JPS58207882A - 交流モ−タの回生エネルギ−処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流モータの回生エネルギー処理装置に関し、
特に交流モータの回生エネルギーを交流電源に戻すもの
に関する。

一般に、モータの慣性エネルギー或いはモータが外部か
らもらうエネルギーにより、モータが発生する回生エネ
ルギーは、モータ駆動側の肩（パルス・ウィドウス・モ
ジェレーシ冒ン）ＩＫＩｌｌＥ。

回路が接続されている直流電源線のｔ位の上昇をもたら
し、この上昇により！ｌ流回路に含まれる平滑コンデン
サや陽駆動回路に含まれる交流モータ駆動用半導体スイ
ッチが破壊さｎる危険があるので、伺らかの手段で処理
する８倹がおる。

回生エネルヤーｔｌ−処理する手段の１つとして、回生
エネルギーを交流を源に戻す方式が知られている。

回件工坏ルギーを交流電源に戻す従来の処理仮借におい
ては、後に詳述するように、交流モータのが速モードの
期間に交流電源の各相間の電圧を暫枡し、名相間のｔＥ
Ｅカニ一定使ゆ上の大きい時間帯でＩ・生エンルギー処
理用半導伴スイッチを閉じて直流電源線の電流を交流電
源に戻していた。交流電源の相１％Ｊ′ｌ電圧が大きい
ときに口止電流を交流を源に戻すことにより、回生エネ
ルギーは効率よく交流電源に戻される。

しかしながら、交流モータの動作モードは回生、循環、
消費の３モードを繰り返しており、減速モードにおいて
各相間の電圧が一定値以上でｂっでも、あすしも回生状
態にるるとは限らない。上記の如く、各相間の電圧が一
定値以上の時間帯のすべてにおいて回住エネルギー処理
用半導体スイッ・１・１１１ チを閉じることにより、この半導体スイッチを保トする
ために直流を原線と半導体スイッチとの間に挿入てれて
いる虻抗器で大電力が？Ｐ費される。

このため、その折＠器は大電力用のものが必要となり、
大電力用抵抗器の寸法は他の素子に比べて極めて大きい
ので、この犬を一刀用抵抗器のために回生エネルギー処
理装置の寸法が大きくな０という問題がめった。

本発明の目的は、上述の従来装置における問題にかんが
み、交流モータの回ＨＥ状態の検出を減速モードと交流
電源の所足値以上の相間電圧という条件の監視に加えて
、交流モータを流れる電流の方向およびｌ駆動回路の状
態を監視することにより行うという構想に基づき、り流
モータの回生エネルギー処理装うにおいて、交流モータ
が回生状態１にりるか否かを各瞬間に判別し、回生状態
のときのみ回生エネルギ〒処理用半導体スイッチ會導通
芒せて回生エネルギー會交流亀源に戻すことにより、回
生エネルギー処理用半導体スイッチを＆論するための抵
抗器におけるｔ力消費を少なく１１ し、その結果小驚力第抵抗器で済ますことを可能にし、
従って回生エネルギー処理仮世の寸法の縮少にしること
にるる。

上記の目的を？成ｊ６ために、本発明によって抄伊芒れ
るものは、交流を源から任絽される交流をを流して直流
を原線に直流を供給する整流回路、訂１流１源紛の間に
接続格ｎておシ、交流モータの駆動時に導通して該交流
モータの名相に該直流！原剤からの電流に供給する′９
流モータ駆動用半導体スイッチを含むｌ形駆動回路、該
直流電源線の間に接卜されており、該交流モータからの
回生エネルギーを該交流１源に戻す回生エネルギー処理
用半導体スイッチおよび該回生エネルギー処理用半導体
スイッチを保護するための抵抗器を含む回生エネルギー
処理回路、該交流モータの各相を流れる電流の方向を検
出する電流方向検出器、該交流モータ駆動用半導体スイ
ッチの非導通状態と、該電流方向抄出器によって検出さ
ｎた電流の方向が該交流モータの駆動時とは逆方向であ
るという状態とｔ条件に回生検出信号を出力する回生抄
出論理回路、および該回生検出信号に応じて該回生エネ
ルギー処理用半導体スイッチを駆動するＩｌ生駆動回＆
を具儂することを將徴とする交流モータの回生エネルギ
ー処理装置である。

以下、本発明の負加９Ｉを図面によって説明する。

第１図は本発明の一実施例による５流モータの回生エネ
ルギー処理装）の概略を示すブロソクロ路図である。第
１図において、１は三相交流電源、２は整流回路、３は
回生エネルギー処理回路、４は界層駆動回路、５は三相
交流モータである。整流口ｉｐ２は６葡のダイオードと
平滑コンデンサＣからなっている。回生エネルギー処理
回路３は、回生エネルギー処理用ＮＰＮ　）ランジスタ
Ｑ１からＱ６と、Ｑｌ　ないしＱ４に大を流が流れるこ
とを防止するための保護抵抗器Ｒ１およびＲ２と力・ら
なっている。ＱｌとＱｘ　　、Ｑａ　とＱ４　　、Ｑａ
とＱ６はそれぞれ直列に接続されている。Ｑｌ　＋　Ｑ
ａ　　＋Ｑ５のコレクタは保護抵抗器Ｒ１を介して直流
電源ＭＶＤＶｃｋＭされている。Ｑ２　　、Ｑ４　　、
Ｑ６のエミッタは保護抵抗器Ｒ２を介して接地紹■８　
に接続てれている。ＱｌからＱ６のベースには、本発明
により得られる駆動信号が剛力［さ？Ｌ、そｎにより、
交流モータ５が回生状、兎、のとぎのみ、回住エイ・ル
ギーが面＃％列抗■ゎからトランジスタＱ１〜Ｑ６　ｋ
介して交流１源に回収てれる。

ｌ駆動回評４は、三相交流をパルス幅変訓して得られる
ＰＷＭ信号を受ける６個のＮＰＮ　）ランジスタＱ７か
らＱ１２と、これらのトランジスタにそわぞれ差列に接
ｅされたダイオードＤ、からＤ６とからなっている。ト
ランジスタＱ７　、Ｑ９およびＱｌ＋のペースにに、肩
信号Ｒ”、Ｓ＋およびＴ＋かそれぞれ剛力ｒされる。ト
ランジスタＱａ＋Ｑｘ。

およびＱ　１２　ノベースニｌ’ｔ　ＰＷＭ　＠号Ｒ−
，Ｓ−およびＴ−がそれそ扛印加宴れる。ダイオードＤ
夏ないしＤ６に交流モータ５を流れる循環を流および交
流モータ５からの回生覧流奢通過させるものである。

６は三相交流電源１の位相検出回路であ。って、減速モ
ードにおりる各相間の電圧が一足値り上になるとそれぞ
れ駆動信号ＡからＦのうち２つを出力する。従来は位相
検出回路１・から出力される駆動信号Ａカ・らＦが直接
に、回生エネルギー処理用トランジスタＱｌからＱ６の
ペースにそれぞれ剛力「、芒扛ていた。

本発明により、鍮生杉出論理回鈍７と、回生駆動回路８
が設けらｎている。

回生朴出阪理回銘７は、交流モータ５を流れる電流の方
向ケ抄出する隻流方向枚出器１０□、１０□および１０
ｇの出力と、鹿制駆動回髭４内の各トランジスタのペー
スに剛力［ざｎるＰＷＭ信号Ｒ，ｔｔ。

Ｓ”、Ｓ−、Ｔ＋、Ｔ−とに基づいて交流モータ５が回
生状態か否かを判定し、回生状態におるときは回生検出
信号を出力する。

回生駆動回路８は、位相検出回路６から出力さｎる駆動
係号ＡないしＦと、回生杉・出論理回路７から出力され
る回生検出信号とに基づいて、回生エネルギー処理用ト
ランジスタＱｌないしＱ６を駆動するための駆動信号Ａ
′ないしＦ′を出力する。

第１図の回路構成により、回生エネルギー処理用トラン
ジスタＱｔ　ないしＱ６には、９Ｎ、モータ５か笑除に
回生状態となってい々ときのみ駆動係号が剛力「・芒ｎ
るのて、回生二重・ルギー処理回に：３内の抵抗器Ｒ１
およびＲ２で消費言ｎるｔカは従牙に此べて著しく少な
くなと。

第２図は第１図に示した位相抄出回路６の動作１明用波
形図である。第２し；において、三相交流の■相に対す
るＵ相の１圧Ｕ−Ｖが一足値ｖｏよジ大の期間Ｔ１では
、駆動信号ＡとＤが処理”　１　”である。従来けこの
駆動信号ＡとＤが回生エネルギー処理用トランジスタＱ
１とＱ４のペースニ直接に印加されてこの期間Ｔ１では
直流電源＃ＶＤから、抵抗Ｒ１、トランジスタ９１％三
相交流のＵ相、三相交流のＶ相、トランジスタＱ４およ
び抵抗Ｒ２’ｔ”介して接地線■、に電流を流して回生
エネルギーを処理していた。同様に、Ｗ相に対するＵ相
の電圧Ｕ−ＷがＶｏ　よす大の期間Ｔ２では、駆動信号
ＡとＦが論理″１＃になり、トランジスタＱｌとＱ６を
介して回生エネルギーを処理していた。他の期間につい
ても同様に、２つのトランジスタを介して回生エネルギ
ーは処理されていた。

なお、第２図において■８は直流電源線■ゎの電位を示
してお９、Ｇはアース線Ｖ、の電位Ｏｖを示している。

前述したように、減速モードのすべての瞬間に交流モー
タが回生！？態になっていると６１限らず、一般には回
生、循環、消費の３モードを繰り返している。上記の従
来方式のように、ＩＪ’Ｊモードのすべての瞬間に「流
電原線から電流を交流電源に逆流させることによυ、抵
抗Ｒ１およびＲ２で梢費嘔れるｔ力Ｆｉ椿めて大となり
、このため従来は、抵抗Ｒ１およびＲａ？大電力用抵抗
器で構成してい−た。大電力用抵抗ｅＦｉその寸法が大
きいため、従来の回生エネルギー処理装置の所要面積は
大きく、集積化に適したものではなかった。

本発明は第２図によって説明した従来装置における問題
を解決すべくなされたものであり、位相検出回路６の出
力ＡからＦに替えて、回生駆動回路８の出力Ａ′ないし
Ｆ′ヲ用いて回生エネルギー処理用トランジスタＱ１か
らＱａ　ｋ駆動することにより、実際の回生状態のとき
のみ、回生エネルギーを交ｆＭ、％−源に戻すようにす
る。υ下、本発明の実か９１．を第３図ないし第５図に
基づいて詳細に証明する。

第３図は交流モータが回生せ態であるか否かケ警示する
原理上Ｈ＜−明するための、瀧駆動回路４および交流モ
ータ５の回路図である。第３図において、三相交流モー
タ５の三つの相にはそれぞれインダクタンスＬｌ　　＋
　Ｒ２およびＲ３が設けられている。インダクタンスＬ
１＋Ｌ２およびＲ３はそｆ（ぞれ電流方向検出用の抵抗
Ｒ３＋Ｒ４＋ＲＢを介してＰ′ｗＭＩＬ動回銘４の各相
に接続されている。

トランジスタＱ７　　、Ｑ９およびＱｌｌのベースに三
相のＰＷＭ信号Ｒ、Ｓ　、Ｔ　がそれぞれ印加され、ト
ランジスタＱｓ　　＋　Ｑｌｏ　＋　Ｑ１２のペースに
瀧信号Ｒ−，Ｓ−，Ｔ−がそｔｌぞれ印加される。電流
検出用抵抗Ｒ３が■の方向の電流を検出した１合、回生
電流のルートとしては、ダイオードＤ４、抵抗Ｒｊｓイ
ンダクタンスＬ１＋インダクタンスＬ’、抵抗Ｒ４、ダ
イオードＤ２ｔ−流れるルートへ１と、ダイオードＤ４
、抵抗Ｒ３、インダクタンスし１　、インダクタンスＬ
３、抵抗ＲＳ、、ダイオードＤｓｋ流れるルート■とが
める。ルート■の回生を流は、ＩＬ流の方向０・と、Ｐ
ＷＭ信号ＲおよびＳ−が論理゛０“であることによりそ
の存在が判別できる。ルート■の回生を流は、〜流の方
向■とＰＷＭ信号Ｒ＋およびＴ−が論理６０”であるこ
とによりその存在が判別できる。同様に、を流検出用抵
＃ｙＬＲｓが■の方向のｔｌを検出した場合、回生を流
のルートとしては、ダイオードＤ５％抵抗Ｒ４、インダ
クタンスＬ２＋イン・ダクタンスＬ１、抵抗Ｒ１、ダイ
オードＤＩＫｌ”流れるルート◎と、ダイオードＤ６、
抵抗Ｒ６、インダクタンスＬ３　、インダクタンスＬ□
、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ＋　ｋ流れるルート■とがあ
る。ルート◎の回生電流の存在は、電流の方向■と、Ｐ
ｗＭ化号Ｓ＋およびＲ−が論理“０”であることによシ
判別できる。ルート■の回生を流の存在は、電流の方向
■と、ＰＷＭ信号忙およびＲ−が論理゛０”であること
により判Ｊ８１ｊ−できる。

電流力向桓出用抵抗Ｒ４およびＲ５を流れる電流の方向
についてもそｎぞれ、上記と同様の手段によシ回生１流
の存在が判別でれる。

換言すれは、Ｒ相の■の方向の回牛乳流は次の１理式（
１）によって抄出できる。

ここでＩＲＩＩＳＩＩＴは第３′図に足したように肩駆
動回路のＲ相、Ｓ札およびＴ相から交流モータ５Ｖ？−
Ｈれ込むｔｉの１理レベル會それぞれ示している。上式
の右辺第１項から、ＲＩｓ　＊ＩＢが論理ｖｔ　ＯＨで
Ｉ８が論理ｅ１１１１のとき、すなわちルート◎の回−
生を塾のときＲ相回生検出信号は１理“１”となること
を示しており、第２項からは同様にルートの）の回生状
態のときＲ相検出信号は論理“１”とカることを示して
いる。

同１様にして、Ｓ＠およびＴ相の回生抄出信号も次の論
理式から得られる。

Ｓ相回生検出信号Ｄ　８＝　Ｓ”＠’Ｉ”＃　Ｉ　、・
工、十計・１′・几・ＩＲ・・・（２，ｉＴ相回生検出
信号り、＝Ｎｏ虻・工、・ｘ、＋ｆ−ｓ九工、・工６・
・・（３）いずｆか１つの回生検出信号が論理″″１＃
になったとき、交流モータ５は回生状態にあるといえる
。

第４図に第１図１の回住検出論理口路７の一部でるるＲ
相回生抄出論理回路を示す論理回路図でおる。第４１１
ｉ！４１にお（・て、ＡＮＤゲート１１の出力にはｐ−
Ｗが得られ、ＡＮＤゲート１２の出力には？・Ｉ６が得
られるので、これらの出力信号を入力に受けるＡＮＤゲ
ート１３の出力にげＲ＋＊Ｉ６”Ｓ＋・Ｉ６が得られる
。同様にＡＮＤゲート１４の出力にはＴ＋−ＩＴカ得ら
れ、従ッテＡＮＤ　）ｔ−一部１５の出力に？”；Ｒ＋
＠Ｉ、’Ｔ”＠ＩＴが得らｉる。ＡＮＤクー　）　１３
　（！：１５の出力はＯＲゲート１６に入力≧れ、ＯＲ
ゲート１６の出力には縮環式（１）で示したＲ相回生検
出信号ＤＢが得られる。

第４図と同様な論理回路をｓ相およびＴ相についても設
けることにより、論理式（２ハ（３）で示したＳ相およ
びＴ相についての回生信号Ｄ８およびＤＴが得られる。

第５図は第１［ｉ￥！の回生駆動口髭８の詳細な回路図
である。第５図において、回生検出論理回動７から出力
される回生検出信号Ｄ　Ｂ　＋　Ｄ　Ｂおよびり、は、
ＯＲゲート２０全介してにのダート２１．２２．・・・
。

２６の第１入力に印加され、ＡＮＤダート２１　、２２
゜・・・、２６の第２人力にはそれぞれ、仁相検出回路
６（第１図）から出力される駆動信号Ａ　、　Ｂ　、　
Ｃ。

、・・・、Ｆが印加さｎる。駆１１２！信号Ａ〜ＦとＯ
Ｒゲート２０の出力の回生抄出信号との′＃理積でるる
計のゲート２１〜２６の出方Ａ″〜Ｆ〃け、莢際の回生
状態に応じた駆動信号であり、これらの信号Ａ″〜Ｆ／
／をそれぞれ、第１図の回生エネルギー卯理扇トラ　。

ンジスタＱ！〜Ｑ６のペースに重楚・印加しても、本発
明の目的は達成される。しかし、第５図に示した笑施例
″では、和分回銘全用いて直流電源線Ｖ。

の回生エネルギーによる１位上昇をシミュレートし、直
流を源絆ｖＤの電位が回生エネルギーによシ一定電圧た
け上昇したとき始めて、回生エネルギー処理用トランジ
スタＱｓ　−Ｑｓ　を駆動する駆動信号を発止するよう
にしている。

すなわち、演算増幅器３３の鵞側端子にはＮＰＮトラン
ジスタＱ１３　＋　Ｑ１４およびＱ１５のエミッタが共
通接続されており、これらのトランジスタのコレクタに
は、それぞれ、抵抗Ｒ６＋　Ｒ７＋およびＲｓ　ｋ介し
て、交流モータ５のＲ相、Ｓ相およびＴ相を流れる１流
の絶対値が供給される。トランジスタＱｌｓ　＋　Ｑ１
４およびＱｔｓのペースは、ＡＮＤグー）２１．２３お
よび２５の出力［Ｆ］、◎、■に排砂で打ている。第１
図の回生エネルギー処理回路３および第２図の波刑・改
かられかＺように、回生状態においては、ＡＮＤゲート
２１，２３．２５の出力Φ）ｌ　＠　Ｉ■のいずｎ力・
１つがｌす節理“１”になっている。このため、回生状
Ｆにおいては、トランジスタＱｓｓ　＋　Ｑ１４および
Ｑｓｓのいすｎか１つがｌず導通し、回生電流が演算増
幅器３３の角倶・端子に供給さｎる。演算増幅６３３に
並列に接続されたコンデンサＣ２と抵抗Ｒ９と、演算増
幅器３３の正側端子と接地間に接Ｍ場れたバイアス抵抗
ＲＩＯと、各相の抵抗Ｒ６＊　Ｒ７またｃｒｉＲｓ　と
で、積分回路が箒成されている。従って回生電流の秋分
値が演算増幅器３３の出力に得られる。ＣＣ０９分値は
比較回路３４に入力され、秋分値が第１の所定の個、例
えはＩＯＶに達すると、比転回彰３４の出力は論理″′
０＃から論理″′１″に切り替る。比較回路３４の出力
はＡＮＤゲート２７から３２の第１入力に入力され、Ａ
ＮＤゲート２７がら３２の第２人力にり、ＡＮＤゲート
２１から２６の出刃がそれぞれ入力膓ｎる。ＡＮＤゲー
ト２７から３！２の仕方は駆敲Ｈ信号Ａ′からＦ′であ
り、第１図の回住工？・ルギー枦理用トランジスタＱ１
からＱｓのペースに電力Ｌ゛さｎる。ＡＮＩｌ”’　−
）　２７から３２の出力はまた、ＯＲゲート３５および
負帰還抵抗Ｒ１１を介して演算増幅器３３の貴側端子に
帰還芒れてる。こうして演算増幅器３３の出刃電圧が第
２の所定の値、例えは３■に１で低下すると、比１回路
３９の出力は論理“０″になり、従って駆動信号Ａ′か
らＦ′はすべて論理″０″となって回生エネルギーはた
とえ存在していても交流を源には戻されなくなる。演算
増幅器の出力電圧が再び上昇して第１の所定値を赳える
と、回生状態である限りＡ／／からＦ“のいずれが２つ
は論理“１＃になっているので、駆動信号Ａ′〜Ｆ′の
いずれか２つも１ｉｊｉ、理“１′となり、第１図の回
生エネルギー処理回路３を介して回生エネルギーは交流
電源に戻てれる。株分回路ｔ＆欣する抵抗Ｒ６＋　Ｒ７
またはＲ８と、負帰還抵抗Ｒｉ　１との比？違蟲に定め
ることにより、回生エネルギーによる直流驚源削′ｖＤ
の電位上昇をシミュレートする務分値が演算増幅器３５
Ｃ出力に得られる。

第５図に示し７Ｉｉｃ回路叛成により、回生状態で常に
回生工坏ルギー會交Ｒ％源に戻すのでｌｄ′なく、「流
を源電圧が回生エネルギーにより所定値ゆ上になったと
き始めて回生エネルギーを交流電源に戻すようにしたの
で、保護抵抗Ｒ１＋　Ｒ２で消資塾れる電力は少なくて
済む。

勿１、前述の如く、膠Ｄゲート２１から２６の出力に得
られる信号Ａ”からｖ／／ヲ駆動信号としてトランジス
タＱ１からＱｓのペースに印加しても、従来のように位
相検出器６の出力信号ＡからＦをトランジスタＱ１から
Ｑｓの駆動信号圧用いる場合に比べれは、Ｒ１＋　Ｒ２
における電力消費は大幅に削渡される。

場上散明したように、本発明によれは、回生状態のとぎ
のみ回生エネルギーダ１理用半導体スイッチを導通させ
て回生ニオ・ルギーを交流電源に戻すようにしたので、
交流モータの回生エネルギー処理用半導体スイッチを保
糎するための抵抗器における電力消費は少なくなシ、そ
の結果、ｌ」・亀カ用の抵抗器を用いることが可能にな
り、ひいては、回生エネルギー処理回路の寸法ケ大幅に
齢理できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による、交流モータの回生工
坏ルギー劾理装置の概弊を示すブロック回路図、第２図
は第１図に示した位相検出回路６の動作討明用波形図、
第３図は交流モータが回生υ゛態であるか否かを判定す
る原理を説明するための、ＰＷＭ駆動回評および交流モ
ータを示す回路図、第４図は第１図の回生杉２出論理回
路の一部を示す論理回路図、そして第５必は第１図に示
した回生駆動回ｊｌｉ＆８の詳細な回路図でおる。 １・・・三相交流電源、２・−・整流回路、３・・・回
生工坏ルギー処理回路、４・・・瀧駆動回路、５・・・
交流モータ、６・・・位相検出回路、７・・・回生検出
論理回路、８・・・回ヰ駆動回路、１０１＋１“０２　
＋　１０３・・・電流力向検出器、■ｏ・−・直流電源
線、Ｒ１＋Ｒ２・・保論抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電源から供給される交流をを流して偵流覧源線
   に「流′Ｉ＆：供船する整流口に１Ｖ／直流電源發、の
   間に接Ｐｉきれておシ、交流モータの駆動時に導通して
   骸交流モータの各相に骸直流電源線からのｉ流を供給す
   る交流モ−タ駆動用半導体スイッチを含む界層形駆動回
   路、該直流驚源絆の間に接続、されており、該交流モー
   タからの回生エネルギーを該交流電源に戻す回生エネル
   ギー処理用半導体スイッチおよび該回生エネルギー処理
   用半導体スイッチを保護するための抵抗器を含む回生エ
   ネルギー処理回路、し交流モータの名相を流れるｔ流の
   方向を検出する電流方向検出器、 骸交流モータ駆動用半導体スイッチの非導通状芝と、ｌ
   ｌｉ％流方向抄出器によって検出された電流の方向が１
   交流モータのＨ１ｉ時とは逆方向でめるという状態とを
   条件に回生検出信号を６力する回生検出論理回路、およ
   び 該回生検出信号に応じて１１１１生工ネルギー処理用半
   導体スイッチを駆動する回生駆動回路を具備することを
   ４！徴とする交流モータの回生エネルギー処理装置。