JP2689601B2

JP2689601B2 - 回生機能付電力変換装置

Info

Publication number: JP2689601B2
Application number: JP1115998A
Authority: JP
Inventors: 弘紀清水
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH02299486A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は回生機能を有する電力変換装置の回生時に
おける電源電圧降下に伴う過電流を防止することを目的
とするものである。

〔従来の技術〕

第３図は、従来のこの種の電力変換装置を回路図で示
したものである。第３図において、１は３相交流電源、
２は交流リアクトルである。３は順変換器、４は電解コ
ンデンサ、５はベクトル制御方式の逆変換器であり、３
〜５により電圧形インバータが構成されている。順変換
器３は、互いに逆並列接続されたダイオード整流器D_cと
回生用トランジスタT_rcの対をブリッジ接続してなり、
トランジスタT_rcは回生用の逆変換部を構成している。
逆変換器５は逆並列接続したダイオード整流器D_Iを有す
るトランジスタT_rIをブリッジ接続してなる。６は誘導
電動機IMであって、クレーン等の荷役機械を駆動する。

誘導電動機６には速度検出器７であるパルス発振器
（PLG）が軸結されており、この速度検出器７が検出す
る速度フイードバック信号Ｎは逆変換器の制御部Ａの速
度指令器８が送出する速度指令Ｎ^＊と比較され、その偏
差は誤差増幅器等を用いた速度制御器９で増幅されて、
トルク電流指令Iq^＊となる。励磁電流指令Id^＊は励磁電
流指令器10により上記速度フイードバック信号Ｎに応じ
て設定される。11はベクトル制御器であって、励磁電流
指令Id^＊とトルク電流指令Iq^＊に応じて誘導電動機６の
すべり角速度ω_ｓを決定し、上記速度フイードバック信
号Ｎとすべり角速度ω_ｓとから誘導電動機６の一次角速
度ω_１を演算して、電動機磁束の回転位相に同期した２
相正弦波を位相基準する座標変換によりIq^＊とId^＊に応
じ一次電流の大きさと位相を決定し、各相の一次電流指
令を演算する。逆変換器５は出力電流が上記一次指令の
値となるように制御される。12はドライバである。

回生用逆変換部の回生制御部Ｂは、直流回路の電圧Ｅ
を電圧指令器13が送出する電圧指令Ed^＊と比較し、その
電圧偏差を増幅して送出する電圧制御器14、この増幅さ
れた電圧偏差と電源電圧とを比較する電流指令器15、こ
の電流指令器15の出力と電流検出器16を通して取り込ま
れと実電流の偏差を増幅する電流制御器17、この電流制
御器17の出力を搬送波発生器18Aの出力と比較してPWM信
号を発生するPWM回路18を有している。19はベースドラ
イバである。

この構成においては、力行モード時は、交流電源１か
らの交流が順変換器３のダイオード整流器D_cで直流変換
されて、電解コンデンサ４を充電し、この電解コンデン
サ４の電圧を直流入力として逆変換器５が速度指令Ｎ^＊
に対応する周波数の交流を誘導電動機６に給電する。

誘導電動機６が発電機動作となる回生モード時は、誘
導電動機６が発生する交流は逆変換器５のダイオードD_I
により直流変換されて電解コンデンサ４を充電し、この
充電電流により電解コンデンサ４の電圧が電圧指令Ed^＊
より上昇した時、回生モードへの移行が検出され、この
電解コンデンサ４の電圧が電圧指令値Ed^＊と等しくなる
ように、順変換器３のトランジスタT_rcがスイッチング
制御され、電源周波数の交流がリアクトル２を通して交
流電源１に回生される。

この回生モード時に、交流電源１の電圧が降下した場
合、逆変換器５を通して誘導電動機６側から回生される
回生電力量が電圧降下時以前と同じであるとすると、順
変換器３に流入する電力と順変換器３から流出する電力
量とが等しくなるように、順変換器３のトランジスタT
_rcを流れる電流（回生電流）が増加する。例えば、電圧
降下が定格の10％であるとすると、回生電流は1/0.9＝
1.1倍に増加する。

通常、交流電源１の電圧変動は±10％以内であるが、
運転状態によっては、10％を超える電圧降下が生じる場
合があり、大幅な電圧降下が発生すると回生電流も大き
く増加するので、そのまま運転を継続すると、トランジ
スタT_rcが破損する恐れがある。

このため、従来は、回生モード中に、大幅な電源電圧
降下が発生した場合は、運転を停止するようにしている
ので、作業が中断し、作業の効率が低下するという問題
があった。

本発明は上記問題を解消するためになされたもので、
回生モード時に電源電圧降下が生じても、回生電流を抑
制して、安全に運転を継続することができる回生機能付
電旅変換装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、交流電流に接続さ
れる順変換器と、この順変換器に直流回路を介して接続
され交流電動機に給電する逆変換器と、上記順変換器を
制御する回生制御部と、上記逆変換器を制御する逆変換
器制御部とを具備し、上記回生制御部は、上記直流回路
の電圧と電圧指令値との電圧偏差を上記順変換器にフィ
ードバックして上記順変換器を制御し、上記逆変換器制
御部は、上記交流電動機の速度と速度指令との速度偏差
に基づき上記逆変換器の出力電流の制御を行う回生機能
付電力変換装置において、上記交流電源の電圧降下幅に
対して上記電圧偏差及び上記速度偏差の制限値を変更し
ない不感領域と、上記電圧偏差及び速度偏差の制限値を
上記交流電源の電圧降下幅に比例して減少させる制限値
減少領域と予め設定し、上記交流電源の電圧降下時に、
上記設定に従って上記電圧偏差及び上記速度偏差の制限
値を上記電圧降下幅に応じて下げるようにしたことを特
徴とする回生機能付電力変換装置として構成されてい
る。

〔作用〕

本発明では、交流電動器が発電機動作となる回生モー
ド時に電流電圧が降下した場合、その電源電圧の降下を
検出し、該電源電圧降下幅が上記制限値減少領域に達し
ていれば、上記電圧降下幅に比例して、逆変換器にフィ
ードバックする速度偏差の制限値が引き下げられる。こ
のため、回生電力量が抑制されて順変換器の過電流によ
る破壊を防止することができ、電源電圧の降下が生じた
場合でも安全に運転を継続することが可能となり、その
結果運転停止による作業効率の低下が避けられる。

また、電源電圧降下幅が上記不感領域内であれば、上
記速度偏差の制限値が通常運転時と変わらないよう設定
することが可能であり、この場合、回生電力量は抑制さ
れないから、通常運転時に回生電力量を抑制してしまっ
て電力を無駄にするようなことが防止される。

さらに、上記速度偏差の制限値の引き下げと共に、上
記電圧偏差の制限値行も引き下げられるから、過渡的な
変電流による順変換器の破壊も防止される。

〔実施例〕

以下、本発明の１実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、誤差増幅器を用いた速度制御器９
は、その入出力間に挿入された飽和回路20を有し、誤差
増幅器等を用いた電圧制御器14も、その入出力間に挿入
された飽和回路21を有している。

22は電圧検出器であって、順変換器３への電源電圧を
検出し、この電源電圧Ｖに応じた検出電圧Vs（第２図に
示す特性Ｐを持つ）を飽和回路20と21に送出する。飽和
回路20と21は電圧検出器22の出力特性に追随して制御さ
れ、速度制御器９により増幅された速度偏差の制限値と
電圧制御器14により増幅された電圧偏差の制限値を調整
する。

この構成において、交流電源１の電圧が10％を超えて
低下するまでは、速度制限器９、電圧制限器14の出力制
限値は特性Ｐに従い一定であるが（不感領域）、交流電
源１の電圧が10％を超えて低下すると、上記各出力制限
値は電源電圧降下幅に比例して低下する（制限値減少領
域）。

従って、電源電圧の10％を超える電圧降下が生じる
と、速度制御器９の出力指令Iq^＊が絞られるので、逆変
換器５から誘導電動機６側へ流出するエネルギーが低減
する。

回生モード時に先の10％を超えた電源電圧降下が発生
すると、速度増幅器９の出力であるトルク電流指令Iq^＊
が絞られるから、逆変換器５により直流回路へ回生され
る回生電力量は正常電圧時の回生電力量より減少する。
従って、電源電圧の降下時、順変換器３のトランジスタ
T_rc群は正常電圧時よりも低い電力量を交流電源１側へ
回生することになるから、トランジスタT_rcを流れる回
生電流の増加は防止される。また、交流電源１の通常の
運転範囲である−10％内の電圧変動では、上記トルク電
流指令Iq^＊の制限値は通常と変わらず、回生する電力を
無駄にすることがない。

また、本実施例では、電圧制御器14にも飽和回路21を
設けてあるから、上記10％を超える電源電圧降下が生じ
ると同時に、電圧制限器14が送出する電圧偏差の出力制
限値が交流電源１の電圧降下幅に応じて絞られるので、
過渡的に、トランジスタT_rcを流れる回生電流が増加す
るのを防止している。

本実施例では、交流電源１の電圧が例えば10％以上降
下した場合、電力交換装置を通して、電源１と誘導電動
機６との間で授受される電力量を絞るので、回生モード
における電源電圧降下時、回生電流が電圧正常時に比し
増加するのを防止することができ、順変換器３のトラン
ジスタ等の半導体素子の過電流破壊の恐れがなくなる。
さらに、通常運転の範囲にある電圧低下時は、回生する
電力の制限値を低下させない設定が可能で、回生する電
力の無駄を生じさせない。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、交流電流に接続される順
変換器と、この順変換器に直流回路を介して接続され交
流電動機に給電する逆変換器と、上記順変換器を制御す
る回生制御部と、上記逆変換器を制御する逆変換器制御
部とを具備し、上記回生制御部は、上記直流回路の電圧
と電圧指令値との電圧偏差を上記順変換器にフィードバ
ックして上記順変換器を制御し、上記順変換器制御部
は、上記交流電動機の速度と速度指令との速度偏差に基
づき上記逆変換器の出力電流の制御を行う回生機能付電
力変換装置において、上記交流電源の電圧降下幅に対し
て上記電圧偏差及び上記速度偏差の制限値を変更しない
不感領域と、上記電圧偏差及び速度偏差の制限値を上記
交流電源の電圧降下幅に比例して減少させる制限値減少
領域とを予め設定し、上記交流電源の電圧降下時に、上
記設定に従って上記電圧偏差及び上記速度偏差の制限値
を上記電圧降下幅に応じて下げるようにしたことを特徴
とする回生機能付電力変換装置であるから、交流電動器
が発電機動作となる回生モード時に、電源電圧降下幅が
上記制限値減少領域に達した場合、該電圧降下幅に応じ
て逆変換器にフィードバックする速度偏差の制限値を引
き下げ、交流電源に回生される電力を低減すると同時
に、電源の電圧降下幅に応じて順変換器にフィードバッ
クする電圧偏差の制限値を引き下げ、過渡電流による破
壊を防止することができる。従って、電源電圧の降下が
あっても、安全に運転を継続することが可能となり，そ
の結果運転停止による作業効率の低下を下げることがで
きる。

さらに、電源電圧の低下が上記不感領域にある場合に
は、上記各偏差の制限値を低下させない設定が可能で、
回生する電力の無駄を生じさせない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は上
記実施例における電圧検出器の出力特性を示す図、第３
図は従来の回生機能付電力変換装置を示すブロック図で
ある。１……交流電源、３……順変換器、４……電解コンデン
サ、５……逆変換器、８……速度指令器、９……速度制
御器、13……電圧指令器、14……電圧制御器、20、21…
…飽和回路、22……電圧検出器、６……交流電動機、Ａ
……逆変換器制御部、Ｂ……回生制御部、Ｎ……速度
（速度フィードバック信号）、Ｎ^＊……速度指令値、Nd
^＊……電圧指令値、Ｅ……直流回路の電圧。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電流に接続される順変換器と、この順
変換器に直流回路を介して接続され交流電動機に給電す
る逆変換器と、上記順変換器を制御する回生制御部と、
上記逆変換器を制御する逆変換器制御部とを具備し、上
記回生制御部は、上記直流回路の電圧と電圧指令値との
電圧偏差を上記順変換器にフィードバックして上記順変
換器を制御し、上記逆変換器制御部は、上記交流電動機
の速度と速度指令との速度偏差に基づき上記逆変換器の
出力電流の制御を行う回生機能付電力変換装置におい
て、上記交流電源の電圧降下幅に対して上記電圧偏差及び上
記速度偏差の制限値を変更しない不感領域と、上記電圧
偏差及び速度偏差の制限値を上記交流電源の電圧降下幅
に比例して減少させる制限値減少領域とを予め設定し、
上記交流電源の電圧降下時に、上記設定に従って上記電
圧偏差及び上記速度偏差の制限値を上記電圧降下幅に応
じて下げるようにしたことを特徴とする回生機能付電力
変換装置。