WO2019188876A1 - 電力変換システム、電圧変換回路の制御方法 - Google Patents

電力変換システム、電圧変換回路の制御方法 Download PDF

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Abstract

電圧変換部の出力制御の精度の向上を図ることができる電力変換システム、及び電圧変換回路の制御方法を提供する。電力変換システム（１）は、第１周波数（ｆ１）の入力交流電圧（Ｖｉ）を、第１周波数（ｆ１）よりも低い第２周波数（ｆ２）の出力交流電圧（Ｖｏ）に変換する。電力変換システム（１）は、電圧変換部（２）と、ＰＤＭ制御部（３）と、フィードバック制御部（４）と、を備える。電圧変換部（２）は、制御信号（Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ）に基づいて入力交流電圧（Ｖｉ）を出力交流電圧（Ｖｏ）に変換して負荷（５）に出力する。ＰＤＭ制御部（３）は、出力交流電圧（Ｖｏ）の出力電圧指令値をパルス密度変調し、制御信号（Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ）を生成して電圧変換部（２）に出力する。フィードバック制御部（４）は、電圧変換部（２）の出力電流値及び負荷（５）の状態に基づいた出力電圧指令値を生成し、ＰＤＭ制御部（３）に出力する。

Description

電力変換システム、電圧変換回路の制御方法
　本開示は、一般に電力変換システム、及び電圧変換回路の制御方法に関し、より詳細には、ＡＣ／ＡＣ変換を行う電力変換システム、及び電圧変換回路の制御方法に関する。
　従来、ＡＣ／ＡＣ変換を行う交流変換回路（電力変換システム）がある（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の交流変換回路は、周波数ｆ０の単相の入力交流電圧を、周波数ｆ０よりも低い周波数ｆ１の三相の出力交流電圧に変換する。交流変換回路は、スイッチング部（電圧変換部）と、フィルタ部と、スイッチング制御部と、を備えている。スイッチング部は、制御信号に基づいて入力交流電圧を変換し、変換後の電圧を、制御信号に基づいて選択された相に出力する。フィルタ部は、変換後の電圧の高周波成分を除去することにより、変換後の電圧を出力交流電圧に変換する。スイッチング制御部は、入力交流電圧が０になるタイミングに同期して、各相の出力交流電圧に対応した周波数ｆ１の参照信号に基づいて相ごとにパルス密度変調を行う。スイッチング制御部は、パルス密度変調によるパルスの生成状況、および入力交流電圧の極性に基づいて制御信号を生成し、制御信号をスイッチング部に送出する。また、スイッチング制御部は、空間ベクトル変調に基づいてパルス密度変調を行う。
　電力変換システムでは、電圧変換部の出力制御の精度の向上が望まれている。
特許第５９９６５３１号公報
　本開示は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、電圧変換部の出力制御の精度の向上を図ることができる電力変換システム、及び電圧変換回路の制御方法を提供することにある。
　本開示の一態様に係る電力変換システムは、第１周波数の入力交流電圧を、前記第１周波数よりも低い第２周波数の出力交流電圧に変換する。前記電力変換システムは、電圧変換部と、ＰＤＭ制御部と、フィードバック制御部と、を備える。前記電圧変換部は、制御信号に基づいて前記入力交流電圧を前記出力交流電圧に変換して負荷に出力する。前記ＰＤＭ制御部は、前記出力交流電圧の出力電圧指令値をパルス密度変調した変調信号を生成し、前記変調信号、前記入力交流電圧の極性、及び前記出力電圧指令値の極性に基づいて前記制御信号を生成して前記電圧変換部に出力する。前記フィードバック制御部は、前記電圧変換部の出力電流値及び前記負荷の状態に基づいた前記出力電圧指令値を生成し、前記ＰＤＭ制御部に出力する。
　本開示の一態様に係る電圧変換回路の制御方法は、制御信号に基づいて第１周波数の入力交流電圧を、前記第１周波数よりも低い第２周波数の出力交流電圧に変換して負荷に出力する電圧変換回路を制御する方法である。前記電圧変換回路の制御方法は、ＰＤＭ制御ステップと、フィードバック制御ステップと、を有する。前記ＰＤＭ制御ステップでは、前記出力交流電圧の出力電圧指令値をパルス密度変調した変調信号を生成し、前記変調信号、前記入力交流電圧の極性、及び前記出力電圧指令値の極性に基づいて前記制御信号を生成する。前記フィードバック制御ステップでは、前記負荷に供給される出力電流値及び前記負荷の状態に基づいた前記出力電圧指令値を生成する。
図１は、本開示の一実施形態に係る電力変換システムのブロック図である。 図２は、同上の電力変換システムにおけるＰＤＭ制御部のブロック図である。 図３は、同上の電力変換システムにおける出力電圧指令値、絶対値、符号の波形図である。 図４は、同上の電力変換システムにおけるΔΣ変調部のブロック図である。 図５は、同上の電力変換システムにおけるフィードバック制御部のブロック図である。 図６は、同上の電力変換システムにおける動作シミュレーションの結果である。 図７は、本開示の一実施形態に係る電圧変換回路の制御方法のフローチャートである。
　以下に説明する各実施形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、実施形態及び変形例に限定されない。この実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　（１）概要
　本実施形態に係る電力変換システム１のブロック図を図１に示す。本実施形態の電力変換システム１は、入力交流電圧Ｖｉを出力交流電圧Ｖｏに変換するＡＣ／ＡＣ変換を行うように構成されている。本実施形態の電力変換システム１は、非接触給電装置６から非接触給電により入力交流電圧Ｖｉが入力される。また、電力変換システム１は、負荷５として同期モータ５０が接続されており、同期モータ５０に出力交流電圧Ｖｏを出力することにより、同期モータ５０を回転駆動させる。
　本実施形態に係る電力変換システム１は、第１周波数ｆ１の入力交流電圧Ｖｉを、第１周波数ｆ１よりも低い第２周波数ｆ２の出力交流電圧Ｖｏに変換するように構成されている。電力変換システム１は、電圧変換部２と、ＰＤＭ制御部３（PDM: Pulse Density Modulation）と、フィードバック制御部４と、を備えている。電圧変換部２は、制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂに基づいて入力交流電圧Ｖｉを出力交流電圧Ｖｏに変換して負荷５に出力する。ＰＤＭ制御部３は、出力交流電圧Ｖｏの出力電圧指令値をパルス密度変調したＰＤＭ信号（変調信号）を生成し、ＰＤＭ信号、入力交流電圧Ｖｉの極性、及び出力電圧指令値の極性に基づいて制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂを生成して電圧変換部２に出力する。フィードバック制御部４は、電圧変換部２の出力電流値及び負荷５の状態に基づいた出力電圧指令値を生成し、ＰＤＭ制御部３に出力する。
　本実施形態の電力変換システム１では、電圧変換部２の出力電流値及び負荷５の状態に基づいて生成された出力電圧指令値に基づいて、電圧変換部２をフィードバック制御している。したがって、本実施形態の電力変換システム１では、電圧変換部２の出力制御の精度が向上する、という利点がある。
　（２）全体構成
　以下に、電力変換システム１、及び非接触給電装置６の詳細な構成について説明する。
　（２．１）非接触給電装置
　非接触給電装置６は、電力変換システム１に入力交流電圧Ｖｉを出力するように構成されている。非接触給電装置６は、インバータ回路６１と、スイッチ制御部６２と、給電コイルＬ１と、を備えている。
　インバータ回路６１は、直流電源Ｅ１に接続されており、直流電圧を交流電圧に変換して出力するＤＣ／ＡＣインバータである。インバータ回路６１は、４つのスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を有している。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の各々は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチである。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成されている。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４は、フルブリッジ接続されている。スイッチング素子Ｑ１１は、直流電源Ｅ１の出力端間において、スイッチング素子Ｑ１２と電気的に直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１３は、直流電源Ｅ１の一対の出力端間において、スイッチング素子Ｑ１４と電気的に直列接続されている。言い換えれば、直流電源Ｅ１の一対の出力端間には、スイッチング素子Ｑ１１及びスイッチング素子Ｑ１２の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１３及びスイッチング素子Ｑ１４の直列回路と、が電気的に並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１１のドレイン、及びスイッチング素子Ｑ１３のドレインは、直流電源Ｅ１の一対の出力端の正極に電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１２のソース、及びスイッチング素子Ｑ１４のソースは、直流電源Ｅ１の一対の出力端の負極に電気的に接続されている。
　給電コイルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１１のソース及びスイッチング素子Ｑ１２のドレインの接続点と、スイッチング素子Ｑ１３のソース及びスイッチング素子Ｑ１４のドレインの接続点との間に、電気的に接続されている。
　スイッチ制御部６２は、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を制御するための制御信号Ｓ１１～Ｓ１４を出力する。スイッチ制御部６２は、制御信号Ｓ１１～Ｓ１４を、直接的に、又は駆動回路を介して、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４のゲートに出力することにより、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を個別にオン／オフする。
　スイッチ制御部６２は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４の組み合わせと、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３の組み合わせとが交互にオンするように、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４を制御する。本実施形態では、一例として、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４がオン／オフする周波数は、１ＭＨｚである。
　スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４の組み合わせと、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１３の組み合わせとが交互にオンすることにより、直流電源Ｅ１が出力する直流電圧が交流電圧に変換されて給電コイルＬ１に印加される。給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数は、スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４の駆動周波数と同じであって、一例として１ＭＨｚである。
　（２．２）電力変換システム
　電力変換システム１は、電圧変換部２と、ＰＤＭ制御部３と、フィードバック制御部４と、を備えている。
　（２．２．１）電圧変換部
　電圧変換部２は、制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂに基づいて第１周波数ｆ１の入力交流電圧Ｖｉを、第１周波数ｆ１よりも低い第２周波数ｆ２の出力交流電圧Ｖｏに変換して負荷５に出力する電圧変換回路（ＡＣ／ＡＣコンバータ）である。電圧変換部２は、受電コイルＬ２に接続されており、受電コイルＬ２が発生した交流電圧が入力交流電圧Ｖｉとして入力される。
　受電コイルＬ２は、給電コイルＬ１と磁気的に結合されている。スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１４がオン／オフすることによって給電コイルＬ１に交流電圧が印加されると、受電コイルＬ２は、交流電圧（入力交流電圧Ｖｉ）を発生する。受電コイルＬ２が発生した交流電圧（入力交流電圧Ｖｉ）は、電圧変換部２に印加される。入力交流電圧Ｖｉの周波数（第１周波数ｆ１）は、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と同じであって、一例として１ＭＨｚである。なお、入力交流電圧Ｖｉの周波数は、１ＭＨｚに限らず、他の周波数であってもよい。
　電圧変換部２は、第１周波数ｆ１の入力交流電圧Ｖｉを、第１周波数ｆ１よりも低い第２周波数ｆ２の出力交流電圧Ｖｏに変換して負荷５に出力する。出力交流電圧Ｖｏの周波数（第２周波数ｆ２）は、一例として１００Ｈｚである。なお、出力交流電圧Ｖｏの周波数は、１００Ｈｚに限らず、他の周波数であってもよい。ここで、第１周波数ｆ１の周波数を、第２周波数ｆ２に対して十分高くすることが好ましい。具体的には、第１周波数ｆ１の桁数は、第２周波数ｆ２の桁数よりも３桁以上大きいことが好ましい。より具体的には、第１周波数ｆ１は、第２周波数ｆ２の１０００倍以上であることが好ましい。例えば、第２周波数ｆ２が１００Ｈｚである場合、第１周波数ｆ１を第２周波数ｆ２の１０００倍より大きい値、つまり１００ｋＨｚ以上にすることが好ましい。入力交流電圧Ｖｉの周波数（第１周波数ｆ１）と出力交流電圧Ｖｏの周波数（第２周波数ｆ２）との周波数比を大きくすることにより、ＰＤＭ制御を用いた際、分解能が高く滑らかな三相交流出力を得ることができる。
　本実施形態では、電圧変換部２は、負荷５として同期モータ５０が接続されている。言い換えれば、本実施形態では、負荷５は同期モータ５０である。具体的には、負荷５は、回転子に永久磁石を用いた永久磁石同期電動機である。したがって、電圧変換部２は、同期モータ５０を回転駆動するために、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力交流電圧Ｖｏを出力する。つまり、本実施形態では、電圧変換部２は、単相の入力交流電圧Ｖｉを、三相の出力交流電圧Ｖｏに変換して出力する。言い換えれば、入力交流電圧Ｖｉは、単相であり、出力交流電圧Ｖｏは、三相である。本実施形態では、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力交流電圧Ｖｏを区別する場合、Ｕ相に対応する出力交流電圧ＶｏをＵ相出力交流電圧Ｖｕ、Ｖ相に対応する出力交流電圧ＶｏをＶ相出力交流電圧Ｖｖ、Ｗ相に対応する出力交流電圧ＶｏをＷ相出力交流電圧Ｖｗとする。
　本実施形態の電圧変換部２は、複数（ここでは６つ）の双方向スイッチ（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６）を有するマトリクスコンバータである。
　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、双方向において電流の導通及び遮断が可能な双方向スイッチである。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチであり、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成されている。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ブリッジ接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、受電コイルＬ２の両端間（一端Ｔ１と他端Ｔ２との間）においてスイッチング素子Ｑ２と電気的に直列接続されている。スイッチング素子Ｑ３は、受電コイルＬ２の両端間（一端Ｔ１と他端Ｔ２との間）においてスイッチング素子Ｑ４と電気的に直列接続されている。スイッチ素子Ｑ５は、受電コイルＬ２の両端間（一端Ｔ１と他端Ｔ２との間）においてスイッチング素子Ｑ６と電気的に直列接続されている。言い換えれば、受電コイルＬ２の両端間には、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２の直列回路と、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４の直列回路と、スイッチング素子Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ６の直列回路と、が電気的に並列接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５は、受電コイルＬ２の一端Ｔ１に接続され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６は、受電コイルＬ２の他端Ｔ２に接続されている。本実施形態では、受電コイルＬ２の一端Ｔ１と他端Ｔ２との間に発生する入力交流電圧Ｖｉにおいて、他端Ｔ２の電位を基準とした一端Ｔ１の電位が正の値である場合、入力交流電圧Ｖｉの極性が「正」であるとする。反対に、入力交流電圧Ｖｉにおいて、他端Ｔ２の電位を基準とした一端Ｔ１の電位が負の値である場合、入力交流電圧Ｖｉの極性が「負」であるとする。
　スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のペアが、三相のうちＵ相に対応している。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点が、同期モータ５０に電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のペアが、三相のうちＶ相に対応している。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点が、同期モータ５０に電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６のペアが、三相のうちＷ相に対応している。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点が、同期モータ５０に電気的に接続されている。
　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がオン／オフすることにより、電圧変換部２から同期モータ５０に三相の出力交流電流Ｉｏが供給される。本実施形態では、三相交流の中性点の電位に対する、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点の電位をＵ相出力交流電圧Ｖｕとする。また、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点と、同期モータ５０との間に流れる出力交流電流ＩｏをＵ相出力交流電流Ｉｕとする。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点から、同期モータ５０に向かってＵ相出力交流電流Ｉｕが流れる場合、Ｕ相出力交流電流Ｉｕの極性が「正」であるとする。
　また、三相交流の中性点の電位に対する、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点の電位をＶ相出力交流電圧Ｖｖとする。また、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点と、同期モータ５０との間に流れる出力交流電流ＩｏをＶ相出力交流電流Ｉｖとする。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点から、同期モータ５０に向かってＶ相出力交流電流Ｉｖが流れる場合、Ｖ相出力交流電流Ｉｖの極性が「正」であるとする。
　また、三相交流の中性点の電位に対する、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点の電位をＷ相出力交流電圧Ｖｗとする。また、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点と、同期モータ５０との間に流れる出力交流電流ＩｏをＷ相出力交流電流Ｉｗとする。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点から、同期モータ５０に向かってＷ相出力交流電流Ｉｗが流れる場合、Ｗ相出力交流電流Ｉｗの極性が「正」であるとする。
　（２．２．２）ＰＤＭ制御部
　ＰＤＭ制御部３は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御するための制御信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ～Ｓ６ａ，Ｓ６ｂを出力する。具体的には、ＰＤＭ制御部３は、スイッチング素子Ｑ１の２つのゲートに対して制御信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂを出力することにより、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する。同様に、ＰＤＭ制御部３は、スイッチング素子Ｑ２～Ｑ６に対してそれぞれ制御信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ～Ｓ６ａ，Ｓ６ｂを出力することにより、スイッチング素子Ｑ２～Ｑ６のオン／オフを制御する。ＰＤＭ制御部３は、制御信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ～Ｓ６ａ，Ｓ６ｂを、直接的に、又は駆動回路を介して、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の２つのゲートに出力することにより、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を個別にオン／オフする。
　ＰＤＭ制御部３は、入力交流電圧Ｖｉがゼロになるタイミングに同期して、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力電圧指令値それぞれに基づいてパルス密度変調（ＰＤＭ）を行う。言い換えれば、ＰＤＭ制御部３は、入力交流電圧Ｖｉがゼロになるタイミングに同期してＰＤＭ信号（変調信号）を生成する。そして、ＰＤＭ制御部３は、三相の出力電圧指令値それぞれの極性、及び入力交流電圧Ｖｉの極性に基づいて、三相に対応した制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂを生成して電圧変換部２に出力するように構成されている。本実施形態では、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力電圧指令値を区別する場合、Ｕ相に対応する出力電圧指令値をＵ相出力電圧指令値ｖｕ、Ｖ相に対応する出力電圧指令値をＶ相出力電圧指令値ｖｖ、Ｗ相に対応する出力電圧指令値をＷ相出力電圧指令値ｖｗとする。
　パルス密度変調制御（ＰＤＭ制御）とは、一定幅のパルスの密度及びその正負で波形を形成する制御方法であり、一定幅のパルスを出力の最小単位とし、このパルスの密度を調整して出力を制御する。本実施形態では、入力交流電圧Ｖｉのゼロクロスに同期して入力交流電圧Ｖｉの半波を出力電圧指令値による制御の対象として切り出す。そして、切り出したパルスに入力交流電圧Ｖｉの符号（極性）、及び出力電圧指令値の符号（極性）を反映させて出力波形（パルス密度変調波形）を形成する。出力電圧指令値とは、出力交流電圧Ｖｏの目標値である。つまり、出力電圧指令値の波形は、周波数が第２周波数ｆ２の正弦波となる。出力電圧指令値の生成については、「（２．２．３）フィードバック制御部」の欄で説明する。
　本実施形態では、ＰＤＭ制御部３は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、ＰＤＭ制御部３は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、ＰＤＭ制御部３は、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、取得部３１、ΔΣ変調部３２、及び信号出力部３３として機能する（図２参照）。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　取得部３１は、三相の出力電圧指令値それぞれの絶対値、及び符号を取得する。図３に、出力電圧指令値、出力電圧指令値の絶対値、及び出力電圧指令値の符号の波形図を示す。図３に示すように、出力電圧指令値の波形は、正弦波である。したがって、出力電圧指令値の絶対値の波形は、出力電圧指令値を全波整流した波形となる。また、出力電圧指令値の符号は、出力電圧指令値の極性（正負）を示している。
　取得部３１は、三相の出力電圧指令値それぞれの絶対値を、ΔΣ変調部３２に出力する。また、取得部３１は、三相の出力電圧指令値それぞれの符号を、信号出力部３３に出力する。
　ΔΣ変調部３２は、三相の出力電圧指令値それぞれに対応したＰＤＭ信号を生成する。本実施形態では、ΔΣ変調部３２は、加算部３２１、積分部３２２、コンパレータ３２３、Ｄフリップフロップ３２４、及びＤ－Ａコンバータ３２５を有している（図４参照）。加算部３２１は、三相の出力電圧指令値それぞれの絶対値と、ΔΣ変調部３２（Ｄフリップフロップ３２４）の出力のフィードバック値と、が入力される。フィードバック値は、Ｄ－Ａコンバータ３２５の出力値である。Ｄ－Ａコンバータ３２５は、ΔΣ変調部３２（Ｄフリップフロップ３２４）の出力値（０／１のデジタル値）を、アナログ値に変換して加算部３２１に出力する。加算部３２１は、出力電圧指令値の絶対値から、フィードバック値を減算した値（差分値）を積分部３２２に出力する。積分部３２２は、加算部３２１の出力値を積分する。コンパレータ３２３は、積分部３２２の出力値と、閾値Ｖｔｈとを比較する。コンパレータ３２３の出力は、積分部３２２の出力値が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合「１」となり、積分部３２２の出力値が閾値Ｖｔｈよりも小さい場合「０」となる。Ｄフリップフロップ３２４は、ゼロクロス検出部３２６の検出信号が入力される。ゼロクロス検出部３２６は、入力交流電圧Ｖｉがゼロになるタイミング（ゼロクロス）を検出し、検出結果（検出信号）をＤフリップフロップ３２４に出力する。Ｄフリップフロップ３２４は、入力交流電圧Ｖｉのゼロクロスに同期して、コンパレータ３２３の出力値を保持する。Ｄフリップフロップ３２４の出力（ＰＤＭ信号）は、信号出力部３３に出力される。
　信号出力部３３は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）それぞれに対応する、ΔΣ変調部３２から出力されるＰＤＭ信号、出力電圧指令値の符号（極性）、及び入力交流電圧Ｖｉの符号（極性）に基づいて、制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂを出力する。
　具体的には、信号出力部３３は、Ｕ相に対応したＰＤＭ信号に同期して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフする。このとき、信号出力部３３は、Ｕ相出力電圧指令値ｖｕの極性、及び入力交流電圧Ｖｉの極性に基づいてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフする。
　また、信号出力部３３は、Ｖ相に対応したＰＤＭ信号に同期して、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオン／オフする。このとき、信号出力部３３は、Ｖ相出力電圧指令値ｖｖの極性、及び入力交流電圧Ｖｉの極性に基づいてスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオン／オフする。
　また、信号出力部３３は、Ｗ相に対応したＰＤＭ信号に同期して、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオン／オフする。このとき、信号出力部３３は、Ｗ相出力電圧指令値ｖｗの極性、及び入力交流電圧Ｖｉの極性に基づいてスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオン／オフする。
　例えば、信号出力部３３は、入力交流電圧Ｖｉの極性が「正」であり、Ｕ相出力電圧指令値ｖｕの極性が「正」である場合、スイッチング素子Ｑ１をオンし、スイッチング素子Ｑ２をオフする。信号出力部３３は、入力交流電圧Ｖｉの極性が「正」であり、Ｕ相出力電圧指令値ｖｕの極性が「負」である場合、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をオンする。信号出力部３３は、入力交流電圧Ｖｉの極性が「負」であり、Ｕ相出力電圧指令値ｖｕの極性が「正」である場合、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をオンする。信号出力部３３は、入力交流電圧Ｖｉの極性が「負」であり、Ｕ相出力電圧指令値ｖｕの極性が「負」である場合、スイッチング素子Ｑ１をオンし、スイッチング素子Ｑ２をオフする。ここでは、Ｕ相についてのみ説明したが、Ｖ相、及びＷ相についても同様である。
　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＰＤＭ制御により、入力交流電圧Ｖｉがゼロになるタイミングでスイッチングする（オン／オフが切り替わる）。したがって、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６で発生するスイッチング損失を低減することができる。これにより、本実施形態の電力変換システム１では、電力変換効率の向上を図ることができる。また、ＰＤＭ制御は、ＰＷＭ制御（PWM:Pulse Width Modulation）に比べて、入力電圧に対する出力電圧の割合（利用率）が高くなる。つまり、ＰＤＭ制御では、ＰＷＭ制御に比べて、同期モータ５０に印加する電圧を高くすることができる。
　（２．２．３）フィードバック制御部
　フィードバック制御部４は、電圧変換部２の出力電流値及び負荷５（同期モータ５０）の状態に基づいた出力電圧指令値を生成し、ＰＤＭ制御部３に出力する。本実施形態では、電圧変換部２の出力電流値とは、三相の出力交流電流Ｉｏそれぞれの電流値である。ここでは、Ｕ相出力交流電流Ｉｕの電流値をＵ相出力電流値ｉｕとし、Ｖ相出力交流電流Ｉｖの電流値をＶ相出力電流値ｉｖとし、Ｗ相出力交流電流Ｉｗの電流値をＷ相出力電流値ｉｗとする。また、本実施形態では、負荷５（同期モータ５０）の状態とは、同期モータ５０の回転位置θ、及び回転速度ωである。フィードバック制御部４は、電圧変換部２の出力電流値、及び同期モータ５０の回転位置θ、回転速度ωをフィードバック制御することにより、出力電圧指令値を生成する。具体的には、フィードバック制御部４は、ベクトル制御により出力電圧指令値を生成する。
　本実施形態では、フィードバック制御部４は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、フィードバック制御部４は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、フィードバック制御部４は、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、信号処理部４１、第１座標変換部４２、第２座標変換部４３、加算部４４，４６，４８、及びＰＩ制御部４５，４７，４９として機能する（図５参照）。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
　信号処理部４１は、同期モータ５０に設けられた位置センサ５１の出力信号に基づいて、同期モータ５０の回転位置θ及び回転速度ωを算出する。同期モータ５０には、位置センサ５１としてエンコーダが設けられている。本実施形態では、信号出力部３３は、エンコーダのカウント値に機械角オフセット補正を行い、同期モータ５０の極対数を反映させた値である電気角を回転位置θとして算出する。また、信号処理部４１は、一定時間における回転位置θの変化（差分）を回転速度ωとして算出する。信号処理部４１は、算出した回転位置θを第１座標変換部４２、及び第２座標変換部４３に出力する。また、信号処理部４１は、算出した回転速度ωを加算部４４に出力する。
　第１座標変換部４２は、座標変換の演算処理により、三相の出力電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、及び回転位置θから、ｄ軸電流値ｉｄ、及びｑ軸電流値ｉｑを算出する。三相の出力電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、電流検出部７１によって検出される。電流検出部７１は、例えばカレントトランス、ホール素子など有している。電流検出部７１は、Ｕ相出力交流電流Ｉｕ、Ｖ相出力交流電流Ｉｖ、Ｗ相出力交流電流Ｉｗそれぞれを検出し、検出結果であるＵ相出力電流値ｉｕ、Ｖ相出力電流値ｉｖ、Ｗ相出力電流値ｉｗを第１座標変換部４２に出力する。第１座標変換部４２は、Ａ－Ｄコンバータを有しており、三相の出力電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをデジタル値に変換して演算処理に用いる。
　第１座標変換部４２は、三相固定座標（ｕ，ｖ，ｗ）を二相回転座標（ｄ，ｑ）に変換する座標変換処理により、ｄ軸電流値ｉｄ、及びｑ軸電流値ｉｑを算出する（［数１］参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　第１座標変換部４２は、算出したｄ軸電流値ｉｄを加算部４８に出力し、算出したｑ軸電流値ｉｑを加算部４６に出力する。
　加算部４４には、信号処理部４１が算出した回転速度ωと、外部装置からの回転速度指令値ω０と、が入力される。回転速度指令値ω０は、同期モータ５０の回転速度ωの目標値である。加算部４４は、回転速度指令値ω０から、測定値である回転速度ωを減算した値（差分値）をＰＩ制御部４５に出力する。ＰＩ制御部４５は、比例（Proportional）動作、及び積分（Integral）動作を行い、加算部４４の出力値からｑ軸電流指令値ｉｑ０を生成するように構成されている。ＰＩ制御部４５は、生成したｑ軸電流指令値ｉｑ０を加算部４６に出力する。加算部４６には、ＰＩ制御部４５が生成したｑ軸電流指令値ｉｑ０と、第１座標変換部４２が算出したｑ軸電流値ｉｑが入力される。加算部４６は、ｑ軸電流指令値ｉｑ０から、測定値であるｑ軸電流値ｉｑを減算した値（差分値）をＰＩ制御部４７に出力する。ＰＩ制御部４７は、比例動作、及び積分動作を行い、加算部４６の出力値からｑ軸電圧指令値ｖｑ０を生成するように構成されている。ＰＩ制御部４７は、生成したｑ軸電圧指令値ｖｑ０を第２座標変換部４３に出力する。
　また、加算部４８には、第１座標変換部４２が算出したｄ軸電流値ｉｄと、外部装置からのｄ軸電流指令値ｉｄ０と、が入力される。ｄ軸電流指令値ｉｄ０は、同期モータ５０のｄ軸電流の目標値である。本実施形態では、一例としてｄ軸電流指令値ｉｄ０が０とする。加算部４８は、ｄ軸電流指令値ｉｄ０から、測定値であるｄ軸電流値ｉｄを減算した値（差分値）をＰＩ制御部４９に出力する。ＰＩ制御部４９は、比例動作、及び積分動作を行い、加算部４８の出力値からｄ軸電圧指令値ｖｄ０を生成するように構成されている。ＰＩ制御部４９は、生成したｄ軸電圧指令値ｖｄ０を第２座標変換部４３に出力する。
　ＰＩ制御部４５，４７，４９における伝達関数Ｇ（ｓ）は、［数２］で求まる。比例ゲインをＫｐ、積分時定数をＴｉとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　比例ゲインＫｐ、及び積分時定数Ｔｉは、同期モータ５０の回転速度追従性が向上するように、回転速度ωのフィードバックループ（メジャーループ）、及び出力電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのフィードバックループ（マイナーループ）で適宜設定される。
　第２座標変換部４３は、回転位置θ、ｄ軸電圧指令値ｖｄ０、及びｑ軸電圧指令値ｖｑ０が入力される。第２座標変換部４３は、座標変換の演算処理により、回転位置θ、ｄ軸電圧指令値ｖｄ０及びｑ軸電圧指令値ｖｑ０から、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを算出する。具体的には、第２座標変換部４３は、二相回転座標（ｄ，ｑ）を三相固定座標（ｕ，ｖ，ｗ）に変換する座標変換処理により、三相の出力電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを算出する。三相の出力電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの算出式は、上述した［数１］を逆変換した式に相当し、ここでは詳細な説明を省略する。
　（３）利点
　次に、本実施形態に係る電力変換システム１の利点について説明する。
　本実施形態の電力変換システム１では、フィードバック制御部４は、電圧変換部２の出力電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、及び同期モータ５０の回転位置θ、回転速度ωをフィードバック制御することにより、出力電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを生成している。これにより、本実施形態の電力変換システム１では、電圧変換部２の出力制御の精度が向上する。結果的に、電力変換システム１では、電圧変換部２の出力電力が供給される負荷５である同期モータ５０の制御精度が向上する。
　図６に、本実施形態に係る電力変換システム１の動作シミュレーションの結果のグラフを示す。図６に示すように、三相の出力交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、それぞれ三相の出力電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと同位相で変化している。また、本実施形態では、負荷５である同期モータ５０はインダクタンス成分を有しているため、三相の出力交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、それぞれ三相の出力交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに対して位相が遅れている。また、同期モータ５０の回転速度ωは、所定の回転速度指令値ω０に収束している。
　また、本実施形態の電力変換システム１では、ＰＤＭ制御部３は、電圧変換部２をＰＤＭ制御している。これにより、入力交流電圧Ｖｉがゼロになるタイミングでスイッチングするので、スイッチング損失を低減することができる。また、ＰＤＭ制御は、ＰＷＭ制御に比べて、入力電圧に対する出力電圧の利用率が高いので、同期モータ５０に印加する電圧を高くすることができる。
　また、本実施形態の電力変換システム１では、非接触給電装置６から入力交流電圧Ｖｉが入力される。したがって、入力交流電圧Ｖｉの周波数（第１周波数ｆ１）は、出力交流電圧Ｖｏの周波数（第２周波数ｆ２）に比べて十分に高い。ＰＤＭ制御では、入力交流電圧Ｖｉの半周期を１パルスとして利用するので、出力電力の分解能が高くなる。これにより、同期モータ５０の制御精度がより向上する。
　また、電圧変換部２は、複数の双方向スイッチとしてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有するマトリクスコンバータで構成されている。これにより、電圧変換部２は、直接的にＡＣ／ＡＣ変換を行うことができるので、電解コンデンサの省略が可能となる。したがって、電解コンデンサによる電力変換システム１の寿命の低下が抑制される。言い換えれば、電力変換システム１の高寿命化を図ることができる。
　（４）電圧変換回路の制御方法
　電力変換システム１と同様の機能は、電圧変換部２（以降、電圧変換回路２ともいう）の制御方法でも実現可能である。
　次に、電圧変換部２の制御方法について説明する。本実施形態に係る制御方法は、制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂに基づいて第１周波数ｆ１の入力交流電圧Ｖｉを、第１周波数ｆ１よりも低い第２周波数ｆ２の出力交流電圧Ｖｏに変換して負荷５に出力する電圧変換回路２を制御する方法である。図７に示すように、電圧変換回路２の制御方法は、ＰＤＭ制御ステップＳｔ１、及びフィードバック制御ステップＳｔ２を有している。
　ＰＤＭ制御ステップＳｔ１では、出力交流電圧Ｖｏの出力電圧指令値をパルス密度変調したＰＤＭ信号（変調信号）を生成し、ＰＤＭ信号、入力交流電圧Ｖｉの出力極性、及び出力電圧指令値の極性に基づいて制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂを生成する。つまり、ＰＤＭ制御ステップＳｔ１では、制御信号Ｓ１ａ～Ｓ６ｂを電圧変換回路２に出力することにより、電圧変換回路２をＰＤＭ制御する。
　フィードバック制御ステップＳｔ２では、負荷５に供給される出力電流値、及び負荷５の状態に基づいた出力電圧指令値を生成する。つまり、フィードバック制御ステップＳｔ２では、電圧変換回路２の出力電流値、及び負荷５の状態（本実施形態では、同期モータ５０の回転速度ω、回転位置θ）に基づいた出力電圧指令値を生成するフィードバック制御を行う。
　本実施形態に係る電圧変換回路２の制御方法においても、電圧変換回路２の出力制御の精度が向上する。結果的に、電圧変換回路２の制御方法では、電圧変換回路２の出力電力が供給される負荷５である同期モータ５０の制御精度が向上する。
　電圧変換回路２の制御方法は、コンピュータシステムがプログラムを実行することにより実現可能である。
　電力変換システム１では、ＰＤＭ制御部３、及びフィードバック制御部４等に、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、ＰＤＭ制御部３、フィードバック制御部４等の機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１ないし複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。また、ＰＤＭ制御部３とフィードバック制御部４とは、別々のチップで構成されていてもよいし、１つのチップに集約されていてもよい。
　（５）変形例
　上記実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎず、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態に係る電力変換システム１の変形例について列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
　上述した例では、電圧変換部２は、複数の双方向スイッチとしてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有するマトリクスコンバータで構成されていたが、これに限らない。電圧変換部２は、整流回路と、複数の単方向スイッチを有するインバータ回路と、を備えるインダイレクト型のマトリクスコンバータで構成されていてもよい。
　上述した例では、負荷５である同期モータ５０は、回転駆動式のモータであったが、リニア駆動（直動駆動）式のモータであってもよい。
　また、上述した例では、非接触給電装置６から非接触給電により電圧変換部２に入力交流電圧Ｖｉが入力されているが、これに限らない。電圧変換部２には、非接触給電装置６とは異なる電源装置から接触給電により入力交流電圧Ｖｉが入力されてもよい。また、受電コイルＬ２に発生した交流電圧の周波数を変換することにより、入力交流電圧Ｖｉを生成するように構成されていてもよい。
　また、負荷５は、同期モータ５０に限らず、例えば、電磁調理器であってもよい。この場合、電圧変換部２は、出力交流電圧Ｖｏを電磁調理器のインダクタに出力する。また、フィードバック制御部４は、電磁調理器の温度、具体的には電磁調理器に載せられた調理器具の温度を、負荷５の状態として、出力電圧指令値を生成する。
　また、出力交流電圧Ｖｏは、三相に限らず、単相であってもよい。
　（６）まとめ
　第１態様に係る電力変換システム（１）は、第１周波数（ｆ１）の入力交流電圧（Ｖｉ）を、第１周波数（ｆ１）よりも低い第２周波数（ｆ２）の出力交流電圧（Ｖｏ）に変換する。電力変換システム（１）は、電圧変換部（２）と、ＰＤＭ制御部（３）と、フィードバック制御部（４）と、を備える。電圧変換部（２）は、制御信号（Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ）に基づいて入力交流電圧（Ｖｉ）を出力交流電圧（Ｖｏ）に変換して負荷（５）に出力する。ＰＤＭ制御部（３）は、出力交流電圧（Ｖｏ）の出力電圧指令値をパルス密度変調した変調信号（ＰＤＭ信号）を生成し、変調信号、入力交流電圧（Ｖｉ）の極性、及び出力電圧指令値の極性に基づいて制御信号（Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ）を生成して電圧変換部（２）に出力する。フィードバック制御部（４）は、電圧変換部（２）の出力電流値及び負荷（５）の状態に基づいた出力電圧指令値を生成し、ＰＤＭ制御部（３）に出力する。
　この態様によれば、フィードバック制御部（４）は、電圧変換部（２）の出力電流値及び負荷（５）の状態をフィードバック制御することにより出力電圧指令値を生成している。これにより、電力変換システム（１）では、電圧変換部（２）の出力制御の精度が向上する。
　第２態様に係る電力変換システム（１）では、第１態様において、ＰＤＭ制御部（３）は、入力交流電圧（Ｖｉ）がゼロになるタイミングに同期して変調信号（ＰＤＭ信号）を生成する。
　この態様によれば、入力交流電圧（Ｖｉ）がゼロになるタイミングに同期して電圧変換部（２）を動作させることができ、電力損失を抑制することができる。
　第３態様に係る電力変換システム（１）では、第１又は第２態様において、フィードバック制御部（４）は、ベクトル制御により出力電圧指令値を生成する。
　この態様によれば、出力電圧指令値の精度が向上する。
　第４態様に係る電力変換システム（１）では、第１～第３態様のいずれかにおいて、入力交流電圧（Ｖｉ）は、単相である。出力交流電圧（Ｖｏ）は、三相である。
　この態様によれば、三相の出力交流電圧（Ｖｏ）を負荷（５）に供給することができる。
　第５態様に係る電力変換システム（１）では、第１～第４態様のいずれかにおいて、負荷（５）は、同期モータ（５０）である。
　この態様によれば、同期モータ（５０）の制御精度の向上を図ることができる。
　第６態様に係る電力変換システム（１）では、第１～第５態様のいずれかにおいて、非接触給電により入力交流電圧（Ｖｉ）が入力される。
　この態様によれば、入力交流電圧（Ｖｉ）の周波数が相対的に高くなり、ＰＤＭ制御部（３）によるパルス密度変調の精度が向上する。
　第７態様に係る電力変換システム（１）では、第１～第６態様のいずれかにおいて、電圧変換部（２）は、複数の双方向スイッチ（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６）を有するマトリクスコンバータである。
　この態様によれば、電圧変換部（２）に電解コンデンサの省略が可能となり、電力変換システム（１）の寿命の低下を抑制することができる。
　第８態様に係る電力変換システム（１）では、第１～第７態様のいずれかにおいて、第１周波数（ｆ１）の桁数は、第２周波数（ｆ２）の桁数よりも３桁以上大きい。
　この態様によれば、出力交流電圧（Ｖｏ）の分解能を高くすることができる。
　第９態様に係る電圧変換回路（２）の制御方法は、制御信号（Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ）に基づいて第１周波数（ｆ１）の入力交流電圧（Ｖｉ）を、第１周波数（ｆ１）よりも低い第２周波数（ｆ２）の出力交流電圧（Ｖｏ）に変換して負荷（５）に出力する電圧変換回路（２）を制御する方法である。電圧変換回路（２）の制御方法は、ＰＤＭ制御ステップ（Ｓｔ１）と、フィードバック制御ステップ（Ｓｔ２）と、を有する。ＰＤＭ制御ステップ（Ｓｔ１）では、出力交流電圧（Ｖｏ）の出力電圧指令値をパルス密度変調した変調信号（ＰＤＭ信号）を生成し、変調信号、入力交流電圧（Ｖｉ）の極性、及び出力電圧指令値の極性に基づいて制御信号（Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ）を生成する。フィードバック制御ステップ（Ｓｔ２）では、負荷（５）に供給される出力電流値及び負荷（５）の状態に基づいた出力電圧指令値を生成する。
　この態様によれば、フィードバック制御ステップ（Ｓｔ２）において、電圧変換回路（２）の出力電流値及び負荷（５）の状態をフィードバック制御することにより出力電圧指令値が生成される。これにより、電圧変換回路（２）の制御方法では、電圧変換回路（２）の出力制御の精度が向上する。
１　電力変換システム
２　電圧変換部（電圧変換回路）
３　ＰＤＭ制御部
４　フィードバック制御部
５　負荷
５０　同期モータ
Ｖｉ　入力交流電圧
Ｖｏ　出力交流電圧
ｆ１　第１周波数
ｆ２　第２周波数
Ｓ１ａ～Ｓ６ｂ　制御信号
Ｑ１～Ｑ６　スイッチング素子（双方向スイッチ）
Ｓｔ１　ＰＤＭ制御ステップ
Ｓｔ２　フィードバック制御ステップ
 

Claims (9)

  1. 　第１周波数の入力交流電圧を、前記第１周波数よりも低い第２周波数の出力交流電圧に変換する電力変換システムであって、
    　制御信号に基づいて前記入力交流電圧を前記出力交流電圧に変換して負荷に出力する電圧変換部と、
    　前記出力交流電圧の出力電圧指令値をパルス密度変調した変調信号を生成し、前記変調信号、前記入力交流電圧の極性、及び前記出力電圧指令値の極性に基づいて前記制御信号を生成して前記電圧変換部に出力するＰＤＭ制御部と、
    　前記電圧変換部の出力電流値及び前記負荷の状態に基づいた前記出力電圧指令値を生成し、前記ＰＤＭ制御部に出力するフィードバック制御部と、を備える、
    　電力変換システム。
  2. 　前記ＰＤＭ制御部は、前記入力交流電圧がゼロになるタイミングに同期して前記変調信号を生成する
    　請求項１記載の電力変換システム。
  3. 　前記フィードバック制御部は、ベクトル制御により前記出力電圧指令値を生成する、
    　請求項１又は２に記載の電力変換システム。
  4. 　前記入力交流電圧は、単相であり、
    　前記出力交流電圧は、三相である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  5. 　前記負荷は、同期モータである、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  6. 　非接触給電により前記入力交流電圧が入力される、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  7. 　前記電圧変換部は、複数の双方向スイッチを有するマトリクスコンバータである、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  8. 　前記第１周波数の桁数は、前記第２周波数の桁数よりも３桁以上大きい、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換システム。
  9. 　制御信号に基づいて第１周波数の入力交流電圧を、前記第１周波数よりも低い第２周波数の出力交流電圧に変換して負荷に出力する電圧変換回路の制御方法であって、
    　前記出力交流電圧の出力電圧指令値をパルス密度変調した変調信号を生成し、前記変調信号、前記入力交流電圧の極性、及び前記出力電圧指令値の極性に基づいて前記制御信号を生成するＰＤＭ制御ステップと、
    　前記負荷に供給される出力電流値及び前記負荷の状態に基づいた前記出力電圧指令値を生成するフィードバック制御ステップと、を有する
    　電力変換回路の制御方法。
     
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112600454B (zh) * 2020-12-21 2022-03-11 东南大学 一种电流源输入高频隔离矩阵变换器及其调控方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0538143A (ja) * 1991-08-01 1993-02-12 Mitsubishi Electric Corp サイクロコンバータの制御装置
JP2004104973A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Toshiba Corp インバータ制御装置
JP5996531B2 (ja) * 2011-11-22 2016-09-21 パナソニック株式会社 交流変換回路

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140369529A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 Avnera Corporation Switched-Mode Audio Amplifier Employing Power-Supply Audio- Modulation
JP2015012729A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 株式会社安川電機 マトリクスコンバータ
JP2016119822A (ja) * 2014-12-24 2016-06-30 株式会社安川電機 電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法
DK3360243T3 (en) * 2015-10-05 2021-03-22 Heliox B V A bidirectional power converter
WO2020100225A1 (ja) * 2018-11-14 2020-05-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0538143A (ja) * 1991-08-01 1993-02-12 Mitsubishi Electric Corp サイクロコンバータの制御装置
JP2004104973A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Toshiba Corp インバータ制御装置
JP5996531B2 (ja) * 2011-11-22 2016-09-21 パナソニック株式会社 交流変換回路

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