JP5416337B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電動機を可変速制御するインバータとその制御手段から成る電動機制御装置に関する。

近年、交流電動機を可変速制御するインバータとその制御手段から成る電動機制御装置は幅広く使用されている。この電動機制御装置は、交流電源が出力する交流電圧をコンバータによって直流電圧に変換し、平滑コンデンサで平滑した直流電圧をインバータで任意の周波数の交流電圧に変換し交流電動機を駆動するのが一般的である。

この場合、インバータの制御器から交流電動機を可変速制御するための３相の電圧基準が出力される。そしてこの電圧基準を、インバータを構成する主回路素子のオン／オフゲート信号に変換する方法として、ＰＷＭ制御器を用いた三角波ＰＷＭ制御方式などが用いられている。

上記の如く構成される電動機制御装置においては、駆動する交流電動機の容量が大きくなるにつれ、インバータを複数台並列に設置し、出力リアクトルで出力を結合して交流電動機を駆動するシステムが提案されている。（例えば特許文献１参照。）。

このように複数台のインバータで構成される電動機制御装置の場合、単一のＰＷＭ制御器の共通の出力によって各々のインバータを制御する方法と、インバータの数と同じ数のＰＷＭ制御器を用いる方法があるが、各々のインバータの特性の違いによる出力電圧の差を補正することが可能な後者の方が制御特性に優れている。従って、複数個のＰＷＭ制御器を有する共通の制御器を用い、の各々のＰＷＭ制御器の出力を各インバータに供給するようにしていた。
特開２００５−３４１７７２号公報（第２頁、図１）

上記の従来技術によれば、複数個のＰＷＭ制御器を有する共通の制御器を用いているので、個々のインバータの出力電圧の差を補正することが可能であり、且つ制御器を１枚の基板で製作することができるので経済性に優れている。

しかしながら上記構成では、例えば交流電動機の容量拡大等のニーズに応じて、インバータの並列数を増加させる必要が生じた場合、ＰＷＭ制御器の数が足りず、システムとして対応できないという問題があった。また同様にインバータの主回路構成を更新し、主回路素子の数の追加が必要となった場合も、同様にＰＷＭ制御器の制御容量が不足する問題が生じ、対応するのが困難であった。これらの問題点に対応するには、制御基板を新たに追加設計する必要が生じ、開発コスト等の面で不利であった。

また、全ての制御回路が１枚の制御基板に搭載されているため、１台のインバータの制御回路が故障しただけで、制御基板全体を交換せねばならず、メンテナンス性の点でも問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、システム構成の変更に容易に対応可能で、且つメンテナンス性を向上させた制御手段を有する電動機制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の電動機制御装置は、交流電動機を駆動するための複数台のインバータと、前記複数台のインバータを制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記インバータの電圧指令を生成する共通制御器を置戴した主制御基板と、前記インバータの各々にゲート信号を供給するためのＰＷＭ制御器を置戴した複数個のＰＷＭ制御基板とから成り、前記主制御基板は、前記ＰＷＭ制御基板の各々の前記ＰＷＭ制御器に前記電圧指令を供給するための複数個の第１の接続インタフェースと、増設インバータにゲート信号を供給するための追加ＰＷＭ制御基板に前記電圧指令を供給するための少なくとも一つの前記第１の接続インタフェースを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、システム構成の変更に容易に対応可能で、且つメンテナンス性を向上させた制御手段を有する電動機制御装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る電動機制御装置の回路構成図である。

交流電源１の交流電圧をコンバータ２によって直流電圧に変換し、平滑コンデンサ３によって直流電圧を平滑する。この平滑された直流電圧は、インバータ４Ａ及びインバータ４Ｂに並列に給電される。インバータ４Ａ及びインバータ４Ｂの交流出力は、夫々結合用のリアクトル５Ａ、５Ｂを介して交流電動機６を駆動する。インバータ４Ａ及びインバータ４Ｂを構成する図示しない主回路素子は、制御部７からのゲート信号によってオン／オフ制御されている。インバータ４Ａ及びインバータ４Ｂの出力電流は電流検出器８Ａ、８Ｂによって夫々検出され、電流フィードバックとして制御部７に与えられる。以下、制御部７の内部構成について説明する。

制御部７は、ハードウエアとして主制御基板９とＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂから構成されている。主制御基板９には共通制御器１１が置戴され、この共通制御器１１は電流検出器８Ａ、８Ｂから得られるフィードバック電流が所望の値となるように、主制御基板９に置戴された接続インタフェース１２Ａ、１２Ｂに対して共通の電圧指令を出力する。接続インタフェース１２Ａ、１２Ｂは夫々ＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂに電圧指令を与えるための接続手段であり、制御基板９上に接続用の端子を配列して構成しても良いし、また接続コネクタであっても良い。接続コネクタの場合は、通常はペアとなる接続コネクタにＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂ側からの配線を接続するが、ＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂに直接ペアとなる接続コネクタを固定配置して接続するようにしても良い。

接続インタフェース１２Ａ、１２Ｂを介して共通制御器１１から与えられた電圧指令は、ＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂに夫々置戴されたＰＷＭ制御器１３Ａ、１３Ｂの入力となる。そしてＰＷＭ制御器１３Ａ、１３Ｂは、インバータ４Ａ及びインバータ４Ｂの出力電圧が与えられた電圧指令となるようにＰＷＭ変調を行ってゲート信号をインバータ４Ａ、Ｂの主回路素子のゲートに夫々供給する。

上記において、図１に示したように、結合用のリアクトル５Ａ、５Ｂを交流電動機６の入力に挿入し、インバータ４Ａ、４Ｂによって標準の巻線を有する交流電動機６を並列駆動する場合には、インバータ４Ａ、４Ｂの出力高調波の干渉を避けるため、ＰＷＭ制御器１２Ａ、１２Ｂにおけるキャリアを同位相としてＰＷＭ変調を行う。これに対し、交流電動機６が２つの巻線を有し、各々の巻線に対してインバータ４Ａ及びインバータ４Ｂの出力を夫々供給するような場合は、ＰＷＭ制御器１３Ａ、１３Ｂにおけるキャリアの位相をずらすことによって特定の高調波の低減を図ることが可能となる。

また、インバータ４Ａとインバータ４Ｂの出力を補正する必要がある場合には、ＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂ上に電圧指令を補正する回路を置戴することも可能である。

図１の主制御基板９には、接続インタフェース１２Ａ、１２Ｂと同一の機能を有する接続インタフェース１２Ｃが破線で示してある。例えば、交流電動機６を駆動するインバータの並列数を増加させた場合、この接続インタフェース１２Ｃを介して図示しない追加ＰＷＭ制御基板１０Ｃ及び図示しない追加インバータ４Ｃに電圧指令、ゲート信号を夫々供給するようにすれば、比較的容易に交流電動機６の並列駆動数を増加させることが可能となる。交流電動機６の並列駆動数を追加する場合だけでなく、インバータ４Ａの主回路素子数が増加するような主回路変更を行う場合であっても同様に、接続インタフェース１２Ｃを用いることが可能である。尚、接続インタフェース１２Ｃは一つとは限らず複数個設けても良く、また必ずしも初期の設備稼働時に設けておく必要はなく、増設時に主制御基板１０を改造して追加するようにしても良い。

尚、この実施例１によれば、いずれかのＰＷＭ制御器が故障した場合、故障した当該ＰＷＭ制御器を置戴したＰＷＭ制御基板だけを交換すれば良く、システムのメンテナンス性を向上させることが可能となる。

図２は本発明の実施例２に係る電動機制御装置の回路構成図である。

この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、制御部７ＡのＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂに第２の接続インタフェース１２Ｄ、１２Ｅを夫々設け、この第２の接続インタフェース１２Ｄ、１２Ｅを介して電圧指令をＰＷＭ制御基板１０Ｄに置戴されたＰＷＭ制御器１３Ｄ及びＰＷＭ制御基板１０Ｅに置戴されたＰＷＭ制御器１３Ｅに夫々与え、ＰＷＭ制御器１３Ｄ、１３Ｅから出力するゲート信号をインバータ４Ａ、４Ｂの追加主回路素子に夫々供給するように構成した点である。

ＰＷＭ制御器１０Ａ、１０Ｂから生成できる主回路素子のゲート信号の数には限界があるため、インバータ４Ａ、４Ｂの主回路構成方式を変更し、主回路素子の数が追加された場合には、ＰＷＭ制御器１０Ｄ、１０Ｅを追加する必要が生じることは実施例１で述べた通りである。

この実施例２のように、ＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂに第２の接続インタフェース１２Ｄ、１２Ｅを設け、電圧指令を分岐する構成としたことにより、実施例１で示したように追加となる接続インタフェース１２Ｃを主制御基板９上に追加置戴することなくＰＷＭ制御基板１０Ｄ、１０Ｅの追加が可能となる。

尚、追加したＰＷＭ制御基板１０Ｄ、１０ＥについてもＰＷＭ制御基板１０Ａ、１０Ｂと同様に電圧指令を分岐して外部に取り出す第２の接続インタフェースを持つようにすれば、ＰＷＭ制御基板１０Ｄ、１０Ｅに対してもＰＷＭ制御基板を更に追加接続することが可能となることは明らかである。

本発明の実施例１に係る電動機制御装置の回路構成図。 本発明の実施例２に係る電動機制御装置の回路構成図。

符号の説明

１ 交流電源
２ コンバータ
３ 平滑コンデンサ
４Ａ、４Ｂ インバータ
５Ａ、５Ｂ リアクトル
６ 交流電動機
７ 制御部
８Ａ、８Ｂ 電流検出器
９ 主制御基板
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ ＰＷＭ制御基板
１１ 共通制御器
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ 接続インタフェース
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｄ、１３Ｅ ＰＷＭ制御器

Claims (3)

1. 交流電動機を駆動するための複数台のインバータと、
   前記複数台のインバータを制御する制御部と
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記インバータの電圧指令を生成する共通制御器を置戴した主制御基板と、
   前記インバータの各々にゲート信号を供給するためのＰＷＭ制御器を置戴した複数個のＰＷＭ制御基板と
   から成り、
   前記主制御基板は、
   前記ＰＷＭ制御基板の各々の前記ＰＷＭ制御器に前記電圧指令を供給するための複数個の第１の接続インタフェースと、
   増設インバータにゲート信号を供給するための追加ＰＷＭ制御基板に前記電圧指令を供給するための少なくとも一つの前記第１の接続インタフェース
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 交流電動機を駆動するための複数台のインバータと、
   前記複数台のインバータを制御する制御部と
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記インバータの電圧指令を生成する共通制御器を置戴した主制御基板と、
   前記インバータの各々にゲート信号を供給するためのＰＷＭ制御器を置戴した複数個のＰＷＭ制御基板と
   から成り、
   前記主制御基板は、
   前記ＰＷＭ制御基板の各々の前記ＰＷＭ制御器に前記電圧指令を供給するための複数個の第１の接続インタフェースと、
   前記インバータを改造して増加した主回路素子にゲート信号を供給するための追加ＰＷＭ制御基板に前記電圧指令を供給するための少なくとも一つの前記第１の接続インタフェース
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
3. 前記第１の接続インタフェースは接続コネクタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。

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