KR101711799B1 - 교류 모터 구동 시스템 - Google Patents

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데츠야 오쿠다
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

회생 전력의 크기에 따라 가파른 회생 전력 발생에 대응한, 축전 디바이스로의 충전 전류 지령치를 생성하는 것이 가능한 교류 모터 구동 시스템(1)을 얻기 위해서, 직류 모선 전압치와 충방전 전류치에 기초하여 인버터(14)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단(2)이, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력의 인버터(14)를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘는 경우에는, 직류 모선 전압치를 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 축전 디바이스(17)를 충전시키고, 또한 축전 디바이스(17)로의 충전 개시시에 있어서의 충전 전류를, 직류 모선 전압치에 기초한 충전 전류치로부터 개시시킨다.

Description

교류 모터 구동 시스템{AC MOTOR DRIVE SYSTEM}
본 발명은 교류 모터 구동 시스템에 관한 것이다.
종래, 교류 모터 구동 시스템의 일구성예로서, 계통(系統) 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터의 출력측인 직류 모선(母線)에 대해서, 평활 콘덴서를 통해서, 교류 모터를 구동하기 위해서 직류 전력을 계통 전원과는 다른 전압치와 주파수의 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 직류 전력을 축적하고, 방출하는 축전 디바이스에 충방전(充放電)하기 위한 충방전 회로를 병렬로 접속한 교류 모터 구동 시스템을 들 수 있다.
이러한 교류 모터 구동 시스템의 일례로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 교류 모터로부터 인버터를 통해서 회생되는 회생 전력이 충방전 회로를 통해서 축전 디바이스를 충전하는 경우에, 가파른(steep) 회생 초기치를 가지는 회생 전력에 대응하기 위해, 충방전 회로 내의 충전 전류 지령치 생성부의 비례 적분 제어(PI 제어)에 미리 정해진 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치를 채용한 교류 모터 구동 시스템의 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2012－239252호 공보
그렇지만, 상기 종래의 기술에 의하면, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치를 충방전 회로 내의 리액터의 허용 전류치에 가까운 값으로 하고 있기 때문에, 회생 개시시의 충전 전류 지령치의 초기치는, 회생 전력의 대소(다과(多寡))에 구애받지 않고, 교류 모터 구동 시스템의 최대량의 충전 전류로 축전 디바이스에 충전을 개시한다. 그 때문에, 교류 모터 구동 시스템이 예정되어 있는 최대 회생 전력보다도 실제의 회생 전력이 작은 경우에는, 교류 모터로부터의 회생 전력을 보충하기 위해서, 계통 전원으로부터 컨버터를 통해서 공급되는 전력도 사용하여 축전 디바이스에 충전하므로, 회생 동작시라도 컨버터는 역행시의 동작을 행하여, 전력을 소비한다고 하는 문제가 있었다.
또, 상기 종래의 기술에 의하면, 컨버터의 출력측의 전력이 미리 정해진 회생시 전력 보상 임계치를 넘을 때마다, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치를 충전 전류 지령치 생성부의 PI 제어부에 설정한다. 그 때문에, 충전 전류 지령치가 불연속이 되어, 축전 디바이스나 충방전 회로의 리액터(reactor)를 흐르는 전류가 크게 변화하여, 축전 디바이스나 충방전 회로의 소자의 수명을 짧게 한다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 회생 전력의 크기에 따라 가파른 회생 전력 발생에 대응한, 축전 디바이스로의 충전 전류 지령치를 생성하는 것이 가능한 교류 모터 구동 시스템을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 직류 전력을 공급하는 컨버터와, 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 컨버터와 상기 인버터를 접속하는 직류 모선과, 상기 교류 전력에 의해 구동되는 교류 모터와, 상기 컨버터의 출력측에 있어서의 직류 모선 전압치를 검출하는 직류 전압치 검출 수단과, 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로부터 충전하고, 또한 충전한 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로 방전하는 축전 디바이스와, 상기 직류 모선에 대해서 상기 인버터와 병렬로 접속되고, 또한 상기 직류 모선과 상기 축전 디바이스의 사이에 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와, 상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과, 상기 직류 모선 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고, 상기 충방전 제어 수단은 상기 교류 모터로부터의 회생 전력의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘는 경우에는, 상기 직류 모선 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 또한 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 충전 전류를, 상기 직류 모선의 직류 모선 전압치에 기초한 충전 전류치로부터 개시시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템은, 회생 전력의 크기에 따라서, 가파른 회생 전력 발생에 대응한, 축전 디바이스로의 충전 전류 지령치를 생성하는 것이 가능한 교류 모터 구동 시스템을 얻을 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템의 전체를 도시하는 블록도이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템 내의 충방전 제어부를 도시하는 블록도이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템 내의 전력 P, 직류 모선 전압치 Vdc, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서, 전력 Pcnv(t)가 음값인 경우의 직류 모선의 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 파형을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서, 전력치 ｜Pcnv(t)｜와 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 회생시 제어부 내의 충전 전류 지령치 생성부를 도시하는 블록도이다.
도 7은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 충전 전류 지령치 생성부 내의 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부를 도시하는 블록도이다.
도 8은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 충전 전류 지령치 생성부 내의 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부를 도시하는 블록도이다.
도 9는 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부를 도시하는 블록도이다.
도 10은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 전력 P, 직류 모선 전압 Vdc의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
도 11은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서의 회생 전력 Pload(t), 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1i*, 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
도 13은 실시 형태 2에 따른 교류 모터 구동 시스템의 전체를 도시하는 블록도이다.
도 14는 실시 형태 2에 따른 교류 모터 구동 시스템에 있어서, 평활 콘덴서의 정전 용량치가 일정하고, 교류 모터가 회생 동작에서 교류 전압치 Vac를 변동시켰을 때의, 직류 모선 전압치 Vdc와 컨버터의 회생 전력 ｜Pcnv(t)｜의 관계를 도시하는 도면이다.
도 15는 실시 형태 2에 따른 교류 모터 구동 시스템 내의 충방전 제어부를 도시하는 블록도이다.
이하에, 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 중에서는, 물리량의 단위를 명시하고 있지만, 이 단위로 한정되는 것은 아니다. 또, 연산자 ｜A｜는 A의 절대치(양수)를 나타내는 것으로 한다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태 1의 전체를 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1)은, 충방전 제어부(2)와, 컨버터(11)와, 평활 콘덴서(13)와, 인버터(14)와, 충방전 회로(15)와, 교류 모터(16)와, 축전 디바이스(17)와, 직류 전압치 검출부(18)와, 충방전 전류치 검출부(19)를 포함한다.
도 1에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1)에는, 발전소나 공장 내의 변전 설비 등의 계통 전원(10)으로부터, 배선 R, S, T를 통해서 교류 전력이 공급된다.
컨버터(11)는 계통 전원(10)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 변환된 직류 전력은, 컨버터(11)로부터 직류 모선(12)에 출력된다. 또한, 직류 모선(12)은 고전위측 직류 모선(12a)과, 저전위측 직류 모선(12b)을 구비한다.
평활 콘덴서(13)는 컨버터(11)의 출력 부분, 직류 모선(12) 중, 후술하는 인버터(14)의 입력 부분, 후술하는 충방전 회로(15)의 직류 모선(12)측의 부분 중 1지점 또는 복수 지점에 배치된다. 평활 콘덴서(13)는, 고전위측 직류 모선(12a)과 저전위측 직류 모선(12b)의 사이에서, 직류 전력을 평활하게 한다. 평활 콘덴서(13)의 정전 용량을 C［F］라고 한다.
평활 콘덴서(13)로 평활하게 된 직류 전력은, 직류 모선(12)을 통해서, 인버터(14)와 충방전 회로(15)에 출력된다. 인버터(14)와 충방전 회로(15)는, 직류 모선(12)에 대해서 병렬로 접속되어 있다.
인버터(14)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 교류 모터(16)를 구동한다. 인버터(14)가 출력하는 교류 전력의 전압치나 주파수는, 계통 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력의 전압치나 주파수와는 다르다.
충방전 회로(15)는 직류 모선(12)을 흐르는 직류 전력을 축전 디바이스(17)에 축적하고, 축전 디바이스(17)에 축적되어 있는 전력을 직류 모선(12)으로 방출하는 회로이다. 충방전 회로(15)로서는, 전류 가역 초퍼 회로를 예시할 수 있다. 충방전 회로(15)가 전류 가역 초퍼 회로인 경우에는, 직류 모선(12)을 흐르는 전력은, 축전 디바이스(17)로의 충전 전류에 의해 축적되고, 반대로, 축전 디바이스(17)에 축적된 전력은, 직류 모선(12)으로의 방전 전류에 의해 방출된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 충전 전류와 방전 전류를 구별하지 않고 축전 디바이스(17)에 흐르는 전류를 나타내는 경우에는, 충방전 전류라고 기재한다.
충방전 회로(15)에서는, 충방전 제어부(2)로부터의 제어 신호에 의해 전류 가역 초퍼 회로가 제어되어, 충방전 전류의 전류량을 제어한다. 충방전 제어부(2)에는, 직류 전압치 검출부(18)로 검출하는 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc 및 충방전 전류치 검출부(19)로 검출하는 충방전 전류치 Ic가 관측치로서 입력되어, 충방전 회로(15)에 제어 신호를 출력한다.
컨버터(11)로서는, 삼상(三相) 전파(全波) 정류 회로에 저항 회생 회로가 부가된 저항 회생형 컨버터, 또는 삼상 전파 정류 회로를 구성하는 다이오드 각각에 역병렬로 스위칭 소자가 접속되고 또한 입력측에 교류 리액터를 직렬로 삽입한 전원 회생형 컨버터를 예시할 수 있다.
먼저, 컨버터(11)가 저항 회생형 컨버터인 경우에 대해서 설명한다. 저항 회생형 컨버터에서는, 교류 모터(16)가 감속이나 정지하여 회생 전력이 발생했을 경우, 회생 전력은 인버터(14)를 통해서 평활 콘덴서(13)에 축적되어, 직류 모선(12)의 전압치를 상승시킨다. 직류 모선(12)의 전압치가 미리 정해진 단락 개시 전압치보다 고전압이 되었을 경우에는, 저항 회생형 컨버터 내의 저항기를 통해서 그 저항 회생 회로가 고전위측 직류 모선(12a)과 저전위측 직류 모선(12b)을 단락하여, 평활 콘덴서(13)에 축적된 에너지를 그 저항기에서 열로 변환한다. 그 후, 단락의 결과로서 평활 콘덴서(13)에 축적된 전하가 방전되기 때문에, 직류 모선(12)의 전압치가 미리 정해진 단락 종료 전압치보다 저전압이 되었을 경우에는, 그 저항 회생 회로에 의해 단락시킨 고전위측 직류 모선(12a)과 저전위측 직류 모선(12b)을 차단한다. 컨버터(11)가 저항 회생형 컨버터인 경우에는, 이러한 동작을 반복함으로써, 회생 전력을 소비한다.
다음으로, 컨버터(11)가 전원 회생형 컨버터인 경우에 대해서 설명한다. 전원 회생형 컨버터에서는, 회생 전력에 의해 직류 모선(12)의 전압치가 미리 정해진 회생 개시 전압치보다 고전압이 되었을 경우에는, 전원 회생형 컨버터 내의 제어 회로에 의해, 계통 전원(10)의 파형의 위상에 따라 미리 정해진 기간만큼 전원 회생형 컨버터 내의 스위칭 소자가 도통 상태가 되어, 전원 회생형 컨버터 내의 교류 리액터를 통해서, 평활 콘덴서(13)에 축적된 전하를 계통 전원(10)에 회생한다. 계통 전원(10)으로의 회생 동작은, 직류 모선(12)의 전압치가 미리 정해진 회생 종료 전압치보다 저전압이 될 때까지 계속된다. 이 회생 동작에 의해, 교류 모터(16)에서 발생한 회생 전력을 계통 전원(10)에 회생한다.
도 2는 교류 모터 구동 시스템(1) 내의 충방전 제어부(2)를 도시하는 블록도이다. 도 2에 도시하는 충방전 제어부(2)는, 역행시 제어부(21)와, 회생시 제어부(3)와, 전류 지령치 통합부(22)와, 제어 신호 생성부(23)를 구비한다.
역행시 제어부(21)는 교류 모터(16)의 역행 동작에 의해 전압 강하된 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(직류 전압치 검출부(18)에 의해 검출)를 입력으로 하여, 축전 디바이스(17)로부터 방전시키기 위한 방전 전류를 제어하는 지령치인 축전 디바이스측 방전 전류 지령치 Ib*와, 축전 디바이스(17)로부터 방전시키는 기간을 결정하는 역행시 전력 보상 동작 플래그 Fb를 출력한다.
회생시 제어부(3)는 교류 모터(16)의 회생 동작에 의해 전압 상승한 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(직류 전압치 검출부(18)에 의해 검출)를 입력으로 하여, 축전 디바이스(17)에 충전하기 위한 충전 전류를 제어하는 지령치인 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*와, 축전 디바이스(17)에 충전하는 기간을 결정하는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 출력한다.
전류 지령치 통합부(22)는 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*와, 축전 디바이스측 방전 전류 지령치 Ib*를 이용하여 축전 디바이스(17)의 충방전 전류의 지령치인 통합 충방전 전류 지령치 Ic*를 생성한다.
제어 신호 생성부(23)는 전류 지령치 통합부(22)로부터의 통합 충방전 전류 지령치 Ic*와, 충방전 전류치 검출부(19)로부터의 축전 디바이스(17)의 충방전 전류치 Ic에 의해 통합 충방전 전류 지령치 Ic*와 충방전 전류치 Ic의 차이를 최종적으로는 차이가 없어지도록 작게 하고, 역행시 제어부(21)로부터의 역행시 전력 보상 동작 플래그 Fb 또는 회생시 제어부(3)로부터의 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa의 기간에 충방전 회로(15)를 제어하는 제어 신호를 생성한다.
도 3 (a)~(c)는 전력 P, 직류 모선 전압치 Vdc, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa의 시간 변화를 도시하는 도면이다. 도 3 (a)에는, 교류 모터(16)로부터 인버터(14)를 통해서 회생되는 회생 전력 Pload(t)의 시간 변화가 굵은 선으로 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1)의 기능의 하나는, 회생 전력 Pload(t)에 대해서, 도 3 (a)에 격자(格子) 무늬로 도시하는 부분의 세로축에 도시되는 전력, 즉, 충전 전력 ｜Pc(t)｜를 축전 디바이스(17)에 충전함으로써, 컨버터(11)에서 회생되는 전력이 도 3 (a)에 도시하는 전력 임계치 PthA를 넘지 않도록 억제함으로써, 컨버터(11)가 이 전력을 열로 변환하여 소비, 또는 계통 전원(10)으로 회생하는 전력의 피크가 제한되는 것이다.
도 3 (a)에 굵은 선으로 도시하는 회생 전력 Pload(t)는, 교류 모터(16)가 정지 또는 급속한 감속 동작을 행하는 경우에 발생하는 파형의 모식적인 예이다. 도 3 (a)에서는, 교류 모터(16)의 역행 전력을 양수로 나타내고, 회생 전력을 음수로 나타낸다. 또, 축전 디바이스(17)로의 충전 전력 및 충전 전류는 양수로 나타내고, 방전 전력 및 방전 전류를 음수로 나타낸다.
여기서, 도 3 (a)에 사선으로 도시하는 부분에 있어서의 전력 Pcnv(t)를 이하의 식 (1)로 정의한다.
[수 1]
Figure 112016028440515-pct00001
전력 Pcnv(t)는 컨버터(11)의 직류 모선(12)측의 전력을 나타낸다. 전력 Pcnv(t)가 양수값인 경우에는, 컨버터(11)는 전력치 ｜Pcnv(t)｜만큼 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)에 전력을 변환하여 출력하고 있는 것을 나타낸다. 반대로, 전력 Pcnv(t)가 음수값인 경우에는, 컨버터(11)는 전력치 ｜Pcnv(t)｜만큼 직류 모선(12)으로부터 전력을 열로 변환하여 소비 또는, 계통 전원(10)에 전력을 회생하고 있는 것을 나타낸다.
전력 Pcnv(t)가 음값이고 컨버터(11)가 저항 회생형 컨버터인 경우에는, 전술한 것처럼, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 단락 개시 전압치와 단락 종료 전압치의 사이에서 변동하면서, 전력 Pcnv(t)가 컨버터(11) 내의 저항기로 소비된다.
전력 Pcnv(t)가 음값이고 컨버터(11)가 전원 회생형 컨버터인 경우에는, 전술한 것처럼, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압치와 회생 종료 전압치의 사이에서 변동하면서, 전력 Pcnv(t)가 컨버터(11) 내의 AC 리액터를 통해서 계통 전원(10)에 회생된다.
도 4는 전력 Pcnv(t)가 음값인 경우의 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 파형을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 4 (a)는 전력치 ｜Pcnv(t)｜가 상대적으로 큰 경우의 파형을 나타내고, 도 4 (b)는 전력치 ｜Pcnv(t)｜가 상대적으로 작은 경우의 파형을 나타낸다. 도 4 (a) 및 도 4 (b)에 있어서, 굵은 파선으로 나타내는 직류 모선 전압치 Vdc는, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 시간 평균치이고, 예를 들면, 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 저역 통과 필터(LPF：Low Pass Filter)에 통과시켜 얻을 수 있다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)는, 직류 전압치 검출부(18)가 검출한다.
도 4 (a)와 도 4 (b)를 비교하면, 전력치 ｜Pcnv(t)｜가 상대적으로 큰 경우에는 시간 평균치인 직류 모선 전압치 Vdc가 높아지고, 전력치 ｜Pcnv(t)｜가 상대적으로 작은 경우에는 시간 평균치인 직류 모선 전압치 Vdc가 낮아진다. 또, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 파형은, 전력 Pcnv(t)의 평활 콘덴서(13)로의 충전과 평활 콘덴서(13)로부터 컨버터(11)로의 방전에 의해 형성되기 때문에, 직류 모선 전압치 Vdc는 전력치 ｜Pcnv(t)｜ 뿐만 아니라 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C에도 의존한다.
또, 상기 저역 통과 필터의 전달 함수는, 후술하는 충전 전류 지령치 생성부(4)의 전달 함수와 합성되기 때문에, 합성 후의 특성에 있어서, 교류 모터 구동 시스템(1)의 안정성에 유의해야 한다. 일반적으로, 상기 저역 통과 필터의 전달 함수는, 충전 전류 지령치 생성부(4)의 전달 함수의 자유도를 확보하기 위해서, 보다 저차(低次)의 특성이 바람직하다. 일차의 저역 통과 필터로 원하는 직류 모선 전압치 Vdc를 얻을 수 있으면, 일차의 저역 통과 필터를 채용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4 (a) 및 도 4 (b)에서는, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 단락 개시 전압치(또는 회생 개시 전압치)와 단락 종료 전압치(또는 회생 종료 전압치)의 범위 내에 들어가 있지만, 실제의 동작에서는, 동작 속도의 제한이나 계통 전원(10)의 위상의 시간적 관계에 의해, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 이 범위 외가 되는 경우도 존재하는 것을 주기(注記)한다.
여기서, 전술의 도 3 및 후술의 도 10에 있어서, 회생 동작시의 직류 모선 전압치 Vdc는 회생 동작 전의 직류 모선 전압치보다 상승하는 것처럼 도시하고 있지만, 회생 동작시의 직류 모선 전압치 Vdc는, 여기까지의 설명에서 분명한 것처럼, 단락 개시 전압치(또는 회생 개시 전압치)와 단락 종료 전압치(또는 회생 종료 전압치)의 상호 관계로 정해진다. 즉, 단락 개시 전압치(또는 회생 개시 전압치)가 회생 동작 전의 직류 모선 전압치보다 약간의 높고, 한편, 단락 종료 전압치(또는 회생 종료 전압치)가 회생 동작 전의 직류 모선 전압치보다 큰폭으로 낮은 경우에는, 회생 동작시의 직류 모선 전압치 Vdc는 회생 동작 전의 직류 모선 전압치보다 강하한다.
도 5는 전력치 ｜Pcnv(t)｜와 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 도시하는 도면이다. 상기 설명한 것처럼, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치가 C인 경우의 전력치 ｜Pcnv(t)｜와 직류 모선 전압치 Vdc의 관계는, 도 5 (a)의 굵은 실선으로 도시된다. 마찬가지로, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치가 C1, C2인 경우의 관계는, 도 5 (a)의 파선으로 도시된다.
일반적으로는, 도 5 (a)에 있어서, C1＜C＜C2의 관계가 성립하지만, 정전 용량치 C1와 C2의 차(差)가 별로 크지 않은 경우나, 직류 전압치 검출부(18)의 분해능(分解能)이나 사용하는 LPF의 특성에 의해, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치의 차를 고려하지 않고, 전력치 ｜Pcnv(t)｜와 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 정전 용량치 C의 1 종류로 대표하는 경우도 있다.
도 5 (a)에 도시하는 것처럼, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치가 C인 경우에는, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 중, 컨버터(11)로의 전력을 전력 임계치｜PthA｜이하로 억제하려고 하면, 직류 모선(12)의 전압치는 전압 임계치 VthA 이하로 해야 한다. 도 3 (a) 및 도 3 (b)에는, 이 회생 동작에 있어서의, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 Pload(t), 컨버터(11)로의 전력 Pcnv(t) 및 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc의 파형의 시간 변화가 도시되어 있다.
컨버터(11)로의 전력이 전력 임계치 PthA로 억제되고 있는 기간, 즉, 도 3 (a)에 도시하는 충전 전력 Pc(t)가 축전 디바이스(17)에 충전되고 있는 기간(도 3 (a)에 Ta로 도시하는 기간)에서는, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc는 전압 임계치 VthA가 된다(도 3 (b)를 참조). 도 5 (b)는 도 5 (a)의 가로축과 세로축을 바꿔 넣은 도면이다. 도 5 (b)로부터도 알 수 있는 것처럼, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc를 전압 임계치 VthA 이하로 유지하도록 축전 디바이스(17)에 전력을 충전함으로써, 컨버터(11)로의 전력치 ｜Pcnv(t)｜는 전력 임계치｜PthA｜이하로 억제하는 것이 가능해진다.
도 2에 도시하는 회생시 제어부(3)는, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc와 회생시의 전압 임계치(전압 지령치) VthA로부터 충전 전력 Pc(t)에 대응하는 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*를 생성한다. 직류 전압치 검출부(18)로부터 회생시 제어부(3)에 입력되는 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc는, 회생시 제어부(3) 내의 충전 전류 지령치 생성부(4)와 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)에 입력된다.
한편, 회생시 전력/전압 환산부(6)는 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)와, 정전 용량치 격납부(62)와, 회생시 전력 임계치 격납부(63)를 구비한다.
회생시 전력 임계치 격납부(63)는 컨버터(11)에 회생시키려고 하는 전력의 상한치인 회생시의 전력 임계치 PthA를 격납한다.
정전 용량치 격납부(62)는 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C를 격납한다.
회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)는 회생시 전력 임계치 격납부(63)로부터의 회생시의 전력 임계치 PthA와 정전 용량치 격납부(62)로부터의 정전 용량치 C에 의해 도 5 (a)에 도시하는 대응 관계에 기초하여 회생시의 전압 임계치 VthA를 생성한다. 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)는, 도 5 (a)에 도시하는 대응 관계를 룩업 테이블(LUT：Look Up Table)의 판독이나 근사식에 의한 계산 등에 의해 실현하여, 회생시의 전압 임계치 VthA를 생성해서 출력한다. 회생시 전력/전압 환산부(6)의 출력, 즉, 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)의 출력인 회생시의 전압 임계치 VthA는, 충전 전류 지령치 생성부(4), 회생시 전력 보상 동작 제어부(5) 및 충전 전류 지령치 환산부(7)에 출력된다.
또한, 회생시의 전력 임계치 PthA와 정전 용량치 C는, 교류 모터 구동 시스템(1)의 작업 부하나 인버터의 구성에 따라서, 적당히 설정하면 되고, 유저에 의해 회생시 전력 임계치 격납부(63) 및 정전 용량치 격납부(62)에 각각의 값을 입력 가능한 구성을 구비하고 있으면 된다.
회생시 전력 보상 동작 제어부(5)는 직류 전압치 검출부(18)로부터의 직류 모선 전압치 Vdc에 기초하여, 축전 디바이스(17)에 충전을 개시하는 타이밍을 나타내는 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa를 생성한다. 또, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)는, 직류 모선 전압치 Vdc와 회생시의 전압 임계치 VthA를 이용하여, 축전 디바이스(17)에 충전하는 기간을 나타내는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 생성한다.
회생시 전력 보상 동작 제어부(5)에서 생성된 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa는, 충전 전류 지령치 생성부(4)에 출력된다. 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는 충전 전류 지령치 생성부(4)와 제어 신호 생성부(23)에 출력된다. 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa는, 예를 들면, 직류 모선 전압치 Vdc가 회생시의 전압 임계치 VthA가 된 시각을 나타내는 신호이거나, 또는, 직류 모선 전압치 Vdc가 무(無)부하시(교류 모터(16)가 역행 동작도 회생 동작도 실시하고 있지 않을 때)의 직류 모선 전압치 이상이 된 시각을 나타내는 신호이다. 또, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는, 예를 들면, 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 나타내는 시각부터, 직류 모선 전압치 Vdc가 회생시의 전압 임계치 VthA 이하가 될 때까지의 시각을 나타내는 신호이다.
도 3 (c)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa의 회생 전력과 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 도시하는 도면이다.
또한, 여기서 이하의 설명을 간단하게 하기 위해서, 하기와 같이 설정한다. 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa는, 유의(有意)한 경우, 축전 디바이스(17)에 충전을 개시하는 타이밍에서 1의 값이 되고, 그 이외의 기간에서는 0의 값이 되는 2치의 논리 신호로 한다. 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는 유의한 경우, 축전 디바이스(17)에 충전하는 기간에서 1의 값이 되어, 그 이외의 기간에서는 0의 값이 되는 2치의 논리 신호로 하는 것으로 한다. 또한, 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 유의하게 되는 조건이나, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하게 되는 개시 조건이나 종료 조건에 관해서는, 직류 모선 전압치 Vdc에 중첩되는 잡음의 파동의 영향을 배제하기 위해서, 채터링(chattering) 방지나 불감 대역의 설정 등을 행하는 경우도 있다.
도 6은 회생시 제어부(3) 내의 충전 전류 지령치 생성부(4)를 도시하는 블록도이다. 도 6에 도시하는 충전 전류 지령치 생성부(4)는 제1 뺄셈기(41)와, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)와, 제1 곱셈기(43)와, 제1 전환부(44)와, 제1 리미터(45)와, 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)와, 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)와, 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48)를 구비한다.
직류 전압치 검출부(18)로 검출되는 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc는, 제1 뺄셈기(41)의 피감수단(被減數端)과 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)에 입력된다.
제1 뺄셈기(41)는 직류 모선 전압치 Vdc로부터 회생시 전력/전압 환산부(6)가 생성하는 회생시의 전압 임계치 VthA를 뺀 값, 즉, 하기의 식 (2)로 나타내는 회생시 전압 차분치 ErrA를 제1 곱셈기(43)에 출력한다.
[수 2]
Figure 112016028440515-pct00002
제1 곱셈기(43)는 제1 뺄셈기(41)로부터 입력되는 회생시 전압 차분치 ErrA에, 비례 게인인 미리 정해진 상수 Kp를 곱한 곱셈치 Kp·ErrA를 생성하여, 제1 전환부(44)와 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)에 출력한다.
제1 전환부(44)는 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)의 출력인 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 이용하여, 하기의 식 (3)으로 정의되는 출력치 I1pp를 생성하여 출력한다.
[수 3]
Figure 112016028440515-pct00003
제1 전환부(44)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의를 나타내는 기간은 곱셈치 Kp·ErrA를 출력하고, 그 이외의 기간에는 0의 값을 출력한다. 제1 전환부(44)의 출력치 I1pp는, 제1 리미터(45)와 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)에 출력된다.
제1 리미터(45)는 회생시 전류 지령치 비례 성분치 I1p*를 출력한다. 회생시 전류 지령치 비례 성분치 I1p*는, 입력된 출력치 I1pp가 음값인 경우에는 0이고, 입력된 출력치 I1pp가 교류 모터 구동 시스템(1)에 있어서의 전류 제한치 Imax를 넘는 경우에는 전류 제한치 Imax이고, 입력된 출력치 I1pp가 양값으로서, 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는 입력치와 같은 값이다. 또한, 교류 모터 구동 시스템(1)에 있어서의 전류 제한치 Imax는, 예를 들면 충방전 회로(15)의 충전 전류의 최대치, 축전 디바이스(17)의 충전 전류의 최대치 또는 이들 최대치에 가까운 값 등이다. 제1 리미터(45)가 출력하는 회생시 전류 지령치 비례 성분치 I1p*는, 하기의 식 (4)로 나타낼 수 있다.
[수 4]
Figure 112016028440515-pct00004
회생시 전류 지령치 비례 성분치 I1p*는 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48)에 입력된다.
도 7은 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)를 도시하는 블록도이다. 도 7에 도시하는 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)는 제2 곱셈기(461)와, 제1의 2입력 덧셈기(462)와, 제2 리미터(463)와, 제2 전환부(464)와, 제1 지연부(465)를 구비한다.
회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)에는, 제1 전환부(44)의 출력치 I1pp, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)의 출력치인 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit 및 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 입력된다.
제2 곱셈기(461)는 출력치 I1pp에 적분 게인인 미리 정해진 상수 Ki를 곱한 곱셈치 Ki·I1pp를 생성하여, 제1의 2입력 덧셈기(462)의 한쪽 입력단에 출력한다.
제1의 2입력 덧셈기(462)는 제2 곱셈기(461)의 출력인 곱셈치 Ki·I1pp와 제1 지연부(465)의 출력치 ZI1i*의 합을 계산하여, 덧셈치 SumI1i를 출력한다. 제1의 2입력 덧셈기(462)의 처리는, 하기의 식 (5)로 나타낼 수 있다.
[수 5]
Figure 112016028440515-pct00005
제2 리미터(463)는 출력치 LI1i를 출력한다. 출력치 LI1i는 입력된 덧셈치 SumI1i가 음값인 경우에는 0이고, 입력된 덧셈치 SumI1i가 교류 모터 구동 시스템(1)에 있어서의 전류 제한치 Imax를 넘는 경우에는 전류 제한치 Imax이고, 입력된 덧셈치 SumI1i가 양값으로서, 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는 입력치와 같은 값이다.
제2 리미터(463)가 출력하는 출력치 LI1i는, 하기의 식 (6)으로 나타낼 수 있다.
[수 6]
Figure 112016028440515-pct00006
제2 전환부(464)는, 제2 리미터(463)가 출력하는 출력치 LI1i와 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)가 출력하는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit의 입력에 대해, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)의 출력인 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa를 이용하여, 하기의 식 (7)로 나타내는 선택을 실시한 값인 선택 결과 I1i*를 출력한다.
[수 7]
Figure 112016028440515-pct00007
이 선택 결과 I1i*는 제1 지연부(465)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48)에 출력된다.
제1 지연부(465)는 입력치를 제어 시간 간격 1단위만큼 지연시켜 출력한다. 제1 지연부(465)에 의해, 제2 전환부(464)의 출력치인 선택 결과 I1i*를 제어 시간 간격 1단위만큼 지연시킨 결과가 출력치 ZI1i*가 된다. 그리고 제1의 2입력 덧셈기(462)로, 상기의 식 (5)로 나타내는 처리가 실햄됨으로써, 제2 곱셈기(461)가 출력하는 곱셈치 Ki·I1pp에 대한 적분 기능이 실현된다. 즉, 제2 전환부(464)가 출력하는 선택 결과 I1i*가, 회생시 전류 지령치 적분 성분치가 된다.
도 7에 도시하는 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)가 상기 설명한 구성을 구비하므로, 회생시 전류 지령치 적분 성분치 I1i*는, 제1 전환부(44)에 의해 회생시 전력 보상 동작 개시 시각 이전에는 0의 값을 유지하고, 제2 전환부(464)에 의해 회생시 전력 보상 개시시에는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit로부터 적분 동작을 개시하게 되며, 그 최대치는 제2 리미터(463)에 의해 전류 제한치 Imax를 넘을 일은 없다. 또한, 적분 게인인 상수 Ki는, 제어 시간 간격에 의한 인자를 포함한 값이다.
도 8은 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)를 도시하는 블록도이다. 도 8에 도시하는 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)는 제2 지연부(471)와, 제2 뺄셈기(472)와, 제3 곱셈기(473)와, 제3 리미터(474)를 구비한다. 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)에 입력되는 제1 곱셈기(43)가 출력하는 곱셈치 Kp·ErrA는, 제2 지연부(471)와 제2 뺄셈기(472)의 피감수단에 입력된다.
제2 지연부(471)는 입력을 제어 시간 간격 1단위만큼 지연시켜 출력한다. 제2 지연부(471)에 의해, 제1 곱셈기(43)가 출력하는 곱셈치 Kp·ErrA를 제어 시간 간격 1단위만큼 지연시킨 결과가 출력치 ZKpEr로서 출력된다. 제2 지연부(471)의 출력치 ZKpEr은, 제2 뺄셈기(472)의 감수단(減數端)에 입력된다.
제2 뺄셈기(472)는, 하기의 식 (8)로 정의되는 뺄셈치 DifKpEr을 제3 곱셈기(473)로 출력한다.
[수 8]
Figure 112016028440515-pct00008
제3 곱셈기(473)는 뺄셈치 DifKpEr에 미분 게인인 미리 정해진 상수 Kd를 곱한 곱셈치 I1dp를 생성하여, 제3 리미터(474)에 출력한다.
제3 리미터(474)는 곱셈치 I1dp에 대해서 값 0과 전류 제한치 Imax에 기초하여 하기의 식 (9)에서 나타내는 처리를 실시하여, 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48)에 출력한다.
[수 9]
Figure 112016028440515-pct00009
제2 뺄셈기(472)에 의해서, 식 (8)로 나타내는 처리가 실시됨으로써, 제1 곱셈기(43)가 출력하는 곱셈치 Kp·ErrA에 대한 미분 기능이 실현된다. 따라서 제3 리미터(474)의 출력이 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*가 된다.
회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)가 상기 설명한 구성을 구비하므로, 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*의 최대치는, 제3 리미터(474)에 의해 전류 제한치 Imax를 넘을 일은 없다. 또한, 미분 게인인 상수 Kd는 제어 시간 간격에 의한 인자를 포함한 값이다.
도 9는 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48)를 도시하는 블록도이다. 도 9에 도시하는 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48)는 3입력 덧셈기(481)와, 제4 리미터(482)와, 제3 전환부(483)를 구비한다.
3입력 덧셈기(481)는 제1 리미터(45)로부터 출력되는 회생시 전류 지령치 비례 성분치 I1p*와, 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46)로부터 출력되는 회생시 전류 지령치 적분 성분치 I1i*와, 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)로부터 출력되는 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*의 총합 I1c*를 제4 리미터(482)로 출력한다.
제4 리미터(482)는 출력치 LI1c*를 출력한다. 출력치 LI1c*는 총합 I1c*가 음값인 경우에는 0이고, 총합 I1c*가 교류 모터 구동 시스템(1)에 있어서의 전류 제한치 Imax를 넘는 경우에는 전류 제한치 Imax이고, 총합 I1c*가 양값으로서, 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는 입력치와 같은 값이다. 제4 리미터(482)가 출력하는 출력치 LI1c*는, 하기의 식 (10)으로 나타낼 수 있다.
[수 10]
Figure 112016028440515-pct00010
제3 전환부(483)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 이용하여, 하기의 식 (11)로 정의되는 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 생성하여 출력한다.
[수 11]
Figure 112016028440515-pct00011
제3 전환부(483)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의를 나타내는 기간에는 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*에 출력치 LI1c*를 출력하고, 그 이외의 기간에는 0을 출력한다. 제3 전환부(483)의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는, 충전 전류 지령치 환산부(7)에 출력된다.
도 3 (a)에 도시하는 회생 동작 초기 시각에 있어서의 최대 회생 전력 Pmax에 의해, 동시각에서의 축전 디바이스(17)로의 충전 전류치 Is는, 하기의 식 (12－1)로 나타낼 수 있다.
[수 12－1]
Figure 112016028440515-pct00012
전술과 같이, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc와 회생 전력의 사이에는, 도 5 (b)에 도시하는 관계가 존재한다. 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치가 C인 경우, 즉, 도 5 (b)에 있어서 굵은 실선으로 나타내지는 관계를 함수 fc(Vdc)로 나타내는 것으로 한다. 그리고 함수 fc(Vdc)에 있어서 최대 회생 전력 Pmax가 된다고 상정되는 직류 모선 전압치를 최대 직류 모선 전압치 Vmax라고 정의하면, 하기의 식 (12－2)의 관계가 성립한다.
[수 12－2]
Figure 112016028440515-pct00013
상기의 식 (12－2)로부터, 식 (12－1)은, 하기의 식 (12－3)으로 변형할 수 있다.
[수 12－3]
Figure 112016028440515-pct00014
여기서, 1/VthA와 -｜PthA｜／VthA는, 각각 미리 값이 판명되어 있는 상수이기 때문에, 이들 값 각각을 하기의 식 (12－4) 및 (12－5)로 정의하면, 상기의 식 (12－3)은 하기의 식 (12－6)으로 나타낼 수 있다.
[수 12－4]
Figure 112016028440515-pct00015
[수 12－5]
Figure 112016028440515-pct00016
[수 12－6]
Figure 112016028440515-pct00017
그러나 교류 모터 구동 시스템(1)에서는, 축전 디바이스(17)로의 충전 동작에 의해 회생 전력의 피크를 억제하기 때문에, 직류 전압치 검출부(18)의 출력인 직류 모선 전압치 Vdc를 관측하고 있어도, 최대 직류 모선 전압치 Vmax의 값을 얻을 수 없다. 이에, 관측 가능한 직류 모선 전압치 Vdc로부터 최대 직류 모선 전압치 Vmax를 추정하는 것으로 한다. 상기의 식 (12－2)로부터 하기의 식 (12－7) 및 식 (12－8)의 관계가 성립하는 Pmax1, Pmax2, Vmax1, Vmax2를 각각 정의한다. 단, Pmax1과 Pmax2의 사이에는, 식 (12－9)가 성립하는 것으로 한다.
[수 12－7]
Figure 112016028440515-pct00018
[수 12－8]
Figure 112016028440515-pct00019
[수 12－9]
Figure 112016028440515-pct00020
도 10 (a－1)~(b－2)는 전력 P 또는 직류 모선 전압 Vdc의 시간 변화를 도시하는 도면이다. 도 10 (a)의 파선으로 도시한 것처럼, 교류 모터(16)가 급정지하는 것 같은 가파른 회생 전력의 회생 동작 개시시의 변화더라도, 인버터(14)나 직류 모선(12)의 임피던스 또는 인덕턴스 등의 요인에 의해, 도 10 (a)의 굵은 실선으로 도시한 것처럼 실제의 회생 전력은 지연이 생긴다. 회생 동작 개시 직후에 있어서의 실제의 회생 전력의 변화율은, 최대 회생 전력 Pmax가 클수록 가파르게 된다. 즉, 도 10 (a－1)와 도 10 (a－2)에 Δt0로 나타내는 회생 동작 개시 직후의 제어 시간 간격 1단위분에 있어서의 회생 전력의 변화는, 최대 회생 전력 Pmax가 Pmax2인 경우보다도 Pmax1인 경우의 쪽이 크고, 도 10 (a－1)의 ΔPmax1은, 도 10 (a－2)의 ΔPmax2보다도 크다.
이것에 따라서, 도 10 (b－1), (b－2)에 Δt0로 나타내는 회생 동작 개시 직후의 제어 시간 간격 1단위분에 있어서의 직류 모선 전압치 Vdc의 변화도, 최대 회생 전력 Pmax가 Pmax2인 경우보다도 Pmax1인 경우의 쪽이 크고, 도 10 (b－1)의 ΔVdc1는 도 10 (b－2)의 ΔVdc2보다도 크다.
따라서 최대 직류 모선 전압치 Vmax와 제어 시간 간격 1단위분에 있어서의 직류 모선 전압치 Vdc의 변화분 ΔVdc의 사이에는 고유한 관계가 존재하고, 이 관계를 하기의 식 (13)으로 나타내는 함수 g(ΔVdc)로 정의한다.
[수 13]
Figure 112016028440515-pct00021
상기의 식 (13)을 식 (12－6)에 대입하면 하기의 식 (14)가 얻어진다. 하기의 식 (14)로 나타내는 충전 전류치 Is를 생성하는 기능이, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)의 기능이다.
[수 14]
Figure 112016028440515-pct00022
그러나 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)는, 회생 동작 개시시뿐만 아니라, 교류 모터 구동 시스템(1)의 가동 시각 모두에 있어서 작동한다. 따라서 상기의 식 (14)의 좌변은, 회생 동작 초기 시각에 있어서의 충전 전류치 Is가 아니라, 하기의 식 (15)에 나타내는 것처럼 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치의 후보치인 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit로 하는 것이 바람직하다. 그리고 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit는, 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46) 내의 제2 전환부(464)에 있어서 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 유의하게 된 시각에서, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치가 된다.
[수 15]
Figure 112016028440515-pct00023
도 11 (a)~(c)는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)의 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 11 (a)는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42a)의 블록도를 도시한다. 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42a)는, 제3 뺄셈기(421)와, 제3 지연부(422)와, ΔVdc/Vmax 환산부(423)와, Vmax/｜Pmax｜환산부(424)와, 제4 곱셈기(425)와, 상수b 격납부(426)와, 제2의 2입력 덧셈기(427)를 구비한다. 직류 전압치 검출부(18)의 출력인 직류 모선 전압치 Vdc는, 제3 뺄셈기(421)의 피감수단과 제3 지연부(422)에 입력된다.
제3 지연부(422)는 입력을 제어 시간 간격 1단위만큼 지연하여 출력한다. 제3 지연부(422)에 의해, 직류 모선 전압치 Vdc를 제어 시간 간격 1단위만큼 지연한 결과가 출력치 ZVdc가 된다. 제3 지연부(422)의 출력치 ZVdc는, 제3 뺄셈기(421)의 감수단에 입력된다.
제3 뺄셈기(421)는 Vdc로부터 ZVdc를 뺀 값 ΔVdc를 생성하여 출력한다. ΔVdc는 ΔVdc/Vmax 환산부(423)에 입력된다. ΔVdc/Vmax 환산부(423)는 상기의 식 (13)에 나타내는 대응 관계를 LUT의 판독이나 근사식에 의한 계산 등에 의해 실현하여, 최대 직류 모선 전압치 Vmax의 추정값을 출력한다. ΔVdc/Vmax 환산부(423)의 출력인 최대 직류 모선 전압치 Vmax는 Vmax/｜Pmax｜환산부(424)에 입력된다.
Vmax/｜Pmax｜환산부(424)는 상기의 식 (12－2)에 나타내는 대응 관계를 LUT의 판독이나 근사식에 의한 계산 등에 의해 실현하여, 최대 회생 전력의 절대치｜Pmax｜를 출력한다. Vmax/｜Pmax｜환산부(424)의 출력인 최대 회생 전력의 절대치｜Pmax｜는 제4 곱셈기(425)에 입력된다.
제4 곱셈기(425)는 입력된 최대 회생 전력의 절대치｜Pmax｜에 상기의 식 (12－4)로 나타내는 상수 a를 곱하여 출력한다. 출력된 값은 제2의 2입력 덧셈기(427)의 한쪽 입력단에 입력된다. 제2의 2입력 덧셈기(427)의 다른 쪽 입력단에는, 상기의 식 (12－5)에 나타내는 상수 b를 격납하고 있는 상수b 격납부(426)로부터 상수 b가 입력된다.
제2의 2입력 덧셈기(427)는, 제4 곱셈기(425)의 출력과 상수b 격납부(426)의 출력을 덧셈하여, 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부(46) 내의 제2 전환부(464) (도 7)로 상기의 식 (15)에 나타내는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit를 출력한다.
도 11 (b)는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42b)의 블록도를 도시한다. 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42b)는 도 11 (a)의 ΔVdc/Vmax 환산부(423)와 Vmax/｜Pmax｜환산부(424)를 일체로 하여, 복합 함수 fc(g(ΔVdc))인 ΔVdc로부터 ｜Pmax｜로의 대응 관계를 LUT의 판독이나 근사식에 의한 계산 등에 의해 실현하여, 최대 회생 전력 Pmax의 절대치인 ｜Pmax｜를 출력하는 ΔVdc/｜Pmax｜환산부(428)로 실현하는 구성이다.
도 11 (c)는 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42c)의 블록도를 도시한다. 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42c)는 도 11 (a)의 ΔVdc/Vmax 환산부(423)와, 도 11 (a)의 Vmax/｜Pmax｜환산부(424)와, 도 11 (a), (b)의 제4 곱셈기(425)와, 도 11 (a), (b)의 상수b 격납부(426)와, 도 11 (a), (b)의 제2의 2입력 덧셈기(427)를 일체로 하여, 상기의 식 (15)의 대응 관계를 일괄하여 LUT의 판독이나 근사식에 의한 계산 등에 의해 실현하여, 도 11 (a), (b)의 ΔVdc로부터 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit를 출력하는 ΔVdc/Iinit 환산부(429)로 실현하는 구성이다.
충전 전류 지령치 생성부(4)는 상기와 같이 구성되어 있으므로, 비례 적분 미분 제어(PID 제어)의 적분 성분 초기치에, 직류 모선 전압치 Vdc와 회생 동작 개시시 차분치(差分値)에 기초한 값을 채용하고, 회생시의 전압 임계치 VthA를 지령치로, 관측치를 직류 모선 전압치 Vdc로 하여, 평활 콘덴서(13)로부터의 충전 전류 지령치, 즉, 직류 모선측 충전 전류 지령치인 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 구할 수 있다.
그리고 충전 전류 지령치 생성부(4)를 PID 제어로 하고, 또한 적분 성분 초기치를 도입함으로써, 교류 모터(16)로부터의 가파른 회생 전력의 발생에 대해서, 그 회생 전력의 크기에 대응하고, 또한 응답이 좋은 직류 모선측 충전 전류 지령치를 구할 수 있다.
충전 전류 지령치 생성부(4)의 출력인 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc와, 직류 모선(12)에 대한 지령치인 전압 임계치 VthA에 의해 생성되어 있기 때문에, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 충방전 회로(15)의 직류 모선(12)측의 전류 지령치이다. 한편, 충방전 제어부(2)의 출력인 제어 신호의 생성에는 충방전 전류치 검출부(19)의 출력인 충방전 전류치 Ic를 관측치로 하고 있기 때문에, 충방전 전류치 Ic로의 지령치는 충방전 회로(15)의 축전 디바이스(17)측의 전류 지령치일 필요가 있다.
여기서, 충방전 회로(15)의 손실은 작은 것으로 하여 무시하고, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치를 Vcap이라고 하면, 충방전 회로(15)의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*와 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*의 사이에는, 하기의 식 (16－1)의 관계가 성립한다.
[수 16－1]
Figure 112016028440515-pct00024
회생 전력 보상시에 있어서는, 상기의 식 (16－1)의 직류 모선 전압치 Vdc가 회생시의 전압 임계치 VthA로 제어되고 있기 때문에, 상기의 식 (16－1)은 하기의 식 (16－2)가 된다.
[수 16－2]
Figure 112016028440515-pct00025
상기의 식 (16－2)에서는, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap을 항상 관측하고, 또한 나눗셈을 실행할 필요가 있다. 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap의 검출부를 생략하고, 또한 계산이 번잡한 나눗셈을 생략하기 위해서, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap을 미리 정해진 대용(代用) 양단 전압치 Vcfix로 대용한다. 대용 양단 전압치 Vcfix를 이용하면, 상기의 식 (16－2)는 하기의 식 (16－3)이 된다.
[수 16－3]
Figure 112016028440515-pct00026
대용 양단 전압치 Vcfix에는 특히 제한은 없지만, 예를 들면, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap가 채용할 수 있는 최저치를 이용하면 된다. 대용 양단 전압치 Vcfix를 양단 전압치 Vcap의 최저치로 했을 경우에는, 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*는 본래의 값보다 큰 값이 되지만, 충방전 회로(15)의 손실과 충전 전류 지령치 생성부(4)의 PID 제어의 피드백 기능에 의해, 축전 디바이스측 충전 전류 지령치로서 충분히 기능한다.
이에, 회생시 제어부(3) 내의 충전 전류 지령치 환산부(7)는, 충전 전류 지령치 환산부(7) 내에 미리 정해진 대용 양단 전압치 Vcfix의 역수 1/Vcfix를 격납하는 대용 양단 전압치 격납부를 가지고, 그 역수와, 충전 전류 지령치 생성부(4)로부터 입력되는 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*와, 회생시 전력/전압 환산부(6)로부터 입력되는 회생시 전압 임계치 VthA의 3개의 값의 곱을 계산하여(상기의 식 (16－3)), 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*를 생성한다. 충전 전류 지령치 환산부(7)의 출력인 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*는, 전류 지령치 통합부(22)에 출력된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템은, 직류 전력을 공급하는 컨버터와, 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 컨버터와 상기 인버터를 접속하는 직류 모선과, 상기 교류 전력에 의해 구동되는 교류 모터와, 상기 컨버터의 출력측에 있어서의 직류 모선 전압치를 검출하는 직류 전압치 검출 수단과, 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로부터 충전하고, 또한 충전한 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로 방전하는 축전 디바이스와, 상기 직류 모선에 대해서 상기 인버터와 병렬로 접속되고, 또한 상기 직류 모선과 상기 축전 디바이스의 사이에 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와, 상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과, 상기 직류 모선 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고, 상기 충방전 제어 수단은, 상기 교류 모터로부터의 회생 전력의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘는 경우에는, 상기 직류 모선 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 또한 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 충전 전류를, 상기 직류 모선의 직류 모선 전압치에 기초한 충전 전류치로부터 개시시키는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 상기 충전 전류치는, 상기 직류 모선 전압치의 충전 개시시에 있어서의 변화량에 기초하면 된다.
추가로는, 상기 충방전 제어 수단은 상기 직류 모선 전압치와 상기 전압 임계치에 따른 적분 제어 수단, 비례 적분 제어 수단 또는 비례 적분 미분 제어 수단을 가지고, 상기 적분 제어 수단, 상기 비례 적분 제어 수단 또는 상기 비례 적분 미분 제어 수단 내의 적분 성분에 대해, 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에, 상기 충전 개시시의 상기 직류 모선 전압치에 따른 값을 설정하면 된다.
본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템은, 하기의 효과를 달성한다. 또한, 도 12 (a)~(c)는 각각 회생 전력 Pload(t), 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1i*, 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
첫째로, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit의 도입에 의해, 가파른 회생 전력의 발생 개시시에 있어서, 종래의 구성에서는 도 12 (b)에 파선으로 도시한 것 같은 응답이 지연된 회생시 전류 지령치 적분 성분치 I1i*를 생성할 수 밖에 없었던 것에 비하여, 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템에서는, 도 12 (b)에 실선으로 도시되는 것 같은 응답이 빠른 회생시 전류 지령치 적분 성분치 I1i*를 얻는 것이 가능하게 되어, 응답성이 좋은 제어 신호를 얻을 수 있다.
둘째로, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit가 회생 동작 개시시의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*에 따른 값으로 생섬됨으로써, 불필요하게 큰 값의 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치를 이용하는 것을 막을 수 있기 때문에, 회생 동작 개시시에 계통 전원으로부터의 불필요한 전력 공급을 방지할 수 있다.
셋째로, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)가 항상 작동하고 있음으로써, 회생 동작 개시시 직후 이외의 시각에 있어서, 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 유의가 되어, 회생시 전류 지령치 적분 성분치 I1i*에 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit가 치환되더라도 회생시 전류 지령치 적분 성분치 I1i*에 큰 변화가 생기는 것을 방지할 수 있어, 연속성이 좋은 제어 신호를 얻을 수 있다. 그 때문에, 축전 디바이스(17)나 충방전 회로(15) 내의 리액터의 소자를 장(長)수명화할 수 있다.
넷째로, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(42)의 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit의 생성에 있어서, 관측치로서 직류 모선 전압치 Vdc만을 사용하고 있기 때문에, 대전류(大電流)가 흐르는 직류 모선(12)의 전류치 검출부가 불필요해져, 교류 모터 구동 시스템의 코스트를 저렴화시키고, 용적 축소나 설치 부재의 폐지에 의해 자원 절약화하며, 또 전류치 검출부의 자속 포화에 의한 제어 불능이 되는 위험성을 회피할 수 있다.
다섯째로, 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)의 입력을 제1 전환부(44)를 거치지 않는 구성으로 한 것에 의해, 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*의 생성에, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)의 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa의 생성을 기다릴 필요가 없기 때문에, 회생시 전력의 발생 개시 직후에 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*를 생성할 수 있어, 회생 보상 동작 개시 직후부터 유효한 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 회생시 전류 지령치 미분 성분치 I1d*(도 12 (c))의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*(도 12 (b)의 굵은 실선)에 대한 기여는, 한정적이고, 또한 소규모이기 때문에, 충전 전류 지령치 생성부(4)로부터 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)를 제외한 구성으로, 상기한 제1 내지 제4 효과를 달성하는 교류 모터 구동 시스템을 얻을 수 있다. 단, 이 경우의 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48) 내의 3입력 덧셈기(481)는, 2입력 덧셈기로 치환된다.
추가로, 정상 오차가 허용되는 범위이면, 충전 전류 지령치 생성부(4)로부터 제1 리미터(45)와 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부(47)의 양쪽을 생략함으로써도, 상기한 제1 내지 제4 까지의 효과를 달성하는 교류 모터 구동 시스템을 얻을 수 있다. 단, 이 경우에는, 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부(48) 내의 3입력 덧셈기(481)도 생략된다.
또한, 도 1에 있어서는, 충방전 회로(15)가 단상(單相)의 초퍼인 경우를 상정한 도면이기 때문에, 충방전 전류치 검출부(19)가 1개만 존재하는 경우를 나타내고 있다. 축전 디바이스(17)의 충방전 전류의 리플(ripple)을 억제하는 목적으로, 충방전 회로(15)를 복수의 상, 즉, n상 초퍼(n은 2이상의 정수)로 구성하는 것도 가능하다. 충방전 회로(15)를 n상 초퍼로 구성하면, 축전 디바이스(17)의 충방전 전류의 리플은 1/n로 저감시키는 것이 가능하게 되고, 그것에 따라, 축전 디바이스(17)의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 축전 디바이스(17)의 수명을 늘릴 수 있다. 충방전 회로(15)를 n상 초퍼로 구성하는 경우에는, 1이상 n이하의 정수인 m개의 충방전 전류 검출부를 탑재하여, m개의 충방전 전류치를 충방전 제어부(2) 내의 제어 신호 생성부(23)에 입력해서, 축전 디바이스(17)의 충방전 전류 Ic를 계산하여 사용하게 된다.
또, 충방전 회로(15)를 n상 초퍼로 구성함으로써, 1상당 충방전 전류를 억제하는 것이 가능하게 되기 때문에, 충방전 제어부(2)의 출력인 제어 신호에 대한 충방전 전류의 응답이 신속해진다. 따라서 회생 동작 개시시의 제어 신호에 대한 충전 전류의 응답은, 단상의 초퍼의 경우에 비해 향상된다.
또한, 도 1에 도시하는 구성에 대해서, 교류 모터(16)가 역행 동작도 회생 동작도 실시하지 않는 기간이나 교류 모터(16)의 역행 동작시의 전력 또는 회생 동작시의 전력이 미리 정해진 임계치 미만인 경우에, 축전 디바이스(17)에 원하는 전력을 충방전시키기 위해서 충방전 회로(15)를 동작시키는 제어 신호를 생성하는 보(補) 충전 제어부를 추가로 구비하고 있어도 된다. 반대로, 역행시에 컨버터(11)로부터의 공급 전력을 억제할 필요가 없는 경우에는, 본 실시 형태에서 설명한 역행시 제어부(21)와 전류 지령치 통합부(22)가 존재하지 않는 구성으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 충방전 제어부(2)가 다양한 하드웨어의 조합에 의해 구성되는 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 충방전 제어부(2) 내의 각 구성의 일부 또는 전부는, 치환 가능한 소프트웨어에 의해 실현해도 된다.
실시 형태 2.
도 13은 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태 2의 전체를 도시하는 블록도이다. 도 13에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1a)은, 충방전 제어부(2a)와, 컨버터(11)와, 평활 콘덴서(13)와, 인버터(14)와, 충방전 회로(15)와, 교류 모터(16)와, 축전 디바이스(17)와, 직류 전압치 검출부(18)와, 충방전 전류치 검출부(19)와, 교류 전압치 검출부(8)를 포함한다. 즉, 도 13에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1a)과 도 1에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1)은, 교류 전압치 검출부(8)를 포함하는 점이 다르다.
교류 전압치 검출부(8)는 컨버터(11)의 계통 전원(10)측에 접속되는 계통 전원선 사이에 있어서의 전압치인 교류 전압치 Vac를 검출하여, 충방전 제어부(2a)로 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과 동일 또는 동등한 수단에는, 동일한 명칭과 부호를 이용하고 설명을 생략한다.
컨버터(11)에 입력되는 계통 전원에 있어서의 교류 전압치 Vac는, 계통 전원(10)으로부터 컨버터(11)까지의 배선의 길이에 따라 다르다. 또, 같은 계통 전원에 복수의 교류 모터 구동 시스템이 접속되는 경우에는, 하나의 교류 모터 구동 시스템의 컨버터(11)에 입력되는 교류 전압치 Vac는, 다른 교류 모터 구동 시스템의 가동 상태(번한(繁閑))에 따라 변동된다. 그리고 컨버터(11)에 있어서의 교류 전압치 Vac가 변동하면, 컨버터(11)의 출력인 직류 모선(12)의 전압치 Vdc도 변동된다.
본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템(1a)은, 컨버터(11)의 교류 전압치 Vac가 변동해도, 컨버터(11)를 통해서 회생하는 회생 전력을, 미리 정해진 회생시 전력 임계치 PthA로 억제할 수 있다.
도 14는 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치가 C로 일정하고, 교류 전압치 Vac가 변동했을 때의, 교류 모터(16)의 회생 동작에 있어서의 직류 모선 전압치 Vdc와 컨버터(11)의 회생 전력 ｜Pcnv(t)｜의 관계를 도시하는 도면이다. 도 14에 있어서, Vac1＜Vac0＜Vac2라고 하고, 직류 모선 전압치 Vdc가 Vac0인 경우의 ｜Pcnv(t)｜와 전압치 Vdc의 관계는, 굵은 실선으로 도시된다. 마찬가지로, 직류 모선 전압치 Vdc가 Vac1, Vac2인 경우에는, 도 14의 파선으로 도시된다. 도 14에 도시하는 굵은 실선과 2개의 파선은, 대체로 평행 이동한 관계에 있다.
도 14로부터도 알 수 있는 것처럼, 컨버터(11)가 회생하는 전력을 PthA로 억제하려고 해도, Vac=Vac0인 경우의 회생시 전압 임계치 VthA는 VthA＿0인데 비하여, Vac=Vac1인 경우의 회생시 전압 임계치 VthA는 VthA＿1로 설정하고, 또 Vac=Vac2인 경우의 회생시 전압 임계치 VthA는 VthA＿2로 설정할 필요가 있다.
이에, 본 실시 형태에서는, 교류 전압치 검출부(8)로 검출한 교류 전압치 Vac를 충방전 제어부(2a) 내의 회생시 제어부(3) 내의 회생시 전력/전압 환산부(6)로 입력한다. 본 실시 형태에 있어서의 회생시 전력/전압 환산부(6)는, 예를 들면, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C에 따라서, 도 14에 도시하는 것 같은, 교류 전압치의 차이에 대응하는 LUT를 구비한다. 또는, 본 실시 형태에 있어서의 회생시 전력/전압 환산부(6)는, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치가 동일치 C인 경우의 교류 전압치의 차이에 의한 전압치 Vdc와 ｜Pcnv(t)｜의 관계가 대략 평행 이동한 관계에 있는 것을 이용한다. 즉, 회생시 전력/전압 환산부(6)가, Vac=Vac0 경우인 관계만을 LUT 또는 근사식으로서 격납하고 있고, 회생시 전력/전압 환산부(6) 내의 변환부의 출력은, 도 14에 있어서의 VthA＿0이 된다. 그리고 이 VthA＿0에 대해서, 하기의 식 (17)로 나타내는 연산, 즉, VthA＿0에 상수 Ka/Vac0를 곱하고, 추가로, 교류 전압치 검출부(8)로부터의 교류 전압치 Vac를 곱하여, 회생시 전압 임계치 VthA를 얻는다.
[수 17]
Figure 112016028440515-pct00027
단, 상기의 식 (17)에 도시하는 상수 Ka는, 교류 전압치 Vac의 기준이 되는 전압치 Vac0에 대한 변화율, 즉, 도 14의 곡선의 평행 이동의 비율을 나타내는 상수이다.
회생시 전력/전압 환산부(6)의 출력은, 실시 형태 1과 마찬가지로, 충전 전류 지령치 생성부(4), 회생시 전력 보상 동작 제어부(5) 및 충전 전류 지령치 환산부(7)에 출력된다. 또한, VthA＿0에 상수 Ka/Vac0를 곱한 데이터를 본 실시 형태의 회생시 전력/전압 환산부(6) 내의 변환 수단에 격납해도 된다.
또, 본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1의 효과에 더하여, 컨버터(11)의 입력측의 계통 전원선 사이의 전압치인 교류 전압치 Vac가 변동했을 경우에 있어서도, 직류 모선 전류량 검출 수단을 마련하는 일 없이, 컨버터(11)를 통해서 회생하는 회생 전력을, 미리 정해진 임계치 PthA로 억제하는 것이 가능하다.
도 15는 본 실시 형태에 있어서의 충방전 제어부(2a)를 도시하는 블록도이다. 도 15에 도시한 것처럼, 역행 동작에 관한 전력 피크 억제를 위해서, 계통 전원(10)의 교류 전압치 Vac의 변동에 대응하는 목적으로, 교류 전압치 Vac를 역행시 제어부(21)에 입력해도 된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템은, 교류 전류를 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 상기 직류 전력을 상기 컨버터의 입력의 교류 전력과는 다른 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 상기 컨버터와 상기 인버터를 접속하는 직류 모선과, 상기 인버터의 출력인 교류 전력에 의해 구동되는 교류 모터와, 상기 컨버터의 출력측에 있어서의 직류 모선 전압치를 검출하는 직류 전압치 검출 수단과, 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로부터 충전하고, 또한 충전한 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로 방전하는 축전 디바이스와, 상기 직류 모선에 대해서 상기 인버터와 병렬로 접속되고, 또한 상기 직류 모선과 상기 축전 디바이스의 사이에 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와, 상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과, 상기 컨버터의 입력측에 있어서의 교류 전압치를 검출하는 교류 전압치 검출 수단과, 상기 직류 모선 전압치, 상기 충방전 전류치 및 상기 교류 전압치에 기초하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고, 상기 충방전 제어 수단은, 상기 교류 모터로부터의 회생 전력의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘는 경우에는, 상기 직류 모선 전압치를 상기 전력 임계치와 상기 교류 전압치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 또한 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 충전 전류를, 상기 직류 모선 전압치와 상기 교류 전압치에 기초한 충전 전류치로부터 개시시키는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 상기 충전 전류치는, 상기 직류 모선 전압치의 충전 개시시에 있어서의 변화량과 상기 교류 전압치에 기초하면 된다.
추가로는, 상기 충방전 제어 수단은, 상기 직류 모선 전압치와 상기 전압 임계치에 따른 적분 제어 수단, 비례 적분 제어 수단 또는 비례 적분 미분 제어 수단을 가지고, 상기 적분 제어 수단, 상기 비례 적분 제어 수단 또는 상기 비례 적분 미분 제어 수단 내의 적분 성분에 대해, 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에, 상기 충전 개시시의 상기 직류 모선 전압치에 따른 값을 설정하면 된다.
또한, 본 실시 형태의 충방전 제어부(2a) 내의 각 구성의 일부 또는 전부도, 치환 가능인 소프트웨어에 의해 실현해도 된다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템은, 계통 전원에 접속되어 동작하는 교류 모터를 포함하는 교류 모터 구동 시스템에 유용하다.
1: 교류 모터 구동 시스템, 2: 충방전 제어부,
3: 회생시 제어부, 4: 충전 전류 지령치 생성부,
5: 회생시 전력 보상 동작 제어부, 6: 회생시 전력/전압 환산부,
7: 충전 전류 지령치 환산부, 10: 계통 전원,
11: 컨버터, 12: 직류 모선,
12a: 고전위측 직류 모선, 12b: 저전위측 직류 모선,
13: 평활 콘덴서, 14: 인버터,
15: 충방전 회로, 16: 교류 모터,
17: 축전 디바이스, 18: 직류 전압치 검출부,
19: 충방전 전류치 검출부, 21: 역행시 제어부,
22: 전류 지령치 통합부, 23: 제어 신호 생성부,
41: 제1 뺄셈기,
42, 42a~42c: 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부,
43: 제1 곱셈기, 44: 제1 전환부,
45: 제1 리미터,
46: 회생시 전류 지령치 적분 성분 생성부,
47: 회생시 전류 지령치 미분 성분 생성부,
48: 직류 모선측 충전 전류 지령치 출력부,
61: 회생시 전압 임계치 생성 변환부,
62: 정전 용량치 격납부, 63: 회생시 전력 임계치 격납부,
421: 제3 뺄셈기, 422: 제3 지연부,
423: ΔVdc/Vmax 환산부, 424: Vmax/｜Pmax｜환산부,
425: 제4 곱셈기, 426: 상수b 격납부,
427: 제2의 2입력 덧셈기, 428: ΔVdc/｜Pmax｜환산부,
429: ΔVdc/Iinit 환산부, 461: 제2 곱셈기,
462: 제1의 2입력 덧셈기, 463: 제2 리미터,
464: 제2 전환부, 465: 제1 지연부,
471: 제2 지연부, 472: 제2 뺄셈기,
473: 제3 곱셈기, 474: 제3 리미터,
481: 3입력 덧셈기, 482: 제4 리미터,
483: 제3 전환부.

Claims (5)

  1. 직류 전력을 공급하는 컨버터와,
    상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와,
    상기 컨버터와 상기 인버터를 접속하는 직류 모선과,
    상기 교류 전력에 의해 구동되는 교류 모터와,
    상기 컨버터의 출력측에 있어서의 직류 모선 전압치를 검출하는 직류 전압치 검출 수단과,
    상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로부터 충전하고, 또한 충전한 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로 방전하는 축전 디바이스와,
    상기 직류 모선에 대해서 상기 인버터와 병렬로 접속되고, 또한 상기 직류 모선과 상기 축전 디바이스의 사이에 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와,
    상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과,
    상기 직류 모선 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고,
    상기 충방전 제어 수단은,
    상기 교류 모터로부터의 회생 전력의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘는 경우에는, 상기 직류 모선 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 또한 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 충전 전류를, 상기 직류 모선의 직류 모선 전압치에 기초한 충전 전류치로부터 개시시키는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 상기 충전 전류치는, 상기 직류 모선 전압치의 충전 개시시에 있어서의 변화량에 기초하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  3. 교류 전류를 직류 전력으로 변환하는 컨버터와,
    상기 직류 전력을 상기 컨버터의 입력의 교류 전력과는 다른 교류 전력으로 변환하는 인버터와,
    상기 컨버터와 상기 인버터를 접속하는 직류 모선과,
    상기 인버터의 출력인 교류 전력에 의해 구동되는 교류 모터와,
    상기 컨버터의 출력측에 있어서의 직류 모선 전압치를 검출하는 직류 전압치 검출 수단과,
    상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로부터 충전하고, 또한 충전한 상기 직류 전력을 상기 직류 모선으로 방전하는 축전 디바이스와,
    상기 직류 모선에 대해서 상기 인버터와 병렬로 접속되고, 또한 상기 직류 모선과 상기 축전 디바이스의 사이에 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와,
    상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과,
    상기 컨버터의 입력측에 있어서의 교류 전압치를 검출하는 교류 전압치 검출 수단과,
    상기 직류 모선 전압치, 상기 충방전 전류치 및 상기 교류 전압치에 기초하여 상기 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고,
    상기 충방전 제어 수단은,
    상기 교류 모터로부터의 회생 전력의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘는 경우에는, 상기 직류 모선 전압치를 상기 전력 임계치와 상기 교류 전압치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 또한 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 충전 전류를, 상기 직류 모선 전압치와 상기 교류 전압치에 기초한 충전 전류치로부터 개시시키는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에 있어서의 상기 충전 전류치는, 상기 직류 모선 전압치의 충전 개시시에 있어서의 변화량과 상기 교류 전압치에 기초하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 수단은, 상기 직류 모선 전압치와 상기 전압 임계치에 따른 적분 제어 수단, 비례 적분 제어 수단 또는 비례 적분 미분 제어 수단을 가지고,
    상기 적분 제어 수단, 상기 비례 적분 제어 수단 또는 상기 비례 적분 미분 제어 수단 내의 적분 성분에 대해, 상기 축전 디바이스로의 충전 개시시에, 상기 충전 개시시의 상기 직류 모선 전압치에 따른 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
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