JP3263962B2 - DC braking system - Google Patents

DC braking system

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裕史 松丸
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/11Buck converter, i.e. DC-DC step down converter decreasing the voltage between the supply and the inverter driving the motor

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、交流モータ駆動用イン
バータ装置における直流制動方式に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC braking system for an inverter for driving an AC motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のインバータ装置として、
パルス振幅変調方式(以下PAM方式とする)のインバ
ータ装置がある。このPAM方式の回路構成を図3に示
す。図3中、1は交流電源を整流するためのダイオード
ブリッジ、2は入力側平滑コンデンサ、3は整流後の直
流電圧を可変直流電圧VCPに変換するためのチョッパ用
スイッチング素子、4はフライホイールダイオード、5
は平滑リアクトル、6は出力側平滑コンデンサである。
7〜12はスイッチング素子で、6個で直流電圧を交流
電圧に変換する逆変換回路13を構成している。14は
三相のインダクションモータである。説明を簡単化する
ため、スイッチング素子3及び7〜12は、スイッチの
記号で表している。15は通常運転時の直流電圧指令発
生器、16は直流制動時の直流電圧指令器で、電圧指令
値はVDBであり、17はこれらの電圧指令を切り替える
スイッチである。18は可変直流電圧VCPが電圧指令通
りになるように、チョッパ用スイッチング素子3にスイ
ッチング信号を出力する電圧制御回路であり、多くの場
合、電源電圧の変動の影響を受けないように、フィード
バックループで構成されている。19はPAM周波数制
御回路であり、通常運転中は図4(a)に示すようなス
イッチング信号を逆変換回路13に出力している。この
インバータ装置の従来の直流制動方式を説明する。イン
バータ運転中に停止指令が入力され、インバータが減速
をして、停止直前の低い周波数になると、電圧制御回路
18への電圧指令は、通常運転時の電圧指令から、直流
制動電圧指令値VDBへ切り替わる。また、PAM周波数
制御回路19の周波数が零となり、逆変換回路13のス
イッチングパターンは、図4(a)のスイッチングパタ
ーンの1〜6の中のいずれかの状態のままとなる。例え
ば、スイッチングパターン2の場合、図4(b)のスイ
ッチングパターンとなる。直流制動電流IDBは、スイッ
チ7を通り、モータ14のU相に入り、この電流はV
相、W相に分配され、スイッチ10、12を介して流れ
る。この直流電流IDBにより、モータには制動トルクが
発生し、回転しているモータを停止させることができ
る。直流電流IDBは、直流制動時の電圧VDBと、モータ
の直流抵抗によって決まる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of inverter device,
There is a pulse amplitude modulation (PAM) inverter device. FIG. 3 shows a circuit configuration of this PAM system. In FIG. 3, 1 is a diode bridge for rectifying an AC power supply, 2 is an input side smoothing capacitor, 3 is a chopper switching element for converting a rectified DC voltage into a variable DC voltage VCP , and 4 is a flywheel. Diode, 5
Is a smoothing reactor, and 6 is an output-side smoothing capacitor.
Reference numerals 7 to 12 denote switching elements, each of which constitutes an inverse conversion circuit 13 for converting a DC voltage into an AC voltage. Reference numeral 14 denotes a three-phase induction motor. To simplify the description, the switching elements 3 and 7 to 12 are represented by switch symbols. Reference numeral 15 denotes a DC voltage command generator at the time of normal operation, 16 denotes a DC voltage commander at the time of DC braking, the voltage command value is VDB , and 17 is a switch for switching these voltage commands. Reference numeral 18 denotes a voltage control circuit that outputs a switching signal to the chopper switching element 3 so that the variable DC voltage V CP is in accordance with the voltage command. In many cases, feedback control is performed so as not to be affected by fluctuations in the power supply voltage. It consists of a loop. Reference numeral 19 denotes a PAM frequency control circuit, which outputs a switching signal as shown in FIG. A conventional DC braking system of this inverter device will be described. When a stop command is input during the inverter operation and the inverter decelerates to a low frequency immediately before the stop, the voltage command to the voltage control circuit 18 is changed from the voltage command during normal operation to the DC braking voltage command value V DB. Switch to. Further, the frequency of the PAM frequency control circuit 19 becomes zero, and the switching pattern of the inverse conversion circuit 13 remains in any one of the switching patterns 1 to 6 in FIG. For example, in the case of the switching pattern 2, the switching pattern shown in FIG. The DC braking current I DB passes through the switch 7 and enters the U phase of the motor 14,
, And flows through switches 10 and 12. This DC current IDB generates a braking torque in the motor, and the rotating motor can be stopped. The DC current I DB is determined by the DC braking voltage V DB and the DC resistance of the motor.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、直流制動時の
電圧指令16の値VDBは、数ボルトから十数ボルト程度
であり、通常運転時の直流電圧に比べかなり低く、電圧
制御回路18で、この低い電圧を精度よく出力するのは
非常に困難である。このために直流電圧が変動し、制動
トルクが一定にならなかった。
However, the value V DB of the voltage command 16 at the time of DC braking is about several volts to several tens of volts, which is considerably lower than the DC voltage at the time of normal operation. It is very difficult to accurately output this low voltage. As a result, the DC voltage fluctuated, and the braking torque did not become constant.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明では、交流電源を
可変直流電圧に変換するチョッパ回路と、6回路のスイ
ッチング素子で構成された逆変換回路(13)と、前記
逆変換回路へ、パルス振幅変調方式による制御信号を出
力するPAM周波数制御手段と、前記逆変換回路へ、パ
ルス幅変調方式による制御信号を出力するPWM制御手
段とを備えたインバータ装置において、通常運転時は前
記PAM周波数制御手段(19)に接続され、直流制動
時は前記PAM周波数制御手段(19)から前記PWM
制御手段(20)へと切り替え、前記PWM制御手段
(20)の出力を前記逆変換回路(13)へ伝達する第
一のスイッチ(21)と、直流制動時は電圧指令発生手
段(15)から直流電圧指令を発生する電圧指令発生手
段(16)へと切り替え、前記電圧指令発生手段(1
6)から出力される電圧指令をチョッパ用スイッチング
素子(3)用のスイッチング信号を出力する電圧制御回
路(18)へ出力する第二のスイッチ(17)とを前記
インバータに停止指令が入力され、モータが減速された
後に前記第一のスイッチ(21)と前記第二のスイッチ
(17)とを同時に切り替え、前記逆変換回路(13)
を構成する各スイッチング素子のオンのデューティの差
で直流制動時の直流制動電圧を設定することを特徴とす
る直流制動方式である。
According to the present invention, there is provided a chopper circuit for converting an AC power supply into a variable DC voltage, an inverse conversion circuit (13) comprising six switching elements, and a pulse converter. In an inverter device including a PAM frequency control means for outputting a control signal based on an amplitude modulation method and a PWM control means for outputting a control signal based on a pulse width modulation method to the inverse conversion circuit, the PAM frequency control is performed during normal operation. Means (19), and the PAM frequency control means (19) sends the PWM signal during DC braking.
A first switch (21) for switching to the control means (20) and transmitting the output of the PWM control means (20) to the inverse conversion circuit (13); and a voltage command generating means (15) for DC braking. Switching to voltage command generating means (16) for generating a DC voltage command, the voltage command generating means (1
A second switch (17) for outputting a voltage command output from 6) to a voltage control circuit (18) for outputting a switching signal for the chopper switching element (3) and a stop command for the inverter; After the motor is decelerated, the first switch (21) and the second switch (17) are simultaneously switched, and the reverse conversion circuit (13)
The DC braking method is characterized in that the DC braking voltage at the time of DC braking is set by the difference between the ON duties of the respective switching elements constituting the above.

【0005】[0005]

【作用】通常運転時には、インバータはPAM方式で運
転しており、出力電圧はチョッパ回路で、また、周波数
はPAM周波数制御回路で制御されている。インバータ
に停止指令が入力されると、インバータは減速を行な
い、停止直前になると、電圧制御回路へは、高めに設定
された直流電圧指令が入力され、この直流電圧が逆変換
回路に与えられる。これと同時に、逆変換回路への制御
信号はPWM制御回路へ接続され、逆変換回路はPWM
でスイッチングする。PWMのデューティはモータに出
力する直流制動電圧と直流電圧VCPから決定される。
In the normal operation, the inverter operates in the PAM system, the output voltage is controlled by the chopper circuit, and the frequency is controlled by the PAM frequency control circuit. When a stop command is input to the inverter, the inverter decelerates. Immediately before the stop, a DC voltage command set at a higher level is input to the voltage control circuit, and the DC voltage is applied to the inverse conversion circuit. At the same time, the control signal to the inverse conversion circuit is connected to the PWM control circuit, and the inverse conversion circuit
To switch. The PWM duty is determined from the DC braking voltage output to the motor and the DC voltage V CP .

【0006】[0006]

【実施例】図1に、本発明の実施例の回路構成図を示
す。図1中の、20は直流制動時のPWM制御回路であ
り、21は通常運転時と直流制動時とでPAM周波数制
御回路19とPWM制御回路20を切り替えるスイッチ
であり、スイッチ17と連動している。通常運転時は、
スイッチ17及び21はa側に接続されている。 イン
バータに停止指令が入力されると、インバータは減速を
行い、停止直前になるとスイッチ17及び21はb側に
接続される。今、直流制動時の電圧指令発生器16から
は、100ボルトの直流電圧指令が出力されるとする
と、インバータ出力端子のU−V間の直流電圧を10ボ
ルト,U−W間の直流電圧を10ボルトにする場合を考
えると、PWM制御回路からは、スイッチ7のオンのデ
ューティに対し、スイッチ9、11のオンのデューティ
は10%短い制御信号を出力する。スイッチ8、10、
12はそれぞれスイッチ7、9、11と逆相のスイッチ
ング信号を出力するようにする。図2に、スイッチ7の
制御信号として、オンが55%、オフが45%の信号、
スイッチ9、11の制御信号として、オンが45%、オ
フが55%の信号例を示す。直流制動時の直流制動電圧
は、実施例の場合、直流電圧を100ボルトとし、スイ
ッチ7のオンのデューティと、スイッチ9、11のオン
のデューティの差で設定するようにしたが、デューティ
の差を一定にし、直流電圧を変えることで設定すること
も可能である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 20 denotes a PWM control circuit during DC braking, and reference numeral 21 denotes a switch for switching between the PAM frequency control circuit 19 and the PWM control circuit 20 during normal operation and during DC braking. I have. During normal operation,
Switches 17 and 21 are connected to a side. When a stop command is input to the inverter, the inverter decelerates, and immediately before the stop, the switches 17 and 21 are connected to the b side. Now, assuming that a DC voltage command of 100 volts is output from the voltage command generator 16 at the time of DC braking, the DC voltage between U and V of the inverter output terminal is 10 volts, and the DC voltage between U and W is Considering the case of 10 volts, the PWM control circuit outputs a control signal in which the on duty of the switches 9 and 11 is 10% shorter than the on duty of the switch 7. Switches 8, 10,
Numeral 12 outputs switching signals having phases opposite to those of the switches 7, 9, and 11, respectively. FIG. 2 shows a control signal of the switch 7 as a 55% ON signal and a 45% OFF signal.
As control signals for the switches 9 and 11, a signal example in which ON is 45% and OFF is 55% is shown. In the case of the embodiment, the DC braking voltage at the time of the DC braking is set to 100 volts DC and is set by the difference between the on duty of the switch 7 and the on duty of the switches 9 and 11, Can be set by making DC constant and changing the DC voltage.

【0007】[0007]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、直流制動時のモータへの直流電圧をPWM方式で出
力することで精度よく直流電圧を制御できるので、モー
タの制動トルクが安定し、モータが確実に停止するまで
の時間のばらつきが小さくなる。このため従来のよう
に、ばらつきを見込んで、制動時間を長めに設定する必
要がなくなり、特に頻繁に運転・停止をする用途におい
て、制動時間の短縮を図ることができる。
As described above, according to the present invention, the DC voltage can be accurately controlled by outputting the DC voltage to the motor at the time of the DC braking by the PWM method, so that the braking torque of the motor is stabilized. However, variation in the time until the motor stops reliably is reduced. Therefore, unlike the related art, it is not necessary to set the braking time longer in anticipation of variation, and the braking time can be reduced particularly in applications where the vehicle is frequently started and stopped.

【0008】[0008]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の回路構成図FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the present invention.

【図2】PWM制御回路からの出力信号例FIG. 2 is an example of an output signal from a PWM control circuit.

【図3】従来の回路構成図FIG. 3 is a conventional circuit configuration diagram.

【図4】直流運転時と直流制動時の周波数制御回路19
の出力信号
FIG. 4 shows a frequency control circuit 19 for DC operation and DC braking.
Output signal

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7〜12 スイッチング素子 13 逆変換回路 15 通常運転時の電圧指令発生器 16 直流制動時の電圧指令発生器 18 電圧制御回路 19 通常運転時のPAM周波数制御回路 20 PWM制御回路 7-12 Switching element 13 Inverting circuit 15 Voltage command generator during normal operation 16 Voltage command generator during DC braking 18 Voltage control circuit 19 PAM frequency control circuit during normal operation 20 PWM control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 堀川 一郎 (56)参考文献 特開 昭58−12577(JP,A) 特開 昭61−247292(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 3/24 H02P 7/63 302 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page Examiner Ichiro Horikawa (56) References JP-A-58-12577 (JP, A) JP-A-61-247292 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) H02P 3/24 H02P 7/63 302

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 交流電源を可変直流電圧に変換するチョ
ッパ回路と、6回路のスイッチング素子で構成された逆
変換回路(13)と、前記逆変換回路へ、パルス振幅変
調方式による制御信号を出力するPAM周波数制御手段
と、前記逆変換回路へ、パルス幅変調方式による制御信
号を出力するPWM制御手段とを備えたインバータ装置
において、 通常運転時は前記PAM周波数制御手段(19)に接続
され、直流制動時は前記PAM周波数制御手段(19)
から前記PWM制御手段(20)へと切り替え、前記P
WM制御手段(20)の出力を前記逆変換回路(13)
へ伝達する第一のスイッチ(21)と、 直流制動時は電圧指令発生手段(15)から直流電圧指
令を発生する電圧指令発生手段(16)へと切り替え、
前記電圧指令発生手段(16)から出力される電圧指令
をチョッパ用スイッチング素子(3)用のスイッチング
信号を出力する電圧制御回路(18)へ出力する第二の
スイッチ(17)とを前記インバータに停止指令が入力
され、モータが減速された後に前記第一のスイッチ(2
1)と前記第二のスイッチ(17)とを同時に切り替
、前記逆変換回路(13)を構成する各スイッチング
素子のオンのデューティの差で直流制動時の直流制動電
圧を設定することを特徴とする直流制動方式。
1. A chopper circuit for converting an AC power supply into a variable DC voltage, an inverse conversion circuit (13) composed of six switching elements, and a control signal output to the inverse conversion circuit by a pulse amplitude modulation method. An inverter device comprising a PAM frequency control means for performing a pulse width modulation method and a PWM control means for outputting a control signal to the inverse conversion circuit by a pulse width modulation method. At the time of DC braking, the PAM frequency control means (19)
Is switched to the PWM control means (20),
The output of the WM control means (20) is converted to the inverse conversion circuit (13)
A first switch (21) for transmitting a DC voltage command to a voltage command generating means (16) for generating a DC voltage command during DC braking;
A second switch (17) that outputs a voltage command output from the voltage command generating means (16) to a voltage control circuit (18) that outputs a switching signal for a chopper switching element (3); After the stop command is input and the motor is decelerated, the first switch (2
1) and the second switch (17) are switched at the same time , and each switching constituting the inverse conversion circuit (13) is performed.
DC braking voltage during DC braking due to the difference in element on duty
DC braking system, characterized in that you set the pressure.
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