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公開番号2021052469
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210401
出願番号2019172803
出願日20190924
発明の名称駆動装置
出願人東芝三菱電機産業システム株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210305BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】キャリア周波数を迅速に切り換えることが可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置1は、励磁周波数Feに応じた周波数の電圧指令値Vcを生成するとともに、励磁周波数Feがしきい値周波数Ft1よりも低い場合にはキャリア周波数Fc1を有する三角波信号Vtを生成し、励磁周波数Feがしきい値周波数Ft1よりも高い場合にはキャリア周波数Fc2を有する三角波信号Vtを生成し、電圧指令値Vcと三角波信号Vtの高低を比較してゲート信号を生成する制御装置7と、ゲート信号に従い、直流電圧を交流電圧に変換して誘導電動機12に供給するインバータ4とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
交流電動機を駆動させる駆動装置であって、
励磁周波数を指令する周波数指令部と、
前記周波数指令部によって指令される励磁周波数に応じた周波数の正弦波信号を生成する正弦波発生部と、
前記周波数指令部によって指令される励磁周波数と第1のしきい値周波数との高低を比較し、その励磁周波数が前記第1のしきい値周波数よりも低い場合には第1のキャリア周波数を有する三角波信号を生成し、その励磁周波数が前記第1のしきい値周波数よりも高い場合には第1のキャリア周波数と異なる第2のキャリア周波数を有する三角波信号を生成する三角波発生部と、
前記正弦波信号と前記三角波信号の高低を比較し、その比較結果に基づいてゲート信号を生成するゲート信号発生部と、
前記ゲート信号によって駆動され、直流電圧を交流電圧に変換して前記交流電動機に供給するインバータとを備える、駆動装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記交流電動機において共振現象が発生しないように、前記第1のしきい値周波数、前記第1のキャリア周波数、および前記第2のキャリア周波数のうちの少なくともいずれか1つを所望の値に設定するための操作部をさらに備える、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
前記三角波発生部は、前記交流電動機の加速運転時には、前記励磁周波数と前記第1のしきい値周波数とを比較し、その比較結果に基づいて前記第1または第2のキャリア周波数を有する三角波信号を生成し、
前記三角波発生部は、さらに、前記交流電動機の減速運転時には、前記励磁周波数と前記第1のしきい値周波数よりも低い第2のしきい値周波数との高低を比較し、前記励磁周波数が前記第2のしきい値周波数よりも高い場合には前記第2のキャリア周波数を有する三角波信号を生成し、前記励磁周波数が前記第2のしきい値周波数よりも低い場合には前記第1のキャリア周波数を有する三角波信号を生成する、請求項1に記載の駆動装置。
【請求項4】
前記交流電動機において共振現象が発生しないように、前記第1のしきい値周波数、前記第2のしきい値周波数、前記第1のキャリア周波数、および前記第2のキャリア周波数のうちの少なくともいずれか1つを所望の値に設定するための操作部をさらに備える、請求項3に記載の駆動装置。
【請求項5】
前記交流電動機の回転速度を指令する回転速度指令部と、
前記交流電動機の回転速度を検出する回転速度検出器とをさらに備え、
前記周波数指令部は、前記回転速度検出器によって検出される回転速度が前記回転速度指令部によって指令される回転速度になるように前記励磁周波数を指令する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の駆動装置。
【請求項6】
前記回転速度指令部によって指令される回転速度と前記回転速度検出器によって検出される回転速度との差に基づいて、前記インバータから前記交流電動機に流れる電流を指令する電流指令部と、
前記インバータから前記交流電動機に流れる電流を検出する電流検出器とをさらに備え、
前記正弦波発生部は、前記電流検出器によって検出される電流が前記電流指令部によって指令される電流になるように、前記正弦波信号の振幅を制御する、請求項5に記載の駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は駆動装置に関し、特に、交流電動機を駆動させる駆動装置に関する。
続きを表示(約 5,300 文字)【背景技術】
【0002】
たとえば特開2009−284719号公報(特許文献1)には、交流電動機を駆動させる駆動装置が開示されている。この駆動装置は、交流電動機の回転数を検出する回転数検出器と、回転数検出器によって検出される回転数を取り込み、取り込んだ回転数と所定のしきい値回転数とを比較し、その回転数が所定のしきい値回転数よりも小さい場合には、第1のキャリア周波数の三角波信号を生成し、その回転数が所定のしきい値回転数よりも大きい場合には、第1のキャリア周波数と異なる第2のキャリア周波数の三角波信号を生成する三角波発生部と、正弦波信号と三角波信号とを比較してゲート信号を生成するゲート信号発生部と、ゲート信号によって駆動され、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給するインバータとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2009−284719号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献1では、回転検出器によって検出される回転数を取り込み、その回転数に基づいて三角波信号のキャリア周波数を切り換えるので、キャリア周波数の切り換えが遅延するという問題があった。
【0005】
それゆえに、この発明の主たる目的は、キャリア周波数を迅速に切り換えることが可能な駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係る駆動装置は、交流電動機を駆動させる駆動装置であって、励磁周波数を指令する周波数指令部と、周波数指令部によって指令される励磁周波数に応じた周波数の正弦波信号を生成する正弦波発生部と、周波数指令部によって指令される励磁周波数と第1のしきい値周波数との高低を比較し、その励磁周波数が第1のしきい値周波数よりも低い場合には第1のキャリア周波数を有する三角波信号を生成し、その励磁周波数が第1のしきい値周波数よりも高い場合には第1のキャリア周波数と異なる第2のキャリア周波数を有する三角波信号を生成する三角波発生部と、正弦波信号と三角波信号の高低を比較し、その比較結果に基づいてゲート信号を生成するゲート信号発生部と、ゲート信号によって駆動され、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に供給するインバータとを備えたものである。
【発明の効果】
【0007】
この発明に係る駆動装置では、周波数指令部によって指令される励磁周波数に基づいてキャリア周波数を設定するので、キャリア周波数を迅速に切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
この発明の一実施の形態による駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
図1に示すインバータの構成を示す回路ブロック図である。
図1に示す制御装置のうちのインバータの制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。
図3に示すPWM制御部の要部を示すブロック図である。
図4に示す周波数指令部の構成を示す回路ブロック図である。
図5に示す周波数指令部の動作を示す図である。
図5に示す周波数指令部の動作を示すタイムチャートである。
図5に示す周波数指令部の動作を示す他のタイムチャートである。
図4に示す電圧指令値、三角波信号、およびゲート信号の波形を示すタイムチャートである。
実施の形態の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1は、この発明の一実施の形態による駆動装置1の構成を示す回路ブロック図である。図1において、この駆動装置1は、コンバータ2、直流正母線L1、直流負母線L2、コンデンサ3、インバータ4、電流検出器5、回転速度検出器6、制御装置7、および操作部8を含む。
【0010】
コンバータ2は、制御装置7によって制御され、商用交流電源11から供給される三相交流電圧を直流電圧VDC(V)に変換する。コンバータ2によって生成された直流電圧VDCは、直流正母線L1および直流負母線L2を介してインバータ4に供給される。コンデンサ3は、母線L1,L2間に接続され、母線L1,L2間の直流電圧VDCを平滑化する。直流電圧VDCは、制御装置7によって検出される。
【0011】
インバータ4は、制御装置7によってPWM(Pulse Width Modulation)制御され、コンバータ2から母線L1,L2を介して供給される直流電圧VDCを励磁周波数Fe(Hz)の三相交流電圧に変換する。励磁周波数Feは、制御装置7によって制御される。インバータ4によって生成された三相交流電圧は、誘導電動機12の三相巻線に供給される。
【0012】
誘導電動機12は、三相交流電圧を受けて回転磁界を生成する三相巻線と、回転磁界によって回転駆動されるローターとを含む。ローターには、回転軸12aが設けられている。インバータ4から三相巻線に三相交流電圧が供給されると、回転軸12aは励磁周波数Feに応じた回転速度で回転駆動される。
【0013】
誘導電動機12の回転軸12aは、負荷13に結合される。負荷13は、たとえば、可変速揚水発電システムに含まれるポンプ水車である。このシステムでは、消費電力が小さな夜間には、余剰電力によって誘導電動機12を駆動させて下側池の水を上側池に汲み上げる。また、消費電力が大きな昼間には、上側池から下側池に放水し、水力によって誘導電動機12を発電機として動作させて交流電力を発生し、発生した交流電力を商用交流電源11(電力系統)に供給する。
【0014】
電流検出器5は、インバータ4から誘導電動機12に流れる交流電流を検出し、検出値Id(A)を示す信号を制御装置7に与える。回転速度検出器6は、誘導電動機12のローター(すなわち回転軸12a)の回転速度を検出し、その検出値Rd(rpm)を示す信号を制御装置7に与える。
【0015】
制御装置7は、直流電圧VDCが所定の目標電圧になるようにコンバータ2を制御する。また、制御装置7は、直流電圧VDC、電流検出器5の出力信号(すなわち電流検出値Id)、回転速度検出器6の出力信号(すなわち回転速度検出値Rd)などに基づいて、インバータ4をPWM制御し、誘導電動機12を回転駆動させる。
【0016】
操作部8は、複数のボタン、複数のスイッチ、表示画面などを含む。駆動装置1の使用者は、操作部8を操作することによって、制御装置7で使用される種々の数値(しきい値周波数Ft1,Ft2、キャリア周波数Fc1,Fc2など)を所望の値に設定することが可能となっている。
【0017】
図2は、インバータ4の構成を示す回路ブロック図である。図2において、インバータ4は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)Q1〜Q6およびダイオードD1〜D6を含む。IGBTは、スイッチング素子の一実施例を構成する。IGBTQ1〜Q3のコレクタはともに直流正母線L1に接続され、それらのエミッタはそれぞれ出力ノード4a,4b,4cに接続される。IGBTQ4〜Q6のコレクタはそれぞれ出力ノード4a,4b,4cに接続され、それらのエミッタはともに直流負母線L2に接続される。ダイオードD1〜D6は、それぞれIGBTQ1〜Q6に逆並列に接続される。
【0018】
IGBTQ1,Q4はそれぞれゲート信号Au,Buによって制御され、IGBTQ2,Q5はそれぞれゲート信号Av,Bvによって制御され、IGBTQ3,Q6はそれぞれゲート信号Aw,Bwによって制御される。ゲート信号Bu,Bv,Bwは、それぞれゲート信号Au,Av,Awの反転信号である。
【0019】
IGBTQ1〜Q3は、それぞれゲート信号Au,Av,Awが「H」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Au,Av,Awが「L」レベルにされた場合にオフする。IGBTQ4〜Q6は、それぞれゲート信号Bu,Bv,Bwが「H」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Bu,Bv,Bwが「L」レベルにされた場合にオフする。
【0020】
ゲート信号Au,Bu,Av,Bv,Aw,Bwの各々は、パルス信号列であり、PWM信号である。ゲート信号Au,Buの位相とゲート信号Av,Bvの位相とゲート信号Aw,Bwの位相とは120度ずつずれている。ゲート信号Au,Bu,Av,Bv,Aw,Bwの生成方法については後述する。
【0021】
たとえば、IGBTQ1,Q5がオンすると、直流正母線L1がIGBTQ1を介して出力ノード4aに接続されるとともに、出力ノード4bがIGBTQ5を介して直流負母線L2に接続され、出力ノード4a,4b間に正電圧が出力される。
【0022】
また、IGBTQ2,Q4がオンすると、直流正母線L1がIGBTQ2を介して出力ノード4bに接続されるとともに、出力ノード4aがIGBTQ4を介して直流負母線L2に接続され、出力ノード4a,4b間に負電圧が出力される。
【0023】
ゲート信号Au,Bu,Av,Bv,Aw,BwによってIGBTQ1〜Q6の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、IGBTQ1〜Q6の各々のオン時間を調整することにより、直流ラインL1,L2間の直流電圧VDCを所望の実効電圧および所望の周波数を有する三相交流電圧に変換することが可能となっている。インバータ4の出力ノード4a〜4cから出力される三相交流電圧は、誘導電動機12の三相巻線に供給され、回転磁界を発生する。
【0024】
図3は、制御装置7のうちのインバータ4の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図3において、制御装置7は、回転速度指令部21、周波数指令部22、電流指令部23、電流制御部24、しきい値設定部25、およびPWM制御部26を含む。
【0025】
回転速度指令部21は、誘導電動機12の回転軸12aの回転速度を指令するための回転速度指令値Rcを出力する。駆動装置1の使用者は、操作部8を操作することにより、回転速度指令値Rcを所望の値に設定し、所望のパターンで変化させることが可能となっている。
【0026】
周波数指令部22は、回転速度検出器6の出力信号によって示される回転速度検出値Rdが回転速度指令部21からの回転速度指令値Rcになるように、励磁周波数Feを指令する。励磁周波数Feが増大すると、インバータ4から出力される三相交流電圧の周波数が増大し、誘導電動機12の回転軸12aの回転速度が増大する。
【0027】
回転速度検出値Rdが回転速度指令値Rcよりも小さい場合には、周波数指令部22は、回転速度検出値Rdが増大して回転速度指令値Rcになるように、励磁周波数Feを徐々に増大させる。逆に、回転速度検出値Rdが回転速度指令値Rcよりも大きい場合には、周波数指令部22は、回転速度検出値Rdが減少して回転速度指令値Rcになるように、励磁周波数Feを徐々に減少させる。
【0028】
電流指令部23は、回転速度指令部21からの回転速度指令値Rcと回転速度検出器6の出力信号によって示される回転速度検出値Rdとの差ΔR=Rc−Rdに応じた値の電流指令値Icを生成する。
【0029】
電流制御部24(正弦波発生部)は、正弦波状に変化する電圧指令値Vc(正弦波信号)を生成する。電流制御部24は、電流検出器5の出力信号によって示される電流検出値Idが電流指令部23からの電流指令値Icになるように、電圧指令値Vcの振幅を制御する。
【0030】
しきい値設定部25は、操作部8からの信号に従って、PWM制御部26で使用される第1のしきい値周波数Ft1(Hz)および第2のしきい値周波数Ft2(Hz)の各々を設定する。第1のしきい値周波数Ft1は、第2のしきい値周波数Ft2よりも高い(Ft1>Ft2)。誘導電動機12における共振現象が発生すると、誘導電動機12の回転軸12aなどが振動し、騒音が発生する、または機器が破損する可能性がある。
(【0031】以降は省略されています)

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