特開 2023-124720 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023124720

(43)【公開日】2023-09-06

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230830BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022028661

(22)【出願日】2022-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100198568

【弁理士】

【氏名又は名称】君塚 絵美

(72)【発明者】

【氏名】中島 悠貴

(72)【発明者】

【氏名】中村 将之

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA01

5H770AA05

5H770BA03

5H770DA03

5H770EA02

5H770EA03

5H770EA04

5H770GA19

5H770JA11W

5H770JA13W

5H770KA01W

(57)【要約】

【課題】高調波電流を低減し、交流モータで発生する損失を低減することができるとともに、パルスモードを切り替える制御が複雑にならず、出力トルクの変動を抑える。
【解決手段】電力変換装置１００は、変調率αに応じてパルスモードを選択し、パルスモードと角周波数とから、キャリアとキャリアの波高値とを出力し、変調率が上昇する間において、（９＋６（ｋ－１））パルスモード（ｋは１以上の整数）を選択した後に７パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、変調率が下降する間に７パルスモードを選択した後に（９＋６（ｋ－１））パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、７パルスモードの波形は、１２０度の位相の前と後ろそれぞれにＯＦＦ信号を発生させ、位相が１８０度から３６０度までの波形は、位相が０度から１８０度までの波形において、ＯＮ信号とＯＦＦ信号とを入れ替えた波形である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルス幅変調に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
少なくともトルク指令を用いて電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令から電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令から変調率を計算する変調率計算部と、
前記電圧指令から出力電圧の電圧位相及び角周波数を算出する電圧位相・角周波数算出部と、
前記変調率と、前記電圧位相及び前記角周波数とから、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備え、
前記ＰＷＭ信号生成部は、
前記変調率と、前記角周波数とを用いて、前記出力電圧の１周期を構成するパルス数であるパルスモードを変更し、前記パルスモードに応じてキャリア周波数を変更し、キャリアを生成するキャリア生成部と、
前記変調率と、前記電圧位相とを用いて、変調波割合算出テーブルを参照することで、変調波を算出する変調波生成部と、
前記キャリアと、前記変調波とを比較し、比較結果に応じて、前記ＰＷＭ信号を電力変換器へ出力する比較器とを備え、
前記キャリア生成部は、
前記変調率に応じて、高調波電流が最低となる前記パルスモードを選択するパルスモード選択器と、
前記パルスモードと前記角周波数とから、前記キャリアと前記キャリアの波高値とを出力するキャリア生成器とを備え、
前記パルスモード選択器は、前記変調率が上昇する間において、（９＋６（ｋ－１））パルスモード（ｋは１以上の整数）を選択した後に７パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、前記変調率が下降する間に７パルスモードを選択した後に前記（９＋６（ｋ－１））パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、
前記７パルスモードの波形は、１パルスモードにおいて位相が３０度から２１０度の間でＯＮ信号を発生させる波形において、３０度の位相の前にＯＮ信号を発生させ、３０度の位相の後ろにＯＦＦ信号を発生させ、１２０度の位相の前と後ろそれぞれにＯＦＦ信号を発生させ、位相が１８０度から３６０度までの波形は、位相が０度から１８０度までの波形において、ＯＮ信号とＯＦＦ信号とを入れ替えた波形であることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記変調波生成部は、
前記変調率に対する、高調波電流が最低となるパルス幅と、前記パルス幅を出力するための変調波の、前記キャリアの波高値に対する割合とを予め対応付けて記憶し、前記変調率計算部によって計算された前記変調率を、前記キャリアの波高値に対する割合に変換する前記変調波割合算出テーブルと、
前記変調波割合算出テーブルによって変換された前記割合と、前記キャリア生成部で生成された前記キャリアの波高値とから前記変調波を算出する変調波算出器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチング素子をパルス幅変調に基づくスイッチングにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気車用の誘導電動機を駆動する電力変換装置の制御方法として、車両が低速で走行している際には、非同期制御を行い、車両が高速で走行している際には、同期制御を行うという方法が用いられることが多い。

【0003】

図７は一般的な電力変換装置の構成例を示す図である。図７に示すように、電力変換装置９０は、リアクトル３と、コンデンサ４と、電力変換器５と、電流検出器６と、電流指令生成部１１と、電圧指令生成部１２と、電圧位相・角周波数計算部１４と、ＰＷＭ信号生成部２５とを備える。

【0004】

電力変換器５は、直流電源２を用いて交流モータ１を駆動するために、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換する。具体的には、電力変換器５はスイッチング素子を備えており、スイッチング素子をスイッチングすることにより、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換して、交流モータ１に供給する。電力変換器５のスイッチングとしては、キャリアと制御指令との比較に応じて、パルス幅が異なるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号により、スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるように制御するＰＷＭ方式で制御を行う方法がある。

【0005】

電流指令生成部１１は、少なくともトルク指令を用いて電流指令を生成する。

【0006】

電圧指令生成部１２は、電流指令生成部１１で生成された電流指令から電圧指令を生成する。具体的には、電圧指令生成部１２は、電流指令生成部１１からの電流指令と電流検出器６からの電流値との偏差を用いて、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令を生成する。

【0007】

電圧位相・角周波数計算部１４は電圧指令生成部１２からの電圧指令を用いて電力変換器５から出力する電圧位相及び角周波数を計算する。

【0008】

ＰＷＭ信号生成部２５は電圧指令生成部１２で生成された電圧指令と、電圧位相・角周波数計算部１４で計算された電圧位相及び角周波数とを用いて、三角波などのキャリアを用いて、ＰＷＭ信号を生成する。

【0009】

電力変換器５は、ＰＷＭ信号生成部２５で生成されたＰＷＭ信号を用いて、スイッチング素子をスイッチングすることにより、直流電力を交流電力に変換して、交流モータ１に出力する。

【0010】

一般的に、電力変換器５から出力される交流電力の出力電圧の周波数が閾値を超えると、非同期制御から９パルス、１５パルス等の同期制御に切り替えられる。その後、例えば、交流電力を出力する交流モータ１を有する電気車の速度が上がることによって、電圧指令が上昇していくと、図８に示すように、変調波（図８の破線）の振幅がキャリア（図８の実線）の振幅を超える過変調状態となる。過変調状態では、パルスに欠損が生じ最終的に１パルスモードとなる。１パルスモードとは、一周期分の出力電圧が一つのパルスで生成されている状態のことである。

【0011】

電流検出器６は、交流モータ１の固定子電流を、回転する直交座標系におけるｄ軸及びｑ軸上の各成分の電流であるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑに変換して出力する。ｄ軸は、交流モータ１が誘導電動機の場合に一般的に交流モータ１の２次鎖交磁束ベクトルの方向に定義され、交流モータ１が永久磁石同期電動機の場合に一般的に該電動機の回転子の永久磁石のＮ極方向に定義される。

【0012】

しかし、上述した技術では、図８に示すように、変調波の振幅がキャリアの振幅を超える過変調状態となる領域で、高調波電流による交流モータ１での損失が大きくなることがある。

【0013】

そこで、特許文献１に記載された発明は、あらかじめ高調波電流を低減できるパルスパターンをテーブル化しておき、変調率に応じてパルスモードを９パルスモード、７パルスモード（Ｐ７パルスモード）、５パルスモード（Ｎ５パルスモード）、３パルスモード（Ｎ３パルスモード）と切り替えることで、過変調状態となる領域での高調波電流の低減を行っている。なお、７パルスモード、５パルスモード、及び３パルスモードとは、１周期分の出力電圧が、それぞれ７つ、５つ、及び３つのパルスで生成されている状態である。すなわち、パルスモードとは、出力電圧の１周期を構成するパルス数である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２０２０－１３７３８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、パルスモード毎にキャリアの位相が異なるため、パルスモードを切り替える際にキャリア周波数を変更する必要がある。これにより、電動機から出力されるトルクに変動が生じる可能性がある。また、キャリア周波数を複数回、変更するため、制御が複雑になる。

【0016】

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、高調波電流を低減し、交流モータで発生する損失を低減することができるとともに、パルスモードを切り替える制御が複雑にならず、出力トルクの変動を抑えることができる電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、パルス幅変調に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、少なくともトルク指令を用いて電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令から電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令から変調率を計算する変調率計算部と、前記電圧指令から出力電圧の電圧位相及び角周波数を算出する電圧位相・角周波数算出部と、前記変調率と、前記電圧位相及び前記角周波数とから、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備え、前記ＰＷＭ信号生成部は、前記変調率と、前記角周波数とを用いて、前記出力電圧の１周期を構成するパルス数であるパルスモードを変更し、前記パルスモードに応じてキャリア周波数を変更し、キャリアを生成するキャリア生成部と、前記変調率と、前記電圧位相とを用いて、変調波割合算出テーブルを参照することで、変調波を算出する変調波生成部と、前記キャリアと、前記変調波とを比較し、比較結果に応じて、前記ＰＷＭ信号を電力変換器へ出力する比較器とを備え、前記キャリア生成部は、前記変調率に応じて、高調波電流が最低となる前記パルスモードを選択するパルスモード選択器と、前記パルスモードと前記角周波数とから、前記キャリアと前記キャリアの波高値とを出力するキャリア生成器とを備え、前記パルスモード選択器は、前記変調率が上昇する間において、（９＋６（ｋ－１））パルスモード（ｋは１以上の整数）を選択した後に７パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、前記変調率が下降する間に７パルスモードを選択した後に前記（９＋６（ｋ－１））パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、前記７パルスモードの波形は、１パルスモードにおいて位相が３０度から２１０度の間でＯＮ信号を発生させる波形において、３０度の位相の前にＯＮ信号を発生させ、３０度の位相の後ろにＯＦＦ信号を発生させ、１２０度の位相の前と後ろそれぞれにＯＦＦ信号を発生させ、位相が１８０度から３６０度までの波形は、位相が０度から１８０度までの波形において、ＯＮ信号とＯＦＦ信号とを入れ替えた波形であることを特徴とする。

【0018】

さらに、本発明に係る電力変換装置制御装置において、前記変調波生成部は、前記変調率に対する、高調波電流が最低となるパルス幅と、前記パルス幅を出力するための変調波の、前記キャリアの波高値に対する割合とを予め対応付けて記憶し、前記変調率計算部によって計算された前記変調波を、前記キャリアの波高値に対する割合に変換する前記変調波割合算出テーブルと、前記変調波割合算出テーブルによって変換された前記割合と、前記キャリア生成部で生成された前記キャリアの波高値とから前記変調波を算出する変調波算出器と、をさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、過変調状態となる領域における高調波電流を低減することで、交流モータで発生する損失を低減することができるとともに、制御を簡素化しながらパルスモードを切り替えるときの出力トルクの変動を少なくすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。

【図2】図１に示すＰＷＭ信号生成部の構成例の概略を示す図である。

【図3】図２に示すキャリア生成部の構成例を示す図である。

【図4】図２に示す変調波生成部の構成例を示す図である。

【図5】中性点から見た、ＮＰ７パルスモードにおける相電圧波形の一例を示す図である。

【図6】従来技術における高調波電流と、本実施形態における高調波電流とを比較した図である。

【図7】一般的な電力変換装置の構成例を示す図である。

【図8】９パルスモードにおける過変調状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の一実施形態の電力変換装置１００について、図面を参照しながら説明する。なお、図７を参照して説明した電力変換装置９０が備える機能部と同一の機能部については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、本実施形態の電力変換装置１００は、キャリアとして、傾きが一定である三角波を用い、キャリアの波高値を変更することで、キャリア周波数を変更できるものとする。また、本実施形態の電力変換装置１００が非同期制御から同期制御へ切り替えた際の同期制御のパルスモードは９パルスモードとして説明を行う。

【0022】

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の構成例を示した図である。

【0023】

図１に示すように、電力変換装置１００は、リアクトル３と、コンデンサ４と、電力変換器５と、電流検出器６と、電流指令生成部１１と、電圧指令生成部１２と、変調率計算部１３と、電圧位相・角周波数計算部１４と、ＰＷＭ信号生成部１５とを備える。電力変換装置１００は、パルス幅変調に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を交流電力に変換する。本実施形態の電力変換装置１００は、図７に示す従来の電力変換装置９０におけるＰＷＭ信号生成部２５の代わりにＰＷＭ信号生成部１５を備え、さらに、電圧指令生成部１２とＰＷＭ信号生成部１５との間に変調率計算部１３を備える。

【0024】

変調率計算部１３は、電圧指令生成部１２で生成された電圧指令から変調率αを計算する。ここで、変調率αは１パルスモードでの出力可能電圧を１とした場合の電圧指令から算出される出力電圧の割合である。

【0025】

電圧位相・角周波数算出部１４は、電圧指令生成部１２で生成された電圧指令から電圧位相及び角周波数を算出する。

【0026】

ＰＷＭ信号生成部１５は、変調率計算部１３で計算された変調率αと、電圧位相・角周波数算出部１４で算出された電圧位相及び角周波数とからＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号生成部１５は、ＰＷＭ信号を電力変換器５へ出力する。

【0027】

図２はＰＷＭ信号生成部１５の構成例の概略を示した図である。

【0028】

ＰＷＭ信号生成部１５は、キャリア生成部１５１と、変調波生成部１５２と、比較器１５３とを備える。

【0029】

キャリア生成部１５１は、変調率計算部１３で計算された変調率αと、電圧位相・角周波数算出部で生成された角周波数とを用いて、出力電圧の１周期を構成するパルス数であるパルスモードを変更し、パルスモードに応じてキャリア周波数を変更し、キャリアを生成する。キャリア生成部１５１は、キャリアを比較器１５３へ出力する。

【0030】

変調波生成部１５２は、変調率計算部１３で計算された変調率αと、電圧位相・角周波数算出部１４で算出された電圧位相とを用いて、変調波割合算出テーブルを参照することで、変調波を算出する。変調波生成部１５２は、変調波を比較器１５３へ出力する。

【0031】

比較器１５３は、キャリア生成部１５１で生成されたキャリアと、変調波生成部１５２で生成された変調波とを比較し、比較結果に応じて、ＰＷＭ信号を電力変換器５へ出力する。

【0032】

図３はキャリア生成部１５１の一例を示した図である。

【0033】

キャリア生成部１５１は、パルスモード選択器１５４と、キャリア生成器１５５とを備える。

【0034】

パルスモード選択器１５４は、変調率計算部１３で計算された変調率αに応じて、高調波電流が最低となるパルスモードを選択する。具体的には、パルスモード選択器１５４は、変調率計算部１３で計算された変調率αに応じて、９パルス又は７パルスのパルスモードの選択を行い、選択されたパルスモードを、キャリア生成器１５５へ出力する。さらに具体的には、パルスモード選択器１５４は、変調率αが上昇する間において、９パルスモードを選択した後に７パルスモードを選択する処理のみを一回実行し、変調率αが下降する間に７パルスモードを選択した後に９パルスモードを選択する処理のみを一回実行する。なお、パルスモード選択器１５４がパルスモードを選択する具体的な方法については追って詳細な説明を行う。

【0035】

キャリア生成器１５５は、パルスモード選択器１５４で選択されたパルスモードと、電圧位相・角周波数計算部１４で計算された角周波数とから、キャリアとキャリアの波高値とを出力する。具体的には、キャリア生成器１５５は、パルスモードと角周波数とからキャリアを生成し、比較器１５３へ出力するとともに、キャリアの波高値を算出し、変調波生成部１５２へ出力する。

【0036】

図４は、変調波生成部１５２の一例を示した図である。変調波生成部１５２は、変調波割合算出テーブル１５６と、比較値算出器１５７とを備える。

【0037】

変調波割合算出テーブル１５６は、変調率αに対する、高調波電流が最低となるパルス幅を出力するための変調波の、キャリアの波高値に対する割合（図４の比較値）とを予め対応付けて記憶し、変調率計算部１３によって計算された変調率を、キャリアの波高値に対する割合に変換する。具体的には、変調波割合算出テーブル１５６は、予め、変調率計算部１３で計算される変調率αと、電圧位相・角周波数計算部１４で算出される電圧位相とに対応付けて、キャリアの波高値に対する割合を記憶している。そして、変調波割合算出テーブル１５６は、変調率計算部１３で計算される変調率αと、電圧位相・角周波数計算部１４で算出される電圧位相とを用いて、変調波の波高値の、キャリアの波高値に対する割合を算出し、変調波算出器１５７へ出力する。

【0038】

変調波算出器１５７は、変調波割合算出テーブル１５６によって変換された、変調波の波高値の、キャリアの波高値に対する割合と、キャリア生成部１５１で生成されたキャリアの波高値から変調波を算出する。変調波算出器１５７は、変調波を比較器１５３へ出力する。

【0039】

次に、パルスモード選択器１５４と変調波割合算出テーブル１５６で用いるパルスモードの切り替え点と変調波の割合の算出方法について説明を行う。

【0040】

本実施形態の電力変換装置１００が非同期制御から同期制御へ切り替えを行う際、同期制御では１周期において９つのパルスで制御を行う９パルスモードを用いることとする。そのため、本実施形態の電力変換装置１００は、高調波電流を低減するために、９パルスモードと１パルスモードの間に多パルスを導入することで高調波電流の低減を行う。

【0041】

９パルスと１パルスの間に導入が可能なパルスとして、７パルス、５パルス、３パルスが考えられる。ここでは、０ベクトルが挿入されない３パルスモード（Ｎ３パルスモード）に対して、２箇所の０ベクトルを挿入することを考える。すなわち、７パルスモードの波形は、１パルスモードにおいて位相が３０度から２１０度の間でＯＮ信号が出ている波形とするときに、３０度の位相の前にＯＮ信号を発生させ、３０度の位相の後ろにＯＦＦ信号を発生させ、１２０度の位相の前と後ろそれぞれにＯＦＦ信号を発生させ、位相が１８０度から３６０度までの波形は、位相が０度から１８０度までの波形において、ＯＮ信号とＯＦＦ信号とを入れ替えた波形である。なお、１２０度の位相の前と後ろそれぞれにＯＦＦ信号を発生させる位相は、位相１２０°を中心として位相の幅がθ_０７１となる位相であり、以降の説明において、該ＯＦＦ信号の位相の幅をθ_０７２とする。また、以降において、このように生成された７パルスモードをＮＰ７パルスモードとして説明を行う。

【0042】

図５は中性点における、ＮＰ７パルスモードでの相電圧波形の一例を示した図である。ＮＰ７パルスモードにおいて、図５に示すような、θ_０７１及びθ_０７２、並びに３０度の位相の前に発生させるＯＮ信号の位相の幅であるθ_０７０の３つの位相（パルス幅）を変化させることで、高調波電流が最低となるパルス幅の組み合わせを求める。なお、ＮＰ７パルスモードのθ_０７２が０となったときの波形はＮ３パルスモードとなる。

【0043】

まず、図５のような相電圧波形から、変数となるパルス幅θ_７００、θ_０７１、及びθ_０７２を変化させることで、高調波電流の算出を行う。

【0044】

具体的には、図５に示す相電圧波形をＵ相の電圧波形ｖ_ｕとし、Ｕ相の電圧波形ｖ_ｕから１２０度遅らせた波形をＶ相の電圧波形ｖ_ｖ、Ｕ相の電圧波形ｖ_ｕから２４０度遅らせた波形をＷ相の電圧波形ｖ_ｗとして、式（１）を用いて３相合成波ｖを作成する。

【0045】

【数1】

【0046】

３相合成波ｖの電圧波形をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析することで、各次の電圧の波高値が算出される。各次の電圧の波高値をそれぞれの次数で除した値の２乗和平方根を計算することで、高調波電流の大きさを算出する。このとき算出される高調波電流の大きさは、１パルスモードの高調波電流の大きさを１とした割合で算出される。このとき、変調率αの導出も行う。そして、上述したパルス幅θ_７００、θ_０７１、及びθ_０７２を変化させることで、算出された変調率αにおいて高調波電流が最低値となるパルス幅θ_７００、θ_０７１、及びθ_０７２が導出される。

【0047】

図６に示す実線は、本実施形態の電力変換装置１００における、変調率αに応じた高調波電流値を示している。また、図６に示す破線は、従来技術（具体的には、特許文献１に記載された技術）における電力変換装置９０がパルスモードを変更したときの高調波電流値の変化を示している。図６において、変調率αが０．７未満から０.７以上になったときに９パルスモードからＮＰ７パルスモードに切り替えられている。そして、変調率αが０.８７以上のときに、従来技術よりも高調波電流が大きくなり、０.９８にて従来技術と同等の高調波電流となっている。

【0048】

本実施形態の電力変換装置１００は、従来技術における電力変換装置９０が９パルスモードからＰ７パルスモードへの切り替えよりも８％程度低い変調率αで、９パルスモードからＮＰ７パルスモードに切り替えることで、従来の電力変換装置９０よりも高調波電流を低減することが可能である。なお、電力変換装置１００によって変換された交流電力を用いて駆動される電気車が加速する過程において、変調率αが０．８７以上且つ０.９８未満の、高調波電流が従来技術より高くなる時間は短い。このため、本実施形態では、加速過程における高調波電流が従来技術に比べて高くなる時間においても、電力変換装置１００は、ＮＰ７パルスモードを用い続けることにより、切り替え制御の回数を少なくし、複雑な制御を実行することを回避することができる。

【0049】

また、上述したように、θ_０７２を０にすることによって、ＮＰ７パルスモードはＮ３パルスモードとなる。そのため、本実施形態の電力変換装置１００は、キャリアを変更せず、変調波のみを変更することでパルスモードを切り替えることが可能であり、複雑な制御を要さずに連続的に切り替えることが可能である。

【0050】

以上のことを踏まえると、本実施形態の電力変換装置１００は、９パルスモードからＮＰ７パルスモードに切り替え、その後、変調率αに応じて連続的に出力が変化し、０ベクトルがなくなったところで、Ｎ３パルスモードへ移行させるという容易な制御により、出力トルクの変動を回避又は低減しつつ、過変調状態となる領域の高調波電流を低減することができる。なお、図３に示すように、パルスモード選択器１５４には上記のように導出されたパルスモードの切り替え点（９パルスからＮＰ７パルスモード、ＮＰ７パルスモードから９パルスモード）が設定されている。また、図４に示すように、図４の変調波割合算出テーブル１５６には、高調波電流が最低となったパルス幅を示す情報が設定されている。

【0051】

なお、上述した実施形態では、９パルスモードと１パルスモードとの間にＮＰ７パルスモードを導入する例について、説明してきたが、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのワイドバンドギャップ持つ半導体素子を用いて、スイッチング損失を減らすことで、電力変換装置１００は、９パルスに限定されることなく、（９＋６（ｋ－１））パルスモード（ｋは１以上の整数）（例えば、１５パルスモード、２１パルスモード）からＮＰ７パルスモードに切り替えることで、変調率αが０．７より低い領域で高調波電流を低減することも可能である。

【0052】

以上のように、同期制御モードに移行後、過変調状態となる領域においてパルスモードを導入することで、高調波電流を低減することが可能となる。高調波電流が減ることで、交流モータで発生する損失を低減することが可能である。

【0053】

本発明を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、電力変換装置によって変換された交流電力によって駆動する電気車に有用である。

【符号の説明】

【0055】

１ 交流モータ
２ 直流電源
３ リアクトル
４ コンデンサ
５ 電力変換器
６ 電流検出器
１１ 電流指令生成部
１２ 電圧指令生成部
１３ 変調率計算部
１４ 電圧位相・角周波数算出部
１５ ＰＷＭ信号生成部
１００ 電力変換装置
１５１ キャリア生成部
１５２ 変調波生成部
１５３ 比較器
１５４ パルスモード選択器
１５５ キャリア生成器
１５６ 変調波割合算出テーブル
１５７ 変調波算出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】