KR101445023B1 - 전력 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 영구 자석 동기 전동기의 직류 제동시에, 과대한 전류가 흐르는 것을 방지하여, 안정된 제동 동작을 행하는 것이다.
전류가 직류 제동시 최대 전류 설정치를 초과한 경우에는 PWM 전체 상 차단 및 제로 벡터 출력을 반복하여 행하고, 전류가 직류 제동 복귀 전류 설정치 이하로 된 경우에는 다시 직류 제동을 행한다.

Description

전력 변환 장치 {POWER CONVERSION DEVICE}

본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다.

종래, 영구 자석 동기 전동기의 회전을 정지시키는 경우는, 단순히 전원 공급을 정지시켜, 축 부하 및 공기 저항 등에 의해 자연스럽게 정지시키는 것이 일반적이다

영구 자석 동기 전동기를 급정지시킬 필요가 있는 경우에는, 소정의 시간 또는 회전수까지 회생 제동에 의해 감속시키고, 그 후는 자연스럽게 정지시킨다.

또한, 스위칭 회로의 정극측의 어느 1상(相) 혹은 2상과, 나머지 다른 상의 부극측을 연속 온시키고, 상기 전동기에 직류 전류를 흘려, 제동을 행하는 직류 제동이라고 불리는 방법이 있다.

하기 특허 문헌 1에 개시되는 바와 같이, 스위칭 회로의 부극측의 어느 1상을 연속 온시키고, 나머지 다른 상의 정극측을 PWM 동작시켜, 직류 제동을 행하는 방법도 있다.

그러나 영구 자석 동기 전동기를 직류 제동에 의해 감속 및 정지시키는 경우, 고속으로 회전하고 있을 때에는, 과대한 전류가 발생하여 상기 전동기의 감자(減磁) 및 소손 또한 전력 변환 장치의 스위칭 소자의 파괴에 도달해 버린다. 또한, 전력 변환 장치에 과전류에 의한 보호가 구비되어 있는 경우에는, 상기 보호에 의해 출력이 차단되어, 영구 자석 동기 전동기가 프리런 상태로 되어, 안정된 직류 제동을 행할 수 없다.

하기 특허 문헌 1에 있어서는, 전동기가 고속으로 회전하고 있을 때에는, 역상 제동으로 감속시키고, 저속시의 어느 회전수에 도달한 것을 검출하여, 직류 제동으로 전환하는 방법을 개시하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2002-374689

전원 공급을 끊어 영구 자석 동기 전동기를 정지시키는 경우, 축 부하나 공기 저항의 크기에 따라 제동력이 정해지므로, 원하는 제동력이 얻어지지 않아, 정지까지 긴 시간을 필요로 한다고 하는 과제가 있다.

영구 자석 동기 전동기를 회생 제동에 의해 감속 정지시키는 경우, 감속 정지시키기 위한 제어 수단이 별도로 필요해져, 급감속시키는 경우에는 탈조(脫調)의 가능성이 있다. 또한, 팬 및 펌프 등의 용도로, 영구 자석 동기 전동기가 프리런 상태로 회전하고 있는 경우, 회전 속도나 유기 전압을 검출 또는 추정하고, 그들을 사용하여 기동을 행하는 특별한 기동 수단이 별도로 필요해진다고 하는 과제가 있다.

영구 자석 동기 전동기를 직류 제동에 의해 감속 및 정지시키는 경우, 고속으로 회전하고 있을 때에는, 과대한 전류가 발생하여 상기 전동기의 감자 및 소손, 또한 전력 변환 장치의 스위칭 소자의 파괴에 도달해 버린다. 또한, 전력 변환 장치에 과전류에 의한 보호가 구비되어 있는 경우에는, 상기 보호에 의해 출력이 차단되어, 영구 자석 동기 전동기가 프리런 상태로 되어, 안정된 직류 제동을 행할 수 없다고 하는 과제가 있다.

영구 자석 동기 전동기를 역상 제동에 의해 감속 및 정지시키는 경우, 저속으로 회전하고 있을 때에는, 제동력이 부족하여 원하는 속도 및 정지까지 긴 시간을 필요로 한다. 또한, 고속으로 회전하고 있는 경우에는, 과대한 전류가 발생하여 상기 전동기의 감자 및 소손, 또한 전력 변환 장치의 스위칭 소자의 파괴에 도달해 버린다. 또한, 전력 변환 장치에 과전류에 의한 보호가 구비되어 있는 경우에는, 상기 보호에 의해 출력이 차단되어, 영구 자석 동기 전동기가 프리런 상태로 되어, 안정된 직류 제동을 행할 수 없다고 하는 과제가 있다.

상기 특허 문헌 1에 의해 개시되어 있는 방법에서는, 전동기의 회전수를 검출하는 수단이 필요해진다.

본 발명의 목적은, 상기 과제를 해소하여, 전동기의 회전수 검출 수단이나 외부 브레이크를 필요로 하지 않고, 고속 회전시에 있어서도 안정된 제동력을 얻을 수 있고, 저속 회전시에 있어서도 큰 제동력을 얻을 수 있는 정지 방법을 제공하는 것 및 정지 후에도 원하는 정지 토크를 출력하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 예를 들어 직류를 교류로 변환하는 스위칭 회로와, 상기 스위칭 회로의 온, 오프를 제어하는 PWM 제어 수단과, 영구 자석 동기 전동기에 흐르는 전류를 검출 또는 추정하는 수단과, 영구 자석 동기 전동기의 직류 제동을 행하는 수단을 구비하는 전력 변환 장치에 있어서, 외부에 의해 설정 혹은 내부에 미리 설정되어 있는 직류 제동시 최대 전류 설정치와, 상기 PWM 제어 수단에 PWM 전체 상 차단 기능 및 제로 벡터 출력 기능을 설치하고, 영구 자석 동기 전동기에 직류 전류를 흘려, 제동력을 얻는 직류 제동을 행하였을 때에, 상기 전류를 검출 또는 추정하는 수단으로부터 얻어지는 전류치가, 상기 직류 제동시 최대 전류 설정치를 초과하면, 상기 PWM 제어 수단에 의해 PWM 전체 상 차단 및 제로 벡터 출력을 반복하여 행한다고 하는 구성을 취한다.

본 발명에 의해, 영구 자석 동기 전동기를 구동하는 전력 변환 장치에 있어서, 전동기의 회전수 검출 수단이나 외부 브레이크를 필요로 하지 않고, 고속 회전시에도 안정된 제동력을 얻을 수 있고, 저속 회전시에도 큰 제동력을 얻을 수 있는 것 및 정지 후에도 원하는 정지 토크를 출력하는 것이 가능해진다.

도 1은 제1 실시예에 관한 전력 변환 장치의 구성도.
도 2는 직류 제동시의 회전수, 전류 파형의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 제1 실시예에 관한 전력 변환 장치의 동작의 설명도.

이하, 본 발명의 상세를, 도면을 사용하면서 설명한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명에 따른 일 실시 형태를 도시하는 블록 회로도이다. 교류 전원(1)으로부터 발생된 교류 전압은, 정류 회로(2)에 의해 정류되고, 평활 회로(3)에 의해 평활해진다. 평활해진 직류 전압을 스위칭 회로(4)에 의해 교류 전압으로 변환하고, 영구 자석 동기 전동기(9)에 인가한다.

PWM 제어 수단(5)은, 영구 자석 동기 전동기(9)에 임의의 전압이 인가되도록 스위칭 회로(4)의 온, 오프를 제어한다.

전류 검출 수단(6)은, 영구 자석 동기 전동기(9)에 흐르는 상 전류를 검출한다. 혹은 평활 회로(3)의 부극측에 션트 저항을 설치하고, 이 션트 저항에 흐르는 전류로부터 상 전류를 추정해도 된다. 팬(10)은, 영구 자석 동기 전동기(9)의 축에 장착되어 있다.

도 2는 직류 제동시의 회전수, 전류 파형의 일례이다. 스위칭 회로(4)의 출력이 차단되어, 영구 자석 동기 전동기(9)가 프리런 상태일 때, 팬(10)이 바람에 의해 회전되면, 영구 자석 동기 전동기(9)도 마찬가지로 회전하여, 회전 속도에 의존한 유기 전압이 발생한다. 직류 제동 지령이 PWM 제어 수단(5)에 부여되면, PWM 제어 수단(5)은 영구 자석 동기 전동기(9)의 임의의 위상에 직류 전류가 흐르도록 스위칭 회로(4)를 제어하고, 영구 자석 동기 전동기(9)에 전압을 인가한다. 이때, 영구 자석 동기 전동기(9)로부터 발생된 유기 전압과, 인가한 전압의 전위차에 의해 영구 자석 동기 전동기(9)에 전류가 흐른다. 상기 전위차가 크면, 도 2의 파선으로 나타내는 바와 같이 영구 자석 동기 전동기(9)에 흐르는 전류는 커진다.

도 3은 본 발명 동작의 설명도이다. 직류 제동시에 전류 검출 수단(6)에 의해 검출된 전류로부터, 전류 피크치 산출 수단(7)에 의해 전류 피크치가 산출된다. 이 전류 피크치와, 외부로부터 설정되거나 미리 전력 변환 장치에 설정되는 직류 제동시 최대 전류 설정치를, 전류 비교 수단(8)에 의해 비교하여, 전류 피크치가 직류 제동시 최대 전류 설정치를 초과하면, PWM 제어 수단(5)에 PWM 전체 상 차단 지령이 입력된다.

PWM 제어 수단(5)은, PWM 전체 상 차단 지령에 의해 스위칭 회로(4)의 전체 상을 강제적으로 오프로 하는 PWM 전체 상 차단 및 정극측 전체 상을 온 또는 부극측 전체 상을 온, 나머지 다른 극측 전체 상을 오프하는 제로 벡터 출력을 적당한 주기로 반복하여 행하도록 스위칭 회로(4)를 제어한다.

상기 동작에 의해, 영구 자석 동기 전동기(7)에 흐르는 전류가 억제되게 된다.

전류 검출 수단(6)에 의해 검출된 전류로부터 전류 피크치 산출 수단(7)에 의해 산출된 전류 피크치와, 외부로부터 설정되거나 미리 전력 변환 장치에 설정되는 직류 제동 복귀 전류 설정치를, 전류 비교 수단(8)에 의해 비교하여, 전류 피크치가 직류 제동 복귀 전류 설정치 이하로 되면, 직류 제동 복귀 지령이 PWM 제어 수단(5)에 입력된다.

PWM 제어 수단(5)은, 직류 제동 복귀 지령이 입력되면, 다시 직류 제동을 행하도록 스위칭 회로(4)를 제어한다.

PWM 전체 상 차단 및 제로 벡터 출력과 직류 제동을 반복하여 행함으로써, 도 2의 실선으로 나타내는 바와 같이, 전류를 억제하면서 안정된 제동력을 얻을 수 있다.

1 : 교류 전원
2 : 정류 회로
3 : 평활 회로
4 : 스위칭 회로
5 : PWM 제어 수단
6 : 전류 검출 수단
7 : 전류 피크치 산출 수단
8 : 전류 비교 수단
9 : 영구 자석 동기 전동기
10 : 팬

Claims (3)

1. 직류를 교류로 변환하는 스위칭 회로와,
   상기 스위칭 회로의 온, 오프를 제어하여, 전동기에 직류전류를 흘려 제동력을 얻는 직류제동 및 PWM 전체 상 차단 및 제로 벡터 출력을 하며, 전동기의 직류제동을 수행하는 PWM 제어 수단과,
   전동기에 흐르는 상전류를 검출하거나 혹은 평활회로에 설치한 션트 저항에 흐르는 전류로부터 상전류를 추정하는 것에 의해 전류를 얻는 전류검출 수단과
   외부에 의해 설정 혹은 내부에 미리 설정되어 있는 직류 제동시 최대 전류 설정치와, 상기 전류검출수단에 의해 얻어진 전류치를 비교하는 전류비교수단을 구비하고,
   상기 PWM 제어 수단은 상기 직류 제동을 행하였을 때에, 상기 전류 비교 수단이 상기 전류검출수단에 의해 얻어진 전류치가 상기 직류 제동시 최대 전류 설정치를 초과한다고 판단된 경우에, PWM 전체 상 차단을 하고, 그 후에 제로 벡터 출력과 PWM 전체 상 차단을 1회 또는 복수회 반복하도록 제어하고, PWM 전체 상 차단 중에 상기 전류비교수단이 상기 전류검출수단에 의해 얻어진 전류치가 외부에 의해 설정 혹은 내부에 미리 설정되어 있는 직류제동 복귀 전류 설정치 이하라고 판단된 경우에는 상기 직류제동을 다시 행하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
   
   
   
   
   
   
   
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