる。実際に、スイッチングデバイスは、１サイクル内の半分である１８０°のうち１２０°の期間スイッチングを停止する。したがって、スイッチングの総数は図１９の方法と比べて６７％低減することが可能となる。
【００３８】
図４は、本実施形態１における交流−直流−交流電力変換装置の制御部を示すブロック図である。図４に示すように、コンバータ制御部２０と、ハーフブリッジ回路制御部２２と、インバータ制御部２１と、を備えている。
【００３９】
インバータ制御部２１は、インバータのスイッチングの回数を減らすために、図３に示すような変調を実現する。ハーフブリッジ回路制御部２２は、主に、各ハーフブリッジ回路の直流コンデンサの電圧を制御し、ＰＷＭ方式を用いた可変直流リンク電圧を実現する。コンバータ制御部２０は、各ハーフブリッジ回路の直流コンデンサの電圧の平均値の制御と力率制御を行う。
【００４０】
コンバータ制御部２０の構成を説明する。Ｖｃ*は、図１のハーフブリッジ回路１３ｋの直流コンデンサＣｋの電圧指令値である。減算器１において、コンデンサ電圧指令値Ｖｃ*からコンデンサ電圧平均値Ｖｃ＿ａｖｅを減算している。その他は従来技術と同様である。
【００４１】
次に、ハーフブリッジ回路制御部２２について説明する。最大値出力部２３ａにおいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖ*の中から最大値を選択して出力する。最小値出力部２３ｂにおいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖ*の中から最小値を選択して出力する。
【００４２】
減算器２４は、最大値出力部２３ａの出力から最小値出力部２３ｂの出力を減算し、直流電圧指令値Ｖｄｃ*として出力する。Ｖｃ＿ｔｏｔは、ｋ個ある図１のハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋの直流コンデンサＣ１〜Ｃｋの電圧検出値の合計値である。Ｖｃ＿ａｖｅは、ｋ個ある図１のハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋの直流コンデンサＣ１〜Ｃｋの電圧検出値の平均値である。すなわち、Ｖｃ＿ａｖｅ＝Ｖｃ＿ｔｏｔ／ｋである。 除算器Ｃは、（３）式の値Ｖｄｃ*をコンデンサ電圧合計値Ｖｃ＿ｔｏｔで除算した値を出力する。
【００４３】
Ｖｃ，ｋは、図１のｋ番目のハーフブリッジ回路１３ｋの直流コンデンサＣｋの電圧検出値である。また、減算器２５においてコンデンサ電圧指令値Ｖｃ*からコンデンサ電圧検出値Ｖｃ，ｋを減算する。調節器２６では、減算器２５から出力されたＶｃ*−Ｖｃ，ｋを比例積分制御し、コンデンサ電圧指令値Ｖｃ*で除算した値を出力する。加算器２７では、除算器Ｃの出力と調節器２６の出力とを加算し、ＰＷＭ制御部ＰＷＭ３へ入力する。
【００４４】
ＰＷＭ制御部ＰＷＭ３では、加算器２７の出力信号と振幅が±１の三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒ（図１９と同様の波形である。図４には示していない。）を比較して、ハーフブリッジ回路１３ｋのスイッチングデバイスのゲート信号ｇａｔｅ＿ｃｅｌｌ，ｋを生成する。
【００４５】
このハーフブリッジ回路制御部２２は、ｋ個ある各ハーフブリッジセル回路ごとに備える。ただし、除算器Ｃまでの構成は共通化してもよい。
【００４６】
次に、インバータ制御部２１の構成を説明する。 Ｖｉｎｖ*は、インバータ出力電圧指令値である。図４には明記されていないが、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相のインバータ出力電圧指令値がある。
【００４７】
減算器２８は、インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖ*からインバータ電圧指令値の最小値Ｖｄｃ２（＝ｍｉｎ（Ｕ，Ｖ，Ｗ））を減算する。除算器Ａは減算器２８の出力Ｖｉｎｖ*−Ｖｄｃ２を直流電圧指令値Ｖｄｃ*で除算した値をＰＷＭ制御部ＰＷＭ１へ出力する。
【００４８】
ＰＷＭ制御部ＰＷＭ１では、除算器２８の出力信号と振幅が±１の三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒ（図１９と同様の波形。図４には示していない。）を比較して、ゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖを生成する。
【００４９】
この制御ブロックによって、各ハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋの直流コンデンサＣｋの電圧をコンデンサ電圧指令値Ｖｃ*に制御しつつ、インバータ出力電圧をインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖ*に制御する。さらに、図４内の直流電圧指令値Ｖｄｃ*は、（３）式と図２に示す波形に制御される。
【００５０】
なお、図３では三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒのピーク値を変調させているが、図４ではＰＷＭ制御部ＰＷＭ１〜ＰＷＭ３へ入力する三角波キャリア信号Ｃａｒｒｉｅｒ（図４には示していない）のピーク値の振幅は一定値としている。代わりにＰＷＭ制御部ＰＷＭ１へ入力するもう一方の信号（除算器Ａの出力）の振幅を変調させる。この制御動作によって、図４のインバータのゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖは、図３のゲート信号と等価な信号となる。
【００５１】
ｇａｔｅ＿ｉｎｖは、インバータのスイッチングデバイスのゲート信号である。図４には明記されていないが、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相のゲート信号がある。ｇａｔｅ＿ｃｅｌｌ，ｋは、図１のｋ番目のハーフブリッジセル回路のスイッチングデバイスのゲート信号である。 
【００５２】
図４における制御方式と本実施形態１のシミュレーション結果を図５に示す。
【００５３】
図５の上部はコンバータの入力線間電圧波形、下部はコンバータの入力電流波形である。図６の上部はインバータの出力線間電圧波形、下部はインバータの出力電流波形である。図５、図６は三相の波形を示している。図７の上部はインバータの出力線間電圧波形（ＵＶ相）、下部はこれの移動平均処理をした波形である。移動平均後の出力線間電圧波形が、ほぼ正弦波状の波形となっていることが判る。 図８の上部に直流電圧波形（図１のＶｄｃ）、下部はこれの移動平均処理をした波形である。移動平均後の直流電圧波形が、図５の（Ｖｄｃ１−Ｖｄｃ２）の波形と同様の波形になっていることがわかる。 図９はスイッチングデバイスのゲート信号を示し、スイッチングの回数が大幅に減少することがわかる。図９のゲート信号のスイッチングを行う期間が、全期間の１／３になっている。
【００５４】
表１には、従来方式と実施形態１の電力損失を比較したシミュレーション結果を示している。（コンバータの損失は示していない）
【００５５】
【表１】
2017038478.tif 000005
【００５６】
すべてのスイッチングデバイスの損失の合計値である総電力損失が従来の１３０００Ｗに対して、本実施形態１では、５８００Ｗと大きく低減している。
【００５７】
これにより、可変直流リンク電圧回路は、主にスイッチングデバイス（ＩＧＢＴ）のスイッチング損失を大幅に低減し、より少ない電力損失となることは明らかである。ハーフブリッジ回路１３１〜１３ｋが追加の電力損失を生じさせるが、総電力損失は減少させることができる。
【００５８】
前述のように、インバータにおけるスイッチングデバイス（ＩＧＢＴ）のスイッチング回数は６７％減少する。したがって、表１に示すように、スイッチング損失を約８０％減少することができる。損失が低減する理由は、次の（１），（２）のとおりである。
（１）図３，図１９に示すように、可変直流リンク電圧の電力変換装置の実際の直流電圧は、定直流リンク電圧の電力変換装置の実際の直流電圧に比べて低い。スイッチングデバイスのスイッチング損失はインバータの直流電圧に依存し、直流電圧が高いほどスイッチングデバイスに印加される電圧が高くなり、スイッチング損失が大きくなる傾向をもつ。したがって、本実施形態１では、スイッチング損失が低くなる。
（２）負荷力率が高い（「１」に近い）場合、図７からわかるように、電流瞬時値が高い位相（すなわち、正弦波電流波形の正側および負側ピーク値の近傍の位相）ではスイッチングは行われない。このことは、総スイッチングの低減につながる。 力率が「１」である場合、半基本サイクル３０°〜１５０°毎に非スイッチング期間における瞬時電流が高くなる。  
【００５９】
本実施形態１の交流−直流−交流電力変換装置は、直流電圧を出力電圧指令値に基づいて調整し、インバータのスイッチングデバイスのスイッチング回数を低減させて、電力損失を低減すると共に、装置の効率を改善する。
【００６０】
［実施形態２］
図１０は、本実施形態２における交流−直流−交流電力変換装置を示す回路図である。この３レベル電力変換装置は、ハーフブリッジ回路を使用することにより、可変直流リンク電圧を実現している。
【００６１】
図１０に示すように、本実施形態２のコンバータ１１ｂは、Ｒ相に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１〜ＳＲ４と、Ｓ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１〜ＳＳ４と、Ｔ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１〜ＳＴ４と、を備える。
【００６２】
また、コンバータ１１ｂは、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ３，ＳＲ４の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＲと、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ３，ＳＳ４の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＳと、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ３，ＳＴ４の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＴと、を備える。コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ２，ＳＲ３の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ２，ＳＳ３の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ２，ＳＴ３の共通接続点とが、入力端子として三相交流電源１０に接続される。
【００６３】
また、本実施形態２のインバータ１２ｂは、Ｕ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ１〜ＳＵ４と、Ｖ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ１〜ＳＶ４と、Ｗ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ１〜ＳＷ４と、備える。
【００６４】
また、インバータ１２ｂは、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＵ３，ＳＵ４の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＵと、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ３，ＳＶ４の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＶと、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＷ３，ＳＷ４の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＷと、を備える。インバータ用スイッチングデバイスＳＵ２，ＳＵ３の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ２，ＳＶ３の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ２，ＳＷ３の共通接続点とが、出力端子としてモータＭに接続される。
【００６５】
図１０において、コンバータ１１ｂのコンバータ用フライングキャパシタＦＣＲ，ＦＣＳ，ＦＣＴと、インバータ１２ｂのインバータ用フライングキャパシタＦＣＵ，ＦＣＶ，ＦＣＷの電圧はＶｄｃ／２に制御する。（Ｖｄｃは、図１０のＰ極とＮ極間の電圧である。）なお、ハーフブリッジ回路の数は１以上とする。
【００６６】
実施形態２の制御構成は、図４と同じである。ただし、コンバータ制御部２０とインバータ制御部２１のＰＷＭ制御部ＰＷＭ１，ＰＷＭ２では、図１１に示すオフセットの異なる２種類の三角波キャリア信号Ｖｃａｒ１，Ｖｃａｒ２を入力する。さらに、除算器Ａ，Ｂの出力信号と三角波キャリア信号Ｖｃａｒ１，Ｖｃａｒ２の大小を比較することによって、各スイッチングデバイスのゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖ（または、ｇａｔｅ＿ｃｎｖ）を生成して出力する。
【００６７】
インバータのＵ相を例とした各スイッチングデバイスのゲート信号生成方法を表２に示す。表２内のＶｒｅｆは除算器Ａ，Ｂの出力信号である。表２内の「１」はスイッチングデバイスのＯＮ指令、「０」はスイッチングデバイスのＯＦＦ指令である。
【００６８】
【表２】
2017038478.tif 000006
【００６９】
［実施形態３］
図１２は本実施形態３における交流−直流−交流電力変換装置を示す回路図である。本実施形態３の３レベルアクティブ中性点クランプコンバータは、ハーフブリッジ回路１３を使用することにより、可変直流リンク電圧としている。
【００７０】
図１２に示すように、本実施形態３のコンバータ１１ｃは、Ｒ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１〜ＳＲ４と、Ｓ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１〜ＳＳ４と、Ｔ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１〜ＳＴ４と、を備える。
【００７１】
また、コンバータ１１ｃは、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ３，ＳＲ４の共通接続点との間に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ５，ＳＲ６と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ３，ＳＳ４の共通接続点との間に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ５，ＳＳ６と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ３，ＳＴ４の共通接続点との間に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ５，ＳＴ６と、を備える。
【００７２】
コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ５，ＳＲ６の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ５，ＳＳ６の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ５，ＳＴ６の共通接続点とが、入力端子として三相交流電源１０に接続される。
【００７３】
また、本実施形態３におけるインバータ１２ｃは、Ｕ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ１〜ＳＵ４と、Ｖ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ１〜ＳＶ４と、Ｗ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ１〜ＳＷ４と、備える。
【００７４】
また、インバータ１２ｃは、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＵ３，ＳＵ４の共通接続点との間に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ５，ＳＵ６と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ３，ＳＶ４の共通接続点との間に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ５，ＳＶ６と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＷ３，ＳＷ４の共通接続点との間に接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ５，ＳＷ６と、を備える。
【００７５】
インバータ用スイッチングデバイスＳＵ５，ＳＵ６の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ５，ＳＶ６の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ５，ＳＷ６の共通接続点とが、出力端子としてモータＭに接続される。
【００７６】
また、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ２，ＳＲ３の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ２，ＳＳ３の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ２，ＳＴ３の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ２，ＳＵ３の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ２，ＳＶ３の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ２，ＳＷ３の共通接続点がハーフブリッジ回路１３ｋ／２とハーフブリッジ回路１３ｋ／２＋１の共通接続点（中性点）に接続される。
【００７７】
なお、ハーフブリッジ回路数は２以上の偶数とする。
【００７８】
本実施形態３の制御構成は、図４と同じである。ただし、コンバータ制御部２０とインバータ制御部２１のＰＷＭ制御部ＰＷＭ１，ＰＷＭ２では、実施形態２と同様に２種類の三角波キャリア信号Ｖｃａｒ１，Ｖｃａｒ２を入力して、各スイッチングデバイスのゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖ，（または、ｇａｔｅ＿ｃｎｖ）を生成して出力する。
【００７９】
インバータ１２ｃのＵ相を例とした各インバータ用スイッチングデバイスのゲート信号生成方法を表３に示す。表３内の「１」はインバータ用スイッチングデバイスのＯＮ指令、「０」はインバータ用スイッチングデバイスのＯＦＦ指令である。
【００８０】
【表３】
2017038478.tif 000007
【００８１】
［実施形態４］
図１３は、本実施形態４の電力変換装置を示す回路図である。本実施形態４の３レベルアクティブＴ型電力変換装置は、ハーフブリッジ回路を使用することにより、可変直流リンク電圧を実現することができる。
【００８２】
図１３に示すように、本実施形態４のコンバータ１１ｄは、Ｒ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２と、Ｓ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２と、Ｔ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２と、を備える。
【００８３】
また、コンバータ１１ｃは、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２の共通接続点に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ３，ＳＲ４と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２の共通接続点に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ３，ＳＳ４と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２の共通接続点に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ３，ＳＴ４と、を備える。
【００８４】
コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３の共通接続点は入力端子として交流電源１０のＲ相に接続される。コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３の共通接続点は入力端子として交流電源１０のＳ相に接続される。コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３の共通接続点は入力端子として交流電源１０のＴ相に接続される。
【００８５】
また、本実施形態４におけるインバータ１２ｄは、Ｕ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２と、Ｖ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２と、Ｗ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２と、備える。
【００８６】
また、インバータ１２ｄは、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２の共通接続点に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ４，ＳＵ３と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２の共通接続点との間に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ４，ＳＶ３と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２の共通接続点に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ４，ＳＷ３と、を備える。
【００８７】
インバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２，ＳＵ４の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ４の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４の共通接続点とが、出力端子としてモータＭに接続される。
【００８８】
また、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ４，ＳＳ４，ＳＴ４，インバータ用スイッチングデバイスＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３の共通接続点が、ハーフブリッジ回路１３ｋ／２とハーフブリッジ回路１３ｋ／２＋１の共通接続点（中性点）に接続される。 なお、ハーフブリッジ回路数は２以上の偶数とする。
【００８９】
本実施形態４の制御構成は、図４と同じである。ただし、コンバータ制御部２０とインバータ制御部２１のＰＷＭ制御部ＰＷＭ１，ＰＷＭ２では、実施形態２、３と同様に２種類の三角波キャリア信号Ｖｃａｒ１，Ｖｃａｒ２を入力して、各スイッチングデバイスのゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖ（ｇａｔｅ＿ｃｎｖ）を生成して出力する。
【００９０】
インバータのＵ相を例とした各インバータ用スイッチングデバイスのゲート信号生成方法を表４に示す。表４内の「１」はインバータ用スイッチングデバイスのＯＮ指令、「０」はインバータ用スイッチングデバイスのＯＦＦ指令である。
【００９１】
【表４】
2017038478.tif 000008
【００９２】
［実施形態５］
図１４は、本実施形態５の交流−直流−交流電力変換装置を示す回路図である。本実施形態５の５レベルアクティブＴ型電力変換装置は、ハーフブリッジ回路１３を使用することにより、可変直流リンク電圧を実現することができる。 なお、ハーフブリッジ回路数は２以上の偶数とする。
【００９３】
図１４に示すように、本実施形態５のコンバータ１１ｅは、Ｒ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１〜ＳＲ４と、Ｓ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１〜ＳＳ４と、Ｔ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１〜ＳＴ４と、を備える。
【００９４】
また、コンバータ１１ｅは、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ３，ＳＲ４の共通接続点との間に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ５〜ＳＲ８と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ３，ＳＳ４の共通接続点との間に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ５〜ＳＳ８と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ３，ＳＴ４の共通接続点との間に順次直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ５〜ＳＴ８と、を備える。
【００９５】
また、コンバータ１１ｅは、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ５，ＳＲ６の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ７，ＳＲ８との間に接続されたフライングキャパシタＦＣＲと、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ５，ＳＳ６の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ７，ＳＳ８との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＳと、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ５，ＳＴ６の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ７，ＳＴ８との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＴと、を備える。
【００９６】
スイッチングデバイスＳＲ６，ＳＲ７の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ６，ＳＳ７の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ６，ＳＴ７の共通接続点は入力端子として三相交流電源１０に接続される。
【００９７】
また、本実施形態５におけるインバータ１２ｅは、Ｕ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ１〜ＳＵ４と、Ｖ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ１〜ＳＶ４と、Ｗ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ１〜ＳＷ４と、備える。
【００９８】
また、インバータ１２ｅは、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＵ３，ＳＵ４の共通接続点との間に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ５〜ＳＵ８と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ３，ＳＶ４の共通接続点との間に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ５〜ＳＶ８と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＷ３，ＳＷ４の共通接続点との間に順次直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ５〜ＳＷ８と、を備える。
【００９９】
また、インバータ１２ｅは、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ５，ＳＵ６の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＵ７，ＳＵ８との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＵと、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ５，ＳＶ６の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ７，ＳＶ８との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＶと、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ５，ＳＷ６の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＷ７，ＳＷ８の間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＷと、を備える。
【０１００】
インバータ用スイッチングデバイスＳＵ６，ＳＵ７の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ６，ＳＶ７の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ６，ＳＷ７の共通接続点は出力端子としてモータＭに接続される。
【０１０１】
また、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ２，ＳＲ３の共通接続点，ＳＳ２，ＳＳ３の共通接続点，ＳＴ２，ＳＴ３の共通接続点，インバータ用スイッチングデバイスＳＵ２，ＳＵ３の共通接続点，ＳＶ２，ＳＶ３の共通接続点，ＳＷ２，ＳＷ３の共通接続点が、ハーフブリッジ回路１３ｋ／２とハーフブリッジ回路１３ｋ／２＋１の共通接続点（中性点）に接続される。 なお、ハーフブリッジ回路数は２以上の偶数とする。ハーフブリッジ回路数は２以上の偶数とする。
【０１０２】
図１４では、Ｐ極側の直流電圧Ｖｄｃ１とＮ極側の直涜電圧Ｖｄｃ２は同じ値に制御する。また、コンバータ１１ｅとインバータ１２ｅの各相のコンバータ用フライングキャパシタ，インバータ用フライングキャパシタの電圧はＶｄｃ１／２（またはＶｄｃ２／２）に制御する。なお、ハーフブリッジ回路数は２以上の偶数とする。
【０１０３】
本実施形態５の制御構成は、図４と同じである。ただし、コンバータ制御部２０とインバータ制御部２１のＰＷＭ制御部ＰＷＭ１，ＰＷＭ２では、図１５に示すオフセットの異なる４種類の三角波キャリア信号Ｖｃａｒ１，Ｖｃａｒ２，Ｖｃａｒ３，Ｖｃａｒ４を入力する。さらに、除算器Ａ（またはＢ）の出力信号との大小を比較することによって、各スイッチングデバイスのゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖ（または、ｇａｔｅ＿ｃｎｖ）を生成して出力する。
【０１０４】
インバータのＵ相を例とした各スイッチングデバイスのゲート信号生成方法を表５に示す。表５内の「１」はスイッチングデバイスのＯＮ指令、「０」はスイッチングデバイスのＯＦＦ指令である。
【０１０５】
【表５】
2017038478.tif 000009
【０１０６】
［実施形態６］
図１６は、本実施形態６の交流−直流−交流電力変換装置を示す回路図である。本実施形態６の４レベルフライングキャパシタ交流−直流−交流電力変換装置は、ハーフブリッジ回路を使用することにより、可変直流リンク電圧を実現することができる。 
【０１０７】
図１６に示すように、本実施形態６のコンバータ１１ｆは、Ｒ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１〜ＳＲ６と、Ｓ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１〜ＳＳ６と、Ｔ相に直列接続されたコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１〜ＳＴ６と、を備える。
【０１０８】
また、コンバータ１１ｆは、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ１，ＳＲ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ５，ＳＲ６の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＲ１と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ２，ＳＲ３の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＲ４，ＳＲ５の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＲ２と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ１，ＳＳ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ５，ＳＳ６の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＳ１と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＳ２，ＳＳ３の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ４，ＳＳ５の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＳ２と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ１，ＳＴ２の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ５，ＳＴ６の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＴ１と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ２，ＳＴ３の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＴ４，ＳＴ５の共通接続点との間に接続されたコンバータ用フライングキャパシタＦＣＴ２と、を備える。
【０１０９】
コンバータ用スイッチングデバイスＳＲ３，ＳＲ４の共通接続点とコンバータ用スイッチングデバイスＳＳ３，ＳＳ４の共通接続点と、コンバータ用スイッチングデバイスＳＴ３，ＳＴ４の共通接続点は入力端子として三相交流電源１０に接続される。
【０１１０】
また、本実施形態５におけるインバータ１２ｅは、Ｕ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＵ１〜ＳＵ６と、Ｖ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＶ１〜ＳＶ６と、Ｗ相に直列接続されたインバータ用スイッチングデバイスＳＷ１〜ＳＷ６と、備える。
【０１１１】
また、インバータ１２ｅは、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ１，ＳＵ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＵ５，ＳＵ６の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＵ１と、インバータ用スイッチングデバイスＳＵ２，ＳＵ３の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＵ４，ＳＵ５の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＵ２と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ１，ＳＶ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ５，ＳＶ６の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＶ１と、インバータ用スイッチングデバイスＳＶ２，ＳＶ３の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＶ４，ＳＶ５の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＶ２と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ１，ＳＷ２の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＷ５，ＳＷ６の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＷ１と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ２，ＳＷ３の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＷ４，ＳＷ５の共通接続点との間に接続されたインバータ用フライングキャパシタＦＣＷ２と、を備える。
【０１１２】
インバータ用スイッチングデバイスＳＵ３，ＳＵ４の共通接続点とインバータ用スイッチングデバイスＳＳＶ３，ＳＶ４の共通接続点と、インバータ用スイッチングデバイスＳＷ３，ＳＷ４の共通接続点は出力端子としてモータＭに接続される。
【０１１３】
図１６では、コンバータ用フライングキャパシタＦＣＲ１，ＦＣＳ１，ＦＣＴ１，インバータ用フライングキャパシタＦＣＵ１，ＦＣＶ１，ＦＣＷ１の電圧は２Ｖｄｃ／３とし、コンバータ用フライングキャパシタＦＣＲ２，ＦＣＳ２，ＦＣＴ２，インバータ用フライングキャパシタＦＣＵ２，ＦＣＶ２，ＦＣＷ２の電圧はＶｄｃ／３に制御する。なお、ハーフブリッジ回路数は１以上とする。
【０１１４】
本実施形態６の制御構成は、図４と同じである。ただし、コンバータ制御部２０とインバータ制御部２１のＰＷＭでは、図１７に示すオフセットの異なる３種類の三角波キャリア信号Ｖｃａｒ１，Ｖｃａｒ２，Ｖｃａｒ３を入力する。さらに、除算器Ａ（またはＣ）の出力信号との大小を比較することによって、各スイッチングデバイスのゲート信号ｇａｔｅ＿ｉｎｖ（または、ｇａｔｅ＿ｃｎｖ）を生成して出力する。
【０１１５】
インバータのＵ相を例とした各スイッチングデバイスのゲート信号生成方法を表６に示す。表６の「１」はスイッチングデバイスのＯＮ指令、「０」はスイッチングデバイスのＯＦＦ指令である。 
【０１１６】
【表６】
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【０１１７】
なお、実施形態１〜６では、交流電源とコンバータの入力端子、インバータの出力端子と負荷とを直接接続した構成について説明したが、交流電源とコンバータの入力端子、および、インバータの出力端子と負荷との間にフィルタ回路を介挿してもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…交流電源（交流電圧源）
１１，１１ａ〜１１ｆ…コンバータ
１２，１２ａ〜１２ｆ…インバータ
１３１〜１３ｋ…ハーフブリッジ回路
ＳＲ１，ＳＳ１，ＳＴ１，ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１…第１スイッチングデバイス
ＳＲ２，ＳＳ２，ＳＴ２，ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２…第２スイッチングデバイス
Ｃ１〜Ｃｋ…フライングキャパシタ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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