JP5778444B2

JP5778444B2 - Inverter power generator

Info

Publication number: JP5778444B2
Application number: JP2011054515A
Authority: JP
Inventors: 成年横川; 朋之星川; 和美村田; 金井　潤一; 潤一金井; 尚之真島
Original assignee: HOKUETSU INDUSTRIES CO., LTD.; Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: HOKUETSU INDUSTRIES CO., LTD.; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: JP2012191800A

Description

本発明は、エンジン等の原動機により駆動される同期モータで発電されたの交流電力を一旦直流電力に変換した後、インバータにより所定周波数の交流電力に変換するインバータ発電装置に関する。 The present invention relates to an inverter generator that converts AC power generated by a synchronous motor driven by a prime mover such as an engine into DC power and then converts the AC power into AC power having a predetermined frequency by an inverter.

エンジン等の原動機を駆動させて電力を発生させる発電機として、インバータ発電装置が多く用いられている。インバータ発電装置は、エンジンの出力軸に同期モータの回転軸を接続して該同期モータを回転駆動させ、この同期モータで発電された交流電力をコンバータで直流電力に変換し、更に、この直流電力をインバータで交流電力に変換して、所望する電圧及び周波数の電力を出力する。そして、インバータの後段側に設けられるモータ、ランプ等の負荷に交流電力を供給することができる。 Inverter generators are often used as generators that generate power by driving a prime mover such as an engine. The inverter power generator connects the rotary shaft of the synchronous motor to the output shaft of the engine to rotate the synchronous motor, converts the AC power generated by the synchronous motor into DC power by a converter, and further converts the DC power Is converted into AC power by an inverter, and power having a desired voltage and frequency is output. Then, AC power can be supplied to a load such as a motor or a lamp provided on the rear side of the inverter.

このような従来のインバータ発電装置では、負荷変動に応じてエンジンの回転数を変化させる必要があり、急激な負荷変動が発生した場合には、エンジンへの負荷が急激に増加してエンジンがストールするという問題が発生する。 In such a conventional inverter power generation device, it is necessary to change the engine speed in accordance with the load fluctuation. When a sudden load fluctuation occurs, the load on the engine suddenly increases and the engine stalls. Problem occurs.

このような問題を解決するために、例えば、特開２０１０−１１００６２号公報（特許文献１）には、負荷変動前のエンジンの発電電力、及び負荷変動後のエンジンの発電電力を演算し、更に、これらの差分値を演算し、算出した差分値が予め設定した閾値よりも大きい場合に、エンジン回転数を高めることにより、良好な運転フィーリングでエンジンの回転数を変動させることが開示されている。 In order to solve such a problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-110062 (Patent Document 1) calculates the generated power of the engine before the load change and the generated power of the engine after the load change, It is disclosed that when these difference values are calculated and the calculated difference value is larger than a preset threshold value, the engine speed is varied with good driving feeling by increasing the engine speed. Yes.

特開２０１０−１１００６２号公報JP 2010-110062 A

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例では、電力の演算方法が明らかにされていないので、発電機に接続される負荷が純抵抗の負荷（例えば、ランプ等）である場合と、誘導性を有する負荷（例えば、誘導電動機等）である場合とでは、発電機の回転数が変化してしまうため、発電機の効率を向上させることが難しいという問題があった。 However, in the conventional example disclosed in Patent Document 1 described above, since the calculation method of power is not clarified, the load connected to the generator is a pure resistance load (for example, a lamp), In the case of an inductive load (for example, an induction motor or the like), since the rotational speed of the generator changes, there is a problem that it is difficult to improve the efficiency of the generator.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、各種の特性を有する負荷に対して、消費電力の変動に応じて原動機の回転数を適切に制御して原動機をストールさせることなく、且つ原動機の効率を向上させることが可能なインバータ発電装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and the object of the present invention is to reduce the number of revolutions of the prime mover according to fluctuations in power consumption with respect to a load having various characteristics. It is an object of the present invention to provide an inverter power generator that can be appropriately controlled without stalling the prime mover and improving the efficiency of the prime mover.

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、原動機（例えば、エンジン１１）と、該原動機と連結した同期モータ（１３）と、該同期モータと連結したコンバータ（１４）と、該コンバータと連結したインバータ（１５）と、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられる蓄電手段（例えば、主回路コンデンサ１９）と、を備え、前記原動機により前記同期モータを回転させて交流電力を出力し、該同期モータで発電された交流電力を前記コンバータで直流化し、この直流電力を前記インバータで所望周波数の交流電力に変換するインバータ発電装置において、前記原動機の回転を制御する原動機制御手段（例えば、ＥＣＵ２０）と、前記インバータを駆動するための電圧指令値と、該インバータより出力される出力電流値と、に基づいて、負荷の消費電力を算出する消費電力計算手段（１５５）と、前記消費電力計算手段で算出された消費電力の微分値を求め、この微分値に基づいて前記消費電力を補正し、補正後の消費電力を出力する微分演算手段（１５８）と、消費電力と原動機の回転数との対応関係を示す対応テーブル（１５９ａ）を有し、前記微分演算手段より出力される補正後の消費電力に基づいて、原動機の回転数を求め、この回転数データを前記原動機制御手段にフィードバックする回転数決定手段（１５９）と、を備え、前記微分演算手段は、前記消費電力を微分演算して得られる微分値が負の値である場合には該微分値をゼロとし、微分値がゼロまたは正の値である場合には該微分値をそのまま出力するリミッタ手段（７４）と、前記消費電力計算手段で算出された消費電力と、前記リミッタ手段より出力される数値とを加算する加算手段（７８）と、を備え、前記加算手段による加算結果を補正後の消費電力として出力することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application includes a prime mover (for example, the engine 11), a synchronous motor (13) coupled to the prime mover, and a converter (14) coupled to the synchronous motor, An inverter (15) connected to the converter, and power storage means (for example, a main circuit capacitor 19) provided between the converter and the inverter, and the synchronous motor is rotated by the prime mover to generate AC power. A motor control means for controlling the rotation of the motor in the inverter power generator that outputs and converts the AC power generated by the synchronous motor into DC by the converter and converts the DC power into AC power having a desired frequency by the inverter. For example, ECU 20), a voltage command value for driving the inverter, and an output current output from the inverter Based on the power consumption calculation means (155) for calculating the power consumption of the load, and obtaining a differential value of the power consumption calculated by the power consumption calculation means, and correcting the power consumption based on the differential value And a differential calculation means (158) for outputting the corrected power consumption, and a correspondence table (159a) indicating the correspondence between the power consumption and the rotational speed of the prime mover. A rotational speed determining means (159) for obtaining the rotational speed of the prime mover based on the power consumption of the motor and feeding back the rotational speed data to the prime mover control means , wherein the differential operation means performs a differential operation on the power consumption. Limiter means (74) which outputs the differential value as it is when the differential value obtained is negative, and the differential value is zero or positive when the differential value is zero or positive; consumption Consumption and power calculated by the force calculation means, the number and adds the addition means output from said limiter means (78) comprises, outputting the addition result by the adding unit as the power consumption of the corrected Features.

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記対応テーブルは、消費電力が第１閾値以下のときに最低回転数が設定され、消費電力が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上のときに最高回転数が設定され、消費電力が前記第１閾値と第２閾値の間では、消費電力の増加に伴って原動機の回転数が単調に増加する特性とされていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the correspondence table is configured such that the minimum rotation speed is set when the power consumption is equal to or lower than the first threshold, and the power consumption is higher than the first threshold. The maximum number of revolutions is set when the value is equal to or greater than the threshold value, and when the power consumption is between the first threshold value and the second threshold value, the motor speed is monotonously increased as the power consumption increases. Features.

本発明に係るインバータ発電装置では、消費電力計算手段により負荷の消費電力を推定し、更に、微分演算手段により消費電力の微分値を求め、消費電力計算手段で算出された消費電力と消費電力の微分値を加算して、補正後の消費電力を求める。そして、この補正後の消費電力に基づき対応テーブルを参照し、原動機の回転数を決定している。従って、負荷の消費電力が急激に増大した場合であっても、これに応じて原動機の回転数を急速に増大させることができ、原動機がストールすることを防止できる。 In the inverter power generation device according to the present invention, the power consumption calculating means estimates the power consumption of the load, further obtains the differential value of the power consumption by the differential calculation means, and calculates the power consumption and the power consumption calculated by the power consumption calculating means. The differential value is added to obtain the corrected power consumption. Then, the number of rotations of the prime mover is determined with reference to the correspondence table based on the corrected power consumption. Therefore, even when the power consumption of the load increases rapidly, the number of revolutions of the prime mover can be rapidly increased accordingly, and the prime mover can be prevented from stalling.

本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、インバータの詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the inverter of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、ＰＷＭ信号生成部、及び電流検出変換部の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the PWM signal generation part and current detection conversion part of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、電圧指令生成部の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the voltage command production | generation part of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、ローパスフィルタの詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the low-pass filter of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、周波数指令生成部の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the frequency command generation part of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置で用いられる回転数対応テーブルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the rotation speed corresponding | compatible table used with the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、微分演算部の詳細な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed structure of the differential calculating part of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、スイッチング回路の詳細な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the detailed structure of the switching circuit of the inverter electric power generating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 微分演算を行わないときの、各信号の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows change of each signal when not performing differential operation. 本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置の、消費電力の微分演算を行った場合の各信号の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of each signal at the time of performing differential calculation of power consumption of the inverter power generator concerning one embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインバータ発電装置１００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、このインバータ発電装置１００は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等のエンジン（原動機）１１と、エンジン１１の回転によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流の誘起電圧を発生する同期モータ１３と、エンジン１１の出力軸と同期モータ１３の回転軸を結合するカップリング１２と、同期モータ１３に接続され該同期モータ１３より出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各誘起電圧をＰＮ直流電圧に変換するコンバータ１４と、該コンバータ１４より出力されるＰＮ直流電圧からＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電圧を生成するインバータ１５と、コンバータ１４とインバータ１５とを接続するＰＮ結線の間に介置される主回路コンデンサ１９（蓄電手段）と、前記インバータに接続されスイッチングノイズを軽減するためのＬＣフィルタ１６と、を備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an inverter power generation device 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the inverter power generation device 100 generates an induced voltage of an engine (prime mover) 11 such as a diesel engine or a gasoline engine, and U-phase, V-phase, and W-phase alternating current by rotation of the engine 11. Each of the U-phase, V-phase, and W-phase connected to the synchronous motor 13 and output from the synchronous motor 13. A converter 14 that converts the induced voltage into a PN DC voltage; an inverter 15 that generates an R-phase, S-phase, and T-phase AC voltage from the PN DC voltage output from the converter 14; A main circuit capacitor 19 (power storage means) interposed between PN connections for connecting to the inverter and connected to the inverter for reducing switching noise It includes a C filter 16.

更に、ＬＣフィルタ１６は、遮断機１７を介して誘導電動機等の負荷１８に接続されている。なお、図１では、１つの遮断機１７及び負荷１８を記載しているが、実際には、ＬＣフィルタ１６の後段側に、複数の遮断機及び負荷が設けられる場合が多い。また、例えば負荷が誘導電動機の場合は、モータの起動・停止を操作するためのコンタクタ（１８ａ）が電源接続の初段に設置されていることが多い。また、同期モータ１３として、例えば回転子に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータを用いることができる。 Further, the LC filter 16 is connected to a load 18 such as an induction motor via a circuit breaker 17. In FIG. 1, one circuit breaker 17 and a load 18 are illustrated, but in practice, a plurality of circuit breakers and loads are often provided on the rear stage side of the LC filter 16. For example, when the load is an induction motor, a contactor (18a) for operating start / stop of the motor is often installed at the first stage of power connection. As the synchronous motor 13, for example, an IPM motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor can be used.

また、エンジン１１には、該エンジン１１の回転を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit；原動機制御手段）２０が接続されている。 The engine 11 is connected to an ECU (Engine Control Unit) 20 that controls the rotation of the engine 11.

コンバータ１４は、半導体素子であるトランジスタ、ＩＧＢＴ、或いはＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子、及びダイオードを複数個備え、各スイッチング素子をスイッチング動作させることにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流電圧をＰＮ直流電圧に変換する。更に、コンバータ１４は、負荷１８に出力する電力に応じて、同期モータ１３に適宜電流を流すことにより、エンジン１１の回転数を頻繁に変化させることなく、所望の電力を発生させるようにしている。つまり、コンバータ１４は、通常の整流器とは異なり、同期モータ１３より出力される３相交流電圧から所望の大きさのＰＮ直流電圧を生成すると共に、負荷に出力する電力に応じて同期モータ１３に電流を流すことにより、負荷変動に応じた安定した電力を発生させている。 The converter 14 includes a plurality of switching elements such as transistors, IGBTs, or MOSFETs, which are semiconductor elements, and diodes. By switching each switching element, a three-phase AC voltage of U phase, V phase, and W phase is generated. Convert to PN DC voltage. Furthermore, the converter 14 generates desired power without frequently changing the number of revolutions of the engine 11 by appropriately flowing current to the synchronous motor 13 in accordance with the power output to the load 18. . That is, unlike the normal rectifier, the converter 14 generates a PN DC voltage having a desired magnitude from the three-phase AC voltage output from the synchronous motor 13 and applies it to the synchronous motor 13 according to the power output to the load. By flowing a current, a stable electric power corresponding to the load fluctuation is generated.

主回路コンデンサ１９は、ＰＮ直流電圧を平滑化し、且つ、インバータ１５が大電力を出力する際の電力を蓄積する機能を有する。 The main circuit capacitor 19 has a function of smoothing the PN DC voltage and accumulating power when the inverter 15 outputs large power.

インバータ１５は、上述のコンバータ１４と同様に、半導体素子であるトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴのスイッチング素子、及びダイオードを複数備え、各スイッチング素子をスイッチング動作させることによりＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電圧を生成する。また、各スイッチング素子のスイッチングのパターンにより、インバータ１５の出力電圧及び出力周波数を任意の値に設定することができる。 The inverter 15 includes a plurality of transistors, IGBTs, MOSFET switching elements, and diodes, which are semiconductor elements, similarly to the converter 14 described above. By switching each of the switching elements, the inverter 15 has three phases of R phase, S phase, and T phase. A phase alternating voltage is generated. Moreover, the output voltage and output frequency of the inverter 15 can be set to arbitrary values according to the switching pattern of each switching element.

図２は、インバータ１５の詳細な構成を示すブロック図である。同図に示すように、インバータ１５は、半導体素子によりＰＮ直流電圧をスイッチングして３相交流電圧を生成するスイッチング回路１５０と、主回路コンデンサ１９に生じる電圧を検出するＰＮ電圧検出部１５１と、スイッチング回路１５０にて生成する３相交流電圧の周波数指令値を出力する周波数指令生成部１５３と、スイッチング回路１５０にて生成する３相交流電圧の電圧指令値を出力する電圧指令生成部１５４と、を有している。 FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the inverter 15. As shown in the figure, the inverter 15 includes a switching circuit 150 that generates a three-phase AC voltage by switching a PN DC voltage using a semiconductor element, a PN voltage detector 151 that detects a voltage generated in the main circuit capacitor 19, A frequency command generation unit 153 that outputs a frequency command value of a three-phase AC voltage generated by the switching circuit 150; a voltage command generation unit 154 that outputs a voltage command value of the three-phase AC voltage generated by the switching circuit 150; have.

また、周波数指令生成部１５３より出力される周波数指令値と、電圧指令生成部１５４より出力される電圧指令値、及びＰＮ電圧検出部１５１で検出されるＰＮ電圧検出値に基づいて、ＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をスイッチング回路１５０に出力するＰＷＭ信号生成部１５２を備えている。 Further, based on the frequency command value output from the frequency command generation unit 153, the voltage command value output from the voltage command generation unit 154, and the PN voltage detection value detected by the PN voltage detection unit 151, the PWM signal is A PWM signal generation unit 152 that generates and outputs the generated PWM signal to the switching circuit 150 is provided.

更に、スイッチング回路１５０より出力されるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の線電流をそれぞれ検出する電流計１５７と、該電流計１５７にて検出される各相の線電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを取得し、更にＰＷＭ信号生成部１５２より出力されるＰＷＭ信号に基づいて、３相の線電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを２相（ｄ軸、ｑ軸）の軸電流信号に変換する電流検出変換部１５６と、を備えている。 Further, an ammeter 157 for detecting R-phase, S-phase, and T-phase line currents output from the switching circuit 150, and line currents IR, IS, and IT detected by the ammeter 157 are obtained. Further, based on the PWM signal output from the PWM signal generation unit 152, the current detection conversion unit 156 converts the three-phase line currents IR, IS, IT into two-phase (d-axis, q-axis) axis current signals. And.

また、電流検出変換部１５６で変換された２相の軸電流信号に基づいて、負荷１８（図１参照）にて消費される消費電力を算出する消費電力計算部１５５（消費電力計算手段）と、該消費電力計算部１５５で算出された消費電力の微分値を求め、この微分値に基づいて消費電力を補正し、補正後の消費電力を出力する微分演算部１５８（微分演算手段）と、回転数対応テーブル１５９ａ（対応テーブル）を有し補正後の消費電力に基づいてエンジンの回転数を決定する回転数決定部１５９（回転数決定手段）と、を備えている。 In addition, a power consumption calculation unit 155 (power consumption calculation means) that calculates power consumption consumed by the load 18 (see FIG. 1) based on the two-phase shaft current signal converted by the current detection conversion unit 156; A differential calculation unit 158 (differential calculation means) that obtains a differential value of the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 155, corrects the power consumption based on the differential value, and outputs the corrected power consumption; A rotational speed determination table 159a (correspondence table), and a rotational speed determination unit 159 (rotational speed determination means) that determines the rotational speed of the engine based on the corrected power consumption.

スイッチング回路１５０は、図９に示すように、６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６と、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に対して並列に接続されるダイオードＤ１〜Ｄ６を備えている。そして、トランジスタＴｒ１とＴｒ２は直列接続され、トランジスタＴｒ１の一端（コレクタ）はプラス側電極（Ｐ極）に接続され、トランジスタＴｒ２の一端（エミッタ）はマイナス側電極（Ｎ極）に接続されている。そして、各トランジスタＴｒ１とＴｒ２の接続点はＲ相電圧Ｖｒの出力点とされている。同様に、トランジスタＴｒ３とＴｒ４は直列に接続され、その接続点はＳ相電圧Ｖｓの出力点とされ、トランジスタＴｒ５とＴｒ６は直列に接続され、その接続点はＴ相電圧Ｖｔの出力点とされている。 As shown in FIG. 9, the switching circuit 150 includes six transistors Tr1 to Tr6 and diodes D1 to D6 connected in parallel to the transistors Tr1 to Tr6. The transistors Tr1 and Tr2 are connected in series, one end (collector) of the transistor Tr1 is connected to the plus side electrode (P pole), and one end (emitter) of the transistor Tr2 is connected to the minus side electrode (N pole). . A connection point between the transistors Tr1 and Tr2 is an output point of the R-phase voltage Vr. Similarly, the transistors Tr3 and Tr4 are connected in series, the connection point is the output point of the S-phase voltage Vs, the transistors Tr5 and Tr6 are connected in series, and the connection point is the output point of the T-phase voltage Vt. ing.

また、６個のアンド回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ６を備えており、各アンド回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ６の一方の入力端子には、電力供給を制御するためのゲート信号が供給され、他方の入力端子には、アンド回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ６に対してそれぞれＰＷＭ信号生成部１５２より出力されるＰＷＭ信号、即ち、sigＲｕ、sigＳｕ、sigＴｕ、sigＲｄ、sigＳｄ、sigＴｄが供給される。従って、ゲート信号がオン（「Ｈ」レベル）とされている場合には、各ＰＷＭ信号により各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６が駆動され、３相交流電圧が生成されて出力されることとなる。また、ゲート信号がオフ（「Ｌ」レベル）とされている場合には、ＰＷＭ信号に関わらず、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は駆動されない。なお、以下では上側のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５、及びダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５を上側アーム、下側のトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６、及びダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６を下側アームと称する。 Also, six AND circuits AND1 to AND6 are provided. A gate signal for controlling power supply is supplied to one input terminal of each of the AND circuits AND1 to AND6, and an AND terminal is supplied to the other input terminal. PWM signals output from the PWM signal generator 152, that is, sigRu, sigSu, sigTu, sigRd, sigSd, and sigTd are supplied to the circuits AND1 to AND6, respectively. Therefore, when the gate signal is turned on (“H” level), each of the transistors Tr1 to Tr6 is driven by each PWM signal, and a three-phase AC voltage is generated and output. When the gate signal is off (“L” level), the transistors Tr1 to Tr6 are not driven regardless of the PWM signal. Hereinafter, the upper transistors Tr1, Tr3, Tr5 and the diodes D1, D3, D5 are referred to as upper arms, and the lower transistors Tr2, Tr4, Tr6 and the diodes D2, D4, D6 are referred to as lower arms.

図２に示す消費電力計算部１５５は、電圧指令生成部１５４より出力される電圧指令値、及び電流検出変換部１５６より出力される２軸の電流値に基づいて、消費電力を演算する。そして、演算した消費電力を微分演算部１５８に出力する。

Power consumption calculation section 155 shown in FIG. 2, voltage command value output from the voltage command generating unit 154, and based on the current value of the two axes output from the current detector converting unit 156, calculates the power consumption. Then, the calculated power consumption is output to the differential calculation unit 158.

微分演算部１５８は、消費電力の微分値を算出し、この微分値を消費電力に加算して補正後の消費電力を算出して回転数決定部１５９に出力する。なお、微分演算部１５８の詳細については、図８を用いて後述する。 The differential calculation unit 158 calculates a differential value of the power consumption, adds the differential value to the power consumption, calculates the corrected power consumption, and outputs it to the rotation speed determination unit 159. Details of the differential operation unit 158 will be described later with reference to FIG.

回転数決定部１５９は、消費電力とエンジン回転数との対応関係を示す回転数対応テーブル１５９ａ（図７参照）を備えており、微分演算部１５８より補正後の消費電力が入力された場合には、この補正後の消費電力に基づいて、回転数対応テーブル１５９ａを参照してエンジン１１の回転数データを求める。そして、求めた回転数データをエンジン１１のＥＣＵ２０に送信する。エンジン１１は、ＥＣＵ２０の制御により求められた回転数となるように制御されることとなる。 The rotational speed determination unit 159 includes a rotational speed correspondence table 159a (see FIG. 7) indicating a correspondence relationship between the power consumption and the engine rotational speed, and when corrected power consumption is input from the differential operation unit 158. , Based on this corrected power consumption, obtains engine speed data of the engine 11 with reference to the engine speed correspondence table 159a. Then, the obtained rotation speed data is transmitted to the ECU 20 of the engine 11. The engine 11 is controlled so as to have the rotational speed obtained by the control of the ECU 20.

回転数対応テーブル１５９ａは、図７に示すようにエンジン１１の燃費曲線に基づき、消費電力に所定の余裕値を加えた電力を発生させるために最も少ない燃料消費量となる消費電力とエンジン１１の回転数指示値との関係が設定されており、該回転数対応テーブルは１５９ａは、エンジン１１のアイドル回転数、最高回転数に基づいて設定される。そして、該回転数対応テーブルは１５９ａは、消費電力がＱ１（第１閾値）以下の場合には、エンジン１１の回転数がアイドル回転数となるように設定され、その後、消費電力が増加するにつれてエンジン１１の回転数が直線的に増加し、消費電力がＱ２（第２閾値）以上の場合には、最高回転数にてクランプされるように設定される。即ち、回転数対応テーブルは、消費電力が第１閾値以下のときに最低回転数が設定され、消費電力が第１閾値よりも大きい第２閾値以上のときに最高回転数が設定され、消費電力が前記第１閾値と第２閾値の間では、消費電力の増加に伴ってエンジン１１の回転数が単調に増加する特性とされている。 As shown in FIG. 7, the rotation speed correspondence table 159 a is based on the fuel consumption curve of the engine 11, and the power consumption that is the smallest fuel consumption for generating power obtained by adding a predetermined margin value to power consumption and the engine 11. The relationship with the rotational speed instruction value is set, and the rotational speed correspondence table 159a is set based on the idle rotational speed and the maximum rotational speed of the engine 11. In the rotation speed correspondence table 159a, when the power consumption is equal to or less than Q1 (first threshold value), the rotation speed of the engine 11 is set to be the idle rotation speed. Thereafter, as the power consumption increases. When the rotational speed of the engine 11 increases linearly and the power consumption is equal to or greater than Q2 (second threshold value), the engine 11 is set to be clamped at the maximum rotational speed. That is, in the rotation speed correspondence table, the minimum rotation speed is set when the power consumption is equal to or lower than the first threshold, and the maximum rotation speed is set when the power consumption is equal to or higher than the second threshold value, which is larger than the first threshold. However, between the first threshold value and the second threshold value, the rotational speed of the engine 11 monotonously increases as the power consumption increases.

次に、図２に示すＰＷＭ信号生成部１５２、及び電流検出変換部１５６の詳細について、図３に示すブロック図を参照して説明する。図３に示すように、ＰＷＭ信号生成部１５２は、インバータ１５の外部より入力される２相（ｄ軸、ｑ軸）の電圧指令値のうちｑ軸電圧を補正する電圧補正部３１と、２相・３相変換部３２と、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各電圧信号に基づいて、３相のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ波形変換部３３と、電気角生成部３４と、を備えている。 Next, details of the PWM signal generation unit 152 and the current detection conversion unit 156 shown in FIG. 2 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. As shown in FIG. 3, the PWM signal generation unit 152 includes a voltage correction unit 31 that corrects a q-axis voltage among two-phase (d-axis and q-axis) voltage command values input from the outside of the inverter 15, and 2 A phase / three-phase conversion unit 32; a PWM waveform conversion unit 33 that generates a three-phase PWM signal based on each of the R-phase, S-phase, and T-phase voltage signals; and an electrical angle generation unit 34. Yes.

電圧補正部３１は、電圧指令値に、ＰＮ設定電圧とＰＮ電圧のフィードバック値との比率（ＰＮ電圧設定値／ＰＮ電圧検出値）を乗じることにより、該ｑ軸電圧を補正し、補正後のｑ軸電圧を２相・３相変換部３２に出力する。 The voltage correction unit 31 corrects the q-axis voltage by multiplying the voltage command value by the ratio of the PN setting voltage and the feedback value of the PN voltage (PN voltage setting value / PN voltage detection value), The q-axis voltage is output to the 2-phase / 3-phase converter 32.

２相・３相変換部３２は、ｄ軸電圧及び補正後のｑ軸電圧に基づいて２相・３相変換を行い、３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）で６アームのＰＷＭ信号を生成する。該ＰＷＭ信号生成部１５２で生成されるＰＷＭ信号は、図２に示すスイッチング回路１５０に出力されて、図９に示した各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の駆動に用いられる。 The two-phase / three-phase conversion unit 32 performs two-phase / three-phase conversion based on the d-axis voltage and the corrected q-axis voltage, and a 6-arm PWM signal in three phases (R phase, S phase, T phase). Is generated. The PWM signal generated by the PWM signal generator 152 is output to the switching circuit 150 shown in FIG. 2 and used for driving the transistors Tr1 to Tr6 shown in FIG.

電気角生成部３４は、図２に示す周波数指令生成部１５３より出力される周波数指令値に基づいて、３相電圧（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各電圧）の電気角を求め、この電気角を２相・３相変換部３２、及び電流検出変換部１５６に出力する。電気角は、電気的な１周期が０〜３６０degとなるように設定する。例えば、周波数指令値が５０Ｈｚの場合には電気的な１周期は２０ｍsecとなるので、電気角は２０ｍsecで０〜３６０degとなるように生成する。 Based on the frequency command value output from the frequency command generation unit 153 shown in FIG. 2, the electrical angle generation unit 34 obtains an electrical angle of a three-phase voltage (R-phase, S-phase, and T-phase voltages). The electrical angle is output to the two-phase / three-phase converter 32 and the current detection converter 156. The electrical angle is set so that one electrical cycle is 0 to 360 deg. For example, when the frequency command value is 50 Hz, one electrical cycle is 20 msec. Therefore, the electrical angle is generated to be 0 to 360 deg at 20 msec.

また、図３に示す電流検出変換部１５６は、電流計１５７（図２参照）で検出されるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴ、及び電気角生成部３４より出力される電気角に基づいて、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相電流を、ｄ軸、ｑ軸の２相電流に変換する３相・２相変換部３５を備え、変換後のｄ軸電流、及びｑ軸電流を図２に示す消費電力計算部１５５に出力する。 Further, the current detection conversion unit 156 shown in FIG. 3 includes R-phase, S-phase, and T-phase currents IR, IS, IT detected by an ammeter 157 (see FIG. 2), and an electrical angle generation unit 34. A three-phase / two-phase converter 35 that converts a three-phase current of R phase, S phase, and T phase into a two-phase current of d-axis and q-axis based on the electrical angle that is output is provided. The axial current and the q-axis current are output to the power consumption calculator 155 shown in FIG.

次に、図２に示した消費電力計算部１５５における消費電力の計算手順について説明する。インバータ１５の外部より入力される電圧指示値をＶａ、電圧指令生成部より出力される電圧指示値（インバータ１５の出力電圧）をＶｂ、３相の線電流をＩ１、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸電流をＩｄ、とすると、瞬時の消費電力Ｐ１は、次の（１）式で示すことができる。

Next, a calculation procedure of power consumption in the power consumption calculation unit 155 shown in FIG. 2 will be described. The voltage command value input from the outside of the inverter 15 is Va, the voltage command value output from the voltage command generator (output voltage of the inverter 15) is Vb, the three-phase line current is I1, the q-axis current is Iq, d When the axial current is Id, the instantaneous power consumption P1 can be expressed by the following equation (1).

そして、（１）式の右辺の分母は、有効電力のインピーダンスを示すから、該インピーダンスをＺとすると、（１）式は次の（２）式で示すことができる。

Since the denominator on the right side of the equation (1) indicates the impedance of the active power, when the impedance is Z, the equation (1) can be expressed by the following equation (2).

（２）式に示すように、負荷１８の瞬時の消費電力Ｐ１を演算する際に、外部から入力される電圧指示Ｖａ及び有効電力のインピーダンスＺを使用している。従って、負荷の駆動時等に突入電流が発生し、インバータ１５の出力電圧が急激に低下した場合であっても、消費電力計算部１５５にて求められる消費電力が急激に低下することが無い。即ち、出力電圧が急激に変動した場合であっても、エンジン１１の回転数が急激に変動することを防止し、該エンジン１１を安定的に運転できることとなる。また、消費電力Ｐ１の演算にスイッチング回路１５０の電圧出力値を用いないので、リップルの影響を受けることがない。 As shown in the equation (2), when calculating the instantaneous power consumption P1 of the load 18, the voltage instruction Va inputted from the outside and the impedance Z of the active power are used. Therefore, even when an inrush current is generated during driving of the load and the output voltage of the inverter 15 is rapidly decreased, the power consumption calculated by the power consumption calculator 155 is not rapidly decreased. That is, even when the output voltage fluctuates rapidly, the engine 11 can be prevented from fluctuating rapidly and the engine 11 can be stably operated. Further, since the voltage output value of the switching circuit 150 is not used for the calculation of the power consumption P1, it is not affected by the ripple.

次に、図２に示す電圧指令生成部１５４の詳細な構成について、図４に示すブロック図を参照して説明する。図４に示すように、電圧指令生成部１５４は、外部より電圧指示値、最低出力電圧、インバータ１５より出力される線電流（即ち、（Ｉｑ^２＋Ｉｄ^２）^１／２で求められる電流）、及び電流上限閾値が入力される。そして、該電圧指令生成部１５４は、外部より与えられる電圧指示値に対して係数Ｇ１を乗じる乗算部４１と、乗算部４１の出力信号に対して係数Ｇ２を乗じる乗算部４２と、演算部４３、及びローパスフィルタ４４を備えている。 Next, the detailed configuration of the voltage command generator 154 shown in FIG. 2 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. As shown in FIG. 4, the voltage command generator 154 includes a voltage command value from the outside, a minimum output voltage, a line current output from the inverter 15 (that is, a current obtained by (Iq ² + Id ² ) ^1/2 ), And the current upper threshold value are input. The voltage command generator 154 includes a multiplier 41 that multiplies a voltage command value given from the outside by a coefficient G1, a multiplier 42 that multiplies the output signal of the multiplier 41 by a coefficient G2, and a calculator 43. And a low-pass filter 44.

ここで、最低出力電圧は、電圧指示値よりも低い値であって負荷に付属して例えばモータの起動や停止を制御するコンタクタが遮断しない電圧に設定される。 Here, the minimum output voltage is set to a voltage lower than the voltage instruction value and attached to the load so that, for example, the contactor that controls the start and stop of the motor is not cut off.

乗算部４１は、インバータ１５の外部より入力された電圧指示値に対して、次の（３）式で示す係数Ｇ１を乗じる。 The multiplier 41 multiplies the voltage instruction value input from the outside of the inverter 15 by a coefficient G1 expressed by the following equation (3).

Ｇ１＝１／｛１−（ＰＷＭ周波数×デッドタイム×２）｝ …（３）
（３）式は、スイッチング回路１５０が有する各相の上側アーム、即ち、図９に示すトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５、及び下側アーム、即ちトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６が駆動するときのデッドタイムを補正するための係数を示している。つまり、上側アーム、及び下側アームは、双方が同時にオンとなることを防止するために、オン、オフの切り替え時に双方を同時にオフとするデッドタイムを設けており、この分の電圧を補正するために電圧指示値に係数Ｇ１を乗じている。なお、上記のデッドタイムには、上側アーム及び下側アームに使用するトランジスタのオンとオフの時間差を含めるようにしても良い。 G1 = 1 / {1- (PWM frequency × dead time × 2)} (3)
Equation (3) shows the dead time when the upper arm of each phase of the switching circuit 150, that is, the transistors Tr1, Tr3, Tr5 and the lower arm, ie, the transistors Tr2, Tr4, Tr6, shown in FIG. The coefficient for correction is shown. In other words, in order to prevent both the upper arm and the lower arm from being turned on at the same time, a dead time is set in which both of them are turned off at the same time when switching between on and off, and this voltage is corrected. Therefore, the voltage instruction value is multiplied by a coefficient G1. The dead time may include a time difference between ON and OFF of the transistors used for the upper arm and the lower arm.

更に、乗算部４２は、乗算部４１の出力信号に対して、次の（４）式で示す係数Ｇ２を乗じる。 Furthermore, the multiplication unit 42 multiplies the output signal of the multiplication unit 41 by a coefficient G2 expressed by the following equation (4).

Ｇ２＝（ＰＮ電圧検出値）／（ＰＮ電圧設定値）
（但し、０≦Ｇ２≦１） …（５）
（５）式に示すＰＮ電圧検出値は、主回路コンデンサ１９に生じる電圧値（電圧検出値）であり、ＰＮ電圧設定値は、主回路コンデンサ１９に充電する電圧の設定値（充電指令値）である。そして、（５）式で算出する係数Ｇ２は、主回路コンデンサ１９に生じるＰＮ電圧の検出値が、ＰＮ電圧設定値に対して大きく減少した場合に小さい値となる。従って、ＰＮ電圧検出値が低下しているときに、負荷１８の消費電力が増加した場合であっても、係数Ｇ２を乗じることにより、電圧指示値が急激に増加することを防止できる。 G2 = (PN voltage detection value) / (PN voltage setting value)
(However, 0 ≦ G2 ≦ 1) (5)
The PN voltage detection value shown in the equation (5) is a voltage value (voltage detection value) generated in the main circuit capacitor 19, and the PN voltage setting value is a setting value (charging command value) of the voltage charged in the main circuit capacitor 19. It is. The coefficient G2 calculated by the equation (5) becomes a small value when the detected value of the PN voltage generated in the main circuit capacitor 19 is greatly reduced with respect to the PN voltage setting value. Therefore, even when the power consumption of the load 18 increases when the detected PN voltage value is reduced, it is possible to prevent the voltage instruction value from rapidly increasing by multiplying by the coefficient G2.

即ち、主回路コンデンサ１９に生じる電圧（ＰＮ電圧）が低下しているときに、インバータ１５が負荷変動に応じた電力をそのまま出力すると、主回路コンデンサ１９に電力を供給するためにコンバータ１４の負荷が増大し、エンジン１１がストールする原因となる場合がある。そこで、本実施形態では、電圧指示値に係数Ｇ２を乗じることにより、ＰＮ電圧検出値がＰＮ電圧設定値に対して低下している場合には、乗算部４２の出力信号を低下させることにより、インバータ１５の出力電圧を低下させて、エンジン１１がストールすることを防止する。 That is, when the voltage (PN voltage) generated in the main circuit capacitor 19 is lowered, if the inverter 15 outputs the power corresponding to the load fluctuation as it is, the load of the converter 14 is supplied to supply the power to the main circuit capacitor 19. May increase and cause the engine 11 to stall. Therefore, in the present embodiment, by multiplying the voltage instruction value by the coefficient G2, when the PN voltage detection value is lower than the PN voltage setting value, the output signal of the multiplication unit 42 is decreased, The output voltage of the inverter 15 is lowered to prevent the engine 11 from stalling.

また、図４に示す演算部４３は、入力端子ＩＮ１〜ＩＮ４、及び出力端子ＯＵＴ１を備えており、入力端子ＩＮ１には、乗算部４２の出力信号ｄ１が入力され、入力端子ＩＮ２には、インバータ１５が出力可能な最低電圧である最低出力電圧ｄ２が入力され、入力端子ＩＮ３には、負荷１８に流れる線電流ｄ３が入力され、入力端子ＩＮ４には、過電流の発生を定義する電流上限閾値ｄ４が入力される。そして、演算部４３は、これらの各データに基づいて、「ｄ３＞ｄ４」が成立した場合に出力端ＯＵＴ１より最低出力電圧ｄ２を出力し、それ以外の場合には信号ｄ１を出力する。 4 includes input terminals IN1 to IN4 and an output terminal OUT1, and the output signal d1 of the multiplier 42 is input to the input terminal IN1, and an inverter is input to the input terminal IN2. 15 is input to the input terminal IN3, the line current d3 flowing through the load 18 is input to the input terminal IN3, and the input terminal IN4 is a current upper limit threshold that defines the occurrence of overcurrent. d4 is input. Based on these data, the calculation unit 43 outputs the lowest output voltage d2 from the output terminal OUT1 when “d3> d4” is satisfied, and outputs the signal d1 otherwise.

上記の処理では、線電流ｄ３が電流上限閾値ｄ４を上回った場合、換言すれば、負荷１８に流れる電流が増大して過電流に達する場合には、最低出力電圧ｄ２に基づく電圧指令値を出力することにより、負荷１８に供給する電圧を低下させて、過電流が流れることを防止する。 In the above processing, when the line current d3 exceeds the current upper limit threshold d4, in other words, when the current flowing through the load 18 increases and reaches an overcurrent, a voltage command value based on the minimum output voltage d2 is output. By doing so, the voltage supplied to the load 18 is lowered to prevent an overcurrent from flowing.

そして、演算部４３の出力信号（ｄ１またはｄ２）はゲイン（後述する係数Ｇ３，Ｇ４）を変更可能なローパスフィルタ４４に供給される。 The output signal (d1 or d2) of the calculation unit 43 is supplied to a low-pass filter 44 that can change the gain (coefficients G3 and G4 described later).

ローパスフィルタ４４は、負荷１８に起動時等の突入電流を抑制するために設けられており、突入電流が発生した際にはインバータ１５の出力電圧を即時に低下させ、その後、低下した出力電圧を電圧指示値に上昇させる際には緩やかに電圧を上昇する電圧指令値を出力する。そして、該ローパスフィルタ４４から出力された電圧指令値は、図２に示すＰＷＭ信号生成部１５２、及び消費電力計算部１５５に出力されることとなる。以下、ローパスフィルタ４４について詳細に説明する。 The low-pass filter 44 is provided to suppress an inrush current at the time of startup or the like in the load 18, and when an inrush current occurs, the output voltage of the inverter 15 is immediately reduced, and then the reduced output voltage is reduced. When the voltage instruction value is increased, a voltage command value that gradually increases the voltage is output. The voltage command value output from the low-pass filter 44 is output to the PWM signal generation unit 152 and the power consumption calculation unit 155 shown in FIG. Hereinafter, the low-pass filter 44 will be described in detail.

図５は、ローパスフィルタ４４の詳細な構成を示すブロック図である。該ローパスフィルタ４４は、演算部４３の出力信号（ｄ１またはｄ２）、及び最低出力電圧ｄ２に基づいて、電圧指令値をフィルタ処理して出力する。 FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the low-pass filter 44. The low-pass filter 44 filters the voltage command value based on the output signal (d1 or d2) of the calculation unit 43 and the minimum output voltage d2, and outputs the filtered voltage command value.

図５に示すように、ローパスフィルタ４４は、係数Ｇ３（第１の係数）を乗じる乗算部５１と、係数Ｇ４（但し、Ｇ４＞Ｇ３；Ｇ４はＧ３の１０〜３０倍程度とする）を乗じる乗算部５２と、演算部５３と、遅延部５４と、減算部５５と、加算部５６、及びスイッチＳＷ１を備えている。 As shown in FIG. 5, the low-pass filter 44 multiplies a multiplier 51 that multiplies a coefficient G3 (first coefficient) and a coefficient G4 (G4> G3; G4 is about 10 to 30 times G3). A multiplication unit 52, a calculation unit 53, a delay unit 54, a subtraction unit 55, an addition unit 56, and a switch SW1 are provided.

減算部５５は、入力信号（図４に示す演算部４３の出力端子ＯＵＴ１の出力信号）とフィードバック信号（前回の演算部５３の出力）との差分を演算し、これを偏差信号Ｅrrとして出力する。 The subtracting unit 55 calculates the difference between the input signal (output signal of the output terminal OUT1 of the calculating unit 43 shown in FIG. 4) and the feedback signal (previous output of the calculating unit 53), and outputs this as the deviation signal Err. .

乗算部５１は、偏差Ｅrrに係数Ｇ３を乗じてスイッチＳＷ１の端子Ｔ１に出力する。乗算部５２は、偏差Ｅrrに係数Ｇ４を乗じて端子Ｔ２に出力する。 Multiplier 51 multiplies deviation Err by coefficient G3 and outputs the result to terminal T1 of switch SW1. Multiplier 52 multiplies deviation Err by coefficient G4 and outputs the result to terminal T2.

スイッチＳＷ１は、偏差Ｅrrが正の値（Ｅrr＞０）である場合にはスイッチＳＷ１を端子Ｔ１側に接続することにより、乗算部５１の出力信号を出力端子ＯＵＴ２より出力し、偏差Ｅrrがゼロまたは負の値（Ｅrr≦０）の場合には、スイッチＳＷ１を端子Ｔ２側に接続することにより、乗算部５２の出力信号を出力端子ＯＵＴ２より出力する。そして、出力端子ＯＵＴ２は、加算部５６に接続され、更に、該加算部５６は、演算部５３の入力端子ＩＮ５に接続されている。また、演算部５３の入力端子ＩＮ６には、図４に示す最低出力電圧ｄ２が入力される。 When the deviation Err is a positive value (Err> 0), the switch SW1 connects the switch SW1 to the terminal T1 to output the output signal of the multiplier 51 from the output terminal OUT2, and the deviation Err is zero. Alternatively, in the case of a negative value (Err ≦ 0), the output signal of the multiplier 52 is output from the output terminal OUT2 by connecting the switch SW1 to the terminal T2. The output terminal OUT2 is connected to the adder 56, and the adder 56 is further connected to the input terminal IN5 of the calculator 53. Further, the minimum output voltage d2 shown in FIG. 4 is input to the input terminal IN6 of the calculation unit 53.

加算部５６は、スイッチＳＷ１の出力端子ＯＵＴ２より出力される信号と、遅延部５４より出力される前回の出力値とを加算し、加算した信号ｄ５を演算部５３の入力端子ＩＮ５に出力する。 The adder 56 adds the signal output from the output terminal OUT2 of the switch SW1 and the previous output value output from the delay unit 54, and outputs the added signal d5 to the input terminal IN5 of the arithmetic unit 53.

演算部５３は、ｄ５＜ｄ２の場合には、出力端子ＯＵＴ３よりｄ２を出力する。他方、ｄ５≧ｄ２の場合には、出力端子ＯＵＴ３よりｄ５を出力する。つまり、出力信号を最低出力電圧ｄ２にクランプする。そして、この出力信号は、電圧指令値として図２に示すＰＷＭ信号生成部１５２、及び消費電力計算部１５５に出力される。また、この出力信号は、フィードバック信号として図５に示す遅延部５４に供給される。 The arithmetic unit 53 outputs d2 from the output terminal OUT3 when d5 <d2. On the other hand, when d5 ≧ d2, d5 is output from the output terminal OUT3. That is, the output signal is clamped to the lowest output voltage d2. Then, this output signal is output as a voltage command value to the PWM signal generation unit 152 and the power consumption calculation unit 155 shown in FIG. This output signal is supplied as a feedback signal to the delay unit 54 shown in FIG.

遅延部５４より出力される一サンプリング遅れ信号は、減算部５５、及び加算部５６に出力される。そして、上述したようにスイッチＳＷ１は、偏差信号Ｅrrが正の値である場合（Ｅrr＞０）には、該偏差信号Ｅrrに対して係数Ｇ３を乗じ、偏差信号Ｅrrがゼロまたは負の値である（Ｅrr≦０）には、該偏差信号Ｅrrに対して係数Ｇ４（Ｇ４＞Ｇ３）を乗じるので、電圧指令値が増加傾向にある場合には、減少傾向にある場合よりも、より小さい係数を乗じて出力端子ＯＵＴ２より出力することとなる。このため、突入電流が流れた後の場合等において、電圧指令値（ＯＵＴ１）が増加する場合にはその増加速度を遅くすることができる。即ち、電圧指令値（ＯＵＴ１）が低下する傾向に変化する場合には、係数Ｇ４を乗じることにより、電圧指令値（ＯＵＴ１）を第１の追随速度で変化させ、電圧指令値（ＯＵＴ１）が増加する傾向に変化する場合には、係数Ｇ３を乗じることにより、電圧指令値を第１の追随速度よりも遅い第２の追随速度で変化させることとなる。 The one sampling delay signal output from the delay unit 54 is output to the subtraction unit 55 and the addition unit 56. As described above, when the deviation signal Err is a positive value (Err> 0), the switch SW1 multiplies the deviation signal Err by the coefficient G3, and the deviation signal Err is zero or a negative value. A certain (Err ≦ 0) is multiplied by a coefficient G4 (G4> G3) to the deviation signal Err. Therefore, when the voltage command value tends to increase, a smaller coefficient than when the voltage command value tends to decrease Is output from the output terminal OUT2. For this reason, when the voltage command value (OUT1) increases, such as after an inrush current flows, the increase rate can be slowed. That is, when the voltage command value (OUT1) tends to decrease, the voltage command value (OUT1) is changed at the first following speed by multiplying by the coefficient G4, and the voltage command value (OUT1) increases. When the tendency changes, the voltage command value is changed at a second following speed slower than the first following speed by multiplying by the coefficient G3.

また、演算部５３は、加算部５６の出力信号ｄ５と最低出力電圧ｄ２を比較し、ｄ５がｄ２よりも低い場合、即ち、加算部５６の演算結果が最低出力電圧ｄ２よりも低い場合には、出力端子ＯＵＴ３より出力する電圧指令値を最低出力電圧ｄ２とする。従って、電圧指示値が最低出力電圧ｄ２にクランプされるので、例えば、負荷に付属してモータの起動や停止を制御するコンタクタの遮断を防ぐことができる。 Further, the calculation unit 53 compares the output signal d5 of the addition unit 56 with the minimum output voltage d2, and when d5 is lower than d2, that is, when the calculation result of the addition unit 56 is lower than the minimum output voltage d2. The voltage command value output from the output terminal OUT3 is defined as the minimum output voltage d2. Therefore, since the voltage instruction value is clamped to the minimum output voltage d2, for example, it is possible to prevent the contactor that is attached to the load and controls the start and stop of the motor from being interrupted.

次に、図６に示すブロック図を参照して、図２に示した周波数指令生成部１５３の詳細について説明する。図６に示すように周波数指令生成部１５３は、周波数指示値を所定の範囲内でスイープするスイープ演算部６１と、所定の係数Ｋ（０＜Ｋ≦１の範囲の数値）を乗じる乗算部６２と、減算部６３と、を備えている。 Next, the details of the frequency command generation unit 153 shown in FIG. 2 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. As shown in FIG. 6, the frequency command generation unit 153 includes a sweep calculation unit 61 that sweeps the frequency instruction value within a predetermined range, and a multiplication unit 62 that multiplies a predetermined coefficient K (a numerical value in a range of 0 <K ≦ 1). And a subtracting unit 63.

スイープ演算部６１は、インバータ１５の外部より入力される周波数指示値に基づいて、下記の（６）式に示す演算により倍率Ｂを算出し、算出した倍率Ｂを乗算部６２に出力する。 The sweep calculation unit 61 calculates the magnification B by the calculation shown in the following equation (6) based on the frequency instruction value input from the outside of the inverter 15, and outputs the calculated magnification B to the multiplication unit 62.

Ｂ＝１−｛（電圧指令値Ｖ２）／（電圧指示値Ｖ１）｝ …（６）
また、出力する周波数指令値（減算部６３の出力）は、以下の（７）式により求められる。 B = 1-{(voltage command value V2) / (voltage command value V1)} (6)
Further, the output frequency command value (output of the subtracting unit 63) is obtained by the following equation (7).

（周波数指令値）＝ｆ１＊（１−Ｋ＊Ｂ） …（７）
但し、（７）式において「ｆ１」は入力される周波数指令値、「Ｋ」は、乗算部６２に設定されている係数であり０＜Ｋ≦１である。 (Frequency command value) = f1 * (1-K * B) (7)
However, in the equation (7), “f1” is an input frequency command value, “K” is a coefficient set in the multiplier 62, and 0 <K ≦ 1.

（６）式において、例えば、電圧指示値Ｖ１が２００ボルト、電圧指令値Ｖ２が１４０ボルトで、入力される周波数指示値がｆ１である場合にはＢ＝０．３となり、スイープ演算部６１の出力信号は、０．３＊ｆ１となる。また、乗算部６２で設定される係数Ｋが０．５である場合には、該乗算部６２の出力信号は０．１５＊ｆ１となって、減算部６３に供給される。従って、減算部６３の出力信号は、０．８５＊ｆ１となり、外部より入力される周波数指示値ｆ１よりも１５％低い周波数が周波数指令値となって出力される。 In the equation (6), for example, when the voltage command value V1 is 200 volts, the voltage command value V2 is 140 volts, and the input frequency command value is f1, B = 0.3, and the sweep calculation unit 61 The output signal is 0.3 * f1. When the coefficient K set by the multiplier 62 is 0.5, the output signal of the multiplier 62 is 0.15 * f1 and is supplied to the subtractor 63. Therefore, the output signal of the subtracting unit 63 is 0.85 * f1, and a frequency 15% lower than the frequency instruction value f1 input from the outside is output as a frequency command value.

その後、電圧指令値Ｖ２が上昇して電圧指示値Ｖ１と一致すると、（６）式で示すＢがゼロとなるので、周波数指示値ｆ１は減算部６３で減算されることなく、そのまま出力されることとなる。つまり、「０．８５＊ｆ１」〜「ｆ１」の範囲で周波数指令値がスイープされることとなる。このように、周波数指令値をスイープさせながら周波数指令値ｆ１まで増加させることにより、例えば誘導電動機の様な誘導負荷の場合、効率良く負荷にエネルギーを注入することができることから、起動時間を短くすることができ、コンバータやエンジンの負担の軽減に寄与することとなる。 Thereafter, when the voltage command value V2 rises and coincides with the voltage command value V1, B shown in the equation (6) becomes zero, so that the frequency command value f1 is output as it is without being subtracted by the subtractor 63. It will be. That is, the frequency command value is swept in the range of “0.85 * f1” to “f1”. In this way, by increasing the frequency command value to the frequency command value f1 while sweeping the frequency command value, for example, in the case of an inductive load such as an induction motor, energy can be efficiently injected into the load, so that the startup time is shortened. This contributes to reducing the burden on the converter and engine.

次に、図２に示した微分演算部１５８の詳細な構成を、図８に示すブロック図を参照して説明する。図８に示すように、微分演算部１５８は、消費電力計算部１５５で算出された消費電力に係数Ｇ５を乗じる乗算部７１と、該乗算部７１の出力信号から一次遅れ信号（遅延部７３の出力信号）を減算する減算部７５と、減算部７５の出力信号に係数Ｇ６を乗じる乗算部７２と、該乗算部７２の出力信号に一次遅れ信号を加算する加算部７６と、乗算部７１の出力信号から該加算部７６の出力信号を減算する減算部７７と、加算部７６の出力信号の一次遅れ信号を生成して出力する遅延部７３と、減算部７７の出力信号（これを微分値ｇ１とする）の下限値を制限するリミッタ７４（リミッタ手段）と、入力される消費電力信号にリミッタ７４の出力信号を加算する加算部７８（加算手段）と、を備えている。 Next, the detailed configuration of the differential calculation unit 158 shown in FIG. 2 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. As shown in FIG. 8, the differential calculation unit 158 includes a multiplication unit 71 that multiplies the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 155 by a coefficient G5, and a first-order lag signal (of the delay unit 73) Output signal), a multiplier 72 that multiplies the output signal of the subtractor 75 by a coefficient G6, an adder 76 that adds a first-order lag signal to the output signal of the multiplier 72, and a multiplier 71 A subtractor 77 that subtracts the output signal of the adder 76 from the output signal; a delay unit 73 that generates and outputs a first-order lag signal of the output signal of the adder 76; and an output signal of the subtractor 77 (the differential value) a limiter 74 (limiter means) for limiting the lower limit value of g1), and an adder 78 (addition means) for adding the output signal of the limiter 74 to the input power consumption signal.

乗算部７１に設定される係数Ｇ５は微分ゲインとして設定され、乗算部７２に設定される係数Ｇ６は微分効果時定数にサンプリング時間を乗じた数値として設定される。 The coefficient G5 set in the multiplier 71 is set as a differential gain, and the coefficient G6 set in the multiplier 72 is set as a numerical value obtained by multiplying the differential effect time constant by the sampling time.

リミッタ７４は、微分値ｇ１が負の値（ｇ１＜０）である場合には出力信号をゼロとし、微分値ｇ１がゼロまたは正の値（ｇ１≧０）である場合には微分値ｇ１をそのまま出力する。 The limiter 74 sets the output signal to zero when the differential value g1 is a negative value (g1 <0), and sets the differential value g1 when the differential value g1 is zero or a positive value (g1 ≧ 0). Output as is.

加算部７８は、入力された消費電力（消費電力計算部１５５で算出された消費電力）と、リミッタ７４より出力される微分値ｇ１を加算し、この加算結果を補正後の消費電力として出力する。 The adder 78 adds the input power consumption (power consumption calculated by the power consumption calculator 155) and the differential value g1 output from the limiter 74, and outputs the addition result as corrected power consumption. .

上記のように構成された微分演算部１５８では、消費電力計算部１５５で算出された消費電力に対して、微分値（リミッタ７４の出力信号）を加算することにより、負荷１８の消費電力が上昇した場合に、エンジン１１の回転数をいち早く上昇させて、供給する電力を上昇させる。 In the differential operation unit 158 configured as described above, the power consumption of the load 18 is increased by adding the differential value (the output signal of the limiter 74) to the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 155. In this case, the number of revolutions of the engine 11 is quickly increased to increase the power to be supplied.

次に、図１０，図１１に示すタイミングチャートを参照して、本実施形態に係るインバータ発電装置１００の作用について説明する。 Next, the operation of the inverter power generation device 100 according to the present embodiment will be described with reference to the timing charts shown in FIGS.

図１０，図１１は時間経過に伴う各信号の変化を示すタイミングチャートであり、図１０は本実施形態に係る微分演算を実施しない場合（図２に示す微分演算部１５８を設けない場合）を示し、図１１は本実施形態に係る微分演算を実施した場合を示している。また、図１０，図１１において、（ａ）は負荷１８の消費電力の変化を示し、（ｂ）はコンバータ電流の変化を示し、（ｃ）はＰＮ電圧（主回路コンデンサ１９に充電される電圧）の変化を示し、（ｄ）はエンジン１１の回転数の変化を示している。 10 and 11 are timing charts showing changes in each signal with time. FIG. 10 shows a case where the differential calculation according to the present embodiment is not performed (when the differential calculation unit 158 shown in FIG. 2 is not provided). FIG. 11 shows a case where the differential operation according to the present embodiment is performed. 10 and 11, (a) shows the change in power consumption of the load 18, (b) shows the change in converter current, and (c) shows the PN voltage (the voltage charged in the main circuit capacitor 19). ), And (d) shows a change in the rotational speed of the engine 11.

まず、図１０を参照して微分演算を実行しない場合の作用について説明する。いま、図１０に示す時刻ｔ１で負荷１８の消費電力がランプ状に上昇すると、図２に示す消費電力計算部１５５で算出される消費電力（推定電力）は、図１０（ａ）に示すように、一定の傾きを持った直線状に上昇することとなり、この消費電力の変動に伴って、図１０（ｃ）に示すようにＰＮ電圧は急激に低下する。その結果、図１０（ｂ）に示すように、コンバータ１４は低下したＰＮ電圧を復帰させるために、出力する電流を電流制限値まで増大する。 First, with reference to FIG. 10, an operation when the differential operation is not executed will be described. Now, when the power consumption of the load 18 increases in a ramp shape at time t1 shown in FIG. 10, the power consumption (estimated power) calculated by the power consumption calculation unit 155 shown in FIG. 2 is as shown in FIG. In addition, the voltage rises linearly with a certain slope, and the PN voltage rapidly decreases as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 10B, the converter 14 increases the output current to the current limit value in order to recover the lowered PN voltage.

この際、図７に示す回転数対応テーブルで設定される回転数指示値は、消費電力の増加に伴って低い値から徐々に増加するので、エンジン１１の回転数は急激に上昇することができず、図１０（ｄ）に示すように、出力トルクの増大によりエンジン１１の回転数は低下する。そして、消費電力がランプ状に上昇すると、エンジン１１の出力トルクが増大し続けるので、該エンジン１１は回転数を上昇させることができずに、ストールする方向に推移することとなる。 At this time, since the rotation speed instruction value set in the rotation speed correspondence table shown in FIG. 7 gradually increases from a low value as the power consumption increases, the rotation speed of the engine 11 can rapidly increase. First, as shown in FIG. 10 (d), the rotational speed of the engine 11 decreases due to the increase in the output torque. When the power consumption rises in a ramp shape, the output torque of the engine 11 continues to increase. Therefore, the engine 11 cannot increase the rotational speed and changes in a stalling direction.

次に、図１１を参照して、本実施形態に係る微分演算部１５８にて微分演算を実行した場合の作用について説明する。図１１に示す時刻ｔ２で負荷１８の消費電力がランプ状に上昇すると、図２に示す微分演算部１５８で算出される消費電力（微分後の推定電力）は、図１１（ａ）に示すように、ステップ状に上昇し、その後曲線状に滑らかに上昇することとなる。この消費電力の変動に伴って、図７に示す回転数対応テーブルで設定される回転数指示値は、高い値に設定されるので、図１１（ｄ）に示すように、エンジン１１の回転数は上昇する。 Next, with reference to FIG. 11, an operation when the differential calculation is executed by the differential calculation unit 158 according to the present embodiment will be described. When the power consumption of the load 18 increases in a ramp shape at time t2 shown in FIG. 11, the power consumption (estimated power after differentiation) calculated by the differential calculation unit 158 shown in FIG. 2 is as shown in FIG. Then, it rises in a step shape and then rises smoothly in a curved shape. As the power consumption fluctuates, the rotation speed instruction value set in the rotation speed correspondence table shown in FIG. 7 is set to a high value, and as shown in FIG. Rises.

従って、時刻ｔ２において、図１１（ｃ）に示すようにＰＮ電圧は一旦低下し、図１１（ｂ）に示すようにコンバータ１４の出力電流は一旦増大するが、エンジン１１の回転数が増加することにより、即時にコンバータ１４に電流を供給することができ、ＰＮ電圧、及びコンバータ１４の出力電流を即時に元の数値に復帰させることができる。その結果、急激な負荷変動が発生した場合でも、エンジン１１がストールすることなく、安定的に運転することができる。 Therefore, at time t2, the PN voltage once decreases as shown in FIG. 11C, and the output current of the converter 14 temporarily increases as shown in FIG. 11B, but the rotational speed of the engine 11 increases. As a result, current can be immediately supplied to the converter 14, and the PN voltage and the output current of the converter 14 can be immediately restored to the original values. As a result, even when a sudden load fluctuation occurs, the engine 11 can be stably operated without stalling.

このようにして、本実施形態に係るインバータ発電装置１００では、インバータ１５の消費電力を消費電力計算部１５５で算出し、更に、算出した消費電力の微分値を微分演算部１５８で算出し、これらを加算して微分後の消費電力を求め、この微分後の消費電力に基づいて、エンジン１１の回転数を設定している。従って、負荷１８の消費電力が急激に増大した場合であっても、この変動に対応してエンジン１１の回転数を適切に上昇させることができ、エンジンのストールを防止することができる。 In this way, in the inverter power generation device 100 according to the present embodiment, the power consumption of the inverter 15 is calculated by the power consumption calculation unit 155, and the differential value of the calculated power consumption is calculated by the differentiation calculation unit 158. Is added to determine the power consumption after differentiation, and the rotational speed of the engine 11 is set based on the power consumption after differentiation. Therefore, even if the power consumption of the load 18 increases rapidly, the rotational speed of the engine 11 can be appropriately increased in response to this change, and engine stall can be prevented.

また、微分演算部１５８はリミッタ７４（図８参照）を有し、微分値ｇ１が負の値の場合には、これを加算部７８にて加算しないので、微分後の消費電力（図８に示す加算部７８の出力）が不必要に変動することを防止することができ、エンジン１１の回転数を安定化することができる。 Further, the differential operation unit 158 has a limiter 74 (see FIG. 8), and when the differential value g1 is a negative value, the addition unit 78 does not add it, so that the power consumption after differentiation (see FIG. 8). It is possible to prevent the output of the adder 78 shown) from changing unnecessarily, and to stabilize the rotational speed of the engine 11.

以上、本発明のインバータ発電装置１００を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。 As mentioned above, although the inverter electric power generating apparatus 100 of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, The structure of each part is replaced with the thing of the arbitrary structures which have the same function. be able to.

例えば、上述した実施形態では、図１に示したように各相毎に電流計１５７を設ける構成としたが、２つの相にのみ電流計を設ける構成とすることも可能である。 For example, in the above-described embodiment, the ammeter 157 is provided for each phase as shown in FIG. 1, but an ammeter may be provided for only two phases.

本発明は、急激な負荷変動が発生した場合でもエンジンストールの発生を防止するインバータ発電機を提供する上で有用である。 The present invention is useful in providing an inverter generator that prevents the occurrence of engine stall even when a sudden load fluctuation occurs.

１１エンジン
１２カップリング
１３同期モータ
１４コンバータ
１５インバータ
１６ＬＣフィルタ
１７遮断機
１８負荷
１９主回路コンデンサ
２０ＥＣＵ
３１電圧補正部
３２２相・３相変換部
３３ＰＷＭ波形変換部
３４電気角生成部
３５３相・２相変換部
４１乗算部
４２乗算部
４３演算部
４４ローパスフィルタ
５１乗算部
５２乗算部
５３演算部
５４遅延部
５５減算部
５６加算部
６１スイープ演算部
６２乗算部
６３減算部
７１乗算部
７２乗算部
７３遅延部
７４リミッタ
７５減算部
７６加算部
７７減算部
７８加算部
１００インバータ発電装置
１５０スイッチング回路
１５１ＰＮ電圧検出部
１５２ＰＷＭ信号生成部
１５３周波数指令生成部
１５４電圧指令生成部
１５５消費電力計算部
１５６電流検出変換部
１５７電流計
１５８微分演算部
１５９回転数決定部
１５９ａ回転数対応テーブル
ＳＷ１スイッチ 11 Engine 12 Coupling 13 Synchronous Motor 14 Converter 15 Inverter 16 LC Filter 17 Circuit Breaker 18 Load 19 Main Circuit Capacitor 20 ECU
31 Voltage Correction Unit 32 2 Phase / 3 Phase Conversion Unit 33 PWM Waveform Conversion Unit 34 Electrical Angle Generation Unit 35 3 Phase / 2 Phase Conversion Unit 41 Multiply Unit 42 Multiply Unit 43 Arithmetic Unit 44 Low Pass Filter 51 Multiply Unit 52 Multiply Unit 53 Arithmetic Unit 54 delay unit 55 subtraction unit 56 addition unit 61 sweep operation unit 62 multiplication unit 63 subtraction unit 71 multiplication unit 72 multiplication unit 73 delay unit 74 limiter 75 subtraction unit 76 addition unit 77 subtraction unit 78 addition unit 100 inverter generator 150 switching circuit 151 PN voltage detection unit 152 PWM signal generation unit 153 Frequency command generation unit 154 Voltage command generation unit 155 Power consumption calculation unit 156 Current detection conversion unit 157 Ammeter 158 Differentiation calculation unit 159 Rotational speed determination unit 159a Rotational speed correspondence table SW1 switch

Claims

A prime mover, a synchronous motor coupled to the prime mover, a converter coupled to the synchronous motor, an inverter coupled to the converter, and power storage means provided between the converter and the inverter. In the inverter power generator that rotates the synchronous motor to output AC power, converts the AC power generated by the synchronous motor into DC by the converter, and converts the DC power to AC power of a desired frequency by the inverter.
Prime mover control means for controlling rotation of the prime mover;
Power consumption calculation means for calculating power consumption of a load based on a voltage command value for driving the inverter and an output current value output from the inverter;
Obtaining a differential value of the power consumption calculated by the power consumption calculation means, correcting the power consumption based on the differential value, and outputting the corrected power consumption;
A correspondence table showing a correspondence relationship between the power consumption and the number of revolutions of the prime mover; the number of revolutions of the prime mover is obtained based on the corrected power consumption output from the differential calculation means; A rotational speed determining means for feeding back to the control means ,
The differential operation means is
Limiter means for setting the differential value to zero when the differential value obtained by differentiating the power consumption is a negative value, and outputting the differential value as it is when the differential value is zero or a positive value When,
Adding means for adding the power consumption calculated by the power consumption calculating means and the numerical value output from the limiter means;
An inverter power generation device that outputs the addition result by the addition means as corrected power consumption .

In the correspondence table, the minimum number of revolutions is set when the power consumption is equal to or less than the first threshold, the maximum number of revolutions is set when the power consumption is equal to or greater than the second threshold value that is larger than the first threshold, and the power consumption is equal to the power consumption. 2. The inverter power generator according to claim 1, wherein between the first threshold value and the second threshold value, the number of revolutions of the prime mover monotonously increases with an increase in power consumption.