JP2015096020A - マトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償方法 - Google Patents

マトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償方法 Download PDF

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Abstract

【課題】出力電圧誤差を精度よく抑制することができるマトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償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１は、制御情報生成部２２と、転流制御部２３と、記憶部２０と、誤差補償部２４とを備える。制御情報生成部は、双方向スイッチを制御する制御情報を生成する。転流制御部は、制御情報に基づきスイッチング素子を個別に制御して転流制御を行う。記憶部は、転流制御の方式、電力変換の変調方式およびキャリア波の周波数のうち少なくとも一つの設定情報を記憶する。誤差補償部は、設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う。【選択図】図１

Description

開示の実施形態は、マトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償方法に関する。
マトリクスコンバータは、交流電源の各相と負荷の各相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。
かかるマトリクスコンバータは、負荷に接続する交流電源の相を双方向スイッチにより切り替える際に、双方向スイッチを構成する複数のスイッチング素子のそれぞれを所定の順序で個別にオン／オフ制御する転流制御を行う。かかる転流制御によって、交流電源の線間短絡やマトリクスコンバータの出力開放などが防止されるが、出力電圧に誤差が生じる。
そこで、交流電源の線間電圧に基づいて電圧指令を補正することで出力電圧誤差を補償する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−７９２９号公報 特開２００７−８２２８６号公報
しかしながら、出力電圧誤差を補償する従来の技術では、単一の転流方式や変調方式を対象としたものであり、例えば、転流方式の種別を切り替えたり、変調方式の種別を切り替えたりすることができるものではなかった。
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、例えば、転流方式の種別や変調方式の種別などを切り替えたりした場合であっても、転流制御による出力電圧誤差を精度よく抑制することができるマトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償方法を提供することを目的とする。
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、制御情報生成部と、転流制御部と、記憶部と、誤差補償部とを備える。前記電力変換部は、複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられる。前記制御情報生成部は、前記双方向スイッチを制御する制御情報を生成する。前記転流制御部は、前記制御情報に基づき前記スイッチング素子を個別に制御して転流制御を行う。前記記憶部は、前記転流制御の方式および／または電力変換の変調方式の設定情報を記憶する。前記誤差補償部は、前記設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う。
実施形態の一態様によれば、例えば、転流方式の種別や変調方式の種別などを切り替えたりした場合であっても、出力電圧誤差を精度よく抑制することができるマトリクスコンバータおよび出力電圧誤差の補償方法を提供することができる。
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は、図１に示す双方向スイッチの構成例を示す図である。 図３は、図１に示す制御部の第１構成例を示す図である。 図４は、Ｉｏ＞０の場合について、４ステップ電流転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。 図５は、Ｉｏ＞０の場合について、４ステップ電流転流法によるＰＷＭ制御指令と出力相電圧とキャリア波との関係を示す図である。 図６は、Ｉｏ＜０の場合について、４ステップ電流転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。 図７は、Ｉｏ＜０の場合について、４ステップ電流転流法によるＰＷＭ制御指令と出力相電圧とキャリア波との関係を示す図である。 図８は、Ｉｏ＞０の場合について、４ステップ電圧転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。 図９は、Ｉｏ＜０の場合について、４ステップ電圧転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。 図１０は、出力電圧空間ベクトルの一例を示す図である。 図１１は、出力電圧指令と空間ベクトルとの対応例を示す図である。 図１２は、Ｅｂａｓｅ＝Ｅｐの場合のスイッチングパターンの一例を示す図（その１）である。 図１３は、Ｅｂａｓｅ＝Ｅｐの場合のスイッチングパターンの一例を示す図（その２）である。 図１４は、Ｅｂａｓｅ＝Ｅｎの場合のスイッチングパターンの一例を示す図（その１）である。 図１５は、Ｅｂａｓｅ＝Ｅｎの場合のスイッチングパターンの一例を示す図（その２）である。 図１６は、３相変調法におけるキャリア波と出力相電圧との関係の一例を示す図である。 図１７は、補償量算出部により実行される補償量算出処理の一例を示すフローチャートである。 図１８は、キャリア波と補正量算出周期との関係例を示す図である。 図１９は、図１に示す制御部の第２構成例を示す図である。
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。
［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。負荷３は、例えば、交流電動機や発電機である。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。
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１４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相交流電力を任意の電圧および周波数の３相交流電力に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力する。
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Ｓｗと総称する場合がある）を備える。
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。
図２は、双方向スイッチＳｗ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Ｓｗは、スイッチング素子ＳｗａとダイオードＤａの直列接続回路と、スイッチング素子ＳｗｂとダイオードＤｂとの直列接続回路とを有し、これらの直列接続回路は逆並列接続される。図２においては、入力相電圧をＶｉと表記し、出力相電圧をＶｏと表記している。
なお、双方向スイッチＳｗは、複数のスイッチング素子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ない。例えば、図２に示す例では、ダイオードＤａ、Ｄｂのカソード同士が接続されているが、双方向スイッチＳｗは、ダイオードＤａ、Ｄｂのカソード同士が接続されない構成でもよい。
また、スイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂ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、次世代半導体スイッチング素子のＳｉＣ、ＧａＮであってもよい。なお、スイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂが逆素子ＩＧＢＴの場合、ダイオードＤａ、Ｄｂを設けなくてもよい。
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Ｓｗのスイッチングに起因する高周波成分を除去する。
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。具体的には、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。
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。具体的には、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。なお、以下、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。
制御部１４は、設定情報記憶部２０と、制御情報生成部２２と、転流制御部２３と、誤差補償部２４とを備える。制御情報生成部２２、転流制御部２３および誤差補償部２４は、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報を取得し、取得した設定情報に基づいて動作する。
設定情報記憶部２０は、変調法パラメータＰｍ、転流法設定パラメータＰｔおよびキャリア周波数設定パラメータＰｆなどの設定情報を記憶する。これらの設定情報は、例えば、利用者や設置者からマトリクスコンバータ１の入力部（図示せず）を介して入力された情報である。変調法パラメータＰｍは、負荷３に対する変調の方式を示すパラメータであり、転流法設定パラメータＰｔは、転流制御部２３による転流制御の方式を指定するパラメータである。また、キャリア周波数設定パラメータＰｆは、制御情報生成部２２のキャリア波の周波数等を指定するパラメータである。
制御情報生成部２２は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔ、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、変調法パラメータＰｍおよびキャリア周波数設定パラメータＰｆに基づいて、双方向スイッチＳｗを制御する制御情報を生成する。具体的には、制御情報生成部２２は、キャリア周波数設定パラメータＰｆによって指定されるキャリア波の周波数に応じた周期で制御情報を生成する。制御情報生成部２２は、例えば、Ｐｍ＝０の場合、２相変調法による制御情報を生成し、Ｐｍ＝１の場合、３相変調法による制御情報を生成する。
ここで、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とすると、２相変調法は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち１つの出力相はＥｐまたはＥｎに固定し、残りの２つの出力相はＥｐ、Ｅｍ、Ｅｎを切り替えて出力する方式である。また、３相変調法は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれの出力相もＥｐ、Ｅｍ、Ｅｎを切り替えて出力するＰＷＭ制御する方式である。このように、電力変換部１０からＰＷＭ変調した電圧を出力する出力相の数に応じて変調法が異なる。
転流制御部２３は、制御情報生成部２２によって生成される制御情報に基づき、転流法設定パラメータＰｔに応じた転流法による転流制御を実行する駆動信号Ｓ１ａ〜Ｓ９ａ、Ｓ１ｂ〜Ｓ９ｂ（以下、駆動信号Ｓｇと総称する場合がある）を生成する。
駆動信号Ｓ１ａ〜Ｓ９ａは、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗを構成するスイッチング素子Ｓｗａのゲートにそれぞれ入力される。駆動信号Ｓ１ｂ〜Ｓ９ｂは、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗを構成するスイッチング素子Ｓｗｂのゲートにそれぞれ入力される。
転流制御部２３は、例えば、Ｐｔ＝０の場合、電流転流法を選択して転流制御を実行し、Ｐｔ＝１の場合、電圧転流法を選択して転流制御を実行する。転流制御は、各出力相に接続する負荷３の相を双方向スイッチＳｗにより切り替える際に、切替元および切替先の双方向スイッチＳｗを構成するスイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂを個別にオン／オフする。かかる転流制御によって、入力相間の短絡と出力相の開放を防止することができる。
誤差補償部２４は、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報に基づいて、転流方式、変調法式およびキャリア波などの設定情報に応じた補償量を求め、かかる補償量により出力電圧の誤差補償を行う。
例えば、誤差補償の第１態様として、誤差補償部２４は、転流方式、変調法式およびキャリア波などの設定情報に応じた補償量に基づき、制御情報生成部２２によって生成される制御情報を補正し、補正した制御情報を転流制御部２３へ出力する。また、誤差補償の第２態様として、誤差補償部２４は、転流方式、変調法式およびキャリア波などの設定情報に応じた補償量に基づき出力電圧指令を補正して制御情報生成部２２へ出力する。
このように、実施形態に係るマトリクスコンバータ１では、設定情報に応じた補償量を求め、かかる補償量により出力電圧の誤差補償を行う。そのため、転流方式の種別や変調方式の種別などの設定情報を切り替えたりした場合であっても、出力電圧誤差を精度よく抑制することができる。以下、誤差補償の第１態様を制御部１４の第１構成例を用いて具体的に説明した後、誤差補償の第２態様を制御部１４の第２構成例を用いて具体的に説明する。なお、設定情報は、変調法パラメータＰｍ、転流法設定パラメータＰｔおよびキャリア周波数設定パラメータＰｆのうち１つまたは２つであってもよい。
［２．制御部１４の第１構成例］
図３は、制御部１４の第１構成例を示す図である。図３に示すように、制御部１４は、設定情報記憶部２０と、電圧指令生成部２１と、制御情報生成部２２と、転流制御部２３と、誤差補償部２４とを備える。誤差補償部２４は、補償量算出部３１と、パルス幅調整部３２とを備える。
制御部１４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、電圧指令生成部２１、制御情報生成部２２、転流制御部２３および誤差補償部２４として機能する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵによるプログラムの実行により設定情報記憶部２０としての機能を有する。なお、制御部１４は、プログラムを用いずにハードウェアのみで構成されることがある。
設定情報記憶部２０は、例えば、変調法パラメータＰｍ、キャリア周波数設定パラメータＰｆ、転流時間パラメータＴｄ１〜Ｔｄ３、および、転流法設定パラメータＰｔを記憶する。これらの情報は、例えば、利用者や設置者からマトリクスコンバータ１の入力部（図示せず）を介して入力された情報である。
電圧指令生成部２１は、例えば、周波数指令ｆ*および出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、所定の制御周期で、出力相毎の出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*（以下、これらを出力電圧指令Ｖｏ*と記載する場合がある）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。
制御情報生成部２２は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔ、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよび出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*などに基づき、キャリア波Ｓｃの半周期毎に空間ベクトル法を用いて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のパルス幅を規定する出力ベクトルの比率を演算する。制御情報生成部２２は、演算した出力ベクトルの比率を制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗとして誤差補償部２４へ通知する。
制御情報生成部２２は、制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗの演算に用いる出力電圧指令Ｖｏ*をキャリア波Ｓｃの山または谷のタイミングで切り替える。例えば、キャリア波Ｓｃの周期Ｔｓｃが出力電圧指令Ｖｏ*の２倍の周期である場合、制御情報生成部２２は、キャリア波Ｓｃの２周期毎に、キャリア波Ｓｃの山または谷のタイミングで制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗの演算に用いる出力電圧指令Ｖｏ*を切り替える。
誤差補償部２４は、制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗ、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報、および、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、出力電圧誤差補償を施したＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する。
出力電圧誤差補償は、制御情報生成部２２によって演算される出力ベクトルの比率と、転流制御部２３の転流制御によって設定される出力ベクトルの比率とのズレを補償する処理である。誤差補償部２４は、生成したＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*（以下、これらをＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*と記載する場合がある）を転流制御部２３へ出力する。ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*は、出力相へ出力する入力相電圧Ｖｉを指定する情報（以下、指定入力相情報と記載する）を含む。
転流制御部２３は、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*の指定入力相情報が変化した場合に、負荷３に接続する交流電源２の相を双方向スイッチＳｗにより切り替える転流制御を実行して駆動信号Ｓｇを生成する。
上述したように、誤差補償部２４による出力電圧誤差補償は、転流法の種別や電力変換の変調法の種別に応じて行われる。以下、転流法、変調方式、誤差補償を順に具体的に説明する。
［２．１．転流制御法］
転流制御部２３が実行する転流法として、上述したように、例えば、電流転流法と電圧転流法とがある。転流制御部２３は、設定情報記憶部２０に記憶された転流法設定パラメータＰｔに基づき、電流転流法および電圧転流法の一方を選択し、選択した転流法に従った転流制御を行う。
［２．１．１．電流転流法］
電流転流法は、出力相毎に、出力相電流Ｉｏの極性に応じた転流パターンにより実行される転流法である。ここでは、転流制御部２３が実行する電流転流法の一例として、４ステップ電流転流法について説明する。
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、次の第１〜第４ステップからなる転流パターンで転流制御が行われる。
第１ステップ： 切り替え元の双方向スイッチＳｗを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ｉｏの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオフにする。
第２ステップ： 切り替え先の双方向スイッチＳｗを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオンにする。
第３ステップ： 切り替え元の双方向スイッチＳｗを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ｉｏの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオフにする。
第４ステップ： 切り替え先の双方向スイッチＳｗを構成するスイッチング素子のうち、出力相電流Ｉｏの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオンにする。
図４は、Ｉｏ＞０の場合について、４ステップ電流転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。スイッチング素子Ｓｗ１ｐ、Ｓｗ１ｎは、それぞれ切り替え元の双方向スイッチＳｗのスイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂである。スイッチング素子Ｓｗ２ｐ、Ｓｗ２ｎは、それぞれ切り替え先の双方向スイッチＳｗのスイッチング素子Ｓｗａ、Ｓｗｂである。ｖ１、ｖ２は入力相電圧Ｖｉであり、ｖ１＞ｖ２の関係を有する。
図４に示すように、Ｉｏ＞０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ１からｖ２へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第３ステップの実行タイミング（タイミングｔ３）で切り替わる。一方、Ｉｏ＞０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ２からｖ１へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第２ステップの実行タイミング（タイミングｔ２）で切り替わる。
図５は、Ｉｏ＞０の場合について、４ステップ電流転流法によるＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*と出力相電圧Ｖｏとキャリア波Ｓｃとの関係を示す図である。図５に示すように、出力相電圧Ｖｏは、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉの切り替わりタイミングで切り替わらない。
すなわち、タイミングｔａ１、ｔａ２から第３ステップの実行タイミングで出力相電圧Ｖｏが切り替わり、タイミングｔａ３、ｔａ４から第２ステップの実行タイミングで出力相電圧Ｖｏが切り替わる。したがって、キャリア波Ｓｃの１周期Ｔｓｃにおいて、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*に対して（Ｅｐ−Ｅｎ）×Ｔｄ２／Ｔｓｃの誤差が出力相電圧Ｖｏに生じる。
一方、Ｉｏ＜０の場合、出力相に出力される入力相電圧Ｖｉが切り替わるタイミングがＩｏ＞０の場合と異なる。図６は、Ｉｏ＜０の場合について、４ステップ電流転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。
図６に示すように、Ｉｏ＜０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ１からｖ２へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第２ステップの実行タイミング（タイミングｔ２）で切り替わる。一方、Ｉｏ＜０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ２からｖ１へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第３ステップの実行タイミング（タイミングｔ３）で切り替わる。
図７は、Ｉｏ＜０の場合について、４ステップ電流転流法によるＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*と出力相電圧Ｖｏとキャリア波Ｓｃとの関係を示す図である。図７に示すように、Ｉｏ＞０の場合と同様に、Ｉｏ＜０の場合では、出力相電圧Ｖｏは、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉの切り替わりタイミングで切り替わらない。
すなわち、タイミングｔａ１、ｔａ２から第２ステップの実行タイミングで出力相電圧Ｖｏが切り替わり、タイミングｔａ３、ｔａ４から第３ステップの実行タイミングで出力相電圧Ｖｏが切り替わる。したがって、キャリア波Ｓｃの１周期Ｔｓｃにおいて、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*に対して−（Ｅｐ−Ｅｎ）×Ｔｄ２／Ｔｓｃの誤差が出力相電圧Ｖｏに生じる。
このように電流転流法による転流制御では、出力相電圧Ｖｏの変化のタイミングが電圧上昇の場合（ｖ２→ｖ１）と電圧下降の場合（ｖ１→ｖ２）とで異なる。そのため、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*に対する出力相電圧Ｖｏに誤差（以下、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒと記載する）が生じ、また、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒの極性も異なる。
［２．１．２．電圧転流法］
電圧転流法は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの大小関係に応じた転流パターンにより実行される転流法である。ここでは、転流制御部２３が実行する電圧転流法の一例として、４ステップ電圧転流法について説明する。
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第１〜第４ステップからなる転流パターンで転流制御が行われる。かかる４ステップ電圧転流法の転流パターンは、出力相電流Ｉｏの極性に依存しない転流パターンである。
第１ステップ： 切り替え先の逆バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第２ステップ： 切り替え元の逆バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
第３ステップ： 切り替え先の順バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第４ステップ： 切り替え元の順バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
なお、スイッチング素子Ｓｗａ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高い状態を順バイアスというものとする。また、スイッチング素子Ｓｗｂ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高い状態を逆バイアスというものとする。
図８および図９は、４ステップ電圧転流法によるスイッチング素子のオン／オフの遷移を示す図である。スイッチング素子Ｓｗ１ｐ、Ｓｗ１ｎ、Ｓｗ２ｐ、Ｓｗ２ｎ、電圧ｖ１、ｖ２は、図４および図６と同様である。
図８に示すように、Ｉｏ＞０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ１からｖ２へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第２ステップの実行タイミング（タイミングｔ２）で切り替わる。一方、Ｉｏ＞０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ２からｖ１へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第３ステップの実行タイミング（タイミングｔ３）で切り替わる。したがって、電圧転流法でＩｏ＞０の場合の出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒは、電流転流法におけるＩｏ＜０の場合（図７参照）と同様であり、−（Ｅｐ−Ｅｎ）×Ｔｄ２／Ｔｓｃである。
図９に示すように、Ｉｏ＜０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ１からｖ２へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第３ステップの実行タイミング（タイミングｔ３）で切り替わる。一方、Ｉｏ＜０においてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*が指定する入力相電圧Ｖｉがｖ２からｖ１へ切り替わる場合、出力相電圧Ｖｏは、第２ステップの実行タイミング（タイミングｔ２）で切り替わる。したがって、電圧転流法でＩｏ＜０の場合の出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒは、電流転流法におけるＩｏ＞０の場合（図５参照）と同様であり、（Ｅｐ−Ｅｎ）×Ｔｄ２／Ｔｓｃである。
このように電圧転流法による転流制御においても、出力相電圧Ｖｏの変化のタイミングが電圧上昇の場合（ｖ２→ｖ１）と電圧下降の場合（ｖ１→ｖ２）とで異なる。そのため、ＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*に対する出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒが生じ、また、出力相電流Ｉｏの極性に応じて、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒの極性も異なる。また、出力相電流Ｉｏの極性に対し、電圧転流法と電流転流法とで出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒの極性が異なる。
［２．２．電力変換の変調方式］
制御情報生成部２２が実行する変調方式として、例えば、２相変調法と３相変調法がある。制御情報生成部２２は、設定情報記憶部２０に記憶された変調法パラメータＰｍに基づき、２相変調法および３相変調法の一方を選択し、選択した変調法に従った制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗを生成する。例えば、制御情報生成部２２は、Ｐｍ＝０の場合、２相変調法を選択し、Ｐｍ＝１の場合、３相変調法を選択する。
制御情報生成部２２は、変調法パラメータＰｍに応じた変調方式により、空間ベクトル法を用いて、ＰＷＭ制御のパルス幅を規定する出力ベクトルの比率を演算する。以下においては、空間ベクトル法、２相変調法、３調変調法の順に説明する。
［２．２．１．空間ベクトル法］
Ｒ相、Ｓ相およびＴ相について、最大電圧相をＰ、最小電圧相をＮ、中間電圧相をＭとし、出力電圧空間ベクトルは図のように表すことができる。図１０は、出力電圧空間ベクトルの一例を示す図である。
図１０において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相のうちいずれか１つが最大電圧相Ｐに接続され、残りが最小電圧相Ｎに接続されている状態を、ベクトル表現を用いて「ａベクトル」と表記する。また、出力相のうちいずれか１つが最小電圧相Ｎに接続され、残りが最大電圧相Ｐに接続されている状態を、ベクトル表現を用いて「ｂベクトル」と表記する。例えば、Ｕ相が最大電圧相Ｐに接続され、Ｖ相およびＷ相が最小電圧相Ｎに接続されている場合、ＰＮＮと表記し、「ａベクトル」である。同様に、ＮＰＮ、ＮＮＰは「ａベクトル」である。また、ＰＰＮ、ＰＮＰ、ＮＰＰは「ｂベクトル」である。
また、出力相のうち一部が中間電圧相Ｍに接続されている状態を、ベクトル表現を用いて「ａｐベクトル」、「ａｎベクトル」、「ｂｐベクトル」、「ｂｎベクトル」で表記する。例えば、「ａｐベクトル」は、出力相のうちいずれか１つが最大電圧相Ｐ、残りが中間電圧相Ｍに接続されている状態を示すベクトルである。「ａｎベクトル」は、出力相のうちいずれか１つが中間電圧相Ｍに、残りが最小電圧相Ｎに接続された状態を示すベクトルである。「ｂｐベクトル」は、出力相のうちいずれか２つが最大電圧相Ｐ、残りが中間電圧相Ｍに接続されている状態を示すベクトルである。また、「ｂｎベクトル」は、出力相のうちいずれか２つが中間電圧相Ｍ、残りが最小電圧相Ｎに接続されている状態を示すベクトルである。なお、ａ＝ａｐ＋ａｎ、ｂ＝ｂｐ＋ｂｎである。
また、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ異なる入力相に接続されている状態を、ベクトル表現を用いて「ｃｍベクトル」で表記する。また、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相がすべて同一の入力相に接続されている状態を、「ｏｎベクトル」、「ｏｍベクトル」または「ｏｐベクトル」で表記する。「ｏｎベクトル」は、出力相の全てが最小電圧相Ｎに接続された状態を示すベクトルである。「ｏｍベクトル」は、出力相の全てが中間電圧相Ｍに接続された状態を示すベクトルである。「ｏｐベクトル」は、出力相の全てが最大電圧相Ｐに接続された状態を示すベクトルである。
図１１は、出力電圧指令Ｖｏ*と空間ベクトルとの対応例を示す図である。制御情報生成部２２は、図１１に示されるように、出力電圧指令Ｖｏ*の「ａベクトル成分Ｖａ」と「ｂベクトル成分Ｖｂ」を、複数の出力ベクトルの組み合わせによるスイッチングパターンによって制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗを生成して出力する。組み合わせは、「ａベクトル」、「ａｐベクトル」、「ａｎベクトル」、「ｂベクトル」、「ｂｐベクトル」、「ｂｎベクトル」、「ｃｍベクトル」、「ｏｐベクトル」、「ｏｍベクトル」および「ｏｎベクトル」の中から行われる。
制御情報生成部２２は、出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*のうち最大値をＶｍａｘ、中間値をＶｍｉｄ、最小値をＶｍｉｎとすると、ａベクトル成分Ｖａおよびｂベクトル成分Ｖｂを、例えば、以下の式（１）、（２）に基づいて求める。
｜Ｖａ｜＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｄ ・・・（１）
｜Ｖｂ｜＝Ｖｍｉｄ−Ｖｍｉｎ ・・・（２）
また、制御情報生成部２２は、入力相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔのうち絶対値が最も大きな入力相電圧Ｖｉを基準電圧Ｅｂａｓｅとする。制御情報生成部２２は、基準電圧ＥｂａｓｅがＥｐの場合、例えば、下記式（３）に基づいて電流分配率αを求め、例えば、基準電圧ＥｂａｓｅがＥｎの場合、下記式（４）に基づいて電流分配率αを求める。下記式（３）、（４）においては、入力電流指令Ｉｒ*、Iｓ*、Iｔ*のうち、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎに対応する相の電流指令値をそれぞれＩｐ、Ｉｍ、Ｉｎとしている。
α＝Ｉｍ／Ｉｎ ・・・（３）
α＝Ｉｍ／Ｉｐ ・・・（４）
入力電流指令Ｉｒ*、Iｓ*、Iｔ*は、制御部１４の入力電力制御器（図示せず）において、例えば、正相分電圧および逆相分電圧と、設定された力率指令とに基づいて生成される。かかる入力電流指令Ｉｒ*、Iｓ*、Iｔ*により、アンバランス電圧の影響が相殺され、かつ、入力電流の力率が任意の値に制御される。
制御情報生成部２２は、設定情報記憶部２０に記憶された変調法パラメータＰｍが２相変調を示す場合、下記表１に示すように、４通りのスイッチングパターンから１つのスイッチングパターンを選択する。具体的には、制御情報生成部２２は、基準電圧Ｅｂａｓｅが入力相電圧Ｅｐ、Ｅｎのいずれであるか、および、入力相電圧Ｖｉの位相状態が｜Ｖｂ｜−α｜Ｖａ｜≧０を満たすか否かに基づき、スイッチングパターンを選択する。制御情報生成部２２は、出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に基づき、選択したスイッチングパターンを構成する各出力ベクトルの比率を求める。
制御情報生成部２２は、例えば、パターン番号が「１」であるスイッチングパターンを選択した場合、キャリア波Ｓｃの谷から山までのキャリア半周期におけるＴｏｐ、Ｔｂｐ、Ｔｂ、Ｔｃｍ、Ｔａを求める。Ｔｏｐ、Ｔｂｐ、Ｔｂ、Ｔｃｍ、Ｔａは、それぞれ、「ｏｐベクトル」、「ｂｐベクトル」、「ｂベクトル」、「ｃｍベクトル」および「ａベクトル」の比率である。
Figure 2015096020
また、制御情報生成部２２は、変調法パラメータＰｍが３相変調を示す場合、以下表２に示すスイッチングパターンを選択し、出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に基づき、選択したスイッチングパターンを構成する各出力ベクトルの比率を求める。
Figure 2015096020
制御情報生成部２２は、選択したスイッチングパターンを構成する各出力ベクトルの比率およびパターン番号を規定する制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗを生成して誤差補償部２４へ出力する。
［２．２．２相変調法］
制御情報生成部２２は、２相変調法を選択した場合、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のうち１つの出力相は基準電圧Ｅｂａｓｅに固定し、残りの２つの出力相はＥｐ、Ｅｍ、Ｅｎを切り替えて出力させる制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗを生成する。かかる２相変調法では、上述したように、基準電圧Ｅｂａｓｅと入力相電圧Ｖｉの位相によってスイッチングパターンが異なる。
図１２〜図１５は、２相変調法におけるキャリア波Ｓｃ、出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗおよび基準電圧Ｅｂａｓｅとの関係を示す図であり、Ｖｕ＞Ｖｖ＞Ｖｗの関係にある場合の例である。図１２および図１３は、Ｅｂａｓｅ＝Ｅｐの場合のスイッチングパターンの一例を示しており、図１４および図１５は、Ｅｂａｓｅ＝Ｅｎの場合のスイッチングパターンの一例を示している。
また、図１２および図１４に示すスイッチングパターンは、一方の出力相に出力する入力相電圧Ｖｉを連続して切り替えた後、他方の出力相に出力する入力相電圧Ｖｉを連続して切り替えるスイッチングパターンである。図１３および図１５に示すスイッチングパターンは、一方の出力相に出力する入力相電圧Ｖｉと他方の出力相に出力する入力相電圧Ｖｉとを交互に切り替えるスイッチングパターンである。制御情報生成部２２は、入力相電圧Ｖｉの位相に基づき、図１２および図１４に示すスイッチングパターンと図１３および図１５に示すスイッチングパターンとを切り替える。
このように、２相変調法では、基準電圧Ｅｂａｓｅと入力相電圧Ｖｉの位相によって４つのスイッチングパターンが存在する。
［２．２．３相変調法］
３相変調法は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれの出力相もＥｐ、Ｅｍ、Ｅｎを切り替えて出力する方式である。かかる３相変調法では、スイッチングパターンが単一である。
図１６は、３相変調法におけるキャリア波Ｓｃと出力相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとの関係の一例を示す図であり、Ｖｕ＞Ｖｖ＞Ｖｗの関係にある場合の例である。図１６に示すように、３相変調法では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれに入力相電圧ＶｉがＥｐ→Ｅｍ→Ｅｎ→Ｅｍ→Ｅｐと変化するＰＷＭパルス電圧が電力変換部１０から出力される。なお、図１６に示す例では、Ｉｏ＞０の場合の電流転流法による転流制御の状態を示している。
［２．３．出力電圧誤差補償］
出力電圧誤差補正は、上述したように、誤差補償部２４によって実行される。誤差補償部２４は、図３に示すように、補償量算出部３１と、パルス幅調整部３２とを備える。
補償量算出部３１は、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを補償する補償量を演算する。具体的には、補償量算出部３１は、転流法の種別、出力相電流Ｉｏの極性、転流時間Ｔｄ１、Ｔｄ２、および、補正量算出周期Ｔｃ内におけるキャリア波Ｓｃの山谷回数に基づいて、補償量Ｔｃｐ（ｍａｘ）、補償量Ｔｃｐ（ｍｉｄ）、補償量Ｔｃｐ（ｍｉｎ）を算出する。
Ｔｃｐ（ｍａｘ）は、最大出力電圧相に対する補償量であり、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）は、中間出力電圧相に対する補償量であり、Ｔｃｐ（ｍｉｎ）は、最小出力電圧相に対する補償量である。最大出力電圧相はＶｍａｘに対応する出力相であり、中間出力電圧相はＶｍｉｄに対応する出力相であり、最小出力電圧相はＶｍｉｎに対応する出力相である。なお、以下において、Ｔｃｐ（ｍａｘ）、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）およびＴｃｐ（ｍｉｎ）を総称してＴｃｐ（ｏ）とする。また、補正量算出周期Ｔｃ内におけるキャリア波Ｓｃの山の回数、谷の回数、山と谷の回数をそれぞれＣｙ、Ｃｔ、Ｃｙｔとする。
補正量算出周期Ｔｃは、電圧指令生成部２１による出力電圧指令Ｖｏ*の演算周期と同じであり、したがって、出力電圧指令Ｖｏ*の演算周期毎に、補償量Ｔｃｐ（ｏ）が算出される。そのため、補償量Ｔｃｐ（ｏ）の精度を向上させることができる。なお、補正量算出周期Ｔｃは、出力電圧指令Ｖｏ*の演算周期の１／ｎ（ｎは自然数）であってもよい。
ここで、補償量算出部３１により実行される補償量算出処理の一例について図１７を参照して具体的に説明する。図１７は、補償量算出部３１により実行される補償量算出処理の一例を示すフローチャートである。かかる補償量算出処理は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相毎に実行される。
図１７に示すように、補償量算出部３１は、設定情報記憶部２０に記憶された転流法設定パラメータＰｔに基づき、転流法が電流転流法か否かを判定する（ステップＳｔ１）。
転流法が電流転流法であると判定すると（ステップＳｔ１；Ｙｅｓ）、補償量算出部３１は、出力相電流Ｉｏの極性が正か否かを判定する（ステップＳｔ２）。例えば、Ｕ相の補償量算出処理の場合、出力相電流Ｉｕの極性が正か否かを判定する。
また、ステップＳｔ１において、転流法が電流転流法ではなく電圧転流法であると判定すると（ステップＳｔ１；Ｎｏ）、補償量算出部３１は、ステップＳｔ２の処理と同様に、出力相電流Ｉｏの極性が正か否かを判定する（ステップＳｔ３）。
ステップＳｔ２において、出力相電流Ｉｏの極性が正である場合（ステップＳｔ２；Ｙｅｓ）、または、出力相電流Ｉｏの極性が正でない場合（ステップＳｔ３；Ｎｏ）、補償量算出部３１は、第１補償量算出処理を実行する（ステップＳｔ４）。ステップＳｔ４において、補償量算出部３１は、例えば、下記式（５）を用いて、補償量Ｔｃｐ（ｏ）を求める第１補償量算出処理を実行する。
Figure 2015096020
一方、ステップＳｔ２において、出力相電流Ｉｏの極性が正でない場合（ステップＳｔ２；Ｎｏ）、または、出力相電流Ｉｏの極性が正である場合（ステップＳｔ３；Ｙｅｓ）、補償量算出部３１は、第２補償量算出処理を実行する（ステップＳｔ５）。ステップＳｔ５において、補償量算出部３１は、例えば、下記式（６）を用いて、補償量Ｔｃｐ（ｏ）を求める第２補償量算出処理を実行する。
Figure 2015096020
このように、補償量算出部３１は、転流法の種別、出力相電流Ｉｏおよび補正量算出周期Ｔｃ内のキャリア波Ｓｃの山谷回数に基づいて出力相毎の補償量Ｔｃｐ（ｏ）を求める。補償量算出部３１は、例えば、キャリア周波数設定パラメータＰｆに基づいて、Ｃｙ、Ｃｔ、Ｃｙｔを求める。例えば、図１８に示すように、Ｐｆ＝０の場合、Ｔｃ＝Ｔｓｃ／２、Ｃｙ＝０、Ｃｔ＝１、Ｃｙｔ＝１またはＴｃ＝Ｔｓｃ／２、Ｃｙ＝１、Ｃｔ＝０、Ｃｙｔ＝１である。Ｐｆ＝１の場合、Ｔｃ＝Ｔｓｃ、Ｃｙ＝１、Ｃｔ＝１、Ｃｙｔ＝２である。Ｐｆ＝２の場合、Ｔｃ＝３Ｔｓｃ／２、Ｃｙ＝１、Ｃｔ＝２、Ｃｙｔ＝３またはＴｃ＝３Ｔｓｃ／２、Ｃｙ＝２、Ｃｔ＝１、Ｃｙｔ＝３である。図１８は、キャリア波Ｓｃと補正量算出周期Ｔｃとの関係例を示す図である。
また、パルス幅調整部３２は、制御情報生成部２２によって選択されるスイッチングパターンに基づいて、制御情報生成部２２から出力される制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗを補正する。なお、後述する“Ｔｃｐ（ｏ）×２ｆｓ”は、キャリア波Ｓｃに応じた補償量であり、パルス幅調整部３２に代えて補償量算出部３１によって“Ｔｃｐ（ｏ）×２ｆｓ”を算出することもできる。
具体的には、パルス幅調整部３２は、Ｐｍ＝０であり、かつ、選択したスイッチングパターンのパターン番号が「１」である場合、下記式（７）を用いて、例えば、図１２に示す時刻ｔ１１〜ｔ１５にそれぞれ対応するタイミングＴ１〜Ｔ５を演算する。Ｔｃｐ（ｏ）×２ｆｓは、キャリア半周期における補償量の比率である。パルス幅調整部３２は、キャリア周波数設定パラメータＰｆに応じたｆｓと、Ｔｃｐ（ｏ）とに基づいて、タイミングＴ１〜Ｔ５を演算する。図１２に示すように、最小出力電圧相が連続して変化するため、Ｔｃｐ（ｍｉｎ）に基づきタイミングＴ１、Ｔ２が演算され、その後、中間出力電圧相が連続して変化するため、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）に基づきタイミングＴ３、Ｔ４が演算される。また、残りのキャリア半周期に関しても、同様に補正量を用いてタイミングが演算される。
Figure 2015096020
また、パルス幅調整部３２は、Ｐｍ＝０であり、かつ、選択したスイッチングパターンのパターン番号が「２」である場合、下記式（８）を用いて、例えば、図１３に示す時刻ｔ１１〜ｔ１５にそれぞれ対応するタイミングＴ１〜Ｔ５を演算する。図１３に示すように、最小出力電圧相と中間出力電圧相とが交互に変化するため、Ｔｃｐ（ｍｉｎ）に基づきタイミングＴ１、Ｔ３が演算され、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）に基づきタイミングＴ２、Ｔ４が演算される。また、残りのキャリア半周期に関しても、同様に補正量を用いてタイミングが演算される。
Figure 2015096020
また、パルス幅調整部３２は、Ｐｍ＝０であり、かつ、選択したスイッチングパターンのパターン番号が「３」である場合、下記式（９）を用いて、例えば、図１４に示す時刻ｔ１１〜ｔ１５にそれぞれ対応するタイミングＴ１〜Ｔ５を演算する。図１４に示すように、中間出力電圧相が連続して変化するため、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）に基づきタイミングＴ１、Ｔ２が演算され、その後、最大出力電圧相が連続して変化するため、Ｔｃｐ（ｍａｘ）に基づきタイミングＴ３、Ｔ４が演算される。また、残りのキャリア半周期に関しても、同様に補正量を用いてタイミングが演算される。
Figure 2015096020
また、パルス幅調整部３２は、Ｐｍ＝０であり、かつ、選択したスイッチングパターンのパターン番号が「４」である場合、下記式（１０）を用いて、例えば、図１５に示す時刻ｔ１１〜ｔ１５にそれぞれ対応するタイミングＴ１〜Ｔ５を演算する。図１５に示すように、中間出力電圧相と最大出力電圧相とが交互に変化するため、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）に基づきタイミングＴ１、Ｔ３が演算され、Ｔｃｐ（ｍａｘ）に基づきタイミングＴ２、Ｔ４が演算される。また、残りのキャリア半周期に関しても、同様に補正量を用いてタイミングが演算される。
Figure 2015096020
また、パルス幅調整部３２は、Ｐｍ＝１である場合、下記式（１１）を用いて図１６に示す時刻ｔ１１〜ｔ１７にそれぞれ対応するタイミングＴ１〜Ｔ７を演算する。図１６に示すように、最小出力電圧相、中間出力電圧相および最大出力電圧相が順に変化するため、Ｔｃｐ（ｍｉｎ）に基づきタイミングＴ１、Ｔ４が演算される。また、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）に基づきタイミングＴ２、Ｔ５が演算され、Ｔｃｐ（ｍａｘ）に基づきタイミングＴ３、Ｔ６が演算される。また、残りのキャリア半周期に関しても、同様に補正量を用いてタイミングが演算される。
Figure 2015096020
パルス幅調整部３２は、出力相毎に求めたタイミングＴ１〜Ｔ５（Ｔ１〜Ｔ７）に基づいて、出力相に出力する入力相電圧Ｖｉを指定するＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する。パルス幅調整部３２は、生成したＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を転流制御部２３へ出力する。
このように、誤差補償部２４は、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う。そのため、実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、転流方式の種別や変調方式の種別などを切り替えたりした場合であっても、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを精度よく抑制することができる。また、転流制御に用いられる転流時間パラメータＴｄ１、Ｔｄ２に基づいて出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを補正することから、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを精度よく抑制することができる。
［３．制御部１４の第２構成例］
次に、制御部１４の第２構成例を説明する。以下においては、第１構成例の制御部１４と区別するために、第２構成例の制御部１４を制御部１４Ａと記載する。
図１９は、制御部１４Ａの構成例を示す図である。図１９に示すように、設定情報記憶部２０と、電圧指令生成部２１と、制御情報生成部２２Ａと、転流制御部２３と、誤差補償部２４Ａとを備える。制御部１４Ａにおける設定情報記憶部２０、電圧指令生成部２１および転流制御部２３は、第１構成例の制御部１４における設定情報記憶部２０、電圧指令生成部２１および転流制御部２３と同じであるため、ここでは説明を省略する。
制御情報生成部２２Ａは、誤差補償部２４Ａにより補正された出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に基づいて、空間ベクトル法を用いて、双方向スイッチＳｗを制御するＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*（制御情報の一例）を生成する。
具体的には、制御情報生成部２２Ａは、制御情報生成部２２と同様の方法で、出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に応じた出力ベクトルの比率を求め、かかる出力ベクトルの比率に基づいてＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する。制御情報生成部２２Ａは、例えば、上記式（８）〜（１１）から補償量Ｔｃｐ（ｏ）×２ｆｓの減算部分を削除した演算式に基づき、出力相毎にタイミングＴ１〜Ｔ５（Ｔ１〜Ｔ７）を求める。
制御情報生成部２２Ａは、出力相毎に求めたタイミングＴ１〜Ｔ５（Ｔ１〜Ｔ７）に基づいて、出力相に出力する入力相電圧Ｖｉを指定するＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を生成する。制御情報生成部２２Ａは、生成したＰＷＭ制御指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を転流制御部２３へ出力する。
誤差補償部２４Ａは、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを補償する補償量を演算する。誤差補償部２４Ａは、補償量算出部３１Ａと、指令補正部３２Ａとを備える。
補償量算出部３１Ａは、補償量算出部３１と同様に、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報に基づいて補償量Ｔｃｐ（ｏ）を算出する。さらに、補償量算出部３１Ａは、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報に基づいて、補償量Ｔｃｐ（ｏ）に対応する電圧指令補償量Ｖｃｐ（ｏ）を算出する。具体的には、補償量算出部３１Ａは、補償量Ｔｃｐ（ｍａｘ）、Ｔｃｐ（ｍｉｄ）、Ｔｃｐ（ｍｉｎ）にそれぞれ対応する電圧指令補償量Ｖｃｐ（ｍａｘ）、Ｖｃｐ（ｍｉｄ）、Ｖｃｐ（ｍｉｎ）を算出する。
補償量算出部３１Ａは、Ｐｍ＝０であり、かつ、選択したスイッチングパターンのパターン番号が「１」または「２」である場合、例えば、下記式（１２）を用いて、電圧指令補償量Ｖｃｐ（ｏ）を算出する。なお、出力電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*のうち最大値をＶｍａｘ、中間値をＶｍｉｄ、最小値をＶｍｉｎとする。
Figure 2015096020
また、補償量算出部３１Ａは、Ｐｍ＝０であり、かつ、選択したスイッチングパターンのパターン番号が「３」または「４」である場合、例えば、下記式（１３）を用いて、電圧指令補償量Ｖｃｐ（ｏ）を算出する。
Figure 2015096020
また、補償量算出部３１Ａは、Ｐｍ＝１である場合、例えば、下記式（１４）を用いて、電圧指令補償量Ｖｃｐ（ｏ）を算出する。
Figure 2015096020
指令補正部３２Ａは、出力電圧指令Ｖｏ*に電圧指令補償量Ｖｃｐ（ｏ）を加算して出力電圧指令Ｖｏ*を補正し、補正後の出力電圧指令Ｖｏ*を出力電圧指令Ｖｏ**として制御情報生成部２２Ａへ出力する。
具体的には、指令補正部３２Ａは、最大値Ｖｍａｘの出力電圧指令Ｖｏ*にＶｃｐ（ｍａｘ）を加算し、中間値Ｖｍｉｄの出力電圧指令Ｖｏ*にＶｃｐ（ｍｉｄ）を加算し、最小値Ｖｍｉｎの出力電圧指令Ｖｏ*にＶｃｐ（ｍｉｎ）を加算する。指令補正部３２Ａは、補正した出力電圧指令Ｖｏ*を出力電圧指令Ｖｏ**として制御情報生成部２２Ａへ出力する。
このように、誤差補償部２４Ａは、設定情報記憶部２０に記憶された設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う。そのため、実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、転流方式の種別や変調方式の種別などを切り替えたりした場合であっても、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを精度よく抑制することができる。また、転流制御に用いられる転流時間パラメータＴｄ１、Ｔｄ２に基づいて出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを補正することから、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを精度よく抑制することができる。
上述した実施形態では、制御部１４、１４Ａにおいて、空間ベクトル法を用いてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*を生成する例を説明したが、三角波比較法を用いてＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*を生成することもできる。この場合も同様に、誤差補償部２４、２４Ａは、転流制御によって生じる出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒに対応する補償量Ｔｃｐ（ｏ）を求め、当該補償量Ｔｃｐ（ｏ）に基づき、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを補償する。これにより、出力電圧誤差Ｖｏｅｒｒを精度よく抑制することができる。
なお、制御部１４、１４Ａは、利用者や設置者からマトリクスコンバータ１の入力部（図示せず）を介して入力された情報に基づき、空間ベクトル法によるＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*の生成と、三角波比較法によるＰＷＭ制御指令Ｖｏ１*の生成とを選択して実行することができる。
また、上述した実施形態では、２つの転流法から１つの転流法を選択する例を示したが、制御部１４、１４Ａは、変調法パラメータＰｍに基づき、３つ以上の転流法から１つの転流法を選択することもできる。
また、上述した実施形態では、制御情報生成部２２から出力される制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗは、各ベクトルの比率を規定するものとして説明したが、制御情報生成部２２は、ＰＷＭ制御のタイミングを規定した制御情報Ｔｒｕ、Ｔｒｖ、Ｔｒｗを生成することもできる。
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。
１ マトリクスコンバータ
２ 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
１４、１４Ａ 制御部
２０ 設定情報記憶部
２１ 電圧指令生成部
２２、２２Ａ 制御情報生成部
２３ 転流制御部
２４、２４Ａ 誤差補償部
３１、３１Ａ 補償量算出部
３２ パルス幅調整部
３２Ａ 補正指令部
Ｓｗａ、Ｓｗｂ スイッチング素子

Claims (8)

  1. 複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子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、
    前記双方向スイッチを制御する制御情報を生成する制御情報生成部と、
    前記制御情報に基づき前記スイッチング素子を個別に制御して転流制御を行う転流制御部と、
    前記転流制御の方式および／または電力変換の変調方式の設定情報を記憶する記憶部と、
    前記設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う誤差補償部と、を備える
    ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
  2. 複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子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、
    前記双方向スイッチを制御する制御情報を所定のキャリア波を用いて生成する制御情報生成部と、
    前記制御情報に基づき前記スイッチング素子を個別に制御して転流制御を行う転流制御部と、
    前記キャリア波の設定情報を記憶する記憶部と、
    前記設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う誤差補償部と、を備える
    ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
  3. 前記誤差補償部は、
    前記設定情報に応じた補償量を算出する補償量算出部と、
    前記補償量算出部によって算出された補償量により前記制御情報を補正する補正部と、を備える
    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。
  4. 出力電圧指令を生成する電圧指令生成部を備え、
    前記誤差補償部は、
    前記設定情報に応じた補償量を算出する補償量算出部と、
    前記補償量算出部によって算出された補償量により前記出力電圧指令を補正する補正部と、を備え、
    前記制御情報生成部は、
    前記誤差補償部によって補正された出力電圧指令に基づいて前記制御情報を生成する
    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。
  5. 前記補償量算出部は、
    さらに前記電力変換部からの出力電流の極性に応じた前記補償量を算出する
    ことを特徴とする請求項３または４に記載のマトリクスコンバータ。
  6. 前記変調方式には、前記負荷の２つの相にＰＷＭ変調した電圧を出力する２相変調と、前記負荷の３つの相にＰＷＭ変調した電圧を出力する３相変調とが含まれ、
    前記補正部は、
    前記変調方式の種別が２相変調である場合、前記補償量による補正を前記負荷の２つの相に対してそれぞれ行い、前記変調方式の種別が３相変調である場合、前記補償量による補正を前記負荷の３つの相に対してそれぞれ行う
    ことを特徴とする請求項５に記載のマトリクスコンバータ。
  7. 前記キャリア波の周波数、および、補償量の算出周期内における前記キャリア波の山谷回数に基づいて、前記補償量を算出する補償量算出部と、
    前記補償量算出部によって算出された補償量により前記制御情報を補正する補正部と、を備える
    ことを特徴とする請求項２に記載のマトリクスコンバータ。
  8. 交流電源の各相と負荷の各相との間に接続される複数の双方向スイッチを制御する制御情報を生成する生成工程と、
    前記双方向スイッチに含まれ導通方向を制御可能な複数のスイッチング素子を、前記制御情報に基づき、個別に制御して転流制御を行う転流制御工程と、
    前記転流制御の方式および／または電力変換の変調方式の設定情報に基づいて、出力電圧の誤差補償を行う誤差補償工程と、
    を含むことを特徴とする出力電圧誤差の補償方法。
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