JP4604595B2 - PWM cycloconverter - Google Patents

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Description

本発明は、交流電動機および直流電動機を可変速駆動するPWMサイクロコンバータに関する。   The present invention relates to an AC motor and a PWM cycloconverter that drives a DC motor at a variable speed.

従来、直流電動機及び交流電動機を1台の電動機制御装置を駆動する方式として、三相インバータを用いた例がある(例えば、特許文献1参照)。これは、駆動すべき電動機が直流電動機であるときには、三相電圧形インバータの交流出力線のうち第1相の出力線と第2相の出力線との間に直流電動機の電機子巻線を接続し、第3相の出力線とインバータの直流入力側の一端との間に直流電動機の界磁巻線を接続し、インバータの第1相および第2相からなる電力変換器を4象限チョッパとして動作させるとともに、第3相のスイッチ素子および出力線を介して界磁巻線に直流電流を供給し、駆動すべき電動機が交流電動機であるときには、三相電圧形インバータの交流出力線を交流電動機の電機子巻線に接続して交流電動機をインバータ駆動するようにしたものである。   Conventionally, there is an example using a three-phase inverter as a method of driving a single motor control device using a DC motor and an AC motor (see, for example, Patent Document 1). This is because when the motor to be driven is a DC motor, the armature winding of the DC motor is placed between the first phase output line and the second phase output line among the AC output lines of the three-phase voltage source inverter. And connecting a field winding of a DC motor between the third phase output line and one end on the DC input side of the inverter, and connecting the power converter composed of the first phase and the second phase of the inverter to a four-quadrant chopper When the motor to be driven is an AC motor, the AC output line of the three-phase voltage source inverter is switched to AC when the motor to be driven is an AC motor. The AC motor is inverter-driven by connecting to the armature winding of the motor.

インバータは、商用周波数の交流を、まず直流に変換し、次に希望する周波数の交流に変えるという、2つの段階を経て周波数変換を実現している。
近年、インバータに代えて、逆阻止IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いたPWMサイクロコンバータ(マトリクスコンバータとも言われる)が使用されるようになってきた(特許文献2参照)。このPWMサイクロコンバータは、逆阻止IGBTのような双方向スイッチをPWM(パルス幅変調)することにより、3相の商用周波数の電力を、希望する周波数の電力に直接変換する装置であり、直流中間部に大容量電解コンデンサや直流リアクトルなどの電力貯蔵素子を必要としないため、従来のインバータに比べて、電力変換装置の小型化や変換効率の上昇、長寿命化が実現し、さらには双方向スイッチのPWMにより入力電流の波形を改善し、高調波の削減、高効率化が図れるといったことが期待されている。
The inverter realizes frequency conversion through two stages, first converting alternating current of commercial frequency to direct current, and then converting it to alternating current of a desired frequency.
In recent years, PWM cycloconverters (also referred to as matrix converters) using reverse blocking IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) have been used instead of inverters (see Patent Document 2). This PWM cycloconverter is a device that directly converts power of a three-phase commercial frequency into power of a desired frequency by PWM (pulse width modulation) of a bidirectional switch such as a reverse blocking IGBT. Since no power storage elements such as large-capacity electrolytic capacitors and DC reactors are required in the part, the power converter can be downsized, the conversion efficiency can be increased, and the life can be extended compared to conventional inverters. It is expected that the waveform of the input current can be improved by PWM of the switch, and harmonics can be reduced and the efficiency can be improved.

特開平8−256497号公報JP-A-8-256497 特開2000−139076号公報JP 2000-139076 A

上述した特許文献1に開示されているように、直流電動機と三相交流電動機の双方を駆動できる電動機制御装置としては、従来は三相インバータが用いられている。
一方、電動機としては、直流電動機よりも、交流電動機の方が、保守が容易で長寿命であることが知られている。
近年では、交流電動機をインバータを用いてベクトル制御することにより直流電動機並の制御性、効率を実現している。そのため、既設の直流電動機の寿命などにより交換するときは、交流電動機に更新することが行われている。ところで、電動機とその制御装置の寿命は、一般的に制御装置の方が短い。そこで、従来は、図5に示すように、最初、直流電動機と直流電動機制御装置(1)を使用した設備において、先に直流電動機制御装置(1)の寿命が来たとき、直流電動機はそのままで新たに直流電動機制御装置(2)に更新し、次いで直流電動機の寿命が来たときに、直流電動機を交流電動機に更新するとともに、制御装置も、交流電動機制御装置に更新していた。
As disclosed in Patent Document 1 described above, a three-phase inverter is conventionally used as a motor control device that can drive both a DC motor and a three-phase AC motor.
On the other hand, as an electric motor, it is known that an AC motor is easier to maintain and has a longer life than a DC motor.
In recent years, controllability and efficiency similar to those of a DC motor have been realized by vector control of the AC motor using an inverter. Therefore, when replacing the existing DC motor due to the life of the existing DC motor or the like, the AC motor is updated. By the way, the life of the motor and its control device is generally shorter in the control device. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 5, in a facility using a DC motor and a DC motor control device (1), when the DC motor control device (1) reaches the end of its life, the DC motor is left as it is. Then, when the DC motor control device (2) is newly updated and then the life of the DC motor is reached, the DC motor is updated to an AC motor, and the control device is also updated to the AC motor control device.

このような状況の中、上述したように、直流電動機と三相交流電動機の双方を駆動できる三相インバータが出現すると、図6に示すような更新方法を採ることができた。すなわち、最初、直流電動機と直流電動機制御装置を使用した設備において、先に直流電動機制御装置の寿命が来たとき、直流電動機はそのままであるが、将来直流電動機の寿命が来たときに交流電動機に替えることを見越して、三相インバータを直流電動機の制御装置として採用し、次いで直流電動機の寿命が来たときに、直流電動機を交流電動機に更新するが、制御装置は、三相インバータのままで交流電動機を制御装置するようにしていた。   Under such circumstances, as described above, when a three-phase inverter capable of driving both a DC motor and a three-phase AC motor appears, an updating method as shown in FIG. 6 could be adopted. That is, at first, in a facility using a DC motor and a DC motor control device, when the DC motor control device has reached the end of its life, the DC motor remains unchanged, but when the DC motor reaches the end of its life, the AC motor The three-phase inverter is adopted as the control device for the DC motor in anticipation of switching to the DC motor, and when the DC motor reaches its end of life, the DC motor is updated to an AC motor. However, the control device remains a three-phase inverter. In this case, the AC motor was controlled.

しかしながら、直流電動機の制御装置がサイリスタ変換機であったとすると、これを三相インバータに変更すると、入力側に流れる電流に含まれる高調波が増えてしまうという問題点があり、さらにこれを改善しようとするとインバータにPWMコンバータを設ける必要があり、装置が大型かつ高価なものになるという問題点もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、三相交流電動機と直流電動機の双方を制御可能な電動機制御装置をPWMサイクロコンバータとすることで、小型かつ安価な装置で、電動機の更新の際に、入力側に流れる電流に含まれる高調波をサイリスタ変換装置よりも少なくすることを目的とする。
However, if the DC motor control device is a thyristor converter, changing this to a three-phase inverter has the problem that the harmonics contained in the current flowing to the input side will increase. Then, it is necessary to provide a PWM converter in the inverter, and there is a problem that the apparatus becomes large and expensive.
The present invention has been made in view of such problems, and by using a PWM cycloconverter as a motor control device that can control both a three-phase AC motor and a DC motor, the motor is a small and inexpensive device. It is an object of the present invention to reduce the harmonics contained in the current flowing on the input side as compared to the thyristor conversion device.

前記目的を達成するため、本発明の第1の構成は、多相交流電源を入力電源とし、双方向スイッチにより構成されたコンバータ本体をPWM制御することにより、三本の主回路配線から所望の周波数の三相の電力を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、前記コンバータ本体をPWM制御するための電圧指令発生回路に、交流電動機制御か直流電動機制御かを選択する選択スイッチを設け、前記主回路配線の三本全てを三相交流電動機に接続した状態で前記選択スイッチにより交流電動機制御を選択した場合は前記三相交流電動機が可変速駆動され、前記主回路配線の三本の内二本を直流電動機に接続した状態で前記選択スイッチにより直流電動機制御を選択した場合は前記直流電動機が可変速駆動されるようにしたものである。
本発明においては、選択スイッチ一つで、交流電動機を制御するか直流電動機を制御するかを選択でき、交流電動機制御を選択した場合は3本の出力線から三相交流を出力し三相交流電動機を可変速駆動し、直流電動機制御選択した場合は3本の出力線のうちの2本から直流電圧を出力し直流電動機を可変速駆動できるPWMサイクロコンバータを実現することができる。
双方向スイッチとしては、逆阻止IGBTを逆並列接続したものを用いることができる。
In order to achieve the above object, the first configuration of the present invention uses a multi-phase AC power source as an input power source and performs PWM control on a converter main body configured by a bidirectional switch, so that a desired configuration can be obtained from three main circuit wires. In a PWM cycloconverter that outputs three-phase power at a frequency, the voltage command generation circuit for PWM control of the converter body is provided with a selection switch for selecting between AC motor control and DC motor control, and the main circuit wiring When AC motor control is selected by the selection switch while all three are connected to a three-phase AC motor, the three-phase AC motor is driven at a variable speed, and two of the three main circuit wirings are DC motors. When the direct current motor control is selected by the selection switch in a state where the direct current motor is connected, the direct current motor is driven at a variable speed.
In the present invention, it is possible to select whether to control the AC motor or the DC motor with one selection switch. When the AC motor control is selected, the three-phase AC is output from the three output lines. When the motor is driven at a variable speed and DC motor control is selected, a PWM cycloconverter that can output a DC voltage from two of the three output lines and drive the DC motor at a variable speed can be realized.
As the bidirectional switch, a reverse blocking IGBT connected in reverse parallel can be used.

本発明のPWMサイクロコンバータによれば、本体に取り付けられた選択スイッチで交流電動機制御を選択すると、3本の出力主回路線から三相交流を出力することで三相交流電動機を可変速駆動し、選択スイッチで直流電動機制御を選択すると、3本の出力主回路線のうちの2本から直流を出力することで直流電動機を可変速駆動することができるので、三相交流電動機と直流電動機双方の制御が可能である。
これにより、直流電動機駆動設備の電気品を三相交流電動機駆動に更新する場合、本PWMサイクロコンバータを用いると、寿命の短い電動機制御装置を先に更新し、後に時期をあけて直流電動機の三相交流電動機へ更新することが可能になるとともに、電動機制御装置を更新した際に既設の直流機駆動用サイリスタ変換装置に比べて入力電源に流れる高調波を低くできるという効果がある。
According to the PWM cycloconverter of the present invention, when the AC motor control is selected by the selection switch attached to the main body, the three-phase AC motor is driven at a variable speed by outputting the three-phase AC from the three output main circuit lines. When the DC motor control is selected with the selection switch, the DC motor can be driven at variable speed by outputting DC from two of the three output main circuit lines, so that both the three-phase AC motor and the DC motor can be driven. Can be controlled.
As a result, when the electrical equipment of the DC motor drive equipment is updated to the three-phase AC motor drive, using this PWM cycloconverter, the motor control device with a short life is updated first, and the DC motor three times later at a later time. It is possible to update to a phase AC motor and to reduce the harmonics flowing to the input power supply when the motor control device is updated, compared to an existing DC machine driving thyristor conversion device.

以下、本発明の実施の形態を、図1〜図4に基づいて説明する。図1は本発明の実施の形態に係るPWMサイクロコンバータを用いた電動機制御装置の基本構成を示すブロック図、図2は同実施の形態に係るPWMサイクロコンバータのブロック図、図3は同実施の形態に係る電圧指令発生回路のブロック図、図4は同実施の形態に係るPWMサイクロコンバータによる直流電動機駆動設備更新のタイムチャートである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an electric motor control device using a PWM cycloconverter according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the PWM cycloconverter according to the embodiment, and FIG. FIG. 4 is a time chart of DC motor drive equipment update by the PWM cycloconverter according to the embodiment.

図1に示すように、本発明の実施の形態に係る電動機制御装置は、多相交流電源1を入力電源とし、出力用に三本の主回路配線4と速度検出信号入力回路17及び電流検出信号入力回路18及び入力電圧検出信号入力回路20を備えたPWMサイクロコンバータ2を有している。PWMサイクロコンバータ2は、交流電動機制御か直流電動機制御かを選択する交流電動機制御/直流電動機制御選択スイッチ3(以下、単に「選択スイッチ3」という。)を有している。PWMサイクロコンバータ2の主回路配線4の三本全てが主回路接続線5により三相交流電動機7に接続されており、三相交流電動機7に設けられた速度検出器8からの速度検出信号線9が、速度検出信号入力回路17を介してPWMサイクロコンバータ2に接続されている。また、三相交流電動機7の電流検出器6からの電流検出信号線10が、電流検出信号入力回路18を介してPWMサイクロコンバータ2に接続されている。   As shown in FIG. 1, an electric motor control apparatus according to an embodiment of the present invention uses a multiphase AC power supply 1 as an input power supply, three main circuit wires 4, a speed detection signal input circuit 17 and a current detection for output. The PWM cycloconverter 2 having a signal input circuit 18 and an input voltage detection signal input circuit 20 is provided. The PWM cycloconverter 2 has an AC motor control / DC motor control selection switch 3 (hereinafter simply referred to as “selection switch 3”) for selecting between AC motor control and DC motor control. All three of the main circuit wiring 4 of the PWM cycloconverter 2 are connected to the three-phase AC motor 7 by the main circuit connection line 5, and the speed detection signal line from the speed detector 8 provided in the three-phase AC motor 7. 9 is connected to the PWM cycloconverter 2 via the speed detection signal input circuit 17. Further, a current detection signal line 10 from the current detector 6 of the three-phase AC motor 7 is connected to the PWM cycloconverter 2 via a current detection signal input circuit 18.

一方、主回路配線4の三本の内二本が主回路接続線11により直流電動機13に接続されており、直流電動機13に設けられた速度検出器14からの速度検出信号線15が、速度検出信号入力回路17を介してPWMサイクロコンバータ2に接続されている。また、直流電動機13の電流検出器12からの電流検出信号線16が、電流検出信号入力回路18を介してPWMサイクロコンバータ2に接続されている。
ここで、選択スイッチ3により交流電動機制御を選択した場合は、三相交流電動機7を可変速駆動することができ、選択スイッチ3で直流電動機制御を選択した場合は直流電動機13を可変速駆動することができる。
On the other hand, two of the three main circuit wires 4 are connected to the DC motor 13 by the main circuit connection line 11, and the speed detection signal line 15 from the speed detector 14 provided in the DC motor 13 is The PWM cycloconverter 2 is connected via the detection signal input circuit 17. Further, a current detection signal line 16 from the current detector 12 of the DC motor 13 is connected to the PWM cycloconverter 2 via a current detection signal input circuit 18.
Here, when the AC motor control is selected by the selection switch 3, the three-phase AC motor 7 can be driven at a variable speed, and when the DC motor control is selected by the selection switch 3, the DC motor 13 is driven at a variable speed. be able to.

図2は、実施の形態に係るPWMサイクロコンバータ2のブロック図である。図2においてPWMサイクロコンバータ2は、多相交流電源1より電源電圧を受け取り、u相,v相,w相の3本の主回路配線4を有するコンバータ本体21を有している。PWMサイクロコンバータ2には、交流電動機制御か直流電動機制御かを選択するスイッチ3が取り付けられている。またPWMサイクロコンバータ2に付属するコントロール基板22にスイッチ3からの信号、電流検出信号入力回路18、速度検出信号入力回路17及び入力電圧検出信号入力回路20が接続されている。コントロール基板22内の電圧指令発生回路23からはu相,v相,w相に対する三つの電圧指令25がパワー素子の駆動信号を出力するPWM信号発生回路24に出力されている。PWM信号発生回路24では、入力電圧信号入力回路20からの信号と電圧指令25により、入力側電流の高調波を少なくし、かつ指令どおりの出力電圧を発生するPWMサイクロコンバータ駆動信号を生成する。   FIG. 2 is a block diagram of the PWM cycloconverter 2 according to the embodiment. In FIG. 2, the PWM cycloconverter 2 has a converter main body 21 that receives power supply voltage from the multiphase AC power supply 1 and has three main circuit wires 4 of u phase, v phase, and w phase. The PWM cycloconverter 2 is provided with a switch 3 that selects between AC motor control and DC motor control. Further, a signal from the switch 3, a current detection signal input circuit 18, a speed detection signal input circuit 17 and an input voltage detection signal input circuit 20 are connected to the control board 22 attached to the PWM cycloconverter 2. Three voltage commands 25 for the u-phase, v-phase, and w-phase are output from a voltage command generation circuit 23 in the control board 22 to a PWM signal generation circuit 24 that outputs a drive signal for the power element. The PWM signal generation circuit 24 generates a PWM cycloconverter drive signal that reduces harmonics of the input-side current and generates an output voltage according to the command, based on the signal from the input voltage signal input circuit 20 and the voltage command 25.

電圧指令発生回路23は、選択スイッチ3で交流電動機制御が選択された場合、三つの電圧指令25すべてに三相交流電動機7を制御するのに必要な三相交流電圧指令を出力するため、3本の主回路配線4に三相交流電圧が出力され三相交流電動機7が可変速駆動される。また電圧指令発生回路23は、選択スイッチ3で直流電動機制御が選択された場合、三つの電圧指令25のうち二つに直流電動機13を制御するのに必要な直流電圧指令を出力するため、3本の主回路配線4のうち2本に直流電圧が出力され直流電動機13が可変速駆動される。   The voltage command generation circuit 23 outputs a three-phase AC voltage command necessary for controlling the three-phase AC motor 7 to all three voltage commands 25 when the AC switch control is selected by the selection switch 3. A three-phase AC voltage is output to the main circuit wiring 4 of the book, and the three-phase AC motor 7 is driven at a variable speed. Further, the voltage command generation circuit 23 outputs a DC voltage command necessary to control the DC motor 13 to two of the three voltage commands 25 when the DC motor control is selected by the selection switch 3. A DC voltage is output to two of the main circuit wires 4 and the DC motor 13 is driven at a variable speed.

図3は、図2で示した三相交流電動機7と直流電動機13の双方を制御可能なPWMサイクロコンバータ2のコントロール基板22内の電圧指令発生回路23のブロック図である。図中、31は位相指令φrefを出力する位相指令器、32は位相指令をd軸電流指令Idに変換するスケール変換部、33はd軸電流指令Idと実d軸電流Idfbとの偏差を演算する減算器、34は電流制御器、35は電流制御器34の出力と後述のq軸→d軸誘起電圧演算部43との出力を加算する加算器、36は交流電動機を駆動する場合と直流電動機を駆動する場合を切り替える切替スイッチ、37は切替スイッチ36をDC側に切り替えたときのd軸電圧を0に設定する0設定器、38は回転座標/固定座標回転変換部、39は二相/三相変換部、40は速度指令Nrefを出力する速度指令器、41は速度指令Nrefと速度検出値Nfbとの偏差を演算する減算器、42は速度制御器、43はq軸→d軸誘起電圧演算部、44はq軸電流指令Iqと実q軸電流Iqfbとの偏差を演算する減算器、45は電流制御器、46は電流制御器45の出力と後述のd軸→q軸誘起電圧演算部47との出力を加算する加算器、47はd軸→q軸誘起電圧演算部、48はすべり演算部、49は交流電動機を駆動する場合と直流電動機を制御する場合に切り替える切替スイッチ、50は0設定器、51は速度検出値Nfbとすべり周波数ωslipを加算する加算器、52は積分器、53は交流電動機を駆動する場合と直流電動機を制御する場合に切り替える切替スイッチ、54は位相固定設定器、55は実d軸電流Idfbと実q軸電流Iqfbを減算する減算器、56は三相/二相変換部、57は固定座標/回転座標回転変換部である。   FIG. 3 is a block diagram of the voltage command generation circuit 23 in the control board 22 of the PWM cycloconverter 2 capable of controlling both the three-phase AC motor 7 and the DC motor 13 shown in FIG. In the figure, 31 is a phase command device that outputs a phase command φref, 32 is a scale conversion unit that converts the phase command into a d-axis current command Id, and 33 calculates a deviation between the d-axis current command Id and the actual d-axis current Idfb. Subtractor 34, a current controller 34, an adder 35 for adding the output of the current controller 34 and the output of the q-axis → d-axis induced voltage calculator 43 described later, 36 for driving an AC motor and DC A changeover switch for switching the case of driving the electric motor, 37 is a 0 setter for setting the d-axis voltage to 0 when the changeover switch 36 is switched to the DC side, 38 is a rotation coordinate / fixed coordinate rotation conversion unit, and 39 is a two-phase switch / Three-phase converter, 40 is a speed command device that outputs a speed command Nref, 41 is a subtractor that calculates the deviation between the speed command Nref and the detected speed value Nfb, 42 is a speed controller, and 43 is a q-axis → d-axis Induced voltage calculator 44 is q-axis The subtractor for calculating the deviation between the current command Iq and the actual q-axis current Iqfb, 45 is the current controller, 46 is the output of the current controller 45 and the output of the d-axis → q-axis induced voltage calculator 47 described later. Adder, 47 is d-axis → q-axis induced voltage calculation unit, 48 is slip calculation unit, 49 is a selector switch for switching between driving an AC motor and controlling a DC motor, 50 is a 0 setter, 51 is An adder that adds the speed detection value Nfb and the slip frequency ωslip, 52 is an integrator, 53 is a selector switch that switches between driving an AC motor and controlling a DC motor, 54 is a phase lock setting device, and 55 is an actual d. A subtractor that subtracts the axial current Idfb and the actual q-axis current Iqfb, 56 is a three-phase / two-phase converter, and 57 is a fixed coordinate / rotational coordinate rotation converter.

図3において、交流電動機制御か直流電動機制御かを選択する選択スイッチ3からの信号は、すべり周波数指令ωslip、位相θs及びd軸電圧指令Vdの値の切替に使用される。選択スイッチ3からの信号が交流電動機制御選択(図3中の切替スイッチ36,49,53のAC側)となっている場合、本ブロック図は通常の誘導電動機のベクトル制御のブロック図に一致しており、二相/三相変換部39の出力として得られる電圧指令出力は三相交流電圧となっている。   In FIG. 3, a signal from the selection switch 3 for selecting between the AC motor control and the DC motor control is used for switching values of the slip frequency command ωslip, the phase θs, and the d-axis voltage command Vd. When the signal from the selection switch 3 is AC motor control selection (AC side of the changeover switches 36, 49, 53 in FIG. 3), this block diagram matches the vector control block diagram of a normal induction motor. The voltage command output obtained as the output of the two-phase / three-phase converter 39 is a three-phase AC voltage.

一方、選択スイッチ3からの信号が直流電動機選択(図3中切替スイッチ36,49,53のDC側)となっている場合、すべり周波数指令ωslipの値は0となり、周波数指令値は速度フィードバック信号Nfbの値に一致する。このすべり周波数指令ωslipはq軸→d軸誘起電圧演算部43およびd軸→q軸誘起電圧演算部47の演算に使用され、d軸の電圧指令Vdは0となり、電圧指令はq軸の電圧指令Vqのみとなる。これは、q軸を電機子と見立てた直流電動機の制御ブロック図に一致している。位相θsは直流電動機制御の場合、位相固定設定器54による固定値θ0となるが、これはq軸のみの制御で、二相/三相変換部39の出力が三つの電圧出力のうち二つのみを出力するようにするためのものである。たとえば位相固定値θ0が60度になっている場合、回転座標/固定座標回転変換部38及び二相/三相変換部39がどのようになるかを求めてみる。回転座標/固定座標回転変換部38では、d軸電圧指令を0、q軸電圧指令をVqとすると下記式の変換が行われる。 On the other hand, when the signal from the selection switch 3 is DC motor selection (DC side of the changeover switches 36, 49, 53 in FIG. 3), the value of the slip frequency command ωslip is 0, and the frequency command value is the speed feedback signal. It matches the value of Nfb. The slip frequency command ωslip is used for the calculation of the q-axis → d-axis induced voltage calculation unit 43 and the d-axis → q-axis induced voltage calculation unit 47, the d-axis voltage command Vd becomes 0, and the voltage command is the q-axis voltage. Only the command Vq is provided. This coincides with a control block diagram of a DC motor in which the q axis is regarded as an armature. In the case of direct current motor control, the phase θs is a fixed value θ 0 by the phase fixing setter 54. This is control of only the q axis, and the output of the two-phase / three-phase converter 39 is two of the three voltage outputs. This is to output only one of them. For example, when the phase fixed value θ 0 is 60 degrees, the rotation coordinate / fixed coordinate rotation conversion unit 38 and the two-phase / three-phase conversion unit 39 will be obtained. In the rotation coordinate / fixed coordinate rotation conversion unit 38, if the d-axis voltage command is 0 and the q-axis voltage command is Vq, the following equation is converted.

Vα=−Vq×sin60°=−√3/2×Vq
Vβ=Vq×cos60°=1/2×Vq
また二相/三相変換部39では、下記式の変換が行われる。
Vu=Vα=−√3/2×Vq
Vv=−1/2×Vα+√3/2×Vβ=√3/2×Vq
Vw=−1/2×Vα−√3/2×Vβ=0
Vα = −Vq × sin 60 ° = −√3 / 2 × Vq
Vβ = Vq × cos 60 ° = 1/2 × Vq
In the two-phase / three-phase converter 39, the following conversion is performed.
Vu = Vα = −√3 / 2 × Vq
Vv = −1 / 2 × Vα + √3 / 2 × Vβ = √3 / 2 × Vq
Vw = −1 / 2 × Vα−√3 / 2 × Vβ = 0

上記のとおり、二相/三相変換部39の三つの電圧指令出力はu相電圧指令Vu及びv相電圧指令Vvの二つのみがq軸電圧指令38に比例した電圧指令値をもち、w相電圧指令Vwは0となることがわかる。またこれにより、u相−v相の線間には差し引き√3×Vqの直流電圧がq軸電圧指令38に比例して出力されることがわかる。   As described above, the three voltage command outputs of the two-phase / three-phase conversion unit 39 are such that only two of the u-phase voltage command Vu and the v-phase voltage command Vv have voltage command values proportional to the q-axis voltage command 38, and w It can be seen that the phase voltage command Vw is zero. This also shows that a DC voltage of √3 × Vq is output in proportion to the q-axis voltage command 38 between the u-phase and v-phase lines.

以上のような動作により、図3に示した選択スイッチ3にて交流電動機制御を選択した場合は、u相,v相,w相の三つの主回路配線4より三相交流が出力され、三相交流電動機7が可変速駆動される。選択スイッチ3にて直流電動機制御を選択した場合は、u相,v相,w相の三つの主回路配線4のうちの二相より直流電圧が出力され、直流電動機13が可変駆動される。このようにして、一つのPWMサイクロコンバータ2で交流電動機と直流電動機の双方の制御ができる。   When the AC motor control is selected by the selection switch 3 shown in FIG. 3 by the operation as described above, three-phase AC is output from the three main circuit wirings 4 of u phase, v phase, and w phase. The phase AC motor 7 is driven at a variable speed. When the DC motor control is selected by the selection switch 3, a DC voltage is output from two phases of the three main circuit wirings 4 of the u phase, the v phase, and the w phase, and the DC motor 13 is variably driven. In this way, both the AC motor and the DC motor can be controlled by one PWM cycloconverter 2.

以上に説明したように、本発明の実施の形態においては、図4に示すように、最初、直流電動機と直流電動機制御装置を使用した設備において、先に直流電動機制御装置の寿命が来たとき、直流電動機はそのままであるが、将来直流電動機の寿命が来たときに交流電動機に替えることを見越して、PWMサイクロコンバータを直流電動機の制御装置として採用し、次いで直流電動機の寿命が来たときに、直流電動機を交流電動機に更新するとともに、制御装置は、引き続いてPWMサイクロコンバータを交流電動機の制御装置とすることができる。これにより、電動機制御装置を更新した際に、図5に示すように直流電動機と交流電動機の双方を駆動できる制御装置を使用しない更新の場合、および、図6に示すように直流電動機と交流電動機の双方を駆動できる三相インバータを使用した更新の場合のような、既設の直流機駆動用サイリスタ変換装置に比べて、入力電源に流れる高調波を低くできる。   As described above, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, when the life of the DC motor control device is first reached in the equipment using the DC motor and the DC motor control device first, as shown in FIG. The DC motor remains the same, but in the future when the life of the DC motor comes to an end, it will be replaced with an AC motor, and the PWM cycloconverter will be used as a controller for the DC motor. In addition, the DC motor is updated to an AC motor, and the control device can subsequently use the PWM cycloconverter as a control device for the AC motor. Thus, when the motor control device is updated, the update is performed without using the control device capable of driving both the DC motor and the AC motor as shown in FIG. 5, and the DC motor and the AC motor as shown in FIG. Compared with the existing DC machine driving thyristor converter as in the case of renewal using a three-phase inverter capable of driving both, the harmonics flowing to the input power supply can be reduced.

本発明は、電動機制御装置を更新した際に既設の直流機駆動用サイリスタ変換装置に比べて入力電源に流れる高調波を低くできるPWMサイクロコンバータとして、直流電動機および交流電動機の制御装置に利用することができる。   The present invention is used as a PWM cycloconverter capable of lowering harmonics flowing to an input power source when compared with an existing DC machine driving thyristor conversion apparatus when the motor control apparatus is updated, and is used for a DC motor and an AC motor control apparatus. Can do.

本発明の実施の形態に係るPWMサイクロコンバータを用いた電動機制御装置の基本構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a basic configuration of an electric motor control device using a PWM cycloconverter according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るPWMサイクロコンバータのブロック図である。1 is a block diagram of a PWM cycloconverter according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る電圧指令発生回路のブロック図である。It is a block diagram of a voltage command generation circuit according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るPWMサイクロコンバータによる直流電動機駆動設備更新のタイムチャートである。It is a time chart of DC motor drive equipment update by the PWM cycloconverter concerning an embodiment of the invention. 直流電動機と交流電動機の双方を駆動できる制御装置を使用しない場合の直流電動機駆動設備更新のタイムチャートである。It is a time chart of DC motor drive equipment renewal when not using a control device which can drive both a DC motor and an AC motor. 直流電動機と交流電動機の双方を駆動できる三相インバータによる直流電動機駆動設備更新のタイムチャートである。It is a time chart of the DC motor drive equipment update by the three-phase inverter which can drive both a DC motor and an AC motor.

符号の説明Explanation of symbols

1 多相交流電源
2 PWMサイクロコンバータ
3 (交流電動機制御/直流電動機制御)選択スイッチ
4 主回路配線
5 主回路接続線
6 電流検出器
7 (三相)交流電動機
8 速度検出器
9 速度検出信号線
10 電流検出信号線
11 主回路接続線
12 電流検出器
13 直流電動機
14 速度検出器
15 速度検出信号線
16 電流検出信号線
17 速度検出信号入力回路
18 電流検出信号入力回路
19 入力電圧検出器
20 入力電圧検出信号入力回路
21 コンバータ本体
22 コントロール基板
23 電圧指令発生回路
24 PWM信号発生回路
25 u相,v相,w相電圧指令
31 位相指令器
32 スケール変換部
33 減算器
34 電流制御器
35 加算器
36 切替スイッチ
37 0設定器
38 回転座標/固定座標回転変換部
39 二相/三相変換部
40 速度指令器
41 減算器
42 速度制御器
43 q軸→d軸誘起電圧演算部
44 減算器
45 電流制御器
46 加算器
47 d軸→q軸誘起電圧演算部
48 すべり演算部
49 切替スイッチ
50 0設定器
51 加算器
52 積分器
53 切替スイッチ
54 位相固定設定器
55 減算器
56 三相/二相変換部
57 固定座標/回転座標回転変換部
ωslip すべり周波数指令
θs 位相
Vd d軸電圧指令
Vq q軸電圧指令
Nfb 速度フィードバック信号
1 Multiphase AC power supply 2 PWM cycloconverter 3 (AC motor control / DC motor control) selection switch 4 Main circuit wiring 5 Main circuit connection line 6 Current detector 7 (Three phase) AC motor 8 Speed detector 9 Speed detection signal line DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Current detection signal line 11 Main circuit connection line 12 Current detector 13 DC motor 14 Speed detector 15 Speed detection signal line 16 Current detection signal line 17 Speed detection signal input circuit 18 Current detection signal input circuit 19 Input voltage detector 20 Input Voltage detection signal input circuit 21 Converter main body 22 Control board 23 Voltage command generation circuit 24 PWM signal generation circuit 25 u-phase, v-phase, w-phase voltage command 31 Phase commander 32 Scale converter 33 Subtractor 34 Current controller 35 Adder 36 selector switch 37 0 setter 38 rotation coordinate / fixed coordinate rotation conversion unit 39 two-phase / Three-phase converter 40 Speed command unit 41 Subtractor 42 Speed controller 43 q-axis → d-axis induced voltage calculation unit 44 Subtractor 45 Current controller 46 Adder 47 d-axis → q-axis induced voltage calculation unit 48 Slip calculation unit 49 changeover switch 50 0 setter 51 adder 52 integrator 53 changeover switch 54 phase fixed setter 55 subtractor 56 three-phase / two-phase converter 57 fixed coordinate / rotary coordinate rotation converter ωslip slip frequency command θs phase Vd d axis Voltage command Vq q-axis voltage command Nfb Speed feedback signal

Claims (2)

多相交流電源を入力電源とし、双方向スイッチにより構成されたコンバータ本体をPWM制御することにより、三本の主回路配線から所望の周波数の三相の電力を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、
前記コンバータ本体をPWM制御するための電圧指令発生回路と、
交流電動機制御か直流電動機制御かを選択する選択スイッチを設け、
前記電圧指令発生回路は、前記選択スイッチからの信号により、出力電圧の位相、すべり周波数指令、およびd軸電圧指令を切り替える切替手段を有し、
前記主回路配線の三本全てを三相交流電動機に接続した状態で前記選択スイッチにより交流電動機制御を選択した場合は前記三相交流電動機が可変速駆動され、前記主回路配線の三本の内二本を直流電動機に接続した状態で前記選択スイッチにより直流電動機制御を選択した場合は前記直流電動機が可変速駆動されるようにしたことを特徴とするPWMサイクロコンバータ。
In a PWM cycloconverter that outputs a three-phase power of a desired frequency from three main circuit wires by using a multiphase AC power supply as an input power supply and PWM controlling a converter body configured by a bidirectional switch.
A voltage command generation circuit for PWM control of the converter body ;
And a selection switch for selecting whether AC motor control or DC motor control is provided,
The voltage command generation circuit has switching means for switching the phase of the output voltage, the slip frequency command, and the d-axis voltage command in accordance with a signal from the selection switch,
When AC motor control is selected by the selection switch with all three main circuit wirings connected to a three-phase AC motor, the three-phase AC motor is driven at a variable speed, A PWM cycloconverter characterized in that the DC motor is driven at a variable speed when DC motor control is selected by the selection switch in a state where two are connected to the DC motor.
前記双方向スイッチは、逆阻止IGBTを逆並列接続したものである請求項1記載のPWMサイクロコンバータ。   The PWM cycloconverter according to claim 1, wherein the bidirectional switch is a reverse blocking IGBT connected in reverse parallel.
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