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公開番号2024040080
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-25
出願番号2022144926
出願日2022-09-12
発明の名称電源回生コンバータ
出願人株式会社日立産機システム
代理人青稜弁理士法人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20240315BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力変換装置において、出力する直流電圧を適切な値に保ち、過変調やノイズの増加、スイッチングロスの増加、リアクトルを含むフィルタの発熱、負荷となる装置の絶縁劣化の増加を低減させる。
【解決手段】電動機に三相交流を出力するインバータと入力系統とする三相交流電源との間に配置され、電動機に発生する誘導起電力を三相交流電源に回生する電源回生コンバータであって、制御部は、交流電圧検出部で検出した入力系統の三相の交流電圧と、交流電流検出部で検出した三相の交流電流と、直流電圧検出部で検出した電源回生コンバータとインバータ間の直流電圧とに基づいて、PWM変調を行うための三相の交流電圧目標値を算出し、算出された三相の交流電圧目標値に基づいて、電源回生コンバータとインバータ間の直流電圧を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電動機に三相交流を出力するインバータと入力系統とする三相交流電源との間に配置され、コンバート部により直流と交流の双方向変換を行い、前記電動機に発生する誘導起電力を前記三相交流電源に回生する電源回生コンバータであって、
前記コンバート部と前記三相交流電源との間に配置されるフィルタ部と、
入力系統とする前記三相交流電源と接続され、前記三相交流電源から供給される三相の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記フィルタと前記コンバート部間に流れる三相の交流電流を検出する交流電流検出部と、
前記電源回生コンバータと前記インバータとの間の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記交流電圧検出部で検出した三相の交流電圧と、前記交流電流検出部で検出した三相の交流電流と、前記直流電圧検出部で検出した前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧とに基づいて、前記ＰＷＭ変調を行うための三相の交流電圧目標値を算出する制御部とを有し、
前記制御部は、算出された三相の交流電圧目標値に基づいて、前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧を制御することを特徴とする電源回生コンバータ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧目標値は、前記三相の交流電圧目標値の定数倍とすることを特徴とする請求項１記載の電源回生コンバータ。
【請求項３】
電動機に三相交流を出力するインバータと入力系統とする三相交流電源との間に配置され、コンバート部により直流と交流の双方向変換を行い、前記電動機に発生する誘導起電力を前記三相交流電源に回生する電源回生コンバータであって、
前記コンバート部と前記三相交流電源との間に配置されるフィルタ部と、
前記電源回生コンバータが出力する三相の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記コンバート部間に流れる三相の交流電流を検出する交流電流検出部と、
前記電源回生コンバータと前記インバータとの間の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、前記交流電圧検出部で検出した三相の交流電圧と、前記交流電流検出部で検出した三相の交流電流と、前記直流電圧検出部で検出した前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧とに基づいて、前記ＰＷＭ変調を行うための三相の交流電圧目標値を算出する制御部とを有し、
前記制御部に入力される直流電圧目標値として、前記交流電圧検出部から検出された交流電圧値に基づいて、前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧目標値を算出することを特徴とする電源回生コンバータ。
【請求項４】
電動機に三相交流を出力するインバータと入力系統とする三相交流電源との間に配置され、コンバート部により直流と交流の双方向変換を行い、前記電動機に発生する誘導起電力を前記三相交流電源に回生する電源回生コンバータであって、
前記コンバート部と前記三相交流電源との間に配置されるフィルタ部と、
前記フィルタ部の電圧ドロップ分を検出するフィルタドロップ電圧検出回路と、
前記入力系統とする前記三相交流電源と接続され、前記三相交流電源から供給される三相の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
前記フィルタと前記コンバート部間に流れる三相の交流電流を検出する交流電流検出部と、
前記電源回生コンバータと前記インバータとの間の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記交流電圧検出部で検出した三相の交流電圧と、前記交流電流検出部で検出した三相の交流電流と、前記直流電圧検出部で検出した前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧とに基づいて、前記ＰＷＭ変調を行うための三相の交流電圧目標値を算出する制御部とを有し、
前記制御部に入力される直流電圧目標値として、前記フィルタドロップ電圧検出回路から検出される電圧ドロップ分と前記交流電圧検出部から検出される電源電圧と交流電流検出部から検出される交流電流に基づいて、前記電源回生コンバータと前記インバータ間の直流電圧を算出することを特徴とする電源回生コンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回生コンバータに係り、特に、出力する直流電圧を適切な値に保ち、発熱を押さえ、負荷系統となる電動機等の劣化を防止するのに好適な電源回生コンバータに関する
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
三相交流を入力系統電源とし、コンバータとインバータの構成からなる電力変換装置を介して、負荷系統の電動機に電力を供給する電源系統システムにおいては、周波数設定を急激に下げたり、減速などの時にインバータの出力周波数よりも電動機の実速度のほうが大きくなった状態で運転すると、電動機からインバータへ電気エネルギーが戻ってくることがある。一般にこれを「回生」または「電源回生」という。
【０００３】
通常、回生エネルギーはインバータの直流部に接続した回生放電抵抗器で熱に換えて消費させるが、電源回生コンバータは、この回生エネルギーを、電源側に戻すことにより、むだに消費していたエネルギーを再利用することができるようにした装置である。
【０００４】
このような電源回生コンバータでは、一般的に、交流から直流への変換後の直流電圧を制御指令とする制御を行っている。直流電圧の制御指令値は、電源回生コンバータに接続されるインバータまたは電源回生コンバータ自身が系統側に対して行うＰＷＭ変調が過変調とならぬような設定が好ましく、この設定の下限値は、電力変換装置全体が負荷側または入力系統側に出力すべき交流電圧により決定される。
【０００５】
これに関連して、特許文献１には、ドライブシステムに用いられ電力変換装置において、負荷となる電動機の回転速度に応じた直流電圧の可変指令を可能にし、運転効率を改善した技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１４－３７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のコンバータとインバータ機能を有する電力変換装置では、様々な運転状況を想定し、回生時の出力交流電圧が最大となる値に基づいて直流電圧の設定値を決定していた。このような直流電圧の設定では、運転状態によって変化する下限値に対して常に高い値の電圧を印加することになるため、コンバータとインバータが有する双方の主素子のスイッチングロスの増加、リアクトルを含むフィルタの発熱増加や、負荷となる装置の絶縁劣化を早める原因となる。
【０００８】
そのため、コンバータの出力する直流電圧を抑えるため、特許文献１に記載されているような直流電圧を可変させることで各所にかかる負荷を低減する技術を電源回生コンバータに適用することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、電源回生コンバータと系統電源との間には通常フィルタ等が設置されるため、電源回生コンバータが負荷系統側に出力する電圧と入力系統電圧とに差が生じる。そのため、電圧の変動により、電源回生コンバータがインバータ側に出力する直流電圧が想定とは異なる電圧となってしまい、過変調やスイッチングロスの増加、ノイズの増加等の課題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、出力する直流電圧を適切な値に保ち、過変調やノイズの増加、スイッチングロスの増加、リアクトルを含むフィルタの発熱、負荷となる装置の絶縁劣化の増加を低減する電源回生コンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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