JPS583585A - 回生方式 - 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】 本発明は電動機の回生方式に係り、特にパルス幅変調方
式により印加電圧の実効値および又は周波数が制御され
る電動機の［ＰＩ回生方式関する。

モータの減速時或いは停止時に生ずる回転エネルギーを
電源に返還する回生方式、或いは回転エネルギーをコン
デンサに蓄積し、起動時、定速運転時、或いは加速時に
該蓄積エネルギーを電動機に供給する回生方式は電源効
率の面から有効な方法である。

第１ＷＪ＃ｉ従来の単相誘導電動機駆動装置の回路図で
あり、第２図はその回生動作説明図である。

図中、１０１は３φ交流を直流に変換する整流器であり
、ｎｔ〜Ｄ６の６個のダイオードを有している。

１０２は平滑用コンデンサ、１０５は単相誘導電動機（
直流電動機でもよい。尚以後率にモータとｂう）１０４
はインバータであシ、図示しないパルス幅変調回路から
発生するパルス幅変調信号にょシ制御される４つのトラ
ンジスタＴｒ、〜Ｔｒ４及び減速時回転エネルギーを後
述する回生回路に蓄積させるダイオード瑞〜ＤＳ　を有
している。尚、モータを正転させる場合ＫＨ）ランジス
タＴｒ＋　＋Ｔｒ４がパルス幅変調１号によジオン／オ
フ制御せしめられ、逆転させる場合にはトランジスタＴ
ｒ、、Ｔｒｌが同様にパルス幅変調信号によりオン／オ
フ制御せしめられる。１０．５は回生回路であり、イン
バータ１０４に並列に接続され、回生エネルギーを蓄積
するコンデンｔｅａ％該コンデンサＣ１に並列に接続さ
れ九ｍ抗Ｒ，トスイツチングトランジスタＴｒｓとの直
列回路を有している。尚、１０６はダイオードである。

次に回生動作について説明する。モータの減速時（Ｔｒ
ｌ　、Ｔｒ４は完全にオフ）に、インバータ１０４のト
ランジスタＴｒ、をオンする。これによシ、第２図（２
）に示すルートでモータｊ０ＢＫｌｌｌ絡電流Ｉｓが流
れ、該短絡電流Ｉｓは増加してゆく。そしてＩａは予め
設定し九設定値ＩｐＫ達するまで増加し、モータの内部
リアクタンスＬＭに＋ＬＭＩｐ”のエネルギーを貯め込
む。

ついで、Ｉｓが設定値Ｉ　ｐ　Ｋｌｌ達したことを図示
しない手段によシ検出して、トランジスタＴｒｙをオフ
すれば、第２図（８）に示す如く、コンデンサＣ１とモ
ータのインダクタンスＬＭとでＬ−Ｃ共振回路が形成さ
れ、インダクタンスＬＭに蓄積されたエネルギーがコン
デンサＣＩに移される。この時、コンデンｔＣ１の端子
電圧は■−■間の電圧をＶｐとすると、 −４−ｃ、ｔｖｐモΔＶｃ＋　）”　−＋Ｃ１Ｖｐ２＝
ｉ−ＬＭＩ　ｐ”　　−（１１の関係からΔＶｃ＋たけ
増加する。

さて、回転エイ、ルギーが大きいとコンデンサＣ３の端
子電圧Ｖｃ＋は次第に上昇してゆく。ところで、Ｖｃｌ
か所足値以上になるとトランジスタなどの素子を破壊す
るおそれがある。そｊ、故、コンデンサＣ０の両端の電
圧Ｖｃ＋を監視し一定しペルＶｒに到達するとスイッチ
ングトランジスタＴｒＩｔオンし、第２図（ｃｌの電流
パスを形成し１回転エネルギーの一部分を抵抗ロスによ
り熱エネルギーに変換している。

そして、モーメ起動時或いは加速時コンデンサＣ９に蓄
積されたエネルギーを回転エネルギーとしてインバータ
１０４ｔ−介してモータ１０３に供給する。

［７かしながら、か＼る従来の回生方式では蓄積し得る
エネルギーＥは Ｅ＝十〇＋　Ｖ　Ｃ＋　　ｉｉ　Ｃ＋　ｙｐ！　　　　
　　　　＋＋＋　（２１但し、　Ｖｃ、＝ＶｐモΔＶｃ
（ΔＶｃは最大上昇増分）となり、小さく効率が工〈な
い。＊Ｖｃ、（２）式で表現される値以上の回転エネル
ギーは抵抗Ｒ１で熱エネルギーに変押しなくてはならず
ジュール熱が増し、大容量の抵抗がｔ求される。

以上から、本発明は蓄積エネルギーを著しく大きくでき
、しかも大容量の抵抗が必要とされない電源効率のよい
、新規な回生方式を提供することを目的とする。

以下、本発明の爽＆？Ｕを図面に従って詳細に説明する
。

第５図は本発明の回生方式を実現する電動機部ｊ１１１
１装置の回路図、第４図は第３図の各部波形Ｍである。

尚、第１図と同一部分には同一符号を付し、その畦細な
説明は省略する。

２０１は回生回路であり、インバータ１０４に並列に接
続された回生エネルギー蓄積用の第１のコンデンサＣ１
と、該コンデンサＣ１に並列に接続され、インダクタン
スＬ、と、抵抗ｒ、、Ｒ，と、第１のスイッチングトラ
ンジスタＴｒ）とで形成された直列回路２０１ａと、イ
ンダクタンスＬ、とてタンク−１路を構成する第２のコ
ンデンサＣｔと、コンデンサＣ２に蓄積されたエネルギ
ーを放出させる第２のスイッチングトランジスタＴｒ、
と、ダイオードＤＤ、、ＤＤ。

を肩して構成されている。尚、８１のスイッチングトラ
ンジスタＴｒｓｔ−オンする、ことにより形成されるＣ
１→Ｌ、→ｒ−＋Ｒ，→Ｔｒ、の電流パスを介してコン
デンサＣ０に蓄積された回転エネルギーがインダクタン
スＬ１に移され、又第１のスイッチングトランジスタＴ
ｒ＠ｆオフすることにより、Ｌ、→ｒ→Ｃｒ＋Ｉ）Ｄｌ
の電流パスが形成され、該電流パスを介してインダクタ
ンスＬｌに蓄積された回転エネルギーがコンデンサＣ１
に移される。更に、減速後の定速運転時、或いは加速時
、第２のスイッチングトランジスタＴｒ、ｆオンするこ
とにより形成されるＣ２→ｒ−＋Ｌ１→Ｔｒ６の電流パ
スを介してコンデンサＣ６に蓄積されたエネルギーがイ
ンダクタンスＬ、に移され、ついで第２のスイッチング
トランジスタＴｒ、をオフすることによりり、に移され
たエネルギーがＤＤ、→ｒ−＋Ｌ。

→Ｔｒ、−＋Ｍ−＋Ｔｒ４或いはｐへ→ｒ−＋　Ｌ、４
　Ｔ　ｙ、　→Ｍ−＋　Ｔｙ。

を介してモータ（Ｍ）　１０３に放出される。

次に回生動作について説明する。

モータ減速時（Ｔ　ｊｌ　Ｉ　Ｔ　ｒ４が完全にオフと
する）に、インバータ１０４のトランジスタＴｒ、ｔオ
ンする。これによシ、第１図の従来装置と同様に第２図
（４）に示すルートでモータ１０３に短絡電流Ｉ８が流
れ、該短絡電流Ｉｓは増加してゆく。そしてＩ８は予め
設定した設定値ＩｐＫ達するまで増加し、モータ１０５
の内部リアクタンスＬＭには＋ＬＭＩｐ”のエネルギー
が貯えられる。

つｂで、工８が設定値ＩｐＫ到達したことを図示しない
手段によシ検出してトランジスタＴｒ、ｔ−オフすれば
、第２図（Ｂｌに示す如くコンデン？Ｃ，とモータ１０
３のインダクタンスＬＭとでＬ−Ｃ共振回路が形成され
、インダクタンスＬＭｔＣ蓄積されたエネルギーがコン
デンサＣ１に移される。この時、コンデンサＣＩの端子
電圧は■−■間の電圧をＶｐとすると（１）式に示す関
係からΔＶｅｌだけ増加する。

そして、コンデンサＣＩの端子電圧が上昇してゆｆ！　
、Ｓｌ　レヘ／’　Ｖ　ｒ　ＩＣ到達す４ると第１のス
イッチングトランジスタＴｒ＠’ｒオンし、ｃＳ→Ｌ、
→ｒ→Ｒ１→Ｔｒ、のルートで電流を流し、インダクタ
ンスＬ。

に回転エネルギーを移す。ついで所定時間後にトランジ
スタＴｒ、’ｉオフし、インダクタンスＬ、に蓄積され
た回転エネルギーを電流パスＬ１→ｒ→Ｃ！→ＤＤ、の
ルートでコンデンサＣ２に移す（第４図のＩＬ参Ｎ４）
。以後、上記動作は回転エネルギーが存在する限り繰返
えされコンデンサＣ２に蓄積される回転エネルギーは増
大し、その端電圧Ｖｅｌは第４図に示す如く増大してゆ
く。

一方、時刻ｔ１において減速が終って一定回転になった
時、或いは加速になった時（これは■−■間の電圧ＶＮ
Ｌがリファレンス電圧Ｖｒ、になったことにより検出さ
れる）、第２のスイッチングトランジスタＴｒ６をオン
する。これによりＣ！→ｒ−＋　Ｌ。

→Ｔｒ＠の電流パスが形成されて電流ＩＬが流れ、コン
デンサＣ８に蓄積されたエネルギーの一部がインダクタ
ンスし、に移される。尚、電流■Ｌの大きさは電流検出
用の小抵−抗ｒにより検出され、設定値Ｉｐ＋に到達し
たとき第２のスイッチングトランジスタＴｒ、はオフ状
態にされる。従ってｓ　Ｔｒａオン前のコンデンサＣＩ
の端子電圧をＶｃ象、Ｔｒがオンし、しかる後オフ状態
になったときの電圧減少分をΔＶｃｌとすれば次式に示
されるエネルギーＥ、がコンデンサＣ１からインダクタ
ンスし、に移される。

Ｅ、＝＋Ｌ、　Ｉ　ｐＦ　＝↑（４Ｖ　ｃ！　−＋Ｃ＠
　（Ｖ　ａｔ−ΔＶｃｔ）”　　。

第２のスイッチングトランジスタＴｒ−がオフすれはイ
ンダクタンスＬ、に蓄積されたエネルギーＥ。

は Ｌ１→インバーター０４　（Ｔｒ、、Ｔｒ４）−＋　％
　−ｐ　１ｏｓ→ダイオードＤＤ、→抵抗ｒ のルートで放出され、回転エネルギーとされる。

以後、前述と同厳にコンデンサＣ１に蓄積されたエネル
ギーはＶｃｔ＝０（ボルト）となる迄回転エネルギーに
変換される。

以上、本発明によればコンデンサＣ１のみならずコンデ
ンサＣ２にも回転エネルギーを蓄積できる。

そして、蓄積できる回転エネルギーＥ、は、Ｃ，＝Ｃ。

＝Ｃ，（ｉ）−０間の！圧ｔＶｐ　と−すれは心＝−！
−Ｃ（Ｖｐ＋ｊＶ）”＋−（＋Ｃ（Ｖｐ＋４ｙ）’−ｔ
ｃＶｐ”　）となって非常に大きくなり、第１図の従来
装置においてＣ１＝２ｃとした時の蓄積エネルギーＥ。

Ｅ、＝↑−（２ｃ　）　・（（Ｖｐ＋−”）”−Ｖｐ”
　）２ に比らべ＋ＣＶｐ（ＶｐモΔＶ）分だけ多く回転エネル
ギーを蓄積でき、電源効率のよい駆動が可能となった。

又、抵抗ｒ、Ｒ，としては大容量のものが不用である。

尚、以上は単相誘導電動機の駆動に本発明を適用した場
合について説明したがインバータをＤＣ−ＤＣコンバー
タで首きかえて直流電動機を駆動する場合に適用するよ
うにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回生方式を説明する単相誘導電動機駆動
装置の回路図、第２図はその回生動作説明図、第３図は
本発明に係る回生方式を説明する回路図、第４図は同波
形図である。 １０１・・・整流器、１０３・・・単相誘導電動機、１
０４・・・インバータ、２０１・・・回生回路 特許出願人　富士通ファナック株式会社代理人　弁理士
　　辻　　　　　　實 （外２名゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１交流電源に接続さｎ１交ａを直流に変換する整流
   器と、該変換された直流を受け、パルス、幅変調された
   制御信号により電動機に印加する駆動信号の供給電圧を
   変化するインバータと、該インバータと整流器との間に
   設けられ、回転エネルギー１ｍ用のコンデンサを有する
   回生回路とを具備し、減速時に該コンデンサに回生エネ
   ルギーを蓄積し、該蓄積エネルギーを回転エネルギーと
   して放出する電動機駆動装置における回生方式において
   、前記コンデンサ（第１のコンデンサ）′ｆ：インバー
   タと並列Ｖこ接続すると共に、該第１のコンデンサに並
   列にインダクタンスと、抵抗と、スイッチング素子より
   なる直列回路を接続し、更に該インダクタンスとでタン
   ク回路を構成するように第２のコンデンサを設け、（イ
   ）減速時第１のコンデンサへ回転エネルギーを蓄積し、
   （ロ）前記スイッチング素子を導通させることＶＣより
   該蓄積１．たエネルギーを前記インダクタンスに移し、
   （ハ）ついで該スイッチング素子を非導通にしてインダ
   クタンスに移された回転エネルギーｆ−前記タンク回路
   を構成する縞２のコンデンサｅζ４多し、こ２れら各ス
   テップを繰返λすことにエリ回転エネルギーを第２のコ
   ンデンサに＃積することを特徴とする回生方式。 （２１前記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギー全
   放出する方向に導通ずる第２のスイッチング素子を設け
   、該第２のスイッチング素子を導通させることにより蓄
   積されたエネルギー全前記インダクタンスに移し、該イ
   ンダクタンスよす回転エネルギーとしてインバータを介
   して電動機に供給することを特徴とする特許請求の範囲
   第（１１項紀載の回生方式。