JP2015231330A5

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Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2018-01-11
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Description

インバータシステム、インバータ装置およびインバータシステムの制御方法

本発明は、インバータシステム、インバータ装置およびインバータシステムの制御方法に関する。

インバータ装置に設けられるインバータセルは、インバータセルのコンバータ回路により交流（ＡＣ）電圧から変換された直流（ＤＣ）電圧を平滑化するための平滑コンデンサを有している。平滑コンデンサが直流電圧を平滑化するためには、最初に平滑コンデンサを充電しておく必要がある。

しかし、インバータ装置に最初に電圧を印加する際には、平滑コンデンサは充電されていない。

そこで、平滑コンデンサを初期充電するための技術が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００２−３４５２５８号公報

ここに開示される技術の課題は、簡素な構成によりインバータ装置の平滑コンデンサの初期充電を可能とすることにある。

第１の特徴に係るインバータシステムは、インバータ装置と平滑コンデンサ充電装置とを備えている。インバータ装置は変圧器と複数のインバータセルとを有している。変圧器は複数の一次巻線と複数の二次巻線とを有している。複数の一次巻線には入力交流電圧が第１電源から供給される。複数の二次巻線は中間交流電圧を生成するように複数の一次巻線と電磁的に接続される。複数のインバータセルは中間交流電圧から可変交流電圧を生成する。複数のインバータセルのそれぞれはコンバータ回路と平滑コンデンサとインバータ回路とを有している。コンバータ回路は中間交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサは直流電圧を平滑化する。インバータ回路は平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧から可変交流電圧の相電圧を少なくとも部分的に生成する。平滑コンデンサ充電装置には第１電源とは異なる第２電源から電力が供給される。複数の一次巻線および複数の二次巻線を介して初期充電電力を平滑コンデンサに供給するように平滑コンデンサ充電装置は複数の一次巻線に電気的に接続されている。

第２の特徴に係るインバータ装置は変圧器と複数のインバータセルと初期充電制御部とを備えている。変圧器は複数の一次巻線と複数の二次巻線とを有している。複数の一次巻線には入力交流電圧が第１電源から供給される。複数の二次巻線は中間交流電圧を生成するように複数の一次巻線に電磁的に接続される。複数のインバータセルは中間交流電圧から可変交流電圧を生成する。複数のインバータセルのそれぞれはコンバータ回路と平滑コンデンサとインバータ回路とを有している。コンバータ回路は中間交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサは直流電圧を平滑化する。インバータ回路は平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧から可変交流電圧の相電圧を少なくとも部分的に生成する。初期充電制御部は、第１電源とは異なる第２電源から供給される電力を用いて複数の一次巻線および複数の二次巻線を介して初期充電電力を平滑コンデンサに供給するように平滑コンデンサ充電装置を制御する。

第３の特徴に係るインバータシステムの制御方法では、インバータシステムは変圧器を有している。変圧器は、複数の一次巻線と、複数の一次巻線と電磁的に接続される複数の二次巻線と、を有している。この制御方法では、インバータシステムの複数のインバータセルを用いて可変交流電圧を生成するように、複数の一次巻線に第１電源から入力交流電圧が供給される。入力交流電圧を供給する前に、第１電源とは異なる第２電源から供給された電力を用いて、複数のインバータセルのそれぞれに設けられた平滑コンデンサに複数の一次巻線および複数の二次巻線を介して初期充電電力が供給される。

第４の特徴に係るインバータシステムは、インバータ装置と平滑コンデンサ充電装置とを備えている。インバータ装置は変圧器と複数のインバータセルとを有している。変圧器は複数の一次巻線と複数の二次巻線とを有している。複数の一次巻線のそれぞれは入力端子と第１端子と第２端子とを有している。入力交流電圧は入力端子に供給される。第１端子は入力端子および第１端子の間において複数の一次巻線のそれぞれの第１巻数を規定している。第２端子は入力端子および第２端子の間において複数の一次巻線のそれぞれの第２巻数を規定している。第２巻数は第１巻数と異なっている。複数の二次巻線は中間交流電圧を生成するように複数の一次巻線に電磁的に接続される。複数のインバータセルは中間交流電圧から可変交流電圧を生成する。複数のインバータセルのそれぞれはコンバータ回路と平滑コンデンサとインバータ回路とを有している。コンバータ回路は中間交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサは直流電圧を平滑化する。インバータ回路は平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧から可変交流電圧の相電圧を少なくとも部分的に生成する。平滑コンデンサ充電装置は、第２端子に電気的に接続されており、第２端子を介して初期充電電力を平滑コンデンサに供給する。

ここに開示される技術であれば、簡素な構成によりインバータ装置の平滑コンデンサの初期充電が可能となる。

第１実施形態に係るインバータシステムの概要を示す概略ブロック図図１に示すインバータシステムに設けられた変圧器の概略図図１に示すインバータシステムに設けられたインバータセルの概略図図１に示すインバータシステムに設けられたインバータ制御部の概略ブロック図図１に示すインバータシステムの制御のフローチャート図１に示すインバータシステムの制御のタイムチャート図１に示すインバータシステムに設けられたチャージインバータの電圧クラスの例第１実施形態に係るインバータシステムの他の例示的な概要を示す概略ブロック図第１実施形態に係るインバータシステムの他の例示的な概要を示す概略ブロック図第２実施形態に係るインバータシステムの概要を示す概略ブロック図図１０に示すインバータシステムに設けられたインバータ制御部の概略ブロック図図１０に示すインバータセルに設けられた平滑コンデンサの初期充電のフローチャート

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。図中において同じ符号は、対応するまたは同一の構成を示している。
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態に係るインバータシステム１０は、第１電源ＰＳ１から供給される入力交流（ＡＣ）電力に基づいて可変交流（ＡＣ）電力を生成する。本実施形態では、インバータシステム１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相を有する三相入力交流電圧に基づいてＵ相、Ｖ相およびＷ相を有する可変三相交流電圧を生成する多重インバータシステムである。しかし、入力交流電圧は少なくとも二相を有していればよい。インバータシステム１０は交流モータ２のような交流負荷に電気的に接続されている。起動指令、停止指令および電圧指令などの操作指令は外部装置４に入力される。外部装置４の例としては、例えば、インバータシステム１０および交流モータ２を制御するためにユーザが操作する操作装置が挙げられる。

図１に示すように、インバータシステム１０はインバータ装置１２を有している。インバータ装置１２は、変圧器１４およびインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗを有している。変圧器１４は主スイッチ回路１８を介して第１電源ＰＳ１に電気的に接続されている。入力交流電圧は主スイッチ回路１８を介して第１電源ＰＳ１からインバータ装置１２の変圧器１４に供給される。主スイッチ回路１８は、インバータ制御装置４０からの信号に応じて、インバータ装置１２を第１電源ＰＳ１に電気的に接続およびインバータ装置１２を第１電源ＰＳ１から電気的に遮断する。主スイッチ回路１８は閉信号に応じて閉動作を行う電磁開閉器を有している。しかし、第１電源ＰＳ１およびインバータ装置１２の間に他のスイッチ回路が設けられていてもよい。

図１に示すように、変圧器１４は一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔを有している。一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔは主スイッチ回路１８を介して第１電源ＰＳ１に電気的に接続されている。入力交流電圧は第１電源ＰＳ１から一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔへ供給される。一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔは、入力交流電圧のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ対応している。

一次巻線２０Ｒは、入力端子ＴＲｉ、中性端子ＴＲ１（第１端子の一例）および第１タップＴＲ２（第２端子の一例）を有している。一次巻線２０Ｓは、入力端子ＴＳｉ、中性端子ＴＳ１（第１端子の一例）および第１タップＴＳ２（第２端子の一例）を有している。一次巻線２０Ｔは、入力端子ＴＴｉ、中性端子ＴＴ１（第１端子の一例）および第１タップＴＴ２（第２端子の一例）を有している。一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔには、入力端子ＴＲｉ、ＴＳｉおよびＴＴｉを介して入力交流電圧が第１電源ＰＳ１から供給される。

中性端子ＴＲ１は入力端子ＴＲｉおよび中性端子ＴＲ１の間において一次巻線２０Ｒの第１巻数ＮＲ１を規定している。中性端子ＴＳ１は入力端子ＴＳｉおよび中性端子ＴＳ１の間において一次巻線２０Ｓの第１巻数ＮＳ１を規定している。中性端子ＴＴ１は入力端子ＴＴｉおよび中性端子ＴＴ１の間において一次巻線２０Ｔの第１巻数ＮＴ１を規定している。本実施形態では、中性端子ＴＲ１、ＴＳ１およびＴＴ１は中性点として機能するよう互いに電気的に接続されている。

第１タップＴＲ２は入力端子ＴＲｉおよび第１タップＴＲ２の間において一次巻線２０Ｒの第２巻数ＮＲ２を規定している。第１タップＴＳ２は入力端子ＴＳｉおよび第１タップＴＳ２の間において一次巻線２０Ｓの第２巻数ＮＳ２を規定している。第１タップＴＴ２は入力端子ＴＴｉおよび第１タップＴＴ２の間において一次巻線２０Ｔの第２巻数ＮＴ２を規定している。第２巻数ＮＲ２は第１巻数ＮＲ１と異なっている。第２巻数ＮＳ２は第１巻数ＮＳ１と異なっている。第２巻数ＮＴ２は第１巻数ＮＴ１と異なっている。本実施形態では、第２巻数ＮＲ２は第１巻数ＮＲ１よりも多い。第２巻数ＮＳ２は第１巻数ＮＳ１よりも多い。第２巻数ＮＴ２は第１巻数ＮＴ１よりも多い。つまり、第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２は正側タップ（例えば、＋５％タップ）として機能し得る。

一次巻線２０Ｒは第２タップＴＲ３（第３端子の一例）をさらに有している。第２タップＴＲ３は入力端子ＴＲｉおよび第２タップＴＲ３の間において第３巻数ＮＲ３を規定している。一次巻線２０Ｓは第２タップＴＳ３（第３端子の一例）をさらに有している。第２タップＴＳ３は入力端子ＴＳｉおよび第２タップＴＳ３の間において第３巻数ＮＳ３を規定している。一次巻線２０Ｔは第２タップＴＴ３（第３端子の一例）をさらに有している。第２タップＴＴ３は入力端子ＴＴｉおよび第２タップＴＴ３の間において第３巻数ＮＴ３を規定している。本実施形態では、第３巻数ＮＲ３は第１巻数ＮＲ１よりも少ない。第３巻数ＮＳ３は第１巻数ＮＳ１よりも少ない。第３巻数ＮＴ３は第１巻数ＮＴ１よりも少ない。つまり、第２タップＴＲ３、ＴＳ３およびＴＴ３は負側タップ（例えば、−５％タップ）として機能し得る。

図２に示すように、変圧器１４は二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを有している。本実施形態では、変圧器１４は、交流モータ２に供給される可変交流電圧のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応する３つの二次巻線グループＷＧ１、ＷＧ２およびＷＧ３を有している。二次巻線グループＷＧ１、ＷＧ２およびＷＧ３のそれぞれは、入力交流電圧のＲ相、Ｓ相およびＴ相に対応する二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを有している。

各二次巻線グループＷＧ１、ＷＧ２およびＷＧ３の二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔは、中間交流電圧を生成するように一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに電磁的に接続される。二次巻線グループＷＧ１の二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔはインバータセル１６Ｕに電気的に接続されている。二次巻線グループＷＧ２の二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔはインバータセル１６Ｖに電気的に接続されている。二次巻線グループＷＧ３の二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔはインバータセル１６Ｗに電気的に接続されている。インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗは並列に接続されている。インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗは中間交流電圧から可変交流電圧を生成する。

図３に示すように、各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗは、コンバータ回路２４、平滑コンデンサ２６およびインバータ回路２８を有している。コンバータ回路２４は中間交流電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換する。平滑コンデンサ２６は直流電圧を平滑化する。インバータ回路２８は、平滑コンデンサ２６で平滑化された直流電圧から可変交流電圧の相電圧を生成する。

インバータセル１６Ｕのインバータ回路２８は、中間交流電圧から可変交流電圧のＵ相電圧を生成する。インバータセル１６Ｖのインバータ回路２８は、中間交流電圧から可変交流電圧のＶ相電圧を生成する。インバータセル１６Ｗのインバータ回路２８は、中間交流電圧から可変交流電圧のＷ相電圧を生成する。図３に示すように、インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗの各インバータ回路２８は、例えば、トランジスタ２８ａおよびフリーホイールダイオード２８ｂを有している。トランジスタ２８ａはゲート信号に応じてオンおよびオフする。フリーホイールダイオード２８ｂはトランジスタ２８ａを保護する。

各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗは、平滑コンデンサ２６に作用する電圧（例えば、Ｐ−Ｎ電圧）Ｖｐｎを検出する電圧検出器３０を有している。インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗは、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を実行するように電圧Ｖｐｎを用いてゲート信号を生成するゲート信号生成部３２をさらに有している。インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗの各トランジスタ２８ａは、ゲート信号生成部３２により生成されたゲート信号に応じてオンおよびオフする。本実施形態では、電圧Ｖｐｎは平滑コンデンサ２６の初期充電の制御にも用いられる。

図１に示すように、インバータシステム１０は平滑コンデンサ充電装置３４を有している。平滑コンデンサ充電装置３４は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに電気的に接続されている。本実施形態では、平滑コンデンサ充電装置３４は第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２に電気的に接続されている。平滑コンデンサ充電装置３４は、第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２を介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給する。第１電源ＰＳ１とは異なる第２電源ＰＳ２から平滑コンデンサ充電装置３４に電力は供給される。

本実施形態では、第２電源ＰＳ２は、第１電源ＰＳ１とは独立して設けられており、第１電源ＰＳ１の定格電圧とは異なる定格電圧を有している。例えば、第２電源ＰＳ２は、第１電源ＰＳ１の定格電圧よりも低い定格電圧を有している。しかし、第２電源ＰＳ２は第１電源ＰＳ１の定格電圧以上の定格電圧を有していてもよい。

本実施形態では、例えば、初期充電電力は交流電圧であるが、初期充電電力が直流電圧であってもよい。そのような実施形態においては、第２電源ＰＳ２および平滑コンデンサ充電装置３４が直流電源（例えば、バッテリーやバッテリーおよびＤＣ／ＤＣコンバータの組み合わせ）であってもよい。

図１に示すように、平滑コンデンサ充電装置３４は一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに電気的に接続された充電インバータ３６を有している。充電インバータ３６は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに可変充電電圧を供給する。平滑コンデンサ充電装置３４は、充電インバータ３６および変圧器１４の間に設けられた充電スイッチ回路３８をさらに有している。本実施形態では、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔの第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２は充電スイッチ回路３８および充電インバータ３６を介して第２電源ＰＳ２に電気的に接続されている。充電スイッチ回路３８は充電インバータ３６をインバータ装置１２に電気的に接続および充電インバータ３６をインバータ装置１２から電気的に遮断する。充電スイッチ回路３８は閉信号に応じて閉動作を行う電磁開閉器を有している。しかし、第２電源ＰＳ２および充電インバータ３６の間に他のスイッチ回路が設けられていてもよい。

図１に示すように、インバータ装置１２はインバータ制御装置４０を有している。インバータ制御装置４０は、主スイッチ回路１８、インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗおよび平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。インバータ制御装置４０は主スイッチ回路１８、インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗおよび平滑コンデンサ充電装置３４と接続されている。

図４に示すように、インバータ制御装置４０はプロセッサを有している。プロセッサにはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）が搭載されている。例えば、ＲＯＭに記憶されたプログラムがＣＰＵに読み込まれることにより、インバータ制御装置４０の機能が実現されている。図４はインバータ制御装置４０の機能ブロックを示している。

インバータ制御装置４０は、可変交流電圧を生成するようにインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗを制御するインバータセル制御部４２を有している。交流モータ２は、交流モータ２の回転速度を検出する回転速度センサ６を有している。インバータセル制御部４２は、外部装置４から出力される回転速度指令および回転速度センサ６により検出される回転速度に基づいてインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗへの電圧指令を生成する。例えば、インバータセル制御部４２はＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御を用いて電圧指令を生成する。各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗのゲート信号生成部３２は、電圧指令に基づいてゲート信号を生成する。

インバータ制御装置４０は主スイッチ制御部４４を有している。主スイッチ制御部４４は、インバータ装置１２を第１電源ＰＳ１に電気的に接続およびインバータ装置１２を第１電源ＰＳ１から電気的に遮断するように主スイッチ回路１８を制御する。

図１および図４に示すように、インバータ装置１２は初期充電コントローラ４６を有している。初期充電コントローラ４６は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。具体的には、図１に示すように、初期充電コントローラ４６は、第１電源ＰＳ１とは異なる第２電源ＰＳ２から供給される電力を用いて、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように、平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。本実施形態では、初期充電コントローラ４６はインバータ制御装置４０に設けられているが、初期充電コントローラ４６がインバータ制御装置４０とは別個に設けられていてもよい。

図４に示すように、初期充電コントローラ４６は電圧検出器３０により検出された電圧Ｖｐｎに基づいて平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。具体的には、初期充電コントローラ４６は充電状態判定部４８を有している。充電状態判定部４８は、電圧検出器３０により検出される電圧Ｖｐｎに基づいて平滑コンデンサ２６の初期充電が完了しているか否かを判定する。

本実施形態では、充電状態判定部４８は基準電圧記憶部５０および電圧比較部５２を有している。基準電圧記憶部５０は基準電圧Ｖｒｅｆを記憶する。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆはインバータ装置１２の定格バス電圧の約７０％である。電圧比較部５２は、各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗの電圧検出器３０により検出された電圧Ｖｐｎの少なくとも１つを、基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。

本実施形態では、電圧比較部５２は各電圧Ｖｐｎを基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。充電状態判定部４８は、各電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合に各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していないと判定する。しかし、電圧比較部５２が電圧Ｖｐｎの１つ（例えば、インバータセル１６Ｕの平滑コンデンサ２６の電圧Ｖｐｎ）を基準電圧Ｖｒｅｆと比較するよう構成されていてもよい。

さらに、充電状態判定部４８は、電圧検出器３０により検出された電圧Ｖｐｎに基づいて、電圧（例えば、平均電圧、最高電圧および最低電圧）を算出するよう構成されていてもよい。そのような実施形態では、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了しているか否かを判定するために、充電状態判定部４８は算出された電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。充電状態判定部４８は、電圧Ｖｐｎ以外のファクタに基づいて各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了しているか否かを判定するよう構成されていてもよい。例えば、充電状態判定部４８は、平滑コンデンサ充電装置３４の作動時間に基づいて各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了しているか否かを判定するよう構成されていてもよい。

図１に示すように、外部装置４から出力される開始信号に基づいて一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して平滑コンデンサ２６への初期充電電力の供給を開始するように、初期充電コントローラ４６は平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。開始信号としては、例えば、インバータ起動信号や充電開始信号が挙げられる。インバータ起動信号は、可変交流電圧を生成するようにインバータ装置１２を起動するための信号である。充電開始信号は、平滑コンデンサ２６の初期充電を開始するための信号であり、インバータ起動信号とは異なる。本実施形態では、外部装置４は、インバータ起動信号および充電開始信号の両方として開始信号を出力する。しかし、外部装置４がインバータ起動信号および充電開始信号を異なる信号として出力するよう構成されていてもよい。

図４に示すように、初期充電コントローラ４６は充電制御部５４を有している。充電制御部５４は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように、充電状態判定部４８の判定結果に基づいて平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。

具体的には、平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していないと充電状態判定部４８が判定する場合、充電制御部５４は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するのを開始するように平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していると充電状態判定部４８が判定する場合、充電制御部５４は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するのを停止するように平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。

本実施形態では、充電制御部５４は、充電状態判定部４８の判定結果に基づいて充電インバータ３６および充電スイッチ回路３８を制御する。具体的には、充電制御部５４は充電スイッチ制御部５６および充電インバータ制御部５８を有している。充電スイッチ制御部５６は、充電インバータ３６をインバータ装置１２に電気的に接続および充電インバータ３６をインバータ装置１２から電気的に遮断するように充電スイッチ回路３８を制御する。一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように、充電インバータ制御部５８は充電インバータ３６を制御する。

平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していないと充電状態判定部４８が判定する場合、充電スイッチ制御部５６は、充電インバータ３６をインバータ装置１２に電気的に接続するように充電スイッチ回路３８を制御する。平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していると充電状態判定部４８が判定する場合、充電スイッチ制御部５６は、充電インバータ３６をインバータ装置１２から電気的に遮断するように充電スイッチ回路３８を制御する。

平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していないと充電状態判定部４８が判定する場合は、充電インバータ制御部５８は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するのを開始するように充電インバータ３６を制御する。平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していると充電状態判定部４８が判定する場合は、充電インバータ制御部５８は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するのを停止するように充電インバータ３６を制御する。

初期充電コントローラ４６は可変充電電圧を徐々に増加させるように充電インバータ３６を制御する。本実施形態では、充電制御部５４の充電インバータ制御部５８は、可変充電電圧をゼロから上限値まで徐々に増加させるように充電インバータ３６を制御する。

充電インバータ制御部５８は充電電力指令を生成する。充電インバータ３６は、充電インバータ制御部５８により生成された充電電力指令に基づいて初期充電電力を一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに供給する。充電電力指令には充電電圧指令および充電周波数指令が含まれる。充電インバータ制御部５８は、充電電圧指令が示す目標電圧を所定の割合で徐々に増加させ、充電周波数指令が示す目標周波数を所定の割合で徐々に増加させる。充電インバータ３６は充電電圧指令および充電周波数指令に基づいて初期充電電力の電圧および周波数を変化させる。初期充電電圧の増加率は初期充電周波数の増加率と概ね同じである。しかし、初期充電電圧の増加率が初期充電周波数の増加率と異なっていてもよい。

図５および６を参照しながらインバータシステム１０の制御方法の詳細について以下に説明する。

インバータシステム１０の制御方法（より詳細には、インバータシステム１０の起動方法）においては、入力交流電圧が第１電源ＰＳ１からインバータ装置１２に供給される前に、第２電源ＰＳ２から供給される電力を用いて、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗに設けられた平滑コンデンサ２６に初期充電電力が供給される。

図５に示すように、ステップＳ１およびＳ２では、開始信号が外部装置４からインバータ制御装置４０へ入力されると、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了しているか否かが充電状態判定部４８により判定される。具体的には、ステップＳ２では、各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗにおいて平滑コンデンサ２６の電圧Ｖｐｎが電圧検出器３０により検出される。

ステップＳ３では、電圧検出部３０により検出された各電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いか否かが充電状態判定部４８により判定される。各電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆ以上の場合は、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していると判定され、初期充電をすることなく処理が終了する。

一方、ステップＳ３において、各電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合は、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していないと判定される。この場合、初期充電を開始するために処理がステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、充電スイッチ回路３８により充電インバータ３６が変圧器１４の一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに電気的に接続される。具体的には、オン信号（例えば、閉信号）が充電制御部５４から充電スイッチ回路３８へ出力される。図６に示すように、充電制御部５４によりオン信号が保持されている間は、充電スイッチ回路３８は、充電インバータ３６と各一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔとの間の接続状態を維持する。

ステップＳ５では、変圧器１４の一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに初期充電電力を供給するのを開始するように充電インバータ３６が充電制御部５４により制御される。具体的には、充電電力指令が充電制御部５４から充電インバータ３６へ出力される。充電インバータ３６は、充電電力指令（例えば、充電電圧指令および充電周波数指令）に基づいて初期充電電力を一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに供給する。

二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔが一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに電磁的に接続されているので、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔにより中間充電交流電圧が初期充電電力から生成される。中間充電交流電圧はインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗの各コンバータ回路２４により直流電圧に変換される。コンバータ回路２４により変換された直流電圧は平滑コンデンサ２６に印加される。これにより、インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗの各平滑コンデンサ２６に電荷が徐々に蓄積される。

ステップＳ６では、初期充電電力を徐々に増加させるように充電インバータ制御部５８により充電インバータ３６が制御される。具体的には、図６に示すように、充電インバータ制御部５８により充電電圧指令の初期充電電圧Ｖｉｃが特定の割合で徐々に増加し、充電インバータ制御部５８により充電周波数指令の初期充電周波数Ｆｉｃが所定の割合で徐々に増加する。本実施形態では、充電インバータ制御部５８により初期充電電圧Ｖｉｃおよび初期充電周波数Ｆｉｃは上限値ＶｍａｘおよびＦｍａｘまで直線的に増加する。しかし、初期充電電圧Ｖｉｃおよび初期充電周波数Ｆｉｃの少なくとも一方が非直線的に（例えば、段階的に）増加してもよい。

ステップＳ７およびＳ８では、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了しているか否かが充電状態判定部４８により判定される。具体的には、ステップＳ７では、各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗにおいて平滑コンデンサ２６の電圧Ｖｐｎが電圧検出器３０により検出される。

ステップＳ８では、電圧検出部３０により検出された電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いか否かが充電状態判定部４８により判定される。各電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合は、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していないと判定され、平滑コンデンサ２６への初期充電を継続するために処理がステップＳ７に戻る。つまり、本実施形態では、充電インバータ３６が初期充電電力の供給を開始した後、各インバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗにおいて電圧検出器３０により電圧Ｖｐｎが周期的に検出される。各電圧Ｖｐｎが基準電圧Ｖｒｅｆ以上の場合は、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していると判定され、処理がステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、各平滑コンデンサ２６の初期充電が完了していると判定された場合、初期充電電力を供給するのを停止するように充電制御部５４により充電インバータ３６が制御される。具体的には、図６に示すように、充電制御部５４により充電電力指令の初期充電電圧Ｖｉｃおよび初期充電周波数Ｆｉｃがゼロまで減少し、初期充電電力の供給が停止する。

ステップＳ１０では、充電インバータ３６が初期充電電力の供給を停止した後、充電スイッチ回路３８により充電インバータ３６が変圧器１４から電気的に遮断される。具体的には、充電スイッチ回路３８へ送られるオン信号（例えば、閉信号）が充電スイッチ制御部５６により終了する。オン信号が終了すると、充電スイッチ回路３８は充電インバータ３６を変圧器１４の一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔから電気的に遮断する。

図６に示すように、ステップＳ１〜Ｓ１０により初期充電が完了した後、インバータ装置１２が可変交流電圧の生成を開始する。具体的には、ステップＳ１１では、第１電源ＰＳ１をインバータ装置１２に電気的に接続するように主スイッチ回路１８が主スイッチ制御部４４により制御される。例えば、オン信号（例えば、閉信号）が主スイッチ制御部４４から主スイッチ回路１８へ出力される。主スイッチ制御部４４によりオン信号が保持されている間は、主スイッチ回路１８は、第１電源ＰＳ１およびインバータ装置１２の間の接続状態を維持する。したがって、インバータシステム１０のインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗを用いて可変交流電圧を生成するように、第１電源ＰＳ１からインバータシステム１０の変圧器１４の一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔへ入力交流電圧が供給される。

図６に示すように、第１電源ＰＳ１から一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに入力交流電圧が供給される際、上限電圧Ｖｐｎｍａｘまで電圧Ｖｐｎが瞬間的に増加する。平滑コンデンサ２６が基準電圧Ｖｒｅｆまで充電されているので、無電圧の平滑コンデンサ２６に大きな突入電力が流れてインバータ装置１２が損傷するのを防止できる。

インバータシステム１０では、入力交流電圧が第１電源ＰＳ１から一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに供給される。第１電源ＰＳ１とは異なる第２電源ＰＳ２から平滑コンデンサ充電装置３４に電力が供給される。さらに、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力が平滑コンデンサ２６へ供給されるように、平滑コンデンサ充電装置３４が一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに電気的に接続されている。したがって、平滑コンデンサ２６を充電するために追加の巻線を設けなくても、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して平滑コンデンサ２６に充電することができる。

インバータ装置１２では、第２電源ＰＳ２から供給される電力を用いて一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように、初期充電コントローラ４６が平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。したがって、汎用インバータを用いて、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して平滑コンデンサ２６に充電することができる。

図７は、＋５％タップとして機能する第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２に充電インバータ３６が電気的に接続される場合の、変圧器１４の一次側において規定される定格電圧に対応する充電インバータ３６の電圧クラスの例を示している。例えば、変圧器１４の一次側での定格電圧が３３００Ｖの場合、＋５％タップの電圧は１６５Ｖである。この場合、２００Ｖクラスのインバータを充電インバータ３６として用いることができる。なお、充電インバータ３６は図７に記載されたインバータに限定されない。

インバータシステム１０では、平滑コンデンサ充電装置３４が共通端子以外の第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２を介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給する。したがって、平滑コンデンサ２６を充電するために追加の巻線および／または端子を設けることなく、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して平滑コンデンサ２６を充電することができる。これにより、汎用インバータを用いて、第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２を介して平滑コンデンサ２６を充電することができる。

本実施形態では、中性端子ＴＲ１、ＴＳ１およびＴＴ１は互いに電気的に接続されており、平滑コンデンサ充電装置３４は第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２に電気的に接続されている。しかし、共通端子および充電端子の配置は前述の実施形態に限定されない。図８に示すように、例えば、第２タップＴＲ３、ＴＳ３およびＴＴ３（第１端子の一例）が中性点として互いに電気的に接続されていてもよく、平滑コンデンサ充電装置３４が中性端子ＴＲ１、ＴＳ１およびＴＴ１（第２端子の一例）に電気的に接続されていてもよい。図９に示すように、第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２（第１端子の一例）が中性点として互いに電気的に接続されており、平滑コンデンサ充電装置３４が中性端子ＴＲ１、ＴＳ１およびＴＴ１（第２端子の一例）に電気的に接続されていてもよい。中性端子ＴＲ１、ＴＳ１およびＴＴ１、第１タップＴＲ２、ＴＳ２およびＴＴ２、および第２タップＴＲ３、ＴＳ３およびＴＴ３を用いて、中性点および充電端子の他の配置をインバータシステム１０に適用することができる。

本実施形態では、図２に示すように、二次巻線グループＷＧ１、ＷＧ２およびＷＧ３のそれぞれが３つの二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを有している。しかし、二次巻線グループの二次巻線の数は本実施形態に限定されない。また、図２に示すように、インバータ装置１２が３つの二次巻線グループＷＧ１、ＷＧ２およびＷＧ３ならびに３つのインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗを有している。しかし、インバータ装置において、二次巻線グループの数は本実地形態に限定されず、インバータセルの数は本実施形態に限定されない。例えば、１つの二次巻線グループに対して複数のインバータセルが設けられていてもよい。さらに、複数のインバータセルが可変交流電圧の１つの相電圧を生成するように設けられていてもよい。そのような実施形態では、平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧から可変交流電圧の相電圧を部分的に生成するよう各インバータセルのインバータ回路が構成されている。
＜第２実施形態＞
図１０〜１２を参照しながら、第２実施形態に係るインバータシステム２１０について以下に説明する。インバータシステム２１０は初期充電コントローラ４６を除いてインバータシステム１０と実質的に同じ構成を有している。したがって、第１実施形態の構成と実質的に同じ機能を有する構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、インバータシステム２１０のインバータ制御部２４０は初期充電制御部２４６を有している。初期充電制御部２４６は、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するように、平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。

外部装置４から出力される開始信号に基づいて、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するのを開始するように、初期充電制御部２４６は平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。本実施形態では、図１０および１１に示すように、外部装置４はインバータ起動信号および充電開始信号を異なる信号として出力する。つまり、外部装置４から出力される充電開始信号（開始信号の一例）に基づいて、一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔならびに二次巻線２２Ｒ、２２Ｓおよび２２Ｔを介して初期充電電力を平滑コンデンサ２６に供給するのを開始するように、初期充電制御部２４６は平滑コンデンサ充電装置３４を制御する。インバータセル制御部４２は外部装置４から出力されるインバータ起動信号に基づいてインバータセル１６Ｕ、１６Ｖおよび１６Ｗを制御する。

図１２を参照しながら、インバータシステム２１０の制御方法（より詳細には、平滑コンデンサ２６の初期充電方法）について詳細に説明する。

図１２に示すように、ステップＳ２０１およびＳ４では、充電開始信号が外部装置４からインバータ制御部２４０へ入力される際、充電スイッチ回路３８により充電インバータ３６が変圧器１４の一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔへ電気的に接続される。本実施形態では、第１実施形態に係る方法からステップＳ２およびＳ３が省略されている。しかし、ステップＳ２およびＳ３は第２実施形態に係る方法に含まれていてもよい。

ステップＳ５では、変圧器１４の一次巻線２０Ｒ、２０Ｓおよび２０Ｔに初期充電電力を供給するのを開始するように充電インバータ３６が充電制御部５４により制御される。ステップＳ４〜Ｓ１０は第１実施形態のステップＳ４〜Ｓ１０と同じであるので、詳細な説明は省略する。

インバータシステム２１０では、インバータシステム１０と同じ作用効果が得られる。

なお、本願においては、「備えている」およびその派生語は、構成要素の存在を説明する非制限用語であり、記載されていない他の構成要素の存在を排除しない。これは、「有している」、「含んでいる」およびそれらの派生語にも適用される。

また、実施形態の構成は、所望の機能を実現するように構成されたハードウェアや所望の機能を実現するようにプログラムされたソフトウェアのうち少なくとも一方を含んでいる。つまり、所望の機能はハードウェア、ソフトウェアまたはそれらの組み合わせにより実現され得る。

本願において、「第１」や「第２」などの序数は、単に構成を識別するための用語であって、他の意味（例えば特定の順序など）は有していない。例えば、「第１要素」があるからといって「第２要素」が存在していることを暗に意味しているわけではなく、また「第２要素」があるからといって「第１要素」が存在していることを暗に意味しているわけではない。

上記の開示内容から考えて、本発明の種々の変更や修正が可能であることは明らかである。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本願の具体的な開示内容とは別の方法で本発明が実施されてもよい。

１０インバータシステム
１２インバータ装置
１４変圧器
１６U、１６V、１６W インバータセル
１８主スイッチ回路
２０Ｒ、２０Ｓ、２０Ｔ一次巻線
２２Ｒ、２２Ｓ、２２Ｔ二次巻線
２４コンバータ回路
２６平滑コンデンサ
２８インバータ回路
３０電圧検出器
３２ゲート信号生成部
３４平滑コンデンサ充電装置
３６充電インバータ
３８充電スイッチ回路
４０インバータ制御装置
４２インバータセル制御部
４４主スイッチ制御部
４６初期充電コントローラ
４８充電状態判定部
５０基準電圧記憶部
５２電圧比較部
５４充電制御部
５６充電スイッチ制御部
５８充電インバータ制御部
ＴＲ１、ＴＳ１、ＴＴ１中性端子（第１端子の一例）
ＴＲ２、ＴＳ２、ＴＴ２第１タップ（第２端子の一例）
ＴＲ３、ＴＳ３、ＴＴ３第２タップ（第３端子の一例）