JP3992242B1 - AC motor control device - Google Patents

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Abstract

【課題】VVVF制御する交流電動機の制御装置において電圧変換のための損失を小さくし装置全体の効率の向上を図る。
【解決手段】キャパシタ蓄電電源1と3相インバータ4を用いた交流電動機5の制御装置であって、充放電を行う複数のキャパシタ及び複数のキャパシタの接続の直並列切り替えを行うスイッチ回路からなり複数のキャパシタの接続の直並列切り替えを可能にしたキャパシタ蓄電電源1と、キャパシタ蓄電電源1の放電出力を3相交流に変換して交流電動機5を駆動する3相インバータ4と、交流電動機5の指令速度に応じてキャパシタ蓄電電源1のスイッチ回路を切り替え制御して前記複数のキャパシタの接続の直並列切り替えを行うとともに、PWM信号を発生させて3相インバータ4を制御する制御手段8とを備える。
【選択図】図1
An object of the present invention is to reduce the loss for voltage conversion in an AC motor control device that performs VVVF control and to improve the efficiency of the entire device.
A control device for an AC motor using a capacitor storage power source and a three-phase inverter, and comprising a plurality of capacitors for charging / discharging and a switch circuit for switching the connection of the plurality of capacitors in series and parallel. Capacitor storage power source 1 that enables serial-parallel switching of capacitor connections, a three-phase inverter 4 that drives the AC motor 5 by converting the discharge output of the capacitor storage power source 1 into a three-phase AC, and a command from the AC motor 5 Control means 8 for controlling the three-phase inverter 4 by generating a PWM signal while switching the series connection of the plurality of capacitors by switching control of the switch circuit of the capacitor storage power source 1 according to the speed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、キャパシタ蓄電電源と3相インバータを用いた交流電動機の制御装置に関する。   The present invention relates to a control apparatus for an AC motor using a capacitor storage power source and a three-phase inverter.

交流電動機に対しVVVF(可変電圧可変周波数)制御を行う速度制御装置では、交流電源と交流電動機との間に交流電圧を整流して所定の直流電圧に変換するコンバータとそのコンバータ出力を各相に対応してPWM(パルス幅変調)制御を行う3相インバータとが接続される(例えば、特許文献1参照)。この装置においては、交流電動機の仕様を高速域に合わせると低速域において電動機の効率が著しく低下することを考慮して、交流電動機の仕様を低速域に合わせると共に、コンバータの後段に昇圧チョッパを設けてインバータの入力電圧を高くして、高速域の運転もできるようにしている。そしてさらに、この場合の低速域での回路の効率の低下に対しては、昇圧チョッパをオフにすることでインバータに入力する直流電圧を低くしている。
特開2000−146392号公報
In a speed control device that performs VVVF (variable voltage variable frequency) control on an AC motor, a converter that rectifies the AC voltage between an AC power source and the AC motor and converts the AC voltage into a predetermined DC voltage, and the converter output in each phase Correspondingly, a three-phase inverter that performs PWM (pulse width modulation) control is connected (for example, see Patent Document 1). In this device, considering that the efficiency of the motor is significantly reduced in the low speed range when the specification of the AC motor is adjusted to the high speed range, the specification of the AC motor is adjusted to the low speed range and a boost chopper is provided at the subsequent stage of the converter Therefore, the input voltage of the inverter is increased so that high-speed operation is possible. Furthermore, in order to reduce the efficiency of the circuit in the low speed region in this case, the DC voltage input to the inverter is lowered by turning off the boost chopper.
JP 2000-146392 A

交流電源にコンバータと3相インバータとを組み合わせ交流電動機をVVVF制御する装置では、インバータに入力する直流電圧を速度に見合った電圧にするのが好ましいが、上記従来装置のような回路では、その構成上、電圧変換のためのスイッチングロス(変換損失)が発生してしまう。しかも、コンバータの出力電圧を昇圧するにしても降圧するにしても、その昇降圧幅が大きいと変換損失も大きくなってしまうという問題がある。   In an apparatus for controlling an AC motor by VVVF by combining an AC power source with a converter and a three-phase inverter, it is preferable to set the DC voltage input to the inverter to a voltage suitable for the speed. In addition, a switching loss (conversion loss) for voltage conversion occurs. Moreover, there is a problem that, even if the output voltage of the converter is boosted or lowered, if the step-up / step-down width is large, the conversion loss also increases.

そこで、一般には、同じ電力でも、電流の小さい方が変換損失を少なく、つまり電圧の高い方が変換損失を少なくすることができることから、整流回路では使用最大電力まで昇圧してから所望の電圧に降圧することが多い。しかし、この場合にも、最低使用電圧まで降圧する際に変換損失が最も大きくなる。最低使用電圧はまた、その目的が省エネであったりするので、目的と実現手段となる技術とに矛盾が生じてしまう。   Therefore, in general, even if the power is the same, the smaller the current, the smaller the conversion loss.In other words, the higher the voltage, the smaller the conversion loss. There are many cases of pressure drop. However, even in this case, the conversion loss becomes the largest when the voltage is stepped down to the lowest usable voltage. In addition, since the purpose of the minimum operating voltage is to save energy, there is a contradiction between the purpose and the technology as the realization means.

本発明は、上記課題を解決するものであって、VVVF制御する交流電動機の制御装置において電圧変換のための損失を小さくし装置全体の効率の向上を図るものである。   The present invention solves the above-described problem, and is intended to improve the efficiency of the entire apparatus by reducing a loss for voltage conversion in an AC motor control apparatus that performs VVVF control.

そのために本発明は、キャパシタ蓄電電源と3相インバータを用いた交流電動機の制御装置であって、充放電を行う複数のキャパシタ及び切替信号により前記複数のキャパシタを複数の直並列の接続段に切り換えるスイッチ回路からなり、前記接続段の切り換えにより前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧を切り換えるキャパシタ蓄電電源と、前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記交流電動機の出力速度を検出する速度検出手段と、前記交流電動機の指令速度に対応する電圧信号及び周波数信号を発生する電圧・周波数信号発生手段と、前記指令速度に対応する電圧と前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧とを比較して前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧が前記指令速度に対応する電圧より低くならない電圧となる直近の電圧の接続段に切り替える前記切替信号を発生する切替信号発生手段と、前記キャパシタ蓄電電源の放電出力を3相交流に変換して交流電動機を駆動する3相インバータと、前記指令速度に対応する周波数で、前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧と前記交流電動機の指令速度に対する出力速度の速度誤差とに応じた振幅を有する正弦波信号を発生して一定周波数の三角波の搬送波信号と前記正弦波信号に基づきPWM信号を発生し前記3相インバータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。 To this end, the present invention is a control device for an AC motor using a capacitor storage power source and a three-phase inverter, and switches the plurality of capacitors to a plurality of series-parallel connection stages by a plurality of capacitors for charge / discharge and a switching signal. Ri Do from the switch circuit, and a capacitor energy storage power supply for switching the terminal voltage of the capacitor energy storage power supply by switching the connection stage, a voltage detecting means for detecting the terminal voltage of the capacitor power storage power supply, detects the output speed of the AC motor compared with the speed detecting means, and the voltage-frequency signal generating means for generating a voltage signal and frequency signal corresponding to the command speed of the AC motor, the voltage corresponding to the command speed and the terminal voltage of the capacitor energy storage power supply a voltage terminal voltage of the capacitor energy storage power supply does not become lower than the voltage corresponding to the command speed A switching signal generating means for generating the switching signal for switching the connection stage the near of voltage, and a three-phase inverter for driving the AC motor by converting the discharge power of the capacitor energy storage power supply to a three-phase AC, corresponding to the command speed to the frequency, the capacitor energy storage power supply terminal voltage and the AC motor output speed of the speed error and the triangular wave carrier signal of a constant frequency to generate a sine wave signal having an amplitude corresponding to said sine wave signal to a specified speed of And a control means for generating a PWM signal based on the control and controlling the three-phase inverter.

本発明によれば、交流電動機の速度に応じてキャパシタ蓄電電源の複数のキャパシタの接続の直並列切り替えを行ってインバータの入力する電圧を適正な電圧に調整するので、複数のキャパシタの接続の直並列を切り替えるだけであり、切り替えた後は、コンバータやチョッパなどによりインバータの入力する電圧を適正な電圧に変換する従来のものにおいて生じる電圧変換のための損失をなくすことができる。また、電気車両等を駆動する場合にも、複数のキャパシタの接続の直並列切り替えにより速度に見合う直流電圧を発生して力行および回生制御を効率よく行う手段を提供することができる。   According to the present invention, the voltage input to the inverter is adjusted to an appropriate voltage by switching the parallel connection of the plurality of capacitors of the capacitor storage power source according to the speed of the AC motor. It is only switching the parallel, and after switching, the loss for voltage conversion that occurs in the conventional device that converts the voltage input to the inverter to an appropriate voltage by a converter, a chopper, or the like can be eliminated. Also, when driving an electric vehicle or the like, it is possible to provide a means for efficiently performing power running and regenerative control by generating a DC voltage corresponding to the speed by switching the connection of a plurality of capacitors in series and parallel.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る交流電動機の制御装置の実施の形態を説明する図、図2はキャパシタ蓄電電源を構成する複数のキャパシタの接続のバンク切り替えを説明する図、図3は交流電動機の速度に対応して交流電動機に印加する電圧、制御周波数との関係を示す図、図4は正弦波信号と搬送波信号により発生させるPWM信号を説明する図である。図中、1はキャパシタ蓄電電源、2は交流電源、3はコンバータ、4はインバータ、5は交流電動機、6は速度検出器、7は充電制御部、8は電動機制御部、Vc はキャパシタ電源電圧を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the control apparatus for an AC motor according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining bank switching of connection of a plurality of capacitors constituting the capacitor storage power source, and FIG. 3 is a speed of the AC motor. FIG. 4 is a diagram illustrating a PWM signal generated by a sine wave signal and a carrier wave signal. In the figure, 1 is a capacitor storage power source, 2 is an AC power source, 3 is a converter, 4 is an inverter, 5 is an AC motor, 6 is a speed detector, 7 is a charge control unit, 8 is a motor control unit, and Vc is a capacitor power supply voltage. Indicates.

図1において、キャパシタ蓄電電源1は、例えば複数の電気二重層キャパシタとそれらの接続の直並列切り替えを行うスイッチ回路からなるバンク切り替え型の蓄電電源装置である。そして、交流電源2を充電電源として、交流電源2から交流を直流に整流変換するコンバータ3を通してキャパシタ蓄電電源1の各電気二重層キャパシタを満充電電圧まで充電して蓄電し、このキャパシタ蓄電電源1の各電気二重層キャパシタに蓄電した直流出力を3相交流に変換するインバータ4を通して放電することにより指令速度に交流電動機5の速度を制御し駆動する。   In FIG. 1, a capacitor storage power source 1 is a bank switching type storage power source device including, for example, a plurality of electric double layer capacitors and a switch circuit that performs series-parallel switching of their connections. Then, using the AC power supply 2 as a charging power supply, each electric double layer capacitor of the capacitor storage power supply 1 is charged to a full charge voltage and stored through a converter 3 that rectifies and converts AC from the AC power supply 2. The AC motor 5 is driven at a command speed by controlling the speed of the AC motor 5 by discharging the DC output stored in each of the electric double layer capacitors through the inverter 4 that converts the DC output into three-phase AC.

充電制御部7は、コンバータ3及びキャパシタ蓄電電源1のスイッチ回路を制御することにより、複数の電気二重層キャパシタの接続の直並列切り替えを行う、所謂バンク切り替えを行いながら充電を制御するものである。電動機制御部8は、例えば交流電動機5の回転軸に連結されて交流電動機5の回転速度を検出する速度検出器(タコジェネTG)6の信号及び電動機を運転する指令速度に基づきキャパシタ蓄電電源1のスイッチ回路及びインバータ4を制御することにより、複数の電気二重層キャパシタのバンク切り替えを行い、インバータ4を指令速度、入力電圧に応じて生成されるPWM信号により制御し交流電動機5を所望の速度に制御するものである。   The charging control unit 7 controls the switching while performing so-called bank switching by switching the connection of a plurality of electric double layer capacitors by controlling the switching circuit of the converter 3 and the capacitor storage power source 1. . The motor control unit 8 is connected to the rotating shaft of the AC motor 5, for example, based on the signal of the speed detector (tachogen TG) 6 that detects the rotation speed of the AC motor 5, and the command speed for operating the motor. By controlling the switch circuit and the inverter 4, the banks of the plurality of electric double layer capacitors are switched, and the inverter 4 is controlled by a PWM signal generated according to the command speed and the input voltage, so that the AC motor 5 is set to a desired speed. It is something to control.

バンク切り替え型のキャパシタ蓄電電源1は、充電制御部7による充電制御において、各電気二重層キャパシタのバンク(セル)電圧が低い充電開始時には例えば図2(d)に示すように各電気二重層キャパシタC1〜C4を直列に接続し、電圧が上昇するにしたがって図2(c)→(b)→(a)に示すように直列から順次並列に接続を切り替える。このようなキャパシタ蓄電装置は、既に本出願人等により提案されており(例えば、特許第3487780号公報、特開2005−287110号公報参照)、効率のよい充電を実現している。   For example, as shown in FIG. 2 (d), the bank-switching capacitor storage power source 1 is configured to start charging when the bank (cell) voltage of each electric double layer capacitor is low in the charge control by the charge control unit 7. C1 to C4 are connected in series, and as the voltage rises, the connection is switched sequentially from the series in parallel as shown in FIG. 2 (c) → (b) → (a). Such a capacitor power storage device has already been proposed by the present applicant and the like (see, for example, Japanese Patent No. 3487780 and Japanese Patent Laid-Open No. 2005-287110), and realizes efficient charging.

このようにして電気二重層キャパシタC1〜C4の各バンクを満充電電圧まで充電したキャパシタ蓄電電源1では、各電気二重層キャパシタC1〜C4を図2(a)に示すようにすべて並列に接続すると、バンクの満充電電圧に等しい電圧をキャパシタ電源電圧Vc としてインバータ4に入力する電圧にすることができる。また、図2(b)に示すように電気二重層キャパシタC1−C2の直列回路とC3−C4の直列回路とを並列にする接続に切り替えると、インバータ4に入力する電圧を2倍にし、さらに図2(c)に示すように電気二重層キャパシタC1−C2−C4の直列回路のC2にC3を並列にする接続に切り替えると、インバータ4に入力する電圧を3倍に、図2(d)に示すように電気二重層キャパシタC1−C2−C3−C4の直列にする接続に切り替えると、インバータ4に入力する電圧を4倍にすることができる。   In the capacitor storage power source 1 in which the banks of the electric double layer capacitors C1 to C4 are charged to the full charge voltage in this way, when the electric double layer capacitors C1 to C4 are all connected in parallel as shown in FIG. The voltage equal to the full charge voltage of the bank can be used as the capacitor power supply voltage Vc to be input to the inverter 4. Also, as shown in FIG. 2B, when switching to a connection in which the series circuit of the electric double layer capacitors C1-C2 and the series circuit of C3-C4 are switched in parallel, the voltage input to the inverter 4 is doubled, As shown in FIG. 2 (c), when switching to a connection in which C3 is parallel to C2 of the series circuit of electric double layer capacitors C1-C2-C4, the voltage input to the inverter 4 is tripled, and FIG. 2 (d) As shown in FIG. 4, the voltage input to the inverter 4 can be quadrupled by switching to the series connection of the electric double layer capacitors C1-C2-C3-C4.

本実施形態において、電動機制御部8は、インバータ4を通して交流電動機5に印加する電圧及び制御周波数が速度に比例した値になるようにキャパシタ蓄電電源1のバンク切り替え制御、インバータ4のPWM制御を行うものである。例えば図3において、横軸の速度がNi の場合に、それに対応する縦軸のVi とfi に交流電動機5に印加電圧する電圧と周波数が選択、制御される。   In the present embodiment, the motor control unit 8 performs bank switching control of the capacitor storage power source 1 and PWM control of the inverter 4 so that the voltage applied to the AC motor 5 through the inverter 4 and the control frequency become values proportional to the speed. Is. For example, in FIG. 3, when the speed of the horizontal axis is Ni, the voltage and frequency applied to the AC motor 5 are selected and controlled for Vi and fi on the vertical axis corresponding to the speed.

そのため、電動機制御部8では、例えば図3におけるNi の速度に対し、インバータ4に入力する電圧として、電圧Vi がキャパシタ蓄電電源1から供給される切り替え段、例えば図2(c)に示す直並列回路になるようにキャパシタ蓄電電源1のバンク切り替え制御を行う。さらには、周波数fi の正弦波信号を発生させ、速度検出器6から検出される検出速度と指令速度との誤差に基づき正弦波信号の振幅を調整しながら、図4に示すように正弦波信号と三角波の搬送波信号により3相のPWM信号を発生させる。そして、そのPWM信号によりインバータ4を制御して3相交流を発生させ交流電動機5を駆動し指令速度、例えばNi に制御する。   Therefore, in the motor control unit 8, for example, with respect to the speed of Ni in FIG. 3, the voltage Vi is supplied from the capacitor storage power source 1 as the voltage input to the inverter 4, for example, series-parallel shown in FIG. Bank switching control of the capacitor storage power supply 1 is performed so as to form a circuit. Further, a sine wave signal having a frequency fi is generated, and the amplitude of the sine wave signal is adjusted based on the error between the detected speed detected from the speed detector 6 and the command speed, as shown in FIG. And a triangular wave carrier signal to generate a three-phase PWM signal. Then, the inverter 4 is controlled by the PWM signal to generate a three-phase alternating current, and the alternating current motor 5 is driven to control to a command speed, for example, Ni.

キャパシタ蓄電電源1は、指令速度にしたがってインバータ4をPWM制御して交流電動機5を運転することにより放電をすると、各電気二重層キャパシタのバンク電圧が徐々に低下し、インバータ4に入力するキャパシタ電源電圧Vc が低下する。したがって、キャパシタ蓄電電源1における複数の電気二重層キャパシタの直並列の接続段が当初は図3に示す電圧の関係にあっても、放電にともないキャパシタ電源電圧Vc が速度に対応して交流電動機5に印加電圧する電圧より低くなってくる。そこで、電動機制御部8は、キャパシタ蓄電電源1に対してキャパシタ電源電圧Vc と交流電動機5に印加電圧する電圧とを比較して、キャパシタ電源電圧Vc が低下してくると、バンク切り替えを例えば図2の(a)→……→(d)に順次シフトする制御を行うことにより電圧低下を補う。   When the capacitor storage power supply 1 discharges by operating the AC motor 5 by PWM control of the inverter 4 according to the command speed, the bank voltage of each electric double layer capacitor gradually decreases, and the capacitor power supply input to the inverter 4 The voltage Vc decreases. Therefore, even if the series-parallel connection stage of the plurality of electric double layer capacitors in the capacitor storage power source 1 initially has the voltage relationship shown in FIG. 3, the capacitor power source voltage Vc corresponding to the speed corresponds to the speed of the AC motor 5. It becomes lower than the voltage to be applied. Therefore, the motor control unit 8 compares the capacitor power supply voltage Vc with the voltage applied to the AC motor 5 with respect to the capacitor storage power supply 1, and when the capacitor power supply voltage Vc decreases, the bank switching is performed, for example, as shown in FIG. The voltage drop is compensated by performing a control of sequentially shifting from 2 (a) to.

また、電動機制御部8においてインバータ4を制御するPWM信号は、図4に示すように三角波の搬送波信号と正弦波信号とを比較して発生し、このPWM信号をインバータ4の各相のスイッチングのタイミング信号とする。このインバータ4に入力する電圧が変動すると、すなわち、キャパシタ蓄電電源1からインバータ4に入力するキャパシタ電源電圧Vc が放電により徐々に低下すると、交流電動機5に印加する電圧が低下するので、電動機制御部8では、キャパシタ電源電圧Vc の低下に応じて正弦波信号の振幅を大きくすることによりこの低下を補う。つまりキャパシタ電源電圧Vc に応じて正弦波信号の振幅を調整する。   Further, the PWM signal for controlling the inverter 4 in the motor control unit 8 is generated by comparing the triangular wave carrier signal and the sine wave signal as shown in FIG. 4, and this PWM signal is used for switching each phase of the inverter 4. It is a timing signal. When the voltage input to the inverter 4 fluctuates, that is, when the capacitor power supply voltage Vc input from the capacitor storage power supply 1 to the inverter 4 gradually decreases due to discharge, the voltage applied to the AC motor 5 decreases. 8 compensates for this decrease by increasing the amplitude of the sine wave signal in response to a decrease in the capacitor power supply voltage Vc. That is, the amplitude of the sine wave signal is adjusted according to the capacitor power supply voltage Vc.

次に、バンク切り替え信号及びPWM信号を発生する回路の実施の形態について説明する。図5は電動機制御部におけるバンク切り替え信号及びPWM信号を発生する回路の実施の形態を示す図であり、11は指令速度保持部、12は電圧信号発生部、13は端子電圧保持部、14はバンク切替信号発生部、15は周波数信号発生部、16は比較演算部、17は比例制御部、18は正弦波信号発生部、19は搬送波信号発生部、20はPWM信号発生部を示す。   Next, an embodiment of a circuit for generating a bank switching signal and a PWM signal will be described. FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a circuit for generating a bank switching signal and a PWM signal in the motor control unit. 11 is a command speed holding unit, 12 is a voltage signal generating unit, 13 is a terminal voltage holding unit, and 14 is A bank switching signal generation unit, 15 is a frequency signal generation unit, 16 is a comparison operation unit, 17 is a proportional control unit, 18 is a sine wave signal generation unit, 19 is a carrier wave signal generation unit, and 20 is a PWM signal generation unit.

図5において、指令速度保持部11は、交流電動機5の速度を制御する目標値として与えられる指令速度Ni を保持するものであり、例えばレジスタである。電圧信号発生部12は、指令速度Ni から図3に示す横軸の指令速度Ni に対応する縦軸の電圧Vi の電圧信号を発生するものである。端子電圧保持部13は、インバータ4に入力するキャパシタ電源電圧Vc をキャパシタ蓄電電源1の出力端子から検出して保持するものであり、例えばレジスタである。バンク切替信号発生部14は、電圧信号発生部12により発生した電圧信号Vi と端子電圧保持部13に保持したキャパシタ電源電圧Vc とを比較してキャパシタ電源電圧Vc が電圧信号Vi を下回らないようにバンク切替信号を発生するものである。例えば図3に示すようにキャパシタ電源電圧Vc がVの線より低くならない電圧となる直近の電圧の接続段に切り替えるバンク切替信号を発生する。   In FIG. 5, a command speed holding unit 11 holds a command speed Ni given as a target value for controlling the speed of the AC motor 5, and is a register, for example. The voltage signal generator 12 generates a voltage signal of the voltage Vi on the vertical axis corresponding to the command speed Ni on the horizontal axis shown in FIG. 3 from the command speed Ni. The terminal voltage holding unit 13 detects and holds the capacitor power supply voltage Vc input to the inverter 4 from the output terminal of the capacitor storage power supply 1, and is a register, for example. The bank switching signal generator 14 compares the voltage signal Vi generated by the voltage signal generator 12 with the capacitor power supply voltage Vc held in the terminal voltage holding unit 13 so that the capacitor power supply voltage Vc does not fall below the voltage signal Vi. A bank switching signal is generated. For example, as shown in FIG. 3, a bank switching signal is generated for switching to the connection stage of the nearest voltage that makes the capacitor power supply voltage Vc not lower than the V line.

キャパシタ蓄電電源1の各電気二重層キャパシタが満充電電圧に充電されている場合において、図3に示す速度Nに対応する電圧Vの線を下回らないキャパシタ電源電圧Vc にする複数の電気二重層キャパシタ直並列の接続段は、例えば図示(a)、(b)、(c)、(d)のように決まる。しかし、放電に伴いキャパシタ電源電圧Vc は低下するので、バンク切替信号発生部14によりある速度においてVの線の電圧とキャパシタ電源電圧Vc とを比較してキャパシタ電源電圧Vc がVの線を下回るようになると、複数の電気二重層キャパシタの直並列の接続段を、例えば図2、図3に示す(a)→(b)に、……、(c)→(d)のように1段直列接続側にシフトする信号を発生させてキャパシタ蓄電電源1のバンク切り替え制御を行う。   When each electric double layer capacitor of the capacitor storage power supply 1 is charged to a full charge voltage, a plurality of electric double layer capacitors having a capacitor power supply voltage Vc that does not fall below the line of the voltage V corresponding to the speed N shown in FIG. The series-parallel connection stages are determined as shown in, for example, (a), (b), (c), and (d). However, since the capacitor power supply voltage Vc decreases with the discharge, the bank switching signal generator 14 compares the voltage of the V line with the capacitor power supply voltage Vc at a certain speed so that the capacitor power supply voltage Vc falls below the V line. Then, a series-parallel connection stage of a plurality of electric double layer capacitors is connected in series, for example, as shown in FIGS. 2 and 3 from (a) to (b),..., (C) → (d). A signal for shifting to the connection side is generated to perform bank switching control of the capacitor storage power source 1.

周波数信号発生部15は、制御目標値として与えられた指令速度Ni に対応する周波数信号fi を発生するものである。比較演算部16は、制御目標値として与えられた指令速度Ni と速度検出器6により検出された交流電動機5の速度Nd とを比較しその誤差Δnを演算するものであり、比例制御部17は、速度誤差Δnから帰還信号αを発生するものである。正弦波信号発生部18は、端子電圧保持部13に保持されたキャパシタ電源電圧Vc と周波数信号発生部15により発生した周波数信号fi と比例制御部17により発生した帰還信号αに基づき正弦波信号を発生し、搬送波信号発生部19は、一定の周波数、例えば1500Hzの三角波の搬送波信号を発生するものであり、PWM信号発生部20は、正弦波信号発生部18によりした正弦波信号と搬送波信号発生部19により発生した搬送波信号に基づきPWM信号を発生するものである。   The frequency signal generator 15 generates a frequency signal fi corresponding to the command speed Ni given as the control target value. The comparison calculation unit 16 compares the command speed Ni given as the control target value with the speed Nd of the AC motor 5 detected by the speed detector 6 and calculates the error Δn. The proportional control unit 17 The feedback signal α is generated from the speed error Δn. The sine wave signal generation unit 18 generates a sine wave signal based on the capacitor power supply voltage Vc held in the terminal voltage holding unit 13, the frequency signal fi generated by the frequency signal generation unit 15, and the feedback signal α generated by the proportional control unit 17. The carrier signal generator 19 generates a triangular wave carrier signal having a constant frequency, for example, 1500 Hz. The PWM signal generator 20 generates a sine wave signal and a carrier signal generated by the sine wave signal generator 18. The PWM signal is generated based on the carrier wave signal generated by the unit 19.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、交流電源からキャパシタ蓄電装置を充電して蓄電し、そのキャパシタ蓄電装置から複数の電気二重層キャパシタの接続の直並列切り替えを行うことにより電圧を調整してインバータに所望の電圧を給電するものとして説明したが、交流電源からキャパシタ蓄電装置を充電するコンバータ部でも電圧変換できるようにし、交流電動機の運転モードによっては、キャパシタ蓄電装置からの給電と交流電源からコンバータ部を通した給電とを併用できるようにしてもよい。また、電気車両等の駆動を行う場合には、回生時も同様に、速度に応じて複数の電気二重層キャパシタの接続の直並列切り替えを行い、回生電力を受けるように制御してもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, a capacitor power storage device is charged from an AC power source and stored, and the voltage is adjusted by switching the connection of a plurality of electric double layer capacitors from the capacitor power storage device to a desired inverter. Although it has been described that the voltage is supplied, the converter unit that charges the capacitor power storage device from the AC power supply can also convert the voltage. You may enable it to use together with the supplied electric power. Further, when driving an electric vehicle or the like, it may be controlled to receive regenerative power by performing series-parallel switching of connections of a plurality of electric double layer capacitors according to the speed in the same manner during regeneration.

本発明に係る交流電動機の制御装置の実施の形態を説明する図である。It is a figure explaining embodiment of the control apparatus of the alternating current motor which concerns on this invention. キャパシタ蓄電電源を構成する複数のキャパシタの接続のバンク切り替えを説明する図である。It is a figure explaining the bank switching of the connection of the some capacitor which comprises a capacitor electrical storage power supply. 交流電動機の速度に対応して交流電動機に印加する電圧、制御周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage applied to an AC motor corresponding to the speed of an AC motor, and a control frequency. 正弦波信号と搬送波信号により発生させるPWM信号を説明する図である。It is a figure explaining the PWM signal generated with a sine wave signal and a carrier wave signal. 電動機制御部におけるバンク切り替え信号及びPWM信号を発生する回路の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the circuit which generates the bank switching signal and PWM signal in an electric motor control part.

符号の説明Explanation of symbols

1…キャパシタ蓄電電源、2…交流電源、3…コンバータ、4…インバータ、5…交流電動機、6…速度検出器、7…充電制御部、8…電動機制御部、Vc …キャパシタ電源電圧   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Capacitor electrical storage power supply, 2 ... AC power supply, 3 ... Converter, 4 ... Inverter, 5 ... AC motor, 6 ... Speed detector, 7 ... Charge control part, 8 ... Electric motor control part, Vc ... Capacitor power supply voltage

Claims (1)

キャパシタ蓄電電源と3相インバータを用いた交流電動機の制御装置であって、
充放電を行う複数のキャパシタ及び切替信号により前記複数のキャパシタを複数の直並列の接続段に切り換えるスイッチ回路からなり、前記接続段の切り換えにより前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧を切り換えるキャパシタ蓄電電源と、
前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記交流電動機の出力速度を検出する速度検出手段と、
前記交流電動機の指令速度に対応する電圧信号及び周波数信号を発生する電圧・周波数信号発生手段と、
前記指令速度に対応する電圧と前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧とを比較して前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧が前記指令速度に対応する電圧より低くならない電圧となる直近の電圧の接続段に切り替える前記切替信号を発生する切替信号発生手段と、
前記キャパシタ蓄電電源の放電出力を3相交流に変換して交流電動機を駆動する3相インバータと、
前記指令速度に対応する周波数で、前記キャパシタ蓄電電源の端子電圧と前記交流電動機の指令速度に対する出力速度の速度誤差とに応じた振幅を有する正弦波信号を発生して一定周波数の三角波の搬送波信号と前記正弦波信号に基づきPWM信号を発生し前記3相インバータを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする交流電動機の制御装置。
An AC motor control device using a capacitor storage power source and a three-phase inverter,
Ri Do from the switch circuit for switching a plurality of capacitors and a switching signal by the plurality of capacitors plurality of series-parallel connection stage charging and discharging a capacitor energy storage power supply by switching the connection stage switching the terminal voltage of the capacitor energy storage power supply ,
Voltage detecting means for detecting a terminal voltage of the capacitor storage power source;
Speed detecting means for detecting the output speed of the AC motor;
Voltage / frequency signal generating means for generating a voltage signal and a frequency signal corresponding to the command speed of the AC motor;
The voltage corresponding to the command speed is compared with the terminal voltage of the capacitor energy storage power source, and the terminal voltage of the capacitor energy storage power source is switched to the connection stage of the nearest voltage that is not lower than the voltage corresponding to the command speed. Switching signal generating means for generating a switching signal;
A three-phase inverter that converts the discharge output of the capacitor storage power source into a three-phase alternating current to drive an alternating current motor;
A triangular wave carrier signal having a constant frequency is generated by generating a sine wave signal having a frequency corresponding to the terminal voltage of the capacitor storage power source and an output speed speed error with respect to the command speed of the AC motor at a frequency corresponding to the command speed . And a control means for controlling the three-phase inverter by generating a PWM signal based on the sine wave signal.
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