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JP2012110138A - Motor drive system - Google Patents

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JP2012110138A
JP2012110138A JP2010257459A JP2010257459A JP2012110138A JP 2012110138 A JP2012110138 A JP 2012110138A JP 2010257459 A JP2010257459 A JP 2010257459A JP 2010257459 A JP2010257459 A JP 2010257459A JP 2012110138 A JP2012110138 A JP 2012110138A
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JP
Japan
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motor
power
power converter
motor drive
link unit
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010257459A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Iida
貴志 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2010257459A priority Critical patent/JP2012110138A/en
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Abstract

【課題】固定子巻線の中性点に直流電源が接続されたモータを駆動するシステムにおいて、専用のインバータを設けることなく外部へ交流電力を出力可能にする。
【解決手段】平滑コンデンサと交流モータと電力変換器とを有する少なくとも2台のモータ駆動装置を、平滑コンデンサ13を直流リンク部として並列に接続したモータ駆動システムにおいて、モータ40,50の中性点と直流リンク部の一端との間に接続された直流電源60と、電力変換器20とモータ40との間に接続されるスイッチ12と、このスイッチ12をオフにした状態で、電力変換器30を動作させて交流モータ50をリアクトルとして利用しつつ直流リンク部の電圧を所定値に制御し、かつ、電力変換器20を動作させて直流リンク部の直流電力を交流電力に変換し、外部に出力する制御装置70と、を備える。
【選択図】図1
In a system for driving a motor in which a DC power source is connected to a neutral point of a stator winding, AC power can be output to the outside without providing a dedicated inverter.
In a motor drive system in which at least two motor drive devices each having a smoothing capacitor, an AC motor, and a power converter are connected in parallel with a smoothing capacitor as a DC link unit, neutral points of motors 40 and 50 are provided. And a DC power source 60 connected between one end of the DC link unit, a switch 12 connected between the power converter 20 and the motor 40, and the power converter 30 with the switch 12 turned off. To control the voltage of the DC link unit to a predetermined value while using the AC motor 50 as a reactor, and operate the power converter 20 to convert the DC power of the DC link unit to AC power, And a control device 70 for outputting.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、直流リンク部に並列接続された複数台の電力変換器により、各電力変換器にそれぞれ接続された交流モータを駆動するためのモータ駆動システムに関し、詳しくは、一部の電力変換器から外部に交流電力を出力可能としたモータ駆動システムに関するものである。   The present invention relates to a motor drive system for driving an AC motor connected to each power converter by a plurality of power converters connected in parallel to a DC link unit. The present invention relates to a motor drive system that can output AC power to the outside.

複数台の交流モータを電力変換器により駆動するモータ駆動システムにおいて、各モータを直流定電圧によりそれぞれ独立に駆動しつつシステム全体の高効率化を図る方法として、例えば特許文献1に記載された方法がある。
図5は、この特許文献1に記載されたモータ駆動システムの構成図である。図5において、101,102はインバータ、103は直流リンク部に接続されたコンデンサ、201,202は各インバータ101,102の交流側に接続された同期電動機等の交流モータ、104は一方のモータ202の固定子巻線の中性点と負側直流母線との間に接続された直流電源としてのバッテリ、105は制御ユニットである。
In a motor drive system in which a plurality of AC motors are driven by a power converter, for example, a method described in Patent Document 1 is a method for improving the efficiency of the entire system while driving each motor independently by a DC constant voltage. There is.
FIG. 5 is a configuration diagram of the motor drive system described in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 5, 101 and 102 are inverters, 103 is a capacitor connected to the DC link unit, 201 and 202 are AC motors such as synchronous motors connected to the AC side of the inverters 101 and 102, and 104 is one motor 202. A battery 105 as a DC power source connected between the neutral point of the stator winding and the negative DC bus is a control unit.

上記構成において、一方のインバータ102はコンデンサ103の電圧がバッテリ104の電圧よりも高くなるように昇圧動作しながら交流電圧を出力してモータ202を駆動すると共に、他方のインバータ101は、昇圧動作を行わずに交流電圧を出力してモータ201をモータ202とは独立して駆動制御している。このように構成することで、モータの入力電流を低減でき、装置全体の高効率化を図ることができる。   In the above configuration, one inverter 102 drives the motor 202 by outputting an AC voltage while boosting so that the voltage of the capacitor 103 becomes higher than the voltage of the battery 104, and the other inverter 101 performs the boost operation. Instead, the AC voltage is output and the motor 201 is driven and controlled independently of the motor 202. With this configuration, the motor input current can be reduced, and the overall efficiency of the apparatus can be improved.

一方、ハイブリッド自動車や電気自動車等(これらを電気自動車等という)に搭載されたモータ駆動装置を用いて、電気自動車等を交流電源として利用する従来技術が知られている。すなわち、災害時の非常用電源や周囲に商用電源設備がない場合の電源として、電気自動車等を利用しようというものである。このような利用方法は、電気自動車等の商品価値を高めるものとして注目されている。   On the other hand, a conventional technique using an electric vehicle or the like as an AC power source using a motor driving device mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle (referred to as an electric vehicle or the like) is known. That is, an electric vehicle or the like is to be used as an emergency power source in the event of a disaster or a power source when there is no commercial power supply facility in the vicinity. Such a method of use is attracting attention as a means for increasing the commercial value of electric vehicles and the like.

バッテリを搭載したハイブリッド自動車から交流100Vを出力させる方法として、例えば、特許文献2に記載された方法がある。
図6は、特許文献2に記載された交流100V出力制御ルーチンのフローチャートである。特許文献2によれば、図6に示すように、交流100Vを出力するインバータや車両制御システム、交流コンセントの状態や、モータとの間で電力をやり取りするバッテリの状態に基づき、インバータによる交流100Vの出力の可否を判断する(S100〜S106,S109)。
また、バッテリの充放電状態を判定し、その結果に応じてインバータによる交流100Vの出力を制限する(S107,S108,S110,S111)。
この従来技術によれば、車両の良好な駆動制御を確保することができると共に、状況に応じてハイブリッド自動車のバッテリの電力を用いて交流100Vを出力させることができる。
As a method of outputting AC 100V from a hybrid vehicle equipped with a battery, for example, there is a method described in Patent Document 2.
FIG. 6 is a flowchart of an AC 100V output control routine described in Patent Document 2. According to Patent Document 2, as shown in FIG. 6, based on the state of an inverter that outputs AC 100V, a vehicle control system, an AC outlet, and a battery that exchanges power with a motor, AC 100V by an inverter Is determined whether or not to be output (S100 to S106, S109).
Moreover, the charge / discharge state of the battery is determined, and the output of AC 100V by the inverter is limited according to the result (S107, S108, S110, S111).
According to this prior art, it is possible to ensure good drive control of the vehicle and to output AC 100V using the power of the battery of the hybrid vehicle depending on the situation.

前述した特許文献1では、交流電力を発生して外部に出力する手段を備えていないが、特許文献2によれば、車載のバッテリを利用して交流電力を発生させることができる。
しかしながら、特許文献2では、交流出力専用にインバータを備える必要があり、これがシステムの小型化、軽量化、低コスト化の妨げとなっている。
In Patent Document 1 described above, no means for generating AC power and outputting it to the outside is provided. However, according to Patent Document 2, AC power can be generated using a vehicle-mounted battery.
However, in Patent Document 2, it is necessary to provide an inverter exclusively for AC output, which hinders downsizing, weight reduction, and cost reduction of the system.

上述した特許文献2の課題を解決する方法として、例えば、特許文献3や特許文献4に記載された方法がある。
図7は、特許文献3に記載された従来技術を示している。図7において、301は直流電源302の電圧を所定値に制御するDC/DCコンバータ、311,312は直流リンク部を共通にしたインバータ、MG,MGはインバータ311,312によりそれぞれ通電制御されるモータジェネレータMG,MG、321は交流コンセント、ENGは一方のモータジェネレータMGに連結されたエンジン、400は制御装置、Q,Q,Q11〜Q16,Q21〜Q26はDC/DCコンバータ301及びインバータ311,312を構成する半導体スイッチである。
As a method for solving the above-described problem of Patent Document 2, for example, there are methods described in Patent Document 3 and Patent Document 4.
FIG. 7 shows the prior art described in Patent Document 3. In FIG. 7, 301 is a DC / DC converter that controls the voltage of the DC power supply 302 to a predetermined value, 311 and 312 are inverters that share a DC link unit, and MG 1 and MG 2 are energized and controlled by inverters 311 and 312, respectively. Motor generators MG 1 , MG 2 , 321 are AC outlets, ENG is an engine connected to one motor generator MG 1 , 400 is a control device, Q 1 , Q 2 , Q 11 to Q 16 , Q 21 to Q 26 Is a semiconductor switch constituting the DC / DC converter 301 and the inverters 311 and 312.

この従来技術では、インバータ311がモータジェネレータMGの中性点を所定の零相電圧に制御すると共に、インバータ312が、モータジェネレータMGに接続されるU,V,W相のアームを制御してU相配電線の電圧を所定値に制御し、交流コンセント321から商用の交流電圧を出力可能としている。
なお、特許文献4では、モータジェネレータMGと同様にモータジェネレータMGの中性点が交流コンセント321に接続されており、両中性点の間に発生させた交流電圧を交流コンセント321に出力している。
In this prior art, the inverter 311 controls the neutral point of the motor generator MG 1 to a predetermined zero phase voltage, and the inverter 312 controls the U, V, and W phase arms connected to the motor generator MG 2. Thus, the voltage of the U-phase distribution line is controlled to a predetermined value, and a commercial AC voltage can be output from the AC outlet 321.
In Patent Document 4, the neutral point of the motor generator MG 2 is connected to the AC outlet 321 like the motor generator MG 1, and the AC voltage generated between the two neutral points is output to the AC outlet 321. is doing.

特開2002−10670号公報(段落[0022]〜[0025]、図1等)JP 2002-10670 A (paragraphs [0022] to [0025], FIG. 1 etc.) 特開2002−374604号公報(段落[0029]〜[0035]、図3等)JP 2002-374604 A (paragraphs [0029] to [0035], FIG. 3 etc.) 特開2005−318682号公報(段落[0037]〜[0064]、図2等)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-318682 (paragraphs [0037] to [0064], FIG. 2 etc.) 特開2006−158010号公報(段落[0022]〜[0039]、図1等)JP 2006-158010 A (paragraphs [0022] to [0039], FIG. 1 and the like)

特許文献3,4に記載された従来技術によれば、専用のインバータを設けることなく、モータ駆動装置から外部へ交流電力を出力することができる。しかし、特許文献1のように、バッテリ等の直流電源がモータの中性点に接続されているシステムにおいて、特許文献3,4の方法では外部に交流電力を出力することができない。
そこで、本発明の解決課題は、中性点に直流電源が接続された交流モータを駆動するシステムにおいて、専用のインバータを設けることなく外部へ交流電力を出力可能にしたモータ駆動システムを提供することにある。
According to the prior art described in Patent Documents 3 and 4, AC power can be output from the motor drive device to the outside without providing a dedicated inverter. However, in a system in which a DC power source such as a battery is connected to the neutral point of a motor as in Patent Document 1, AC power cannot be output to the outside by the methods of Patent Documents 3 and 4.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a motor drive system that can output AC power to the outside without providing a dedicated inverter in a system for driving an AC motor having a DC power source connected to a neutral point. It is in.

上記課題を解決するため、請求項1に係るモータ駆動システムは、平滑コンデンサと、固定子巻線が星形結線された交流モータと、前記平滑コンデンサと前記交流モータとの間で電力を授受するように半導体スイッチがオンオフ制御される電力変換器と、によってモータ駆動装置を構成し、
少なくとも2台の前記モータ駆動装置を、前記平滑コンデンサを直流リンク部として並列に接続してなるモータ駆動システムにおいて、
すべての交流モータの固定子巻線の中性点と前記直流リンク部の一端との間に接続された直流電源と、
第1のモータ駆動装置内の電力変換器と交流モータとの間に接続されるスイッチと、
前記スイッチをオフにした状態で、第2のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて当該電力変換器に接続された交流モータをリアクトルとして利用しつつ前記直流リンク部の電圧を所定値に制御し、かつ、第1のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて前記直流リンク部の直流電力を交流電力に変換し、外部に出力するように制御する制御手段と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, a motor drive system according to claim 1 transfers power between a smoothing capacitor, an AC motor in which a stator winding is star-connected, and the smoothing capacitor and the AC motor. And a power converter in which the semiconductor switch is controlled to be turned on and off to constitute a motor drive device,
In a motor drive system in which at least two motor drive devices are connected in parallel with the smoothing capacitor as a DC link unit,
A DC power source connected between the neutral point of the stator windings of all AC motors and one end of the DC link;
A switch connected between the power converter in the first motor drive and the AC motor;
With the switch turned off, the power converter in the second motor drive device is operated and the AC motor connected to the power converter is used as a reactor while the voltage of the DC link unit is set to a predetermined value. Control means for controlling and controlling the DC power of the DC link unit to be converted into AC power by operating a power converter in the first motor driving device and outputting the AC power to the outside. It is.

請求項2に係るモータ駆動システムは、平滑コンデンサと、固定子巻線が星形結線された交流モータと、前記平滑コンデンサと前記交流モータとの間で電力を授受するように半導体スイッチがオンオフ制御される電力変換器と、によってモータ駆動装置を構成し、
少なくとも2台の前記モータ駆動装置を、前記平滑コンデンサを直流リンク部として並列に接続してなるモータ駆動システムにおいて、
第1のモータ駆動装置内の電力変換器と交流モータとの間に接続されるスイッチと、
第2のモータ駆動装置内の交流モータの固定子巻線の中性点と前記直流リンク部の一端との間に接続された直流電源と、
前記スイッチをオフにした状態で、第2のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて当該電力変換器に接続された交流モータをリアクトルとして利用しつつ前記直流リンク部の電圧を所定値に制御し、かつ、第1のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて前記直流リンク部の直流電力を交流電力に変換し、外部に出力するように制御する制御手段と、を備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor drive system in which a smoothing capacitor, an AC motor in which a stator winding is star-connected, and a semiconductor switch on / off controlled so as to transfer power between the smoothing capacitor and the AC motor. And a power converter to constitute a motor driving device,
In a motor drive system in which at least two motor drive devices are connected in parallel with the smoothing capacitor as a DC link unit,
A switch connected between the power converter in the first motor drive and the AC motor;
A DC power source connected between the neutral point of the stator winding of the AC motor in the second motor driving device and one end of the DC link unit;
With the switch turned off, the power converter in the second motor drive device is operated and the AC motor connected to the power converter is used as a reactor while the voltage of the DC link unit is set to a predetermined value. Control means for controlling and controlling the DC power of the DC link unit to be converted into AC power by operating a power converter in the first motor driving device and outputting the AC power to the outside. It is.

請求項3に係るモータ駆動システムは、請求項1または2に記載されたモータ駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記直流電源の電圧または温度に応じて各電力変換器の出力を制限するものである。   A motor drive system according to a third aspect is the motor drive system according to the first or second aspect, wherein the control means limits the output of each power converter in accordance with the voltage or temperature of the DC power supply. is there.

請求項4に係るモータ駆動システムは、請求項1〜3のいずれか1項に記載したモータ駆動システムにおいて、前記制御手段により、第2のモータ駆動装置内の交流モータの固定子巻線に直流電流を流し、当該交流モータを回転させるトルクを発生させずに前記直流リンク部の電圧を制御するものである。   A motor drive system according to a fourth aspect is the motor drive system according to any one of the first to third aspects, wherein a direct current is applied to a stator winding of an AC motor in the second motor drive device by the control means. The voltage of the DC link portion is controlled without causing a current to flow and generating a torque for rotating the AC motor.

本発明によれば、中性点に直流電源が接続された交流モータを駆動するシステムにおいて、直流電源の電力を、直流リンク部の平滑コンデンサを介して電力変換器により交流電力に変換し、この交流電力を外部に出力することができる。
また、交流モータ駆動用の電力変換器を用いて外部に交流電力を出力させるため、交流出力専用のインバータ等が不要であり、部品点数を減少させてコストの上昇を抑制することが可能である。
更に、バッテリ等の直流電源の電圧や温度等の状態に応じて各電力変換器の出力を制限すれば、直流電源の状態を良好に維持できると共に、交流モータの固定子巻線に直流電流を流すことで、回転トルクを発生させずに直流リンク部の電圧を所定値に制御することができる。
According to the present invention, in a system for driving an AC motor in which a DC power source is connected to a neutral point, the power of the DC power source is converted into AC power by a power converter through a smoothing capacitor of a DC link unit. AC power can be output to the outside.
In addition, since AC power is output to the outside using a power converter for driving an AC motor, there is no need for an inverter dedicated to AC output, and the number of parts can be reduced to suppress an increase in cost. .
Furthermore, if the output of each power converter is limited according to the state of the voltage or temperature of the DC power supply such as a battery, the state of the DC power supply can be maintained satisfactorily and a DC current can be applied to the stator winding of the AC motor. By flowing, it is possible to control the voltage of the DC link unit to a predetermined value without generating rotational torque.

本発明の第1実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of this invention. 図1における一方の電力変換器の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of one power converter in FIG. 図1における他方の電力変換器の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the other power converter in FIG. 本発明の第2実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 特許文献1に記載された従来技術の構成図である。It is a block diagram of the prior art described in patent document 1. FIG. 特許文献2に記載された従来技術のフローチャートである。10 is a flowchart of the conventional technique described in Patent Document 2. 特許文献3に記載された従来技術の構成図である。It is a block diagram of the prior art described in patent document 3. FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態では、2台のモータ駆動装置からなるモータ駆動システムについて説明するが、本発明は、3台以上のモータ駆動装置を直流リンク部にて並列に接続したモータ駆動システムにも適用可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a motor drive system including two motor drive devices will be described. However, the present invention is applied to a motor drive system in which three or more motor drive devices are connected in parallel at a DC link unit. Is also applicable.

まず、図1は、本発明の第1実施形態を示す構成図であり、請求項1に相当する。
図1に示すように、この第1実施形態は、星形結線した固定子巻線を持つ2台の交流モータ(以下、単にモータともいう)40,50と、トランジスタと還流ダイオードとの逆並列接続回路からなる半導体スイッチTr〜Tr,Tr〜Tr12によりそれぞれ構成された電力変換器20,30と、モータ40,50の固定子巻線の中性点と電力変換器20,30の直流リンク部の一端との間に接続されて直流電力を供給するバッテリ等の直流電源60と、前記直流リンク部を構成する平滑コンデンサ13と、この平滑コンデンサ13の電圧を検出する電圧検出器14と、直流電源60の電圧を検出する電圧検出器15と、直流電源60の出力電流を検出する電流検出器16と、直流電源60の温度を検出する温度検出器17と、モータ40と電力変換器20との間に設けられたスイッチ12と、電力変換器20の出力電圧が供給されるLCフィルタ等の出力フィルタ11と、この出力フィルタ11に接続された交流コンセント10と、前記各検出器14,15,16,17からそれぞれ出力される検出値Vdc,V,I,Tに基づいて電力変換器20,30をPWM制御する制御装置70とから構成されている。
ここで、平滑コンデンサ13、電力変換器20及びモータ40は請求項における第1のモータ駆動装置を構成し、平滑コンデンサ13、電力変換器30及びモータ50は請求項における第2のモータ駆動装置を構成している。
First, FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, and corresponds to claim 1.
As shown in FIG. 1, the first embodiment is an anti-parallel arrangement of two AC motors (hereinafter also simply referred to as motors) 40 and 50 having stator windings connected in a star shape, and transistors and free-wheeling diodes. The power converters 20 and 30 each composed of semiconductor switches Tr 1 to Tr 6 and Tr 7 to Tr 12 each including a connection circuit, and the neutral points of the stator windings of the motors 40 and 50 and the power converters 20 and 30. A DC power source 60 such as a battery that is connected to one end of the DC link unit and supplies DC power, a smoothing capacitor 13 that constitutes the DC link unit, and a voltage detector that detects the voltage of the smoothing capacitor 13 14, a voltage detector 15 that detects the voltage of the DC power supply 60, a current detector 16 that detects the output current of the DC power supply 60, a temperature detector 17 that detects the temperature of the DC power supply 60, The switch 12 provided between the data converter 40 and the power converter 20, the output filter 11 such as an LC filter to which the output voltage of the power converter 20 is supplied, and the AC outlet 10 connected to the output filter 11 And a control device 70 that PWM-controls the power converters 20 and 30 based on the detection values V dc , V b , I b , and T b respectively output from the detectors 14, 15, 16, and 17. Has been.
Here, the smoothing capacitor 13, the power converter 20 and the motor 40 constitute the first motor driving device in the claims, and the smoothing capacitor 13, the power converter 30 and the motor 50 constitute the second motor driving device in the claims. It is composed.

次に、このモータ駆動システムによって交流電力を出力する方法について説明する。
直流電源60の直流電力は、モータ50と電力変換器30内の還流ダイオードとを介して平滑コンデンサ13に供給され、平滑コンデンサ13を充電する。このとき、モータ50の固定子巻線をリアクトルとみなし、電力変換器30の下アームをスイッチ、上アームをダイオードとみなすと、電力変換器30を昇圧チョッパとして動作させることができる。
Next, a method for outputting AC power using this motor drive system will be described.
The DC power of the DC power supply 60 is supplied to the smoothing capacitor 13 via the motor 50 and the freewheeling diode in the power converter 30 to charge the smoothing capacitor 13. At this time, if the stator winding of the motor 50 is regarded as a reactor, the lower arm of the power converter 30 is regarded as a switch, and the upper arm is regarded as a diode, the power converter 30 can be operated as a step-up chopper.

図2は、上記電力変換器30の動作を示しており、この電力変換器30は零電圧ベクトルを用いてPWM制御される。電力変換器30の零電圧ベクトル出力時は、上アーム及び下アームは同時にオンオフするので、ここでは、上アームの半導体スイッチTr,Tr,Tr11を一括してTrと表示し、下アームの半導体スイッチTr,Tr10,Tr12を一括してTrと表示して説明する。 FIG. 2 shows the operation of the power converter 30. The power converter 30 is PWM-controlled using a zero voltage vector. When the power converter 30 outputs a zero voltage vector, the upper arm and the lower arm are simultaneously turned on / off. Here, the upper arm semiconductor switches Tr 7 , Tr 9 , Tr 11 are collectively displayed as Tr p , The arm semiconductor switches Tr 8 , Tr 10 , Tr 12 will be collectively described as Tr n for explanation.

図2(a)はTrがオンの時の動作を、図2(b)はTrがオンの時の動作を、図2(c)は本回路における電圧電流波形をそれぞれ示している。
Trのオン時間Tnonにおいて、モータ50のリアクトルは直流電源60からのエネルギーを蓄える(図2(a))。また、Trのオン時間Tponにおいて、直流電源60とモータ50のリアクトルに蓄えられたエネルギーを、平滑コンデンサ13に放出する(図2(b))。すなわち、図2(c)に示すように、電力変換器30に零電圧ベクトルを出力させてTr,Trをオンオフさせることにより、直流電源60の電圧VをVdcに昇圧させる昇圧チョッパとして動作させることができる。
2A shows the operation when Tr n is on, FIG. 2B shows the operation when Tr p is on, and FIG. 2C shows the voltage / current waveform in this circuit.
In the on time T non of Tr n , the reactor of the motor 50 stores energy from the DC power source 60 (FIG. 2A). Further, the on-time T pon the Tr p, the energy stored in the reactor of the DC power supply 60 and the motor 50, releases the smoothing capacitor 13 (Figure 2 (b)). That is, as shown in FIG. 2 (c), by turning on and off the Tr n, Tr p by outputting a zero voltage vector to the power converter 30, the step-up chopper for boosting the voltage V b of the DC power supply 60 to the V dc Can be operated as

図1に戻って、制御装置70は、平滑コンデンサ13の電圧を検出する電圧検出器14からの信号Vdcと、直流電源60の電圧を検出する電圧検出器15からの信号Vと、直流電源60の出力電流を検出する電流検出器16からの信号Iとに基づいてPWMパルスPWMを演算し、このPWMパルスPWMを電力変換器30に出力して直流リンク部(平滑コンデンサ13)の電圧を制御する。なお、温度検出器17は、後述するように過負荷等による直流電源60の過熱を検出して電力変換器20,30の制御に反映させるためのものである。 Returning to FIG. 1, the control device 70 includes a signal V dc from the voltage detector 14 that detects the voltage of the smoothing capacitor 13, a signal V b from the voltage detector 15 that detects the voltage of the DC power supply 60, and a direct current. calculates the PWM pulse PWM 2 based on the output current of the power supply 60 to the signal I b from the current detector 16 for detecting the DC link part and outputs the PWM pulse PWM 2 to the power converter 30 (the smoothing capacitor 13 ) To control the voltage. The temperature detector 17 detects overheating of the DC power supply 60 due to overload or the like and reflects it in the control of the power converters 20 and 30 as will be described later.

電力変換器30の上記動作によって直流リンク部の直流電力が制御される一方、他方の電力変換器20は、制御装置70からのPWMパルスPWMにより半導体スイッチTr〜Trをオンオフさせて上記直流電力を交流電力に変換する。この交流電力は、高調波を除去するための出力フィルタ11を介して交流コンセント10に出力される。 While the DC power of the DC link unit is controlled by the above operation of the power converter 30, the other power converter 20 turns on and off the semiconductor switches Tr 1 to Tr 6 by the PWM pulse PWM 1 from the control device 70. Converts DC power to AC power. This AC power is output to the AC outlet 10 via the output filter 11 for removing harmonics.

ここで、電力変換器20の動作について説明する。
まず、電力変換器20から出力される交流電力がモータ40に入力されないように、予めスイッチ12をオフにして電力変換器20とモータ40とを切り離す。
次に、図3(a)のように、電力変換器20の2相分のアーム(Tr〜Tr)を用いて単相インバータを構成し、直流リンク部の直流電力を交流電力に変換する。図3(b)は、PWM制御の概念図であり、同図の上段に示す如く正弦波の電圧指令を三角波キャリアと比較することで、PWMパルスを容易に発生させることができる。このPWMパルスを用いて制御した単相インバータの出力線間電圧Vuv(図3(b)の下段参照)はスイッチングによる高調波を含んでいるが、図2及び図3(a)に示すように出力フィルタ11(ここではLCフィルタ)を用いれば、高調波成分を除去することができる。
以上のように電力変換器20を制御することで、正弦波の交流電圧を生成することができ、オフ状態にあるスイッチ12の前段から外部に出力することができる。
Here, the operation of the power converter 20 will be described.
First, the power converter 20 and the motor 40 are disconnected by turning off the switch 12 in advance so that the AC power output from the power converter 20 is not input to the motor 40.
Next, as shown in FIG. 3A, a single-phase inverter is configured using the two-phase arms (Tr 1 to Tr 4 ) of the power converter 20, and the DC power of the DC link unit is converted to AC power. To do. FIG. 3B is a conceptual diagram of PWM control, and a PWM pulse can be easily generated by comparing a sine wave voltage command with a triangular wave carrier as shown in the upper part of the figure. The output line voltage V uv (see the lower part of FIG. 3B) of the single-phase inverter controlled using this PWM pulse includes harmonics due to switching, as shown in FIGS. 2 and 3A. If the output filter 11 (LC filter here) is used, harmonic components can be removed.
By controlling the power converter 20 as described above, a sine wave AC voltage can be generated and output to the outside from the previous stage of the switch 12 in the off state.

次に、図4は本発明の第2実施形態を示す構成図であり、請求項2に相当する。この第2実施形態では、第1実施形態と異なってモータ40の中性点が直流電源60に接続されていない。その他の構成は第1実施形態と同一である。
前述したように、電力変換器20により交流電力を出力させる場合は、スイッチ12をオフしてモータ40の固定子巻線を開放するため、その中性点が直流電源60に接続されているか否かは電力変換器20の動作に影響しない。
従って、図4のような構成でも、第1実施形態と同様の動作が可能である。ただし、図1に示したようにモータ40の固定子巻線の中性点も直流電源60に接続すれば、スイッチ12をオンした状態で電力変換器20に零電圧ベクトルを出力させることにより、電力変換器30と同様に、電力変換器20を昇圧チョッパ動作させて平滑コンデンサ13を充電することが可能である。
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, and corresponds to claim 2. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the neutral point of the motor 40 is not connected to the DC power source 60. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
As described above, when AC power is output by the power converter 20, the switch 12 is turned off to open the stator winding of the motor 40, so whether or not the neutral point is connected to the DC power source 60. This does not affect the operation of the power converter 20.
Therefore, even with the configuration as shown in FIG. 4, the same operation as in the first embodiment is possible. However, if the neutral point of the stator winding of the motor 40 is also connected to the DC power source 60 as shown in FIG. 1, the power converter 20 outputs a zero voltage vector with the switch 12 turned on, Similar to the power converter 30, the smoothing capacitor 13 can be charged by operating the power converter 20 as a step-up chopper.

なお、請求項3に記載するように、直流電源60の電圧の低下や温度の上昇を電圧検出器15、温度検出器17によりそれぞれ検出し、各検出値が予め設定した出力制限値に達したら、電力変換器20,30の動作を制御してこれらの出力を制限することが望ましい。更に、各検出値が予め設定した出力停止値に達した場合には、電力変換器20,30の運転を停止させても良い。
これにより、過負荷運転等により直流電源60の劣化や破損が進行するのを防止することができる。
According to the third aspect of the present invention, when the voltage detector 15 and the temperature detector 17 detect a decrease in voltage or an increase in temperature of the DC power supply 60 and each detected value reaches a preset output limit value. It is desirable to control the operation of the power converters 20, 30 to limit their output. Further, when each detected value reaches a preset output stop value, the operation of the power converters 20 and 30 may be stopped.
Thereby, it is possible to prevent the deterioration or breakage of the DC power supply 60 due to overload operation or the like.

また、上述した各実施形態において、電力変換器30(または電力変換器20)が零電圧ベクトルを出力する場合、請求項4に記載するように、モータ50の各相の固定子巻線には直流電流が流れて回転磁界が発生しないため、回転トルクは発生しない。従って、モータ50を回転させずに直流リンク部の電圧を所定値に制御することができる。   Further, in each of the above-described embodiments, when the power converter 30 (or the power converter 20) outputs a zero voltage vector, the stator winding of each phase of the motor 50 is provided in the stator winding as described in claim 4. Since direct current flows and no rotating magnetic field is generated, no rotating torque is generated. Therefore, the voltage of the DC link unit can be controlled to a predetermined value without rotating the motor 50.

10:交流コンセント
11:出力フィルタ
12:スイッチ
13:平滑コンデンサ
14,15:電圧検出器
16:電流検出器
17:温度検出器
20,30:電力変換器
40,50:交流モータ
60:直流電源
70:制御装置
Tr〜Tr12:半導体スイッチ
10: AC outlet 11: Output filter 12: Switch 13: Smoothing capacitor 14, 15: Voltage detector 16: Current detector 17: Temperature detector 20, 30: Power converter 40, 50: AC motor 60: DC power supply 70 : Control device Tr 1 to Tr 12 : Semiconductor switch

Claims (4)

平滑コンデンサと、固定子巻線が星形結線された交流モータと、前記平滑コンデンサと前記交流モータとの間で電力を授受するように半導体スイッチがオンオフ制御される電力変換器と、によってモータ駆動装置を構成し、
少なくとも2台の前記モータ駆動装置を、前記平滑コンデンサを直流リンク部として並列に接続してなるモータ駆動システムにおいて、
すべての交流モータの固定子巻線の中性点と前記直流リンク部の一端との間に接続された直流電源と、
第1のモータ駆動装置内の電力変換器と交流モータとの間に接続されるスイッチと、
前記スイッチをオフにした状態で、第2のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて当該電力変換器に接続された交流モータをリアクトルとして利用しつつ前記直流リンク部の電圧を所定値に制御し、かつ、第1のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて前記直流リンク部の直流電力を交流電力に変換し、外部に出力するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動システム。
Motor driving by a smoothing capacitor, an AC motor in which a stator winding is star-connected, and a power converter in which a semiconductor switch is controlled to be turned on and off so as to transfer power between the smoothing capacitor and the AC motor Configure the device,
In a motor drive system in which at least two motor drive devices are connected in parallel with the smoothing capacitor as a DC link unit,
A DC power source connected between the neutral point of the stator windings of all AC motors and one end of the DC link;
A switch connected between the power converter in the first motor drive and the AC motor;
With the switch turned off, the power converter in the second motor drive device is operated and the AC motor connected to the power converter is used as a reactor while the voltage of the DC link unit is set to a predetermined value. Control means for controlling and converting the direct current power of the direct current link unit into alternating current power by operating a power converter in the first motor driving device, and outputting to the outside, and
A motor drive system comprising:
平滑コンデンサと、固定子巻線が星形結線された交流モータと、前記平滑コンデンサと前記交流モータとの間で電力を授受するように半導体スイッチがオンオフ制御される電力変換器と、によってモータ駆動装置を構成し、
少なくとも2台の前記モータ駆動装置を、前記平滑コンデンサを直流リンク部として並列に接続してなるモータ駆動システムにおいて、
第1のモータ駆動装置内の電力変換器と交流モータとの間に接続されるスイッチと、
第2のモータ駆動装置内の交流モータの固定子巻線の中性点と前記直流リンク部の一端との間に接続された直流電源と、
前記スイッチをオフにした状態で、第2のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて当該電力変換器に接続された交流モータをリアクトルとして利用しつつ前記直流リンク部の電圧を所定値に制御し、かつ、第1のモータ駆動装置内の電力変換器を動作させて前記直流リンク部の直流電力を交流電力に変換し、外部に出力するように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動システム。
Motor driving by a smoothing capacitor, an AC motor in which a stator winding is star-connected, and a power converter in which a semiconductor switch is controlled to be turned on and off so as to transfer power between the smoothing capacitor and the AC motor Configure the device,
In a motor drive system in which at least two motor drive devices are connected in parallel with the smoothing capacitor as a DC link unit,
A switch connected between the power converter in the first motor drive and the AC motor;
A DC power source connected between the neutral point of the stator winding of the AC motor in the second motor driving device and one end of the DC link unit;
With the switch turned off, the power converter in the second motor drive device is operated and the AC motor connected to the power converter is used as a reactor while the voltage of the DC link unit is set to a predetermined value. Control means for controlling and converting the direct current power of the direct current link unit into alternating current power by operating a power converter in the first motor driving device, and outputting to the outside, and
A motor drive system comprising:
請求項1または2に記載されたモータ駆動システムにおいて、
前記制御手段は、前記直流電源の電圧または温度に応じて各電力変換器の出力を制限することを特徴とするモータ駆動システム。
In the motor drive system according to claim 1 or 2,
The motor control system characterized in that the control means limits the output of each power converter according to the voltage or temperature of the DC power supply.
請求項1〜3のいずれか1項に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記制御手段により、第2のモータ駆動装置内の交流モータの固定子巻線に直流電流を流し、当該交流モータを回転させるトルクを発生させずに前記直流リンク部の電圧を制御することを特徴とするモータ駆動システム。
In the motor drive system according to any one of claims 1 to 3,
The control means controls the voltage of the DC link section without causing a torque to rotate the AC motor by causing a DC current to flow through the stator winding of the AC motor in the second motor driving device. Motor drive system.
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