KR20120093426A - 전력 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

직류 전원(6)에 병렬로 접속된 콘덴서(5)와, 복수의 동기기(1)를 구동시키는 복수의 전력 변환기(2)와, 전력 변환기(2)의 직류측에 병렬 접속된 콘덴서(3)와, 콘덴서(5)와 콘덴서(3)의 사이에 직접 삽입한 스위칭 회로(4)와, 복수의 전력 변환기(2)의 동작 개시를 제어하는 스위치 개시 지령부(12)와, 모터 속도 ω와 콘덴서(3)의 전압 Vc에 기초하여 전력 변환기(2)를 제어하는 제어부(9)를 구비하고, 스위치 개시 지령부(12)는 전력 변환기(2)의 정지 중에는 스위칭 회로(4)를 오프하고, 전력 변환기(2)의 운전 개시시에는 전력 변환기(2)를 동기기(1)의 단자 전압이 소정의 값이 될 때까지 스위칭 회로(4)를 오프하고, 동기기(1)의 단자 전압이 소정의 값 이하가 되면 스위칭 회로(4)를 온하는 전력 변환 장치.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERSION DEVICE}
본 발명은 철도 차량 혹은 전기 자동차를 포함하는 전기차에 이용되는 복수의 동기기(同期機)를 구동하는 전력 변환 장치에 관한 것으로, 특히 동기기의 고속 회전시의 무부하 유기 전압이 직류 전원 전압보다 높은 경우에 대응 가능한 전력 변환 장치에 관한 것이다.
자동차나 전철에서는, 구동 시스템에 의한 가속, 감속을 행하지 않고 타성(惰性)으로 주행(타행(惰行))하는 것이 운전 모드의 특징이다. 동기기를 사용하는 구동 시스템에서는, 이와 같은 타행의 경우에, 무부하 유기 전압이 발생하여 이 무부하 유기 전압이 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 역병렬 접속된 다이오드를 통해서 전파 정류되어, 직류 전압(콘덴서의 단자간 전압)이 상승한다. 이 때문에, 전파 정류된 전력은 전원측에 회생되어, 구동 시스템 전체(全體)로서 브레이크 동작을 행하게 된다.
이와 같은 브레이크 동작을 회피하는 수단으로서 하기 특허 문헌 1에 제시된 전력 변환 장치는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 당해 전력 변환 장치는 인버터의 전원과 인버터 암 사이에 일방향 도통 수단 및 개폐 수단의 병렬 접속 회로를 직렬로 삽입하고, 인버터의 정지 중에는 개폐 수단을 개방하고, 인버터의 운전 개시시에는 개폐 수단을 개방한 상태로, 동기기의 단자(端子) 전압이 소정치가 되도록 여자 전류를 제어한다. 또, 당해 전력 변환 장치는 동기기의 단자 전압이 소정치에 도달했을 때, 개폐 수단을 닫음한 상태로 동기기의 토크 전류를 제어하여 동기기를 가감속 운전한다. 또, 당해 전력 변환 장치는 운전중인 인버터를 정지할 때, 동기기의 단자 전압이 소정치가 되도록 여자 전류를 제어한 상태로 토크 전류를 제로로 감소시킨 후, 개폐 수단을 개방하여 여자 전류를 감소시켜서 인버터의 운전을 정지시킨다.
또, 하기 특허 문헌 2에는, 동기기를 복수 대 구동하는 전력 변환 장치에 관한 주회로 구성이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2000－308388호 공보(청구항 1, 제1도) [특허 문헌 2] 일본국 특개 2008－86077호 공보(「0093」, 제14도)
상기 특허 문헌 1에 제시된 종래 기술은, 인버터의 전원과 인버터 암의 사이에, 일방향 도통 수단 및 개폐 수단의 병렬 접속 회로를 직렬로 접속하는 양태이지만, 개폐 수단을 사용하고 있기 때문에 전력 변환 장치가 대형화된다고 하는 과제가 있었다. 특히, 전력 변환 장치를 전기차에 채용하는 경우, 복수의 동기기를 사용해 전기차를 구동하는 것이 일반적이다. 따라서 동기기를 복수 대 구동하기 위해서는, 전력 변환기도 동기기와 동일한 수만큼 필요하고, 복수의 동기기를 구동 가능한 전력 변환 장치를 가능한 한 소형화해서 실현하려면, 상술한 개폐 수단이 전력 변환 장치의 소형화에 방해가 된다고 하는 과제가 있었다. 또, 전력 변환기의 가까이에 접속시키는 콘덴서에 대해서도 복수 대의 동기기에 맞추어서 배치하는 것을 검토해야만 하여, 콘덴서의 사이즈가 커지기 때문에 전력 변환 장치의 소형 경량화를 더욱 도모하는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있었다. 또, 상기 특허 문헌 1에는 복수의 동기기를 구동시키는 구성이 개시되어 있지 않다.
한편, 상기 특허 문헌 2에는 복수 대의 동기기를 구동시키는 주회로 구성이 개시되어 있다. 단, 이 주회로 구성에 의해서, 동기기로부터 발생한 무부하 유기 전압이 직류 전압(직류 전원의 양단 전압에 상당)보다 높은 영역에서 동기기를 구동시켰을 경우, 상술한 바와 같이, 무부하 유기 전압은 전력 변환기를 구성하는 스위칭 소자에 역병렬 접속된 다이오드를 통해서 전파 정류된다. 따라서 직류 전압이 상승하기 때문에, 전파 정류된 전력이 직류 전원측에 회생되어 상술한 브레이크 동작이 생긴다고 하는 과제가 있었다. 또, 복수의 동기기의 회전 주파수가 다른 경우, 각 동기기가 발생하는 무부하 유기 전압의 크기가 다르기 때문에, 무부하 유기 전압의 크기를 고려한 적절한 제어가 실행되지 않으면, 상술한 브레이크 동작이 생겨 버린다. 상기 특허 문헌 2에는, 무부하 유기 전압의 크기가 다른 경우에 있어서의 제어가 개시되어 있지 않기 때문에, 브레이크 동작이 생기는 경우가 있다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 복수의 동기기의 무부하 유기 전압에 의한 브레이크 동작을 억제할 수 있는 전력 변환 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 복수의 동기기에 전력을 공급하는 직류 전원에 병렬로 접속된 제1 콘덴서와, 상기 각 동기기를 구동시키는 복수의 전력 변환기와, 상기 전력 변환기의 직류측에 병렬 접속된 제2 콘덴서와, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속되는 스위칭 회로와, 운전 지령과 상기 제2 콘덴서에서 검출된 전압 정보와 상기 각 동기기에서 검출된 전류 정보에 기초하여, 상기 각 전력 변환기 및 상기 스위칭 회로의 동작을 제어하는 제1 제어부와, 상기 전압 정보와 상기 각 동기기에서 검출된 모터 속도 정보와 상기 제1 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여, 상기 각 전력 변환기를 제어하는 제2 제어부를 구비하고, 상기 제1 제어부는 상기 각 전력 변환기가 정지하고 있는 동안은 상기 스위칭 회로를 오프 상태로 제어하고, 상기 운전 지령이 온되었을 때 상기 각 전력 변환기의 동작을 개시시키는 신호를 출력하고, 상기 전압 정보의 값이 소정의 값 이하가 되었을 때 상기 스위칭 회로를 온 상태로 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 복수의 전력 변환기의 동작의 개시를 제어하는 스위치 개시 지령부를 구비하도록 했으므로, 복수의 동기기의 무부하 유기 전압에 의한 브레이크 동작을 억제할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치의 구성도이다.
도 2는 동기기의 모터 전압과 무부하 유기 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 스위치 개시 지령부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전력 변환 장치의 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 스위치 개시 지령부의 구성도이다.
도 7은 도 5에 도시된 전력 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하에, 본 발명에 관한 전력 변환 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 자세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 전력 변환 장치의 구성도이고, 도 2는 동기기의 모터 전압과 무부하 유기 전압의 관계를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 전력 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 스위치 개시 지령부의 구성도이다.
도 1에 있어서, 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치는 주된 구성으로서, 직류 전원(6)에 병렬로 접속된 콘덴서(제1 콘덴서, 5)와 2개의 동기기(1a, 1b)를 구동시키는 전력 변환기(2a, 2b)와, 전력 변환기(2)의 직류측에 병렬로 접속된 콘덴서(제2 콘덴서, 3)와, 콘덴서(3)와 콘덴서(5)의 사이에 직렬로 접속된 스위칭 회로(4)와, 콘덴서(3)의 전압을 검출하는 전압 검출기(8)와, 스위치 개시 지령부(제1 제어부, 12)와 전력 변환기(2a, 2b)를 제어하는 제어부(제2 제어부, 9a, 9b)를 가지고 구성되어 있다.
제어부(9a, 9b)는 dq축 전류 지령 연산부(10a, 10b)와, 전압 지령 연산부(11a, 11b)를 가지고 구성되어 있다. dq축 전류 지령 연산부(10a, 10b)는 동기기(1a, 1b)의 속도를 검출하는 속도 정보 검출기(7a, 7b)로부터의 모터 속도(모터 속도 정보) ω1,ω2를 입력으로 하여, dq축 전류 지령을 연산한다. 전압 지령 연산부(11a, 11b)는 dq축 전류 지령 연산부(10a, 10b)로 연산된 dq축 전류 지령 id*, iq*와, 모터 속도 ω1,ω2와, 스위치 개시 지령부(12)로부터의 제어 신호에 기초하여, 전력 변환기(2a, 2b)를 제어하는 전압 지령을 연산한다.
스위치 개시 지령부(12)는 역행 지령 혹은 브레이크 지령을 나타내는 운전 지령과, 전류 검출기(13a)에 의해서 검출된 전류(전류 정보) iu1(이하 간단하게 「전류 iu1」라고 칭함)과, 전류 검출기(13b)에 의해서 검출된 전류(전류 정보) iu2(이하 간단하게 「전류 iu2」라고 칭함)와, 전압 검출기(8)로 검출된 콘덴서(3)의 전압(전압 정보)Vc에 기초하여, 스위칭 회로(4)의 온?오프 동작을 제어하는 스타트 신호 GSTD를 생성함과 아울러, 전력 변환기(2a, 2b)의 동작 개시 및 동작 정지를 제어하는 인버터 스타트 신호 GSTI를 생성한다.
스위칭 회로(4)는 스위칭 소자와 당해 스위칭 소자에 역병렬 접속된 다이오드로 구성되어 있다. 예를 들면, 동기기(1a, 1b)의 가속 운전을 행하는 경우, 당해역병렬 다이오드는 직류 전원(6)측으로부터 전력 변환기(2)에 전력을 공급하는 방향으로 도통한다.
전력 변환기(2a, 2b)는 스위칭 회로(Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz)를 가지고 구성되어 있다. 구체적으로는, 전력 변환기(2a, 2b)는 정(正)측 암의 3개의 스위칭 소자와, 부(負)측 암의 3개의 스위칭 소자의 브릿지 회로로 구성된다. 각각의 스위칭 소자에는 역병렬 다이오드가 접속되어 있다. 그리고 각각의 상(相)의 상(上) 암 소자와 하(下) 암 소자의 접속점이 삼상(三相)의 출력단을 구성하고, 각각의 출력단에 U상 결선,V상 결선, W상 결선이 접속된다. U상 결선, V상 결선, 및 W상 결선은 동기기(1)에 접속되어 있다. 전력 변환기(2a, 2b)는 이 구성에 의해서, 제어부(9a, 9b)로부터의 게이트 신호에 따라서 각 스위칭 소자가 온?오프 동작함으로써, 입력되는 직류 전압을 임의 주파수의 삼상 교류 전압으로 변환하여 동기기(1)를 구동한다.
실시 형태 1에 관한 동기기(1a, 1b)는 회전자에 장착된 영구 자석에 의해 계자(界磁)를 만드는 영구 자석 동기기로서 있다. 영구 자석 동기기의 경우, 영구 자석에 의한 자속이 일정하기 때문에, 동기기 단체(單體)의 특성으로서는 자속 밀도와 동기기(1)의 회전 속도의 곱에 비례한 유기 전압을 발생한다. 이것을 무부하 유기 전압이라고 하며, 도 2에 점선으로 도시된 것과 같은 특성을 가진다. 이것에 대해서, 전력 변환기(2a, 2b)는 입력인 직류 전원(6)의 직류 전압 이상의 전압을 발생할 수 없기 때문에, 무부하 유기 전압이 전력 변환기(2a, 2b)의 최대 출력 전압을 초과하는 영역에서는, 영구 자석에 의한 자속을 없애기 위한 자속을 전기자 코일로 발생시키는, 이른바 약한 계자 제어를 행하여 고속까지의 운전을 행하고 있다. 전기차에는, 상술한 바와 같이 「타행」이라고 하는 운전 모드가 있고, 이와 같은 타행시, 영구 자석 동기기를 사용하는 경우, 전력 변환 장치에는 무부하 유기 전압이 발생한다. 이 무부하 유기 전압이 전력 변환기(2a, 2b)의 직류 전압(콘덴서(5)의 양단 전압에 상당)보다도 큰 영역에서는, 무부하 유기 전압이 전력 변환기를 구성하는 스위칭 회로(Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz)에 역병렬 접속된 다이오드를 통해서 전파 정류된다. 직류 전압이 상승하기 때문에, 전파 정류된 전력은 직류 전원(6)측에 회생되어 구동 시스템 전체로서 브레이크 동작을 행하게 된다.
또, 전기차가 타행 중에, 약한 계자 제어를 위해서 여자 전류를 흘릴 수 있도록, 전력 변환 장치가 운전했을 경우, 영구 자석 동기기의 코일에 전류를 흘림으로써 생기는 동손(銅損)이나, 전력 변환기(2a, 2b)의 손실이 발생한다. 이와 같은 손실은, 에너지 절약의 관점으로부터 바람직하지 않다. 특히, 에너지 효율이 최대중요 과제인 전기 자동차에서는 치명적인 과제이다.
이에, 실시 형태 1에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 변환기(2a, 2b)와 콘덴서(5)의 사이에 스위칭 회로(4)를 삽입하여, 전력 변환기(2a, 2b)를 통해서 동기기(1a, 1b)를 구동한다. 또한, 실시 형태 1에 있어서, 스위칭 회로(4)는 IGBT 등의 스위칭 소자와 이 스위칭 소자에 역병렬로 접속되는 다이오드 등의 일방향 도통 소자로 구성된다. 이 스위칭 회로(4)는 전력 변환기(2a, 2b)를 구성하는 스위칭 회로(Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz)와 같은 것을 사용 가능하고, 그것에 의해 주회로의 제조 비용을 저감 가능하다.
스위칭 회로(4)는, 예를 들면, 전력 변환기(2a, 2b)가 가속 운전을 행하는 경우, 직류 전원(6)으로부터 전력 변환기(2)에 전력을 공급하기 때문에 온이 된다.
또, 전력 변환기(2a, 2b)가 동작을 정지하고 있는 경우에, 동기기(1a, 1b)가 발생하는 무부하 유기 전압이 콘덴서(3)의 전압보다 클 때, 스위칭 회로(4)의 스위칭 소자는 스위치 개시 지령부(12)에 의해 오프되어 콘덴서(3)가 피크 충전된다. 즉, 「타행」시, 동기기(1a, 1b)로부터 무부하 유기 전압이 전력 변환기(2a, 2b)를 구성하는 역병렬 다이오드를 통해서 전파 정류되고, 정류된 전력이 콘덴서(3)에 충전된다. 단, 이 콘덴서(3)의 용량을 적절히 선택함으로써, 콘덴서(3)가 즉석으로 충전되어 시스템 전체로서 브레이크 동작이 되는 일은 없다. 또, 콘덴서(3)의 용량을 적절히 선택함으로써, 동기기(1a)와 동기기(1b)가 다른 회전 주파수로 회전하고 있는 경우, 회전 주파수가 높은 동기기의 무부하 유기 전압의 피크치가 되도록 콘덴서(3)가 충전된다.
또, 스위칭 회로(4)의 스위칭 소자가 오프 상태인 경우, 전력 변환기(2a, 2b)측으로부터 직류 전원(6)측으로 라고 하는 방향의 전력 흐름이 스위칭 회로(4)에 의해서 차단된다. 이 때문에, 타행시에 동기기(1a, 1b)로 발생하는 무부하 유기 전압이 직류 전원(6)측에 회생됨으로써 발생하는 불요한 브레이크력의 발생과 거기에 따르는 전력의 손실을 막을 수 있다. 또한, 직류 전원(6)의 전압이 통상의 전원 전압 이상으로 상승하는 것을 막을 수 있다.
스위치 개시 지령부(12)는, 상술한 바와 같이, 운전 지령에 기초하여 스위칭 회로(4) 및 전력 변환기(2a, 2b)의 동작을 제어하는 것으로, 예를 들면, 운전 지령이 온되었을 경우(도 3의 시각 t4를 참조), 전류 iu1, iu2가 0일 때, 전력 변환기(2a, 2b)를 게이트 온, 즉 전력 변환기(2a, 2b)의 동작을 개시시키고 나서 스위칭 회로(4)를 온 시키도록 지령을 출력한다. 즉, 스위치 개시 지령부(12)는 운전 지령이 온이고, 또한 전류 iu1, iu2가 0일 때, 인버터 스타트 신호 GSTI를 온하고, 그 후에 스타트 신호 GSTD를 온한다.
또, 운전 지령이 오프된 경우(도 3의 시각 t1를 참조), 스위치 개시 지령부(12)는, 운전 지령이 오프된 동시에, 스위칭 회로(4) 및 전력 변환기(2)의 동작을 정지하도록 지령을 출력한다. 즉, 스위치 개시 지령부(12)는 운전 지령이 오프된 경우, 인버터 스타트 신호 GSTI 및 스타트 신호 GSTD를 오프한다.
특히, 운전 지령이 온된 경우(도 3의 시각 t4를 참조)에서, 스위치 개시 지령부(12)로부터 출력되는 인버터 스타트 신호 GSTI가 온이 되므로, 동기기(1a, 1b)에 인가되는 전압을 순간적으로 제어할 필요가 있다. 즉, 모터에 인가되는 전압이 전원 전압 Vdc를 초과함으로써 생기는 브레이크 토크가 발생하지 않도록, dq축 전류 지령을 제어할 필요가 있다. 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치에서는, 그 제어를 제어부(9a, 9b)의 dq축 전류 지령 연산 수단(10a, 10b)로 실행한다.
이하, 그 운전 지령이 온이 된 직후에 있어서의 dq축 전류 지령 연산부(10a, 10b)의 제어를 설명한다.
dq 좌표상에서 표시된 영구 자석 동기기의 전압 방정식과 영구 자석 동기기의 토크는 (1), (2)식으로 주어진다.
Figure pct00001
Figure pct00002
∴ id, iq: 전기자 전류의 d,q축 성분, Vd,Vq: 전기자 전압의 d,q축 성분
Figure pct00003
, φf: 영구 자석에 의한 전기자 쇄교(鎖交) 자속의 최대치, R: 전기자 저항, Ld, Lq: d,q축 인덕턴스,
Figure pct00004
, Pn: 극대수(極對數), ω: 전기 각속도
영구 자석 동기기에 공급할 수 있는 단자 전압｜Vm｜은 선간 전압 실효치에 상당하고, 콘덴서(3)의 전압을 Vc로 하면, (3)식과 같이 제한된다. 또한, 선간 전압은 도 1에 도시된 동기기(1a, 1b)의 U상-V상간, V상-W상간, 또는 W상-U상간 중 어느 하나의 선간 전압을 나타낸다.
Figure pct00005
또한, 선간 전압의 피크치 Vmp와 콘덴서(3)의 전압 Vc의 사이에는, (4)식의 관계가 성립한다.
Figure pct00006
고전압의 영구 자석 동기기에서는, 고속역(高速域)에 있어서 전력 변환기(2a, 2b)의 직류 모선 전압(전원 전압 Vdc) 이내로 억제하도록 d축 전류를 흘려서, d축 전기자 반작용에 의한 감자(減磁) 작용을 이용한 등가적인 약한 계자 제어가 행해진다. 고속역에 있어서 전력 변환기(2a, 2b)의 재기동시에는, 전력 변환기(2a, 2b)의 기동 직후부터 약한 계자 제어를 행해서 기동할 필요가 있기 때문에, 상기 (3)식의 전압 제한 조건을 이용하여 d축 전류 지령을 연산한다. 여기서, (3)식을 간소화하기 위해서, (5) 및 (6)식과 같이 한다.
Figure pct00007
단, (5)식의 Vd0,Vq0는 (1)식에서 미분항을 무시한다. 또한, 약한 계자 제어를 행하여 전력 변환기(2a, 2b)가 재기동하는 것은 고속역이기 때문에, ωL이 충분히 크다고 생각될 수 있다. 따라서 (5)식의 Vd0,Vq0는 전기자 저항 드롭분도 무시하여 (6)식으로 된다.
Figure pct00008
(5), (6)식에서, 약한 계자 제어에 이용되는 d축 전류의 조건은 (7)식이 된다.
Figure pct00009
전력 변환기(2a, 2b)의 재기동시에 토크가 발생하지 않게 하기 위해서는, 상기 (2)식에서 iq=0으로 하면 좋다. 따라서 상기 (7)식에 iq=0을 입력하면 (8)식이 된다. 단, Ld, Lq：d, q축 인덕턴스, φa=√3/2*φf, φf：영구 자석에 의한 전기자 쇄교 자속의 최대치로 한다.
Figure pct00010
즉, (8)식에 의해서, 전력 변환기(2)가 재기동할 때에 토크가 발생하지 않게 함으로써, 선간 전압을 콘덴서(3)의 전압 Vc 이하로 억제 가능하다. 이에, 전압 지령 연산부(11a)는 (8)식에서, 콘덴서(3)의 전압 Vc와 모터 속도 ω1,ω2에 기초하여, 콘덴서(3)의 전압 Vc 및 동기기(1)의 선간 전압을 순간적으로 소망치(여기에서는, 일례로서 1600V) 이하로 할 수 있는 d축 전류 지령 id*을 연산한다. 즉, (7)식의 id로부터 id*로의 치환을 행한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전압 지령 연산부(11a, 11b)에는, iq*=0으로 하고, (8)식을 이용해서 연산된 id*와, 속도 정보 검출기(7a, 7b)로 검출된 모터 속도 ω1,ω2와, 콘덴서(3)의 전압 Vc가 입력된다. 전압 지령 연산부(11a, 11b)는 공지대로, 삼상 전압 혹은 삼상 전류를 회전 직교 2축으로 좌표 변화를 할 때에 제어 좌표축이 필요하지만, 임의의 모터 속도 ω1,ω2에 기초하여 회전 2축 좌표인 제어 좌표축의 위상 θ를 연산한다. 이 위상 θ를 연산한다. (9)식에 제시된 바와 같이, 모터 속도 ω1,ω2를 적분함으로써 얻어진다.
Figure pct00011
또, 전압 지령 연산부(11a, 11b)는 (10)식에서 dq축 전압 지령 Vd*,Vq*를 연산한다. 또한, iq*=0으로 함으로써 토크가 발생하지 않도록 할 수 있다.
Figure pct00012
전압 지령 연산부(11a, 11b)는 (11)식에서 삼상 전압 지령의 전압 위상 θv를 연산한다. 즉, 위상각 θ는 dq축 전압 지령 Vd*,Vq*의 위상각을 더하여, 삼상 전압 지령의 전압 위상 θv를 연산한다.
Figure pct00013
전압 지령 연산부(11a, 11b)는 (12)식에서, 콘덴서(3)의 전압 Vc에 기초하여 변조율 PMF를 연산한다.
Figure pct00014
전압 지령 연산부(11a, 11b)는 (9), (11), (12)식의 값을 이용하여, U상 전압 지령Vu*, V상 전압 지령Vv*,및 W상 전압 지령Vw*을 (13)식으로 연산한다.
Figure pct00015
전압 지령 연산부(11a, 11b)는 전력 변환기(2a, 2b)가 펄스폭 제어를 행할 수 있도록, 삼상 전압 지령 Vu*, Vv*, Vw*에 기초한 게이트 신호를 연산하여 전력 변환기(2a, 2b)에 출력한다.
본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치에 의하면, 타행 중에 운전 지령이 온된 경우더라도, 선간 전압이 전원 전압 Vdc를 초과하지 않는 소망치(1600V)로 제한되기 때문에, 선간 전압이 전원 전압 Vdc를 초과함으로써 생기는 불요한 토크가 억제된다.
이하, 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치의 특징 부분의 하나인 스위치 개시 지령부(12)의 구성을 설명한다.
도 4에 있어서, 스위치 개시 지령부(12)는 콘덴서(3)의 전압 Vc와, 운전 지령과, 전류 iu1와, 전류 iu2를 입력으로 하여, 콘덴서(3)의 전압 Vc와 운전 지령에 따라 스타트 신호 GSTD를 출력함과 아울러, 운전 지령과 전류 iu1, iu2에 따라 인버터 스타트 신호 GSTI를 출력한다.
스위치 개시 지령부(12)는, 주된 구성으로서, 비교부(15)와, 논리곱부(16a)와, 전류 실효치 연산부(19)와, 이콜 비교부(14a, 14b)와, 논리곱부(16b)를 가지고 구성되어 있다. 또, 전류 실효치 연산부(19)는 절대치 처리부(ABS, 17a, 17b)와, 일차 지연부(18a, 18b)를 가지고 구성되어 있다.
콘덴서(3)의 전압 Vc는 비교부(15)에 입력되고, 비교부(15)는 콘덴서(3)의 전압 Vc와 소정의 값(상술한 1600V)을 비교하여, 콘덴서(3)의 전압 Vc가 소정의 값보다 낮아졌을 때 「1」을 출력하고, 그 이외에서는 0을 출력한다. 논리곱부(16a)는 비교부(15)로부터의 출력과 운전 지령을 수신하여, 비교부(15)로부터의 출력치가 「1」이고, 또한 운전 지령이 「1」(온)일 때에, 스위칭 회로(4)를 온 시키는 스타트 신호 GSTD 「1」을 출력한다. 또, 논리곱부(16a)는 운전 지령이 「0」(오프)일 때, 스위칭 회로(4)를 오프시키는 스타트 신호 GSTD 「0」을 출력한다.
전류 iu1는 절대치 처리부(17a)에 입력되고, 절대치 처리부(17a)는 전류 iu1의 절대치 처리를 행한다. 일차 지연부(18a)는 절대치 처리부(17a)로부터 출력된 전류 iu1의 절대치를 수신하여, 일차 지연에 의한 필터 효과로 전류 iu1의 실효치(직류량)를 연산한다. 전류 iu2는 절대치 처리부(17b)에 입력되고, 절대치 처리부(17b)는 전류 iu2의 절대치 처리를 행한다. 일차 지연부(18b)는 절대치 처리부(17b)로부터 출력된 전류 iu2의 절대치를 수신하여, 일차 지연에 의한 필터 효과로 전류 iu2의 실효치(직류량)를 연산한다. 이콜 비교부(14a)는 일차 지연부(18a)로부터 출력된 전류 iu1의 실효치와 임계치「0」를 비교하여, 전류 iu1의 실효치가 「0」인 경우, 전류 iu1의 실효치가 임계치 「0」과 동일한 것을 나타내는 「1」을 출력하고, 전류 iu1의 실효치가 「0」이외인 경우, 전류 iu1의 실효치가 임계치 「0」보다 큰 것을 나타내는 「1」을 출력한다. 마찬가지로, 이콜 비교부(14b)는 일차 지연부(18b)로부터 출력된 전류 iu2의 실효치와 임계치 「0」을 비교하여, 전류 iu2의 실효치가 「0」인 경우, 전류 iu2의 실효치가 임계치 「0」와 동일한 것을 나타내는 「1」을 출력하고, 전류 iu2의 실효치가 「0」이외인 경우, 전류 iu2의 실효치가 임계치 「0」보다 큰 것을 나타내는 「1」을 출력한다.
운전 지령과, 이콜 비교부(14a)의 출력 신호와, 이콜 비교부(14b)의 출력 신호는 논리곱부(16b)에 입력되고, 논리곱부(16b)는 이 모든 신호가 「1」(운전 지령은 온)인 경우, 전력 변환기(2)의 스타트 허가를 나타내는 「1」을 인버터 스타트 신호 GSTI 온으로서 출력한다. 또, 논리곱부(16b)는 그것들 모든 신호가 「1」이 아닌 경우, 전력 변환기(2)의 스타트 불허가를 나타내는 「0」을 인버터 스타트 신호 GSTI 오프로서 출력한다.
도 3을 이용하여 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치의 주된 동작을 설명한다. 또한, 도 3에서는, 일례로서 시각 t1까지는 브레이크 지령이 출력되고 있는 상태로 하고, 시각 t2에서 t4까지는 타행 상태로 하고, 시각 t4 이후는 역행 지령이 출력되고 있는 상태로 하여 설명한다. 또, 도 3에 도시된 (a)는 운전 지령의 온?오프 상태를 나타내고, (b)는 스타트 신호 GSTD의 온?오프 상태를 나타내고, (c), (d)는 인버터 스타트 신호 GSTI의 온?오프 상태를 나타낸다. (e)는 콘덴서(5)의 전압 Efc1와, 콘덴서(3)의 전압 Vc와, 동기기(1a)의 선간 전압의 피크치 Vmp1a와, 동기기(1b)의 선간 전압의 피크치 Vmp1b의 온?오프 상태를 나타낸다. (f)는 전류 iu1 상태를 나타내고, (g)는 전류 iu2 상태를 나타낸다.
시각 t1에 있어서, 운전 지령(a)이 오프되었을 때, 논리곱부(16a)로부터의 스타트 신호 GSTD(b)가 오프가 되므로, 스위칭 회로(4)가 오프가 된다. 또, 운전 지령(a)이 오프되었을 때, 논리곱부(16b)로부터의 인버터 스타트 신호 GSTI(c), (d)가 오프가 되므로, 전력 변환기(2a, 2b)가 게이트 오프가 된다. 또한, 시각 t1까지의 전류 iu1(f), iu2(g)는 전원 전압 Vdc측에 회생되어 마이너스의 값이 된다.
시각 t1에서부터 t2에 있어서, 타행에 의해서, 동기기(1a)의 무부하 유기 전압과 타행시의 동기기(1b)의 무부하 유기 전압이 모두 상승한다. 단, 전력 변환기(2a, 2b)가 게이트 오프되었을 때, 동기기(1a)의 모터 주파수와 동기기(1b)의 모터 주파수가 다르기 때문에, (e)에 도시된 바와 같이, 동기기(1a)의 무부하 유기 전압의 크기와 동기기(1b)의 무부하 유기 전압의 크기가 다르게 된다. 도 3에는, 일례로서 동기기(1a)의 모터 주파수가 동기기(1b)의 모터 주파수보다도 높은 경우의 예가 도시되고, 동기기(1b)의 무부하 유기 전압이 시각 t2에서 피크가 되는데 대하여, 동기기(1a)의 무부하 유기 전압은 시각 t3에서 피크가 된다. 이 때문에, 전압 동기기(1a)의 선간 전압의 피크치 Vmp1a가 무부하 유기 전압이 되고, 콘덴서(3)의 전압 Vc는 이 무부하 유기 전압의 상승에 따라서 증가한다. 또한, 동기기(1b)의 선간 전압의 피크치 Vmp1b는 콘덴서(3)의 전압 Vc보다도 낮은 값이 된다.
또, 시각 t1에서부터 t2에는, 무부하 유기 전압의 상승에 의해서 전류 iu1(f), iu2(g)가 계속 흐르고, 시각 t2에서부터 t3에서는 전류 iu1(f)가 계속 흐른다. 이와 같은 타행에 의한 전류 iu1, iu2가 흐르고 있는 동안에, 전력 변환기(2a, 2b)가 동작을 개시했을 경우, 전력 변환기(2a, 2b)에 큰 모터 전류가 흐르기 때문에, 과전류에 의해서 전력 변환기(2a, 2b)가 고장날 가능성이 있다.
본 실시 형태에 관한 스위치 개시 지령부(12)는 타행에 의한 전류 iu1, iu2가 흐르고 있는 동안, 전력 변환기(2a, 2b)가 게이트 오프하도록 구성되어 있다. 따라서 타행시의 전류 iu1, iu2에 의해서, 전력 변환기(2a, 2b)가 고장나는 것을 방지 가능하다. 또한, 콘덴서(5)의 전압 Efc1는, 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 스위칭 회로(4)가 오프되어 있으므로 상승하지 않는다.
다음으로, 시각 t4에 있어서, 운전 지령(a)이 온되었을 때, 논리곱부(16b)로부터의 인버터 스타트 신호 GSTI(c), (d)가 온이 되므로, 전력 변환기(2a, 2b)가 게이트 온이 된다. 전력 변환기(2a, 2b)가 동작을 개시함으로써, 콘덴서(3)의 전압 Vc 및 동기기(1)의 선간 전압은 순간적으로 소망치(1600V)에까지 저하한다. 콘덴서(3)의 전압 Vc 및 동기기(1)의 선간 전압이 소망치(1600V) 이하가 되었을 때(즉 시각 t5의 시점에서), 논리곱부(16a)로부터의 스타트 신호 GSTD(b)가 온이 된다. 그 결과, 전원(6)과 전력 변환기(2a, 2b)가 접속되어, 동기기(1a, 1b)의 가감속 운전이 가능해진다.
또한, 운전 지령(a)이 오프되어 타행을 개시하는 경우에, 스위치 개시 지령부(12)가 스위칭 회로(4)를 오프하고, 동기기(1a, 1b)의 무부하 유기 전압분의 에너지를 콘덴서(3)에 흡수시킴으로써, 도 3(e)에 도시된 바와 같이, 동기기(1a)의 선간 전압의 피크치 Vmp1a와 콘덴서(3)의 전압 Vc가 밸런스 상태가 된다.
본 발명의 특징이기도 한 콘덴서(3)의 용량은, 이하와 같이 결정할 수 있다.
예를 들면, 동기기(1)의 무부하 유기 전압이 최대 1800V이며, 타행 직후의 콘덴서(3)의 초기 전압이 1500V인 경우, 콘덴서(3)의 전압 상승분은 300V가 된다.
콘덴서(3)의 전압 상승분은 콘덴서(3)에 유입되는 전류 idc의 관계에 의해 (14)식으로 표시할 수 있다. 단, 콘덴서(3)의 용량을 C로 한다. 또한, 콘덴서(3)의 전위와 전류 idc가 흐르는 방향과의 관계는, 도 1에 도시된 화살표와 같이 된다.
Figure pct00016
(14)식에서, 콘덴서(3)에 유입되는 전류 idc는 (15)식으로 표시할 수 있다.
Figure pct00017
또, 동기기(1)의 무부하 유기 전압과 콘덴서(3)의 전압 Vc가 밸런스 상태일 경우에 발생하는 평균 토크를 T로 하고, 그 토크 T에 의한 에너지를 P로 하고, 회전 각주파수 ω(기계각)로 정의한 경우, 에너지 P는 (16)식으로 표시할 수 있다.
Figure pct00018
또, 에너지 P는 콘덴서(3)의 전압 Vc와 콘덴서(3)에 유입되는 전류 idc와의 관계로부터, (17)식으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00019
(15) ~ (17)식에서, 동기기(1)의 무부하 유기 전압과 콘덴서(3)의 전압 Vc가 밸런스 상태일 경우에 발생하는 토크 T는 (18)식으로 표시할 수 있다.
Figure pct00020
(18)식에서, 콘덴서(3)의 용량 C는 (19)식으로 표시할 수 있다.
Figure pct00021
(19)식 각각의 파라미터에 이하의 값을 대입하면 콘덴서(3)의 용량 C를 결정할 수 있다. 전기차의 대표적인 정수를 이용하여, 구체적인 콘덴서(3)의 용량 C에 대해서 생각해 본다. 예를 들면, ω=270×(2π/3)[rad/sec], Vc=1800[V]로 한다. 또, T는 dt=0.1[sec]간에 허용할 수 있는 발생 토크라고 생각하고, T=－0.1[Nm]이하로 하고, 시간은 dt=0.1[sec]로 한다. 상기 파라미터를 (19)식에 대입하면, 콘덴서(3)의 용량 C는 (20)식으로 표시할 수 있다.
Figure pct00022
이상에서, 도 1의 콘덴서(3)의 용량 C는 10.471㎌ 이상이면 좋다는 것을 알 수 있다. 또한, 콘덴서(5)의 용량은 전기차의 경우 1500㎌ ~ 3000㎌ 정도이다.
이와 같이, 콘덴서(3)의 용량 C는 콘덴서(5)에 비해 작은 용량이 좋고, 예를 들면, 콘덴서(5)의 용량의 100분의 1 이상 10분의 1 이하이면 좋다는 것을 발명자는 발견했다. 즉, 콘덴서(3)의 용량 C에 대해서는, 다음과 같은 관계가 성립하는 것을 발견했다.
콘덴서(5)의 용량×1／100≤콘덴서(3)의 용량 C≤콘덴서(5)의 용량×1／10
또한, 콘덴서(3)의 용량 C를 콘덴서(5)의 용량×1／10 이하로 함으로써, 전력 변환 장치를 소형화하는 것이 가능하다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치는 각 전력 변환기(2)가 정지하고 있는 동안은 스위칭 회로(4)를 오프 상태로 제어하고, 운전 지령이 온되었을 때 각 전력 변환기(2)의 동작을 개시시키는 신호를 출력하고, 동기기(1)의 단자 전압의 값이 소정의 값 이하가 되었을 때 스위칭 회로(4)를 온 상태로 제어하는 스위치 개시 지령부(12)를 구비하도록 했으므로, 복수의 동기기(1a, 1b)의 무부하 유기 전압의 크기가 다른 것 같은 상황하에서 운전 지령이 온되더라도 브레이크 동작이 생기는 일 없이 타행에서 가감속 운전으로 이행시키는 것이 가능하다.
또, 스위치 개시 지령부(12)는 운전 지령이 오프되고, 동기기(1)와 전력 변환기(2)의 사이에 전류가 흐르고 있는 상태에서는 각 전력 변환기의 동작을 정지시키는 신호(인버터 스타트 신호 GSTI 오프))를 출력하도록 구성되어 있으므로, 타행에 의한 전류 iu1, iu2가 흐르고 있는 동안은 전력 변환기(2)가 게이트 오프되고, 그 결과, 과전류에 의한 전력 변환기(2)의 고장을 방지하는 것이 가능하다.
또, 본 실시 형태에 의하면, 전력 변환기(2)와 스위칭 회로(4)의 사이에 접속된 콘덴서(3)가 소형화되기 때문에, 복수의 동기기를 구동 가능하고, 또한 종래에 비교하여 소형 경량인 전력 변환 장치를 제공하는 것이 가능하다.
실시 형태 2.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 전력 변환 장치의 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 스위치 개시 지령부의 구성도이고, 도 7은 도 5에 도시된 전력 변환 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 실시 형태 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략하며, 여기에서는 다른 부분에 대해서만 설명한다.
도 5에 있어서, 실시 형태 2에 관한 전기차의 전력 변환 장치는, 주된 구성으로서 직류 전원에 병렬로 접속된 콘덴서(제1 콘덴서, 5)와, 2개의 동기기(1a, 1b)를 구동시키는 전력 변환기(2a, 2b)와, 전력 변환기(2)의 직류측에 병렬로 접속된 콘덴서(제2 콘덴서, 3)와, 콘덴서(3)와 콘덴서(5)의 사이에 직렬로 접속된 스위칭 회로(4)와, 콘덴서(3)의 전압을 검출하는 전압 검출기(8)와, 콘덴서(5)의 전압 Efc1을 검출하는 전압 검출기(21)와, 스위치 개시 지령부(제1 제어부, 20)와, 전력 변환기(2a, 2b)를 제어하는 제어부(9a, 9b, 제2 제어부)를 가지고 구성되어 있다. 실시 형태 1과 다른 점은, 스위치 개시 지령부의 구성과 전압 검출기(21)이 설치되어 있는 점이다. 전압 검출기(21)로 검출된 콘덴서(5)의 전압 Efc1은, 스위치 개시 지령부(20)에 입력된다. 도시하지 않은 변전소로부터의 전류는 가선(23)으로부터 팬터 그래프(22)를 통해서 전력 변환기(2a, 2b)에 입력되고, 전력 변환기(2a, 2b)를 경유하여 차륜(24)를 통해서 변전소에 돌아간다.
팬터 그래프(22)를 통해서 가선(23)으로부터 전철에 공급되는 직류 전압(Vdc)은 다양한 조건하에서 상승과 하강을 반복한다. 따라서 전철에 탑재되는 전력 변환 장치에는 직류 전압의 변동에도 대응하는 것이 요구된다. 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치는 이와 같이 직류 전압의 변동이 심한 가선에 대응 가능하게 구성되어 있다.
이하, 도 6을 이용하고, 스위치 개시 지령부(20)의 구성을 설명한다. 스위치 개시 지령부(20)은 비교부(25)와, 논리곱부(16a)와, 전류 실효치 연산부(19)와, 이콜 비교부(14a, 14b)와, 논리곱부(16b)를 가져 구성되어 있다.
콘덴서(3)의 전압 Vc와 콘덴서(5)의 전압 Efc1는 비교부(25)에 입력되고, 비교부(25)는 콘덴서(3)의 전압 Vc와 콘덴서(5)의 전압 Efc1을 비교하여, 콘덴서(3)의 전압 Vc가 콘덴서(5)의 전압 Efc1보다 낮아졌을 때 「1」을 출력하고, 그 이외에서는 0을 출력한다. 논리곱부(16a)는 비교부(25)로부터의 출력과 운전 지령을 수신하고, 비교부(15)로부터의 출력치가 「1」이고, 또한 운전 지령이 「1」(온)일 때에, 스위칭 회로(4)를 온시키는 스타트 신호 GSTD 「1」을 출력한다. 또, 논리곱부(16a)는 운전 지령이 「0」(오프)일 때, 스위칭 회로(4)를 오프시키는 스타트 신호 GSTD 「0」을 출력한다.
콘덴서(3)의 전압 Vc가 콘덴서(5)의 전압 Efc1보다 커졌을 경우, 비교부(25)의 출력은 0이 되고, 스위칭 회로(4)의 스타트 신호 GSTD는 1에서 0에 변화하므로, 스위칭 회로(4)는 오프하게 된다. 그것에 의해, 불요한 회생 전류가 가선(23)에 흐르는 일이 없기 때문에, 불요한 회생 전력의 발생을 막을 수 있는 효과가 있다. 전류 실효치 연산부(19)와, 이콜 비교부(14a, 14b)와, 논리곱부(16b)의 구성은 실시 형태 1과 마찬가지로, 이하 그 설명을 할애한다.
도 7을 이용하여 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치의 동작을 설명한다. 도 7의 시각 t1 ~ t4까지는 실시 형태 1과 같다. 시각 t4에 있어서, 운전 지령(a)이 온되었을 때, 논리곱부(16b)로부터의 인버터 스타트 신호 GSTI(c), (d)가 온이 되므로, 전력 변환기(2a, 2b)가 게이트 온이 된다. 전력 변환기(2a, 2b)가 동작을 개시함으로써, 콘덴서(3)의 전압 Vc 및 동기기(1)의 선간 전압은 순간적으로 콘덴서(5)의 전압 Efc1에까지 저하한다. 콘덴서(3)의 전압 Vc 및 동기기(1)의 선간 전압이 콘덴서(5)의 전압 Efc1 이하가 되었을 때(즉 시각 t5의 시점에서), 논리곱부(16a)로부터 출력되는 스타트 신호 GSTD(b)가 온이 된다.
이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치는 각 전력 변환기(2)가 정지하고 있는 동안은 스위칭 회로(4)를 오프 상태로 제어하여, 운전 지령이 온되었을 때 각 전력 변환기(2)의 동작을 개시시키는 신호를 출력하고, 콘덴서(3)의 전압 Vc의 값이 콘덴서(5)의 전압 Efc1의 값 이하가 되었을 때 스위칭 회로(4)를 온 상태로 제어하는 스위치 개시 지령부(20)를 구비하도록 했으므로, 콘덴서(5)의 전압 Efc1가 변동하도록 하는 상황하에서 운전 지령이 온되더라도 브레이크 동작이 생기는 일 없이 타행에서 가감속 운전으로 이행시키는 것이 가능하다.
또, 스위치 개시 지령부(20)은 동기기(1)와 전력 변환기(2)의 사이의 전류가 흐르고 있는 상태에서는 전력 변환기(2)의 개시 동작을 행하지 않도록 구성되어 있으므로, 타행에 의한 전류 iu1, iu2가 흐르고 있는 동안은 전력 변환기(2)가 게이트 오프되고, 그 결과, 과전류에 의한 전력 변환기(2)의 고장을 방지하는 것이 가능하다.
또, 본 실시 형태에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지로 콘덴서(3)가 소형화되기 때문에, 복수의 동기기를 구동 가능하고, 또한 종래에 비교해 소형 경량인 전력 변환 장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 실시 형태 1, 2에 도시된 전력 변환 장치는 2대의 동기기를 구동하도록 구성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 3대 이상의 동기기를 구동하도록 구성해도 좋다.
또한, 실시 형태 1, 2에 도시된 전력 변환 장치는, 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이고, 또 다른 공지의 기술과 조합시키는 가능하며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 일부를 생략하는 등 변경하여 구성하는 것도 가능하다는 것은 물론이다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명은 복수의 동기기를 구동하는 전력 변환 장치에 적용 가능하고, 특히 복수의 동기기의 무부하 유기 전압에 의한 브레이크 동작을 억제할 수 있는 발명으로서 유용하다.
1a, 1b: 동기기
2a, 2b: 전력 변환기
3: 콘덴서(제2 콘덴서)
4: 스위칭 회로
5: 콘덴서(제1 콘덴서)
6: 직류 전원
7a, 7b: 속도 정보 검출기
8: 전압 검출기
9a, 9b: 제어부(제2 제어부)
10a, 10b: dq축 전류 지령 연산부
11a, 11b: 전압 지령 연산부
12, 20: 스위치 개시 지령부(제1 제어부)
13a, 13b: 전류 검출기
14a, 14b: 이콜 비교부
15, 25: 비교부
16a, 16b: 논리곱(AND) 부
17a, 17b: 절대치 처리부
18a, 18b: 일차 지연부
19: 전류 실효치 연산부
21: 전압 검출기
22: 팬터 그래프
23: 가선
24: 차륜
Efc1: 콘덴서(5)의 전압
GSTD: 스타트 신호
GSTI: 인버터 스타트 신호
idc: 콘덴서(3)에 유입되는 전류
id*: d축 전류 지령
iq*: q축 전류 지령
iu1: 전력 변환기(2a)에 흐르는 전류
iu2: 전력 변환기(2b)에 흐르는 전류
Vc: 콘덴서(3)의 전압
Vmp1a: 동기기(1a)의 선간 전압의 피크치
Vmp1b: 동기기(1b)의 선간 전압의 피크치
Vd*: d축 전압 지령
Vq*: q축 전압 지령
Vdc: 직류 전압
ω1,ω2: 모터 속도

Claims (6)

  1. 복수의 동기기에 전력을 공급하는 직류 전원에 병렬로 접속된 제1 콘덴서와,
    상기 각 동기기를 구동시키는 복수의 전력 변환기와,
    상기 전력 변환기의 직류측에 병렬 접속된 제2 콘덴서와,
    상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속되는 스위칭 회로와,
    운전 지령과, 상기 제2 콘덴서에서 검출된 전압 정보와, 상기 각 동기기에서 검출된 전류 정보에 기초하여, 상기 각 전력 변환기 및 상기 스위칭 회로의 동작을 제어하는 제1 제어부와,
    상기 전압 정보와, 상기 각 동기기에서 검출된 모터 속도 정보와, 상기 제1 제어부로부터의 제어 신호에 기초하여, 상기 각 전력 변환기를 제어하는 제2 제어부를 구비하고,
    상기 제1 제어부는 상기 각 전력 변환기가 정지하고 있는 동안은 상기 스위칭 회로를 오프 상태로 제어하여, 상기 운전 지령이 온되었을 때 상기 각 전력 변환기의 동작을 개시시키는 신호를 출력하고, 상기 전압 정보의 값이 소정의 값 이하가 되었을 때 상기 스위칭 회로를 온 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어부는 상기 운전 지령이 오프되었을 때 상기 각 전력 변환기의 동작을 정지시키는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 상기 제1 콘덴서의 전압을 검출하는 전압 검출기를 구비하고,
    상기 제1 제어부는 상기 각 전력 변환기가 정지하고 있는 동안은 상기 스위칭 회로를 오프 상태로 제어하여, 상기 운전 지령이 온되었을 때 상기 각 전력 변환기의 동작을 개시시키는 신호를 출력하고, 상기 제1 콘덴서에서 검출된 전압 정보의 값이 상기 제2 콘덴서에서 검출된 전압 정보의 값 이하가 되었을 때 상기 스위칭 회로를 온 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 회로는 상기 전력 변환기를 구성하는 스위칭 회로와 동등한 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 콘덴서의 용량은 상기 제1 콘덴서의 용량의 100분의 1 이상 10분의 1 이하인 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 제어부는 철도 차량에 적용되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2784931B1 (de) * 2013-03-25 2022-06-08 ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG Verfahren und Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines bürstenlosen Elektromotors
US9450513B2 (en) * 2013-09-27 2016-09-20 Daihen Corporation Control circuit and control method for inverter circuit, and control circuit and control method for power conversion circuit
EP3576282B1 (en) * 2015-02-25 2022-06-15 Hitachi Mitsubishi Hydro Corporation Variable speed generator-motor aapparatus and variable speed generator-motor system
JP6572124B2 (ja) * 2015-12-22 2019-09-04 オークマ株式会社 モータ制御装置
JP2017158318A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 モータ駆動装置
EP3454468B1 (en) * 2016-06-07 2020-01-08 NSK Ltd. Motor control device, electric power steering device equipped with same and vehicle
JP2019071717A (ja) * 2017-10-06 2019-05-09 東洋電機製造株式会社 インバータ制御装置及びプログラム
US10976794B2 (en) 2017-12-21 2021-04-13 Carrier Corporation Low latency power supply for notification appliance synchronization

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11252706A (ja) 1998-02-26 1999-09-17 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP4269197B2 (ja) * 1999-04-16 2009-05-27 富士電機システムズ株式会社 電気車用永久磁石電動機の駆動装置。
JP4220851B2 (ja) 2003-07-31 2009-02-04 トヨタ自動車株式会社 電圧変換装置および電圧変換装置における電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
JP4438417B2 (ja) * 2004-01-13 2010-03-24 トヨタ自動車株式会社 交流電圧発生装置および動力出力装置
JP2005253264A (ja) 2004-03-08 2005-09-15 Toshiba Corp 電気車制御装置
JP5109290B2 (ja) * 2006-05-30 2012-12-26 トヨタ自動車株式会社 電動機駆動制御システムおよびその制御方法
JP4211806B2 (ja) * 2006-06-07 2009-01-21 トヨタ自動車株式会社 車両駆動システムおよびそれを備える車両
JP2008086077A (ja) 2006-09-26 2008-04-10 Toshiba Corp 鉄道車両駆動制御装置
JP5018516B2 (ja) * 2008-01-31 2012-09-05 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 回転電機制御装置
EP2322374B1 (en) * 2008-09-05 2017-03-29 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
RU2482599C1 (ru) * 2009-05-13 2013-05-20 Мицубиси Электрик Корпорейшн Устройство преобразования энергии и способ управления напряжением на конденсаторе устройства преобразования энергии

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