(57)【要約】【課題】複雑な演算を必要とすることなく、力行運転か回生運転かの運転状態の判定を高い精度で行う。【解決手段】出力電流推定部５０は、電流検出器３６により検出された入力電流検出値と、スイッチング制御部３３により生成されたゲート信号を入力し、出力電流を推定して出力電流推定値として出力する。この出力電流推定値はローパスフイルタ１５を経由してヒステリシスコンパレータ１６に入力される。電流検出器３６の検出方向がスイッチング素子３７からＡＣリアクトル３５への向きを正方向とすると、出力電流推定値が正のとき回生運転状態であると判定され、負のとき力行運転状態であると判定される。【選択図】      図１
2004180393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源とインバータとの間に接続され、前記商用電源側の位相を検出するための電源電圧位相検出手段と、前記電源電圧位相検出手段により検出された位相情報に基づいて回生用トランジスタのスイッチングを制御するためのゲート信号を生成するスイッチング制御手段とを備えた電源回生コンバータにおいて、
前記インバータの入力側の直流電圧を検出して直流電圧情報として出力する電圧検出手段と、
前記商用電源側の電流を検出して入力電流検出情報として出力する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された入力電流検出情報及び前記スイッチング制御手段により生成されたゲート信号により出力電流を推定し、該出力電流推定値と前記直流電圧情報とに基づいて力行運転か回生運転かの運転状態の判定を行う力行・回生判定手段とを備えたことを特徴とする電源回生コンバータ。
【請求項２】
前記力行・回生判定手段は、
前記直流電圧情報に基づいて前記運転状態の判定を行う電圧用判定部と、
前記出力電流推定値に基づいて前記運転状態の判定を行う電流用判定部と、
前記電圧用判定部の判定結果と前記電流用判定部の判定結果のいずれかの判定結果が回生運転状態であることを示している場合に、回生運転状態である旨を前記スイッチング制御手段に通知するゲート手段とを含む請求項１記載の電源回生コンバータ。
【請求項３】
前記電流用判定部は、
前記電流検出手段により検出された入力電流検出情報及び前記スイッチング制御手段により生成されたゲート信号により出力電流を推定して出力電流推定値として出力する出力電流推定手段と、
前記出力電流推定値に含まれる高調波電流の影響を除去するためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを介して入力された出力電流推定値がマイナス側のスレッシュホールドレベルより小さくなった時に、回生運転状態と判定するヒステリシスコンパレータとから構成されている請求項２記載の電源回生コンバータ。
【請求項４】
前記出力電流推定手段は、
前記スイッチング制御手段からのゲート信号がハイレベルのときに、該相に対応する入力電流検出情報を選択し、前記ゲート信号がロウレベルのときにグランド電位を選択する処理を各相毎に行う切替スイッチと、
前記切替スイッチからの各相毎の出力を加算して出力電流推定値として出力する加算器と、から構成されている請求項３記載の電源回生コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を直流電源に変換するコンバータに関し、特に交流電動機において発生した直流電力を交流電源に回生する電源回生コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電動機の駆動制御を行うために、３相交流電源をコンバータにより一旦直流電源に変換し、この直流電源をインバータにおいてスイッチング制御することにより交流電動機の駆動を行うことが一般に行われている。このような制御において電源回生を行う場合、制御対象である交流電動機が回生運転状態となると、交流電動機において発生した直流電力はインバータで直流電圧に変換されてコンバータに印加される。そして、コンバータでは回生用スイッチ素子により交流電圧に変換され交流電源に帰還されるようになっている。
【０００３】
インバータとコンバータとが一体構造となっているものの場合には、交流電動機の現在の運転状態が力行運転か回生運転かの情報がインバータの制御回路からコンバータの制御回路に対して送信される。そのため、コンバータの制御回路では、この情報に基づいて力行運転のための制御を行うべきなのか、回生運転のための制御を行うべきなのかの判定を行うことができる。
【０００４】
しかし、インバータとコンバータとが別置きにして使用される場合、インバータの制御回路とコンバータの制御回路との間では運転状態に関する情報の送受信を行うことができない場合がある。このような場合には、電源回生を行っている電源回生コンバータでは、交流電動機の現在の運転状態が力行運転なのか回生運転なのかの判定を行わなければならない。
【０００５】
このようにインバータとは別置きにして用いられる電源回生コンバータにおいて、現在の運転状態の判定を行うようにしたものが、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００６】
この特許文献１に開示されている従来の電源回生コンバータ１０の構成を図４を参照して説明する。この電源回生コンバータ１０は、３相の商用電源７０とインバータ４０との間に配置されている。電源回生コンバータ１０は、モータ８０の運転状態を判定するための力行・回生判定部１１と、減算器３１と、電源電圧の位相を検出するための電源電圧位相検出部３２と、スイッチング制御部３３と、瞬時過電流制限回路３４と、商用電源線路に配置されたＡＣリアクトル３５及び電流検出器３６と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ）等の素子によるスイッチング素子３７と、スイッチング素子３７の出力側に接続された平滑コンデンサ３８と、平滑コンデンサ３８の電圧を検出するための電圧検出器３９とから構成されている。なお、スイッチング素子３７やインバータ４０は、便宜上、１個の素子で示しているが実際には３相にそれぞれ２個ずつ設けられているので合計６個設けられている。
【０００７】
スイッチング制御部３３では、力行・回生判定部１１により回生運転状態と判定されると、電源電圧位相検出部３２からの検出結果を用いて、３相のうち最も電圧の大きな相と最も電圧の小さな相を判定する。スイッチング制御部３３では、この判定結果をもとに、電圧が最大の相の上アーム側スイッチング素子３７と電圧が最小の相の下アーム側スイッチング素子３７をオンさせるようなゲート信号を出力する。一方、スイッチング制御部３３は、力行状態と判定した場合には、すべてのスイッチング素子３７をオフとする。このようなゲート信号に基づいて、スイッチング素子３７をスイッチングすることにより、回生電力をＡＣリアクトル３５を介して商用電源７０側に返す。
【０００８】
瞬時過電流制限回路３４では、電流検出器３６で検出された電流値が、予め設定されたスレッシュホールドレベルを越えた時に、スイッチング素子３７のスイッチングを制御するためのゲート信号を断とすることにより、電源電圧変動等の原因による過電流を防止する。
【０００９】
上述したように、別置き型の電源回生コンバータの場合、インバータと別置きに設置されるため、負荷側の運転状態を、インバータ制御部から得ることが困難である。そのため、この従来の電源回生コンバータ１０では、力行・回生判定部１１を備えることにより、直流電圧情報および入力電流情報の両方の情報に基づいて運転状態の判定を行っている。
【００１０】
力行・回生判定部１１は、電圧による判定を行うための手段として、ヒステリシスコンパレータ１２とその出力側に接続されたワンショットトリガ回路１３とを備え、入力電流による判定を行うための手段として３相−２相座標変換部１４と、ローパスフイルタ１５と、ヒステリシスコンパレータ１６とを備え、更にワンショットトリガ回路１３の出力とヒステリシスコンパレータ１６の出力との論理和を演算するためのオアゲート回路１７を有している。以下に、力行・回生判定部１１における運転状態判定動作を説明する。
【００１１】
先ず、直流電圧に基づいて運転状態の判定を行う際の動作について説明する。この直流電圧に基づいて運転状態の判定を行う場合、平滑コンデンサ３８の直流電圧と商用電源７０の電圧ピーク値との差が、予め設定されたスレッシュホールドレベルを超えた場合に回生運転状態であると判定する。
【００１２】
この判定を行うために、電圧検出器３０は平滑コンデンサ３８の直流電圧を検出している。そして、減算器３１では、電圧検出器３９により検出された直流電圧と、商用電源７０の電圧値との差を算出している。そして、ヒステリシスコンパレータ１２では、減算器３１により算出される直流電圧と商用電源の電圧値の差を監視し、その差が予め設定されたスレッシュホールドレベルを越えると回生運転状態と判定する。また、ヒステリシスコンパレータ１２は、このスレッシュホールドレベルより低いレベルに復帰レベルを設定し、減算器３１からの差電圧が復帰レベルより小さくなると力行状態に復帰させる。
【００１３】
次に、入力電流に基づいて運転状態の判定を行う際の動作について説明する。３相−２相座標変換部１４は、電流検出器３６で検出された電流値を電源電圧位相検出部３２で検出された電源位相に同期した２軸の回転座標系に座標変換することにより、電源電圧位相と同相成分の電流値Ｉｄを演算する。なお、電流値Ｉｄは、有効電流に相当し、商用電源電圧をほぼ一定と仮定すると、この値から有効電力を推定することができる。ただし、入力電流は、多分の高調波電流を含み、検出値が大きく変動するため、ローパスフイルタ１５で、高調波電流の影響を除去することにより安定化を図っている。ヒステリシスコンパレータ１６では、電流値Ｉｄの極性を監視し、電流値Ｉｄがマイナス側のスレッシュホールドレベルより小さくなった時に、回生運転状態と判定する。以上の点から理解できるように、この従来の電源回生コンバータ１０では、電流検出器３６で検出された電流値と電源電圧位相検出部３２で検出された電源位相とが入力電流情報として利用される。
【００１４】
一方、直流電圧情報からの判定は、直流電圧と商用電源の電庄ピーク値との差をヒステリシスコンパレータ１２で監視することにより行っている。ここで、ワンショットトリガ回路１３を追加して、一旦回生動作を開始すると、設定された時間以上回生動作を継続させることにより、入力電流情報側における判定が安定するまでの時間を確保できるようにしている。言い換えれば、ローパスフィルタ１５からの出力が安定するまでの時間を確保できるようにしている。
【００１５】
そして、入力電流情報から得られた判定結果と直流電圧情報から得られた判定結果とをオアゲート回路１７で論理和演算を行うことにより最終判定とする。この判定においては、どちらか一方でも回生状態と判定されれば、最終判定も回生状態となる。
【００１６】
このような従来の電源回生コンバータ１０では、入力電流情報から得られた判定結果と、直流電圧情報から得られた判定結果との両方の判定結果に基づいて回生状態であるかまたは力行状態であるかの判定を行っているため、精度の高い判定を行うことが可能である。しかし、この従来の電源回生コンバータ１０では、入力電流情報により力行または回生の判定をするために３相−２相座標変換部１４が必要であるため、演算が複雑であり、また高速な演算速度が必要となるため高価なシステムとなっていた。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１１−２８９７９４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電源回生コンバータでは、入力電流情報に基づいて力行運転か回生運転かの運転状態の判定を行っているため、複雑な演算が必要となる３相−２相座標変換処理が必要となり、システムが高価になってしまうという問題点があった。
【００１９】
本発明の目的は、複雑な演算を必要とすることなく、力行運転か回生運転かの運転状態の判定を高い精度で行うことができる電源回生コンバータを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電源回生コンバータは、商用電源とインバータとの間に接続され、前記商用電源側の位相を検出するための電源電圧位相検出手段と、前記電源電圧位相検出手段により検出された位相情報に基づいて回生用トランジスタのスイッチングを制御するためのゲート信号を生成するスイッチング制御手段とを備えた電源回生コンバータにおいて、
前記インバータの入力側の直流電圧を検出して直流電圧情報として出力する電圧検出手段と、
前記商用電源側の電流を検出して入力電流検出情報として出力する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された入力電流検出情報及び前記スイッチング制御手段により生成されたゲート信号により出力電流を推定し、該出力電流推定値と前記直流電圧情報とに基づいて力行運転か回生運転かの運転状態の判定を行う力行・回生判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明では、力行・回生判定手段において、入力電流検出情報とゲート信号から出力電流を推定し、現在の運転状態が力行運転状態なのか回生運転状態なのかの判定を行っているため、複雑な演算が必要となる３相−２相座標変換処理を必要とせずに精度の高い運転状態の判定を行うことができ、信頼性の高い低コストの電源回生コンバータを実現することができる。
【００２２】
また、本発明の他の電源回生コンバータでは、前記力行・回生判定手段を、
前記直流電圧情報に基づいて前記運転状態の判定を行う電圧用判定部と、
前記出力電流推定値に基づいて前記運転状態の判定を行う電流用判定部と、
前記電圧用判定部の判定結果と前記電流用判定部の判定結果のいずれかの判定結果が回生運転状態であることを示している場合に、回生運転状態である旨を前記スイッチング制御手段に通知するゲート手段とから構成するようにしてもよい。
【００２３】
さらに、前記電流用判定部は、
前記電流検出手段により検出された入力電流検出情報及び前記スイッチング制御手段により生成されたゲート信号により出力電流を推定して出力電流推定値として出力する出力電流推定手段と、
前記出力電流推定値に含まれる高調波電流の影響を除去するためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタを介して入力された出力電流推定値がマイナス側のスレッシュホールドレベルより小さくなった時に、回生運転状態と判定するヒステリシスコンパレータとから構成するようにしてもよい。
【００２４】
さらに、前記出力電流推定手段は、
前記スイッチング制御手段からのゲート信号がハイレベルのときに、該相に対応する入力電流検出情報を選択し、前記ゲート信号がロウレベルのときにグランド電位を選択する処理を各相毎に行う切替スイッチと、
前記切替スイッチからの各相毎の出力を加算して出力電流推定値として出力する加算器とから構成するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態の電源回生コンバータの構成を示すブロック図である。図１において、図４中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。
【００２７】
本実施形態の電源回生コンバータ６０は、図１に示した従来の電源回生コンバータ１０に対して力行・回生判定部１１が、力行・回生判定部６１に置き換えられた点のみが異なっている。また、本実施形態における力行・回生判定部６１は、従来例における力行・回生判定部１１に対して、３相−２相座標変換部１４が出力電流推定部５０に置き換えられた構成となっている。
【００２８】
出力電流推定部５０は、電流検出器３６により検出された入力電流検出値と、スイッチング制御部３３により生成されたゲート信号を入力し、出力電流を推定して出力電流推定値として出力する。出力電流推定部５０により算出された出力電流推定値はローパスフイルタ１５を経由してヒステリシスコンパレータ１６に入力される。電流検出器３６の検出方向がスイッチング素子３７からＡＣリアクトル３５への向きを正方向とすると、出力電流推定値が正のとき回生運転状態であると判定され、負のとき力行運転状態であると判定される。この出力電流推定部５０と、ローパスフィルタ１５と、ヒステリシスコンパレータ１６とにより電流用判定部が構成される。
【００２９】
次に、出力電流推定部５０の具体的な構成について図２を用いて説明する。出力電流推定部５０は、切替スイッチ５１と、加算器５２とから構成することができる。切替スイッチ５１は、スイッチング制御部３３からの各相毎のゲート信号ＰＲ、ＰＳ、ＰＴがＨ（ハイレベル）のときに、その相に対応する入力電流検出信号を選択し、Ｌ（ロウレベル）のときにゼロであるグランド電位を選択する処理を各相毎に行う。加算器５２は、切替スイッチ５１からの各相毎の出力を加算して出力電流推定値として出力する。
【００３０】
次に、各部のタイミンチャートを図３に示す。ゲート信号ＰＲ、ＰＳ、ＰＴはスイッチング制御部３３より出力されて、電源電圧位相に同期した信号である。
【００３１】
回生運転状態の場合には、出力電流推定部５０では、電流検出器３６により検出された３相の入力電流ＩＲ、ＩＳ、ＩＴを、スイッチング制御部３３により生成された各相のゲート信号ＰＲ、ＰＳ、ＰＴにより切り替えて加算することにより、スイッチング素子３７により出力される出力電流と同様の波形となる出力電流推定値が生成される。そのため、回生運転状態が継続している間は、この出力電流推定値の大きさは予め設定された値以上となりオアゲート回路１７から出力される回生信号もＨとなる。ここで、回生運転状態から力行（電動）運転状態に切り替わると、母線電流の向きが反転して、出力電流推定部５０から出力される出力電流推定値も負となる。そのため、オアゲート回路１７から出力される回生信号はＬとなり、スイッチング制御部３３はゲート信号の出力を停止する。
【００３２】
力行（電動）運転状態から回生運転状態に切り替わる場合には、平滑コンデンサ３８の電圧が上昇することによりワンショットトリガ回路１３からワンショットトリガが出力され、スイッチング制御部３３は回生運転状態になったことを知ることができる。
【００３３】
このように本実施形態の電源回生コンバータ１０では、切替スイッチ５１と加算器５２という簡単な構成により実現することができる出力電流推定部５０を用いて、入力電流検出値とゲート信号から出力電流を推定して力行運転状態なのか回生運転状態なのかの判定を行うことができる。そのため、図４に示した従来の電源回生コンバータ１０のように、３相−２相座標変換処理のような複雑な演算を必要とする処理が不要となり、信頼性の高い低コストの電源回生コンバータを提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力電流検出値とゲート信号から出力電流を推定し、現在の運転状態が力行運転状態なのか回生運転状態なのかの判定を行っているため、複雑な演算が必要となる３相−２相座標変換処理を必要とせず、演算も簡単になり信頼性の高い低コストの電源回生コンバータを提供することができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電源回生コンバータの構成を示すブロック図である。
【図２】図１中の出力電流推定部５０の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の電源回生コンバータの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来の電源回生コンバータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０    電源回生コンバータ
１１    力行・回生判定部
１２    ヒステリシスコンパレータ
１５    ローパスフィルタ
１６    ヒステリシスコンパレータ
１７    オアゲート回路
３１    減算器
３２    電源電圧位相検出部
３３    スイッチング制御部
３４    瞬時過電流制限回路
３５    ＡＣリアクトル
３６    電流検出器
３７    スイッチング素子
３８    平滑コンデンサ
３９    電源検出器
４０    インバータ
５０    出力電流推定部
５１    切替スイッチ
５２    加算器
６０    電源回生コンバータ
６１    力行・回生判定部
７０    商用電源
８０    モータ
【図１】
2004180393.tif 000003
【図２】
2004180393.tif 000004
【図３】
2004180393.tif 000005
【図４】
2004180393.tif 000006