JP3891080B2 - 電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源が停電した場合でも、電動機を減速させて電力変換装置へ電力を回生しながら運転を継続する電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変電圧・可変周波数の交流電力を出力する電力変換装置（以下ではＶＶＶＦインバータと称する）を使用すれば、従来は速度制御が困難であった誘導電動機でも、簡単に所望の回転速度で運転することができるので、広く用いられている。しかしながら交流電源が停電した場合には、誘導電動機をＶＶＶＦインバータから切り離して一旦停止させた後に、改めて再始動させなければならないが、極めて短い時間の停電（以下では瞬時停電と称する）の場合でも、同様にこの作業手順は必要である。それ故停電が短時間であっても、停電発生から始動完了までの時間は停電時間よりもはるかに長時間を要し、この間が装置のアイドル時間になるから装置の稼働効率が低下するし、再始動の作業に人手が必要になるなどの不具合を生じる。
【０００３】
ところで商用電源の停電の大部分は落雷などが原因の地絡事故であり、この地絡事故は送電をごく短時間とめれば回復する。そこで交流電源が瞬時停電した場合でも、ＶＶＶＦインバータによる誘導電動機の運転を継続することができるならば、前述した不具合の大部分は解消できることになる。
ＶＶＶＦインバータは電源側変換器と負荷側変換器と、これら両変換器の直流側同士を結合している直流中間回路に接続している平滑コンデンサとで構成しているが、交流電源の停電時にそのまま誘導電動機へ電力を供給し続けると、平滑コンデンサに蓄積していた電荷が急速に消費されて直流中間回路電圧が低下し、運転を継続することが不可能になる。そこで交流電源の停電を検出すると誘導電動機の回転速度を低下させることで、当該電動機とこれに結合している負荷の運動エネルギーを、負荷側変換器を介して直流中間回路へ電力として回生させれば、直流中間回路電圧が低下するのを抑制することができる。停電が短時間の場合は、このようにして誘導電動機の速度を徐々に低下させている間に電源が復旧する。電源の復旧と共に誘導電動機を加速して正常運転に戻すことにより、当該電動機を停止させずに瞬時停電を乗り切ることができる。
【０００４】
しかしながら、電源停電時に誘導電動機の回転速度の低下の程度が小さければ直流中間回路へ回生される電力量が少なくなり、直流電圧が低下してしまうし、これとは逆に電動機の回転速度を大幅に低下させると、直流中間回路電圧が異常に上昇して過電圧トリップで停止となる恐れもある。そこでこのような不都合が生じるのを防ぐものとして、特開平９−２４７９９０号公報がある。この提案は、直流中間回路電圧の検出値と目標値から減速レート１を演算し、直流中間回路電圧の変化率から減速レート２を演算し、これら２つの減速レートの積をＰＩ制御することで電動機の減速時間を制御するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、直流中間回路電圧が低下しすぎたり上昇しすぎたりするのを抑制しながら誘導電動機を減速させるにあたっては、当該電動機から回生される電力を適切に調整する必要があるが、この回生電力が変化した結果として直流中間回路電圧が変化するのであるから、直流中間回路電圧検出値のみを用いて電動機の減速の程度を調節するのでは、応答性を向上させるのは困難である。更に前述の提案は直流中間回路電圧の変化率，すなわち微分値を使用しているために、検出ノイズなどが影響し、調節器のゲインを大きくすることが困難であり、そのために応答性を上げることができない欠点を有する。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、電動機の減速に伴って回生される電流を直接制御することで、交流電源が停電したときの直流中間回路電圧を制御することで、高い応答性を得られるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法は、
電源側変換器と，負荷側変換器と，これら両変換器を結合する直流中間回路とでなる電力変換装置に交流電源を接続し、該電力変換装置が出力する可変電圧可変周波数の交流電力で交流電動機を可変速駆動する電動機駆動用電力変換装置の制御方法において、
前記交流電源が停電すれば、予め定めた変化率で減少する周波数指令値で前記交流電動機を減速させ、この停電減速時に前記交流電動機が回生する有効電流の制限値を前記直流中間回路の電圧に対応して変化させ、この回生有効電流制限値に対応した周波数補正量で前記周波数指令値を正方向に補正する。
【０００８】
前記停電減速中の交流電動機の回生有効電流実際値が前記制限値を越えている期間中または回生有効電流指令値が前記制限値で制限されている期間中は、前記交流電動機の減速を中止する。
前記停電減速中に前記直流中間回路電圧が所定値を越えている期間中は、前記交流電動機の減速を中止する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表したブロック回路図である。この図１において、電源側変換器２と負荷側変換器４と、これら両変換器の直流側同士を結合した直流中間回路に接続した平滑コンデンサ３とでＶＶＶＦインバータを構成している。交流電源１からの交流電力はＶＶＶＦインバータで所望の電圧と周波数の交流電力に変換され、誘導電動機５を可変速運転する。
【００１０】
このＶＶＶＦインバータの制御回路は、交流電源１の停電を検出する停電検出回路９、周波数の加減速レートを制限する加減速演算器１０、周波数指令ω^* を電圧指令Ｖ^* に変換するＶ／Ｆ変換器１１、電圧指令を三相電圧指令Ｖ_u ^* ，Ｖ_v ^* ，Ｖ_w ^* へ変換する座標変換器１２、三相電圧指令をパルス幅変調制御により負荷側変換器４のゲート信号に変換するＰＷＭ制御器１３、周波数指令を積分して位相θへ変換する積分器１４、直流中間回路電圧に対応して有効電流の回生側制限値を可変する有効電流制限値可変演算回路１５、有効電流制限調節器１６、直流電圧検出器２０、電動機電流検出器２１と２２、座標変換器２３および加算器１８を備えている。
【００１１】
停電検出回路９が交流電源１の停電を検出すると、停電時用に予め定めている減速レートに従った周波数指令が加減速演算器１０から出力されるから、誘導電動機５はその回転速度を低下させる回生運転により、直流中間回路電圧が低下するのを抑制する。このときに直流中間回路が過度に上昇するのを抑制するために、有効電流制限値可変演算回路１５は有効電流の回生側の制限値を直流中間回路電圧に対応して変化させる。すなわち直流中間回路電圧が上昇した場合は有効電流の回生側の制限値を小さな値に抑制するが、更にこの電圧が目標値を越えた場合は制限値を零にする。加減速演算器１０が出力する周波数指令値の低下が大幅であったために有効電流の回生量が増えすぎた場合は、加算器１８により、有効電流制限調節器１６からの周波数補正値が周波数指令値に加算されて有効電流の回生量が制限値内となるように制御される。かくして交流電源１が停電の場合でも、直流中間回路電圧の低下や上昇を抑制して運転を継続できる。
【００１２】
図２は本発明の第１実施例の応用例を表したブロック回路図である。この図２の回路では、電圧検出器３１，３２と座標変換器３３で電圧を検出しており、Ｖ／Ｆ変換器３４が出力する電圧指令値と前記座標変換器３３が出力する電圧検出値が等しくなるように制御する電圧調節器３５と、この電圧調節器３５が出力する有効電流指令値と座標変換器２３が出力する有効電流検出値が等しくなるように制御する電流調節器３６を備えて、この電流調節器３６が周波数補正値を出力し、この周波数補正値と加減速演算器１０からの周波数指令値とを加算器１８で加算することで、適切な周波数指令値が得られるところが、前述した図１の第１実施例回路とは異なっているが、これ以外はすべて同じである。すなわち、停電検出回路９が交流電源１の停電を検出すれば加減速演算器１０が予め定めた減速レートで誘導電動機５を減速して直流中間回路電圧の低下を抑制する。このときの直流中間回路電圧の過上昇を抑制するために、有効電流制限値可変演算回路１５により有効電流指令の回生側の制限値を直流中間回路電圧に対応して変化させる。この制限値により、電圧調節器３５の出力である有効電流指令値が制限される。
【００１３】
図３は本発明の第２実施例を表したブロック回路図であるが、この図３の第２実施例回路は、有効電流制限調節器１６から加減速演算器１０への回路が設けられていて、有効電流実際値が回生側制限値を越えている間は、加減速演算器１０の減速動作を一時的に中止する。この減速動作の中止により、直流中間回路電圧の過上昇を抑制できるところが、図１で既述の第１実施例回路とは異なっているが、これ以外はすべて同じであるから、その説明は省略する。
【００１４】
図４は本発明の第２実施例の応用例を表したブロック回路図である。この図４の回路が図２で既述の応用例回路と異なるのは、電圧調節器３５から出力される有効電流指令値の回生側出力制限中の信号が加減速演算器１０へ与えられている部分である。有効電流指令値が回生側制限値で制限されているときには、加減速演算器１０の減速動作を一時中止する。これにより直流中間回路電圧の過上昇を抑制できる。
【００１５】
図５は本発明の第３実施例を表したブロック回路図であるが、この図５の第３実施例回路は、直流電圧検出器２０に直流電圧過上昇検出回路１７と、この直流電圧過上昇検出回路１７が直流電圧の過上昇を検出したときに加減速演算器１０の減速動作を一時中止にする回路とを備えており、これらにより加減速演算器１０が減速動作を一時中止することで、直流中間回路電圧が過度に上昇するのを抑制することができる点が、図３で既述の第２実施例回路とは異なっているが、これ以外はすべて図３と同じである。
【００１６】
図６は本発明の第３実施例の応用例を表したブロック回路図である。この図６の回路が図４で既述の応用例回路と異なるのは、直流電圧過上昇検出回路１７を備えて直流中間回路電圧の過上昇を検出すれば、減速動作中の加減速演算器１０へこの減速動作の一時中止の信号を与える。これにより直流中間回路電圧の過上昇を抑制できる。
【００１７】
【発明の効果】
交流電動機を可変速駆動する電力変換装置へ交流電力を供給している交流電源が瞬時停電した場合でも、電動機を減速運転することで直流中間回路へ有効電流を回生するならば、当該電力変換装置の運転をそのまま継続できる。しかしながら電動機の減速の程度が大きすぎれば直流中間回路電圧が過上昇して装置がトリップする恐れがあるし、逆に電動機の減速の程度が小さければ直流中間回路電圧が低下して、同じく装置は停止となる恐れがある。そこで従来は減速レートの演算に直流中間回路電圧の微分値を利用しているが、検出ノイズ等の影響があって調節器のゲインを大きくするのが困難で、応答性が向上できない欠点があった。これに対して本発明では回生する有効電流を直接制御しているので、高い応答性を確保できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表したブロック回路図
【図２】本発明の第１実施例の応用例を表したブロック回路図
【図３】本発明の第２実施例を表したブロック回路図
【図４】本発明の第２実施例の応用例を表したブロック回路図
【図５】本発明の第３実施例を表したブロック回路図
【図６】本発明の第３実施例の応用例を表したブロック回路図
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 電源側変換器
３ 平滑コンデンサ
４ 負荷側変換器
５ 誘導電動機
９ 停電検出回路
１０ 加減速演算器
１１，３４ Ｖ／Ｆ変換器
１２，２３，３３ 座標変換器
１３ ＰＷＭ制御器
１４ 積分器
１５ 有効電流制限値可変演算回路
１６ 有効電流制限調節器
１７ 直流電圧過上昇検出回路
１８ 加算器
３５ 電圧調節器
３６ 電流調節器

Claims (3)

1. 電源側変換器と，負荷側変換器と，これら両変換器を結合する直流中間回路とでなる電力変換装置に交流電源を接続し、該電力変換装置が出力する可変電圧可変周波数の交流電力で交流電動機を可変速駆動する電動機駆動用電力変換装置の制御方法において、
   前記交流電源が停電すれば、予め定めた変化率で減少する周波数指令値で前記交流電動機を減速させ、
   この停電減速時に前記交流電動機が回生する有効電流の制限値を前記直流中間回路の電圧に対応して変化させ、
   この回生有効電流制限値に対応した周波数補正量で前記周波数指令値を正方向に補正することを特徴とする電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法。
2. 請求項１に記載の電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法において、
   前記停電減速中の交流電動機の回生有効電流実際値が前記制限値を越えている期間または回生有効電流指令値が前記制限値で制限されている期間中は、前記交流電動機の減速を中止することを特徴とする電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法において、
   前記停電減速中に前記直流中間回路電圧が所定値を越えている期間中は、前記交流電動機の減速を中止することを特徴とする電動機駆動用電力変換装置の回生制御方法。

Images