JP3410375B2 - 電力変換システム及び電力変換方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換システム
及び電力変換方法に関し、特に、誘導モータ、発電機の
ように速度制御下で電力変換が行われる電力変換システ
ム又は電力変換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導発電機、誘導モータは、ますますそ
の高精度化が図られている。高速から停止寸前の低速ま
での広範囲の速度領域における速度制御、低トルクから
高トルクまでの広範囲のトルク領域におけるトルク制御
を含む電力変換精度の向上が求められている。

【０００３】このような電力変換精度は、それに用いら
れる半導体デバイスに影響される。半導体デバイスに用
いられている複数のスイッチング素子である半導体素子
が同時に動作する場合、その同時性が失われて全体とし
て動作しないデッドタイムが発生する。電流方向が変化
する零クロスポイント近傍におけるデッドタイムの存在
は、電力変換精度に大きく影響する。

【０００４】デッドタイムに電圧補正を行って電力変換
精度を向上させるための技術が知られている。そのよう
な技術は、相電流の方向に対して一律の電圧を指令電圧
に加算して補正するデッドタイム補正に関している。相
電流の方向に対して一律の電圧を指令電圧に加算して低
下電圧分を補償するこのような擬似的なデッドタイム補
正は、スイッチング素子が理想的な場合にはすぐれた技
術方法である。

【０００５】電流により飽和電圧が非直線的に変化する
現実の半導体デバイスを用いるときは、一律の電圧補正
を行っただけでは電流変化により誤差が生じ、特に、低
い周波数領域の既述の零クロス近傍では、電流変動によ
る磁歪音が生じ、モータの場合、トルクリップルが生じ
るという問題を解消できない。

【０００６】電力変換の向上は、中性点電流の存在によ
り著しく低下する。仮想上の中性点には電流が流れ、そ
の電流は電流損を招く。デッドタイム補償が行われると
同時に、デッドタイム補償が行われた補正電圧に関して
中性点電流を適正化することが、付加的な問題になる。

【０００７】半導体デバイスの変換特性（Ｖｃｅ（ｓａ
ｔ）−Ｉｃ特性）に応じた最適な補正によるデッドタイ
ム補償が行われることが望まれる。更に、最適なデッド
タイム補償を行った上で、デッドタイムの中性点電流制
御を行うことが望まれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、電力
変換効率がより向上する電力変換システムを提供するこ
とにある。本発明の他の課題は、有効なデッドタイム補
償を行った上で適正な中性点電流の制御を行うことによ
り電力変換効率を向上させる電力変換システムを提供す
ることにある。本発明の更に他の課題は、電力変換精度
を向上させるとともに磁歪音低減効果を奏することがで
きる電力変換システムを提供することにある。本発明の
更に他の課題は、電力変換精度、電力変換効率を向上さ
せるとともにトルクリップル低減効果を奏することがで
きる電力変換システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が請求項に対応して表現される次の記載中に現れ
る（）つきの数字は、請求項の記載事項が詳しく後述さ
れる実施の複数の形態のうちの少なくとも１つの形態の
部材、工程、動作に対応することを示すが、本発明の解
決手段がそれらの数字が示す実施の形態の部材、工程、
動作に限定して解釈されるためのものではなく、その対
応関係を明白にするためのものである。

【００１０】本発明による電力変換システムは、複数の
スイッチング素子により時刻列の各時刻で制御される複
数相の電圧（ｉｎ”∧””ｋ＋１”）による電力を供給
するための電源（２）と、電源（２）が供給する電力を
受けて運動する運動体１と、複数のそのスイッチング素
子のデッドタイムの変換特性に対応した非線形補償電圧
（１１１）をその時刻でその電圧（ｉｎ”∧””ｋ＋
１”）に付加するための補償電圧発生器（１０７）と、
３相電圧の中性点電圧を零点電圧化するための零点化器
（１１２’，１１２）とからなり、デッドタイム補正と
中性点零電位化との両補正制御により、電力変換効率が
高精度に向上する。

【００１１】その零点化は数学的に完全に前記中性点を
零電圧にする必要がなく、むしろ、数学的に近似的にそ
の中性点を零電圧にすることの方が好ましい。近似的に
零電圧化された中性点電圧は周期的であることが更に好
ましい。３相をｓｉｎ（θ），ｓｉｎ（θ＋１２０），
ｓｉｎ（θ＋２４０）を角度範囲に分けて線形演算する
プログラムによる中性点電圧を制御する。これらの基本
電圧は、電気磁気系の内側の物理量でありその系の外部
から人為的に与える情報ではなく、物理系として制御系
が自己完結しており、零点化が高精度であり、電力変換
効率を高精度に向上させることができる。零点電圧化
は、プログラム化された変調ルール（１１２，１１
２’）により行われ、その変調ルールは複数が与えられ
ていることが好ましい。

【００１２】本発明による電力変換方法は、デッドタイ
ムの電圧を補正するためのステップと、３相の中性点電
圧を零電位化するためのステップとからなる。その零電
位化は近似的であることが好ましい。零電位化の後の中
性点電圧は、零点近傍で１２０度間隔の周期的電圧であ
り、１２０度の位相差を互いに持つ３つの概ねサインカ
ーブで表される電圧から合成される。内部の物理的情報
のみから中性点の零電位化が行われ、高精度の電力変換
効率が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に一致対応して、本発明によ
る電力変換システムは、速度制御モータの誘導モータ運
動部１の速度制御電圧の補償を行うデッドタイム補償電
圧発生部１０１を含んでいる。デッドタイム補償電圧発
生部１０１は、Ｕ相補償電圧１０２Ｕ、Ｖ相補償電圧１
０２Ｖ、Ｗ相補償電圧１０２Ｗを発生する。Ｕ相補償電
圧１０２Ｕ、Ｖ相補償電圧１０２Ｖ、Ｗ相補償電圧１０
２Ｗは、２相３相変換器１０４から出力されるＵ相・２
相３相変換出力１０５Ｕ、Ｖ相・２相３相変換出力１０
５Ｖ、Ｗ相・２相３相変換出力１０５Ｗに付加される。

【００１４】誘導モータ運動部１は、当然に、ロータ、
ステータを備え、そのステータ側に供給される電気的入
力を運動力に変換してロータに供給する運動系である。
このような運動系は、入力電圧、入力電流、一次側、二
次側磁束のような変数ベクトルを含むベクトル方程式で
記述される。

【００１５】誘導モータ運動部１は、駆動回路としての
パワー・ドライビング・ユニットであるＰＤＵ２により
駆動される。ＰＤＵ２は、３相（直流・交流）電力を周
期的・交番的に誘導モータ運動部１の３相入力部に供給
することができる。誘導モータ運動部１は、その型式を
問われず、本発明は各種型式の誘導モータに適用するこ
とができる。

【００１６】ＰＤＵ２からの出力は、駆動用コンピュー
タ３により制御される。駆動用コンピュータ３は、パル
ス・ワイド・モジュレーション機能を有し、Ｕ，Ｖ，Ｗ
の３相の電圧力を受けて、ＰＤＵ２に時刻ごとの直流電
流を出力させるように波形幅の計算を行う波形幅計算機
である。波形幅計算機３には、Ｕ相電圧１０６Ｕ、Ｖ相
電圧１０６Ｖ、Ｗ相電圧１０６Ｗが送信される。

【００１７】Ｕ相電圧１０６Ｕ、Ｖ相電圧１０６Ｖ、Ｗ
相電圧１０６Ｗは、次式で示される： Ｕ相電圧１０６Ｕ＝Ｕ相・２相３相変換出力１０５Ｕ＋
Ｕ相補償電圧１０２Ｕ Ｖ相電圧１０６Ｖ＝Ｖ相・２相３相変換出力１０５Ｖ＋
Ｖ相補償電圧１０２Ｖ Ｗ相電圧１０６Ｗ＝Ｗ相・２相３相変換出力１０５Ｗ＋
Ｗ相補償電圧１０２Ｗ

【００１８】速度制御のために、誘導モータ運動部１と
ＰＤＵ２の間の３相の電流供給線の２本には、Ｕ相電流
センサ４、Ｖ相電流センサ５が接続されている。２つの
Ｕ相電流センサ４、Ｖ相電流センサ５が検出する位相差
から、誘導モータ運動部１に供給される一次側電流ベク
トル、一次側電圧ベクトルが求められる。このようなベ
クトルの検出は、他の多様な検出手段によっても可能で
ある。

【００１９】制御系には、それの第１，第２外部接続点
６，７から２つの第１，第２電流指令信号８，９が入力
される。第１電流指令信号８はｄ軸電流指令信号であ
り、第２電流指令信号９はｑ軸電流指令信号である。ｄ
軸電流指令信号８は第１電流制御コントローラ１１に入
力され、ｑ軸電流指令信号は第２電流制御コントローラ
１２に入力される。

【００２０】第１電流制御コントローラ１１の第１制御
用信号１３、第２電流制御コントローラ１２の制御用信
号１４の第１回転・静止座標変換器１５、第２回転・静
止座標変換器１６によるそれぞれの座標変換は、次周期
の推定回転角度信号１７を参照し非干渉化処理がなされ
て行われる。第１回転・静止座標変換器１５、第２回転
・静止座標変換器１６により適正な位相情報を与えられ
た電気信号を受ける２相３相変換器１０４は、適正な位
相を持つ既述のＵ相・２相３相変換出力１０５Ｕ、Ｖ相
・２相３相変換出力１０５Ｖ、Ｗ相・２相３相変換出力
１０５Ｗを出力する。

【００２１】Ｕ相電流センサ４、Ｖ相電流センサ５が検
出する２つの相の電流信号１９，２１は、他の２相３相
変換器により逆変換されて、更に、静止・回転座標変換
器２２により回転座標系上でのｄ軸フィードバック信号
２３、ｑ軸フィードバック信号２４に変換され、ｄ軸電
流指令，ｑ軸電流指令に第１，第２外部接続点６，７
で、第１電流指令信号８、第２電流指令信号９に負の値
としてそれぞれに足し加えられる。このようなフィード
バックにより、誘導モータ運動部１に指令通りの電力を
供給することができる。

【００２２】静止・回転座標変換器２２により一回転座
標系上の信号に変換されたｄ軸フィードバック信号２
３、ｑ軸フィードバック信号２４は、第１回転・静止座
標変換器１５、第２回転・静止座標変換器１６で変換さ
れた変換信号が参照されて、他の回転静止座標変換器２
５により静止座標系上での信号に再度変換され、次周期
推定回転速度を計算により求める次周期推定回転速度算
定器２６に入力される。

【００２３】次周期推定回転速度算定器２６は、誘導モ
ータ運動部１のロータの回転数・回転位置を直接的に検
出する速度検出センサを用いないで、誘導モータ運動部
１の電圧ベクトル、電流ベクトル、固有のベクトルのよ
うな物理量ベクトルから直接に計算により誘導モータ運
動部１の電源側回転周波数ωを求めることができるコン
ピュータである。本発明は、このようなセンサレス速度
制御を例示しているがその速度制御のためには自由に任
意の速度制御方法を採択することができる。

【００２４】次周期推定回転速度算定器２６は、その電
源側回転周波数ωに対応する推定速度信号２７を出力す
る。逆算器２８が、次周期推定回転速度算定器２６と第
１回転・静止座標変換器１５との間に介設されている。
逆算器２８は、次周期推定回転速度算定器２６がその計
算により求めた推定速度から推定位置を逆算して求める
ことができる。

【００２５】その推定位置である推定回転角度信号２９
は、第１回転・静止座標変換器１５に入力され、次周期
の２相３相変換のために参照される。回転・静止座標変
換は、ロータに対して相対的に回転するステータの回転
ベクトルをその回転座標系から静止座標系上の値として
変換するための計算機部分である。

【００２６】回転静止座標変換器２５により再度変換さ
れ、一方で次周期推定回転速度算定器２６に入力される
信号は、他方では、デッドタイム補償電圧発生用２相３
相変換器で３相用信号に変換され、既述のデッドタイム
補償電圧発生部１０１に入力される。

【００２７】図２は、デッドタイム補償電圧発生回路１
０７を示している。デッドタイム補償電圧発生回路１０
７は、既述の第１電流制御コントローラ１１、第２電流
制御コントローラ１２を含む電流補償器１０８、既述の
２相３相変換器１０４、デッドタイム補償電圧発生部１
０１とを備えている。電流補償器１０８には、既述第
１，第２電流指令信号８（ｉｄ＊），９（ｉｑ＊），ｄ
軸フィードバック信号２３（ｉｄ）、ｑ軸フィードバッ
ク信号２４（ｉｑ）又はそれらに基づく制御用電流が入
力される。２相３相変換器１０４には、次周期の推定回
転角度信号１７（θ（ｋ＋１））が入力される。図中、
信号、ベクトル量などが推定値であることが、それらを
示す記号の上にマーク”∧”をつけることにより表され
ている。

【００２８】デッドタイム補償電圧発生部１０１には、
Ｕ相電流センサ４、Ｖ相電流センサ５が検出する２つの
相の電流信号１９，２１又はそれらに基づく信号が次周
期推定値（ｉｎ（ｋ＋１））として入力される。電流記
号ｉの右側の添字ｎは、各相Ｕ、Ｖ、Ｗをに対応する数
字１，２，３である。デッドタイム補償電圧発生部１０
１は、ＩＧＢＴ・Ｖｃｅ−Ｉｃ・特性に対応するデッド
タイム補償電圧Ｖdead（ｋ＋１）を出力することができ
るデッドタイム補償電圧発生器（図示せず）を内部に備
えている。

【００２９】２相３相変換器１０４は、既述の通り、Ｕ
相・２相３相変換出力１０５Ｕ、Ｖ相・２相３相変換出
力１０５Ｖ、Ｗ相・２相３相変換出力１０５Ｗ（Ｖｎ
（ｋ＋１））を出力し、加算器１０９により既述の足し
加え｛Ｖｎ（ｋ＋１）＋Ｖdead（ｋ＋１）｝が実行され
る。このような足し加えは、慣用の電圧加算器により行
われる。

【００３０】ＰＤＵ２、駆動用コンピュータ３から構成
される電圧・電流発生器からは、時刻系列ｔ（ｋ）ごと
に、適正な波形を与えられた駆動用電力である電圧・電
流が生成されて、誘導モータ運動部１に供給される。そ
の電圧・電流発生器には、多くのトランジスタ、サイリ
スタと称されるスイッチング素子である半導体デバイス
が組み込まれ、パルス・ワイド・モジュレーションによ
りデジタル制御を行い、任意の波形のパワーを時刻列ｔ
（ｋ）に出力することができる。

【００３１】よく知られているように、スイッチング素
子は理想的素子として製造されておらず、電流変化によ
りその飽和電圧が非線形に変化する特性を持つ一方で、
その制御回路では、これを形成する上下のスイッチング
素子が同時に通電しない休止時間（デッドタイム）を発
生させる。その実電流値ｉｎ（ｋ）は、時刻列ｔｎの各
時刻ｔ（ｋ）において、異常電流になっている。

【００３２】デッドタイム補償電圧発生部１０１は、こ
のようなデッドタイム時の電圧を補償するデッドタイム
補償電圧Ｖdead１１１を発生させる。デッドタイム時の
電圧の形態は、個々の半導体デバイスの特性に依存し、
多様である。用いる半導体デバイスのその特性に応じた
デッドタイム補償電圧Ｖdead１１１を発生させる必要が
ある。電流方向が変化するゼロクロス付近の零電流ポイ
ント近傍で非線形なデッドタイム補償電圧を発生させる
ことが、特に望ましい。

【００３３】図２は、その零点近傍でサインカーブに近
似したＶｃｅ−Ｉｃ特性の波形を示している。このよう
な特性は、個々の半導体デバイスの特性であり、一般的
・普遍的ではない。図３は、デッドタイム補償電圧発生
回路１０７が発生する合成電圧の波形を示している。そ
の電流値は、時系列ｔ（ｎ）の任意の時刻で、その半導
体デバイスの特性に基づいて異常電流になっており、そ
の電流に対応して電圧は線形に変化しない。

【００３４】デッドタイム補償電圧Ｖdead（ｋ＋１）
は、零点近傍付近で、その零点に対して正負π／２の範
囲でｓｉｎ（ｓｉ）で表される電圧として採択されてい
る。ｓは、スカラー化定数である。その飽和電流ｓ＜ｉ
＞として正負π／２が採択され、デッドタイム補償電圧
Ｖdead（ｋ＋１）は、−π／２より小さい範囲では概ね
一定の負電圧が採択され、＋π／２より大きい範囲では
概ね一定の正電圧が採択され、零ポイントで零電圧基準
線にクロスしている：

【００３５】 Ｖdead（ｋ＋１）＝ ａ・ｓｉｎ（ｓｉ） −π／２＜ｓｉ＜π／２ Ｖdead（ｋ＋１）＝ ａ ｓｉ＜−π／２、π／２＜ｓｉ 合成出力電圧Ｖｎ”∧”（ｋ＋１） ＝ ２相３相変換出力Ｖｎ（ｋ＋１）＋ａ・ｓｉｎ（ｓｉ） 又は、 合成出力電圧Ｖｎ”∧”（ｋ＋１） ＝ ２相３相変換出力Ｖｎ（ｋ＋１）＋ａ

【００３６】図４は、デッドタイム補償電圧Ｖdead（ｋ
＋１）の付加により補償された合成電圧出力Ｖｎ（ｋ＋
１）を更に中性点変調により制御して、電力変換精度を
更に向上させるための技術を示している。デッドタイム
補償電圧発生部１０１から出力された３相の合成出力電
圧Ｖｎ”∧”（ｋ＋１）は、中性点零電位化器１１２に
入力される。図４は、ＰＷＭ指令電圧がサイン波形型３
相交流の電圧波形である場合を示している。３相交流で
は、通常、中性点電圧Ｖｍｉｄがノコギリ形で発生して
いる。次の第１プログラムにより中性点電流の零電位化
を行う。

【００３７】 ｆｏｒ ｎ＝１：３６０ 第２，３相に関して： Ｔｈｅ１＝２＊ｐｉ＊１／３；Ｔｈｅ２＝２＊ｐｉ＊２／３； 第１相に関して： Ｔｈｅ＝２＊ｐｉ＊ｎ／３６０； 次のように、最大値、最小値を設定する： 第１相と第２相について： ｉｆ（ｓｉｎ（Ｔｈｅ）＞ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ１）） ｍａｘ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ）； ｍｉｎ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ１）； ｅｌｓｅ ｍａｘ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ１）； ｍｉｎ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ）； ｅｎｄ

【００３８】第１相と第３相について： ｉｆ（ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ２）＞ｍａｘ） ｍａｘ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ２）； ｅｎｄ ｉｆ（ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ２）＜ｍｉｎ） ｍｉｎ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ２）； ｅｎｄ

【００３９】このような最大・最小値の設定により次の
計算が行われる。 ｍｉｄ＝（ｍａｘ＋ｍｉｎ）＊０．５ この値を各相から減じると、値は零になる。既述のプロ
グラムを数学的に一般化すれば、次の群： ｛ｓｉｎ（θ）、ｓｉｎ（θ＋１２０）、ｓｉｎ（θ＋２４０）｝ から選択される２つの要素を足し加えその加算値を２で
割った値を、その群から既述のプログラムで指定される
要素から減算すれば、常に零になる。次の公式を用い
る： ｓｉｎ（α＋β）＝ｓｉｎ（α）ｃｏｓ（β） −ｓｉｎ（β）ｃｏｓ（α） このような加算・減算を時系列ｔ（ｋ）で行うことによ
り中性点電圧Ｖｍｉｄ（ｔ（ｋ））は各時刻ｔ（ｋ）で
零である。

【００４０】このようなＶｍｉｄ（ｋ）（＝（ｍａｘ＋
ｍｉｎ）＊０．５）が、中性点零電位化器１１２から出
力され、各相加算点１１３Ｕ，Ｖ，Ｗで合成出力電圧Ｖ
ｎ”∧”（ｋ＋１）から減算される。このような中性点
零電位化の結果、３相電圧は、図６に示されるように、
ｓｉｎ波形にはならないが、綺麗に位相間隔がずれた３
相電圧が得られることになる。逆に言えば、図６に示す
ような３相電圧を与えれば、中性点は零電位になる。

【００４１】図７は、ＰＷＭ指令相電圧の波形が変形サ
インカーブである場合の中性点零電位化の他の実施形態
を示している。図６に示すように結果として得る３相電
圧波形（ノコギリ形中性点電圧が発生している）に対し
て、既述の電圧補正を行えば、図８に示されるように、
逆に綺麗なサイン波形の出力電圧が当然に得られる。こ
のように、中性点零電位化は、逆変換群を含む。

【００４２】図９は、ＰＷＭ指令相電圧が飽和電圧を含
む場合の中性点零電位化の更に他の実施形態を示してい
る。既述の実施形態と同じ中性点零電位化は、図１０に
示されるように、非飽和電圧の綺麗な３相電圧に変換す
ることができる。

【００４３】図１１は、デッドタイム補償電圧Ｖdead
（ｋ＋１）の付加により補償された合成電圧出力Ｖｎ
（ｋ＋１）を更に中性点変調により制御して、電力変換
精度を更に向上させるための他の中性点零電位化の他の
実施の形態を示している。デッドタイム補償電圧発生部
１０１から出力された３相の合成出力電圧Ｖｎ”∧”
（ｋ＋１）は、中性点零電位化器１１２’に入力され
る。

【００４４】合成出力電圧Ｖｎ”∧”（ｋ＋１）の各相
Ｕ，Ｖ，Ｗは、それぞれに、零点近傍を除いて電圧降下
型波形を有している。この場合の中性点電流は、次の第
２プログラムにより生成される（図５参照）。 ｆｏｒ ｎ＝１：３６０ 第２相，３に関して： Ｔｈｅ１＝２＊ｐｉ＊１／３；Ｔｈｅ２＝２＊ｐｉ＊２／３； 第１相に関して： Ｔｈｅ＝２＊ｐｉ＊ｎ／３６０； 次のように、最大値、最小値を設定する： 第１相と第２相について： ｉｆ（ｓｉｎ（Ｔｈｅ）＞ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ１）） ｍａｘ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ）； ｍｉｎ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ１）； ｅｌｓｅ ｍａｘ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ＋Ｔｈｅ１）； ｍｉｎ＝ｓｉｎ（Ｔｈｅ）； ｅｎｄ

【００４５】第１相と第３相について： ここまでのプログラムは、既述のプログラムに全く同じ
である。

【００４６】

【００４７】相電圧の組（第１相電圧，第２相電圧，第
３相電圧）の組から選択した１つの相電圧をｍａｘ、ｍ
ｉｎとして、ｍｉｄ電圧の組（−（１−ｍａｘ），（１
＋ｍａｘ））組から選択したｍｉｄ電圧を、相電圧の組
（第１相電圧，第２相電圧，第３相電圧）から減じて得
られる３相電圧を示すと、図１２のようになる。

【００４８】図１２が示す３相電圧の部分を６０度から
９０度の範囲に関し既述のプログラムにより計算して例
示すれば、次の通りである。デッドタイム補正を行った
後の電圧は近似的には、 ｓｉｎ（θ），ｓｉｎ（θ＋１２０），ｓｉｎ（θ＋２４０）、 ｍｉｄ＝−１＋ｓｉｎ（θ）， 中性点零電圧化後の３相電圧は、 １， １−（３／２）ｓｉｎ（θ）＋｛（３の平方根）／２｝ｃｏｓ（θ） １−（３／２）ｓｉｎ（θ）−｛（３の平方根）／２｝ｃｏｓ（θ） θ＝６０で、これらの３相電圧は順に、１，０．１５，
０．７３２であり、θ＝９０で、１，−０．５、−０．
５である。これら３相電圧を足し加えることにより、そ
の範囲の中性点電圧が得られる。この中性点電圧は、θ
＝９０の縦軸に対して線対称であり、その対称な６０度
の１単位幅の電圧が零電圧線である横軸に対して対称に
なり、１２０度の間隔で繰り返す周期関数になる。

【００４９】このように零点近傍で周期的に変動する近
似的中性点電圧が得られる。このような近似的中性点電
圧を３相交流電気磁気回転系に与えれば、エネルギーの
伝達効率はより高くなる。３相交流は、最小の電線構成
により効率のよい電力供給を行っている。エネルギーの
伝達効率は、中性点電位という仮想電線を基に考えられ
ているため、実際には中性点にアンバランスな電流が流
れ、損失が発生している。空間ベクトル場からスカララ
ー場に射影した３相電圧の中性点電位は瞬間的に発生す
る電圧の中央値である。ＰＷＭ発生装置から生成される
電圧は常にアンバランスを起こしている。

【００５０】このような中性点零電位化により、３相電
圧の中性点電位を線間電圧の中央値に固定した電圧を供
給することができる。このため、図６，１２に示される
ように、中性点電圧は零又は零近傍に固定することがで
きる。更に、中性点零電位化は、電力変換精度を向上さ
せると同時に、特に周波数の零クロス付近での電流変動
による磁歪音の発生を抑制し、モータに関しては、トル
クリップルの発生を抑制することができる。

【００５１】中性点が零電位化された３相交流の生成
は、電圧の生成限界を大きく向上させることができる。
２００Ｖ直流から２００Ｖ交流を生成することもでき
る。モータに適用した場合、その交流は、綺麗な３相交
流である。

【００５２】実験からの推測によれば、このような波形
電圧を印加して、正常な電力供給を行うことができる。
通常のキャリア比較を行った場合は、アンバランスなど
中性点に仮想接地した浮遊容量から電流の流れ損失が起
きる。実施の形態に示されるように、中性点変調を行う
と、漏れ電流の発生、損失を概ね完全に抑制することが
できる。

【００５３】零電位化の変調ルールは、１台の電力変換
器について複数が与えられ、それらの切替・選択が行わ
れることが好ましい。変調ルールの選択は、その製品の
出荷時に選択して以後固定することが好ましい。あるい
は、ユーザーが実地運転を行って、それが用いられ外部
環境に最もよく適応する変調ルールを選択することがで
きるようにすることも好ましい。

【００５４】

【発明の効果】本発明による電力変換システム及び電力
変換方法は、電力変換精度を向上させることができる。
特に、零点近傍でのその諸問題を解決することができ
る。更に付加的にいえば、トルクリップルの低減効果、
低速運転時の磁歪音低減効果がある。電圧補正後の中性
点零電位化が特に効果が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による電力変換システムの実施
の形態を示す回路図である。

【図２】図２は、デッドタイム補償器を示す回路図であ
る。

【図３】図３は、補償後の合成電圧出力を示す波形図で
ある。

【図４】図４は、中性点零電圧化を示す回路図である。

【図５】図５は、３相電圧波形を示す波形図である。

【図６】図６は、中性点零電位化後の３相電圧波形を示
す波形図である。

【図７】図７は、他の３相電圧波形を示す波形図であ
る。

【図８】図８は、中性点零電位化後の他の３相電圧波形
を示す波形図である。

【図９】図９は、更に他の３相電圧波形を示す波形図で
ある。

【図１０】図１０は、中性点零電位化後の更に他の３相
電圧波形を示す波形図である。

【図１１】図１１は、他の中性点零電位化器を示す回路
図である。

【図１２】図１２は、更に他の中性点零電圧化を示す波
形図である。

【符号の説明】

２…電源 １０１…補償電圧発生器 １１２’零点化器 ｔ（ｋ）…時刻 Ｖｎ（ｋ）…電圧 １１１…非線形補償電圧（Ｖｄｅａｄ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/537 H02M 7/48 H02P 7/622

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のスイッチング素子により時刻列の各
   時刻で制御される３相の電圧による電力を供給するため
   の電源と、 前記電源が供給する電力を受けて運動する運動体と、 前記複数のスイッチング素子のデッドタイムの変換特性
   に対応した補償電圧を前記時刻で前記電圧に付加するた
   めの補償電圧発生器と、前記３相をｓｉｎ（θ），ｓｉｎ（θ＋１２０），ｓｉ
   ｎ（θ＋２４０）で表して、次のプログラム： ｉｆ （ｓｉｎ（θ）＞ｓｉｎ（θ＋１２０）） ｍａｘ＝ｓｉｎ（θ）；ｍｉｎ＝ｓｉｎ（θ＋１２
   ０）； ｅｎｄ ｉｆ （ｓｉｎ（θ＋２４０）＞ｍａｘ ｍａｘ＝ｓｉｎ（θ＋２４０）； ｅｎｄ ｉｆ （ｓｉｎ（θ＋２４０）＜ｍｉｎ ｍｉｎ＝ｓｉｎ（θ＋２４０）； ｅｎｄ ｉｆ （ｍａｘ＊ｍａｘ＞＝ｍｉｎ＊ｍｉｎ ｍｉｄ＝
   −（１−ｍａｘ）； ｅｎｄ ｉｆ （ｍａｘ＊ｍａｘ＜＝ｍｉｎ＊ｍｉｎ ｍｉｄ＝
   （１＋ｍｉｎ）； ｅｎｄ により生成されるｍｉｄにより、３相電圧を、｛ｓｉｎ
   （θ）−ｍｉｄ｝、｛ｓｉｎ（θ＋１２０）−ｍｉ
   ｄ｝，｛ｓｉｎ（θ＋２４０）−ｍｉｄ｝にして、 前記
   ３相電圧の中性点電圧を近似的に零電圧化するための零
   点化器とからなる電力変換システム。
2. 【請求項２】デッドタイムの電圧を補正するためのステ
   ップと、 ３相の中性点電圧を近似的に零電位化するためのステッ
   プとからなり、前記零電位化の後の前記中性点電圧は、零点近傍で１２
   ０度間隔の周期的電圧 であり、１２０度の位相差を互い
   に持つ３つの概ねサインカーブで表される電圧から合成
   される 電力変換方法。