KR20170002629A - 교류 모터 구동 시스템 - Google Patents

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아키코 다부치
요시노리 간다
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

컨버터(11)가 계통 전원(10)에 전력을 확실히 회생하는 교류 모터 구동 모터 시스템을 얻기 위해, 컨버터(11)의 출력측의 직류 전압치와, 직류 전력을 직류 모선(12)으로부터 충전하고 직류 모선(12)으로 방전하는 축전 디바이스(17)의 충방전 전류치에 기초하여 충방전 회로(15)를 제어하는 충방전 제어부(2)를 구비하고, 충방전 제어부(2)는 교류 모터(16)로부터의 회생 전력의 인버터(14)를 통한 회생 전력이 전력 임계치를 넘은 경우에는, 직류 전압치가 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 축전 디바이스(17)를 충전시키고, 회생 전력이 전력 임계치 이하인 경우에는, 컨버터(11)는 직류 전압치가 회생 개시 전압 임계치 이상에 도달하면 회생 동작을 행하고, 회생 종료 전압 임계치 이하에 도달하면 회생 동작을 종료하며, 회생 동작 중의 직류 전압치의 시간 평균치는, 컨버터(11)가 전력의 공급과 회생을 실행하고 있지 않은 무부하시보다도 낮게 한다.

Description

교류 모터 구동 시스템{AC MOTOR DRIVE SYSTEM}
본 발명은 교류 모터 구동 시스템에 관한 것이다.
종래, 교류 모터 구동 시스템의 일 구성예로서, 계통 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터의 출력측인 직류 모선(母線)에 대해서, 평활 콘덴서를 통하여, 교류 모터를 구동하기 위해서 직류 전력을 계통 전원과는 다른 전압치와 주파수의 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 직류 전력을 저장하고 방출하는 축전 디바이스에 충방전(充放電)하기 위한 충방전 회로를 병렬로 접속한 교류 모터 구동 시스템을 들 수 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 교류 모터로부터의 회생(回生) 전력에 의해 상승하는 직류 모선의 전압치에 기초하여, 회생 전력의 일부를 축전 디바이스에 충전하고 컨버터를 통하여 계통 전원에 회생하는 전력의 피크를 억제하는 기술과, 교류 모터의 역행시에는 교류 모터의 소비 전력에 의해 하강하는 직류 모선 전압치에 기초하여, 축전 디바이스에 저장된 전력을 방전하여 계통 전원으로부터 컨버터를 통하여 공급되는 전력의 피크를 억제하는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 기술에 의하면, 교류 모터가 역행 동작도 회생 동작도 모두 행하고 있지 않은 무부하시에 있어서의 직류 모선 전압치와 비교하여, 교류 모터의 회생시에는 직류 모선 전압치는 상승하고, 또한 교류 모터의 역행시에는 직류 모선 전압치가 하강한다고 하는 명확한 상태의 상위(相違)가 존재한다. 이 상위에 기초하여, 계통 전원으로부터 교류 모터로의 컨버터를 통과하는 역행 전력이나 교류 모터로부터 계통 전원으로의 컨버터를 통과하는 회생 전력의 피크를, 축전 디바이스를 충방전시킴으로써 억제하고 있다. 평활 콘덴서, 컨버터 및 인버터의 직류 모선에 접속되는 부품의 내(耐)전압 사양의 완화에 의한 가격의 저렴화 및 사용 기간의 장기 수명화를 위해서는, 교류 모터 회생시의 직류 모선 전압치의 상승은 작게 하거나, 또는 상승하지 않는 것이 바람직하며, 무부하시보다도 직류 모선 전압치가 하강하는 것이 더욱 바람직하다.
특허문헌 1: 일본 특허 제5389302호 공보
그렇지만, 상기 종래의 기술에 의하면, 교류 모터 회생시의 직류 모선 전압치가 무부하시보다 하강하는 경우, 컨버터가 계통 전원으로 전력을 회생하는 상태인지, 또는 계통 전원으로부터 전력이 공급되는 상태인지를 결정할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 교류 모터 회생시에 직류 모선 전압치가 교류 모터 무부하시의 직류 모선 전압치보다 하강하는 경우에도, 확실히 컨버터가 계통 전원으로 전력을 회생하는 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 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 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와, 상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과, 상기 직류 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 충방전 회로를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비한 교류 모터 구동 시스템에 있어서, 상기 충방전 제어 수단은 상기 교류 모터로부터의 회생 전력의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘은 경우에는, 상기 직류 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 상기 컨버터는 상기 전력 임계치 이하의 상기 인버터를 통한 상기 회생 전력을, 상기 직류 전압치가 미리 정해진 회생 개시 전압 임계치 이상에 도달하면 회생 동작을 행하고, 상기 직류 전압치가 미리 정해진 회생 종료 전압 임계치 이하에 도달하면 회생 동작을 종료하는 기능을 가지며, 상기 컨버터는 회생 동작 중의 상기 직류 전압치의 시간 평균치가, 컨버터가 전력의 공급과 회생을 실행하고 있지 않은 무부하시의 상기 직류 전압치보다 저전압치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템은, 교류 모터 회생시에 직류 모선 전압치가 교류 모터 무부하시의 직류 모선 전압치보다 하강하는 경우에도, 확실히 컨버터가 전력을 회생하는 교류 모터 구동 시스템을 얻을 수 있다고 하는 효과를 가진다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시 형태 1에 따른 컨버터가 전원 회생형 컨버터인 경우의 항시 회생 모드(continuous regeneration mode)의 동작에 대해서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 3은 실시 형태 1에 따른 컨버터가 전원 회생형 컨버터인 경우의 간헐 회생 모드의 동작에 대해서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 컨버터를 통과하는 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 5는 실시 형태 1에 따른 동일 직류 모선 전압치로 제어했을 경우에 컨버터가 역행 동작 상태와 회생 동작 상태의 양쪽 상태를 취할 수 있는 것을 나타내는 전력 분배도이다.
도 6은 실시 형태 1에 따른 교류 모터 구동 시스템 내의 충방전 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 7은 실시 형태 1에 따른 PID 제어를 행하는 경우의 충전 전류 지령치 생성부를 나타내는 블록도이다.
도 8은 실시 형태 1에 따른 컨버터 회생시의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 9는 실시 형태 1에 따른 컨버터가 회생 동작에서 역행 동작으로 이행(移行)하는 경우의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 관계의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10은 실시 형태 1에 따른 컨버터가 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 경우의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 관계의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 11은 실시 형태 1에 따른 회생시 충전 전류 지령치 억제부를 나타내는 블록도이다.
도 12는 실시 형태 1에 따른 회생시 충전 전류 지령치 억제부가 컨버터의 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 것을 방지하는 동작의 일례를 나타내는 타임 다이어그램이다.
도 13은 실시 형태 1에 따른 회생시 충전 전류 지령치 억제부가 컨버터의 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 것을 방지하는 동작의 다른 예를 나타내는 타임 다이어그램이다.
도 14는 실시 형태 2에 따른 교류 모터 구동 시스템의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15는 실시 형태 2에 따른 회생시 충전 전류 지령치 억제부를 나타내는 블록도이다.
도 16은 실시 형태 3에 따른 교류 모터 구동 시스템의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 17은 실시 형태 3에 따른 충방전 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 18은 실시 형태 3에 따른 회생시 충전 전류 지령치 억제부를 나타내는 블록도이다.
도 19는 실시 형태 4에 따른 교류 모터 구동 시스템의 전체의 구성을 나타내는 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. 또, 이하의 설명에 있어서는 물리량의 단위를 명시하고 있지만, 본 발명은 이 단위로 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태 1의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1)은 충방전 제어부(2)와, 컨버터(11)와, 직류 모선(12)과, 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 통하여 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 부분의 직류 모선(12) 중으로서, 후술하는 인버터(14)의 입력 부분, 후술하는 충방전 회로(15)의 직류 모선(12)측 중 어느 1지점 또는 복수 지점에 배치된다. 평활 콘덴서(13)는 고전위측 직류 모선(12a)과 저전위측 직류 모선(12b)의 사이에서, 직류 전력을 평활하게 한다. 여기서, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량을 C[F]라고 한다. 평활 콘덴서(13)로 평활하게 된 직류 전력은, 직류 모선(12)을 통하여, 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 전압치 및 주파수는, 계통 전원(10)으로부터 공급되는 교류 전력의 전압치 및 주파수와는 상이하다. 충방전 회로(15)는 직류 모선(12)을 흐르는 직류 전력을 축전 디바이스(17)에 저장하고(충전), 축전 디바이스(17)에 저장되어 있는 전력을 직류 모선(12)으로 방출하는(방전) 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 저장되고, 반대로, 축전 디바이스(17)에 저장된 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(t), 및 충방전 전류치 검출부(19)로 검출하는 충방전 전류치 Ic가 관측치로서 입력되고, 충방전 회로(15)에 제어 신호를 출력한다. 컨버터(11)로서는, 삼상 전파 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. 또한, 본 실시 형태에서는, 전원 회생형 컨버터를 예시하여 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 전원 회생형 컨버터에 있어서의 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 전력이 공급되는 경우에는, 컨버터(11) 내의 삼상 전파 정류 회로의 다이오드와 평활 콘덴서(13)의 기능에 의해, 계통 전원(10)의 주파수의 6배의 맥동(脈動, ripple)을 가지기는 하지만, 직류 전력이 직류 모선(12)에 공급된다. 또한, 본 명세서에서는, 계통 전원(10)으로부터 컨버터(11)를 통하여 직류 모선(12)으로 전력이 공급되는 경우를, 컨버터(11)의 역행시라고 부르는 것으로 한다.
다음에, 전원 회생형 컨버터에 있어서의 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 전력이 회생되는 경우에 대해 설명한다. 본 명세서에서는, 이 경우를 컨버터(11)의 회생시라고 부르는 것으로 한다. 전원 회생형 컨버터에는, 직류 전압치 검출부(18)로 검출하는 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)에 대한, 2 종류의 미리 정해진 임계치가 설정된다. 한쪽 임계치를 회생 개시 전압 임계치라고 부르고, 다른 쪽 임계치를 회생 종료 전압 임계치라고 부르는 것으로 한다. 회생 개시 전압 임계치가 회생 종료 전압 임계치보다 큰 값이다. 전원 회생형 컨버터는 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치 이상이 된 시점에서부터, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 종료 전압 임계치 이하가 되는 시점까지를, 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로의 전력의 「회생 가능 기간」이라고 설정한다. 전원 회생형 컨버터는, 이 회생 가능 기간 중이고, 또한 계통 전원(10)의 파형의 위상에 따라 미리 정해진 위상 상태의 기간만, 전원 회생형 컨버터 내의 스위칭 소자를 도통 상태로 하고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 계통 전원(10)의 전압치의 차에 기초하여, 전원 회생형 컨버터 내의 교류 리액터를 통하여, 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 전력을 회생한다.
전원 회생형 컨버터의 회생시의 동작에는, 시간적으로 끊어짐 없이 연속해서 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 전력을 회생하는 항시 회생 모드와, 시간에 있어서 간헐적으로 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 전력을 회생하는 간헐 회생 모드가 존재한다. 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 회생하는 전력이 큰 경우에는, 항시 회생 모드가 된다. 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 회생하는 전력이 작은 경우에는, 간헐 회생 모드가 된다.
도 2는 전원 회생형 컨버터인 경우의 항시 회생 모드의 동작에 대해서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 변화를 나타내는 모식도이다. 교류 모터(16)로부터의 회생 전력은 인버터(14)를 통하여 평활 콘덴서(13)에 충전되어, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 상승한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치 이상에 이르면, 컨버터(11)는 회생 동작을 개시한다. 컨버터(11)가 회생 동작을 행하면, 평활 콘덴서(13)에 저장된 전력이 계통 전원(10)에 방출되기 때문에, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 하강한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 계통 전원(10)의 전압치의 차에 의한 컨버터(11)의 회생 전력이, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력과 같아지면, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 하강이 정지한다. 하강이 정지한 직류 모선 전압치 Vdc(t)는, 회생 종료 전압 임계치 이하가 되지 않고, 컨버터(11)는 회생 가능 기간을 계속한다. 항시 회생 모드의 종료는 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 작아짐으로써, 후술하는 간헐 회생 모드의 동작을 경유하여 종료된다. 항시 회생 모드에 있어서는, 컨버터(11)의 회생 전력 능력이 계통 전원(10)의 전압치에 의존함으로써, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 계통 전원(10)의 주파수의 6배의 리플을 가진다. 이 리플을 평균화했을 경우의 직류 모선 전압치를 평균화 직류 모선 전압치 Vdc라고 하면, 지금까지의 설명으로부터, 컨버터(11)의 회생 전력이 클수록 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는 고전위로 되고, 반대로, 항시 회생 모드의 범위에서 컨버터(11)의 회생 전력이 작아질수록 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는 저전위로 이동한다.
도 3은 전원 회생형 컨버터인 경우의 간헐 회생 모드의 동작에 대해서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 변화를 나타내는 모식도이다. 먼저, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 인버터(14)를 통하여 평활 콘덴서(13)에 충전됨으로써, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 상승한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치 이상에 도달함으로써, 컨버터(11)는 회생 동작을 개시한다. 컨버터(11)가 회생 동작을 행하면, 평활 콘덴서(13)에 저장된 전력이 계통 전원(10)에 방출되기 때문에, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 하강한다. 간헐 회생 모드에 있어서의 교류 모터(16)로부터의 회생 전력은 항시 회생 모드의 경우에 비해 작기 때문에, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생 종료 전압 임계치 이하에 도달할 때까지 하강한다. 컨버터(11)는 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 종료 전압 임계치 이하에 도달한 시점에서 회생 동작을 일단 종료한다. 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 계속하여 인버터(14)를 통하여 평활 콘덴서(13)에 공급되는 경우에는, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 상승한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 다시 회생 개시 전압 임계치 이상에 도달하는 경우에는, 컨버터(11)는 재차 회생 동작을 개시한다. 간헐 회생 모드는 이러한 동작의 반복이다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생 개시 전압 임계치와 회생 종료 전압 임계치의 사이를 왕복하는 파형이 된다. 간헐 회생 모드의 종료에서는, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 작아져, 최종적으로는 회생 전력이 0이 되어, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치에 도달하는 일 없이, 상승을 정지하게 된다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 상승을 정지한 시점에서는, 컨버터(11)는 회생 가능 기간 외 의 상태이다.
간헐 회생 모드에 있어서, 컨버터(11)가 회생하는 전력이 비교적 큰 경우에는, 도 3 (a)에 도시하는 것처럼, 컨버터(11)가 회생 동작을 실행하고 있지 않은 기간에 있어서의 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승이 신속하여, 조기에 회생 가능 기간으로 복귀한다.
한편, 컨버터(11)가 회생하는 전력이 비교적 작은 경우에는, 도 3 (b)에 도시하는 것처럼, 컨버터(11)가 회생 동작을 실행하고 있지 않은 기간에 있어서의 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승이 늦고, 회생 가능 기간으로 복귀하기까지 시간을 필요로 한다. 간헐 회생 모드의 경우에 있어서는, 회생 개시 전압 임계치와 회생 종료 전압 임계치의 사이를 왕복하는 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 평균화했을 경우의 직류 모선 전압치를 평균화 직류 모선 전압치 Vdc라고 한다. 지금까지의 설명으로부터, 간헐 회생 모드에 있어서도, 컨버터(11)의 회생 전력이 클수록 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는 고전위로 되고, 반대로, 컨버터(11)의 회생 전력이 작아질수록 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는 저전위로 이동한다.
여기서, 계통 전원(10)과 직류 모선(12)의 사이에서 전력의 교환이 없는 경우의 직류 모선 전압치 Vdc(t)를, 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0로 나타내는 것으로 한다. 계통 전원(10)의 상전압(相電壓)이 400[V]인 경우에는, 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0는 약 566[V]가 된다. 회생 개시 전압 임계치가 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0[V]보다 작은 값(예를 들면 10[V])만큼 상승한 전압치로 설정되고, 한편으로, 회생 종료 전압 임계치가 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0[V]보다 큰 값(예를 들면 40[V])만큼 하강한 전압치로 설정되었을 경우에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 것처럼, 컨버터(11)의 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는, 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0보다 하강한 상태가 된다. 도 4는 컨버터를 통과하는 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 나타내는 모식도이며, 회생 개시 전압 임계치가 Vdc0＋10[V] 또한 회생 종료 전압 임계치가 Vdc0－40[V]인 경우에 있어서의, 컨버터(11)의 역행시 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계, 및 컨버터(11)의 회생시 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계의 일례를 나타낸다. 본 명세서 및 도 4에 있어서는, 컨버터(11)의 역행시 전력을 양값으로 하고, 컨버터(11)의 회생시 전력을 음값으로 하여, 컨버터(11)의 역행시와 회생시를 명시한다. 또, 축전 디바이스(17)로의 충전 전류를 양값으로 하고, 축전 디바이스(17)로부터의 방전 전류를 음값으로 한다.
또한, 컨버터(11)의 역행시에 있어서의 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는, 계통 전원(10)으로부터 컨버터(11)를 통하여 직류 모선(12)으로 전력이 공급되었을 경우의 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 리플을 평균한 값이다. 도 4로부터 알 수 있는 것처럼, 회생 개시 전압 임계치가 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0보다도 작은 값만큼 상승한 전압치로 설정되고, 한편으로, 회생 종료 전압 임계치가 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0보다도 큰 값만큼 하강한 전압치가 설정된 컨버터(11)에 있어서는, 역행시도 회생시도 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는 Vdc0보다 하강한 상태가 된다. 추가로, 도 4에 있어서, 예를 들면, 평균화 직류 모선 전압치 Vdc가 540[V]가 되는 상태는, 컨버터(11)가 17[kW]만큼 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 역행하는 경우와, 컨버터(11)가 -50[kW]만큼 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 회생하는 경우가 존재한다. 마찬가지로, 평균화 직류 모선 전압치 Vdc가 544[V]가 되는 상태는, 컨버터(11)가 15[kW]만큼 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 역행하는 경우와, 컨버터(11)가 -100[kW]만큼 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 회생하는 경우가 존재한다.
도 5는 동일 직류 모선 전압치로 제어했을 경우에 컨버터가 역행 동작 상태와 회생 동작 상태의 양쪽 상태를 취할 수 있는 것을 나타내는 전력 분배도이며, 교류 모터 구동 시스템(1)을 동일 평균화 직류 모선 전압치 Vdc[V]로 제어했을 경우에서, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력도 동일한 조건으로, 컨버터(11)의 역행시와 회생시에 있어서의, 컨버터(11)와 교류 모터(16)와 축전 디바이스(17)의 각각의 전력의 수수(授受)를 설명하는 도면이다. 도 5 (a)는 Vdc=540[V]로 제어하여 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 -150[kW]시의 컨버터(11)가 회생시인 경우를 나타내는 도면이고, 도 5 (b)는 Vdc=540[V]로 제어하여 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 -150[kW]시의 컨버터(11)가 역행시인 경우를 나타내는 도면이다. 또한, 컨버터(11)의 회생시의 평균화 직류 모선 전압치 Vdc 및 컨버터(11)의 역행시의 평균화 직류 모선 전압치 Vdc는, 각각 도 4에 따르는 것으로 한다.
도 5 (a)에 있어서는, 사각형 전체가 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 -150[kW]에 상당하고, 무지(無地)의 직사각형 부분 -100[kW]가 축전 디바이스(17)에 충전되는 전력을 나타내고, 해치를 실시한 직사각형 부분의 -50[kW]가 컨버터(11)에 의해서 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 회생되는 전력을 나타낸다. 한편, 도 5 (b)에 있어서는, 무지의 직사각형 부분이 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 -150[kW]에 상당하고, 해치를 실시한 직사각형 부분의 ＋17[kW]가 컨버터(11)에 의해서 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 공급되는 전력을 나타내고, 양(兩) 전력의 합인 167[kW]가 축전 디바이스(17)에 충전되는 전력이다.
도 5 (a)의 경우에는, 직류 모선(12)으로부터 충방전 회로(15)로 흐르는 충전 전류치는, 하기의 식 (1)에 도시하는 것처럼, 약 185[A]가 된다.
[수 1]
Figure pct00001
한편, 도 5 (b)의 경우에는, 직류 모선(12)으로부터 충방전 회로(15)로 흐르는 충전 전류치는, 하기의 식 (2)에 도시하는 것처럼, 약 309[A]로 커진다.
[수 2]
Figure pct00002
또, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력을 모두 축전 디바이스(17)에 충전하는 경우, 즉, 컨버터(11)가 역행 동작도 회생 동작도 행하지 않는 경우에는, 하기의 식 (3)에 도시하는 것처럼, 충전 전류치는 약 278[A]가 된다. 또한, 식 (1) 내지 식 (3)에 기재된 ｜Z｜는 Z의 절대치이다.
[수 3]
Figure pct00003
본 실시 형태에 있어서는, 도 4 및 도 5 (a)로부터, 컨버터(11)가 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로의 회생 전력을 -50[kW]로 억제하는 경우에 있어서의 직류 모선(12)의 전압 지령치는 540[V]이다. 마찬가지로, 도 4로부터, 컨버터(11)가 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로의 회생 전력을 -100[kW]로 억제하는 경우의 직류 모선(12)의 전압 지령치는 544[V]이다. 이후, 컨버터(11)가 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로의 회생 전력을 회생시의 전력 임계치 -PthA[kW]로 억제하는 경우의 회생시 직류 모선 전압 지령치를 VthA[V]라고 표기하기로 한다.
직류 모선(12)을 흐르는 전류의 전류량은, 상기의 식 (1) 내지 식 (3)으로부터도 알 수 있는 것처럼, 큰 값이 되는 경우가 있다. 또, 직류 모선(12)을 흐르는 전류의 파형은, 컨버터(11)의 역행시의 리플의 존재, 컨버터(11)의 항시 회생 모드에 있어서의 리플의 존재, 컨버터(11)의 간헐 회생 모드에 있어서의 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승과 하강에 대한 반복의 존재, 또는 컨버터(11) 내의 스위칭 소자 혹은 인버터(14) 내의 스위칭 소자의 스위칭에 의한 노이즈의 존재에 의해, 큰 고주파 성분을 포함하고 있다. 따라서 직류 모선 전류치를 검출하는 경우에는, 대전류에 의한 자기(磁氣) 포화의 회피나 전류 파형의 고조파 성분에 의한 발열(방열) 대책 수단의 구비를 위해서, 사용하는 직류 모선 전류치를 검출하는 수단은 고가이고 체적이 크고, 질량도 커지지 않을 수 없다.
본 발명에 있어서의 각 실시 형태에서는, 직류 모선 전류치를 검출하는 수단을 이용하지 않고, 직류 모선(12)에 대해서는 직류 전압치 검출부(18)만을 이용하여, 충방전 회로(15)가 축전 디바이스(17)에 충전 중임에도 불구하고 컨버터(11)가 역행 동작으로 이행하지 않는, 충방전 제어부(2) 및 이 제어 방법을 얻는 것을 공통의 목적으로 한다. 본 발명에 의하면, 직류 모선 전류치를 검출하는 수단을 이용하지 않기 때문에, 충방전 회로(15)가 축전 디바이스(17)에 충전 중임에도 불구하고 컨버터(11)가 역행 동작으로 이행하지 않는, 염가이고, 소형이고, 경량인, 교류 모터 구동 시스템(1)을 얻는 것이 가능해진다.
도 6은 교류 모터 구동 시스템(1) 내의 충방전 제어부(2)를 나타내는 블록도이다. 도 6에 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 직류 전압치 검출부(18)에 의해 검출되는 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 입력으로 한다. 역행시 제어부(21)는 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. 역행시 제어부(21)는 도 4의 오른쪽 절반(역행시)에 나타내는 특성을 이용하여, 컨버터(11)의 역행시에 컨버터(11)가 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 공급하는 전력을 억제하려고 하는 전력 PthB[kW]에 대응하는 전압치 VthB[V]를 역행시 직류 모선 전압 지령치로 하여 직류 모선 전압치 Vdc(t)와의 차이를 작게 하여 최종적으로는 차이를 없애도록, 충방전 회로(15)로부터 인버터(14)로 방전하는 직류 모선측 방전 전류 지령치를 먼저 생성한다. 그리고 역행시 제어부(21)는 이 직류 모선측 방전 전류 지령치를, 직류 모선 전압치 Vdc(t)와, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 또는 그 양단 전압치를 대신하는 대표적인 의사(疑似) 양단(兩端) 전압치의 비에 기초하여 환산한, 축전 디바이스측 방전 전류 지령치 Ib*를 생성한다. 또, 역행시 제어부(21)는 역행시 직류 모선 전압 지령치 VthB와, 직류 모선 전압치 Vdc(t)에 기초하여, 축전 디바이스측 방전 전류 지령치 Ib*가 방전을 지령하는 기간을 유의(有意, valid)하게 하는 역행시 전력 보상 동작 플래그 Fb를 생성한다.
회생시 제어부(3)는 직류 전압치 검출부(18)에 의해 검출되는 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 입력으로 한다. 회생시 제어부(3)는 축전 디바이스(17)에 충전하기 위한 충전 전류를 제어하는 지령치인 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*와, 축전 디바이스(17)에 충전시키는 기간을 결정하는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 출력한다. 회생시 제어부(3)의 상세에 관해서는, 후술한다.
전류 지령치 통합부(22)는 회생시 제어부(3)로부터의 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*와, 역행시 제어부(21)로부터의 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 하여, 회생시 제어부(3)로부터의 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의한 기간 또는 역행시 제어부(21)로부터의 역행시 전력 보상 동작 플래그 Fb가 유의한 기간만, 충방전 회로(15)를 제어하는 제어 신호를 충방전 회로(15)로 출력한다.
여기에서부터, 본 실시 형태에 있어서의 충방전 제어부(2) 내의 회생시 제어부(3)가, 직류 모선 전류치를 검출하는 수단을 이용하지 않고, 직류 모선(12)에 대해서는 직류 전압치 검출부(18)의 출력인 직류 모선 전압치 Vdc(t)만을 사용하여, 충방전 회로(15)가 축전 디바이스(17)에 충전 중에 컨버터(11)가 역행 동작으로 이행하지 않는 제어 수단과 제어 방법에 대해 설명한다.
회생시 제어부(3)는, 도 6에 도시하는 것처럼, 충전 전류 지령치 생성부(4)와, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)와, 회생시 전력/전압 환산부(6)와, 충전 전류 지령치 환산부(7)를 구비한다. 직류 전압치 검출부(18)로부터 회생시 제어부(3)로의 입력인 직류 모선 전압치 Vdc(t)는, 충전 전류 지령치 생성부(4)와 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)에 입력된다. 회생시 제어부(3)의 출력 중 하나인 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*는, 충전 전류 지령치 환산부(7)로부터 전류 지령치 통합부(22)로 출력된다. 회생시 제어부(3)의 또 하나의 출력인 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)로부터 제어 신호 생성부(23)로 출력된다. 또, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는 충전 전류 지령치 생성부(4)에도 출력된다.
회생시 전력/전압 환산부(6)는 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)와, 평활 콘덴서 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 -PthA[kW]를 격납한다. 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(62)는 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C[F]를 격납한다. 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)는 회생시 전력 임계치 격납부(63)로부터의 회생시의 전력 임계치 -PthA[kW]와 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(62)로부터의 정전 용량치 C[F]에 기초하여, 도 4의 왼쪽 절반(회생시)에 기재된 관계를 이용하여, 회생시의 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA[V]를 생성한다. 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)가 생성한 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA[V]는, 회생시 전력/전압 환산부(6)의 출력으로서 충전 전류 지령치 생성부(4), 회생시 전력 보상 동작 제어부(5), 및 충전 전류 지령치 환산부(7)로 출력된다. 또한, 회생시의 전력 임계치 -PthA[V]와 정전 용량치 C[F]는, 교류 모터 구동 시스템(1)의 작업 부하나 인버터(14)의 구성에 따라서, 적당히 설정하면 되고, 유저에 의해 회생시 전력 임계치 격납부(63) 및 평활 콘덴서 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 Vdc(t)에 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 Vdc(t)와, 회생시 전력/전압 환산부(6)로부터의 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA와, 충전 전류 지령치 생성부(4)로부터의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 이용하여, 축전 디바이스(17)에 충전하는 기간을 나타내는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 생성한다. 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)에서 생성되는 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 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치에 도달한 시각을 나타내는 신호, 또는 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0[V] 이상이 된 시각을 나타내는 신호이다. 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는, 예를 들면, 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 나타내는 시각부터, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 영 혹은 음값이 될 때까지, 또는 영에 충분히 가까운 값인 양값이 될 때까지의 시각을 나타내는 신호이다. 여기서, 영에 충분히 가까운 값으로서는, 예를 들면, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 취할 수 있는 최대치의 백 분의 일 미만의 미리 정해진 값을 채용한다. 또, 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 Vdc(t)나 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*에 중첩 하는 잡음의 요동(fluctuation)의 영향을 배제하기 위해서, 채터링(chattering) 방지나 불감대(dead band)의 설정 등을 행하는 경우도 있다.
충전 전류 지령치 환산부(7)는 직류 모선(12)으로부터 충방전 회로(15)로의 충전 전류 지령치인 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를, 충방전 회로(15)로부터 축전 디바이스(17)로의 충전 전류 지령치인 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*로 변환한다. 충전 전류 지령치 환산부(7)는 충전 전류 지령치 생성부(4)의 출력인 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*와, 회생시 전력/전압 환산부(6)의 출력인 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 입력으로 한다. 충전 전류 지령치 환산부(7)는 출력인 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*를 전류 지령치 통합부(22)로 출력한다. 이제, 축전 디바이스(17)의 양단 전압을 양단 전압치 Vcap[V]로 하고, 직류 모선(12)의 전압치가 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA로 제어되고 있는 것을 고려하면, 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*는, 하기의 식 (4)로 나타낼 수 있다.
[수 4]
Figure pct00004
상기의 식 (4)를 실현하려면, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap를 관측하고, 또한 나눗셈을 실행할 필요가 있다. 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap의 검출 수단을 생략하고, 또한 계산이 번잡한 나눗셈을 생략하기 위해서, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap를 미리 정해진 상수인 대용 양단 전압치 Vcfix[V]로 대용한다. 대용 양단 전압치 Vcfix에는 특히 제한은 없지만, 예를 들면, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap의 최저치나, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap의 최빈출치(most frequently appearing value) 등을 이용한다. 충전 전류 지령치 환산부(7)는 대용 양단 전압치 Vcfix의 역수인 상수 Kc(Kc=1/Vcfix)를 격납하고, 하기의 식 (5)에 의해, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*로 환산한다.
[수 5]
Figure pct00005
충전 전류 지령치 생성부(4)는 직류 전압치 검출부(18)로부터의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와, 회생시 전력/전압 환산부(6)로부터의 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA와, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)로부터의 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa와, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)로부터의 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 입력으로 하여, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 생성한다. 충전 전류 지령치 생성부(4)는 생성한 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)와 충전 전류 지령치 환산부(7)로 출력한다.
충전 전류 지령치 생성부(4)가 PID 제어(비례 적분 미분 제어)를 행하는 경우를 예시하여 설명한다. 도 7은 PID 제어를 행하는 경우의 충전 전류 지령치 생성부(4)를 나타내는 블록도이다. 도 7에 도시하는 것처럼, 충전 전류 지령치 생성부(4)는 제1 감산기(411)와, 제1 곱셈기(412)와, 제1 전환기(413)와, 제1 리미터(414)와, 제2 전환기(415)와, 제2 곱셈기(421)와, 제3 전환기(422)와, 제1 가산기(423)와, 제2 리미터(424)와, 제4 전환기(425)와, 제1 지연기(426)와, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(427)와, 제2 지연기(431)와, 제2 감산기(432)와, 제3 곱셈기(433)와, 제3 리미터(434)와, 제5 전환기(435)와, 제2 가산기(441)와, 제4 리미터(442)와, 제6 전환기(443)와, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)를 구비한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 제1 감산기(411)의 피감수단과, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(427)와, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)에 입력된다. 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA는 제1 감산기(411)의 감수단과, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)에 입력된다. 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는 제1 전환기(413)와, 제6 전환기(443)와, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)에 입력된다. 제1 감산기(411)는 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값인 회생시 전압 차분치 Ev를 생성하여, 제1 곱셈기(412)에 출력한다. 제1 곱셈기(412)는 회생시 전압 차분치 Ev에 비례 게인인 미리 정해진 상수 Kp를 곱한 제1 곱셈치 Kp·Ev를 생성하여, 제1 전환기(413)와, 제2 지연기(431)와, 제2 감산기(432)의 피감수단에 출력한다. 제1 전환기(413)는 제1 곱셈치 Kp·Ev와 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 입력으로 한다. 제1 전환기(413)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의(축전 디바이스(17)에 충전해야 하는 기간)한 경우에는 제1 곱셈치 Kp·Ev를 그대로 출력치(값 Ip)로서 출력하고, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하지 않은 경우에는 값 Ip은 영을 출력한다. 제1 전환기(413)가 출력하는 값 Ip은, 제1 리미터(414)와 제2 곱셈기(421)에 출력된다. 여기서, 교류 모터 구동 시스템(1)에 있어서의 충전 전류의 제한치를, 충전 전류 제한치 Imax(＞0)[A]라고 한다. 충전 전류 제한치 Imax로서는, 예를 들면, 충방전 회로(15)의 충전 전류의 최대치 혹은 축전 디바이스(17)의 충전 전류의 최대치, 또는 이들의 최대치에 가까운 값으로 교류 모터 구동 시스템(1)에 미리 정해져 있는 값을 채용한다.
제1 리미터(414)는 입력된 값 Ip이 음값인 경우에는 출력치 L·Ip로서 영을 출력하고, 입력된 값 Ip이 충전 전류 제한치 Imax를 넘는 경우에는 출력치 L·Ip로서 충전 전류 제한치 Imax의 값을 출력하고, 입력된 값 Ip이 양값이면서 또한 충전 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는 출력치 L·Ip로서 입력된 값 Ip을 출력한다. 제1 리미터(414)의 출력치 L·Ip는 제2 전환기(415)에 입력된다. 제2 전환기(415)는 제1 리미터(414)의 출력치 L·Ip와, 후술하는 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 입력으로 하여, 회생시 충전 전류 지령치 비례 성분치 Ip*를 제2 가산기(441)로 출력한다. 제2 전환기(415)는, 이것도 후술하는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의하지 않은 경우에는 제2 전환기(415)에 입력된 값 L·Ip를 그대로 회생시 충전 전류 지령치 비례 성분치 Ip*로서 출력하고, 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의한 경우에는 영을 회생시 충전 전류 지령치 비례 성분치 Ip*로서 출력한다. 제2 곱셈기(421)는 제1 전환기(413)가 출력한 값 Ip에 적분 게인인 미리 정해진 상수 Ki를 곱한 제2 곱셈치 Ki·Ip를 생성하여, 제3 전환기(422)에 출력한다. 제3 전환기(422)는 제2 곱셈치 Ki·Ip와 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 입력으로 하여, 값 Ii를 제1 가산기(423)의 한쪽 입력단으로 출력한다. 제3 전환기(422)는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의하지 않은 경우에는 제3 전환기(422)에 입력된 제2 곱셈치 Ki·Ip를 그대로 출력치(값 Ii)로서 출력하고, 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의한 경우에는 영을 출력치(값 Ii)로서 출력한다. 제1 가산기(423)는 제3 전환기(422)의 출력치인 값 Ii과, 후술하는 제1 지연기(426)가 출력하는 값 Z·Ii의 합을 계산하여, 제1 합 ΣIi을 제2 리미터(424)로 출력한다. 제2 리미터(424)는 제1 합 ΣIi이 음값인 경우에는 출력치(값 L·Ii)로서 영을 출력하고, 제1 합 ΣIi이 충전 전류 제한치 Imax를 넘는 경우에는 출력치(값 L·Ii)로서 충전 전류 제한치 Imax를 출력하고, 제1 합 ΣIi가 양값이면서 또한 충전 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는 출력치(값 L·Ii)로서 제1 합 ΣIi을 출력한다. 제2 리미터(424)의 출력치(값 L·Ii)는 제4 전환기(425)에 입력된다. 제4 전환기(425)는 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa에 기초하여, 제2 리미터(424)의 출력치 L·Ii와, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(427)의 출력인 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit를 전환하여, 출력인 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*를 출력한다. 구체적으로는, 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 유의(회생 동작의 개시 시점)한 경우에는 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*로서 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit를 출력하고, 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 유의하지 않은 경우에는 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*로서 값 L·Ii를 출력한다. 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*는 제1 지연기(426) 및 제2 가산기(441)에 입력된다. 제1 지연기(426)는 입력인 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*를 제어 시간 간격 1단위만큼 지연시켜, 제1 지연치 Z·Ii로 하여, 제1 가산기(423)의 값 Ii의 입력단과는 상이한 입력단에 출력한다. 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(427)는 입력된 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 미리 정해진 시간 간격에 있어서의 전압치 변위분(시간 변위분)을 계산하고, 이 시간 변위분으로부터 추정한 충전 전류 지령치를 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit로서 제4 전환기(425)로 출력한다. 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit는 제4 전환기(425)로 회생시 전력 보상 동작 개시 신호 Sa가 유의한 기간만큼 선택되어 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*로서 출력된다. 이와 같이 함으로써, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit는, 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*의 초기치가 된다. 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의하지 않은 경우, 제1 가산기(423)와, 제2 리미터(424)와, 제4 전환기(425)와, 제1 지연기(426)와, 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부(427)에 의해, 초기치를 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit로 하여 제2 곱셈치 Ki·Ip를 차례로 적분한다. 제2 지연기(431)는 입력인 제1 곱셈치 Kp·Ev를 제어 시간 간격 1단위만큼 지연시켜, 제2 지연치 Z·Kp·Ev로 하여, 제2 감산기(432)의 감수단에 출력한다. 제2 감산기(432)는 제1 곱셈치 Kp·Ev로부터 제2 지연치 Z·Kp·Ev를 뺀 값을 차분 Id으로 하여, 제3 곱셈기(433)로 출력한다. 제3 곱셈기(433)는 차분 Id의 미분 게인인 미리 정해진 상수 Kd를 곱한 제3 곱셈치 Kd·Id를 생성하여, 제3 리미터(434)로 출력한다. 제3 리미터(434)는 제3 곱셈치 Kd·Id가 음값인 경우에는 값 L·Id로서 영을 출력하고, 제3 곱셈치 Kd·Id가 충전 전류 제한치 Imax를 넘는 값인 경우에는 값 L·Id로서 충전 전류 제한치 Imax를 출력하고, 제3 곱셈치 Kd·Id가 양값이면서 또한 충전 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는, 값 L·Id로서 제3 곱셈치 Kd·Id를 출력한다. 제3 리미터(434)가 출력한 값 L·Id은 제5 전환기(435)에 입력된다. 제5 전환기(435)는 제3 리미터(434)가 출력한 값 L·Id과, 후술하는 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 입력으로 하여, 회생시 충전 전류 지령치 미분 성분치 Id*를 제2 가산기(441)로 출력한다. 제5 전환기(435)는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의하지 않은 경우에는 제5 전환기(435)에 입력된 값 L·Id을 그대로 회생시 충전 전류 지령치 미분 성분치 Id*로서 출력하고, 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의한 경우에는 영을 회생시 충전 전류 지령치 미분 성분치 Id*로서 출력한다. 제2 가산기(441)는 회생시 충전 전류 지령치 비례 성분치 Ip*와 회생시 충전 전류 지령치 적분 성분치 Ii*와 회생시 충전 전류 지령치 미분 성분치 Id*의 합을 제2 합 Ipid로 하여, 제4 리미터(442)로 출력한다. 제4 리미터(442)는 제2 합 Ipid이 음값인 경우에는 출력하는 값 L·I1으로서 영을 출력하고, 제2 합 Ipid이 충전 전류 제한치 Imax를 넘는 경우에는 출력하는 값 L·I1으로서 충전 전류 제한치 Imax를 출력하고, 제2 합 Ipid이 양값이면서 또한 충전 전류 제한치 Imax 이하인 경우에는 출력하는 값 L·I1으로서 제2 합 Ipid의 값을 출력한다. 제4 리미터(442)의 출력치 L·I1는, 제6 전환기(443)로 출력된다. 제6 전환기(443)는 제4 리미터(442)가 출력하는 값 L·I1과 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 입력으로 한다. 제6 전환기(443)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의(축전 디바이스(17)에 충전해야 하는 기간)한 경우에는 입력된 값 L·I1을 그대로 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*로서 출력하고, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하지 않은 경우에는 영을 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*로서 출력한다. 제6 전환기(443)의 출력인 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는, 회생시 전력 보상 동작 제어부(5)와 충전 전류 지령치 환산부(7)에 입력된다.
회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA[V]를 제어의 종착점으로 할 때, 컨버터(11)는 회생시와 역행시의 2개의 경우가 존재하는 것을, 도 4와 도 5를 이용하여 이미 설명했다. 또한, 항시 회생 모드의 컨버터(11)가 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 일은 없다. 회생시의 컨버터(11)가 역행 동작으로 이행하는 경우에는, 컨버터(11)의 간헐 회생 모드에 있어서의 회생 가능 기간 이외의 기간이다.
도 8은 컨버터 회생시의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 관계를 나타내는 모식도이고, 컨버터(11)의 간헐 회생 모드시에 컨버터(11)의 회생 동작이 계속하는 경우에 있어서의, 직류 모선 전압치 Vdc(t)와, 회생 가능 기간을 나타내는 파형 Fc과, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa와, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 파형을 모식적으로 나타낸다. 교류 모터(16)가 회생 전력을 인버터(14)를 통하여 직류 모선(12)으로 회생시키면, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 Vdc0에서부터 상승하고, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의를 나타내고, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 Iinit로 설정된다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 상승을 계속하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값이 커져, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 충전량을 증가시키도록 그 값을 상승시킨다. 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 상승의 도중, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생 개시 전압 임계치에 도달하고, 컨버터(11)는 회생 동작을 개시한다. 컨버터(11)가 회생 동작을 개시하더라도, 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값이 양값인 기간은 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 상승을 계속한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값이 음값이 되면, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 하강을 개시한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 종료 전압 임계치까지 하강하면, 컨버터(11)는 회생 동작을 종료한다. 컨버터(11)의 회생 동작의 종료에 따라서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 상승을 개시한다. 그러나 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값이 음값인 기간 중 하강을 계속한다. 그리고 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값이 양값으로 변하면 상승을 개시한다. 이후, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생 개시 전압 임계치와 회생 종료 전압 임계치의 사이를 왕복한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 종료 전압 임계치에 도달하고 나서 회생 개시 전압 임계치에 도달할 때까지의 시간 간격 T0은, 컨버터(11)의 리플분에 의한 오차를 제외하면, 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA[V]와, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량 C[F]에 의존하는 일정치가 된다.
이어서, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)가 존재하지 않는 경우, 즉, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의로 되지 않는 경우에 대해 설명한다. 도 9는 컨버터가 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 경우의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 관계의 일례를 나타내는 모식도이고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)에 노이즈가 혼입되거나, 또는 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 일시적으로 변동했을 경우에 대한 일례를 설명하는 도면이다. 컨버터(11)가 간헐 회생 모드인 상태에서, 회생 가능 기간을 나타내는 파형 Fc이 유의하지 않은 도 9에 도시하는 시각 Tp에, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 전압치 상승방향으로 일시적인 변동이 생긴 것으로 한다. 도 7에 도시하는 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제1 감산기(411)에 의해, 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값인 회생시 전압 차분치 Ev가 커짐으로써, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 커진다. 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 커짐으로써, 축전 디바이스(17)로의 충전 전류가 증가하고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승은 둔화된다. 상승이 둔화된 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 시간을 들여 회생 개시 전압 임계치에 도달한다. 시각 Tp 직전의 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 종료 전압 임계치에 도달하는 시각(도 9 내의 시각 Ta)에서부터, 상승이 둔화된 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치에 도달하는 시각(도 9 내의 시각 Tb)까지의 시간 간격 T1은, 상기의 시간 간격 T0보다도 길어진다. 시각 Tb 이후, 컨버터(11)는 회생 동작으로 이행하고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생 종료 전압 임계치까지 하강한다. 시간 간격 T0보다 길어진 시간 간격 T1의 기간 중에, 충전 전류 지령치 생성부(4)는 그 내부에 포함하는 적분 기능에 의해, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 통상의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 최상승치(도 9 내의 I1top)보다도 더욱 상승시킨 값(도 9 내의 값 I1x)을 거쳐서, 하강으로 바뀌게 한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA[V]보다 낮은 기간의 시간 간격은 통상시와 다르지 않으므로, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 통상의 최하강치(도 9 내의 I1bottom)까지 보다 높은 값(도 9 내의 값 I1y)까지 밖에 하강되지 않고, 다시 상승을 개시한다. 값 I1y으로부터 상승하는 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 모두를 축전 디바이스(17)로 충전할 만큼의 양의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 값(도 9 내의 값 I1z)을 넘은 시각(도 9 내의 시각 Tq) 이후, 컨버터(11)는 충전 전류를 조달하기 위해서, 역행 동작으로 이행한다. 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA가 540[V]이고 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 -150[kW]인 경우의 값 I1z은, 상기의 식 (3)에 의해 278[A]가 된다.
또한, 직류 모선 전압치 Vdc(t)에 노이즈가 혼입되거나, 또는 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 일시적으로 변동했을 경우에 대한 다른 일례를 설명한다. 도 10은 컨버터가 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 경우의 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 관계의 일례를 나타내는 모식도이다. 컨버터(11)가 간헐 회생 모드인 상태에서, 회생 가능 기간을 나타내는 파형 Fc이 유의하지 않은 도 10에 도시하는 시각 Tp에, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 전압치 상승방향으로 일시적인 변동이 생긴 것으로 한다. 도 7에 도시하는 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제1 감산기(411)에 의해, 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 뺀 값인 회생시 전압 차분치 Ev가 커짐으로써, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 커진다. 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 커짐으로써, 축전 디바이스(17)로의 충전 전류가 증가하고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승은 둔화한다. 상승이 둔화한 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치에 도달하기 이전에, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 모두를 축전 디바이스(17)로 충전할 만큼의 양의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 값(도 9 내의 값 I1z)을 넘은 시각(도 10 내의 시각 Tq) 이후, 컨버터(11)는 충전 전류를 조달하기 위해서 역행 동작으로 이행한다. 컨버터(11)가 역행 동작을 개시하면, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA[V]와 같은 값이 되도록 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 제어하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 다시 회생 개시 전압 임계치를 넘는 일은 없어진다. 따라서 시각 Tp 직전의 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 종료 전압 임계치에 도달하는 시각 이후, 회생 가능 기간을 나타내는 파형 Fc은 유의하게 되는 일도 없어진다. 즉, 도 10 내의 시간 간격 T1은 언제까지나 결정되지 않는 상태로 방치되게 된다. 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA가 540[V]이고 교류 모터(16)로부터의 회생 전력이 -150[kW]인 경우의 값 I1z은, 상기의 식 (3)에 의해 278[A]가 된다.
여기까지, 충전 전류 지령치 생성부(4)가 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의하지 않은 경우에, 직류 모선 전압치 Vdc(t)로부터, 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA에 기초한 전력(즉, 회생시의 전력 임계치 -PthA)을 넘는 전력을 축전 디바이스(17)에 충전하기 위한 직류 모선(12)측의 충전 전류 지령치인 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*를 얻는 수단을 설명해 왔다. 여기에서부터는, 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 기능에 대해 설명하고, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의한 경우에 있어서의, 충전 전류 지령치 생성부(4)의 동작, 즉, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 행동에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 있어서의 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)는, 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 외란(disturbance)에 의해 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 상승함으로써 컨버터(11)가 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 현상을 방지하기 위해서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)와, 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA와, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa를 입력으로 하여, 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 생성하고, 생성한 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제2 전환기(415)와, 제3 전환기(422)와, 제5 전환기(435)에 출력한다. 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S는, 제2 전환기(415)가 그 출력인 회생시 충전 전류 지령치 비례 성분치 Ip*로서 영을 출력하고, 또한 제3 전환기(422)가 그 출력인 값 Ii으로서 영을 출력하고, 또한 제5 전환기(435)가 그 출력인 회생시 충전 전류 지령치 미분 성분치 Id*로서 영을 출력할 때를 유의한 것으로 한다.
도 11은 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)를 나타내는 블록도이다. 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)는 회생 종료 전압 임계치 격납부(451)와, 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)와, 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)와, 제1 비교기(454)와, 제2 비교기(455)와, 제3 비교기(456)와, 제1 신호 발생기(457)와, 계수기(458)와, 발신기(발진기)(459)와, T0 산출부(460)와, 제4 비교기(461)와, 제2 신호 발생기(462)를 구비한다. 회생 종료 전압 임계치 격납부(451)는, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시하는 컨버터(11)가 회생 동작을 종료하는 전압치인 회생 종료 전압 임계치를 격납하고, 이 회생 종료 전압 임계치보다 조금 높은 전압치 Vsp를 생성하여, 이 전압치 Vsp를 제1 비교기(454)로 출력한다. 여기서, 출력되는 전압치 Vsp가 회생 종료 전압 임계치보다 조금 높은 전압치인 이유는, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)에 입력하는 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 노이즈의 영향을 제거하기 위함이다. 또, 여기서, 회생 종료 전압 임계치보다 조금 높은 전압치 Vsp와 회생 종료 전압 임계치의 차분은, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 노이즈의 크기에 의해 결정하는 미리 정해진 상수로 하고, 예를 들면, 회생 종료 전압 임계치의 5% 이하로 하면 좋다. 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)는, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시하는 컨버터(11)가 회생 동작을 개시하는 전압치인 회생 개시 전압 임계치를 격납하고, 이 회생 개시 전압 임계치보다 조금 낮은 전압치 Vst를 생성하여, 이 전압치 Vst를 제2 비교기(455)로 출력한다. 여기서, 출력되는 전압치 Vst가 회생 개시 전압 임계치보다 조금 낮은 전압치인 이유는, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)에 입력되는 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 노이즈의 영향을 제거하기 위함이다. 또, 여기서, 회생 종료 전압 임계치보다 조금 낮은 전압치 Vst와 회생 종료 전압 임계치의 차분은, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 노이즈의 크기에 의해 결정하는 미리 정해진 상수로 하고, 예를 들면, 회생 개시 전압 임계치의 5% 이하로 하면 좋다. 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)는 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치인 C[F]의 값을 격납하고, T0 산출부(460)로 출력한다. 제1 비교기(454)는 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 회생 종료 전압 임계치 격납부(451)의 출력인 전압치 Vsp를 입력으로 하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 임계치인 전압치 Vsp 이하가 되었을 경우에 유의하게 되는 회생 종료 신호 Psp를 생성하여, 회생 종료 신호 Psp를 제1 신호 발생기(457)로 출력한다. 제2 비교기(455)는 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)의 출력인 전압치 Vst를 입력으로 하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 임계치인 전압치 Vst 이상이 되었을 경우에 유의하게 되는 회생 개시 신호 Pst를 생성하여, 회생 개시 신호 Pst를 제1 신호 발생기(457)로 출력한다. 제3 비교기(456)는 직류 모선 전압치 Vdc(t)와 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 입력으로 하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA 이하가 되었을 경우에 유의하게 되는 억제 종료 신호 Pend를 생성하여, 억제 종료 신호 Pend를 제2 신호 발생기(462)로 출력한다. 제1 신호 발생기(457)는 회생 종료 신호 Psp와 회생 개시 신호 Pst를 입력으로 하여, 회생 종료 신호 Psp가 유의하게 된 시각부터 회생 개시 신호 Pst가 유의하게 될 때까지의 시각의 동안을 유의하게 하는 인에이블 신호 EN를 생성하여, 인에이블 신호 EN를 계수기(458)로 출력한다. 발신기(459)는 계수기(458)가 계수의 단위로 하는 클록 T를 발생시킨다. 클록 T의 주파수는 계수기(458)가 컨버터(11)의 간헐 회생 모드에 있어서 회생 동작을 하지 않는 기간의 시간의 신장이나 단축을 충분히 파악하는 것이 가능한 크기로 한다. 클록 T의 주파수는, 예를 들면, 계통 전원(10)의 주파수(50Hz 또는 60Hz)의 50배에서 400배 정도의 주파수를 채용하면 좋다. 계수기(458)는 인에이블 신호 EN가 유의한 기간 중에만, 발신기(459)의 출력인 클록 T의 상승 에지(rising edge)를 계수하여, 계수 결과를 계수치 DCN로서 제4 비교기(461)로 출력한다. 계수기(458)는 인에이블 신호 EN가 유의하지 않은 기간 중에는 계수 결과를 리셋(영으로) 하고 다음 인에이블 신호 EN가 유의하게 되는 기간까지 대기한다. T0 산출부(460)는 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA와 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)의 출력인 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C를 입력으로 하여, 계산식이나 룩 업 테이블(Look Up Table) 등에 의해서, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시하는 컨버터(11)의 간헐 회생 모드에 있어서의 회생 가능 기간을 나타내는 파형 Fc의 유의하지 않은 기간의 시간 간격 T0을 클록 T로 환산한 값을 생성한다. T0 산출부(460)는 T0 산출부(460) 내에서 생성된 시간 간격 T0의 클록 T에 기초한 환산치에 대해서, 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 고려하여 시간 간격 T0보다 조금 큰 값인 환산치 DT0(즉, DT0－T0＞0)를 계산하여, 제4 비교기(461)에 출력한다. 여기서, 환산치 DT0보다 조금 큰 값과 시간 간격 T0의 차분은, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 노이즈의 크기에 의해 결정하는 미리 정해진 상수로서, 예를 들면, 시간 간격 T0의 1% 이하로 하면 좋다. 제4 비교기(461)는 계수기(458)의 출력인 계수치 DCN와 T0 산출부(460)의 출력인 환산치 DT0를 입력으로 하여, 계수치 DCN가 환산치 DT0 이상이 되었을 경우에 유의하게 되는 억제 개시 신호 Pover를 생성하여, 억제 개시 신호 Pover를 제2 신호 발생기(462)로 출력한다. 제2 신호 발생기(462)는 억제 개시 신호 Pover와 억제 종료 신호 Pend를 입력으로 하여, 억제 개시 신호 Pover가 유의하게 된 시각부터 억제 종료 신호 Pend가 유의하게 될 때까지의 시간의 동안을 유의하게 하는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 생성하여, 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제2 전환기(415)와, 제3 전환기(422)와, 제5 전환기(435)에 출력한다. 또한, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는 유의하지 않을 때, 제1 비교기(454)와, 제2 비교기(455)와, 제3 비교기(456)와, 제1 신호 발생기(457)와, 제4 비교기(461)와, 제2 신호 발생기(462)를 유의하지 않은 상태로 유지하고, 또한 계수기(458)를 리셋으로 한다. 즉, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의한 경우에만 기능하고, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하지 않은 경우에는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S는 유의하지 않은 상태를 유지한다. 회생 종료 전압 임계치 격납부(451) 혹은 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)에 격납하는 값, 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)에 격납하는 정전 용량치 C[F], 또는 T0 산출부(460) 내에 격납하는 계산식 혹은 룩 업 테이블의 값은, 교류 모터 구동 시스템(1)의 구성에 따라서, 적당히 설정하면 되고, 회생 종료 전압 임계치 격납부(451), 회생 개시 전압 임계치 격납부(452), 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453) 및 T0 산출부(460)는, 유저에 의해 각각의 값이나 계산식을 입력 가능한 구성을 구비한다. 또, 본 실시 형태에서는, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C[F]를 격납하는 수단을, 회생시 전력/전압 환산부(6) 내의 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(62)와, 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45) 내의 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)의 양쪽에 구비하고 있지만, 어느 한쪽에 집약하고, 평활 콘덴서(13)의 정전 용량치 C[F]를 다른 쪽으로 출력해도 된다.
도 12는 회생시 충전 전류 지령치 억제부가 컨버터의 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 것을 방지하는 동작의 일례를 나타내는 타임 다이어그램이고, 도 9에 도시하는 상황에 있어서, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의한 경우의 동작을 설명하는 도면이다. 도 13은 회생시 충전 전류 지령치 억제부가 컨버터의 회생 동작에서 역행 동작으로 이행하는 것을 방지하는 동작의 다른 예를 나타내는 타임 다이어그램이고, 도 10에 도시하는 상황에 있어서, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S가 유의한 경우의 동작을 설명하는 도면이다.
도 12에 있어서는, 도 9와 마찬가지로, 시각 Tp에 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 전압치 상승방향으로 일시적인 변동이 생긴 것으로 한다. 도 12에 있어서, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 커지고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승은 둔화한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치에 도달하기 이전에, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45) 내의 계수기(458)의 계수치 DCN는 T0 산출부(460)의 출력인 환산치 DT0의 값을 넘는다(도 12의 시각 Ts). 시각 Ts에 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S는 유의하게 되고, 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제2 전환기(415)와, 제3 전환기(422)와, 제5 전환기(435)에 의해, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 시각 Ts시의 값을 유지한다. 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 일정치를 유지함으로써, 축전 디바이스(17)로의 충전 전류는 증가하지 않는다. 컨버터(11)가 간헐 회생 모드 중의 회생 동작을 실행하지 않는 기간이기 때문에, 도 12에 도시하는 것처럼, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 급속히 증가하여, 회생 개시 전압 임계치에 도달한다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 회생 개시 전압 임계치에 도달하면, 컨버터(11)는 회생 동작을 행하고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 하강하기 시작한다. 시간 간격인 환산치 DT0가 시간 간격 T0과 큰 차이가 없기 때문에, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 유지하고 있는 일정치는, 통상의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 최상승치인 I1top보다 약간 큰 값에 그친다. 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 하강을 계속하여 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA 이하가 되는 시각 Tr에서, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45) 내의 제3 비교기(456)의 출력인 억제 종료 신호 Pend가 유의하게 되고, 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S는 유의하지 않게 된다. 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S는 유의하지 않게 되기 때문에, 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제2 전환기(415)와, 제3 전환기(422)와, 제5 전환기(435)에 의해, 충전 전류 지령치 생성부(4)는 PID 기능을 복귀시킨다. 시각 Tr 이후, 직류 모선 전압치 Vdc(t)는 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA보다 작은 값이기 때문에, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 하강한다. 이상과 같은 충전 전류 지령치 생성부(4)의 동작에 의해, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 모두를 축전 디바이스(17)로 충전할 만큼의 양의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 값 I1z를 넘는 일이 없고, 컨버터(11)의 간헐 회생 모드가 계속된다.
도 13에 도시하는 것처럼, 시각 Tp 후의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 상승이 급격하고, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 상승이 크게 둔화된 경우에도, 시각 Ta으로부터의 시간 간격인 환산치 DT0는, 도 12에 도시하는 경우와 같이 도래하기 때문에, 시각 Ts에서, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는 일정치를 유지한다. 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*가 일정치를 유지한 후의 충전 전류 지령치 생성부(4)의 동작은 도 12에서 설명한 동작과 마찬가지이다. 따라서 도 13에 도시하는 경우에 있어서도, 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*는, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력 모두를 축전 디바이스(17)로 충전할 만큼의 양의 직류 모선측 충전 전류 지령치 I1*의 값 I1z를 넘는 일 없고, 컨버터(11)의 간헐 회생 모드가 계속된다.
상기의 설명에 있어서, 계수기(458)는 회생 종료 신호 Psp로부터의 시간 간격을 계수하는 것으로 했지만, 회생 개시 신호 Pst로부터의 시간 간격을 계수해도 된다. 다만, 회생 개시 신호 Pst를 계수의 기준으로 하는 경우에는, 회생 종료 전압 임계치 격납부(451), 제1 비교기(454) 및 제1 신호 발생기(457)는 생략되고, 회생 개시 신호 Pst가, 직접, 계수기(458)의 리셋 신호가 된다. 또, 이 경우의 계수기(458)의 인에이블 기능은 항상 계수 상태로 한다.
이상, 충전 전류 지령치 생성부(4)가 PID 제어인 경우에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 충전 전류 지령치 생성부(4)가 PI 제어여도 되고, I 제어여도 된다. 또, 충전 전류 지령치 생성부(4)를 하드웨어로 실현하는 경우를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 충전 전류 지령치 생성부(4)의 일부 또는 전부가 소프트웨어에 의해 실현되어 있어도 된다.
또한, 역행시 제어부(21), 전류 지령치 통합부(22), 제어 신호 생성부(23), 및 회생시 제어부(3) 내의 회생시 전력 보상 동작 제어부(5), 회생시 전력/전압 환산부(6) 및 충전 전류 지령치 환산부(7)는 하드웨어로 실현되어 있어도 되고, 소프트웨어에 의해 실현되어 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 컨버터(11)로서 전원 회생형 컨버터를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 컨버터(11)는 저항 회생형 컨버터여도 된다. 컨버터(11)가 저항 회생형 컨버터인 경우에는, 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로의 전력 회생을, 저항 회생형 컨버터 내의 회생 저항기에 있어서의 전력 소비로 바꿔 읽음으로써, 회생 동작 중의 컨버터(11)가 역행 동작으로 이행하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
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 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 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와, 상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과, 상기 직류 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 상기 충방전 회로를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고, 상기 교류 모터로부터의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘은 경우에는, 상기 충방전 제어 수단은 상기 직류 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고, 상기 회생 전력이 상기 전력 임계치 이하인 경우에는, 상기 컨버터는 상기 직류 전압치가 상승하여 미리 정해진 회생 개시 전압 임계치에 도달하면 회생 동작을 행하고, 상기 직류 전압치가 하강하여 미리 정해진 회생 종료 전압 임계치에 도달하면 회생 동작을 종료하고, 상기 컨버터에 있어서의 회생 동작 중의 상기 직류 전압치의 시간 평균치가, 상기 컨버터가 전력의 공급과 회생을 실행하고 있지 않은 무부하시의 상기 직류 전압치보다 낮은 것을 특징으로 한다. 또, 상기 충방전 제어 수단은 상기 컨버터가 회생 동작을 개시하는 직류 모선 전압치에 기초한 전압 임계치에 상기 직류 모선 전압치가 도달하는 주기에 기초한 기간만, 상기 축전 디바이스에 충전하는 전류를 일정하게 유지하도록 제어하면 된다. 그리고 상기 컨버터가 회생 동작을 개시하는 직류 모선 전압치에 기초한 전압 임계치에 상기 직류 모선 전압치가 도달하는 주기에 기초한 상기 기간은, 상기 직류 모선 전압치가 상기 회생 종료 전압 임계치에 도달하고 나서의 시간이 상기 전력 임계치에 따른 상기 전압 임계치에 기초하여 미리 설정된 시간을 넘은 시각에 개시하고, 다음에 상기 직류 모선 전압치가 상기 전력 임계치에 따른 상기 전압 임계치에 도달하는 시각에 종료하면 된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템에 의하면, 컨버터 회생시에 있어서의 직류 모선의 평균적 전압치가 무부하시의 직류 모선 전압치보다도 저전압치가 되는 경우에도, 직류 모선 전류의 방향(전류치의 양음)을 판단하는 일 없이, 교류 모터 회생 초기의 직류 모선 전압치 상승에 기초하여, 컨버터가 계통 전원에 회생하는 전력의 피크를 억제할 수 있다. 또, 컨버터 회생시에 있어서의 직류 모선의 평균적 전압치가 무부하시의 직류 모선 전압치보다도 저전압치가 되는 경우에도, 직류 모선의 전류치(전류의 방향도 포함함)에 의존하는 일 없이, 직류 모선 전압치가 미리 정해진 전압치로부터 다른 미리 정해진 값이 될 때까지의 시간의 길이에 기초하여, 직류 모선측 충전 전류 지령치를 일정하게 유지함으로써, 교류 모터가 전력을 회생 중임에도 불구하고 컨버터가 계통 전원으로부터 직류 모선으로 전력을 공급하는 것을 막을 수 있다. 또, 컨버터 회생시에 있어서의 직류 모선의 평균적 전압치가 무부하시의 직류 모선 전압치보다도 저전압치가 되기 때문에, 평활 콘덴서나 인버터나 충방전 회로 등에 높은 내압의 소자를 사용할 필요가 없으므로, 교류 모터 구동 시스템을 염가로 구성할 수 있다. 컨버터 회생시에 있어서의 직류 모선의 평균적 전압치가 무부하시의 직류 모선 전압치보다도 저전압치가 되기 때문에, 평활 콘덴서, 인버터 및 충방전 회로 등의 소자의 수명을 길게 할 수 있다.
실시 형태 2.
도 14는 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태 2의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 14에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1a)은 충방전 제어부(2a)와, 컨버터(11a)와, 직류 모선(12)과, 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. 컨버터(11a)는 회생 기간 플래그 Fd를 충방전 제어부(2a)로 출력한다. 회생 기간 플래그 Fd는 컨버터(11a)가 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 전력을 회생하는 기간만 유의를 나타내는 신호이다. 무부하시 또는 컨버터(11a)가 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 전력을 공급하는 경우에는, 회생 기간 플래그 Fd는 유의가 아니다. 도 14에 도시하는 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템(1a)은, 도 1에 도시하는 실시 형태 1의 교류 모터 구동 시스템(1)과는 상이하게, 회생 기간 플래그 Fd를 출력하는 컨버터(11a)와, 회생 기간 플래그 Fd가 입력되는 충방전 제어부(2a)를 구비한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과 동일 또는 동등한 구성에는, 동일한 명칭과 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
컨버터(11a)가 전원 회생형 컨버터인 경우에는, 실시 형태 1에서 설명한 것처럼, 회생 개시 전압 임계치로부터 회생 종료 전압 임계치까지의 기간 중, 컨버터(11a) 내의 스위칭 소자를 온과 오프를 반복하는 제어에 의해, 직류 모선(12)으로부터 계통 전원(10)으로 전력을 회생한다. 따라서 전원 회생형 컨버터에는, 회생 개시 전압 임계치로부터 회생 종료 전압 임계치까지의 기간 중인 것을 나타내는 신호가 존재하고, 그것을 회생 기간 플래그 Fd로서 출력한다. 한편, 컨버터(11a)가 저항 회생형 컨버터인 경우에는, 회생 개시 전압 임계치로부터 회생 종료 전압 임계치까지의 기간 중, 컨버터(11a) 내의 회생 저항기를 통하여 고전위측 직류 모선(12a)과 저전위측 직류 모선(12b)이 도통하도록 제어함으로써, 교류 모터(16)로부터의 회생 전력의 일부를 소비한다. 따라서 저항 회생형 컨버터에는, 회생 개시 전압 임계치로부터 회생 종료 전압 임계치까지의 기간 중인 것을 나타내는 신호가 존재하고, 그것을 회생 기간 플래그 Fd로서 충방전 제어부(2a)로 출력한다.
본 실시 형태에 있어서의 충방전 제어부(2a)는, 실시 형태 1에 있어서의 충방전 제어부(2) 내의 충전 전류 지령치 생성부(4)의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)를 대신하여 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)는, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)의 입력에 더하여 회생 기간 플래그 Fd가 입력되고 있는 점이 상이하다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 충방전 제어부(2a)에 입력되는 회생 기간 플래그 Fd는, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)에만 입력된다.
도 15는 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)를 나타내는 블록도이다. 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)는 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)와, 제3 비교기(456)와, 계수기(458)와, 발신기(459)와, T0 산출부(460)와, 제4 비교기(461)와, 제2 신호 발생기(462)와, 반전기(463)를 구비한다. 컨버터(11a)로부터의 출력인 회생 기간 플래그 Fd는, 반전기(463)에 입력된다. 반전기(463)에는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa도 입력된다. 반전기(463)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하고, 또한 회생 기간 플래그 Fd가 유의하지 않은 기간 중에만, 후단의 계수기(458)가 동작하는 신호인 인에이블 신호 EN를 출력한다. 한편, 반전기(463)의 출력인 인에이블 신호 EN는, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하지 않은 경우, 또는, 회생 기간 플래그 Fd가 유의한 기간에는 유의하지 않은 상태를 나타낸다. 반전기(463)는 인에이블 신호 EN를 계수기(458)로 출력한다. 발신기(459)는 실시 형태 1과 동일한 기능을 완수하여, 발신기(459)의 출력인 클록 T를 계수기(458)로 출력한다. 계수기(458)는 클록 T와 반전기(463)의 출력인 인에이블 신호 EN에 대해서, 실시 형태 1의 계수기(458)와 마찬가지로, 계수기(458)의 출력인 계수치 DCN를 제4 비교기(461)로 출력한다. 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)의 출력인 정전 용량치 C를 T0 산출부(460)로 출력한다. T0 산출부(460)는 회생시 전력/전압 환산부(6)의 출력인 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA와 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)의 출력인 정전 용량치 C를 입력으로 한다. T0 산출부(460)는 실시 형태 1과 마찬가지로, T0 산출부(460)의 출력인 환산치 DT0를 제4 비교기(461)로 출력한다. 제3 비교기(456)는 직류 전압치 검출부(18)의 출력인 직류 모선 전압치 Vdc(t)와, 회생시 전력/전압 환산부(6)의 출력인 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 입력으로 한다. 제3 비교기(456)는 실시 형태 1과 마찬가지로, 제3 비교기(456)의 출력인 억제 종료 신호 Pend를 제2 신호 발생기(462)로 출력한다. 제4 비교기(461)는 계수기(458)의 출력인 계수치 DCN와 T0 산출부(460)의 출력인 환산치 DT0를 입력받아, 계수치 DCN가 환산치 DT0 이상이 되었을 경우에 유의하게 되는 억제 개시 신호 Pover를 생성하여, 억제 개시 신호 Pover를 제2 신호 발생기(462)로 출력한다. 제2 신호 발생기(462)는 억제 개시 신호 Pover와 억제 종료 신호 Pend를 입력으로 하여, 억제 개시 신호 Pover가 유의하게 된 시각부터 억제 종료 신호 Pend가 유의하게 되는 시각까지의 기간을 유의하게 하는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S를 생성하여, 충전 전류 지령치 생성부(4) 내의 제2 전환기(415)와, 제3 전환기(422)와, 제5 전환기(435)에 출력한다. 또한, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa는 유의하지 않을 때, 제3 비교기(456)와, 제4 비교기(461)와, 제2 신호 발생기(462)와, 반전기(463)를 유의하지 않은 상태로 유지하고, 또한 계수기(458)를 리셋으로 한다. 즉, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)는 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의한 경우에만 기능하고, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa가 유의하지 않은 경우에는 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S는 유의하지 않은 상태를 유지한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)를 하드웨어로 실현하는 경우를 예시하여 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45a)의 일부 또는 전부가 소프트웨어에 의해 실현되어 있어도 된다. 또한, 역행시 제어부(21), 전류 지령치 통합부(22), 제어 신호 생성부(23) 및 회생시 제어부(3)는, 하드웨어로 실현되어 있어도 되고, 소프트웨어에 의해 실현되어 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 충방전 제어부(2a)는 컨버터(11a)로부터 출력되는 회생 기간 플래그 Fd가 유의하게 되는 주기, 또는 유의하지 않은 기간의 주기에 기초하여, 축전 디바이스(17)에 충전하는 전류를 일정하게 유지하도록 충방전 회로(15)를 제어한다. 즉, 충방전 제어부(2a)는 회생 기간 플래그 Fd에 기초한 기간만, 축전 디바이스(17)에 충전하는 전류를 일정하게 유지한다. 그리고 회생 플래그에 기초한 기간 Fd은, 회생 기간 플래그 Fd가 유의하지 않은 (전력을 회생하는 기간이 아닌 것을 나타내는) 시간이 전력 임계치에 따른 전압 임계치에 기초하여 미리 설정된 시간을 넘은 시각에 개시하고, 다음에 직류 모선 전압치가 전력 임계치에 따른 전압 임계치에 도달하는 시각에 종료하면 된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템에 의하면, 실시 형태 1에 나타내는 교류 모터 구동 시스템의 효과에 더하여, 컨버터의 회생시를 직류 모선 전압치로부터 추측하는 일 없이, 컨버터 자신이 제어하고 있는 회생 기간에 관련된 정보를 직접 파악하는 것이 가능해져, 직류 모선 전압치에 중첩되는 노이즈를 원인으로 하는 컨버터 동작의 오인식이나 직류 모선의 시정수를 요인으로 하는 직류 모선 전압치의 상승 및 하강의 시간 지연을 해소할 수 있기 때문에, 실시 형태 1의 경우보다도 더욱 안정되고, 또한 확실히 교류 모터가 전력을 회생 중임에도 불구하고 컨버터가 계통 전원으로부터 직류 모선으로 전력을 공급하는 것을 방지할 수 있다.
실시 형태 3.
도 16은 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태 3의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 16에 도시하는 교류 모터 구동 시스템(1b)은 충방전 제어부(2b)와, 교류 전압치 검출부(8)와, 컨버터(11)와, 직류 모선(12)과, 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 16에 도시하는 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템(1b)은, 도 1에 도시하는 실시 형태 1의 교류 모터 구동 시스템(1)과 상이한 점은, 교류 전압치 검출부(8)의 존재와, 교류 전압치 검출부(8)의 출력인 교류 전압치 Vac을 입력하는 충방전 제어부(2b)이다. 교류 전압치 검출부(8)는 컨버터(11)의 계통 전원(10) 측에 접속되어, 계통 전원(10)으로부터의 배선간에 있어서의 전압치인 교류 전압치 Vac을 검출하여, 충방전 제어부(2b)로 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 실시 형태 1과 동일 또는 동등한 구성에는, 동일한 명칭과 부호를 이용하고 설명을 생략한다.
컨버터(11)에 입력되는 계통 전원(10)에 있어서의 교류 전압치 Vac는, 계통 전원(10)으로부터 컨버터(11)까지의 배선의 길이에 따라 상이하다. 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 변동한다. 그리고 컨버터(11)에 있어서의 교류 전압치 Vac가 변동하면, 컨버터(11)의 출력인, 직류 모선(12)의 직류 모선 전압치 Vdc(t)도, 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0도 변동한다. 본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템(1b)은, 교류 전압치 검출부(8)의 출력인 교류 전압치 Vac의 변동에 대응한, 컨버터 회생시에 있어서의 평균화 직류 모선 전압치 Vdc가 무부하시 직류 모선 전압치 Vdc0보다도 낮아지는 경우에도, 교류 모터(16)가 전력을 회생 중임에도 불구하고 컨버터(11)가 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 전력을 공급해 버리는 것을 막는 것을 목적으로 한다.
본 실시 형태에 있어서의 충방전 제어부(2b)는, 실시 형태 1에 있어서의 충방전 제어부(2) 내의 역행시 제어부(21)를 대신하여 역행시 제어부(21b)를 구비하고, 회생시 제어부(3)를 대신하여 회생시 제어부(3b)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서의 역행시 제어부(21b)는, 직류 모선 전압치 Vdc(t)에 더하여 교류 전압치 Vac가 입력되고 있는 점이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서의 회생시 제어부(3b)는, 직류 모선 전압치 Vdc(t)에 더하여 교류 전압치 Vac가 입력되고, 충전 전류 지령치 생성부(4)를 대신하여 충전 전류 지령치 생성부(4b)를 구비하고, 회생시 전력/전압 환산부(6)를 대신하여 회생시 전력/전압 환산부(6b)를 구비하는 점이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서의 충전 전류 지령치 생성부(4b) 및 회생시 전력/전압 환산부(6b)에는, 교류 전압치 Vac가 입력된다. 본 실시 형태에 있어서의 충전 전류 지령치 생성부(4b)는 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)를 대신하여 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b)를 구비하는 점이 상이하다. 본 실시 형태에 있어서의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b)는, 직류 모선 전압치 Vdc(t)와, 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA와, 회생시 전력 보상 동작 플래그 Fa에 더하여, 교류 전압치 Vac가 입력되고 있는 점이 상이하다. 이와 같이, 교류 전압치 Vac는 역행시 제어부(21b)와, 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b)와, 회생시 전력/전압 환산부(6b)에만 입력된다.
도 4에 도시하는 컨버터를 통과하는 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계는, 교류 전압치 Vac의 변화에 의해, 직류 모선 전압치 방향(도 4의 세로축 방향)으로 대략 평행 이동한 상태가 된다. 교류 전압치 Vac의 변동량이, 기준이 되는 교류 전압치 Vac0의 ±20% 정도이면, 컨버터를 통과하는 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계의 평행 이동량은, 교류 전압치 Vac와 기준이 되는 교류 전압치 Vac0의 비, 즉 (Vac/Vac0)의 값에 비례한다. 따라서 회생시 전력/전압 환산부(6b) 내의 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)에는, 기준이 되는 교류 전압치 Vac0인 경우의 컨버터(11)를 통과하는 전력 및 그 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 격납해 둔다. 도 17은 충방전 제어부(2b)를 나타내는 블록도이다. 도 17에 도시하는 회생시 전력/전압 환산부(6b)는, 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)와, 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(62)와, 회생시 전력 임계치 격납부(63)에 더하여, 비례 계수 격납부(64)와, 기준 교류 전압치 격납부(65)를 구비한다. 비례 계수 격납부(64)는 컨버터(11)를 통과하는 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계의 평행 이동량의 (Vac/Vac0)에 대한 비례 계수 Ka를 격납한다. 기준 교류 전압치 격납부(65)는 값 Vac0을 격납한다. 그리고 회생시 전력/전압 환산부(6b)에 입력되는 교류 전압치 Vac을 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)의 출력치에 곱하고, 비례 계수 격납부(64)의 출력치인 비례 계수 Ka를 곱한 후, 기준 교류 전압치 격납부(65)의 출력치인 값 Vac0으로 나눔으로써, 회생시 전력/전압 환산부(6b)의 출력치인 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA는, 교류 전압치 Vac의 변동에 대응한 전압 임계치가 된다. 또한, 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)에는 근사식 또는 룩 업 테이블 등을 이용하여, 기준이 되는 교류 전압치 Vac0인 경우의 컨버터(11)를 통과하는 전력 및 그 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계를 격납한다.
또, 계산이 번잡한 나눗셈을 생략하기 위해서, 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)에는, 기준이 되는 교류 전압치 Vac0인 경우의 컨버터(11)를 통과하는 전력에 대응하는 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 값을 기준이 되는 교류 전압치 Vac0로 나눈 값을 미리 근사식 또는 룩 업 테이블 등을 이용하여 격납하고, 회생시 전압 임계치 생성 변환부(61)의 출력에, 교류 전압치 Vac와 비례 계수 Ka를 곱하여 회생시 직류 모선 전압 지령치 VthA를 얻음으로써, 나눗셈 수단을 생략하는 방법도 있다. 또한, 이때에는, 기준 교류 전압치 격납부(65)는 불필요하다.
도 18은 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b)를 나타내는 블록도이다. 도 18에 도시하는 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b)는, 회생 종료 전압 임계치 격납부(451)와, 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)와, 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)와, 제1 비교기(454)와, 제2 비교기(455)와, 제3 비교기(456)와, 제1 신호 발생기(457)와, 계수기(458)와, 발신기(459)와, T0 산출부(460)와, 제4 비교기(461)와, 제2 신호 발생기(462)와, 비례 계수 격납부(471)와, 기준 교류 전압치 격납부(472)와, 곱셈기(473, 474, 475, 476)와, 나눗셈기(477, 478)를 구비한다. 본 실시 형태의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b)는, 새롭게 마련된 비례 계수 격납부(471) 및 기준 교류 전압치 격납부(472)와, 회생 종료 전압 임계치 격납부(451)와 제1 비교기(454)의 사이에 삽입된, 곱셈기(473, 475) 및 나눗셈기(477)와, 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)와 제2 비교기(455)의 사이에 삽입된, 곱셈기(474, 476) 및 나눗셈기(478)를 구비하는 점이 실시 형태 1의 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45)와 상이하다. 또한, 곱셈기(473) 및 곱셈기(474)에는, 교류 전압치 Vac가 입력된다.
비례 계수 격납부(471)는 컨버터(11)를 통과하는 전력과 평균화 직류 모선 전압치 Vdc의 관계의 평행 이동량의 (Vac/Vac0)에 대한 비례 계수 Ka를 격납한다. 비례 계수 격납부(471)의 출력인 비례 계수 Ka는, 곱셈기(475, 476)에 출력된다. 기준 교류 전압치 격납부(472)는 기준이 되는 교류 전압치 Vac0를 격납한다. 기준 교류 전압치 격납부(472)의 출력인 기준이 되는 교류 전압치 Vac0는, 나눗셈기(477, 478)의 제수단에 출력된다. 곱셈기(473)는 회생 종료 전압 임계치 격납부(451)의 출력인 회생 종료 전압 임계치보다 조금 높은 전압치 Vsp와, 교류 전압치 검출부(8)의 출력인 교류 전압치 Vac의 곱 Vsp·Vac을 계산하여, 곱셈기(475)로 출력한다. 곱셈기(474)는 회생 개시 전압 임계치 격납부(452)의 출력인 회생 개시 전압 임계치보다 조금 낮은 전압치 Vst와, 교류 전압치 검출부(8)의 출력인 교류 전압치 Vac의 곱 Vst·Vac을 계산하여, 곱셈기(476)로 출력한다. 곱셈기(475)는 곱 Vsp·Vac과, 비례 계수 격납부(471)의 출력인 비례 계수 Ka의 곱 Ka·Vsp·Vac을 계산하여, 나눗셈기(477)의 피제수단으로 출력한다. 곱셈기(476)는 곱 Vst·Vac와, 비례 계수 격납부(471)의 출력인 비례 계수 Ka의 곱 Ka·Vst·Vac을 계산하여, 나눗셈기(478)의 피제수단으로 출력한다. 나눗셈기(477)는 곱 Ka·Vsp·Vac을 피제수로 하고, 기준 교류 전압치 격납부(472)의 출력치인 기준 교류 전압치 Vac0를 제수로 하여 나눗셈을 실행하여, 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vsp을 제1 비교기(454)로 출력한다. 나눗셈기(478)는 곱 Ka·Vst·Vac을 피제수로 하고, 기준 교류 전압치 격납부(472)의 출력치인 기준 교류 전압치 Vac0를 제수로 하여 나눗셈을 실행하여, 몫 Ka·(Vac/Vac0) Vst를 제2 비교기(455)로 출력한다.
제1 비교기(454)는 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vsp과, 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 입력으로 하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vsp 이하가 되었을 경우에 유의하게 되는 회생 종료 신호 Psp를 생성한다. 제1 비교기(454)는 회생 종료 신호 Psp를 제1 신호 발생기(457)로 출력한다. 제2 비교기(455)는 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vst과, 직류 모선 전압치 Vdc(t)를 입력으로 하여, 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vst 이상이 되었을 경우에 유의하게 되는 회생 개시 신호 Pst를 생성한다. 제2 비교기(455)는 회생 개시 신호 Pst를 제1 신호 발생기(457)로 출력한다.
제1 비교기(454)에는, 교류 전압치 Vac의 변동을 가지는 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 입력됨과 아울러, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 비교 대상에는 전압치 Vsp의 교류 전압치 Vac의 변동분을 고려한 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vsp이 입력됨으로써, 제1 비교기(454)의 출력인 회생 종료 신호 Psp는 정확하게, 컨버터(11)의 회생 종료시각을 추정하는 것이 가능해진다.
제2 비교기(455)에는, 교류 전압치 Vac의 변동을 가지는 직류 모선 전압치 Vdc(t)가 입력됨과 아울러, 직류 모선 전압치 Vdc(t)의 비교 대상에는 전압치 Vst에 교류 전압치 Vac의 변동분을 고려한 몫 Ka·(Vac/Vac0)·Vst이 입력됨으로써, 제2 비교기(455)의 출력인 회생 개시 신호 Pst는, 정확하게, 컨버터(11)의 회생 개시시각을 추정하는 것이 가능해진다. 제1 신호 발생기(457)의 2개의 입력인 회생 종료 신호 Psp와 회생 개시 신호 Pst로부터 제2 신호 발생기(462)의 출력인 회생시 충전 전류 지령치 억제 플래그 S까지, 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453), 제3 비교기(456), 발신기(459) 및 T0 산출부(460)는, 실시 형태 1과 마찬가지로 동작한다.
또한, 회생시 전력/전압 환산부(6b) 내의 비례 계수 격납부(64) 및 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b) 내의 비례 계수 격납부(471)는, 어느 한쪽에 집약되어 있어도 된다. 또, 회생시 전력/전압 환산부(6b) 내의 기준 교류 전압치 격납부(65) 및 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b) 내의 기준 교류 전압치 격납부(472)는, 어느 한쪽에 집약되어 있어도 된다. 회생시 전력/전압 환산부(6b) 내의 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(62)와 회생시 충전 전류 지령치 억제부(45b) 내의 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부(453)는, 어느 한쪽에 집약되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 역행시 제어부(21b), 전류 지령치 통합부(22), 제어 신호 생성부(23) 또는 회생시 제어부(3b)는, 하드웨어로 실현되어 있어도 되고, 소프트웨어에 의해 실현되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 따른 교류 모터 구동 시스템(1b)은, 상기와 같이 구성되어 있으므로, 실시 형태 1의 효과에 더하여, 계통 전원(10)의 전압이 변동했을 경우에 있어서도, 교류 모터(16)가 전력을 회생 중임에도 불구하고 컨버터(11)가 계통 전원(10)으로부터 직류 모선(12)으로 전력을 공급해 버리는 것을 방지할 수 있다.
여기까지, 본 실시 형태를 실시 형태 1과 비교하여 설명해 왔다. 그러나 본 실시 형태의 기술은, 컨버터(11a)를 이용하는 실시 형태 2에 대해서도, 도입 가능한 것은 분명하다.
본 실시 형태에서는 실시 형태 1과 비교하여 설명했지만, 실시 형태 2의 교류 모터 구동 시스템에 대해서 본 실시 형태를 적용해도 된다. 본 실시 형태에서 설명한 구성은, 실시 형태 1, 2와 조합하는 것이 가능하다.
실시 형태 4.
실시 형태 1에 있어서는, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap의 대용으로서, 대용 양단 전압치 Vcfix를 채용하는 경우에 대해 설명했다. 그렇지만, 교류 모터 구동 시스템에는, 축전 디바이스(17)의 양단 전압치 Vcap를 (축전 디바이스 양단 전압치 검출부로) 검출하고, 축전 디바이스(17)에 대한 충방전을 제한하는 것도 존재한다. 도 19는 본 발명에 따른 교류 모터 구동 시스템의 실시 형태 4의 전체의 구성을 나타내는 블록도이다. 축전 디바이스 양단 전압치 검출부의 설치에 수반하는 코스트의 증가가 없는 경우에는, 도 19에 도시하는 것처럼, 축전 디바이스 양단 전압치 검출부(9)를 설치하고, 축전 디바이스 양단 전압치 검출부(9)로 검출한 양단 전압치 Vcap를 충방전 제어부(2c)로 출력해도 된다. 이 경우, 양단 전압치 Vcap는 충방전 제어부(2c) 내의 역행시 제어부와, 회생시 제어부에 입력된다. 회생시 제어부에 입력된 양단 전압치 Vcap는, 충방전 전류 지령치 환산부에 입력되어, 실시 형태 1에서 설명한 식 (4)를 이용한다. 또는 충방전 전류 지령치 환산부에 양단 전압치 Vcap를 입력하고, 충방전 전류 지령치 환산부 내에 양단 전압치 Vcap의 역수를 출력하는 룩 업 테이블 등의 환산 수단을 구비하고, 실시 형태 1에서 설명한 식 (5)에 상당하는 방법으로, 나눗셈을 생략하고, 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*를 얻는 방법도 있다.
본 실시 형태의 교류 모터 구동 시스템(1c)은 실시 형태 1의 교류 모터 구동 시스템에 비해 정확한 축전 디바이스측 충전 전류 지령치 Ia*를 얻을 수 있다. 그 때문에, 회생시 제어부 내의 충전 전류 지령치 생성부(4)의 PID 제어의 게인을 증가시킬 수 있어, 응답성이 좋은 교류 모터 구동 시스템을 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는 실시 형태 1과 비교하여 설명했지만, 실시 형태 2의 교류 모터 구동 시스템에 대해서 본 실시 형태를 적용해도 된다. 실시 형태 3의 교류 모터 구동 시스템에 대해서 본 실시 형태를 적용해도 된다. 즉, 본 실시 형태에서 설명한 구성은 실시 형태 1~3과 조합하는 것이 가능하다.
[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, 1a, 1b, 1c: 교류 모터 구동 시스템,
2, 2a, 2b, 2c: 충방전 제어부, 3, 3b: 회생시 제어부,
4, 4b: 충전 전류 지령치 생성부, 5: 회생시 전력 보상 동작 제어부,
6, 6b: 회생시 전력/전압 환산부, 7: 충전 전류 지령치 환산부,
8: 교류 전압치 검출부,
9: 축전 디바이스 양단 전압치 검출부,
10: 계통 전원, 11, 11a: 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, 21b: 역행시 제어부, 22: 전류 지령치 통합부,
23: 제어 신호 생성부,
45, 45a, 45b: 회생시 충전 전류 지령치 억제부,
61: 회생시 전압 임계치 생성 변환부,
62: 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부,
63: 회생시 전력 임계치 격납부, 64: 비례 계수 격납부,
65: 기준 교류 전압치 격납부, 411: 제1 감산기,
412: 제1 곱셈기, 413: 제1 전환기,
414: 제1 리미터, 415: 제2 전환기,
421: 제2 곱셈기, 422: 제3 전환기,
423: 제1 가산기, 424: 제2 리미터,
425: 제4 전환기, 426: 제1 지연기,
427: 회생시 전류 지령치 적분 성분 초기치 생성부,
431: 제2 지연기, 432: 제2 감산기,
433: 제3 곱셈기, 434: 제3 리미터,
435: 제5 전환기, 441: 제2 가산기,
442: 제4 리미터, 443: 제6 전환기,
451: 회생 종료 전압 임계치 격납부,
452: 회생 개시 전압 임계치 격납부,
453: 평활 콘덴서 정전 용량치 격납부,
454: 제1 비교기, 455: 제2 비교기,
456: 제3 비교기, 457: 제1 신호 발생기,
458: 계수기, 459: 발신기,
460: T0 산출부, 461: 제4 비교기,
462: 제2 신호 발생기, 463: 반전기,
471: 비례 계수 격납부, 472: 기준 교류 전압치 격납부,
473, 474, 475, 476: 곱셈기, 477, 478: 나눗셈기.

Claims (8)

  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 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 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와,
    상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과,
    상기 직류 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 상기 충방전 회로를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고,
    상기 교류 모터로부터의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘은 경우에는, 상기 충방전 제어 수단은 상기 직류 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고,
    상기 회생 전력이 상기 전력 임계치 이하인 경우에는, 상기 컨버터는 상기 직류 전압치가 상승하여 미리 정해진 회생 개시 전압 임계치에 도달하면 회생 동작을 행하고, 상기 직류 전압치가 하강하여 미리 정해진 회생 종료 전압 임계치에 도달하면 회생 동작을 종료하며,
    상기 컨버터에 있어서의 회생 동작 중의 상기 직류 전압치의 시간 평균치가, 상기 컨버터가 전력의 공급과 회생을 실행하고 있지 않은 무부하시의 상기 직류 전압치보다 낮은 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  2. 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 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 접속되어, 상기 축전 디바이스를 충방전시키는 충방전 회로와,
    상기 축전 디바이스의 충방전 전류치를 검출하는 충방전 전류치 검출 수단과,
    상기 직류 전압치와 상기 충방전 전류치에 기초하여 상기 충방전 회로를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 충방전 제어 수단을 구비하고,
    상기 교류 모터로부터의 상기 인버터를 통한 회생 전력이 미리 정해진 전력 임계치를 넘은 경우에는, 상기 충방전 제어 수단은 상기 직류 전압치를 상기 전력 임계치에 따른 전압 임계치가 되도록 상기 축전 디바이스를 충전시키고,
    상기 회생 전력이 상기 전력 임계치 이하인 경우에는, 상기 컨버터는 상기 직류 전압치가 상승하여 미리 정해진 회생 개시 전압 임계치에 도달하면 회생 동작을 행하고, 상기 직류 전압치가 하강하여 미리 정해진 회생 종료 전압 임계치에 도달하면 회생 동작을 종료하며,
    상기 컨버터에 있어서의 회생 동작 중의 상기 직류 전압치의 시간 평균치가, 상기 컨버터가 전력의 공급과 회생을 실행하고 있지 않은 무부하시의 상기 직류 전압치보다 낮고,
    상기 컨버터는 상기 직류 모선에 저장되어 있는 전력을 상기 컨버터가 실제로 회생하고 있는 기간을 나타내는 신호인 회생 기간 플래그를 출력하고,
    상기 회생 기간 플래그는 상기 충방전 제어 수단에 입력되는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 충방전 제어 수단은 상기 컨버터가 회생 동작을 개시하는 직류 모선 전압치에 기초한 전압 임계치에 상기 직류 모선 전압치가 도달하는 주기에 기초한 기간만, 상기 축전 디바이스에 충전하는 전류를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨버터가 회생 동작을 개시하는 직류 모선 전압치에 기초한 전압 임계치에 상기 직류 모선 전압치가 도달하는 주기에 기초한 상기 기간은,
    상기 직류 모선 전압치가 상기 회생 종료 전압 임계치에 도달하고 나서의 시간이 상기 전력 임계치에 따른 상기 전압 임계치에 기초하여 미리 설정된 시간을 넘은 시각에 개시하고, 다음에 상기 직류 모선 전압치가 상기 전력 임계치에 따른 상기 전압 임계치에 도달하는 시각에 종료하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 충방전 제어 수단은 상기 회생 기간 플래그에 기초한 기간만, 상기 축전 디바이스에 충전하는 전류를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 회생 플래그에 기초한 기간은,
    상기 회생 기간 플래그가 전력을 회생하는 기간이 아닌 것을 나타내는 시간이 상기 전력 임계치에 따른 상기 전압 임계치에 기초하여 미리 설정된 시간을 넘은 시각에 개시하고, 다음에 직류 모선 전압치가 상기 전력 임계치에 따른 상기 전압 임계치에 도달하는 시각에 종료하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터의 전원 측에 접속되어, 그 전원과 상기 컨버터 사이의 전원에 있어서의 선간(線間) 전압치를 검출하는 교류 전압치 검출 수단을 가지고,
    상기 교류 전압치 검출 수단은 검출한 상기 전원선간에 있어서의 선간 전압치를 상기 충방전 제어 수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축전 디바이스의 전극 양단(兩端)에 접속되어, 상기 축전 디바이스의 양단 전압치를 검출하는 축전 디바이스 양단 전압치 검출 수단을 가지고,
    상기 축전 디바이스 양단 전압치 검출 수단은 검출한 상기 축전 디바이스의 상기 양단 전압치를 상기 충방전 제어 수단로 출력하는 것을 특징으로 하는 교류 모터 구동 시스템.
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