矩阵式转换器（十）：AC直接方式的控制方法（上）

　　而假想间接方式的做法则是，将矩阵式转换器假想分割成2条电路，在求出各条电路中开关元件的占空比之后，再转换成构成矩阵式转换器的9个开关元件的占空比，据此生成脉冲控制信号注2)。分割后的2条电路均由6个开关元件构成，1条为输入元件的整流器，另1条为输出元件的逆变器主电路(以下称为主电路)注3)。两者间通过假想的直流元件相连接。因此，也被称为假想AC/DC/AC方式。

　　注2) 假想间接方式依据的是“将某端子与某端子连接，如果连接的时间相同，即使中途的连接路径不同，输出波形仍然相同”这一基本原理。也就是说，如果设定输入端子与输出端子的关系为相互等同，那么，即使内部电路不同，仍可得到相同的输出波形。

　　注3) 在学术上，只有将直流电转换为交流电的主电路才被称为逆变器。然而在产业界，很多情况下将交流输入用到的二极管整流器及PWM整流器与主电路组合而成的装置称为逆变器。本文采用后者的定义。

　　AC直接方式的优点是，控制方式的自由度较高，可采用多种控制方法。之所以这样说，是因为可同时连接3个3相交流输入端子及3相交流输出端子，因而具有27种连接方式。而假想间接方式由于中央位置有假想的直流元件，因此，同时最多只能连接2个输入端子及输出端子。所以，连接方式被限制在18种。不过，由于假想间接方式可以将输入元件与输出元件分开来考虑，因而具有可分别在控制上下工夫的优点。

　　AC直接方式的控制方法

　　AC直接方式有多种实现的方法。在此，介绍一种采用最大线间电压的方法1)。

　　1) 小山等，“PWM交-交变频器的VVVF在线控制”，『电气学会论文志D』，Vol.116，No.6，pp.644-651，1996年.

 

图3　3相交流电源的相位关系

　　作为矩阵式转换器输入端的3相交流电源如果从各个相的相位关系来看，可分为Ⅰ～Ⅵ这6个区域。另外，本文根据各区域中电压的绝对值，将这些区域分成了2个区域。具体而言，将电压绝对值在负的一侧较大的区域定为X，将电压绝对值在正的一侧较大的区域定为Y。也就是说，X为Ⅰ、Ⅲ及Ⅴ的区域，Y为Ⅱ、Ⅳ及Ⅵ的区域。(点击放大)

　　如图3所示，3相交流电可根据各个相的电压相位而被分为6个区域。另外，这6个区域还可根据电压最大值为正还是为负，再分割成2个区域。在此，将电压最大值为负的区域定义为“X区域”，将最大值为正的区域定义为“Y区域”。为了扩大输出电压范围，此处对2个区域应用以下规则。

　　X区域：在该区域内，将输入电压的最小相与输出电压的最小相连接。

　　Y区域：在该区域内，将输入电压的最大相与输出电压的最大相连接。

　　矩阵式转换器的3相交流输出电压如果以3相交流输入电压与各开关元件的占空比来表示，则如公式(1)所示

 

　　此处，dab为开关元件Sab的占空比，小号字的a为输入电压的相，b为输出电压的相。(未完待续，特邀撰稿人：伊东 淳一，日本长冈技术科学大学)