単相／三相変換装置及び制御方法
【課題】単相／三相変換装置において、負荷電力によらずに、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げること。
【解決手段】単相／三相変換装置１では、脈動補償用コンデンサＣｃと保護回路部３０の保護用コンデンサＣｐとの間に並列接続回路部４０が設けられている。並列接続回路部４０は、「マトリックスコンバータ部１０の出力がゼロ電圧のとき」、或いは、「脈動補償されていないとき」に、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させて、保護用コンデンサＣｐの蓄積電力で脈動補償用コンデンサＣｃを充電させる。
【解決手段】単相／三相変換装置１では、脈動補償用コンデンサＣｃと保護回路部３０の保護用コンデンサＣｐとの間に並列接続回路部４０が設けられている。並列接続回路部４０は、「マトリックスコンバータ部１０の出力がゼロ電圧のとき」、或いは、「脈動補償されていないとき」に、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させて、保護用コンデンサＣｐの蓄積電力で脈動補償用コンデンサＣｃを充電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相電力を三相電力に変換する単相／三相変換装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流から交流に直接電力を変換するコンバータとしてマトリックスコンバータが知られている。マトリックスコンバータは、交流を一旦直流に変換してから交流を作る従来の電力変換装置に比べて電力変換効率が高く、小型軽量化できる点で注目されており、現在開発・実用化の段階にある。
【０００３】
ただし、マトリックスコンバータは一般的に多相交流から多相交流への電力変換を想定しているため、単相交流から多相交流への変換を行う場合には、変換された多相交流に、単相交流電源周波数に応じた周波数の電力脈動が生じ得る。例えば、入力側の力率を１に制御する、いわゆる力率１制御においては、入力側の電力脈動が単相交流の２倍の周波数となる。一般的に負荷側の電力は脈動成分が無いため、希望したとおりの負荷電力を供給するためには、この電力脈動成分を補償する手段が必要となる。このため、この脈動成分を吸収するエネルギー吸収要素となる回路をマトリックスコンバータの前段に設けて、マトリックスコンバータと組み合わせて使用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷側が電圧源として動作する場合には、特許文献１に開示されている構成のように、エネルギー吸収要素としてインダクタンスを用いる方法が好適である。しかし、例えば鉄道車両（電車）や産業機械等の駆動に用いる電動機は大きなインダクタンスを有する誘導性負荷であるため、負荷側は電流源となり、エネルギー吸収要素としてインダクタンスではなくコンデンサを用いる方法が好適である。図１０に、この場合の回路構成の一例を示す。
【０００６】
ところが、脈動補償に利用できるエネルギーは負荷電力に影響されるため、図１１に示すように、適正に脈動補償される出力電圧の範囲に制限が出てしまうという問題がある。図１１は、縦軸が負荷電力、横軸が出力電圧であり、図１０の回路において脈動補償が適正に行われる出力領域を示す図である。図１１から分かる通り、負荷電力が小さい場合に高電圧を出力しようとすると、適正脈動補償範囲から外れてしまう（領域Ｘ）。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、負荷電力によらずに、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明は、
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部（例えば、図１の脈動補償用コンデンサＣｃ）と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部（例えば、図１のマトリックスコンバータ部１０）と、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作を制御する制御部（例えば、図１の制御部５０）と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部（例えば、図１の保護用コンデンサＣｐ）を並列に接続して有する保護回路部（例えば、図１の保護回路部３０）と、
所与の接続指示信号に従って前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続する並列接続回路部（例えば、図１の並列接続回路部４０）と、
を備え、
前記制御部が、前記電力変換動作の制御中の所定の時期に前記接続指示信号を出力して、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
単相／三相変換装置（例えば、図１の単相／三相変換装置１）である。
【０００９】
また、他の発明として、
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部を並列に接続して有する保護回路部と、
を備えた単相／三相変換装置の制御方法であって、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作の制御中の所定の時期に、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続することで、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
制御方法を構成することとしてもよい。
【００１０】
この第１の発明等によれば、単相／三相変換装置は、入力側の脈動成分を補償するための脈動補償用コンデンサ部と、出力電圧の過渡的な変動を抑制するためのコンデンサ部を備えた保護回路部とを備えている。そして、所定の時期に、保護回路部のコンデンサ部と、脈動補償用コンデンサ部とが並列に接続されることで、コンデンサ部の蓄電電力で脈動補償用コンデンサ部が充電される。このため、脈動補償用コンデンサ部の蓄電電力の低下を補い、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げることができるようになる。
【００１１】
保護回路部のコンデンサ部と脈動補償用コンデンサ部とを並列接続する時期の制御としては、例えば、第２の発明として、前記制御部が、前記単相交流の前記２相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力するようにしてもよいし（例えば、図５の充電期間Ｔａ、図６の充電期間Ｔｂ）、また、第３の発明として、前記制御部が、前記脈動補償用コンデンサ部を介した前記１相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力するようにしてもよい（例えば、図７の充電期間Ｔｃ）。
【００１２】
この第２又は第３の発明によれば、脈動補償用コンデンサ部が機能していない（脈動補償していない）時期に保護回路部のコンデンサ部と接続されることとなるため、脈動補償動作への影響がない時期に脈動補償用コンデンサ部を充電できる。
【００１３】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の単相／三相変換装置において、
前記並列接続回路部は、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを第１の方向に並列接続する第１接続回路部（例えば、図１のスイッチＳｎ１，Ｓｐ２）と、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に並列接続する第２接続回路部（例えば、図１のスイッチＳｎ２，Ｓｐ１）とを有し、
前記制御部は、前記脈動補償用コンデンサ部の両端電圧の極性に応じて、前記第１接続回路部及び前記第２接続回路部の何れかに並列接続させる接続指示信号を出力する、
単相／三相変換装置を構成することとしてもよい。
【００１４】
この第４の発明によれば、脈動補償用コンデンサ部の両端電圧の極性に応じて、適切にコンデンサ部と接続することができる。
【００１５】
また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の単相／三相変換装置において、
前記制御部が、前記接続指示信号を断続的に出力することで任意の電力を充電させる単相／三相変換装置を構成することとしてもよい。
【００１６】
この第５の発明によれば、例えばチョッパ制御やＰＷＭ制御といった制御方法で脈動補償用コンデンサ部に充電する電力を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三相／単相変換装置の構成図。
【図２】制御部の機能構成図。
【図３】電力変換動作及び脈動補償動作を説明するタイムチャート。
【図４】充電制御部の動作説明図。
【図５】充電動作を説明するタイムチャート。
【図６】充電動作を説明するタイムチャート。
【図７】充電動作を説明するタイムチャート。
【図８】充電制御信号の生成の説明図。
【図９】充電動作を説明するタイムチャート。
【図１０】脈動補償を行うマトリックスコンバータの回路構成図。
【図１１】脈動補償の問題点の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００１９】
［回路構成］
図１は、本実施形態における単相／三相変換装置１の主回路構成を示す図である。単相／三相変換装置１は、フィルタリアクトルＬｆ及びフィルタコンデンサＣｆから成るＬＣフィルタを介して単相交流電源Ｖｓから供給される単相交流を対称三相交流に変換して列車駆動用電動機の三相負荷３に供給する電力変換装置であり、マトリックスコンバータ部１０と、脈動補償用コンデンサＣｃと、保護回路部３０と、並列接続回路部４０と、制御部５０とを備えて構成される。
【００２０】
マトリックスコンバータ部１０は、入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔと出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとの間それぞれに接続された９個の双方向スイッチであるスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ、Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ，Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔを有する。これらのスイッチのうち、入力Ｒ，Ｓ相についてのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ、Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓが第１スイッチ群１２を成し、入力Ｔ相についてのスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔが第２スイッチ群１４を成す。そして、これらのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ、Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ，Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのスイッチング動作（オン／オフ）が制御部５０によって制御されることで、入力端に供給される単相電力（Ｒ，Ｓ相）と、脈動補償用コンデンサＣｃから供給される単相電力（Ｓ，Ｔ相）とが、位相が１２０度ずつずれた対称三相交流（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に変換されて出力される。
【００２１】
脈動補償用コンデンサＣｃは、その一端が双方向スイッチであるスイッチＳＷ１を介して単相交流電源Ｖｓの接地側に接続され、他端がマトリックスコンバータ部１０の入力端子Ｔに接続されている。この脈動補償用コンデンサＣｃは、電源電圧（単相交流電源Ｖｓの供給電圧）に対して位相の異なる電源を成すとともに、単相交流電源Ｖｓの電力脈動を吸収する脈動補償要素を成す。
【００２２】
スイッチＳＷ１は、制御部５０によってそのスイッチング動作（オン／オフ）が制御される。具体的には、スイッチＳＷ１は、通常はオンされているが、後述のように、保護用コンデンサＣｐの蓄電電圧による脈動補償用コンデンサＣｃの充電がなされるときにはオフされ、脈動補償用コンデンサＣｃが主回路から切り離される。
【００２３】
保護回路部３０は、入力電圧や出力電圧の過渡的な変動による双方向スイッチの破損を抑制するための回路であり、マトリックスコンバータ部１０の入力端と出力端との間に接続されている。この保護回路部３０は、例えば、マトリックスコンバータ部１０の入出力電圧を全波整流するダイオードや、保護用コンデンサＣｐ、保護用抵抗を有するクランプ回路であり、マトリックスコンバータ部１０の各スイッチＳの両端電圧が保護用コンデンサＣｐの電圧以下にクランプされることで、半導体素子である各スイッチＳに生じるサージ電圧が抑制される。出力電圧の過渡的な変動としては、例えば、三相負荷３が誘導性負荷であることに起因して、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳの全てがオフになったときに生じる過電圧がある。また、この保護回路部３０では、保護用コンデンサＣｐの電圧が高くなると、スイッチを短絡して保護用コンデンサＣｐの蓄電電力を保護用抵抗によって消費させることで、保護用コンデンサＣｐの電圧上昇が制限される。なお、この保護回路部３０自体は、例えば、特開２００６−３２５３２７号公報に開示されているような公知の回路であるため、より詳細な動作・構成の説明は省略する。
【００２４】
並列接続回路部４０は、保護回路部３０の保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させることで、保護用コンデンサＣｐの蓄電電圧によって脈動補償用コンデンサＣｃを充電するための回路である。この並列接続回路部４０は、スイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２を有する。スイッチＳｎ１は、脈動補償用コンデンサＣｃの一端と保護用コンデンサＣｐの他端（負）との間に接続され、スイッチＳｎ２は、脈動補償用コンデンサＣｃの他端と保護用コンデンサＣｐの他端（負）との間に接続されている。また、スイッチＳｐ１は、脈動補償用コンデンサＣｃの一端と保護用コンデンサＣｐの一端（正）との間に接続され、スイッチＳｐ２は、脈動補償用コンデンサＣｃの他端と保護用コンデンサＣｐの他端（負）との間に接続されている。これらのスイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２それぞれのスイッチング動作（オン／オフ）は、制御部５０によって制御される。
【００２５】
制御部５０は、単相／三相変換装置１における各種動作を制御する。図２は、制御部５０の機能構成を示すブロック図である。図２によれば、制御部５０は、機能部として、第１スイッチ群制御部５１と、第２スイッチ群制御部５２と、充電制御部５３とを有する。
【００２６】
第１スイッチ群制御部５１は、マトリックスコンバータ部１０の第１スイッチ群１２を構成するスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ，Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓそれぞれのスイッチング動作を指示する第１スイッチ群制御信号Ｆ１を出力し、マトリックスコンバータ部１０における電力変換動作を制御する。
【００２７】
第２スイッチ群制御部５２は、マトリックスコンバータ部１０の第２スイッチ群１４のスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのスイッチング動作を指示する電力変換制御信号Ｆ２を出力し、マトリックスコンバータ部１０における電力変換動作及び脈動補償動作を制御する。
【００２８】
図３は、マトリックスコンバータ部１０による電力変換動作及び脈動補償動作の一例を示すタイムチャートである。図３では、横軸を時間として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ，Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ，Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃを示している。
【００２９】
充電制御部５３は、図４に示すように、第１スイッチ群制御部５１及び第２スイッチ群制御部５２によるマトリックスコンバータ部１０の電力変換動作に応じて、脈動補償用コンデンサＣｃを充電させる充電制御を行う。具体的には、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させて、保護用コンデンサＣｐの蓄電電圧で脈動補償用コンデンサＣｃを充電するよう、並列接続回路部４０のスイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２それぞれのスイッチング動作を指示する充電制御信号Ｆ３を出力する。詳細には、次の条件（充電条件）のうちの少なくとも１つを満たすときに、スイッチＳＷ１をオフして脈動補償用コンデンサＣｃを主回路から切り離すとともに、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させるように、スイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２それぞれのスイッチング動作を制御する。
【００３０】
１つ目の条件（充電条件１）は、「マトリックスコンバータ部１０の出力がゼロ電圧のとき」である。ゼロ電圧出力となるのは、次の２つの場合がある。すなわち、「入力Ｒ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ａ）」、及び、「入力Ｓ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ｂ）」である。つまり、「入力Ｒ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ａ）」は、Ｒ相についてのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒが全てオンのときであり、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相が同電位となっている。但し、電力変換制御によって、他方の入力Ｓ相についてのスイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓは全てオフに制御されている。また、「入力Ｓ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ｂ）」は、Ｓ相についてのスイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓが全てオンのときであり、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相が同電位となっている。但し、電力変換制御によって、他方の入力Ｒ相についてのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒは、全てオフに制御されている。なお、ここで、「充電条件１」に「入力Ｔ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ｃ）」を含めても良い。これは、Ｔ相についてのスイッチが全てオンのときであり、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相が同電位となっている。
【００３１】
２つ目の条件（充電条件２）は、「脈動補償用コンデンサＣｃによる脈動補償が行われていないとき」である。つまり、第２スイッチ群１４のスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔが全てオフのときであり、脈動補償用コンデンサＣｃが三相負荷３から切り離されている。
【００３２】
ところで、図３に示すように、脈動補償用コンデンサＣｃの極性は一定ではなく、時間経過とともに正負が変化する。このため、脈動補償用コンデンサＣｃの極性に応じて、脈動補償用コンデンサＣｃに対する保護用コンデンサＣｐの接続方向を切り替える。すなわち、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃの向きが、図１における矢印ａ（正）の場合には、スイッチＳｐ１，Ｓｎ２をオンし、スイッチＳｐ２，Ｓｎ１をオフする。また、電圧Ｖｃｃの向きが矢印ｂ（負）の場合には、スイッチＳｐ２，Ｓｎ１をオンし、スイッチＳｐ１，Ｓｎ２をオフする。
【００３３】
図５〜図７は、充電制御部５３による充電動作の一例を示すタイムチャートであり、充電条件それぞれを満たす場合を示している。
【００３４】
図５は、充電条件１ａ「入力Ｒ相でゼロ電圧出力」を満たす場合の動作例を示すタイムチャートである。図５では、横方向を時刻として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃ、並列接続回路部４０のスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２それぞれのオン／オフを示している。図５に示すように、スイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒの全てがオンである期間Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔａ３が、脈動補償用コンデンサＣｃに保護用コンデンサＣｐが並列接続される充電期間となる。また、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが負であるため、充電期間ではスイッチＳｐ２，Ｓｎ１がオンとされる。
【００３５】
図６は、充電条件１ｂ「入力Ｓ相でゼロ電圧出力」を満たす場合の動作例を示すタイムチャートである。図６では、横方向を時刻として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃ、並列接続回路部４０のスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２それぞれのオン／オフを示している。図６に示すように、スイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓの全てがオンである期間Ｔｂ１，Ｔｂ２，・・・が充電期間となる。また、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが負であるため、充電期間ではスイッチＳｐ２，Ｓｎ１がオンとされる。
【００３６】
図７は、充電条件２「脈動補償されていない」を満たす場合の動作例を示すタイムチャートである。図７では、横方向を時刻として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃ、並列接続回路部４０のスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２それぞれのオン／オフを示している。図７によれば、スイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔの全てがオフである期間Ｔｃ１，Ｔｃ２，・・・が充電期間となる。また、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが正であるため、充電期間ではスイッチＳｐ１，Ｓｎ２がオンとされる。
【００３７】
また、充電制御部５３は、充電期間ｔにおいては、接続させるスイッチＳのオン／オフを断続的に切り替えてオン期間の長さ（パルス幅）を変化させることで脈動補償用コンデンサＣｃへの充電電圧を変化させる、いわゆるチョッパ制御を行う。
【００３８】
図８は、充電制御信号Ｆ３の生成原理を説明する図である。図８では、上から順に、充電期間ｔの判定結果、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃ、生成される充電制御信号Ｆ３を示している。なお、図８は、横方向の時間軸を拡大しており、説明を分かり易くするために、充電中であっても電圧Ｖｃｃが一定であるとして図示している。図８に示すように、現在の脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃから、フル充電に必要な充電電圧Ｖｃｈが算出される。次いで、算出された充電電圧Ｖｃｈに応じて、充電期間ｔにおけるオン／オフを指示するスイッチング信号（パルス信号）が生成されて充電制御信号Ｆ３とされる。
【００３９】
また、充電制御部５３は、充電制御では、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃの極性の変化前後では、脈動補償用コンデンサＣｃの充電を行わない。図９は、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが変化するときの一例を示すタイムチャートである。図９では、時刻ｔｃにおいて、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが負から正に変化している。この変化時刻ｔｃを含む所定期間Δｔでは、スイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ、Ｓｗｔの全てがオフとなっている、すなわち充電条件２を満たしているが、全てのスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２が必ずオフされる。
【００４０】
［作用・効果］
このように、本実施形態の単相／三相変換装置１では、脈動補償用コンデンサＣｃと保護回路部３０の保護用コンデンサＣｐとの間に、並列接続回路部４０が設けられている。並列接続回路部４０は、「マトリックスコンバータ部１０の出力がゼロ電圧のとき」、或いは、「脈動補償されていないとき」に、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させて、保護用コンデンサＣｐの蓄積電力で脈動補償用コンデンサＣｃを充電させる。これにより、脈動補償用コンデンサＣｃの蓄電電力の低下を補い、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げることができるようになる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 単相／三相変換装置
１０ マトリックスコンバータ部
１２ 第１スイッチ群
Ｓｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ，Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ スイッチ
１４ 第２スイッチ群
Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔ スイッチ
Ｃｃ 脈動補償用コンデンサ
ＳＷ１ スイッチ
３０ 保護回路部
Ｃｐ 保護用コンデンサ
４０ 並列接続回路部
Ｓｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２ スイッチ
５０ 制御部
５１ 第１スイッチ群制御部、５２ 第２スイッチ群制御部、５３ 充電制御部
Ｖｓ 単相交流電源
３ 三相負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相電力を三相電力に変換する単相／三相変換装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流から交流に直接電力を変換するコンバータとしてマトリックスコンバータが知られている。マトリックスコンバータは、交流を一旦直流に変換してから交流を作る従来の電力変換装置に比べて電力変換効率が高く、小型軽量化できる点で注目されており、現在開発・実用化の段階にある。
【０００３】
ただし、マトリックスコンバータは一般的に多相交流から多相交流への電力変換を想定しているため、単相交流から多相交流への変換を行う場合には、変換された多相交流に、単相交流電源周波数に応じた周波数の電力脈動が生じ得る。例えば、入力側の力率を１に制御する、いわゆる力率１制御においては、入力側の電力脈動が単相交流の２倍の周波数となる。一般的に負荷側の電力は脈動成分が無いため、希望したとおりの負荷電力を供給するためには、この電力脈動成分を補償する手段が必要となる。このため、この脈動成分を吸収するエネルギー吸収要素となる回路をマトリックスコンバータの前段に設けて、マトリックスコンバータと組み合わせて使用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷側が電圧源として動作する場合には、特許文献１に開示されている構成のように、エネルギー吸収要素としてインダクタンスを用いる方法が好適である。しかし、例えば鉄道車両（電車）や産業機械等の駆動に用いる電動機は大きなインダクタンスを有する誘導性負荷であるため、負荷側は電流源となり、エネルギー吸収要素としてインダクタンスではなくコンデンサを用いる方法が好適である。図１０に、この場合の回路構成の一例を示す。
【０００６】
ところが、脈動補償に利用できるエネルギーは負荷電力に影響されるため、図１１に示すように、適正に脈動補償される出力電圧の範囲に制限が出てしまうという問題がある。図１１は、縦軸が負荷電力、横軸が出力電圧であり、図１０の回路において脈動補償が適正に行われる出力領域を示す図である。図１１から分かる通り、負荷電力が小さい場合に高電圧を出力しようとすると、適正脈動補償範囲から外れてしまう（領域Ｘ）。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、負荷電力によらずに、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明は、
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部（例えば、図１の脈動補償用コンデンサＣｃ）と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部（例えば、図１のマトリックスコンバータ部１０）と、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作を制御する制御部（例えば、図１の制御部５０）と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部（例えば、図１の保護用コンデンサＣｐ）を並列に接続して有する保護回路部（例えば、図１の保護回路部３０）と、
所与の接続指示信号に従って前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続する並列接続回路部（例えば、図１の並列接続回路部４０）と、
を備え、
前記制御部が、前記電力変換動作の制御中の所定の時期に前記接続指示信号を出力して、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
単相／三相変換装置（例えば、図１の単相／三相変換装置１）である。
【０００９】
また、他の発明として、
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部を並列に接続して有する保護回路部と、
を備えた単相／三相変換装置の制御方法であって、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作の制御中の所定の時期に、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続することで、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
制御方法を構成することとしてもよい。
【００１０】
この第１の発明等によれば、単相／三相変換装置は、入力側の脈動成分を補償するための脈動補償用コンデンサ部と、出力電圧の過渡的な変動を抑制するためのコンデンサ部を備えた保護回路部とを備えている。そして、所定の時期に、保護回路部のコンデンサ部と、脈動補償用コンデンサ部とが並列に接続されることで、コンデンサ部の蓄電電力で脈動補償用コンデンサ部が充電される。このため、脈動補償用コンデンサ部の蓄電電力の低下を補い、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げることができるようになる。
【００１１】
保護回路部のコンデンサ部と脈動補償用コンデンサ部とを並列接続する時期の制御としては、例えば、第２の発明として、前記制御部が、前記単相交流の前記２相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力するようにしてもよいし（例えば、図５の充電期間Ｔａ、図６の充電期間Ｔｂ）、また、第３の発明として、前記制御部が、前記脈動補償用コンデンサ部を介した前記１相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力するようにしてもよい（例えば、図７の充電期間Ｔｃ）。
【００１２】
この第２又は第３の発明によれば、脈動補償用コンデンサ部が機能していない（脈動補償していない）時期に保護回路部のコンデンサ部と接続されることとなるため、脈動補償動作への影響がない時期に脈動補償用コンデンサ部を充電できる。
【００１３】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の単相／三相変換装置において、
前記並列接続回路部は、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを第１の方向に並列接続する第１接続回路部（例えば、図１のスイッチＳｎ１，Ｓｐ２）と、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に並列接続する第２接続回路部（例えば、図１のスイッチＳｎ２，Ｓｐ１）とを有し、
前記制御部は、前記脈動補償用コンデンサ部の両端電圧の極性に応じて、前記第１接続回路部及び前記第２接続回路部の何れかに並列接続させる接続指示信号を出力する、
単相／三相変換装置を構成することとしてもよい。
【００１４】
この第４の発明によれば、脈動補償用コンデンサ部の両端電圧の極性に応じて、適切にコンデンサ部と接続することができる。
【００１５】
また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の単相／三相変換装置において、
前記制御部が、前記接続指示信号を断続的に出力することで任意の電力を充電させる単相／三相変換装置を構成することとしてもよい。
【００１６】
この第５の発明によれば、例えばチョッパ制御やＰＷＭ制御といった制御方法で脈動補償用コンデンサ部に充電する電力を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】三相／単相変換装置の構成図。
【図２】制御部の機能構成図。
【図３】電力変換動作及び脈動補償動作を説明するタイムチャート。
【図４】充電制御部の動作説明図。
【図５】充電動作を説明するタイムチャート。
【図６】充電動作を説明するタイムチャート。
【図７】充電動作を説明するタイムチャート。
【図８】充電制御信号の生成の説明図。
【図９】充電動作を説明するタイムチャート。
【図１０】脈動補償を行うマトリックスコンバータの回路構成図。
【図１１】脈動補償の問題点の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００１９】
［回路構成］
図１は、本実施形態における単相／三相変換装置１の主回路構成を示す図である。単相／三相変換装置１は、フィルタリアクトルＬｆ及びフィルタコンデンサＣｆから成るＬＣフィルタを介して単相交流電源Ｖｓから供給される単相交流を対称三相交流に変換して列車駆動用電動機の三相負荷３に供給する電力変換装置であり、マトリックスコンバータ部１０と、脈動補償用コンデンサＣｃと、保護回路部３０と、並列接続回路部４０と、制御部５０とを備えて構成される。
【００２０】
マトリックスコンバータ部１０は、入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔと出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとの間それぞれに接続された９個の双方向スイッチであるスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ、Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ，Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔを有する。これらのスイッチのうち、入力Ｒ，Ｓ相についてのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ、Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓが第１スイッチ群１２を成し、入力Ｔ相についてのスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔが第２スイッチ群１４を成す。そして、これらのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ、Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ，Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのスイッチング動作（オン／オフ）が制御部５０によって制御されることで、入力端に供給される単相電力（Ｒ，Ｓ相）と、脈動補償用コンデンサＣｃから供給される単相電力（Ｓ，Ｔ相）とが、位相が１２０度ずつずれた対称三相交流（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に変換されて出力される。
【００２１】
脈動補償用コンデンサＣｃは、その一端が双方向スイッチであるスイッチＳＷ１を介して単相交流電源Ｖｓの接地側に接続され、他端がマトリックスコンバータ部１０の入力端子Ｔに接続されている。この脈動補償用コンデンサＣｃは、電源電圧（単相交流電源Ｖｓの供給電圧）に対して位相の異なる電源を成すとともに、単相交流電源Ｖｓの電力脈動を吸収する脈動補償要素を成す。
【００２２】
スイッチＳＷ１は、制御部５０によってそのスイッチング動作（オン／オフ）が制御される。具体的には、スイッチＳＷ１は、通常はオンされているが、後述のように、保護用コンデンサＣｐの蓄電電圧による脈動補償用コンデンサＣｃの充電がなされるときにはオフされ、脈動補償用コンデンサＣｃが主回路から切り離される。
【００２３】
保護回路部３０は、入力電圧や出力電圧の過渡的な変動による双方向スイッチの破損を抑制するための回路であり、マトリックスコンバータ部１０の入力端と出力端との間に接続されている。この保護回路部３０は、例えば、マトリックスコンバータ部１０の入出力電圧を全波整流するダイオードや、保護用コンデンサＣｐ、保護用抵抗を有するクランプ回路であり、マトリックスコンバータ部１０の各スイッチＳの両端電圧が保護用コンデンサＣｐの電圧以下にクランプされることで、半導体素子である各スイッチＳに生じるサージ電圧が抑制される。出力電圧の過渡的な変動としては、例えば、三相負荷３が誘導性負荷であることに起因して、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳの全てがオフになったときに生じる過電圧がある。また、この保護回路部３０では、保護用コンデンサＣｐの電圧が高くなると、スイッチを短絡して保護用コンデンサＣｐの蓄電電力を保護用抵抗によって消費させることで、保護用コンデンサＣｐの電圧上昇が制限される。なお、この保護回路部３０自体は、例えば、特開２００６−３２５３２７号公報に開示されているような公知の回路であるため、より詳細な動作・構成の説明は省略する。
【００２４】
並列接続回路部４０は、保護回路部３０の保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させることで、保護用コンデンサＣｐの蓄電電圧によって脈動補償用コンデンサＣｃを充電するための回路である。この並列接続回路部４０は、スイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２を有する。スイッチＳｎ１は、脈動補償用コンデンサＣｃの一端と保護用コンデンサＣｐの他端（負）との間に接続され、スイッチＳｎ２は、脈動補償用コンデンサＣｃの他端と保護用コンデンサＣｐの他端（負）との間に接続されている。また、スイッチＳｐ１は、脈動補償用コンデンサＣｃの一端と保護用コンデンサＣｐの一端（正）との間に接続され、スイッチＳｐ２は、脈動補償用コンデンサＣｃの他端と保護用コンデンサＣｐの他端（負）との間に接続されている。これらのスイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２それぞれのスイッチング動作（オン／オフ）は、制御部５０によって制御される。
【００２５】
制御部５０は、単相／三相変換装置１における各種動作を制御する。図２は、制御部５０の機能構成を示すブロック図である。図２によれば、制御部５０は、機能部として、第１スイッチ群制御部５１と、第２スイッチ群制御部５２と、充電制御部５３とを有する。
【００２６】
第１スイッチ群制御部５１は、マトリックスコンバータ部１０の第１スイッチ群１２を構成するスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ，Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓそれぞれのスイッチング動作を指示する第１スイッチ群制御信号Ｆ１を出力し、マトリックスコンバータ部１０における電力変換動作を制御する。
【００２７】
第２スイッチ群制御部５２は、マトリックスコンバータ部１０の第２スイッチ群１４のスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのスイッチング動作を指示する電力変換制御信号Ｆ２を出力し、マトリックスコンバータ部１０における電力変換動作及び脈動補償動作を制御する。
【００２８】
図３は、マトリックスコンバータ部１０による電力変換動作及び脈動補償動作の一例を示すタイムチャートである。図３では、横軸を時間として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ，Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ，Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃを示している。
【００２９】
充電制御部５３は、図４に示すように、第１スイッチ群制御部５１及び第２スイッチ群制御部５２によるマトリックスコンバータ部１０の電力変換動作に応じて、脈動補償用コンデンサＣｃを充電させる充電制御を行う。具体的には、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させて、保護用コンデンサＣｐの蓄電電圧で脈動補償用コンデンサＣｃを充電するよう、並列接続回路部４０のスイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２それぞれのスイッチング動作を指示する充電制御信号Ｆ３を出力する。詳細には、次の条件（充電条件）のうちの少なくとも１つを満たすときに、スイッチＳＷ１をオフして脈動補償用コンデンサＣｃを主回路から切り離すとともに、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させるように、スイッチＳｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２それぞれのスイッチング動作を制御する。
【００３０】
１つ目の条件（充電条件１）は、「マトリックスコンバータ部１０の出力がゼロ電圧のとき」である。ゼロ電圧出力となるのは、次の２つの場合がある。すなわち、「入力Ｒ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ａ）」、及び、「入力Ｓ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ｂ）」である。つまり、「入力Ｒ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ａ）」は、Ｒ相についてのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒが全てオンのときであり、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相が同電位となっている。但し、電力変換制御によって、他方の入力Ｓ相についてのスイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓは全てオフに制御されている。また、「入力Ｓ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ｂ）」は、Ｓ相についてのスイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓが全てオンのときであり、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相が同電位となっている。但し、電力変換制御によって、他方の入力Ｒ相についてのスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒは、全てオフに制御されている。なお、ここで、「充電条件１」に「入力Ｔ相でゼロ電圧出力となるとき（充電条件１ｃ）」を含めても良い。これは、Ｔ相についてのスイッチが全てオンのときであり、出力Ｕ，Ｖ，Ｗ相が同電位となっている。
【００３１】
２つ目の条件（充電条件２）は、「脈動補償用コンデンサＣｃによる脈動補償が行われていないとき」である。つまり、第２スイッチ群１４のスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔが全てオフのときであり、脈動補償用コンデンサＣｃが三相負荷３から切り離されている。
【００３２】
ところで、図３に示すように、脈動補償用コンデンサＣｃの極性は一定ではなく、時間経過とともに正負が変化する。このため、脈動補償用コンデンサＣｃの極性に応じて、脈動補償用コンデンサＣｃに対する保護用コンデンサＣｐの接続方向を切り替える。すなわち、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃの向きが、図１における矢印ａ（正）の場合には、スイッチＳｐ１，Ｓｎ２をオンし、スイッチＳｐ２，Ｓｎ１をオフする。また、電圧Ｖｃｃの向きが矢印ｂ（負）の場合には、スイッチＳｐ２，Ｓｎ１をオンし、スイッチＳｐ１，Ｓｎ２をオフする。
【００３３】
図５〜図７は、充電制御部５３による充電動作の一例を示すタイムチャートであり、充電条件それぞれを満たす場合を示している。
【００３４】
図５は、充電条件１ａ「入力Ｒ相でゼロ電圧出力」を満たす場合の動作例を示すタイムチャートである。図５では、横方向を時刻として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃ、並列接続回路部４０のスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２それぞれのオン／オフを示している。図５に示すように、スイッチＳｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒの全てがオンである期間Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔａ３が、脈動補償用コンデンサＣｃに保護用コンデンサＣｐが並列接続される充電期間となる。また、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが負であるため、充電期間ではスイッチＳｐ２，Ｓｎ１がオンとされる。
【００３５】
図６は、充電条件１ｂ「入力Ｓ相でゼロ電圧出力」を満たす場合の動作例を示すタイムチャートである。図６では、横方向を時刻として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃ、並列接続回路部４０のスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２それぞれのオン／オフを示している。図６に示すように、スイッチＳｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓの全てがオンである期間Ｔｂ１，Ｔｂ２，・・・が充電期間となる。また、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが負であるため、充電期間ではスイッチＳｐ２，Ｓｎ１がオンとされる。
【００３６】
図７は、充電条件２「脈動補償されていない」を満たす場合の動作例を示すタイムチャートである。図７では、横方向を時刻として、上から順に、マトリックスコンバータ部１０のスイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔそれぞれのオン／オフ、脈動補償用コンデンサ電圧Ｖｃｃ、並列接続回路部４０のスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２それぞれのオン／オフを示している。図７によれば、スイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔの全てがオフである期間Ｔｃ１，Ｔｃ２，・・・が充電期間となる。また、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが正であるため、充電期間ではスイッチＳｐ１，Ｓｎ２がオンとされる。
【００３７】
また、充電制御部５３は、充電期間ｔにおいては、接続させるスイッチＳのオン／オフを断続的に切り替えてオン期間の長さ（パルス幅）を変化させることで脈動補償用コンデンサＣｃへの充電電圧を変化させる、いわゆるチョッパ制御を行う。
【００３８】
図８は、充電制御信号Ｆ３の生成原理を説明する図である。図８では、上から順に、充電期間ｔの判定結果、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃ、生成される充電制御信号Ｆ３を示している。なお、図８は、横方向の時間軸を拡大しており、説明を分かり易くするために、充電中であっても電圧Ｖｃｃが一定であるとして図示している。図８に示すように、現在の脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃから、フル充電に必要な充電電圧Ｖｃｈが算出される。次いで、算出された充電電圧Ｖｃｈに応じて、充電期間ｔにおけるオン／オフを指示するスイッチング信号（パルス信号）が生成されて充電制御信号Ｆ３とされる。
【００３９】
また、充電制御部５３は、充電制御では、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃの極性の変化前後では、脈動補償用コンデンサＣｃの充電を行わない。図９は、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが変化するときの一例を示すタイムチャートである。図９では、時刻ｔｃにおいて、脈動補償用コンデンサＣｃの電圧Ｖｃｃが負から正に変化している。この変化時刻ｔｃを含む所定期間Δｔでは、スイッチＳｕｔ，Ｓｖｔ、Ｓｗｔの全てがオフとなっている、すなわち充電条件２を満たしているが、全てのスイッチＳｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２が必ずオフされる。
【００４０】
［作用・効果］
このように、本実施形態の単相／三相変換装置１では、脈動補償用コンデンサＣｃと保護回路部３０の保護用コンデンサＣｐとの間に、並列接続回路部４０が設けられている。並列接続回路部４０は、「マトリックスコンバータ部１０の出力がゼロ電圧のとき」、或いは、「脈動補償されていないとき」に、保護用コンデンサＣｐを脈動補償用コンデンサＣｃに並列接続させて、保護用コンデンサＣｐの蓄積電力で脈動補償用コンデンサＣｃを充電させる。これにより、脈動補償用コンデンサＣｃの蓄電電力の低下を補い、適正に脈動補償ができる出力範囲を広げることができるようになる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 単相／三相変換装置
１０ マトリックスコンバータ部
１２ 第１スイッチ群
Ｓｕｒ，Ｓｖｒ，Ｓｗｒ，Ｓｕｓ，Ｓｖｓ，Ｓｗｓ スイッチ
１４ 第２スイッチ群
Ｓｕｔ，Ｓｖｔ，Ｓｗｔ スイッチ
Ｃｃ 脈動補償用コンデンサ
ＳＷ１ スイッチ
３０ 保護回路部
Ｃｐ 保護用コンデンサ
４０ 並列接続回路部
Ｓｎ１，Ｓｎ２，Ｓｐ１，Ｓｐ２ スイッチ
５０ 制御部
５１ 第１スイッチ群制御部、５２ 第２スイッチ群制御部、５３ 充電制御部
Ｖｓ 単相交流電源
３ 三相負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部と、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作を制御する制御部と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部を並列に接続して有する保護回路部と、
所与の接続指示信号に従って前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続する並列接続回路部と、
を備え、
前記制御部が、前記電力変換動作の制御中の所定の時期に、前記接続指示信号を出力して、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
単相／三相変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記単相交流の前記２相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力する請求項１に記載の単相／三相変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記脈動補償用コンデンサ部を介した前記１相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力する請求項１又は２に記載の単相／三相変換装置。
【請求項４】
前記並列接続回路部は、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを第１の方向に並列接続する第１接続回路部と、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に並列接続する第２接続回路部とを有し、
前記制御部は、前記脈動補償用コンデンサ部の両端電圧の極性に応じて、前記第１接続回路部及び前記第２接続回路部の何れかに並列接続させる接続指示信号を出力する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の単相／三相変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記接続指示信号を断続的に出力することで任意の電力を充電させる請求項１〜４の何れか一項に記載の単相／三相変換装置。
【請求項６】
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部と、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作を制御する制御部と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部を並列に接続して有する保護回路部と、
を備えた単相／三相変換装置の制御方法であって、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作の制御中の所定の時期に、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続することで、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
制御方法。
【請求項１】
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部と、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作を制御する制御部と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部を並列に接続して有する保護回路部と、
所与の接続指示信号に従って前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続する並列接続回路部と、
を備え、
前記制御部が、前記電力変換動作の制御中の所定の時期に、前記接続指示信号を出力して、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
単相／三相変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記単相交流の前記２相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力する請求項１に記載の単相／三相変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記脈動補償用コンデンサ部を介した前記１相分の電力を出力しない所定のスイッチング時期に前記接続指示信号を出力する請求項１又は２に記載の単相／三相変換装置。
【請求項４】
前記並列接続回路部は、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを第１の方向に並列接続する第１接続回路部と、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向に並列接続する第２接続回路部とを有し、
前記制御部は、前記脈動補償用コンデンサ部の両端電圧の極性に応じて、前記第１接続回路部及び前記第２接続回路部の何れかに並列接続させる接続指示信号を出力する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の単相／三相変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記接続指示信号を断続的に出力することで任意の電力を充電させる請求項１〜４の何れか一項に記載の単相／三相変換装置。
【請求項６】
単相交流の電力脈動を補償する脈動補償用コンデンサ部と、
前記単相交流の２相及び前記脈動補償用コンデンサ部を介した１相の３相から対称三相交流を生成するマトリックスコンバータ部と、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作を制御する制御部と、
前記マトリックスコンバータ部の入出力端間に、前記マトリックスコンバータ部の出力電圧の過渡的な変動を抑制するコンデンサ部を並列に接続して有する保護回路部と、
を備えた単相／三相変換装置の制御方法であって、
前記マトリックスコンバータ部による電力変換動作の制御中の所定の時期に、前記コンデンサ部と前記脈動補償用コンデンサ部とを並列に接続することで、前記コンデンサ部の蓄電電力で前記脈動補償用コンデンサ部を充電する充電制御を行う、
制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２２０３３３（Ｐ２０１０−２２０３３３Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２５４８（Ｐ２００９−６２５４８）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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