JP5661443B2

JP5661443B2 - Semiconductor power converter

Info

Publication number: JP5661443B2
Application number: JP2010276757A
Authority: JP
Inventors: 裕介石田; 福間　勝彦; 勝彦福間
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: JP2012130095A

Description

この発明は、コンバータによって直流電圧を制御し、インバータによってこの直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機を駆動する半導体電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor power conversion device that controls a DC voltage by a converter and converts the DC voltage to an AC voltage by an inverter to drive an AC motor.

半導体電力変換装置によって交流電動機を駆動するシステムは古くから使用されている。鉄鋼圧延機などを負荷とする交流電動機を駆動するシステムにおいては、半導体電力変換装置をコンバータとインバータで構成し、コンバータの出力直流電圧を一定値に制御し、インバータは、コンバータによって一定値に制御された直流電圧をＰＷＭ制御等を使用して交流に変換して交流電動機を駆動する場合が多い。この場合、コンバータにもＰＷＭ制御型のコンバータを用い、インバータはその出力電流を交流電動機のトルク軸と磁束軸に変換し、トルク電流と励磁電流を独立して制御する所謂ベクトル制御が用いられていた。 A system for driving an AC motor by a semiconductor power converter has been used for a long time. In a system that drives an AC motor that uses a steel rolling mill as a load, the semiconductor power converter is composed of a converter and an inverter, and the output DC voltage of the converter is controlled to a constant value, and the inverter is controlled to a constant value by the converter. In many cases, the direct current voltage is converted into alternating current using PWM control or the like to drive the alternating current motor. In this case, a PWM control type converter is also used as the converter, and the inverter uses so-called vector control that converts the output current into the torque axis and the magnetic flux axis of the AC motor and independently controls the torque current and the excitation current. It was.

このような半導体電力変換装置のインバータの制御を行う場合、インバータのトルク電流が急峻に変化することを制限するため、トルク電流の変化率にリミットを設けることが行われる。しかしながら、このリミットを設けると、実際に負荷が急峻に変化したとき、制御が追従できず、インバータ側の制御応答が悪化する場合がある。このため、交流電動機が力行運転を行っているか回生運転を行っているかを検出し、この検出値に応じてトルク電流の変化率のリミット値を変化させる提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。 When controlling the inverter of such a semiconductor power converter, in order to restrict the torque current of the inverter from changing sharply, a limit is provided to the rate of change of the torque current. However, when this limit is provided, when the load actually changes steeply, the control cannot follow and the control response on the inverter side may deteriorate. For this reason, a proposal has been made to detect whether the AC motor is performing a power running operation or a regenerative operation, and to change the limit value of the change rate of the torque current in accordance with the detected value (for example, Patent Document 1). reference.).

特開２００７−８９３１８号公報（第４−５頁、図１）JP 2007-89318 A (page 4-5, FIG. 1)

特許文献１に示された手法を負荷が急変する圧延機等に適用した場合、トルクがゼロレベルからステップ状に加わる場合、また通常のトルクで運転中にステップ状にゼロレベルに変化する場合には、制御が追従可能であったが、短時間過負荷により負荷運転状態から更なる負荷がインパクト的に掛かり急変した際に、トルク電流基準の変化量が大きく、トルク帰還電流がトルク電流基準に追従できなくなり、過渡的にベクトルずれを生じることによって、直流電圧や速度の変動が生じていた。このために不要な保護動作が働いて運転上好ましくない事象が生じることもあった。 When the technique shown in Patent Document 1 is applied to a rolling mill or the like whose load changes suddenly, when the torque is applied stepwise from zero level, or when the torque is changed stepwise to zero level during operation with normal torque. Although the control was able to follow, when a further load was impacted and suddenly changed due to a short overload, the torque current reference changes greatly and the torque feedback current becomes the torque current reference. Due to the inability to follow and a transient vector shift, fluctuations in DC voltage and speed occurred. For this reason, an unnecessary protection operation works and an undesirable event may occur.

この発明は上記の課題を解決するためのものであり、負荷運転時の更なる負荷急変時の負荷応答を高めた半導体電力変換装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor power conversion device with improved load response at the time of further sudden load change during load operation.

上記目的を達成するために、本発明の半導体電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータの出力を平滑する直流コンデンサと、前記コンバータの出力電圧を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータと、前記コンバータの出力電圧である直流帰還電圧が所定の電圧基準となるように制御するコンバータ制御部と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、前記交流電動機の速度を実質的に検出する速度検出手段と、前記インバータの出力を制御するインバータ制御部とを具備し、前記インバータ制御部は、前記速度検出手段によって得られる速度帰還が所定の速度基準となるように制御してトルク基準を出力する速度制御手段と、前記トルク基準と磁束基準からトルク電流基準と磁束電流基準を出力するベクトル演算手段と、前記トルク電流基準の変化率を制限するトルクレート制限手段と、前記トルクレート制限手段の出力のトルク電流基準と、前記電流検出手段から得られるトルク帰還電流とを比較してトルク軸電圧基準を出力するトルク軸電流制御手段と、前記磁束電流基準と、前記電流検出手段から得られる磁束帰還電流とを比較して磁束軸電圧基準を出力する磁束軸電流制御手段と、前記トルク軸電圧基準及び前記磁束軸電圧基準に従って前記インバータを構成するスイッチング素子へのゲート信号を出力するゲート制御手段と、前記交流電動機の負荷率を検出する負荷率検出手段と、前記交流電動機の負荷の急変を検出する負荷急変検出手段とを有し、前記交流電動機の負荷率が所定の閾値以上で且つ前記負荷急変検出手段が負荷急変を検出したとき、前記トルクレート制限手段のトルクレート制限値を標準値からより急峻な変化率を許容する切替値に切替えて制御の追従性を向上させるようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a semiconductor power converter according to the present invention includes a converter that converts an AC voltage into a DC voltage, a DC capacitor that smoothes the output of the converter, and an output voltage of the converter that is converted into AC. An inverter that drives the AC motor, a converter control unit that controls a DC feedback voltage, which is an output voltage of the converter, to be a predetermined voltage reference, a current detection unit that detects an output current of the inverter, and the AC motor A speed detection means for substantially detecting the speed of the inverter and an inverter control section for controlling the output of the inverter, wherein the inverter control section has a speed feedback obtained by the speed detection means as a predetermined speed reference. Speed control means for controlling and outputting torque reference, torque current reference and magnetic flux current from the torque reference and magnetic flux reference A vector calculation means for outputting a reference, a torque rate limiting means for limiting the rate of change of the torque current reference, a torque current reference of the output of the torque rate limiting means, and a torque feedback current obtained from the current detection means Torque axis current control means for outputting a torque axis voltage reference by comparison, and magnetic flux axis current control means for outputting a magnetic flux axis voltage reference by comparing the magnetic flux current reference with a magnetic flux feedback current obtained from the current detection means. Gate control means for outputting a gate signal to a switching element constituting the inverter according to the torque axis voltage reference and the magnetic flux axis voltage reference, load factor detection means for detecting a load factor of the AC motor, and the AC A sudden load change detecting means for detecting a sudden change in the load of the electric motor, wherein the load factor of the AC motor is equal to or greater than a predetermined threshold and the sudden load change When the detecting means detects the sudden load change, that was so that to improve the follow-up of the control switches to the switching value to allow steeper rate of change in torque rate limit value of the torque rate limiting means from the standard value It is a feature.

この発明によれば、負荷運転時の更なる負荷急変時の負荷応答を高めた半導体電力変換装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor power conversion device with improved load response at the time of further sudden load change during load operation.

本発明の実施例１に係る半導体電力変換装置のブロック構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block block diagram of the semiconductor power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る半導体電力変換装置の動作タイムチャート。The operation | movement time chart of the semiconductor power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係る半導体電力変換装置のブロック構成図。The block block diagram of the semiconductor power converter device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例１に係る半導体電力変換装置の動作タイムチャート。The operation | movement time chart of the semiconductor power converter device which concerns on Example 1 of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

以下、図１及び図２参照して本発明の実施例１に係る半導体電力変換装置を説明する。 Hereinafter, a semiconductor power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図１は本発明の実施例１に係る半導体電力変換装置のブロック構成図である。コンバータ１は交流電源を受け、これを所望の電圧の直流に変換して直流コンデンサ２に与える。直流コンデンサ２で平滑された直流電圧はインバータ３によって交流電圧に変換されて交流電動機４を駆動する。コンバータ１及びインバータ３は、通常パワーデバイスをブリッジ接続した主回路を備えており、コンバータ１のパワーデバイスはコンバータ制御部７からのゲート信号によってオンオフ制御されている。同様にインバータ３のパワーデバイスはインバータ制御部８からのゲート信号によってオンオフ制御されている。交流電動機４には速度検出器５が取り付けられており、この出力は速度帰還信号としてインバータ制御部８に与えられる。また、インバータ３の出力側には電流検出器６が設けられ、この出力も電流帰還信号としてインバータ制御部８に与えられる。 1 is a block configuration diagram of a semiconductor power conversion device according to a first embodiment of the present invention. The converter 1 receives an AC power supply, converts it into a DC having a desired voltage, and supplies it to the DC capacitor 2. The DC voltage smoothed by the DC capacitor 2 is converted into an AC voltage by the inverter 3 to drive the AC motor 4. The converter 1 and the inverter 3 include a main circuit in which normal power devices are bridge-connected, and the power device of the converter 1 is on / off controlled by a gate signal from the converter control unit 7. Similarly, the power device of the inverter 3 is on / off controlled by a gate signal from the inverter control unit 8. A speed detector 5 is attached to the AC motor 4, and this output is given to the inverter control unit 8 as a speed feedback signal. Further, a current detector 6 is provided on the output side of the inverter 3, and this output is also given to the inverter control unit 8 as a current feedback signal.

コンバータ制御部７は直流コンデンサ２の電圧である直流帰還電圧が所定の電圧基準となるように制御する。このため、直流帰還電圧と電圧基準の偏差を電圧制御器７１で増幅し、ゲート制御器７２によってコンバータ１にゲート信号を与え、上記偏差が最小となるようにフィードバック制御を行っている。 The converter control unit 7 controls the DC feedback voltage, which is the voltage of the DC capacitor 2, to be a predetermined voltage reference. Therefore, the deviation between the DC feedback voltage and the voltage reference is amplified by the voltage controller 71, and a gate signal is given to the converter 1 by the gate controller 72, and feedback control is performed so that the deviation is minimized.

次にインバータ制御部８の内部構成について説明する。 Next, the internal configuration of the inverter control unit 8 will be described.

外部から与えられた速度基準は、速度検出器５からの速度帰還信号と比較され、両者の偏差が速度制御器８１の入力となる。速度制御器８１においてはこの偏差が最小となるように調節制御し、その出力をトルク基準としてベクトル制御器８２に与える。ベクトル制御器８２は、予め設定された磁束基準信号を用いて上記トルク基準を磁束軸電流基準とトルク軸電流基準に変換する。 The speed reference given from the outside is compared with the speed feedback signal from the speed detector 5, and the deviation between the two is an input to the speed controller 81. The speed controller 81 performs adjustment control so that this deviation is minimized, and outputs the output to the vector controller 82 as a torque reference. The vector controller 82 converts the torque reference into a magnetic flux axis current reference and a torque axis current reference using a preset magnetic flux reference signal.

トルク軸電流基準は、トルク制限器８３及びトルクレート制限器８４を介してトルク電流制御器８６に与えられる。トルク電流制御器８６は、このトルク軸電流基準と、前述の電流帰還信号を３相−２相変換器８５で変換して得られたトルク帰還電流との偏差が最小となるように調節して電流制御を行う。ここで、トルク制限器８３は必ずしも必要ではなく必要に応じて設ければ良い。同様に、磁束電流制御器８７は、磁束軸電流基準と、電流帰還信号を３相−２相変換器８５で変換して得られた磁束帰還電流の偏差が最小となるように調節して電流制御を行う。トルク軸電流制御器８６及び磁束電流制御器８７の出力は夫々トルク軸電圧基準、磁束軸電圧基準となるが、これらは３相電圧基準発生器８８に入力され、ここで各相の電圧基準に変換されてＰＷＭ回路８９に与えられる。ＰＷＭ回路８９は所定のキャリア信号で各相の電圧基準を変調してインバータ３のパワーデバイスに与えるゲート信号を出力する。すなわち、ここで３相電圧基準発生器８８とＰＷＭ回路８９はインバータ３に対するゲート制御手段を構成している。 The torque axis current reference is provided to the torque current controller 86 via the torque limiter 83 and the torque rate limiter 84. The torque current controller 86 adjusts the torque shaft current reference and the torque feedback current obtained by converting the current feedback signal by the three-phase to two-phase converter 85 so as to minimize the deviation. Perform current control. Here, the torque limiter 83 is not necessarily required, and may be provided as necessary. Similarly, the magnetic flux current controller 87 adjusts so that the deviation of the magnetic flux axis current reference and the magnetic flux feedback current obtained by converting the current feedback signal by the three-phase to two-phase converter 85 is minimized. Take control. The outputs of the torque axis current controller 86 and the flux current controller 87 serve as a torque axis voltage reference and a flux axis voltage reference, respectively, which are input to a three-phase voltage reference generator 88, where the voltage reference for each phase is used as the voltage reference for each phase. The converted signal is supplied to the PWM circuit 89. The PWM circuit 89 modulates the voltage reference of each phase with a predetermined carrier signal and outputs a gate signal to be applied to the power device of the inverter 3. That is, here, the three-phase voltage reference generator 88 and the PWM circuit 89 constitute gate control means for the inverter 3.

この実施例１においては交流電動機４が誘導電動機の場合を想定している。トルク軸電流基準と磁束基準からすべり演算器９０によって交流電動機４のすべり周波数を演算し、この演算結果と速度帰還信号とを加算してインバータ出力周波数を求め、これを積分器４０で積分することによって、インバータ３に対する交流電動機４の位相基準を求めている。この位相基準は前述の３相−２相変換器８５及び３相電圧基準発生器８８の変換位相基準となる。また、交流電動機４が誘導電動機の場合には速度の上昇に応じて界磁弱めを行う場合が多いので、ベクトル制御器８２に速度帰還信号を与え、この信号に応じて磁束軸電流基準を変化させるようにする。 In the first embodiment, it is assumed that the AC motor 4 is an induction motor. The slip calculator 90 calculates the slip frequency of the AC motor 4 from the torque axis current reference and the magnetic flux reference, adds the calculation result and the speed feedback signal to obtain the inverter output frequency, and integrates it with the integrator 40. Thus, the phase reference of the AC motor 4 with respect to the inverter 3 is obtained. This phase reference becomes the conversion phase reference of the three-phase to two-phase converter 85 and the three-phase voltage reference generator 88 described above. Further, when the AC motor 4 is an induction motor, field weakening is often performed as the speed increases, so a speed feedback signal is given to the vector controller 82, and the flux axis current reference is changed according to this signal. I will let you.

電圧制御器７１に与えられる電圧基準と直流電圧の電圧偏差は負荷急変検出器９２の絶対値検出器９２１に与えられて絶対値変換される。この出力は比較演算器９２２に与えられる。比較演算器９２２は入力が所定の閾値Ｃ以上であるときに１を出力してＡＮＤ回路９５に与える。 The voltage reference and the voltage deviation of the DC voltage given to the voltage controller 71 are given to the absolute value detector 921 of the sudden load change detector 92 and converted into an absolute value. This output is provided to the comparison calculator 922. The comparison arithmetic unit 922 outputs 1 when the input is equal to or greater than a predetermined threshold value C and supplies the same to the AND circuit 95.

トルク制限器８３の出力は比較演算器９３を介してＡＮＤ回路９５に与えられる。比較演算器９３は入力が所定の閾値Ａ以上であるときに１を出力する。すなわち、比較演算器９３は交流電動機４の負荷率が所定値以上であるとき１を出力する。 The output of the torque limiter 83 is given to the AND circuit 95 via the comparison calculator 93. The comparison calculator 93 outputs 1 when the input is greater than or equal to a predetermined threshold A. That is, the comparison calculator 93 outputs 1 when the load factor of the AC motor 4 is equal to or greater than a predetermined value.

ベクトル制御器８２の出力である磁束電流基準は比較演算器９４を介してＡＮＤ回路９５に与えられる。比較演算器９４は入力が所定の閾値Ｂ１以下であるときに１を出力する。 The magnetic flux current reference, which is the output of the vector controller 82, is given to the AND circuit 95 via the comparison calculator 94. The comparison calculator 94 outputs 1 when the input is equal to or less than a predetermined threshold value B1.

そしてＡＮＤ回路９５の出力はレート制限切替器９６に与えられ、レート制限切替器９６はＡＮＤ回路９５から１の出力があるとトルクレート制限器８４のレート制限値を標準値から切替値に切替える。尚、レート制限切替器９６の出力はタイマ９７によって所定時間ホールドされるようにするのが好ましい。 The output of the AND circuit 95 is given to the rate limit switch 96, and the rate limit switch 96 switches the rate limit value of the torque rate limiter 84 from the standard value to the switch value when there is an output of 1 from the AND circuit 95. Note that the output of the rate limit switch 96 is preferably held by a timer 97 for a predetermined time.

以下、図２も参照して実施例１の動作を説明する。図２は実施例１に係る半導体電力変換装置の動作タイムチャートであり、上段から速度、直流電圧、負荷、励磁電流、トルク基準の動作が模式的に示されている。 The operation of the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is an operation time chart of the semiconductor power conversion device according to the first embodiment. From the top, operations of speed, DC voltage, load, excitation current, and torque reference are schematically shown.

時刻ｔ＝Ｔ１でインバータ３を立ち上げ、負荷を加速し、時刻ｔ＝Ｔ２で最高速度に到達する。時刻ｔ＝Ｔ３に例えば圧延材料などの負荷が発生し、負荷運転状態で更に、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間例えば圧延材料の継ぎ目部分のように更なる負荷が加わり、時刻ｔ＝Ｔ６で負荷が消滅する。 The inverter 3 is started up at time t = T1, the load is accelerated, and the maximum speed is reached at time t = T2. At time t = T3, for example, a load such as rolling material is generated, and further load is applied from time T4 to time T5, such as a joint portion of the rolling material, at time t = T6. Disappears.

このとき、直流電圧の変化は図示したようになり、負荷急変検出回路９２は、図示したように負荷が急変する全ての点で作動し１を出力する。また、比較演算器９３の出力はトルク基準がＡ以上で１となり、更に比較演算器９４の出力は、励磁電流すなわち磁束軸電流がＢ１以下で１となるので、ＡＮＤ回路９５は時刻Ｔ４及び時刻Ｔ５でのみ１を出力することになる。 At this time, the change in the DC voltage is as shown in the figure, and the load sudden change detection circuit 92 operates at all points where the load changes suddenly as shown in the figure and outputs 1. Further, the output of the comparison calculator 93 is 1 when the torque reference is A or more, and the output of the comparison calculator 94 is 1 when the excitation current, that is, the magnetic flux axis current is B1 or less. 1 is output only at T5.

以上によって、時刻ｔ＝Ｔ４におけるレート制限値は標準値から切替値に切替わり、図２に示すようにトルク基準は破線の標準値から実線の切替値のようになる。すなわち、より急峻な変化率を許容するレート制限値に切り替わって制御の追従性が向上する。これは時刻ｔ＝Ｔ５における立下り動作の場合も同様となる。 As described above, the rate limit value at the time t = T4 is switched from the standard value to the switching value, and the torque reference is changed from the broken line standard value to the solid switching value as shown in FIG. That is, the followability of control is improved by switching to a rate limit value that allows a steeper change rate. The same applies to the falling operation at time t = T5.

図３は本発明の実施例２に係る半導体電力変換装置のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る半導体電力変換装置のブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、交流電動機４が同期電動機であり、界磁制御装置９によって交流電動機４の界磁巻線に界磁電流を与える構成とした点、速度検出器５に代えて位置検出器５Ａを設け、この出力を微分器９８で微分して速度帰還信号とした点、すべり演算器９０と積分器９１を省略し、位置検出器５Ａの出力を位相基準θとして３相−２相変換器８５及び３相電圧基準発生器８８に与える構成とした点である。 FIG. 3 is a block diagram of a semiconductor power conversion device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the block configuration diagram of the semiconductor power conversion device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the AC motor 4 is a synchronous motor and the field controller 9 is configured to apply a field current to the field winding of the AC motor 4. Instead, a position detector 5A is provided, the output is differentiated by a differentiator 98 to obtain a speed feedback signal, the slip calculator 90 and the integrator 91 are omitted, and the output of the position detector 5A is set as a phase reference θ. This is a point that is provided to the phase-2 phase converter 85 and the three-phase voltage reference generator 88.

この実施例２の場合、ベクトル制御器８２が出力する磁束軸電流基準は常にゼロとし、トルク軸電流基準の値に応じて電機子反作用を打ち消す制御を界磁制御装置９によって行う。 In the case of the second embodiment, the magnetic field axis current reference output from the vector controller 82 is always zero, and the field controller 9 performs control to cancel the armature reaction according to the value of the torque axis current reference.

以下、図４も参照して実施例２の動作を説明する。図４は実施例２に係る半導体電力変換装置の動作タイムチャートであり、実施例１における図２相当図である。 The operation of the second embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is an operation time chart of the semiconductor power conversion device according to the second embodiment, corresponding to FIG. 2 in the first embodiment.

図２に示すように、交流電動機４が界磁巻線を持つ同期電動機の場合、界磁電流の条件が異なってくる。すなわち、図３にも示したように、界磁電流がＢ２以上であるとき、比較演算器９４の出力が１となるようにする。 As shown in FIG. 2, when the AC motor 4 is a synchronous motor having field windings, the field current conditions are different. That is, as shown in FIG. 3, when the field current is equal to or greater than B2, the output of the comparison arithmetic unit 94 is set to 1.

以上の説明によって、この実施例２においても負荷運転状態からの短時間過負荷による負荷急増時、または短時間過負荷状態からの負荷急減時において高い負荷応答が得られることが分かる。 From the above description, it can be seen that also in the second embodiment, a high load response can be obtained when the load suddenly increases due to a short time overload from the load operation state or when the load suddenly decreases from the short time overload state.

以上、実施例１及び実施例２について説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although Example 1 and Example 2 were demonstrated, these Examples are shown as an example and are not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、図２及び図４から分かるように、励磁電流または界磁電流の条件はＡＮＤ回路９５の入力条件として必ずしも必要とは限らない。また、励磁電流または界磁電流の条件に代えて、速度が所定値以上の条件を用いることができる。 For example, as can be seen from FIGS. 2 and 4, the excitation current or field current condition is not necessarily required as the input condition of the AND circuit 95. Moreover, it can replace with the conditions of an exciting current or a field current, and can use the conditions whose speed is more than a predetermined value.

また、図２及び図４から分かるように、負荷急変検出器９２の入力の電圧基準と直流電圧の電圧偏差に代えて、速度基準と速度帰還の速度偏差を用いることができる。更にこれらの負荷急変検出に代えて、トルク軸電流の微分値の絶対値が所定値以上であることを用いることもできる。 As can be seen from FIGS. 2 and 4, the speed reference and speed feedback speed deviation can be used in place of the voltage difference between the input voltage reference of the load sudden change detector 92 and the DC voltage. Further, instead of detecting the sudden load change, it can be used that the absolute value of the differential value of the torque shaft current is equal to or greater than a predetermined value.

更に、例えば図１において、速度検出器５を用いない所謂センサレスベクトル制御を採用することもできる。この場合は、速度検出器５代えて電圧、電流の信号から速度を推定する速度検出手段を用いれば良い。 Further, for example, in FIG. 1, so-called sensorless vector control without using the speed detector 5 can be adopted. In this case, a speed detector that estimates the speed from the voltage and current signals may be used instead of the speed detector 5.

１コンバータ
２直流コンデンサ
３インバータ
４交流電動機
５速度検出器
５Ａ位置検出器
６電流検出器
７コンバータ制御部
８インバータ制御部
９界磁制御器
７１電圧制御器
７２ゲート制御器
８１速度制御器
８２ベクトル制御器
８３トルク制限器
８４トルクレート制限器
８５３相−２相変換器
８６トルク電流制御器
８７磁束電流制御器
８８３相電圧基準発生器
８９ＰＷＭ回路
９０すべり演算器
９１積分器
９２負荷急変検出器
９３比較演算器
９４比較演算器
９５ＡＮＤ回路
９６レート制限切替器
９７タイマ
９８微分器
９２１絶対値回路
９２２比較演算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Converter 2 DC capacitor 3 Inverter 4 AC motor 5 Speed detector 5A Position detector 6 Current detector 7 Converter control part 8 Inverter control part 9 Field controller 71 Voltage controller 72 Gate controller 81 Speed controller 82 Vector controller 83 Torque limiter 84 Torque rate limiter 85 Three-phase to two-phase converter 86 Torque current controller 87 Magnetic flux current controller 88 Three-phase voltage reference generator 89 PWM circuit 90 Slip calculator 91 Integrator 92 Load sudden change detector 93 Comparison Operation unit 94 Comparison operation unit 95 AND circuit 96 Rate limit switching unit 97 Timer 98 Differentiator 921 Absolute value circuit 922 Comparison operation unit

Claims

交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
このコンバータの出力を平滑する直流コンデンサと、
前記コンバータの出力電圧を交流に変換して交流電動機を駆動するインバータと、
前記コンバータの出力電圧である直流帰還電圧が所定の電圧基準となるように制御するコンバータ制御部と、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記交流電動機の速度を実質的に検出する速度検出手段と、
前記インバータの出力を制御するインバータ制御部と
を具備し、
前記インバータ制御部は、
前記速度検出手段によって得られる速度帰還が所定の速度基準となるように制御してトルク基準を出力する速度制御手段と、
前記トルク基準と磁束基準からトルク電流基準と磁束電流基準を出力するベクトル演算手段と、
前記トルク電流基準の変化率を制限するトルクレート制限手段と、
前記トルクレート制限手段の出力のトルク電流基準と、前記電流検出手段から得られるトルク帰還電流とを比較してトルク軸電圧基準を出力するトルク軸電流制御手段と、
前記磁束電流基準と、前記電流検出手段から得られる磁束帰還電流とを比較して磁束軸電圧基準を出力する磁束軸電流制御手段と、
前記トルク軸電圧基準及び前記磁束軸電圧基準に従って前記インバータを構成するスイッチング素子へのゲート信号を出力するゲート制御手段と、
前記交流電動機の負荷率を検出する負荷率検出手段と、
前記交流電動機の負荷の急変を検出する負荷急変検出手段と
を有し、
前記交流電動機の負荷率が所定の閾値以上で且つ前記負荷急変検出手段が負荷急変を検出したとき、
前記トルクレート制限手段のトルクレート制限値を標準値からより急峻な変化率を許容する切替値に切替えて制御の追従性を向上させるようにしたことを特徴とする半導体電力変換装置。 A converter that converts AC voltage to DC voltage;
A DC capacitor that smoothes the output of this converter;
An inverter that converts the output voltage of the converter into alternating current and drives an alternating current motor; and
A converter control unit for controlling the DC feedback voltage, which is the output voltage of the converter, to be a predetermined voltage reference;
Current detection means for detecting an output current of the inverter;
Speed detecting means for substantially detecting the speed of the AC motor;
An inverter control unit for controlling the output of the inverter;
The inverter control unit
Speed control means for controlling the speed feedback obtained by the speed detection means to be a predetermined speed reference and outputting a torque reference;
Vector calculation means for outputting a torque current reference and a magnetic flux current reference from the torque reference and the magnetic flux reference;
Torque rate limiting means for limiting the rate of change of the torque current reference;
Torque axis current control means for comparing the torque current reference of the output of the torque rate limiting means and the torque feedback current obtained from the current detection means to output a torque axis voltage reference;
A magnetic flux axis current control means for comparing the magnetic flux current reference with a magnetic flux feedback current obtained from the current detection means and outputting a magnetic flux axis voltage reference;
Gate control means for outputting a gate signal to a switching element constituting the inverter according to the torque axis voltage reference and the magnetic flux axis voltage reference;
Load factor detecting means for detecting a load factor of the AC motor;
A sudden load change detecting means for detecting a sudden change in the load of the AC motor;
When the load factor of the AC motor is not less than a predetermined threshold and the load sudden change detection means detects a sudden load change,
Semiconductor power conversion device is characterized in that the so that to improve the follow-up of the control switches to the switching value to allow steeper rate of change in torque rate limit value of the torque rate limiting means from the standard value.

前記交流電動機の負荷率が所定の閾値以上で且つ前記負荷急変検出手段が負荷急変を検出し、且つ前記速度検出手段によって検出された前記交流電動機の速度が所定の閾値以上のとき、
前記トルクレート制限手段のトルクレート制限値を標準値から切替値に切替えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体電力変換装置。 When the load factor of the AC motor is equal to or greater than a predetermined threshold, the load sudden change detection means detects a sudden load change, and the speed of the AC motor detected by the speed detection means is equal to or greater than a predetermined threshold.
2. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein the torque rate limiting value of the torque rate limiting means is switched from a standard value to a switching value.

前記交流電動機は誘導電動機であり、
前記交流電動機の負荷率が所定の閾値以上で且つ前記負荷急変検出手段が負荷急変を検出し、且つ前記磁束電流基準が所定の閾値以下であるとき、前記トルクレート制限手段のトルクレート制限値を標準値から切替値に切替えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体電力変換装置。 The AC motor is an induction motor;
When the load factor of the AC motor is greater than or equal to a predetermined threshold, the sudden load change detecting means detects a sudden load change, and the magnetic flux current reference is less than or equal to a predetermined threshold, the torque rate limit value of the torque rate limiting means is 2. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein the standard value is switched to a switching value.

前記交流電動機は界磁巻線を有する同期電動機であり、
前記交流電動機の負荷率が所定の閾値以上で且つ前記負荷急変検出手段が負荷急変を検出し、且つ前記界磁巻線に与える界磁電流が所定の閾値以上であるとき、前記トルクレート制限手段のトルクレート制限値を標準値から切替値に切替えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体電力変換装置。 The AC motor is a synchronous motor having a field winding,
When the load factor of the AC motor is equal to or greater than a predetermined threshold, the sudden load change detecting means detects a sudden load change, and the field current applied to the field winding is equal to or greater than a predetermined threshold, the torque rate limiting means 2. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein the torque rate limit value is switched from a standard value to a switching value.

前記負荷率検出手段は、前記トルク電流基準または前記トルク帰還電流の大きさによって前記交流電動機の負荷率を検出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体電力変換装置。 5. The load factor detection unit according to claim 1, wherein the load factor of the AC motor is detected based on the torque current reference or the magnitude of the torque feedback current. The semiconductor power conversion device described.

前記負荷急変検出手段は、
前記コンバータの電圧基準と前記直流帰還電圧の偏差の絶対値が所定の閾値以上のとき、負荷急変を検出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体電力変換装置。 The sudden load change detecting means includes
6. The sudden load change is detected when an absolute value of a deviation between the voltage reference of the converter and the DC feedback voltage is equal to or greater than a predetermined threshold value. Semiconductor power conversion device.

前記負荷急変検出手段は、
前記速度基準と前記速度帰還の偏差の絶対値が所定の閾値以上のとき、負荷急変を検出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体電力変換装置。 The sudden load change detecting means includes
6. The semiconductor power according to claim 1, wherein an abrupt load change is detected when an absolute value of a deviation between the speed reference and the speed feedback is equal to or greater than a predetermined threshold. Conversion device.