特開 2024-162421 三相インバータ装置

(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】P2024162421

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】三相インバータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077909

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】516131843

【氏名又は名称】ＡＮＰ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】516091112

【氏名又は名称】神崎産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095267

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 高城郎

(74)【代理人】

【識別番号】100124176

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 典子

(74)【代理人】

【識別番号】100224269

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 佑太

(72)【発明者】

【氏名】羽田 正二

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA02

5H770AA05

5H770BA01

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA41

5H770EA11

5H770EA15

(57)【要約】

【課題】三相インバータ装置において簡易な構成により正弦波に近い出力線間電圧を得る。
【解決手段】三相インバータ装置であって、３相に対応する３つのレグを有するインバータ部と、インバータ部をオンオフ制御する制御部と、を備え、制御部は、出力する三相交流の一周期における各６０°の６つの位相期間において順次、第１相の上アームスイッチ素子と第２相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、第１相の上アームスイッチ素子と第３相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、第２相の上アームスイッチ素子と第３相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、第２相の上アームスイッチ素子と第１相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、第３相の上アームスイッチ素子と第１相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、第３相の上アームスイッチ素子と第２相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、とする制御を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流を三相交流に変換して三相誘導モータへ出力する三相インバータ装置であって、
各相毎に直列接続された上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子とを具備する３つのレグを有し、前記３つのレグの各々の両端間に直流電圧が印加されると共に直列接続された各接続点が前記三相誘導モータへの各出力端子であるインバータ部と、
各前記上アームスイッチ素子及び各前記下アームスイッチ素子をそれぞれオンオフ制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、出力する三相交流の一周期における各６０°の６つの位相期間において順次、
第１相の上アームスイッチ素子と第２相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第１相の上アームスイッチ素子と第３相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第２相の上アームスイッチ素子と第３相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第２相の上アームスイッチ素子と第１相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第３相の上アームスイッチ素子と第１相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第３相の上アームスイッチ素子と第２相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、とする制御を行う三相インバータ装置。

【請求項2】

前記直流電圧の値をＥとすると、前記出力する三相交流の線間電圧の値は、一周期における各６０°の６つの位相期間において順次、Ｅ、Ｅ／２、０、－Ｅ／２、－Ｅとなる、請求項１に記載の三相インバータ装置。

【請求項3】

前記制御部は、出力する三相交流の周波数を変更するように制御可能である、請求項１に記載の三相インバータ装置。

【請求項4】

前記制御部は、三相誘導モータの現在の回転速度よりも低い同期速度となるように三相交流の周波数を変更することによって三相誘導モータに発電させる、請求項３に記載の三相インバータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導モータを駆動する三相インバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変換する装置であるが、同装置は逆に交流電圧を直流電圧に変換することも可能である。図６は、三相インバータ回路の例を概略的に示している。ここではＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である上アームスイッチ素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５と下アームスイッチ素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６とが、各相毎にそれぞれ直列接続され、三相フルブリッジ回路を構成している。入力端子間に－Ｅ／２～Ｅ／２の直流電圧が印加される。各スイッチ素子のオンオフは、制御端に印加される所定のゲート駆動電圧ＶＧ１～ＶＧ６によりそれぞれ制御される。直列接続された各接続点が三相交流の出力端子ａ、ｂ、ｃであり、三相誘導モータＭに接続されている。

【0003】

図７は、図６の三相インバータ回路の動作波形の一例である。ａ相、ｂ相、ｃ相の各相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子は背反的にオンオフし、各相間の位相差は１２０°である。ここでは一周期（位相０～３６０°）におけるスイッチ素子の通流率は０．５としている。Ｖａｏ、Ｖｂｏ、Ｖｃｏは、各出力端子ａ、ｂ、ｃと直流電源の中点との間の出力相電圧である。Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａは、出力線間電圧である。この場合、出力相電圧Ｖａｏ、Ｖｂｏ、Ｖｃｏが－Ｅ／２とＥ／２の２つの値をとる２レベルインバータである。出力線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａは、－Ｅ、０、Ｅの３つの値を繰り返す三相交流となる。

【0004】

出力電流を正弦波に近くするために、スイッチ素子のゲート駆動電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することも周知である（特許文献１）。また、出力相電圧が３値やそれ以上の値をとる３レベルインバータやマルチレベルインバータも周知である（特許文献２）。３レベル以上のインバータ回路では、各相の上アームと下アームにスイッチ素子が２つずつ配置される方式など幾つかの方式があり、２レベルインバータに比べて複雑な回路構成となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－１０２２５７号公報

【特許文献2】特開平１０－２８５９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＰＷＭ制御を行うと出力電流は正弦波に近くなり高調波成分は低減されるがＰＷＭ制御自体のスイッチング動作により高周波ノイズが発生する。またＰＷＭ制御のための制御部の構成も複雑となる。また、３レベル以上のインバータは、出力線間電圧が正弦波に近くなるが、素子が多く回路が複雑となる。複雑な構成はコスト高となる。

【0007】

以上に鑑み本発明は、三相インバータ装置において、簡易な構成により正弦波に近い出力線間電圧を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。
［１]本発明の態様は、直流を三相交流に変換して三相誘導モータへ出力する三相インバータ装置であって、
各相毎に直列接続された上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子とを具備する３つのレグを有し、前記３つのレグの各々の両端間に直流電圧が印加されると共に直列接続された各接続点が前記三相誘導モータへの各出力端子であるインバータ部と、
各前記上アームスイッチ素子及び各前記下アームスイッチ素子をそれぞれオンオフ制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、出力する三相交流の一周期における各６０°の６つの位相期間において順次、
第１相の上アームスイッチ素子と第２相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第１相の上アームスイッチ素子と第３相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第２相の上アームスイッチ素子と第３相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第２相の上アームスイッチ素子と第１相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第３相の上アームスイッチ素子と第１相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、
第３相の上アームスイッチ素子と第２相の下アームスイッチ素子のみをオン状態、とする制御を行うものである。
［２］上記態様において、前記直流電圧の値をＥとすると、前記出力する三相交流の線間電圧の値は、一周期における各６０°の６つの位相期間において順次、Ｅ、Ｅ／２、０、－Ｅ／２、－Ｅとなる。
［３］上記態様において、前記制御部は、出力する三相交流の周波数を変更するように制御可能である。
［４］上記態様において、前記制御部は、三相誘導モータの現在の回転速度よりも低い同期速度となるように三相交流の周波数を変更することによって三相誘導モータに発電させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、三相インバータ装置において、簡易な構成により正弦波に近い出力線間電圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、三相インバータ装置とそれに接続された直流電源及び三相誘導モータとを含むシステム構成を概略的に示している。

【図2】図２は、図１の三相インバータ装置の動作波形を模式的に示した例である。

【図3】図３の表は、図２の動作波形をまとめたものである。

【図4】図４は、図１とは別のシステム構成を概略的に示している。

【図5】図５は、本発明の三相インバータ装置による一相分の実際の出力電圧波形を示している。

【図6】図６は、三相インバータ回路の例を概略的に示している。

【図7】図７は、図６の三相インバータ回路の動作波形の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、例示としての図面を参照しつつ、本発明による直流開閉器の実施形態について説明する。

【0012】

（１）三相インバータ装置の構成
図１は、三相インバータ装置１０とそれに接続された直流電源２０及び三相誘導モータ３０とを含むシステム構成を概略的に示している。直流電源２０は、正極端子２１と負極端子２２との間にＥ［Ｖ］の直流電圧を出力する。図示の例では直流電源の中点Ｏが接地されており、中点Ｏを直流側の基準電位とする。三相インバータ装置１０は、直流電源２０が出力する直流電圧を印加される。

【0013】

三相インバータ装置１０は、インバータ部１１及び制御部１２を備えている。インバータ部１１は三相フルブリッジ回路から構成されている。ａ相、ｂ相、ｃ相に対応する３つのレグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有する。レグ１１ａは、直列接続された上アームスイッチ素子Ｓ１と下アームスイッチ素子Ｓ２とを有し、その接続点がａ相の出力端子ａである。レグ１１ｂは、直列接続された上アームスイッチ素子Ｓ３と下アームスイッチ素子Ｓ４とを有し、その接続点がｂ相の出力端子ｂである。レグ１１ｃは、直列接続された上アームスイッチ素子Ｓ５と下アームスイッチ素子Ｓ６とを有し、その接続点がｃ相の出力端子ｃである。

【0014】

図示の例では各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲートである制御端に印加される制御電圧ＶＧ１～ＶＧ６によりそれぞれ駆動され、ドレインソース間の電流路の導通（オン）と非導通（オフ）を制御される。ＭＯＳＦＥＴに替えて、バイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴを用いることができるが、その場合、各スイッチ素子に、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードと同じ向きに還流ダイオードを並列接続する。ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード又は還流ダイオードは、電流が負荷側から直流電源へ戻る経路として必要である。

【0015】

直流電圧Ｅは、３つのレグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの両端間に印加される。各上アームスイッチ素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のドレインが直流電源２０の正極端子２１に、各下アームスイッチ素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６のソースが直流電源２０の負極端子２２に接続される。

【0016】

制御部１２は、インバータ部１１の各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６をオンオフするためのゲート駆動電圧ＶＧ１～ＶＧ６を生成する。図示の例では、シフトレジスタ１２ａと、ゲート駆動部１２ｂとを有する。シフトレジスタ１２ａの６個の出力端子Ｑ１～Ｑ６は、ゲート駆動部１２ｂに接続されている。出力端子Ｑ１～Ｑ２から所定の周期で順次パルス電圧が出力されることに応じて、ゲート駆動部１２ｂは、６個の出力端子の各々のゲート駆動電圧ＶＧ１～ＶＧ６のハイレベルとローレベルの切換を制御する。

【0017】

三相インバータ装置１０の三相出力端子ａ、ｂ、ｃは、誘導モータ３０の三相入力端子にそれぞれ接続される。出力端子ａ、ｂ、ｃの線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａは、同じ振幅で位相が１２０°ずつずれた波形となる。この線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａによる三相交流電流が誘導モータ３０の固定子巻線Ｒ、Ｓ、Ｔに流れることによって回転磁界が発生し、誘導モータ３０の回転子（図示せず）が所定の滑りｓを伴って回転する。図示の例では、固定子巻線Ｒ、Ｓ、Ｔは、Ｙ結線されている。

【0018】

図２は、図１の三相インバータ装置１０の動作波形を模式的に示した例である。シフトレジスタ１２ａの６個の出力端子Ｑ１～Ｑ６は、三相インバータ装置１０の出力周波数ｆの一周期（位相０～３６０°）に相当する期間に、位相６０°毎に順次１つのパルスを発生する。これらのパルスがゲート駆動部１２ｂに順次入力される。これにより、ゲート駆動部１２ｂは、各６０°の６つの位相期間において以下の第１～第６の動作モードが順次実行されるように、ゲート駆動電圧ＶＧ１～ＶＧ６を発生する。これが各周期において繰り返される。

【0019】

第１のモード（位相０°～６０°の期間）において、ゲート駆動部１２ｂに端子Ｑ１からのパルスが入力されると、ゲート駆動部１２ｂは、ゲート駆動電圧ＶＧ１及びＶＧ４をハイレベルとし、それ以外のゲート駆動電圧はローレベルとする。第１のモードでは、ａ相レグの上アームスイッチ素子Ｓ１とｂ相レグの下アームスイッチ素子Ｓ４のみがオン状態であり、他のスイッチ素子はオフ状態である。

【0020】

第２のモード（位相６０°～１２０°の期間）において、ゲート駆動部１２ｂに端子Ｑ２からのパルスが入力されると、ゲート駆動部１２ｂは、ゲート駆動電圧ＶＧ１及びＶＧ６をハイレベルとし、それ以外のゲート駆動電圧はローレベルとする。第２のモードでは、ａ相レグの上アームスイッチ素子Ｓ１とｃ相レグの下アームスイッチ素子Ｓ６のみがオン状態であり、他のスイッチ素子はオフ状態である。

【0021】

第３のモード（位相１２０°～１８０°の期間）において、ゲート駆動部１２ｂに端子Ｑ３からのパルスが入力されると、ゲート駆動部１２ｂは、ゲート駆動電圧ＶＧ３及びＶＧ６をハイレベルとし、それ以外のゲート駆動電圧はローレベルとする。第３のモードでは、ｂ相レグの上アームスイッチ素子Ｓ３とｃ相レグの下アームスイッチ素子Ｓ６のみがオン状態となり、他のスイッチ素子はオフ状態である。

【0022】

第４のモード（位相１８０°～２４０°の期間）において、ゲート駆動部１２ｂに端子Ｑ４からのパルスが入力されると、ゲート駆動部１２ｂは、ゲート駆動電圧ＶＧ３及びＶＧ２をハイレベルとし、それ以外のゲート駆動電圧はローレベルとする。第４のモードでは、ｂ相レグの上アームスイッチ素子Ｓ３とａ相レグの下アームスイッチ素子Ｓ２のみがオン状態となり、他のスイッチ素子はオフ状態である。

【0023】

第５のモード（位相２４０°～３００°の期間）において、ゲート駆動部１２ｂに端子Ｑ５からのパルスが入力されると、ゲート駆動部１２ｂは、ゲート駆動電圧ＶＧ５及びＶＧ２をハイレベルとし、それ以外のゲート駆動電圧はローレベルとする。第５のモードでは、ｃ相レグの上アームスイッチ素子Ｓ５とａ相レグの下アームスイッチ素子Ｓ２のみがオン状態となり、他のスイッチ素子はオフ状態である。

【0024】

第６のモード（位相３００°～３６０°の期間）において、ゲート駆動部１２ｂに端子Ｑ６からのパルスが入力されると、ゲート駆動部１２ｂは、ゲート駆動電圧ＶＧ５及びＶＧ４をハイレベルとし、それ以外のゲート駆動電圧はローレベルとする。第６のモードでは、ｃ相レグの上アームスイッチ素子Ｓ５とｂ相レグの下アームスイッチ素子Ｓ４のみがオン状態となり、他のスイッチ素子はオフ状態である。

【0025】

３相フルブリッジ回路においては、ａ相、ｂ相、ｃ相の各レグにおける上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子は同時にオン状態となることはない。上記の各動作モードにおいては、１つのレグの上アームスイッチ素子と別のレグの下アームスイッチ素子の２つのスイッチ素子のみが同時にオン状態となり、それら以外の全てのスイッチ素子はいずれもオフ状態である。

【0026】

そして、上アームスイッチ素子がオン状態で下アームスイッチ素子がオフ状態であるレグにおける出力端子と中点Ｏの間の出力相電圧はＥ／２［Ｖ］となる。上アームスイッチ素子がオフ状態で下アームスイッチ素子がオン状態であるレグにおける出力端子と中点Ｏの間の出力相電圧は－Ｅ／２［Ｖ］となる。上下アームのスイッチ素子のいずれもオフ状態であるレグにおける出力端子と中点Ｏの間の出力相電圧は０［Ｖ］となる。

【0027】

第１モードでは、出力端子ａの相電圧ＶａｏはＥ／２［Ｖ］、出力端子ｂの相電圧Ｖｂｏは－Ｅ／２［Ｖ］、出力端子ｃの相電圧Ｖｃｏは０［Ｖ］となる。よって、線間電圧ＶａｂはＥ［Ｖ］、線間電圧Ｖｂｃは－Ｅ／２[Ｖ]、線間電圧Ｖｃａは－Ｅ／２［Ｖ］となる。

【0028】

第２モードでは、出力端子ａの相電圧ＶａｏはＥ／２［Ｖ］、出力端子ｂの相電圧Ｖｂｏは０［Ｖ］、出力端子ｃの相電圧Ｖｃｏは－Ｅ／２［Ｖ］となる。よって、線間電圧ＶａｂはＥ／２［Ｖ］、線間電圧ＶｂｃはＥ／２[Ｖ]、線間電圧Ｖｃａは－Ｅ［Ｖ］となる。

【0029】

第３モードでは、出力端子ａの相電圧Ｖａｏは０［Ｖ］、出力端子ｂの相電圧ＶｂｏはＥ／２［Ｖ］、出力端子ｃの相電圧Ｖｃｏは－Ｅ／２［Ｖ］となる。よって、線間電圧Ｖａｂは－Ｅ／２［Ｖ］、線間電圧ＶｂｃはＥ[Ｖ]、線間電圧Ｖｃａは－Ｅ／２［Ｖ］となる。

【0030】

第４モードでは、出力端子ａの相電圧Ｖａｏは－Ｅ／２［Ｖ］、出力端子ｂの相電圧ＶｂｏはＥ／２［Ｖ］、出力端子ｃの相電圧Ｖｃｏは０［Ｖ］となる。よって、線間電圧Ｖａｂは－Ｅ［Ｖ］、線間電圧ＶｂｃはＥ／２[Ｖ]、線間電圧ＶｃａはＥ／２［Ｖ］となる。

【0031】

第５モードでは、出力端子ａの相電圧Ｖａｏは－Ｅ／２［Ｖ］、出力端子ｂの相電圧Ｖｂｏは０［Ｖ］、出力端子ｃの相電圧ＶｃｏはＥ／２［Ｖ］となる。よって、線間電圧Ｖａｂは－Ｅ／２［Ｖ］、線間電圧Ｖｂｃは－Ｅ／２[Ｖ]、線間電圧ＶｃａはＥ［Ｖ］となる。

【0032】

第６モードでは、出力端子ａの相電圧Ｖａｏは０［Ｖ］、出力端子ｂの相電圧Ｖｂｏは－Ｅ／２［Ｖ］、出力端子ｃの相電圧ＶｃｏはＥ／２［Ｖ］となる。よって、線間電圧ＶａｂはＥ／２［Ｖ］、線間電圧Ｖｂｃは－Ｅ[Ｖ]、線間電圧ＶｃａはＥ／２［Ｖ］となる。

【0033】

図３の表は、図２の動作をまとめたものである。三相インバータ装置１０は、出力相電圧Ｖａｏ、Ｖｂｏ、Ｖｃｏが、－Ｅ／２と０とＥ／２の３つの値をとる３レベルインバータである。また、出力線間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａは、－Ｅ、－Ｅ／２、０、Ｅ／２、Ｅの５つの値を繰り返す三相交流電圧となる。

【0034】

誘導モータ３０のＹ結線された固定子巻線Ｒ、Ｓ、Ｔに印加される電圧は以下の通りとなる。
出力線間電圧Ｖａｂの絶対値がＥのとき、固定子巻線ＲとＳは直列接続されているので、線間電圧Ｖａｂの絶対値の１／２であるＥ／２［Ｖ］が固定子巻線ＲとＳの相電圧としてそれぞれ印加される。このとき固定子巻線Ｔの両端電圧は０［Ｖ］である。
出力線間電圧Ｖｂｃの絶対値がＥのとき、固定子巻線ＳとＴは直列接続されているので、線間電圧Ｖｂｃの絶対値の１／２であるＥ／２［Ｖ］が固定子巻線ＳとＴの相電圧としてそれぞれ印加される。このとき固定子巻線Ｒの両端電圧は０［Ｖ］である。
出力線間電圧Ｖｃａの絶対値がＥのとき、固定子巻線ＴとＲは直列接続されているので、線間電圧Ｖｃａの絶対値の１／２であるＥ／２［Ｖ］が固定子巻線ＴとＲの相電圧としてそれぞれ印加される。このとき固定子巻線Ｓの両端電圧は０［Ｖ］である。

【0035】

通常の三相交流におけるＹ結線の相電圧は線間電圧の√３分の１であるが、本発明では異なり、２分の１である。

【0036】

図４は、本発明のインバータ装置１０を含む、図１とは別のシステム構成を概略的に示している。この例では、直流電源は中点を設けない１つの直流電圧Ｅ［Ｖ］で構成される。直流電源の電位基準点は任意に設定できるが、ここでは説明の便宜上、－Ｅ／２～Ｅ／２の範囲の電圧とする。図４では、誘導モータ３０の固定子巻線Ｒ、Ｓ、ＴがΔ結線されている。なお、図１の制御部１２については図示を省略している。

【0037】

図４の構成における三相インバータ装置１０の動作波形は、図２の動作波形図から出力相電圧Ｖａｏ～Ｖｃｏを削除したものと一致する。動作波形図をまとめた表についても、図３の表から出力相電圧Ｖａｏ～Ｖｃｏを削除したものと一致する。

【0038】

誘導モータ３０のΔ結線された固定子巻線Ｒ、Ｓ、Ｔに印加される電圧は以下の通りとなる。
出力線間電圧Ｖａｂの絶対値がＥのとき、固定子巻線Ｒの相電圧は線間電圧と等しいので固定子巻線ＲにＥ［Ｖ］が印加される。固定子巻線ＳとＴは直列接続されているので、線間電圧Ｖａｂの絶対値の１／２であるＥ／２［Ｖ］が固定子巻線ＳとＴにそれぞれ印加される。
出力線間電圧Ｖｂｃの絶対値がＥのとき、固定子巻線Ｓの相電圧は線間電圧と等しいので固定子巻線ＳにＥ［Ｖ］が印加される。固定子巻線ＴとＲは直列接続されているので、線間電圧Ｖｂｃの絶対値の１／２であるＥ／２［Ｖ］が固定子巻線ＴとＲにそれぞれ印加される。
出力線間電圧Ｖｃａの絶対値がＥのとき、固定子巻線Ｔの相電圧は線間電圧と等しいので固定子巻線ＴにＥ［Ｖ］が印加される。固定子巻線ＲとＳは直列接続されているので、線間電圧Ｖｃａの絶対値の１／２であるＥ／２［Ｖ］が固定子巻線ＲとＳにそれぞれ印加される。

【0039】

上述した図６及び図７に示した従来の三相インバータ回路が２レベルインバータであり３つの値の三相交流電圧を出力するのとは対照的に、本発明の三相インバータ装置１０は３レベルインバータであり５つの値の三相交流電圧を出力する。本発明の三相インバータ装置１０によれば、従来と同様の簡易な回路構成でありながら、その制御方式によって従来よりも滑らかな、より正弦波に近い出力線間電圧が得られる。このような出力電圧によって流れる出力電流もまた、より正弦波に近いものとなる。この結果、三相誘導モータ３０はより円滑に回転できることとなる。

【0040】

また、ＰＷＭ制御を行う場合のような完全な正弦波は得られないが、本発明の制御方式によれば、ＰＷＭ制御を行う場合の高周波ノイズを発生することなく、極めて簡易な回路構成で正弦波に近い交流波形が得られる。図５は、本発明の三相インバータ装置１０による一相分の実際の出力電圧波形を示している。

【0041】

三相インバータ装置１０の出力する三相交流の周波数ｆによって、誘導モータ３０の同期速度Ｎｓが決まる。回転磁界の磁極数をｐとすると同期速度Ｎｓは、以下の通りである。
Ｎｓ＝１２０ｆ／ｐ［回／毎分］
誘導モータ３０の実際の回転速度Ｎとすると、滑りｓは、ｓ＝（Ｎｓ－Ｎ）／Ｎｓで定義されるので、回転速度Ｎは、以下の通りである。
Ｎ＝（１２０ｆ／ｐ）（１－ｓ）［回／毎分］
三相誘導モータ３０の滑りｓは、電動機として機能する場合は０～１の値をとる。滑りｓは、三相誘導モータ３０の負荷の要求トルクによって決まる。

【0042】

三相インバータ装置１０の三相交流の周波数ｆは、図１のシフトレジスタ１２ａの出力パルスの周波数を変えることで広範囲に制御することができる。これにより、三相誘導モータ３０の同期速度Ｎｓを制御できる。例えば、三相誘導モータ３０の現時点の回転速度Ｎを検知して制御部１２に送り、それに応じて制御部１２が三相インバータ装置１０の三相交流の周波数ｆを制御して同期速度Ｎｓを現時点の回転速度Ｎよりも小さくする。これにより滑りｓが負の値となり、三相誘導モータ３０を発電機として機能させることができる。

【0043】

例えば、直流電源２０が蓄電池の場合、三相誘導モータ３０による発電出力は、三相インバータ装置１０を介して蓄電池を充電することができる。また、発電機として機能するとき、三相誘導モータ３０は負荷に対するブレーキとしても作用する。発電機として使用する場合、誘導モータはコギングトルクがないので起動が容易である。

【0044】

三相誘導モータは極めて広い範囲で利用されており安価であるので、組み合わせるインバータ装置も低コストとすることが有利であり、その点でも本発明の三相インバータ装置は好適である。

【0045】

以上に述べた本発明の三相インバータ装置は、複雑な回路構成やＰＷＭ制御を必要とせず、より正弦波に近い三相交流電圧を発生することができる。本発明の原理に従う限り、多様な変形形態も本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0046】

１０ 三相インバータ装置
１１ インバータ部
１１ａ ａ相レグ
１１ｂ ｂ相レグ
１１ｃ ｃ相レグ
１２ 制御部
１２ａ シフトレジスタ
１２ｂ ゲート駆動部
２０ 直流電源
３０ 三相誘導モータ
ａ、ｂ、ｃ 出力端子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ スイッチ素子
ＶＧ１、ＶＧ２、ＶＧ３、ＶＧ４、ＶＧ５、ＶＧ６ ゲート駆動電圧
Ｖａｏ、Ｖｂｏ、Ｖｃｏ 出力相電圧
Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａ 出力相間電圧
Ｒ、Ｓ、Ｔ 固定子巻線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】