JP4669723B2 - Electric motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、交直変換器により交流を直流に変換し、平滑コンデンサで平滑した後単相インバータにより交流に変換する単位インバータを複数組合せたインバータ装置により電動機を可変速制御する電動機制御装置に関する。 The present invention relates to an electric motor control device that performs variable speed control of an electric motor by an inverter device that combines a plurality of unit inverters that convert alternating current to direct current by an AC / DC converter, smooth the smoothing capacitor, and then convert to alternating current by a single-phase inverter.
従来、交流電動機を可変速制御する電動機制御装置として、ダイオードブリッジ回路により交流を直流に変換し、平滑コンデンサで平滑した後交流に変換して単相出力を得る単位インバータを三相スター結線してなるインバータ装置がある(例えば、特許文献1)。
通常の三相出力のインバータ装置において、電源出力を三相のダイオードブリッジ回路により直流に変換し、平滑コンデンサで平滑して得られる直流電圧は、電源周波数の6倍のリップル電圧でその振幅は15%程度であり、三相インバータの出力を合成すれば、ほぼフラットになり、問題は生じない。
In a normal three-phase output inverter device, a direct-current voltage obtained by converting a power supply output into direct current by a three-phase diode bridge circuit and smoothing it with a smoothing capacitor is a
しかし、上記のように単相出力を得る単位インバータを複数組合せたインバータ装置では、各相毎の電力脈動が100%の振幅で、その周波数は2倍と低い。その結果、単位インバータの出力周波数が交流電源側インダクタンスと平滑コンデンサで構成される共振回路の共振周波数に接近し、直流電圧のリップルが過大になる問題がある。 However, in the inverter device in which a plurality of unit inverters that obtain a single-phase output as described above are combined, the power pulsation for each phase has an amplitude of 100% and the frequency is as low as twice. As a result, there is a problem that the output frequency of the unit inverter approaches the resonance frequency of the resonance circuit composed of the AC power supply side inductance and the smoothing capacitor, and the DC voltage ripple becomes excessive.
このため、電圧リップルの最大値に合せて定格容量を増大させたり、あるいは装置容量を低減したりして使用せざるを得ないという問題があった。 For this reason, there has been a problem that the rated capacity has to be increased in accordance with the maximum value of the voltage ripple, or the apparatus capacity has to be reduced.
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、単位インバータの出力周波数の2倍周波数で脈動する直流電圧を共振させることなく、装置の定格容量を有効に使用して交流電動機を可変速制御できる電動機制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and allows an AC motor to be used by effectively using the rated capacity of the apparatus without causing resonance of a DC voltage pulsating at twice the output frequency of the unit inverter. It is an object of the present invention to provide an electric motor control device capable of speed change control.
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電動機制御装置を構成するものである。 In order to achieve the above object, the present invention constitutes an electric motor control device by the following means.
本発明に対応する電動機制御装置は、交流を直流に変換する複数の交直変換器と、前記複数の交直変換器により変換された直流をそれぞれ平滑する複数の平滑コンデンサと、前記複数の平滑コンデンサにより平滑された直流をそれぞれ単相交流に変換し、それぞれの単相交流が合成された交流が電動機に供給される複数の単位インバータと、前記複数の交直変換器と前記複数の平滑コンデンサとのそれぞれの間に設けられ、前記交直変換器の交流側のインダクタンスと前記平滑コンデンサで構成される共振回路の共振周波数に、前記単位インバータによる電圧脈動の周波数が接近して共振することを抑制するためのダンピング効果を有する回路を設ける。 An electric motor control device corresponding to the present invention includes a plurality of AC / DC converters that convert AC to DC, a plurality of smoothing capacitors that respectively smooth DCs converted by the plurality of AC / DC converters, and the plurality of smoothing capacitors. smoothed DC respectively converted to single-phase alternating current, a plurality of unit inverters AC that each single-phase AC synthesized supplied to the electric motor, each of said plurality of smoothing capacitors and the plurality of AC to DC conversion device For suppressing the resonance of the voltage pulsation caused by the unit inverter close to the resonance frequency of the resonance circuit composed of the smoothing capacitor and the AC side inductance of the AC / DC converter A circuit having a damping effect is provided.
本発明によれば、単位インバータの出力周波数の2倍周波数による直流電圧の脈動が共振現象により大きくならないように抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the pulsation of the DC voltage due to the double frequency of the output frequency of the unit inverter from being increased due to the resonance phenomenon.
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明による電動機制御装置の第1の実施形態を示す回路構成図である。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of an electric motor control device according to the present invention.
図1において、ACは交流電源で、この交流電源ACより単相交流がA,B,C各相の入力リアクトル1A,1B,1Cを介してダイオードブリッジからなる交直変換器2A,2B,2Cに入力され、直流に変換される。この交直変換器2A,2B,2Cより出力される直流は平滑コンデンサ4A,4B,4Cにより平滑されて単相インバータ5A,5B,5Cに入力され、直流を単相交流に変換して出力される。
In FIG. 1, AC is an AC power source, and from this AC power source AC, single-phase AC is transferred to AC /
ここで、A,B,C各相の交直変換器2A,2B,2C、平滑コンデンサ4A,4B,4C及び単相インバータ5A,5B,5Cは、それぞれ一つの単位インバータとして構成され、これら3つの単位インバータをスター結線して交流電動機6に接続し、この交流電動機6を駆動制御する。
Here, the A / B / C phase AC /
このような構成の電動機制御装置において、本実施形態ではA,B,C各相の交直変換器2A,2B,2Cと平滑コンデンサ4A,4B,4Cとの間に単相インバータ5A,5B,5Cの出力周波数の2倍の電力脈動による電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路3A,3B,3Cを設けると共に、A,B,C各相の単位インバータの直流電気量を検出する検出手段7を設け、この検出手段7により検出された直流電気量を制御回路8に取込んで、ダンピング効果を有する回路3A,3B,3Cを制御するようにしたものである。
In the motor control device having such a configuration, in the present embodiment, single-
次に作用について述べる。 Next, the operation will be described.
いま、上述した単位インバータを等価回路で示すと図2のように表すことができる。すなわち、図2において、ダイオードブリッジからなる交直変換器2を直流電源、単相インバータ5を交流電流源として表すことができ、また直流電気量を検出する検出手段として平滑コンデンサ4に流れる電流を検出する電流検出回路10を設け、電流検出回路10により検出された電流を制御回路8に取込む場合について示している。
Now, the unit inverter described above can be represented as an equivalent circuit as shown in FIG. That is, in FIG. 2, the AC /
まず、上記等価回路において、ダンピング効果を有する回路3及び制御回路8がない場合には単相インバータ5の出力周波数の2倍周波数によって図3(a)に示すように平滑コンデンサ4の電圧Vcは脈動する。つまり、直流電源よりリアクトル1を通して流れる電流Irecは交流電流源に流れる電流Iinvに対して位相遅れが生じ、平滑コンデンサ4の電圧Vcが脈動する。この電圧の周波数が入力リアクトル1と平滑コンデンサ4の共振周波数に近いと共振し、電圧リプルが上記理論値よりも大幅に増大する。
First, in the above equivalent circuit, when the circuit 3 having the damping effect and the
次にダンピング効果を有する回路3及び制御回路8が設けられている場合には、電流検出回路10により検出された電流が制御回路8に取込まれると、この制御回路8は検出電流値に応じて制御信号を生成してダンピング効果を有する回路3を制御し、図3(b)に示すようにダンピング効果を有する回路3を通して流れる電流Irecは早く立ち上がり、交流電流源に流れる電流Iinvに対してほぼ同相となり、平滑コンデンサ4の電圧Vcの変動が抑制される。
Next, in the case where the circuit 3 and the
上記ダンピング効果を有する回路3は、平滑コンデンサ4の両端子間の電圧を一定に制御する目的で使用されるのではなく、平滑コンデンサ4の電圧リプルが共振によって大きくならないように電流Irecを早く立上げるためのものである。 The circuit 3 having the damping effect is not used for the purpose of controlling the voltage between both terminals of the smoothing capacitor 4 to be constant, but quickly raises the current Irec so that the voltage ripple of the smoothing capacitor 4 does not increase due to resonance. It is for raising.
従って、交直変換器2と平滑コンデンサ4との間に単相インバータ5の出力周波数の2倍の電力脈動による電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路3を設けることにより、交直変換器2や単相インバータ5の定格容量を増大したり、あるいは装置の容量を低減したりする必要がなく、既存の装置により交流電動機の可変速制御を行うことができる。
Therefore, by providing a circuit 3 having a damping effect for suppressing resonance of voltage ripple due to power pulsation twice the output frequency of the single-
図4は本発明による電動機制御装置の第2の実施形態を示す回路構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。 FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the motor control device according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different points are described here.
第2の実施形態では、電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路として、リアクトル、ダイオード及びスイッチング素子からなる昇圧チョッパ9A,9B,9Cを設け、またA,B,C各相の単位インバータ5A,5B,5Cの直流電気量を検出する検出手段として、平滑コンデンサ4に流れる電流を検出する電流検出回路10を設け、この電流検出回路10により検出された電流を制御回路8に取込んで制御信号を生成し、昇圧チョッパ9A,9B,9Cを制御するようにしたものである。
In the second embodiment, step-
ここで、上記昇圧チョッパ9を制御する制御回路としては、図5に示すように平滑コンデンサ4に流れる電流Icと基準値(0値)とを比較し、その差信号に係数kを乗じてPWM回路に入力し、このPWM回路よりチョッパのスイッチング信号を生成して昇圧チョッパ9を平滑コンデンサ4に流れる電流Icが零になるように制御する。
Here, as a control circuit for controlling the step-up
このような構成としても第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図6は本発明による電動機制御装置の第3の実施形態を示す1相分の回路構成図で、図4と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram for one phase showing a third embodiment of the motor control device according to the present invention. The same parts as in FIG. Only mention.
第3の実施形態においては、電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路として、ダイオード及びスイッチング素子からなる昇圧チョッパ11を設け、また単位インバータ5の直流電気量を検出する検出手段として、平滑コンデンサ4に流れる電流を検出する電流検出回路10を設け、この電流検出回路10により検出された電流を制御回路8に取込んで制御信号を生成し、昇圧チョッパ9を制御するようにしたものである。
In the third embodiment, a step-up chopper 11 composed of a diode and a switching element is provided as a circuit having a damping effect for suppressing voltage ripple resonance, and smoothing is performed as detection means for detecting the DC electric quantity of the
この実施形態では、昇圧チョッパ11からリアクトルを省略し、入力リアクトル1に担わせていることに特徴がある。昇圧チョッパのリアクトルには回路の全電流が流れるので、リアクトルを省略できることのメリットは大きい。
This embodiment is characterized in that the reactor is omitted from the boost chopper 11 and is carried by the
このような構成としても第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図7は本発明による電動機制御装置の第4の実施形態を示す1相分の回路構成図で、図6と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。 FIG. 7 is a one-phase circuit configuration diagram showing a fourth embodiment of the motor control apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. Only mention.
第4の実施形態においては、電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路として、単相インバータとリアクトルからなる回路12を設け、また単位インバータ5の直流電気量を検出する検出手段として、平滑コンデンサ4に流れる電流を検出する電流検出回路10を設け、この電流検出回路10により検出された電流を制御回路8に取込んで制御信号を生成し、単相インバータとリアクトルからなる回路12を制御するようにしたものである。
In the fourth embodiment, a
このような構成としても第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図8は本発明による電動機制御装置の第5の実施形態を示す1相分の回路構成図で、図6と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。 FIG. 8 is a one-phase circuit configuration diagram showing a fifth embodiment of the motor control apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. Only mention.
第5の実施形態においては、電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路として、ダイオードとスイッチング素子からなる回路13を設け、また単位インバータ5の直流電気量を検出する検出手段として、平滑コンデンサ4に流れる電流を検出する電流検出回路10を設け、この電流検出回路10により検出された電流を制御回路8に取込んで制御信号を生成し、ダイオードとスイッチング素子からなる回路13を制御するようにしたものである。
In the fifth embodiment, a
このような構成としても第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図9は本発明による電動機制御装置の第6の実施形態を示す回路構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。 FIG. 9 is a circuit configuration diagram showing a sixth embodiment of the motor control device according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different points are described here.
第6の実施形態においては、電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路3(3A〜3C)として、第2の実施形態の昇圧チョッパ9、又は第3の実施形態のリアクトルの持たない昇圧チョッパ11、又は第3の実施形態の単相インバータとリアクトルからなる回路12或いは第4の実施形態のダイオードとスイッチング素子からなる回路13を設け、また単相インバータ5の直流電気量を検出する検出手段として、平滑コンデンサ4(4A〜4C)の電圧を検出する電圧検出回路14を設け、この電圧検出回路14により検出された電圧を制御回路8に取込んで制御信号を生成し、ダンピング効果を有する回路3(3A〜3C)を制御するようにしたものである。
In the sixth embodiment, as the circuit 3 (3A to 3C) having a damping effect for suppressing the resonance of the voltage ripple, the
このような構成としても第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
図10は本発明による電動機制御装置の第7の実施形態を示す回路構成図で、図1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。 FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a seventh embodiment of the motor control apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different points are described here.
第7の実施形態においては、電圧リプルの共振を抑制するダンピング効果を有する回路3(3A〜3C)として、第2の実施形態の昇圧チョッパ9、又は第3の実施形態のリアクトルの持たない昇圧チョッパ11、又は第3の実施形態の単相インバータとリアクトルからなる回路12或いは第4の実施形態のダイオードとスイッチング素子からなる回路13を設け、また単相インバータ5(5A〜5C)の直流電気量を検出する検出手段として、単相インバータ電圧と電流を検出する回路15を設け、この検出回路15により検出された単相インバータ電圧及び電流情報を制御回路8に取込んで演算により電力を求め、この電力をもとに制御信号を生成し、ダンピング効果を有する回路3を制御するようにしたものである。
In the seventh embodiment, as the circuit 3 (3A to 3C) having a damping effect for suppressing the resonance of the voltage ripple, the
このような構成としても第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even with such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
なお、上述した第1の実施形態乃至第7の実施形態では、3つの単位インバータをスター結線した回路構成について述べたが、本発明はかかる回路構成に限定されず、単相マルチレベルインバータや単相のインバータにおいても適用することができ、前述と同様の効果を発揮させることができる。 In the first to seventh embodiments described above, the circuit configuration in which three unit inverters are star-connected has been described. However, the present invention is not limited to such a circuit configuration, and a single-phase multilevel inverter, The present invention can also be applied to a phase inverter, and the same effect as described above can be exhibited.
1,1A,1B,1C…入力リアクトル、2,2A,2B,2C…ダイオードブリッジからなる交直変換器、3,3A,3B,3C…ダンピング効果を有する回路、4,4A,4B,4C…平滑コンデンサ、5,5A,5B,5C…単相インバータ、6…交流電動機、7…検出手段、8…制御回路、9A,9B,9C…昇圧チョッパ、10…平滑コンデンサに流れる電流を検出する電流検出回路、11…昇圧チョッパ、12…単相インバータとリアクトルからなる回路、13…ダイオードとスイッチング素子からなる回路、14…平滑コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路、15…単相インバータ電圧と電流を検出する回路。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の交直変換器により変換された直流をそれぞれ平滑する複数の平滑コンデンサと、
前記複数の平滑コンデンサにより平滑された直流をそれぞれ単相交流に変換し、それぞれの単相交流が合成された交流が電動機に供給される複数の単位インバータと、
前記複数の交直変換器と前記複数の平滑コンデンサとのそれぞれの間に設けられ、前記交直変換器の交流側のインダクタンスと前記平滑コンデンサで構成される共振回路の共振周波数に、前記単位インバータによる電圧脈動の周波数が接近して共振することを抑制するためのダンピング効果を有する回路
を設けたことを特徴とする電動機制御装置。 A plurality of AC / DC converters for converting AC to DC ,
A plurality of smoothing capacitors that respectively smooth the direct current converted by the plurality of AC / DC converters ;
A plurality of unit inverters , each of which converts direct current smoothed by the plurality of smoothing capacitors into single-phase alternating current, and an alternating current in which the single-phase alternating currents are combined is supplied to the motor .
A voltage generated by the unit inverter is provided between each of the plurality of AC / DC converters and the plurality of smoothing capacitors, and at a resonance frequency of a resonance circuit including an AC-side inductance of the AC / DC converter and the smoothing capacitor. An electric motor control device comprising a circuit having a damping effect for suppressing a pulsation frequency from approaching and resonating .
を特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。 Circuit having a pre-Symbol damping effect, the motor controller according to claim 1, wherein the pulsating component of the output current is controlled so that the pulsation component in phase with the current input to the unit inverter.
を特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。 Circuit having a pre-Symbol damping effect, the motor control device according to claim 1, characterized in that the step-up chopper.
を特徴とする請求項3記載の電動機制御装置。 It said circuit having a damping effect, the motor control unit of 請 Motomeko 3 wherein you characterized in that the current flowing in the smoothing capacitor is controlled to be zero.
前記ダンピング効果を有する回路は、前記交直変換器と前記平滑コンデンサとの間にはリアクトルを設けずに、前記入力リアクトルを利用して昇圧する昇圧チョッパであること
を特徴とする請求項3記載の電動機制御装置。 An input reactor is provided on each input side of the plurality of AC / DC converters,
Said circuit having a damping effect, said without providing the reactor between the AC-DC converter and the smoothing capacitor, 請 Motomeko 3 by using the input reactor you being a step-up chopper for boosting The motor control device described.
を特徴とする請求項3又は請求項5から請求項7のいずれか1項記載の電動機制御装置。The electric motor control device according to claim 3, wherein the electric motor control device is one of the following.
を特徴とする請求項3又は請求項5から請求項7のいずれか1項記載の電動機制御装置。The electric motor control device according to claim 3, wherein the electric motor control device is one of the following.
を特徴とする請求項3又は請求項5から請求項7のいずれか1項記載の電動機制御装置。The electric motor control device according to claim 3, wherein the electric motor control device is one of the following.
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