以下、交流-交流直接変換装置は、前記双 方向スイッチをPWM制御するマトリックスコン バータとして、図面を参照しながら本発明の 実施の形態を説明するが、本発明は下記の実 施形態例に限定されるものではない。

 まず本発明の原理を説明する。マトリッ� ��スコンバータにおいては、電源電圧検出値� ��出力電圧指令から入力仮想整流器側の空間� ��クトルと出力仮想インバータの空間ベクト� ��が得られる。入力電流指令ベクトル、出力� ��圧指令ベクトルのセクター情報(入力セクタ ーおよび出力セクター)、入力電源R,S,T相およ び出力U,V,W相の大中小関係が得られる。また� ��クター情報と予め計算しておいた仮想間接� ��デューティ演算結果から、そのときのU相、 V相、W相のスイッチングパターン配置と適用� ��れるデューティ式も一意に決定できる。さ� ��に、その各相のデューティ式の大中小関係� ��どから、合成後のスイッチングパターンが� ��の順序で配置されるかが一意に決定できる� ��

 したがって、仮想デューティと入出力セ� ��ター、デューティ演算式の大中小関係が分� ��ってしまえば、テーブル的に最終的な5つの デューティとスイッチング順序を決定できる ことになる。この情報を用いてキャリア比較 で時間情報に変換すればよい。

(実施例1)
 非特許文献3と同様に従来のAC/DC/AC仮想間接� ��換方式を用いて、マトリックスコンバータ� ��スイッチングデューティを算出する。求め� ��れた仮想間接形によるスイッチングパター� ��と、単位制御時間当たりにそのパターンの� ��イッチングをするデューティ、セクターな� ��の付随情報を用いて、仮想間接形では利用� ��きないスイッチング状態を含んだ直接変換� ��式のスイッチングパターンおよびデューテ� ��に変換し並び替える。

 まず、仮想間接変換方式で得られた5つの スイッチングパターンと、そのデューティを 、直接変換方式のスイッチングパターンとデ ューティに変換する方式について説明する。 図8はマトリックスコンバータの入力相電圧� �相が15度の時の、出力電圧空間ベクトルをす べてのスイッチングパターン(27通り)におい� �表現した例である。ここで仮想間接形空間� �クトル図において入力電流指令がセクター1� ��出力電圧指令がセクター1にある時を考える (入力相電圧の大きさはR相>S相>T相、出力 指令相電圧の大きさはU相>V相>W相となる) 。

 そのときに選択される仮想間接形のスイ� ��チングパターンは表2からRTT,RRT,RSS,RRS,SSSの5� ��となる(RTTは左から順番に出力U,V,W相につな� ��っている入力相を意味し、U相にはR相が、V� ��とW相にはT相が接続されているスイッチン� �状態を表している)。

 この入力セクター1、出力セクター1の状� �は直接変換形空間ベクトルでは図8のAからB� �領域になる。この領域には図9(a)で示すvRTT,vR SS,vSTT,vRST,vSST,vRRS,vRRT,vSSSの8つのスイッチング 状態を表すベクトルが存在する(零ベクトル� �入力中間電圧相のvSSSを用いる)。

 仮想間接形で得られた5つのスイッチング 状態は、この8つ(単振動ベクトルX軸、Y軸各3� ��、零ベクトル、回転ベクトル)のうち図9(b)� �5つのベクトルで表現されており、これらベ� ��トルをデューティで調節することで出力指� ��ベクトルを構成している。本発明では、仮� ��間接変換方式で得られたもの以外のベクト� ��も適切に使用して同じ出力指令ベクトルを� ��成することで、仮想間接変換方式から直接� ��換方式のスイッチングパターンに変換する� ��とができる。

 すなわち、仮想間接形で得られるスイッ� ��ングパターン(瞬時空間ベクトル)は,基本的� ��整流器+インバータのスイッチングパターン を合成して得られるものであり、入力三相を それぞれ別の出力三相につながるパターン(� �1におけるグループR1とR2に相当するパターン )が使えない。これは入力整流器の三相がつ� �がる直流リンク(P,N)が上下二相しかない事に 起因する。また一般的な仮想間接形では整流 器側では相電圧最大相を基準に二相変調する ように制御される,即ち線間で最大および2番� ��に大きいスイッチングパターンで制御され� ��,例えば図3(a)の場合線間最大のRTと線間2番� �のRSが利用されるため,線間3番目のSTは使用� �れない。従って図9(a)のように直接形では使� ��れるスイッチングパターン(SST,STT)が、図9(b) のように間接形では現れない。ただし仮想整 流器側をPAM制御した場合はSTも利用できる。

 ここで、「出力電圧指令の最大電圧相に� ��力最小電圧相を、出力電圧指令の最小電圧� ��に入力最大電圧相を接続しない」という条� ��を与えると、スイッチングパターンの初期� ��と最終形は一義に決定される。初期形は出� ��最大電圧相のみ入力中間電圧相と接続し、� ��力中間電圧相と最小電圧相は入力最小電圧� ��と接続される。また最終形は出力最小電圧� ��のみ入力中間電圧相と接続し、出力最大電� ��相と中間電圧相は入力最大電圧相と接続さ� ��る。

 これを上記の例に当てはめると、スイッ� ��ングパターンは初期形がSTT、最終形がRRSと� ��る。

 指令ベクトルを構成する空間ベクトルを8 つから5つ選択する際,初めと最後に選択され� ��ものは,最小電圧相に多く接続され零ベクト ルでないもの,および最大電圧相に多く接続� �れ零ベクトルでないものになる(各相T→S→R� ��たはR→T→Sの順番でスイッチング変化をす� ��ため)。上記の例では、最小電圧相はT相,ま� ��TTTは使えないのでSTTが選ばれ、最大電圧相� ��RでRRRは使えないのでRRTとなる。

 次に「出力相に接続する入力相は最大電� ��相から最小電圧相へ、最小電圧相から最大� ��圧相への切り替えを禁止」の条件を与える� ��、スイッチングパターンの遷移は図10のよ� �になる。図10は、入力相電圧がR相>S相>T� ��、出力電圧がU相>V相>W相の関係にある� �きを表しており、例えばSTTは、出力U,V,W相に 入力S,T,T相が接続されることを意味している� ��

 このうちRTS,SRT,STS,SRSの4つのスイッチング パターンは出力指令電圧であるU相>V相>W� ��の条件を満たさず、指令ベクトルとは逆方� ��に発生するベクトルであるため使用しない� ��したがってSTTからRRSに変化するスイッチン� ��パターンは全部で5通りとなる(図10右側)。� �の中から任意の1パターンを選択すればよい� ��

 以上は、どの入出力セクターの状態でも� ��り立ち、任意の入出力セクターと仮想間接� ��換方式でのスイッチングパターン、直接変� ��方式でのスイッチングパターンをまとめた� ��のを表3~表6に示す。

 次にデューティの変換について前述の例� ��使って説明する。直接変換方式に変換後の5 通りのスイッチングパターン(図10の右側)の� �ち、まずSTT,SST,RST,RSS,RRSのスイッチングパタ� ��ンを使った場合のデューティ変換について� ��べる。

 仮想間接形と直接形に変換後の出力は等� ��くなければならないため、次の式が成立す� ��。

 ここで、式(a)のd _a ,d _b ,d _c ,d _d ,d _e は、それぞれ直接変換形のベクトルvSTT,vSST,vR ST,vRSS,vRRSデューティである。またデューティ に関し次の二式が成り立つ。

 また、(a)式をα軸成分のみを抽出すると� �式が成り立つ。

 (g)式の両辺を比較すると次式が得られる� ��

 式(c),(h)、(i),(j),(k)より、

 となり、RTT,RRT,RSS,RRS,SSSをSTT,SST,RST,RSS,RRS� �変換した際のデューティが簡単な加減算で� �められる。残りの4通りのスイッチングパタ� ��ンにおいても、同様の手法でそれぞれのデ� ��ーティは、変換前デューティの加減算の形� ��求めることができる。

 デューティの変換を行い、その結果が矛� ��(デューティがマイナスになる)している場� �は、そのスイッチングパターン候補では、� �換前と同等の入出力が得られないことを意� �するので、次のスイッチングパターンのデ� �ーティを変換してやり、5つから正解のスイ� ��チングパターンを探してやる。

 こうして得られた直接形のスイッチング� ��ターンとそのデューティを図11に示すよう� �1つのキャリア波と比較することによって最� ��的なスイッチング信号を得ることができる� ��キャリア波としては三角波などが使用でき� ��スイッチングパターンおよびデューティの� ��新は三角波の頂点で行われる。

 ここで、仮想間接形の入力側空間ベクト� ��のセクター情報と出力側空間ベクトルセク� ��ー情報から、スイッチングパターンを呼び� ��ューティを決定するテーブルについて説明� ��る。まず直接形の出力電圧空間ベクトル群� ��おいて,指令ベクトルとそれを囲む単振動ベ クトルで構成される60度のセクタ中に存在す� ��ベクトルを図12のように定義する。セクタ� �中には必ず1つの回転ベクトルが存在し,それ をRとする。指令ベクトルよりも遅れ位相に� �り,瞬時値の大きいものからXL,XM,XS,指令ベク� ��ルよりも進み位相にあり,瞬時値の大きいも のからYL,YM,YSとする。零ベクトルZは入力中間 電圧相で構成されるものを選ぶ。

 仮想型の入力電流空間ベクトルおよび出� ��電圧空間ベクトルのセクターから表7のよう にセクタモードを設定する。

 入力セクターが1,4,5,8,9,12のときに出力セ� ��ターが1,3,5または入力セクターが2,3,6,7,10,11� ��時に出力セクターが2,4,6ならばセクターモ� �ド1(sm1),入力セクターが1,4,5,8,9,12のときに出� ��セクターが2,4,6または入力セクターが2,3,6,7, 10,11の時に出力セクターが1,3,5ならばセクタ� �モードは2と定義する(sm2)。

 それぞれのセクターモードの際に導き出さ� ��る仮想型から直接形への変換後のスイッチ� ��パターンは表8のようになる。

 表8によれば、セクターモードあたり5種� �、計10種類の選択ベクトルの組み合わせが存 在する。これを入出力セクタ毎に全て展開し たものが表3~表6である。

 セクターモード1,および2から得られたス� ��ッチパターンのデューティは表9のように一 意に決定される。

 表9の1~10からなるselection patternは表8のsele ction patternに相当し,セクターモードが1なら� �selection pattern1~5,セクタモード2ならばselection  pattern6~10が該当するベクトルのデューティ� �ある。表9からわかるように,すべて間接形で 得られるデューティの加減算の形で表現でき る。

 この手法を使ったときの入出力電圧およ� ��入出力電流波形は図13のようになる。図13(a) は出力電圧指令値が低いとき,図13(b)は出力電 圧指令が高いときの結果であり、各々上から 電源相電圧、入力電流、出力線間電圧、出力 電流を示している。

(実施例2)
 本実施例ではスイッチングパターンおよび� ��ューティの更新について、次のように実施� ��る。入力セクターが+1または出力セクター� �±1されスイッチングパターンが変化すると� �、スイッチングパターンの初期値(キャリア� ��側頂点近傍で出力されるスイッチングパタ� ��ン)および最終値(キャリア上側頂点近傍で� �力されるスイッチングパターン)のどちらか� ��方が必ず同じパターンとなる。

 そのためスイッチングパターンを更新す� ��際に出力相につながるスイッチが変化する� ��合には、更新を取りやめて前のパターンを� ��ッチし再度出力する。そして次の三角波の� ��点で前回更新しなかったスイッチングパタ� ��ンを更新することで、スイッチングパター� ��更新の際のスイッチ変化を防止する。ただ� ��入出力とも同時にセクターが変化した場合� ��セクターが±-2以上変化した場合はスイッチ 変化を許し三角波頂点ですぐに切り替えを行 う。