TWI535182B - 交流馬達驅動系統 - Google Patents

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TWI535182B
TWI535182B TW103111927A TW103111927A TWI535182B TW I535182 B TWI535182 B TW I535182B TW 103111927 A TW103111927 A TW 103111927A TW 103111927 A TW103111927 A TW 103111927A TW I535182 B TWI535182 B TW I535182B
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田淵朗子
奧田哲也
神田善則
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三菱電機股份有限公司
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Description

交流馬達驅動系統
本發明係有關交流馬達驅動系統。
以往，以交流馬達驅動系統之一構成例而言，可例舉一種交流馬達驅動系統，該交流馬達驅動系統係經由平滑電容器(capacitor)而對於屬於用以將來自系統電源之交流電力變換為直流電力的換流器(converter)之輸出側的直流母線，並聯連接有逆變器(inverter)及充放電電路，該逆變器係為了驅動交流馬達而將直流電力變換為與系統電源不同的電壓值和頻率的交流電力，該充放電電路係對用以蓄積直流電力、並釋出的蓄電裝置(device)進行充放電。
以此種交流馬達驅動系統的一例而言，例如在專利文獻1中，揭示有一種交流馬達驅動系統的技術，該技術係在使由交流馬達經由逆變器而再生的再生電力經由充放電電路對蓄電裝置進行充電時，為了對應具有急劇的再生初期值之再生電力，而於充放電電路內的充電電流指令值產生部的比例積分控制(PI控制)採用預先設定之再生時電流指令值積分成分初期值。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2012-239252號公報
然而，根據上述習知之技術，由於將再生時電流指令值積分成分初期值設為接近充放電電路內的電抗器(reactor)之容許電流值的值，故不論再生電力的大小(多寡)為何，再生時之充電電流指令值的初期值都會以交流馬達驅動系統之最大量的充電電流開始對蓄電裝置進行充電。因此，會有下述問題：在實際的再生電力比交流馬達驅動系統所預定之最大再生電力小時，為了補充來自交流馬達的再生電力，由於亦使用由系統電源經由換流器所供給之電力而對蓄電裝置進行充電，故換流器於再生動作時也會進行功率運轉時的動作而消耗電力。
此外，根據上述習知的技術，每次換流器之輸出側的電力超過預先設定之再生時電力補償臨限值時，會將再生時電流指令值積分成分初期值設定於充電電流指令值產生部的PI控制部。因此，會有下述問題：充電電流指令值會變得不連續，蓄電裝置流動於充放電電路之電抗器的電流大幅變化，使蓄電裝置及充放電電路之元件的壽命縮短。
本發明係有鑑於上述問題而研創者，其目的在於獲得一種交流馬達驅動系統，其係可依再生電力之大小而產生與所產生之急劇的再生電力對應之對於蓄電裝置的充電電流指令值。
為解決上述問題，並達成目的，本發明係包括：換 流器，供給直流電力；逆變器，將前述直流電力變換為交流電力；直流母線，連接前述換流器與前述逆變器；交流馬達，藉由前述交流電力驅動；直流電壓值檢測手段，檢測前述換流器之輸出側之直流母線電壓值；蓄電裝置，從前述直流母線受到前述直流電力充電，且將充電後的直流電力對前述直流母線放電；充放電電路，與前述逆變器並聯連接於前述直流母線，且連接於前述直流母線與前述蓄電裝置之間，使前述蓄電裝置進行充放電；充放電電流值檢測手段，檢測前述蓄電裝置的充放電電流值；及充放電控制手段，以前述直流母線電壓值與前述充放電電流值為依據而輸出用以控制前述逆變器之控制信號；前述充放電控制手段在來自前述交流馬達的再生電力之經由前述逆變器的再生電力超過預先設定之電力臨限值時，以使前述直流母線電壓值成為與前述電力臨限值對應之電壓臨限值的方式使前述蓄電裝置充電，且使對於前述蓄電裝置之充電開始時的充電電流從以前述直流母線之直流母線電壓值為依據的充電電流值開始。
本發明可達成下述功效：可獲得一種交流馬達驅動系統，其係可依再生電力之大小而產生與所產生之急劇的再生電力對應之對於蓄電裝置的充電電流指令值。
1‧‧‧交流馬達驅動系統
2‧‧‧充放電控制部
3‧‧‧再生時控制部
4‧‧‧充電電流指令值產生部
5‧‧‧再生時電力補償動作控制部
6‧‧‧再生時電力/電壓換算部
7‧‧‧充電電流指令值換算部
10‧‧‧系統電源
11‧‧‧換流器
12‧‧‧直流母線
12a‧‧‧高電位側直流母線
12b‧‧‧低電位側直流母線
13‧‧‧平滑電容器
14‧‧‧逆變器
15‧‧‧充放電電路
16‧‧‧交流馬達
17‧‧‧蓄電裝置
18‧‧‧直流電壓值檢測部
19‧‧‧充放電電流值檢測部
21‧‧‧動力運轉時控制部
22‧‧‧電流指令值統合部
23‧‧‧控制信號產生部
41‧‧‧第1減法器
42、42a至42c‧‧‧再生時電流指令值積分成分初期值產生部
43‧‧‧第1乘法器
44‧‧‧第1切換部
45‧‧‧第1限幅器
46‧‧‧再生時電流指令值積分成分產生部
47‧‧‧再生時電流指令值微分成分產生部
48‧‧‧直流母線側充電電流指令值輸出部
61‧‧‧再生時電壓臨限值產生變換部
62‧‧‧靜電電容值儲存部
63‧‧‧再生時電力臨限值儲存部
421‧‧‧第3減法器
422‧‧‧第3延遲部
423‧‧‧△Vdc/Vmax換算部
424‧‧‧Vmax/| Pmax |換算部
425‧‧‧第4乘法器
426‧‧‧常數b儲存部
427‧‧‧第2二輸入加法器
428‧‧‧△Vdc/| Pmax |換算部
429‧‧‧△Vdc/Iinit換算部
461‧‧‧第2乘法器
462‧‧‧第1二輸入加法器
463‧‧‧第2限幅器
464‧‧‧第2切換部
465‧‧‧第1延遲部
471‧‧‧第2延遲部
472‧‧‧第2減法器
473‧‧‧第3乘法器
474‧‧‧第3限幅器
481‧‧‧三輸入加法器
482‧‧‧第4限幅器
483‧‧‧第3切換器
第1圖係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統整體的方塊(block)圖。
第2圖係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統內的充放電控 制部的方塊圖。
第3圖(a)至(c)係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統內的電力P、直流母線電壓值Vdc、再生時電力補償動作旗標(flag)Fa的時間變化的圖。
第4圖(a)及(b)係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統中，電力Pcnv(t)為負值時的直流母線之直流母線電壓值Vdc(t)的波形之示意圖。
第5圖(a)及(b)係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統中，電力值| Pcnv(t) |與直流母線電壓值Vdc之關係的圖。
第6圖係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之再生時控制部內的充電電流指令值產生部之方塊圖。
第7圖係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之充電電流指令值產生部內的再生時電流指令值積分成分產生部之方塊圖。
第8圖係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之充電電流指令值產生部內的再生時電流指令值微分成分產生部之方塊圖。
第9圖係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之直流母線側充電電流指令值輸出部之方塊圖。
第10圖(a-1)至(b-2)係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之電力P、直流母線電壓的時間變化的圖。
第11圖(a)至(c)係顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之再生時電流指令值積分成分產生部之構成例的圖。
第12圖(a)至(c)係顯示顯示實施形態1之交流馬達驅動系統之再生電力Pload(t)、直流母線側充電電流指令值I1i＊、再生時電流指令值微分成分值I1d＊之時間變化的圖。
第13圖係顯示實施形態2之交流馬達驅動系統整體的方塊圖。
第14圖係顯示實施形態2之交流馬達驅動系統中，使平滑電容器的靜電電容值為固定，且交流馬達於再生動作中使交流電壓值Vac變動時之直流母線電壓值Vdc與換流器之再生電力| Pcnv(t) |之關係的圖。
第15圖係顯示實施形態2之交流馬達驅動系統內的充放電控制部的方塊圖。
以下，根據圖式，詳細說明本發明之交流馬達驅動系統之實施形態。再者，本發明不受本實施形態所限定。
再者，於本說明書中，雖揭示有物理量的單位，惟並不限定於該單位。此外，運算子| A |係表示A之絕對值(正數)。
實施形態1.
第1圖係顯示本發明實施形態1之交流馬達驅動系統之實施形態1整體的方塊圖。
第1圖所示之交流馬達驅動系統1係包含：充放電控制部2、換流器11、平滑電容器13、逆變器14、充放電電路15、交流馬達16、蓄電裝置17、直流電壓值檢測部18、充放電電流值檢測部19。
在第1圖所示之交流馬達驅動系統1中，係從發電所或工廠內的變電設備等系統電源10，經由配線R、S、T而供給交流電力。
換流器11係將來自系統電源10的交流電力變換為 直流電力。變換後的直流電力係從換流器11輸出至直流母線12。再者，直流母線12係包括高電位側直流母線12a、及低電位側直流母線12b。
平滑電容器13係配置於換流器11之輸出部分、直流母線12中、後述之逆變器14的輸入部分、及後述之充放電電路15之直流母線12側的部分之中的1個部位或複數個部位。平滑電容器13係在高電位側直流母線12a與低電位側直流母線12b之間使直流電力平滑化。
藉由平滑電容器13而平滑化後的直流電力，係經由直流母線12輸出至逆變器14與充放電電路15。逆變器14與充放電電路15係並聯連接至直流母線12。
逆變器14係將直流電力變換為交流電力，驅動交流馬達16。逆變器14所輸出之交流電力的電壓值及頻率，係與從系統電源10所供給之交流電力的電壓值及頻率不同。
充放電電路15係將流經直流母線12的直流電力蓄積於蓄電裝置17，並將蓄積於蓄電裝置17的電力放出至直流母線12的電路。以充放電電路15而言，可例示電流可逆截波器(chopper)電路。在充放電電路15為電流可逆截波器電路時，流經直流母線12的電力係藉由朝向蓄電裝置17的充電電流而蓄積，反之，蓄積於蓄電裝置17的電力，係藉由朝向直流母線12的放電電流而放出。再者，在以下的說明中，係於不區別充電電流與放電電流而表示流至蓄電裝置17的電流時，記載為充放電電流。
在充放電電路15中，藉由來自充放電控制部2的控制信號來控制電流可逆截波器電路，控制充放電電流的電流 量。在充放電控制部2，係輸入在直流電壓值檢測部18檢測到之直流母線12的直流母線電壓值Vdc及在充放電電流值檢測部19檢測到之充放電電流值Ic作為觀測值，對充放電電路15輸出控制信號。
以換流器11而言，可例示：在三相全波整流電路附加有電阻再生電路的電阻再生型換流器、或在構成三相全波整流電路的二極體(diode)分別反向平行地連接有開關(switching)元件，且在輸入側串聯地***有交流電抗器之電源再生型換流器。
首先，針對換流器11為電阻再生型換流器的情形進行說明。在電阻再生型換流器中，係於交流馬達16減速或停止而產生再生電力時，再生電力會經由逆變器14而蓄積於平滑電容器13，使直流母線12的電壓值上升。在直流母線12的電壓值比預先設定之短路開始電壓值變得更為高電壓時，該電阻再生電路會經由電阻再生型換流器內的電阻器使高電位側直流母線12a與低電位側直流母線12b短路，藉由該電阻器將蓄積於平滑電容器13之能量(energy)變換為熱。然後，短路的結果是使蓄積在平滑電容器13之電荷放電，故在直流母線12的電壓值比預先設定的短路終了電壓值變得更為低電壓時，係藉由該電阻再生電路遮斷短路後之高電位側直流母線12a與低電位側直流母線12b。在換流器11為電阻再生型換流器時，藉由反覆進行此種動作消耗再生電力。
接著，針對換流器11為電源再生型換流器的情形進行說明。在電源再生型換流器中，係於直流母線12的電壓值因為再生電力而變得比預先設定之再生開始電壓值更為高電壓時，藉由電源再生型換流器內的控制電路，依據系統電源10波形的相 位使電源再生型換流器內的開關元件成為導通狀態達預先設定的期間，經由電源再生型換流器內的交流電抗器，使蓄積於平滑電容器13之電荷再生至系統電源10。對於系統電源10的再生動作會繼續到直流母線12的電壓值比預先設定的再生終了電壓值變得更為低電壓。藉由該再生動作，使在交流馬達16產生的再生電力再生至系統電源10。
第2圖係顯示交流馬達驅動系統1內的充放電控制部2之方塊圖。第2圖所示之充放電控制部2係具備：動力運轉時控制部21、再生時控制部3、電流指令值統合部22、以及控制信號產生部23。
動力運轉時控制部21係將由於交流馬達16的動力運轉動作而使電壓下降後的直流母線12的直流母線電壓值Vdc(由直流電壓值檢測部18檢測出)作為輸入，並輸出屬於控制用以使蓄電裝置17放電之放電電流的指令值之蓄電裝置側放電電流指令值Ib＊、及用以決定從蓄電裝置17放電之期間的動力運轉時電力補償動作旗標Fb。
再生時控制部3係將由於交流馬達16的再生動作而使電壓上升後的直流母線12的直流母線電壓值Vdc(由直流電壓值檢測部18檢測出)作為輸入，並輸出屬於控制用以對蓄電裝置17充電之充電電流的指令值之蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊、及用以決定對蓄電裝置17充電之期間的再生時電力補償動作旗標Fa。
電流指令值統合部22係使用蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊、及蓄電裝置側放電電流指令值Ib＊，而產生屬於蓄 電裝置17之充放電電流的指令值之統合充放電電流指令值Ic＊。
控制信號產生部23係根據來自電流指令值統合部22的統合充放電電流指令值Ic＊、及來自充放電電流值檢測部19之蓄電裝置17的充放電電流值Ic，而縮小統合充放電電流指令值Ic＊與充放電電流值Ic的差異以使其最後沒有差異，並產生控制信號，該控制信號係於來自動力運轉時控制部21之動力運轉時電力補償動作旗標Fb的期間或於來自再生時控制部3之再生時電力補償動作旗標Fa的期間，控制充放電電路15。
第3圖(a)至(c)係顯示電力P、直流母線電壓值Vdc、再生時電力補償動作旗標Fa之時間變化的圖。在第3圖(a)中，係以粗線顯示從交流馬達16經由逆變器14而再生之再生電力Pload(t)的時間變化。第1圖所示之交流馬達驅動系統1的功能之一，係藉由對於再生電力Pload(t)而將第3圖(a)中以格紋顯示之部分的縱軸所示之電力(亦即充電電力| Pc(t) |)進行充電至蓄電裝置17，以控制在換流器11所再生之電力不超過第3圖(a)所示之電力臨限值PthA，由換流器11將該電力變換為熱而消耗、或限制往系統電源10再生之電力的峰值(peak)。
第3圖(a)中以粗線所示的再生電力Pload(t)，係交流馬達16停止或進行急速的減速動作時所產生的波形之示意例。在第3圖(a)中，以正數表示交流馬達16之動力運轉電力，以負數表示再生電力。此外，對於蓄電裝置17之充電電力及充電電流係以正數表示，放電電力及放電電流係以負數表示。
在此，利用以下的數式(1)定義第3圖(a)中以斜線所示之部分中的電力Pcnv(t)。
(數式1)Pcnv(t)=Pload(t)-Pc(t)…(1)
電力Pcnv(t)係表示換流器11之直流母線12側的電力。在電力Pcnv(t)為正數值時，係表示換流器11從系統電源10轉換電力而對直流母線12輸出達電力值| Pcnv(t) |。反之，在電力Pcnv(t)為負數值時，係表示換流器11從直流母線12轉換電力為熱而消耗達電力值| Pcnv(t) |、或使電力再生至系統電源10。
如前述，在電力Pcnv(t)為負值且換流器11為電阻再生型換流器時，直流母線12之直流母線電壓值Vdc(t)在短路開始電壓值與短路終了電壓值之間變動，且藉由換流器11內的電阻器消耗電力Pcnv(t)。
如前述，在電力Pcnv(t)為負值且換流器11為電源再生型換流器時，直流母線12之直流母線電壓值Vdc(t)在再生開始電壓值與再生終了電壓值之間變動，且電力Pcnv(t)經由換流器11內的AC電抗器再生至系統電源10。
第4圖係顯示電力Pcnv(t)為負值時之直流母線12的直流母線電壓值Vdc(t)的波形的示意圖。第4圖(a)係顯示電力值| Pcnv(t) |相對較大時之波形，第4圖(b)係顯示電力值| Pcnv(t) |相對較小時之波形。在第4圖(a)及第4圖(b)中，以粗的虛線表示之直流母線電壓值Vdc係直流母線電壓值Vdc(t)的時間平均值，例如，可使直流母線電壓值Vdc(t)通過低通濾波器(LPF：Low Pass Filter)而獲得。直流母線電壓值Vdc(t)係由直流電壓值檢測部18所檢測。
對第4圖(a)與第4圖(b)進行比較，在電力值| Pcnv(t) |相對較大時，屬於時間平均值之直流母線電壓值Vdc會變高，在電力值| Pcnv(t) |相對較小時，屬於時間平均值之直流母線電壓值Vdc會變低。此外，直流母線電壓值Vdc(t)的波形，係藉由電力Pcnv(t)對平滑電容器13的充電、與從平滑電容器13對換流器11之放電而形成，因此，直流母線電壓值Vdc不僅與電力值| Pcnv(t) |息息相關，也與平滑電容器13的靜電電容值C息息相關。
此外，上述低通濾波器的傳達函數係與後述之充電電流指令值產生部4的傳達函數進行合成，因此，在合成後的特性中，必須留意交流馬達驅動系統1的穩定性。一般而言，為了確保充電電流指令值產生部4的傳達函數之自由度，上述低通濾波器的傳達函數係以較低階之特性為佳。若能夠以一階的低通濾波器獲得期望的直流母線電壓值Vdc，則採用一階的低通濾波器為佳。
再者，在第4圖(a)及第4圖(b)中，直流母線電壓值Vdc(t)雖進入到短路開始電壓值(或再生開始電壓值)與短路終了電壓值(或再生終了電壓值)的範圍內，惟需注意，在實際的動作中，由於動作速度的限制或與系統電源10之相位間之時間上的關係，也會有直流母線電壓值Vdc(t)在該範圍以外的情況。
在此，於前述第3圖及後述第10圖中，雖圖示有再生動作時的直流母線電壓值Vdc由於再生動作前的直流母線電壓值而上升之態樣，惟由目前為止之說明中可得知，再生動作時的直流母線電壓值Vdc係由短路開始電壓值(或再生開始電壓值) 與短路終了電壓值(或再生終了電壓值)的相互關係所決定。亦即，短路開始電壓值(或再生開始電壓值)略高於再生動作前的直流母線電壓值，另一方面，在短路終了電壓值(或再生終了電壓值)大幅低於再生動作前的直流母線電壓值時，再生動作時的直流母線電壓值Vdc會比再生動作前的直流母線電壓值更為降低。
第5圖係顯示電力值| Pcnv(t) |與直流母線電壓值Vdc之關係的圖。如上述說明，平滑電容器13的靜電電容值為C時的電力值| Pcnv(t) |與直流母線電壓值Vdc之關係，係以第5圖(a)之粗的實線表示。同樣地，平滑電容器13的靜電電容值為C1、C2時的關係，係以第5圖(a)的虛線表示。
一般而言，在第5圖(a)中，雖然C1<C<C2的關係成立，惟會有靜電電容值C1與C2的差不大的情形、或因為直流電壓檢測部18的解析力或所使用之LPF的特性，不考量平滑電容器13的靜電電容值之差而以其中1種靜電電容值C來代表電力值| Pcnv(t) |與直流母線電壓值Vdc之關係的情形。
如第5圖(a)所示，在平滑電容器13的靜電電容值為C時，當欲將來自交流馬達16的再生電力之中之朝向換流器11的電力抑制於電力臨限值| PthA |以下時，直流母線12之電壓值應設為電壓臨限值VthA以下。在第3圖(a)及第3圖(b)中，係顯示該再生動作中來自交流馬達16的再生電力Pload(t)、朝向換流器11的電力Pcnv(t)及直流母線12之直流母線電壓值Vdc之波形的時間變化。
在朝向換流器11的電力被抑制於電力臨限值PthA的期間，亦即，第3圖(a)所示之充電電力Pc(t)對蓄電裝置17進 行充電的期間(第3圖(a)中以Ta所示之期間)中，直流母線12的直流母線電壓值Vdc成為電壓臨限值VthA(參照第3圖(b))。第5圖(b)係將第5圖(a)之橫軸與縱軸置換後的圖。由第5圖(b)亦可得知，以使直流母線12之直流母線電壓值Vdc保持於電壓臨限值VthA以下的方式將電力充電至蓄電裝置17，藉此，朝向換流器11的電力值| Pcnv(t) |可抑制於電力臨限值| PthA |以下。
第2圖所示之再生時控制部3，係由直流母線12的直流母線電壓值Vdc與再生時的電壓臨限值(電壓指令值)VthA產生對應於充電電力Pc(t)之蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊。從直流電壓值檢測部18輸入至再生時控制部3的直流母線12之直流母線電壓值Vdc，係輸入至再生時控制部3內之充電電流指令值產生部4與再生時電力補償動作控制部5。
另一方面，再生時電力/電壓換算部6係包括：再生時電壓臨限值產生變換部61、靜電電容值儲存部62、及再生時電力臨限值儲存部63。
再生時電力臨限值儲存部63係儲存再生時之電力臨限值PthA，該再生時之電力臨限值PthA係屬於欲再生至換流器11之電力的上限值。
靜電電容值儲存部62係儲存平滑電容器13的靜電電容值C。
再生時電壓臨限值產生變換部61係藉由來自再生時電力臨限值儲存部63之再生時的電力臨限值PthA與來自靜電電容值儲存部62的靜電電容值C並以第5圖(a)所示之對應關係為依據而產生再生時的電壓臨限值VthA。再生時電壓臨限值產生 變換部61係藉由讀取查找表(LUT：Look Up Table)或依近似式進行計算而實現第5圖(a)所示之對應關係，產生並輸出再生時的電壓臨限值VthA。再生時電力/電壓換算部6的輸出，亦即屬於再生時電壓臨限值產生變換部61的輸出之再生時的電壓臨限值VthA，係輸出至充電電流指令值產生部4、再生時電力補償動作控制部5及充電電流指令值換算部7。
再者，再生時的電力臨限值PthA與靜電電容值C可依交流馬達驅動系統1的作業負荷或逆變器的構成適當設定，可具備可由使用者(user)輸入再生時電力臨限值儲存部63及靜電電容值儲存部62各自的值之構成。
再生時電力補償動作控制部5係以來自直流電壓值檢測部18的直流母線電壓值Vdc為依據，產生表示使蓄電裝置17開始充電之時序(timing)的再生時電力補償動作開始信號Sa。此外，再生時電力補償動作控制部5係使用直流母線電壓值Vdc與再生時的電壓臨限值VthA，產生顯示對蓄電裝置17進行充電之期間之再生時電力補償動作旗標Fa。
於再生時電力補償動作控制部5產生之再生時電力補償動作開始信號Sa係輸出至充電電流指令值產生部4。再生時電力補償動作開始信號Sa係例如顯示直流母線電壓值Vdc成為再生時的電壓臨限值VthA之時刻的信號，或顯示直流母線電壓值Vdc成為無負荷時(交流馬達16未實施動力運轉動作也未實施再生動作)之直流母線電壓值以上之時刻的信號。此外，再生時電力補償動作旗標Fa係例如顯示從再生時電力補償動作開始信號Sa所顯示之時間至直流母線電壓值Vdc成為再生時的電壓臨限值 VthA以下的時刻之信號。
第3圖(c)係顯示再生時電力補償動作旗標Fa之再生電力與直流母線電壓值Vdc間之關係的圖。
再者，在此，為了簡化以下的說明，係如下述進行設定。再生時電力補償動作開始信號Sa係設為，有效時在開始對蓄電裝置17進行充電之時序成為1的值，而在除此之外的期間成為0的值之2值的邏輯信號。再生時電力補償動作旗標Fa係設為，有效時在對蓄電裝置17進行充電之期間成為1的值，而在除此之外的期間成為0的值之2值的邏輯信號。再者，關於再生時電力補償動作開始信號Sa成為有效的條件、及再生時電力補償動作旗標Fa成為有效之開始條件或終了條件，也會有為了排除與直流母線電壓值Vdc重疊之雜訊的影響而進行防顫動(chattering)或死區之設定的情況。
第6圖係顯示再生時控制部3內的充電電流指令值產生部4之方塊圖。第6圖所示之充電電流指令值產生部4係包括第1減法器41、再生時電流指令值積分成分初期值產生部42、第1乘法器43、第1切換部44、第1限幅器(limiter)45、再生時電流指令值積分成分產生部46、再生時電流指令值微分成分產生部47、及直流母線側充電電流指令值輸出部48。
在直流電壓值檢測部所檢測到之直流母線12的直流母線電壓值Vdc係輸入至第1減法器41之被減數端與再生時電流指令值積分成分初期值產生部42。
第1減法器41係對第1乘法器43輸出從直流母線電壓值Vdc減去再生時電力/電壓換算部6所產生之再生時的電壓 臨限值VthA後的值，亦即，輸出下述數式(2)所示之再生時電壓差分值ErrA。
(數式2)ErrA=Vdc-VthA…(2)
第1乘法器43係對於從第1減法器41輸入之再生時電壓差分值ErrA乘以屬於比例增益(gain)之預先設定的常數Kp而產生乘積Kp．ErrA，並輸出至第1限幅器45與再生時電流指令值積分成分產生部46。
第1切換部44係使用屬於再生時電力補償動作控制部5之輸出的再生時電力補償動作旗標Fa，產生並輸出以下述數式(3)所定義之輸出值I1pp。
(數式3)I1pp=Kp．ErrA．Fa…(3)
第1切換部44於顯示再生時電力補償動作旗標Fa為有效之期間輸出乘積Kp．ErrA，於除此之外的期間輸出0的值。第1切換部44的輸出值I1pp係輸出至第1限幅器45與再生時電流指令值積分成分產生部46。
第1限幅器45係輸出再生時電流指令值比例成分值I1p＊。再生時電流指令值比例成分值I1p＊在所輸入之輸出值I1pp為負值時為0，在所輸入之輸出值I1pp超過交流馬達驅動系統1之電流限制值Imax時為電流限制值Imax，在所輸入之輸出值I1pp為正值且為電流限制值Imax以下時，係為與輸入值相同的值。再者，交流馬達驅動系統1之電流限制值Imax係例如充放電電路15之充電電流的最大值、蓄電裝置17之充電電流的最大 值或與該等最大值接近的值等。第1限幅器45所輸出的再生時電流指令值比例成分值I1p＊可以下述的數式(4)表示。
再生時電流指令值比例成分值I1p＊係輸入至直流母線側充電電流指令值輸出部48。
第7圖係顯示充電電流指令值產生部4內之再生時電流指令值積分成分產生部46的方塊圖。第7圖所示的再生時電流指令值積分成分產生部46係包括：第2乘法器461、第1二輸入加法器462、第2限幅器463、第2切換部464、及第1延遲部465。
於再生時電流指令值積分成分產生部46中，輸入有第1切換部44之輸出值I1pp、屬於再生時電流指令值積分成分初期值產生部42之輸出值的再生時電流指令值積分成分初期值Iinit及再生時電力補償動作開始信號Sa。
第2乘法器461係對輸出值I1pp乘以屬於積分增益之預先設定的常數Ki而產生Ki‧I1pp，輸出至第1二輸入加法器462一方的輸入端。
第1二輸入加法器462係計算屬於第2乘法器461之輸出的乘積Ki‧I1pp與第1延遲部465之輸出值ZI1i＊的和，輸出累計值SumI1i。第1二輸入加法器462的處理可以下述之數式(5)表示。
(數式5)SumI1i=Ki．I1pp+ZI1i*…(5)
第2限幅器463係將輸出值LI1i輸出。輸出值LI1i在所輸入的累計值SumI1i為負值時係為0，在所輸入的累計值SumI1i超過交流馬達驅動系統1之電流限制值Imax時為電流限制值Imax，在所輸入之累計值為正值且為電流限制值Imax以下時為與輸入值相同的值。
第2限幅器463所輸出的輸出值LI1i可以下述的數式(6)表示。
第2切換部464係對於第2限幅器463所輸出的輸出值LI1i與再生時電流指令值積分成分初期值產生部42所輸出的再生時電流指令值積分成分初期值Iinit之輸入，使用屬於再生時電力補償動作控制部5之輸出的再生時電力補償動作開始信號Sa，而輸出實施過以下述數式(7)所示選擇之值的選擇結果I1i＊。
該選擇結果I1i＊係輸出至第1延遲部465與直流母線側充電電流指令值輸出部48。
第1延遲部465係使輸入值延遲達控制時間間隔1 單位量而輸出。藉由第1延遲部465，將使屬於第2切換部464之輸出值的選擇結果I1i＊延遲達控制時間間隔1單位量後的結果作為輸出值ZI1i＊。然後，在第1二輸入加法器462執行以上述數式(5)表示之處理，藉此實現對於第2乘法器461輸出之乘積Ki．I1pp之積分功能。亦即，第2切換部464輸出之選擇結果I1i＊係成為再生時電流指令值積分成分值。
由於第7圖所示之再生時電流指令值積分成分產生部46包括上述說明之構成，故再生時電流指令值積分成分值I1i＊係於再生時電力補償動作開始時間以前藉由第1切換部44保持0的值，於再生時電力補償開始時藉由第2切換部464從再生時電流指令值積分成分初期值Iinit開始積分動作，藉由第2限幅器463使其最大值不超過電流限制值Imax。再者，屬於積分增益之常數Ki係包含與控制時間間隔相關之因子的值。
第8圖係顯示充電電流指令值產生部4內之再生時電流指令值微分成分產生部47之方塊圖。第8圖所示之再生時電流指令值微分成分產生部47係包括第2延遲部471、第2減法器472、第3乘法器473、及第3限幅器474。輸入至再生時電流指令值微分成分產生部47之由第1乘法器43所輸出的乘積Kp．ErrA係輸入至第2延遲部471與第2減法器472之被減數端。
第2延遲部471係使輸入延遲達控制時間間隔1單位量。藉由第2延遲部471，將使第1乘法器43所輸出的乘積Kp．ErrA延遲控制時間間隔1單位量的結果作為輸出值ZkpEr輸出。第2延遲部471的輸出值ZkpEr係輸入至第2減法器472的減數端。
第2減法器472係將以下述之數式(8)所定義的差值DifKpEr輸出至第3乘法器473。
(數式8)DifKpEr=Kp．ErrA-ZKpEr…(8)
第3乘法器473係對差值DifKpEr乘以屬於微分增益之預先設定的常數Kd後產生乘積I1dp，輸出至第3限幅器474。
第3限幅器474係以相對於乘積I1dp的值0與電流限制值Imax為依據而施行以下述數式(9)所表示的處理，輸出至直流母線側充電電流指令值輸出部48。
藉由第2減法器472實施以數式(8)表示之處理，藉此實現對於第1乘法器43所輸出之乘積Kp．ErrA進行的微分功能。因此，第3限幅器474之輸出成為再生時電流指令值微分成分值I1d＊。
由於再生時電流指令值微分成分產生部47包括上述說明之構成，故再生時電流指令值微分成分值I1d＊的最大值藉由第3限幅器474而不會超過電流限制值Imax。再者，屬於微分增益的常數Kd係包含與控制時間間隔相關之因子的值。
第9圖係顯示直流母線側充電電流指令值輸出部48之方塊圖。第9圖所示之直流母線側充電電流指令值輸出部48係包括三輸入加法器481、第4限幅器482、第3切換器483。
三輸入加法器481係將由第1限幅器45輸出的再生時電流指令值比例成分值I1p＊、由再生時電流指令值積分成分產生部46輸出的再生時電流指令值積分成分值I1i＊、及由再生時電流指令值微分成分產生部47輸出的再生時電流指令值微分成分值I1d＊的總和I1c＊輸出至第4限幅器482。
第4限幅器482係將輸出值LI1c＊輸出。輸出值LI1c＊在總和I1c＊為負值時為0，在總和I1c＊超過交流馬達驅動系統1之電流限制值Imax時為電流限制值Imax，在總和I1c＊為正值且為電流限制值Imax以下時為與輸入值相同的值。第4限幅器482輸出的輸出值LI1c＊可以下述的數式(10)表示。
第3切換部483係使用再生時電力補償動作旗標Fa，產生並輸出以下述之數式(11)所定義之直流母線側充電電流指令值I1＊。
(數式11)I1*=LI1c*．Fa…(11)
第3切換部483係於再生時電力動作補償旗標Fa為有效之期間將輸出值LI1c＊輸出至直流母線側充電電流指令值I1＊，於除此之外的期間輸出0。第3切換部483的直流母線側充電電流指令值I1＊係輸出至充電電流指令值換算部7。
藉由第3圖(a)所示之再生動作初期時刻中之最大再 生電力Pmax，在同時刻之對於蓄電裝置17的充電電流值Is可以下述之數式(12-1)表示。
(數式12-1)Is．VthA=|Pmax|-|PthA|…(12-1)
如前述，直流母線12之直流母線電壓值Vdc與再生電力之間，係存在有第5圖(b)所示的關係。以函數fc(Vdc)來表示平滑電容器13之靜電電容值為C時，亦即為以函數fc(Vdc)來表示第5圖(b)中以粗的實線表示之關係。然後，當將函數fc(Vdc)中被假設為最大再生電力Pmax之直流母線電壓值定義為最大直流母線電壓值Vmax時，下述之數式(12-2)的關係成立。
(數式12-2)|Pmax|=fc(Vmax)…(12-2)
藉由上述之數式(12-2)，數式(12-1)可變形為下述之數式(12-3)。
(數式12-3)Is=(1/VthA)fc(Vmax)-|PthA|/VthA…(12-3)
在此，由於1/VthA與-| PthA |/VthA分別為其值事先已知之常數，故當將該等值分別以下述的數式(12-4)及(12-5)定義時，上述之數式(12-3)可以下述的數式(12-6)表示。
(數式12-4)a=1/VthA…(12-4)
(數式12-5)b=-|PthA|/VthA…(12-5)
(數式12-6)Is=a．fc(Vmax)+b…(12-6)
然而，在交流馬達驅動系統1中，係藉由對於蓄電裝置17之充電動作來抑制再生電力的峰值，故即使觀察屬於直流電壓值檢測部18之輸出的直流母線電壓值Vdc，也無法獲得最大直流母線電壓值Vmax的值。因此，就由可觀測之直流母線電壓值Vdc來推測最大直流母線電壓值Vmax。藉由上述之數式(12-2)來分別定義下述之數式(12-7)及(12-8)的關係成立之Pmax1、Pmax2、Vmax1、Vmax2。但是，在Pmax1與Pmax2之間設為數式(12-9)成立。
(數式12-7)|Pmax1|=fc(Vmax1)…(12-7)
(數式12-8)|Pmax2|=fc(Vmax1)…(12-8)
(數式12-9)Pmax1>Pmax2…(12-9)
第10圖(a-1)至(b-2)係表示電力P及直流母線電壓Vdc之時間變化的圖。如第10圖(a)之虛線所示，即使如交流馬達16突然停止般之急劇的再生電力之再生動作開始時的變化，也會由於逆變器14或直流母線12之阻抗(impedance)或電感(inductance)等要因，使實際的再生電力如第10圖(a)之粗的實線所示般產生延遲。緊接在再生動作開始後之實際的再生電力之變化，係最大再 生電力Pmax越大就變得越為急劇。亦即，緊接在第10圖(a-1)與第10圖(a-2)中以△t0表示之再生動作開始後的控制時間間隔1單位量的再生電力的變化，係最大再生電力Pmax為Pmax1時比為Pmax2時還大，第10圖(a-1)之△Pmax1係比第10圖(a-2)之△pmax2還大。
伴隨於此，緊接在第10圖(b-1)、(b-2)中以△t0表示之再生動作開始後的控制時間間隔1單位量的直流母線電壓值Vdc的變化，也是最大再生電力Pmax為Pmax1時比為Pmax2時還大，第10圖(b-1)之△Vdc1係比第10圖(b-2)之△Vdc2還大。
因此，最大直流母線電壓值Vmax與控制時間間隔1單位量之直流母線電壓值Vdc的變化量△Vdc之間存在有唯一的關係，以下述之數式(13)所示之函數g(△Vdc)來定義其關係。
(數式13)Vmax=g(△Vdc)…(13)
當將上述之數式(13)代入數式(12-6)時可獲得下述之數式(14)。產生以下述之數式(14)表示之充電電流Is的功能，係再生時電流指令值積分成分初期值產生部42的功能。
(數式14)Is=a．fc(g(△Vdc))+b…(14)
但是，再生時電流指令值積分成分初期值產生部42不僅於再生動作開始時動作，係在交流馬達驅動系統1的全部運作時間動作。因此，上述之數式(14)的左邊較佳係設為如下述之數式(15)所示之屬於再生時電流指令值積分成分初期值之再生 時電流指令值積分成分初期值Iinit，而非設為再生動作初期時間之充電電流值Is。而且，再生時電流指令值積分成分初期值Iinit係在再生時電流指令值積分成分產生部46內的第2切換部464中之再生時電力補償開始信號Sa成為有效的時間，成為再生時電流指令值積分成分初期值。
(數式15)Iinit=a．fc(g(△Vdc))+b…(15)
第11圖(a)至(c)係顯示再生時電流指令值積分成分初期值產生部42之構成例的方塊圖。第11圖(a)係顯示再生時電流指令值積分成分初期值產生部42a的方塊圖。再生時電流指令值積分成分初期值產生部42a係包括第3減法器421、第3延遲部422、△Vdc/Vmax換算部423、Vmax/| Pmax |換算部424、第4乘法器425、常數b儲存部426、及第2二輸入加法器427。屬於直流電壓值檢測部18之輸出的直流母線電壓值Vdc係輸入至第3減法器421之被減數端與第3延遲部422。
第3延遲部422係將輸入延遲達控制時間間隔1單位量而輸出。藉由第3延遲部422，使直流母線電壓值Vdc延遲達控制時間間隔1單位量後的結果成為輸出值ZVdc。第3延遲部422之輸出值ZVdc係輸入至第3減法器421之減數端。
第3減法器421係產生並輸出從Vdc減去ZVdc後的值△Vdc。△Vdc係輸入至△Vdc/Vmax換算部423。△Vdc/Vmax換算部423係由LUT讀取或由近似式計算等來實現上述之數式(13)所示之對應關係，輸出最大直流母線電壓值Vmax。屬於△ Vdc/Vmax換算部423之輸出的最大直流母線電壓值Vmax係輸入至Vmax/| Pmax |換算部424。
Vmax/| Pmax |換算部424係由LUT讀取或由近似式計算等來實現上述之數式(12-2)所示之對應關係，輸出最大再生電力之絕對值| Pmax |。屬於Vmax/| Pmax |換算部424之最大再生電力的絕對值| Pmax |係輸入至第4乘法器425。
第4乘法器425係對所輸入之最大再生電力的絕對值| Pmax |乘以上述之數式(12-4)所示之常數a後輸出。所輸出的值係輸入到第2二輸入加法器427一方的輸入端。對於第2二輸入加法器427另一方的輸入端，係從儲存有輸入上述之數式(12-5)所示之常數b的常數b儲存部426輸入常數b。
第2二輸入加法器427係將第4乘法器425的輸出與常數b儲存部426的輸出進行加法運算，將上述之數式(15)所示之再生時電流指令值積分成分初期值Iinit輸出至再生時電流指令值積分成分產生部46內的第2切換部464(第7圖)。
第11圖(b)係顯示再生時電流指令值積分成分初期值產生部42b的方塊圖。再生時電流指令值積分成分初期值產生部42b係將第11圖(a)之△Vdc/Vmax換算部423與Vmax/| Pmax |換算部424形成為一體，由LUT讀取或由近似式計算等來實現從屬於複合函數fc(g(△Vdc))之△Vdc到| Pmax |的對應關係，並以輸出屬於最大再生電力Pmax之絕對值的| Pmax |之△Vdc/| Pmax |換算部428來實現之構成。
第11圖(c)係顯示再生時電流指令值積分成分初期值產生部42c的方塊圖。再生時電流指令值積分成分初期值產生 部42c係將第11圖(a)之Vmax/| Pmax |換算部424、第11圖(a)及(b)之第4乘法器425、第11圖(a)及(b)之常數b儲存部426、第11圖(a)及(b)之第2二輸入加法器427形成為一體，由LUT讀取或由近似式計算等而一併實現上述之數式(15)的對應關係，並以根據第11圖(a)及(b)之△Vdc而輸出再生時電流指令值積分成分初期值Iinit之△Vdc/Iinit換算部429來實現之構成。
充電電流指令值產生部4係以上述方式構成，故對比例積分微分控制(PID控制)之積分成分初期值採用以直流母線電壓值Vdc與再生動作差分值為依據的值，以再生時的電壓臨限值VthA作為指令值且將觀測值設為直流母線電壓值Vdc，可求得來自平滑電容器13之充電電流指令值，亦即可求得屬於直流母線側充電電流指令值之直流母線側充電電流指令值I1＊。
然後，將充電電流指令值產生部4設為PID控制，並導入積分成分初期值，藉此，可對於由交流馬達16產生之急劇的再生電力，求得與其再生電力的大小對應，且響應良好之直流母線側充電電流指令值。
由於屬於充電電流指令值產生部4之輸出的直流母線側充電電流指令值I1＊係藉由直流母線12之直流母線電壓值Vdc、及屬於對於直流母線之指令值的電壓臨限值VthA而產生，故直流母線側充電電流指令值I1＊係屬於充放電電路15之直流母線側的電流指令值。另一方面，對屬於充放電控制部2之輸出之控制信號的產生採用屬於充放電電流檢測部19之輸出的充放電電流值Ic作為觀測值，故對於充放電電流值Ic之指令值必須屬於充放電電路15之蓄電裝置17側的電流指令值。
在此，當充放電電路15之損失較小而可忽略，且將蓄電裝置17之兩端電壓值設為Vcap時，於充放電電路15之直流母線側充電電流指令值I1＊與蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊之間成立下述之數式(16-1)的關係。
(數式16-1)I1*．Vdc=Ia*．Vcap…(16-1)
於再生電力補償時，由於上述之數式(16-1)的直流母線電壓值Vdc受到再生時之電壓臨限值VthA控制，故上述之數式(16-1)會成為下述之數式(16-2)。
(數式16-2)Ia*=(VthA/Vcap)．II*…(16-2)
在上述之數式(16-2)中，必須恆常地觀測蓄電裝置17之兩端電壓值Vcap，並執行除法運算。為了省去蓄電裝置17之兩端電壓值Vcap的檢測部，且省略計算複雜的除法運算，故以預先設定之代用兩端電壓值Vcfix來代替蓄電裝置17之兩端電壓值Vcap。當使用代用兩端電壓值Vcfix時，上述之數式(16-2)會成為下述之數式(16-3)。
(數式16-3)Ia*=(VthA/Vcfix)．I1*…(16-3)
代用兩端電壓值Vcfix並無特別限制，例如，可使用蓄電裝置17之兩端電壓值Vcap所能取得之最低值。在將代用 兩端電壓值Vcfix設為兩端電壓值Vcap的最低值時，雖然蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊會成為比本來的值還大的值，但由於充放電電路15之損失與充電電流指令值產生部4之PID控制的反饋(feedback)功能，可作為蓄電裝置側充電電流指令值而充分地發揮功能。
因此，再生時控制部3內之充電電流指令值換算部7係包括用以儲存預先設定於充電電流指令值換算部7內之代用兩端電壓值Vcfix之倒數1/Vcfix的代用兩端電壓值儲存部，計算該倒數、從充電電流指令值產生部4輸入之直流母線側充電電流指令值I1＊、從再生時電力/電壓換算部6輸入之再生時電壓臨限值VthA之3個值的積(上述之數式(16-3))，產生蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊。屬於充電電流指令值換算部7之輸出的蓄電裝置側充電電流指令值Ia＊係輸出至電流指令值統合部22。
以上說明之本實施形態的交流馬達驅動系統係包括：供給直流電力之換流器；將前述直流電力變換為交流電力之逆變器；連接前述換流器與前述逆變器之直流母線；藉由前述交流電力驅動之交流馬達；檢測前述換流器之輸出側之直流母線電壓值的直流電壓值檢測手段；從前述直流母線受到前述直流電力充電，且將充電後的直流電力對前述直流母線放電之蓄電裝置；與前述逆變器並聯連接於前述直流母線，且連接於前述直流母線與前述蓄電裝置之間，使前述蓄電裝置進行充放電的充放電電路；檢測前述蓄電裝置的充放電電流值之充放電電流值檢測手段：及以前述直流母線電壓值與前述充放電電流值為依據而輸出用以控制前述逆變器之控制信號的充放電控制手段；前述充放電 控制手段在來自前述交流馬達的再生電力之經由前述逆變器的再生電力超過預先設定之電力臨限值時，使前述蓄電裝置充電以使前述直流母線電壓值成為與前述電力臨限值對應之電壓臨限值，且使對於前述蓄電裝置之充電開始時的充電電流從以前述直流母線之直流母線電壓值為依據的充電電流值開始。
此外，對於前述蓄電裝置之充電開始時的前述充電電流值可以前述直流母線電壓值之充電開始時的變化量為依據。
進而，前述充放電控制手段具有與前述直流母線電壓值和前述電壓臨限值對應的積分控制手段、比例積分控制手段或比例積分微分控制手段，對於前述積分控制手段、前述比例積分控制手段或前述比例積分微分控制手段內的積分成分，設定對前述蓄電裝置之充電開始時與前述充電開始時的前述直流母線電壓值對應的值即可。
本實施形態之交流馬達驅動系統可達成下述效果。再者，第12圖(a)至(c)分別為顯示再生電力Pload(t)、直流母線側充電電流指令值I1i＊、再生時電流指令值微分成分值I1d＊之時間變化的圖。
第1，藉由再生時電流指令值積分成分初期值Iinit之導入，在急劇的再生電力開始產生時，習知構成中只會產生如第12圖(b)以虛線所示之響應延遲的再生時電流指令值積分成分值I1i＊，相對於此，在本實施形態之交流馬達驅動系統中，可獲得如第12圖(b)中以實線所示之響應迅速的再生時電流指令值積分成分值I1i＊，且可獲得響應性良好的控制信號。
第2，藉由使再生時電流指令值積分成分初期值Iinit 被產生成與再生動作開始時之直流母線側充電電流指令值I1＊對應的值，由於可防止不必要地使用較大值的再生時電流指令值積分成分初期值的情形，故可防止於再生動作開始時從系統電源進行不必要的電力供給的情形。
第3，藉由使再生時電流指令值積分成分初期值產生部42恆常地動作，於緊接著再生動作開始時之後以外的時間中，即使再生時電力補償動作開始信號Sa成為有效，且再生時電流指令值積分成分值I1i＊被置換為再生時電流指令值積分成分初期值Iinit，亦可防止再生時電流指令值積分成分值I1i＊產生大幅變化的情形，且可獲得連續性良好的控制信號。因此，可使蓄電裝置17及充放電電路15內的電抗器之元件長壽化。
第4，於再生時電流指令值積分成分初期值產生部42產生再生時電流指令值積分成分初期值Iinit時，由於僅使用直流母線電壓值Vdc作為觀測值，故不需設置有大電流流動之直流母線12的電流值檢測部，可使交流馬達驅動系統之成本(cost)低廉化，且藉由縮小容積及廢除安裝構件而省資源化，此外，還可避免由於電流值檢測部之磁束飽和而導致無法控制之危險性。
第5，形成為使再生時電流指令值微分成分產生部47的輸入不經過第1切換部44之構成，藉此，由於再生時電流指令值微分成分值I1d＊的產生不需等待再生時電力補償動作控制部5的再生時電力補償動作旗標Fa的產生，故可緊接著再生電力開始產生後而產生再生時電流指令值微分成分值I1d＊，可使有效的控制信號緊接著再生補償動作開始後產生。
再者，由於再生時電流指令值微分成分值I1d＊(第 12圖(c))對於直流母線側充電電流指令值I1＊(第12圖(b)之粗的實線)的幫助有限且為小規模，故在從充電電流值產生部4去掉再生時電流指令值微分成分產生部47後的構成中，仍能獲得可達成上述第1到第4效果之交流馬達驅動系統。但是，此時的直流母線側充電電流指令值輸出部48內的三輸入加法器481被置換為二輸入加法器。
進而，若在穩態誤差所容許的範圍內，即使從充電電流指令值產生部4省略第1限幅器45與再生時電流指令值微分成分產生部47兩者，亦可獲得可達成上述第1到第4之效果的交流馬達驅動系統。但是，此時，亦省略直流母線側充電電流指令值輸出部48內的三輸入加法器481。
再者，於第1圖中，由於是假設充放電電路15為單相的截波器之情況，故顯示充放電電流值檢測部19僅存在1個的情況。在抑制蓄電裝置17之充放電電流的漣波(ripple)之目的下，亦可以複數相亦即n相的截波器(n為2以上的整數)來構成充放電電路15。當以n相截波器構成充放電電路15時，蓄電裝置17之充放電電流的漣波可減低到1/n，且伴隨於此可抑制蓄電裝置17之發熱，故可使蓄電裝置17的壽命延長。在以n相的截波器來構成充放電電路15時，係搭載1以上且n以下之m個充放電電流檢測部，將m個充放電電流值輸入至充放電控制部2內的控制信號產生部23，計算蓄電裝置17之充放電電流Ic而使用。
此外，以n相的截波器構成充放電電路15，藉此可抑制每1相的充放電電流，故充放電電流對於屬於充放電控制部2之輸出的控制信號的響應迅速。因此，充電電流對於再生動作 開始時之控制信號的響應比單相之截波器的情況提升。
再者，亦可使第1圖所示之構成更具備補充電控制部，該補充電控制部係在交流馬達16未實施動力運轉動作也未實施再生動作的期間、或交流馬達16之動力運轉動作時的電力或再生動作時的電力未達預先設定之臨限值時，產生為了將所期望的電力充放電至蓄電裝置17而使充放電電路15動作的控制信號。相反地，在不需於動力運轉時抑制來自換流器11之供給電力時，亦可形成為不存在有本實施形態中說明之動力運轉時控制部21與電流指令值統合部22的構成。
再者，在本實施形態中，雖就充放電控制部2由各種硬體(hardware)的組合構成之形態進行說明，但本發明並不限定於此。亦即，充放電控制部2內的各構成之一部分或全部亦可藉由可置換之軟體(software)來實現。
實施形態2.
第13圖係顯示本發明之交流馬達驅動系統之實施形態2整體的方塊圖。第13圖所示之交流馬達驅動系統1a係包含充放電控制部2a、換流器11、平滑電容器13、逆變器14、充放電電路15、交流馬達16、蓄電裝置17、直流電壓值檢測部18、充放電電流值檢測部19、及交流電壓值檢測部8。亦即，第13圖所示之交流馬達驅動系統1a與第1圖所示之交流馬達驅動系統1的不同點在於包含交流電壓值檢測部8。
交流電壓值檢測部8係檢測屬於在連接於換流器11之系統電源10側的系統電源線間之電壓值的交流電壓值Vac，並輸出至充放電控制部2a。再者，在本實施形態中，對與實施形 態1相同或同等的手段使用相同名稱與符號，並省略說明。
輸入至換流器11之系統電源的交流電壓值Vac係由於從系統電源10到換流器11之配線長度而有所不同。此外，在複數個交流馬達驅動系統連接於相同的系統電源時，輸入至一個交流馬達驅動系統之換流器11的交流電壓值Vac係由於其他交流馬達驅動系統之運作狀態(繁忙或閒暇)而變動。而且，當換流器11之交流電壓值Vac變動時，屬於換流器11之輸出的直流母線12的電壓值Vdc也會變動。
本實施形態之交流馬達驅動系統1a即使換流器11之交流電壓值Vac產生變動，亦可將經由換流器11而再生的再生電力抑制在預先設定之再生時電力臨限值PthA。
第14圖係顯示平滑電容器13之靜電電容值為C且固定，且交流電壓值Vac變動時，交流馬達16的再生動作之直流母線電壓值Vdc與換流器11之再生電力| Pcnv(t) |之關係的圖。第14圖中，設為Vac1<Vac0<Vac2，且以粗的實線顯示直流母線電壓值Vdc為Vac0時之| Pcnv(t) |與電壓值Vdc的關係。同樣地，在直流母線電壓值Vdc為Vac1、Vac2時，係以第14圖之虛線顯示。第14圖所示之粗的實線與2條虛線係處於大致平行移動的關係。
由第14圖可得知，即使將換流器11所再生之電力抑制為PthA，仍然必須相對於Vac=Vac0時之再生電壓臨限值VthA為VthA_0而將Vac=Vac1時之再生電壓臨限值VthA為VthA_1，並將Vac=Vac2時之再生電壓臨限值VthA為VthA_2。
因此，在本實施形態中，係將在交流電壓值檢測部 8檢測到之交流電壓值Vac輸入至充放電控制部2a內的再生時控制部3內的再生時電力/電壓換算部6。本實施形態之再生時電力/電壓換算部6係例如對應於平滑電容器13之靜電電容值C而具備如第14圖所示之與不同交流電壓值對應的LUT。此外，本實施形態之再生時電力/電壓換算部6係利用平滑電容器13之靜電電容值為相同值C時由於不同交流電壓值而導致電壓值Vdc與| Pcnv(t) |的關係處於大致平行移動後之關係的情形。亦即，再生時電力/電壓換算部6僅將Vac=Vac0時之關係儲存為LUT或近似式，再生時電力/電壓換算部6內之變換部的輸出係成為第14圖中之VthA_0。然後，對於該VthA_0進行下述之數式(17)所示之運算，亦即，對VthA_0乘以常數Ka/Vac0，進而，乘以來自交流電壓檢測部8之交流電壓值Vac，而獲得再生時電壓臨限值VthA。
(數式17)VthA=(Ka/Vac0)．Vac．VthA_0…(17)
但是，上述之數式(17)所示之常數Ka係表示相對於作為交流電壓值Vac之基準的電壓值Vac0之變化率的常數，亦即表示第14圖之曲線的平行移動之比率的常數。
再生時電力/電壓換算部6的輸出係與實施形態1同樣地輸出至充電電流指令值產生部4、再生時電力補償動作控制部5及充電電流指令值換算部7。再者，亦可將對VthA_0乘以常數Ka/Vac0後的資料(data)儲存於本實施形態之再生時電力/電壓換算部6內的變換手段。
此外，根據本實施形態，不但具有實施形態1之效果，而且即使在屬於換流器11之輸入側的系統電源線間之電壓值 的交流電壓值Vac有所變動時，亦可不設置直流母線電流量檢測手段，而將經由換流器11而再生之再生電力抑制為預先設定之臨限值PthA。
第15圖係顯示本實施形態之充放電控制部2a的方塊圖。如第15圖所示，為了抑制與動力運轉動作相關之電力峰值，亦可在與系統電源10之交流電壓值Vac之變動對應的目的之下，將交流電壓值Vac輸入至動力運轉時控制部21。
以上說明之本實施形態的交流馬達驅動系統係包括：換流器，將交流電力變換為直流電力；逆變器，將前述直流電力變換為與輸入前述換流器之交流電力不同的交流電力；直流母線，連接前述換流器與前述逆變器；交流馬達，藉由屬於前述逆變器之輸出的交流電力驅動；直流電壓值檢測手段，檢測前述換流器之輸出側之直流母線電壓值；蓄電裝置，從前述直流母線受到前述直流電力充電，且將充電後的直流電力對前述直流母線放電；充放電電路，與前述逆變器並聯連接於前述直流母線，且連接於前述直流母線與前述蓄電裝置之間，使前述蓄電裝置進行充放電；充放電電流值檢測手段，檢測前述蓄電裝置的充放電電流值；交流電壓值檢測手段，檢測前述換流器之輸入側的交流電壓值；及充放電控制手段，以前述直流母線電壓值、前述充放電電流值及前述交流電壓值為依據而輸出用以控制前述逆變器之控制信號；前述充放電控制手段在來自前述交流馬達的再生電力之經由前述逆變器的再生電力超過預先設定之電力臨限值時，以使前述直流母線電壓值成為與前述電力臨限值和前述交流電壓值對應之電壓臨限值的方式使前述蓄電裝置充電，且使對於前述蓄電 裝置之充電開始時的充電電流從以前述直流母線電壓值與前述交流電壓值為依據的充電電流值開始。
此外，對於前述蓄電裝置之充電開始時的前述充電電流值可以前述直流母線電壓值之充電開始時的變化量與前述交流電壓值為依據。
另外，前述充放電控制手段具有與前述直流母線電壓值和前述電壓臨限值對應的積分控制手段、比例積分控制手段或比例積分微分控制手段，對於前述積分控制手段、前述比例積分控制手段或前述比例積分微分控制手段內的積分成分，設定於對前述蓄電裝置之充電開始時與前述充電開始時的前述直流母線電壓值對應的值即可。
再者，本實施形態之充放電控制部2a內的各構成之一部分或全部，亦可藉由可置換的軟體來實現。
(產業上的可利用性)
如以上所述，本發明之交流馬達驅動系統可應用於包含與系統電源連接而動作之交流馬達的交流馬達驅動系統。
1‧‧‧交流馬達驅動系統
2‧‧‧充放電控制部
10‧‧‧系統電源
11‧‧‧換流器
12‧‧‧直流母線
12a‧‧‧高電位側直流母線
12b‧‧‧低電位側直流母線
13‧‧‧平滑電容器
14‧‧‧逆變器
15‧‧‧充放電電路
16‧‧‧交流馬達
17‧‧‧蓄電裝置
18‧‧‧直流電壓值檢測部
19‧‧‧充放電電流值檢測部

Claims (5)

  1. 一種交流馬達驅動系統，係包括：換流器，供給直流電力；逆變器，將前述直流電力變換為交流電力；直流母線，連接前述換流器與前述逆變器；交流馬達，藉由前述交流電力驅動；直流電壓值檢測手段，檢測前述換流器之輸出側之直流母線電壓值；蓄電裝置，從前述直流母線受到前述直流電力充電，且將充電後的前述直流電力對前述直流母線放電；充放電電路，與前述逆變器並聯連接於前述直流母線，且連接於前述直流母線與前述蓄電裝置之間，使前述蓄電裝置進行充放電；充放電電流值檢測手段，檢測前述蓄電裝置的充放電電流值；及充放電控制手段，以前述直流母線電壓值與前述充放電電流值為依據而輸出用以控制前述逆變器之控制信號；前述充放電控制手段在來自前述交流馬達的再生電力之經由前述逆變器的再生電力超過預先設定之電力臨限值時，以使前述直流母線電壓值成為與前述電力臨限值對應之電壓臨限值的方式使前述蓄電裝置充電，且使對於前述蓄電裝置之充電開始時的充電電流從以前述直流母線之直流母線電壓值為依據的充電電流值開始。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之交流馬達驅動系統，其中 對於前述蓄電裝置之充電開始時的前述充電電流值係以前述直流母線電壓值之充電開始時的變化量為依據。
  3. 一種交流馬達驅動系統，係包括：換流器，將交流電力變換為直流電力；逆變器，將前述直流電力變換為與輸入前述換流器之交流電力不同的交流電力；直流母線，連接前述換流器與前述逆變器；交流馬達，藉由屬於前述逆變器之輸出的交流電力驅動；直流電壓值檢測手段，檢測前述換流器之輸出側之直流母線電壓值；蓄電裝置，從前述直流母線受到前述直流電力充電，且將充電後的前述直流電力對前述直流母線放電；充放電電路，與前述逆變器並聯連接於前述直流母線，且連接於前述直流母線與前述蓄電裝置之間，使前述蓄電裝置進行充放電；充放電電流值檢測手段，檢測前述蓄電裝置的充放電電流值；交流電壓值檢測手段，檢測前述換流器之輸入側的交流電壓值；及充放電控制手段，以前述直流母線電壓值、前述充放電電流值及前述交流電壓值為依據而輸出用以控制前述逆變器之控制信號；前述充放電控制手段在來自前述交流馬達的再生電力之經由前述逆變器的再生電力超過預先設定之電力臨限值時，以 使前述直流母線電壓值成為與前述電力臨限值和前述交流電壓值對應之電壓臨限值的方式使前述蓄電裝置充電，且使對於前述蓄電裝置之充電開始時的充電電流從以前述直流母線電壓值與前述交流電壓值為依據的充電電流值開始。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之交流馬達驅動系統，其中對於前述蓄電裝置之充電開始時的前述充電電流值係以前述直流母線電壓值之充電開始時的變化量與前述交流電壓值為依據。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之交流馬達驅動系統，其中前述充放電控制手段具有與前述直流母線電壓值和前述電壓臨限值對應的積分控制手段、比例積分控制手段或比例積分微分控制手段；對於前述積分控制手段、前述比例積分控制手段或前述比例積分微分控制手段內的積分成分，設定對前述蓄電裝置之充電開始時對應於前述充電開始時的前述直流母線電壓值的值。
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