(57)【要約】【課題】  従来の電源回生コンバータが必要としていた交流電源の波高値を検出する回路が不要で，回路が簡単になり，コストを下げながら，従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供する事。【解決手段】  上記課題を達成する為に，交流電源の電圧位相を検出する位相検出手段と，電源回生コンバータの出力である直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出手段と，前記直流電源出力電圧をスイッチングして交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと，前記交流電源電圧位相検出手段によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出手段によって検出された検出信号に基づき前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を生成する回生信号生成手段とを備える電源回生コンバータにおいて，前記直流電源出力電圧を検出し，交流電源の電圧を推定し，交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする。【選択図】  図1
2011072149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを可変速制御するインバータ装置と交流電源との間に配置された電源回生コンバータにおいて，
前記交流電源の電圧位相を検出する位相検出手段と，
モータが減速する時や，重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する平滑コンデンサの端子電圧であり，前記電源回生コンバータの直流電圧出力でもある直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出手段と，
前記直流電源出力電圧をスイッチングして前記交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと，
前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を前記交流電源の電圧位相を検出する前記位相検出手段によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出手段によって検出された検出信号に基づき生成する回生信号生成手段とを備え，
前記直流電源出力電圧を検出し，前記交流電源の電圧を推定し，前記交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする電源回生コンバータの電源回生制御方法。
【請求項２】
モータを可変速制御するインバータ装置と交流電源との間に配置された電源回生コンバータにおいて，
前記交流電源の電圧位相を検出する位相検出部と，
モータが減速する時や，重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する平滑コンデンサの端子電圧であり，前記電源回生コンバータの直流電圧出力でもある直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出部と，
前記直流電源出力電圧をスイッチングして前記交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと，
前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を前記交流電源の電圧位相を検出する前記位相検出部によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出部によって検出された検出信号に基づき生成する回生信号生成部とを備え，
前記直流電源出力電圧を検出し，前記交流電源の電圧を推定し，前記交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする電源回生コンバータの電源回生制御装置。
【請求項３】
請求項2記載の回生信号生成部にCPU(中央演算処理装置)，FPGA（Field Programmable Logic Device），CPLD(Complex Programmable Logic Device)を用いる事を特徴とする請求項2記載の電源回生コンバータの電源回生制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，モータ減速時等に発生する回生エネルギーを電源に回生する電源回生コンバータに関するもので，特に直流電源出力電圧の状態を監視することによって安価な電源回生コンバータを実現する電源回生コンバータの電源回生制御方法及び電源回生制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回生コンバータは，モータを可変速制御するインバータ装置と交流電源との間に配置され，モータが減速する時や，重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを電源に回生する装置である。
【０００３】
従来の電源回生コンバータは交流電源の電圧がモータを駆動するインバータの電源で，図2の電源回生コンバータ1の直流電圧出力である直流電源出力電圧よりも交流電源側の電圧が低い状態である時に電源回生を行う為，交流電源側の電圧を検出する必要が有り，且つ位相に同期させて回生エネルギーを回生する為，図2の交流電圧位相・波形検出部8が必要であった。交流電圧位相・波形検出部8は，交流電圧の0Vとなるゼロクロス点を検出する回路と交流電源の波高値を検出する回路が必要であった。(例えば，特許文献1参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１１６１１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電源回生コンバータが必要としていた図2の前記交流電圧位相・波形検出部8の内，交流電源の波高値を検出する回路が不要で，回路が簡単になり，コストを下げながら，従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供する事に有る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する為に，本発明による電源回生コンバータは，モータを可変速制御するインバータ装置と交流電源との間に配置され，前記交流電源の電圧位相を検出する位相検出手段と，モータが減速する時や，重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する平滑コンデンサの端子電圧であり，前記電源回生コンバータの直流電圧出力でもある直流電源出力電圧を検出する直流電源出力電圧検出手段と，前記直流電源出力電圧をスイッチングして前記交流電源に電源回生動作を行なう回生トランジスタと，前記交流電源の電圧位相を検出する前記位相検出手段によって検出された検出信号と前記直流電源出力電圧検出手段によって検出された検出信号に基づき前記回生トランジスタのオン・オフ駆動信号を生成する回生信号生成手段とを備える電源回生コンバータにおいて，前記直流電源出力電圧を検出し，前記交流電源の電圧を推定し，前記交流電源側の電圧が低い状態であると推定された時に電源回生を行う事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば，交流電源の波高値を検出する回路が不要で，回路が簡単になり，コストを下げながら，従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による電源回生コンバータの実施例を用いたモータドライブ装置のブロック図
【図２】従来の電源回生コンバータを用いたモータドライブ装置の実施例
【図３】直流電源出力電圧を検出し，検出電圧に従い電源回生動作を行なう時のフローチャート
【図４】電源回生動作の閾値を求める時のフローチャート
【図５】図4のS611〜S614の詳細フローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下，本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１０】
図1は，本発明を適用する電源回生コンバータの構成例を示すブロック図である。図1に示すように，電源回生コンバータ1は，モータを可変速制御するインバータ装置4と交流電源2との間に配置される。
【００１１】
交流電源2はリアクトル5を介して電源回生コンバータ1に接続される。前記電源回生コンバータ1の直流電圧出力である直流電源出力電圧はインバータ装置4に接続される。
【００１２】
電源回生コンバータ1内には，電源回生時に電流が流される回生トランジスタTr1〜Tr6が図1のように配置され，接続されている。なお，これらの回生トランジスタには力行時の交流電源電圧を整流する時や回生トランジスタのスイッチングに発生する逆起電圧により電流が流れるダイオードD1〜D6が図1のように配置・接続されている。
【００１３】
また，平滑コンデンサCは図１のように配置・接続され，前記ダイオードD1〜D6が整流した力行時の交流電源電圧を平滑する。モータが減速する時や，重量物を支えるような用途に使用された時のモータが下降動作・停止動作している時に発生する回生エネルギーを蓄積する役目も果たす。
平滑コンデンサCの両端は，直流電源出力電圧検出部7に接続され，直流電源出力電圧検出部7の出力端は，回生信号生成部6に接続されている。
【００１４】
リアクトル5と電源回生コンバータ1とが接続された端子には交流電圧位相検出部8が接続され，交流電圧位相検出部8の出力端は，回生信号生成部6に接続されている。回生信号生成部6の6つの出力端は，6つの回生トランジスタTr1〜Tr６の対応するベース端子に接続されている。
【００１５】
上記構成において，回生トランジスタは，サイリスタ，GTOサイリスタ(Gate Turn Off Thyristor)，MOS FET(電界効果トランジスタ)，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体と置き換えても良い。
【００１６】
以上の構成において，図3〜図5を参照して本発明を説明する。本発明では，従来必要としていた交流電源の波高値を検出する回路を不要とし，交流電源の電圧を推定する事により電源回生する。図3は図1の直流電源出力電圧検出部7で直流電源出力電圧をサンプリングし，その電圧によって電源回生動作を行なうかどうかを判断する為のフローチャートである。
【００１７】
まず，直流電源出力電圧検出部7で直流電源出力電圧を一定周期でサンプリングを行ない，その値をPNVFB_NOWとする。PNVFB_NOWと電源回生動作を行なうかどうかの閾値(PNVFB_FIR+Vrf)とを比較し，PNVFB_FIR+VrfよりもPNVFB_NOWが大きければ電源回生動作を行なうように図1の回生トランジスタTr1〜Tr6を駆動させる信号を出力する。
【００１８】
前記電源回生動作の閾値であるPNVFB_FIR+VrfのPNVFB_FIRは推定する交流電源電圧の波高値を示し，モータドライブ装置の電源が投入された当初は一定の値(例えばパラメータで設定しておく)を用い，その後，モータドライブ装置が駆動し始めれば，逐次直流電源出力電圧検出部7でサンプリングした直流電源出力電圧から推定して値が更新されていく。更新の方法については後述する。
【００１９】
Vrfは電源回生開始する電圧を設定する為の値で，パラメータで設定することも可能であるが，通常はPNVFB_FIRが当初の一定の値としてPNVFB_FIR+Vrfが電源回生コンバータ1で使用している部品が破損しないような一定値を設定しておけばよい。例えばPNVFB_FIRが交流電圧の波高値282V(200V×√2)として部品の最大定格電圧値が400Vであれば，部品の最大定格電圧値の95％を使用範囲として400V×0.95−282VがVrfとなり，Vrf＝98Vに設定する。
【００２０】
次に，前記PNVFB_FIRの更新の方法について説明する。前述したようにモータドライブ装置の電源が投入された当初は一定の値を用いる(初期化を行なう)。(図4のS610)  次に，前記電源出力電圧検出部7でサンプリングされた8回の直流電源出力電圧PNVFB_NOWを用いて平均化処理を行い，その平均値をPNVFB_AVL1レジスタに格納する。(図4のS611)  サンプリングする周期はできる限り短い一定時間毎に行なうのが良いが，コスト，モータドライブ装置保護などを考慮して決定する。
【００２１】
ここで平均化処理とは，8回のサンプリングした値の一番大きい値と一番小さい値を無視して，残りの6回分の値を全て足して6で割るといった平均値の求め方や，単純に8回分の値を全て足して8で割るといった求め方など，いろいろな方法が考えられる。また，サンプリングの回数も8回ではなく，4回や16回などいろいろな回数が考えられ，それぞれ最適な方法を用いれば良い。
【００２２】
前記図4のS611と同じ処理を3回(図4のS611を含めて4回)行い，それぞれ，平均値をPNVFB_AVL2レジスタ(図4のS612参照)，PNVFB_AVL3レジスタ(図4のS613参照)及びPNVFB_AVL4レジスタ(図4のS614参照)に格納する。(図5参照)  次にそのPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタとPNVFB_FIR±Vofとの比較を行い，全てのレジスタがPNVFB_FIR±Vofの範囲外(PNVFB_FIR−Vofより小さい若しくはPNVFB_FIR＋Vofより大きい)であればPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタの平均値を求め，PNVFB_FIRをその平均値に置き換え，前記図4のS611に戻る。全てのレジスタがPNVFB_FIR±Vofの範囲内(PNVFB_FIR−Vof以上且つPNVFB_FIR＋Vof以下)であれば，何もせず，前記図4のS611に戻る。(図4参照)
【００２３】
VofはPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタの各レジスタとPNVFB_FIRとを比較する為の許容範囲を示す値で，パラメータで設定することも可能であるが，通常は一定値を設定しておけばよい。例えばPNVFB_FIRの5％
【００２４】
また，ここではPNVFB_AVL1レジスタ〜PNVFB_AVL4レジスタの4つのレジスタを用いて平均値を求めているが，4つのレジスタではなく，2つや６つなどいろいろな個数が考えられ，それぞれ最適な方法を用いれば良い。図4の内容をS610のPNVFB_FIRの初期化を除き，繰り返し実行する。
【００２５】
以上のような処理により，ノイズのような一瞬の変化には応答せず，正確な交流電源電圧を推定でき，従来の電源回生コンバータが必要としていた図2の前記交流電圧位相・波形検出部8の内，交流電源の波高値を検出する回路が不要で，回路が簡単になり，コストを下げながら，従来の電源回生コンバータと同等の電源回生の機能を提供することができる。
【符号の説明】
【００２６】
1       電源回生コンバータ
2       交流電源
3       モータ
4       インバータ装置
5       リアクトル
6       回生信号生成部
7       直流電源出力電圧検出部
8       交流電圧位相検出部
108     交流電圧位相・波形検出部
【図１】
2011072149.tif 000003
【図２】
2011072149.tif 000004
【図３】
2011072149.tif 000005
【図４】
2011072149.tif 000006
【図５】
2011072149.tif 000007