JP2757684B2

JP2757684B2 - 駆動制御装置

Info

Publication number: JP2757684B2
Application number: JP4138191A
Authority: JP
Inventors: 金子　　靖
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPH05336778A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、モータの駆動制御装
置に関し、さらに詳しくは、高効率で電源回生を行うと
共にコストを低減することの出来るモータの駆動制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の駆動制御装置の構成を示
す回路図である。図において、１は三相交流電源、２は
三相交流を整流し直流に変換し母線６に出力するコンバ
ータ、３は交流モータ５を駆動するためのモータ駆動用
インバータ、４はモータ駆動用インバータ３を制御する
駆動制御回路である。

【０００３】７は母線電圧を検出するための母線電圧検
出器、９は母線電圧検出器７により検出された検出母線
電圧と，電源回生動作開始基準値ＶＡとを比較するコン
パレータである。前記電源回生動作開始基準値ＶＡは、
電源回生動作を安定に行うため無負荷時の母線電圧より
も高い電圧値に設定する。１２は電源回生制御回路であ
り、コンパレータ９の出力する動作信号により電源回生
用インバータ１０の制御信号を生成する。電源回生用イ
ンバータ１０の入力側は、前記母線６に接続されてい
る。電源回生用インバータ１０の出力側は、フィルタ１
１を介して前記三相交流電源１に接続されている。

【０００４】この駆動制御装置では、交流モータ５が減
速すると交流モータ５で発生したエネルギーがモータ駆
動用インバータ３を通して母線６に回生され、母線電圧
を上昇させる。コンパレータ９では、母線電圧検出器７
から供給された検出母線電圧と電源回生動作開始基準値
ＶＡとを比較し、母線電圧が電源回生動作開始基準値Ｖ
Ａより大きくなると、動作信号を電源回生制御回路１２
に出力する。電源回生制御回路１２は、コンパレータ９
から供給された動作信号を基に電源回生用インバータ１
０を制御し、交流モータ５の減速時に発生するエネルギ
ーを三相電源１に回生する。図１０は、交流モータ５の
減速時に発生するエネルギーが母線６側に回生されたと
きの母線電圧と，三相交流電源１に回生される電源回生
電流とを示す波形図である。

【０００５】他の関連する従来技術は、例えば特開昭６
１−２５８６８５号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の交流モータの駆
動制御装置は以上のように構成されているので、交流モ
ータ５の減速時に発生するエネルギーは、減速開始直後
には電源回生用インバータ１０が動作していないことか
ら行き場がなく、母線電圧を上昇させる。検出母線電圧
が電源回生動作基準値ＶＡをこえてから電源回生インバ
ータは動作を開始するが、この後も回生電力は連続する
ため、電源回生動作直後には大きな電源回生電流が流れ
る。

【０００７】このため、電源回生用インバータ１０を構
成するパワー素子の電流容量は、電源回生電流の実効値
が小さい場合であっても、電源回生電流瞬時値の最大値
をカバー出来る十分な余裕を有した大容量のパワー素子
を使用する必要があり、これがコストの上昇を招く原因
となっていた。特に交流電源が三相交流電源である場合
には、このパワー素子が６個必要であり、駆動制御装置
全体のコストに対する割合が大きくなる問題点があっ
た。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、従来よりも小さな電流容量
を有するパワー素子を電源回生用インバータに用いるこ
とが出来、高効率で安価な駆動制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１に、この発明は、交
流電源を直流電源に変換するコンバータ回路と、前記直
流電源から電力変換してモータを駆動するモータ駆動用
インバータと、該モータ駆動用インバータを制御する駆
動制御回路と、モータがその減速時に発生するエネルギ
ーを前記交流電源に回生する電源回生用インバータと、
前記駆動制御回路がモータを減速する制御を開始すると
同時に前記電源回生用インバータを作動させて電源回生
動作を開始させると共に前記駆動制御回路がモータを減
速する制御を停止する時に前記電源回生用インバータを
停止させて電源回生動作を停止させる電源回生制御手段
とを備えたことを特徴とする駆動制御装置を提供する。

【００１０】

【００１１】第３に、この発明は、交流電源を直流電源
に変換するコンバータ回路と、前記直流電源から電力変
換してモータを駆動するモータ駆動用インバータと、該
モータ駆動用インバータを制御する駆動制御回路と、モ
ータがその減速時に発生するエネルギーを前記交流電源
に回生する電源回生手段と、モータがその減速時に発生
するエネルギーを消費する回生エネルギー消費手段と、
交流電源に回生される電源回生電流を検出し所定の電源
回生電流遮断基準値より大きい時に前記電源回生手段を
停止し且つモータからエネルギーが回生される限り電源
回生手段が再作動するまでの期間前記回生エネルギー消
費手段を作動させる回生エネルギー消費制御手段とを備
えたことを特徴とする駆動制御装置を提供する。

【００１２】

【作用】この発明の第１の駆動制御装置では、モータの
減速制御の開始と同時に電源回生動作を開始し、その減
速制御の終了と同時に電源回生動作を停止する。このた
め、モータが減速時に発生するエネルギーが、その発生
と同時に交流電源に回生されるので、母線電圧の上昇が
抑制され、電源回生電流のピーク値を抑制することが出
来る。従って、従来よりも小さな電流容量を有するパワ
ー素子を電源回生用インバータに用いることが出来、コ
ストを低減することが出来る。

【００１３】

【００１４】この発明の第３の駆動制御装置では、電源
回生動作により交流電源に回生される電源回生電流を検
出し、所定の電源回生電流遮断基準値と比較し、電源回
生電流が電源回生電流遮断基準値より大きい場合に、電
源回生動作を停止し且つモータからエネルギーが回生さ
れる限り、電源回生手段が再作動するまでの期間回生エ
ネルギー消費手段により駆動装置内で回生エネルギーを
消費させる。このため、電源回生電流のピーク値が確実
に制限され、従来よりも小さな電流容量を有するパワー
素子を電源回生用インバータに用いることが出来、コス
トを低減することが出来る。

【００１５】

【実施例】―実施例１― 図１は、この発明の実施例１の駆動制御装置の構成を示
す回路図である。図において、１は三相交流電源、２は
三相交流を整流し直流に変換し母線６に出力するコンバ
ータである。３は交流モータ５を駆動するためのモータ
駆動用インバータであり、６個のスイッチング素子と転
流素子とから構成されている。

【００１６】１０１はモータ駆動用インバータ３を制御
すると共に、モータ減速開始信号およびモータ減速終了
信号を出力する駆動制御回路である。１０２は、モータ
減速開始信号およびモータ減速終了信号を基に電源回生
動作信号を生成し、電源回生制御回路１２へ出力するＲ
―Ｓフリップフロップである。

【００１７】電源回生制御回路１２は、Ｒ―Ｓフリップ
フロップ１０２の出力する電源回生動作信号により電源
回生用インバータ１０の制御信号を生成する。電源回生
用インバータ１０の入力側は、前記母線６に接続されて
いる。電源回生用インバータ１０の出力側は、フィルタ
１１を介して前記三相交流電源１に接続されている。

【００１８】次に動作について説明する。交流モータ５
を減速させる際には、駆動制御回路１０１はモータ減速
開始信号（図２の（ａ））をＲ―Ｓフリップフロップ１
０２のセット端子に出力し、これと同時にモータ駆動用
インバータ３を制御して交流モータ５を減速させる（図
２の（ｃ））。なお、Ｒ―Ｓフリップフロップ１０２
は、初期状態ではリセットされている。

【００１９】Ｒ―Ｓフリップフロップ１０２は、セット
されることにより、電源回生動作信号を電源回生制御回
路１２に出力する（図２の（ｄ））。電源回生制御回路
１２は、電源回生動作信号を基に制御信号を生成し、電
源回生用インバータ１０に出力する。電源回生用インバ
ータ１０は、電源回生動作を開始する。

【００２０】交流モータ５が減速することにより発生す
るエネルギーは、モータ駆動用インバータ３を通して母
線６に回生される。母線６に回生されたエネルギーは電
源回生用インバータ１０，フィルタ１１を介して、三相
交流電源１に戻される。この結果、母線電圧が電源回生
動作開始基準値ＶＡより大きくなったことを判別し電源
回生動作を開始する従来の駆動制御装置と比較して、回
生エネルギーによる母線電圧の上昇を待たないため母線
電圧の上昇は小さく抑えられることになり（図２の
（ｅ））、電源回生動作開始時に電源回生用インバータ
１２を介して流れる電源回生電流のピーク値も抑制され
る（図２の（ｆ））。

【００２１】交流モータ５が停止すると（図２の
（ｃ））、駆動制御回路１０１からモータ減速終了信号
（図２の（ｂ））がＲ―Ｓフリップフロップ１０２のリ
セット端子に出力される。Ｒ―Ｓフリップフロップ１０
２は、リセットされることにより、電源回生制御回路１
２への電源回生動作信号の出力を停止する（図２の
（ｄ））。これにより電源回生制御回路１２から電源回
生用インバータ１０に出力されていた制御信号もオフ
し、電源回生用インバータ１２の動作が停止し、電源回
生動作が終了する（図２の（ｆ））。

【００２２】以上のように、実施例１では、交流モータ
５の減速と同時に電源回生動作が開始されるので、電源
回生効率が向上し、母線電圧の上昇が抑制され、電源回
生電流のピーク値も小さくなる。このため、従来よりも
小さな電流容量を有するパワー素子を電源回生用インバ
ータ１０に用いることが出来、コストを低減することが
出来る。

【００２３】―参考例― 図３は、この発明の実施例と比較するための参考例の駆
動制御装置の構成を示す回路図である。図３において図
１と同一あるいは相当の部分については同一の符号を付
し、説明を省略する。

【００２４】１３は、電源回生用インバータ１０を介し
て三相交流電源１に戻される電源回生電流を検出し、検
出電源回生電流信号を出力する電源回生電流検出器であ
る。１５は、前記検出電源回生電流信号と，電源回生電
流過大基準値ＶＢとを比較し、検出電源回生電流信号が
電源回生電流過大基準値ＶＢより大きくなったときに電
源回生電流過大検出信号を出力するコンパレータであ
る。１８は、前記電源回生電流過大検出信号を抵抗回生
制御信号として抵抗回生用スイッチング素子１７を駆動
する抵抗回生制御回路である。回生抵抗１６と抵抗回生
用スイッチング素子１７は直列に接続され、母線６の間
に接続されている。

【００２５】７は、母線６の電圧を検出する母線電圧検
出器である。９は、母線電圧検出器７で検出した母線電
圧と，電源回生動作開始基準値ＶＡとを比較し、母線電
圧が電源回生動作開始基準値ＶＡより大きくなると動作
信号を電源回生制御回路１２に出力するコンパレータで
ある。

【００２６】次に動作について説明する。交流モータ５
の減速によりモータから回生されるエネルギーは母線電
圧を上昇させる。母線電圧は、母線電圧検出器２６によ
り検出される。

【００２７】母線電圧が電源回生動作開始基準値ＶＡよ
り大きくなると、電源回生動作が開始する。この結果、
電源回生電流が電源回生用インバータ１０とフィルタ１
１を介して三相交流電源１に戻される。

【００２８】電源回生用インバータ１０に流れ込む電源
回生電流は電源回生電流検出器１３で検出され、検出電
源回生電流信号がコンパレータ１５へと供給される（図
４の（ａ））。コンパレータ１５は、前記検出電源回生
電流信号が電源回生電流過大基準値ＶＢより大きくなる
と、電源回生電流過大検出信号を抵抗回生制御回路１８
へ出力する（図４の（ｂ））。抵抗回生制御回路１８
は、前記電源回生電流過大検出信号を基に抵抗回生制御
信号を抵抗回生用スイッチング素子１７に出力する。こ
の結果、抵抗回生スイッチング素子１７はオンになり、
回生抵抗１６に電流が流れる（図４の（ｃ））。これに
より、母線６に回生されたエネルギーが回生抵抗１６で
熱として抵抗消費されるので、電源回生電流のピーク値
が抑制される。

【００２９】以上の動作をまとめれば、母線電圧が電源
回生動作開始基準値ＶＡより大きくなると電源回生動作
が開始され（図５の（ａ））、電源回生電流値が所定の
基準値より大きくなると回生抵抗１６に電流が流れ（図
５の（ｃ））、母線６に回生されたエネルギーが回生抵
抗１６で熱として抵抗消費され、電源回生電流のピーク
値が抑制される（図５の（ｂ））。ただし、電源回生動
作は停止しないため、電源回生動作を停止する次の実施
例２の方が電源回生電流を制限する確実性が高い。

【００３０】―実施例２― 図６は、この発明の実施例２の駆動制御装置の構成を示
す回路図である。図６において図３と同一あるいは相当
の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。

【００３１】コンパレータ１５は、電源回生電流を電源
回生電流検出器１３が検出して出力する検出電源回生電
流信号と，電源回生電流遮断基準値ＶＣとの比較結果を
出力する。６０２はＲ―Ｓフリップフロップであり、セ
ット端子はコンパレータ１５の出力端子に接続され、リ
セット端子は電源回生制御回路６０１の電源回生用イン
バータ導通素子切換信号の出力端子に接続されている。
なお、電源回生用インバータ導通素子切換信号は、従来
装置における電源回生用インバータ１０のパワースイッ
チング素子導通切換タイミングと同じタイミングで発生
する。Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２の出力端子Ｑは、
アンド回路６０３の一方の入力端子に接続されている。
また、出力端子／Ｑは、アンド回路６０４の一方の入力
端子に接続されている。アンド回路６０３およびアンド
回路６０４の他方の入力端子は、共通接続されており、
コンパレータ９の出力端子に接続されている。アンド回
路６０３の出力端子は、抵抗回生制御回路１８に接続さ
れている。アンド回路６０４の出力端子は、電源回生制
御回路６０１の入力端子に接続されている。

【００３２】なお、Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２とア
ンド回路６０３とにより、抵抗回生動作指令信号生成部
を構成している。また、Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２
とアンド回路６０４とにより、電源回生動作指令信号生
成部を構成している。

【００３３】次に動作について説明する。交流モータ５
の減速により、モータから回生されるエネルギーは母線
電圧を上昇させる。母線電圧は、母線電圧検出器７によ
り検出される。

【００３４】母線電圧が回生動作開始基準値ＶＡより大
きくなると（図７の（ａ））、コンパレータ９は出力信
号を‘Ｈ’レベルにする（図７の（ｂ））。Ｒ―Ｓフリ
ップフロップ６０２は初期状態ではリセットされてお
り、出力Ｑは‘Ｌ’レベル（図７の（ｆ）），出力／Ｑ
は‘Ｈ’レベル（図７の（ｈ））の状態になっている。
そこで、アンド回路６０４は、‘Ｈ’レベルの電源回生
動作信号を電源回生制御回路６０１に出力する（図７の
（ｉ））。この結果、電源回生制御回路６０１は制御信
号を電源回生用インバータ１０に出力し、電源回生用イ
ンバータ１０は電源回生動作を開始し、電源回生電流が
流れる（図７の（ｃ））。

【００３５】電源回生電流が増加し、検出電源回生電流
信号が電源回生電流遮断基準値ＶＣを越えると、コンパ
レータ１５の出力は‘Ｈ’レベルになる（図７の
（ｄ））。この結果、Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２は
セットされ、出力Ｑは‘Ｈ’レベルに変化し（図７の
（ｆ））、出力／Ｑは‘Ｌ’レベルに変化する（図７の
（ｈ））。

【００３６】Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２の出力Ｑが
‘Ｈ’レベルに変化すると、アンド回路６０３の出力で
ある抵抗回生動作信号は‘Ｈ’レベルとなる（図７の
（ｇ））。そこで、抵抗回生制御回路１８は、抵抗回生
用スイッチング素子１７をオンする。抵抗回生用スイッ
チング素子１７がオンすることで、回生抵抗２５は、交
流モータ５で発生したエネルギーを熱として消費し、母
線電圧の上昇を抑制する。

【００３７】一方、Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２の出
力／Ｑが‘Ｌ’レベルに変化すると、アンド回路６０４
の出力である電源回生動作信号は‘Ｌ’レベルとなる
（図７の（ｉ））。そこで、電源回生制御回路６０１
は、電源回生用インバータ１０による電源回生動作を停
止する。この時、電源回生電流は遮断されるため、ピー
ク値は確実に制限される。電源回生電流がなくなるた
め、コンパレータ１５の出力は‘Ｌ’レベルに戻る（図
７の（ｄ））。

【００３８】電源回生制御回路６０１から電源回生用イ
ンバータ導通素子切換信号が出力されると、Ｒ―Ｓフリ
ップフロップ６０２はリセットされ、出力Ｑは‘Ｌ’レ
ベルに戻り（図７の（ｆ））、出力／Ｑは‘Ｈ’レベル
に戻る（図７の（ｈ））。

【００３９】Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２の出力Ｑが
‘Ｌ’レベルに戻ると、アンド回路６０３の出力である
抵抗回生動作信号は‘Ｌ’レベルに戻り（図７の
（ｇ））、抵抗回生制御回路１８は抵抗回生用スイッチ
ング素子１７をオフする。

【００４０】一方、Ｒ―Ｓフリップフロップ６０２の出
力／Ｑが‘Ｈ’レベルに戻ると、アンド回路６０４の出
力である電源回生動作信号は‘Ｈ’レベルに戻り（図７
の（ｉ））、電源回生制御回路６０１は電源回生用イン
バータ１０による電源回生動作を再開する。電源回生用
インバータ１０による電源回生動作が再開されると、三
相交流電源１に戻される電源回生電流が流れ始め、上記
動作が繰り返される。

【００４１】以上の動作をまとめれば、母線電圧が電源
回生動作開始基準値ＶＡより大きくなると電源回生動作
が開始され（図８の（ａ）（ｂ））、電源回生電流値が
所定の基準値より大きくなると回生抵抗１６に電流が流
れ（図８の（ｄ）（ｅ））、母線６に回生されたエネル
ギーが回生抵抗１６で熱として抵抗消費され、電源回生
動作は停止し、電源回生電流は遮断される。三相交流電
源の電圧位相により電源回生動作は再開され、上記動作
を繰り返す。このため電源回生電流は確実に制限される
（図８の（ｃ））。母線電圧が電源回生動作開始基準電
圧ＶＡより低くなった時点で電源回生動作、回生エネル
ギー消費動作を完全に停止する。

【００４２】−他の実施例− なお、上記実施例では論理回路によりハードウエア的に
装置を実現したが、マイコンと入出力装置を組み合わせ
てソフトウェア的に実現してもよい。また、駆動モータ
として直流モータを使用し、モータ駆動用インバータに
てチョッパ動作を実施しても同様の効果が得られる。
（この場合モータ駆動用インバータのパワー素子は４個
である。）

【００４３】

【発明の効果】この発明の第１の駆動制御装置によれ
ば、回生電力の発生源であるモータ減速の制御指令によ
り電源回生動作を開始するため、回生電力を母線上昇電
圧として大きく溜め込まずに効率よく電源回生を行なえ
て、電源回生電流最大値を従来装置より小さくすること
ができ、これにより電源回生用インバータのパワー素子
の容量を下げ、装置を安価に構成できる。

【００４４】

【００４５】さらに、この発明の第２の駆動制御装置に
よれば、電源回生電流値によって、電源回生とエネルギ
ー消費とを切換えて動作させるため、電源回生電流ピー
ク値は確実に一定値に制限され、従来装置よりも電源回
生電流を小さくできる。また、これにより電源回生用イ
ンバータのパワー素子の容量を電源回生電流制限値まで
下げたものを使用することで、従来よりも安価に装置を
構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の駆動制御装置の実施例１の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１の駆動制御装置の各部の信号波形図であ
る。

【図３】参考例の駆動制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図４】図３の駆動制御装置の各部の信号波形図であ
る。

【図５】図３の駆動制御装置の各部の信号波形図であ
る。

【図６】この発明の駆動制御装置の実施例２の構成を示
すブロック図である。

【図７】図６の駆動制御装置の各部の信号波形図であ
る。

【図８】図６の駆動制御装置の各部の信号波形図であ
る。

【図９】従来の駆動制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図１０】図９の駆動制御装置の各部の信号波形図であ
る。

【符号の説明】

１交流電源２コンバータ３モータ駆動用インバータ４駆動制御回路５交流モータ６母線７母線電圧検出器９コンパレータ１０電源回生用インバータ１２電源回生制御回路１３電源回生電流検出器１５コンパレータ１６回生抵抗１７抵抗回生用スイッチング素子１８抵抗回生制御回路１０１駆動制御回路１０２Ｒ―Ｓフリップフロップ６０１電源回生制御回路６０２Ｒ―Ｓフリップフロップ６０３，６０４アンド回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源を直流電源に変換するコンバー
タ回路と、前記直流電源から電力変換してモータを駆動
するモータ駆動用インバータと、該モータ駆動用インバ
ータを制御する駆動制御回路と、モータがその減速時に
発生するエネルギーを前記交流電源に回生する電源回生
用インバータと、前記駆動制御回路がモータを減速する
制御を開始すると同時に前記電源回生用インバータを作
動させて電源回生動作を開始させると共に前記駆動制御
回路がモータを減速する制御を停止する時に前記電源回
生用インバータを停止させて電源回生動作を停止させる
電源回生制御手段とを備えたことを特徴とする駆動制御
装置。
【請求項２】交流電源を直流電源に変換するコンバー
タ回路と、前記直流電源から電力変換してモータを駆動
するモータ駆動用インバータと、該モータ駆動用インバ
ータを制御する駆動制御回路と、モータがその減速時に
発生するエネルギーを前記交流電源に回生する電源回生
手段と、モータがその減速時に発生するエネルギーを消
費する回生エネルギー消費手段と、交流電源に回生され
る電源回生電流を検出し所定の電源回生電流遮断基準値
より大きい時に前記電源回生手段を停止し且つモータか
らエネルギーが回生される限り電源回生手段が再作動す
るまでの期間前記回生エネルギー消費手段を作動させる
回生エネルギー消費制御手段とを備えたことを特徴とす
る駆動制御装置。