JP2016140137A - Series multiplex inverter device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a series multiplex inverter device which reliably prevents inverse load flow from a system power supply during a regenerative operation.SOLUTION: A series multiplex inverter device is provided in which a plurality of single phase inverter units including a forward conversion unit 21 and a reverse conversion unit 23 are serially connected at the output side, and AC power is respectively inputted through an input transformer to the input side of the forward conversion units of the respective single phase inverter units. The series multiplex inverter device comprises: a master controller 30 including a regeneration permission voltage level creation unit 32c which determines a regeneration permission voltage level based on the system voltage, and a regeneration permission determination unit 32d which compares the regeneration permission voltage level with DC voltage of the single phase inverter unit, and generates a regeneration permission signal if the DC voltage exceeds the regeneration permission voltage level; and a slave controller 41 including a DC voltage detection unit 44 which detects the DC voltage of the single phase inverter unit, a forward conversion control unit 42 which causes the forward conversion unit to perform a regenerative operation based on the regeneration permission signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数の単相インバータユニットを直列接続した直列多重インバータ装置に関し、特に回生制御を可能とした直列多重インバータ装置に関する。    The present invention relates to a serial multiple inverter device in which a plurality of single-phase inverter units are connected in series, and more particularly to a serial multiple inverter device that enables regenerative control.

一般に、３．３ｋＶ、６．６ｋＶ、１０ｋＶなどの高圧電力を直接受電して交流電動機を制御する場合、直列多重インバータ装置を用いる。この直列多重インバータ装置は、ファンやポンプなどの負荷の急激な変化が無く、回生機能を必要としない分野を中心に導入されている。しかし、近年、高圧電動機の用途拡大などの要望により、直列多重インバータ装置への回生機能の付加が要求されている。   In general, when an AC motor is controlled by directly receiving high voltage power such as 3.3 kV, 6.6 kV, 10 kV, etc., a series multiple inverter device is used. This series multiple inverter device is introduced mainly in a field that does not require a regenerative function without a sudden change in load such as a fan or a pump. However, in recent years, due to demands such as expansion of applications of high-voltage motors, addition of a regenerative function to a series multiple inverter device is required.

この要求に答えるために、特許文献１に記載された直列多重インバータ装置が提案されている。
この特許文献１に記載された直列多重インバータ装置の主回路構成について図４及び図５を伴って説明する。
この主回路構成は、図４に示すように、一次側に系統電源１０１が接続された多重巻線の三相変圧器により構成された多巻線変圧器Ｔｒを有し、この多巻線変圧器Ｔｒで系統電圧の絶縁と降圧を行う。この多巻線変圧器Ｔｒの二次巻線は、一次側の高調波電流を抑制する目的で、互いに位相をずらしている。この多巻線変圧器Ｔｒの二次側にはＵ相用の単相インバータユニットＵ１１〜Ｕ１３、Ｖ相用の単相インバータユニットＶ１１〜Ｖ１３及びＷ相用の単相インバータユニットＷ１１〜Ｗ１３が接続されている。各相の単相インバータユニットは互いに直列に接続され、その出力は交流電動機１０２に接続されている。 In order to meet this requirement, a serial multiple inverter device described in Patent Document 1 has been proposed.
The main circuit configuration of the serial multiple inverter device described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the main circuit configuration includes a multi-winding transformer Tr composed of a multi-winding three-phase transformer connected to the system power supply 101 on the primary side. The system Tr insulates and steps down the system voltage. The secondary windings of the multi-winding transformer Tr are out of phase with each other for the purpose of suppressing the harmonic current on the primary side. Connected to the secondary side of the multi-winding transformer Tr are U-phase single-phase inverter units U11 to U13, V-phase single-phase inverter units V11 to V13, and W-phase single-phase inverter units W11 to W13. Has been. The single-phase inverter units for each phase are connected in series with each other, and their outputs are connected to the AC motor 102.

各相の単相インバータユニットＵ１１〜Ｕ１３、Ｖ１１〜Ｖ１３及びＷ１１〜Ｗ１３の主回路構成は、図５に示すように構成されている。この主回路構成は、順変換部ＣＶと、その出力側に接続された逆変換部ＩＶとを備えている。順変換部ＣＶは、スイッチング素子として例えば６つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用し、１２０°通流制御が行われる。   The main circuit configurations of the single-phase inverter units U11 to U13, V11 to V13, and W11 to W13 of each phase are configured as shown in FIG. This main circuit configuration includes a forward conversion unit CV and an inverse conversion unit IV connected to the output side thereof. The forward conversion unit CV uses, for example, six insulated gate bipolar transistors (IGBT) as switching elements, and 120 ° conduction control is performed.

次に、系統電圧位相と、インバータの出力電圧位相の同期方法について説明する。
図５に示すように、マスタ制御装置１１０は、ＣＰＵなどの演算器を備えている。その演算器は、系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの電圧を系統電圧検出部１１１で検出し、系統電圧位相同期判定部１１２で検出した系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗの電圧値が負値から正値に反転する零クロス点を検出し、零クロス点を検出したときに同期信号Ｓｙをスレーブ制御装置１１３へ伝送する。スレーブ制御装置１１３は、マスタ制御装置１１０から入力される同期信号Ｓｙを受取ったタイミングで０°にリセットされる３６０°カウンタ１１４を備えており、この系統電圧位相と同期したカウンタ１１４に基づいて１２０°通流制御を行う。これによって、系統電圧位相と同期した回生制御を実現している。 Next, a method for synchronizing the system voltage phase and the output voltage phase of the inverter will be described.
As shown in FIG. 5, the master control device 110 includes a computing unit such as a CPU. The computing unit detects the system voltages Vu, Vv, and Vw with the system voltage detection unit 111, and the system voltages Vu, Vv, and Vw detected with the system voltage phase synchronization determination unit 112 change from negative values to positive values. When the zero cross point is detected, the synchronization signal Sy is transmitted to the slave controller 113 when the zero cross point is detected. The slave control device 113 includes a 360 ° counter 114 that is reset to 0 ° at the timing of receiving the synchronization signal Sy input from the master control device 110, and 120 based on the counter 114 synchronized with the system voltage phase. ° Conduct flow control. As a result, regenerative control synchronized with the system voltage phase is realized.

特開２０１３−９０３５８号公報JP 2013-90358 A

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、系統電圧に対してインバータの直流電圧が低い状態で回生運転を行うと、系統電源からの逆潮流が発生するという課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、回生運転時に系統電源からの逆潮流を確実に防止するようにした直列多重インバータ装置を提供することを目的としている。 However, the conventional example described in Patent Document 1 has a problem in that when the regenerative operation is performed in a state where the DC voltage of the inverter is lower than the system voltage, a reverse power flow is generated from the system power supply.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the problems of the above-described conventional example, and an object thereof is to provide a serial multiple inverter device that reliably prevents reverse power flow from the system power supply during regenerative operation. .

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る直列多重インバータ装置は、順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力変圧器を介して、それぞれ交流電力を入力する直列多重インバータ装置であって、系統電圧から回生許可電圧レベルを決定する回生許可電圧レベル作成部と、回生許可電圧レベルと、単相インバータユニットの直流電圧とを比較して、直流電圧が回生許可電圧レベルを上回ったときに回生許可信号を生成する回生許可判定部とを有するマスタ制御装置と、単相インバータユニットの直流電圧を検出する直流電圧検出部と、回生許可信号に従って前記順変換部を回生動作させる順変換制御部とを有するスレーブ制御装置と、を備えている。   In order to achieve the above object, a serial multiple inverter device according to one aspect of the present invention is configured to connect the output sides of a plurality of single-phase inverter units having a forward conversion unit and an inverse conversion unit in series, and each single-phase inverter unit. A series multiple inverter device that inputs AC power to the input side of the forward conversion unit via an input transformer, a regeneration permission voltage level creation unit that determines a regeneration permission voltage level from the system voltage, and a regeneration permission voltage A master control device having a regeneration permission determination unit that compares the level with the DC voltage of the single-phase inverter unit and generates a regeneration permission signal when the DC voltage exceeds the regeneration permission voltage level; and a single-phase inverter unit A slave control device comprising: a DC voltage detection unit that detects a DC voltage of the current; and a forward conversion control unit that causes the forward conversion unit to perform a regeneration operation according to a regeneration permission signal; It is equipped with a.

本発明の一態様によれば、単相インバータユニットの直流電圧を検出し、この直流電圧が回生許可電圧レベルを上回るときに、回生運転を許可することにより、系統電圧に対してインバータの直流電圧が高い状態で回生運転を開始することができ、系統電源からの逆潮流を確実に防止することができる。   According to one aspect of the present invention, the DC voltage of the inverter is detected with respect to the system voltage by detecting the DC voltage of the single-phase inverter unit and allowing the regenerative operation when the DC voltage exceeds the regeneration permission voltage level. The regenerative operation can be started in a high state, and the reverse power flow from the system power supply can be reliably prevented.

本発明の一態様に係る直列多重インバータ装置の第１の実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a first embodiment of a serial multiple inverter device according to an aspect of the present invention. 第１の実施形態における力行運転から回生運転への移行動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the transfer operation from power running operation to regenerative operation in a 1st embodiment. 本発明の一態様に係る直列多重インバータ装置の第２の実施形態における力行運転から回生運転への移動動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the movement operation | movement from power running operation to regenerative operation in 2nd Embodiment of the serial multiple inverter apparatus which concerns on 1 aspect of this invention. 従来の直列多重インバータ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional serial multiple inverter apparatus. 図４の単相インバータユニットの主回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the main circuit structure of the single phase inverter unit of FIG.

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものである。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic.
Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the structure, arrangement, etc. of components as follows. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.

まず、本発明の一の態様を表す直列多重インバータ装置の第１の実施形態について説明する。
直列多重インバータ装置は、図１に示すように、一次側に系統電源１０が接続された多重巻線の三相変圧器により構成された多巻線変圧器１１を有し、この多巻線変圧器１１で系統電圧の絶縁と降圧を行う。この多巻線変圧器１１の二次巻線は、一次側の高調波電流を抑制する目的で、互いに位相をずらしている。この多巻線変圧器１１の二次側にはＵ相用の単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ相用の単相インバータユニットＶ１，Ｖ２及びＷ相用の単相インバータユニットＷ１，Ｗ２が接続されている。各相の単相インバータユニットは互いに直列に接続され、その出力は交流誘導電動機１２に接続されている。 First, a first embodiment of a serial multiple inverter device representing one aspect of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the serial multiple inverter device includes a multi-winding transformer 11 composed of a multi-winding three-phase transformer having a system power supply 10 connected to the primary side. Insulator 11 performs system voltage insulation and step-down. The secondary windings of the multi-winding transformer 11 are out of phase with each other for the purpose of suppressing the harmonic current on the primary side. Connected to the secondary side of the multi-winding transformer 11 are U-phase single-phase inverter units U1, U2, V-phase single-phase inverter units V1, V2, and W-phase single-phase inverter units W1, W2. Has been. The single-phase inverter units for each phase are connected in series with each other, and their outputs are connected to the AC induction motor 12.

各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２は、単相インバータユニットＵ１を代表として説明すると、多巻線変圧器１１の２次側の三相電力が供給されるコンバータで構成される順変換部２１と、この順変換部２１から出力される直流電力を平滑化するコンデンサ２２と、このコンデンサ２２の両端間に並列に接続されたインバータで構成される逆変換部２３とを備えている。   Each single-phase inverter unit U1, U2, V1, V2 and W1, W2 will be described with a single-phase inverter unit U1 as a representative. Forward conversion unit 21, a capacitor 22 that smoothes the DC power output from the forward conversion unit 21, and an inverse conversion unit 23 that includes an inverter connected in parallel between both ends of the capacitor 22. I have.

順変換部２１は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された例えばＩＧＢＴで構成される６個の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。ここで、半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続され、これら半導体スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と並列に、半導体スイッチング素子Ｑ３及びＱ４の直列回路と半導体スイッチング素子Ｑ５及びＱ６の直列回路とが接続されている。また、各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。   The forward conversion unit 21 includes six semiconductor switching elements Q1 to Q6 configured by, for example, IGBTs connected between the positive electrode side line Lp and the negative electrode side line Ln. Here, the semiconductor switching elements Q1 and Q2 are connected in series between the positive electrode side line Lp and the negative electrode side line Ln, and in parallel with these semiconductor switching elements Q1 and Q2, a series circuit of the semiconductor switching elements Q3 and Q4 and the semiconductor switching element A series circuit of Q5 and Q6 is connected. Further, diodes D1 to D6 are connected in antiparallel to each of the semiconductor switching elements Q1 to Q6.

また、逆変換部２３は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された例えばＩＧＢＴで構成される４個の半導体スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０を２つずつ直列に接続して正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に並列に接続された構成を有する。各半導体スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０には、ダイオードＤ７〜Ｄ１０が逆並列に接続されている。そして、逆変換部２３を構成する一方の半導体スイッチング素子間の接続点が他相の単相インバータユニットＶ１及びＷ１側に接続され、他方の半導体スイッチング素子間の接続点が直列に接続された同相の単相インバータユニットＵ２の逆変換部２３における一方の半導体スイッチング素子間に接続されている。   Further, the inverse conversion unit 23 connects, in series, four semiconductor switching elements Q7 to Q10 each composed of, for example, an IGBT connected between the positive electrode side line Lp and the negative electrode side line Ln to connect the positive electrode side line Lp. And the negative electrode side line Ln are connected in parallel. Diodes D7 to D10 are connected in antiparallel to the semiconductor switching elements Q7 to Q10. And the connection point between one semiconductor switching element which comprises the reverse conversion part 23 is connected to the single phase inverter unit V1 and W1 side of other phases, and the common phase where the connection point between the other semiconductor switching elements was connected in series Of the single-phase inverter unit U2 is connected between one of the semiconductor switching elements in the inverse conversion unit 23.

さらに、最終段の単相インバータユニットＵ２、Ｖ２及びＷ２の他方の半導体スイッチ素子間の接続点が交流誘導電動機１２に接続されている。
また、系統電源１０及び多巻線変圧器１１の一次巻線との間の接続点にマスタ制御装置３０が接続されている。このマスタ制御装置３０は、力行制御部３１と、回生制御部３２とを備えている。 Furthermore, the connection point between the other semiconductor switch elements of the single-phase inverter units U2, V2 and W2 in the final stage is connected to the AC induction motor 12.
A master controller 30 is connected to a connection point between the system power supply 10 and the primary winding of the multi-winding transformer 11. The master control device 30 includes a power running control unit 31 and a regeneration control unit 32.

力行制御部３１は、電動機電流検出器３１ａと、座標変換器３１ｂと、指令値演算部３１ｃと、座標変換器３１ｄとを備えている。
電動機電流検出器３１ａは、交流誘導電動機１２に供給される少なくとも２相分の電動機電流が供給されて３相電動機電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを検出する。
座標変換器３１ｂは、電動機電流検出器３１ａで検出した３相電動機電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを交流誘導電動機１２の位相角に基づいてｄ−ｑ座標系に変換して有効電流検出値Ｉｑ及び無効電流検出値Ｉｄを出力する。 The power running control unit 31 includes an electric motor current detector 31a, a coordinate converter 31b, a command value calculation unit 31c, and a coordinate converter 31d.
The motor current detector 31a is supplied with motor current for at least two phases supplied to the AC induction motor 12, and detects three-phase motor currents Iu, Iv, and Iw.
The coordinate converter 31b converts the three-phase motor currents Iu, Iv, and Iw detected by the motor current detector 31a into the dq coordinate system based on the phase angle of the AC induction motor 12, and detects the effective current detection value Iq and the invalidity. The current detection value Id is output.

指令値演算部３１ｃは、速度（トルク）制御用の有効電流指令Ｉｑ＊及び磁束（励磁電流）制御用の無効電流指令Ｉｄ＊と、座標変換器３１ｂから出力される有効電流検出値Ｉｑ及び無効電流検出値Ｉｄとに基づいて両者が一致するように有効電圧指令値Ｖｑ＊及び無効電圧指令値Ｖｄ＊を演算する。
座標変換器３１ｄは、指令値演算部３１ｃで算出した有効電圧指令値Ｖｑ＊及び無効電圧指令値Ｖｄ＊を交流誘導電動機１２の位相角に基づいて座標変換して三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊及びＶｗ＊に変換し、変換した三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊及びＶｗ＊を各スレーブ制御装置４１に出力する。 The command value calculation unit 31c includes an effective current command Iq * for speed (torque) control, a reactive current command Id * for magnetic flux (excitation current) control, an active current detection value Iq output from the coordinate converter 31b, and an invalid current. Based on the current detection value Id, the effective voltage command value Vq * and the reactive voltage command value Vd * are calculated so that they match.
The coordinate converter 31d performs coordinate conversion on the effective voltage command value Vq * and the reactive voltage command value Vd * calculated by the command value calculation unit 31c based on the phase angle of the AC induction motor 12, and thereby converts the three-phase voltage command value Vu * , The voltage is converted into Vv * and Vw * , and the converted three-phase voltage command values Vu * , Vv * and Vw * are output to each slave control device 41.

回生制御部３２は、Ｕ相ラインＬｕの系統電圧Ｖｕ、Ｖ相ラインＬｖの系統電圧Ｖｖ及びＷ相ラインＬｗの系統電圧Ｖｗを検出する系統電圧検出部３２ａと、この系統電圧検出部３２ａで検出した各系統電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを基に各相の同期信号Ｓｙを生成する系統電圧位相同期判定部３２ｂと、系統電圧Ｖｓｖが入力されて系統電圧Ｖｓｖより高い回生許可電圧レベルＶｒｇを算出する回生許可電圧レベル作成部３２ｃと、この回生許可電圧レベル作成部３２ｃで作成された回生許可電圧レベルＶｒｇと、スレーブ制御装置４１から入力される直流電圧Ｖｄｃとに基づいて回生許可可能であるか否かを判定する回生許可判定部３２ｄとを備えている。   The regeneration control unit 32 detects the system voltage Vu of the U-phase line Lu, the system voltage Vv of the V-phase line Lv, and the system voltage Vw of the W-phase line Lw, and is detected by the system voltage detection unit 32a. A system voltage phase synchronization determination unit 32b that generates a synchronization signal Sy of each phase based on each system voltage Vu, Vv, and Vw, and a regeneration permission voltage level Vrg higher than the system voltage Vsv when the system voltage Vsv is input. Whether regeneration is permitted based on regeneration permission voltage level creation unit 32c, regeneration permission voltage level Vrg created by regeneration permission voltage level creation unit 32c, and DC voltage Vdc input from slave control device 41 And a regeneration permission determination unit 32d.

回生許可電圧レベル作成部３２ｃでは、系統電圧（実効値）をＶｒｍｓとすると、下記（１）式で表される回生許可電圧レベルＶｒｇを算出する。
Ｖｒｇ＝√２×Ｖｒｍｓ＋α …………（１）
ここで、αは、予め設定されるマージンである（α＞０）。
回生許可判定部３２ｄでは、直流電圧Ｖｄｃが回生許可電圧レベルＶｒｇ以上となったときにハイレベルとなる回生許可信号Ｓｒｇを各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２毎に設けられたスレーブ制御装置４１へ出力する。 The regeneration permission voltage level creation unit 32c calculates the regeneration permission voltage level Vrg represented by the following equation (1), where the system voltage (effective value) is Vrms.
Vrg = √2 × Vrms + α (1)
Here, α is a preset margin (α> 0).
In the regeneration permission determination unit 32d, a regeneration permission signal Srg that becomes a high level when the DC voltage Vdc becomes equal to or higher than the regeneration permission voltage level Vrg is provided for each single-phase inverter unit U1, U2, V1, V2, and W1, W2. To the slave control device 41.

スレーブ制御装置４１は、図１に示すように、順変換部２１の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対するゲート信号を形成する順変換制御部４２と、逆変換部２３の各スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０に対するゲート信号を形成する逆変換制御部４３と、平滑用コンデンサ２２の両端の直流電圧Ｖｄｃを検出してマスタ制御装置３０に出力する直流電圧検出部４４とを備えている。   As shown in FIG. 1, the slave control device 41 includes a forward conversion control unit 42 that forms gate signals for the switching elements Q1 to Q6 of the forward conversion unit 21, and a gate for the switching elements Q7 to Q10 of the reverse conversion unit 23. A reverse conversion control unit 43 that forms a signal and a DC voltage detection unit 44 that detects the DC voltage Vdc across the smoothing capacitor 22 and outputs the DC voltage Vdc to the master control device 30 are provided.

順変換制御部４２は、回生制御部３２から入力される回生許可信号Ｓｒｇがローレベルであるときには、順変換部２１の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対するゲート信号をローレベルとして順変換部２１のスイッチング動作を停止させる。一方、順変換制御部４２は、回生許可信号Ｓｒｇがハイレベルとなったときに、系統電圧位相同期判定部３２ｂから供給される各相の同期信号Ｓｙに基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対する系統電圧と同期した１２０°通流幅のゲート信号を形成して順変換部２１を回生スイッチング動作させる。   When the regeneration permission signal Srg input from the regeneration control unit 32 is at a low level, the forward conversion control unit 42 sets the gate signal for each switching element Q1 to Q6 of the forward conversion unit 21 to a low level to switch the forward conversion unit 21. Stop operation. On the other hand, when the regeneration permission signal Srg becomes high level, the forward conversion control unit 42 determines the system voltage for the switching elements Q1 to Q6 based on the synchronization signal Sy of each phase supplied from the system voltage phase synchronization determination unit 32b. The forward conversion unit 21 is regeneratively switched by forming a gate signal having a 120.degree.

逆変換制御部４３は、有効電流指令が正極側であるときには逆変換部２３をマスタ制御装置３０の力行制御部３１から入力される三相電圧指令値Ｖｕ＊に基づいて逆変換制御部４３を力行運転する各スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０に対するゲート信号を形成し、有効電流指令が零となって負極側となったときに、逆変換部２３を回生運転する各スイッチング素子Ｑ７〜Ｑ１０に対するゲート信号を形成する。 When the active current command is on the positive side, the reverse conversion control unit 43 causes the reverse conversion unit 23 to switch the reverse conversion control unit 43 based on the three-phase voltage command value Vu * input from the power running control unit 31 of the master control device 30. A gate signal is formed for each of the switching elements Q7 to Q10 for power running, and when the effective current command becomes zero and becomes the negative side, the gate signal for each of the switching elements Q7 to Q10 for regenerative operation of the reverse conversion unit 23 is generated. Form.

他の単相インバータユニットＵ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２についても上記単相インバータユニットＵ１と同様の構成を有する。
次に、上記実施形態の動作を図２に示すタイミングチャートを用いて説明する。
今、マスタ制御装置３０の指令値演算部に正極側の設定値の有効電流指令Ｉｑ＊が入力されているものとすると、指令値演算部３１ｃで電圧指令値Ｖｑ＊及びＶｄ＊が出力され、これら電圧指令値Ｖｑ＊及びＶｄ＊が座標変換器３１ｄで三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊及びＶｗ＊に変換されてそれぞれの相のスレーブ制御装置４１に出力される。 The other single-phase inverter units U2, V1, V2, W1, and W2 have the same configuration as that of the single-phase inverter unit U1.
Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
Assuming that the active current command Iq * of the positive set value is input to the command value calculation unit of the master control device 30, the command value calculation unit 31c outputs the voltage command values Vq * and Vd * , These voltage command values Vq * and Vd * are converted into three-phase voltage command values Vu * , Vv *, and Vw * by the coordinate converter 31d and output to the slave control device 41 of each phase.

一方、回生制御部３２では、回生許可電圧レベル作成部３２ｃで前述した（１）式にしたがって系統電圧（実効値）Ｖｒｍｓとマージンαに基づいて回生許可電圧レベルＶｒｇが算出される。このとき算出される回生許可電圧レベルＶｒｇは、図２（ａ）に示すように、各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２の定格時の直流電圧Ｖｄｃより高く設定される。このため、回生許可判定部３２ｄでは、直流電圧Ｖｄｃが回生許可電圧レベルＶｒｇより低くなるので、回生許可信号Ｓｒｇはローレベルとなっている。   On the other hand, in regeneration control unit 32, regeneration permission voltage level Vrg is calculated based on system voltage (effective value) Vrms and margin α in accordance with equation (1) described above in regeneration permission voltage level creation unit 32c. The regeneration permission voltage level Vrg calculated at this time is set higher than the rated DC voltage Vdc of each single-phase inverter unit U1, U2, V1, V2, and W1, W2, as shown in FIG. . For this reason, in the regeneration permission determination unit 32d, the DC voltage Vdc is lower than the regeneration permission voltage level Vrg, so the regeneration permission signal Srg is at a low level.

このローレベルの回生許可信号Ｓｒｇが各スレーブ制御装置４１の順変換制御部４２に供給されるので、この順変換制御部４２で順変換部２１の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に対するゲート信号をローレベルとし、順変換部２１のスイッチング動作を停止させる。このため、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６によって構成される全波整流回路で入力される三相電圧が直流電圧Ｖｄｃに変換され、平滑用コンデンサ２２で平滑化されて、定格電圧に維持される。   Since this low level regeneration permission signal Srg is supplied to the forward conversion control unit 42 of each slave control device 41, the forward conversion control unit 42 applies the gate signal to each switching element Q1 to Q6 of the forward conversion unit 21 to the low level. And the switching operation of the forward conversion unit 21 is stopped. For this reason, the three-phase voltage input by the full-wave rectifier circuit configured by the diodes D1 to D6 connected in antiparallel to the switching elements Q1 to Q6 is converted into the DC voltage Vdc and smoothed by the smoothing capacitor 22. And maintained at the rated voltage.

また、スレーブ制御装置４１の逆変換制御部４３にマスタ制御装置の力行制御部３１の座標変換器３１ｄから供給される該当する三相電圧指令値Ｖｉ＊（ｉ＝ｕ、ｖ，ｗ）によって逆変換部２３を制御することにより、交流誘導電動機１２に三相電動機電流が供給されて交流誘導電動機１２が回転駆動される。
その後、時点ｔ１で、力行状態から回生状態に移行するように、有効電流指令Ｉｑ＊が、図２（ｂ）に示すように、減少し始め、時点ｔ２で有効電流指令Ｉｑ＊が零から負極側になる。これに応じて力行制御部３１から出力される三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊及びＶｗ＊が減少して零となることにより、スレーブ制御装置４１の逆変換制御部４３では、力行運転状態から回生運転状態に切換えられる。 Further, the inverse transformation control unit 43 of the slave control device 41 is reversed by the corresponding three-phase voltage command value Vi * (i = u, v, w) supplied from the coordinate converter 31d of the power running control unit 31 of the master control device. By controlling the converter 23, a three-phase motor current is supplied to the AC induction motor 12, and the AC induction motor 12 is rotationally driven.
Thereafter, the active current command Iq * starts to decrease as shown in FIG. 2B so that the power running state shifts to the regenerative state at time t1, and the active current command Iq * changes from zero to negative at time t2. Become side. In response to this, the three-phase voltage command values Vu * , Vv *, and Vw * output from the power running control unit 31 are reduced to zero, so that the reverse conversion control unit 43 of the slave control device 41 has a power running operation state. Is switched to the regenerative operation state.

このため、交流誘導電動機１２で発電される回生交流電圧が逆変換部２３で直流電圧に変換されて直流電源ラインＬｐ及びＬｎ間に供給され、これにより平滑用コンデンサ２２の両端電圧となる直流電圧Ｖｄｃが図２（ａ）に示すように徐々に上昇する。
その後、時点ｔ３で直流電圧Ｖｄｃが回生許可電圧レベルＶｒｇに達すると、マスタ制御装置３０の回生許可判定部３２ｄから出力される回生許可信号Ｓｒｇが図２（ｃ）に示すようにローレベルからハイレベルに反転する。 For this reason, the regenerative AC voltage generated by the AC induction motor 12 is converted into a DC voltage by the inverse conversion unit 23 and supplied between the DC power supply lines Lp and Ln, and thereby the DC voltage that becomes the voltage across the smoothing capacitor 22. Vdc gradually rises as shown in FIG.
Thereafter, when the DC voltage Vdc reaches the regeneration permission voltage level Vrg at time t3, the regeneration permission signal Srg output from the regeneration permission determination unit 32d of the master control device 30 is changed from the low level to the high level as shown in FIG. Invert to level.

この回生許可信号Ｓｒｇがスレーブ制御装置４１の順変換制御部４２に供給されるので、この順変換制御部４２で系統電圧位相同期判定部３２ｂから出力される各相の同期信号Ｓｙに基づいて１２０°通流幅のゲート信号を形成し、このゲート信号を順変換部２１の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に供給することにより、系統電圧Ｖｓｖに同期した交流電圧を発生し、回生運転状態となり、直流電圧Ｖｄｃも回生許可電圧レベルＶｒｇで一定となる。   Since this regeneration permission signal Srg is supplied to the forward conversion control unit 42 of the slave control device 41, the forward conversion control unit 42 outputs 120 based on the synchronization signal Sy of each phase output from the system voltage phase synchronization determination unit 32b. By forming a gate signal having a conduction width and supplying this gate signal to each of the switching elements Q1 to Q6 of the forward conversion unit 21, an alternating voltage synchronized with the system voltage Vsv is generated, and a regenerative operation state is established. The voltage Vdc is also constant at the regeneration permission voltage level Vrg.

したがって、順変換部２１が回生運転状態となったときには、直流電圧Ｖｄｃが定格時の直流電圧Ｖｄｃより高い回生許可電圧レベルＶｒｇに達しており、従来例のように回生運転状態となったときに、系統電源からの逆潮流を確実に防止することができ、正常な回生制御を行うことができる。
なお、上記第１の実施形態においては、系統電源１０と多巻線変圧器１１の一次側との間の系統電圧を共通のマスタ制御装置３０に供給して、この１つのマスタ制御装置３０で各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２のスレーブ制御装置４１に同期信号Ｓｙ及び回生許可信号Ｓｒｇを供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、多巻線変圧器１１の二次側の各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２の入力側にマスタ制御装置を個別に接続して、マスタ制御装置をスレーブ制御装置と一対一に配置するようにしてもよい。 Therefore, when the forward conversion unit 21 is in the regenerative operation state, the DC voltage Vdc has reached a regeneration permission voltage level Vrg higher than the rated DC voltage Vdc, and when the forward conversion unit 21 is in the regenerative operation state as in the conventional example. Therefore, reverse power flow from the system power supply can be reliably prevented, and normal regenerative control can be performed.
In the first embodiment, the system voltage between the system power supply 10 and the primary side of the multi-winding transformer 11 is supplied to the common master control device 30, and the single master control device 30 Although the case where the synchronization signal Sy and the regeneration permission signal Srg are supplied to the slave control devices 41 of the single-phase inverter units U1, U2, V1, V2, and W1, W2 has been described, the present invention is not limited to this. A master controller is individually connected to the input side of each single-phase inverter unit U1, U2, V1, V2 and W1, W2 on the secondary side of the line transformer 11, and the master controller is in one-to-one correspondence with the slave controller. It may be arranged.

次に、本発明の第２の実施形態について図３を伴って説明する。
この第２の実施形態では、複数の単相インバータユニットが別々に回生動作を行うことにより、巻線位相差を利用した高調波の相殺ができず、多巻線変圧器の一次側に高調波電流が流れることを防止するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、マスタ制御装置３０の回生許可判定部３２ｄで、回生状態への移行を指示する有効電流指令Ｉｑ＊が零になってから負極側に変化したときに、全ての単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２の直流電圧Ｖｄｃを読込み、全ての単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２の直流電圧Ｖｄｃが回生許可電圧レベルＶｒｇに達したときに、全ての単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２のスレーブ制御装置４１に対して同時に回生許可信号Ｓｒｇを出力する構成としている。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, a plurality of single-phase inverter units separately perform regenerative operations, so that the harmonics using the winding phase difference cannot be canceled, and the harmonics on the primary side of the multi-winding transformer This prevents current from flowing.
That is, in the second embodiment, when the regeneration permission determination unit 32d of the master control device 30 changes to the negative electrode side after the effective current command Iq * instructing the transition to the regeneration state has become zero, Read DC voltage Vdc of single-phase inverter units U1, U2, V1, V2, and W1, W2, and DC voltages Vdc of all single-phase inverter units U1, U2, V1, V2, and W1, W2 are at regeneration permission voltage level Vrg. When it reaches, the regeneration permission signal Srg is simultaneously output to the slave control devices 41 of all the single-phase inverter units U1, U2, V1, V2, and W1, W2.

この第２の実施形態によると、例えば、単相インバータユニットＵ１の直流電圧Ｖｄｃについては逆変換部２３での回生運転を開始した時点ｔ１１から上昇を開始し、時点ｔ１２で回生許可電圧レベルＶｒｇに達する。しかしながら、単相インバータユニットＵ２では、同様に逆変換部２３での回生運転を開始した時点ｔ１１から直流電圧Ｖｄｃが上昇を開始するが変化率が小さく時点ｔ２後の時点ｔ１３で他の単相インバータユニットよりも遅く回生許可レベルに達する。このような場合には、最後に単相インバータユニットＵ２の直流電圧Ｖｄｃが回生許可レベルＶｒｇに達した時点ｔ１３で各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２のスレーブ制御装置４１に対して一斉に回生許可信号Ｓｒｇが出力される。   According to the second embodiment, for example, the DC voltage Vdc of the single-phase inverter unit U1 starts to rise from the time t11 when the regenerative operation in the inverse conversion unit 23 is started, and reaches the regeneration permission voltage level Vrg at the time t12. Reach. However, in the single-phase inverter unit U2, similarly, the DC voltage Vdc starts to rise from the time t11 when the regenerative operation in the reverse conversion unit 23 is started, but the rate of change is small, and the other single-phase inverter U2 at the time t13 after the time t2. Regeneration permission level is reached later than the unit. In such a case, the slave control devices 41 of the single-phase inverter units U1, U2, V1, V2, and W1, W2 at the time t13 when the DC voltage Vdc of the single-phase inverter unit U2 finally reaches the regeneration permission level Vrg. The regeneration permission signal Srg is output simultaneously.

したがって、各スレーブ制御装置４１で時点ｔ１３から順変換部２１のインバータとしての運転が開始されることになり、前述したように、各単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２で直流電圧Ｖｄｃが定格時の直流電圧Ｖｄｃより高い回生許可電圧レベルＶｒｇに達した時点で、同時に回生動作が開始されることになり、系統電源側からの逆潮流を確実に防止しながら、多巻線変圧器１１の一次側に高調波電流が流れることを確実に防止することができる。   Therefore, the operation as the inverter of the forward conversion unit 21 is started from the time t13 in each slave control device 41, and as described above, in each single-phase inverter unit U1, U2, V1, V2, and W1, W2. When the DC voltage Vdc reaches a regeneration permission voltage level Vrg higher than the rated DC voltage Vdc, the regenerative operation is started at the same time, while reliably preventing reverse power flow from the system power supply side, It is possible to reliably prevent the harmonic current from flowing to the primary side of the line transformer 11.

なお、上記第２の実施形態においては、マスタ制御装置３０の回生許可判定部３２ｄに全ての単相インバータユニットＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２及びＷ１，Ｗ２の直流電圧Ｖｄｃを入力する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、設計段階のシミュレーションで、逆変換部２３を回生状態としてから直流電圧Ｖｄｃが回生許可電圧レベルＶｒｇに達するまでの時間が一番長くなる一つ又は複数の単相インバータユニットを特定できる場合には、これら１つ又は複数の単相インバータユニットの直流電圧Ｖｄｃのみマスタ制御装置３０の回生許可判定部３２ｄに入力するようにしてもよい。   In the second embodiment, the case where the DC voltages Vdc of all the single-phase inverter units U1, U2, V1, V2, and W1, W2 are input to the regeneration permission determination unit 32d of the master control device 30 has been described. However, the present invention is not limited to this, and in the simulation at the design stage, one or a plurality of times in which the time until the DC voltage Vdc reaches the regeneration permission voltage level Vrg after the reverse conversion unit 23 is set in the regenerative state is the longest. When a single-phase inverter unit can be specified, only the DC voltage Vdc of one or more single-phase inverter units may be input to the regeneration permission determination unit 32d of the master control device 30.

また、上記第１及び第２の実施形態では、各相について２つの単相インバータユニットを直列に接続する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上の単相インバータユニットを直列に接続するようにしてもよい。さらには、系統電源１０に複数の多巻線変圧器１１を並列に接続し、各多巻線変圧器１１の二次側にＵ相、Ｖ相及びＷ相の単相インバータユニットを複数直列に接続し、各多巻線変圧器１１に接続された単相インバータを相毎に直列に接続するようにしてもよい。
さらに、上記第１及び第２の実施形態では、交流誘導電動機１２を駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、交流同期電動機を駆動する場合にも本発明を適用することができる。 Moreover, although the said 1st and 2nd embodiment demonstrated the case where two single phase inverter units were connected in series about each phase, it is not limited to this, Three or more single phase inverter units May be connected in series. Further, a plurality of multi-winding transformers 11 are connected in parallel to the system power supply 10, and a plurality of U-phase, V-phase, and W-phase single-phase inverter units are connected in series on the secondary side of each multi-winding transformer 11. You may make it connect and connect the single phase inverter connected to each multiwinding transformer 11 in series for every phase.
Further, in the first and second embodiments, the case where the AC induction motor 12 is driven has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to the case where the AC synchronous motor is driven. Can do.

１０…系統電源、１１…多巻線変圧器、１２…交流誘導電動機、Ｕ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２、Ｗ１，Ｗ２…単相インバータユニット、２１…順変換部、２２…コンデンサ、２３…逆変換部、３０…マスタ制御装置、３１…力行制御部、３２…回生制御部、３２ａ…系統電圧検出部、３２ｂ…系統電圧位相同期判定部、３２ｃ…回生許可電圧レベル作成部、３２ｄ…回生許可判定部、４１…スレーブ制御装置、４２…順変換制御部、４３…逆変換制御部、４４…直流電圧検出部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... System power supply, 11 ... Multi-winding transformer, 12 ... AC induction motor, U1, U2, V1, V2, W1, W2 ... Single phase inverter unit, 21 ... Forward conversion part, 22 ... Capacitor, 23 ... Reverse conversion , 30 ... Master controller, 31 ... Power running controller, 32 ... Regeneration control unit, 32a ... System voltage detection unit, 32b ... System voltage phase synchronization determination unit, 32c ... Regeneration permission voltage level creation unit, 32d ... Regeneration permission determination 41: Slave control device, 42: Forward conversion control unit, 43: Inverse conversion control unit, 44: DC voltage detection unit

Claims (2)

順変換部及び逆変換部を有する複数の単相インバータユニットの出力側を直列に接続し、各単相インバータユニットの順変換部の入力側に入力変圧器を介して、それぞれ交流電力を入力する直列多重インバータ装置であって、
系統電圧から回生許可電圧レベルを決定する回生許可電圧レベル作成部と、前記回生許可電圧レベルと、前記単相インバータユニットの直流電圧とを比較して、前記直流電圧が前記回生許可電圧レベルを上回ったときに回生許可信号を生成する回生許可判定部とを有するマスタ制御装置と、
前記単相インバータユニットの直流電圧を検出する直流電圧検出部と、前記回生許可信号に従って前記順変換部を回生動作させる順変換制御部とを有するスレーブ制御装置と、
を備えることを特徴とする直列多重インバータ装置。 The output sides of a plurality of single-phase inverter units having a forward conversion unit and an inverse conversion unit are connected in series, and AC power is input to the input side of the forward conversion unit of each single-phase inverter unit via an input transformer. A serial multiple inverter device,
A regeneration permission voltage level creation unit that determines a regeneration permission voltage level from a system voltage, and compares the regeneration permission voltage level with the DC voltage of the single-phase inverter unit, and the DC voltage exceeds the regeneration permission voltage level. A master control device having a regeneration permission determination unit that generates a regeneration permission signal when
A slave control device having a DC voltage detection unit that detects a DC voltage of the single-phase inverter unit, and a forward conversion control unit that regenerates the forward conversion unit according to the regeneration permission signal;
A serial multiple inverter device comprising: 前記回生許可判定部は、全ての単相インバータユニットの直流電圧が回生許可電圧レベルを上回ったときに回生許可信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の直列多重インバータ装置。   The serial multiple inverter device according to claim 1, wherein the regeneration permission determination unit generates a regeneration permission signal when the DC voltages of all the single-phase inverter units exceed the regeneration permission voltage level.
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