JP6731499B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

電動機を可変速運転するために、直流電圧から所定の周波数の交流電圧を作成する電力変換装置が用いられているが、例えば減速時の回生エネルギーにより過電圧が発生し、過大な過電圧が発生すると運転を停止してしまう。 In order to operate the electric motor at a variable speed, a power conversion device that creates an AC voltage of a predetermined frequency from a DC voltage is used.For example, when an overvoltage occurs due to regenerative energy during deceleration and an excessive overvoltage is generated, operation is performed. Will stop.

過電圧を防止する本技術分野の背景技術として、特開平１０−６６３８５号公報（特許文献１）がある。この公報には、「誘導電動機の抵抗などの定数や機械負荷の慣性モーメント値に依存しないで安定に過電圧と過電流を抑制しながら自動的に減速するインバータの制御装置を提供すること。」を課題とし、「インバータの出力電流と出力電圧を検出する手段と、前記インバータの直流側に接続された平滑コンデンサの直流電圧を検出する手段とを設け、前記平滑コンデンサの直流電圧とインバータの出力電流、出力電圧の検出値とからインバータの減速運転時の減速率を演算して制御する。」技術が記載されている（要約参照）。 As a background art of the present technical field for preventing overvoltage, there is JP-A-10-66385 (Patent Document 1). In this publication, "provide an inverter control device that automatically decelerates while stably suppressing overvoltage and overcurrent without depending on constants such as resistance of an induction motor and inertial moment values of mechanical loads." As an object, "providing means for detecting the output current and output voltage of the inverter, and means for detecting the DC voltage of the smoothing capacitor connected to the DC side of the inverter, the DC voltage of the smoothing capacitor and the output current of the inverter , Calculates the deceleration rate during deceleration operation of the inverter from the detected value of the output voltage, and controls it."

特開平１０−６６３８５号公報JP, 10-66385, A

前記特許文献１には、過電圧を抑制するインバータの制御装置が記載されている。しかし、特許文献１の発明は減速運転時に限定されており、加速運転時や一定速運転時には効果が得られない。また、減速運転時において、設定されている減速率を自動的に修正してしまい、所望の減速率で減速することができない。 Patent Document 1 describes a control device for an inverter that suppresses overvoltage. However, the invention of Patent Document 1 is limited to the deceleration operation, and the effect cannot be obtained during the acceleration operation or the constant speed operation. Also, during deceleration operation, the set deceleration rate is automatically corrected, and it is not possible to decelerate at the desired deceleration rate.

そこで、本発明は、加速運転時や一定速運転時においても過電圧を抑制でき、減速運転時において、所望の減速率で減速することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electric power conversion device that can suppress overvoltage even during acceleration operation or constant speed operation, and can perform deceleration at a desired deceleration rate during deceleration operation.

上記課題を解決するために、代表的な本発明の一つは、
直流電圧を電圧指令に基づいた電圧に変換する電圧変換部と、
前記直流電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧指令の位相を制御する位相制御器と、を備えた電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記検出した直流電圧が第１の閾値を上回った場合に、前記電圧指令の位相を変化させ、
さらに、前記電圧指令のノルムを制御するノルム制御器を備え、
前記ノルム制御器では、前記検出した直流電圧が第３の閾値を上回った場合に、前記電圧指令のノルムを増加させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, one of the representative inventions is
A voltage conversion unit that converts a DC voltage into a voltage based on a voltage command,
A voltage detector for detecting the DC voltage,
A phase converter that controls the phase of the voltage command, and a power converter comprising:
In the phase controller, when the detected DC voltage exceeds a first threshold value, the phase of the voltage command is changed,
Furthermore, a norm controller for controlling the norm of the voltage command is provided,
In the norm controller, if the detected DC voltage exceeds the third threshold value, and wherein the Rukoto increase the norm of said voltage command.

本発明によれば、加速運転時や一定速運転時においても過電圧を抑制でき、減速運転時において、所望の減速率で減速することができる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 power conversion device that can suppress overvoltage even during acceleration operation or constant speed operation and that can reduce speed at a desired deceleration rate during deceleration operation.

実施例１の電力変換装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the power converter device of Example 1. 実施例１の位相制御器の動作の一例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the operation of the phase controller of the first embodiment. 実施例１のノルム制御器の動作の一例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the operation of the norm controller according to the first embodiment. 実施例２の電力変換装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the power converter device of Example 2. 実施例３の電力変換装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the power converter device of Example 3.

以下、本発明の実施例を、図を用いながら説明する。なお、以下の説明において、各図で共通する構成要素には同一の符号を付して、それらについての重複した説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in the following description, the same reference numerals are given to the common constituent elements in each drawing, and the duplicated description thereof will be omitted.

図１に、本発明の実施例１における電力変換装置の一例を示す。 FIG. 1 shows an example of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.

三相交流誘導電動機１００の駆動制御を行う電力変換装置１０１は、整流回路１０２、平滑回路１０３、電圧検出器１０４、電圧変換部１０５、ノルム制御器１０７、位相制御器１０６を有する。 A power converter 101 that controls the driving of the three-phase AC induction motor 100 includes a rectifier circuit 102, a smoothing circuit 103, a voltage detector 104, a voltage converter 105, a norm controller 107, and a phase controller 106.

三相交流電源１０８から出力される三相交流電圧は、整流回路１０２により整流、平滑回路１０３により平滑されることで、直流電圧が生成される。なお、三相交流電源１０８に代えて、単相交流電源より単相交流電圧を整流回路１０２に入力してもよい。また、整流回路１０２及び平滑回路１０３を取り外し、直流電源より直接、直流電圧を得てもよい。 The three-phase AC voltage output from the three-phase AC power supply 108 is rectified by the rectifier circuit 102 and smoothed by the smoothing circuit 103 to generate a DC voltage. Note that, instead of the three-phase AC power supply 108, a single-phase AC power supply may be input to the rectifier circuit 102 from the single-phase AC power supply. Alternatively, the rectifier circuit 102 and the smoothing circuit 103 may be removed and the DC voltage may be directly obtained from the DC power supply.

電圧検出器１０４は、平滑された直流電圧を検出する。 The voltage detector 104 detects the smoothed DC voltage.

直流電圧を電圧指令１０９に基づいた電圧に変換する電圧変換部１０５は、スイッチング回路制御器１１０とスイッチング回路１１１を有する。 The voltage conversion unit 105 that converts a DC voltage into a voltage based on the voltage command 109 includes a switching circuit controller 110 and a switching circuit 111.

スイッチング回路制御器１１０は、電圧指令１０９に基づいた電圧が三相交流誘導電動機１００に印加されるように、スイッチング回路制御信号１１２を生成する。例えば、電圧指令と三角波信号とを比較して、ＰＷＭ信号から成るスイッチング回路制御信号１１２を生成する。 The switching circuit controller 110 generates the switching circuit control signal 112 so that the voltage based on the voltage command 109 is applied to the three-phase AC induction motor 100. For example, the voltage command and the triangular wave signal are compared with each other to generate the switching circuit control signal 112 composed of the PWM signal.

スイッチング回路１１１は、スイッチング回路制御信号１１２に基づき、複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることで、直流電圧を電圧指令１０９に基づいた電圧に変換する。例えば、スイッチング回路は、それぞれ２個のスイッチング素子を直列接続したＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを並列接続して構成することができる。 The switching circuit 111 converts the DC voltage into a voltage based on the voltage command 109 by combining ON/OFF of a plurality of switching elements based on the switching circuit control signal 112. For example, the switching circuit can be configured by connecting in parallel two U-phase, V-phase, and W-phase arms each having two switching elements connected in series.

上記は、電圧パルスの幅を制御するＰＷＭと呼ばれる方式で直流電圧を電圧指令１０９に基づいた電圧に変換する方法を説明したが、電圧パルスの振幅を変化させるＰＡＭと呼ばれる方式で直流電圧を電圧指令１０９に基づいた電圧に変換する方法を用いてもよい。 The above has described the method of converting the DC voltage into the voltage based on the voltage command 109 by the method called PWM for controlling the width of the voltage pulse, but the DC voltage is changed by the method called PAM for changing the amplitude of the voltage pulse. A method of converting to a voltage based on the command 109 may be used.

これまでの構成は、電力変換装置の周知の構成であるので、詳細な説明は省略する。 The configuration so far is a well-known configuration of the power conversion device, and thus detailed description thereof is omitted.

次に、本実施例の特徴である位相制御器１０６およびノルム制御器１０７について説明する。 Next, the phase controller 106 and the norm controller 107, which are the features of this embodiment, will be described.

位相制御器１０６は、電圧検出器１０４の検出直流電圧１１３に基づいて、電圧指令の位相を変化させ、変化させた電圧指令１０９と位相制御中信号１１５を出力する。図２に、位相制御器１０６の動作の一例を示す。図２の例は、第１の閾値と第２の閾値を設けて、ヒステリシス効果を持たせるようにした例である。
電圧指令ｖは、例えば、
ｖ＝Ｖ０・ｃｏｓ（２πｆｔ＋θ０）
と表すことができる。
ここで、ｆは周波数、ｔは時間、θ０は位相制御器１０６により変化させる前の位相、Ｖ０はノルム制御器１０７により変化させる前のノルム（電圧）である。なお、上式は、一相のみを表しているが、残りの二相は±１２０°の位相差を持たせればよいため、説明は省略する。また、θ０及びθ１、Ｖ０及びＶ１は、分かりやすく説明するために、それぞれ時間で変化しない場合を説明するが、例えば電動機の駆動状況により、θ０及びθ１、Ｖ０及びＶ１は、それぞれ時間で変化してもよい。The phase controller 106 changes the phase of the voltage command based on the detected DC voltage 113 of the voltage detector 104, and outputs the changed voltage command 109 and the phase control signal 115. FIG. 2 shows an example of the operation of the phase controller 106. The example of FIG. 2 is an example in which a first threshold value and a second threshold value are provided so as to have a hysteresis effect.
The voltage command v is, for example,
v=V0·cos(2πft+θ0)
It can be expressed as.
Here, f is frequency, t is time, θ0 is a phase before being changed by the phase controller 106, and V0 is a norm (voltage) before being changed by the norm controller 107. Note that the above equation represents only one phase, but the remaining two phases need only have a phase difference of ±120°, and therefore a description thereof is omitted. Further, in order to make it easy to understand, the case where θ0 and θ1, V0 and V1 do not change with time will be described. May be.

図２において、検出直流電圧１１３がｔ１で第１の閾値を上回った場合に、位相制御前電圧指令１１４の位相θ０をθ１に変化させ、位相変化後の電圧指令である電圧指令１０９と、位相制御中信号１１５を出力する。なお、検出直流電圧１１３が第１の閾値以下の場合は、ｔ４のように位相θ０の電圧指令をそのまま出力する。次に、検出直流電圧１１３が、ｔ３で第１の閾値よりも低い値に設定した第２の閾値を下回った場合には、位相制御前電圧指令１１４の位相θ１をθ０に戻した電圧指令１０９を出力する。なお、検出直流電圧１１３が、ｔ２のように第１の閾値と第２の閾値の間にある場合は位相θ１を変化させることなく、位相θ１の電圧指令を出力する。このように閾値を２つ設定し、閾値を越えないと位相を変化しないようにすることで、ヒステリシス効果によりノイズなどによる誤動作を防ぐことができる。例えば、ｔ４で検出直流電圧は第２の閾値を越えるが、ｔ３〜ｔ５で位相はθ０で変化はない。 In FIG. 2, when the detected DC voltage 113 exceeds the first threshold value at t1, the phase θ0 of the pre-phase control voltage command 114 is changed to θ1, and the voltage command 109 which is the voltage command after the phase change and the phase command The in-control signal 115 is output. When the detected DC voltage 113 is equal to or lower than the first threshold value, the voltage command of the phase θ0 is output as it is at t4. Next, when the detected DC voltage 113 is lower than the second threshold value set to a value lower than the first threshold value at t3, the voltage command 109 that returns the phase θ1 of the pre-phase control voltage command 114 to θ0. Is output. When the detected DC voltage 113 is between the first threshold value and the second threshold value as at t2, the voltage command of the phase θ1 is output without changing the phase θ1. By setting two thresholds in this way so that the phase does not change unless the thresholds are exceeded, it is possible to prevent malfunction due to noise or the like due to the hysteresis effect. For example, at t4, the detected DC voltage exceeds the second threshold value, but at t3 to t5, the phase is θ0 and does not change.

他の例として、ヒステリシス効果は無くなるが、第１の閾値と第２の閾値を同じ値、すなわち閾値を１つとして、１つの閾値により位相をθ０とθ１に変化させるようにしてもよい。なお、閾値は、予め内部に設定、もしくは外部から設定するようにしてもよい。また、閾値は、電動機の駆動状況、例えば電圧や電流、周波数などに応じて変化させてもよい。位相の変化量は、検出直流電圧１１３と第１の閾値との差に応じて変化させてもよい。 As another example, the hysteresis effect disappears, but the first threshold value and the second threshold value may be the same value, that is, one threshold value may be set and the phase may be changed to θ0 and θ1 by one threshold value. The threshold value may be set internally or externally in advance. Further, the threshold value may be changed according to the driving condition of the electric motor, for example, voltage, current, frequency or the like. The amount of change in phase may be changed according to the difference between the detected DC voltage 113 and the first threshold value.

電圧指令１０９の位相を変化させることにより、スイッチング回路１１１で作成する三相交流電圧の位相が変化する。電圧指令１０９の位相θ１の変化の方向は、例えば、電動機に流れる電流が大きくなるようにすればよい。 By changing the phase of the voltage command 109, the phase of the three-phase AC voltage created by the switching circuit 111 changes. The direction in which the phase θ1 of the voltage command 109 changes may be, for example, such that the current flowing through the electric motor increases.

なお、位相制御中信号１１５は、位相制御中であることの状態表示や制御などに用いる。 The in-phase control signal 115 is used for displaying the state that the phase control is in progress and for controlling.

ノルム制御器１０７は、電圧検出器１０４の検出直流電圧１１３に基づいて、電圧指令のノルム（電圧）を変化させ、変化させた電圧指令である位相制御前電圧指令１１４とノルム制御中信号１１７を出力する。図３に、ノルム制御器の動作の一例を示す。図３の例は、第３の閾値と第４の閾値を設けて、ヒステリシス効果を持たせるようにした例である。検出直流電圧１１３がｔ１で第３の閾値を上回った場合に、ノルム制御前電圧指令１１６のノルムＶ０をＶ１に増加させ、ノルム増加後の電圧指令である位相制御前電圧指令１１４と、ノルム制御中信号１１７を出力する。なお、検出直流電圧１１３が第３の閾値以下の場合は、ｔ４のようにノルムＶ０の電圧指令をそのまま出力する。次に、検出直流電圧１１３が、ｔ３で第３の閾値よりも低い値に設定した第４の閾値を下回った場合には、ノルム制御前電圧指令１１６のノルムＶ１をＶ０に戻した位相制御前電圧指令１１４を出力する。なお、検出直流電圧１１３が、ｔ２のように第３の閾値と第４の閾値の間にある場合はノルムＶ１を変化させることなく、ノルムＶ１の電圧指令を出力する。このように閾値を２つ設定し、閾値を越えないとノルムを変化しないようにすることで、ヒステリシス効果によりノイズなどによる誤動作を防ぐことができる。例えば、ｔ４で検出直流電圧は第２の閾値を越えるが、ｔ３〜ｔ５でノルムはＶ０で変化はない。 The norm controller 107 changes the norm (voltage) of the voltage command based on the detected DC voltage 113 of the voltage detector 104, and outputs the phase command before phase control voltage command 114 and the signal under norm control 117 which are the changed voltage commands. Output. FIG. 3 shows an example of the operation of the norm controller. The example of FIG. 3 is an example in which a third threshold value and a fourth threshold value are provided to provide a hysteresis effect. When the detected DC voltage 113 exceeds the third threshold value at t1, the norm V0 of the pre-norm control voltage command 116 is increased to V1, and the pre-phase control voltage command 114 which is the voltage command after the norm increase and the norm control. The middle signal 117 is output. When the detected DC voltage 113 is equal to or lower than the third threshold value, the voltage command of the norm V0 is output as it is as at t4. Next, when the detected DC voltage 113 is lower than the fourth threshold value set to a value lower than the third threshold value at t3, the norm control before voltage control 116 returns the norm V1 to V0 before the phase control. The voltage command 114 is output. When the detected DC voltage 113 is between the third threshold value and the fourth threshold value as at t2, the norm V1 is not changed and the voltage command of the norm V1 is output. By setting two threshold values in this way so that the norm does not change unless the threshold values are exceeded, malfunction due to noise or the like can be prevented by the hysteresis effect. For example, the detected DC voltage exceeds the second threshold value at t4, but the norm remains V0 and does not change from t3 to t5.

他の例として、ヒステリシス効果は無くなるが、第３の閾値と第４の閾値を同じ値、すなわち閾値を１つとして、１つの閾値によりノルムをＶ０とＶ１に変化させるようにしてもよい。なお、閾値は、予め内部に設定、もしくは外部から設定するようにしてもよい。また、閾値は、電動機の駆動状況、例えば電圧や電流、周波数などに応じて変化させてもよい。ノルムの増加量は、検出直流電圧１１３と第３の閾値との差に応じて変化させてもよい。なお、ノルム制御器１０７を取り外し、ノルム制御前電圧指令１１６を直接位相制御器１０６に入力してもよい。 As another example, the hysteresis effect disappears, but the third threshold value and the fourth threshold value may be the same value, that is, one threshold value may be set and the norm may be changed to V0 and V1 by one threshold value. The threshold value may be set internally or externally in advance. Further, the threshold value may be changed according to the driving condition of the electric motor, for example, voltage, current, frequency or the like. The increase amount of the norm may be changed according to the difference between the detected DC voltage 113 and the third threshold value. The norm controller 107 may be removed and the pre-norm control voltage command 116 may be directly input to the phase controller 106.

なお、ノルム制御中信号１１７は、ノルム制御中であることの状態表示や制御などに用いる。 The in-norm control signal 117 is used for displaying the state of the in-norm control and for controlling.

上記したように、本実施例では、直流電圧の過電圧を検出した場合、電圧指令の位相を変化させ、電動機に印加する電圧の位相を変化させることで、電動機に流れる電流を増加させ、モータでエネルギーを消費させることにより、直流電圧の上昇を抑制する。従って、電動機の加速、一定速、減速といった駆動状況に依存せず、加速率や減速率を自動的に修正することなく直流電圧の抑制が可能である。また、抵抗やインダクタンスなどの電動機の情報を必要としないので、Ｖ／ｆ一定制御やベクトル制御といった電動機の駆動制御方法を選ぶことなく適用できる。 As described above, in the present embodiment, when the overvoltage of the DC voltage is detected, the phase of the voltage command is changed and the phase of the voltage applied to the electric motor is changed, thereby increasing the current flowing through the electric motor, and By consuming energy, the rise of DC voltage is suppressed. Therefore, the DC voltage can be suppressed without automatically correcting the acceleration rate and the deceleration rate without depending on the driving conditions such as acceleration, constant speed, and deceleration of the electric motor. Further, since information on the electric motor such as resistance and inductance is not required, it can be applied without selecting a drive control method of the electric motor such as V/f constant control or vector control.

電動機が回生状態になると、その程度に依存して直流電圧が上昇する。電力変換装置は直流電圧が所定の閾値を超えると、過電圧の保護を目的として、出力を停止させるが、電力変換装置が出力を停止させる直流電圧よりも低い値に第１の閾値を設定することで、電力変換装置が出力を停止させる前に直流電圧を抑制でき、電動機の駆動を継続することも可能である。さらに、第１の閾値よりも低い値に第３の閾値を設定することにより、位相を変化させる前にノルムを増加させることで、直流電圧の上昇をより抑制することが可能となる。なお、第３の閾値は第１の閾値と同じ値、もしくは大きい値に設定して、ノルムを増加させる前に位相を変化させるようにしても、直流電圧の上昇を抑制できる。 When the electric motor is in the regenerative state, the DC voltage rises depending on the degree. When the DC voltage exceeds a predetermined threshold value, the power conversion device stops the output for the purpose of protecting the overvoltage, but the power conversion device sets the first threshold value to a value lower than the DC voltage at which the power conversion device stops the output. Thus, the DC voltage can be suppressed before the power conversion device stops the output, and it is possible to continue driving the electric motor. Furthermore, by setting the third threshold value to a value lower than the first threshold value, the norm is increased before changing the phase, so that it is possible to further suppress the rise in the DC voltage. Even if the third threshold value is set to the same value as the first threshold value or a large value and the phase is changed before increasing the norm, the rise in the DC voltage can be suppressed.

図４に、本発明の実施例２の電力変換装置の一例を示す。 FIG. 4 shows an example of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.

三相交流誘導電動機１００の駆動制御を行う電力変換装置２０１は、整流回路１０２、平滑回路１０３、電圧変換部１０５、ノルム制御器１０７、位相制御器１０６、電流検出器２１８、電力演算器２１９を有する。 A power converter 201 that controls the driving of the three-phase AC induction motor 100 includes a rectifier circuit 102, a smoothing circuit 103, a voltage converter 105, a norm controller 107, a phase controller 106, a current detector 218, and a power calculator 219. Have.

電流検出器２１８は、電力変換装置２０１から出力される三相交流電流を検出する。電流検出器２１８は、二相の電流を検出し、三相交流の総和が零であることから、残りの一相の電流を算出してもよい。また、平滑回路１０３の正極側または負極側に抵抗を設け、この抵抗の両端の電圧から、三相交流電流を推定してもよい。 The current detector 218 detects the three-phase alternating current output from the power converter 201. The current detector 218 may detect a two-phase current and calculate the remaining one-phase current because the sum of the three-phase alternating current is zero. Alternatively, a resistor may be provided on the positive electrode side or the negative electrode side of the smoothing circuit 103, and the three-phase alternating current may be estimated from the voltage across the resistor.

電力演算器２１９は、ノルム制御前電圧指令１１６と検出電流２２０から、電力を演算する。電力は、皮相電力、有効電力、無効電力の少なくとも一つ以上演算すればよい。また、三相の内、少なくとも一相以上の電力を演算すればよい。二相以上の電力を演算する場合は、それらの平均値を算出してもよい。なお、ノルム制御前電圧指令１１６の代わりに、電圧指令１０９もしくは位相制御前電圧指令１１４を用いて、電力を演算してもよい。 The power calculator 219 calculates power from the pre-norm control voltage command 116 and the detected current 220. The power may be calculated by at least one of apparent power, active power, and reactive power. Further, it is sufficient to calculate the electric power of at least one of the three phases. When calculating electric power of two or more phases, an average value of them may be calculated. Instead of the pre-norm control voltage command 116, the voltage command 109 or the pre-phase control voltage command 114 may be used to calculate the electric power.

位相制御器１０６およびノルム制御器１０７の動作は、実施例１の動作と同様である。 The operations of the phase controller 106 and the norm controller 107 are similar to those of the first embodiment.

位相制御器１０６は、電力演算器２１９の演算電力２２１に基づいて、電圧指令の位相を変化させ、変化させた電圧指令１０９と位相制御中信号１１５を出力する。例えば、第１の閾値と第２の閾値を設けて、ヒステリシス効果を持たせるようにした例では、演算電力２２１が第１の閾値を上回った場合に、位相制御前電圧指令１１４の位相をθ０からθ１に変化させ、位相変化後の電圧指令である電圧指令１０９と、位相制御中信号１１５を出力する。なお、演算電力２２１が第１の閾値以下の場合は、位相θ０の電圧指令をそのまま出力する。次に、演算電力２２１が、第１の閾値よりも低い値に設定した第２の閾値を下回った場合には、位相制御前電圧指令１１４の位相θ１をθ０に戻した電圧指令１０９を出力する。なお、演算電力２２１が、第１の閾値と第２の閾値の間にある場合は位相θ１を変化させることなく、位相θ１の電圧指令を出力する。このように閾値を２つ設定し、閾値を越えないと位相を変化しないようにすることで、ヒステリシス効果によりノイズなどによる誤動作を防ぐことができる。 The phase controller 106 changes the phase of the voltage command based on the calculated power 221 of the power calculator 219, and outputs the changed voltage command 109 and the phase control signal 115. For example, in the example in which the first threshold value and the second threshold value are provided so as to have the hysteresis effect, when the operation power 221 exceeds the first threshold value, the phase of the pre-phase control voltage command 114 becomes θ0. To θ1 and outputs the voltage command 109, which is the voltage command after the phase change, and the in-phase control signal 115. If the calculated power 221 is less than or equal to the first threshold value, the voltage command of the phase θ0 is output as it is. Next, when the calculated power 221 is lower than the second threshold value set to a value lower than the first threshold value, the voltage command 109 in which the phase θ1 of the pre-phase control voltage command 114 is returned to θ0 is output. .. When the calculated power 221 is between the first threshold value and the second threshold value, the voltage command of the phase θ1 is output without changing the phase θ1. By setting two thresholds in this way so that the phase does not change unless the thresholds are exceeded, it is possible to prevent malfunction due to noise or the like due to the hysteresis effect.

他の例として、ヒステリシス効果は無くなるが、第１の閾値と第２の閾値が同じ値、すなわち閾値を１つとして、１つの閾値により位相をθ０とθ１に変化させるようにしてもよい。なお、閾値は、予め内部に設定、もしくは外部から設定するようにしてもよい。また、閾値は、電動機の駆動状況、例えば電圧や電流、周波数などに応じて変化させてもよい。位相の変化量は、検出直流電圧１１３と第１の閾値との差に応じて変化させてもよい。演算電力２２１が複数ある場合には、それぞれに閾値を設けてもよい。また、演算電力２２１の絶対値、もしくは演算電力２２１の正の値のみ、もしくは演算電力２２１の負の値の絶対値のみのいずれかと閾値を比較してもよい。 As another example, the hysteresis effect disappears, but the first threshold value and the second threshold value may be the same value, that is, one threshold value may be set and the phase may be changed to θ0 and θ1 by one threshold value. The threshold value may be set internally or externally in advance. Further, the threshold value may be changed according to the driving condition of the electric motor, for example, voltage, current, frequency or the like. The amount of change in phase may be changed according to the difference between the detected DC voltage 113 and the first threshold value. When there are a plurality of operation powers 221, a threshold value may be provided for each. Further, the threshold value may be compared with either the absolute value of the calculated power 221 or only the positive value of the calculated power 221 or only the absolute value of the negative value of the calculated power 221.

ノルム制御器１０７は、電力演算器２１９の演算電力２２１に基づいて、電圧指令のノルム（電圧）を変化させ、変化させた電圧指令である位相制御前電圧指令１１４とノルム制御中信号１１７を出力する。例えば、第３の閾値と第４の閾値を設けて、ヒステリシス効果を持たせるようにした例では、演算電力２２１が第３の閾値を上回った場合に、ノルム制御前電圧指令１１６のノルムＶ０をＶ１に増加させ、ノルム増加後の電圧指令である位相制御前電圧指令１１４と、ノルム制御中信号１１７を出力する。なお、演算電力２２１が第３の閾値以下の場合は、ノルムＶ０の電圧指令をそのまま出力する。次に、演算電力２２１が、第３の閾値よりも低い値に設定した第４の閾値を下回った場合には、ノルム制御前電圧指令１１６のノルムＶ１をＶ０に戻した位相制御前電圧指令１１４を出力する。なお、演算電力２２１が、第３の閾値と第４の閾値の間にある場合はノルムＶ１を変化させることなく、ノルムＶ１の電圧指令を出力する。このように閾値を２つ設定し、閾値を越えないとノルムを変化しないようにすることで、ヒステリシス効果によりノイズなどによる誤動作を防ぐことができる。 The norm controller 107 changes the norm (voltage) of the voltage command based on the calculated power 221 of the power calculator 219, and outputs the pre-phase-control voltage command 114 and the in-norm control signal 117 which are the changed voltage commands. To do. For example, in the example in which the third threshold value and the fourth threshold value are provided to provide the hysteresis effect, when the calculated power 221 exceeds the third threshold value, the norm V0 of the pre-norm control voltage command 116 is set to The voltage command is increased to V1 and the voltage command 114 before phase control, which is the voltage command after the norm increase, and the in-norm control signal 117 are output. When the operation power 221 is equal to or lower than the third threshold value, the voltage command of the norm V0 is output as it is. Next, when the calculated power 221 is lower than the fourth threshold value set to a value lower than the third threshold value, the pre-norm control voltage command 114 in which the norm V1 of the pre-norm control voltage command 116 is returned to V0. Is output. When the operation power 221 is between the third threshold value and the fourth threshold value, the norm V1 is not changed and the voltage command of the norm V1 is output. In this way, by setting two threshold values so that the norm does not change unless the threshold values are exceeded, malfunction due to noise or the like can be prevented by the hysteresis effect.

他の例として、ヒステリシス効果は無くなるが、第３の閾値と第４の閾値が同じ値、すなわち閾値を１つとして、１つの閾値によりノルムをＶ０とＶ１に変化させるようにしてもよい。また、閾値は、予め内部に設定、もしくは外部から設定するようにしてもよい。また、閾値は、電動機の駆動状況、例えば電圧や電流、周波数などに応じて変化させてもよい。ノルムの増加量は、演算電力２２１と第３の閾値との差に応じて変化させてもよい。演算電力２２１が複数ある場合には、それぞれに閾値を設けてもよい。また、演算電力２２１の絶対値、もしくは演算電力２２１の正の値のみ、もしくは演算電力２２１の負の値の絶対値のみのいずれかと閾値を比較してもよい。なお、ノルム制御器１０７を取り外し、ノルム制御前電圧指令１１６を直接位相制御器１０６に入力してもよい。 As another example, the hysteresis effect disappears, but the third threshold value and the fourth threshold value may be the same value, that is, one threshold value may be set and the norm may be changed to V0 and V1 by one threshold value. In addition, the threshold may be set in advance in advance or may be set from outside. Further, the threshold value may be changed according to the driving condition of the electric motor, for example, voltage, current, frequency or the like. The increase amount of the norm may be changed according to the difference between the calculated power 221 and the third threshold value. When there are a plurality of operation powers 221, a threshold value may be provided for each. Further, the threshold value may be compared with either the absolute value of the calculated power 221 or only the positive value of the calculated power 221 or only the absolute value of the negative value of the calculated power 221. The norm controller 107 may be removed and the pre-norm control voltage command 116 may be directly input to the phase controller 106.

上記したように、本実施例においても、演算電力が閾値を越えた場合、電圧指令の位相を変化させ、電動機に印加する電圧の位相を変化させることで、直流電圧の上昇を抑制する。従って、電動機の加速、一定速、減速といった駆動状況に依存せず、加速率や減速率を自動的に修正することなく直流電圧の抑制が可能である。また、抵抗やインダクタンスなどの電動機の情報を必要としないので、Ｖ／ｆ一定制御やベクトル制御といった電動機の駆動制御方法を選ぶことなく適用できる。 As described above, also in the present embodiment, when the operation power exceeds the threshold value, the phase of the voltage command is changed and the phase of the voltage applied to the electric motor is changed to suppress the rise of the DC voltage. Therefore, the DC voltage can be suppressed without automatically correcting the acceleration rate and the deceleration rate without depending on the driving conditions such as acceleration, constant speed, and deceleration of the electric motor. Further, since information on the electric motor such as resistance and inductance is not required, it can be applied without selecting a drive control method of the electric motor such as V/f constant control or vector control.

電動機が回生状態になると、その程度に依存して直流電圧が上昇するが、直流電圧の上昇に依存して電力も変化する。電力変換装置は直流電圧が所定の閾値を超えると、過電圧の保護を目的として、出力を停止させるが、電力変換装置が出力を停止させる直流電圧に対応した電力よりも低い値に第１の閾値を設定することで、電力変換装置が出力を停止させる前に直流電圧を抑制でき、電動機の駆動を継続することも可能である。さらに、第１の閾値よりも低い値に第３の閾値を設定することにより、位相を変化させる前にノルムを増加させることで、直流電圧の上昇をより抑制することが可能となる。なお、第３の閾値は第１の閾値と同じ値、もしくは大きい値に設定して、ノルムを増加させる前に位相を変化させるようにしても、直流電圧の上昇を抑制できる。 When the electric motor is in a regenerative state, the DC voltage rises depending on the degree, but the electric power also changes depending on the rise in the DC voltage. When the DC voltage exceeds a predetermined threshold value, the power conversion device stops the output for the purpose of protecting the overvoltage, but the power conversion device lowers the first threshold value to a value lower than the power corresponding to the DC voltage at which the power conversion device stops the output. By setting, it is possible to suppress the DC voltage before the power converter stops the output, and it is possible to continue driving the electric motor. Furthermore, by setting the third threshold value to a value lower than the first threshold value, the norm is increased before changing the phase, so that it is possible to further suppress the rise in the DC voltage. Even if the third threshold value is set to the same value as the first threshold value or a large value and the phase is changed before increasing the norm, the rise in the DC voltage can be suppressed.

図５に、本発明の実施例３の電力変換装置の一例を示す。実施例３は、実施例２の電力変換装置において、電力演算器２１９に代えて力率演算器３１９を設け、演算した力率に基づいて電圧指令の位相を変えるようにしたものである。 FIG. 5 shows an example of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, in the power converter of the second embodiment, a power factor calculator 319 is provided instead of the power calculator 219, and the phase of the voltage command is changed based on the calculated power factor.

力率演算器３１９は、ノルム制御前電圧指令１１６と検出電流２２０から、力率を演算する。なお、ノルム制御前電圧指令１１６の代わりに、電圧指令１０９もしくは位相制御前電圧指令１１４を用いて、力率を演算してもよい。 The power factor calculator 319 calculates the power factor from the pre-norm control voltage command 116 and the detected current 220. Instead of the pre-norm control voltage command 116, the voltage command 109 or the pre-phase control voltage command 114 may be used to calculate the power factor.

力率が閾値を越えた場合の位相制御器１０６およびノルム制御器１０７の動作は、実施例２の動作と同様である。 The operations of the phase controller 106 and the norm controller 107 when the power factor exceeds the threshold value are the same as the operations of the second embodiment.

本実施例においても、力率演算器で演算した力率が閾値を越えた場合、電圧指令の位相を変化させ、電動機に印加する電圧の位相を変化させることで、直流電圧の上昇を抑制する。従って、電動機の加速、一定速、減速といった駆動状況に依存せず、加速率や減速率を自動的に修正することなく直流電圧の抑制が可能である。また、抵抗やインダクタンスなどの電動機の情報を必要としないので、Ｖ／ｆ一定制御やベクトル制御といった電動機の駆動制御方法を選ぶことなく適用できる。 Also in this embodiment, when the power factor calculated by the power factor calculator exceeds the threshold value, the phase of the voltage command is changed and the phase of the voltage applied to the electric motor is changed to suppress the rise of the DC voltage. .. Therefore, the DC voltage can be suppressed without automatically correcting the acceleration rate and the deceleration rate without depending on the driving conditions such as acceleration, constant speed, and deceleration of the electric motor. Further, since information on the electric motor such as resistance and inductance is not required, it can be applied without selecting a drive control method of the electric motor such as V/f constant control or vector control.

電動機が回生状態になると、その程度に依存して直流電圧が上昇するが、直流電圧の上昇に依存して力率も変化する。電力変換装置は直流電圧が所定の閾値を超えると、過電圧の保護を目的として、出力を停止させるが、電力変換装置が出力を停止させる直流電圧に対応した力率よりも低い値に第１の閾値を設定することで、電力変換装置が出力を停止させる前に直流電圧を抑制でき、電動機の駆動を継続することも可能である。さらに、第１の閾値よりも低い値に第３の閾値を設定することにより、位相を変化させる前にノルムを増加させることで、直流電圧の上昇をより抑制することが可能となる。なお、第３の閾値は第１の閾値と同じ値、もしくは大きい値に設定して、ノルムを増加させる前に位相を変化させるようにしても、直流電圧の上昇を抑制できる。 When the electric motor is in a regenerative state, the DC voltage rises depending on the degree, but the power factor also changes depending on the rise in the DC voltage. When the DC voltage exceeds a predetermined threshold value, the power conversion device stops the output for the purpose of protecting the overvoltage, but the power conversion device has a first value lower than the power factor corresponding to the DC voltage at which the power conversion device stops the output. By setting the threshold value, the DC voltage can be suppressed before the power conversion device stops the output, and it is possible to continue driving the electric motor. Furthermore, by setting the third threshold value to a value lower than the first threshold value, the norm is increased before changing the phase, so that it is possible to further suppress the rise in the DC voltage. Even if the third threshold value is set to the same value as the first threshold value or a large value and the phase is changed before increasing the norm, the rise in the DC voltage can be suppressed.

上記各実施例では三相交流誘導電動機の場合を説明したが、三相交流同期電動機や三相交流発電機、また、単相や三相以外の多相、さらには直流電動機や直流発電機においても、同様に直流電圧の上昇を抑制することが可能である。 In each of the above embodiments, the case of a three-phase AC induction motor has been described, but a three-phase AC synchronous motor or a three-phase AC generator, or a single-phase or a multi-phase other than three-phase, or a DC motor or a DC generator. Also, similarly, it is possible to suppress the rise of the DC voltage.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, with respect to a part of the configuration of each embodiment, other configurations can be added/deleted/replaced.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by a processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as a program, a table, and a file that realizes each function can be placed in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, and a DVD.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 Further, the control lines and information lines are shown as being considered necessary for explanation, and not all the control lines and information lines in the product are necessarily shown. In practice, it may be considered that almost all configurations are connected to each other.

１００ 三相交流誘導電動機
１０１ 電力変換装置
１０２ 整流回路
１０３ 平滑回路
１０４ 電圧検出器
１０５ 電圧変換部
１０６ 位相制御器
１０７ ノルム制御器
１０８ 三相交流電源
１０９ 電圧指令
１１０ スイッチング回路制御器
１１１ スイッチング回路
１１２ スイッチング回路制御信号
１１３ 検出直流電圧
１１４ 位相制御前電圧指令
１１５ 位相制御中信号
１１６ ノルム制御前電圧指令
１１７ ノルム制御中信号
２０１ 電力変換装置
２１８ 電流検出器
２１９ 電力演算器
２２０ 検出電流
２２１ 演算電力
３０１ 電力変換装置
３１９ 力率演算器
３２１ 力率100 three-phase AC induction motor 101 power converter 102 rectifier circuit 103 smoothing circuit 104 voltage detector 105 voltage converter 106 phase controller 107 norm controller 108 three-phase AC power supply 109 voltage command 110 switching circuit controller 111 switching circuit 112 switching Circuit control signal 113 Detection DC voltage 114 Pre-phase control voltage command 115 Phase control signal 116 Pre-norm control voltage command 117 Norm control signal 201 Power converter 218 Current detector 219 Power calculator 220 Detected current 221 Calculated power 301 Power conversion Device 319 Power factor calculator 321 Power factor

Claims (11)

直流電圧を電圧指令に基づいた電圧に変換する電圧変換部と、
前記直流電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧指令の位相を制御する位相制御器と、を備えた電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記検出した直流電圧が第１の閾値を上回った場合に、前記電圧指令の位相を変化させ、
さらに、前記電圧指令のノルムを制御するノルム制御器を備え、
前記ノルム制御器では、前記検出した直流電圧が第３の閾値を上回った場合に、前記電圧指令のノルムを増加させることを特徴とする電力変換装置。 A voltage conversion unit that converts a DC voltage into a voltage based on a voltage command,
A voltage detector for detecting the DC voltage,
A phase converter that controls the phase of the voltage command, and a power converter comprising:
In the phase controller, when the detected DC voltage exceeds a first threshold value, the phase of the voltage command is changed,
Furthermore, a norm controller for controlling the norm of the voltage command is provided,
The norm in the control unit, when the detected DC voltage exceeds the third threshold value, the power conversion device according to claim Rukoto increase the norm of said voltage command. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記検出した直流電圧が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に、前記電圧指令の位相を変化させる前の位相に戻すことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein
In the phase controller, when the detected DC voltage is lower than a second threshold value lower than the first threshold value, the phase of the voltage command is returned to the phase before being changed. apparatus. 請求項１に記載の電力変換装置であって、The power conversion device according to claim 1, wherein
前記ノルム制御器では、前記検出した直流電圧が前記第３の閾値よりも低い第４の閾値を下回った場合に、前記電圧指令のノルムを変化させる前のノルムに戻すことを特徴とする電力変換装置。 In the norm controller, when the detected DC voltage is below a fourth threshold value lower than the third threshold value, the norm of the voltage command is returned to the norm before being changed. apparatus. 直流電圧を電圧指令に基づいた電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部の出力電流を検出又は推定する電流検出器と、
前記電圧指令と前記出力電流から電力を演算する電力演算部と、
前記電圧指令の位相を制御する位相制御器と、を備えた電力変換装置であって、
前記位相制御器では、演算した前記電力が第１の閾値を上回った場合に前記電圧指令の位相を変化させ、
さらに、前記電圧指令のノルムを制御するノルム制御器を備え、
前記ノルム制御器では、前記演算した電力が第３の閾値を上回った場合に、前記電圧指令のノルムを増加させることを特徴とする電力変換装置。 A voltage conversion unit that converts a DC voltage into a voltage based on a voltage command,
A current detector for detecting or estimating the output current of the voltage converter,
A power calculation unit that calculates power from the voltage command and the output current;
A phase converter that controls the phase of the voltage command, and a power converter comprising:
The phase controller changes the phase of the voltage command when the calculated power exceeds a first threshold value ,
Furthermore, a norm controller for controlling the norm of the voltage command is provided,
Wherein in the norm controller, when the electric power the operation exceeds the third threshold value, the power conversion device according to claim Rukoto increase the norm of said voltage command. 請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記演算した電力が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に、前記電圧指令の位相を変化させる前の位相に戻すことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4 , wherein
In the phase controller, when the calculated electric power falls below a second threshold value lower than the first threshold value, the phase of the voltage command is returned to the phase before being changed. .. 請求項４に記載の電力変換装置であって、The power conversion device according to claim 4, wherein
前記ノルム制御器では、前記演算した電力が前記第３の閾値よりも低い第４の閾値を下回った場合に、前記電圧指令のノルムを変化させる前のノルムに戻すことを特徴とする電力変換装置。 In the norm controller, when the calculated power falls below a fourth threshold value lower than the third threshold value, the norm of the voltage command is restored to the norm before being changed. .. 直流電圧を電圧指令に基づいた電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部の出力電流を検出又は推定する電流検出器と、
前記電圧指令と前記出力電流から力率を演算する力率演算器と、
前記電圧指令の位相を制御する位相制御器と、を備えた電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記演算した力率が第１の閾値を上回った場合に、前記電圧指令の位相を変化させ、
さらに、前記電圧指令のノルムを制御するノルム制御器を備え、
前記ノルム制御器では、前記演算した力率が第３の閾値を上回った場合に、前記電圧指令のノルムを増加させることを特徴とする電力変換装置。 A voltage conversion unit that converts a DC voltage into a voltage based on a voltage command,
A current detector for detecting or estimating the output current of the voltage converter,
A power factor calculator that calculates a power factor from the voltage command and the output current;
A phase converter that controls the phase of the voltage command, and a power converter comprising:
In the phase controller, when the calculated power factor exceeds a first threshold value, the phase of the voltage command is changed ,
Furthermore, a norm controller for controlling the norm of the voltage command is provided,
The norm in the control unit, when the calculated power factor exceeds the third threshold value, the power conversion device according to claim Rukoto increase the norm of said voltage command. 請求項７に記載の電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記演算した力率が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を下回った場合に、前記電圧指令の位相を変化させる前の位相に戻すことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 7 , wherein
In the phase controller, when the calculated power factor falls below a second threshold value lower than the first threshold value, the phase of the voltage command is returned to the phase before being changed. apparatus. 請求項７に記載の電力変換装置であって、
前記ノルム制御器では、前記演算した力率が前記第３の閾値よりも低い第４の閾値を下回った場合に、前記電圧指令のノルムを変化させる前のノルムに戻すことを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 7 , wherein
In the norm controller, when the calculated power factor falls below a fourth threshold value lower than the third threshold value, the norm of the voltage command is returned to the norm before being changed. apparatus. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の電力変換装置であって、
前記位相制御器では、前記電圧指令の位相を変化させた際に位相制御中信号を出力することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 9 ,
The phase converter outputs a phase control signal when the phase of the voltage command is changed. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の電力変換装置であって、
前記ノルム制御器では、前記電圧指令のノルムを増加させた際にノルム制御中信号を出力することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 9 ,
The power conversion device, wherein the norm controller outputs a during-norm control signal when the norm of the voltage command is increased.
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