JP5243012B2

JP5243012B2 - 電源装置

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Publication number: JP5243012B2
Application number: JP2007325654A
Authority: JP
Inventors: 計二穴原
Original assignee: 日本リライアンス株式会社
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP2009148130A

Description

本発明は、力行及び回生を行う負荷に対してエネルギーを供給する電源装置に関し、特に、コンデンサに蓄積したエネルギーを力行時のために使用する電源装置に関する。

従来、慣性負荷が加速及び減速して対象物を加工成形するプレス機械等の設備において、慣性負荷を加減速させるためのエネルギーを供給するサーボプレス用の電源装置が知られている。この電源装置は、電源回生コンバータやコンデンサ（例えば、アルミ電解コンデンサ型キャパシタバンク）等を設けることにより、負荷側で発生する回生エネルギーを有効活用するようにしている。すなわち、慣性負荷が減速運転する回生時に回生エネルギーを蓄積し、慣性負荷が加速運転する力行時に、その蓄積したエネルギーを使用する。

このような電源装置は、対象物をプレス加工するときに、そのときの慣性負荷に応じた電流を供給し、それ以外のときに、プレス加工時の電流よりもはるかに小さい電流を供給する。このため、プレス加工のために必要なピーク電流を常に供給する必要はない。しかし、電源装置は、プレス加工時にはピーク電流を供給する必要があるので、そのピーク電流を供給することが可能な容量の電源装置とする必要がある。このため、電源装置は、電源容量及びコストが増大し、装置全体が大型化してしまう。

これらの問題を解決するために、電気エネルギー蓄積装置を設け、元電源となる交流電源装置だけでなく電気エネルギー蓄積装置からも電流を供給する技術が開示されている（特許文献１を参照）。図８は、プレス機械に用いる従来の電源装置の構成を示す図である。この電源装置１０００は、交流電源設備１２００、昇圧トランス１２１０、ノーヒューズブレーカ１２２０、マグネットコンタクタ１２３０、整流回路（コンバータ）１１００、電気エネルギー蓄積装置１１１０、及び、モータ１６００を駆動するドライバー回路（インバータ）１５００を備えて構成される。

交流電源設備１２００は、元電源である３相交流電源を供給する。昇圧トランス１２１０は、交流電源設備１２００から供給された３相交流電源の交流電源電圧を昇圧する。整流回路１１００は、交流電源電圧を一定の直流電圧に変換する。

電気エネルギー蓄積装置１１１０は、電気エネルギー蓄積用のコンデンサ１１２０、電流を制限するスイッチングトランジスタ１１１１、コンデンサ１１２０の充電電流Ｉｃｈの値に応じてスイッチングトランジスタ１１１１をＯＮ／ＯＦＦすることにより、電気エネルギーの蓄積制御を行う電気エネルギー蓄積制御手段１１１２、充電電流Ｉｃｈの加速を抑制するチョークトランス１１１８、コンデンサ１１２０の充電電流Ｉｃｈを検出する電流センサー１１５０、コンデンサ１１２０の充電電圧Ｖｃｈを検出する電圧センサー１１６０、スイッチングトランジスタ１１１１がＯＦＦのときの充電電流Ｉｃｈの方向を定めるダイオード１１１７、プレス機械の運転終了時にコンデンサ１１２０に蓄積されたエネルギーを放電電流として消費して消滅させる放電抵抗１１４０、及び、マグネットコンタクタ１２３０のうちの一部のコンタクタのｂ接点１２３１ｂを備えて構成される。

ドライバー回路１５００は、トランジスタ等を含むインバータであり、ＰＷＭ信号を入力してトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御し、３相駆動電圧を出力してモータ駆動電流をモータ１６００へ供給する。これにより、モータ１６００を回転駆動させることができる。

電気エネルギー蓄積制御手段１１１２は、充電電流Ｉｃｈの値が所定の設定値を超えた場合、スイッチングトランジスタ１１１１をＯＦＦし、充電電流Ｉｃｈがチョークトランス１１１８→コンデンサ１１２０→ダイオード１１１７の経路に流れるように制御し、コンデンサ１１２０に電気エネルギーを蓄積する。一方、充電電流Ｉｃｈの値が所定の設定値以下になった場合、スイッチングトランジスタ１１１１をＯＮし、充電電流Ｉｃｈが整流回路１１００→スイッチングトランジスタ１１１１→チョークトランス１１１８→コンデンサ１１２０の経路に流れるように制御し、コンデンサ１１２０に電気エネルギーを蓄積する。そして、コンデンサ１１２０に蓄積された電気エネルギーは、対象物をプレス加工するときに、ドライバー回路１５００を介してモータ１６００へ一気に放出される。

このように、対象物のプレス加工時に必要なピーク電流は、元電源となる交流電源設備１２００だけでなく電気エネルギー蓄積装置１１１０からも供給されるから、交流電源設備１２００の電源容量を低減することができ、結果としてコスト低減及び小型化を実現することができる。

特開２００４−３４４９４６号公報

前述した特許文献１の電源装置１０００では、交流電源設備１２００（以下、入力交流電源という。）及び電気エネルギー蓄積装置１１１０を用いて、プレス加工時に必要なピーク電流を供給するようにしている。この場合、電気エネルギー蓄積装置１１１０のコンデンサ１１２０に、一層多くのエネルギーを蓄積することが望ましい。なぜならば、コンデンサ１１２０に多くのエネルギーを蓄積することにより、プレス加工時に必要なピーク電流を十分に供給することができ、入力交流電源の容量も一層小さくすることができるからである。また、電源装置１０００は、コンデンサ１１２０の容量及び入力交流電源の容量が一層小さい方が、コスト及びスペースの点からして望ましい。

そこで、本発明の目的は、コンデンサに蓄積するエネルギー量を一層増大させ、コンデンサの容量及び入力交流電源の容量を一層小さくすることが可能な電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、所定の処理を行う負荷へ電流を供給する電源装置において、元電源となる入力交流電源と、前記入力交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換手段と、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する制御手段と、前記制御手段により昇圧制御された直流電圧を交流電圧に変換し、前記負荷へ電流を供給する直流交流変換手段と、前記交流直流変換手段と直流交流変換手段との間に接続され、前記交流直流変換手段からの電気エネルギー及び前記負荷からの回生エネルギーを蓄積するコンデンサとを備え、前記負荷が、処理工程及び非処理工程からなる負荷パワーのサイクルであって、前記処理工程では、所定の処理負荷パワーにて運転し、前記非処理工程では、所定の加速パワーになるまで加速してパワーが無い状態が続いた後、所定の減速パワーからパワーが無い状態まで減速するサイクルの運転を繰り返す場合に、前記処理工程のときに、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、前記非処理工程のときに、前記負荷パワーが所定の加速パワーになるまで加速する加速期間のエネルギーと、前記負荷パワーが所定の減速パワーから減速する減速期間のエネルギーとが相殺されるように、前記加速期間では、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、前記減速期間では、前記減速に伴うエネルギーを前記コンデンサに蓄積し、前記入力交流電源の容量を、前記処理工程における所定の処理負荷パワーの平均値に基づく容量とし、前記制御手段が、所定の直流電圧指令と、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電流の電流指令を、所定の上限値以下になるように出力する電圧制御器と、前記電圧制御器により出力された電流指令と、前記入力交流電源から交流直流変換手段に供給される電流との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電圧の電圧指令を出力する電流制御器とを備え、前記電圧制御器及び電流制御器のそれぞれの偏差がゼロになるように、前記電流制御器により出力された電圧指令から得られる、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する際に、前記コンデンサに蓄積されたエネルギーによる電流の供給に伴って前記直流電圧が低下した場合、前記直流電圧が前記所定の直流電圧指令の設定値になるように昇圧制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、所定の処理を行う負荷へ直流交流変換器を介して電流を供給する電源装置において、元電源となる入力交流電源と、前記入力交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換手段と、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する制御手段と、前記交流直流変換手段と直流交流変換器との間に接続され、前記交流直流変換手段からの電気エネルギー及び前記負荷からの回生エネルギーを蓄積するコンデンサとを備え、前記負荷が、処理工程及び非処理工程からなる負荷パワーのサイクルであって、前記処理工程では、所定の処理負荷パワーにて運転し、前記非処理工程では、所定の加速パワーになるまで加速してパワーが無い状態が続いた後、所定の減速パワーからパワーが無い状態まで減速するサイクルの運転を繰り返す場合に、前記処理工程のときに、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、前記非処理工程のときに、前記負荷パワーが所定の加速パワーになるまで加速する加速期間のエネルギーと、前記負荷パワーが所定の減速パワーから減速する減速期間のエネルギーとが相殺されるように、前記加速期間では、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、前記減速期間では、前記減速に伴うエネルギーを前記コンデンサに蓄積し、前記入力交流電源の容量を、前記処理工程における所定の処理負荷パワーの平均値に基づく容量とし、前記制御手段が、所定の直流電圧指令と、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電流の電流指令を、所定の上限値以下になるように出力する電圧制御器と、前記電圧制御器により出力された電流指令と、前記入力交流電源から交流直流変換手段に供給される電流との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電圧の電圧指令を出力する電流制御器とを備え、前記電圧制御器及び電流制御器のそれぞれの偏差がゼロになるように、前記電流制御器により出力された電圧指令から得られる、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する際に、前記コンデンサに蓄積されたエネルギーによる電流の供給に伴って前記直流電圧が低下した場合、前記直流電圧が前記所定の直流電圧指令の設定値になるように昇圧制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発明の電源装置は、前記コンデンサを、電気二重層型キャパシタとする、ことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御するようにしたから、コンデンサの両端にかかる電圧が高くなる。これにより、コンデンサに蓄積するエネルギー量が一層増大するから、コンデンサから負荷に対してピーク電流の多くを供給することができ、かつ、コンデンサの容量及び交流電源の容量を一層小さくすることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
〔概要〕
まず、本発明の実施形態による電源装置の概要について説明する。電源装置は、少なくとも、元電源となる入力交流電源と、入力交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ（交流直流変換手段）と、コンバータが出力する直流電圧を昇圧制御するコンバータ制御手段と、コンバータから直流電圧を入力して交流電圧を出力し、負荷側に電流を供給するインバータ（直流交流変換手段）と、コンバータとインバータとの間に接続され、電気エネルギーを蓄積するコンデンサとを備えて構成される。

コンデンサには、入力交流電源から供給される電源のエネルギーが蓄積され、例えば、プレス加工等を行う力行時にエネルギーが放出される。この例で具体的に説明すると、プレス加工を行わない工程内の、モータを加速運転させる力行時に、コンデンサに蓄積したエネルギー及び入力交流電源からのエネルギーを使用する。また、モータを加速運転させてプレス加工を行う力行時に、入力交流電源からのエネルギーを使用すると共に、主にコンデンサに蓄積したエネルギーを使用する。この場合、プレス加工のために必要なピーク電流の多くをコンデンサから供給し、残りの電流を入力交流電源から供給する。つまり、入力交流電源は、加工プレスのために必要なピーク電流のうち、コンデンサから供給する電流を除いた残りの電流を供給可能な容量で済むことになる。例えば、入力交流電源の容量は、プレスサイクル時間Ｔにおけるプレス加工負荷エネルギーの平均値で済むようになる。詳細については後述する。尚、モータを減速運転する回生時には、回生エネルギーがコンデンサに蓄積される。

また、コンバータ制御手段は、コンバータの出力電圧を昇圧制御することにより、コンデンサの両端にかかる電圧を、通常よりも高い電圧に維持する。つまり、コンデンサの両端にかかる電圧を通常よりも高くすることができるから、コンデンサに蓄積されるエネルギー量を増大させることができる。また、所定量のエネルギーを蓄積する場合には、コンデンサの容量は小さくて済む。

また、コンデンサとして、内部抵抗の小さい電気二重層型大容量キャパシタを用いる。これにより、コンデンサは高電流の入出力が可能となるので、蓄積するエネルギー量を増大させることができる。以下、電源装置について、その構成及び動作について説明する。

〔電源装置の構成〕
次に、電源装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による電源装置を含むシステムの構成を示す図である。このシステムは、サーボプレス用の電源装置１と、電源装置１により出力されるモータ駆動電流により回転駆動するモータ１２０と、モータ１２０が回転駆動することによりクランク軸が回転し、プレス加工を行う負荷１３０とを備えて構成される。

この電源装置１は、交流−直流−交流変換電源であり、入力交流電源１０、コンデンサ２０、リアクタ３０、コンバータ４０、エネルギー蓄積用コンデンサ５０、インバータ６０、コンバータ制御手段７０及びインバータ制御手段８０を備えて構成される。入力交流電源１０は、モータ１２０を回転駆動するための元電源となる３相交流電力を供給する。尚、３相の各電源ラインに、内部抵抗ｒ_１を有しているものとする。コンデンサ２０は、入力交流電源１０における３相の各電源ラインに設けられ、入力交流電源１０からの電源ノイズを除去するキャパシタ機器である。リアクタ３０は、入力交流電源１０から供給する電源のエネルギーを制御するインダクタンス機器である。

コンバータ４０は、ダイオード等の整流素子を用いた３相全波整流回路が設けられ、入力交流電源１０からコンデンサ２０及びリアクタ３０を介して３相交流電圧を入力し、コンバータ制御手段７０からの制御信号によりトランジスタがＯＮ／ＯＦＦ制御され、所定の電圧に昇圧制御された直流電圧を出力する。

エネルギー蓄積用コンデンサ５０には、入力交流電源１０からコンデンサ２０、リアクタ３０及びコンバータ４０を介して供給される電源のエネルギーと、モータ１２０からコンデンサ１１０、リアクタ１００及びインバータ６０を介して供給される回生エネルギーとが蓄積される。この蓄積されたエネルギーは、主に、負荷１３０においてプレス加工を行う工程、すなわちモータ１２０を加速運転させてプレス加工を行う力行時に使用され、エネルギー蓄積用コンデンサ５０から、プレス加工のために必要なピーク電流の多くが供給される。

また、エネルギー蓄積用コンデンサ５０として、内部抵抗の小さい電気二重層大容量キャパシタを用いる。内部抵抗の小さいキャパシタを用いることにより、高電流をエネルギー蓄積用コンデンサ５０へ入出力することができる。エネルギー蓄積用コンデンサ５０としてアルミ電解コンデンサを用いないのは、アルミ電解コンデンサにより大容量キャパシタを構築することが電源装置１における設置スペース及びコストの面から困難だからである。

インバータ６０は、相対する２つの半導体スイッチング素子がＵＶＷ相毎に設けられ、コンバータ４０からエネルギー蓄積用コンデンサ５０を介して直流電圧を入力し、インバータ制御手段８０からの制御信号により半導体スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御され、３相交流電圧を出力し、モータ１２０に３相交流のモータ駆動電流を供給する。モータ１２０が回転駆動することによりクランク軸が回転し、負荷１３０はプレス加工を行うことができる。

コンバータ制御手段７０は、予め設定されたバス電圧指令ｅ＊（バス電圧設定値）と、図１に示した実際のバス電圧ｅ（バス電圧測定値）とが一致するように、制御信号を生成してコンバータ４０に出力する。例えば、入力交流電源１０の交流電圧が４００Ｖの場合、昇圧機能を有さない通常のコンバータを用いると、その出力電圧（バス電圧）は√（２）×４００＝５６６Ｖとなる。これに対し、昇圧機能を有する本発明の実施形態によるコンバータ４０を用いる場合は、例えばｅ＊＝７００Ｖに設定する。これにより、バス電圧ｅは、通常の電圧５６６Ｖよりも昇圧された７００Ｖとなる。このように、昇圧機能を有するコンバータ４０を用いることにより、プレス加工時にエネルギー蓄積用コンデンサ５０からエネルギーが放出してバス電圧ｅが低下した場合であっても、バス電圧ｅを予め設定されたバス電圧指令ｅ＊に一致するように昇圧制御することができる。

インバータ制御手段８０は、負荷１３０のサーボプレス速度（クランク軸の回転速度）が、予め設定されたサーボプレス速度パターンの目標速度になるように、すなわち、予め設定されたサーボプレス速度指令ω＊と、実際のサーボプレス速度ωとが一致するように、制御信号を生成してインバータ６０に出力する。

〔電源装置の動作〕
次に、電源装置の動作について説明する。図２は、図１に示した電源装置が実現するサーボプレス速度パターン、負荷パターン及びバス電圧を示す図である。

図２（１）は、負荷１３０のサーボプレス速度パターンを示す図である。サーボプレス速度パターンは、クランク軸がプレス角度θ＝０°から３６０°までのプレスサイクル時間Ｔを繰り返すパターンになっており、加工動作としてみると、プレス加工時間ｔ_ｗ及びプレス加工角度幅θ_ｗの加工工程とそれ以外の非加工工程とが繰り返される。負荷１３０は、加工工程において、サーボプレス速度ω_１で時間ｔ_ｗの間定速度運転し、非加工工程において、プレス加速時間ｔ_ａの間加速した後、サーボプレス定格速度ω_０で時間ｔｃの間定速度運転し、プレス減速時間ｔ_ｂの間減速する。

図２（２）は、負荷１３０の負荷パターンを示す図である。負荷パターンは、加工工程において、加工負荷パワーＰ_Ｌで運転し、非加工工程において、加速パワーＰ_Ｊになるまで上昇し、パワーが無い状態が続いた後、減速パワー−Ｐ_Ｊからパワーが無い状態まで減速する。このパターンが繰り返される。

図２（３）は、コンバータ４０の出力電圧、すなわちエネルギー蓄積用コンデンサ５０の両端にかかるバス電圧ｅを示す図である。バス電圧ｅは、加工工程の開始時にＥ_０、終了時にＥ_１であり、非加工工程の加速運転時の開始時にＥ_１、終了時にＥ_２であり、非加工工程の減速運転時の開始時にＥ_２、終了時にＥ_０である。

ここで、図１に示したエネルギー蓄積用コンデンサ５０には、入力交流電源１０から供給される電源のエネルギーと、モータ１２０から供給される回生エネルギーとが蓄積される。そして、図２に示した加工工程において、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積されたエネルギー及び入力交流電源１０からのエネルギーが使用される。具体的には、加工負荷パワーＰ_Ｌのうちの多くのパワーをエネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積されたエネルギーにて対応し、残りのパワーを入力交流電源１０からのエネルギーにて対応する。すなわち、電源装置１は、加工プレスのために必要なピーク電流の多くをエネルギー蓄積用コンデンサ５０から供給し、残りの電流を入力交流電源１０から供給する。

また、図２に示した非加工工程内の、モータ１２０を加速運転させる力行時（ｔ_ａ）には、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積されたエネルギー及び入力交流電源１０からのエネルギーが使用される。また、モータ１２０を定格速度で運転させる期間（ｔｃ）には、エネルギーのやり取りは行われない。そして、モータ１２０を減速運転させる回生時（ｔ_ｂ）には、回生エネルギーがエネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積される。

つまり、プレスサイクル時間Ｔにおいて、加工工程では、プレス加工を行うために、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積されたエネルギー及び入力交流電源１０からのエネルギーが使用される。そして、非加工工程における加速運転するための加速パワーは入力交流電源１０及びエネルギー蓄積用コンデンサ５０から供給され、減速運転するための減速パワーはエネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積されるから、加速パワーと減速パワーとが相殺される。言い換えれば、加速運転のために必要な力行エネルギーと、減速運転に伴って発生する回生エネルギーとが相殺される。したがって、プレスサイクル時間Ｔにおいては、プレス加工を行うための加工負荷パワーを、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積されたエネルギー及び入力交流電源１０からのエネルギーにより賄うようになっており、入力交流電源１０の容量は、加工負荷パワーのみを考慮して設定されればよい。

図２において、加速パワーＰ_Ｊは以下の式で表すことができる。
Ｐ_Ｊ＝（Ｊ／２）（ω_０ ^２−ω_１ ^２）／ｔ_ａ
ここで、ω_１はプレス加工工程におけるサーボプレス速度、ω_０はプレス非加工工程におけるサーボプレス定格速度、Ｊはサーボプレスイナーシャ、ｔ_ａは非加工工程におけるプレス加速時間である。また、以下の式より、平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲを求めることができる。
Ｐ_Ｌ×ｔ_ｗ＝Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×Ｔ
Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ＝Ｐ_Ｌ×ｔ_ｗ／Ｔ
ここで、Ｐ_Ｌは加工負荷パワー、ｔ_ｗはプレス加工時間、Ｔはプレスサイクル時間である。

図３は、図１に示した電源装置１において、入力パワーと加工負荷パワーとの関係を説明する図である。図３において、入力パワーＰ_１は、図１における入力交流電源１０、コンデンサ２０、リアクタ３０、コンバータ４０及びコンバータ制御手段７０により生成される電源である。図３において、電流ｉ_Ｌは、インバータ６０を介してモータ１２０へ供給される負荷電流である。

加工負荷パワーＰ_Ｌは以下の式で表すことができる。
Ｐ_Ｌ＝τ_Ｌ×ω_１
いま、入力パワーＰ_１について、Ｐ_１＝Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲとすると、前述した平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲの式から、以下の式を導き出すことができる。
Ｐ_１＝Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ＝Ｐ_Ｌ×ｔ_ｗ／Ｔ＝Ｐ_Ｌ×θ_ｗ／３６０＝√３×Ｖ_１Ｉ_１
これより、Ｉ_１＝Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ／（√３×Ｖ_１）となる。
ここで、ｔ_ｗはプレス加工時間、θ_ｗはプレス加工角度幅、Ｉ_１は入力交流電源１０の線電流、Ｖ_１は入力交流電源１０の線電圧である。

つまり、入力交流電源１０が平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲのエネルギーを供給するためには（入力交流電源１０の電源容量が平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲで済むようにするためには）、前述したＩ_１とＶ_１の関係を満たすことが必要となる。そこで、入力交流電源１０の線電流Ｉ_１を、後述するバス電圧制御器１４２のリミッタとして用いる。

入力交流電源１０から平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲが供給される場合、プレス加工時に、エネルギー蓄積用コンデンサ５０は、加工負荷パワーＰ_Ｌから平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲを除いたエネルギーを供給する必要がある。すなわち、エネルギー蓄積用コンデンサ５０は、プレス加工時に、プレスサイクル時間Ｔあたり、以下のエネルギーを供給する必要がある。
（Ｃ／２）（Ｅ_０ ^２−Ｅ_１ ^２）＝Ｐ_Ｌ×ｔ_ｗ−Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_ｗ
ここで、Ｃはエネルギー蓄積用コンデンサ５０のキャパシタ容量、Ｅ_０は無負荷バス電圧、Ｅ_１は加工負荷時のバス電圧である。この式から、加工負荷時のバス電圧Ｅ_１は以下の式となる。
Ｅ_１＝√｛Ｅ_０ ^２−２×（Ｐ_Ｌ×ｔ_ｗ−Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_ｗ）／Ｃ｝

また、エネルギー蓄積用コンデンサ５０は、プレス非加工工程の加速時に、プレスサイクル時間Ｔあたり、以下のエネルギーを供給する必要がある。
（Ｃ／２）（Ｅ_１ ^２−Ｅ_２ ^２）＝（Ｊ／２）（ω_０ ^２−ω_１ ^２）−Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_ａ
ここで、Ｅ_２は最小バス電圧、ｔ_ａはプレス加速時間である。この式から、最小バス電圧Ｅ_２は以下の式となる。
Ｅ_２＝√［Ｅ_１ ^２−２×｛Ｊ／２（ω_０ ^２−ω_１ ^２）−Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_ａ｝／Ｃ］

また、エネルギー蓄積用コンデンサ５０は、プレス非加工工程の減速時に、プレスサイクル時間Ｔあたり、以下のエネルギーを供給する必要がある。
（Ｃ／２）（Ｅ_２ ^２−Ｅ_０ ^２）＝−（Ｊ／２）（ω_０ ^２−ω_１ ^２）−Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_ｂ
ここで、ｔ_ｂはプレス減速時間である。この式から、無負荷バス電圧Ｅ_０は以下の式となる。
Ｅ_０＝√［Ｅ_２ ^２＋２×｛Ｊ／２（ω_０ ^２−ω_１ ^２）＋Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_ｂ｝／Ｃ］

したがって、エネルギー蓄積用コンデンサ５０のキャパシタ容量Ｃは、以下の条件を満たしている必要がある。
Ｅ_０＞Ｅ_１＞Ｅ_２＞Ｅ_ＭＩＮ
ここで、Ｅ_ＭＩＮは、インバータ６０を動作させるための最小バス電圧である。

このようにして、プレス加工時に、入力交流電源１０が平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲを供給し、エネルギー蓄積用コンデンサ５０が加工負荷パワーＰ_Ｌから平均加工負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲを除いたエネルギーを供給することができる。

〔バス電圧の昇圧制御〕
次に、コンバータ４０の出力電圧である、エネルギー蓄積用コンデンサ５０の両端にかかるバス電圧ｅの昇圧制御について説明する。図４は、コンバータ４０及びコンバータ制御手段７０等によるバス電圧の昇圧制御を説明するブロック図である。この昇圧制御は、実際のバス電圧ｅを、予め設定されたバス電圧指令ｅ＊の設定値に一致させるようにするための制御である。特に、プレス加工時にエネルギー蓄積用コンデンサ５０からエネルギーが放出してバス電圧ｅが低下した場合に、この昇圧制御により、低下したバス電圧ｅをバス電圧指令ｅ＊の設定値に昇圧して一致させる。

図４の上部は、実際のバス電圧ｅを、予め設定されたバス電圧指令ｅ＊に一致させる制御を行うブロック図を示し、下部は、実際のサーボプレス速度ωを、予め設定されたサーボプレス速度指令ω＊に一致させる制御を行うブロック図を示す。

図４の上部において、減算器１４１は、予め設定されたバス電圧指令ｅ＊から、後述するコンデンサ部１５０の出力であるバス電圧ｅ（電圧センサー（図示せず）にて検出したバス電圧ｅ）を減算し、バス電圧偏差を得る。バス電圧制御器１４２は、減算器１４１により演算されたバス電圧偏差を増幅し、入力電流指令ｉ_１＊を得る。ここで、入力電流指令ｉ_１＊にはリミッタηがかけられ、具体的には、入力電流指令ｉ_１＊がη＝Ｉ_１以下になるように上限値が制限される。Ｉ_１は入力交流電源１０の線電流である。

減算器１４３は、バス電圧制御器１４２により演算された入力電流指令ｉ_１＊から、後述するリアクタ部１４６の出力である入力電源電流ｉ_１（電流センサー（図示せず）にて検出した入力電源電流ｉ_１）を減算し、入力電流偏差を得る。入力電流制御器１４４は、減算器１４３により演算された入力電流偏差を増幅し、相電圧指令ｖ_１＊を得る。

加減算器１４５は、入力電流制御器１４４により演算された相電圧指令ｖ_１＊から、フィードバックにより帰還した電圧ｉ_１×ｒ_１を減算し、その減算結果から入力電源相電圧ｅ_１を減算し、入力電圧偏差を得る。リアクタ部１４６は、図１に示したリアクタ３０に相当し、加減算器１４５により演算された入力電圧偏差に１／Ｓ×Ｌ_１を乗算し、入力電源電流ｉ_１を得る。このリアクタ部１４６の出力である入力電源電流ｉ_１は、減算器１４３、内部抵抗部１４７及び除算部１４８の演算に用いられる。内部抵抗部１４７は、リアクタ部１４６の出力である入力電源電流ｉ_１に内部抵抗ｒ_１を乗算し、帰還電圧ｉ_１×ｒ_１を得る。この帰還電圧ｉ_１×ｒ_１は、加減算器１４５の演算に用いられる。除算部１４８は、入力電源相電圧ｅ_１をバス電圧ｅで除算し、その結果とリアクタ部１４６の出力である入力電源電流ｉ_１とを乗算し、電流ｉ_ｓを得る。

減算器１４９は、除算部１４８により演算された電流ｉ_ｓから、後述する除算部１７１により演算された負荷電流ｉ_Ｌを減算し、電流ｉ_ｃを得る。コンデンサ部１５０は、図１に示したエネルギー蓄積用コンデンサ５０に相当し、減算器１４９により演算された電流ｉ_ｃに１／Ｓ×Ｃを乗算し、バス電圧ｅを得る。このようにして得られたバス電圧ｅは、減算器１４１の演算に用いられる。

図４の下部において、減算器１６０は、予め設定されたサーボプレス速度指令ω＊から、後述する負荷部１６９の出力であるサーボプレス速度ω（エンコーダ（図示せず）にて検出したサーボプレス速度ω）を減算し、サーボプレス速度偏差を得る。速度制御器１６１は、減算器１６０により演算されたサーボプレス速度偏差を増幅し、モータ巻線電流指令ｉ_ａ＊を得る。

減算器１６２は、速度制御器１６１により演算されたモータ巻線電流指令ｉ_ａ＊から、後述するモータ部１６５の出力であるモータ巻線電流ｉ_ａ（電流センサー（図示せず）にて検出したモータ巻線電流ｉ_ａ）を減算し、モータ巻線電流偏差を得る。電流制御器１６３は、減算器１６２により演算されたモータ巻線電流偏差を増幅し、モータ巻線電圧指令ｖ_ａ＊を得る。このようにして得られたモータ巻線電圧指令ｖ_ａ＊は、減算器１６４及び乗算部１７０の演算に用いられる。

誘起電圧定数乗算部１６６は、負荷１３０の出力であるサーボプレス速度ωに誘起電圧定数Ｋ_Ｅを乗算し、逆起電力ｅ_ａを得る。減算器１６４は、電流制御器１６３により演算されたモータ巻線電圧指令ｖ_ａ＊から、誘起電圧定数乗算部１６６により演算された逆起電力ｅ_ａを減算し、モータ巻線電圧偏差を得る。モータ部１６５は、図１に示したモータ１２０に相当し、減算器１６４により演算されたモータ巻線電圧偏差に１／（ｒ_ａ＋Ｓ×Ｌ_ａ）を乗算し、モータ巻線電流ｉ_ａを得る。ここで、ｒ_ａはモータ巻線抵抗、Ｌ_ａはモータインダクタンスである。このモータ部１６５の出力であるモータ巻線電流ｉ_ａは、減算器１６２、トルク定数乗算部１６７及び乗算部１７０の演算に用いられる。トルク定数乗算部１６７は、モータ部１６５の出力であるモータ巻線電流ｉ_ａにトルク定数Ｋ_Ｔを乗算し、サーボプレストルク指令τ＊を得る。

減算器１６８は、トルク定数乗算部１６７により演算されたサーボプレストルク指令τ＊から、サーボプレス加工負荷トルクτ_Ｌを減算し、トルク偏差を得る。負荷部１６９は、図１に示した負荷１３０に相当し、減算器１６８により演算されたトルク偏差に１／Ｊ×Ｓを乗算し、サーボプレス速度ωを得る。このようにして得られたサーボプレス速度ωは、減算器１６０及び誘起電圧定数乗算部１６６の演算に用いられる。

乗算部１７０は、電流制御器１６３により演算されたモータ巻線電圧指令ｖ_ａ＊に、モータ部１６５の出力であるモータ巻線電流ｉ_ａを乗算する。これがモータ駆動電力（パワー）Ｐ_０＝ｖ_ａ＊×ｉ_ａとなる。除算部１７１は、モータ駆動電力Ｐ_０に１／ｅ（バス電圧）を乗算する。これが結果的に負荷電流ｉ_Ｌ（＝Ｐ_０／ｅ）となる。この負荷電流ｉ_Ｌは、減算器１４９の演算に用いられる。

このように、コンバータ４０及びコンバータ制御手段７０等により、実際のバス電圧ｅを、予め設定されたバス電圧指令ｅ＊に一致させるように制御が行われる。

以上のように、本発明の実施形態による電源装置１によれば、入力交流電源１０から供給される電源のエネルギーと、モータ１２０からの回生エネルギーとをエネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積することができる。また、プレス加工のためのエネルギーの大半をエネルギー蓄積用コンデンサ５０から供給し、電気的及び機械的ロス（摩擦ロス）に対応するエネルギー、及びプレス加工のための一部のエネルギー等を、入力交流電源１０から加工負荷パワーＰ_Ｌの平均値の容量で供給することができる。具体的には、電源装置１は、プレス加工を行わない工程内の力行時に、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積したエネルギー及び入力交流電源１０からのエネルギーを使用し、プレス加工を行わない工程内の回生時に、回生エネルギーをエネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積する。また、プレス加工を行う力行時に、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積したエネルギー及び入力交流電源１０からのエネルギーを使用する。この場合、プレス加工のために必要なピーク電流の多くをエネルギー蓄積用コンデンサ５０から供給し、残りの電流を入力交流電源１０から供給することができる。つまり、入力交流電源１０は、加工プレスのために必要なピーク電流のうち、エネルギー蓄積用コンデンサ５０から供給する電流を除いた残りの電流を供給可能な容量で済むことになる。

例えば、負荷１３０のプレス加工時の負荷トルクをτ_Ｌ、プレス加工時のアングルであるプレス加工角度幅をθ_ｗとすると、プレス加工時のピーク電流を供給するために必要な加工負荷パワーは、Ｐ_Ｌ＝τ_Ｌ×ω_１（ω_１は、プレス加工時における負荷１３０のサーボプレス速度）となる。これを３６０°に相当する１サイクル時間で平均化すると、プレス加工角度幅θ_ｗ＝７２°の場合、入力交流電源１０として必要な電力は、Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ＝Ｐ_Ｌ×θ_ｗ／３６０°＝Ｐ_Ｌ／５となる。したがって、本発明の実施形態による電源装置１の入力交流電源１０は、プレス加工時の加工負荷パワーＰ_Ｌの容量を有する交流電源に比べて、１／５の電源容量で済むことになる。つまり、入力交流電源１０の容量を一層小さくすることが可能となる。

また、本発明の実施形態による電源装置１によれば、コンバータ４０の出力電圧を昇圧制御することにより、エネルギー蓄積用コンデンサ５０の両端にかかる電圧を、通常の電圧よりも高い電圧に維持することができる。つまり、エネルギー蓄積用コンデンサ５０の両端にかかる電圧を通常よりも高くすることができるから、エネルギー蓄積用コンデンサ５０に蓄積するエネルギー量を増大させることができる。この場合、所定量のエネルギーを蓄積する場合には、エネルギー蓄積用コンデンサ５０の容量は小さくて済む。また、モータ１２０を加速運転させてプレス加工を行う力行時には、エネルギー蓄積用コンデンサ５０からエネルギーが放出され、コンバータ４０の出力電圧は低下する。このとき、電源装置１は、低下した出力電圧が、予め設定された電圧値になるように昇圧制御する。

また、エネルギー蓄積用コンデンサ５０として、内部抵抗の小さい電気二重層型大容量キャパシタを用いるようにした。これにより、エネルギー蓄積用コンデンサ５０は高電流の入出力が可能となるので、蓄積するエネルギー量を増大させることができ、エネルギー蓄積用コンデンサ５０を設置する際のスペース及びコストを低減することができる。また、エネルギー蓄積用コンデンサ５０は、停電時のバックアップ電源として用いることができるので、負荷１３０や金型等への損傷を未然に防止することができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、本発明は、図１に示したように、クランク軸の回転駆動により加工処理を行う負荷に対し、そのクランク軸を回転駆動させるための電流を供給する電源装置１（サーボプレス用の電源装置１）に適用があるだけでなく、負荷へエネルギーを直接供給する電源装置にも、以下の変形例に示すように適用がある。

〔変形例〕
次に、図１に示した電源装置１を含むシステムの変形例について説明する。図５は、その変形例の構成を示す図である。このシステムは、図１に示したモータ１２０を備えておらず、電源装置１−Ａが負荷１３０−Ａを直接制御する構成となっており、電源装置１−Ａと負荷１３０−Ａとの間に、電源装置１−Ａにより出力される負荷電流の電流変化率を抑制するインダクタンス機器であるリアクタ１００と、ノイズを除去するためのコンデンサ１１０とを備えて構成される。この電源装置１−Ａは、図１に示した電源装置１と同様の交流−直流−交流変換電源であり、同様の構成をしているから、ここでは説明を省略する。尚、図１に示した電源装置１は、力行時に、入力交流電源１０及びエネルギー蓄積用コンデンサ５０からモータ１２０を介して負荷１３０へエネルギーを供給し、回生時に、モータ１２０からエネルギー蓄積用コンデンサ５０にエネルギーを蓄積する。この場合、エネルギー蓄積用コンデンサ５０には、入力交流電源１０からのエネルギー及びモータ１２０からの回生エネルギーが蓄積される。これに対し、図５の電源装置１−Ａは、入力交流電源１０及びエネルギー蓄積用コンデンサ５０から負荷１３０−Ａへエネルギーを供給し、エネルギー蓄積用コンデンサ５０には、負荷１３０−Ａの種類に応じて、入力交流電源１０のみからのエネルギーが蓄積される場合もあるし、入力交流電源１０からのエネルギー及び負荷１３０−Ａから戻されるエネルギーが蓄積される場合もある。

図６は、図５に示した電源装置１−Ａの動作を説明する図である。減算器１４９は、コンバータ４０からの電流ｉ_ｓから、後述する除算部１７１により演算された負荷電流ｉ_Ｌを減算し、電流ｉ_ｃを得る。コンデンサ部１５０は、図５に示したエネルギー蓄積用コンデンサ５０に相当し、減算器１４９により演算された電流ｉ_ｃに１／（Ｓ×Ｃ）を乗算し、バス電圧ｅを得る。このようにして得られたバス電圧ｅは、図４に示したように、バス電圧指令ｅ＊と同一になるように制御される。

除算部１７２は、コンデンサ部１５０からのバス電圧ｅを入力し、バス電圧ｅに（ｅ２／ｅ）を乗算することにより（ｅ２は図５に示す相電圧）、相電圧ｅ２を得る。負荷部１７３は、図５に示した負荷１３０−Ａに相当し、除算部１７２により演算された相電圧e２に負荷インピーダンスＺ_Ｌ（力率１００％の場合、抵抗負荷に相当する。）の逆数を乗算し、電流ｉ２（ｉ２は図５に示す線電流）を得る。

乗算部１７０は、除算部１７２により演算された相電圧ｅ２に、負荷１７３の出力である線電流ｉ２を乗算する。これが、図５に示した３相の交流負荷１３０−Ａにおいて負荷インピーダンスＺ_Ｌの力率が１００％のときの負荷電力（パワー）Ｐ_０＝３×ｅ２×ｉ２となる。除算部１７１は、乗算部１７０により演算された負荷電力Ｐ_０に１／ｅ（バス電圧）を乗算する。これが結果的に負荷電流ｉ_Ｌ（＝Ｐ_０／ｅ）となる。この負荷電流ｉ_Ｌは、減算器１４９の演算に用いられる。

また、図６に示すように、電源装置１−Ａは負荷１３０−Ａへ間欠的なエネルギーを供給するものとし、Ｔをサイクル時間、Ｐ_Ｌを負荷パワー、ｔ_Ｌを負荷時間とした場合、平均負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲは以下のようになる。
Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ＝Ｐ_Ｌ×（ｔ_Ｌ／Ｔ）

尚、図６は、図５に示した負荷１３０−Ａがスター結線の場合だけでなく、Δ結線の場合にも適用がある。

また、図５に示した電源装置１−Ａにおいて、Ｃをエネルギー蓄積用コンデンサ５０のキャパシタ容量、Ｅ_１を交流負荷時のバス電圧、Ｅ_０を無負荷時のバス電圧、Ｅ_ＭＩＮはインバータ６０を動作させるための最小バス電圧とした場合、以下の式が成立する。
Ｅ_１＝√｛Ｅ_０ ^２−２×（Ｐ_Ｌ×ｔ_Ｌ−Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×ｔ_Ｌ）／Ｃ｝＞Ｅ_ＭＩＮ
Ｅ_０＝√｛Ｅ_１ ^２＋２×Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ×（Ｔ−ｔ_Ｌ）／Ｃ｝

したがって、エネルギー蓄積用コンデンサ５０のキャパシタ容量Ｃは、以下の条件を満たしている必要がある。
Ｅ_０＞Ｅ_１＞Ｅ_ＭＩＮ

このようにして、負荷時に、入力交流電源１０が平均負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲを供給し、エネルギー蓄積用コンデンサ５０が負荷パワーＰ_Ｌから平均負荷パワーＰ_Ｌ＿ＢＡＲを除いたエネルギーを供給することができる。

また、図１に示した電源装置１を含むシステムの他の変形例について、図７を用いて説明する。図７（１）のシステムは、サーボプレス用の電源装置２と、直流電力を１相の交流電力に変換するインバータ２１０と、インバータ２１０により出力される電流により回転駆動するモータ２２０と、モータ２２０が回転駆動することにより所定の動作を行う負荷２３０とを備えて構成される。

電源装置２は、交流−直流変換電源であり、入力交流電源１０、リアクタ３０、コンバータ４０、エネルギー蓄積用コンデンサ５０及びコンバータ制御手段７０を備えて構成される。これらは、図１に示したものと同様であるので、説明を省略する。

また、図７（２）のシステムは、図７（１）に示したモータ２２０を備えておらず、電源装置２−Ａが負荷２３０−Ａを直接制御する構成となっている。この電源装置２−Ａは、図７（１）に示した電源装置２と同様の交流−直流変換電源であり、同様の構成をしているから、ここでは説明を省略する。

本発明の実施形態による電源装置を含むシステムの構成を示す図である。図１の電源装置が実現するサーボプレス速度パターン及び負荷パターンを示す図である。図１の入力交流電源等による入力パワーと加工負荷パワーとの関係を説明する図である。図１の電源装置におけるバス電圧の昇圧制御を説明するブロック図である。本発明の実施形態による電源装置を含むシステムの変形例の構成を示す図である。図５の電源装置の動作を説明する図である。本発明の実施形態による電源装置を含むシステムの変形例の構成を示す図である。プレス機械に用いる従来の電源装置の構成を示す図である。

符号の説明

１電源装置
１０入力交流電源
２０，１１０コンデンサ
３０，１００リアクタ
４０コンバータ
５０エネルギー蓄積用コンデンサ
６０，２１０インバータ
７０コンバータ制御手段
８０インバータ制御手段
１２０，２２０モータ
１３０，２３０負荷
１４１，１４３，１４９，１６０，１６２，１６４，１６８減算器
１４５加減算器
１４２バス電圧制御器
１４４入力電流制御器
１４６リアクタ部
１４７内部抵抗部
１４８除算部
１５０コンデンサ部
１６１速度制御器
１６３電流制御器
１６５モータ部
１６６誘起電圧定数乗算部
１６７トルク定数乗算部
１６９負荷部
１７０乗算部
１７１，１７２除算部
１７３負荷部
１０００電源装置
１１１０電気エネルギー蓄積装置
１１１１スイッチングトランジスタ
１１１２電気エネルギー蓄積制御手段
１１１７ダイオード
１１１８チョークトランス
１１２０コンデンサ
１１４０放電抵抗
１１５０電流センサー
１１６０電圧センサー
１２００交流電源設備
１２１０昇圧トランス
１２２０ノーヒューズブレーカ
１２３０マグネットコンタクタ
１２３１ｂマグネットコンタクタｂ接点
１５００インバータ
１６００モータ
ω＊サーボプレス速度指令
ω サーボプレス速度
ω_１プレス加工工程におけるサーボプレス速度
ω_０プレス非加工工程におけるサーボプレス定格速度
τ＊サーボプレストルク指令
τ_Ｌサーボプレス加工負荷トルク
ｅ＊バス電圧指令
ｅバス電圧
ｅ_１入力電源相電圧
ｒ_１入力電源内部抵抗
Ｌ_１リアクタ３０の入力電源ラインリアクタ
Ｃエネルギー蓄積用コンデンサ５０のキャパシタ容量
Ｒ_ｉエネルギー蓄積用コンデンサ５０のキャパシタ内部抵抗
Ｊサーボプレスイナーシャ
Ｔプレスサイクル時間、サイクル時間
Ｐ_１入力電力
Ｐ_Ｌ加工負荷パワー、負荷パワー
Ｐ_Ｌ＿ＢＡＲ加工負荷パワーの平均、負荷パワーの平均
Ｐ_Ｊ加速パワー
−Ｐ_Ｊ減速パワー
Ｖ_１入力電源線電圧
Ｉ_１入力電源線電流
ｉ_１＊入力電流指令
ｖ_１＊相電圧指令
ｉ_１入力電源電流
ｖ_１相電圧
ｉ_ａモータ巻線電流
ｉ_ａ＊モータ巻線電流指令
ｖ_ａ＊モータ巻線電圧指令
Ｋ_Ｅ誘起電圧定数
Ｋ_Ｔトルク定数
ｒ_ａモータ巻線抵抗
Ｌ_ａモータ巻線インダクタンス
ｔ_ａプレス加速時間
ｔ_ｂプレス減速時間
ｔ_ｗプレス加工時間
θ_ｗプレス加工角度幅
ｅ_ａ逆起電力
Ｐ_０モータ駆動電力、負荷電力
ｔ_Ｌ負荷時間
Ｚ_Ｌ負荷インピーダンス
ｉ_Ｌ負荷電流

Claims

所定の処理を行う負荷へ電流を供給する電源装置において、
元電源となる入力交流電源と、
前記入力交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換手段と、
前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する制御手段と、
前記制御手段により昇圧制御された直流電圧を交流電圧に変換し、前記負荷へ電流を供給する直流交流変換手段と、
前記交流直流変換手段と直流交流変換手段との間に接続され、前記交流直流変換手段からの電気エネルギー及び前記負荷からの回生エネルギーを蓄積するコンデンサとを備え、
前記負荷が、処理工程及び非処理工程からなる負荷パワーのサイクルであって、前記処理工程では、所定の処理負荷パワーにて運転し、前記非処理工程では、所定の加速パワーになるまで加速してパワーが無い状態が続いた後、所定の減速パワーからパワーが無い状態まで減速するサイクルの運転を繰り返す場合に、
前記処理工程のときに、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、
前記非処理工程のときに、前記負荷パワーが所定の加速パワーになるまで加速する加速期間のエネルギーと、前記負荷パワーが所定の減速パワーから減速する減速期間のエネルギーとが相殺されるように、前記加速期間では、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、前記減速期間では、前記減速に伴うエネルギーを前記コンデンサに蓄積し、
前記入力交流電源の容量を、前記処理工程における所定の処理負荷パワーの平均値に基づく容量とし、
前記制御手段が、
所定の直流電圧指令と、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電流の電流指令を、所定の上限値以下になるように出力する電圧制御器と、
前記電圧制御器により出力された電流指令と、前記入力交流電源から交流直流変換手段に供給される電流との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電圧の電圧指令を出力する電流制御器とを備え、
前記電圧制御器及び電流制御器のそれぞれの偏差がゼロになるように、前記電流制御器により出力された電圧指令から得られる、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する際に、前記コンデンサに蓄積されたエネルギーによる電流の供給に伴って前記直流電圧が低下した場合、前記直流電圧が前記所定の直流電圧指令の設定値になるように昇圧制御を行う、
ことを特徴とする電源装置。
所定の処理を行う負荷へ直流交流変換器を介して電流を供給する電源装置において、
元電源となる入力交流電源と、
前記入力交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換手段と、
前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する制御手段と、
前記交流直流変換手段と直流交流変換器との間に接続され、前記交流直流変換手段からの電気エネルギー及び前記負荷からの回生エネルギーを蓄積するコンデンサとを備え、
前記負荷が、処理工程及び非処理工程からなる負荷パワーのサイクルであって、前記処理工程では、所定の処理負荷パワーにて運転し、前記非処理工程では、所定の加速パワーになるまで加速してパワーが無い状態が続いた後、所定の減速パワーからパワーが無い状態まで減速するサイクルの運転を繰り返す場合に、
前記処理工程のときに、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、
前記非処理工程のときに、前記負荷パワーが所定の加速パワーになるまで加速する加速期間のエネルギーと、前記負荷パワーが所定の減速パワーから減速する減速期間のエネルギーとが相殺されるように、前記加速期間では、前記負荷が運転するための電流を、前記コンデンサに蓄積されたエネルギー及び前記入力交流電源のエネルギーによって供給し、前記減速期間では、前記減速に伴うエネルギーを前記コンデンサに蓄積し、
前記入力交流電源の容量を、前記処理工程における所定の処理負荷パワーの平均値に基づく容量とし、
前記制御手段が、
所定の直流電圧指令と、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電流の電流指令を、所定の上限値以下になるように出力する電圧制御器と、
前記電圧制御器により出力された電流指令と、前記入力交流電源から交流直流変換手段に供給される電流との偏差を増幅し、前記入力交流電源から交流直流変換手段への入力電圧の電圧指令を出力する電流制御器とを備え、
前記電圧制御器及び電流制御器のそれぞれの偏差がゼロになるように、前記電流制御器により出力された電圧指令から得られる、前記交流直流変換手段が出力する直流電圧を昇圧制御する際に、前記コンデンサに蓄積されたエネルギーによる電流の供給に伴って前記直流電圧が低下した場合、前記直流電圧が前記所定の直流電圧指令の設定値になるように昇圧制御を行う、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１または２に記載の電源装置において、
前記コンデンサを、電気二重層型キャパシタとする、
ことを特徴とする電源装置。