JP2018183018A - マトリクスコンバータ及び交流電動機の定数決定方法 - Google Patents

マトリクスコンバータ及び交流電動機の定数決定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】セッティングの容易なマトリクスコンバータを提供する。【解決手段】マトリクスコンバータ１は、一方側に高周波フィルタ１５を介して交流電源が接続可能であり、他方側に交流電動機３が接続可能な電力変換回路１０と、高周波フィルタ１５と電力変換回路１０との間を接続するための一方側ライン４に接続されたスナバ回路２１と、スナバ回路２１の電圧に応じて、スナバ回路２１に蓄えられた電荷を放電させるための放電スイッチ２７と、テスト電圧が交流電動機３に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路１０を制御するテスト制御部４４と、放電スイッチ２７の動作状態に基づいて、テスト時キャリア周波数を変更するキャリア周波数設定部５１と、テスト電圧が印加された際の交流電動機３の応答状態に基づいて、交流電動機３の定数を決定する定数決定部４５と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、マトリクスコンバータ及び交流電動機の定数決定方法に関する。
特許文献１には、マトリクス状に接続された双方向スイッチング素子と、この双方向スイッチング素子に並列に接続され、整流回路を有するスナバモジュールと、スナバモジュールの後段に接続され、互いに直列に接続されるスイッチング素子及び抵抗素子を有する放電回路と、を備えるマトリクスコンバータが開示されている。
特開２００７−１５１２３５号公報
本開示は、セッティングの容易なマトリクスコンバータを提供することを目的とする。
本開示の一側面に係るマトリクスコンバータは、一方側に高周波フィルタを介して交流電源が接続可能であり、他方側に交流電動機が接続可能であり、一方側と他方側との間で双方向の電力変換を行うための電力変換回路と、高周波フィルタと電力変換回路との間を接続するための一方側ラインに接続されたスナバ回路と、スナバ回路の電圧に応じて、スナバ回路に蓄えられた電荷を放電させるための放電スイッチと、テスト電圧が交流電動機に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路を制御するテスト制御部と、放電スイッチの動作状態に基づいて、テスト時キャリア周波数を変更するキャリア周波数設定部と、テスト電圧が印加された際の交流電動機の応答状態に基づいて、交流電動機の定数を決定する定数決定部と、を備える。
本開示の他の側面に係る交流電動機の定数決定方法は、一方側に高周波フィルタを介して交流電源が接続可能であり、他方側に交流電動機が接続可能であり、一方側と他方側との間で双方向の電力変換を行うための電力変換回路と、高周波フィルタと電力変換回路との間を接続するための一方側ラインに接続されたスナバ回路と、スナバ回路の電圧に応じてスナバ回路に蓄えられた電荷を放電させる放電スイッチと、を備えるマトリクスコンバータにより、交流電動機の定数を決定する方法であって、テスト電圧が交流電動機に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路を制御することと、放電スイッチの動作状態に基づいて、テスト時キャリア周波数を変更することと、テスト電圧が印加された際の交流電動機の応答状態に基づいて、交流電動機の定数を決定することと、を含む。
本開示によれば、セッティングの容易なマトリクスコンバータを提供することができる。
マトリクスコンバータを含む電力システムの模式図である。 双方向スイッチの一例を示す図である。 共振の有無による波形の相違を示す模式図である。 制御部のハードウェア構成を示す図である。 交流電動機の定数決定手順を例示するフローチャートである。
以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
〔マトリクスコンバータ〕
図１に示すように、マトリクスコンバータ１は、交流電源を含む電力系統２と、例えば交流電動機３等の負荷との間で、双方向の電力変換を行う装置である。電力系統２は、例えば三相交流の電力網である。交流電動機３は、例えば誘導電動機であるが、同期電動機であってもよい。マトリクスコンバータ１は、電力系統２から入力された交流電力を、交流電動機３の駆動用の交流電力に変換し、交流電動機３からの回生電力を電力系統２用の交流電力に変換する。
マトリクスコンバータ１は、電力変換回路１０と、高周波フィルタ１５と、スナバ回路２１と、放電回路２５と、電流センサ３１と、制御部４０とを備える。
電力変換回路１０は、その一方側に高周波フィルタ１５を介して交流電源が接続可能である。また、電力変換回路１０は、その他方側に交流電動機３が接続可能である。電力変換回路１０は、上記一方側と他方側との間で双方向の直接的な電力変換（直流化プロセスを介さない電力変換）を行う。電力変換回路１０は、複数の双方向スイッチ１１を含む。例えば電力変換回路１０は、３行３列のマトリクス状に接続された９個の双方向スイッチ１１を含む。後述するように、双方向スイッチ１１は、ゲートドライバ（不図示）を介して制御部４０により制御される。
双方向スイッチ１１の構成は、その導通方向を制御可能であれば、特に限定されない。双方向スイッチ１１の構成の一例としては、図２に示されるように、互いに直列に接続されたスイッチ素子（スイッチング素子ともいう。）１２ａ及びダイオード１３ａと、互いに直列に接続されたスイッチ素子１２ｂ及びダイオード１３ｂとを、向きが逆になるように並列に接続したものが挙げられる。図２では、ダイオード１３ａのカソードとダイオード１３ｂのカソードとが接続されているが、ダイオード１３ａのカソードとダイオード１３ｂのカソードとが接続されていなくてもよい。スイッチ素子１２ａ，１２ｂは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ））である。
高周波フィルタ１５は、例えば高調波フィルタであり、電力系統２と電力変換回路１０との間に設けられる。高周波フィルタ１５は、電力変換回路１０側から電力系統２側へ出力される高周波のスイッチングノイズを抑制する。例えば、高周波フィルタ１５は、電力系統２と電力変換回路１０との間において交流の各相に設けられるＡＣリアクトル１６と、ＡＣリアクトル１６及び電力変換回路１０の間において各相と中性点１８との間に設けられるコンデンサ１７（例えばフィルムコンデンサ）とを含む。コンデンサ１７は、ＡＣリアクトル１６及び電力変換回路１０の間において交流の相間に設けられていてもよい。
なお、マトリクスコンバータ１は必ずしも高周波フィルタ１５を有しなくてもよい。マトリクスコンバータ１が高周波フィルタ１５を有しない場合、電力系統２とマトリクスコンバータ１との間に高周波フィルタ１５を外付けしてもよい。
スナバ回路２１は、高周波フィルタ１５と電力変換回路１０との間を接続するための一方側ライン４に接続され、一方側ライン４の電力を直流化してコンデンサ２４に入力する。スナバ回路２１は、電力変換回路１０と交流電動機３との間を接続するための他方側ライン５に更に接続されていてもよく、一方側ライン４及び他方側ライン５の両方の電力をも直流化してコンデンサ２４に入力してもよい。
例えばスナバ回路２１は、一次側ダイオードブリッジ２２と、二次側ダイオードブリッジ２３と、コンデンサ２４と、を含む。一次側ダイオードブリッジ２２は、電力系統２から入力された交流電力を整流（直流化）して、コンデンサ２４に出力する。二次側ダイオードブリッジ２３は、交流電動機３から入力された交流電力を整流して、コンデンサ２４に出力する。コンデンサ２４は、例えば電解コンデンサである。
スナバ回路２１は、電力系統２側及び交流電動機３側からの突入電力を吸収するように機能する。また、スナバ回路２１により生成された直流電力は、電力変換回路１０の制御用の電力として利用される。
放電回路２５は、コンデンサ２４の電圧上昇を抑制するための回路である。例えば放電回路２５は、抵抗２６と、抵抗２６に直列に接続された放電スイッチ２７とを含む。
放電スイッチ２７は、スナバ回路２１の電圧（すなわちコンデンサ２４の電圧）に応じて、スナバ回路２１に蓄えられた電荷（すなわちコンデンサ２４に蓄えられた電荷）を放電させるためのスイッチである。例えば放電スイッチ２７は、後述のように制御部４０により制御され、コンデンサ２４の両端間の電圧が所定値を超えた場合にオン状態にされ、コンデンサ２４の両端間の電圧が所定値未満である場合にはオフ状態にされる。オン状態では、コンデンサ２４に蓄電された電力が抵抗２６を流れ、コンデンサ２４が放電される。オフ状態では、抵抗２６を通過する電流の経路が遮断され、一次側ダイオードブリッジ２２及び二次側ダイオードブリッジ２３により整流された直流電力がコンデンサ２４に充電される。
抵抗２６は、放電スイッチ２７がオン状態にされた場合に、コンデンサ２４に蓄電された電力を消費して熱エネルギーに変換する。
電流センサ３１は、電力変換回路１０から交流電動機３へ出力される各相の電流を検出する。
制御部４０は、テスト電圧が交流電動機３に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路１０を制御することと、放電スイッチ２７の動作状態に基づいて、テスト時キャリア周波数を変更することと、テスト電圧が印加された際の交流電動機３の応答状態に基づいて、交流電動機３の定数を決定することと、を実行するように構成されている。ここで、テストとは、例えば、マトリクスコンバータ１に接続された交流電動機３の定数を決定する（チューニングする）ことが含まれる。
例えば制御部４０は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、指令取得部４１と、駆動制御部４２と、電流取得部４３と、テスト制御部４４と、定数決定部４５と、スナバ制御部４６と、キャリア周波数設定部５１と、第一周波数記憶部５２と、を有する。
指令取得部４１は、例えば上位の制御装置から、交流電動機３の速度、トルク等の制御目標値を取得する。
駆動制御部４２は、駆動用の電力を交流電動機３に出力するように、ゲートドライバ３０を介して電力変換回路１０を制御する。例えば駆動制御部４２は、指令取得部４１により取得された制御目標値に交流電動機３を追従させるための電力を上記駆動用の電力として算出し、当該電力が交流電動機３に出力されるように電力変換回路１０を制御する。
駆動制御部４２は、駆動時キャリア周波数に基づいて電力変換回路１０を制御する。すなわち駆動制御部４２は、駆動時キャリア周波数のパルス波に応じて双方向スイッチ１１の導通状態を切り替え（スイッチングを行い）、パルス波の幅を変更することで交流電動機３への出力電力を制御する。例えば駆動制御部４２は、空間ベクトル変調（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＳＶＭ））方式又はパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ））方式により電力変換回路を制御する。
テスト制御部４４は、テスト電圧が交流電動機３に印加されるように電力変換回路１０を制御する。テスト電圧は、交流電動機３の定数を決定するための電圧であり、その振幅及び周波数は、例えば交流電動機３を動作させない程度（或いは交流電動機３を微速で動作させる程度）に設定されている。交流電動機３の定数としては、各種巻線のインピーダンス、抵抗及びインダクタンス等が挙げられる。テスト制御部４４は、定数の決定過程に応じてテスト電圧を適宜変更してもよい。
テスト制御部４４は、テスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路１０を制御する。すなわちテスト制御部４４は、テスト時キャリア周波数のパルス波に応じて双方向スイッチ１１の導通状態を切り替え、パルス波の幅を変更することで交流電動機３への出力電圧を制御する。例えばテスト制御部４４は、ＳＶＭ方式又はＰＷＭ方式により電力変換回路を制御する。後述するように、テスト時キャリア周波数は、キャリア周波数設定部５１により設定される。
電流取得部４３は、電流センサ３１による検出値（交流電動機３に出力される各相の電流の値）を取得する。
定数決定部４５は、交流電動機３の定数をチューニングする。すなわち定数決定部４５は、上記テスト電圧が印加された際の交流電動機３の応答状態に基づいて、交流電動機３の定数を決定する。交流電動機３の応答状態の具体例としては、上記テスト電圧に応じて交流電動機３に出力される電流値、交流電動機３の端子間の電圧値、交流電動機３の速度およびこれらの組合せが挙げられる。以下では、交流電動機３の応答状態が、交流電動機３に出力される電流値であるとして説明を進める。例えば定数決定部４５は、上記テスト電圧が交流電動機３に出力されているときの電流値を電流取得部４３から取得し、当該電流値に基づいて交流電動機３の定数を決定する。例えば定数決定部４５は、交流電動機３に印加されたテスト電圧と、当該テスト電圧が印加された際に交流電動機３に流れる各相の電流との比から、交流電動機３のインピーダンスを求める。定数決定部４５は、決定した定数を定数記憶部５４に書き込む。定数記憶部５４に記憶された定数は、駆動制御部４２による上記駆動用の電力の算出に用いられる。
スナバ制御部４６は、直流電圧取得部４７と、放電制御部４８を有する。直流電圧取得部４７は、コンデンサ２４の両端間の電圧を取得し、放電制御部４８に出力する。例えば、直流電圧取得部４７は、コンデンサ２４の両端間の電圧（又は当該電圧を一定比率で縮小した電圧）にＡ／Ｄ変換を施すことにより、当該電圧値をデジタル情報として取得する。
放電制御部４８は、直流電圧取得部４７により取得された直流電圧に応じて、放電回路２５を制御する。例えば、放電制御部４８は、直流電圧取得部４７により取得された直流電圧の大きさに応じて放電スイッチ２７の動作状態を切り替える制御を行う。具体的には、放電制御部４８は、直流電圧が所定値を超えている場合に放電スイッチ２７をオン状態にし、直流電圧が所定値未満である場合に放電スイッチ２７をオフ状態にする。
監視部４９は、放電スイッチ２７の動作状態に応じてアラーム処理を行う。例えば、監視部４９は、放電制御部４８が放電スイッチ２７をオン状態にした時間を積算し、積算結果が一定値以上になれば、アラーム信号を出力する。アラーム信号は、アラーム状態の報知の他、電力変換回路１０の制御停止等に用いられる。監視部４９は、放電スイッチ２７がオン状態となった後、所定時間が経過するまでオフ状態に保たれた場合に、上記積算結果をクリアしてもよい。上記所定時間は、例えば、直前に放電スイッチ２７がオン状態となった時間に所定倍率を乗算した時間である。
キャリア周波数設定部５１は、放電スイッチ２７の動作状態に基づいて上記テスト時キャリア周波数を設定する。具体的に、キャリア周波数設定部５１は、放電スイッチ２７の動作状態を示す情報を放電制御部４８から取得し、当該情報に基づいてテスト時キャリア周波数を変更する。
ここで、テスト電圧を生成するためのテスト時キャリア周波数の値によっては、高周波フィルタ１５側において共振現象が生じる場合がある。図３の（ａ）は、テスト時キャリア周波数が高周波フィルタ１５の共振周波数から十分に離れている場合の一方側ライン４の電圧を示すグラフである。図３の（ｂ）は、テスト時キャリア周波数が高周波フィルタ１５の共振周波数に近い場合の一方側ライン４の電圧を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。また、説明の便宜のために、これらのグラフでは、一方側ライン４の１相分のみの電圧を示す。これらの図に示されるように、テスト時キャリア周波数が高周波フィルタ１５の共振周波数に近付くと、テスト時キャリア周波数でのスイッチングに伴うリップル成分が、高周波フィルタ１５との共振現象により増幅され、一方側ライン４の電圧に共振電圧が重畳される。これにより、一方側ライン４の電圧振幅がＶｍ１からＶｍ２へと大きくなる。電圧振幅が大きくなると、一次側ダイオードブリッジ２２による整流後の直流電圧も高くなり、コンデンサ２４の両端間の電圧が高くなるので、放電スイッチ２７がオン状態になる頻度が増える可能性がある。これにより、監視部４９がアラーム信号を出力すると、交流電動機３の定数決定処理の継続が困難となる。
これに対し、放電スイッチ２７がオン状態になる頻度を抑制するようにテスト時キャリア周波数を設定することで、定数決定処理の確実な遂行を図ることができる。
なお、テスト時キャリア周波数が低くなるにつれて、スイッチ素子１２ａ，１２ｂのスイッチングに伴うテスト電圧の乱れが生じ難くなるので、高精度なテスト電圧（目標値との乖離の小さいテスト電圧）を生成できる傾向がある。そこで、キャリア周波数設定部５１は、上記駆動時キャリア周波数よりも低い範囲でテスト時キャリア周波数を変更してもよい。
一方、テスト時キャリア周波数が小さくなり過ぎると、目標値に対するテスト電圧の遅れが大きくなり、定数決定処理の時間が長くなる傾向もある。そこで、キャリア周波数設定部５１は、放電スイッチ２７がオン状態にならない周波数であって、高周波フィルタ１５の共振周波数に近い周波数を探索するようにテスト時キャリア周波数を変更してもよい。なお、高周波フィルタ１５の共振周波数に近いテスト時キャリア周波数とは、例えば次の条件を満たす周波数である。
テスト時キャリア周波数−共振周波数≦駆動時キャリア周波数−テスト時キャリア周波数
放電スイッチ２７がオン状態にならない範囲で、高周波フィルタ１５の共振周波数に近いテスト時キャリア周波数を設定できる限り、キャリア周波数設定部５１はどのような手順でテスト時キャリア周波数を探索してもよい。
例えばキャリア周波数設定部５１は、高周波フィルタの共振周波数よりも大きい範囲でテスト時キャリア周波数を変更してもよいし、当該共振周波数よりも小さい範囲でテスト時キャリア周波数を変更してもよい。
キャリア周波数設定部５１は、放電スイッチ２７がオフ状態になるまで、高周波フィルタ１５の共振周波数から遠ざけるようにテスト時キャリア周波数を変更してもよい。この場合、キャリア周波数設定部５１は、テスト時キャリア周波数を、放電スイッチ２７がオフ状態となった時点の値（以下、「境界値」という。）に設定してもよいし、境界値よりも僅かに共振周波数から遠ざかった値に設定し、境界値との間にマージンを持たせてもよい。テスト時キャリア周波数の変更の起点は、高周波フィルタ１５の共振周波数の設計値であってもよいし、実測データの平均値、最大値、最小値等であってもよい。
キャリア周波数設定部５１は、例えば駆動時キャリア周波数を起点にして、放電スイッチ２７がオン状態になるまで、高周波フィルタ１５の共振周波数に近付けるようにテスト時キャリア周波数を変更してもよい。この場合、キャリア周波数設定部５１は、テスト時キャリア周波数を、放電スイッチ２７がオン状態となった時点の値よりも僅かに小さい値に設定してもよい。
キャリア周波数設定部５１は、設定したテスト時キャリア周波数を第一周波数記憶部５２に書き込む。上述したテスト制御部４４は、第一周波数記憶部５２に記憶されたテスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路１０を制御する。
図４は、制御部４０のハードウェア構成を例示するブロック図である。図４に示すように、制御部４０は回路６０を有し、回路６０は、一つ又は複数のプロセッサ６１と、記憶部６２と、入出力部６５とを有する。
記憶部６２は、メモリ６３及びストレージ６４を含む。ストレージ６４は、制御部４０の上記各機能モジュールを構成するためのプログラムを記録している。ストレージ６４は、コンピュータ読み取り可能であればどのようなものであってもよい。ストレージ６４の具体例としては、ハードディスク、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等が挙げられる。メモリ６３は、ストレージ６４からロードしたプログラム及びプロセッサ６１の演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ６１は、メモリ６３と協働してプログラムを実行することで、制御部４０の各機能モジュールを構成する。入出力部６５は、プロセッサ６１からの指令に応じ、電流センサ３１及び双方向スイッチ１１等との間で電気信号の入出力を行う。
なお、制御部４０のハードウェア構成は、必ずしもプログラムにより各機能モジュールを構成するものに限られない。例えば制御部４０の上記機能モジュールの少なくとも一部は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。
〔交流電動機の定数決定手順〕
以下、交流電動機の定数決定方法の一例として、制御部４０が実行する交流電動機３の定数決定手順を説明する。この手順は、テスト電圧が交流電動機３に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて、電力変換回路１０を制御することと、放電スイッチ２７の動作状態に基づいて、テスト時キャリア周波数を変更することと、テスト電圧が印加された際の交流電動機３の応答状態に基づいて、交流電動機３の定数を決定することと、を含む。
図５は、定数決定手順の具体例を示すフローチャートである。図５に示すように、制御部４０は、まずステップＳ１を実行する。ステップＳ１では、キャリア周波数設定部５１が、キャリア周波数の初期値を設定して第一周波数記憶部５２に書き込む。この初期値は、高周波フィルタ１５の共振周波数の設計値であってもよいし、実測データの平均値、最大値、最小値等であってもよい。
次に、制御部４０は、ステップＳ２を実行する。ステップＳ２では、交流電動機３へのテスト電圧の印加を開始するように、テスト制御部４４が電力変換回路１０を制御する。テスト制御部４４は、第一周波数記憶部５２に記憶されたテスト時キャリア周波数に基づいて電力変換回路１０を制御する。
次に、制御部４０は、ステップＳ３を実行する。ステップＳ３では、放電スイッチ２７がオフ状態であるか否かをキャリア周波数設定部５１が確認する。
ステップＳ３において、放電スイッチ２７はオフ状態ではないと判定した場合、制御部４０はステップＳ４を実行する。ステップＳ４では、キャリア周波数設定部５１が、第一周波数記憶部５２に記憶されたテスト時キャリア周波数に所定のピッチを加算する。当該ピッチは、例えば、テスト時キャリア周波数の設定過程で監視部４９がアラーム信号を出力することのないように、事前の条件出し等で設定されている。
ステップＳ４を実行した後、制御部４０は処理をステップＳ３に戻す。以後、放電スイッチ２７がオフ状態となるまでは、ステップＳ３，Ｓ４が繰り返される。すなわち、テスト時キャリア周波数を一ピッチずつ上記初期値から遠ざける処理が繰り返される。
ステップＳ３において、放電スイッチ２７がオフ状態であると判定した場合、制御部４０はステップＳ３，Ｓ４の繰り返しを完了する。これにより、以降の処理におけるテスト時キャリア周波数が設定される。
次に、制御部４０はステップＳ６を実行する。ステップＳ６では、電流取得部４３が、交流電動機３に出力される各相の電流の値として、電流センサ３１による検出値を取得する。
次に、制御部４０はステップＳ７を実行する。ステップＳ７では、上記テスト電圧が印加された際の交流電動機３の応答状態に基づいて、定数決定部４５が交流電動機３の定数を決定する。例えば定数決定部４５は、ステップＳ６において電流取得部４３により取得された電流値に基づいて交流電動機３の定数を決定する。
次に、制御部４０はステップＳ８を実行する。ステップＳ８では、テスト電圧の出力を停止するように、テスト制御部４４が電力変換回路１０を制御する。以上で交流電動機３の定数決定手順が完了する。
〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、マトリクスコンバータ１は、一方側に高周波フィルタ１５を介して交流電源が接続可能であり、他方側に交流電動機３が接続可能であり、一方側と他方側との間で双方向の電力変換を行うための電力変換回路１０と、高周波フィルタ１５と電力変換回路１０との間を接続するための一方側ライン４に接続されたスナバ回路２１と、スナバ回路２１の電圧に応じて、スナバ回路２１に蓄えられた電荷を放電させるための放電スイッチ２７と、テスト電圧が交流電動機３に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて、電力変換回路１０を制御するテスト制御部４４と、放電スイッチ２７の動作状態に基づいて、テスト時キャリア周波数を変更するキャリア周波数設定部５１と、テスト電圧が印加された際の交流電動機３の応答状態に基づいて、交流電動機３の定数を決定する定数決定部４５と、を備える。
このマトリクスコンバータ１によれば、交流電動機３の定数がオートチューニングされる。ここで、テスト電圧を生成するためのテスト時キャリア周波数の値によっては、一方側ライン４側において共振現象が生じる場合がある。この共振現象により、一方側の電圧振幅が大きくなると、放電スイッチ２７がオン状態となる頻度が高くなり、定数決定処理の継続が困難になる場合がある。これに対し、本マトリクスコンバータ１は、スナバ回路２１の動作状態に基づいてテスト時キャリア周波数を変更するキャリア周波数設定部５１を備える。このため、放電スイッチ２７がオン状態となる頻度を抑制するようにテスト時キャリア周波数を設定することで、定数決定処理の確実な遂行を図ることができる。従って、セッティングの容易なマトリクスコンバータ１を提供することができる。
なお、キャリア周波数設定部５１は、スナバ回路２１を利用してテスト時キャリア周波数を探索するので、テスト時キャリア周波数の探索に特化したハードウェアの増設が不要である。このため、本マトリクスコンバータ１の構成は、既設のマトリクスコンバータを含む多くのマトリクスコンバータに実装可能である。
また、放電スイッチ２７がオン状態となる頻度が抑制されることにより、スナバ回路２１及び放電回路２５の寿命向上が期待される。更に、一方側ライン４側における共振現象が抑制されることにより、高周波フィルタ１５のコンデンサ１７の寿命向上も期待される。
キャリア周波数設定部５１は、駆動時キャリア周波数よりも低い範囲でテスト時キャリア周波数を変更してもよい。上述の通り、テスト時キャリア周波数が低くなるについて、スイッチ素子１２ａ，１２ｂのスイッチングに伴うテスト電圧の乱れが生じ難くなるので、高精度なテスト電圧を生成できる傾向がある。そこで、定数決定の精度を高めるためには、テスト時キャリア周波数を低くすることが望ましい。従って、駆動時キャリア周波数よりも低い範囲でテスト時キャリア周波数を変更する構成によれば、定数決定の遂行の確実性向上と、定数決定の精度向上との両立を図ることができる。
キャリア周波数設定部５１は、放電スイッチ２７がオン状態にならない周波数であって、高周波フィルタ１５の共振周波数に近い周波数を探索するようにテスト時キャリア周波数を変更してもよい。定数決定の精度及びスピードの両立を図るためには、テスト時キャリア周波数を高周波フィルタ１５の共振周波数の近傍に設定することが望ましい。このため、放電スイッチ２７がオン状態にならない周波数であって、高周波フィルタ１５の共振周波数に近い周波数を探索する構成によれば、定数決定の精度向上及びスピード向上（すなわち定数決定に要する時間の短縮）の両立を図ることができる。
キャリア周波数設定部５１は、高周波フィルタ１５の共振周波数よりも大きい範囲でテスト時キャリア周波数を変更してもよい。この場合、定数決定の精度向上及びスピード向上の両立をより確実に図ることができる。
キャリア周波数設定部５１は、放電スイッチ２７がオフ状態になるまで、テスト時キャリア周波数を高周波フィルタ１５の共振周波数から遠ざけるようにテスト時キャリア周波数を変更してもよい。この場合、放電スイッチ２７がオン状態にならない周波数であって、高周波フィルタ１５の共振周波数に近い周波数を迅速に探索できる。
以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
１…マトリクスコンバータ、２…電力系統（交流電源）、３…交流電動機、４…一方側ライン、１０…電力変換回路、１２ａ，１２ｂ…スイッチ素子、１５…高周波フィルタ、２１…スナバ回路、２４…コンデンサ、２７…放電スイッチ、４４…テスト制御部、４５…定数決定部、４６…スナバ制御部、５１…キャリア周波数設定部。

Claims (6)

  1. 一方側に高周波フィルタを介して交流電源が接続可能であり、他方側に交流電動機が接続可能であり、前記一方側と前記他方側との間で双方向の電力変換を行うための電力変換回路と、
    前記高周波フィルタと前記電力変換回路との間を接続するための一方側ラインに接続されたスナバ回路と、
    前記スナバ回路の電圧に応じて、前記スナバ回路に蓄えられた電荷を放電させるための放電スイッチと、
    テスト電圧が前記交流電動機に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて前記電力変換回路を制御するテスト制御部と、
    前記放電スイッチの動作状態に基づいて、前記テスト時キャリア周波数を変更するキャリア周波数設定部と、
    前記テスト電圧が印加された際の前記交流電動機の応答状態に基づいて、前記交流電動機の定数を決定する定数決定部と、
    を備える、マトリクスコンバータ。
  2. 前記キャリア周波数設定部は、駆動時キャリア周波数よりも低い範囲で前記テスト時キャリア周波数を変更する、請求項１記載のマトリクスコンバータ。
  3. 前記キャリア周波数設定部は、前記放電スイッチがオン状態にならない周波数であって、前記高周波フィルタの共振周波数に近い周波数を探索するように前記テスト時キャリア周波数を変更する、請求項２記載のマトリクスコンバータ。
  4. 前記キャリア周波数設定部は、前記高周波フィルタの共振周波数よりも大きい範囲でテスト時キャリア周波数を変更する、請求項３記載のマトリクスコンバータ。
  5. 前記キャリア周波数設定部は、前記放電スイッチがオフ状態になるまで、テスト時キャリア周波数を前記高周波フィルタの共振周波数から遠ざけるようにテスト時キャリア周波数を変更する、請求項３又は４記載のマトリクスコンバータ。
  6. 一方側に高周波フィルタを介して交流電源が接続可能であり、他方側に交流電動機が接続可能であり、前記一方側と前記他方側との間で双方向の電力変換を行うための電力変換回路と、前記高周波フィルタと前記電力変換回路との間を接続するための一方側ラインに接続されたスナバ回路と、前記スナバ回路の電圧に応じて前記スナバ回路に蓄えられた電荷を放電させる放電スイッチと、を備えるマトリクスコンバータにより、交流電動機の定数を決定する方法であって、
    テスト電圧が前記交流電動機に印加されるように、テスト時キャリア周波数に基づいて前記電力変換回路を制御することと、
    前記放電スイッチの動作状態に基づいて、前記テスト時キャリア周波数を変更することと、
    前記テスト電圧が印加された際の前記交流電動機の応答状態に基づいて、前記交流電動機の定数を決定することと、を含む交流電動機の定数決定方法。
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