JPH09182452A

JPH09182452A - ３レベルインバータ装置

Info

Publication number: JPH09182452A
Application number: JP7336882A
Authority: JP
Inventors: Taichiro Tsuchiya; 多一郎土谷; Hideo Okayama; 秀夫岡山; Masato Koyama; 正人小山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧ベクトルＰＷＭ方式において、異なるＰ
ＷＭモード間の切換を円滑に実行できる３レベルインバ
ータ装置は知られていなかった。【解決手段】出力周波数指令ｆ^*がＰＷＭモード切換
周波数ｆ₁に達して第１の切換許可信号が出力される
と、その時点のＰＷＭ周期Ｎｃ′に対応して切換えた場
合の切換え直後のＰＷＭ周期Ｎｃを求め、これが切換判
定条件を満足するか否かを判断し、満足する場合は当該
ＰＷＭ周期Ｎｃへの移行を実行し、非同期ＰＷＭモード
から同期ＰＷＭモードへの切換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、パルス幅変調
（ＰＷＭ）により出力電圧が制御される３レベルインバ
ータ装置の、特に複数のＰＷＭモード間のＰＷＭモード
切換方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータのＰＷＭ方式の１つと
して、変調信号である三角波と基準信号である正弦波と
を比較してＰＷＭ信号を作成する、いわゆる三角波比較
ＰＷＭ方式が知られている。図２８はＰＷＭ信号作成方
法の概要を示す波形図である。図２８（１）において、
正弦波は基準信号を示し、三角波は変調信号を示してい
る。正弦波と三角波との大きさを比較することで得られ
るＰＷＭ信号は図２８（２）のように、例えば正弦波が
三角波より大きい範囲ではオン信号、また三角波が正弦
波より大きい範囲ではオフ信号である。そして、このＰ
ＷＭ信号がインバータを構成する各スイッチング素子へ
オン、オフ信号として与えられる。

【０００３】ところで、ＰＷＭ方式は変調信号と基準信
号との関係により非同期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモー
ドとに分類される。例えば三角波比較ＰＷＭ方式の場
合、非同期ＰＷＭモードでは変調信号の周波数は基準信
号の周波数によらず一定であり、同期ＰＷＭモードでは
変調信号の周波数は基準信号の周波数の整数倍である。
この非同期ＰＷＭモードでは、変調信号と基準信号との
周波数比が十分に大きくないと、インバータの出力電圧
に低次の高調波が発生したり、電流リップルが増加する
などの不具合が発生する。また、インバータに使用する
半導体スイッチング素子の特性やインバータの損失など
の理由により、一般に変調信号の周波数には上限が設け
られている。したがって、変調信号と基準信号との周波
数比が十分に大きくとれない場合には、非同期ＰＷＭモ
ードと同期ＰＷＭモードとを組み合わせてインバータを
駆動している。つまり、インバータの出力周波数が低周
波領域の場合には非同期ＰＷＭモードで駆動し、高周波
領域の場合には同期ＰＷＭモードに切換て駆動してい
る。

【０００４】非同期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモードと
を組み合わせてインバータを駆動する場合、非同期ＰＷ
Ｍモードから同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換時
点には、変調信号の周波数が大幅に減少する。変調信号
の周波数にこのような偏差がある場合、基準信号と変調
信号との位相偏差を考慮せずに非同期ＰＷＭモードから
同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換を行うと、変調
信号である三角波の波形に不連続が生じることがある。
この不連続はインバータの出力電圧に電圧変化を生じさ
せ、その結果として電流リップルが増大し過電流を生じ
させることになる。

【０００５】このような波形不連続を生じさせないため
の方法としては、例えば、特公平６−３２５６１号公報
に示されているように、非同期ＰＷＭモードの変調信号
の位相と同期ＰＷＭモードの変調信号の位相とを検出
し、これら２つの位相の一致点で非同期ＰＷＭモードか
ら同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換を行う方法が
知られている。

【０００６】一方、最近では、直流電源の正極と負極と
の間に中性点出力端子を備え、３レベルの電圧を出力可
能とするいわゆる３レベルインバータが開発され、２レ
ベルインバータに比較して、出力電圧の高調波を低減で
きることからその用途の拡大が図られている。そして、
この場合、例えば、特開平５−２１１７７５号公報に示
されているように、上述した三角波比較ＰＷＭ方式に替
わって、各相のスイッチング状態に対応して定まるいわ
ゆる電圧ベクトルの概念を導入してＰＷＭ制御を行う方
式が新たに適用されている。

【０００７】ところで、この電圧ベクトルＰＷＭ方式に
おいても、その出力周波数に関連して、前述したスイッ
チング素子やインバータの損失などを考慮すると、非同
期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモードとを組み合わせた制
御構成が要請される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この場合、その異なる
ＰＷＭモード間の切換えにあたっては、従来の三角波比
較ＰＷＭ方式のときとは違った方式が必要となる。この
発明は、以上の要求に応えるためになされたもので、電
圧ベクトルＰＷＭ方式において、異なるＰＷＭモード間
の切換えを円滑に制御できる３レベルインバータ装置を
得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る３
レベルインバータ装置は、中性点出力端子を有する直流
電源の正極と負極との間に、順次、第１ないし第４のス
イッチング素子を直列接続するとともに、上記第１と第
２のスイッチング素子の接続点および第３と第４のスイ
ッチング素子の接続点をダイオードを介して上記中性点
出力端子に接続してなり、上記第２と第３のスイッチン
グ素子の接続点をインバータの出力端子とする３レベル
インバータを３相分設け、上記各相のスイッチング素子
のスイッチング状態に対応して定まる電圧ベクトルを、
周期毎に与えられる電圧指令ベクトルに応じて順次パル
ス幅変調（ＰＷＭ）により出力することにより電圧を制
御する３レベルインバータ装置であって、上記ＰＷＭ周
期が電圧指令ベクトルの周波数によらず一定である非同
期ＰＷＭモードと上記ＰＷＭ周期の逆数が電圧指令ベク
トルの周波数の整数倍となるように当該ＰＷＭ周期が変
化する同期ＰＷＭモードとを備え、上記電圧指令ベクト
ルの周波数に応じて、上記非同期ＰＷＭモードと同期Ｐ
ＷＭモードとの間、または互いに異なる同期ＰＷＭモー
ドの間のＰＷＭモード切換を行うように構成されたもの
において、上記電圧指令ベクトルの周波数が所定の切換
基準値に達したとき切換信号を出力する手段、および上
記切換信号が出力された時点のＰＷＭ周期における最後
の電圧ベクトルと、切換えた場合の切換え直後のＰＷＭ
周期における最初の電圧ベクトルとが同一のスイッチン
グ状態にあるかまたは一対のスイッチング動作で移行可
能なスイッチング状態にあるという切換判定条件のもと
でＰＷＭモードの切換えを実行する手段を備えたもので
ある。

【００１０】請求項２の発明に係る３レベルインバータ
装置は、請求項１において、電圧ベクトルの座標系に、
位相角を等分割してなる６つの区間と、これら各区間内
に電圧ベクトルの互いに隣接する３つの接点を結んでな
る４つの領域とを設定し、ＰＷＭモード毎に電圧指令ベ
クトルが取り得る上記区間および領域に応じて各ＰＷＭ
周期における電圧ベクトルの出力順序を予め決定し、こ
れら電圧ベクトルおよびその出力順序を記憶する手段を
備え、上記記憶された電圧ベクトルおよびその出力順序
に基づき、ＰＷＭモードの切換判定条件の判断を行うよ
うにしたものである。

【００１１】請求項３の発明に係る３レベルインバータ
装置は、請求項２において、非同期ＰＷＭモードまたは
同期ＰＷＭモードである第１のＰＷＭモードから同期Ｐ
ＷＭモードである第２のＰＷＭモードへ切換える場合に
おいて、切換信号が出力された時点の上記第１のＰＷＭ
モードのＰＷＭ周期における電圧指令ベクトルの位相角
θ₁を検出する手段、上記位相角θ₁との差が所定値以内
の位相角θ₂を有する上記第２のＰＷＭモードのＰＷＭ
周期を選択する手段、および上記選択された第２のＰＷ
ＭモードのＰＷＭ周期と上記第１のＰＷＭモードのＰＷ
Ｍ周期とが切換判定条件を満足するか否かを判断する手
段を備えたものである。

【００１２】請求項４の発明に係る３レベルインバータ
装置は、請求項２において、同期ＰＷＭモードから非同
期ＰＷＭモードへ切換える場合において、上記同期ＰＷ
Ｍモードの各ＰＷＭ周期の最初と最後の電圧ベクトルに
中性点電圧ベクトル（直流電源の中性点出力端子に電流
の出入を生じさせる電圧ベクトル）を配し、上記非同期
ＰＷＭモードの各ＰＷＭ周期の最初と最後の電圧ベクト
ルに零電圧ベクトル（すべての線間電圧が零となる電圧
ベクトル）を配するようにしておき、切換信号が出力さ
れた時点の上記同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周期との間で
切換判定条件を満足する上記非同期ＰＷＭモードのＰＷ
Ｍ周期を選択し、この選択された上記非同期ＰＷＭモー
ドのＰＷＭ周期へ切換えを実行する手段を備えたもので
ある。

【００１３】請求項５の発明に係る３レベルインバータ
装置は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、異なる
ＰＷＭモードへ切換えるための切換信号を出力する場合
の電圧指令ベクトルの周波数の切換基準値として、上記
電圧指令ベクトルの周波数の増加時に設定する値より減
少時に設定する値を小さくしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１における３
レベルインバータ装置の構成図である。図１において、
１は電圧指令ベクトル発生手段、２はマイクロコンピュ
ータ、３はクロック信号発生手段、４および５はカウン
タ、６は電圧ベクトル選択手段、７はスイッチング信号
作成手段、８は３レベルインバータである。

【００１５】まず、３レベルインバータの電圧ベクトル
について説明する。図２は図１に示した３レベルインバ
ータ８の回路構成図である。図２において直流電源９の
電圧をＥ、平滑コンデンサ１０および１１の電圧をそれ
ぞれＥ／２とする。また、Ｕ相のスイッチング素子１２
〜１５をＳＷ１〜ＳＷ４と呼ぶことにすると、例えばＵ
相の出力端子２２から出力される相電圧Ｖ_u は、ＳＷ１
とＳＷ２とがオン、ＳＷ３とＳＷ４とがオフの場合はＶ
_u ＝Ｅ、ＳＷ２とＳＷ３とがオン、ＳＷ１とＳＷ４がオ
フの場合はＶ_u ＝Ｅ／２、ＳＷ３とＳＷ４とがオン、Ｓ
Ｗ１とＳＷ２とがオフの場合はＶ_u ＝０である。なお、
この関係はＶ相とＷ相とについても同様である。ここ
で、例えばＶ_u ＝Ｅ、Ｖ_v ＝Ｅ／２、Ｖ_w ＝０というス
イッチング状態を（Ｅ，Ｅ／２，０）と表現し、これを
Ｅで正規化した（１，１／２，０）を電圧ベクトルと呼
ぶ。また、前述したようにＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相
が３つの電圧値をとり得るので、３レベルインバータ８
が出力可能な電圧ベクトルの数は３×３×３＝２７個で
ある。

【００１６】そして、３レベルインバータ８が出力可能
な電圧ベクトルを極座標を用いて図示すると、図３のよ
うな正六角形が得られる。図３において、２４個の正三
角形の頂点が電圧ベクトルである。ここで、（０，０，
０）、（１／２，１／２，１／２）および（１，１，
１）の３つの電圧ベクトルは、すべての線間電圧が零と
なるため零電圧ベクトルと呼ぶことにする。

【００１７】また、例えば電圧ベクトル（１／２，０，
０）と（１，１／２，１／２）との線間電圧はいずれも
Ｖ_uv＝Ｅ／２、Ｖ_vw＝０、Ｖ_wu＝−Ｅ／２となり同じで
あるが、充放電される平滑コンデンサが異なる。すなわ
ち電圧ベクトル（１／２，０，０）を出力すると、図２
において平滑コンデンサ１１が充放電され、電圧ベクト
ル（１，１／２，１／２）を出力すると、平滑コンデン
サ１０が充放電される。したがって、これらの電圧ベク
トルを出力すると、平滑コンデンサ１０および１１の相
互接続点である中性点出力端子Ｎに電流の出入が生じそ
の電位が変化する。そこで、これらの電圧ベクトルを中
性点電圧ベクトルと呼ぶことにする。中性点電圧ベクト
ルはこれら２個の電圧ベクトルを含めて１２個存在す
る。

【００１８】次に、この電圧ベクトルに基づいて３レベ
ルインバータ８をＰＷＭ方式で駆動する電圧ベクトルＰ
ＷＭ方式について説明する。まず、図３に示した正六角
形は図４のように６０゜ごとの６区間に分けられる。区
間はＮｄ（Ｎｄ＝１〜６）で表す。また、１つの区間は
４つの正三角形の領域に分けることができる。領域はＮ
ｒ（Ｎｒ＝１〜４）で表す。図５に各区間の領域１〜４
を示す。また、図６に区間１のみを示す。図６に示すよ
うに電圧指令ベクトルＶ^* が３つの電圧ベクトルＶ₁
［＝（１／２，０，０）または（１，１／２，１／
２）］、Ｖ₄ ［＝（１／２，１／２，０）または（１，
１，１／２）］、Ｖ₃ ［＝（１，１／２，０）］を頂点
とする領域３にある場合は、以下に述べるように、ＰＷ
Ｍ周期毎にこれら３つの電圧ベクトルを所定の時間配分
で出力することにより３レベルインバータ８の出力電圧
の制御を行うことができる。

【００１９】ここで、電圧指令ベクトルＶ^* は振幅ｋ、
実軸からの角度θを用いてベクトル表示されており、角
周波数ωで回転するものと仮定する。

【００２０】あるＰＷＭ周期Ｔにおいて電圧指令ベクト
ルが描く円弧軌跡と、前述の３つの電圧ベクトルを用い
て出力された合成ベクトルが描く軌跡が等しくなる条件
は式（１）で表される。

【００２１】

【数１】

【００２２】式（１）においてｔ₁ 、ｔ₄ およびｔ₃
は、それぞれ電圧ベクトルＶ₁ 、Ｖ₄およびＶ₃ の持続
時間である。また、これら３つの電圧ベクトルの持続時
間の総和がＰＷＭ周期Ｔに等しいという条件から式
（２）が得られる。

【００２３】

【数２】

【００２４】式（１）および式（２）より、これら３つ
の電圧ベクトルの持続時間を求めると式（３）が得られ
る。

【００２５】

【数３】

【００２６】同様にして、電圧指令ベクトルが他の区間
にある場合にも、そのとき電圧指令ベクトルが位置する
領域の各頂点をなす３つの電圧ベクトルを選択し、その
持続時間を求めることが可能である。

【００２７】図１の動作を順を追って説明する。なお、
ここでは、非同期ＰＷＭモードと１５パルス同期ＰＷＭ
モード間のＰＷＭモード切換を例に挙げて説明を行うこ
ととする。図７に動作のフローチャートを示す。

【００２８】まず、電圧指令ベクトル発生手段１はＡ／
Ｄコンバータ１ａ、ＲＯＭ（リードオンリーメモリー）
１ｂ、Ｖ／Ｆコンバータ１ｃ、カウンタ１ｄで構成され
る。アナログ値である出力周波数指令ｆ^* を、Ａ／Ｄコ
ンバータ１ａに入力して得たディジタル値を、ｖ／ｆパ
ターンが記憶されたＲＯＭ１ｂに入力すると、電圧指令
ベクトルの振幅ｋのディジタル値がＲＯＭ１ｂから出力
される。一方、アナログ値である出力周波数指令ｆ^* を
Ｖ／Ｆコンバータ１ｃに入力し、周波数が出力周波数指
令ｆ^* の振幅に比例するパルス列に変換した後、カウン
タ１ｄに入力すると出力周波数指令の時間積分が行わ
れ、電圧指令ベクトルの位相θのディジタル値が出力さ
れる。なお、このような電圧指令ベクトルの発生方法
は、誘導電動機をｖ／ｆ一定制御する場合によく使用さ
れている。

【００２９】マイクロコンピュータ２では、ステップＳ
Ｔ１として、電圧指令ベクトル発生手段１から電圧指令
ベクトルを入力し、当該電圧指令ベクトルが図４に示し
た６つの区間のうちいずれの区間に含まれるのかについ
て判定する。また、電圧指令ベクトルの位相θを区間Ｎ
ｄ（＝１〜６）内における位相θ₁ 、すなわちθ＝６０
゜×（Ｎｄ−１）＋θ₁ という形に変形する。そして、
以下の処理では、位相は各区間内における位相θ₁ を扱
うことにする。また、ここでは、図５に示したように各
区間ごとに定義される４つの領域において、当該電圧指
令ベクトルがいずれの領域に含まれるのかについても判
定する。

【００３０】ステップＳＴ２では、ＰＷＭモードの決定
を行う。ステップＳＴ２の詳細なフローチャートを図８
に示す。なお、ＰＷＭモードはＮｐで表す。非同期ＰＷ
Ｍモードと１５パルス同期ＰＷＭモード間のＰＷＭモー
ド切換を行うＰＷＭモード切換周波数ｆ₁ は予め設定し
ておき、このｆ₁ と出力周波数指令ｆ^* とを比較して、
ｆ^* ＜ｆ₁ であれば非同期ＰＷＭモード（Ｎｐ＝１）、
ｆ^* ≧ｆ₁ であれば１５パルス同期ＰＷＭモード（Ｎｐ
＝２）とする。このＮｐの変更が切換信号である第１の
ＰＷＭモード切換許可信号の出力に相当する。なお、出
力周波数指令ｆ^* は図１に示すような方法で得ること
も、また電圧指令ベクトルの位相θの微分から得ること
もできる。

【００３１】ここで、電圧ベクトルＰＷＭ方式の非同期
ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモードについて説明する。

【００３２】まず、非同期ＰＷＭモードについて説明す
る。非同期ＰＷＭモードにおいては、三角波比較ＰＷＭ
方式の場合と同様に、ＰＷＭ周期Ｔは出力周波数指令に
関係なく常に一定である。したがって、非同期ＰＷＭモ
ードでは、１つの区間に含まれる周期の数は出力周波数
指令によって変化する。例えば、出力周波数指令が高く
なると１つの区間に含まれる周期の数は減少する。

【００３３】図９、１０は非同期ＰＷＭモードにおける
電圧ベクトルの出力順序の一例を示すもので、図９
（１）〜（３）が区間Ｎｄ＝１〜３、図１０（１）〜
（３）が区間Ｎｄ＝４〜６に対応しており、また、いず
れの区間においても、電圧指令ベクトルが領域Ｎｒ＝１
に存在するものとしている。したがって、各ＰＷＭ周期
には、必ず零電圧ベクトルＶ₀が存在することになる
が、これを各ＰＷＭ周期の最初と最後に配している。そ
して、この零電圧ベクトルＶ₀として、電圧ベクトル
（０，０，０）、（１／２，１／２，１／２）、（１，
１，１）のいずれかを図９、１０に示すように選定する
ことにより、４つのＰＷＭ周期を１サイクルとして同一
の出力電圧波形を繰り返す形態となる。

【００３４】図１１は、図９、１０の電圧波形を出力す
るときの各相のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４の動作
状態（オン、オフ）を示すもので、図から判るように、
この４周期１サイクルですべてのスイッチング素子ＳＷ
がそれぞれオン、オフ動作を１回行うことになる。この
結果、各スイッチング素子ＳＷの動作負担が均等化さ
れ、インバータとして特性が安定し、寿命的にも有利と
なる。また、この非同期ＰＷＭモードでは、前述した通
り、１つの区間に含まれる周期の数は定まっていない
が、たとえ、１サイクルの途中の周期で隣接する区間に
入っても、各周期の最初と最後を零電圧ベクトルとして
いるので、移行がスムーズになされる。

【００３５】次に、同期ＰＷＭモードについて、１５パ
ルス同期ＰＷＭモードを例に挙げて説明する。１５パル
ス同期ＰＷＭモードとは、３レベルインバータ８を構成
するスイッチング素子のスイッチング周波数が、出力周
波数指令の１５倍となる同期ＰＷＭモードのことであ
る。同期ＰＷＭモードでは、１つの区間に含まれる周期
の数が決まっている。１５パルス同期ＰＷＭモードで
は、１つの区間に５つの周期が含まれる。また、同期Ｐ
ＷＭモードのＰＷＭ周期Ｔ₁ の逆数は出力周波数指令の
整数倍となるように変化する。１５パルス同期ＰＷＭモ
ードでは、ＰＷＭ周期Ｔ₁ の逆数は出力周波数指令の３
０倍になる。

【００３６】図１２、１３は１５パルス同期ＰＷＭモー
ドにおける電圧ベクトルの出力順序の一例を示すもの
で、各周期の領域が電圧指令ベクトルの振幅ｋによって
変化することから、ここでは図１２（１）に示すよう
に、想定される振幅ｋ₁〜ｋ₅の５つのケースにつき、そ
れぞれ図１２（２）、（３）および図１３（１）〜
（３）に図示している。これらの図から判るように、各
周期の最初と最後の電圧ベクトルに中性点電圧ベクトル
を配している。これによって、電圧指令ベクトルの振幅
ｋの如何にかかわらず、換言すれば電圧指令ベクトルが
どの領域を通過する場合であっても、第ｉ番目（ｉ＝１
〜５）の周期同士ではその最初と最後の電圧ベクトルは
互いに同一となる。

【００３７】図１４、１５は各区間毎の１５パルス同期
ＰＷＭモードにおける電圧ベクトルの出力順序を示すも
のである。これらは、いずれも電圧指令ベクトルが領域
１のみを通過する場合（ｋ＝ｋ₁に相当）について示し
ているが、図１２、１３で説明した通り、電圧指令ベク
トルが領域１以外の領域を通過する場合（ｋ＝ｋ₂〜ｋ₅
に相当）にも、各区間毎における第ｉ番目（ｉ＝１〜
５）の周期同士ではその最初と最後の電圧ベクトルは互
いに同一となる。なお、図１４、１５において、Ｎｃは
１つの区間内におけるＰＷＭ周期の順位（周期番号）を
示す。

【００３８】また、以上の図から判るように、あるＰＷ
Ｍ周期の最後の電圧ベクトルとその次のＰＷＭ周期の最
初の電圧ベクトルとが同一となるようにしているが、こ
れはインバータに適用するスイッチング素子の最小オン
時間および最小オフ時間の制限に引っかからないように
するためである。即ち、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイ
リスタ）のように比較的スイッチング速度の遅い素子で
は、最小オン時間と最小オフ時間が数１０μｓ〜１００
μｓ程度あり、これらの時間を考慮しないでスイッチン
グを行うと素子が破壊にいたる場合がある。スイッチン
グ素子にＧＴＯを適用したインバータ装置では、ＰＷＭ
回路の後段に最小オン時間および最小オフ時間を確保す
る回路を設けており、これらの時間より細いパルスを出
力しないようにしている。したがって、出力パルス指令
が最小オン時間や最小オフ時間より細いパルスである
と、指令通りのパルスは出力されずインバータの出力波
形が歪んでしまう。本特許におけるＰＷＭ方式では、あ
るＰＷＭ周期の最後に出力する電圧ベクトルと、その次
のＰＷＭ周期の最初に出力する電圧ベクトルとを同じに
しておき、可能な限り細いパルスを出力しないようにし
ている訳である。

【００３９】ところで、ＰＷＭ周期は、例えばクロック
信号発生手段３から出力するクロック信号を利用して作
成することができる。まず、予め設定されたカウント数
をカウントするとリセットし、またカウントを繰り返す
ようなカウンタを用意する。図１ではカウンタ４に相当
する。そして、このカウンタ４でクロック信号をカウン
トする。このとき、カウンタ４のリセット信号の周期が
ＰＷＭ周期になるようにカウント数を設定すれば、この
リセット信号をＰＷＭ周期に利用することができる。例
えばクロック信号の周波数が１０ＭＨｚであり、所望の
ＰＷＭ周期が５００μｓの場合には、カウンタ４のカウ
ンタリセット値を５０００に設定する。すると、カウン
タ４から出力されるリセット信号の周期は、ＰＷＭ周期
と一致する。非同期ＰＷＭモードの場合には、出力周波
数指令によらずＰＷＭ周期が一定であるから、カウンタ
４のカウンタリセット値も一定でよい。同期ＰＷＭモー
ドの場合には、出力周波数指令の逆数がＰＷＭ周期の整
数倍になるようにＰＷＭ周期が変化するので、カウンタ
４のカウンタリセット値も出力周波数指令に応じて変化
させる必要がある。なお、カウンタ４のカウンタリセッ
ト値はマイクロコンピュータから与えられる。

【００４０】また、カウンタ４のリセット信号をカウン
トすれば、各ＰＷＭモードにおける周期番号を決定する
こともできる。すなわち、非同期ＰＷＭモードの場合に
は、カウント数が４でリセットし、またカウントを繰り
返すようなカウンタを用意する。図１ではカウンタ５に
相当する。このときのカウント数をＮｃとすれば、Ｎｃ
は１→２→３→４→１というように変化する。そして、
このＮｃと非同期ＰＷＭモードにおける周期番号を対応
させておけば、Ｎｃから各ＰＷＭモードにおける周期番
号を決定することができる。また、１５パルス同期ＰＷ
Ｍモードの場合には、カウント数が５でリセットし、ま
たカウントを繰り返すようなカウンタを用意すれば、Ｎ
ｃと周期番号を対応させることができる。

【００４１】なお、カウンタ５としては、カウンタリセ
ット値を任意に変更でき、またカウント値をプリセット
できるものを使用すれば、後述する複数のＰＷＭモード
間のＰＷＭモード切換に対応することができる。

【００４２】この３レベルインバータ装置では、出力す
る電圧ベクトルの出力順序は電圧ベクトル選択手段６に
予め用意されている。電圧ベクトル選択手段６にはＲＯ
Ｍを用いている。そして、電圧ベクトルは区間Ｎｄ、領
域Ｎｒ、ＰＷＭモードＮｐ、周期番号Ｎｃの４つの値を
アドレスとして、読み出しが可能な形態で格納されてい
る。

【００４３】次にステップＳＴ３（図７）では、θ₁ を
もとに１５パルス同期ＰＷＭモードにおける位相θ₂ を
決定する。即ち、ステップＳＴ２（図８）でＮｐ＝１→
２となって第１のＰＷＭモード切換許可信号が出力され
ると、その時点（非同期ＰＷＭモード）の電圧指令ベク
トルの位相θ₁に近い１５パルス同期ＰＷＭモードにお
ける位相θ₂を求め、その周期番号Ｎｃを決定する。そ
の詳細なフローチャートを図１６に示す。前述したよう
に１５パルス同期ＰＷＭモードでは、１つの区間に５つ
のＰＷＭ周期が含まれる。つまり、１つの区間には５つ
のθ₂ がある。このθ₂ は、例えば式（４）から求めら
れる。式（４）においてｎは同期ＰＷＭモードのパルス
数を表すための変数であり、１５パルス同期ＰＷＭモー
ドの場合はｎ＝３となる。また、ｍは１つの区間に含ま
れる周期の数を表す変数であり、１５パルス同期ＰＷＭ
モードの場合はｍ＝５である。すなわち、周期番号Ｎｃ
＝ｍである。そして、式（４）を用いると、１５パルス
同期ＰＷＭモードにおけるθ₂ は６゜（Ｎｃ＝１）、１
８゜（Ｎｃ＝２）、３０゜（Ｎｃ＝３）、４２゜（Ｎｃ
＝４）、５４゜（Ｎｃ＝５）というように求めることが
できる。そして、例えばθ₁ ＝５゜の場合にはθ₂ ＝６
゜と決定される。

【００４４】

【数４】

【００４５】ステップＳＴ４（図７）では、ＰＷＭモー
ド切換の可否を判定する。このステップＳＴ４におい
て、ＰＷＭモード切換が許可されると第２のＰＷＭモー
ド切換許可信号が出力される。ここでは、ＰＷＭモード
切換判定方法について、ステップＳＴ２において非同期
ＰＷＭモードから１５パルス同期ＰＷＭモードへの第１
のＰＷＭモード切換許可信号が出力され、このとき電圧
指令ベクトルが区間１、領域１のθ₁ ＝５゜にあり、ス
テップＳＴ３においてθ₂ ＝６゜と決定した場合を例に
挙げて説明する。

【００４６】電圧ベクトルＰＷＭ方式では、電圧指令ベ
クトルが与えられてからスイッチング信号が作成される
までの一連の動作はＰＷＭ周期に同期しているので、Ｐ
ＷＭモード切換判定もＰＷＭ周期に同期して行われる。
つまり、ＰＷＭモード切換を行うタイミングは、ＰＷＭ
周期と一致する。

【００４７】前述したように同期ＰＷＭモードでは、パ
ルス数と区間に対応して各周期の最初と最後に出力する
電圧ベクトルは予め決められている。この例では１５パ
ルス、区間１、θ₂ ＝６゜（Ｎｃ＝１）であるので、図
１４（１）からＰＷＭモード切換を行った場合、最初に
出力する電圧ベクトルは（１，１／２，１／２）である
ことが判る。また、第１のＰＷＭモード切換許可信号が
出力される直前のＰＷＭモード、つまり非同期ＰＷＭモ
ードにおいて最後に出力した電圧ベクトルは、零電圧ベ
クトル（０，０，０）、（１／２，１／２，１／２）、
（１，１，１）のいずれかである（図９、１０参照）。

【００４８】非同期ＰＷＭモードから同期ＰＷＭモード
への滑らかなＰＷＭモード切換を行うためには、ＰＷＭ
モード切換時における出力電圧の変動を最小限に抑制す
る必要がある。そして、出力電圧の変動を最小限に抑制
するために、ＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルとＰ
ＷＭモード切換直後の電圧ベクトルとが同じである場
合、またはＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルからＰ
ＷＭモード切換直後の電圧ベクトルへの移行が、一対の
スイッチング動作によって可能である場合に第２のＰＷ
Ｍモード切換許可信号を出力するというＰＷＭモード切
換判定条件を設定する。ここで一対のスイッチング動作
とは、あるスイッチング素子のオン（オフ）動作と、そ
れと対を為すスイッチング素子のオフ（オン）動作のこ
とである。対を為して動作するスイッチング素子はＳＷ
１とＳＷ３、またはＳＷ２とＳＷ４である。したがっ
て、スイッチング状態０から１／２への移行はＳＷ４の
オフ動作とＳＷ２のオン動作、スイッチング状態１から
１／２への移行はＳＷ１のオフ動作とＳＷ３のオン動作
というようにそれぞれ一対のスイッチング動作によって
可能である。しかし、スイッチング状態０から１への移
行はＳＷ４のオフ動作とＳＷ２のオン動作、およびＳＷ
３のオフ動作とＳＷ１のオン動作というように二対のス
イッチング動作が必要であり、スイッチング状態は０→
１／２→１というように移行する（図１１参照）。

【００４９】ここで扱っている例では、前述した通りＰ
ＷＭモード切換直後の電圧ベクトルは（１，１／２，１
／２）である。また、ＰＷＭモード切換直前の電圧ベク
トルは３つの零電圧ベクトルのいずれかである。これら
３つの零電圧ベクトルのうち、例えば（１，１，１）か
ら（１，１／２，１／２）への移行は、（１，１，１）
→（１，１，１／２）→（１，１／２，１／２）という
ように二対のスイッチング動作が必要である。この考え
を他の零電圧ベクトルについても試行すると、ＰＷＭモ
ード切換判定条件を満たすことができる零電圧ベクトル
は、（１／２，１／２，１／２）のみであることが分か
る。また、これを３レベルインバータ８のスイッチング
状態で考えると、（１／２，１／２，１／２）に対応す
るスイッチング状態から（１，１／２，１／２）に対応
するスイッチング状態へは、Ｕ相のみスイッチング状態
を１／２から１へ変更することによって移行することが
できる。つまり、前述したようなＰＷＭモード切換判定
条件を設定することにより、ＰＷＭモード切換の際、ス
イッチング素子のスイッチング回数を最小限に抑制する
ことができ、結果としてスイッチング素子におけるスイ
ッチング損失の増加を抑制することができる。

【００５０】前述したＰＷＭモード切換判定条件と等価
な条件の１つとして、ＰＷＭモード切換直前の電圧ベク
トルとＰＷＭモード切換直後の電圧ベクトルの要素の差
の絶対値の総和が０、または１／２であるという条件が
挙げられる。この条件を具体例を用いて説明する。例え
ばＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルが（１，１，
１）であり、ＰＷＭモード切換直後の電圧ベクトルが
（１，１／２，１／２）である場合、電圧ベクトルの要
素の差はＵ相が０、Ｖ相が１／２、Ｗ相が１／２とな
る。そして、これらの絶対値の総和は０＋１／２＋１／
２＝１となる。したがって、この場合にはＰＷＭモード
切換判定条件を満たすことができない。これに対してＰ
ＷＭモード切換直前の電圧ベクトルが（１／２，１／
２，１／２）で、ＰＷＭモード切換直後の電圧ベクトル
が（１，１／２，１／２）の場合、電圧ベクトルの要素
の差はＵ相が−１／２、Ｖ相が０、Ｗ相が０となり、こ
れらの絶対値の総和は１／２＋０＋０＝１／２となる。
したがって、この場合にはＰＷＭモード切換判定条件を
満たすことができ、第２のＰＷＭモード切換許可信号が
出力される。このように、ＰＷＭモード切換直前の電圧
ベクトルとＰＷＭモード切換直後の電圧ベクトルの要素
の差の絶対値の総和が０、または１／２である場合に第
２のＰＷＭモード切換許可信号を出力するというＰＷＭ
モード切換判定条件を設定し、ＰＷＭモード切換の可否
を判定することも可能である。

【００５１】さて、図１２、１３で説明したように、電
圧指令ベクトルが区間１を通過する場合、１５パルス同
期ＰＷＭモードの５つの各周期において、最初に出力す
る電圧ベクトルは、その通過する領域にかかわらず、そ
れぞれ周期１が（１，１／２，１／２）、周期２が（１
／２，０，０）、周期３が（１，１／２，１／２）、周
期４が（１／２，１／２，０）、周期５が（１，１，１
／２）という中性点電圧ベクトルである。したがって、
前述のＰＷＭモード切換判定条件に従えば、直前の非同
期ＰＷＭモードにおいて最後に出力した零電圧ベクトル
が（０，０，０）の場合には周期２への移行、（１／
２，１／２，１／２）の場合には周期１、３および４へ
の移行、（１，１，１）の場合には周期５への移行が許
可される。そして、これらのタイミングに非同期ＰＷＭ
モードから１５パルス同期ＰＷＭモードへの第１のＰＷ
Ｍモード切換許可信号が出力された場合には、第２のＰ
ＷＭモード切換許可信号も出力され、ＰＷＭモード切換
を実行することができる。

【００５２】前述したようなＰＷＭモード切換判定を、
この３レベルインバータ装置ではソフトウェアによって
実現している。その詳細なフローチャートを図１７に示
す。ここでＮｃ’は、第１のＰＷＭモード切換許可信号
が出される直前のＰＷＭ周期の周期番号を示す。したが
って、この例では非同期ＰＷＭモードにおいて最後に出
力した零電圧ベクトルが（０，０，０）の場合にはＮ
ｃ’＝４、（１／２，１／２，１／２）の場合にはＮ
ｃ’＝１または３、（１、１、１）の場合にはＮｃ’＝
２となる（図９、１０参照）。図１７において、例え
ば、Ｎｃ′＝２（最後の電圧ベクトルが（１，１，
１））としてステップＳＴ４−Ａ−５でＹＥＳとなった
場合、２つのステップＳＴ４−Ａ−６とＳＴ４−Ａ−７
とで切換可否の判断をしている。これは、図１４、１５
に示すように、区間Ｎｄ＝１，３，５における周期Ｎｃ
＝５と、区間Ｎｄ＝２，４，６における周期Ｎｃ＝２と
が共に、各相の電圧が（１）と（１）と（１／２）とを
組合わせてなる電圧ベクトルを最初に配していることか
らも容易に理解できるところである。ステップＳＴ４−
Ａ−１４とＳＴ４−Ａ−１５についても全く同様であ
る。このように、図１７に示すフローチャートにより、
すべての区間における非同期ＰＷＭモードから１５パル
ス同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモードの切換の可否を判
定することができる。

【００５３】非同期ＰＷＭモードから１５パルス同期Ｐ
ＷＭモードへのＰＷＭモード切換が許可された場合、す
なわち第１および第２のＰＷＭモード切換許可信号が出
力された場合には、カウンタ４およびカウンタ５のカウ
ンタリセット値の設定を変更する。また、周期番号はＮ
ｃを初期値、すなわちカウンタ５のプリセット値はＮｃ
としてカウントを開始する。

【００５４】ＰＷＭモード切換が禁止された場合、すな
わち第２のＰＷＭモード切換許可信号が出力されなかっ
た場合には、引き続き非同期ＰＷＭモードとなる。この
とき、Ｎｐ＝１、Ｎｃ＝Ｎｃ’＋１となる。

【００５５】次に、同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭ
モードへのＰＷＭモード切換について説明する。ここで
は、電圧指令ベクトルが区間１を通過する場合の１５パ
ルス同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモードへのＰＷ
Ｍモード切換を例に挙げる。

【００５６】同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモード
への滑らかなＰＷＭモード切換を行うためにも、ＰＷＭ
モード切換時における出力電圧の変動を最小限に抑制す
る必要がある。したがって、このＰＷＭモード切換にお
いても、ＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルとＰＷＭ
モード切換直後の電圧ベクトルとが同じである場合、ま
たはＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルからＰＷＭモ
ード切換直後の電圧ベクトルへの移行が一対のスイッチ
ング動作によって可能である場合に第２のＰＷＭモード
切換許可信号を出力するというＰＷＭモード切換判定条
件を設定する。

【００５７】図１４（１）に示したように、電圧指令ベ
クトルが区間１を通過する場合、１５パルス同期ＰＷＭ
モードの５つの各周期において、最後に出力する電圧ベ
クトルは周期１が（１／２，０，０）、周期２が（１，
１／２，１／２）、周期３が（１／２，１／２，０）、
周期４が（１，１，１／２）、周期５が（１／２，１／
２，０）という中性点電圧ベクトルである。前述のＰＷ
Ｍモード切換判定条件に従えば、直前の１５パルス同期
ＰＷＭモードが周期１の場合には（０，０，０）、周期
２、３および５の場合には（１／２，１／２，１／
２）、周期４の場合には（１，１，１）を最初に出力す
る非同期ＰＷＭモードへの移行が許可されることにな
る。１５パルス同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモー
ドへの第１のＰＷＭモード切換許可信号が出力される
と、前述した零電圧ベクトルを最初に出力する非同期Ｐ
ＷＭモードへのＰＷＭモード切換を行うことができる。

【００５８】１５パルス同期ＰＷＭモードから非同期Ｐ
ＷＭモードへのＰＷＭモード切換可否の判定も、非同期
ＰＷＭモードから１５パルス同期ＰＷＭモードへのＰＷ
Ｍモード切換の場合と同様に、ソフトウェアによって実
現している。その詳細なフローチャートを図１８に示
す。なお、図１８に示すフローチャートは、図９、１０
および図１４、１５に基づき、すべての区間における１
５パルス同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモードへの
ＰＷＭモード切換の可否を判定することができるものと
なっている。また、同図からも判るように、１５パルス
同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモ
ード切換においては、ＰＷＭモード切換が禁止される場
合はなく、必ず行うことができる。

【００５９】以上で説明した双方向のＰＷＭモードの切
換方法は、非同期ＰＷＭモードと１５パルス以外のパル
ス数の同期ＰＷＭモードとの間のＰＷＭモード切換の場
合においても同様な考え方によって適用できる。

【００６０】次にステップＳＴ５（図７）では、出力す
る各電圧ベクトルの持続時間を演算する。なお、演算は
式（１）と式（２）とに基づいて行なっている。ところ
で、ＰＷＭ周期とカウンタ４のカウント数とは対応して
いるので、持続時間もカウント数として扱うことができ
る。したがって、出力する各電圧ベクトルの持続時間
は、カウンタ４のカウンタリセット値を用いて持続時間
信号に変換することができる。

【００６１】ステップＳＴ６では、区間信号Ｎｄ、領域
信号Ｎｒ、ＰＷＭモード信号Ｎｐ、周期番号Ｎｃ、およ
び出力する各電圧ベクトルの持続時間信号を出力する。

【００６２】電圧ベクトル選択手段６では、区間信号Ｎ
ｄ、領域信号Ｎｒ、ＰＷＭモード信号Ｎｐ、および周期
番号Ｎｃに基づいて、非同期ＰＷＭモードまたは１５パ
ルス同期ＰＷＭモードにおいて出力する電圧ベクトルを
ＲＯＭから読み出し、各電圧ベクトルの持続時間信号を
用いてＰＷＭ信号を作成し、このＰＷＭ信号を出力す
る。スイッチング信号作成手段７では、電圧ベクトル選
択手段６から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、３レベ
ルインバータ８を構成するスイッチング素子を駆動する
スイッチング信号を作成し、このスイッチング信号によ
って３レベルインバータ８を駆動している。

【００６３】実施の形態２．上記本発明の実施の形態１
においては、非同期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモードと
の間のＰＷＭモード切換方法について説明したが、ある
パルス数の同期ＰＷＭモードとそれと異なるパルス数の
同期ＰＷＭモードとの間のＰＷＭモード切換も同様な方
法によって行なうことができる。ここでは、区間１にお
ける、１５パルス同期ＰＷＭモードと９パルス同期ＰＷ
Ｍモードとの間のＰＷＭモード切換を例に挙げて説明す
る。

【００６４】まず、図１９、２０に９パルス同期ＰＷＭ
モードにおける電圧ベクトルの出力順序を示す。図１
９、２０は電圧指令ベクトルが図６に示した区間１の領
域２、３および４を通過する場合であるが、図１２、１
３により１５パルス同期ＰＷＭモードで説明した場合と
同様、各周期の最初と最後の電圧ベクトルについては、
領域の如何にかかわらず、同一となる。９パルス同期Ｐ
ＷＭモードでは、１つの区間には３つの周期が含まれ
る。また、θ₂ は式（４）を用いれば１０゜、３０゜お
よび５０°のように求められる。なお、１５パルス同期
ＰＷＭモードにおける電圧ベクトルの出力順序は既に図
１４、１５に示した。

【００６５】あるパルス数の同期ＰＷＭモードとそれと
異なるパルス数の同期ＰＷＭモードとの間のＰＷＭモー
ド切換時にも、ＰＷＭモード切換時における出力電圧の
変動を最小限に抑制する必要がある。したがって、ＰＷ
Ｍモード切換時における出力電圧の変動を最小限に抑制
するために、ＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルとＰ
ＷＭモード切換直後の電圧ベクトルとが同じである場
合、またはＰＷＭモード切換直前の電圧ベクトルからＰ
ＷＭモード切換直後の電圧ベクトルへの移行が一対のス
イッチング動作によって可能である場合に第２のＰＷＭ
モード切換許可信号を出力するというＰＷＭモード切換
判定条件を設定する。

【００６６】また、あるパルス数の同期ＰＷＭモードと
それと異なるパルス数の同期ＰＷＭモードとの間のＰＷ
Ｍモード切換時には、出力電圧の連続性を保つために、
θ₂の連続性、即ち、θ₁とθ₂との差を所定値内に抑え
ることについても考慮する必要がある。したがって、Ｐ
ＷＭモード切換判定条件としては、前述の条件に加え
て、このθ₂の連続性についても考慮したものを設定す
る。

【００６７】このＰＷＭモード切換判定条件に従うと、
例に挙げた１５パルス同期ＰＷＭモードから９パルス同
期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換では、１５パルス
同期ＰＷＭモードの周期１（Ｎｃ′＝１）から９パルス
同期ＰＷＭモードの周期１（Ｎｃ＝１）、１５パルス同
期ＰＷＭモードの周期２（Ｎｃ′＝２）から９パルス同
期ＰＷＭモードの周期２（Ｎｃ＝２）、および１５パル
ス同期ＰＷＭモードの周期３（Ｎｃ′＝３）から９パル
ス同期ＰＷＭモードの周期３（Ｎｃ＝３）への移行が許
可される。また、９パルス同期ＰＷＭモードから１５パ
ルス同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換は、９パル
ス同期ＰＷＭモードの周期１（Ｎｃ′＝１）から１５パ
ルス同期ＰＷＭモードの周期３（Ｎｃ＝３）への移行が
許可される。そして、これらのタイミングに１５パルス
同期ＰＷＭモードから９パルス同期ＰＷＭモード、また
は９パルス同期ＰＷＭモードから１５パルス同期ＰＷＭ
モードへの第１のＰＷＭモード切換許可信号が出力され
ると、第２のＰＷＭモード切換許可信号も出力され、そ
れぞれＰＷＭモード切換を実行することができる。

【００６８】１５パルス同期ＰＷＭモードと９パルス同
期ＰＷＭモードとの間のＰＷＭモード切換を行うことが
できる３レベルインバータ装置を、図１と同様な構成に
より実現するためには以下の設定を行えばよい。まず、
１５パルス同期ＰＷＭモードと９パルス同期ＰＷＭモー
ドとの間のＰＷＭモード切換周波数ｆ₂ を設定する。こ
のｆ₂ と出力周波数指令ｆ^* とを比較して、ｆ^* ＜ｆ₂
であれば１５パルス同期ＰＷＭモード（Ｎｐ＝２）、ｆ
^* ≧ｆ₂ であれば９パルス同期ＰＷＭモード（Ｎｐ＝
３）とする。前述したように、９パルス同期ＰＷＭモー
ドにおけるθ₂ は１０゜（Ｎｃ＝１）、３０゜（Ｎｃ＝
２）、５０゜（Ｎｃ＝３）である。

【００６９】１５パルス同期ＰＷＭモードから９パルス
同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換可否の判定は図
２１のフローチャートに、また９パルス同期ＰＷＭモー
ドから１５パルス同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切
換可否の判定は図２２のフローチャートに従って行うこ
とができる。なお、図１４、１５および図１９、２０を
見れば判る通り、図２１、２２のフローチャートによ
り、すべての区間における、１５パルス同期ＰＷＭモー
ドと９パルス同期ＰＷＭモードとの間のＰＷＭモード切
換の可否を判定することができる。

【００７０】そして、電圧ベクトル選択手段６には、１
５パルスおよび９パルス同期ＰＷＭモードにおける電圧
ベクトルの出力順序を予め記憶させておけばよい。

【００７１】実施の形態３．上記本発明の実施の形態１
においては、非同期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモードと
の間のＰＷＭモード切換方法について、また、実施の形
態２においては、あるパルス数の同期ＰＷＭモードとそ
れと異なるパルス数の同期ＰＷＭモードとの間のＰＷＭ
モード切換方法についてそれぞれ説明した。これらを組
み合わせることにより、例えば出力周波数指令に対して
非同期ＰＷＭモードと１５パルス同期ＰＷＭモードとの
間および１５パルス同期ＰＷＭモードと９パルス同期Ｐ
ＷＭモードとの間のＰＷＭモード切換を順次行うような
３レベルインバータ装置を、図１と同様な構成で実現す
ることもできる。すなわち、図１の構成要素において、
実施の形態１で説明した設定に、実施の形態２で説明し
た設定を追加すればよい。

【００７２】１５パルスおよび９パルス以外のパルス数
の同期ＰＷＭモードが追加された場合にも、同様な設定
を行えば、出力周波数指令に対して順次ＰＷＭモード切
換を行うような３レベルインバータ装置を、図１と同様
な構成で実現することもできる。

【００７３】実施の形態４．本発明の実施の形態１〜３
の説明における同期ＰＷＭモードは、式（４）によって
θ₂ を求めることができるパルス数の同期ＰＷＭモード
である。複数の同期ＰＷＭモード間のＰＷＭモード切換
では、出力周波数指令ｆ^* の増加に伴ってパルス数を減
少させる。つまり、出力周波数指令ｆ^* が大きい領域に
おいては、式（４）によってはθ₂ を求めることができ
ないパルス数の同期ＰＷＭモード、例えば３パルス以下
の同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換を行うことに
なる。このような同期ＰＷＭモードについても、前述し
たような同期ＰＷＭモードと同様に扱うことができ、Ｐ
ＷＭモード切換についても、前述したようなＰＷＭモー
ド切換判定条件に従って行うことができる。

【００７４】ここでは、３パルスおよび１パルス同期Ｐ
ＷＭモードについて説明する。３レベルインバータにお
ける３パルスおよび１パルス同期ＰＷＭモードは、詳細
は省略するが、２レベルインバータにおける３パルスお
よび１パルス同期ＰＷＭモードを基準にして説明するこ
とができる。即ち、２レベルインバータで許可されてい
た、例えば、（１，０，０）→（１，１，０）への移行
が３レベルインバータでは許可されず、３レベルインバ
ータにおいては、これを（１，０，０）→（１，１／
２，０）→（１，１，０）という形での移行に変える。
このようにして設定された、３レベルインバータにおけ
る３パルス同期ＰＷＭモードの電圧ベクトルの出力順序
を図２３に示す。１つの区間に含まれる周期の数は２、
すなわちＮｃ＝２である。θ₂ については、０゜≦θ₁
＜３０゜と３０゜≦θ₁ ＜６０゜の範囲で１個づつ、例
えば１５゜（Ｎｃ＝１）、４５゜（Ｎｃ＝２）を選択す
ればよい。また、図２４に、１パルス同期ＰＷＭモード
の、電圧ベクトルの出力順序を示す。図２３と図２４と
を比較すると、１パルス同期ＰＷＭモードは、３パルス
同期ＰＷＭモードにおいて中性点電圧ベクトルを省略し
たものであることが分かる。１パルス同期ＰＷＭモード
の場合もＮｃ＝２である。

【００７５】実施の形態５．本発明の実施の形態１〜３
において、ＰＷＭモード切換周波数は、加速時（出力周
波数指令増加時）のＰＷＭモード切換周波数より、減速
時（出力周波数指令減少時）のＰＷＭモード切換周波数
の方を低く設定する、つまりヒステリシス幅を設定する
ことも可能である。このようなＰＷＭモード切換周波数
を設定した例を図２５に示す。図２５において、ｆ₁ は
非同期ＰＷＭモードから１５パルス同期ＰＷＭモード、
ｆ₁'は１５パルス同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモ
ード、ｆ₂ は１５パルス同期ＰＷＭモードから９パルス
同期ＰＷＭモード、そしてｆ_２’は９パルス同期ＰＷＭ
モードから１５パルス同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモー
ド切換周波数である。例えば、加速時において、非同期
ＰＷＭモードから１５パルス同期ＰＷＭモードへの第１
のＰＷＭモード切換許可信号、すなわちＮｐ＝２は出力
周波数指令がｆ_１になったときに出力される。減速時
には、１５パルス同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモ
ードへの第１のＰＷＭモード切換許可信号、すなわちＮ
ｐ＝１は出力周波数指令がｆ₁ のときには出力されず、
ｆ₁'になったときに出力される。なお、ヒステリシス幅
（ｆ₁ −ｆ₁'）および（ｆ₂ −ｆ₂'）は任意に設定でき
る。このフローチャートを図２６に示す。なお、フロー
チャート中では、Ｈｙｓという変数を用いてヒステリシ
スを表現している。

【００７６】ＰＷＭモード切換周波数にヒステリシス幅
がない場合には、例えば出力周波数指令が非同期ＰＷＭ
モードと１５パルス同期ＰＷＭモードのＰＷＭモード切
換周波数付近になると、ＰＷＭモードが不必要に変化す
る、いわゆるチャタリングという現象が起こる可能性が
ある。前述したようなヒステリシス幅を設定しておく
と、出力周波数指令がＰＷＭモード切換周波数付近であ
る場合にも、ＰＷＭモードが不必要に変化しないのでチ
ャタリングは起こらず、ＰＷＭモードの円滑な切換が可
能となる。

【００７７】実施の形態６．本発明の実施の形態１〜３
において、同期ＰＷＭモードにおける位相θ₂ は式
（４）を用いて決定している。このθ₂ の決定方法で
は、例えば非同期ＰＷＭモードから１５パルス同期ＰＷ
ＭモードへのＰＷＭモード切換時に、電圧指令ベクトル
の位相θ₁ ＝１゜の場合にはθ₂ ＝６゜となり、θ₁ に
対する位相差が大きくなる。本発明の３レベルインバー
タ装置においては、ＰＷＭモード切換時の位相差を小さ
くすることも可能で、以下にその方法について説明す
る。

【００７８】非同期ＰＷＭモードから１５パルス同期Ｐ
ＷＭモードへのＰＷＭモード切換時の電圧指令ベクトル
の位相がθ₁ ＝１°であれば、ＰＷＭモード切換直後の
１５パルス同期ＰＷＭモードにおける位相はθ₂ ＝１°
とする。つまり、このθ₂ の決定方法では、ＰＷＭモー
ド切換時の電圧指令ベクトルの位相と同期ＰＷＭモード
における位相との差をなくすことできる。また、１５パ
ルス同期ＰＷＭモードの場合には、１周期の位相増加分
Δθ＝１２°であるから、以降の各周期ではＰＷＭ周期
ごとにΔθを加え、θ₂ ＝１３°、２５°、３７°、４
９°となる。

【００７９】ここで、式（４）に従って、切換後の位相
θ₂を決める場合と、この実施の形態６で説明したよう
にθ₂＝θ₁とする場合との他の要素に与える影響につき
説明する。図２７は、電圧指令ベクトルの振幅ｋがｋ＝
ｋ′の９パルス同期ＰＷＭモードである。同図（１）は
式（４）に従って位相を決めた場合、同図（２）は式
（４）に従わずθ₂＝θ₁とする場合である。式（４）に
従って位相を決めれば、電圧指令ベクトルは周期１では
Ｎｒ＝２、周期２ではＮｒ＝３、周期３ではＮｒ＝４に
必ず含まれるので、ＰＷＭパターン（電圧ベクトルの出
力順序）は１通りでよいことが分かる。したがって、こ
の場合には各区間の各ＰＷＭ周期において最初に出力す
る電圧ベクトルは予め決まっている。

【００８０】これに対して式（４）に従わない図２７
（２）の場合には、電圧指令ベクトルは周期１ではＮｒ
＝２，周期２ではＮｒ＝２，周期３ではＮｒ＝４に含ま
れるので、これに対応したＰＷＭパターンが別途必要で
ある。また、位相が例えば１５°，３５°，５５°であ
る場合には、電圧指令ベクトルは周期１ではＮｒ＝２、
周期２ではＮｒ＝４、周期３ではＮｒ＝４に含まれるの
で、これに対応したＰＷＭパターンが必要である。つま
り、式（４）に従って同期ＰＷＭモードにおける位相を
決定しないと、複数のＰＷＭパターンが必要になる。そ
して、これらの場合には、各区間の各ＰＷＭ周期におい
て最初に出力する電圧ベクトルが異なってしまう。この
ように複数のＰＷＭパターンを持っておく必要がある方
法は、ＲＯＭの必要記憶量を増大させ、ＰＷＭモード切
換判定条件の複雑化を招いてしまう。式（４）に従って
同期ＰＷＭモードにおける位相を決定することは、これ
らの問題点を回避できるというメリットがある。なお、
上記各実施の形態では、いわゆるＶ／ｆ一定制御方式を
適用した場合について説明したが、この発明は適用上、
必ずしもこの制御方式に限られるものではない。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明に係る３
レベルインバータ装置は、電圧指令ベクトルの周波数が
所定の切換基準値に達したとき切換信号を出力する手
段、および上記切換信号が出力された時点のＰＷＭ周期
における最後の電圧ベクトルと、切換えた場合の切換え
直後のＰＷＭ周期における最初の電圧ベクトルとが同一
のスイッチング状態にあるかまたは一対のスイッチング
動作で移行可能なスイッチング状態にあるという切換判
定条件のもとでＰＷＭモードの切換えを実行する手段を
備えたので、電圧ベクトルＰＷＭ方式においても、異な
るＰＷＭモード間の切換が円滑になされる。

【００８２】また、請求項２の発明に係る３レベルイン
バータ装置は、電圧ベクトルの座標系に、位相角を等分
割してなる６つの区間と、これら各区間内に電圧ベクト
ルの互いに隣接する３つの接点を結んでなる４つの領域
とを設定し、ＰＷＭモード毎に電圧指令ベクトルが取り
得る上記区間および領域に応じて各ＰＷＭ周期における
電圧ベクトルの出力順序を予め決定し、これら電圧ベク
トルおよびその出力順序を記憶する手段を備え、上記記
憶された電圧ベクトルおよびその出力順序に基づき、Ｐ
ＷＭモードの切換判定条件の判断を行うようにしたの
で、記憶内容に従ってＰＷＭ周期や区間、領域の判別を
行えば足り、制御動作の中で個々に切換判定条件自体の
演算を行う必要がなくなり、確実で高速度の制御特性が
得られる。

【００８３】また、請求項３の発明に係る３レベルイン
バータ装置は、非同期ＰＷＭモードまたは同期ＰＷＭモ
ードである第１のＰＷＭモードから同期ＰＷＭモードで
ある第２のＰＷＭモードへ切換える場合において、切換
信号が出力された時点の上記第１のＰＷＭモードのＰＷ
Ｍ周期における電圧指令ベクトルの位相角θ₁を検出す
る手段、上記位相角θ₁との差が所定値以内の位相角θ₂
を有する上記第２のＰＷＭモードのＰＷＭ周期を選択す
る手段、および上記選択された第２のＰＷＭモードのＰ
ＷＭ周期と上記第１のＰＷＭモードのＰＷＭ周期とが切
換判定条件を満足するか否かを判断する手段を備えたの
で、予め記憶しておくべき電圧ベクトルの出力順序のパ
ターンの種類を最小限にでき、簡便迅速な制御動作で第
１のＰＷＭモードから第２のＰＷＭモードへの切換が可
能となる。

【００８４】また、請求項４の発明に係る３レベルイン
バータ装置は、同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモー
ドへ切換える場合において、上記同期ＰＷＭモードの各
ＰＷＭ周期の最初と最後の電圧ベクトルに中性点電圧ベ
クトル（直流電源の中性点出力端子に電流の出入を生じ
させる電圧ベクトル）を配し、上記非同期ＰＷＭモード
の各ＰＷＭ周期の最初と最後の電圧ベクトルに零電圧ベ
クトル（すべての線間電圧が零となる電圧ベクトル）を
配するようにしておき、切換信号が出力された時点の上
記同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周期との間で切換判定条件
を満足する上記非同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周期を選択
し、この選択された上記非同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周
期へ切換えを実行する手段を備えたので、切換後のＰＷ
Ｍ周期の選択が迅速確実にでき、同期ＰＷＭモードから
非同期ＰＷＭモードへの切換が高速になされる。

【００８５】また、請求項５の発明に係る３レベルイン
バータ装置は、異なるＰＷＭモードへ切換えるための切
換信号を出力する場合の電圧指令ベクトルの周波数の切
換基準値として、上記電圧指令ベクトルの周波数の増加
時に設定する値より減少時に設定する値を小さくしたの
で、切換時の不必要なチャタリングが起こらず、ＰＷＭ
モードの切換が円滑になされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における３レベルインバータ装置の構
成図である。

【図２】３レベルインバータの回路構成図である。

【図３】３レベルインバータの電圧ベクトルを示す図
である。

【図４】電圧指令ベクトルの区間を示す図である。

【図５】電圧指令ベクトルの領域を示す図である。

【図６】電圧ベクトルに基づいたＰＷＭ方式の原理を
示す図である。

【図７】マイクロコンピュータ２の動作のフローチャ
ートを示す図である。

【図８】ＰＷＭモード決定方法のフローチャートを示
す図である。

【図９】非同期ＰＷＭモード（区間１，２，３）にお
ける電圧ベクトルの出力順序を示す図である。

【図１０】非同期ＰＷＭモード（区間４，５，６）に
おける電圧ベクトルの出力順序を示す図である。

【図１１】スイッチング素子の動作状態と出力電圧波
形とを説明する図である。

【図１２】１５パルス同期ＰＷＭモードの区間１で、
電圧指令ベクトルの振幅ｋが変化した場合の電圧ベクト
ルの出力順序を示す図である。

【図１３】１５パルス同期ＰＷＭモードの区間１で、
電圧指令ベクトルの振幅ｋが変化した場合の電圧ベクト
ルの出力順序を示す図である。

【図１４】１５パルス同期ＰＷＭモード（区間１，
２，３）の電圧ベクトルの出力順序を示す図である。

【図１５】１５パルス同期ＰＷＭモード（区間４，
５，６）の電圧ベクトルの出力順序を示す図である。

【図１６】１５パルス同期ＰＷＭモードにおける位相
θ₂の決定方法のフローチャートである。

【図１７】非同期ＰＷＭモードから１５パルス同期Ｐ
ＷＭモードへのＰＷＭモード切換判定のフローチャート
を示す図である。

【図１８】１５パルス同期ＰＷＭモードから非同期Ｐ
ＷＭモードへのＰＷＭモード切換判定のフローチャート
を示す図である。

【図１９】９パルス同期ＰＷＭモード（区間１，２，
３）の電圧ベクトルの出力順序を示す図である。

【図２０】９パルス同期ＰＷＭモード（区間４，５，
６）の電圧ベクトルの出力順序を示す図である。

【図２１】１５パルス同期ＰＷＭモードから９パルス
同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換判定のフローチ
ャートを示す図である。

【図２２】９パルス同期ＰＷＭモードから１５パルス
同期ＰＷＭモードへのＰＷＭモード切換判定のフローチ
ャートを示す図である。

【図２３】３パルス同期ＰＷＭモードの電圧ベクトル
の出力順序を示す図である。

【図２４】１パルス同期ＰＷＭモードの電圧ベクトル
の出力順序を示す図である。

【図２５】ＰＷＭモード切換周波数のヒステリシス幅
を示す図である。

【図２６】ＰＷＭモード切換周波数にヒステリシス幅
がある場合のＰＷＭモード決定方法のフローチャートを
示す図である。

【図２７】ＰＷＭモード切換後の位相θ₂を決定する
２種類の方法について説明する図である。

【図２８】三角波比較ＰＷＭ方式の原理を示す図であ
る。

【符号の説明】

１電圧指令ベクトル発生手段、２マイクロコンピュ
ータ、３クロック信号発生手段、４，５カウンタ、
６電圧ベクトル選択手段、７スイッチング信号作成
手段、８３レベルインバータ、９直流電源、１０，
１１平滑コンデンサ、１２〜１５，２３〜２６，３４
〜３７スイッチング素子、２２，３３，４４出力端
子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中性点出力端子を有する直流電源の正極
と負極との間に、順次、第１ないし第４のスイッチング
素子を直列接続するとともに、上記第１と第２のスイッ
チング素子の接続点および第３と第４のスイッチング素
子の接続点をダイオードを介して上記中性点出力端子に
接続してなり、上記第２と第３のスイッチング素子の接
続点をインバータの出力端子とする３レベルインバータ
を３相分設け、上記各相のスイッチング素子のスイッチ
ング状態に対応して定まる電圧ベクトルを、周期毎に与
えられる電圧指令ベクトルに応じて順次パルス幅変調
（ＰＷＭ）により出力することにより電圧を制御する３
レベルインバータ装置であって、上記ＰＷＭ周期が電圧
指令ベクトルの周波数によらず一定である非同期ＰＷＭ
モードと上記ＰＷＭ周期の逆数が電圧指令ベクトルの周
波数の整数倍となるように当該ＰＷＭ周期が変化する同
期ＰＷＭモードとを備え、上記電圧指令ベクトルの周波
数に応じて、上記非同期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモー
ドとの間、または互いに異なる同期ＰＷＭモードの間の
ＰＷＭモード切換を行うように構成されたものにおい
て、上記電圧指令ベクトルの周波数が所定の切換基準値に達
したとき切換信号を出力する手段、および上記切換信号
が出力された時点のＰＷＭ周期における最後の電圧ベク
トルと、切換えた場合の切換え直後のＰＷＭ周期におけ
る最初の電圧ベクトルとが同一のスイッチング状態にあ
るかまたは一対のスイッチング動作で移行可能なスイッ
チング状態にあるという切換判定条件のもとでＰＷＭモ
ードの切換えを実行する手段を備えたことを特徴とする
３レベルインバータ装置。
【請求項２】電圧ベクトルの座標系に、位相角を等分
割してなる６つの区間と、これら各区間内に電圧ベクト
ルの互いに隣接する３つの接点を結んでなる４つの領域
とを設定し、ＰＷＭモード毎に電圧指令ベクトルが取り
得る上記区間および領域に応じて各ＰＷＭ周期における
電圧ベクトルの出力順序を予め決定し、これら電圧ベク
トルおよびその出力順序を記憶する手段を備え、上記記
憶された電圧ベクトルおよびその出力順序に基づき、Ｐ
ＷＭモードの切換判定条件の判断を行うようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の３レベルインバータ装置。
【請求項３】非同期ＰＷＭモードまたは同期ＰＷＭモ
ードである第１のＰＷＭモードから同期ＰＷＭモードで
ある第２のＰＷＭモードへ切換える場合において、切換
信号が出力された時点の上記第１のＰＷＭモードのＰＷ
Ｍ周期における電圧指令ベクトルの位相角θ₁を検出す
る手段、上記位相角θ₁との差が所定値以内の位相角θ₂
を有する上記第２のＰＷＭモードのＰＷＭ周期を選択す
る手段、および上記選択された第２のＰＷＭモードのＰ
ＷＭ周期と上記第１のＰＷＭモードのＰＷＭ周期とが切
換判定条件を満足するか否かを判断する手段を備えたこ
とを特徴とする請求項２記載の３レベルインバータ装
置。
【請求項４】同期ＰＷＭモードから非同期ＰＷＭモー
ドへ切換える場合において、上記同期ＰＷＭモードの各
ＰＷＭ周期の最初と最後の電圧ベクトルに中性点電圧ベ
クトル（直流電源の中性点出力端子に電流の出入を生じ
させる電圧ベクトル）を配し、上記非同期ＰＷＭモード
の各ＰＷＭ周期の最初と最後の電圧ベクトルに零電圧ベ
クトル（すべての線間電圧が零となる電圧ベクトル）を
配するようにしておき、切換信号が出力された時点の上
記同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周期との間で切換判定条件
を満足する上記非同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周期を選択
し、この選択された上記非同期ＰＷＭモードのＰＷＭ周
期へ切換えを実行する手段を備えたことを特徴とする請
求項２記載の３レベルインバータ装置。
【請求項５】異なるＰＷＭモードへ切換えるための切
換信号を出力する場合の電圧指令ベクトルの周波数の切
換基準値として、上記電圧指令ベクトルの周波数の増加
時に設定する値より減少時に設定する値を小さくしたこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３
レベルインバータ装置。