JP2020150612A - Inverter system and inverter control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータシステムおよびインバータ制御方法の技術に関するものであって、例えば力行運転および回生運転が可能な電動機の駆動制御に係るものである。 The present invention relates to the technology of an inverter system and an inverter control method, and relates to, for example, drive control of an electric motor capable of power running operation and regenerative operation.
電力系統の電力を駆動源としている電動機の力行運転および回生運転を制御するインバータシステムにおいては、例えば電力系統とインバータ回路(後述の図1では第1インバータ回路4)との間に、電力系統側からの交流電圧を直流電圧に変換する整流器を設けたり、バッファ機能を有した直流リンクコンデンサが設けられる。また、例えば前記インバータ回路と電動機との間には、アクティブフィルタが変圧器を介して設けられる(例えば非特許文献1の図12等参照)。
In an inverter system that controls the power running operation and regenerative operation of an electric motor that uses the power of the power system as a drive source, for example, between the power system and the inverter circuit (the
アクティブフィルタは、インバータ回路(後述の図1では第2インバータ回路61)や、当該インバータ回路の直流側に接続されたコンデンサ等を有し、当該インバータ回路のスイッチング制御により、高調波成分(交流電圧源動作に起因する高調波成分)の影響を抑制できるように所望の補償電圧を出力する構成が挙げられる。
The active filter has an inverter circuit (
電動機の回生運転によって生じる回生電力は、例えば直流リンクコンデンサに蓄電したり、当該回生電力を電力系統側に回生する等により、省エネルギー対策を図ることが可能となる。また、電力系統側が停電の場合には、当該直流リンクコンデンサを非常用電源として適用することにより、電動機を力行運転させることも可能となる。 The regenerative power generated by the regenerative operation of the electric motor can be stored in a DC link capacitor, or the regenerative power can be regenerated to the power system side to take energy saving measures. Further, in the event of a power failure on the power system side, the electric motor can be driven by power operation by applying the DC link capacitor as an emergency power supply.
しかしながら、例えば直流リンクコンデンサ電圧が定格電圧等を超えた場合であって、電力系統側が停電状態の場合には、回生電力は、電力系統側へ回生することができなくなる。このような場合には、回生運転が妨げられる事態(回生失効等)や、直流リンクコンデンサの過電圧損傷等が起こり得る事態になることが考えられる。 However, for example, when the DC link capacitor voltage exceeds the rated voltage or the like and the power system side is in a power failure state, the regenerated power cannot be regenerated to the power system side. In such a case, it is conceivable that the regenerative operation may be hindered (regeneration expired, etc.) or the DC link capacitor may be overvoltage damaged.
このような事態を抑制する構成としては、例えば直流リンクコンデンサとインバータとの間に、電力消費用の抵抗器や切り替えスイッチ等のデバイス(以下、単に電力消費用デバイスと適宜称する)を備え、回生電力を適宜消費(例えば抵抗器により熱的に消費)できるようにした構成が知られている(例えば特許文献1の図1,図2等参照)。 As a configuration for suppressing such a situation, for example, a device such as a resistor for power consumption or a changeover switch (hereinafter, simply referred to as a power consumption device) is provided between the DC link capacitor and the inverter to regenerate the power. A configuration is known in which electric power can be appropriately consumed (for example, thermally consumed by a resistor) (see, for example, FIGS. 1 and 2 of Patent Document 1).
前述のような電力消費用デバイスを備えた場合、例えばインバータシステムの構成の大型化や高コスト化等を招くおそれがある。また、回生電力の消費は単なる電力損失となり得るため、省エネルギー対策が不十分となるおそれがある。 When the above-mentioned power consumption device is provided, for example, the configuration of the inverter system may be increased in size and cost. In addition, since the consumption of regenerative power can be a mere power loss, energy saving measures may be insufficient.
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであって、構成の簡略化や省エネルギー対策に貢献可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such technical problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of contributing to simplification of configuration and energy saving measures.
この発明の一態様は、電力系統の交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、整流器直流側と電動機との間に接続されている第1インバータ回路と、整流器直流側と第1インバータ回路直流側との間に接続されている直流リンクコンデンサと、第1インバータ回路交流側と電動機との間に変圧器を介して接続された第2インバータ回路、および当該第2インバータ回路直流側に接続された充放電部を有している直列型のアクティブフィルタと、整流器,第1インバータ回路,第2インバータ回路をそれぞれ制御する制御部と、を備えたものである。 One aspect of the present invention is a rectifier that converts an AC voltage of a power system into a DC voltage, a first inverter circuit connected between the rectifier DC side and an electric motor, and a rectifier DC side and a first inverter circuit DC side. The DC link capacitor connected between the two inverter circuits, the second inverter circuit connected between the AC side of the first inverter circuit and the electric motor via a transformer, and the DC side of the second inverter circuit. It includes a series-type active filter having a charge / discharge unit, and a control unit that controls a rectifier, a first inverter circuit, and a second inverter circuit, respectively.
制御部は、電力系統状態を検出し、当該電力系統の停電の有無を判定する停電判定機能部と、直流リンクコンデンサ電圧を検出して、当該直流リンクコンデンサの許容電圧に基づいて設定されている第1閾値電圧と比較、または第1閾値電圧よりも小さく設定されている第2閾値電圧と比較して判定する閾値電圧判定機能部と、電動機の運転状態を検出して、当該電動機が力行運転状態,回生運転状態,回転停止状態のうち何れであるかを判定する運転判定機能部と、充放電部電圧を検出して、アクティブフィルタの補償動作時における充放電部に基づいて設定されている規定電圧と比較して判定する規定電圧判定機能部と、整流器のスイッチング素子をスイッチング制御して、当該整流器の整流動作を制御する整流器制御機能部と、第1インバータ回路の上アームに接続されている第1上アーム側スイッチング素子、および下アームに接続されている第1下アーム側スイッチング素子をスイッチング制御して、電動機の力行運転および回生運転を制御する第1回路制御機能部と、第2インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーの放電による電圧出力および充放電部に対する回生電力の回生を制御する第2回路制御機能部と、を備える。 The control unit is set based on the power failure determination function unit that detects the power system status and determines the presence or absence of a power failure in the power system, and the DC link capacitor voltage that is detected and the allowable voltage of the DC link capacitor. The threshold voltage determination function unit that determines by comparing with the first threshold voltage or by comparing with the second threshold voltage set smaller than the first threshold voltage and the operating state of the electric motor are detected, and the electric motor is driven by force. It is set based on the operation judgment function unit that determines whether it is in the state, regenerative operation state, or rotation stop state, and the charge / discharge unit that detects the charge / discharge unit voltage during the compensation operation of the active filter. Connected to the upper arm of the first inverter circuit, the specified voltage determination function unit that determines by comparing with the specified voltage, the rectifier control function unit that controls the switching element of the rectifier by switching, and controls the rectification operation of the rectifier. The first circuit control function unit that controls the power running operation and regenerative operation of the electric motor by switching control of the first upper arm side switching element and the first lower arm side switching element connected to the lower arm, and the second It includes a second circuit control function unit that controls switching of the switching element of the inverter circuit to control the voltage output due to the discharge of the stored energy of the charge / discharge unit and the regeneration of the regenerated power to the charge / discharge unit.
そして、停電判定機能部により、電動機が回生運転している間に電力系統が停電していると判定された回生運転中停電状態において、閾値電圧判定機能部により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定された場合に、整流器制御機能部が、整流器のスイッチング素子をスイッチングオフして整流動作を停止し、第1回路制御機能部が、第1インバータ回路の第1上アーム側スイッチング素子および第1下アーム側スイッチング素子のうち一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンし、第2回路制御機能部が、第2インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御して、回生運転の回生電力を充放電部に回生する、ことを特徴とするものである。 Then, in the power failure state during the regenerative operation in which the power system is determined to have a power failure while the electric motor is in the regenerative operation by the power failure determination function unit, the DC link capacitor voltage is set to the first threshold by the threshold voltage determination function unit. When it is determined that the voltage is equal to or higher than the voltage, the rectifier control function unit switches off the switching element of the rectifier to stop the rectification operation, and the first circuit control function unit is on the first upper arm side of the first inverter circuit. One of the switching element and the switching element on the first lower arm side is switched off and the other is switched on, and the second circuit control function unit switches and controls the switching element of the second inverter circuit to regenerate the regenerative power of the regenerative operation. Is characterized in that it is regenerated in the charge / discharge part.
また、停電判定機能部により、回生運転中停電状態から電力系統が復電していると判定された回生運転中復電状態において、閾値電圧判定機能部により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定された場合に、整流器制御機能部が、直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至るまで、整流器のスイッチング素子をスイッチング制御して整流動作させて、直流リンクコンデンサの蓄電エネルギーを電力系統側に放電し、閾値電圧判定機能部により、前記直流リンクコンデンサの蓄電エネルギーの電力系統側への放電によって当該直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至っていると判定された場合に、第1回路制御機能部が、第1インバータ回路をスイッチング制御して、回生運転の回生電力を電力系統側に回生し、規定電圧判定機能部により、充放電部電圧が規定電圧より大きいと判定されている場合に、第2回路制御機能部が、当該充放電部電圧が規定電圧以下に至るまで、第2インバータ回路をスイッチング制御して、当該充放電部の蓄電エネルギーを電力系統側に放電する、ことを特徴とするものでも良い。 Further, in the power recovery state during regenerative operation in which the power system is determined to be restored from the power failure state during regenerative operation by the power failure determination function unit, the DC link capacitor voltage is set to the first threshold voltage by the threshold voltage determination function unit. When it is determined that the above is the case, the rectifier control function unit switches and controls the switching element of the rectifier to perform rectification operation until the DC link capacitor voltage reaches the second threshold voltage or less, and the stored energy of the DC link capacitor is stored. Is discharged to the power system side, and when the threshold voltage determination function unit determines that the DC link capacitor voltage has reached the second threshold voltage or less due to the discharge of the stored energy of the DC link capacitor to the power system side. , The first circuit control function unit switches and controls the first inverter circuit to regenerate the regenerated power of the regenerative operation to the power system side, and the specified voltage determination function unit determines that the charge / discharge unit voltage is larger than the specified voltage. If this is the case, the second circuit control function unit switches and controls the second inverter circuit until the charge / discharge unit voltage reaches the specified voltage or less, and discharges the stored energy of the charge / discharge unit to the power system side. It may be characterized by doing.
また、停電判定機能部により、回生運転中停電状態から回生運転が停止し電動機の回転停止中に電力系統が復電していると判定された回転停止中復電状態において、閾値電圧判定機能部により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定され、規定電圧判定機能部により、充放電部電圧が規定電圧より大きいと判定されている場合に、第1回路制御機能部が、第1インバータ回路の第1上アーム側スイッチング素子および第1下アーム側スイッチング素子のうち一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンし、第2回路制御機能部が、充放電部電圧が規定電圧以下に至るまで、第2インバータ回路をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーを放電して電動機の力行運転を制御し、規定電圧判定機能部により、前記充放電部の蓄電エネルギーの放電により充放電部電圧が規定電圧以下に至っていると判定された場合に、整流器制御機能部が、直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至るまで、整流器のスイッチング素子をスイッチングオフして整流動作を停止し、第1回路制御機能部が、直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至るまで、第1インバータ回路をスイッチング制御して、直流リンクコンデンサの蓄電エネルギーを電動機側に放電して当該電動機の力行運転を制御し、第2回路制御機能部が、第2インバータ回路をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーの放電による電圧出力を制御する、ことを特徴とするものでも良い。 In addition, the threshold voltage determination function unit is in the rotation-stopped power recovery state in which it is determined by the power failure determination function unit that the regenerative operation is stopped from the power failure state during the regeneration operation and the power system is being restored while the motor is stopped rotating. When the DC link capacitor voltage is determined to be equal to or higher than the first threshold voltage and the specified voltage determination function unit determines that the charge / discharge unit voltage is larger than the specified voltage, the first circuit control function unit determines. One of the first upper arm side switching element and the first lower arm side switching element of the first inverter circuit is switched off and the other is switched on, and the charge / discharge unit voltage of the second circuit control function unit is equal to or less than the specified voltage. The second inverter circuit is switched and controlled to discharge the stored energy of the charging / discharging section to control the power running operation of the electric motor, and the specified voltage determination function section charges the stored energy of the charging / discharging section. When it is determined that the discharge unit voltage has reached the specified voltage or less, the rectifier control function unit switches off the switching element of the rectifier until the DC link capacitor voltage reaches the second threshold voltage or less, and stops the rectification operation. Then, the first circuit control function unit switches and controls the first inverter circuit until the DC link capacitor voltage reaches the second threshold voltage or less, discharges the stored energy of the DC link capacitor to the electric motor side, and causes the electric motor. It may be characterized in that the power running operation is controlled and the second circuit control function unit switches and controls the second inverter circuit to control the voltage output due to the discharge of the stored energy of the charge / discharge unit.
他の態様は、電力系統の交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、整流器直流側と電動機との間に接続されている第1インバータ回路と、整流器直流側と第1インバータ回路直流側との間に接続されている直流リンクコンデンサと、第1インバータ回路交流側と電動機との間に変圧器を介して接続された第2インバータ回路、および当該第2インバータ回路直流側に接続された充放電部を有している直列型のアクティブフィルタと、を備えたインバータシステムを、制御部により制御する方法であって、前記一態様による制御装置と同様の制御構成によって実現することを特徴とするものである。 In another aspect, a rectifier that converts the AC voltage of the power system into a DC voltage, a first inverter circuit connected between the rectifier DC side and the electric motor, and a rectifier DC side and the first inverter circuit DC side. A DC link capacitor connected between them, a second inverter circuit connected between the AC side of the first inverter circuit and the electric motor via a transformer, and charging / discharging connected to the DC side of the second inverter circuit. A method of controlling an inverter system including a series-type active filter having a unit by a control unit, characterized in that the inverter system is realized by the same control configuration as the control device according to the above aspect. Is.
以上示したように本発明によれば、構成の簡略化や省エネルギー対策に貢献可能となる。 As shown above, according to the present invention, it is possible to contribute to simplification of the configuration and energy saving measures.
本発明の実施形態におけるインバータシステムおよびインバータ制御方法は、非特許文献1,特許文献1等に示すように、アクティブフィルタにおいて単に補償電圧を出力したり、電力消費用デバイスを備えたような制御構成(以下、単に従来制御構成と適宜称する)とは、全く異なるものである。
As shown in Non-Patent
すなわち、本実施形態は、電力系統の交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、整流器直流側と電動機との間に接続されている第1インバータ回路と、整流器直流側と第1インバータ回路直流側との間に接続されている直流リンクコンデンサと、第1インバータ回路交流側と電動機との間に変圧器を介して接続された第2インバータ回路および充放電部を有している直列型のアクティブフィルタと、を備えたインバータシステムに係るものである。そして、電力系統,電動機,直流リンクコンデンサ等の状態(例えば電力系統の停電の有無、電動機の運転状態,直流リンクコンデンサの電圧状態等)に応じて、整流器,第1インバータ回路,アクティブフィルタをそれぞれ適宜制御する構成である。 That is, in the present embodiment, the rectifier that converts the AC voltage of the power system into the DC voltage, the first inverter circuit connected between the rectifier DC side and the electric motor, the rectifier DC side and the first inverter circuit DC side. A series type active having a DC link capacitor connected between the two inverter circuits, a second inverter circuit connected between the AC side of the first inverter circuit and the electric motor via a transformer, and a charge / discharge unit. It relates to an inverter system equipped with a filter. Then, depending on the state of the power system, the electric motor, the DC link capacitor, etc. (for example, the presence or absence of a power failure in the power system, the operating state of the electric motor, the voltage state of the DC link capacitor, etc.), the rectifier, the first inverter circuit, and the active filter are individually installed. The configuration is controlled as appropriate.
この本実施形態による制御構成では、電動機が回生運転している間に電力系統が停電した状態(以下、単に回生運転中停電状態と適宜称する)において、直流リンクコンデンサ電圧(後述の電圧Vdc)が当該直流リンクコンデンサの許容電圧に基づいて設定されている閾値電圧(後述の第1閾値電圧Vth1)より大きい場合には、整流器のスイッチング制御により、当該整流器の整流動作を停止する。 In the control configuration according to this embodiment, the DC link capacitor voltage (voltage Vdc described later) is set in a state where the power system is interrupted during the regenerative operation of the electric motor (hereinafter, appropriately referred to as a power failure state during the regenerative operation). If it is larger than the threshold voltage (first threshold voltage Vth1 described later) set based on the allowable voltage of the DC link capacitor, the rectifying operation of the rectifier is stopped by the switching control of the rectifier.
また、第1インバータ回路のスイッチング制御により、当該第1インバータ回路の上下アームそれぞれに接続されている第1上アーム側スイッチング素子および第1下アーム側スイッチング素子のうち、一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンする。また、第2インバータ回路のスイッチング制御により、回生運転の回生電力を充放電部に回生する。 Further, by the switching control of the first inverter circuit, one of the first upper arm side switching element and the first lower arm side switching element connected to the upper and lower arms of the first inverter circuit is switched off and the other. To switch on. Further, the regenerative power of the regenerative operation is regenerated to the charge / discharge unit by the switching control of the second inverter circuit.
この本実施形態の制御構成によれば、例えば電力消費用デバイスを具備していなくても、回生運転中停電状態における回生運転が妨げられる事態(回生失効等)を抑制でき、その回生電力の有効利用も可能となる。例えば電力系統が停電状態であっても、充放電部の蓄電エネルギーを適宜放電することにより、電動機の力行運転が可能となる。また、直流リンクコンデンサの過電圧損傷等を抑制することができる。 According to the control configuration of this embodiment, it is possible to suppress a situation (regeneration expiration, etc.) in which the regenerative operation is hindered in a power failure state during the regenerative operation even if the device for power consumption is not provided, and the regenerative power is effective. It can also be used. For example, even if the power system is in a power failure state, the power running operation of the electric motor can be performed by appropriately discharging the stored energy of the charging / discharging unit. In addition, overvoltage damage of the DC link capacitor can be suppressed.
すなわち、本実施形態の制御構成によれば、従来制御構成と比較して、構成の簡略化,省エネルギー対策,停電時対策等に貢献することが可能となる。また、安全性や信頼性の向上に貢献することも可能となる。 That is, according to the control configuration of the present embodiment, it is possible to contribute to simplification of the configuration, energy saving measures, power failure countermeasures, and the like as compared with the conventional control configuration. It also makes it possible to contribute to the improvement of safety and reliability.
本実施形態のインバータシステムおよび制御方法は、前述のように電力系統,電動機,直流リンクコンデンサの状態に応じて、整流器,第1インバータ回路,アクティブフィルタをそれぞれ適宜制御できる構成であれば、種々の分野(例えば電力系統技術,インバータ技術,整流器技術,アクティブフィルタ技術,電動機技術等の分野)の技術常識を適宜適用して設計することが可能であり、その一例として以下に示すものが挙げられる。 As described above, the inverter system and the control method of the present embodiment are various as long as the rectifier, the first inverter circuit, and the active filter can be appropriately controlled according to the states of the power system, the electric motor, and the DC link capacitor. It is possible to design by appropriately applying the common technical knowledge of the fields (for example, power system technology, inverter technology, rectifier technology, active filter technology, electric motor technology, etc.), and the following are examples.
≪本実施形態によるインバータシステムの構成例≫
図1に示すインバータシステム10Aは、本実施形態による制御構成の一例を示すものであって、電力系統2と電動機Mとの間に介在し、当該電動機Mの力行運転および回生運転を制御できるように構成されている。
<< Configuration example of the inverter system according to this embodiment >>
The
このインバータシステム10Aは、電力系統2からの交流電圧を直流電圧に変換する整流器3と、整流器3直流側と電動機Mとの間に接続されている第1インバータ回路4と、整流器3直流側と第1インバータ回路4直流側との間に接続されている直流リンクコンデンサ5と、第1インバータ回路4交流側と電動機Mとの間に変圧器60を介して接続された直列型のアクティブフィルタ6と、を備えている。そして、整流器3,第1インバータ回路4,アクティブフィルタ6(主に後述の第2インバータ回路61)を、制御部1によってそれぞれ制御できる構成となっている。
The
整流器3は、複数個の半導体スイッチング素子(詳細な図示は省略;以下、単に整流スイッチと適宜称する)を有しており、当該整流スイッチを制御部1によってスイッチング制御(例えば整流スイッチにゲート信号等の制御信号を出力してスイッチング制御)することにより、所望の整流動作ができるように構成されている。 The rectifier 3 has a plurality of semiconductor switching elements (detailed illustration is omitted; hereinafter, simply referred to as a rectifier switch), and the rectifier switch is controlled by the control unit 1 (for example, a gate signal or the like on the rectifier switch). It is configured so that a desired rectifying operation can be performed by outputting the control signal of (switching control).
第1インバータ回路4は、複数個の半導体スイッチング素子(以下、単に第1スイッチと適宜称する)S11〜S16を有しており、当該第1スイッチS11〜S16を制御部1によってスイッチング制御(例えば第1スイッチS11〜S16にゲート信号等の制御信号を出力してスイッチング制御)できるように構成されている。
The
図1中の第1インバータ回路4の場合、第1スイッチS11〜S13が、当該第1インバータ回路の上アームに接続されており、第1スイッチS14〜S16が、当該第1インバータ回路の下アームに接続されている。
In the case of the
直流リンクコンデンサ5は、整流器3および第1インバータ回路4に対して並列接続されており、バッファ機能を有するように構成されている。このような直流リンクコンデンサ5は、例えば電動機Mの力行運転時に整流器3から出力される直流電圧や、電動機Mの回生運転時等に第1インバータ回路4から出力される直流電圧によって充電されると共に、当該直流電圧を平滑化する。
The
直列型のアクティブフィルタ6は、第1インバータ回路4交流側と電動機Mとの間に変圧器60を介して直列接続された第2インバータ回路61と、当該第2インバータ回路61直流側に接続された充放電部62と、を有した構成となっている。
The series-type
第2インバータ回路61は、複数個の半導体スイッチング素子(以下、単に第2スイッチと適宜称する)S21〜S26を有しており、当該第2スイッチS21〜S26を制御部1によってスイッチング制御(例えば第2スイッチS21〜S26にゲート信号等の制御信号を出力してスイッチング制御)できるように構成されている。
The
図1中の第2インバータ回路61の場合、第2スイッチS21〜S23が、当該第2インバータ回路61の上アームに接続されており、第2スイッチS24〜S26が、当該第2インバータ回路61の下アームに接続されている。
In the case of the
制御部1は、後述の図3に示すように種々の判定機能部および制御機能部を有しており、電力系統2,電動機M,直流リンクコンデンサ5等の状態を図外の検出器等を介して適宜検出して判定し、その判定結果に応じて、整流器3,第1インバータ回路4,アクティブフィルタ6をそれぞれ適宜制御できるように構成されている。
As shown in FIG. 3 described later, the
以上示したインバータシステム10Aにおいては、目的に応じた態様に適宜変更することが可能である。例えば、図1に示すように、変圧器60と第2インバータ回路61との間には、力率改善や高調波成分の抑制等を目的としてリアクトルL1〜L3を設けることが挙げられる。
In the
また、整流スイッチ、第1スイッチS11〜S16、第2スイッチS21〜S26においては、それぞれ種々の半導体スイッチング素子等を適宜適用することが可能であり、特に限定されるものではない。具体例としては、IGBT等の自己消弧形の半導体スイッチング素子を適用することが挙げられる。 Further, in the rectifying switch, the first switches S11 to S16, and the second switches S21 to S26, various semiconductor switching elements and the like can be appropriately applied, and the present invention is not particularly limited. A specific example is the application of a self-extinguishing semiconductor switching element such as an IGBT.
充放電部62は、第2インバータ回路61のスイッチング制御に応じて充放電でき、エネルギーを蓄電できるものであれば、種々の態様を適用することが可能である。代表例として、コンデンサと蓄電池がある。図1のインバータシステム10Aでは、第2インバータ回路61直流側にコンデンサを適用した構成となっているが、例えば図2のインバータシステム10Bのように、蓄電池を適用した構成であっても良い。なお、図2において、図1に示すものと同様のものには、同一符号を付する等により、その詳細な説明を省略する。
As long as the charging / discharging
電動機Mにおいて比較的低い回転数で運転(以下、単に低速域運転と適宜称する)しているような状況の場合、アクティブフィルタ6に流出入するエネルギーリプルは大きくなり易い傾向があり、アクティブフィルタ6の充放電部62がエネルギーリプルの供給源となってしまう現象が起こり得る。
In a situation where the motor M is operated at a relatively low rotation speed (hereinafter, simply referred to as low-speed operation), the energy ripple flowing in and out of the
このような低速域運転時の現象が起こった場合においても、アクティブフィルタ6に要求される諸機能(高調波成分の影響を抑制する補償機能等)を所望通りに発揮するには、当該アクティブフィルタ6において比較的大容量の充放電部62を適用し、電圧リプルを十分抑制できる構成にすることが考えられる。その一例としては、直流リンクコンデンサ5の蓄電容量と比較して、数倍〜数十倍程度の蓄電容量を持った充放電部62を適用することが挙げられる。特に蓄電池においては、蓄積可能なエネルギーがコンデンサと比較して大きいものが多い。
Even when such a phenomenon during low-speed operation occurs, the active filter is required to exhibit various functions required for the active filter 6 (compensation function for suppressing the influence of harmonic components, etc.) as desired. It is conceivable to apply the charge /
制御部1が検出する電力系統2,電動機M,直流リンクコンデンサ5等の状態においては、目的に応じて適宜検出することが挙げられる。例えば、直流リンクコンデンサ5の電圧Vdc、充放電部62の電圧(後述のコンデンサの電圧Vcや蓄電池の電圧Vbat)においては、図外の電圧センサ等を介して検出し、電動機Mの運転状況においては、図外の回転数センサ等を介して検出することが挙げられる。また、電力系統2の状態、例えば停電の有無においては、系統電圧センサ等から成る停電検出装置等によって検出することが挙げられる。
In the state of the power system 2, the electric motor M, the
≪制御部1の構成例≫
図3は制御部1の構成例を示すものであり、停電判定機能部11,閾値電圧判定機能部12,運転判定機能部13,規定電圧判定機能部14,整流器制御機能部15,第1回路制御機能部16,第2回路制御機能部17、を主として備えている。なお、図1,図2に示すものと同様のものには、同一符号を付する等により、その詳細な説明を省略する。
<< Configuration example of
FIG. 3 shows a configuration example of the
停電判定機能部11は、電力系統2の状態を図外の停電検出装置等によって検出することにより、当該電力系統2の停電の有無を判定するものである(停電判定過程)。
The power failure
閾値電圧判定機能部12は、直流リンクコンデンサ5の電圧Vdcを電圧センサ等によって検出し、その電圧Vdcを、当該直流リンクコンデンサ5の性能に応じて設定されている第1閾値電圧Vth1と比較、または当該第1閾値電圧Vth1よりも小さく設定されている第2閾値電圧Vth2と比較することにより、当該直流リンクコンデンサ5の状態を判定するものである(閾値電圧判定過程)。
The threshold voltage
この第1,第2閾値電圧Vth1,Vth2においては、前述のように直流リンクコンデンサ5の性能に応じて適宜設定することが可能であり、例えば直流リンクコンデンサ5の蓄電容量,許容電圧,定格電圧(許容電圧よりも低く、安全に動作可能な電圧)等を考慮し、過電圧損傷等を抑制できる電圧範囲内で設定することが挙げられる。後述の実施例1〜4では、直流リンクコンデンサ5の許容電圧を第1閾値電圧Vth1に設定し、当該許容電圧よりも小さい電圧を第2閾値電圧Vth2に設定している。
The first and second threshold voltages Vth1 and Vth2 can be appropriately set according to the performance of the
運転判定機能部13は、電動機Mの運転状態を図外の電動機電力検出器,回転数センサ等によって検出し、その検出結果に応じて、当該電動機Mが力行運転状態,回生運転状態,回転停止状態のうち何れであるかを判定するものである(運転判定過程)。
The operation
規定電圧判定機能部14は、充放電部62の電圧(図1ではコンデンサの電圧Vc、図2では蓄電池の電圧Vbat)を検出し、その検出した電圧を、アクティブフィルタ6の性能に基づいて設定されている規定電圧Vrと比較することにより、当該充放電部62の状態を判定するものである(規定電圧判定過程)。
The specified voltage
この規定電圧Vrは、充放電部62の性能に応じて適宜設定することが可能であり、例えば充放電部62の蓄電容量,許容電圧,定格電圧(許容電圧よりも低く、安全に動作可能な電圧)や、アクティブフィルタ6の補償動作時における充放電部62の特性等を考慮し、当該アクティブフィルタ6において補償機能を発揮できる電圧範囲内で設定することが挙げられる。
This specified voltage Vr can be appropriately set according to the performance of the charge /
整流器制御機能部15は、前記各判定機能部11〜14の判定結果に応じて、整流スイッチを適宜スイッチング制御して整流動作させるものである(整流器制御過程)。この整流動作では、電力系統2からの交流電圧を直流電圧に変換して第1インバータ回路4に入力したり、当該第1インバータ回路4や直流リンクコンデンサ5からの直流電圧(例えば電動機Mで発生した回生電力)を交流電圧に逆変換して電力系統2側に供給することが挙げられる。また、全ての整流スイッチをスイッチングオフして、整流動作を停止させておくことも挙げられる。
The rectifier
第1回路制御機能部16は、前記各判定機能部11〜14の判定結果に応じて、第1スイッチS11〜S16を適宜スイッチング制御するものである(第1回路制御過程)。
The first circuit
この第1回路制御機能部16によるスイッチング制御では、例えば整流器3からの直流電圧を三相交流電圧に変換して電動機Mに出力し、当該電動機Mにおける所望の力行運転を制御することが挙げられる。また、電動機Mが回生運転する場合には、第1スイッチS11〜S16のスイッチング制御により、当該回生運転による回生電力を直流電圧に逆変換して、電力系統2側や直流リンクコンデンサ5側に回生することが挙げられる。
In the switching control by the first circuit
第2回路制御機能部17は、前記各判定機能部11〜14の判定結果に応じて、第2スイッチS21〜S26を適宜スイッチング制御し、充放電部62の蓄電エネルギー(電荷)を適宜充放電させるものである(第2回路制御過程)。
The second circuit
この第2回路制御機能部17によるスイッチング制御では、充放電部62を放電させる場合、第1インバータ回路4交流側と電動機Mとの間に対し、第2インバータ回路61から所望の交流電圧が出力されることとなる。このように第2インバータ回路61から出力される交流電圧において、電力系統2等の交流電圧源動作に起因する高調波成分に対して逆位相となるように出力することにより、所望の補償電圧(例えば第1インバータ回路4の出力電圧の基本波成分に対して位相が180度ずれた電圧)を出力できることとなる。
In the switching control by the second circuit
また、電動機Mが回生運転している場合には、第2回路制御機能部17により適宜スイッチング制御することにより、当該回生運転による回生電力を第2インバータ回路61で直流電圧に逆変換して、充放電部62に回生することが挙げられる。これにより、充放電部62が充電されることとなる。
When the electric motor M is in regenerative operation, the second circuit
以上示したように制御部1においては、各判定機能部11〜14の判定結果に基づいて、各制御機能部15〜17を適宜機能させることが可能である。具体的には以下に示す実施例1〜4のように機能させることが挙げられる。
As shown above, in the
なお、図1〜図3に示したものと同様のものには、同一符号を適用する等により、その詳細な説明を適宜省略する。また、図1,図2の充放電部62の蓄電容量においては、それぞれ直流リンクコンデンサ5の蓄電容量の数倍〜数十倍程度であるものとする。
It should be noted that detailed description thereof will be omitted as appropriate by applying the same reference numerals to the same ones shown in FIGS. 1 to 3. Further, it is assumed that the storage capacity of the charge /
〈実施例1〉
図4に示す時間変化に対する電圧変化特性図は、インバータシステム10Aにおいて制御部1により制御する場合の実施例1を説明するものである。なお、充放電部62においては、図1に示すようにコンデンサを適用した構成とする。
<Example 1>
The voltage change characteristic diagram with respect to the time change shown in FIG. 4 illustrates Example 1 in the case of being controlled by the
図4において、期間t10は、電力系統2が通常状態の場合であって、整流器制御機能部15が整流器3を整流動作させ、第1回路制御機能部16が第1インバータ回路4をV/f制御等の交流電圧源動作させて、電動機Mが回生運転している状態である。また、第2回路制御機能部17においては、アクティブフィルタ6を補償動作させて補償電圧を出力し、前記交流電圧源動作に起因する高調波成分を抑制している状態である。前記回生運転による回生電力は、電力系統2や直流リンクコンデンサ5に回生されることとなる。
In FIG. 4, the period t10 is a case where the power system 2 is in a normal state, the rectifier
期間t11は、停電判定機能部11により、電動機Mが回生運転している間に電力系統2が停電していると判定した状態(すなわち回生運転中停電状態)であって、閾値電圧判定機能部12により、電圧Vdcが第1閾値電圧Vth1より小さいと判定した状態である。
The period t11 is a state in which the power failure
この期間t11では、整流器制御機能部15が、整流器3の整流スイッチをスイッチングオフして整流動作を停止する。第1回路制御機能部16,第2回路制御機能部17においては、それぞれ期間t10と同様の動作を継続する。これにより、回生電力が直流リンクコンデンサ5のみに回生され、直流リンクコンデンサ5の電圧Vdcが徐々に上昇することとなる。
During this period t11, the rectifier
なお、この期間t11(および後述の期間t21,t31,t41)において、停電判定機能部11により、電力系統2が速やかに復電していると判定した場合、すなわち停電期間が微小時間(瞬時電圧低下等)であった場合には、期間t10と同様の動作を再開させることが可能となる。具体的には、整流器制御機能部15が、整流器3の整流動作を再開し、第1,第2回路制御機能部16,17においては、期間t10と同様の動作を継続することが挙げられる。
In this period t11 (and the periods t21, t31, t41 described later), when the power failure
期間t12は、閾値電圧判定機能部12により、期間t11の状態において電圧Vdcが第1閾値電圧Vth1以上になっていると判定した状態である。
The period t12 is a state in which the threshold voltage
この期間t12では、整流器制御機能部15は、期間t11と同様に整流動作の停止を継続する。第1回路制御機能部16においては、第1インバータ回路4の上アーム側の第1スイッチS11〜S13と、下アーム側の第1スイッチS14〜S16と、の両者のうち、一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンするように、スイッチング制御(以下、単に上下アーム制御と適宜称する)する。
During this period t12, the rectifier
この第1回路制御機能部16の上下アーム制御により、図1中のa点〜c点において第1インバータ回路4が短絡状態となり、アクティブフィルタ6と電動機Mとの間において図5に示すような回路が構成されることとなる。
Due to the vertical arm control of the first circuit
すなわち、アクティブフィルタ6においては、電動機Mに対し変圧器60を介して一対一で接続されている状態となる。これにより、第2回路制御機能部17は、第2インバータ回路61を適宜スイッチング制御し、期間t11の第1インバータ回路4と同様の交流電圧源動作をさせることが可能となる。そして、第2インバータ回路61の交流電圧源動作により、前記回生運転による回生電力が充放電部62に回生されることとなる。
That is, the
このように充放電部62に回生電力が回生されると、当該充放電部62の電圧Vcが徐々に上昇することになるが、直流リンクコンデンサ5と比較すると、蓄電容量が十分大きいため、過電圧損傷等が発生するまでの猶予期間は十分確保されている状態である。
When the regenerative power is regenerated in the charge /
これにより、期間t11,t12のような回生運転中停電状態が長期間継続する場合であっても、当該回生運転中停電状態に対応して回生電力の回生(充放電部62への充電)を継続することが可能となる。 As a result, even if the power failure state during the regenerative operation continues for a long period of time such as the periods t11 and t12, the regenerative power can be regenerated (charging the charging / discharging unit 62) in response to the power failure state during the regenerative operation. It will be possible to continue.
また、前記短絡状態では、電動機Mと直流リンクコンデンサ5とが電気的に遮断された状態となり、直流リンクコンデンサ5においては、電圧Vdcの上昇が抑制されることとなる。
Further, in the short-circuited state, the electric motor M and the
期間t13は、停電判定機能部11により、期間t12の状態において電力系統2が復電していると判定した状態(以下、単に回生運転中復電状態と適宜称する)であって、閾値電圧判定機能部12により、電圧Vdcが第1閾値電圧Vth1以上であると判定した状態である。
The period t13 is a state in which the power failure
この期間t13では、整流器制御機能部15が、整流器3の整流動作を再開し、電圧Vdcが第2閾値電圧Vth2以下に至るまで、直流リンクコンデンサ5の蓄電エネルギー(電荷)を電力系統2側に放電する。これにより、直流リンクコンデンサ5においては、電圧Vdcが徐々に下降することとなる。第1,第2回路制御機能部16,17においては、期間t12と同様の動作を継続する。
In this period t13, the rectifier
期間t14は、閾値電圧判定機能部12により、期間t13の状態において電圧Vdcが第2閾値電圧Vth2以下になっていると判定し、規定電圧判定機能部14により、電圧Vcが規定電圧Vrより大きいと判定した状態である。
In the period t14, the threshold voltage
この期間t14では、整流器制御機能部15は、期間t13と同様の整流動作を継続する。第1回路制御機能部16は、スイッチング制御により第1インバータ回路4の交流電圧源動作を再開し、これにより電動機Mからの回生電力が電力系統2側に回生されることとなる。
During this period t14, the rectifier
また、第2回路制御機能部17においては、電圧Vcが規定電圧Vr以下に至るまで、第2インバータ回路61のスイッチング制御により、当該充放電部62の蓄電エネルギーを電力系統2側に放電させる。これにより、充放電部62においては、電圧Vcが徐々に下降することとなる。
Further, in the second circuit
期間t15は、規定電圧判定機能部14により、期間t14の状態において電圧Vcが規定電圧Vr以下になっていると判定した状態である。
The period t15 is a state in which the specified voltage
この期間t15では、整流器制御機能部15,第1回路制御機能部16は、それぞれ期間t14と同様の動作を継続する。第2回路制御機能部17においては、スイッチング制御によって第2インバータ回路61の補償動作を再開させて補償電圧を出力し、前記交流電圧源動作に起因する高調波成分が抑制されることとなる。すなわち、期間t15において、期間t10と同様の動作を再開できることとなる。
During this period t15, the rectifier
以上、実施例1のように動作する制御部1によれば、例えば従来制御構成のような電力消費用デバイスを具備していなくても、回生運転中停電状態において回生運転が妨げられる事態を抑制でき、当該回生運転による回生電力を充放電部62等に回生して有効利用できる。また、安全性や信頼性の向上に貢献することも可能となる。
As described above, according to the
また、電力消費用デバイスが不要であるため、インバータシステム10Aの小型化に貢献することも可能となる。
Further, since a power consumption device is not required, it is possible to contribute to the miniaturization of the
〈実施例2〉
図6に示す時間変化に対する電圧変化特性図は、インバータシステム10Aにおいて制御部1により制御する場合の実施例2を説明するものである。なお、実施例1に示すものと同様のものには、同一符号を適用する等により、その詳細な説明を省略する。
<Example 2>
The voltage change characteristic diagram with respect to time change shown in FIG. 6 illustrates Example 2 in the case of being controlled by the
図6において、期間t20〜t22は、実施例1の期間t10〜t12と同様の状態であり、整流器制御機能部15,第1回路制御機能部16,第2回路制御機能部17が当該期間t10〜t12と同様の動作をする。
In FIG. 6, the periods t20 to t22 are in the same state as the periods t10 to t12 of the first embodiment, and the rectifier
期間t23は、運転判定機能部13により、期間t22の状態において電動機Mの回生運転が停止していると判定した状態である。
The period t23 is a state in which the operation
この期間t23では、電動機Mは回転を停止し回生電力が発生していない状態であり、整流器制御機能部15,第1回路制御機能部16,第2回路制御機能部17においては、整流スイッチ,第1スイッチS11〜S16,第2スイッチS21〜S26をそれぞれスイッチングオフする。
During this period t23, the motor M has stopped rotating and no regenerative power is generated. In the rectifier
期間t24は、運転判定機能部13により、期間t23の状態において電力系統が復電していると判定された状態(以下、単に回転停止中復電状態と適宜称する)であって、閾値電圧判定機能部12により、電圧Vdcが第1閾値電圧Vth1以上であると判定し、規定電圧判定機能部14により、電圧Vcが規定電圧Vrより大きいと判定した状態である。
The period t24 is a state in which the operation
この期間t24では、整流器制御機能部15は、期間t23と同様の状態である。第1回路制御機能部16においては、スイッチング制御を再開し、第1インバータ回路4を上下アーム制御して、アクティブフィルタ6と電動機Mとの間において図5に示すような回路が構成されるようにする。
In this period t24, the rectifier
第2回路制御機能部17においては、スイッチング制御を再開し、電圧Vcが規定電圧Vr以下に至るまで、第2インバータ回路61を交流電圧源動作させて充放電部62の蓄電エネルギーを放電し、電動機Mの力行運転を開始する。これにより、充放電部62においては、電圧Vcが徐々に下降することとなる。
In the second circuit
期間t25は、規定電圧判定機能部14により、期間t24の状態において充放電部62の充放電電圧Vcが規定電圧Vr以下になっていると判定した状態である。
The period t25 is a state in which the specified voltage
この期間t25では、整流器制御機能部15は、期間t24と同様の状態である。第1回路制御機能部16においては、スイッチング制御により第1インバータ回路4の交流電圧源動作を再開し、直流リンクコンデンサ5の蓄電エネルギー(電荷)を電動機M側に放電させることにより、電動機Mの力行運転を制御する。これにより、直流リンクコンデンサ5においては、電圧Vdcが徐々に下降することとなる。
In this period t25, the rectifier
第2回路制御機能部17においては、スイッチング制御によって第2インバータ回路61の補償動作を再開させて補償電圧を出力し、前記交流電圧源動作に起因する高調波成分が抑制されることとなる。
In the second circuit
期間t26は、閾値電圧判定機能部12により、期間t25の状態において電圧Vdcが第2閾値電圧Vth2以下になっていると判定した状態である。
The period t26 is a state in which the threshold voltage
この期間t26では、整流器制御機能部15が、整流器3の整流動作を再開する。第1,第2回路制御機能部16,17は、それぞれ期間t25と同様の動作を継続する。これにより、電動機Mにおいては、電力系統2の電力を駆動源として力行運転することとなる。
During this period t26, the rectifier
以上、実施例2のように動作する制御部1によれば、実施例1と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、たとえ電力系統2が停電状態であっても、充放電部62の蓄電エネルギーを適宜放電することにより、電動機Mを力行運転できることが判る。
As described above, according to the
〈実施例3〉
図7に示す時間変化に対する電圧変化特性図は、インバータシステム10Bにおいて制御部1により制御する場合の実施例3を説明するものである。なお、実施例1,2に示すものと同様のものには、同一符号を適用する等により、その詳細な説明を省略する。また、充放電部62においては、図2に示すように蓄電池を適用した構成であり、実施例1,2の場合と比較して蓄電容量が大きいものとする。
<Example 3>
The voltage change characteristic diagram with respect to time change shown in FIG. 7 describes Example 3 in the case of being controlled by the
図7において、期間t30〜t33は、実施例1の期間t10〜t13と同様の状態であり、整流器制御機能部15,第1回路制御機能部16,第2回路制御機能部17が当該期間t10〜t13と同様の動作をする。
In FIG. 7, the periods t30 to t33 are in the same state as the periods t10 to t13 of the first embodiment, and the rectifier
なお、期間t32,t33では、第1回路制御機能部16の上下アーム制御により、図2中のa点〜c点において第1インバータ回路4が短絡状態となり、アクティブフィルタ6と電動機Mとの間において図8に示すような回路が構成されることとなる。
During the periods t32 and t33, the upper and lower arm control of the first circuit
また、第2回路制御機能部17の交流電圧源動作により、電動機Mの回生運転による回生電力が充放電部62に回生されることとなるが、充放電部62の蓄電池の蓄電容量は比較的大きいため、例えば実施例1のように充放電部62にコンデンサを適用した場合と比較して、電圧Vbatは図7に示すように殆ど上昇しないように抑制可能となる。
Further, the AC voltage source operation of the second circuit
この場合、規定電圧判定機能部14においては、例えば電圧Vbatが規定電圧Vr以下であると判定されることとなる。すなわち、例えば実施例1の期間t14のように充放電部62の蓄電エネルギーを電力系統2側に放電させる必要が無くなる(期間t14の動作を省略できる)。
In this case, the specified voltage
これにより、例えば回生運転中停電状態から回生運転中復電状態となった場合には、アクティブフィルタ6において通常の補償動作を早期に再開することが可能となる。
As a result, for example, when the power is restored during the regenerative operation from the power failure state during the regenerative operation, the
期間t34は、実施例1の期間t15と同様の状態であり、閾値電圧判定機能部12により、電圧Vdcが第2閾値電圧Vth2以下になっていると判定し、規定電圧判定機能部14により、電圧Vbatが規定電圧Vr以下になっていると判定した状態である。
The period t34 is in the same state as the period t15 of the first embodiment, and the threshold voltage
この期間t34では、整流器制御機能部15は、期間t15と同様の動作をする。第1回路制御機能部16においては、スイッチング制御により第1インバータ回路4を交流電圧源動作させ、電動機Mからの回生電力を電力系統2側に回生させる。第2回路制御機能部17においては、スイッチング制御によって第2インバータ回路61を補償動作させて補償電圧を出力し、前記交流電圧源動作に起因する高調波成分を抑制する。すなわち、期間t34において、期間t30と同様の動作を再開できることとなる。
During this period t34, the rectifier
以上、実施例3のように動作する制御部1によれば、実施例1と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例1の場合と比較して当該充放電部62の蓄電容量が大きいため、例えば回生運転中停電状態において多量の回生電力を蓄電することが可能であり、当該回生運転中停電状態から回生運転中復電状態となった場合には、アクティブフィルタ6において通常の補償動作を早期に再開することが可能となる。また、無効電力だけでなく有効電力の制御も可能となる。また、安全性や信頼性の向上に貢献し易くなる。
As described above, according to the
〈実施例4〉
図9に示す時間変化に対する電圧変化特性図は、インバータシステム10Bにおいて制御部1により制御する場合の実施例4を説明するものである。なお、実施例1〜3に示すものと同様のものには、同一符号を適用する等により、その詳細な説明を省略する。
<Example 4>
The voltage change characteristic diagram with respect to time change shown in FIG. 9 describes Example 4 in the case of being controlled by the
図9において、期間t40〜t44は、実施例2の期間t20〜t23,t25と同様の状態であり、整流器制御機能部15,第1回路制御機能部16,第2回路制御機能部17が当該期間t20〜t23と同様の動作をする。
In FIG. 9, the periods t40 to t44 are in the same state as the periods t20 to t23 and t25 of the second embodiment, and the rectifier
なお、期間t42では、第2回路制御機能部17の交流電圧源動作により、電動機Mの回生運転による回生電力が充放電部62に回生されることとなるが、実施例2の場合と比較して当該充放電部62の蓄電容量が大きいため、電圧Vbatは図8に示すように殆ど上昇しないように抑制可能となる。
In the period t42, the AC voltage source operation of the second circuit
この場合、規定電圧判定機能部14においては、例えば電圧Vbatが規定電圧Vr以下であると判定されることとなる。すなわち、例えば回転停止中復電状態となった場合に、実施例2の期間t24のように充放電部62の蓄電エネルギーを電動機M側に放電させる必要が無くなり(期間t24の動作を省略でき)、アクティブフィルタ6において通常の補償動作を早期に再開することが可能となる。
In this case, the specified voltage
期間t45は、それぞれ実施例2の期間t26と同様の状態であり、閾値電圧判定機能部12により、直流リンクコンデンサ5の電圧Vdcが第2閾値電圧Vth2以下になっていると判定し、規定電圧判定機能部14により、電圧Vbatが規定電圧Vr以下になっていると判定した状態である。
The period t45 is in the same state as the period t26 of the second embodiment, respectively, and the threshold voltage
この期間t45では、整流器制御機能部15は、期間t26と同様の動作をする。第1回路制御機能部16においては、スイッチング制御により第1インバータ回路4を交流電圧源動作させ、電力系統2の電力を駆動源として、電動機Mの力行運転を制御する。第2回路制御機能部17においては、スイッチング制御によって第2インバータ回路61を補償動作させて補償電圧を出力し、前記交流電圧源動作に起因する高調波成分を抑制する。すなわち、期間t45において、期間t40と同様の動作を再開できることとなる。
During this period t45, the rectifier
以上、実施例4のように動作する制御部1によれば、実施例2と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例2の場合と比較して当該充放電部62の蓄電容量が大きいため、例えば回生運転中停電状態において多量の回生電力を蓄電することが可能であり、当該回生運転中停電状態から回生運転中復電状態となった場合には、アクティブフィルタ6において通常の補償動作を早期に再開することが可能となる。また、無効電力だけでなく有効電力の制御も可能となる。また、安全性や信頼性の向上に貢献し易くなる。
As described above, according to the
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the above description has been made in detail only for the specific examples described in the present invention, it is clear to those skilled in the art that various changes and the like can be made within the scope of the technical idea of the present invention. It goes without saying that such changes belong to the scope of claims.
10A,10B…インバータシステム
1…制御部
11…停電判定機能部、12…閾値電圧判定機能部、13…運転判定機能部、14…規定電圧判定機能部
15…整流器制御機能部、16…第1回路制御機能部、17…第2回路制御機能部
2…電力系統
3…整流器
4…第1インバータ回路4
5…直流リンクコンデンサ
60…変圧器
6…アクティブフィルタ
61…第2インバータ回路
62…充放電部
M…電動機
10A, 10B ...
5 ...
Claims (4)
整流器直流側と電動機との間に接続されている第1インバータ回路と、
整流器直流側と第1インバータ回路直流側との間に接続されている直流リンクコンデンサと、
第1インバータ回路交流側と電動機との間に変圧器を介して接続された第2インバータ回路、および当該第2インバータ回路直流側に接続された充放電部を有している直列型のアクティブフィルタと、
整流器,第1インバータ回路,第2インバータ回路をそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
制御部は、
電力系統状態を検出し、当該電力系統の停電の有無を判定する停電判定機能部と、
直流リンクコンデンサ電圧を検出して、当該直流リンクコンデンサの許容電圧に基づいて設定されている第1閾値電圧と比較、または第1閾値電圧よりも小さく設定されている第2閾値電圧と比較して判定する閾値電圧判定機能部と、
電動機の運転状態を検出して、当該電動機が力行運転状態,回生運転状態,回転停止状態のうち何れであるかを判定する運転判定機能部と、
充放電部電圧を検出して、アクティブフィルタの補償動作時における充放電部に基づいて設定されている規定電圧と比較して判定する規定電圧判定機能部と、
整流器のスイッチング素子をスイッチング制御して、当該整流器の整流動作を制御する整流器制御機能部と、
第1インバータ回路の上アームに接続されている第1上アーム側スイッチング素子、および下アームに接続されている第1下アーム側スイッチング素子をスイッチング制御して、電動機の力行運転および回生運転を制御する第1回路制御機能部と、
第2インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーの放電による電圧出力および充放電部に対する回生電力の回生を制御する第2回路制御機能部と、
を備え、
停電判定機能部により、電動機が回生運転している間に電力系統が停電していると判定された回生運転中停電状態において、
閾値電圧判定機能部により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定された場合に、
整流器制御機能部が、整流器のスイッチング素子をスイッチングオフして整流動作を停止し、
第1回路制御機能部が、第1インバータ回路の第1上アーム側スイッチング素子および第1下アーム側スイッチング素子のうち一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンし、
第2回路制御機能部が、第2インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御して、回生運転の回生電力を充放電部に回生する、
ことを特徴とするインバータシステム。 A rectifier that converts the AC voltage of the power system into a DC voltage,
The first inverter circuit connected between the DC side of the rectifier and the electric motor,
The DC link capacitor connected between the DC side of the rectifier and the DC side of the first inverter circuit,
First inverter circuit A series-type active filter having a second inverter circuit connected between the AC side and the electric motor via a transformer, and a charge / discharge unit connected to the DC side of the second inverter circuit. When,
A control unit that controls the rectifier, the first inverter circuit, and the second inverter circuit, respectively.
With
The control unit
A power failure determination function unit that detects the power system status and determines whether or not there is a power failure in the power system.
The DC link capacitor voltage is detected and compared with the first threshold voltage set based on the allowable voltage of the DC link capacitor, or compared with the second threshold voltage set smaller than the first threshold voltage. Judgment threshold voltage judgment function unit and
An operation determination function unit that detects the operating state of the electric motor and determines whether the electric motor is in a power running state, a regenerative operation state, or a rotation stop state.
A specified voltage determination function unit that detects the charge / discharge unit voltage and compares it with the specified voltage set based on the charge / discharge unit during the compensation operation of the active filter.
A rectifier control function unit that controls the switching element of the rectifier to control the rectification operation of the rectifier.
The power running operation and regenerative operation of the electric motor are controlled by switching control of the first upper arm side switching element connected to the upper arm of the first inverter circuit and the first lower arm side switching element connected to the lower arm. 1st circuit control function unit
A second circuit control function unit that controls switching of the switching element of the second inverter circuit to control the voltage output due to the discharge of the stored energy in the charge / discharge unit and the regeneration of the regenerative power to the charge / discharge unit.
With
In a power failure state during regenerative operation, it is determined by the power failure determination function unit that the power system is out of power while the motor is in regenerative operation.
When the threshold voltage determination function unit determines that the DC link capacitor voltage is equal to or higher than the first threshold voltage,
The rectifier control function unit switches off the switching element of the rectifier to stop the rectification operation.
The first circuit control function unit switches off one of the first upper arm side switching element and the first lower arm side switching element of the first inverter circuit and switches on the other.
The second circuit control function unit switches and controls the switching element of the second inverter circuit to regenerate the regenerative power of the regenerative operation to the charge / discharge unit.
Inverter system featuring that.
閾値電圧判定機能部により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定された場合に、
整流器制御機能部が、直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至るまで、整流器のスイッチング素子をスイッチング制御して整流動作させて、直流リンクコンデンサの蓄電エネルギーを電力系統側に放電し、
閾値電圧判定機能部により、前記直流リンクコンデンサの蓄電エネルギーの電力系統側への放電によって当該直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至っていると判定された場合に、
第1回路制御機能部が、第1インバータ回路をスイッチング制御して、回生運転の回生電力を電力系統側に回生し、
規定電圧判定機能部により、充放電部電圧が規定電圧より大きいと判定されている場合に、
第2回路制御機能部が、当該充放電部電圧が規定電圧以下に至るまで、第2インバータ回路をスイッチング制御して、当該充放電部の蓄電エネルギーを電力系統側に放電する、
ことを特徴とする請求項1記載のインバータシステム。 In the power recovery state during regenerative operation, it is determined by the power failure judgment function unit that the power system is recovering from the power failure state during regenerative operation.
When the threshold voltage determination function unit determines that the DC link capacitor voltage is equal to or higher than the first threshold voltage,
The rectifier control function unit switches and controls the switching element of the rectifier to perform rectification operation until the DC link capacitor voltage falls below the second threshold voltage, and discharges the stored energy of the DC link capacitor to the power system side.
When the threshold voltage determination function unit determines that the DC link capacitor voltage has reached the second threshold voltage or less due to the discharge of the stored energy of the DC link capacitor to the power system side.
The first circuit control function unit switches and controls the first inverter circuit to regenerate the regenerative power of the regenerative operation to the power system side.
When the charge / discharge unit voltage is determined by the specified voltage determination function unit to be larger than the specified voltage,
The second circuit control function unit switches and controls the second inverter circuit until the charge / discharge unit voltage reaches the specified voltage or less, and discharges the stored energy of the charge / discharge unit to the power system side.
The inverter system according to claim 1, wherein the inverter system is characterized in that.
閾値電圧判定機能部により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定され、規定電圧判定機能部により、充放電部電圧が規定電圧より大きいと判定されている場合に、
第1回路制御機能部が、第1インバータ回路の第1上アーム側スイッチング素子および第1下アーム側スイッチング素子のうち一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンし、
第2回路制御機能部が、充放電部電圧が規定電圧以下に至るまで、第2インバータ回路をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーを放電して電動機の力行運転を制御し、
規定電圧判定機能部により、前記充放電部の蓄電エネルギーの放電により充放電部電圧が規定電圧以下に至っていると判定された場合に、
整流器制御機能部が、直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至るまで、整流器のスイッチング素子をスイッチングオフして整流動作を停止し、
第1回路制御機能部が、直流リンクコンデンサ電圧が第2閾値電圧以下に至るまで、第1インバータ回路をスイッチング制御して、直流リンクコンデンサの蓄電エネルギーを電動機側に放電して当該電動機の力行運転を制御し、
第2回路制御機能部が、第2インバータ回路をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーの放電による電圧出力を制御する、
ことを特徴とする請求項1記載のインバータシステム。 In the power recovery state during rotation stop, it is determined by the power failure determination function unit that the power system is being restored while the power system is stopping the rotation of the motor after the regeneration operation is stopped from the power failure state during the regeneration operation.
When the threshold voltage determination function unit determines that the DC link capacitor voltage is equal to or higher than the first threshold voltage, and the specified voltage determination function unit determines that the charge / discharge unit voltage is larger than the specified voltage.
The first circuit control function unit switches off one of the first upper arm side switching element and the first lower arm side switching element of the first inverter circuit and switches on the other.
The second circuit control function unit switches and controls the second inverter circuit until the charge / discharge unit voltage falls below the specified voltage, discharges the stored energy of the charge / discharge unit, and controls the power running operation of the electric motor.
When the specified voltage determination function unit determines that the charge / discharge unit voltage has reached the specified voltage or less due to the discharge of the stored energy of the charge / discharge unit,
The rectifier control function unit switches off the switching element of the rectifier and stops the rectification operation until the DC link capacitor voltage falls below the second threshold voltage.
The first circuit control function unit switches and controls the first inverter circuit until the DC link capacitor voltage falls below the second threshold voltage, discharges the stored energy of the DC link capacitor to the motor side, and drives the motor. Control and
The second circuit control function unit switches and controls the second inverter circuit to control the voltage output due to the discharge of the stored energy of the charge / discharge unit.
The inverter system according to claim 1, wherein the inverter system is characterized in that.
整流器直流側と電動機との間に接続されている第1インバータ回路と、
整流器直流側と第1インバータ回路直流側との間に接続されている直流リンクコンデンサと、
第1インバータ回路交流側と電動機との間に変圧器を介して接続された第2インバータ回路、および当該第2インバータ回路直流側に接続された充放電部を有している直列型のアクティブフィルタと、
を備えたインバータシステムを、制御部により制御する方法であって、
制御部により、
電力系統状態を検出し、当該電力系統の停電の有無を判定する停電判定過程と、
直流リンクコンデンサ電圧を検出し、当該直流リンクコンデンサの許容電圧に基づいて設定されている第1閾値電圧と比較、または第1閾値電圧よりも小さく設定されている第2閾値電圧と比較して判定する閾値電圧判定過程と、
電動機の運転状態を検出し、当該電動機が力行運転状態,回生運転状態,回転停止状態のうち何れであるかを判定する運転判定過程と、
充放電部電圧を検出し、アクティブフィルタの補償動作時における充放電部に基づいて設定されている規定電圧と比較して判定する規定電圧判定過程と、
整流器のスイッチング素子をスイッチング制御して、当該整流器の整流動作を制御する整流器制御過程と、
第1インバータ回路の上アームに接続されている第1上アーム側スイッチング素子、および下アームに接続されている第1下アーム側スイッチング素子をスイッチング制御して、電動機の力行運転および回生運転を制御する第1回路制御過程と、
第2インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御して、充放電部の蓄電エネルギーの放電による電圧出力および充放電部に対する回生電力の回生を制御する第2回路制御過程と、
を有し、
停電判定過程により、電動機が回生運転している間に電力系統が停電していると判定された回生運転中停電状態において、
閾値電圧判定過程により、直流リンクコンデンサ電圧が第1閾値電圧以上であると判定された場合に、
整流器制御過程では、整流器のスイッチング素子をスイッチングオフして整流動作を停止し、
第1回路制御過程では、第1インバータ回路の第1上アーム側スイッチング素子および第1下アーム側スイッチング素子のうち一方をスイッチングオフして他方をスイッチングオンし、
第2回路制御過程では、第2インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御して、回生運転の回生電力を充放電部に回生する、
ことを特徴とするインバータ制御方法。 A rectifier that converts the AC voltage of the power system into a DC voltage,
The first inverter circuit connected between the DC side of the rectifier and the electric motor,
The DC link capacitor connected between the DC side of the rectifier and the DC side of the first inverter circuit,
First inverter circuit A series-type active filter having a second inverter circuit connected between the AC side and the electric motor via a transformer, and a charge / discharge unit connected to the DC side of the second inverter circuit. When,
It is a method of controlling an inverter system equipped with a control unit by a control unit.
By the control unit
A power failure determination process that detects the power system status and determines whether or not there is a power failure in the power system.
Detects the DC link capacitor voltage and compares it with the first threshold voltage set based on the allowable voltage of the DC link capacitor, or compares it with the second threshold voltage set smaller than the first threshold voltage. Threshold voltage determination process and
An operation determination process that detects the operating state of an electric motor and determines whether the electric motor is in a power running state, a regenerative operation state, or a rotation stop state.
A specified voltage determination process that detects the charge / discharge unit voltage and compares it with the specified voltage set based on the charge / discharge unit during the compensation operation of the active filter.
A rectifier control process that controls the switching element of a rectifier to control the rectifying operation of the rectifier,
The power running operation and regenerative operation of the electric motor are controlled by switching control of the first upper arm side switching element connected to the upper arm of the first inverter circuit and the first lower arm side switching element connected to the lower arm. 1st circuit control process and
A second circuit control process that controls the switching element of the second inverter circuit to control the voltage output due to the discharge of the stored energy in the charge / discharge section and the regeneration of the regenerative power to the charge / discharge section.
Have,
In a power failure state during regenerative operation, it is determined that the power system is out of power while the motor is in regenerative operation by the power failure determination process.
When it is determined by the threshold voltage determination process that the DC link capacitor voltage is equal to or higher than the first threshold voltage,
In the rectifier control process, the switching element of the rectifier is switched off to stop the rectification operation.
In the first circuit control process, one of the first upper arm side switching element and the first lower arm side switching element of the first inverter circuit is switched off and the other is switched on.
In the second circuit control process, the switching element of the second inverter circuit is switched and controlled to regenerate the regenerative power of the regenerative operation to the charge / discharge unit.
An inverter control method characterized by this.
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