JP2001238455A - 多重電力変換装置 - Google Patents
多重電力変換装置Info
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- JP2001238455A JP2001238455A JP2000050462A JP2000050462A JP2001238455A JP 2001238455 A JP2001238455 A JP 2001238455A JP 2000050462 A JP2000050462 A JP 2000050462A JP 2000050462 A JP2000050462 A JP 2000050462A JP 2001238455 A JP2001238455 A JP 2001238455A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置を大型化することなく、わずかな部品の
追加と制御によって、多重電力変換装置により駆動され
る負荷装置の回生運転を実現することにある。 【解決手段】 複数台のユニットインバータ4と、交流
側を直列に接続して一相分の多重電力変換器3を構成
し、多重電力変換器を複数接続して出力される三相交流
により三相誘導電動機6を駆動する多重電力変換装置に
おいて、各相の多重電力変換器のユニットインバータ5
に電動機からの回生エネルギーを処理する制動抵抗ユニ
ット51を設け、制御器8として電動機印加電圧演算
器、回生可否判別器、切り替え信号発生器、回生トルク
電流零設定器、回生トルク電流指令発生器を設け、回転
中の電動機を減速あるいは停止させる際に、電動機の減
速開始と同時に、電動機の端子電圧を計測あるいは推定
し、端子電圧が予め設定した所定値以下に下がった時点
で電動機を回生制動し、電動機を停止させる。
追加と制御によって、多重電力変換装置により駆動され
る負荷装置の回生運転を実現することにある。 【解決手段】 複数台のユニットインバータ4と、交流
側を直列に接続して一相分の多重電力変換器3を構成
し、多重電力変換器を複数接続して出力される三相交流
により三相誘導電動機6を駆動する多重電力変換装置に
おいて、各相の多重電力変換器のユニットインバータ5
に電動機からの回生エネルギーを処理する制動抵抗ユニ
ット51を設け、制御器8として電動機印加電圧演算
器、回生可否判別器、切り替え信号発生器、回生トルク
電流零設定器、回生トルク電流指令発生器を設け、回転
中の電動機を減速あるいは停止させる際に、電動機の減
速開始と同時に、電動機の端子電圧を計測あるいは推定
し、端子電圧が予め設定した所定値以下に下がった時点
で電動機を回生制動し、電動機を停止させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回生機能の付いた
多重電力変換装置に係り、特に、これを用いて交流電動
機を駆動する際の回生技術に関する。
多重電力変換装置に係り、特に、これを用いて交流電動
機を駆動する際の回生技術に関する。
【0002】
【従来の技術】既設の高圧交流電動機(3.3kV、
6.6kVなど)をインバータを用いて可変速化するこ
とにより、省エネルギーが実現できるため、高圧電動機
駆動技術として多重インバータ方式が実用化されてい
る。インバータを構成する半導体素子は、高耐圧化が難
しいため、低圧のインバータを多重化してこれに対応し
ている(例えば、特開平10−337042号公報)。
また、低圧のインバータを多重化することにより、イン
バータの出力電圧のひずみを低減し、電動機巻線の高調
波による絶縁劣化を防止している。高圧電動機は、主と
してファン、ポンプなどの駆動用に用いられ、一般的に
回生動作を必要としない場合が多い。そのため、多重イ
ンバータを構成する個々のユニットインバータの直流電
源は、ダイオード整流器と平滑コンデンサによって構成
されている。
6.6kVなど)をインバータを用いて可変速化するこ
とにより、省エネルギーが実現できるため、高圧電動機
駆動技術として多重インバータ方式が実用化されてい
る。インバータを構成する半導体素子は、高耐圧化が難
しいため、低圧のインバータを多重化してこれに対応し
ている(例えば、特開平10−337042号公報)。
また、低圧のインバータを多重化することにより、イン
バータの出力電圧のひずみを低減し、電動機巻線の高調
波による絶縁劣化を防止している。高圧電動機は、主と
してファン、ポンプなどの駆動用に用いられ、一般的に
回生動作を必要としない場合が多い。そのため、多重イ
ンバータを構成する個々のユニットインバータの直流電
源は、ダイオード整流器と平滑コンデンサによって構成
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の高圧電動機駆動
用の多重インバータでは、高圧電動機からの電力を電源
に回生することができないため、電動機を速やかに減速
することができない。特に、ファンなどのイナーシャの
大きな負荷の場合、急減速が難しい。電力回生機能を付
加すれば、回生は可能であるが、装置の大型化やコスト
の面で問題がある。多重インバータには、既設電動機の
可変速化がニーズとしてあるため、装置の大型化はでき
るだけ避けたい。また、高圧電動機の用途を拡大するた
めにも、回生制動がかけられる装置が望まれる。
用の多重インバータでは、高圧電動機からの電力を電源
に回生することができないため、電動機を速やかに減速
することができない。特に、ファンなどのイナーシャの
大きな負荷の場合、急減速が難しい。電力回生機能を付
加すれば、回生は可能であるが、装置の大型化やコスト
の面で問題がある。多重インバータには、既設電動機の
可変速化がニーズとしてあるため、装置の大型化はでき
るだけ避けたい。また、高圧電動機の用途を拡大するた
めにも、回生制動がかけられる装置が望まれる。
【0004】本発明の課題は、装置を大型化することな
く、わずかな部品の追加と制御によって、多重電力変換
装置により駆動される負荷装置の回生運転を実現するこ
とにある。
く、わずかな部品の追加と制御によって、多重電力変換
装置により駆動される負荷装置の回生運転を実現するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、複数台のユニットインバータからなる多重電力変換
器を複数台接続してなる多重電力変換装置、または、三
相インバータと前記複数台の多重電力変換器を接続して
なる多重電力変換装置において、少なくとも一つのユニ
ットインバータの直流部に、または、三相インバータの
直流部に回生電力を消費する制動抵抗器を付加し、三相
負荷装置が回生動作した場合に、制動抵抗器を用いて回
生エネルギーを消費する。ここで、回転中の誘導電動機
を減速あるいは停止させる際に、誘導電動機の二次巻線
に流れる電流を実質的に零に制御し、かつ、励磁電流を
零でない特定の値に制御する。また、回転中の誘導電動
機を減速あるいは停止させる際に、誘導電動機の減速開
始と同時に、誘導電動機の端子電圧を計測あるいは推定
し、端子電圧が予め設定した所定値以下に下がった時点
で誘導電動機を回生制動し、誘導電動機を停止させる。
また、回転中の誘導電動機を減速あるいは停止させる際
に、誘導電動機の減速開始と同時に、誘導電動機の励磁
電流を徐々に低減し、同時に誘導電動機の端子電圧を計
測あるいは推定し、端子電圧が予め設定した所定値以下
に下がった時点で誘導電動機を回生制動し、誘導電動機
を停止させる。また、回転中の誘導電動機を減速あるい
は停止させる際に、誘導電動機の減速開始と同時に、誘
導電動機の励磁電流を徐々に低減し、同時に誘導電動機
の端子電圧を計測あるいは推定し、端子電圧が予め設定
した所定値以下に下がった時点で誘導電動機を回生制動
させ、これと同時に端子電圧が所定値付近に保たれるよ
うに励磁電流を制御し、誘導電動機を停止させる。ま
た、回転中の誘導電動機を減速あるいは停止させる際
に、誘導電動機の減速開始と同時に、誘導電動機の励磁
電流を徐々に低減し、同時に誘導電動機の端子電圧を計
測あるいは推定し、端子電圧が予め設定した所定値以下
に下がった時点で誘導電動機を回生制動させ、同時に端
子電圧が所定値に保たれるように励磁電流を制御し、さ
らに励磁電流値の関数として回生トルクを変化させ、誘
導電動機を停止させる。
に、複数台のユニットインバータからなる多重電力変換
器を複数台接続してなる多重電力変換装置、または、三
相インバータと前記複数台の多重電力変換器を接続して
なる多重電力変換装置において、少なくとも一つのユニ
ットインバータの直流部に、または、三相インバータの
直流部に回生電力を消費する制動抵抗器を付加し、三相
負荷装置が回生動作した場合に、制動抵抗器を用いて回
生エネルギーを消費する。ここで、回転中の誘導電動機
を減速あるいは停止させる際に、誘導電動機の二次巻線
に流れる電流を実質的に零に制御し、かつ、励磁電流を
零でない特定の値に制御する。また、回転中の誘導電動
機を減速あるいは停止させる際に、誘導電動機の減速開
始と同時に、誘導電動機の端子電圧を計測あるいは推定
し、端子電圧が予め設定した所定値以下に下がった時点
で誘導電動機を回生制動し、誘導電動機を停止させる。
また、回転中の誘導電動機を減速あるいは停止させる際
に、誘導電動機の減速開始と同時に、誘導電動機の励磁
電流を徐々に低減し、同時に誘導電動機の端子電圧を計
測あるいは推定し、端子電圧が予め設定した所定値以下
に下がった時点で誘導電動機を回生制動し、誘導電動機
を停止させる。また、回転中の誘導電動機を減速あるい
は停止させる際に、誘導電動機の減速開始と同時に、誘
導電動機の励磁電流を徐々に低減し、同時に誘導電動機
の端子電圧を計測あるいは推定し、端子電圧が予め設定
した所定値以下に下がった時点で誘導電動機を回生制動
させ、これと同時に端子電圧が所定値付近に保たれるよ
うに励磁電流を制御し、誘導電動機を停止させる。ま
た、回転中の誘導電動機を減速あるいは停止させる際
に、誘導電動機の減速開始と同時に、誘導電動機の励磁
電流を徐々に低減し、同時に誘導電動機の端子電圧を計
測あるいは推定し、端子電圧が予め設定した所定値以下
に下がった時点で誘導電動機を回生制動させ、同時に端
子電圧が所定値に保たれるように励磁電流を制御し、さ
らに励磁電流値の関数として回生トルクを変化させ、誘
導電動機を停止させる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態によ
る多重電力変換装置を示す。本実施形態は、一相当たり
ユニットインバータを4台多重化して構成した三相多重
電力変換装置である。図1において、部品番号1は三相
交流電源、2は入力の変圧器、3は各相電圧を出力する
多重電力変換器、4は単相交流を出力するユニットイン
バータ、41はダイオード整流器、42は平滑コンデン
サ、43は単相フルブリッジのインバータ、5は制動抵
抗51”を付加したユニットインバータ、51はユニッ
トインバータ5の直流電圧が過大になった場合にスイッ
チ51’をオンし、電力を消費する制動抵抗ユニット、
6は誘導電動機に代表される負荷装置、7は負荷電流を
検出する電流検出器、8は多重電力変換装置を制御する
制御器である。
用いて説明する。図1は、本発明の第一の実施形態によ
る多重電力変換装置を示す。本実施形態は、一相当たり
ユニットインバータを4台多重化して構成した三相多重
電力変換装置である。図1において、部品番号1は三相
交流電源、2は入力の変圧器、3は各相電圧を出力する
多重電力変換器、4は単相交流を出力するユニットイン
バータ、41はダイオード整流器、42は平滑コンデン
サ、43は単相フルブリッジのインバータ、5は制動抵
抗51”を付加したユニットインバータ、51はユニッ
トインバータ5の直流電圧が過大になった場合にスイッ
チ51’をオンし、電力を消費する制動抵抗ユニット、
6は誘導電動機に代表される負荷装置、7は負荷電流を
検出する電流検出器、8は多重電力変換装置を制御する
制御器である。
【0007】本実施形態の動作原理を説明する。三相交
流電源1から変圧器2を介して各ユニットインバータ
4、5へ電源が供給される。変圧器2は、電源の降圧と
ユニットインバータ間の絶縁のために挿入される。ユニ
ットインバータ4、5では、図2、3に示すように、ダ
イオードによる6相整流器41と平滑コンデンサ42に
より直流電源が構成され、フルブリッジインバータ43
によって単相交流を出力する。ユニットインバータ5に
は、制動抵抗ユニット51が直流部に付加され、直流電
圧(平滑コンデンサ電圧)が過大になった時に、制動抵
抗器51”で電力を消費する。次に、図1における回生
動作について説明する。誘導電動機6が高速回転し、電
動機に高い電圧が印加されている場合には、ユニットイ
ンバータ5のみの回生では耐圧上無理があるため、回生
は行わない。電動機が低速で回転し、電動機の端子電圧
が低い状態であって、ユニットインバータ5のみでの電
動機駆動が可能な範囲で回生を行う。図1では、4台中
1台のユニットインバータ5のみに制動抵抗ユニット5
1が付加されているので、電動機定格の約1/4以下の
電圧で電動機を駆動している場合には、回生が可能とな
る。回生時には、ユニットインバータ4の出力電圧をす
べて零とし、スイッチ51’をオンしてユニットインバ
ータ5のみをスイッチングして回生を行う。高圧の誘導
電動機の用途としては、ファン、ポンプなどの二乗低減
トルク負荷のものが多く、これらの負荷は、速度の三乗
に比例して電力を消費する。つまり、電動機速度が高い
ほど負荷が大きくなるため、速度の高い領域では減速時
間を短くしても回生エネルギーは生じ難い(回生電力と
負荷電力がキャンセルする)。逆に、速度が下がるに従
って負荷が減少するため、回生能力のない装置では減速
時間を長くする必要があった。しかし、本実施形態によ
る多重電力変換装置では、上記のように低速度域での回
生が実現できるため、減速時間を長くする必要がなくな
り、速やかに減速・停止が可能となる。また、各々のユ
ニットインバータ内のダイオード整流器の代わりに電源
回生コンバータを用いる方式が提案されているが、本実
施形態では、より低コストで簡単に制動をかけることが
でき、装置の大型化を回避できる。
流電源1から変圧器2を介して各ユニットインバータ
4、5へ電源が供給される。変圧器2は、電源の降圧と
ユニットインバータ間の絶縁のために挿入される。ユニ
ットインバータ4、5では、図2、3に示すように、ダ
イオードによる6相整流器41と平滑コンデンサ42に
より直流電源が構成され、フルブリッジインバータ43
によって単相交流を出力する。ユニットインバータ5に
は、制動抵抗ユニット51が直流部に付加され、直流電
圧(平滑コンデンサ電圧)が過大になった時に、制動抵
抗器51”で電力を消費する。次に、図1における回生
動作について説明する。誘導電動機6が高速回転し、電
動機に高い電圧が印加されている場合には、ユニットイ
ンバータ5のみの回生では耐圧上無理があるため、回生
は行わない。電動機が低速で回転し、電動機の端子電圧
が低い状態であって、ユニットインバータ5のみでの電
動機駆動が可能な範囲で回生を行う。図1では、4台中
1台のユニットインバータ5のみに制動抵抗ユニット5
1が付加されているので、電動機定格の約1/4以下の
電圧で電動機を駆動している場合には、回生が可能とな
る。回生時には、ユニットインバータ4の出力電圧をす
べて零とし、スイッチ51’をオンしてユニットインバ
ータ5のみをスイッチングして回生を行う。高圧の誘導
電動機の用途としては、ファン、ポンプなどの二乗低減
トルク負荷のものが多く、これらの負荷は、速度の三乗
に比例して電力を消費する。つまり、電動機速度が高い
ほど負荷が大きくなるため、速度の高い領域では減速時
間を短くしても回生エネルギーは生じ難い(回生電力と
負荷電力がキャンセルする)。逆に、速度が下がるに従
って負荷が減少するため、回生能力のない装置では減速
時間を長くする必要があった。しかし、本実施形態によ
る多重電力変換装置では、上記のように低速度域での回
生が実現できるため、減速時間を長くする必要がなくな
り、速やかに減速・停止が可能となる。また、各々のユ
ニットインバータ内のダイオード整流器の代わりに電源
回生コンバータを用いる方式が提案されているが、本実
施形態では、より低コストで簡単に制動をかけることが
でき、装置の大型化を回避できる。
【0008】図4は、本発明の第二の実施形態を示す。
本実施形態は、3台の単相ユニットインバータと、一つ
の三相インバータを組み合わせて構成した多重電力変換
装置である。図4において、部品番号1〜4、41、4
2、51は図1の実施形態と同一のものである。5Eは
三相交流を出力する三相インバータユニット、52は三
相フルブリッジインバータである。
本実施形態は、3台の単相ユニットインバータと、一つ
の三相インバータを組み合わせて構成した多重電力変換
装置である。図4において、部品番号1〜4、41、4
2、51は図1の実施形態と同一のものである。5Eは
三相交流を出力する三相インバータユニット、52は三
相フルブリッジインバータである。
【0009】本実施形態の動作原理を説明する。本実施
形態による多重電力変換装置の構成は、三相インバータ
5Eを中性点に備えるようにしてユニットインバータ4
を直列に接続したものである。よって、三相インバータ
ユニット5Eのみが三相共通の直流電源を備えることに
なる。また、制動抵抗器ユニット51は、三相インバー
タユニット5Eに備え付けられ、制動抵抗ユニット51
を三相共通に使用することができる。次に、図4におけ
る回生動作について説明する。回生動作は、図1の実施
形態と同じであり、電動機が低速で回転し、三相インバ
ータユニット5Eのみでの電動機駆動が可能な範囲で回
生を行う。本実施形態では、制動抵抗ユニット51を三
相共通にできるため、図1の実施形態よりもさらに装置
の小型化が実現できる。尚、三相インバータユニットを
例えば3レベルインバータなどにしても、同様に適用で
きる。
形態による多重電力変換装置の構成は、三相インバータ
5Eを中性点に備えるようにしてユニットインバータ4
を直列に接続したものである。よって、三相インバータ
ユニット5Eのみが三相共通の直流電源を備えることに
なる。また、制動抵抗器ユニット51は、三相インバー
タユニット5Eに備え付けられ、制動抵抗ユニット51
を三相共通に使用することができる。次に、図4におけ
る回生動作について説明する。回生動作は、図1の実施
形態と同じであり、電動機が低速で回転し、三相インバ
ータユニット5Eのみでの電動機駆動が可能な範囲で回
生を行う。本実施形態では、制動抵抗ユニット51を三
相共通にできるため、図1の実施形態よりもさらに装置
の小型化が実現できる。尚、三相インバータユニットを
例えば3レベルインバータなどにしても、同様に適用で
きる。
【0010】図5は、誘導電動機6の一相分の等価回路
を示す。等価回路は一次抵抗R1、漏れインダクタL
σ、二次抵抗R2’、励磁インダクタンスM’からな
る。図5において、インバータ(多重電力変換装置を含
む)によって印加される電圧がV1、その時流れる電流
がI1であり、I1は励磁電流I0とトルク電流(二次
電流)I2に分流する。誘導電動機の発生するトルクは
二次電流I2に比例して生じる。よって、誘導電動機を
減速させるには、I2を低減することにより発生トルク
を減少させればよい。ただし、I2を負の値にすると、
回生動作となり、誘導電動機からインバータへ電力が回
生される。よって、インバータに回生機能がない場合に
は、I2を零に制御するのが最も速く電動機を減速させ
ることになる。それには、制御器8において、誘導電動
機に印加する電圧と電流を一定の関係で制御すればよ
い。例えば、図5において、I2を零にするにはI1=
I0に制御すればよく、それには電圧V1の位相に対し
て電流I1の位相が90°遅れになるように制御すれば
よいことがわかる(R1を無視)。インバータに回生能
力のない場合の従来の減速方法としては、(1)速度を
一定レイトで下げるか、(2)インバータをサプレス
(スイッチング素子をすべてオフ)して自然減速させ
る、等の方法がある。(1)ではI2が正の値で流れて
いる可能性があり、減速時間に無駄が生じる。(2)で
はインバータをサプレスすることにより、励磁電流I0
までもが零になってしまい、再びサプレスを解除した場
合の処理が複雑になる(例えば、高速運転から減速し
て、低速で回転を維持したいような場合等)。その場
合、電動機の回転数の同定(検出)から励磁電流の立ち
上げ等を行わなければならない。これに対して本発明に
よる実施形態によれば、励磁電流I0を維持し、トルク
電流I2のみを零に制御するため、上記問題は解決さ
れ、速やかな減速が得られる。
を示す。等価回路は一次抵抗R1、漏れインダクタL
σ、二次抵抗R2’、励磁インダクタンスM’からな
る。図5において、インバータ(多重電力変換装置を含
む)によって印加される電圧がV1、その時流れる電流
がI1であり、I1は励磁電流I0とトルク電流(二次
電流)I2に分流する。誘導電動機の発生するトルクは
二次電流I2に比例して生じる。よって、誘導電動機を
減速させるには、I2を低減することにより発生トルク
を減少させればよい。ただし、I2を負の値にすると、
回生動作となり、誘導電動機からインバータへ電力が回
生される。よって、インバータに回生機能がない場合に
は、I2を零に制御するのが最も速く電動機を減速させ
ることになる。それには、制御器8において、誘導電動
機に印加する電圧と電流を一定の関係で制御すればよ
い。例えば、図5において、I2を零にするにはI1=
I0に制御すればよく、それには電圧V1の位相に対し
て電流I1の位相が90°遅れになるように制御すれば
よいことがわかる(R1を無視)。インバータに回生能
力のない場合の従来の減速方法としては、(1)速度を
一定レイトで下げるか、(2)インバータをサプレス
(スイッチング素子をすべてオフ)して自然減速させ
る、等の方法がある。(1)ではI2が正の値で流れて
いる可能性があり、減速時間に無駄が生じる。(2)で
はインバータをサプレスすることにより、励磁電流I0
までもが零になってしまい、再びサプレスを解除した場
合の処理が複雑になる(例えば、高速運転から減速し
て、低速で回転を維持したいような場合等)。その場
合、電動機の回転数の同定(検出)から励磁電流の立ち
上げ等を行わなければならない。これに対して本発明に
よる実施形態によれば、励磁電流I0を維持し、トルク
電流I2のみを零に制御するため、上記問題は解決さ
れ、速やかな減速が得られる。
【0011】図6は、図1ならびに図4に示す実施形態
の制御器8の構成例を示す。図6において、部品番号9
は誘導電動機6の速度指令ωr*を出力する速度指令発
生器、10は信号を加算(減算)する加算器(減算
器)、11は誘導電動機の速度を制御する速度制御器、
12は誘導電動機の磁束指令Φ*を出力する磁束指令発
生器、13は磁束指令Φ*に基づいて励磁電流指令Id*
を演算するId*演算器、14は電流指令Id*、Iq*
に基づいて誘導電動機に印加する電圧vd*、vq*を演
算する電圧指令演算器、15は誘導電動機のトルク電流
Iqを制御する電流制御器、16は誘導電動機の励磁電
流Idを制御する電流制御器、17は回転座標軸(dq
座標軸)上の電圧指令vd*、vq*を三相電圧指令Vu
*、Vv*、Vw*に変換する座標変換器、18は相電流
Iu、Ivをdq軸上の電流に変換する座標変換器、1
9は誘導電動機のすべりωsを演算するすべり演算器、
20は誘導電動機の一次角周波数ω1を積分して磁束軸
位相θを演算する積分器、21は三相電圧指令Vu*、
Vv*、Vw*に基づいて多重変換器をスイッチングする
パルスを作成する多重PWM変調器、22は誘導電動機
の回転数ωrを検出あるいは推定する速度検出器/推定
器、23は誘導電動機に印加している電圧|V1|の大
きさを演算する|V1|演算器、24は|V1|が設定
値Vrgよりも大きいか否かを判別して回生信号F2を
出力する回生可否判別器、25は誘導電動機の減速・停
止信号F1と、F2の信号を受けて切り替え信号F3を
発生する切り替え信号発生器、26はF3の値に応じて
トルク電流指令Iq*を切り替えるスイッチSW1、2
7は零を出力する設定器、28は回生時のトルク電流指
令Iqrg*を発生する回生トルク電流指令発生器であ
る。
の制御器8の構成例を示す。図6において、部品番号9
は誘導電動機6の速度指令ωr*を出力する速度指令発
生器、10は信号を加算(減算)する加算器(減算
器)、11は誘導電動機の速度を制御する速度制御器、
12は誘導電動機の磁束指令Φ*を出力する磁束指令発
生器、13は磁束指令Φ*に基づいて励磁電流指令Id*
を演算するId*演算器、14は電流指令Id*、Iq*
に基づいて誘導電動機に印加する電圧vd*、vq*を演
算する電圧指令演算器、15は誘導電動機のトルク電流
Iqを制御する電流制御器、16は誘導電動機の励磁電
流Idを制御する電流制御器、17は回転座標軸(dq
座標軸)上の電圧指令vd*、vq*を三相電圧指令Vu
*、Vv*、Vw*に変換する座標変換器、18は相電流
Iu、Ivをdq軸上の電流に変換する座標変換器、1
9は誘導電動機のすべりωsを演算するすべり演算器、
20は誘導電動機の一次角周波数ω1を積分して磁束軸
位相θを演算する積分器、21は三相電圧指令Vu*、
Vv*、Vw*に基づいて多重変換器をスイッチングする
パルスを作成する多重PWM変調器、22は誘導電動機
の回転数ωrを検出あるいは推定する速度検出器/推定
器、23は誘導電動機に印加している電圧|V1|の大
きさを演算する|V1|演算器、24は|V1|が設定
値Vrgよりも大きいか否かを判別して回生信号F2を
出力する回生可否判別器、25は誘導電動機の減速・停
止信号F1と、F2の信号を受けて切り替え信号F3を
発生する切り替え信号発生器、26はF3の値に応じて
トルク電流指令Iq*を切り替えるスイッチSW1、2
7は零を出力する設定器、28は回生時のトルク電流指
令Iqrg*を発生する回生トルク電流指令発生器であ
る。
【0012】次に、制御器8の動作原理について説明す
る。通常運転時には、速度指令ωr*と実速度ωrの差
に応じて速度制御器11でトルク電流指令Iq*が演算
され、スイッチ(SW1)26を介してIqの電流制御
器15ならびに電圧指令演算器14へ送られる。通常
は、スイッチ(SW1)は「0」の状態に接続されてい
る。また、励磁電流指令Id*は、磁束指令Φ*に基づい
て演算され、Idの電流制御器16ならびに電圧指令演
算器14へ送られる。電圧指令演算器14では、Id、
Iqのdq軸上の干渉成分と速度起電圧分から誘導電動
機への印加電圧を演算する。一方、電流制御器15、1
6は、過渡時における電流応答の改善と電動機の定数誤
差によるずれを補正するために設けられ、それぞれ補正
分を演算し、vd*、vq*に加算する。また、トルク電
流指令Iq*から誘導電動機のすべり周波数ωsをすべ
り演算器19で演算し、実速度ωrに加算して一次角周
波数ω1を得る。ω1を積分器20で積分し、電動機の
回転座標軸位相θを得る。このθに基づいて相電流検出
値Iu、Ivを座標変換し、励磁電流ならびにトルク電
流の実測値IdFB、IqFBを得る。また、θに基づ
いて電圧指令vd*、vq*を三相交流軸上の値Vu*、
Vv*、Vw*に座標変換する。多重PWM変調器21で
は、Vu*、Vv*、Vw*の値に基づいて各ユニットイ
ンバータへ与えるスイッチングパルス信号を演算する。
以上が誘導電動機の基本的な制御ブロックであり、従来
のベクトル制御に基づいた構成になっている。本発明の
特徴とする構成は、|V1|演算器23、回生可否判別
器24、切り替え信号発生器25、スイッチ(SW1)
26、零設定器27、回生トルク電流指令発生器28を
設けることにある。
る。通常運転時には、速度指令ωr*と実速度ωrの差
に応じて速度制御器11でトルク電流指令Iq*が演算
され、スイッチ(SW1)26を介してIqの電流制御
器15ならびに電圧指令演算器14へ送られる。通常
は、スイッチ(SW1)は「0」の状態に接続されてい
る。また、励磁電流指令Id*は、磁束指令Φ*に基づい
て演算され、Idの電流制御器16ならびに電圧指令演
算器14へ送られる。電圧指令演算器14では、Id、
Iqのdq軸上の干渉成分と速度起電圧分から誘導電動
機への印加電圧を演算する。一方、電流制御器15、1
6は、過渡時における電流応答の改善と電動機の定数誤
差によるずれを補正するために設けられ、それぞれ補正
分を演算し、vd*、vq*に加算する。また、トルク電
流指令Iq*から誘導電動機のすべり周波数ωsをすべ
り演算器19で演算し、実速度ωrに加算して一次角周
波数ω1を得る。ω1を積分器20で積分し、電動機の
回転座標軸位相θを得る。このθに基づいて相電流検出
値Iu、Ivを座標変換し、励磁電流ならびにトルク電
流の実測値IdFB、IqFBを得る。また、θに基づ
いて電圧指令vd*、vq*を三相交流軸上の値Vu*、
Vv*、Vw*に座標変換する。多重PWM変調器21で
は、Vu*、Vv*、Vw*の値に基づいて各ユニットイ
ンバータへ与えるスイッチングパルス信号を演算する。
以上が誘導電動機の基本的な制御ブロックであり、従来
のベクトル制御に基づいた構成になっている。本発明の
特徴とする構成は、|V1|演算器23、回生可否判別
器24、切り替え信号発生器25、スイッチ(SW1)
26、零設定器27、回生トルク電流指令発生器28を
設けることにある。
【0013】次に、本発明の特徴部分である減速時の動
作について、図6と図7を用いて説明する。図7は、減
速開始から誘導電動機が停止するまでの信号の動きを示
す。まず始めに、誘導電動機を減速・停止する場合、外
部から減速信号F1を入力する。通常はF1=0である
が、減速時t0にはF1=1とする(図7)。切り替え
信号発生器25では、F1=1となったのを受けて切り
替え信号F3を「1」にする(通常は「0」)。それに
よってスイッチ(SW1)26を「1」に切り替え、I
q*を速度制御器11の出力からIq*=0に移す。トル
ク電流指令Iq*が零になることで誘導電動機の発生ト
ルクは無くなり、誘導電動機は減速する。この間、回生
動作は行わないため、誘導電動機は自然減速する(図7
の速度ωr)。一方、|V1|演算器23では、誘導電
動機の端子電圧の絶対値|V1|を制御器内部の電圧指
令(vd*、vq*あるいはVu*、Vv*、Vw*)を用
いて演算する。絶対値|V1|の演算は、相電圧指令を
用いた場合、(数1)のようになる。 |V1|=(√2/3)(√Vu*2+Vv*2+Vw*2) (数1) また、dq軸上の電圧指令を用いた場合、(数2)のよ
うになる。 |V1|=(1/√3)(√vd*2+vq*2) (数2) 尚、電圧指令の代りに端子電圧の検出値を用いて上記の
演算を行っても支障はない。回生可否判別器24では、
|V1|を予め設定した値Vrgと比較し、|V1|<
Vrgとなった時点t1で回生信号F2を「0」から
「1」にする。尚、図1の実施形態の多重電力変換装置
では、4つのユニットインバータのうち、一台に制動抵
抗ユニット51が接続されているため、Vrgは電動機
の定格電圧の1/4程度に設定しておけばよい。切り替
え信号発生器25では、F1=1で、かつ、F2=1と
なった場合に、切り替え信号F3の値を「2」にし、ス
イッチ(SW1)26へ与える。スイッチ(SW1)2
6では「2」に切り替えてIq*を回生電流指令Iqr
g*に切り替える(Iqrg*<0)。
作について、図6と図7を用いて説明する。図7は、減
速開始から誘導電動機が停止するまでの信号の動きを示
す。まず始めに、誘導電動機を減速・停止する場合、外
部から減速信号F1を入力する。通常はF1=0である
が、減速時t0にはF1=1とする(図7)。切り替え
信号発生器25では、F1=1となったのを受けて切り
替え信号F3を「1」にする(通常は「0」)。それに
よってスイッチ(SW1)26を「1」に切り替え、I
q*を速度制御器11の出力からIq*=0に移す。トル
ク電流指令Iq*が零になることで誘導電動機の発生ト
ルクは無くなり、誘導電動機は減速する。この間、回生
動作は行わないため、誘導電動機は自然減速する(図7
の速度ωr)。一方、|V1|演算器23では、誘導電
動機の端子電圧の絶対値|V1|を制御器内部の電圧指
令(vd*、vq*あるいはVu*、Vv*、Vw*)を用
いて演算する。絶対値|V1|の演算は、相電圧指令を
用いた場合、(数1)のようになる。 |V1|=(√2/3)(√Vu*2+Vv*2+Vw*2) (数1) また、dq軸上の電圧指令を用いた場合、(数2)のよ
うになる。 |V1|=(1/√3)(√vd*2+vq*2) (数2) 尚、電圧指令の代りに端子電圧の検出値を用いて上記の
演算を行っても支障はない。回生可否判別器24では、
|V1|を予め設定した値Vrgと比較し、|V1|<
Vrgとなった時点t1で回生信号F2を「0」から
「1」にする。尚、図1の実施形態の多重電力変換装置
では、4つのユニットインバータのうち、一台に制動抵
抗ユニット51が接続されているため、Vrgは電動機
の定格電圧の1/4程度に設定しておけばよい。切り替
え信号発生器25では、F1=1で、かつ、F2=1と
なった場合に、切り替え信号F3の値を「2」にし、ス
イッチ(SW1)26へ与える。スイッチ(SW1)2
6では「2」に切り替えてIq*を回生電流指令Iqr
g*に切り替える(Iqrg*<0)。
【0014】減速から回生までの様子を図7を用いて更
に説明する。図7では、時刻t0において減速を開始
し、減速開始直後にIqを零に制御する(スイッチ(S
W1)26が「1」に切り替わる)。この結果、電動機
は自然減速し、電動機の端子電圧|V1|も速度に比例
して低下する。|V1|がVrgよりも小さくなった時
点t1で回生「可」と判別し、スイッチ(SW1)26
が「2」に切り替わり、Iqが所定の回生電流値Iqr
g*に制御され、電動機にブレーキがかかる。この時、
多重電力変換装置では、回生制動ユニット51が付加さ
れているユニットインバータのみを動作させ、他のユニ
ットインバータは出力を零にしておく。回生制動によっ
て電動機は速やかに減速し、停止する。以上、図6の制
御器8によって誘導電動機を速やかに減速、停止する誘
導電動機駆動装置を実現することができる。
に説明する。図7では、時刻t0において減速を開始
し、減速開始直後にIqを零に制御する(スイッチ(S
W1)26が「1」に切り替わる)。この結果、電動機
は自然減速し、電動機の端子電圧|V1|も速度に比例
して低下する。|V1|がVrgよりも小さくなった時
点t1で回生「可」と判別し、スイッチ(SW1)26
が「2」に切り替わり、Iqが所定の回生電流値Iqr
g*に制御され、電動機にブレーキがかかる。この時、
多重電力変換装置では、回生制動ユニット51が付加さ
れているユニットインバータのみを動作させ、他のユニ
ットインバータは出力を零にしておく。回生制動によっ
て電動機は速やかに減速し、停止する。以上、図6の制
御器8によって誘導電動機を速やかに減速、停止する誘
導電動機駆動装置を実現することができる。
【0015】図8は、図1ならびに図4に示す実施形態
の制御器8の他の構成例を示す。図8において、部品番
号9、10、12〜15、17〜21、23〜28は、
図6における同一の番号と同じものである。図8は、速
度センサレスベクトル制御を基本とした制御器8Aであ
る。図6における速度制御器11、d軸の電流制御器1
6、さらに速度検出器/推定器22が削除されている。
また、q軸電流制御器15は、通常運転中は使用せず、
減速、回生時においてのみ使用する。その際、q軸電流
制御器15の出力は、周波数修正信号Δω1として誘導
電動機の一次角周波数指令ω1に加える。図8の制御器
8Aの減速・回生動作は、図6の制御器8と同じであ
る。減速開始と同時に、スイッチ(SW1)26ならび
にスイッチ(SW2)26を「1」に切り替え、トルク
電流Iqが零になるように一次角周波数ω1を変化させ
る。この結果、電動機は自然減速し、|V1|<Vrg
となった時点t1で回生「可」と判別し、回生制動を開
始する。|V1|<VrgでSW1、SW2を「2」に
切り替え、Iqを回生時の設定値Iqrg*になるよう
に制御する。以上のように、速度センサレスベクトル制
御にも適用することが可能である。
の制御器8の他の構成例を示す。図8において、部品番
号9、10、12〜15、17〜21、23〜28は、
図6における同一の番号と同じものである。図8は、速
度センサレスベクトル制御を基本とした制御器8Aであ
る。図6における速度制御器11、d軸の電流制御器1
6、さらに速度検出器/推定器22が削除されている。
また、q軸電流制御器15は、通常運転中は使用せず、
減速、回生時においてのみ使用する。その際、q軸電流
制御器15の出力は、周波数修正信号Δω1として誘導
電動機の一次角周波数指令ω1に加える。図8の制御器
8Aの減速・回生動作は、図6の制御器8と同じであ
る。減速開始と同時に、スイッチ(SW1)26ならび
にスイッチ(SW2)26を「1」に切り替え、トルク
電流Iqが零になるように一次角周波数ω1を変化させ
る。この結果、電動機は自然減速し、|V1|<Vrg
となった時点t1で回生「可」と判別し、回生制動を開
始する。|V1|<VrgでSW1、SW2を「2」に
切り替え、Iqを回生時の設定値Iqrg*になるよう
に制御する。以上のように、速度センサレスベクトル制
御にも適用することが可能である。
【0016】図9は、図6および図8における磁束指令
発生器12の構成例を示す。図9において、部品番号1
0、12、27は図6および図8における同じ番号と同
一のものである。121は減速信号F1の値に応じてス
イッチを切り替えるスイッチSW3、122は時定数T
aで入力を積分する積分器、123は磁束指令の最小値
をΦminにするリミッタである。次に、図9の磁束指
令発生器12Bの動作について説明する。Φ*は誘導電
動機の定格磁束であり、通常はそのままΦ**として出力
される。電動機が減速を開始し、減速信号F1が「1」
になると、スイッチ(SW3)121が「1」に切り替
わる。積分器122ではΦ*を積分して出力し、減算器
10において元のΦ*から減算する。よって、Φ**は減
速開始と同時に徐々に減少する。ただし、リミッタ12
3によって最小値Φminが設定され、零にはならない
ようにする。
発生器12の構成例を示す。図9において、部品番号1
0、12、27は図6および図8における同じ番号と同
一のものである。121は減速信号F1の値に応じてス
イッチを切り替えるスイッチSW3、122は時定数T
aで入力を積分する積分器、123は磁束指令の最小値
をΦminにするリミッタである。次に、図9の磁束指
令発生器12Bの動作について説明する。Φ*は誘導電
動機の定格磁束であり、通常はそのままΦ**として出力
される。電動機が減速を開始し、減速信号F1が「1」
になると、スイッチ(SW3)121が「1」に切り替
わる。積分器122ではΦ*を積分して出力し、減算器
10において元のΦ*から減算する。よって、Φ**は減
速開始と同時に徐々に減少する。ただし、リミッタ12
3によって最小値Φminが設定され、零にはならない
ようにする。
【0017】図10を用いて、図9の磁束指令発生器1
2Bを図6の制御器8あるいは図8の制御器8Aに適用
した場合の動作を説明する。図10においては時刻t0
で減速が開始する。図9の磁束指令発生器12Bを用い
ているため、減速と同時に磁束指令Φ**が減少する。磁
束が減少するため、電動機の端子電圧|V1|は、図7
の動作例に比べて速く低下し、短時間でVrg以下にな
る。|V1|<Vrgとなった時点t1で回生「可」と
判別し、図6あるいは図8と同様に回生を行い、電動機
を停止させる。Φ**の下限値Φminならびに積分器1
22の時定数Taを小さく設定すれば、より速く電圧を
下げることができる。ただし、磁束が低下した分、回生
トルクは減少するため、回生制動時間は逆に長くなる可
能性もある。磁束指令発生器12Bは、負荷のイナーシ
ャが大きく、|V1|がなかなか低下しないような場合
に有効である。
2Bを図6の制御器8あるいは図8の制御器8Aに適用
した場合の動作を説明する。図10においては時刻t0
で減速が開始する。図9の磁束指令発生器12Bを用い
ているため、減速と同時に磁束指令Φ**が減少する。磁
束が減少するため、電動機の端子電圧|V1|は、図7
の動作例に比べて速く低下し、短時間でVrg以下にな
る。|V1|<Vrgとなった時点t1で回生「可」と
判別し、図6あるいは図8と同様に回生を行い、電動機
を停止させる。Φ**の下限値Φminならびに積分器1
22の時定数Taを小さく設定すれば、より速く電圧を
下げることができる。ただし、磁束が低下した分、回生
トルクは減少するため、回生制動時間は逆に長くなる可
能性もある。磁束指令発生器12Bは、負荷のイナーシ
ャが大きく、|V1|がなかなか低下しないような場合
に有効である。
【0018】図11は、図6および図8における磁束指
令発生器12の他の構成例を示す。図11において、部
品番号10、12、27、121、122は、図6、図
8および図9における同じ番号と同一のものである。1
23Cは磁束指令の大きさを最小値Φmin、最大値Φ
*に制限するリミッタ、124は磁束指令Φ*の符号を反
転させる符号反転器、125は|V1|の大きさを二つ
の設定値Vrg0とVrg1と比較し、増磁信号F4を
出力するヒステリシスコンパレータである。次に、図1
1の磁束指令発生器12Cの動作について説明する。Φ
*は電動機の定格値であり、通常はそのままΦ**として
出力される。電動機が減速を開始し、減速信号F1が
「1」になると、スイッチ(SW3)121が「1」に
切り替わる。積分器122ではΦ*を積分して出力し、
減算器10において元のΦ*から減算する。よって、Φ*
*は減速開始と同時に徐々に減少する。ただし、リミッ
タ123によって最小値Φminが設定され、零にはな
らないようにする。減速ならびに減磁によって、電動機
の端子電圧は急速に低下する。|V1|がVrg以下に
なった時点で回生制動を開始する。回生によって電動機
はさらに減速し、端子電圧もさらに減少する。この時、
ヒステリシスコンパレータ125では、|V1|が予め
設定した値Vrg0よりも小さくなった時点で増磁信号
F4を「1」にする。F4が「1」になったのを受け、
スイッチ(SW4)121が「1」に切り替えられ、積
分器122へ入力されるΦ*の符号が反転する。この結
果、一度減少した磁束が再び上昇する。磁束が増加する
と、再び|V1|が上昇する。ヒステリシスコンパレー
タ125では、|V1|がVrg1よりも大きくなった
時点でF4を再び「0」にする。ここで、ヒステリシス
コンパレータ125は、Vrgの近傍でのスイッチング
のガタツキを抑制する。これらの動作を繰り返し、結果
的には、一度減少させた磁束が元の値(定格値)にまで
回復する。尚、リミッタ123Cでは、Φ**が定格磁束
Φ*以上に増磁されるのを抑えるため、上限値にもリミ
ッタ値を設ける。
令発生器12の他の構成例を示す。図11において、部
品番号10、12、27、121、122は、図6、図
8および図9における同じ番号と同一のものである。1
23Cは磁束指令の大きさを最小値Φmin、最大値Φ
*に制限するリミッタ、124は磁束指令Φ*の符号を反
転させる符号反転器、125は|V1|の大きさを二つ
の設定値Vrg0とVrg1と比較し、増磁信号F4を
出力するヒステリシスコンパレータである。次に、図1
1の磁束指令発生器12Cの動作について説明する。Φ
*は電動機の定格値であり、通常はそのままΦ**として
出力される。電動機が減速を開始し、減速信号F1が
「1」になると、スイッチ(SW3)121が「1」に
切り替わる。積分器122ではΦ*を積分して出力し、
減算器10において元のΦ*から減算する。よって、Φ*
*は減速開始と同時に徐々に減少する。ただし、リミッ
タ123によって最小値Φminが設定され、零にはな
らないようにする。減速ならびに減磁によって、電動機
の端子電圧は急速に低下する。|V1|がVrg以下に
なった時点で回生制動を開始する。回生によって電動機
はさらに減速し、端子電圧もさらに減少する。この時、
ヒステリシスコンパレータ125では、|V1|が予め
設定した値Vrg0よりも小さくなった時点で増磁信号
F4を「1」にする。F4が「1」になったのを受け、
スイッチ(SW4)121が「1」に切り替えられ、積
分器122へ入力されるΦ*の符号が反転する。この結
果、一度減少した磁束が再び上昇する。磁束が増加する
と、再び|V1|が上昇する。ヒステリシスコンパレー
タ125では、|V1|がVrg1よりも大きくなった
時点でF4を再び「0」にする。ここで、ヒステリシス
コンパレータ125は、Vrgの近傍でのスイッチング
のガタツキを抑制する。これらの動作を繰り返し、結果
的には、一度減少させた磁束が元の値(定格値)にまで
回復する。尚、リミッタ123Cでは、Φ**が定格磁束
Φ*以上に増磁されるのを抑えるため、上限値にもリミ
ッタ値を設ける。
【0019】図12を用いて、図11の磁束指令発生器
12Cを図6の制御器8あるいは図8の制御器8Aに適
用した場合の動作を説明する。時刻t0で減速を開始
し、減速と同時に磁束指令Φ**が減少する。磁束が減少
するため、電動機の端子電圧|V1|は短時間でVrg
以下になる。|V1|<Vrgとなった時点t1で回生
「可」と判別し、回生を開始し、電動機の速度はさらに
減少する。この時、図11におけるヒステリシスコンパ
レータ125が動作し、磁束指令Φ**を増加させ、一度
減少した磁束を再び増磁させる。回生開始後も|V1|
がしばらく一定に保たれる。磁束指令発生器12Cは、
図9の磁束指令発生器12Bに比べて回生時の磁束が大
きくなるので、より大きな回生トルクが得られ、回生開
始からの減速時間はさらに短くなる。
12Cを図6の制御器8あるいは図8の制御器8Aに適
用した場合の動作を説明する。時刻t0で減速を開始
し、減速と同時に磁束指令Φ**が減少する。磁束が減少
するため、電動機の端子電圧|V1|は短時間でVrg
以下になる。|V1|<Vrgとなった時点t1で回生
「可」と判別し、回生を開始し、電動機の速度はさらに
減少する。この時、図11におけるヒステリシスコンパ
レータ125が動作し、磁束指令Φ**を増加させ、一度
減少した磁束を再び増磁させる。回生開始後も|V1|
がしばらく一定に保たれる。磁束指令発生器12Cは、
図9の磁束指令発生器12Bに比べて回生時の磁束が大
きくなるので、より大きな回生トルクが得られ、回生開
始からの減速時間はさらに短くなる。
【0020】図13は、図6および図8における回生ト
ルク電流指令発生器28の構成例を示す。図13の回生
トルク電流指令発生器28Dは、図11の磁束指令発生
器12Cを適用した図6の制御器8あるいは図8の制御
器8Aに適用する。図13において、部品番号281
は、図11の磁束指令Φ**を入力し、その大きさに応じ
て回生トルク電流指令Iqrg*を計算する関数発生器
である。これまでの図6および図8における回生トルク
電流指令発生器28では、回生トルク電流を一定の値に
固定していたが、図13の回生トルク電流指令発生器2
8Dは、電動機磁束に応じて回生時のトルク電流を変化
させることが可能になる。図10によれば、回生開始時
には電動機磁束は弱められているため、十分な回生トル
クが得られない。また、磁束が弱められているため、あ
まり大きな回生トルク電流を流そうとすると、軸ずれな
どが発生して制御系が不安定になる恐れがある。よっ
て、磁束が減少している場合はあまり大きな回生電流は
流せない。しかし、図11の磁束指令発生器12Cで
は、一旦弱めた磁束指令Φ**を回生開始と同時に徐々に
増磁し、再び定格磁束へ戻す機能があるため、磁束指令
Φ**に応じて、図14に示すように、回生トルク電流I
q(Iq<0)を増加させれば、より大きな回生トルク
を安定に生じさせることが可能になる。以上のように、
磁束指令Φ**の関数としてIqrg*を変化させること
により、回生制動の時間をさらに短縮することが可能と
なる。
ルク電流指令発生器28の構成例を示す。図13の回生
トルク電流指令発生器28Dは、図11の磁束指令発生
器12Cを適用した図6の制御器8あるいは図8の制御
器8Aに適用する。図13において、部品番号281
は、図11の磁束指令Φ**を入力し、その大きさに応じ
て回生トルク電流指令Iqrg*を計算する関数発生器
である。これまでの図6および図8における回生トルク
電流指令発生器28では、回生トルク電流を一定の値に
固定していたが、図13の回生トルク電流指令発生器2
8Dは、電動機磁束に応じて回生時のトルク電流を変化
させることが可能になる。図10によれば、回生開始時
には電動機磁束は弱められているため、十分な回生トル
クが得られない。また、磁束が弱められているため、あ
まり大きな回生トルク電流を流そうとすると、軸ずれな
どが発生して制御系が不安定になる恐れがある。よっ
て、磁束が減少している場合はあまり大きな回生電流は
流せない。しかし、図11の磁束指令発生器12Cで
は、一旦弱めた磁束指令Φ**を回生開始と同時に徐々に
増磁し、再び定格磁束へ戻す機能があるため、磁束指令
Φ**に応じて、図14に示すように、回生トルク電流I
q(Iq<0)を増加させれば、より大きな回生トルク
を安定に生じさせることが可能になる。以上のように、
磁束指令Φ**の関数としてIqrg*を変化させること
により、回生制動の時間をさらに短縮することが可能と
なる。
【0021】尚、これまで説明した本発明の実施形態に
おいて、一相当たりのユニットインバータを4段にした
例について説明したが、段数が何段であっても適用可能
である。また、回生制動ユニットを複数台のユニットイ
ンバータに付加しても、本発明の減速・回生の手法が適
用できる。また、本発明による減速・停止方法は、図1
の構成の多重電力変換装置を前提に説明したが、図4の
構成の多重電力変換装置にも同様に適用可能である。ま
た、本発明の減速方法では、減速開始と同時にトルク電
流を零に制御し、自然減速させるものとして説明した
が、この間を一定の減速率で電動機を減速しても何ら支
障は無い。また、本発明における回生方式において、回
生エネルギーをすべて制動抵抗器で処理するものとして
説明したが、制動抵抗ユニットの代わりに電源回生コン
バータを付加し、電源にエネルギーを回生する方式とし
ても、本発明として説明したすべての回生方式を適用す
ることができる。
おいて、一相当たりのユニットインバータを4段にした
例について説明したが、段数が何段であっても適用可能
である。また、回生制動ユニットを複数台のユニットイ
ンバータに付加しても、本発明の減速・回生の手法が適
用できる。また、本発明による減速・停止方法は、図1
の構成の多重電力変換装置を前提に説明したが、図4の
構成の多重電力変換装置にも同様に適用可能である。ま
た、本発明の減速方法では、減速開始と同時にトルク電
流を零に制御し、自然減速させるものとして説明した
が、この間を一定の減速率で電動機を減速しても何ら支
障は無い。また、本発明における回生方式において、回
生エネルギーをすべて制動抵抗器で処理するものとして
説明したが、制動抵抗ユニットの代わりに電源回生コン
バータを付加し、電源にエネルギーを回生する方式とし
ても、本発明として説明したすべての回生方式を適用す
ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多重電力変換装置を構成する一部のユニットインバータ
に制動抵抗ユニットを設け、さらに、トルク電流ならび
に電動機磁束を適切に制御するので、装置を大型化する
ことなく、効果的に回生制動を実現することができ、電
動機を速やかに減速・停止することが可能になる。ま
た、多重インバータを構成するユニットインバータの一
部に回生用の制動抵抗器を接続するので、抵抗器の数は
少なくて済み、装置の大型化を回避できる。また、多重
インバータの一部に三相インバータを使用し、その直流
部に回生用の制動抵抗器を接続するので、三相個別に制
動抵抗を付加する必要がないため、さらに装置の小型化
が実現できる。また、多重インバータにより誘導電動機
を駆動する場合、誘導電動機の二次電流を零に制御する
ので、電動機の発生トルクを零にでき、回生ブレーキ機
能がない変換器においても、回転中の電動機を負荷トル
クにより速やかに減速することができる。また、多重イ
ンバータにり誘導電動機を駆動する場合、多重インバー
タを構成するユニットインバータの一部に回生機能を持
たせ、電動機の減速開始と同時に電動機の端子電圧を検
知し、回生機能を有するユニットインバータが回生可能
となる電圧レベルまで待機し、回生可能となった時点で
電動機の電力を回生するので、回転中の電動機を速やか
に減速することができる。また、減速と同時に誘導電動
機の励磁電流を低減し、それによって端子電圧を早めに
低下させて回生可能となるまでの待機時間を短縮し、電
動機の電力を回生するので、さらに速やかに電動機を減
速することができる。また、回生を開始すると同時に誘
導電動機の励磁電流を制御し、電動機端子電圧を回生可
能な範囲でできるだけ大きな値に制御し、回生電力をで
きるだけ多くするので、一層さらに速やかに電動機を減
速することができる。また、回生中の励磁電流の大きさ
に応じて回生電力を変化させるので、回生トルクをでき
るだけ大きくし、さらに速やかに電動機を減速すること
ができる。また、複数台の単相ユニットインバータと回
生電力を処理する能力のある少なくとも一台の三相イン
バータにより構成された多重電力変換装置に上述した手
段を適用することにより、さらに小型化、減速時間の短
縮が図られる。
多重電力変換装置を構成する一部のユニットインバータ
に制動抵抗ユニットを設け、さらに、トルク電流ならび
に電動機磁束を適切に制御するので、装置を大型化する
ことなく、効果的に回生制動を実現することができ、電
動機を速やかに減速・停止することが可能になる。ま
た、多重インバータを構成するユニットインバータの一
部に回生用の制動抵抗器を接続するので、抵抗器の数は
少なくて済み、装置の大型化を回避できる。また、多重
インバータの一部に三相インバータを使用し、その直流
部に回生用の制動抵抗器を接続するので、三相個別に制
動抵抗を付加する必要がないため、さらに装置の小型化
が実現できる。また、多重インバータにより誘導電動機
を駆動する場合、誘導電動機の二次電流を零に制御する
ので、電動機の発生トルクを零にでき、回生ブレーキ機
能がない変換器においても、回転中の電動機を負荷トル
クにより速やかに減速することができる。また、多重イ
ンバータにり誘導電動機を駆動する場合、多重インバー
タを構成するユニットインバータの一部に回生機能を持
たせ、電動機の減速開始と同時に電動機の端子電圧を検
知し、回生機能を有するユニットインバータが回生可能
となる電圧レベルまで待機し、回生可能となった時点で
電動機の電力を回生するので、回転中の電動機を速やか
に減速することができる。また、減速と同時に誘導電動
機の励磁電流を低減し、それによって端子電圧を早めに
低下させて回生可能となるまでの待機時間を短縮し、電
動機の電力を回生するので、さらに速やかに電動機を減
速することができる。また、回生を開始すると同時に誘
導電動機の励磁電流を制御し、電動機端子電圧を回生可
能な範囲でできるだけ大きな値に制御し、回生電力をで
きるだけ多くするので、一層さらに速やかに電動機を減
速することができる。また、回生中の励磁電流の大きさ
に応じて回生電力を変化させるので、回生トルクをでき
るだけ大きくし、さらに速やかに電動機を減速すること
ができる。また、複数台の単相ユニットインバータと回
生電力を処理する能力のある少なくとも一台の三相イン
バータにより構成された多重電力変換装置に上述した手
段を適用することにより、さらに小型化、減速時間の短
縮が図られる。
【図1】本発明の第一の実施形態による多重電力変換装
置の構成図
置の構成図
【図2】本発明におけるユニットインバータの構成図
【図3】本発明における制動抵抗ユニットが付いたユニ
ットインバータの構成図
ットインバータの構成図
【図4】本発明の第二の実施形態による構成図
【図5】誘導電動機の一相分の等価回路モデル
【図6】本発明の制御器の構成図
【図7】本発明の動作波形図
【図8】本発明の制御器の他の構成図
【図9】本発明の磁束指令発生器の構成図
【図10】本発明の動作波形図
【図11】本発明の磁束指令発生器の他の構成図
【図12】本発明の動作波形図
【図13】本発明の回生トルク電流発生器の構成図
【図14】本発明の動作波形図
1…三相交流電源、2…入力の変圧器、3…一相分の電
力変換器、4…ユニットインバータ、5…ユニットイン
バータ、6…誘導電動機等の負荷装置、7…電流検出
器、8…制御器、41…ダイオード整流器、42…平滑
コンデンサ、43…単相フルブリッジインバータ、51
…制動抵抗ユニット 12…磁束指令発生器、23…|V1|演算器、24…
回生可否判別器、25…切り替え信号発生器、26…ス
イッチ(SW1)(SW2)、27…零設定器、28…
回生トルク電流指令発生器 12B、12C…磁束指令発生器、28D…回生トルク
電流指令発生器
力変換器、4…ユニットインバータ、5…ユニットイン
バータ、6…誘導電動機等の負荷装置、7…電流検出
器、8…制御器、41…ダイオード整流器、42…平滑
コンデンサ、43…単相フルブリッジインバータ、51
…制動抵抗ユニット 12…磁束指令発生器、23…|V1|演算器、24…
回生可否判別器、25…切り替え信号発生器、26…ス
イッチ(SW1)(SW2)、27…零設定器、28…
回生トルク電流指令発生器 12B、12C…磁束指令発生器、28D…回生トルク
電流指令発生器
フロントページの続き (72)発明者 永田 浩一郎 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岡松 茂俊 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか事業所内
Claims (9)
- 【請求項1】 直流電源を入力して単相交流に変換する
ユニットインバータと、該ユニットインバータを複数台
用意し、交流側を直列に接続して一相分の多重電力変換
器を構成し、該多重電力変換器を複数台接続して多相負
荷装置を駆動する多重電力変換装置において、前記各相
の多重電力変換器における少なくとも一つのユニットイ
ンバータに対して該ユニットインバータの直流部に回生
電力を消費する制動抵抗器を付加し、前記多相負荷装置
が回生動作した場合に、該制動抵抗器を用いて回生エネ
ルギーを消費することを特徴とする多重電力変換装置。 - 【請求項2】 直流電源を入力して三相交流に変換する
三相インバータと、直流電源を入力し、単相交流に変換
するユニットインバータと、該ユニットインバータの交
流側を複数台直列に接続した多重電力変換器と、前期三
相インバータの各相の出力に前記多重電力変換器をそれ
ぞれ接続して三相負荷装置を駆動する多重電力変換装置
において、前記三相インバータに対して該三相インバー
タの直流部に回生電力を消費する制動抵抗器を付加し、
前記三相負荷装置が回生動作した場合に、該制動抵抗器
を用いて回生エネルギーを消費することを特徴とする多
重電力変換装置。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2の多重電力変換
装置において、回転中の前記誘導電動機を減速あるいは
停止させる際に、前記誘導電動機の二次巻線に流れる電
流を実質的に零に制御し、かつ、励磁電流を零でない特
定の値に制御することを特徴とする多重電力変換装置。 - 【請求項4】 直流電源を入力して単相交流に変換する
ユニットインバータと、該ユニットインバータを複数台
用意し、交流側を直列に接続して一相分の多重電力変換
器を構成し、該多重電力変換器を複数台接続して出力さ
れる三相交流により三相誘導電動機を駆動する多重電力
変換装置において、前記各相の多重電力変換器における
少なくとも一つのユニットインバータに前記誘導電動機
からの回生エネルギーを処理する手段を設け、回転中の
前記誘導電動機を減速あるいは停止させる際に、前記誘
導電動機の減速開始と同時に、前記誘導電動機の端子電
圧を計測あるいは推定し、該端子電圧が予め設定した所
定値以下に下がった時点で前記誘導電動機を回生制動
し、該誘導電動機を停止させることを特徴とする多重電
力変換装置。 - 【請求項5】 請求項4における多重電力変換装置にお
いて、回転中の前記誘導電動機を減速あるいは停止させ
る際に、前記誘導電動機の減速開始と同時に、前記誘導
電動機の励磁電流を徐々に低減し、同時に前記誘導電動
機の端子電圧を計測あるいは推定し、該端子電圧が予め
設定した所定値以下に下がった時点で前記誘導電動機を
回生制動し、該誘導電動機を停止させることを特徴とす
る多重電力変換装置。 - 【請求項6】 請求項4における多重電力変換装置にお
いて、回転中の前記誘導電動機を減速あるいは停止させ
る際に、前記誘導電動機の減速開始と同時に、前記誘導
電動機の励磁電流を徐々に低減し、同時に前記誘導電動
機の端子電圧を計測あるいは推定し、該端子電圧が予め
設定した所定値以下に下がった時点で前記誘導電動機を
回生制動させ、これと同時に前記端子電圧が前記所定値
付近に保たれるように前記励磁電流を制御し、前記誘導
電動機を停止させることを特徴とする多重電力変換装
置。 - 【請求項7】 請求項4における多重電力変換装置にお
いて、回転中の前記誘導電動機を減速あるいは停止させ
る際に、前記誘導電動機の減速開始と同時に、前記誘導
電動機の励磁電流を徐々に低減し、同時に前記誘導電動
機の端子電圧を計測あるいは推定し、該端子電圧が予め
設定した所定値以下に下がった時点で前記誘導電動機を
回生制動させ、同時に前記端子電圧が前記所定値に保た
れるように前記励磁電流を制御し、さらに該励磁電流値
の関数として回生トルクを変化させ、前記誘導電動機を
停止させることを特徴とする多重電力変換装置。 - 【請求項8】 請求項4から請求項7のいずれかの多重
電力変換装置において、前記多重電力変換装置を複数台
の前記ユニットインバータと一台の三相インバータの組
み合わせにより構成し、少なくとも前記三相インバータ
に前記誘導電動機の回生電力を処理する手段を備えるこ
とを特徴とする多重電力変換装置。 - 【請求項9】 請求項4から請求項8のいずれかの多重
電力変換装置において、前記誘導電動機を減速し、前記
端子電圧が前記所定値に至るまでの間、前記誘導電動機
の二次巻線に流れる電流を実質的に零に制御し、かつ、
励磁電流を零でない特定の値に制御することを特徴とす
る多重電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000050462A JP3463165B2 (ja) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | 多重電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000050462A JP3463165B2 (ja) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | 多重電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001238455A true JP2001238455A (ja) | 2001-08-31 |
JP3463165B2 JP3463165B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=18572244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000050462A Expired - Fee Related JP3463165B2 (ja) | 2000-02-22 | 2000-02-22 | 多重電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3463165B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006230027A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Meidensha Corp | 直列多重インバータ装置 |
JP2011200089A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-06 | Daikin Industries Ltd | 電力変換装置 |
JP2014014226A (ja) * | 2012-07-04 | 2014-01-23 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 交流電動機駆動装置 |
JP2014150719A (ja) * | 2014-04-17 | 2014-08-21 | Fuji Electric Co Ltd | 電力変換装置 |
JP6390806B1 (ja) * | 2017-08-02 | 2018-09-19 | 株式会社明電舎 | インバータ装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09308003A (ja) * | 1996-05-17 | 1997-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | 直流電気車の駆動装置 |
JPH11122941A (ja) * | 1997-10-16 | 1999-04-30 | Fuji Electric Co Ltd | インバータ装置のアーム短絡検出方法 |
JP2000050636A (ja) * | 1998-07-28 | 2000-02-18 | Toshiba Corp | 多重インバータ装置 |
-
2000
- 2000-02-22 JP JP2000050462A patent/JP3463165B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH09308003A (ja) * | 1996-05-17 | 1997-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | 直流電気車の駆動装置 |
JPH11122941A (ja) * | 1997-10-16 | 1999-04-30 | Fuji Electric Co Ltd | インバータ装置のアーム短絡検出方法 |
JP2000050636A (ja) * | 1998-07-28 | 2000-02-18 | Toshiba Corp | 多重インバータ装置 |
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JP2006230027A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Meidensha Corp | 直列多重インバータ装置 |
JP4609102B2 (ja) * | 2005-02-15 | 2011-01-12 | 株式会社明電舎 | 直列多重インバータ装置 |
JP2011200089A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-06 | Daikin Industries Ltd | 電力変換装置 |
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JP2014150719A (ja) * | 2014-04-17 | 2014-08-21 | Fuji Electric Co Ltd | 電力変換装置 |
JP6390806B1 (ja) * | 2017-08-02 | 2018-09-19 | 株式会社明電舎 | インバータ装置 |
JP2019030205A (ja) * | 2017-08-02 | 2019-02-21 | 株式会社明電舎 | インバータ装置 |
RU2733535C1 (ru) * | 2017-08-02 | 2020-10-05 | Мейденша Корпорейшн | Инверторное устройство |
US10985672B2 (en) | 2017-08-02 | 2021-04-20 | Meidensha Corporation | Inverter device having three phase sections |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3463165B2 (ja) | 2003-11-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |