(57)【要約】  実施形態の一態様の電力変換装置は、ダイオードコンバータと、インバータと、平滑コンデンサと、抵抗と、電流センサと、推定部と、制御部とを備える。ダイオードコンバータは、電源からの交流を整流する。インバータは、直流側が前記ダイオードコンバータの直流出力に接続され、交流側が電動機に接続され、前記直流側の直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備える。平滑コンデンサは、前記ダイオードコンバータの直流出力に設けられる。抵抗は、前記平滑コンデンサに並列に接続される。電流センサは、前記インバータと前記電動機の間に流れる負荷電流を検出する。推定部は、前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値を算出する。制御部は、前記電動機が回生状態になっている期間に、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値が所定の基準電圧を超えないように前記インバータを制御する。
2020250429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの交流を整流するダイオードコンバータと、
直流側が前記ダイオードコンバータの直流出力に接続され、交流側が電動機に接続され、前記直流側の直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備えるインバータと、
前記ダイオードコンバータの直流出力に設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続される抵抗と、
前記インバータと前記電動機の間に流れる負荷電流を検出する電流センサと、
前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値を算出する推定部と、
前記電動機が回生状態になっている期間に、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値が所定の基準電圧を超えないように前記インバータを制御する制御部と
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記電源から前記ダイオードコンバータに供給される電力を、前記制御部の制御に基づいて遮断する遮断器
を備え、
前記制御部は、
前記電動機の制動制御に係る所望のタイミングで前記遮断器を開放させる、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記推定部は、
前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて前記電動機から前記インバータに回生エネルギーの流入を検出し、
前記制御部は、
前記回生エネルギーの流入が検出されると前記遮断器を開放させる、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記推定部は、
少なくとも前記直流側の基準電圧と、前記電流センサによって検出された前記電動機から前記インバータに流れる電流の電流値Ｉと、前記平滑コンデンサの容量Ｃとに基づいて、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値を算出し、
前記制御部は、
前記算出された直流側の直流電圧Vdcの推定値に基づいて、前記直流電圧Vdcの変化を制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記推定部は、
前記直流側の基準電圧と、前記電流センサによって検出された前記電動機から前記インバータに流れる電流の電流値Ｉと、前記平滑コンデンサの容量Ｃと、前記平滑コンデンサの容量Ｃと前記抵抗の抵抗値Ｒとに基づいて規定される時定数ＲＣとに基づいて、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値を算出し、
前記制御部は、
前記算出された直流側の直流電圧Vdcの推定値に基づいて、前記直流電圧Vdcの変化を制御する、
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記直流側の直流電圧Vdcの推定値が前記直流側の基準電圧を超えない範囲で、前記電動機からの交流電力がより多く前記インバータに供給されるように前記インバータを制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電源からの交流を整流するダイオードコンバータと、
直流側が前記ダイオードコンバータの直流出力に接続され、交流側が電動機に接続され、前記直流側の直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備えるインバータと、
前記ダイオードコンバータの直流出力に設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続される抵抗と、
前記インバータと前記電動機の間に流れる負荷電流を検出する電流センサと、
を備える電力変換装置による電動機制御方法であって、
前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値を算出するステップと、
前記電動機が回生状態になっている期間に、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値が所定の基準電圧を超えないように前記インバータを制御するステップと
を含む電動機制動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置及び電動機制動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、直流電力から変換した交流電力を電動機に供給して、電動機と電動機の回転に連動する機械負荷とを駆動する。回転中の電動機と機械負荷とを制動すると、起電力による回生エネルギーが生じる。この回生エネルギーが電動機から電力変換装置に流入すると、電力変換装置の直流側の電圧（直流電圧）の上昇を招く。その際に直流電圧の過電圧状態が生じることを、放電回路を利用して回避する場合に、電動機を速やかに停止させることが困難になることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許特開平０９−２５５２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、電動機をより速やかに制動させることが可能な電力変換装置及び電動機制動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の一態様の電力変換装置は、ダイオードコンバータと、インバータと、平滑コンデンサと、抵抗と、電流センサと、推定部と、制御部とを備える。ダイオードコンバータは、電源からの交流を整流する。インバータは、直流側が前記ダイオードコンバータの直流出力に接続され、交流側が電動機に接続され、前記直流側の直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備える。平滑コンデンサは、前記ダイオードコンバータの直流出力に設けられる。抵抗は、前記平滑コンデンサに並列に接続される。電流センサは、前記インバータと前記電動機の間に流れる負荷電流を検出する。推定部は、前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値を算出する。制御部は、前記電動機が回生状態になっている期間に、前記直流側の直流電圧Vdcの推定値が所定の基準電圧を超えないように前記インバータを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第1の実施形態を適用する電力変換装置の一例を示す図。
【図２】実施形態のセルユニットを示す図。
【図３】実施形態の制動制御に係る処理のフローチャート。
【図４】第２の実施形態のセルユニットを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の電力変換装置を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。なお以下で参照する図面は、説明の便宜上、制御用のゲート配線などの図示が省略されている場合がある。
【０００８】
ここで、「正極Ｐ」と「負極Ｎ」について先に定義する。「正極Ｐ」とは、電力変換装置１が動作している場合に、正電位となる部位を意味する。「負極Ｎ」とは、電力変換装置１が動作している場合に、負電位となる部位を意味する。
【０００９】
なお、電力変換装置１における直流リンクの基準電圧Vdc0が所定の電圧として規定されている。基準電圧Vdc0は、例えば、正極Ｐと負極Ｎ間の電圧である。この基準電圧Vdc0は、直流（直流リンク）の定格電圧と呼ばれることがある。
【００１０】
図１から図３を参照して、実施形態の電力変換装置１について説明する。
電力変換装置１は、交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を所望の周波数・電圧の交流電力に変換して電動機３に供給する。電動機３は、例えば、３相型の誘導電動機であるが、これに限定されない。
電力変換装置１の電源側は、遮断器４を介して交流電源２に接続されている。遮断器４は、交流電源２（電源）から供給される電力を、後述する制御装置７の制御に基づいて遮断する。なお、遮断器４は、図１に示すように電力変換装置１と別体で構成されていてもよく、電力変換装置１の一部として構成されていてもよい。
本実施形態では、電力変換装置１が複数のセルユニット６ｓを備える例について説明する。なお、電力変換装置１は、複数のセルユニット６ｓに代えて、３相コンバータおよび３相インバータを備えてもよい。
【００１１】
まず、電力変換装置１の電気的な全体構成について説明する。図１は、実施形態の電力変換装置１の一例を示す図である。図１では、電気回路系統を単線で示すとともに、開閉器などの図示を省略している。電力変換装置１は、例えば、入力変圧器５と、複数のセルユニット６ｓと、制御装置７と、電流センサＡＭとを備えている。
【００１２】
入力変圧器５には、交流電源２から交流電力が供給される。入力変圧器５は、交流電源２から供給された交流電力の電圧（１次側電圧）を所望の２次側電圧に変圧するとともに、２次側電圧の交流電力を複数のセルユニット６ｓのそれぞれに供給する。入力変圧器５は、１次巻線と、互いに絶縁された複数群の巻き線（２次巻線）とを有する。１次巻線と２次巻線との間も絶縁されている。
【００１３】
複数のセルユニット６ｓは、例えば、３台の負荷第１相のセルユニット６Ａ１、６Ａ２、６Ａ３（図中の記載はＵ１、Ｕ２、Ｕ３。）、３台の負荷第２相のセルユニット６Ｂ１、６Ｂ１（図中の記載はＶ１、Ｖ２、Ｖ３。）、６Ｂ３および３台の負荷第３相のセルユニット６Ｃ１、６Ｃ２、６Ｃ３（図中の記載はＷ１、Ｗ２、Ｗ３。）を含む。セルユニット６Ａ１、６Ａ２、６Ａ３、６Ｂ１、６Ｂ１、６Ｂ３、６Ｃ１、６Ｃ２、６Ｃ３は、同一の回路構成を有し、これらを区別することなく説明する場合には、単にセルユニット６と呼ぶ。各セルユニット６は、入力変圧器５の２次巻線から供給されたそれぞれ３相の交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を所望の周波数・電圧の交流電力に変換して出力する。
【００１４】
例えば、入力変圧器５の２次側第１群はセルユニット６Ａ１の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第２群はセルユニットＶ１の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第３群はセルユニットＷ１の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第４群はセルユニット６Ａ２の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第５群はセルユニット６Ｂ２の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第６群はセルユニット６Ｃ２の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第７群はセルユニット６Ａ３の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第８群はセルユニット６Ｂ３の入力に接続されている。入力変圧器５の２次側第９群はセルユニット６Ｃ３の入力に接続されている。
【００１５】
本実施形態では、セルユニット６Ａ１、６Ａ２、６Ａ３は、表記の順番で、出力が互いに電気的に直列に接続されている。セルユニット６Ａ３のセルユニット６Ａ２と接続されない出力端子は、電動機３の第１相（Ｕ相）に接続されている。セルユニット６Ａ１のセルユニット６Ａ２と接続されない出力端子は中性点に接続される。本実施形態では、セルユニット６Ｂ１、６Ｂ２、６Ｂ３は、表記の順番で、出力が互いに電気的に直列に接続されている。セルユニット６Ｂ３のセルユニット６Ｂ２と接続されない出力端子は、電動機３の第２相（Ｖ相）に接続されている。セルユニット６Ｂ１のセルユニット６Ｂ２と接続されない出力端子は中性点に接続される。本実施形態では、セルユニット６Ｃ１、６Ｂ２、６Ｂ３は、表記の順番で、出力が互いに電気的に直列に接続されている。セルユニット６Ｃ３のセルユニット６Ｃ２と接続されない出力端子は、電動機３の第３相（Ｗ相）に接続されている。セルユニット６Ｃ１のセルユニット６Ｃ２と接続されない出力端子は中性点に接続される。これにより、電力変換装置１は、大容量の交流電力を電動機３に供給可能である。
【００１６】
電流センサＡＭ１と電流センサＡＭ２は、電力変換装置１のインバータ１３（図２）と電動機３の間に流れる負荷電流（相電流）を検出する。例えば、電流センサＡＭ１が交流出力の第１相に、電流センサＡＭ２が交流出力の第３相に設けられている。交流出力の第２相の電流は電流センサＡＭ１と電流センサＡＭ２の値から求めることができるので省略することができる。なお、電流センサＡＭ１と電流センサＡＭ２とを互いに区別しない場合には、単に電流センサＡＭと記すことがある。電流センサＡＭによって検出された電流値を電流Ｉと呼ぶことがある。
【００１７】
制御装置７は、各セルユニット６を制御する、又は保護する。制御装置７は、例えば、記憶部７１と、稼働制御部７２と、推定部７３と、制動制御部７４と、を備える。
【００１８】
記憶部７１は、複数のセルユニット６ｓの制御に関わる各種データを格納する。各種データには、例えば、セルユニット６の直流電圧の過電圧を制限するための制限値（閾値Vth）、セルユニット６の直流電圧の基準電圧Vdc0、電流センサＡＭによって検出された電流値Ｉの履歴データとその積算値データ、セルユニット６の直流電圧値Vdcの推定値（以下、直流電圧値Vdc_estと呼ぶ。）などが含まれる。閾値Vthは、例えば、直流リンクの直流電圧の上限値として規定される。基準電圧Vdc0は、制御目標電圧の一例である。
【００１９】
稼働制御部７２は、記憶部７１に格納されているデータ、例えば直流電圧値Vdc_estを示す情報および、電流センサＡＭにより検出された電流Ｉを示す情報に基づき、各セルユニット６に含まれるスイッチング素子１３Ｓ（図２）を制御するための制御信号を生成する。稼働制御部７２は、生成した制御信号を各セルユニット６に送ることで、各セルユニット６を制御する。稼働制御部７２は、電動機３の制御状態を示す信号（例えば、回転数のフィードバック信号）を取得し、当該フィードバック信号に基づいて、各セルユニット６を制御する。また、制御装置７は、他の装置から電動機３の制御指令信号を取得し、当該制御指令信号に基づいて、各セルユニット６を制御する。
【００２０】
推定部７３は、電流センサＡＭによって検出された電流値Ｉに基づいて、直流電圧値Vdc_estを算出する。直流電圧値Vdc_estの算出については後述する。
【００２１】
制動制御部７４は、直流電圧値Vdc_estに基づいて、直流電圧Vdcが基準電圧Vdc0を超えないように調整しながら、電動機３を制動させるように各部を制御する。例えば、制動制御部７４は、電動機３の制動制御に係る所望のタイミングで遮断器４を開放させる。この所望のタイミングは、電動機３が回生状態になったときに整合させるとよい。
【００２２】
さらに、制動制御部７４は、電動機３が回生状態になっている期間に、電動機３からの交流電力がより多くインバータ１３に供給されるようにインバータ１３を制御する。その際に、制動制御部７４は、直流電圧値Vdc_estが直流側の基準電圧Vdc0を超えないように調整する。遮断器４とインバータ１３の制御の詳細について後述する。
【００２３】
次に、セルユニット６について説明する。
図２は、実施形態のセルユニット６を示す図である。セルユニット６は、例えば、ダイオードコンバータ１２と、インバータ１３と、平滑コンデンサ１４と、抵抗１５、１６と、セルユニット制御部ＣＵＣとを含む。ダイオードコンバータ１２の直流出力とインバータ１３の直流入力は、直流リンクを介して、互いに正極（Ｐ）同士、および負極（Ｎ）極同士が電気的に接続される。平滑コンデンサ１４は、直流リンクに設けられていて、平滑コンデンサ１４の端子が直流リンクの正極と負極に電気的に接続されている。
【００２４】
以下の説明では、セルユニット６Ａ１を例示して、外部との接続関係を示しながらその一例について説明する。他のセルユニット６についても同様である。
【００２５】
ダイオードコンバータ１２は、３相交流入力型の順変換器であり、その入力部が入力変圧器５の二次側の一つの群に電気的に接続されている。ダイオードコンバータ１２は、交流を整流することで、入力変圧器５から入力された交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１４は、変換後の直流電圧を平滑化する。
【００２６】
インバータ１３は、単相交流出力型の逆変換器である。インバータ１３は、例えば、直流側の直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子１３Ｓとスイッチング素子１３Ｓに逆並列に接続される逆接続ダイオード１３Ｄとを備える。スイッチング素子１３Ｓは、半導体スイッチング素子の一例である。インバータ１３は、直流側がダイオードコンバータ１２の直流出力に接続され、交流側が電動機３又は他のセルユニット６の出力と直列になるように接続されている。インバータ１３は、例えば、変換後の交流電力を電動機３の第１相に出力する。
【００２７】
抵抗１５、１６は、互いに直列に接続され、直列に接続された両端が平滑コンデンサ１４に並列になるように接続されている。抵抗１５、１６の接続点は、セルユニット６のフレームに接続される。抵抗１５、１６は、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を放電させる。
【００２８】
セルユニット制御部ＣＵＣは、制御装置７からのゲートパルス信号に基づいて、ダイオードコンバータ１２およびインバータ１３を構成するスイッチング素子を制御する信号を生成する。制御装置７からのゲートパルス信号はセルユニット制御部ＣＵＣ経由でダイオードコンバータ１２およびインバータ１３を構成するスイッチング素子に与えられる。
【００２９】
図３は、実施形態の制動制御に係る処理のフローチャートである。
例えば、直流電圧値Vdc_estの初期値を０と定義する。図に示す一連の処理は、所定の間隔で繰り返して実施される。
【００３０】
まず、制動制御部７４は、直流電圧値Vdc_estが閾値Vthを超えているか否かを判定する（ステップＳＡ０２）。なお、直流電圧値Vdc_estは、前回の処理サイクルの中で算出されたものである。
【００３１】
直流電圧値Vdc_estが閾値Vthを超えている場合には、制動制御部７４は、遮断器４を遮断して（ステップＳＡ０４）、今回サイクルの一連の処理を終える。
【００３２】
直流電圧値Vdc_estが閾値Vthを超えていない場合には、制動制御部７４は、遮断器４を遮断することなくインバータ１３を機能させる（ステップＳＡ０６）。
【００３３】
次に、制動制御部７４は、上位装置からのインバータ１３の停止指令を検出したか否かを判定する（ステップＳＡ０８）。上位装置からのインバータ１３の停止指令を検出しなければ、制動制御部７４は、処理をステップＳＡ０２に進める。
【００３４】
上位装置からのインバータ１３の停止指令を検出すると、制動制御部７４は、インバータ１３の出力を停止する（ステップＳＡ１０）。続けて、制動制御部７４は、遮断器４を遮断する（ステップＳＡ１２）。
【００３５】
次に、推定部７３は、次に示す式（１）を用いて直流電圧値Vdc_estを算出する（ステップＳＡ２０）。例えば、直流電圧値Vdc_estは、下記の式（１）で定義される。
【００３６】
【数１】
2020250429.tif 000003
【００３７】
式（１）における各変数は、下記のとおりである。
Vdc0： 直流部の基準電圧
R：    直流部の抵抗値
C：    直流部のキャパシタ
ｔ：   時刻
Ir(t)：       時刻ｔにおいて、電動機３からインバータ１３に流入する回生電流
【００３８】
実施形態のセルユニット６の場合、上記の抵抗値は、抵抗１５と抵抗１６の抵抗値の和になる。上記のキャパシタＣは、平滑コンデンサ１４の容量になる。なお、平滑コンデンサ１４が互いに並列に接続された複数のコンデンサの組み合わせで形成されている場合には、上記のキャパシタＣは、複数のコンデンサの容量の和になる。
【００３９】
上記の式（１）の右辺の第１項は、直流部の基準電圧Vcd0を初期値とし、直流部の抵抗値Ｒと直流部のキャパシタＣとにより規定される時定数ＲＣに従った放電特性を規定する。同第２項は、回生電流Ir(t)によって充電される直流部のキャパシタＣの充電による電圧変化を規定する。上記の第１項と第２項を加算することにより、キャパシタＣに掛かる電圧、つまり平滑コンデンサ１４の端子電圧（直流リンクの直流電圧）が導出される。
【００４０】
平滑コンデンサ１４の端子電圧が直流部の基準電圧Vcd0を下回るように制御できれば直流部に過電圧は生じない。つまり、下記の式（２）を満たすように、回生電流Ir(t)を調整することで、上記の過電圧の発生を抑制できる。
【数２】
2020250429.tif 000004
【００４１】
上記のとおり、式（２）の右辺は、上記の式（１）の右辺と同じである。そこで、制動制御部７４は、式（１）を用いた演算により導かれた直流電圧値Vdc_estが、予め定められた直流部の基準電圧Vdc0を超えているか否かを判定する（ステップＳＡ２２）。この判定は、上記の式（２）の条件を満たしているか否かの判定に相当する。これにより、制動制御部７４は、平滑コンデンサ１４の充電状態を間接的に検出することができる。なお、回生電流Ir(t)の積分の演算は、所定期間のIr(t)の積算値を用いてもよい。例えば、上記の所定期間は、インバータ１３の交流出力の基本周期の自然数倍の範囲にするとよい。
【００４２】
直流電圧値Vdc_estが直流部の基準電圧Vdc0を超えていない場合には、制動制御部７４は、インバータ１３の指令値を上げて、電動機３からの回生電流を増やすように制御する（ステップＳＡ２４）。これにより、制動制御部７４は、過電圧状態になるまで余裕があると推定された直流電圧値Vdcを、基準電圧Vdc0を超えないように高めることと、電動機３側からインバータ１３に、より多くの電流を流すこととができる。なお、上記のインバータ１３の指令値とは、回生量を規定するものであり、上記の指令値を上げることにより回生量が増えるように規定される。
【００４３】
直流電圧値Vdc_estが設定値（閾値）Vdc0を超えている場合には、制動制御部７４は、インバータ１３の指令値を下げて、電動機３からの回生電流を減らすように制御する（ステップＳＡ２６）。これにより、制動制御部７４は、過電圧状態にあると推定された直流電圧値Vdcを下げるように、電動機３側からインバータ１３に流れる電流を減らすことができる。
【００４４】
ＳＡ２４又はＳＡ２６の処理を終えると、制動制御部７４は、電動機３の速度がゼロか否かを判定する（ステップＳＡ２８）。制動制御部７４は、電動機３の速度がゼロでなければ、ステップＳＡ２０からの処理を繰り返す。制動制御部７４は、電動機３の速度がゼロであれば、今回サイクルの一連の処理を終える。なお、上記の電動機３の速度がゼロか否かを判定することに代えて、ゼロ近傍の閾値を用いて電動機３の速度を判定して、閾値で規定される速度より低下した場合の電動機３の速度をゼロとみなすようにしてもよい。
【００４５】
上記の実施形態によれば、電動機３を制動させる際に、推定部７３は、インバータ１３と電動機３の間に流れる負荷電流の検出値（電流値Ｉ）に基づいて、直流電圧値Vdc_estを算出する。制動制御部７４は、電動機３が回生状態になっている期間に、直流電圧値Vdc_estが基準電圧Vdc0を超えないようにインバータ１３を制御する。これにより、電動機３をより速やかに制動させることができる。
【００４６】
制動制御部７４は、上記の制御により、上位装置からのインバータ１３の停止指令を検出して電動機３を制動させるが、その制動中に直流電圧値Vdc_estが基準電圧Vdc0を超えないようにインバータ１３を制御する。これにより、制動制御によって過電圧状態になることを抑制することができる。
【００４７】
制動制御部７４は、電動機３の制動制御に係る所望のタイミングで遮断器４を開放させることにより、交流電源２からダイオードコンバータ１２を経て流入する電力を遮断することができる。これにより、例えば電動機３が回生状態になっている期間に、遮断器４を開放させることで、直流電圧値Vdc_estが基準電圧Vdc0を超えないように制御することができる。
【００４８】
なお、推定部７３は、電動機３が回生状態になっていることを、電流センサＡＭによって検出された電流値Ｉに基づいて検出するとよい。その場合、推定部７３は、電流センサＡＭによって検出された電流値Ｉに基づいて、電動機３から有効電力の流入を検出することで、電動機３からインバータ１３に回生エネルギーの流入を検出することができる。
【００４９】
制動制御部７４は、推定部７３によって算出された直流電圧値Vdc_estに基づいて、直流Vdcの変化を制御してもよい。この場合、制動制御部７４は、直流電圧値Vdc_estが基準電圧Vdc0を超えないようにインバータ１３を制御する。その際に、制動制御部７４は、直流電圧値Vdc_estが直流側の基準電圧Vdc0を超えない範囲で、電動機３からの交流電力がより多くインバータ１３に供給されるようにインバータ１３を制御するとよい。これにより、直流電圧Vdcが過電圧になることを抑制しつつ、電動機３をより速やかに制動させることができる。
【００５０】
上記の実施形態では、直流側の直流電圧Vdcを検出する電圧検出器をセルユニット６ごとに設けることなく、直流電圧値Vdc_estを上記の式（１）に基づいて算出することができるため、電力変換装置１の構成を簡素化できる。例えば、直流電圧値Vdc_estを算出のためのデータを収集するセンサは、少なくとも２個の電流センサＡＭでよい。
【００５１】
（第２の実施形態）
図１と図４を参照して、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、抵抗１５、１６の値が固定値である事例について説明した。本実施形態では、式（１）と式（２）の抵抗値Ｒを、系の状態により調整する事例について説明する。
【００５２】
図４に示すセルユニット６ＶＩは、図２に示したセルユニット６と比べて下記の点が異なる。セルユニット６ＶＩは、抵抗１５Ｐ、１６Ｐと、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓとをさらに備える。
【００５３】
抵抗１５Ｐ、１６Ｐと、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓは、互いに直列に接続される。直列に接続された抵抗１５Ｐ、１６Ｐと、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓの両端は、平滑コンデンサ１４に並列になるように接続されている。例えば、スイッチ１５Ｓ、抵抗１５Ｐ、１６Ｐ、スイッチ１６Ｓの順に直列に接続されている場合、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓの夫々の一端が、直列に接続された抵抗１５Ｐ、１６Ｐと、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓの両端になっている。この場合、抵抗１５Ｐ、１６Ｐの接続点は、抵抗１５、１６の接続点とともにセルユニット６ＶＩのフレームに接続される。
【００５４】
セルユニット制御部ＣＵＣは、制御装置７からのゲートパルス信号に基づいて、ダイオードコンバータ１２およびインバータ１３を構成するスイッチング素子１３Ｓを制御するための信号を生成する。さらに、セルユニット制御部ＣＵＣは、制御装置７からの制御信号に基づいて、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓを制御するための信号を生成する。
【００５５】
なお、制動制御部７４は、遮断器４とインバータ１３の制御に加えて、上記のスイッチ１５Ｓ、１６Ｓを制御する。制動制御部７４は、遮断器４を制御するタイミングに合わせて、上記のスイッチ１５Ｓ、１６Ｓを制御するとよい。例えば、制動制御部７４は、遮断器４を遮断するときに、上記のスイッチ１５Ｓ、１６Ｓを導通させて、遮断器４を導通させるときに、上記のスイッチ１５Ｓ、１６Ｓを遮断させるとよい。
【００５６】
例えば、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓは、平時には制動制御部７４によって遮断状態に制御されていて、抵抗１５Ｐ、１６Ｐがダイオードコンバータ１２の負荷にならない。スイッチ１５Ｓ、１６Ｓは、電動機３の回生状態が検出されたときに制動制御部７４によって導通状態に制御される。これにより、スイッチ１５Ｓ、１６Ｓは、抵抗１５Ｐ、１６Ｐを経て平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷を放電させる。
【００５７】
上記のように制御すると、回生状態のときの放電量が増加する。具体的には、式（１）と式（２）の抵抗値Ｒが、次の式（３）に示すように、抵抗１５、１６の合成抵抗の値Ｒ１と、抵抗１５、１６の合成抵抗の値Ｒ２とを並列接続にした場合の値になる。
R＝R1xR2 / (R1+R2)  ・・・（３）
【００５８】
上記の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することのほか、回生状態になっているときの電力損失量を増大させることができ、平滑コンデンサ１４に蓄積された電荷をより効率よく放電させることができる。
【００５９】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、電力変換装置１は、ダイオードコンバータ１２と、インバータ１３と、平滑コンデンサ１４と、抵抗１５、１６と、電流センサＡＭと、推定部７３と、制動制御部７４とを備える。ダイオードコンバータ１２は、交流電源２からの交流を整流する。インバータ１３は、直流側がダイオードコンバータ１２の直流出力に接続され、交流側が負荷Ｌに接続され、直流側の直流電力を交流電力に変換するスイッチング素子１３Ｓとスイッチング素子１３Ｓに逆並列に接続される逆接続ダイオード１３Ｄとを備える。平滑コンデンサ１４は、ダイオードコンバータ１２の直流出力に設けられる。抵抗１５、１６は、平滑コンデンサ１４に並列に接続される。電流センサＡＭは、インバータ１３と電動機３の間に流れる負荷電流を検出する。推定部７３は、電流センサＡＭによって検出された電流値Ｉに基づいて、直流電圧値Vdc_estを算出する。制動制御部７４は、電動機３が回生状態になっている期間に、直流電圧値Vdc_estが基準電圧Vdc0を超えないようにインバータ１３を制御する。これにより、電力変換装置１は、電動機３をより速やかに制動させることができる。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６１】
１…電力変換装置、２…交流電源、３…電動機、４…遮断器、５…入力変圧器、６…セルユニット、６ｓ…複数のセルユニット、７…制御装置、１２…ダイオードコンバータ、１３…インバータ、１３Ｓ…スイッチング素子、１３Ｄ…逆接続ダイオード、１４…平滑コンデンサ、１５、１５Ｐ、１６、１６Ｐ…抵抗、１５Ｓ、１６Ｓ…スイッチ、ＣＵＣ…セルユニット制御部、７１…記憶部、７２…稼働制御部、７３…推定部、７４…制動制御部、ＡＭ、ＡＭ１、ＡＭ２…電流センサ
【図１】
2020250429.tif 000005
【図２】
2020250429.tif 000006
【図３】
2020250429.tif 000007
【図４】
2020250429.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月26日(2020.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの交流を整流するダイオードコンバータと、
直流側が前記ダイオードコンバータの直流出力に接続され、交流側が電動機に接続され、前記直流側の直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備えるインバータと、
前記ダイオードコンバータの直流出力に設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続される抵抗と、
前記インバータと前記電動機の間に流れる負荷電流を検出する電流センサと、
前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値を算出する推定部と、
前記電動機が回生状態になっている期間に、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値が所定の基準電圧を超えないように前記インバータを制御する制御部と
を備え、
前記推定部は、
少なくとも前記直流側の基準電圧と、前記電流センサによって検出された前記電動機から前記インバータに流れる電流の電流値Ｉと、前記平滑コンデンサの容量Ｃとに基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値を前記算出し、
前記制御部は、
前記算出された前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値に基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの変化を制御する、
電力変換装置。
【請求項２】
前記電源から前記ダイオードコンバータに供給される電力を、前記制御部の制御に基づいて遮断する遮断器
を備え、
前記制御部は、
前記電動機の制動制御に係る所望のタイミングで前記遮断器を開放させる、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記推定部は、
前記電流センサによって検出された電流値Ｉに基づいて前記電動機から前記インバータに回生エネルギーの流入を検出し、
前記制御部は、
前記回生エネルギーの流入が検出されると前記遮断器を開放させる、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記推定部は、
前記直流側の基準電圧と、前記電流センサによって検出された前記電動機から前記インバータに流れる電流の電流値Ｉと、前記平滑コンデンサの容量Ｃと、前記平滑コンデンサの容量Ｃと前記抵抗の抵抗値Ｒとに基づいて規定される時定数ＲＣとに基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値を前記算出し、
前記制御部は、
前記算出された前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値に基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの変化を制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値が前記直流側の基準電圧を超えない範囲で、前記電動機からの交流電力がより多く前記インバータに供給されるように前記インバータを制御する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電源からの交流を整流するダイオードコンバータと、
直流側が前記ダイオードコンバータの直流出力に接続され、交流側が電動機に接続され、前記直流側の直流電力を交流電力に変換する半導体スイッチング素子と前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される逆接続ダイオードとを備えるインバータと、
前記ダイオードコンバータの直流出力に設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに並列に接続される抵抗と、
前記インバータと前記電動機の間に流れる負荷電流を検出する電流センサと、
を備える電力変換装置による電動機制御方法であって、
少なくとも前記直流側の基準電圧と、前記電流センサによって検出された前記電動機から前記インバータに流れる電流の電流値Ｉと、前記平滑コンデンサの容量Ｃとに基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値を算出するステップと、
前記算出された前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値に基づいて、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの変化を制御することにより、前記電動機が回生状態になっている期間に、前記直流側の直流電圧Ｖｄｃの推定値が所定の基準電圧を超えないように前記インバータを制御するステップと
を含む電動機制動方法。
【国際調査報告】
2020250429.tif 000009
2020250429.tif 000010
2020250429.tif 000011
2020250429.tif 000012