JP2011072149A - Power supply regenerative control method and power supply regenerative control device for power supply regenerative converter - Google Patents
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Description
本発明は,モータ減速時等に発生する回生エネルギーを電源に回生する電源回生コンバータに関するもので,特に直流電源出力電圧の状態を監視することによって安価な電源回生コンバータを実現する電源回生コンバータの電源回生制御方法及び電源回生制御装置に関する。 The present invention relates to a power regenerative converter that regenerates regenerative energy generated during motor deceleration or the like to a power source, and in particular, a power source for a power regenerative converter that realizes an inexpensive power regenerative converter by monitoring the state of a DC power output voltage. The present invention relates to a regeneration control method and a power regeneration control device.
電源回生コンバータは,モータを可変速制御するインバータ装置と交流電源との間に配置され,モータが減速する時や,重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを電源に回生する装置である。 The power regenerative converter is placed between the inverter that controls the motor at a variable speed and the AC power supply. When the motor decelerates or is used for applications that support heavy objects, the motor moves down and stops. It is a device that regenerates the regenerative energy generated when the power is being used.
従来の電源回生コンバータは交流電源の電圧がモータを駆動するインバータの電源で,図2の電源回生コンバータ1の直流電圧出力である直流電源出力電圧よりも交流電源側の電圧が低い状態である時に電源回生を行う為,交流電源側の電圧を検出する必要が有り,且つ位相に同期させて回生エネルギーを回生する為,図2の交流電圧位相・波形検出部8が必要であった。交流電圧位相・波形検出部8は,交流電圧の0Vとなるゼロクロス点を検出する回路と交流電源の波高値を検出する回路が必要であった。(例えば,特許文献1参照)
The conventional power regenerative converter is an inverter power source that drives the motor when the voltage of the AC power source is lower than the DC power source output voltage that is the DC voltage output of the power source
従来の電源回生コンバータが必要としていた図2の前記交流電圧位相・波形検出部8の内,交流電源の波高値を検出する回路が不要で,回路が簡単になり,コストを下げながら,従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供する事に有る。
Of the AC voltage phase /
上記目的を達成する為に,本発明による電源回生コンバータは,モータを可変速制御するインバータ装置と交流電源との間に配置され,前記交流電源の電圧位相を検出する位相検出手段と,モータが減速する時や,重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する平滑コンデンサの端子電圧であり,前記電源回生コンバータの直流電圧出力でもある直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出手段と,前記直流電源出力電圧をスイッチングして前記交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと,前記交流電源の電圧位相を検出する前記位相検出手段によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出手段によって検出された検出信号に基づき前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を生成する回生信号生成手段とを備える電源回生コンバータにおいて,前記直流電源出力電圧を検出し,前記交流電源の電圧を推定し,前記交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする。 In order to achieve the above object, a power regeneration converter according to the present invention is disposed between an inverter device for variable speed control of a motor and an AC power supply, and includes a phase detection means for detecting a voltage phase of the AC power supply, and a motor. This is the terminal voltage of the smoothing capacitor that stores the regenerative energy generated when the motor is moving down and stopping when used for applications such as decelerating or supporting heavy objects. DC power supply output voltage detection means for detecting a DC power supply output voltage that is also a voltage output, a regenerative transistor that switches the DC power supply output voltage to perform a power regeneration operation on the AC power supply, and detects a voltage phase of the AC power supply Based on the detection signal detected by the phase detection means and the detection signal detected by the DC power supply output voltage detection means In a power regeneration converter comprising regeneration signal generating means for generating an on / off drive signal for a raw transistor, the DC power supply output voltage is detected, the voltage of the AC power supply is estimated, and the voltage on the AC power supply side is low It is characterized by performing power regeneration when estimated to be.
本発明によれば,交流電源の波高値を検出する回路が不要で,回路が簡単になり,コストを下げながら,従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供する事が可能となる。 According to the present invention, a circuit for detecting the peak value of an AC power supply is unnecessary, the circuit is simplified, and it is possible to provide a power regeneration function equivalent to that of a conventional power regeneration converter while reducing the cost. .
以下,本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1は,本発明を適用する電源回生コンバータの構成例を示すブロック図である。図1に示すように,電源回生コンバータ1は,モータを可変速制御するインバータ装置4と交流電源2との間に配置される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a power regeneration converter to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the
交流電源2はリアクトル5を介して電源回生コンバータ1に接続される。前記電源回生コンバータ1の直流電圧出力である直流電源出力電圧はインバータ装置4に接続される。
The AC power supply 2 is connected to the
電源回生コンバータ1内には,電源回生時に電流が流される回生トランジスタTr1〜Tr6が図1のように配置され,接続されている。なお,これらの回生トランジスタには力行時の交流電源電圧を整流する時や回生トランジスタのスイッチングに発生する逆起電圧により電流が流れるダイオードD1〜D6が図1のように配置・接続されている。
In the power
また,平滑コンデンサCは図1のように配置・接続され,前記ダイオードD1〜D6が整流した力行時の交流電源電圧を平滑する。モータが減速する時や,重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する役目も果たす。
平滑コンデンサCの両端は,直流電源出力電圧検出部7に接続され,直流電源出力電圧検出部7の出力端は,回生信号生成部6に接続されている。
Further, the smoothing capacitor C is arranged and connected as shown in FIG. 1, and smoothes the AC power supply voltage during power running rectified by the diodes D1 to D6. It also plays a role in accumulating regenerative energy that is generated when the motor decelerates or when the motor is moving down or stopped when it is used to support heavy objects.
Both ends of the smoothing capacitor C are connected to the DC power supply
リアクトル5と電源回生コンバータ1とが接続された端子には交流電圧位相検出部8が接続され,交流電圧位相検出部8の出力端は,回生信号生成部6に接続されている。回生信号生成部6の6つの出力端は,6つの回生トランジスタTr1〜Tr6の対応するベース端子に接続されている。
An AC voltage
上記構成において,回生トランジスタは,サイリスタ,GTOサイリスタ(Gate Turn Off Thyristor),MOS FET(電界効果トランジスタ),IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体と置き換えても良い。 In the above configuration, the regenerative transistor may be replaced with a semiconductor such as a thyristor, a GTO thyristor (Gate Turn Off Thyristor), a MOS FET (Field Effect Transistor), or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
以上の構成において,図3〜図5を参照して本発明を説明する。本発明では,従来必要としていた交流電源の波高値を検出する回路を不要とし,交流電源の電圧を推定する事により電源回生する。図3は図1の直流電源出力電圧検出部7で直流電源出力電圧をサンプリングし,その電圧によって電源回生動作を行なうかどうかを判断する為のフローチャートである。
In the above configuration, the present invention will be described with reference to FIGS. In the present invention, the circuit for detecting the peak value of the AC power supply, which has been conventionally required, is unnecessary, and the power supply is regenerated by estimating the voltage of the AC power supply. FIG. 3 is a flowchart for sampling the DC power supply output voltage by the DC power supply
まず,直流電源出力電圧検出部7で直流電源出力電圧を一定周期でサンプリングを行ない,その値をPNVFB_NOWとする。PNVFB_NOWと電源回生動作を行なうかどうかの閾値(PNVFB_FIR+Vrf)とを比較し,PNVFB_FIR+VrfよりもPNVFB_NOWが大きければ電源回生動作を行なうように図1の回生トランジスタTr1〜Tr6を駆動させる信号を出力する。
First, the DC power supply output
前記電源回生動作の閾値であるPNVFB_FIR+VrfのPNVFB_FIRは推定する交流電源電圧の波高値を示し,モータドライブ装置の電源が投入された当初は一定の値(例えばパラメータで設定しておく)を用い,その後,モータドライブ装置が駆動し始めれば,逐次直流電源出力電圧検出部7でサンプリングした直流電源出力電圧から推定して値が更新されていく。更新の方法については後述する。
PNFFB_FIR of PNFFB_FIR + Vrf, which is the threshold value of the power regeneration operation, indicates the peak value of the estimated AC power supply voltage, and uses a constant value (for example, set by a parameter) when the motor drive device is powered on. Thereafter, when the motor drive device starts to be driven, the value is updated by being estimated from the DC power supply output voltage sequentially sampled by the DC power supply output
Vrfは電源回生開始する電圧を設定する為の値で,パラメータで設定することも可能であるが,通常はPNVFB_FIRが当初の一定の値としてPNVFB_FIR+Vrfが電源回生コンバータ1で使用している部品が破損しないような一定値を設定しておけばよい。例えばPNVFB_FIRが交流電圧の波高値282V(200V×√2)として部品の最大定格電圧値が400Vであれば,部品の最大定格電圧値の95%を使用範囲として400V×0.95−282VがVrfとなり,Vrf=98Vに設定する。
Vrf is a value for setting the voltage at which power regeneration starts, and can also be set with a parameter. Normally, PNFFB_FIR + Vrf is used by the
次に,前記PNVFB_FIRの更新の方法について説明する。前述したようにモータドライブ装置の電源が投入された当初は一定の値を用いる(初期化を行なう)。(図4のS610) 次に,前記電源出力電圧検出部7でサンプリングされた8回の直流電源出力電圧PNVFB_NOWを用いて平均化処理を行い,その平均値をPNVFB_AVL1レジスタに格納する。(図4のS611) サンプリングする周期はできる限り短い一定時間毎に行なうのが良いが,コスト,モータドライブ装置保護などを考慮して決定する。
Next, a method for updating the PNFFB_FIR will be described. As described above, a constant value is used (initialization) when the motor drive device is powered on. (S610 in FIG. 4) Next, averaging is performed using the DC power supply output voltage PNFFB_NOW eight times sampled by the power supply
ここで平均化処理とは,8回のサンプリングした値の一番大きい値と一番小さい値を無視して,残りの6回分の値を全て足して6で割るといった平均値の求め方や,単純に8回分の値を全て足して8で割るといった求め方など,いろいろな方法が考えられる。また,サンプリングの回数も8回ではなく,4回や16回などいろいろな回数が考えられ,それぞれ最適な方法を用いれば良い。 Here, the averaging process is to calculate the average value by ignoring the largest and smallest values of the 8 sampled values and adding all the remaining 6 values and dividing by 6. Various methods can be considered, such as simply obtaining all 8 values and dividing by 8. Also, the number of times of sampling is not 8 times, but various times such as 4 times and 16 times can be considered, and an optimum method may be used for each.
前記図4のS611と同じ処理を3回(図4のS611を含めて4回)行い,それぞれ,平均値をPNVFB_AVL2レジスタ(図4のS612参照),PNVFB_AVL3レジスタ(図4のS613参照)及びPNVFB_AVL4レジスタ(図4のS614参照)に格納する。(図5参照) 次にそのPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタとPNVFB_FIR±Vofとの比較を行い,全てのレジスタがPNVFB_FIR±Vofの範囲外(PNVFB_FIR−Vofより小さい若しくはPNVFB_FIR+Vofより大きい)であればPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタの平均値を求め,PNVFB_FIRをその平均値に置き換え,前記図4のS611に戻る。全てのレジスタがPNVFB_FIR±Vofの範囲内(PNVFB_FIR−Vof以上且つPNVFB_FIR+Vof以下)であれば,何もせず,前記図4のS611に戻る。(図4参照) The same processing as S611 in FIG. 4 is performed three times (four times including S611 in FIG. 4). Store in the register (see S614 in FIG. 4). Next, compare the PNFFB_AVL1 register to PNFFB_AVL4 register with PNFFB_FIR ± Vof, and if all the registers are outside the range of PNFFB_FIR ± Vof (less than PNFFB_FIR−Vof or greater than PNFFB_FIR + Vof), The average value of the PNFFB_AVL4 register is obtained, PNFFB_FIR is replaced with the average value, and the process returns to S611 in FIG. If all the registers are within the range of PNFFB_FIR ± Vof (PNVFB_FIR−Vof or more and PNFFB_FIR + Vof or less), nothing is done and the process returns to S611 in FIG. (See Figure 4)
VofはPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタの各レジスタとPNVFB_FIRとを比較する為の許容範囲を示す値で,パラメータで設定することも可能であるが,通常は一定値を設定しておけばよい。例えばPNVFB_FIRの5% Vof is a value indicating an allowable range for comparing each register of the PNFFB_AVL1 register to the PNFFB_AVL4 register and PNFFB_FIR, and can be set by a parameter, but normally a constant value should be set. For example, 5% of PNFFB_FIR
また,ここではPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタの4つのレジスタを用いて平均値を求めているが,4つのレジスタではなく,2つや6つなどいろいろな個数が考えられ,それぞれ最適な方法を用いれば良い。図4の内容をS610のPNVFB_FIRの初期化を除き,繰り返し実行する。 Here, the average value is obtained using four registers, PNFFB_AVL1 to PNFFB_AVL4. However, instead of four registers, various numbers such as two or six can be considered, and the optimum method should be used for each. . The contents of FIG. 4 are repeatedly executed except for the initialization of S610 PNFFB_FIR.
以上のような処理により,ノイズのような一瞬の変化には応答せず,正確な交流電源電圧を推定でき,従来の電源回生コンバータが必要としていた図2の前記交流電圧位相・波形検出部8の内,交流電源の波高値を検出する回路が不要で,回路が簡単になり,コストを下げながら,従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供することができる。
Through the above processing, the AC voltage phase /
1 電源回生コンバータ
2 交流電源
3 モータ
4 インバータ装置
5 リアクトル
6 回生信号生成部
7 直流電源出力電圧検出部
8 交流電圧位相検出部
108 交流電圧位相・波形検出部
1 Power regeneration converter
2 AC power supply
3 Motor
4 Inverter device
5 Reactor
6 Regenerative signal generator
7 DC power supply output voltage detector
8 AC voltage phase detector
108 AC voltage phase / waveform detector
Claims (3)
前記交流電源の電圧位相を検出する位相検出手段と,
モータが減速する時や,重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する平滑コンデンサの端子電圧であり,前記電源回生コンバータの直流電圧出力でもある直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出手段と,
前記直流電源出力電圧をスイッチングして前記交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと,
前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を前記交流電源の電圧位相を検出する前記位相検出手段によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出手段によって検出された検出信号に基づき生成する回生信号生成手段とを備え,
前記直流電源出力電圧を検出し,前記交流電源の電圧を推定し,前記交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする電源回生コンバータの電源回生制御方法。
In a power regeneration converter that is placed between an AC drive and an inverter that controls the motor at a variable speed,
Phase detection means for detecting the voltage phase of the AC power supply;
This is the terminal voltage of the smoothing capacitor that stores the regenerative energy generated when the motor decelerates or when the motor is used for supporting heavy loads when the motor is moving down and stopping. DC power supply output voltage detection means for detecting a DC power supply output voltage which is also a DC voltage output of
A regenerative transistor that switches the DC power supply output voltage to perform a power regeneration operation on the AC power supply;
Regenerative signal generation for generating an on / off drive signal for the regenerative transistor based on a detection signal detected by the phase detection means for detecting a voltage phase of the AC power supply and a detection signal detected by the DC power supply output voltage detection means Means,
A power regeneration control for a power regeneration converter that detects the DC power supply output voltage, estimates the voltage of the AC power supply, and performs power regeneration when it is estimated that the voltage on the AC power supply side is low. Method.
前記交流電源の電圧位相を検出する位相検出部と,
モータが減速する時や,重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する平滑コンデンサの端子電圧であり,前記電源回生コンバータの直流電圧出力でもある直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出部と,
前記直流電源出力電圧をスイッチングして前記交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと,
前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を前記交流電源の電圧位相を検出する前記位相検出部によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出部によって検出された検出信号に基づき生成する回生信号生成部とを備え,
前記直流電源出力電圧を検出し,前記交流電源の電圧を推定し,前記交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする電源回生コンバータの電源回生制御装置。
In a power regeneration converter that is placed between an AC drive and an inverter that controls the motor at a variable speed,
A phase detector for detecting the voltage phase of the AC power supply;
This is the terminal voltage of the smoothing capacitor that stores the regenerative energy generated when the motor decelerates or when the motor is used for supporting heavy loads when the motor is moving down and stopping. A DC power supply output voltage detector that detects a DC power supply output voltage that is also a DC voltage output of
A regenerative transistor that switches the DC power supply output voltage to perform a power regeneration operation on the AC power supply;
Regenerative signal generation for generating an ON / OFF drive signal for the regenerative transistor based on a detection signal detected by the phase detection unit for detecting a voltage phase of the AC power supply and a detection signal detected by the DC power supply output voltage detection unit With
A power regeneration control for a power regeneration converter that detects the DC power supply output voltage, estimates the voltage of the AC power supply, and performs power regeneration when it is estimated that the voltage on the AC power supply side is low. apparatus.
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JP2009222417A JP2011072149A (en) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Power supply regenerative control method and power supply regenerative control device for power supply regenerative converter |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013106455A (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Hitachi Appliances Inc | Dc power-supply device and air conditioner using the same |
-
2009
- 2009-09-28 JP JP2009222417A patent/JP2011072149A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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