JP2008172904A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】速度検出手段9でフリーラン速度ωeが検出された時点における電力変換器2への電圧指令である第1の電圧指令Vd1、Vq1から、フリーラン速度ωeに応じて設定される第2の電圧指令Vd2、Vq2への移行制御を、フリーラン状態にある誘導機1の回路定数で定まる2次時定数Ts=Ls/Rsの一次遅れ伝達制御で行う電圧指令切替手段4を備えた。
【選択図】図1
Description
もし、電圧位相および振幅に差があれば、電力変換装置に大きな電流が流れ、周波数に差があれば、誘導回転機に急激なトルクを発生させることになる。
この為、従来から何らかの手段により検出した回転速度に基づき、電力変換器(インバータ)の周波数を、検出した回転数に見合う周波数に固定し、電圧を通常運転時に戻すために、周波数に対応する電圧に向かって徐々に増大させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
起動指令に基づき誘導機にトルクを発生させない条件でフリーラン状態にある誘導機の速度であるフリーラン速度を検出する速度検出手段、誘導機の所定の運転制御特性に基づきフリーラン速度に応じて設定される第2の電圧指令を演算する第2の電圧指令演算手段、および電力変換器を再起動し電力変換器への電圧指令を、速度検出手段でフリーラン速度が検出された時点における電力変換器への電圧指令である第1の電圧指令から第2の電圧指令への移行制御を行う手段であって、電圧指令の移行をフリーラン状態にある誘導機の回路定数で定まる2次時定数の一次遅れ伝達制御で行う電圧指令移行手段を備えたものである。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電力変換装置を示す構成図である。直流を任意の周波数の交流に変換する電力変換器2は、誘導回転機である誘導機1に三相の電圧を印加する。
交流側の電流検出手段3a、3b、3cは、誘導機1に流れる相電流iu、iv、iwを検出する。図1は、交流側の電流検出手段3として、電力変換器2と誘導機1とを接続する結線を流れる電流をCT等により検出するものを記載しているが、他の公知の手法を用いて、母線電流など電力変換器2内部に流れる電流から相電流を検出してもよい。
また、iu+iv+iw=0の関係が成立するので、u、v2相分の検出電流からw相の電流を求めることもできるので、w相の電流検出手段3cを省略してもよい。
この位相演算手段7は、所定の角周波数ωを積分し位相θとして第1の電圧指令演算手段5内部にある三相/dq軸変換手段10と電圧指令切替手段4内のdq軸/三相変換手段15とへ出力する。
以下、各部分を詳細に説明する。
速度検出手段9は、出力電圧の角周波数に同期して回転する回転二軸(d−q軸)上のd軸電圧からd軸抵抗電圧降下を減算した値に基づいて磁束振幅を演算し、q軸電圧からq軸抵抗電圧降下を減算した値を上記磁束振幅で除算してフリーラン中の誘導機の角周波数ωを演算する。
なお、図では、速度検出手段9から出力する角周波数は、後述する角周波数発生手段29から出力される角周波数ωと区別する意味で、ωeの符号を使用しているが、以下の算出根拠を説明する式上では、単に、ωと称している。
そこで、図2に示すように、速度検出手段9は、抵抗値ゲイン(掛算器)17d、減算器14d、積分器18によって、(4)式右辺の演算を行い、抵抗値ゲイン(掛算器)17q、減算手段14q、除算器19によって、(5)式右辺の演算を行って角周波数ω(ωe)を求めている。
このようにして得た角周波数ωに同期して回転するように回転二軸(d-q軸)を定めたので、d軸方向と電機子磁束の方向とを一致させ、q軸電機子磁束φq=0を保つことができる。
そして、q軸電流指令iq*は零に設定することにより、q軸電流iqを零に保つことができ、不要なトルクを発生させることなく、フリーラン中の誘導機1の速度検出ができる効果がある。なお、d軸電流指令id*には、所定の値を与えればよく、例えば、所定の値を有するステップ状または一次遅れの特性で与えてもよい。
この時間の具体的な設定例としては、例えば、30ms〜100ms程度に設定することが考えられる。下限値の30msは、(6)、(7)式で示す電流制御手段16の電流制御応答を考慮し、定常解を得るための必要時間から設定されている。
上限値の100msは、速度の検出は、誘導機1の二次側に電流を流さない状態で行う必要があり、この為、誘導機1の回路定数で求まる、詳しくは後述する2次時定数以下の時間に留めるべきことからこの上限値が設定されている。
図5は、起動信号と切替条件信号との関係の一例を示す図である。
図7の電圧指令切替手段4は、減算器14d、14q、加算器12d、12q、切替器13d、13q、一次遅れ伝達手段11d、11q、およびdq軸/三相変換手段15で構成される。
起動信号が入力されてから第1の電圧指令演算手段選択時間設定手段28で設定された所定の時間が経ったら(図8の時刻t2)、切替条件信号がONとなり、電圧指令切替手段4は、切替器13qが上側にスイッチが切り替わり、第2の電圧指令演算手段6で演算されたVq2からVq1を減算器14qにより減算し、減算した値を一次遅れ伝達手段11qにより誘導機1の1次時定数(1次インダクタンス/1次抵抗)を2次時定数Tsとした一次遅れを通して出力し、その値に第1の電圧指令Vq1を加算器12qで加算した値をq軸電圧指令Vqとして出力する。
右辺の第2項
そのため、次に、
従って、本発明は、誘導機が停止またはフリーラン中の如何にかかわらず、最短の時間でトルクショック無しに誘導機を再起動する電力変換装置を提供することができる効果がある。
図13は、この発明の実施の形態2の電力変換装置の構成例を示す構成図である。なお、先の第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
ここでは、電圧指令の移行処理を、電圧振幅指令をその移行対象に行う。そのため、第1の電圧振幅指令演算手段25、第2の電圧振幅指令演算手段24、電圧振幅指令切替手段22、および三相電圧指令演算手段23を備えている。以下、これらを中心に説明する。
先の実施の形態例はいずれも、誘導機1の回転を直接検出する速度検出器を具備することなく、速度検出手段9により演算により速度、角周波数を求めていたが、速度検出器を用いて直接、速度、角周波数を求める場合にもこの発明は適用でき、以上で説明したと同様の効果を奏するものである。
この場合は、速度検出器によりフリーラン状態の角周波数を検出した時点では、電力変換器2の電圧は零であり、先の第1の電圧指令を零に設定し、これを初期値にして、電圧指令切替手段4または電圧振幅指令切替手段22により第2の電圧指令への移行処理を行うことになる。
4 電圧指令切替手段、5 第1の電圧指令演算手段、6 第2の電圧指令演算手段、
7 位相演算手段、8 切替条件設定手段、9 速度検出手段、
10 三相/dq軸変換手段、11,11d,11q,31 一次遅れ伝達手段、
12,12d,12q 加算器、13,13d,13q 切替器、
14,14d,14q 減算器、15 dq軸/三相変換手段、16 電流制御手段、
17 抵抗値ゲイン、18 積分器、19 除算器、20 掛算器、
21,27 V/fパターン、22 電圧振幅指令切替手段、
23 三相電圧指令演算手段、24 第2の電圧振幅指令演算手段、
25 第1の電圧振幅指令演算手段、26 三相正弦波発生手段、
28 第1の電圧指令演算手段選択時間設定手段、29 角周波数発生手段、
30 電圧指令移行時間設定手段。
Claims (10)
- 所定の電圧指令に基づき電圧を出力し誘導機を駆動する電力変換器を備え、上記電力変換器が出力を停止してフリーラン状態にある上記誘導機を、起動指令に基づき上記電力変換器を再起動し駆動状態に復帰させる電力変換装置において、
上記起動指令に基づき上記誘導機にトルクを発生させない条件でフリーラン状態にある上記誘導機の速度であるフリーラン速度を検出する速度検出手段、上記誘導機の所定の運転制御特性に基づき上記フリーラン速度に応じて設定される第2の電圧指令を演算する第2の電圧指令演算手段、および上記電力変換器を再起動し上記電力変換器への電圧指令を、上記速度検出手段で上記フリーラン速度が検出された時点における上記電力変換器への電圧指令である第1の電圧指令から上記第2の電圧指令への移行制御を行う手段であって、上記電圧指令の移行を上記フリーラン状態にある上記誘導機の回路定数で定まる2次時定数の一次遅れ伝達制御で行う電圧指令移行手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 上記速度検出手段は、上記起動指令に基づき上記誘導機にトルクを発生させない条件で上記電力変換器を再起動しその動作特性から上記フリーラン速度を演算により検出する速度演算手段であり、
上記電圧指令移行手段は、上記第1の電圧指令を、上記速度演算手段により上記フリーラン速度が検出された時点における上記電力変換器への電圧指令としたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 上記速度検出手段の出力に基づいて回転二軸座標(d−q軸)の位相θを演算する位相演算手段、上記誘導機の三相電流検出値を上記位相θに基づき回転二軸座標(d−q軸)のd軸電流id、q軸電流iqに変換する三相/dq軸変換手段、および上記d軸電流idおよびq軸電流iqが、それぞれ所定値に設定したd軸電流指令id*および零に設定したq軸電流指令iq*に追従するように回転二軸座標(d−q軸)の上記第1の電圧指令Vd1、Vq1を出力する第1の電圧指令演算手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。
- 上記速度検出手段は、上記第1の電圧指令Vd1から上記d軸電流idによるd軸抵抗電圧降下を減算した値に基づいて磁束振幅φdを演算し、上記第1の電圧指令Vq1から上記q軸電流iqによるq軸抵抗電圧降下を減算した値を上記磁束振幅φdで除算して上記フリーラン速度を演算することを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。
- 上記速度検出手段は、上記フリーラン状態にある上記誘導機の速度を直接検出する速度検出器であり、
上記電圧指令移行手段は、上記第1の電圧指令を零に設定することを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。 - 上記第2の電圧指令演算手段は、上記速度検出手段からの出力に同期して回転する回転二軸座標(d−q軸)の、所定値に設定したVd2および上記速度検出手段の出力と所定の電圧/周波数(V/f)パターンとに基づくVq2を上記第2の電圧指令として出力することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の電力変換装置。
- 上記電圧指令移行手段は、上記第2の電圧指令Vd2から上記第1の電圧指令Vd1を減算するd軸減算器、このd軸減算器の出力を入力してその上記2次時定数の一次遅れ特性を出力するd軸一次遅れ伝達手段、このd軸一次遅れ伝達手段の出力と上記第1の電圧指令Vd1とを加算するd軸加算器、上記速度検出手段で上記フリーラン速度が検出された時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの上記第1の電圧指令Vd1から上記d軸加算器の出力に切り替えて上記電力変換器へのd軸電圧指令Vdを出力するd軸電圧指令切替器、上記第2の電圧指令Vq2から上記第1の電圧指令Vq1を減算するq軸減算器、このq軸減算器の出力を入力してその上記2次時定数の一次遅れ特性を出力するq軸一次遅れ伝達手段、このq軸一次遅れ伝達手段の出力と上記第1の電圧指令Vq1とを加算するq軸加算器、および上記所定の切替時点でそれまでの上記第1の電圧指令Vq1から上記q軸加算器の出力に切り替えて上記電力変換器へのq軸電圧指令Vqを出力するq軸電圧指令切替器を備えたことを特徴とする請求項6記載の電力変換装置。
- 上記第2の電圧指令演算手段は、上記速度検出手段の出力と所定の電圧/周波数(V/f)パターンとに基づき上記第2の電圧指令として第2の電圧振幅指令V2を出力する第2の電圧振幅指令演算手段としたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の電力変換装置。
- 上記第1の電圧指令の電圧振幅を演算し第1の電圧振幅指令V1として出力する第1の電圧振幅指令演算手段を備え、
上記電圧指令移行手段は、上記第2の電圧振幅指令V2から上記第1の電圧振幅指令V1を減算する減算器、この減算器の出力を入力してその上記2次時定数の一次遅れ特性を出力する一次遅れ伝達手段、この一次遅れ伝達手段の出力と上記第1の電圧振幅指令V1とを加算する加算器、および上記速度検出手段で上記フリーラン速度が検出された時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの上記第1の電圧振幅指令V1から上記加算器の出力に切り替えて上記電力変換器への電圧振幅指令Vを出力する電圧指令切替器を備えたことを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。 - 上記誘導機が所定の速度指令に基づき制御される場合、
上記所定の速度指令から上記フリーラン速度を減算する減算器、この減算器の出力を入力してその上記2次時定数の一次遅れ特性を出力する一次遅れ伝達手段、この一次遅れ伝達手段の出力と上記フリーラン速度とを加算する加算器、および上記電圧指令移行手段で上記電力変換器への電圧指令が上記第2の電圧指令に移行した時点以降で設定された所定の切替時点でそれまでの上記フリーラン速度から上記加算器の出力に切り替えて上記速度指令を出力する速度指令切替器を備えた速度指令移行手段を設けたことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の電力変換装置。
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