JP2007252048A - Power controller - Google Patents

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忠幸 北原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power controller in which the rated capacity of an inverter can be reduced while improving power factor. <P>SOLUTION: In the power controller, a full-bridge circuit consisting of four self-arc-distinguishing elements S1, S4, S2 and S3 is connected in series with a single-phase snubber energy regeneration current switch 5 connected with an energy storage capacitor SC between a three-phase inverter 3 for converting DC power into AC power and a three-phase induction motor 2 which cannot control the field current. A current switch control circuit 6 for applying an on/off timing signal to each element S1-S3 and S2-S4 is provided for each phase. The control circuit 6 comprises a circuit 61 for operating a phase shift amount command corresponding to a phase shift amount obtained from the frequency command of an inverter control circuit 4, and a circuit 62 for shifting the phase such that three output phases become substantially 90° in case of long operation time frequency of the inverter 3 by receiving the phase shift amount command from the operating circuit 61 and four phase commands. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、スナバエネルギ回生電流スイッチ(磁気エネルギ回生スイッチ:Magnetic Energy Recovery Switch 以下MERSと称する)を用いたインバータ駆動交流電動機の電力制御装置に関する。   The present invention relates to a power control device for an inverter-driven AC motor using a snubber energy regenerative current switch (magnetic energy regenerative switch: hereinafter referred to as MERS).

従来、商用電源と誘導電動機との間に、公知のMERS(特許文献1及び非特許文献1を参照)を挿入することで、始動時の力率を改善し、始動トルクを大幅に向上できるということが非特許文献1に報告されている。   Conventionally, by inserting a known MERS (see Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1) between a commercial power source and an induction motor, the power factor at the time of starting can be improved and the starting torque can be greatly improved. Is reported in Non-Patent Document 1.

産業分野においては、主に省エネの観点からインバータ駆動による誘導電動機ドライブシステムが多く用いられている。  In the industrial field, an induction motor drive system driven by an inverter is mainly used mainly from the viewpoint of energy saving.

誘導電動機は、堅牢・保守が容易であるという特徴を有する一方、励磁電流を電源側から供給しなければならないことから、力率を1にすることはできず、インバータ定格を電動機定格に対して大きくする必要がある。
特許第3634982号 高久拓・磯部高範・鳴島じゅん・筒井広明・嶋田隆一:「磁気エネルギーを蓄積回生する電流スイッチによる力率改善」,電学論D,vol.125No.4pp.372-377(2005) 高久拓・磯部高範・嶋田隆一:「磁気エネルギー回生双方向電流スイッチを用いた誘導電動機の始動トルクの向上」平15電気学会全大,4-073(2003) 特開2005-57980号公報
Induction motors have the characteristics of being robust and easy to maintain, but the excitation current must be supplied from the power supply side, so the power factor cannot be set to 1, and the inverter rating is set to the motor rating. It needs to be bigger.
Japanese Patent No. 3634982 Taku Takahisa, Takanori Isobe, Jun Naruto, Hiroaki Tsutsui, Ryuichi Shimada: "Power Factor Improvement by Current Switch that Accumulates and Regenerates Magnetic Energy", Electrical Engineering D, vol.125 No.4pp.372-377 (2005) Takuhisa Takahisa, Takanori Isobe, Ryuichi Shimada: “Improvement of starting torque of induction motor using magnetic energy regenerative bidirectional current switch”, Heisei 15 Electrical Society of Japan, 4-073 (2003) Japanese Patent Laid-Open No. 2005-57980

産業分野においては、主に省エネの観点からインバータ駆動による誘導電動機ドライブシステムが多く用いられている。誘導電動機は、堅牢・保守が容易であるという特徴を有している一方、励磁電流を電源側から供給しなければならないため、力率を1にすることができず、インバータ定格を電動機の定格に対して大きくする必要がある。   In the industrial field, an induction motor drive system driven by an inverter is mainly used mainly from the viewpoint of energy saving. Induction motors have the characteristics of being robust and easy to maintain. However, since the excitation current must be supplied from the power supply side, the power factor cannot be set to 1, and the inverter rating is the motor rating. It needs to be larger than

このため、特に大容量のドライブシステムにおいては、界磁巻線付の同期電動機を用いることによって、力率1の運転を実現し、インバータの容量低減を図ることが行われている(非特許文献2及び特許文献2を参照)。   For this reason, particularly in a large-capacity drive system, by using a synchronous motor with a field winding, an operation with a power factor of 1 is realized and the capacity of the inverter is reduced (non-patent document). 2 and Patent Document 2).

本発明では交流電動機のドライブシステムにMERSを適用することによって、力率を改善でき、インバータの定格容量を低減できるインバータ駆動交流電動機の電力制御装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a power control device for an inverter-driven AC motor that can improve the power factor and reduce the rated capacity of the inverter by applying MERS to the drive system of the AC motor.

請求項1に対応する発明は、
「周波数指令と、位相指令と、電圧振幅指令とに基づき、前記インバータの各半導体デバイスに対して、これらをオン・オフさせるためのゲート制御信号を与えるインバータ制御回路と、前記インバータと前記交流電動機の間に直列に接続され、複数の自己消弧素子とエネルギ蓄積コンデンサからなり、前記各自己消弧素子を前記インバータの電源周期に同期してスイッチングさせることにより前記交流電動機に流れる電流の位相を制御可能なスナバエネルギ回生電流スイッチと、前記インバータの出力電圧位相に合わせて前記スナバエネルギ回生電流スイッチの各自己消弧素子をオン・オフさせるためのタイミングを与えると共に、前記交流電動機の電流のオン・オフを半周期に少なくとも1回行うことで、前記交流電動機の電流のオフ時のスナバエネルギを、前記スナバエネルギ回生電流スイッチの蓄積コンデンサに蓄積可能にする電流スイッチ制御回路とを具備した電力制御装置。」である。
The invention corresponding to claim 1
“Inverter control circuit for providing a gate control signal for turning on / off each semiconductor device of the inverter based on a frequency command, a phase command, and a voltage amplitude command, the inverter and the AC motor Are connected in series, and are composed of a plurality of self-extinguishing elements and energy storage capacitors, and each self-extinguishing element is switched in synchronization with the power cycle of the inverter to change the phase of the current flowing through the AC motor. A controllable snubber energy regenerative current switch and a timing for turning on / off each self-extinguishing element of the snubber energy regenerative current switch in accordance with the output voltage phase of the inverter, and turning on the current of the AC motor -When the current of the AC motor is turned off by turning it off at least once in a half cycle The snubber energy, the power control apparatus comprises a current switch control circuit that can be accumulated in the snubber energy recovery current switch storage capacitors. "A.

請求項4に対応する発明は、
「複数の半導体デバイスからなり、該各半導体デバイスをオン・オフさせることにより直流電力を交流電力に変換可能であって、この変換される交流電力を、界磁電流の制御ができない交流電動機に供給するインバータと、周波数指令と、位相指令と、電圧振幅指令とに基づき、前記インバータの各半導体デバイスに対して、これらをオン・オフさせるためのゲート制御信号を与えるインバータ制御回路と、前記インバータと前記交流電動機の間に直列に接続され、複数の自己消弧素子とエネルギ蓄積コンデンサからなり、前記各自己消弧素子を前記インバータの電源周期に同期してスイッチングさせることにより前記交流電動機に流れる電流の位相を制御可能なスナバエネルギ回生電流スイッチと、前記インバータの出力周波数のうち、前記インバータの運用時間の長い周波数のとき前記インバータの出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせたゲート信号を前記スナバエネルギ回生電流スイッチの各自己消弧素子に与えて該各自己消弧素子をオン・オフさせるための制御信号を与える電流スイッチ制御回路とを具備したことを特徴とする電力制御装置。
The invention corresponding to claim 4
“Consisting of a plurality of semiconductor devices, DC power can be converted into AC power by turning each semiconductor device on and off, and this converted AC power is supplied to an AC motor that cannot control the field current. An inverter control circuit for providing a gate control signal for turning on / off each semiconductor device based on the inverter, the frequency command, the phase command, and the voltage amplitude command, and the inverter A current that is connected in series between the AC motors and includes a plurality of self-extinguishing elements and energy storage capacitors, and flows through the AC motor by switching the self-extinguishing elements in synchronization with a power cycle of the inverter. Of the output frequency of the inverter and the snubber energy regenerative current switch capable of controlling the phase of the inverter Each self-extinguishing element of the snubber energy regenerative current switch is supplied with a gate signal whose phase is shifted so that the output phase of the inverter becomes approximately 90 ° when the inverter has a long operating time. A power control device comprising: a current switch control circuit that provides a control signal for turning on and off the element.

」である。 Is.

本発明は、MERSを交流電動機ドライブシステムのインバータと交流電動機の間に直列に接続することにより、インバータの力率の改善だけでなく、インバータ電流制御の安定化にも効果がある電力制御装置を提供できる。   The present invention provides a power control device that not only improves the power factor of the inverter but also stabilizes the inverter current control by connecting MERS in series between the inverter of the AC motor drive system and the AC motor. Can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、始めに本発明の重要な構成である、MERS5について説明する。MERS5は、図1に示すように直流電源1で得られる直流電力を交流電力に変換するインバータ3と、界磁電流の制御ができない交流電動機例えば三相誘導電動機2との間に直列に挿入され、2個の自己消弧素子(以下単に素子と称する)S1、S4からなるハーフブリッジと、2個の自己消弧素子S2、S3からなるハーフブリッジとを接続したフルブリッジ回路に、エネルギ蓄積コンデンサSCを接続したものであって、各素子S1−S3と、S2−S4に対してオン・オフさせるためのタイミング信号を電流スイッチ制御回路6とからなるものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, MERS5 which is an important configuration of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, MERS 5 is inserted in series between inverter 3 that converts DC power obtained by DC power source 1 into AC power and AC motor that cannot control field current, for example, three-phase induction motor 2. An energy storage capacitor is connected to a full bridge circuit in which a half bridge composed of two self-extinguishing elements (hereinafter simply referred to as elements) S1 and S4 and a half bridge composed of two self-extinguishing elements S2 and S3 are connected. The SC is connected to each element S1-S3 and the current switch control circuit 6 is a timing signal for turning on / off the S2-S4.

電流スイッチ制御回路6は、以下に述べるいずれか一つの機能を有している。すなわち、電流スイッチ制御回路6の第1は、インバータ3の出力電圧位相に合わせてMERS5の各素子をオン・オフさせるためのタイミングを与えると共に、誘導電動機2の電流のオン・オフを半周期に少なくとも1回行うことで、誘導電動機2の電流のオフ時のスナバエネルギを、MERS5の蓄積コンデンサSCに蓄積可能にするものである。   The current switch control circuit 6 has any one function described below. That is, the first of the current switch control circuit 6 gives timing for turning on / off each element of the MERS 5 in accordance with the output voltage phase of the inverter 3 and makes the current of the induction motor 2 on / off in a half cycle. By performing it at least once, the snubber energy when the current of the induction motor 2 is turned off can be stored in the storage capacitor SC of the MERS 5.

電流スイッチ制御回路6の第2は、インバータ3の運用時間の長い周波数のとき、MERS5の蓄積コンデンサSCのリアクタンス値が、誘導電動機2の漏れリアクタンス値よりも大きくなるようにするものである。   The second of the current switch control circuit 6 is to make the reactance value of the storage capacitor SC of the MERS 5 larger than the leakage reactance value of the induction motor 2 when the frequency of the operation time of the inverter 3 is long.

電流スイッチ制御回路6の第3は、MERS5のオン・オフするタイミングが、インバータ3の出力周波数に比例して制御され、インバータ3の運用時間の長い周波数のとき、位相が90°となるようにするものである。このように構成することにより、蓄積コンデンサSCのリアクタンスと誘導電動機2に相当するインダクタンスが等しくなるので、経済的になる。   The third of the current switch control circuit 6 is such that the timing at which the MERS 5 is turned on / off is controlled in proportion to the output frequency of the inverter 3 so that the phase is 90 ° when the inverter 3 has a long operating time. To do. With this configuration, the reactance of the storage capacitor SC and the inductance corresponding to the induction motor 2 become equal, which is economical.

電流スイッチ制御回路6の第4は、インバータ3の出力周波数のうち、インバータ3の運用時間の長い周波数のときインバータ3の出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせたゲート信号をMERS5の各素子に与えて該各素子をオン・オフさせるための制御信号を与えるものである。   The fourth of the current switch control circuit 6 uses a gate signal MERS5 whose phase is shifted so that the output phase of the inverter 3 becomes approximately 90 ° when the inverter 3 has a long operation time among the output frequencies of the inverter 3. And a control signal for turning on and off each element.

電流スイッチ制御回路6の第5は、インバータ制御回路4の周波数指令から位相シフト量に対応する位相シフト量指令を演算する位相シフト量演算回路61と、位相シフト量演算回路61からの位相シフト量指令とインバータ制御回路4の位相指令とを入力し、インバータ3の運用時間の長い周波数のときインバータ3の出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせる位相シフト回路62を含むものである。
電流スイッチ制御回路の第6は、図1とは異なりインバータ3のフィードバック出力電流及び出力電圧から求められる位相シフト量に対応する位相シフト量指令を演算する位相シフト量演算回路(図示せず)と、該位相シフト量演算回路からの位相シフト量指令とインバータ制御回路4の位相指令とを入力し、インバータ3の運用時間の長い周波数のときインバータ3の出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせる位相シフト回路(図示せず)を含むものである。
The fifth of the current switch control circuit 6 includes a phase shift amount calculation circuit 61 that calculates a phase shift amount command corresponding to the phase shift amount from the frequency command of the inverter control circuit 4, and a phase shift amount from the phase shift amount calculation circuit 61. This includes a phase shift circuit 62 that receives the command and the phase command of the inverter control circuit 4 and shifts the phase so that the output phase of the inverter 3 becomes approximately 90 ° when the frequency of the operation time of the inverter 3 is long.
A sixth current switch control circuit differs from FIG. 1 in that a phase shift amount calculation circuit (not shown) for calculating a phase shift amount command corresponding to the phase shift amount obtained from the feedback output current and output voltage of the inverter 3 is provided. The phase shift amount command from the phase shift amount calculation circuit and the phase command of the inverter control circuit 4 are input, and the phase of the inverter 3 so that the output phase of the inverter 3 becomes approximately 90 ° when the frequency of the operation time of the inverter 3 is long. Includes a phase shift circuit (not shown).

電流スイッチ制御回路6の一例は、図1及び図2に示すように、インバータ制御回路4の周波数指令[図2(a)]から位相シフト量に対応する位相シフト量指令[図2(g)]を演算する位相シフト量演算回路61と、位相シフト量演算回路61からの位相シフト量指令とインバータ制御回路4の位相指令[図2(b)]とを入力し、インバータ3の運用時間の長い周波数のときインバータ3の出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせるMERS基準位相指令[図2(h)]を出力する位相シフト回路62と、該MERS基準位相指令を取り込み電流スイッチ制御信号を出力するMERSパルス発生回路63と、該電流スイッチ制御信号を入力してMERSゲートパルス[図2(i)]、[図2(j)]を発生するゲートドライバ64からなっている。
以上述べたMERS5の動作原理は、各素子S1〜S4のスイッチングによりエネルギ蓄積コンデンサSCと、誘導電動機2として直列に接続されるインダクタンスとの間で電源周波数による強制的な直列共振を起こさせるものである。MERS5を使用することにより結果として、インバータ3から誘導電動機2までのリアクタンス分が減少し、力率が改善される。
As shown in FIGS. 1 and 2, an example of the current switch control circuit 6 includes a phase shift amount command [FIG. 2 (g) corresponding to the phase shift amount from the frequency command [FIG. 2 (a)] of the inverter control circuit 4. ], A phase shift amount command from the phase shift amount calculation circuit 61 and a phase command [FIG. 2 (b)] of the inverter control circuit 4 are input, and the operation time of the inverter 3 is calculated. A phase shift circuit 62 that outputs a MERS reference phase command [FIG. 2 (h)] that shifts the phase so that the output phase of the inverter 3 becomes approximately 90 ° at a long frequency, and a current switch that takes in the MERS reference phase command. It comprises a MERS pulse generation circuit 63 that outputs a control signal and a gate driver 64 that inputs the current switch control signal and generates MERS gate pulses [FIG. 2 (i)] and [FIG. 2 (j)].
The operation principle of MERS5 described above is to cause forced series resonance by the power supply frequency between the energy storage capacitor SC and the inductance connected in series as the induction motor 2 by switching of each element S1 to S4. is there. As a result, the reactance from the inverter 3 to the induction motor 2 is reduced by using the MERS 5, and the power factor is improved.

図3及び図4は、それぞれMERS5の「無」、「有」の場合のインバータ3の出力電圧(基本波成分)波形及びインバータ3の出力電流波形を示す図である。この図は、いずれもU相の例である。図3に示すように、MERS5が「無」の場合、つまり従来例の場合には、図3(a)のインバータ出力電圧に対して、図3(b)のインバータ出力電流の位相が遅れ、この分だけ力率が低下する。これに対して、MERS5の「有」の場合、つまり本実施形態の場合には、図4(a)のインバータ出力電圧は、図3(a)のインバータ出力電圧に比べて振幅小さくなり、図4(b)のインバータ出力電流は図4(a)のインバータ出力電圧と同位相となり、力率が1となる。この理由は、MERS5に有する蓄積コンデンサSCのため、図4(a)のインバータ出力電圧波形は、図3(a)のインバータ出力電圧波形に比べて90°ずれると共に、図4(d)に示すモータ電圧は、図4(c)に示す蓄積コンデンサSCの電圧波形分だけ振幅が大きくなる。この場合、モータ(電動機)2から見ると、自分の電圧と電流は何等変わっていない。   3 and 4 are diagrams showing the output voltage (fundamental wave component) waveform of the inverter 3 and the output current waveform of the inverter 3 when the MERS 5 is “none” and “present”, respectively. This figure is an example of the U phase. As shown in FIG. 3, when MERS5 is “none”, that is, in the case of the conventional example, the phase of the inverter output current in FIG. 3B is delayed with respect to the inverter output voltage in FIG. The power factor decreases by this amount. On the other hand, when MERS5 is “present”, that is, in the case of this embodiment, the inverter output voltage in FIG. 4A has a smaller amplitude than the inverter output voltage in FIG. The inverter output current of 4 (b) is in phase with the inverter output voltage of FIG. 4 (a), and the power factor is 1. This is because the storage capacitor SC included in the MERS 5 causes the inverter output voltage waveform in FIG. 4 (a) to be shifted by 90 ° from the inverter output voltage waveform in FIG. 3 (a) and is shown in FIG. 4 (d). The motor voltage increases in amplitude by the voltage waveform of the storage capacitor SC shown in FIG. In this case, when viewed from the motor (electric motor) 2, the voltage and current are not changed at all.

なお、図1の実施形態は、以下に述べる公知のインバータ3及びインバータ制御回路4を備えている。すなわち、インバータ3は複数例えば6個の半導体デバイスSu、Sv、Sw、Sx、Sy、Szをフルブリッジ接続した三相ブリッジ回路と、ブリッジ回路に並列に接続したコンデンサCからなる三相インバータ3を備え、後述するインバータ制御回路4により該各半導体デバイスをオン・オフさせることにより直流電力を交流電力に変換可能である。   1 includes a known inverter 3 and an inverter control circuit 4 described below. That is, the inverter 3 includes a three-phase inverter 3 including a three-phase bridge circuit in which a plurality of, for example, six semiconductor devices Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz are connected in a full bridge and a capacitor C connected in parallel to the bridge circuit. The DC power can be converted into AC power by turning on and off each semiconductor device by an inverter control circuit 4 described later.

インバータ制御回路4は、周波数指令と、位相指令と、電圧振幅指令とに基づき、インバータ3の各半導体デバイスに対して、これらをオン・オフさせるためのゲート制御信号を与えるものである。   The inverter control circuit 4 gives a gate control signal for turning on / off each semiconductor device of the inverter 3 based on the frequency command, the phase command, and the voltage amplitude command.

インバータ制御回路4は、具体的には周波数指令[図2(a)]を積分して位相指令[図2(b)]を得る積分回路41と、該位相指令及び電圧振幅指令[図2(c)]を入力して3相電圧指令[図2(d)]を発生する電圧指令発生回路42と、該3相電圧指令及びキャリア信号[図2(e)]を入力してゲート制御信号を出力するPWM回路43と、該ゲート制御信号を入力してインバータゲートパルス[図2(f)]を発生するゲートドライバ44からなっている。
ここで、本発明の実施形態におけるシュミュレーションの検討結果について、説明する。
Specifically, the inverter control circuit 4 integrates the frequency command [FIG. 2 (a)] to obtain the phase command [FIG. 2 (b)], the phase command and the voltage amplitude command [FIG. c)] to generate a three-phase voltage command [FIG. 2 (d)], and the three-phase voltage command and carrier signal [FIG. 2 (e)] to input a gate control signal. And a gate driver 44 that receives the gate control signal and generates an inverter gate pulse [FIG. 2 (f)].
Here, the result of examination of simulation in the embodiment of the present invention will be described.

<シミュレーションモデル>
シミュレーションモデルは、図1に示すように、インバータ3と誘導電動機2との間に、三相分のMERS5、5、5を挿入した計算機シミュレーションモデルにより検討を行った。インバータ3は大容量システムを想定し3レベルPWM(パルス幅変調)インバータとし、誘導電動機2は定格6800KW−3300V−53Hzのモデルを用いた。定格時のモータ力率は、0.93となっていた。各相のMERS5にはそれぞれ各相の電流に対して90°だけ位相の進んだゲート信号を与えている。誘導電動機2のモデルの漏れリアクタンス0.22PUと等しくなるようにMERS5の蓄積コンデンサSUの値を選んだ結果、MERS5の定格容量は3相分合計で電動機定格の約25%となった。
<Simulation model>
As shown in FIG. 1, the simulation model was examined by a computer simulation model in which MERS 5, 5, and 5 for three phases were inserted between the inverter 3 and the induction motor 2. The inverter 3 is a three-level PWM (pulse width modulation) inverter assuming a large capacity system, and the induction motor 2 uses a model with a rating of 6800 KW-3300 V-53 Hz. The motor power factor at the time of rating was 0.93. The MERS 5 of each phase is given a gate signal whose phase is advanced by 90 ° with respect to the current of each phase. As a result of selecting the value of the storage capacitor SU of MERS5 so as to be equal to the leakage reactance 0.22PU of the induction motor 2 model, the rated capacity of MERS5 was about 25% of the motor rating in total for the three phases.

<定常特性>
定常特性は、MERS5によるインバータ3の力率改善効果を定格運転時のシミュレーションにより確認した。図5(a)はMERS5が無い場合のインバータ出力相電圧波形図・電流波形図であり、図6(a)はMERS5がある場合のインバータ出力相電圧波形図・電流波形図である。インバータの出力相電圧波形は3レベルのPWM波形となる。
<Stationary characteristics>
As for the steady characteristics, the power factor improvement effect of the inverter 3 by MERS5 was confirmed by simulation during rated operation. FIG. 5A is an inverter output phase voltage waveform diagram / current waveform diagram without MERS5, and FIG. 6A is an inverter output phase voltage waveform diagram / current waveform diagram with MERS5 present. The output phase voltage waveform of the inverter is a three-level PWM waveform.

なお、キャリア周波数は500Hzである。電圧・電流波形よりインバータ力率を求めると、MERS5が無い場合には図5(b)に示すようにインバータ力率が電動機力率0.93と同じになっているのに対して、MERS5を追加したことにより、図6(b)に示すようにインバータ力率が0.99にまで改善されていることが確認できた。また、図5及び図6の電流波形図を比較すると、MERS5を追加したことによる波形の悪化は特に見られないことが分かる。   The carrier frequency is 500 Hz. When the inverter power factor is obtained from the voltage / current waveform, when there is no MERS5, the inverter power factor is the same as the motor power factor 0.93 as shown in FIG. As a result of the addition, it was confirmed that the inverter power factor was improved to 0.99 as shown in FIG. Moreover, when the current waveform diagrams of FIGS. 5 and 6 are compared, it can be seen that there is no particular deterioration in the waveform due to the addition of MERS5.

〈過度特性〉
定格速度運転時にインバータ3のトルク電流指令を100%→150%→100%とステップ状に変化させた場合のトルク電流及び励磁電流の応答波形をMERSの有無により比較した結果を、図7及び図8に示す。トルク電流及び励磁電流の制御は、2軸回転座標上における個別電流制御で行っている。2軸電流制御間の非干渉制御は特に行っていない。図7より、MERS5が無い場合にはトルク電流と励磁電流との間に2軸電流制御間の干渉が発生している様子が分かる。
<Excessive properties>
FIG. 7 and FIG. 7 show the comparison results of the response waveforms of torque current and excitation current when the torque current command of the inverter 3 is changed stepwise from 100% → 150% → 100% during rated speed operation depending on the presence or absence of MERS. It is shown in FIG. The torque current and the excitation current are controlled by individual current control on the biaxial rotation coordinates. Non-interference control between the two-axis current control is not particularly performed. From FIG. 7, it can be seen that there is interference between the two-axis current control between the torque current and the excitation current in the absence of MERS5.

一方、図8よりMERS5が有る場合には2軸電流制御間の干渉が小さく抑えられていることが分かる。このことから、MERS5には負荷変動時にインバータ電流制御系の安定性が向上する効果もあることが確認できた。この効果は、MERS5の基本的な動作原理である、有効電流が流れると自動的に無効電流を補償しようとする作用そのものに他ならない。   On the other hand, it can be seen from FIG. 8 that when the MERS 5 is present, the interference between the two-axis current controls is suppressed to be small. From this, it was confirmed that MERS5 also has the effect of improving the stability of the inverter current control system when the load fluctuates. This effect is nothing other than the basic operation principle of MERS5, which is an operation itself that automatically compensates for a reactive current when an effective current flows.

以上述べたことから、MERS5を、例えば大容量誘導電動機ドライブシステムに適用することにより、インバータ力率の改善だけでなく、インバータ3の電流制御の安定化にも効果があることが確認できた。また、大容量ファン・ポンプドライブ等に適用する場合に、同期電動機ドライブシステムに対するインバータの定格で不利になるという点が捕らえるものとして期待できる。   From the above, it has been confirmed that by applying MERS5 to, for example, a large-capacity induction motor drive system, there is an effect not only in improving the inverter power factor but also in stabilizing the current control of the inverter 3. In addition, when applied to a large capacity fan / pump drive, etc., it can be expected that the inverter rating for the synchronous motor drive system is disadvantageous.

<変形例>
前述の実施形態では、交流電動機として三相誘導電動機を例にあげたが、これに限らず界磁電流が制御できない単相、三相の交流電動機なら何でも良い。
<Modification>
In the above-described embodiment, a three-phase induction motor is taken as an example of the AC motor. However, the present invention is not limited to this, and any single-phase or three-phase AC motor that cannot control the field current may be used.

本発明の電力制御装置の実施形態を説明するための概略構成図。The schematic block diagram for demonstrating embodiment of the power control apparatus of this invention. 図1のインバータ制御回路及び電流スイッチ制御回路の動作を説明するためのタイムチャート。The time chart for demonstrating operation | movement of the inverter control circuit and current switch control circuit of FIG. 図1の作用効果を説明するためのものであって、MERSが無い場合のインバータの出力電圧及び出力電流の波形図。FIG. 2 is a waveform diagram of an output voltage and an output current of an inverter for explaining the operation effect of FIG. 1 and without MERS. 図1の作用効果を説明するためのものであって、MERSが有る場合のインバータの出力電圧波形図及び出力電流波形図、並びにMERSの蓄積コンデンサの電圧波形図、モータ電圧波形図。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation and effect of FIG. 1, and shows an output voltage waveform diagram and an output current waveform diagram of an inverter when there is MERS, a voltage waveform diagram of a storage capacitor of MERS, and a motor voltage waveform diagram. 図1の作用効果を説明するためのものであって、MERSが無い場合のインバータの出力電圧波形図及び力率参照波形図。It is for demonstrating the effect of FIG. 1, Comprising: The output voltage waveform figure and power factor reference waveform figure of an inverter when there is no MERS. 図1の作用効果を説明するためのものであって、MERSが有る場合のインバータの出力電圧波形図及び力率参照波形図。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation and effect of FIG. 1, and is an output voltage waveform diagram and a power factor reference waveform diagram of an inverter when MERS is present. 図1の作用効果を説明するためのものであって、MERSが無い場合のインバータの出力電流における有効分電流及び無効分電流波形図。FIG. 2 is a waveform diagram of an effective component current and a reactive component current in an output current of an inverter when there is no MERS, for explaining the operation effect of FIG. 1. 図1の作用効果を説明するためのものであって、MERSが有る場合のインバータの出力電流における有効分電流及び無効分電流波形図。FIG. 2 is an effective current and reactive current waveform diagram for the output current of the inverter when the MERS is provided for explaining the operational effect of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…直流電源、2…三相誘導電動機、3…三相インバータ、4…インバータ制御回路、41…積分回路、42…電圧指令発生回路、43…PWM回路、44…ゲートドライバ、5…単相スナバエネルギ回生電流スイッチ(MERS)、6…電流スイッチ制御回路 、61…位相シフト量演算回路、62…位相シフト回路、63…MERSパルス発生回路、64…ゲートドライバ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply, 2 ... Three-phase induction motor, 3 ... Three-phase inverter, 4 ... Inverter control circuit, 41 ... Integration circuit, 42 ... Voltage command generation circuit, 43 ... PWM circuit, 44 ... Gate driver, 5 ... Single phase Snubber energy regenerative current switch (MERS), 6 ... current switch control circuit, 61 ... phase shift amount calculation circuit, 62 ... phase shift circuit, 63 ... MERS pulse generation circuit, 64 ... gate driver.

Claims (6)

複数の半導体デバイスからなり、該各半導体デバイスをオン・オフさせることにより直流電力を交流電力に変換可能であって、この変換される交流電力を、界磁電流の制御ができない交流電動機に供給するインバータと、
周波数指令と、位相指令と、電圧振幅指令とに基づき、前記インバータの各半導体デバイスに対して、これらをオン・オフさせるためのゲート制御信号を与えるインバータ制御回路と、
前記インバータと前記交流電動機の間に直列に接続され、複数の自己消弧素子とエネルギ蓄積コンデンサからなり、前記各自己消弧素子を前記インバータの電源周期に同期してスイッチングさせることにより前記交流電動機に流れる電流の位相を制御可能なスナバエネルギ回生電流スイッチと、
前記インバータの出力電圧位相に合わせて前記スナバエネルギ回生電流スイッチの各自己消弧素子をオン・オフさせるためのタイミングを与えると共に、前記交流電動機の電流のオン・オフを半周期に少なくとも1回行うことで、前記交流電動機の電流のオフ時のスナバエネルギを、前記スナバエネルギ回生電流スイッチの蓄積コンデンサに蓄積可能にする電流スイッチ制御回路と、
を具備したことを特徴とする電力制御装置。
It is composed of a plurality of semiconductor devices, and DC power can be converted into AC power by turning each semiconductor device on and off, and this converted AC power is supplied to an AC motor that cannot control the field current. An inverter;
An inverter control circuit for providing a gate control signal for turning on and off each semiconductor device of the inverter based on a frequency command, a phase command, and a voltage amplitude command;
The AC motor is connected in series between the inverter and the AC motor, and includes a plurality of self-extinguishing elements and an energy storage capacitor, and the self-extinguishing elements are switched in synchronization with a power cycle of the inverter. A snubber energy regenerative current switch capable of controlling the phase of the current flowing through
A timing for turning on / off each self-extinguishing element of the snubber energy regenerative current switch in accordance with the output voltage phase of the inverter is provided, and the current of the AC motor is turned on / off at least once in a half cycle. Thus, a snubber energy when the current of the AC motor is turned off can be stored in a storage capacitor of the snubber energy regenerative current switch, and a current switch control circuit,
A power control apparatus comprising:
前記電流スイッチ制御回路は、前記インバータの運用時間の長い周波数のとき、前記スナバエネルギ回生電流スイッチの蓄積コンデンサのリアクタンス値が、前記交流電動機の漏れリアクタンス値よりも大きくなるようにすることを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。   The current switch control circuit is configured so that a reactance value of a storage capacitor of the snubber energy regenerative current switch is larger than a leakage reactance value of the AC motor when the inverter has a long operating time frequency. The power control apparatus according to claim 1. 前記電流スイッチ制御回路は、前記スナバエネルギ回生電流スイッチのオン・オフするタイミングが、前記インバータの出力周波数に比例して制御され、前記インバータの運用時間の長い周波数のとき、位相が90°となるようにすることを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。   In the current switch control circuit, the timing at which the snubber energy regenerative current switch is turned on / off is controlled in proportion to the output frequency of the inverter, and the phase is 90 ° when the inverter has a long operating time. The power control apparatus according to claim 1, wherein: 複数の半導体デバイスからなり、該各半導体デバイスをオン・オフさせることにより直流電力を交流電力に変換可能であって、この変換される交流電力を、界磁電流の制御ができない交流電動機に供給するインバータと、
周波数指令と、位相指令と、電圧振幅指令とに基づき、前記インバータの各半導体デバイスに対して、これらをオン・オフさせるためのゲート制御信号を与えるインバータ制御回路と、
前記インバータと前記交流電動機の間に直列に接続され、複数の自己消弧素子とエネルギ蓄積コンデンサからなり、前記各自己消弧素子を前記インバータの電源周期に同期してスイッチングさせることにより前記交流電動機に流れる電流の位相を制御可能なスナバエネルギ回生電流スイッチと、
前記インバータの出力周波数のうち、前記インバータの運用時間の長い周波数のとき前記インバータの出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせたゲート信号を前記
スナバエネルギ回生電流スイッチの各自己消弧素子に与えて該各自己消弧素子をオン・オフさせるための制御信号を与える電流スイッチ制御回路と、
を具備したことを特徴とする電力制御装置。
It is composed of a plurality of semiconductor devices, and DC power can be converted into AC power by turning each semiconductor device on and off, and this converted AC power is supplied to an AC motor that cannot control the field current. An inverter;
An inverter control circuit for providing a gate control signal for turning on and off each semiconductor device of the inverter based on a frequency command, a phase command, and a voltage amplitude command;
The AC motor is connected in series between the inverter and the AC motor, and includes a plurality of self-extinguishing elements and an energy storage capacitor, and the self-extinguishing elements are switched in synchronization with a power cycle of the inverter. A snubber energy regenerative current switch capable of controlling the phase of the current flowing through
Each of the self-extinguishing of the snubber energy regenerative current switch is a gate signal whose phase is shifted so that the output phase of the inverter is approximately 90 ° when the inverter has a long operating time. A current switch control circuit for supplying a control signal to the element to turn on and off each self-extinguishing element;
A power control apparatus comprising:
電流スイッチ制御回路は、前記インバータ制御回路の周波数指令から位相シフト量に対応する位相シフト量指令を演算する位相シフト量演算回路と、前記位相シフト量演算回路からの位相シフト量指令と前記インバータ制御回路の位相指令とを入力し、前記インバータの運用時間の長い周波数のとき前記インバータの出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせる位相シフト回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。   A current switch control circuit for calculating a phase shift amount command corresponding to a phase shift amount from a frequency command of the inverter control circuit; a phase shift amount command from the phase shift amount calculation circuit; and the inverter control 2. A phase shift circuit that receives a phase command of the circuit and shifts the phase so that the output phase of the inverter becomes approximately 90 ° when the inverter has a long operating time frequency. The power control apparatus described. 電流スイッチ制御回路は、前記インバータのフィードバック出力電流及び出力電圧から求められる位相シフト量に対応する位相シフト量指令を演算する位相シフト量演算回路と、前記位相シフト量演算回路からの位相シフト量指令と前記インバータ制御回路の位相指令とを入力し、前記インバータの運用時間の長い周波数のとき前記インバータの出力位相がほぼ90°となるように位相をシフトさせる位相シフト回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。   The current switch control circuit includes a phase shift amount calculation circuit for calculating a phase shift amount command corresponding to a phase shift amount obtained from the feedback output current and output voltage of the inverter, and a phase shift amount command from the phase shift amount calculation circuit. And a phase shift circuit that shifts the phase so that the output phase of the inverter is approximately 90 ° when the inverter is operated at a frequency with a long operating time. The power control apparatus according to claim 1.
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