(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力及び直流電力の電力エネルギーを双方向に変換し、インバータを介して負荷へ電力エネルギーを供給する機器であって、
前記交流電力の電圧から相間電圧信号を検出し、前記直流電力の電圧からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を検出する電圧フィードバック検出器と、
前記電圧フィードバック検出器からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を入力し、バス電圧Ｆ／Ｂ信号の値が、予め設定されたバス電圧設定値になるように、制御信号を出力するＤＣバス電圧制御器と、
前記電圧フィードバック検出器から相間電圧を入力し、静止座標系及び回転座標系で表す電圧ベクトルに変換して電気角を演算する出力電圧／電気角変換器と、
前記出力電圧／電気角変換器から電気角を入力し、フィードバック信号として第２の電気角を入力し、前記電気角の変化量を積分して内部モデル化した推定電気角を演算し、前記推定電気角と前記第２の電気角とが同期するように周波数指令を出力する電気角同期制御器と、
前記電気角同期制御器から周波数指令を入力し、電気角に変換し、前記フィードバック信号としての第２の電気角を電気角同期制御器に出力する周波数／電気角変換器と、
前記負荷の動作信号を速度Ｆ／Ｂ信号に変換する速度Ｆ／Ｂ変換器と、
前記速度Ｆ／Ｂ変換器から速度Ｆ／Ｂ信号を入力し、電気角に変換する速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器と、
前記出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器及び速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器からそれぞれ電気角を入力し、電気角切替設定に従って、これらの電気角のうちのいずれか一つの電気角を選択するスイッチと、
前記交流電力の電流から３相の電流フィードバック信号を検出する電流検出器と、
前記電流検出器から３相の電流フィードバック信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行いｄ軸電流フィードバック信号及びｑ軸電流フィードバック信号を出力する３相／２相電流フィードバック演算器と、
前記３相／２相電流フィードバック演算器からｄ軸電流フィードバック信号を入力し、電流演算によりｄ軸電圧指令信号を出力するｄ軸電流演算器と、
前記３相／２相電流フィードバック演算器からｑ軸電流フィードバック信号を入力し、前記制御信号を用いて電流演算によりｑ軸電圧指令信号を出力するｑ軸電流演算器と、
前記ｄ軸電流演算器からｄ軸電圧指令信号を、前記ｑ軸電流演算器からｑ軸電圧指令信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行い３相の電圧指令信号を出力する２相／３相電圧指令演算器と、
前記２相／３相電圧指令演算器から３相の電圧指令信号を入力し、発振器からの信号を用いて演算処理を行い、パルス幅変調信号を出力するＰＷＭ制御器と、
前記ＰＷＭ制御器からパルス幅変調信号を入力し、交流電力及び直流電力の変換を行うパワー素子と、を備えた双方向コンバータにおいて、
前記３相／２相電流フィードバック演算器、ｄ軸電流演算器、ｑ軸電流演算器、２相／３相電圧指令演算器、ＰＷＭ制御器、出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器、スイッチ及び速度Ｆ／Ｂ変換器を第１のエリアに備え、前記ＤＣバス電圧制御器及び電気角同期制御器を第２のエリアに備え、
前記第２のエリアに備えたＤＣバス電圧制御器及び電気角同期制御器は、外部から双方向コンバータの制御データをダウンロードして構成されることを特徴とする双方向コンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の双方向コンバータにおいて、
前記インバータも、第１のエリア、及び、外部からインバータの制御データをダウンロードして構成される第２のエリアを有しており、
前記双方向コンバータの第１のエリアと前記インバータの第１のエリアとが同じ構成をしていることを特徴とする双方向コンバータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の双方向コンバータにおいて、
前記第１のエリアは、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）により構成され、前記第２のエリアは、外部から制御データのプログラムをダウンロードして構成されるプログラマブルエリアとすることを特徴とする双方向コンバータ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の双方向コンバータにおいて、
外部からダウンロードされる制御データは、複数の双方向コンバータ用のプログラムの中から選択されたプログラムであることを特徴とする双方向コンバータ。
【請求項５】
交流電力及び直流電力の電力エネルギーを双方向に変換し、インバータを介して負荷へ電力エネルギーを供給する双方向コンバータの生成方法において、
前記双方向コンバータが、
前記交流電力の電圧から相間電圧信号を検出し、前記直流電力の電圧からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を検出する電圧フィードバック検出器と、
前記電圧フィードバック検出器からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を入力し、バス電圧Ｆ／Ｂ信号の値が、予め設定されたバス電圧設定値になるように、制御信号を出力するＤＣバス電圧制御器と、
前記電圧フィードバック検出器から相間電圧を入力し、静止座標系及び回転座標系で表す電圧ベクトルに変換して電気角を演算する出力電圧／電気角変換器と、
前記出力電圧／電気角変換器から電気角を入力し、フィードバック信号として第２の電気角を入力し、前記電気角の変化量を積分して内部モデル化した推定電気角を演算し、前記推定電気角と前記第２の電気角とが同期するように周波数指令を出力する電気角同期制御器と、
前記電気角同期制御器から周波数指令を入力し、電気角に変換し、前記フィードバック信号としての第２の電気角を電気角同期制御器に出力する周波数／電気角変換器と、
前記負荷の動作信号を速度Ｆ／Ｂ信号に変換する速度Ｆ／Ｂ変換器と、
前記速度Ｆ／Ｂ変換器から速度Ｆ／Ｂ信号を入力し、電気角に変換する速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器と、
前記出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器及び速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器からそれぞれ電気角を入力し、電気角切替設定に従って、これらの電気角のうちのいずれか一つの電気角を選択するスイッチと、
前記交流電力の電流から３相の電流フィードバック信号を検出する電流検出器と、
前記電流検出器から３相の電流フィードバック信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行いｄ軸電流フィードバック信号及びｑ軸電流フィードバック信号を出力する３相／２相電流フィードバック演算器と、
前記３相／２相電流フィードバック演算器からｄ軸電流フィードバック信号を入力し、電流演算によりｄ軸電圧指令信号を出力するｄ軸電流演算器と、
前記３相／２相電流フィードバック演算器からｑ軸電流フィードバック信号を入力し、前記制御信号を用いて電流演算によりｑ軸電圧指令信号を出力するｑ軸電流演算器と、
前記ｄ軸電流演算器からｄ軸電圧指令信号を、前記ｑ軸電流演算器からｑ軸電圧指令信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行い３相の電圧指令信号を出力する２相／３相電圧指令演算器と、
前記２相／３相電圧指令演算器から３相の電圧指令信号を入力し、発振器からの信号を用いて演算処理を行いパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ制御器と、
前記ＰＷＭ制御器からパルス幅変調信号を入力し、交流電力及び直流電力の変換を行うパワー素子と、を備える際に、
双方向コンバータ及びインバータに共通した構成として、前記３相／２相電流フィードバック演算器、ｄ軸電流演算器、ｑ軸電流演算器、２相／３相電圧指令演算器、ＰＷＭ制御器、出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器、スイッチ及び速度Ｆ／Ｂ変換器を備えた第１のエリアと、外部から制御データをダウンロードして構成される第２のエリアとを有するプログラマブルインバータを生成するステップと、
前記プログラマブルインバータの第２のエリアに、前記ＤＣバス電圧制御器及び電気角同期制御器を構成するための制御データをダウンロードするステップと、を有することを特徴とする双方向コンバータの生成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の双方向コンバータの生成方法において、
前記プログラマブルインバータは、インバータの制御データがダウンロードされた場合にインバータとして生成される第２のエリアを有している、ことを特徴とする双方向コンバータの生成方法。
【請求項７】
請求項５から６に記載の双方向コンバータの生成方法において、
複数の双方向コンバータ用のプログラムの中からオペレータにより選択されたプログラムを、プログラマブルインバータの第２のエリアにダウンロードするステップを有することを特徴とする双方向コンバータの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向コンバータ及びその生成方法に関し、特に、双方向コンバータ及びインバータ等を用いてモータ等の負荷を制御するシステムにおいて、プログラマブルエリアを備えたプログラマブルインバータを、産業用の双方向コンバータとして生成し使用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ等の負荷を制御するシステムに用いる電源装置として、所定の電気エネルギーを負荷へ供給する双方向コンバータ及びインバータが知られている。この電源装置は、接続する負荷に適合した仕様を有し、かつ、システムを運転する顧客の要求に見合った機能及び性能を有する必要がある。
【０００３】
〔双方向コンバータ〕
まず、電源装置を構成する双方向コンバータについて説明する（例えば、特許文献１を参照）。図８は、従来の双方向コンバータの構成を示すブロック図である。この従来の双方向コンバータ１００は、電流検出器２０、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、ＤＣバス電圧制御器３１、電気角同期制御器３２、パワー素子４０、電圧フィードバック検出器４１及び電流制御器４３を備えている。電気角同期制御器３２は、電気角モデル演算器３２−１及び電気角周波数制御器３２−２を備えている。
【０００４】
双方向コンバータ１００は、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、ＤＣバス電圧制御器３１、電気角同期制御器３２及び電流制御器４３の各機能を実現するための制御部として動作するプログラムを、ＲＯＭ化エリアに格納している。つまり、双方向コンバータ１００は、ＣＰＵ（図示せず）により、ＲＯＭ化エリアに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、３相／２相電流フィードバック演算器２１等の各機能を、図８に示した構成の下で実現する。
【０００５】
双方向コンバータ１００は、交流電力（ＡＣ電源４側の電力）と直流電力（ＤＣバス電圧側の電力）との間で電力エネルギーを双方向に変換する機器であり、この電力エネルギーは、後述するインバータ２００を介してモータ６を駆動制御するために用いられる。つまり、双方向コンバータ１００は、出力信号であるＤＣバス電圧であるバス電圧Ｆ／Ｂの値が、予め設定されたバス電圧設定の値になるようにフィードバック制御する。具体的には、双方向コンバータ１００は、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９及び電気角同期制御器３２が、相間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴを用いて電気角を演算し、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４が、その電気角を用いて電流フィードバック及び電圧指令の座標変換をそれぞれ行い、パワー素子４０が電力エネルギーを変換する。尚、双方向コンバータ１００とＡＣ電源４との間にはリアクタ５（図示せず、後述する図５を参照）が設けられている。このリアクタ５は、ＡＣ電源４から供給する電源のエネルギーを制御するインダクタンス機器である。
【０００６】
以下、双方向コンバータ１００の各処理部について説明する。詳細については、特許文献１を参照されたい。電圧フィードバック検出器４１は、ＡＣ電源４側の３相のＡＣ電源信号を電圧フィードバック信号として入力し、入力した電圧フィードバック信号を絶縁して低電圧信号に変換し、相間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴを出力電圧／電気角変換器２６に出力する。また、電圧フィードバック検出器４１は、後述するように、ＤＣバス電圧を入力し、バス電圧Ｆ／Ｂ信号としてＤＣバス電圧制御器３１に出力する（図示せず）。
【０００７】
出力電圧／電気角変換器２６は、電圧フィードバック検出器４１から相間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴを入力し、相間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴに基づいて、ＡＣ電源信号を静止座標系及び回転座標系で表す電圧ベクトルに変換して電気角を演算し、スイッチ２９及び電気角同期制御器３２に出力する。
【０００８】
電気角同期制御器３２は、出力電圧／電気角変換器２６から電気角を入力し、スイッチ２９から電気角（この場合の電気角は、周波数／電気角変換器２７により出力された電気角である。）を入力し、電気角同期制御を行い、ＡＣ電源４の電源電圧に同期した周波数指令を周波数／電気角変換器２７に出力する。
【０００９】
具体的には、電気角同期制御器３２の電気角モデル演算器３２−１は、出力電圧／電気角変換器２６から電気角を入力し、微分器及びリミッタによりその電気角の変化量（傾き）を、所定の上限値以下になるように求め、フィルタにより変化量の急激な変化を除去する。そして、微分器、リミッタ及びフィルタにより得られた変化量を積分し、内部モデル化した推定電気角を演算して電気角周波数制御器３２−２に出力する。
【００１０】
電気角周波数制御器３２−２は、電気角モデル演算器３２−１から推定電気角を、スイッチ２９から周波数／電気角変換器２７により出力された電気角をそれぞれ入力し、これらの推定電気角と電気角とが同期するように周波数偏差を演算する。そして、リミッタ及び加算器により、周波数偏差の急激な変化を除去して、予め設定された電気角基準周波数を加算し、周波数指令を周波数／電気角変換器２７に出力する。
【００１１】
周波数／電気角変換器２７は、電気角同期制御器３２の電気角周波数制御器３２−２から周波数指令を入力し、演算処理して当該周波数指令を電気角に変換し、スイッチ２９に出力する。周波数／電気角変換器２７により出力された電気角は、スイッチ２９を介して電気角同期制御器３２の電気角周波数制御器３２−２にフィードバックされる。
【００１２】
尚、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８は入力信号が存在しないので、ここでは説明を省略する。速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８については、後述するインバータ２００において説明する。
【００１３】
スイッチ２９は、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角を、周波数／電気角変換器２７により変換された電気角を、オペレータにより選択された電気角切替設定をそれぞれ入力し、電気角切替設定に従って、入力した２つの電気角のうちの１つの電気角を選択し、電気角同期制御器３２の電気角周波数制御器３２−２、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４に出力する。
【００１４】
ここで、オペレータによって、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角を選択するように電気角切替設定がされている場合、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角が、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４に出力される。これに対し、周波数／電気角変換器２７により変換された電気角を選択するように電気角切替設定がされている場合、周波数／電気角変換器２７により変換された電気角が、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４及び電気角同期制御器３２に出力される。この場合、周波数／電気角変換器２７の入力信号である周波数指令は、電気角同期制御器３２によって、ＡＣ電源４側の電気角とフィードバックにより演算された周波数／電気角変換器２７からの電気角とが同期するように演算された信号である。したがって、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角は、ＡＣ電源４におけるＡＣ電源電圧のノイズや瞬時停電の影響を受ける場合があるが、周波数／電気角変換器２７により変換された電気角は、これらの影響が低減された信号となる。
【００１５】
ＤＣバス電圧制御器３１は、ＤＣバス電圧を入力する電圧フィードバック検出器４１からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を、予め設定されたバス電圧設定値を示すバス電圧設定信号をそれぞれ入力し、バス電圧Ｆ／Ｂ信号の値がバス電圧設定信号の値になるように、ＤＣバス電圧制御信号を電流制御器４３に出力する。
【００１６】
３相／２相電流フィードバック演算器２１は、電流検出器２０から電流フィードバック信号を、スイッチ２９から電気角をそれぞれ入力し、座標変換の演算処理を行って、ｄ軸電流フィードバック信号及びｑ軸電流フィードバック信号を電流制御器４３に出力する。
【００１７】
電流制御器４３は、ｄ軸電流演算器２２及びｑ軸電流演算器２３を備えており（図示せず、後述する図５を参照）、ＤＣバス電圧制御器３１からＤＣバス電圧制御信号を、３相／２相電流フィードバック演算器２１からｄ軸電流フィードバック信号及びｑ軸電流フィードバック信号をそれぞれ入力し、電流制御によりｄ軸電圧指令信号及びｑ軸電圧指令信号を生成して２相／３相電圧指令演算器２４に出力する。
【００１８】
具体的には、電流制御器４３のｄ軸電流演算器２２（図示せず、後述する図５を参照）は、３相／２相電流フィードバック演算器２１からｄ軸電流フィードバック信号を入力し、演算処理して、ｄ軸電圧指令信号を２相／３相電圧指令演算器２４に出力する。また、ｑ軸電流演算器２３（図示せず、後述する５を参照）は、３相／２相電流フィードバック演算器２１からｑ軸電流フィードバック信号を、ＤＣバス電圧制御器３１からＤＣバス電圧制御信号をそれぞれ入力し、偏差を算出して演算処理し、ｑ軸電圧指令信号を２相／３相電圧指令演算器２４に出力する。
【００１９】
２相／３相電圧指令演算器２４は、電流制御器４３からｄ軸電圧指令信号及びｑ軸電圧指令信号を、スイッチ２９から電気角をそれぞれ入力し、座標変換の演算処理を行って、３相の電圧指令信号をＰＷＭ制御器２５に出力する。
【００２０】
ＰＷＭ制御器２５は、２相／３相電圧指令演算器２４から３相の電圧指令信号を入力し、当該電圧指令信号と、図示しない発振器で発生する信号、例えば三角波信号またはのこぎり波信号とを図示しないコンパレータに入力し、演算処理して、パルス幅変調信号をパワー素子４０に出力する。
【００２１】
パワー素子４０は、ＰＷＭ制御器２５からパルス幅変調信号を入力し、ＡＣ／ＤＣ変換を行う。パワー素子４０のＤＣバス電圧側には平滑コンデンサ４２が設けられており（図示せず、後述する図５を参照）、平滑コンデンサ４２はＤＣバス電圧を平滑化する。
【００２２】
このように、図８に示した双方向コンバータ１００は、交流電力（ＡＣ電源４側の電力）と直流電力（ＤＣバス電圧側の電力）との間で電力エネルギーを双方向に変換し、後述するインバータ２００にＤＣバス電圧を出力する。また、双方向コンバータ１００は、このような機能を実現するための制御部として動作するプログラムを、ＲＯＭ化エリアに格納している。
【００２３】
〔インバータ〕
次に、電源装置を構成するインバータについて説明する。図９は、従来のインバータの構成を示すブロック図である。この従来のインバータ２００は、電流検出器２０、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、速度制御器３３、パワー素子４０、電圧フィードバック検出器４１及び電流制御器４３を備えている。
【００２４】
図８に示した従来の双方向コンバータ１００と図９に示す従来のインバータ２００とを比較すると、両者とも、電流検出器２０、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、パワー素子４０、電圧フィードバック検出器４１及び電流制御器４３を備えている点で共通する。一方、双方向コンバータ１００は、ＤＣバス電圧制御器３１及び電気角同期制御器３２を備えているが、インバータ２００は、速度制御器３３を備えている点で相違する。
【００２５】
インバータ２００は、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、速度制御器３３及び電流制御器４３の各機能を実現するための制御部として動作するプログラムを、ＲＯＭ化エリアに格納している。つまり、インバータ２００は、ＣＰＵ（図示せず）により、ＲＯＭ化エリアに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、３相／２相電流フィードバック演算器２１等の各機能を、図９に示した構成の下で実現する。
【００２６】
インバータ２００は、双方向コンバータ１００からＤＣバス電圧を入力し、モータ６の回転速度である速度Ｆ／Ｂの値が、予め設定された速度設定の値になるように、電気エネルギーをモータ６へ供給してフィードバック制御する。具体的には、インバータ２００は、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８及びスイッチ２９が、相間電圧ＶＲＳ，ＶＳＴを用いて電気角を演算し、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４が、その電気角を用いて電流フィードバック及び電圧指令の座標変換をそれぞれ行い、パワー素子４０が電力エネルギーを変換する。
【００２７】
以下、インバータ２００の各処理部について説明する。尚、電流検出器２０、３相／２相電流フィードバック演算器２１、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、パワー素子４０、電圧フィードバック検出器４１及び電流制御器４３は、図８に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。また、周波数／電気角変換器２７は入力信号が存在しないので、ここでは説明を省略する。
【００２８】
速度Ｆ／Ｂ変換器３０（図示せず、後述する図６を参照）は、モータ６の回転速度を検出するエンコーダ７からパルス信号を入力し、速度Ｆ／Ｂ信号に変換し、速度制御器３３及び速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８に出力する。
【００２９】
速度制御器３３は、速度Ｆ／Ｂ変換器３０（図示せず、後述する図６を参照）から速度Ｆ／Ｂ信号を、予め設定された速度設定値を示す速度設定信号をそれぞれ入力し、速度Ｆ／Ｂ信号の値が速度設定信号の値になるように、速度指令信号を電流制御器４３に出力する。
【００３０】
速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８は、速度Ｆ／Ｂ変換器３０（図示せず、後述する図６を参照）から速度Ｆ／Ｂ信号を入力し、演算処理して当該速度Ｆ／Ｂ信号を電気角に変換し、電流検出器２０に出力する。
【００３１】
スイッチ２９は、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角を、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８により変換された電気角を、オペレータにより選択された電気角切替設定をそれぞれ入力し、電気角切替設定に従って、入力した２つの電気角のうちの１つの電気角を選択し、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４に出力する。
【００３２】
ここで、オペレータによって、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角を選択するように電気角切替設定がされている場合、出力電圧／電気角変換器２６により変換された電気角が、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４に出力される。これに対し、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８により変換された電気角を選択するように電気角切替設定がされている場合、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８により変換された電気角が、３相／２相電流フィードバック演算器２１及び２相／３相電圧指令演算器２４に出力される。
【００３３】
このように、図９に示したインバータ２００は、モータ６の回転速度である速度Ｆ／Ｂの値が、予め設定された速度設定の値になるようにフィードバック制御し、入力したＤＣバス電圧を用いて、ＰＷＭ制御器２５からのパルス幅変調信号に従い３相の電力エネルギーをモータ６へ供給する。また、インバータ２００は、このような機能を実現するための制御部として動作するプログラムを、ＲＯＭ化エリアに格納している。
【００３４】
〔開発から出荷までの流れ〕
次に、従来の双方向コンバータ１００及びインバータ２００の開発から出荷までの流れについて説明する。図１０は、その流れを示す図である。図１０によれば、双方向コンバータ１００及びインバータ２００は、別々の工程により、開発、製造、在庫及び出荷されていることがわかる。
【００３５】
このような双方向コンバータ１００及びインバータ２００は、前述したように、接続する負荷に適合すると共に、顧客の要求に見合ったものとする必要がある。また、図８及び図９に示したように、双方向コンバータ１００及びインバータ２００の制御部の機能を実現するためのプログラムはＲＯＭ化エリアに格納されている。このため、双方向コンバータ１００及びインバータ２００を開発製造等する装置メーカは、負荷に適合し顧客の要求する仕様を実現するための専用機種を用意する必要があった。つまり、双方向コンバータ１００及びインバータ２００は、装置メーカによって専用機種として開発、製造、在庫及び出荷され、これらの工程を経て市場に投入されていたため、開発や製造のための工数及び費用がかかり、在庫のための費用がかかるという問題があった。また、仕様変更があった場合には、装置メーカは、その仕様変更に対応した専用機種を再度開発する必要があり、その対応が困難であるという問題もあった。
【００３６】
このような問題を解決するため、例えば、インバータ基本部及びＩ／Ｏブロック部に分離して構成されたインバータが知られている（特許文献２を参照）。このインバータは、直流／交流変換器及びこの直流／交流変換器を管理するコンピュータを含むインバータ基本部と、信号接続端子を含む入出力／インタフェース部を備えたＩ／Ｏブロック部とを備え、複数種類のＩ／Ｏブロック部がインバータ基本部に接続することができるものである。これにより、複数種類のＩ／Ｏブロック部から顧客の要求に応じたＩ／Ｏブロックを選択して用いることにより、インバータの仕様を変更することができる。つまり、装置メーカは専用機種のインバータを開発製造等することなく、仕様変更に対してＩ／Ｏブロック部のみを選択すればよいから、開発から出荷までの一連の工程において、工数及び費用を削減することができる。
【００３７】
【特許文献１】特願２００６−１８７０８２号公報
【特許文献２】特開平１１−４１９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
しかしながら、このＩ／Ｏブロック部は、インバータに対して適用があり、必ずしも双方向コンバータに適用があるとは限らない。このため、双方向コンバータ及びインバータを含む電源装置全体の開発から製造までの一連の工程における工数及び費用を考慮すると、インバータにおけるＩ／Ｏブロック部のみでは十分ではないという問題があった。つまり、双方向コンバータにおいても、開発から出荷までの一連の工程における工数及び費用を低減すると共に、電源装置全体としても工数及び費用を低減することが望まれていた。また、顧客からの仕様変更があった場合には、専用機種の双方向コンバータでは容易に対応することができないという問題もあった。
【００３９】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、専用機種ではなく汎用的な使用に対応することができ、かつ、電源装置全体として、開発、製造等に関わる工数及び費用を低減可能な双方向コンバータ及びその生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
上記目的を達成するために、本発明による双方向コンバータは、交流電力及び直流電力の電力エネルギーを双方向に変換し、インバータを介して負荷へ電力エネルギーを供給する機器であって、前記交流電力の電圧から相間電圧信号を検出し、前記直流電力の電圧からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を検出する電圧フィードバック検出器と、前記電圧フィードバック検出器からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を入力し、バス電圧Ｆ／Ｂ信号の値が、予め設定されたバス電圧設定値になるように、制御信号を出力するＤＣバス電圧制御器と、前記電圧フィードバック検出器から相間電圧を入力し、静止座標系及び回転座標系で表す電圧ベクトルに変換して電気角を演算する出力電圧／電気角変換器と、前記出力電圧／電気角変換器から電気角を入力し、フィードバック信号として第２の電気角を入力し、前記電気角の変化量を積分して内部モデル化した推定電気角を演算し、前記推定電気角と前記第２の電気角とが同期するように周波数指令を出力する電気角同期制御器と、前記電気角同期制御器から周波数指令を入力し、電気角に変換し、前記フィードバック信号としての第２の電気角を電気角同期制御器に出力する周波数／電気角変換器と、前記負荷の動作信号を速度Ｆ／Ｂ信号に変換する速度Ｆ／Ｂ変換器と、前記速度Ｆ／Ｂ変換器から速度Ｆ／Ｂ信号を入力し、電気角に変換する速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器と、前記出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器及び速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器からそれぞれ電気角を入力し、電気角切替設定に従って、これらの電気角のうちのいずれか一つの電気角を選択するスイッチと、前記交流電力の電流から３相の電流フィードバック信号を検出する電流検出器と、前記電流検出器から３相の電流フィードバック信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行いｄ軸電流フィードバック信号及びｑ軸電流フィードバック信号を出力する３相／２相電流フィードバック演算器と、前記３相／２相電流フィードバック演算器からｄ軸電流フィードバック信号を入力し、電流演算によりｄ軸電圧指令信号を出力するｄ軸電流演算器と、前記３相／２相電流フィードバック演算器からｑ軸電流フィードバック信号を入力し、前記制御信号を用いて電流演算によりｑ軸電圧指令信号を出力するｑ軸電流演算器と、前記ｄ軸電流演算器からｄ軸電圧指令信号を、前記ｑ軸電流演算器からｑ軸電圧指令信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行い３相の電圧指令信号を出力する２相／３相電圧指令演算器と、前記２相／３相電圧指令演算器から３相の電圧指令信号を入力し、発振器からの信号を用いて演算処理を行い、パルス幅変調信号を出力するＰＷＭ制御器と、前記ＰＷＭ制御器からパルス幅変調信号を入力し、交流電力及び直流電力の変換を行うパワー素子と、を備えた双方向コンバータにおいて、前記３相／２相電流フィードバック演算器、ｄ軸電流演算器、ｑ軸電流演算器、２相／３相電圧指令演算器、ＰＷＭ制御器、出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器、スイッチ及び速度Ｆ／Ｂ変換器を第１のエリアに備え、前記ＤＣバス電圧制御器及び電気角同期制御器を第２のエリアに備え、前記第２のエリアに備えたＤＣバス電圧制御器及び電気角同期制御器は、外部から双方向コンバータの制御データをダウンロードして構成されることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明による双方向コンバータは、前記インバータも、第１のエリア、及び、外部からインバータの制御データをダウンロードして構成される第２のエリアを有しており、前記双方向コンバータの第１のエリアと前記インバータの第１のエリアとが同じ構成をしていることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明による双方向コンバータは、前記第１のエリアが、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）により構成され、前記第２のエリアが、外部から制御データのプログラムをダウンロードして構成されるプログラマブルエリアとすることを特徴とする。
【００４３】
また、本発明による双方向コンバータは、外部からダウンロードされる制御データが、複数の双方向コンバータ用のプログラムの中から選択されたプログラムであることを特徴とする。
【００４４】
また、本発明による双方向コンバータの生成方法は、交流電力及び直流電力の電力エネルギーを双方向に変換し、インバータを介して負荷へ電力エネルギーを供給する双方向コンバータの生成方法において、前記双方向コンバータが、前記交流電力の電圧から相間電圧信号を検出し、前記直流電力の電圧からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を検出する電圧フィードバック検出器と、前記電圧フィードバック検出器からバス電圧Ｆ／Ｂ信号を入力し、バス電圧Ｆ／Ｂ信号の値が、予め設定されたバス電圧設定値になるように、制御信号を出力するＤＣバス電圧制御器と、前記電圧フィードバック検出器から相間電圧を入力し、静止座標系及び回転座標系で表す電圧ベクトルに変換して電気角を演算する出力電圧／電気角変換器と、前記出力電圧／電気角変換器から電気角を入力し、フィードバック信号として第２の電気角を入力し、前記電気角の変化量を積分して内部モデル化した推定電気角を演算し、前記推定電気角と前記第２の電気角とが同期するように周波数指令を出力する電気角同期制御器と、前記電気角同期制御器から周波数指令を入力し、電気角に変換し、前記フィードバック信号としての第２の電気角を電気角同期制御器に出力する周波数／電気角変換器と、前記負荷の動作信号を速度Ｆ／Ｂ信号に変換する速度Ｆ／Ｂ変換器と、前記速度Ｆ／Ｂ変換器から速度Ｆ／Ｂ信号を入力し、電気角に変換する速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器と、前記出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器及び速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器からそれぞれ電気角を入力し、電気角切替設定に従って、これらの電気角のうちのいずれか一つの電気角を選択するスイッチと、前記交流電力の電流から３相の電流フィードバック信号を検出する電流検出器と、前記電流検出器から３相の電流フィードバック信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行いｄ軸電流フィードバック信号及びｑ軸電流フィードバック信号を出力する３相／２相電流フィードバック演算器と、前記３相／２相電流フィードバック演算器からｄ軸電流フィードバック信号を入力し、電流演算によりｄ軸電圧指令信号を出力するｄ軸電流演算器と、前記３相／２相電流フィードバック演算器からｑ軸電流フィードバック信号を入力し、前記制御信号を用いて電流演算によりｑ軸電圧指令信号を出力するｑ軸電流演算器と、前記ｄ軸電流演算器からｄ軸電圧指令信号を、前記ｑ軸電流演算器からｑ軸電圧指令信号を入力し、前記スイッチにより選択された電気角を用いて座標変換の演算処理を行い３相の電圧指令信号を出力する２相／３相電圧指令演算器と、前記２相／３相電圧指令演算器から３相の電圧指令信号を入力し、発振器からの信号を用いて演算処理を行いパルス幅変調信号を出力するＰＷＭ制御器と、前記ＰＷＭ制御器からパルス幅変調信号を入力し、交流電力及び直流電力の変換を行うパワー素子と、を備える際に、双方向コンバータ及びインバータに共通した構成として、前記３相／２相電流フィードバック演算器、ｄ軸電流演算器、ｑ軸電流演算器、２相／３相電圧指令演算器、ＰＷＭ制御器、出力電圧／電気角変換器、周波数／電気角変換器、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器、スイッチ及び速度Ｆ／Ｂ変換器を備えた第１のエリアと、外部から制御データをダウンロードして構成される第２のエリアとを有するプログラマブルインバータを生成するステップと、前記プログラマブルインバータの第２のエリアに、前記ＤＣバス電圧制御器及び電気角同期制御器を構成するための制御データをダウンロードするステップと、を有することを特徴とする。
【００４５】
また、本発明による双方向コンバータの生成方法は、前記プログラマブルインバータが、インバータの制御データがダウンロードされた場合にインバータとして生成される第２のエリアを有している、ことを特徴とする。
【００４６】
また、本発明による双方向コンバータの生成方法は、複数の双方向コンバータ用のプログラムの中からオペレータにより選択されたプログラムを、プログラマブルインバータの第２のエリアにダウンロードするステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
以上説明したように、本発明によれば、双方向コンバータは、少なくとも双方向コンバータ及びインバータとして共通に使用される第１のエリアと、外部から双方向コンバータの制御データをダウンロードして構成される第２のエリアとを有するようにした。この第２のエリアに、インバータの制御データをダウンロードした場合には、双方向コンバータではなくインバータとして生成することができる。これにより、第２のエリアにダウンロードする制御データに応じて、双方向コンバータ及びインバータを兼用することができる。つまり、双方向コンバータは、専用機種ではなく汎用的な使用に対応することが可能となる。また、インバータ及び双方向コンバータを含む電源装置全体として、開発、製造等に関わる工数及び費用を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
〔開発から出荷までの流れ〕
まず、本発明の実施形態による双方向コンバータ及びインバータの開発から出荷までの流れについて説明する。図１は、その流れを示す図である。プログラマブルインバータは、双方向コンバータ及びインバータとして生成することが可能な機器であり、ＲＯＭ化エリアに加えてプログラマブルエリアを有している。まず、装置メーカによって、双方向コンバータ及びインバータに兼用できるプログラマブルインバータの開発が行われ、製造及び在庫が行われる。次に、プログラマブルインバータは、そのプログラマブルエリアに、制御データである双方向コンバータプログラムがダウンロードされ、双方向コンバータとして出荷される。また、そのプログラマブルエリアに、制御データであるインバータプログラムがダウンロードされ、インバータとして出荷される。ここで、ダウンロードされる双方向コンバータプログラムは、電圧制御プログラム、電気角同期制御プログラム等である。また、ダウンロードされるインバータプログラムは、速度制御プログラム、位置制御プログラム等である。
【００４９】
装置メーカは、このような双方向コンバータ及びインバータとして兼用可能なプログラマブルインバータを開発、製造及び在庫し、プログラムのダウンロードによって双方向コンバータまたはインバータとして出荷する。これにより、双方向コンバータ及びインバータを専用機種として開発、製造及び在庫する必要がないから、開発から出荷までの一連の工程における工数及び費用を低減することができる。また、双方向コンバータは、双方向コンバータプログラムのダウンロードにより生成されるから、双方向コンバータプログラムの種類によって様々な仕様を満たすことができ、汎用的な使用を実現することができる。
【００５０】
図２は、プログラマブルインバータを双方向コンバータとして生成するまでの流れを示す図である。プログラマブルインバータを双方向コンバータとして生成し出荷するためには、プログラマブルインバータのプログラマブルエリアに双方向コンバータプログラムをダウンロードする必要がある。ターミナル統合環境は、その双方向コンバータプログラムをダウンロードするための環境ツールである。具体的には、ターミナル統合環境は、双方向コンバータプログラムをプログラマブルインバータへダウンロード可能な形式に変換するコンパイル機能を有する。また、このコンパイル機能により変換されたダウンロード可能な形式のプログラムを、プログラマブルインバータのプログラマブルエリアへ書き込む機能を有する。また、双方向コンバータの変数等を設定したり表示したりするモニタ機能を有する。
【００５１】
尚、図２には、双方向コンバータとして生成する場合のターミナル統合環境の例が示されているが、インバータとして生成する場合のターミナル統合環境についても同様である。すなわち、ターミナル統合環境は、インバータプログラムをプログラマブルインバータへダウンロード可能な形式に変換するコンパイル機能と、このコンパイル機能により変換されたダウンロード可能な形式のプログラムを、プログラマブルインバータのプログラマブルエリアへ書き込む機能と、インバータの変数等を設定したり表示したりするモニタ機能とを有する。
【００５２】
〔全体システム〕
次に、双方向コンバータ及びインバータを含む全体システムについて説明する。図３は、本発明の実施形態による双方向コンバータ、インバータ及びＰＣ等を含む全体システムの構成を示す概略図である。この全体システムは、双方向コンバータ１、インバータ２、ＰＣ３、ＡＣ電源４、リアクタ５、モータ６及びエンコーダ７を備えて構成されている。また、双方向コンバータ１及びインバータ２とＰＣ３とは、通信ケーブル８を介して接続される。
【００５３】
双方向コンバータ１及びインバータ２は、ＲＯＭ化エリア及びプログラマブルエリアを有するプログラマブルインバータから生成された装置である。具体的には、双方向コンバータ１は、図２に示したように、ＰＣ等を用いたターミナル統合環境により、双方向コンバータプログラムがプログラマブルエリアにダウンロードされて生成される。同様に、インバータ２は、ＰＣ等を用いたターミナル統合環境により、インバータプログラムがプログラマブルエリアにダウンロードされて生成される。
【００５４】
ＡＣ電源４は、双方向コンバータ１及びインバータ２がモータ６を駆動制御するための元電源であり、３相の交流電力を、リアクタ５を介して双方向コンバータ１へ供給する。リアクタ５は、インダクタンス機器であり、ＡＣ電源４から供給される電源のエネルギーを制御する。
【００５５】
双方向コンバータ１は、ＡＣ電源４側（端子Ｒ，Ｓ，Ｔ）の交流電力とインバータ２側（端子Ｐ，Ｎ）のＤＣバス電圧の直流電力との間で電力エネルギーを双方向に変換し、出力信号であるＤＣバス電圧が、予め設定されたバス電圧になるようにフィードバック制御する。この電力エネルギーは、インバータ２を介してモータ６を駆動制御するために用いられる。
【００５６】
インバータ２は、双方向コンバータ１から端子Ｐ，Ｎを介してＤＣバス電圧を入力し、モータ６の回転速度が、予め設定された速度になるように、電気エネルギーを端子Ｕ，Ｖ，Ｗを介してモータ６へ供給しフィードバック制御する。このフィードバック制御のために、インバータ２は、モータ６の回転に伴うパルス信号をエンコーダ７から入力し、速度Ｆ／Ｂ信号（モータ６の回転速度）に変換する。
【００５７】
ＰＣ３は、ターミナル統合環境を提供するための機器であり、通信ケーブル８を介して双方向コンバータ１及びインバータ２とデータの送受信を行う。図３に示した全体システムでは、ＰＣ３は、全体システムの運転状態を監視したり、必要なパラメータを設定したりするため、双方向コンバータ１及びインバータ２が運転するために必要な変数を書き込み、運転中の変数を読み出す。尚、前述したとおり、双方向コンバータ１及びインバータ２をプログラマブルインバータから生成する場合には、ＰＣ３は、図２に示したように、１対１に接続された双方向コンバータ１及びインバータ２へ、直接的にプログラムをダウンロードする。尚、ＰＣ３は、図３に示した全体システムにおいて、プログラムをダウンロードすることにより、プログラマブルインバータから双方向コンバータ１及びインバータ２を生成するようにしてもよい。
【００５８】
〔ＰＣ〕
次に、図３に示したＰＣ３について説明する。図４は、ＰＣ３の構成を示すブロック図である。このＰＣ３は、制御部５１、通信部６０、キーボード及びマウス６１、並びに表示器６２を備えている。また、制御部５１は、双方向コンバータ制御部５１−１及びインバータ制御部５１−２を備えている。双方向コンバータ制御部５１−１は、コンパイル部５３、ダウンロード部５４、変数モニタ部５５、及び、双方向コンバータプログラム５２が格納されたメモリを備えており、インバータ制御部５１−２は、コンパイル部５７、ダウンロード部５８、変数モニタ部５９、及び、インバータプログラム５６が格納されたメモリを備えている。双方向コンバータプログラム５２として、電圧制御プログラム５２−１及び電気角同期制御プログラム５２−２があり、インバータプログラム５６として、速度制御プログラム５６−１、位置制御プログラム５６−２、モーションカーブプログラム５６−３及び異常時ハンドリングプログラム５６−４がある。
【００５９】
制御部５１は、オペレータの操作によりキーボード及びマウス６１からデータを入力し、双方向コンバータ１及びインバータ２に対して必要な処理を行い、通信部６０を介して双方向コンバータ１及びインバータ２へデータを送受信し、表示データを表示器６２に表示する。通信部６０は、制御部５１と、通信ケーブル８を介した双方向コンバータ１及びインバータ２との間の通信インタフェースの処理を行う。
【００６０】
双方向コンバータ制御部５１−１のコンパイル部５３は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１から双方向コンバータプログラム５２のコンパイル指示を入力すると、メモリに格納された双方向コンバータプログラム５２（電圧制御プログラム５２−１及び電気角同期制御プログラム５２−２）を読み出し、コンパイルを行い、装置番号１のプログラマブルインバータに対してダウンロード可能な形式のプログラムに変換する。
【００６１】
ここで、電圧制御プログラム５２−１は、バス電圧Ｆ／Ｂの値がバス電圧設定の値に一致するようにフィードバック制御を行うプログラムである。電気角同期制御プログラム５２−２は、ＡＣ電源のノイズや瞬時停電の影響を低減するように、ＡＣ電源に同期した周波数指令を出力するための電気角同期制御を行うプログラムである。
【００６２】
ダウンロード部５４は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１から双方向コンバータプログラム５２のダウンロード指示を入力すると、コンパイル部５３によりコンパイルされた双方向コンバータ用のプログラムを、通信部６０を介して、装置番号１のプログラマブルインバータへ書き込む。装置番号１は、双方向コンバータ１として生成されるべきプログラマブルインバータの番号を示しており、予め設定されている。双方向コンバータ用のプログラムは、装置番号１のプログラマブルインバータにおけるプログラマブルエリアに書き込まれる。これにより、装置番号１のプログラマブルインバータは、双方向コンバータ１として生成される。
【００６３】
変数モニタ部５５は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１から変数設定の指示を入力すると、その指示が示す変数の値を、通信部６０を介して、装置番号１の双方向コンバータ１へ書き込む。例えば、変数モニタ部５５は、バス電圧設定の値を書き込む。これにより、オペレータは、設定した変数の値で、装置番号１の双方向コンバータ１を運転することができる。
【００６４】
また、変数モニタ部５５は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１から変数表示の指示を入力すると、その指示が示す変数の値を、通信部６０を介して、装置番号１の双方向コンバータ１から読み出す。そして、変数モニタ部５５は、読み出した変数の値を表示器６２に表示する。例えば、変数モニタ部５５は、バス電圧設定の値及びバス電圧Ｆ／Ｂの値を読み出し、表示器６２に表示する。これにより、オペレータは、指示した変数の値を知ることができる。
【００６５】
インバータ制御部５１−２のコンパイル部５７は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１からインバータプログラム５６のコンパイル指示を入力すると、メモリに格納されたインバータプログラム５６（速度制御プログラム５６−１、位置制御プログラム５６−２、モーションカーブプログラム５６−３及び異常時ハンドリングプログラム５６−４）のうち、コンパイル指示が示すプログラムを読み出し、コンパイルを行い、装置番号２のプログラマブルインバータに対してダウンロード可能な形式のインバータプログラム５６に変換する。
【００６６】
オペレータは、双方向コンバータ１の生成に際し、例えば、双方向コンバータ１に速度フィードバック制御を行わせる場合、速度制御プログラム５６−１のコンパイル指示の操作を行う。これにより、コンパイル部５７は、インバータプログラム５６のうちの速度制御プログラム５６−１をコンパイルする。また、双方向コンバータ１に位置フィードバック制御及びモーションカーブを行わせる場合、速度制御プログラム５６−１、位置制御プログラム５６−２及びモーションカーブプログラム５６−３のコンパイル指示の操作を行う。これにより、コンパイル部５７は、インバータプログラム５６のうちの速度制御プログラム５６−１、位置制御プログラム５６−２及びモーションカーブプログラム５６−３をコンパイルする。
【００６７】
ここで、速度制御プログラム５６−１は、速度Ｆ／Ｂの値が速度設定の値に一致するようにフィードバック制御を行うプログラムであり、位置制御プログラム５６−２は、位置Ｆ／Ｂの値が位置設定の値に一致するようにフィードバック制御を行うプログラムである。モーションカーブプログラム５６−３は、速度制御の上位にある位置制御に与える位置設定の値に関連するプログラムであり、例えば、２つの位置設定が存在する場合、２つの位置の間を所定の軌跡のカーブで位置制御するための処理が規定されている。異常時ハンドリングプログラム５６−４は、異常時の処理が規定されたプログラムであり、例えば、第１の位置設定の位置から第２の位置設定の位置まで位置制御する場合、第２の位置設定の位置で停止することができなくてオーバーして停止したときに、運転を停止する処理が規定されている。
【００６８】
ダウンロード部５８は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１からインバータプログラム５６のダウンロード指示を入力すると、コンパイル部５７によりコンパイルされたインバータ用のプログラムを、通信部６０を介して、装置番号２のプログラマブルインバータへ書き込む。装置番号２は、インバータ２として生成されるべきプログラマブルインバータの番号を示しており、予め設定されている。インバータ用のプログラムは、装置番号２のプログラマブルインバータにおけるプログラマブルエリアに書き込まれる。これにより、装置番号２のプログラマブルインバータは、インバータ２として生成される。
【００６９】
変数モニタ部５９は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１から変数設定の指示を入力すると、その指示が示す変数の値を、通信部６０を介して、装置番号２のインバータ２へ書き込む。例えば、変数モニタ部５９は、速度設定の値を書き込む。これにより、オペレータは、設定した変数の値で、装置番号２のインバータ２を運転することができる。
【００７０】
また、変数モニタ部５９は、オペレータの操作により、キーボード及びマウス６１から変数表示の指示を入力すると、その指示が示す変数の値を、通信部６０を介して、装置番号２のインバータ２から読み出す。そして、変数モニタ部５９は、読み出した変数の値を表示器６２に表示する。例えば、変数モニタ部５９は、速度設定の値及び速度Ｆ／Ｂの値を読み出し、表示器６２に表示する。これにより、オペレータは、指示した変数の値を知ることができる。
【００７１】
〔双方向コンバータ〕
次に、図３に示した双方向コンバータ１について説明する。図５は、双方向コンバータ１の構成を示すブロック図である。この双方向コンバータ１は、電流検出器２０、３相／２相電流フィードバック演算器２１、ｄ軸電流演算器２２、ｑ軸電流演算器２３、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、速度Ｆ／Ｂ変換器３０、ＤＣバス電圧制御器３１、電気角同期制御器３２、パワー素子４０、電圧フィードバック検出器４１、平滑コンデンサ４２及び通信部５０を備えている。電流検出器２０の電流検出器２０ＡはＲ相の電流を検出し、電流検出器２０ＢはＳ相の電流を検出し、電流検出器２０ＣはＴ相の電流を検出する。電気角同期制御器３２は、電気角モデル演算器３２−１及び電気角周波数制御器３２−２を備えている。
【００７２】
双方向コンバータ１は、ＲＯＭ化エリア及びプログラマブルエリアを有しており、３相／２相電流フィードバック演算器２１、ｄ軸電流演算器２２、ｑ軸電流演算器２３、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９及び速度Ｆ／Ｂ変換器３０の各機能を実現するための第１の制御部として動作するプログラムを、ＲＯＭ化エリアに格納している。また、ＤＣバス電圧制御器３１及び電気角同期制御器３２の各機能を実現するための第２の制御部として動作するプログラムを、プログラマブルエリアに格納している。つまり、双方向コンバータ１は、ＣＰＵ（図示せず）により、ＲＯＭ化エリアに格納されたプログラムを読み出して実行すると共に、プログラマブルエリアに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、３相／２相電流フィードバック演算器２１等の各機能を、図５に示した構成の下で実現する。尚、このプログラマブルエリアは、オペレータが任意に作成したプログラムを、ＰＣ３から受信して格納するエリアである。また、プログラマブルエリアに備えた第２の制御部は、ＲＯＭ化エリアに備えた第１の制御部（電流制御を行う処理部）よりも上位の制御を行う。
【００７３】
ここで、ＲＯＭ化エリアにおける第１の制御部の構成は、後述するインバータ２が有するＲＯＭ化エリアにおける第１の制御部と同一であり、双方向コンバータ１が生成される以前のプログラマブルインバータに共通して備えられている。一方、プログラマブルエリアにおける第２の制御部は、ターミナル統合環境を有するＰＣ３から書き込まれた双方向コンバータプログラム５２（電圧制御プログラム５２−１及び電気角同期制御プログラム５２−２）により構成される。
【００７４】
図８に示した従来の双方向コンバータ１００と図５の双方向コンバータ１とを比較すると、両者とも、３相／２相電流フィードバック演算器２１等を備えたＲＯＭ化エリアを有しており、全体として同等の構成をしている点で共通する。しかし、双方向コンバータ１００は、ＤＣバス電圧制御器３１及び電気角同期制御器３２をＲＯＭ化エリアに備えているのに対し、双方向コンバータ１は、プログラマブルエリアに備えている点で相違する。また、双方向コンバータ１は、通信部５０を備えている点で相違する。双方向コンバータ１と双方向コンバータ１００とは全体として同等の構成をしており、双方向コンバータ１００の各部については既に説明済みであるから、それと同じ双方向コンバータ１の各部についての説明は省略する。
【００７５】
通信部５０は、通信ケーブル８を介してＰＣ３とデータの送受信を行う。具体的には、通信部５０は、ＰＣ３から双方向コンバータプログラム５２を受信すると、その双方向コンバータプログラム５２をプログラマブルエリアに格納し、ＤＣバス電圧制御器３１及び電気角同期制御器３２として機能させる。また、ＰＣ３から変数設定の書き込み指示を受信すると、その変数設定の値を、その変数を扱う処理部等に書き込む。また、ＰＣ３から変数の読み出し指示を受信すると、その変数の値を、その変数を扱う処理部等から入力してＰＣ３へ送信する。
【００７６】
〔インバータ〕
次に、図３に示したインバータ２について説明する。図６は、インバータ２の構成を示すブロック図である。このインバータ２は、電流検出器２０、３相／２相電流フィードバック演算器２１、ｄ軸電流演算器２２、ｑ軸電流演算器２３、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９、速度Ｆ／Ｂ変換器３０、速度制御器３３、パワー素子４０、電圧フィードバック検出器４１、平滑コンデンサ４２及び通信部５０を備えている。電流検出器２０の電流検出器２０ＡはＵ相の電流を検出し、電流検出器２０ＢはＶ相の電流を検出し、電流検出器２０ＣはＷ相の電流を検出する。
【００７７】
インバータ２は、ＲＯＭ化エリア及びプログラマブルエリアを有しており、３相／２相電流フィードバック演算器２１、ｄ軸電流演算器２２、ｑ軸電流演算器２３、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９及び速度Ｆ／Ｂ変換器３０の各機能を実現するための第１の制御部として動作するプログラムを、ＲＯＭ化エリアに格納している。また、速度制御器３３の機能を実現するための第２の制御部として動作するプログラムを、プログラマブルエリアに格納している。つまり、インバータ２は、ＣＰＵ（図示せず）により、ＲＯＭ化エリアに格納されたプログラムを読み出して実行すると共に、プログラマブルエリアに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、３相／２相電流フィードバック演算器２１等の各機能を、図６に示した構成の下で実現する。尚、このプログラマブルエリアは、オペレータが任意に作成したプログラムを、ＰＣ３から受信して格納するエリアである。また、プログラマブルエリアに備えた第２の制御部は、ＲＯＭ化エリアに備えた第１の制御部（電流制御を行う処理部）よりも上位の制御を行う。
【００７８】
ここで、ＲＯＭ化エリアにおける第１の制御部の構成は、前述した双方向コンバータ１が有するＲＯＭ化エリアにおける第１の制御部と同一であり、インバータ２が生成される以前のプログラマブルインバータに共通して備えられている。一方、プログラマブルエリアにおける第２の制御部は、ターミナル統合環境を有するＰＣ３から書き込まれたインバータプログラム５６により構成される。
【００７９】
尚、図６のプログラマブルエリアは速度制御器３３を備えており、これは、ＰＣ３から、インバータプログラム５６のうちの速度制御プログラム５６−１が書き込まれた場合の構成を示している。
【００８０】
図７は、インバータ２に有するプログラマブルエリアの他の構成を示すブロック図である。インバータ２は、速度制御器３３、速度Ｆ／Ｂ／位置変換器３４、及び、モーションカーブを実行する位置制御器３５の機能を実現するための第２の制御部として動作するプログラムを、プログラマブルエリアに格納している。つまり、インバータ２は、ＣＰＵ（図示せず）により、プログラマブルエリアに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、速度制御器３３、速度Ｆ／Ｂ／位置変換器３４、及び、モーションカーブを実行する位置制御器３５の各機能を、図７に示した構成の下で実現する。
【００８１】
ここで、第２の制御部は、ターミナル統合環境を有するＰＣ３から書き込まれたインバータプログラム５６により実現される。尚、図７のプログラマブルエリアは速度制御器３３、速度Ｆ／Ｂ／位置変換器３４、及び、モーションカーブを実行する位置制御器３５を備えており、これは、ＰＣ３から、インバータプログラム５６のうちの速度制御プログラム５６−１、位置制御プログラム５６−２及びモーションカーブプログラム５６−３が書き込まれた場合の構成を示している。
【００８２】
図６に戻って、図９に示した従来のインバータ２００と図６のインバータ２とを比較すると、両者とも、３相／２相電流フィードバック演算器２１等を備えたＲＯＭ化エリアを有しており、全体として同等の構成をしている点で共通する。しかし、インバータ２００は、速度制御器３３をＲＯＭ化エリアに備えているのに対し、インバータ２は、プログラマブルエリアに備えている点で相違する。また、インバータ２は、通信部５０を備えている点で相違する。インバータ２とインバータ２００とは全体として同等の構成をしており、インバータ２００の各部については既に説明済みであるから、それと同じインバータ２の各部についての説明は省略する。
【００８３】
通信部５０は、通信ケーブル８を介してＰＣ３とデータの送受信を行う。具体的には、通信部５０は、ＰＣ３からインバータプログラム５６を受信すると、そのインバータプログラム５６をプログラマブルエリアに格納し、速度制御器３３として機能させる。また、ＰＣ３から変数設定の書き込み指示を受信すると、その変数設定の値を、その変数を扱う処理部等に書き込む。また、ＰＣ３から変数の読み出し指示を受信すると、その変数の値を、その変数を扱う処理部等から入力してＰＣ３へ送信する。
【００８４】
以上のように、本発明の実施形態によれば、双方向コンバータ１及びインバータ２に共通する３相／２相電流フィードバック演算器２１、ｄ軸電流演算器２２、ｑ軸電流演算器２３、２相／３相電圧指令演算器２４、ＰＷＭ制御器２５、出力電圧／電気角変換器２６、周波数／電気角変換器２７、速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器２８、スイッチ２９及び速度Ｆ／Ｂ変換器３０をＲＯＭ化エリアに備えたプログラマブルインバータを用いて、そのプログラマブルエリアに双方向コンバータプログラム５２をダウンロードすることにより、プログラマブルインバータのプログラマブルエリアにＤＣバス電圧制御器３１及び電気角同期制御器３２を備えさせ、双方向コンバータ１を生成するようにした。また、このプログラマブルインバータを用いて、そのプログラマブルエリアにインバータプログラム５６をダウンロードすることにより、プログラマブルインバータのプログラマブルエリアに速度制御器３３を備えさせ、インバータ２を生成することもできる。これにより、双方向コンバータ１及びインバータ２を出荷する装置メーカは、双方向コンバータ１及びインバータ２に共通する３相／２相電流フィードバック演算器２１等をＲＯＭ化エリアに備えたプログラマブルインバータの開発、製造及び在庫を行えばよいから、従来のような双方向コンバータ１００及びインバータ２００の専用機種の開発、製造及び在庫を別々に行う必要がない。したがって、開発から出荷までの一連の工程における工数及び費用を低減することができる。
【００８５】
また、本発明の実施形態によれば、ＰＣ３が、オペレータの操作に従って必要なプログラムを双方向コンバータプログラム５２及びインバータプログラム５６から読み出してコンパイルし、通信部６０を介して、装置番号１及び装置番号２のプログラマブルインバータへダウンロードするようにした。これにより、オペレータは、ダウンロードしたいプログラムを自由に選択することができる。例えば、オペレータがインバータ２において速度制御を実現したい場合は、そのオペレータの操作に従って、ＰＣ３は、インバータプログラム５６のうちの速度制御プログラム５６−１を選択して読み出し、これをコンパイルしダウンロードする。これにより、図６に示したように、インバータ２のプログラマブルエリアには速度制御器３３を備えるようになる。また、オペレータがインバータ２において位置制御及びモーションカーブを実現したい場合は、そのオペレータの操作に従って、ＰＣ３は、インバータプログラム５６のうちの速度制御プログラム５６−１、位置制御プログラム５６−２及びモーションカーブプログラム５６−３を選択して読み出し、これらをコンパイルしダウンロードする。これにより、図７に示したように、インバータ２のプログラマブルエリアには速度制御器３３、速度Ｆ／Ｂ／位置変換器３４、及び、モーションカーブを行う位置制御器３５を備えるようになる。
【００８６】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、前記実施形態では、ＰＣ３の双方向コンバータ制御部５１−１が、電圧制御プログラム５２−１及び電気角同期制御プログラム５２−２からなる双方向コンバータプログラム５２が格納されたメモリを備えるようにしたが、双方向コンバータプログラム５２は、これらのプログラムに限定されるものではなく、双方向コンバータとして機能する他のプログラムが格納されていてもよい。これは、インバータ制御部５１−２についても同様である。
【００８７】
また、前記実施形態では、ＰＣ３の双方向コンバータ制御部５１−１における変数モニタ部５５が、バス電圧設定の値を、通信部６０を介して双方向コンバータ１へ書き込むようにしたが、これは例示であり、双方向コンバータ１における全ての処理部の入力信号、出力信号、処理のために用いるデータ等が対象となる。これは、インバータ制御部５１−２における変数モニタ部５９についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施形態による双方向コンバータ及びインバータの開発から出荷までの流れを示す図である。
【図２】プログラマブルインバータを双方向コンバータとして生成するまでの流れを示す図である。
【図３】本発明の実施形態による双方向コンバータ、インバータ及びＰＣ等を含む全体システムの構成を示す概略図である。
【図４】ＰＣの構成を示すブロック図である。
【図５】双方向コンバータの構成を示すブロック図である。
【図６】インバータの構成を示すブロック図である。
【図７】インバータに有するプログラマブルエリアの他の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の双方向コンバータの構成を示すブロック図である。
【図９】従来のインバータの構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の双方向コンバータ及びインバータの開発から出荷までの流れを示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，１００  双方向コンバータ
２，２００  インバータ
３  ＰＣ
４  ＡＣ電源
５  リアクタ
６  モータ
７  エンコーダ
８  通信ケーブル
２０  電流検出器
２１  ３相／２相電流フィードバック演算器
２２  ｄ軸電流演算器
２３  ｑ軸電流演算器
２４  ２相／３相電圧指令演算器
２５  ＰＷＭ制御器
２６  出力電圧／電気角変換器
２７  周波数／電気角変換器
２８  速度Ｆ／Ｂ／電気角変換器
２９  スイッチ
３０  速度Ｆ／Ｂ変換器
３１  ＤＣバス電圧制御器
３２  電気角同期制御器
３２−１  電気角モデル演算器
３２−２  電気角周波数制御器
３３  速度制御器
３４  速度Ｆ／Ｂ／位置変換器
３５  位置制御器
４０  パワー素子
４１  電圧フィードバック検出器
４２  平滑コンデンサ
４３  電流制御器
５０  通信部
５１  制御部
５１−１  双方向コンバータ制御部
５１−２  インバータ制御部
５２  双方向コンバータプログラム
５２−１  電圧制御プログラム
５２−２  電気角同期制御プログラム
５３，５７  コンパイル部
５４，５８  ダウンロード部
５５，５９  変数モニタ部
５６  インバータプログラム
５６−１  速度制御プログラム
５６−２  位置制御プログラム
５６−３  モーションカーブプログラム
５６−４  異常時ハンドリングプログラム
６０  通信部
６１  キーボード及びマウス
６２  表示器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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