JP2009022060A

JP2009022060A - Controller of ac electric motor

Info

Publication number: JP2009022060A
Application number: JP2007180415A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kondo; 近藤　　猛
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller which can be miniaturized and reduce heat generation. <P>SOLUTION: A regenerative control switch 9 is provided between a neutral point of a primary winding 7a of an AC electric motor 7 and an N-pole of an inverter 6. A voltage of the DC side of the inverter 6 is detected by a voltage detecting means (not shown). When the voltage of the DC side of the inverter 6 becomes not lower than a reference value, it is determined that regenerative operation occurs and the regenerative control switch 9 is turned on and switching elements of an upper arm of the inverter 6 are turned on, a zero-phase current as a regenerative current is applied between the neutral point of the primary winding 7a of the AC electric motor 7 and the inverter 6 and regenerative power is consumed by the zero-phase current and a resistor 7b of the primary winding 7a. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、交流電動機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an AC motor.

交流電動機を電圧形インバータで運転する場合、回生負荷時にはその電力を消費するための装置が必要になる。このような消費装置としては、回生電力を電源に戻す装置や回生電力を回生抵抗（ＤＢＲ）で消費する装置が使用されている。特に、回生抵抗を使用する装置については、比較的簡単に制御することができ、かつ安価であるため、産業分野で広く普及している。この方式は、回生負荷時の直流電圧の上昇を検出し、直流部に設けたスイッチング素子（ＩＧＢＴ等）を制御して回生抵抗に流れる電流により回生電力を発熱消費するものである。 When an AC motor is operated by a voltage source inverter, a device for consuming the electric power at the time of regenerative load is required. As such a consumption device, a device that returns regenerative power to a power source or a device that consumes regenerative power with a regenerative resistor (DBR) is used. In particular, a device using a regenerative resistor is widely used in the industrial field because it can be controlled relatively easily and is inexpensive. In this method, an increase in DC voltage at the time of a regenerative load is detected, and a switching element (IGBT or the like) provided in the DC section is controlled to regenerate and consume regenerative power by a current flowing through the regenerative resistor.

図３は従来の回生抵抗を有する交流電動機の制御装置の回路構成を示し、１は三相交流電源、２はダイオードブリッジからなる整流器、３は整流器２の直流側に接続され、中間直流電圧を平滑する平滑コンデンサであり、同じく整流器２の直流側には回生抵抗４とスイッチング素子５との直列回路が設けられている。６は直列回路の交流電動機（誘導電動機）７側に設けられたスイッチング素子のブリッジ回路からなるインバータであり、スイッチング素子と逆並列に環流ダイオードが接続されている。インバータ６の交流側には交流電動機７が接続されている。７ａは交流電動機７の一次巻線であり、７ｂはその抵抗である。 FIG. 3 shows a circuit configuration of a conventional control apparatus for an AC motor having a regenerative resistor. 1 is a three-phase AC power source, 2 is a rectifier composed of a diode bridge, 3 is connected to the DC side of the rectifier 2, and an intermediate DC voltage is supplied. A smoothing capacitor for smoothing, and a series circuit of a regenerative resistor 4 and a switching element 5 is also provided on the DC side of the rectifier 2. Reference numeral 6 denotes an inverter composed of a bridge circuit of switching elements provided on the AC motor (induction motor) 7 side of the series circuit, and a freewheeling diode is connected in reverse parallel to the switching elements. An AC motor 7 is connected to the AC side of the inverter 6. 7a is the primary winding of the AC motor 7, and 7b is its resistance.

前記構成において、交流電動機７の駆動時には三相交流電源１が整流器２により整流されて直流に変換され、平滑コンデンサ３により平滑された後、インバータ６により三相交流に変換され、交流電動機７に供給され、交流電動機７は駆動される。又、交流電動機７の制動時にはインバータ６を介して中間直流回路に回生電力が供給される。この回生電力により中間直流電圧が所定値以上に上昇したことを電圧検出器（図示せず）により検出した場合には、スイッチング素子５をオンすることにより、回生電力を回生抵抗４により発熱消費する。 In the above configuration, when the AC motor 7 is driven, the three-phase AC power source 1 is rectified by the rectifier 2 and converted to DC, smoothed by the smoothing capacitor 3, and then converted to three-phase AC by the inverter 6, Then, the AC motor 7 is driven. Further, when the AC motor 7 is braked, regenerative power is supplied to the intermediate DC circuit via the inverter 6. When a voltage detector (not shown) detects that the intermediate DC voltage has risen to a predetermined value or more due to this regenerative power, the regenerative power is generated and consumed by the regenerative resistor 4 by turning on the switching element 5. .

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
特開２００５−１８４９７４号公報特開２００７−６０８５２号公報 The prior art document information related to the invention of this application includes the following.
JP 2005-184974 A JP 2007-60852 A

しかしながら、図３に示した従来の交流電動機の制御装置においては、回生電力量が大きい場合には、回生抵抗が大きくなり、装置小型化の障害となった。また、回生抵抗４は発熱するため、このような装置を電気室等に収納する場合、熱的に考慮する必要があり、面倒であった。 However, in the conventional AC motor control device shown in FIG. 3, when the amount of regenerative power is large, the regenerative resistance increases, which is an obstacle to downsizing the device. Moreover, since the regenerative resistor 4 generates heat, it is troublesome to thermally consider such a device when it is housed in an electric room or the like.

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、回生抵抗を無くして装置の小形化を可能とするとともに、発熱をあまり考慮する必要がない交流電動機の制御装置を得ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a control device for an AC motor that eliminates regenerative resistance, enables downsizing of the device, and does not require much consideration of heat generation. For the purpose.

この発明の請求項１に係る交流電動機の制御装置は、直流電源にインバータを介して交流電動機を接続した交流電動機の制御装置において、インバータの直流側の電圧を検出する電圧検出手段と、交流電動機の一次巻線の中性点とインバータのＮ極との間に設けられ、インバータの直流側電圧が基準値以上になった場合にオンする回生制御スイッチと、インバータの直流側電圧が基準値以上になった場合に回生制御スイッチのオンと同時にインバータの上アームの各スイッチング素子をオンさせ、交流電動機の一次巻線の中性点とインバータの上アームの各スイッチング素子との間に回生電流としての出力零相電流を流させる手段とを備えたものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an AC motor control device comprising: a DC power source connected to an AC motor via an inverter; a voltage detection means for detecting a voltage on the DC side of the inverter; and the AC motor. Regenerative control switch that is provided between the neutral point of the primary winding of the inverter and the N pole of the inverter, and turns on when the inverter DC side voltage exceeds the reference value, and the inverter DC side voltage exceeds the reference value When the regenerative control switch is turned on, each switching element of the upper arm of the inverter is turned on simultaneously as a regenerative current between the neutral point of the primary winding of the AC motor and each switching element of the upper arm of the inverter. Means for causing the output zero-phase current to flow.

請求項２に係る交流電動機の制御装置は、インバータの交流側の各相に電流検出手段を設け、回生時にこの電流検出手段によりインバータに流れる零相電流を検出するようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for an AC motor, wherein current detection means is provided in each phase on the AC side of the inverter, and the zero-phase current flowing through the inverter is detected by the current detection means during regeneration.

以上のようにこの発明の請求項１によれば、インバータの直流側の電圧を検出し、この電圧が基準値以上になったことにより回生電力が生じたことを検出し、回生制御スイッチ及びインバータの上アームの各スイッチング素子をオンし、交流電動機の一次巻線の中性点とインバータとの間に零相電流を流し、零相電流と交流電動機の一次巻線抵抗とにより回生電力を消費する。従って、回生抵抗を無くすことができ、装置を小形化することができるとともに、発熱を減少させることができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the voltage on the DC side of the inverter is detected, and it is detected that the regenerative power is generated when the voltage exceeds the reference value. Each switching element of the upper arm is turned on, a zero-phase current flows between the neutral point of the primary winding of the AC motor and the inverter, and regenerative power is consumed by the zero-phase current and the primary winding resistance of the AC motor. To do. Therefore, regenerative resistance can be eliminated, the apparatus can be miniaturized, and heat generation can be reduced.

請求項２によれば、インバータの交流側の各相に電流検出手段を設けており、この電流検出手段により回生時の零相電流を検出することができ、過負荷、過電流保護を行うことができる。 According to claim 2, the current detection means is provided in each phase on the AC side of the inverter, and the zero-phase current at the time of regeneration can be detected by this current detection means, and overload and overcurrent protection are performed. Can do.

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態による交流電動機の制御装置の回路図及び別の回生制御スイッチ（ＤＢ２）の記号を示し、図２（ａ）〜（ｃ）はその動作波形図を示し、（ａ）は検出された直流電圧を示し、（ｂ）はインバータ６の各相の電圧指令信号とＰＷＭ制御のためのキャリア信号を示し、（ｃ）は各相及び回生制御スイッチ（ＤＢ１）９のゲートオン指令信号を示す。インバータ６は上アーム側のU相、V相、W相と下アーム側のX相、Y相、Z相の各スイッチング素子とこれに逆並列に接続された環流ダイオードからなる。インバータ６の交流側には交流電動機（誘導電動機）７が接続され、各相の接続線にはそれぞれ電流検出素子８が設けられる。交流電動機７の一次巻線７ａの中性点とインバータ６のＮ極との間には回生制御スイッチ（ＤＢ１）９が設けられ、回生制御スイッチ９はスイッチング素子とこれに逆並列に接続された環流ダイオードとからなる。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (a) and 1 (b) show a circuit diagram of a control device for an AC motor according to an embodiment of the present invention and symbols of another regenerative control switch (DB2). FIGS. 2 (a) to 2 (c) An operation waveform diagram is shown, (a) shows a detected DC voltage, (b) shows a voltage command signal of each phase of the inverter 6 and a carrier signal for PWM control, and (c) shows each phase and regeneration. A gate-on command signal of the control switch (DB1) 9 is shown. The inverter 6 includes U-phase, V-phase, W-phase on the upper arm side, and X-phase, Y-phase, and Z-phase switching elements on the lower arm side, and a free-wheeling diode connected in antiparallel thereto. An AC motor (induction motor) 7 is connected to the AC side of the inverter 6, and a current detection element 8 is provided for each phase connection line. A regenerative control switch (DB1) 9 is provided between the neutral point of the primary winding 7a of the AC motor 7 and the N pole of the inverter 6, and the regenerative control switch 9 is connected in reverse parallel to the switching element. It consists of a freewheeling diode.

次に、前記構成の動作について説明する。交流電動機７の駆動時においては、従来同様に駆動が行われる。交流電動機７の回生時においては、交流電動機７側から回生電力がインバータ６側に戻ってくる。これによって、インバータ６の直流側の電圧が上昇する。インバータ６の直流側には図示しない電圧検出手段が設けられており、インバータ６の直流側の電圧が基準値以上になったことを検出し、これを受けて図示しない制御手段は回生制御スイッチ９及びインバータ６の上アームのＵ，Ｖ，Ｗの各相のスイッチング素子をオンする。下アームのＸ，Ｙ，Ｚ相の各スイッチング素子は強制的にオフさせる。これによって、交流電動機７の一次巻線７ａの中性点とインバータ６のオンしたスイッチング素子との間に零相電流を流し、回生電力をこの零相電流と一次巻線７ａの抵抗７ｂとによって消費する。一次巻線抵抗７ｂは従来の回生抵抗と比べて非常に小さいので、瞬時回生電力を消費する時間は非常に短い。このため、基本波には殆ど影響がない。 Next, the operation of the above configuration will be described. When the AC motor 7 is driven, the drive is performed as in the conventional case. During regeneration of the AC motor 7, regenerative power returns from the AC motor 7 side to the inverter 6 side. As a result, the voltage on the DC side of the inverter 6 rises. A voltage detection means (not shown) is provided on the DC side of the inverter 6 and detects that the voltage on the DC side of the inverter 6 is equal to or higher than a reference value. And the switching element of each phase of U, V, W of the upper arm of the inverter 6 is turned on. The lower arm X, Y, and Z phase switching elements are forcibly turned off. As a result, a zero-phase current is caused to flow between the neutral point of the primary winding 7a of the AC motor 7 and the switching element in which the inverter 6 is turned on. Consume. Since the primary winding resistor 7b is very small compared to the conventional regenerative resistor, the time for consuming instantaneous regenerative power is very short. For this reason, there is almost no influence on the fundamental wave.

インバータ６の直流側の電圧が基準値未満、即ち通常レベルに復帰した際には、回生制御スイッチ９をオフさせるとともに、インバータ６の各スイッチング素子は通常のゲート動作をさせる。 When the voltage on the DC side of the inverter 6 is less than the reference value, that is, returns to the normal level, the regenerative control switch 9 is turned off, and each switching element of the inverter 6 performs a normal gate operation.

しかしながら、零相電流を流して回生電力を消費させる際には、過負荷、過電流保護装置が必要である。そこで、この実施最良形態においては、インバータ６の三相交流出力側の各相に設けられている各電流検出素子８をそのまま適用し、各電流検出素子８により零相電流を検出し、過負荷保護装置、過電流保護装置として利用しており、これらの装置を特別に設ける必要がない。 However, an overload and overcurrent protection device is required when the regenerative power is consumed by flowing the zero-phase current. Therefore, in this best embodiment, each current detection element 8 provided in each phase on the three-phase AC output side of the inverter 6 is applied as it is, and a zero-phase current is detected by each current detection element 8 to overload. It is used as a protection device and an overcurrent protection device, and it is not necessary to provide these devices specially.

以上のように、前記した実施最良形態によれば、回生電力をインバータ６の零相電流と交流電動機７の一次巻線抵抗７ｂとにより消費しており、回生抵抗を設ける必要がないので、装置を小形化することができる。又、回生抵抗が必要でないので、発熱を減少させることができる。さらに、インバータ６の三相交流側に設けられた電流検出素子８によりインバータ６の零相電流を検出しており、この電流検出素子８を過負荷保護装置、過電流保護装置として利用することにより、これらの装置を特別に設ける必要がない。 As described above, according to the above-described best embodiment, the regenerative power is consumed by the zero-phase current of the inverter 6 and the primary winding resistor 7b of the AC motor 7, and it is not necessary to provide a regenerative resistor. Can be miniaturized. Moreover, since no regenerative resistance is required, heat generation can be reduced. Further, the zero-phase current of the inverter 6 is detected by the current detection element 8 provided on the three-phase AC side of the inverter 6, and the current detection element 8 is used as an overload protection device and an overcurrent protection device. These devices do not need to be provided specially.

なお、回生制御スイッチとしては、図１（ｂ）に示すように、双方向導通制御可能な回生制御スイッチ１０を用いても良く、このようなものを用いれば交流回路上より良いものとなる。 As the regenerative control switch, as shown in FIG. 1B, a regenerative control switch 10 capable of bidirectional conduction control may be used. If such a regenerative control switch is used, the AC circuit is better.

この発明の実施最良形態による交流電動機の制御装置の回路図及びその逆阻止スイッチの記号を示す図である。It is a figure which shows the symbol of the circuit diagram of the control apparatus of the alternating current motor by this embodiment of this invention, and its reverse blocking switch. この発明の実施最良形態による交流電動機の制御装置の動作波形図を示す。The operation waveform diagram of the control device of the AC motor by the best mode of embodiment of this invention is shown. 従来の回生抵抗を有する交流電動機の制御装置の回路図である。It is a circuit diagram of the control apparatus of the alternating current motor which has the conventional regenerative resistance.

Explanation of symbols

１…三相交流電源
２…整流器
６…インバータ
７…交流電動機
７ａ…一次巻線
７ｂ…抵抗
８…電流検出素子
９，１０…回生制御スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-phase alternating current power supply 2 ... Rectifier 6 ... Inverter 7 ... AC motor 7a ... Primary winding 7b ... Resistance 8 ... Current detection element 9, 10 ... Regenerative control switch

Claims

In an AC motor control device in which an AC motor is connected to a DC power source via an inverter, voltage detection means for detecting a voltage on the DC side of the inverter, a neutral point of the primary winding of the AC motor, and an N pole of the inverter A regenerative control switch that is provided between the inverter and turns on when the inverter's DC side voltage exceeds the reference value, and when the inverter's DC side voltage exceeds the reference value, AC motor control characterized by comprising means for turning on each switching element of the arm and causing an output zero-phase current as a regenerative current to flow between the neutral point of the primary winding of the AC motor and the inverter apparatus.

2. The control apparatus for an AC motor according to claim 1, wherein a current detection means is provided in each phase on the AC side of the inverter, and a zero-phase current flowing through the inverter is detected by the current detection means during regeneration.