JPH11313490A - 電力変換装置および該装置の回生用付加装置 - Google Patents

電力変換装置および該装置の回生用付加装置

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JPH11313490A
JPH11313490A JP10118706A JP11870698A JPH11313490A JP H11313490 A JPH11313490 A JP H11313490A JP 10118706 A JP10118706 A JP 10118706A JP 11870698 A JP11870698 A JP 11870698A JP H11313490 A JPH11313490 A JP H11313490A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電源を使用して誘導電動機の可変速駆動
制御が可能であるという高い汎用性を備えるとともに、
誘導障害波対策など複雑で高価な対策を要することなく
誘導電動機の回転慣性エネルギーの回生利用が可能とな
る電力変換装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 カ行時は、スイッチ10は接点1を選択
し、インバータ回路6はブリッジ整流器2からの電圧と
コンデンサ8の電圧との和の電圧を直流入力電圧として
これを交流に変換して誘導電動機7を回転駆動する。こ
れによってコンデンサ8に蓄積された電荷が放電する。
回生時は、スイッチ10は接点2を選択し、インバータ
回路6は発電機として動作する誘導電動機からの交流を
直流に変換してコンデンサ8を充電する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源を電源
とし、誘導電動機など交流電圧で駆動される回転機負荷
の力行回生制御が可能な電力変換装置および該装置の回
生用付加装置に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】図1
0は標準的な汎用インバータの主回路構成を示してい
る。図において、D1〜D6まではブリッジ整流器を、T
1〜Tr6まではインバータ回路を、C0は整流器の平滑
コンデンサを、L0は同じく平滑リアクトルを、R0は発
電制動抵抗器を、Tr7は発電制動時に作用する半導体ス
イッチを、そしてMは誘導電動機を夫々示している。一
般にブリッジ整流器とインバータ回路を含めて汎用イン
バータと呼ばれている。L0とR0は機器の外形が大きく
インバータとは別に分けて設置されている。平滑コンデ
ンサは通常電解コンデンサが使われ容量的にも小さく小
型であるので、半導体スイッチも合わせてインバータに
組み込まれている。このインバータを使った誘導電動機
の速度制御の接続構成図を図11に示している。電動機
加速時には、三相交流電源をブリッジ整流器で直流に変
換してLC回路で平滑化しインバータ回路で交流電圧に
変換して電動機に印加する。又、電動機減速時には、イ
ンバータをコンバータとして電動機を交流発電機にして
発電制動抵抗器に発電電力を印加して速度制御を行う。
交流リアクトルL1はブリッジ整流器で交流を整流する
時の力率を改善する為に使われる。
【0003】以上説明したように、電動機減速時に発生
した電力は発電制動抵抗器で消費されるが、この電力を
交流電源側に回生する為にはインバータの外部に図12
に示したDC−ACコンバータを使っている。電源側に
回生制動をする為の回路構成を図13に示している。図
中、LCはPWM制御された矩形波を正弦波にするため
のフィルタである。この回生回路構成により電動機の減
速時に回生制動が作用して有効に電力として利用され
る。しかし、この為には電動機の制御に使うインバータ
に相当するコンバータや正弦波フィルタが不可欠で費用
が高価となる。又電源に回生することによるラジオ波等
に関する誘導障害波対策が更に必要で、ラジオノイズフ
ィルタやインバータ用伝導ノイズフィルタ等を設けなけ
ればならない。この様に電源に回生することは、電力の
有効利用になるが、付属機器が必要になり経済的に実現
することは困難となる。
【0004】一方、最近では、電気二重層コンデンサが
充放電特性に優れていることに着目し、この電気二重層
コンデンサで構成した大容量コンデンサを電動機の駆動
電源に利用した技術が開発されている。例えば、特開平
9−28005号公報では、この電気二重層コンデンサ
を使用し、モータの回生時に上記コンデンサに充電して
力行時にその充電エネルギーを利用する方式のモータ駆
動用電源装置が開示されている。
【0005】しかるに、この装置は、電池をその主電源
として直流モータを駆動するもので、しかも力行時と回
生時とでそれぞれ専用のチョッパ回路を必要とするもの
である。従って、交流電源を使用して誘導電動機を可変
速駆動制御するという汎用性の高い電動機駆動用電源装
置として利用することはできず、かつ、スイッチング回
路(チョッパ回路)が力行用と回生用とにそれぞれ必要
となって、その利用率が悪く装置が高価格化するという
問題点がある。
【0006】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたもので、交流電源を使用して誘導電動
機の可変速駆動制御が可能であるという高い汎用性を備
えるとともに、誘導障害波対策など複雑で高価な対策を
要することなく誘導電動機の回転慣性エネルギーの回生
利用が可能となる電力変換装置を得ることを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る電力変換
装置は、交流電源に接続され交流電圧を直流電圧に変換
するコンバータ、直流電圧を所定の交流電圧に変換して
回転機負荷に供給しその力行回生制御が可能なインバー
タ、上記コンバータの直流側と上記インバータの直流側
との間に挿入された大容量のコンデンサ、力行時は、上
記コンバータからの直流電圧と上記コンデンサの電圧と
を直列にして上記インバータの直流側に供給するよう
に、回生時は、上記インバータからの直流電圧が上記コ
ンデンサに供給されるように、直流側の切換えを行う切
換手段、および上記コンデンサと並列に接続され上記コ
ンデンサの極性反転を防止するダイオードを備えたもの
である。
【0008】また、請求項2に係る電力変換装置は、請
求項1において、その回生時、コンデンサの電圧がその
充電許容電圧以下となるよう、インバータはその直流電
圧を力行時より低く設定するようにしたものである。
【0009】また、請求項3に係る電力変換装置は、請
求項1において、そのインバータの直流側に、抵抗とス
イッチング素子との直列体を接続し、回生時、上記イン
バータの直流電圧がコンデンサの充電許容電圧を越えた
とき上記スイッチング素子をオンするようにしたもので
ある。
【0010】また、請求項4に係る電力変換装置は、請
求項1ないし3のいずれかにおいて、その切換手段は、
コンバータとインバータとの間にコンデンサを介して接
続され、力行時はオンして上記コンバータからの直流電
圧と上記コンデンサの電圧とを直列にして上記インバー
タの直流側に供給し、回生時はオフして上記コンバータ
からの直流電圧が上記インバータの直流側に供給される
のを阻止する第1のスイッチング素子、および上記イン
バータの直流側に上記コンデンサを介して接続され、力
行時はオフし、回生時はオンして上記インバータからの
直流電圧を上記コンデンサに供給する第2のスイッチン
グ素子を備えたものである。
【0011】また、請求項5に係る電力変換装置は、請
求項1ないし3のいずれかにおいて、その力行時、コン
バータは、このコンバータの直流電圧とコンデンサの電
圧との和が一定となるよう、上記コンバータの直流電圧
を制御するようにしたものである。
【0012】また、請求項6に係る電力変換装置は、請
求項5において、そのインバータの直流側にコンデンサ
を介して接続され、力行時はオフし、回生時はオンして
上記インバータからの直流電圧を上記コンデンサに供給
する第3のスイッチング素子を備え、力行時はコンバー
タからの直流電圧と上記コンデンサの電圧とを直列にし
て上記インバータの直流側に供給するようにし、回生時
は、上記コンバータの直流電圧を零に制御し上記インバ
ータからの直流電圧が上記コンデンサに供給されるよう
にしたものである。
【0013】請求項7に係る回生用付加装置は、交流電
源に接続され交流電圧を直流電圧に変換するコンバー
タ、およびこのコンバータからの直流電圧を所定の交流
電圧に変換して回転機負荷に供給するインバータを備え
た汎用電力変換装置に付加するものであって、大容量の
コンデンサ、このコンデンサと並列に接続され上記コン
デンサの極性反転を防止するダイオード、上記コンデン
サの一端に接続された共通接点と力行時に上記共通接点
と接触する第1の接点と回生時に上記共通接点と接触す
る第2の接点とからなるスイッチ、上記第2の接点と上
記コンバータとインバータとの直流側を共通に接続する
一方の端子とを接続するための接続手段、上記第1の接
点と上記コンバータの直流側端子の他方とを接続するた
め接続手段、および上記コンデンサの他端と上記インバ
ータの直流側端子の他方とを接続するための接続手段を
備えたものである。
【0014】請求項8に係る回生用付加装置は、交流電
源に接続され交流電圧を直流電圧に変換するコンバー
タ、およびこのコンバータからの直流電圧を所定の交流
電圧に変換して回転機負荷に供給するインバータを備え
た汎用電力変換装置に付加するものであって、大容量の
コンデンサ、このコンデンサと並列に接続され上記コン
デンサの極性反転を防止するダイオード、一方の極がそ
れぞれ上記コンデンサの一端に接続された第1および第
2のスイッチング素子、上記第2のスイッチング素子の
他方の極と上記コンバータとインバータとの直流側を共
通に接続する一方の端子とを接続するための接続手段、
上記第1のスイッチング素子の他方の極と上記コンバー
タの直流側端子の他方とを接続するための接続手段、お
よび上記コンデンサの他端と上記インバータの直流側端
子の他方とを接続するための接続手段を備えたものであ
る。
【0015】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1における電力変換装置を示す主回路構成図
である。図において、1は商用周波数の交流電源、2は
その交流入力側が交流リアクトル3(L1)を介して交流
電源1に接続されたコンバータとしてのブリッジ整流器
で、ダイオードD1〜D6のブリッジ結線構成からなり交
流入力を一定の直流電圧出力に変換する。4および5
は、ブリッジ整流器2からの電圧を平滑化するためのそ
れぞれ平滑リアクトル4(L0)および平滑コンデンサ5
(C0)である。
【0016】6はブリッジ整流器2からの直流電圧を可
変周波数の交流電圧に変換して誘導電動機7(IM)に
供給するインバータ回路で、トランジスタTr1〜Tr6
とこれと逆並列接続されたフライホイールダイオードD
1〜Df6のブリッジ結線構成からなり、回生制御も可
能となっている。8は一端がインバータ回路6の正極端
子に接続された電気二重層からなる大容量のコンデンサ
(C)、9はコンデンサ8と並列に接続されたダイオー
ドで、後述するように、コンデンサ8の放電時その極性
が反転するのを防止するためのものである。10はその
共通接点がコンデンサ8の他端に接続された接続切換手
段としてのスイッチ(SW)で、その接点1は平滑リア
クトル4と平滑コンデンサ5との接続点に接続され、そ
の接点2はブリッジ整流器2およびインバータ回路6の
共通の負極端子に接続されている。
【0017】次に動作について説明する。先ず、力行
時、即ち、誘導電動機7の起動および加速時は、スイッ
チ10は接点1側を選択しており、ブリッジ整流器2か
らの直流電圧出力は平滑リアクトル4および平滑コンデ
ンサ5で平滑化された後、当初はコンデンサ8は充電さ
れていないので、そのままダイオード9を経てインバー
タ回路6に入力される。インバータ回路6はこの直流電
圧を入力とし、図示しない制御装置が各トランジスタT
1〜Tr6にスイッチング信号を送出して指令値に応じ
た可変周波数の交流電圧を出力して誘導電動機7に供給
する。これによって、誘導電動機7は起動し、続いて所
定の加速動作を行う。即ち、交流電源を使用して誘導電
動機を可変速駆動制御するという汎用性の高い電動機駆
動用電源装置として機能する訳である。
【0018】次に、誘導電動機7の回生制動時は、スイ
ッチ10を接点1側から接点2側へ切り換えるととも
に、インバータ回路6の制御装置は回生モードで各トラ
ンジスタTr1〜Tr6をオンオフ制御し、誘導電動機7
のもつ機械的慣性エネルギーによる交流電力を直流電力
に逆変換し、これによってコンデンサ8を充電する。こ
のコンデンサ8は充電動作が進むに連れてその端子電圧
は上昇するが、電気二重層コンデンサはその電圧が許容
値を越えると内部で電気分解を生じて特性が劣化するの
で、これを考慮してインバータ回路6はその直流出力電
圧を、力行時の直流電圧より低い値に設定する。これら
直流電圧の設定は、インバータ回路6の制御装置の例え
ばROM等に書き込むスイッチング信号発生パターンを
力行/回生で区分することにより、極めて簡便に実施可
能であり、主回路構成の変更は不要である。
【0019】コンデンサ8が充電された後、誘導電動機
7が力行運転に入ると、スイッチ10は再び接点1側に
戻り、ブリッジ整流器2からの直流出力電圧とコンデン
サ8の充電電圧とが直列となった電圧がインバータ回路
6に入力されることになる。インバータ回路6はこの直
列の電圧を所定の交流電圧に変換して誘導電動機7へ供
給する。この場合、コンデンサ8は放電によりその電圧
を次第に低下させていくので、インバータ回路6もこの
入力直流電圧の変化を含めて交流出力電圧を制御する必
要がある。コンデンサ8の負荷がすべて放電されその電
圧が零となると、動作の最初に説明したように、ブリッ
ジ整流器2からの直流電圧はダイオード9を経てインバ
ータ回路6に入力される。従って、コンデンサ8の逆充
電は防止される。
【0020】以上のように、力行時はブリッジ整流器2
の電圧にコンデンサ8の充電電圧が加算された電圧がイ
ンバータ回路6に入力されるので、インバータ回路6は
この電圧がそのトランジスタ等の耐圧を越えないように
する必要がある。既述した通り、電気二重層コンデンサ
の特性から回生時のコンデンサ8の充電電圧を低く抑え
ているので、このことが力行時のインバータ回路6の耐
圧面にも有利に働くことになる。
【0021】図2はこの電力変換装置における、誘導電
動機7の起動からの速度制御状況を示す動作図である。
時刻t1で加速指令が立ち上がると、交流電源1が供給
されブリッジ整流器2の直流出力E1が立ち上がる。ス
イッチ10は接点1を選択しているが、コンデンサ8は
充電されていないので、この電圧E1がダイオード9を
経てそのままインバータ回路6に印加される。以後、イ
ンバータ回路6は、この入力電圧E1一定の条件で、時
刻t1〜t2、t3〜t4での加速指令に応じて、その出力
周波数およびこの周波数に比例してその交流出力電圧を
上昇させていく。
【0022】次に、時刻t5で減速指令が立ち上がる
と、スイッチ10は接点2を選択し、インバータ回路6
は回生モードでコンデンサ8への充電を開始する。この
充電動作で、コンデンサ8の端子電圧は上昇し、減速指
令が立下がる時刻t6で電圧E2 に達する。以後、コンデ
ンサ8の電圧はE2一定を保つが、時刻t7で再び加速指
令が立ち上がると、スイッチ10は接点1を選択し、こ
の瞬間、インバータ回路6にはブリッジ整流器2からの
電圧E1とコンデンサ8の充電電圧E2との和、E1+E2
の電圧が印加される。以後、コンデンサ8は放電を続
け、この例では、加速指令が立下がる時刻t8で丁度、
放電が完了して電圧が零となり、従って、インバータ回
路6の直流入力電圧は電圧E1に戻る。即ち、時刻t5
6での減速によるエネルギーがコンデンサ8の充電の
形で蓄積され、時刻t7〜t8での加速時にコンデンサ8
の放電の形で上記蓄積エネルギーが放出され、電力の回
生が行われた訳である。
【0023】この場合、充電電圧E2が、その電気二重
層コンデンサ8の許容電圧よりも低く、また、電圧E1
+E2がインバータ回路6の耐圧値よりも低くなるよう
に、インバータ回路6の回生時における直流出力電圧が
制御される。
【0024】実施の形態2.図3はこの発明の実施の形
態2における電力変換装置を示す主回路構成図である。
ここでは、従来の技術で説明した標準的な汎用インバー
タを活用して本発明を適用する場合の応用例を示してい
る。即ち、図中、一点鎖線で囲まれた部分が標準的な汎
用インバータである。そして、通常は、交流電源1をブ
リッジ整流器2で直流に変換して外部に接続する平滑リ
アクトル4と内部に設けられた平滑コンデンサ5で平滑
化し、この平滑化した直流電圧をインバータ回路6で可
変周波数の交流電圧に変換して誘導電動機7の起動およ
び加速の制御を行う。減速のときは、誘導電動機7を交
流発電機としてインバータ回路6で交流を直流に変換
し、内部に設けた半導体スイッチ11(Tr7)を作用
させて外部に接続した抵抗器12(R0)に通電して発
電制動している。
【0025】この発明の実施の形態2では、以上で説明
した従来からの汎用インバータを有効に活用し、これ
に、図3に示すように、コンデンサ8、ダイオード9お
よびスイッチ10を追加する。そして、コンデンサ8と
ダイオード9とは互いに並列に接続し、その一端は、イ
ンバータ回路6の正極側を引き出す端子hに接続する。
コンデンサ8およびダイオード9の他端はスイッチ10
の共通接点に接続する。また、スイッチ10の接点1
は、一端がブリッジ整流器2の直流側を引き出す端子g
に接続された平滑リアクトル4の他端に接続する。スイ
ッチ10の接点2はブリッジ整流器2とインバータ回路
6との共通の負極側を引き出す端子jに接続する。
【0026】次に、起動から制動停止までの動作を図4
により説明する。時刻t1〜t2、t3〜t4で加速指令、
時刻t5〜t6で減速指令、更にその後、時刻t7で加速
指令が立ち上がっているが、ここまでの動作は、先の実
施の形態1の図2の場合と全く同一であるので、説明は
省略する。図4では、時刻t7で加速指令が立ち上が
り、ブリッジ整流器2からの電圧E1とコンデンサ8に
充電されていた電圧E2との和、E1+E2の電圧を入力
にインバータ回路6が力行モードで動作し、コンデンサ
8の電荷を放電しつつ加速を進め、時刻t61でコンデン
サ8の電荷、従って電圧は零になり、以後、インバータ
回路6は入力電圧E1で時刻t8まで加速動作を行う。
【0027】次に、時刻t9で停止のための減速指令が
立ち上がると、スイッチ10は接点2を選択し、誘導電
動機7の減速に伴うエネルギーによりコンデンサ8を充
電する動作に入る。この充電動作の進行により、コンデ
ンサ8の端子電圧が次第に上昇してその許容電圧E2
越えると、これを検出して半導体スイッチ11がオンす
る。これにより、インバータ回路6の直流電圧、即ち、
コンデンサ8の電圧はその許容電圧E2に保たれ、以
後、誘導電動機7が停止して減速指令が立下がる時刻t
10までは、抵抗器12に通電する発電制動となる。
【0028】図4の斜線のハッチングで示す部分が抵抗
器12への放流によってコンデンサ8の過電圧を防止し
ていることを示す。即ち、この過電圧防止策を設けない
と、時刻t10には、コンデンサ8の電圧はE3(E3
2)に達している訳である。
【0029】図5は、汎用インバータに付加する部分を
回生用付加装置13として別個に示したものである。図
において、端子Xは、平滑リアクトル4を介して汎用イ
ンバータにおけるブリッジ整流器2の直流側を引き出す
端子gに接続する。端子Yは、汎用インバータにおける
ブリッジ整流器2とインバータ回路6との共通の負極側
を引き出す端子jに接続する。そして、端子Zは、汎用
インバータにおけるインバータ回路6の正極側を引き出
す端子hに接続する。
【0030】以上のように、この実施の形態2において
は、従来からの汎用インバータを有効に活用できるの
で、新たな投入コストを低減することができるととも
に、コンデンサ8の充電電圧を所定の許容値内に制限す
る半導体スイッチ11および抵抗器12の回路を設けて
いるので、電気二重層コンデンサの使用時の信頼性が向
上しかつ制動動作が確実に達成され安全性が向上する。
【0031】実施の形態3.図6は図5で説明した回生
用付加装置の変形例である。即ち、この回生用付加装置
16では、図5のスイッチ10の代わりに、第1のスイ
ッチング素子であるサイリスタ素子14および第2のス
イッチング素子であるサイリスタ素子15を設けてい
る。各端子X、Y、Zと汎用インバータとの接続要領は
図5の回生用付加装置13の場合と全く同様である。
【0032】次に、この回生用付加装置16を汎用イン
バータに付加した場合の動作について説明する。先ず、
力行時は、サイリスタ素子14をオン、サイリスタ素子
15をオフに制御する。これにより、ブリッジ整流器2
からの直流電圧とコンデンサ8の電圧とが直列となって
インバータ回路6の直流側に供給され、インバータ回路
6はこの直流入力電圧を交流に変換して誘導電動機7を
駆動する。また、回生時は、サイリスタ素子14をオ
フ、サイリスタ素子15をオンに制御する。これによっ
て、ブリッジ整流器2の直流側とコンデンサ8とは回路
が断たれるとともに、回生によるインバータ回路6から
の直流電圧がコンデンサ8に供給されその充電動作が行
われる。
【0033】以上のように、先に説明した実施の形態2
の場合と全く同様の力行、回生、そして、コンデンサ8
の放電、充電の動作が実現する。この実施の形態3で
は、大電流が流れる主回路の無接点化が実現するので、
装置としての信頼性が向上するとともに、保守面のコス
トも低減する。
【0034】実施の形態4.図7はこの発明の実施の形
態4における電力変換装置を示す主回路構成図である。
実施の形態1の図1と異なるのは、ブリッジ整流器2を
サイリスタTh1〜Th6のブリッジ結線構成からなるサ
イリスタコンバータ2Aに替えた点のみである。このサ
イリスタコンバータ2Aは図示しない制御装置により各
サイリスタTh1〜Th6をスイッチング制御することに
よりその直流出力電圧を制御することができる。そし
て、このサイリスタコンバータ2Aは、力行時、このサ
イリスタコンバータ2Aの直流出力電圧とコンデンサ8
の電圧との和が一定(E1)となるよう、その直流出力
電圧を制御する。
【0035】次に、実際に、起動、加速、減速を行った
場合の動作を図8により説明する。時刻t1で加速指令
が立ち上がると、交流電源1が供給され、スイッチ10
は接点1を選択しているが、コンデンサ8は充電されて
おらずその電圧は零であるので、サイリスタコンバータ
2Aは一定の直流出力電圧E1を立ち上げ、これがダイ
オード9を経てそのままインバータ回路6に印加され
る。以後、インバータ回路6は、この入力電圧E1一定
の条件で、時刻t1〜t2、t3〜t4での加速指令に応じ
て、その出力周波数およびこの周波数に比例してその交
流出力電圧を上昇させていく。
【0036】次に、時刻t5〜t6で減速指令が出される
が、この部分は図2の場合と同様に、スイッチ10は接
点2を選択してコンデンサ8を充電していく。時刻t6
でこの充電電圧がE2に達した後、時刻t7で再び加速指
令が立ち上がると、スイッチ10は再び接点1を選択し
てサイリスタコンバータ2Aからの電圧とコンデンサ8
の充電電圧E2との和がインバータ回路6に印加される
ことになる。この場合、サイリスタコンバータ2Aの出
力電圧がそれまでのE1であると、上記和電圧E1+E2
は一定保持電圧E1を越えることになるので、サイリス
タコンバータ2Aの制御装置が直ちに動作してその出力
電圧を(E1−E2)に降下させる。これにより、インバ
ータ回路6への印加電圧は一定値E1となる。
【0037】加速動作の進行に伴いコンデンサ8の充電
電圧が減少していくので、これに対応してサイリスタコ
ンバータ2Aはその出力電圧を上昇させていき、インバ
ータ回路6への入力電圧を常に一定値E1に保つ。時刻
8で加速が終わり、同時にコンデンサ8の蓄積電荷も
消滅してその電圧が零になると、以後、サイリスタコン
バータ2Aは元の電圧E1を出力することになる。
【0038】以上のように、この実施の形態4において
は、力行時にその出力電圧を制御可能なサイリスタコン
バータ2Aを採用したので、コンデンサ8に蓄積した電
荷を放電して電力回生を行う際のインバータ回路6の入
力側への過電圧負担を解消することができ、インバータ
回路6のトランジスタ等の設計、適用条件が緩和され、
全体として経済的で信頼性の高い電力変換装置を実現す
ることができる。
【0039】実施の形態5.図9はこの発明の実施の形
態5における電力変換装置を示す主回路構成図である。
実施の形態4と異なるのは、スイッチ10を第3のスイ
ッチング素子であるサイリスタ素子17に代えた点のみ
である。力行時は、サイリスタ素子17をオフに制御
し、実施の形態4で説明したと全く同様に、サイリスタ
コンバータ2Aからの直流電圧とコンデンサ8の電圧と
が直列となってインバータ回路6の直流側に供給され、
インバータ回路6はこの直流入力電圧を交流に変換して
誘導電動機7を駆動する。回生時は、サイリスタ素子1
7をオンに制御するとともに、サイリスタコンバータ2
Aの出力電圧を零に制御して実質的にサイリスタコンバ
ータ2Aをコンデンサ8の回路から断ち、回生によるイ
ンバータ回路6からの直流電圧がコンデンサ8に供給さ
れその充電動作が行われる。
【0040】以上のように、この実施の形態5では、サ
イリスタコンバータ2Aの出力電圧制御能力を有効に活
かし、簡単な構成で主回路の無接点化が可能となり、信
頼性、経済性が向上する利点がある。
【0041】なお、上記各実施の形態では、各変換回路
のスイッチング素子としてトランジスタやサイリスタを
使用した場合について示したが、例えばIGBTなど他
の種類のスイッチング素子を使用するようにしてもよ
い。また、交流電源および誘導電動機のいずれも3相方
式のものとして説明しているが、いずれかまたは双方を
単相方式のものとしてもよい。
【0042】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る電力変換
装置は、交流電源に接続され交流電圧を直流電圧に変換
するコンバータ、直流電圧を所定の交流電圧に変換して
回転機負荷に供給しその力行回生制御が可能なインバー
タ、上記コンバータの直流側と上記インバータの直流側
との間に挿入された大容量のコンデンサ、力行時は、上
記コンバータからの直流電圧と上記コンデンサの電圧と
を直列にして上記インバータの直流側に供給するよう
に、回生時は、上記インバータからの直流電圧が上記コ
ンデンサに供給されるように、直流側の切換えを行う切
換手段、および上記コンデンサと並列に接続され上記コ
ンデンサの極性反転を防止するダイオードを備えたの
で、交流電源を使用した回転機負荷の力行運転および上
記交流電源へ悪影響を及ぼすことなく上記回転機負荷の
電力回生運転が確実に実現できる。
【0043】また、請求項2に係る電力変換装置は、そ
の回生時、コンデンサの電圧がその充電許容電圧以下と
なるよう、インバータはその直流電圧を力行時より低く
設定するようにしたので、大容量コンデンサとして適当
な例えば電気二重層コンデンサ等の適用が容易になると
ともに、力行時におけるインバータの耐圧特性が緩和さ
れる。
【0044】また、請求項3に係る電力変換装置は、そ
のインバータの直流側に、抵抗とスイッチング素子との
直列体を接続し、回生時、上記インバータの直流電圧が
コンデンサの充電許容電圧を越えたとき上記スイッチン
グ素子をオンするようにしたので、コンデンサの耐電圧
保護が確実になされて信頼性が向上するとともに、回転
機負荷の制動動作が確実になされて安全性が向上する。
【0045】また、請求項4に係る電力変換装置の切換
手段は、コンバータとインバータとの間にコンデンサを
介して接続され、力行時はオンして上記コンバータから
の直流電圧と上記コンデンサの電圧とを直列にして上記
インバータの直流側に供給し、回生時はオフして上記コ
ンバータからの直流電圧が上記インバータの直流側に供
給されるのを阻止する第1のスイッチング素子、および
上記インバータの直流側に上記コンデンサを介して接続
され、力行時はオフし、回生時はオンして上記インバー
タからの直流電圧を上記コンデンサに供給する第2のス
イッチング素子を備えたので、主回路の無接点化が実現
し、信頼性が向上するとともに保守費用が低減する。
【0046】また、請求項5に係る電力変換装置は、そ
の力行時、コンバータは、このコンバータの直流電圧と
コンデンサの電圧との和が一定となるよう、上記コンバ
ータの直流電圧を制御するようにしたので、インバータ
の入力電圧が常に一定値となり、小型化、低コストが可
能になるとともに信頼性が向上する。
【0047】また、請求項6に係る電力変換装置は、そ
のインバータの直流側にコンデンサを介して接続され、
力行時はオフし、回生時はオンして上記インバータから
の直流電圧を上記コンデンサに供給する第3のスイッチ
ング素子を備え、力行時はコンバータからの直流電圧と
上記コンデンサの電圧とを直列にして上記インバータの
直流側に供給するようにし、回生時は、上記コンバータ
の直流電圧を零に制御し上記インバータからの直流電圧
が上記コンデンサに供給されるようにしたので、簡単な
構成で主回路の無接点化が実現し、信頼性が向上すると
ともに保守費用が低減する。
【0048】請求項7に係る回生用付加装置は、交流電
源に接続され交流電圧を直流電圧に変換するコンバー
タ、およびこのコンバータからの直流電圧を所定の交流
電圧に変換して回転機負荷に供給するインバータを備え
た汎用電力変換装置に付加するものであって、大容量の
コンデンサ、このコンデンサと並列に接続され上記コン
デンサの極性反転を防止するダイオード、上記コンデン
サの一端に接続された共通接点と力行時に上記共通接点
と接触する第1の接点と回生時に上記共通接点と接触す
る第2の接点とからなるスイッチ、上記第2の接点と上
記コンバータとインバータとの直流側を共通に接続する
一方の端子とを接続するための接続手段、上記第1の接
点と上記コンバータの直流側端子の他方とを接続するた
め接続手段、および上記コンデンサの他端と上記インバ
ータの直流側端子の他方とを接続するための接続手段を
備えたので、汎用電力変換装置を有効に活用して低い投
入コストで、電力回生が可能な電力変換装置が実現す
る。
【0049】請求項8に係る回生用付加装置は、交流電
源に接続され交流電圧を直流電圧に変換するコンバー
タ、およびこのコンバータからの直流電圧を所定の交流
電圧に変換して回転機負荷に供給するインバータを備え
た汎用電力変換装置に付加するものであって、大容量の
コンデンサ、このコンデンサと並列に接続され上記コン
デンサの極性反転を防止するダイオード、一方の極がそ
れぞれ上記コンデンサの一端に接続された第1および第
2のスイッチング素子、上記第2のスイッチング素子の
他方の極と上記コンバータとインバータとの直流側を共
通に接続する一方の端子とを接続するための接続手段、
上記第1のスイッチング素子の他方の極と上記コンバー
タの直流側端子の他方とを接続するための接続手段、お
よび上記コンデンサの他端と上記インバータの直流側端
子の他方とを接続するための接続手段を備えたので、汎
用電力変換装置を有効に活用して低い投入コストで、電
力回生が可能な電力変換装置が実現するとともに、主回
路の無接点化が実現し、信頼性が向上するとともに保守
費用が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における電力変換装
置を示す主回路構成図である。
【図2】 図1の電力変換装置の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態2における電力変換装
置を示す主回路構成図である。
【図4】 図3の電力変換装置の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
【図5】 汎用インバータに付加する回生用付加装置1
3を示す構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態3における回生用付加
装置を示す構成図である。
【図7】 この発明の実施の形態4における電力変換装
置を示す主回路構成図である。
【図8】 図7の電力変換装置の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
【図9】 この発明の実施の形態5おける電力変換装置
を示す構成図である。
【図10】 従来の標準的な汎用インバータを示す主回
路構成図である。
【図11】 図10のインバータを使って誘導電動機を
速度制御する場合の接続構成図である。
【図12】 従来のDC−ACコンバータを示す主回路
構成図である。
【図13】 図12のコンバータを使って電源側への回
生制動を行う場合の接続構成図である。
【符号の説明】
1 交流電源、2 ブリッジ整流器、2A サイリスタ
コンバータ、6 インバータ回路、7 誘導電動機、8
コンデンサ、9 ダイオード、10 スイッチ、11
半導体スイッチ、12 抵抗器、14,15,17
サイリスタ素子、13,16 回生用付加装置。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源に接続され交流電圧を直流電圧
    に変換するコンバータ、直流電圧を所定の交流電圧に変
    換して回転機負荷に供給しその力行回生制御が可能なイ
    ンバータ、上記コンバータの直流側と上記インバータの
    直流側との間に挿入された大容量のコンデンサ、力行時
    は、上記コンバータからの直流電圧と上記コンデンサの
    電圧とを直列にして上記インバータの直流側に供給する
    ように、回生時は、上記インバータからの直流電圧が上
    記コンデンサに供給されるように、直流側の切換えを行
    う切換手段、および上記コンデンサと並列に接続され上
    記コンデンサの極性反転を防止するダイオードを備えた
    電力変換装置。
  2. 【請求項2】 回生時、コンデンサの電圧がその充電許
    容電圧以下となるよう、インバータはその直流電圧を力
    行時より低く設定するようにしたことを特徴とする請求
    項1記載の電力変換装置。
  3. 【請求項3】 インバータの直流側に、抵抗とスイッチ
    ング素子との直列体を接続し、回生時、上記インバータ
    の直流電圧がコンデンサの充電許容電圧を越えたとき上
    記スイッチング素子をオンするようにしたことを特徴と
    する請求項1記載の電力変換装置。
  4. 【請求項4】 切換手段は、コンバータとインバータと
    の間にコンデンサを介して接続され、力行時はオンして
    上記コンバータからの直流電圧と上記コンデンサの電圧
    とを直列にして上記インバータの直流側に供給し、回生
    時はオフして上記コンバータからの直流電圧が上記イン
    バータの直流側に供給されるのを阻止する第1のスイッ
    チング素子、および上記インバータの直流側に上記コン
    デンサを介して接続され、力行時はオフし、回生時はオ
    ンして上記インバータからの直流電圧を上記コンデンサ
    に供給する第2のスイッチング素子を備えたことを特徴
    とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電力変換装
    置。
  5. 【請求項5】 力行時、コンバータは、このコンバータ
    の直流電圧とコンデンサの電圧との和が一定となるよ
    う、上記コンバータの直流電圧を制御するようにしたこ
    とを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電
    力変換装置。
  6. 【請求項6】 インバータの直流側にコンデンサを介し
    て接続され、力行時はオフし、回生時はオンして上記イ
    ンバータからの直流電圧を上記コンデンサに供給する第
    3のスイッチング素子を備え、力行時はコンバータから
    の直流電圧と上記コンデンサの電圧とを直列にして上記
    インバータの直流側に供給するようにし、回生時は、上
    記コンバータの直流電圧を零に制御し上記インバータか
    らの直流電圧が上記コンデンサに供給されるようにした
    ことを特徴とする請求項5記載の電力変換装置。
  7. 【請求項7】 交流電源に接続され交流電圧を直流電圧
    に変換するコンバータ、およびこのコンバータからの直
    流電圧を所定の交流電圧に変換して回転機負荷に供給す
    るインバータを備えた汎用電力変換装置に付加するもの
    であって、大容量のコンデンサ、このコンデンサと並列
    に接続され上記コンデンサの極性反転を防止するダイオ
    ード、上記コンデンサの一端に接続された共通接点と力
    行時に上記共通接点と接触する第1の接点と回生時に上
    記共通接点と接触する第2の接点とからなるスイッチ、
    上記第2の接点と上記コンバータとインバータとの直流
    側を共通に接続する一方の端子とを接続するための接続
    手段、上記第1の接点と上記コンバータの直流側端子の
    他方とを接続するため接続手段、および上記コンデンサ
    の他端と上記インバータの直流側端子の他方とを接続す
    るための接続手段を備えた回生用付加装置。
  8. 【請求項8】 交流電源に接続され交流電圧を直流電圧
    に変換するコンバータ、およびこのコンバータからの直
    流電圧を所定の交流電圧に変換して回転機負荷に供給す
    るインバータを備えた汎用電力変換装置に付加するもの
    であって、大容量のコンデンサ、このコンデンサと並列
    に接続され上記コンデンサの極性反転を防止するダイオ
    ード、一方の極がそれぞれ上記コンデンサの一端に接続
    された第1および第2のスイッチング素子、上記第2の
    スイッチング素子の他方の極と上記コンバータとインバ
    ータとの直流側を共通に接続する一方の端子とを接続す
    るための接続手段、上記第1のスイッチング素子の他方
    の極と上記コンバータの直流側端子の他方とを接続する
    ための接続手段、および上記コンデンサの他端と上記イ
    ンバータの直流側端子の他方とを接続するための接続手
    段を備えた回生用付加装置。
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