WO2012032589A1 - 交流モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1はこの発明の実施の形態1による交流モータ駆動装置と、同装置により駆動される交流モータを示す構成図である。
制御装置16は、直流電力計算部16A、電力補償制御部16C、定電圧制御部16E、電流指令加算部16G、電流制御部16I、およびPWM制御部16Kを備える。
まず、直流電力計算部16Aは、図7に示すように、検出器6、7で検出された直流母線電流8と直流母線電圧9との積を乗算器18で計算して直流電源電力16Bを求めて出力する。ただし、直流母線電圧9が非常に小さい場合には、補正係数テーブル20に予め設定された直流母線電圧9の大きさに応じた補正係数k1を乗算器19によって乗算することで直流電源電力16Bを補正する。これは、次の理由による。
この定電圧制御部16Eは、蓄電調整処理Bを行うための電流指令16Fを計算する。すなわち、定電圧制御部16Eは、蓄電装置15の電圧が所定値となるよう、検出器12で検出された現時点の蓄電装置電圧14と、蓄電装置電圧指令発生部16Lから与えられる蓄電装置15に対する蓄電電圧の制御目標値となる電圧指令16Mとの差分を減算器40で求め、この差分を用いて積分器41で積分制御を実施して、蓄電装置15を定電圧制御するための電流指令16Fを求める。この積分器41による積分制御においては、直流電源1が取り扱える電力範囲、すなわち直流電源1に電力余裕がある限度内で蓄電装置15へ電力を投入する必要がある。このため、積分器41に対して直流電源1の電力余裕分に対応した限度を規定する電流リミットを設ける必要がある。
この電流指令加算部16Gは、電力補償処理Aと蓄電調整処理Bとが間断なく円滑に行われるように、電力補償制御部16Cから与えられる蓄電装置15の電流指令16Dと、定電圧制御部16Eから与えられる蓄電装置定電圧制御用の電流指令16Fとを加算器50で加算する。このようにして得られた電流指令16Hが微小な値の場合、後段の電流制御部16Iの処理により蓄電装置15の電流がハンチング気味となる場合があるので、微小な電流指令となるときには、その内部に設けたクランプ処理部51で電流指令16Hを強制的に“0”にクランプする処理を行う。また、リミッタ52を設けることで蓄電装置15に対して許容される充放電電流の各電流リミットLM2a、LM2bを越えないように制限をかけた上で蓄電装置15の電流指令16Hとして出力する。
この電流制御部16Iには、電流指令加算部16Gで得られた蓄電装置15に対する電流指令16Hが入力される。そして、電流制御部16Iは、減算器60でこの電流指令16Hと検出器11で検出された蓄電装置電流13との差分を求め、この差分に基づいてPI制御部61でPI制御を行い、昇降圧回路10に対する電圧指令16Jを計算する。その際、PI制御部61の制御ループの途中、およびPI制御部61の出力側にそれぞれ蓄電装置15に印加可能な電圧の上限値である蓄電装置電圧リミットLM3を越えないように制限する電圧リミッタ62、63を設けることで、蓄電装置15へ過剰な電圧が印加されるのを防止する。この電圧リミッタ62、63により定電流充放電から定電圧充放電へ滑らかに移行するような処理が実現できる。なお、図12のPI制御部61において、61aは比例ゲイン、61bは積分ゲインを示している。
このPWM制御部16Kは、電流指令加算部16Gから与えられる電流指令16H、電流制御部16Iから与えられる電圧指令16J、および基準電圧とに従って“0”から“1”の範囲のデューティを計算し、キャリア比較によるPWM処理を行う。ここで、上記の基準電圧は、直流母線電圧9となる。この場合、昇降圧回路10を構成するP側とN側の各スイッチング素子は相補的に動作させてもよいし、例えば蓄電装置15の電流指令16Hが正の場合、N側のスイッチング素子は常にオフ指令を出力するようにしてもよい。これにより、オフするスイッチング素子の駆動回路を停止することができ、電力損失の削減につなげることができる。また、短絡防止のためにデッドタイムを挿入する必要がなくなり制御可能な電圧範囲を拡大することができる。なお、電流制御部16Iから与えられる電圧指令16Jがゼロの場合、PWM制御部16Kは、昇降圧回路10のP側・N側のいずれのスイッチング素子もオフにする指令を出力する。
上記の実施の形態1における交流モータ駆動装置の電力補償装置5においては、電圧レベル変換を担う昇降圧回路10の一例として、図4あるいは図5に示す回路を示した。しかし、蓄電装置15の仕様によっては、流入する電流リプルを抑制しておく必要があるので、例えば図14に示すような多重化回路(ここでは3相回路)を用いることができる。
上記の実施の形態1における交流モータ駆動装置の電力補償装置5では、制御装置16が蓄電装置15の電圧を一定に制御する蓄電調整処理Bにおいて、蓄電装置15に対する蓄電電圧の制御目標値として定格電圧Vfに応じた電圧指令16Mを用いていた。予めインバータ3が必要とする電力が判明している場合には、制御装置16内の定電圧制御部16Eに不揮発性半導体メモリ等の記憶装置を設け、この記憶装置に電力変化を示す電力パターンを予め登録しておくことができる。
上記の実施の形態3における交流モータ駆動装置の電力補償装置5では、蓄電装置電圧指令部16Lとして、蓄電装置電圧指令テーブルTB1を格納した蓄電装置電圧指令テーブル記憶部16Laと、蓄電装置電圧指令状態遷移テーブルTB2を格納した蓄電装置電圧指令状態遷移テーブル記憶部16Lbとを設け、これらの記憶部16La、16Lbから読み出された情報に基づいて電圧指令を設定していた。しかし、蓄電装置電圧指令テーブルTB1や蓄電装置電圧指令状態遷移テーブルTB2の情報を外部のコントローラから通信で入手する構成とすることも可能である。
または、実施の形態3にて説明した同期時刻信号発生部16Lcの代わりに、数値制御装置71から周期内時刻信号16Qまたは、インバータ3の電力パターンの開始、または図15または図16に示したTB2の状態切り替わりを報知する同期トリガ信号を入手し、これに基づいて周期内時刻信号16Qを発生する構成としてもよい。この構成とすると、インバータ3の電力パターンの内蔵が不要となる。
Claims (6)
- 直流電力を供給する直流電源と、上記直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給するインバータと、上記インバータの直流電力入力部に並列接続された電力補償装置とを備えてなる交流モータ駆動装置において、
上記電力補償装置は、上記直流電力の電圧レベルを変換する昇降圧回路と、電力を吸収・放出する蓄電装置と、上記昇降圧回路および上記蓄電装置を制御する制御装置とを有し、上記制御装置は、上記直流電源が授受する直流電力の絶対値が上記直流電源の特性で決まる直流電源電力リミットを越えないように上記蓄電装置の電力を放出または吸収する電力補償処理Aと、上記蓄電装置の電圧が所定値となるように電力を放出または吸収する蓄電調整処理Bとを実施するものである交流モータ駆動装置。 - 上記制御装置は、上記直流電源が授受する直流電力の絶対値が所定値を超えた場合には上記電力補償処理Aを実施するものである請求項1に記載の交流モータ駆動装置。
- 上記制御装置は、上記インバータの電力と上記直流電源の上記直流電源電力リミットとに基づいて、上記蓄電装置に対して入出力可能な電力範囲を求め、その電力範囲内で上記蓄電調整処理Bを実施するものである請求項1または請求項2に記載の交流モータ駆動装置。
- 上記制御装置は、予め定められた上記インバータの電力パターン、または予め定められた上記電力補償装置の上記電力補償処理A用の電力指令パターン、あるいは予め定められた上記蓄電装置の電圧指令パターンを記憶した記憶装置を有し、上記記憶装置に記憶されている情報に基づいて上記蓄電調整処理Bを実行するものである請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の交流モータ駆動装置。
- 上記制御装置は、上記交流モータの動作を決定する外部制御装置との通信手段を有し、上記外部制御装置から、予め定められた上記インバータの電力パターン、または予め定められた上記電力補償装置の上記電力補償処理A用の電力指令パターン、あるいは予め定められた上記蓄電装置の電圧指令パターンの、タイミングを示すトリガ信号を入力し、この情報に基づいて上記蓄電調整処理Bを実行するものである請求項4に記載の交流モータ駆動装置。
- 上記制御装置は、上記交流モータの動作を決定する外部制御装置との通信手段を有し、上記外部制御装置から上記インバータの電力、または上記電力補償装置の上記電力補償処理Aのための電力指令、または上記蓄電装置の電圧指令を受信し、この受信した指令情報に基づいて上記蓄電調整処理Bを実施するものである請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の交流モータ駆動装置。
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