JP2011101446A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】永久磁石同期電動機の直流制動時に、過大な電流が流れることを防止し、安定した制動動作を行うこと。
【解決手段】電動機の回転数検出手段や外部ブレーキを必要とせず、高速回転時においても安定した制動力を得られ、低速回転時においても大きい制動力を得ることのできる停止方法で、電流が直流制動時、最大電流設定値を超えた場合にはＰＷＭ全相遮断及びゼロベクトル出力を繰り返し行い、電流が直流制動復帰電流設定値以下になった場合には再度直流制動を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は電力変換装置に関にする。
従来、永久磁石同期電動機の回転を停止させる場合は、単に電源供給を停止させ、軸負荷及び空気抵抗などによって自然に停止させるのが一般的である。
永久磁石同期電動機を急停止させる必要がある場合には、所定の時間または回転数まで、回生制動により減速させ、その後は自然に停止させる。
また、スイッチング回路の正極側の何れか１相もしくは２相と、残る他相の負側を連続オンさせ、前記電動機に直流電流を流し、制動を行う直流制動と呼ばれる方法がある。
下記特許文献１に開示されるように、スイッチング回路の負極側の何れか１相を連続オンさせ、残る他相の正極側をＰＷＭ動作させて、直流制動を行う方法もある。
しかし、永久磁石同期電動機を直流制動によって減速及び停止させる場合、高速で回転している際には、過大な電流が発生し前記電動機の減磁及び焼損、また電力変換装置のスイッチング素子の破壊に至ってしまう。また、電力変換装置に過電流による保護が備わっている場合には、前記保護によって出力が遮断され、永久磁石同期電動機がフリーラン状態になり、安定した直流制動を行うことができない。
下記特許文献１においては、電動機が高速で回転している際には、逆相制動にて減速させ、低速時のある回転数に達したことを検出して、直流制動に切り替える方法を開示している。
特開２００２−３７４６８９
電源供給を断ち永久磁石同期電動機を停止させる場合、軸負荷や空気抵抗の大きさにより制動力が決まるため、所望の制動力が得られず、停止までに長い時間を要するといった課題がある。
永久磁石同期電動機を回生制動により減速停止させる場合、減速停止させるための制御手段が別途必要となり、急減速させる場合には脱調の可能性がある。また、ファン及びポンプなどの用途で、永久磁石同期電動機がフリーラン状態で回転している場合、回転速度や誘起電圧を検出または推定し、それらを用いて起動を行う特別な起動手段が別途必要となるといった課題がある。
永久磁石同期電動機を直流制動によって減速及び停止させる場合、高速で回転している際には、過大な電流が発生し前記電動機の減磁及び焼損、また電力変換装置のスイッチング素子の破壊に至ってしまう。また、電力変換装置に過電流による保護が備わっている場合には、前記保護によって出力が遮断され、永久磁石同期電動機がフリーラン状態になり、安定した直流制動を行うことができないといった課題がある。
永久磁石同期電動機を逆相制動によって減速及び停止させる場合、低速で回転している際には、制動力が不足し所望の速度及び停止までに長い時間を要する。また、高速で回転している場合には、過大な電流が発生し前記電動機の減磁及び焼損、また電力変換装置のスイッチング素子の破壊に至ってしまう。また、電力変換装置に過電流による保護が備わっている場合には、前記保護によって出力が遮断され、永久磁石同期電動機がフリーラン状態になり、安定した直流制動を行うことができないといった課題がある。
上記特許文献１によって開示されている方法では、電動機の回転数を検出する手段が必要となる。
本発明の目的は、前記課題を解消し、電動機の回転数検出手段や外部ブレーキを必要とせず、高速回転時においても安定した制動力を得られ、低速回転時においても大きい制動力を得ることのできる停止方法を提供すること、及び、停止後も所望の停止トルクを出力することにある。
前記課題を解決するため、例えば、直流を交流に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路のオン、オフを制御するＰＷＭ制御手段と、永久磁石同期電動機に流れる電流を検出または推定する手段と、永久磁石同期電動機の直流制動を行う手段と、を備える電力変換装置において、外部により設定もしくは内部に予め設定されている直流制動時最大電流設定値と、前記ＰＷＭ制御手段にＰＷＭ全相遮断機能及びゼロベクトル出力機能を設け、永久磁石同期電動機に直流電流を流し、制動力を得る直流制動を行なった際に、前記電流を検出または推定する手段より得られる電流値が、前記直流制動時最大電流設定値を超えると、前記ＰＷＭ制御手段にてＰＷＭ全相遮断及びゼロベクトル出力を繰り返し行うという構成をとる。
本発明により、永久磁石同期電動機を駆動する電力変換装置において、電動機の回転数検出手段や外部ブレーキを必要とせず、高速回転時にも安定した制動力を得られ、低速回転時にも大きい制動力が得られること、及び、停止後も所望の停止トルクを出力することが可能となる。
実施例１にかかる電力変換装置の構成図である。 直流制動時の回転数、電流波形の一例である。 実施例１にかかる電力変換装置の動作の説明図である。
以下、本発明の詳細を、図面を用いながら説明する。
図１は本発明による一実施形態を示すブロック回路図である。交流電源１より発生した交流電圧を、整流回路２により整流し、平滑回路３により平滑される。平滑された直流電圧をスイッチング回路４によって交流電圧に変換し、永久磁石同期電動機９に印加する。
ＰＷＭ制御手段５は、永久磁石同期電動機９に任意の電圧が印加されるように、スイッチング回路４のオン、オフを制御する。
電流検出手段６は、永久磁石同期電動機９に流れる相電流を検出する。もしくは平滑回路３の負極側にシャント抵抗を設け、このシャント抵抗に流れる電流から相電流を推定してもよい。ファン１０は、永久磁石同期電動機９の軸に取り付けられている。
図２は直流制動時の回転数、電流波形の一例である。スイッチング回路４の出力が遮断され、永久磁石同期電動機９がフリーラン状態の時、ファン１０が風によって回されると、永久磁石同期電動機９も同様に回転し、回転速度に依存した誘起電圧が発生する。直流制動指令がＰＷＭ制御手段５に与えられると、ＰＷＭ制御手段５は永久磁石同期電動機９の任意の位相に直流電流が流れるように、スイッチング回路４を制御し、永久磁石同期電動機９に電圧を印加する。この時、永久磁石同期電動機９より発生した誘起電圧と、印加した電圧の電位差により、永久磁石同期電動機９に電流が流れる。前記電位差が大きいと、図２の破線に示すように永久磁石同期電動機９に流れる電流は大きくなる。
図３は本発明動作の説明図である。直流制動時に電流検出手段６によって検出された電流から、電流ピーク値算出手段７により電流ピーク値が算出される。この電流ピーク値と、外部より設定されるか予め電力変換装置に設定される直流制動時最大電流設定値とを、電流比較手段８によって比較し、電流ピーク値が直流制動時最大電流設定値を超えると、ＰＷＭ制御手段５にＰＷＭ全相遮断指令が入力される。
ＰＷＭ制御手段５は、ＰＷＭ全相遮断指令により、スイッチング回路４の全相を強制的にオフにするＰＷＭ全相遮断、及び正極側全相をオンまたは負極側全相をオン、残る他極側全相をオフするゼロベクトル出力を適当な周期で繰り返し行うように、スイッチング回路４を制御する。
前記動作により、永久磁石同期電動機７に流れる電流が抑制されることとなる。
電流検出手段６によって検出された電流から電流ピーク値算出手段７により算出された電流ピーク値と、外部より設定されるか予め電力変換装置に設定される直流制動復帰電流設定値とを、電流比較手段８によって比較し、電流ピーク値が直流制動復帰電流設定値以下になると、直流制動復帰指令がＰＷＭ制御手段５に入力される。
ＰＷＭ制御手段５は、直流制動復帰指令が入力されると、再度直流制動を行うようにスイッチング回路４を制御する。
ＰＷＭ全相遮断及びゼロベクトル出力と直流制動を繰り返し行うことにより、図２の実線に示すように、電流を抑制しながら、安定した制動力を得ることができる。
１…交流電源、２…整流回路、３…平滑回路、４…スイッチング回路、５…ＰＷＭ制御手段、６…電流検出手段、７…電流ピーク値算出手段、８…電流比較手段、９…永久磁石同期電動機、１０…ファン

Claims (2)

  1. 直流を交流に変換するスイッチング回路と、
    前記スイッチング回路のオン、オフを制御するＰＷＭ制御手段と、
    永久磁石同期電動機に流れる電流を検出または推定する手段と、
    永久磁石同期電動機の直流制動を行う手段と、を備える電力変換装置において、
    外部により設定もしくは内部に予め設定されている直流制動時最大電流設定値と、
    前記ＰＷＭ制御手段にＰＷＭ全相遮断機能及びゼロベクトル出力機能を設け、
    永久磁石同期電動機に直流電流を流し、制動力を得る直流制動を行なった際に、前記電流を検出または推定する手段より得られる電流値が、前記直流制動時最大電流設定値を超えると、前記ＰＷＭ制御手段にてＰＷＭ全相遮断及びゼロベクトル出力を繰り返し行うことを特徴とする電力変換装置。
  2. 請求項１において、外部により設定もしくは内部に予め設定されている直流制動復帰電流設定値を設け、前記電流を検出または推定する手段より得られる電流値が、直流制動復帰電流設定値以下であれば、通常の直流制動に従った直流電流を流すよう制御することを特徴とする電力変換装置。
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