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(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】P2024173206
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】電力変換装置の制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20241205BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023091459
(22)【出願日】2023-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100111763
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 隆
(72)【発明者】
【氏名】西澤 是呂久
(72)【発明者】
【氏名】荒海 竜之介
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770AA05
5H770BA01
5H770DA03
5H770DA22
5H770DA27
5H770DA41
5H770EA01
(57)【要約】
【課題】 出力電圧に関して厳しい制限を課すことなく、コモンモード電圧の変化およびそれに伴う電磁干渉を低減可能な電力変換装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 制御装置４０は、第１処理部４３は、複数組の巻線組の中性点に発生するコモンモード電圧をゼロとするゼロコモンモード電圧ベクトルから電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第１処理を実行する第１処理部４３と、第１処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定するモード判定部４２と、第１処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、第１処理以外の第２処理によりスイッチング信号を生成する第２処理部４４と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】 制御装置４０は、第１処理部４３は、複数組の巻線組の中性点に発生するコモンモード電圧をゼロとするゼロコモンモード電圧ベクトルから電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第１処理を実行する第１処理部４３と、第１処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定するモード判定部４２と、第１処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、第１処理以外の第２処理によりスイッチング信号を生成する第２処理部４４と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電圧をスイッチングすることにより複数組の巻線組に交流電圧を供給する電力変換装置の制御装置において、
前記複数組の巻線組に対する各出力電圧を成分とし, 電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを前記電力変換装置から得るためのスイッチング信号を生成するスイッチング制御部を具備し、
前記スイッチング制御部は、
前記複数組の巻線組の中性点に発生するコモンモード電圧をゼロとするゼロコモンモード電圧ベクトルから前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第１処理を実行する第１処理部と、
前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定するモード判定部と、
前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、前記第１処理以外の第２処理により前記スイッチング信号を生成する第２処理部と、
を有する制御装置。
前記複数組の巻線組に対する各出力電圧を成分とし, 電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを前記電力変換装置から得るためのスイッチング信号を生成するスイッチング制御部を具備し、
前記スイッチング制御部は、
前記複数組の巻線組の中性点に発生するコモンモード電圧をゼロとするゼロコモンモード電圧ベクトルから前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第１処理を実行する第１処理部と、
前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定するモード判定部と、
前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、前記第１処理以外の第２処理により前記スイッチング信号を生成する第２処理部と、
を有する制御装置。
【請求項2】
前記モード判定部は、前記電圧指令ベクトルに基づいて、前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記第２処理部は、ベクトル空間を複数のゼロコモンモード電圧ベクトルにより複数のセクタに分割し、前記電圧指令ベクトルが属するセクタ内における前記第２処理では、前記コモンモード電圧を非ゼロの最小値とする非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第０適用ベクトルとし、当該セクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルを第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとし、当該セクタを当該電圧指令ベクトルの変調率に応じた角度を持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが前記第０領域に属する期間は前記第０適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第１領域に属する期間は前記第１適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第２領域に属する期間は前記第２適用ベクトルを出力する第１過変調処理を実行する請求項1に記載の制御装置。
【請求項4】
前記複数組の巻線組は、第１組および第２組からなり、
前記第２処理部は、
前記第１適用ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分の平均値と、前記第１適用ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分の平均値とが近付くように、かつ、前記第１領域内において平均された前記第１適用ベクトルを変化させないように、前記第１領域内の一部の区間において前記第１適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させ、
前記第２適用ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分の平均値と、前記第２適用ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分の平均値とが近付くように、かつ、前記第２領域内において平均された前記第２適用ベクトルを変化させないように、前記第２領域内の一部の区間において前記第２適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させる、
請求項３に記載の制御装置。
前記第２処理部は、
前記第１適用ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分の平均値と、前記第１適用ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分の平均値とが近付くように、かつ、前記第１領域内において平均された前記第１適用ベクトルを変化させないように、前記第１領域内の一部の区間において前記第１適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させ、
前記第２適用ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分の平均値と、前記第２適用ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分の平均値とが近付くように、かつ、前記第２領域内において平均された前記第２適用ベクトルを変化させないように、前記第２領域内の一部の区間において前記第２適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させる、
請求項３に記載の制御装置。
【請求項5】
前記複数組の巻線組は、第１組および第２組からなり、
前記第２処理部は、ベクトル空間を複数のゼロコモンモード電圧ベクトルにより複数のセクタに分割し、前記電圧指令ベクトルが属するセクタ内における前記第２処理では、前記コモンモード電圧を非ゼロの最小値とする非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第０適用ベクトルとし、当該セクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルの外側にあり前記第１組に対応した成分と前記第２組に対応した成分とが対称をなす非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとし、当該セクタを当該電圧指令ベクトルの変調率に応じた角度を持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが前記第０領域に属する期間は前記第０適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第１領域に属する期間は前記第１適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第２領域に属する期間は前記第２適用ベクトルを出力する、
請求項1に記載の制御装置。
前記第２処理部は、ベクトル空間を複数のゼロコモンモード電圧ベクトルにより複数のセクタに分割し、前記電圧指令ベクトルが属するセクタ内における前記第２処理では、前記コモンモード電圧を非ゼロの最小値とする非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第０適用ベクトルとし、当該セクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルの外側にあり前記第１組に対応した成分と前記第２組に対応した成分とが対称をなす非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとし、当該セクタを当該電圧指令ベクトルの変調率に応じた角度を持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが前記第０領域に属する期間は前記第０適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第１領域に属する期間は前記第１適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第２領域に属する期間は前記第２適用ベクトルを出力する、
請求項1に記載の制御装置。
【請求項6】
前記複数組の巻線組は、第１組および第２組からなり、
前記第２処理では、第１キャリアと前記電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値とを比較することにより前記出力電圧ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分を生成するためのスイッチング信号を生成し、前記第１キャリアに対して位相がずれた第２キャリアと前記電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値とを比較することにより前記出力電圧ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分を生成するためのスイッチング信号を生成するインタリーブ変調処理を実行する請求項１に記載の制御装置。
前記第２処理では、第１キャリアと前記電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値とを比較することにより前記出力電圧ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分を生成するためのスイッチング信号を生成し、前記第１キャリアに対して位相がずれた第２キャリアと前記電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値とを比較することにより前記出力電圧ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分を生成するためのスイッチング信号を生成するインタリーブ変調処理を実行する請求項１に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、インバータ等の電力変換装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
２台の三相インバータにより２組の３相巻線組を駆動する電力変換装置の制御装置が知られている。ここで、２組の３相巻線組は、モータの巻線組であってもよく、例えばトランス等、モータ以外の負荷であってもよい。
【0003】
この種の電力変換装置では、インバータのスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦに伴い、直流電源電圧の中性点と各巻線組の中性点との電位差であるコモンモード電圧が発生する。このコモンモード電圧は、伝導性及び放射性の電磁干渉（ＥＭＩ）の原因となる漏れ電流を発生させる。電磁干渉の低減のためには、コモンモード電圧の変化幅が小さく、また、変化する頻度が少ないことが好ましい。
【0004】
特許文献１に開示された技術では、複数台並列三相インバータシステムの合計コモンモード電圧を評価関数とし、コモンモード電圧の変化が最小となる最適スイッチングパターンをオフライン導出する。導出したスイッチングパターンを適用して、並列三相インバータシステムを駆動することで、コモンモード電圧に伴う電磁干渉を低減する。
【0005】
非特許文献１に開示された技術では、２台並列三相インバータシステムの合計コモンモード電圧がゼロとなるスイッチングパターンのみを用いることで、コモンモード電圧をゼロに固定したまま、三相インバータの駆動を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１９－１０３２６６号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Common-Mode Voltage Reduction for Paralleled Inverters， Dong Jiang, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 33, NO. 5, MAY 2018
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献１には、導出した最適スイッチングパターンをどのように生成するかについて具体的に記載されていない。このため、特許文献１に開示された技術は、実施に課題がある。
【0009】
また、非特許文献１に開示されているように合計コモンモード電圧がゼロとなるスイッチングパターンのみを用いる場合、出力不可能な領域（高電圧・高変調率領域）が生じる。従って、非特許文献１に開示された技術は、２台並列三相インバータの出力電圧を低下させた限定的な動作条件にしか適用できない。
【0010】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、複数組の巻線組を駆動する電力変換装置において、出力電圧に関して厳しい制限を課すことなく、コモンモード電圧の変化およびそれに伴う電磁干渉を低減することができる技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この発明の一態様による電力変換装置の制御装置は、直流電圧をスイッチングすることにより複数組の巻線組に交流電圧を供給する電力変換装置の制御装置において、前記複数組の巻線組に対する各出力電圧を成分とし, 電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを前記電力変換装置から得るためのスイッチング信号を生成するスイッチング制御部を具備し、前記スイッチング制御部は、前記複数組の巻線組の中性点に発生するコモンモード電圧をゼロとするゼロコモンモード電圧ベクトルから前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第１処理を実行する第１処理部と、前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定するモード判定部と、前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、前記第１処理以外の第２処理により前記スイッチング信号を生成する第２処理部と、を有する。
【0012】
好ましい態様において、前記モード判定部は、前記電圧指令ベクトルに基づいて、前記第１処理により前記電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定する。
【0013】
他の好ましい態様において、前記第２処理部は、ベクトル空間を複数のゼロコモンモード電圧ベクトルにより複数のセクタに分割し、前記電圧指令ベクトルが属するセクタ内における前記第２処理では、前記コモンモード電圧を非ゼロの最小値とする非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第０適用ベクトルとし、当該セクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルを第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとし、当該セクタを当該電圧指令ベクトルの変調率に応じた角度を持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが前記第０領域に属する期間は前記第０適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第１領域に属する期間は前記第１適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第２領域に属する期間は前記第２適用ベクトルを出力する第１過変調処理を実行する。
【0014】
他の好ましい態様において、前記複数組の巻線組は、第１組および第２組からなり、前記第２処理部は、前記第１適用ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分の平均値と、前記第１適用ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分の平均値とが近付くように、かつ、前記第１領域内において平均された前記第１適用ベクトルを変化させないように、前記第１領域内の一部の区間において前記第１適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させ、前記第２適用ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分の平均値と、前記第２適用ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分の平均値とが近付くように、かつ、前記第２領域内において平均された前記第２適用ベクトルを変化させないように、前記第２領域内の一部の区間において前記第２適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させる。
【0015】
他の好ましい態様において、前記複数組の巻線組は、第１組および第２組からなり、前記第２処理部は、ベクトル空間を複数のゼロコモンモード電圧ベクトルにより複数のセクタに分割し、前記電圧指令ベクトルが属するセクタ内における前記第２処理では、前記コモンモード電圧を非ゼロの最小値とする非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第０適用ベクトルとし、当該セクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルの外側にあり前記第１組に対応した成分と前記第２組に対応した成分とが対称をなす非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとし、当該セクタを当該電圧指令ベクトルの変調率に応じた角度を持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが前記第０領域に属する期間は前記第０適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第１領域に属する期間は前記第１適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが前記第２領域に属する期間は前記第２適用ベクトルを出力する。
【0016】
他の好ましい態様において、前記複数組の巻線組は、第１組および第２組からなり、前記第２処理では、第１キャリアと前記電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値とを比較することにより前記出力電圧ベクトルの成分のうち前記第１組に対応した成分を生成するためのスイッチング信号を生成し、前記第１キャリアに対して位相がずれた第２キャリアと前記電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値とを比較することにより前記出力電圧ベクトルの成分のうち前記第２組に対応した成分を生成するためのスイッチング信号を生成するインタリーブ変調処理を実行する。
【発明の効果】
【0017】
この発明によれば、複数組の巻線組を駆動する電力変換装置において、出力電圧に関して厳しい制限を課すことなく、コモンモード電圧の変化およびそれに伴う電磁干渉を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】この発明の第１実施形態である電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図2】同電力変換装置の出力電圧ベクトルを示す図である。
【図3】同電力変換装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図4】同制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】同制御装置が実行する第１処理を説明する図である。
【図6】同制御装置の第２処理の動作例を示す図である。
【図7】同第２処理の動作を示すフローチャートである。
【図8】同第２処理におけるホールド角を示す図である。
【図9】同第２処理の動作例を示すタイムチャートである。
【図10】この発明の第２実施形態における第２処理を示すタイムチャートである。
【図11】この発明の第３実施形態における第２処理を示すタイムチャートである。
【図12】同第２処理におけるホールド角を示す図である。
【図13】この発明の第４実施形態における第２処理を示すタイムチャートである。
【図14】同第２処理を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。
【0020】
＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である電力変換装置１の構成を示す回路図である。この電力変換装置１は、直流電源部１０と、２個のインバータ主回路部２１および２２と、負荷３０と、制御装置４０とを有する。
図１はこの発明の第１実施形態である電力変換装置１の構成を示す回路図である。この電力変換装置１は、直流電源部１０と、２個のインバータ主回路部２１および２２と、負荷３０と、制御装置４０とを有する。
【0021】
直流電源部１０は、電源電圧Ｖｄｃを出力する直流電源１１を有する。この直流電源１１の正極は正電源線１４ｐに接続され、負極は負電源線１４ｎに接続されている。正電源線１４ｐおよび負電源線１４ｎ間には大容量のキャパシタ１３が接続されている。電力変換装置１の筐体は接地されている。キャパシタ１２ｐは、正電源線１４ｐと筐体との間に介在する寄生キャパシタであり、キャパシタ１２ｎは、負電源線１４ｎと筐体との間に介在する寄生キャパシタである。電力変換装置１において、キャパシタ１２ｐおよび１２ｎの共通接続点である筐体は接地されている。ここで、キャパシタ１２ｐおよび１２ｎは、大容量のキャパシタであり、かつ、略同じ値を有する。このため、正電源線１４ｐには正の電源電圧＋Ｖｄｃ／２が出力され、負電源線１４ｎには負の電源電圧－Ｖｄｃ／２が出力され、キャパシタ１２ｐおよび１２ｎの共通接続点（すなわち、接地）が中性点Ｏとなる。
【0022】
インバータ主回路部２１および２２は、いずれも正電源線１４ｐおよび負電源線１４ｎ間に出力される直流電圧Ｖｄｃを３相交流電圧に変換し、負荷３０に対して出力する。本実施形態において、インバータ主回路部２１および２２の各々は、正電源線１４ｐおよび負電源線１４ｎ間に各々直列接続されたＵ相のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２と、Ｖ相のスイッチング素子Ｑ３およびＱ４と、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ５およびＱ６とを有する。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各々は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と、これに逆並列接続されたダイオードとにより構成されている。そして、インバータ主回路部２１および２２では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の共通接続点がＵ相の交流電圧を出力するノードＵ、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４の共通接続点がＶ相の交流電圧を出力するノードＶ、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６の共通接続点がＷ相の交流電圧を出力するノードＷとなっている。
【0023】
以下では、正電源線１４ｐに接続されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３およびＱ５を上側スイッチング素子、負電源線１４ｎに接続されたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４およびＱ６を下側スイッチング素子と呼ぶ場合がある。
【0024】
インバータ主回路部２１および２２は、いずれもゲートドライバＧＤを有している。このゲートドライバＧＤは、制御装置４０から与えられるスイッチング信号に従ってスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各々をターンオン駆動またはターンオフ駆動する回路である。インバータ主回路部２１および２２では、このようにスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチングが行われることにより３相の交流電圧が発生され、ノードＵ、ＶおよびＷから出力される。
【0025】
負荷３０は、２組の３相巻線組３１および３２を含む。３相巻線組３１には、インバータ主回路部２１から出力される３相の交流電圧Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏが与えられる。３相巻線組３２には、インバータ主回路部２２から出力される３相の交流電圧Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２ｏが与えられる。３相巻線組３１および３２は、各々の中性点が共通接続されており、この共通接続された中性点Ｎと、電力変換装置１の接地との間には寄生インピーダンス３３が介在している。
【0026】
電力変換装置１では、インバータ主回路部２１および２２の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ変化に伴い、直流電源部１０の中性点Ｏと負荷３０の中性点Ｎとの電位差であるコモンモード電圧Ｖｃｍが発生する。このコモンモード電圧Ｖｃｍは次式により与えられる。
【数1】
【0027】
このコモンモード電圧Ｖｃｍは、伝導性および放射性の電磁干渉（ＥＭＩ）の原因となる漏れ電流を発生させる。電磁干渉の低減のためには、コモンモード電圧の変化幅が小さく、また、変化する頻度が少ないことが好ましい。
【0028】
制御装置４０には、上位装置から電圧指令ベクトルが与えられる。制御装置４０は、電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルをインバータ主回路部２１および２２から得るためのスイッチング信号を生成するスイッチング制御部として機能する。ここで、出力電圧ベクトルとは、インバータ主回路部２１から出力される３相の交流電圧Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏと、インバータ主回路部２２から出力される３相の交流電圧Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２ｏとを成分とする電圧ベクトルである。
【0029】
図２は電力変換装置１が出力可能な電圧ベクトルを示す図である。図２では、出力可能な電圧ベクトルが矢印で示され、かつ、電圧ベクトルの終点に、三桁の数値が示されている。この三桁の数値は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相において、関連する上側スイッチング素子および下側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を各々示している。例えば２１０という数値が付された電圧ベクトルは、当該電圧ベクトルの出力時、Ｕ相はインバータ主回路部２１および２２の２台とも上側スイッチング素子がＯＮ、かつ、下側スイッチング素子がＯＦＦとなり、Ｖ相は１台のみ上側スイッチング素子がＯＮ、かつ、下側スイッチング素子がＯＦＦとなり、Ｗ相は２台とも上側スイッチング素子がＯＦＦ、かつ、下側スイッチング素子がＯＮとなることを示している。
【0030】
図２には上述した式（１）のコモンモード電圧Ｖｃｍをゼロにするゼロコモンモード電圧ベクトルが示されている。このゼロコモンモード電圧ベクトルは、インバータ主回路部２１および２２の合計６相の出力ノードのうち上側スイッチング素子がＯＮとなる相数が３相である電圧ベクトルであり、図２では２１０、１２０、０２１、０１２、１０２、２０１、１１１が相当する。
【0031】
本実施形態において、ベクトル空間は、ゼロコモンモード電圧ベクトル２０１、２１０、１２０、０２１、０１２、１０２によりセクタ１～６に分割される。本実施形態では、可能な限り、電圧指令ベクトルが属するセクタの境界をなすゼロコモンモード電圧ベクトルを用いて電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する。
【0032】
図３は本実施形態においてスイッチング制御部として機能する制御装置４０の機能構成を示すブロック図である。制御装置４０は、プログラムを記憶したメモリと、メモリ内のプログラムを実行するプロセッサを含む。プロセッサは、メモリ内のプログラムを実行することにより、指令取得部４１、モード判定部４２、第１処理部４３および第２処理部４４として機能する。
【0033】
指令取得部４１は、上位装置から電圧指令ベクトルを取得する手段である。モード判定部４２は、第１処理部４３により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成可能か否かを判定する手段である。
【0034】
第１処理部４３は、電圧指令ベクトルが属するセクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルを求め、このゼロコモンモード電圧ベクトルを用いて電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成し、この出力電圧ベクトルを出力するために必要なスイッチング信号をインバータ主回路部２１および２２に供給する第１処理を実行する手段である。具体的には、第１処理は、電圧指令値と三角波キャリアとを比較することによりスイッチング信号を生成するＰＷＭモードの処理である。
【0035】
第２処理部４４は、第１処理部４３により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、第１処理以外の第２処理により、電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを得るためのスイッチング信号を生成し、インバータ主回路部２１および２２に供給する手段である。
【0036】
図４は制御装置４０の動作を示すフローチャートである。また、図５は本実施形態における第１処理部４３の動作を示す図である。本実施形態において、制御装置４０は、図４に示す処理を所定時間間隔で繰り返し実行する。
【0037】
まず、制御装置４０は、現時点における電圧指令ベクトルが属するセクタを判別する（ステップＳ１１）。図５に示す例の場合、制御装置４０は、現時点の電圧指令ベクトルＶ＊が属するセクタをセクタ１と判別する。
【0038】
次に制御装置４０は、第１処理で使用する電圧ベクトルの出力時間を算出する（ステップＳ１２）。以下、この処理について説明する。
【0039】
図５に示す例の場合、第１処理では、電圧指令ベクトルＶ＊が属するセクタ１の境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトル２１０および２０１と、負荷３０に与える電圧がゼロであるゼロコモンモード電圧ベクトル１１１とを時間軸上において重み付け加算し、電圧指令ベクトルＶ＊に対応した出力電圧ベクトルを合成する。この合成処理は次式により表される。
【数2】
【0040】
上記式（２）において、ｔ２１０はゼロコモンモード電圧ベクトル２１０の出力時間、ｔ２０１はゼロコモンモード電圧ベクトル２０１の出力時間、ｔ１１１はゼロコモンモード電圧ベクトル１１１の出力時間、Ｔｓは制御周期の長さ（すなわち、スイッチング信号を生成するためのＰＷＭに使用されるキャリアの1周期）である。また、Ｖ２１０α、Ｖ２０１α、Ｖ１１１αは、ゼロコモンモード電圧ベクトル２１０、２０１、１１１のα軸成分であり、Ｖ２１０β、Ｖ２０１β、Ｖ１１１βは、ゼロコモンモード電圧ベクトル２１０、２０１、１１１のβ軸成分である。また、Ｖ＊
α、Ｖ＊
βは、電圧指令ベクトルＶ＊のα軸成分、β軸成分である。
【0041】
ここで、上記式（２）を成立させる出力時間ｔ２１０、ｔ２０１、ｔ１１１は、以下に示す式（３）～（５）により算出することができる。
【数3】
【数4】
【数5】
【0042】
なお、上記式（３）～（５）において、行列式ｄｅｔＡにおける行列Ａは、次式の通りである。
以上が出力時間ｔ２１０、ｔ２０１、ｔ１１１の算出方法である。
【数6】
【0043】
次に制御装置４０は、ステップＳ１２において算出した出力時間（図５の例では出力時間ｔ２１０、ｔ２０１、ｔ１１１）が０以上かつＴｓ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。
【0044】
電圧指令ベクトルＶ＊がゼロコモンモード電圧ベクトル２０１、２１０、１２０、０２１、０１２、１０２の終点を頂点とする正六角形の内側にある場合、ステップＳ１３の判断結果は「ＹＥＳ」となる。この場合、制御装置４０は、第１処理を実行する（ステップＳ１４）。
【0045】
図５の例の場合、第１処理において、制御装置４０は、１制御周期Ｔｓ内において、ゼロコモンモード電圧ベクトル２１０、２０１および１１１の出力時間がｔ２１０、ｔ２０１、ｔ１１１となるように、各電圧ベクトルの成分を発生するＰＷＭ処理に関係する電圧指令値を設定する。第１処理（ステップＳ１４）が終了すると、制御装置４０は、図４に示す処理を終了する。
【0046】
一方、図６に例示するように、電圧指令ベクトルＶ＊がゼロコモンモード電圧ベクトル２０１、２１０、１２０、０２１、０１２、１０２の終点を頂点とする正六角形の外側にある場合、ステップＳ１３の判断結果は「ＮＯ」となる。この場合、制御装置４０は、第２処理を実行し（ステップＳ１５）、図４に示す処理を終了する。
【0047】
ここで、第２処理（ステップＳ１５）の具体的な動作例について説明する。図７は第２処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御装置４０は、適用ベクトルの選択を行う（ステップＳ２１）。図６に示す例では、コモンモード電圧Ｖｃｍを非ゼロの最小値（この例でが－Ｖｄｃ／６）とする非ゼロコモンモード電圧ベクトル２００を第０適用ベクトルとし、セクタ１の境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトル２０１および２１０を第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとする。このようにすることで、適用ベクトルの切り換えに伴うコモンモード電圧Ｖｃｍの変化幅ΔＶｃｍが最小値Ｖｄｃ／６となる。
【0048】
次に制御装置４０は、電圧指令ベクトルＶ＊が示す変調率ｍに基づいてホールド角θｘを決定する（ステップＳ２２）。このホールド角θｘは、第０適用ベクトルの出力を行う電圧指令ベクトルＶ＊の位相の範囲の長さを決定する情報である。図８は変調率ｍとホールド角θｘとの関係を示す図である。図８に示すようにホールド角θｘは、変調率ｍの１からの増加に対しておおよそ線形に変化する。
【0049】
次に制御装置４０は、適用ベクトルの出力順を決定する（ステップＳ２３）。図６に示す例の場合、第１適用ベクトルはゼロコモンモード電圧ベクトル２０１、第０適用ベクトルは非ゼロコモンモード電圧ベクトル２００、第２適用ベクトルはゼロコモンモード電圧ベクトル２１０である。従って、制御装置４０は、電圧指令ベクトルＶ＊の終点が第１領域→第０領域→第２領域と移動するのに従い、ゼロコモンモード電圧ベクトル２０１→非ゼロコモンモード電圧ベクトル２００→ゼロコモンモード電圧ベクトル２１０の順に出力することを決定する。
【0050】
次に制御装置４０は電圧指令値の設定処理を行う（ステップＳ２４）。具体的には、制御装置４０は、セクタ１を電圧指令ベクトルＶ＊の変調率ｍに応じた角度２θｘを持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが第０領域に属する期間は第０適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが第１領域に属する期間は第１適用ベクトルを出力し、当該電圧指令ベクトルが第２領域に属する期間は第２適用ベクトルを出力する。例えば電圧指令ベクトルが第０領域に属する期間は、第０適用ベクトルが出力されるように、キャリアと比較する電圧指令値をＨレベル（キャリアの正のピークレベルより高いレベル）またはＬレベル（キャリアの負のピークレベルより低いレベル）に固定する。第１領域および第２領域についても同様である。
以上が第２処理の内容である。
以上が第２処理の内容である。
【0051】
図９は以上説明した第２処理の動作例を示すタイムチャートである。この例では、位相が３３０°～－θｘの範囲内にある第１領域ではゼロコモンモード電圧ベクトル２０１が出力され、位相がθｘ～３０°の範囲内にある第２領域ではゼロコモンモード電圧ベクトル２１０が出力され、コモンモード電圧Ｖｃｍがゼロとなる。このため、コモンモード電圧の変化およびそれに伴う電磁干渉を低減することができる。
【0052】
また、位相が－θｘ～θｘの範囲内にある第０領域では、非ゼロコモンモード電圧ベクトル２００が出力されるため、変調率ｍを高めることができる。
【0053】
以上のように、本実施形態によれば、電圧ベクトル合成部である制御装置４０は、複数組の３相巻線組の中性点Ｎに発生するコモンモード電圧をゼロ電圧とするゼロコモンモード電圧ベクトルから電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第１処理を実行する第１処理部４３と、第１処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能か否かを判定するモード判定部４２と、第１処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成することが可能でない場合に、第１処理以外の第２処理により電圧指令ベクトルに対応した出力電圧ベクトルを合成する第２処理部４４と、を有するので、出力電圧に関して厳しい制限を課すことなく、コモンモード電圧の変化およびそれに伴う電磁干渉を低減可能な電力変換装置の制御装置４０を実現することができる。
【0054】
＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態の第２処理（図９参照）において、ゼロコモンモード電圧ベクトル２０１を出力する第１領域では、３相巻線組３１の３相電圧Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏを平均した中性点電圧が－Ｖｄｃ／６となり、３相巻線組３２の３相電圧Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２ｏを平均した中性点電圧がＶｄｃ／６となるため、合計６相の電圧を平均したコモンモード電圧Ｖｃｍはゼロになる。しかしながら、３相巻線組３２の中性点電圧がＶｄｃ／６、３相巻線組３１の中性点電圧が－Ｖｄｃ／６であるため、３相巻線組３２の中性点から３相巻線組３１の中性点にノーマルモード循環電流が流れる。
上述した第１実施形態の第２処理（図９参照）において、ゼロコモンモード電圧ベクトル２０１を出力する第１領域では、３相巻線組３１の３相電圧Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏを平均した中性点電圧が－Ｖｄｃ／６となり、３相巻線組３２の３相電圧Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２ｏを平均した中性点電圧がＶｄｃ／６となるため、合計６相の電圧を平均したコモンモード電圧Ｖｃｍはゼロになる。しかしながら、３相巻線組３２の中性点電圧がＶｄｃ／６、３相巻線組３１の中性点電圧が－Ｖｄｃ／６であるため、３相巻線組３２の中性点から３相巻線組３１の中性点にノーマルモード循環電流が流れる。
【0055】
また、ゼロコモンモード電圧ベクトル２１０を出力する第２領域では、３相巻線組３１の３相電圧Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏを平均した中性点電圧がＶｄｃ／６となり、３相巻線組３２の３相電圧Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２ｏを平均した中性点電圧が－Ｖｄｃ／６となるため、合計６相を平均したコモンモード電圧Ｖｃｍはゼロになる。しかしながら、３相巻線組３１の中性点電圧がＶｄｃ／６、３相巻線組３２の中性点電圧が－Ｖｄｃ／６であるため、３相巻線組３１の中性点から３相巻線組３２の中性点にノーマルモード循環電流が流れる。
【0056】
この発明の第２実施形態における第２処理は、このようなノーマルモード循環電流を抑制するものである。図１０は本実施形態による第２処理の動作例を示すタイムチャートである。この図１０に示す動作例は、上記第１実施形態と同様、上述の図６の例における第２処理の動作例を示している。
【0057】
本実施形態では、第１適用ベクトル（ゼロコモンモード電圧ベクトル２０１）の成分のうち３相巻線組３１に対応した成分Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏの平均値と、第１適用ベクトルの成分のうち３相巻線組３２に対応した成分Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２０の平均値とが近付くように、かつ、第１領域内において平均された第１適用ベクトルを変化させないように、第１領域内の一部の区間において第１適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させる。具体的には、第１領域を２分割した区間２０１ａおよび２０１ｂにおいて成分Ｖｗ１ｏおよびＶｗ２ｏのレベルを反転させている。
【0058】
また、本実施形態では、第２適用ベクトル（ゼロコモンモード電圧ベクトル２１０）の成分のうち３相巻線組３１に対応した成分Ｖｕ１ｏ、Ｖｖ１ｏおよびＶｗ１ｏの平均値と、第２適用ベクトル２１０の成分のうち３相巻線組３２に対応した成分Ｖｕ２ｏ、Ｖｖ２ｏおよびＶｗ２ｏの平均値とが近付くように、かつ、第２領域内において平均された第２適用ベクトルを変化させないように、第２領域内の一部の区間において第２適用ベクトルの一部の成分のレベルを反転させる。具体的には、第２領域を２分割した区間２１０ａおよび２１０ｂにおいて成分Ｖｖ１ｏおよびＶｖ２ｏのレベルを反転させている。
【0059】
本実施形態によれば、３相巻線組３１および３２の各中性点間を経由するノーマルモード循環電流の発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、上記第１実施形態に比べ、インバータ主回路部２１および２２のスイッチング素子のスイッチング回数が増加する。しかし、本実施形態では、第２処理に上記第１実施形態と同様な過変調モードを採用しており、これによりスイッチング回数が減少するので問題ない。
【0060】
＜第３実施形態＞
この発明の第３実施形態における第２処理は、上記第２実施形態と同様、ノーマルモード循環電流を抑制するものである。図１１は本実施形態による第２処理の動作例を示すタイムチャートである。この図１１に示す動作例は、上記第１実施形態と同様、上述の図６の例における第２処理の動作例を示している。
この発明の第３実施形態における第２処理は、上記第２実施形態と同様、ノーマルモード循環電流を抑制するものである。図１１は本実施形態による第２処理の動作例を示すタイムチャートである。この図１１に示す動作例は、上記第１実施形態と同様、上述の図６の例における第２処理の動作例を示している。
【0061】
本実施形態の第２処理では、ベクトル空間を複数のゼロコモンモード電圧ベクトルにより複数のセクタに分割する。そして、電圧指令ベクトルが属するセクタ内における第２処理では、コモンモード電圧Ｖｃｍを非ゼロの最小値とする非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第０適用ベクトルとする。図１１の例では、非ゼロコモンモード電圧ベクトル２００を第０適用ベクトルとしている。また、当該セクタの境界をなす２個のゼロコモンモード電圧ベクトルの外側にあり３相巻線組３１に対応した成分と３相巻線組３２に対応した成分とが対称をなす非ゼロコモンモード電圧ベクトルを第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとする。図１１の例では、非ゼロコモンモード電圧ベクトル２０２および２２０を第１適用ベクトルおよび第２適用ベクトルとしている。
【0062】
そして、第２処理では、当該セクタを当該電圧指令ベクトルの変調率に応じた角度（すなわち、ホールド角θｘ）を持った中央の第０領域とその両側の第１および第２領域に分割し、当該電圧指令ベクトルが第０領域に属する期間は第０適用ベクトル（非ゼロコモンモード電圧２００）を出力し、当該電圧指令ベクトルが第１領域に属する期間は第１適用ベクトル（非ゼロコモンモード電圧ベクトル２０２）を出力し、当該電圧指令ベクトルが第２領域に属する期間は第２適用ベクトル（非ゼロコモンモード電圧ベクトル２２０）を出力する。これが本実施形態の第２処理において行われる第２過変調処理である。本実施形態の第２処理は、第１領域および第２領域の適用ベクトルが上記第１および第２実施形態の第２処理と異なるため、ホールド角θｘは上記第１および第２実施形態の第２処理と異なったものになる。図１２は本実施形態における変調率ｍとホールド角度θｘの関係を示している。図１２に示すように、ホールド角θｘは、変調率ｍが１から増加するのに応じて０から増加する。ホールド角θｘの増加の勾配は、変調率ｍが１のときに最大であり、変調率ｍが高くなるのに従って減少し、一定値に収束する。
【0063】
本実施形態によれば、第１適用ベクトルにおける３相巻線組３１に対応した成分と３相巻線組３２に対応した成分とが対称をなし、第２適用ベクトルにおける３相巻線組３１に対応した成分と３相巻線組３２に対応した成分とが対称をなすため、ノーマルモード循環電流の発生が抑制される。
【0064】
＜第４実施形態＞
この発明の第４実施形態における第２処理では、インタリーブ変調によりインバータ主回路部２１および２２を駆動するスイッチング信号を生成する。図１３および図１４は、本実施形態におけるインタリーブ変調の動作例を示すタイムチャートである。
この発明の第４実施形態における第２処理では、インタリーブ変調によりインバータ主回路部２１および２２を駆動するスイッチング信号を生成する。図１３および図１４は、本実施形態におけるインタリーブ変調の動作例を示すタイムチャートである。
【0065】
インタリーブ変調では、第１キャリアφ１と電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値（図１３の例では電圧指令値Ｖ＊
ｕ）とを比較することにより出力電圧ベクトルのうち３相巻線組３１に対応した成分（図１３の例では電圧Ｖｕ１ｏ）を生成する。また、第１キャリアφ１に対して位相がずれた第２キャリアφ２（具体的には位相が１８０°ずれたキャリア）と電圧指令ベクトルから得られる電圧指令値（図１３の例では電圧指令値Ｖ＊
ｕ）とを比較することにより出力電圧ベクトルのうち３相巻線組３２に対応した成分（図１４の例では電圧Ｖｕ２ｏ）を生成する。
【0066】
インタリーブ変調を行った場合、図１４に示すように、ｔ３－ｔ４間のみ非ゼロコモンモード電圧ベクトル２２０が出力され、他のｔ１－ｔ２間、ｔ２－ｔ３間、ｔ４－ｔ５間、ｔ５－ｔ６間は、ゼロコモンモード電圧ベクトル１１１、２１０、２１０、１１１が出力される。従って、コモンモード電圧を抑制することができる。
【0067】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の第１～第４実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
以上、この発明の第１～第４実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【0068】
（１）上記各実施形態において、電力変換装置は２組の巻線組を駆動したが、電力変換装置は３組以上の巻線組を駆動するものであってもよい。
【0069】
（２）上記各実施形態において、電力変換装置は３相の交流電圧を出力したが、電力変換装置が出力する交流電圧の相数は３相以外であってもよい。
【符号の説明】
【0070】
１……電力変換装置、１０……直流電源部、１１……直流電源、１２ｐ，１２ｎ……寄生キャパシタ、１３……キャパシタ、１４ｐ……正電源線、１４ｎ……負電源線、２１．２２……インバータ主回路部、Ｑ１～Ｑ６……スイッチング素子、ＧＤ……ゲートドライバ、Ｕ，Ｖ，Ｗ……ノード、３０……負荷、３１，３２……３相巻線組、３３……寄生インピーダンス、４０……制御装置、４１……指令取得部、４２……モード判定部、４３……第１処理部、４４……第２処理部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】