JP2018166349A - Power conversion device and power conversion method - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、銅損および鉄損の合計損失を低減して、回転電機を高効率に駆動することに関する。【解決手段】本発明は、電源から供給された電力を、交流回転電動機を駆動する電力に変換する際、当該交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧を上昇させた後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることに関する。本発明によれば、回転数が高い運転領域において交流回転電動機の損失を最小化でき、交流回転電動機を高効率に運転できる【選択図】 図6An object of the present invention relates to driving a rotating electrical machine with high efficiency by reducing the total loss of copper loss and iron loss. When converting power supplied from a power source to power for driving an AC rotary motor, the present invention increases the output voltage according to the increase in the rotational speed of the AC rotary motor, and then It relates to lowering the output voltage as it rises. According to the present invention, the loss of the AC rotary motor can be minimized in the operating range where the rotational speed is high, and the AC rotary motor can be operated with high efficiency.
Description
本発明は、交流回転電動機を駆動させる電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that drives an AC rotary electric motor.
一般に、交流回転電動機の制御装置から出力される出力電圧は、低速時には、回転電機の速度に比例して増加し、中速域には、制御装置が出力可能な最大出力電圧まで上昇し、中速域以上の高速域では、最大出力電圧で一定となり、回転電機を駆動させる。この場合、駆動する条件によっては、効率最大で運転しているとは限らない。こうした課題を解決するために、回転電動機に印加する電圧を変えるものとして、特許文献1〜4が開示されている。
In general, the output voltage output from the control device of the AC rotary motor increases in proportion to the speed of the rotating electrical machine at low speed, and increases to the maximum output voltage that can be output by the control device in the medium speed range. In the high speed range above the speed range, the maximum output voltage is constant, and the rotating electrical machine is driven. In this case, depending on the driving conditions, the vehicle is not necessarily operated at the maximum efficiency. In order to solve these problems,
特許文献1は、操舵力を発生する回転電動機に高出力が必要なときに、インバータのスイッチング損失を低減するためのものである。回転電動機の回転速度または出力が増加すると、ハーネスに流れる電流が大きくなってハーネスにおける電圧降下量が増大するため、これによって入力電圧が低下することになる。このように、入力電圧は回転電動機の回転速度または出力に応じて変化することから、回転電動機が所定の回転速度領域で動作しているか否かを入力電圧に基づいて判断し、回転電動機がこの回転速度領域で動作している場合に、回転電動機が低トルク領域で動作しているときよりもキャリア周波数を低く設定するようにしている。
また、特許文献2は、平滑コンデンサの容量低下による電圧の変動が大きくなり過ぎると、十分に抑制できなくなって過大な電圧変動が発生し、電力供給源の出力に接続された電子機器に過電圧印加が発生するおそれを無くすためのものである。この電動駆動制御装置は、平滑手段に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段で検出された直流電圧が所定電圧以上となった場合に、電力変換装置の入力特性を直流電圧が減少するような入力特性に補正するモータ制御部とを備える。モータ制御部の動作により、電力供給源の出力に接続された機器への過電圧印加の発生を防止できる構成としている。
Further, in
さらに、特許文献3は、正弦波PWM制御方式よりもモータ印加電圧の基本波成分が大きい変調方式に従って交流回転電動機を制御するモータ駆動システムの制御装置において、交流回転電動機の回転数の急変時にモータ電流を適切に制御するものである。モータ駆動システムの制御装置では、モータ電圧修正手段は、交流回転電動機の回転数減少時における回転数差に対する交流回転電動機への印加電圧の修正度合いを、交流回転電動機の回転数上昇時における修正度合いよりも大きく設定するものとしている。
Further,
特許文献4は、インバータ回路のスイッチング損失を低減するものである。交流電力を供給する回転電機であるモータジェネレータの低速運転状態である運転領域では、PWM方式で制御し、回転電機の回転速度が低速運転領域より上昇した運転領域では、PHM方式による制御に移行する。これにより歪の影響をできるだけ押さえ、効率向上を実現できるものとしている。
本願発明者が、交流回転電動機を高効率で駆動することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。 The inventor of the present application diligently studied to drive the AC rotary motor with high efficiency, and as a result, the following knowledge was obtained.
特許文献1では、キャリア周波数を低く設定するため、回転電動機の印加電圧が増加することにより、回転電動機内の鉄心に発生する鉄損が増加する。また、キャリア周波数を低くすることにより、回転電動機の印加電圧の歪みが大きくなり、回転電動機内で発生する損失の高調波成分が大きくなる。これらの損失増加により、回転電動機の効率が低下する課題がある。
In
特許文献2では、直流電圧が所定電圧以上となった場合に、電力変換装置の入力特性を直流電圧が減少するような入力特性に補正し、電力供給源の出力に接続された機器への過電圧印加の発生を防止できる。しかし、電力変換装置が出力する電圧は、電力変換装置の許容電圧で駆動されるため、駆動される交流回転電動機は、効率が最大の条件で運転されない課題がある。
In
特許文献3では、交流回転電動機の回転数減少時における回転数差に対する交流回転電動機への印加電圧の修正度合いを、交流回転電動機の回転数上昇時における修正度合いよりも大きく設定する構成である。この構成では、交流回転電動機の過電流を抑制することにより、過電流時よりも銅損を低減でき、効率を向上させることができる。しかし一方で、交流回転電動機の印加電圧を、過電流を抑制するために修正しているため、交流回転電動機の効率が最大の条件で運転されない課題がある。
In
特許文献4では、低速運転状態である運転領域ではPWM方式で制御し、回転電機の回転速度が低速運転領域より上昇した運転領域ではPHM方式による制御に移行する構成である。この構成では、インバータ回路のスイッチング損失を低減することにより、効率が向上できる。しかし一方で、交流回転電動機の印加電圧は、PWM方式およびPHM方式の両方式ともに、インバータ回路が出力される電圧の最大値となるため、交流回転電動機の効率が最大の条件で運転されない課題がある。
In
本発明の目的は、銅損および鉄損の合計損失を低減して、回転電機を高効率に駆動することに関する。 An object of the present invention relates to driving a rotating electrical machine with high efficiency by reducing the total loss of copper loss and iron loss.
本発明は、電源から供給された電力を、交流回転電動機を駆動する電力に変換する際、当該交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧を上昇させた後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることに関する。 In the present invention, when power supplied from a power source is converted into power for driving an AC rotary motor, the output voltage is increased according to the increase in the rotational speed of the AC rotary motor, and then the output voltage is increased according to the increase in the rotational speed. Related to lowering.
本発明によれば、回転数が高い運転領域において交流回転電動機の損失を最小化でき、交流回転電動機を高効率に運転できる According to the present invention, the loss of the AC rotary motor can be minimized in the operating range where the rotational speed is high, and the AC rotary motor can be operated with high efficiency.
実施例では、電源から供給された電力を変換して交流回転電動機を駆動する電力変換装置であって、交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧を上昇させた後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させるものを開示する。 In the embodiment, the power conversion device drives the AC rotary motor by converting the power supplied from the power source, and after increasing the output voltage according to the increase in the rotational speed of the AC rotary motor, according to the increase in the rotational speed What lowers an output voltage is disclosed.
また、実施例では、電源から供給された電力を、交流回転電動機を駆動する電力に変換する電力変換方法であって、交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧を上昇させた後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させるものを開示する。 Further, in the embodiment, the power conversion method converts power supplied from a power source into power for driving an AC rotary motor, and after the output voltage is increased according to the increase in the rotational speed of the AC rotary motor, the rotation is performed. Disclosed is an output voltage that decreases as the number increases.
また、実施例では、交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧が最大値に達した後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを開示する。 Further, the embodiment discloses that after the output voltage reaches the maximum value as the rotational speed of the AC rotary motor increases, the output voltage is decreased as the rotational speed increases.
また、実施例では、交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力が下降する運転領域で、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを開示する。 Further, in the embodiment, it is disclosed that the output voltage is decreased according to the increase in the rotation speed in the operation region where the output is decreased according to the increase in the rotation speed of the AC rotary motor.
また、実施例では、電力変換装置が、昇圧回路を搭載することを開示する。また、電源からの電力を昇圧回路により昇圧してインバータに供給することを開示する。 Moreover, in an Example, it discloses that a power converter device mounts a booster circuit. Also disclosed is that the power from the power source is boosted by a booster circuit and supplied to the inverter.
また、実施例では、電力変換装置が、降圧回路を搭載することを開示する。また、電源からの電力を降圧回路により降圧してインバータに供給することを開示する。 Moreover, in an Example, it discloses that a power converter device mounts a step-down circuit. Moreover, it discloses that the power from the power source is stepped down by a step-down circuit and supplied to the inverter.
また、実施例では、電力変換装置が、蓄電池を搭載することを開示する。また、電源からの電力に、蓄電池の電圧を印加してインバータに供給することを開示する。 Moreover, in an Example, it discloses that a power converter device mounts a storage battery. Moreover, applying the voltage of a storage battery to the electric power from a power supply and supplying to an inverter is disclosed.
また、実施例では、電力変換装置が、電源から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータを搭載することを開示する。また、電源からの交流電力をコンバータにより直流電圧に変換してインバータに供給することを開示する。 Moreover, in an Example, it discloses that the power converter device mounts the converter which converts the alternating current power supplied from the power supply into direct current power. Further, it discloses that AC power from a power source is converted into a DC voltage by a converter and supplied to an inverter.
また、実施例では、電力変換装置のインバータに並列接続されるコンデンサの電圧を、交流回転電動機の回転数の上昇に従って下降させることを開示する。また、電力変換するインバータに並列接続されるコンデンサの電圧を、交流回転電動機の回転数の上昇に従って下降させることを開示する。 Moreover, in an Example, it discloses that the voltage of the capacitor | condenser connected in parallel with the inverter of a power converter device is dropped according to the raise of the rotation speed of an AC rotary motor. Further, it is disclosed that the voltage of the capacitor connected in parallel to the inverter for power conversion is lowered as the rotational speed of the AC rotating motor is increased.
また、実施例では、交流回転電動機が、誘導機、永久磁石式同期電動機またはスイッチトリラクタンス電動機であることを開示する。 In addition, the embodiment discloses that the AC rotary motor is an induction machine, a permanent magnet synchronous motor, or a switched reluctance motor.
また、実施例では、電力変換装置を備える電気車を開示する。また、電力変換方法により変換された電力を、電気車の交流回転電動機に供給して電気車を走行させる、電気車の走行方法を開示する。 Moreover, in an Example, an electric vehicle provided with a power converter device is disclosed. Also disclosed is a method for running an electric vehicle in which the electric power converted by the power conversion method is supplied to an AC rotary electric motor of the electric vehicle to run the electric vehicle.
以下、上記およびその他の本発明の新規な特徴と効果について図面を参酌して説明する。なお、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限縮するものではない。 The above and other novel features and effects of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are used exclusively for understanding the invention and do not limit the scope of rights.
本実施例について、図1乃至図7に基づいて説明する。 A present Example is described based on FIG. 1 thru | or FIG.
図1は、本実施例にかかる電力変換装置1の回路図である。電力変換装置1は、直流電源4から供給された電圧を平滑するコンデンサ5と、6つのスイッチング素子601で構成されている。コンデンサ5は、電解コンデンサやフィルムコンデンサのどちらでもよく、コンデンサ5を大容量化するために、小容量のコンデンサを多数並列接続して構成しても良い。スイッチング素子601は、IGBTやMOSFETのどちらでもよく、スイッチング素子601がIGBTである場合には、IGBTとは逆向きにダイオード901をそれぞれ並列接続し、スイッチング素子601がMOSFETである場合には、ダイオード901としてMOSFETの寄生ダイオードを利用できる。半導体モジュール801は、2つのスイッチング素子601が直列に接続されて構成されている2in1モジュールであるが、これに限られず、一つのスイッチング素子601のみを含む1in1モジュールを組み合わせてもよい。スイッチング素子601の接続点は、モータ100への交流出力点となる。
FIG. 1 is a circuit diagram of a
図2は、本実施例にかかるインバータ2を動作させるためのブロック線図である。インバータ2は、インバータ2から出力されるモータの回転子の位置情報θ、モータの交流電流Iu、Iv、Iwを基に、モータ制御部10にて制御される。
FIG. 2 is a block diagram for operating the
図3は、本実施例にかかるモータ100の回転数-トルク特性を示すグラフである。モータ100は、可変速運転される場合、低速領域にトルク一定の運転領域、低速領域よりも速度が高い中・高速領域に出力一定又は出力を低下させた特性を有する。
FIG. 3 is a graph showing the rotational speed-torque characteristics of the
図4は、モータ100に入力される従来の速度−交流電圧パターンを示すグラフである。従来は、図4に示すように、低速領域では、モータ100の速度に比例して交流電圧を増加させ、中速領域では、電力変換装置1が出力可能な最大の交流電圧まで上昇させ、中速域以上の高速領域では、交流電圧を最大値で一定として、モータ100を駆動させる。
FIG. 4 is a graph showing a conventional speed-AC voltage pattern input to the
図5は、図4で示したモータ100に入力される従来の速度−交流電圧パターンでのモータ100の損失である銅損および鉄損を示すグラフである。銅損はモータ100の巻線に流れる電流によって発生するジュール損失であり、鉄損はモータ100の内部で作られる磁束の時間変化によって、発生する損失である。図5では、低速領域では、鉄損に比べて銅損が大きいのに対して、中速領域および高速領域では銅損に比べて鉄損の方が大きい。銅損および鉄損の算出式を以下に示す。
銅損Ws=R・I2・・・(1)
鉄損Wi=Kh・(B)・f +Ke・(B)2・f2・・・(2)
であらわされる。
FIG. 5 is a graph showing copper loss and iron loss, which are losses of the
Copper loss Ws = R · I 2 (1)
Iron loss Wi = Kh · (B) · f + Ke · (B) 2 · f 2 ... (2)
It is expressed.
ここで、Rはモータ100の巻線の抵抗値、Iはモータ100に流れる3相分の電流値、KhおよびKeはモータ100の内部構造によって決定する係数、Bはモータ100の内部の磁束密度、φはモータ100内部で発生する磁束量、Sは磁束φが鎖交する面積、fは交流電圧の周波数である。磁束密度と電圧は以下の式で表される。
磁束密度B=φ/S・・・(3)
交流電圧V=N・(dφ/dt)・・・(4)
ここで、Nはモータ100の巻線数、dφは磁束φの時間変化量、dtは時間変化量である。(2)(3)(4)式から鉄損Wiは以下の式で書きなおせる。
鉄損Wi=Kh・((N∫Vdt))/S)・f +Ke・((N∫Vdt))/S)2・f2・・・(5)
(5)式から鉄損Wiは電圧と周波数に1乗と2乗で比例する。このことから、モータ100の回転数が上昇すると鉄損が増加するため、高速領域では、モータ100の鉄損が支配的となる運転領域が存在する。
Here, R is a resistance value of the winding of the
Magnetic flux density B = φ / S (3)
AC voltage V = N ・ (dφ / dt) (4)
Here, N is the number of windings of the
Iron loss Wi = Kh ・ ((N∫Vdt)) / S) ・ f + Ke ・ ((N∫Vdt)) / S) 2・ f 2・ ・ ・ (5)
From equation (5), the iron loss Wi is proportional to the voltage and frequency in the first and second power. For this reason, since the iron loss increases as the rotational speed of the
図6は、本実施例にかかるモータ100に入力される速度-交流電圧パターンを示すグラフであり、高速領域で交流電圧を下げた場合の交流電圧パターンである。図7は、図4および図6に示した交流電圧パターンにおけるモータ100の鉄損、銅損および全損失(鉄損と銅損の合計値)を示すグラフである。高速領域で交流電圧を下げることにより、銅損および鉄損の合計値を最小化して、モータ100を高効率に運転できる。
FIG. 6 is a graph showing a speed-AC voltage pattern inputted to the
本実施例では、モータ100の回転数の上昇にしたがって交流電圧を上昇させた後に、さらにモータ100の回転数が上昇した高速領域で交流電圧を下降させる運転領域を有している。本実施例によれば、モータ100の回転数の上昇にしたがって交流電圧を上昇させた後の高速領域において、交流電圧を下げることにより、銅損および鉄損の全損失を最小化して、モータ100を高効率に運転できる。
In the present embodiment, after the AC voltage is increased according to the increase in the rotation speed of the
本実施例は、実施例1と異なり、最大出力電圧上限まで交流電圧を上昇させる。以下、実施例1との相違点を中心に説明する。 Unlike the first embodiment, the present embodiment increases the AC voltage up to the maximum output voltage upper limit. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.
図8は、本実施例にかかる速度−交流電圧パターンを示すグラフであり、高速領域で交流電圧を下げた場合の交流電圧パターンである。本実施例の交流電圧パターンでは、モータ100の回転数の上昇にしたがって制御装置の最大出力電圧上限まで交流電圧が上昇した後に、モータ100の回転数の上昇にしたがって交流電圧を下降させる運転領域を有している。
FIG. 8 is a graph showing a speed-AC voltage pattern according to this example, and is an AC voltage pattern when the AC voltage is lowered in a high speed region. In the AC voltage pattern of this embodiment, after the AC voltage rises to the upper limit of the maximum output voltage of the control device according to the increase in the rotation speed of the
本実施例によれば、モータ100が出力するトルクが大きい場合に、制御装置1の出力電圧を最大値まで出力することにより、モータ100に流れる電流を小さくでき、銅損を小さくして運転できる。また、高速領域で交流電圧を下げることにより、銅損および鉄損の合計損失を最小化でき、モータ100を高効率に運転できる。
According to the present embodiment, when the torque output from the
本実施例では、トルク一定の低速領域、出力一定の中速領域、および出力低下の高速領域を有するものである。以下、実施例1乃至2との相違点を中心に説明する。 In this embodiment, there is a low speed region where the torque is constant, a medium speed region where the output is constant, and a high speed region where the output is reduced. Hereinafter, the difference from the first and second embodiments will be mainly described.
図9は、本実施例にかかる速度−交流電圧パターンを示すグラフであり、モータ100の回転数−トルク特性、およびモータ100に入力される交流電圧パターンである。本実施例では、モータ100の低速領域にトルク一定の運転領域、低速領域よりも速度が高い中速領域に出力一定の運転領域を有し、さらに回転数が高い運転領域では出力を低下させた特性を有する。これに対して、モータ100に印加される交流電圧は、低・中速領域では、モータ100の速度に従って交流電圧が増加し、出力が低下する高速領域では、交流電圧を下降させる運転領域を有している。
FIG. 9 is a graph showing a speed-AC voltage pattern according to the present embodiment, which is a rotational speed-torque characteristic of the
本実施例によれば、トルク・出力が必要な低・中速領域ではモータ100の回転数の増加に従って交流電圧を増加させ、出力が不要な高速領域では、交流電圧を低下させているため、速度に応じてモータ100を高効率に駆動できる。
According to this embodiment, the AC voltage is increased as the number of rotations of the
本実施例では、実施例1と異なり、電力変換装置1がインバータ2と昇圧回路3から構成されている。以下、実施例1乃至3との相違点を中心に説明する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the
図10は、本実施例にかかる電力変換装置1の回路図である。本実施例の電力変換装置1は、インバータ2と昇圧回路3から構成されている。
FIG. 10 is a circuit diagram of the
昇圧回路3は、半導体モジュール802とリアクトル15から構成されている。半導体モジュール802は、2つのスイッチング素子602が直列に接続されて構成されている。スイッチング素子602の接続点は、リアクトル15を介して直流電源4に接続されている。また、半導体モジュール802は、インバータ2と並列に接続されている。なお、半導体モジュール802は、単体のみならず複数でもよく、複数のスイッチング素子602およびダイオード902を並列に接続して大容量化しても良い。
The
図11は、本実施例にかかる昇圧回路3を動作させるためのブロック線図である。電圧指令値Ecf*を基にAVR制御部で電圧を調節し、電流指令値Is*を制御する。ACR制御部はAVR制御部から出す電流指令値Is*となるように電流値Isをコントロールする。ゲート・ドライバー17はACR制御部から出るIsに応じて昇圧回路3を制御し、昇圧回路3から出力される電圧Ecfを調節する。これにより、昇圧回路3を動作させ、インバータ2に入力される直流電圧値を調節する。
FIG. 11 is a block diagram for operating the
本実施例によれば、電力変換装置1が昇圧回路3を搭載しているため、モータ100の回転数が上昇した際に交流電圧を下げることが低損失で実施できるため、銅損および鉄損の合計損失を最小化でき、モータ100を高効率に運転できる。
According to the present embodiment, since the
本実施例では、実施例1と異なり、電力変換装置1がインバータ2と降圧回路8から構成されている。以下、実施例1乃至4との相違点を中心に説明する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the
図12は、本実施例にかかる電力変換装置1の回路図である。本実施例の電力変換装置1は、インバータ2と降圧回路8から構成されている。
FIG. 12 is a circuit diagram of the
降圧回路8は、半導体モジュール803とリアクトル15から構成されている。半導体モジュール803は、2つのスイッチング素子603が直列に接続されて構成されている。スイッチング素子603がIGBTである場合には、IGBTとは逆向きにダイオード903をそれぞれ並列接続する必要があるが、スイッチング素子603がMOSFETである場合には、ダイオード903としてMOSFETの寄生ダイオードを利用できる。2つのスイッチング素子603の接続点は、リアクトル15に接続されており、リアクトル15は、インバータ2に接続されている。なお、半導体モジュール803は、単体のみならず複数でもよく、複数のスイッチング素子803およびダイオード903を並列に接続して大容量化しても良い。また、インバータ2は前述した実施例に記載のインバータ2と同様である。降圧回路8の動作は、図11に記載の、実施例4にかかる昇圧回路3を動作させるためのブロック線図と同様であり、降圧回路8が出力するEcfと、ゲート・ドライバー17の入力電流Isの情報を基に、電圧・電流を制御し、出力する電圧値を調節する。
The step-down
本実施例によれば、モータ100の回転数が上昇にした際に交流電圧を下げることが低損失で実施できるため、銅損および鉄損の合計損失を最小化でき、モータ100を高効率に運転できる。
According to this embodiment, when the rotational speed of the
本実施例では、実施例1と異なり、電力変換装置1がインバータ2と蓄電装置9から構成されている。以下、実施例1乃至5との相違点を中心に説明する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the
図13は、本実施例にかかる電力変換装置1の回路図である。本実施例の電力変換装置1は、インバータ2と蓄電装置9から構成されており、電力変換装置1の高圧側は、リアクトル15を介して架線11に接続されている。インバータ2は、実施例1のインバータ2と同様である。蓄電装置9は、インバータ2のグランド側に接続されており、架線11の直流電圧に加えて、蓄電装置9の出力する直流電圧がインバータ2に印加される。蓄電装置9の動作は、図11に記載の、実施例4にかかる昇圧回路3を動作させるためのブロック線図と同様であり、蓄電装置9が出力するEcfと、ゲート・ドライバー17の入力電流Isの情報を基に、電圧・電流を制御し、出力する電圧値を調節する。
FIG. 13 is a circuit diagram of the
本実施例によれば、モータ100の回転数が上昇にした際に交流電圧を下げることができる。さらに、モータ100が減速する際に発生する発電電力を蓄電装置9に貯蔵でき、モータ100を高効率に運転できる。
According to the present embodiment, the AC voltage can be lowered when the rotation speed of the
本実施例では、実施例1と異なり、電力変換装置1がインバータ2とコンバータ13から構成されている。以下、実施例1乃至6との相違点を中心に説明する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the
図14は、本実施例にかかる電力変換装置1の回路図である。本実施例の電力変換装置1は、交流電源18から供給された電圧を、変圧器16により電圧の大きさを変えた上で、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ13に供給する。コンバータ13は、4つのスイッチング素子604から構成されている。スイッチング素子604がIGBTである場合には、IGBTとは逆向きにダイオード904をそれぞれ並列接続する必要があるが、スイッチング素子604がMOSFETである場合には、ダイオード904としてMOSFETの寄生ダイオードを利用できる。半導体モジュール804は、スイッチング素子604が直列に接続されて構成されている。2つの半導体モジュール804は、並列に接続されている。また、2つの半導体モジュール804各々のスイッチング素子604の接続点は、変圧器16と接続されている。コンバータ13は、インバータ2に接続されている。なお、インバータ2は、実施例1のインバータ2と同様である。
FIG. 14 is a circuit diagram of the
本実施例の電力変換装置1は、インバータ2とコンバータ13から構成されており、コンバータ13の動作は、図11に記載の、実施例4にかかる昇圧回路3を動作させるためのブロック線図と同様であり、コンバータ13が出力するEcfと、ゲート・ドライバー17の入力電流Isの情報を基に、電圧・電流を制御し、出力する電圧値を調節する。
The
本実施例によれば、モータ100の回転数が上昇にした際に交流電圧を下げることができ、モータ100を高効率に運転できる。
According to the present embodiment, the AC voltage can be lowered when the rotation speed of the
本実施例では、実施例1と異なり、コンデンサ5の電圧Ecfがモータ100の回転数が上昇した際に低下する運転領域を有する。以下、実施例1乃至7との相違点を中心に説明する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the voltage Ecf of the
図15は、本実施例にかかる電力変換装置内のコンデンサ電圧-速度、交流電圧-速度を示すグラフであり、電力変換装置1に搭載されているコンデンサ5の電圧とモータ100の回転数の関係およびモータ100の交流電圧の関係を示している。本実施例では、電力変換装置1に搭載されるコンデンサ5の電圧を変える手段として、実施例4の昇圧回路3、実施例5の降圧回路8、実施例6の蓄電池、または実施例7にかかる交流から直流に変換する電力変換装置(コンバータ)などを用いる。また、これらの電圧を変える手段の動作は、図11に記載の、実施例4にかかる昇圧回路3を動作させるためのブロック線図と同様である。
FIG. 15 is a graph showing capacitor voltage-speed and AC voltage-speed in the power converter according to the present embodiment, and the relationship between the voltage of the
本実施例にかかるコンデンサ5の電圧Ecfは、モータ100の回転数が上昇した際に低下する運転領域を有し、同じ運転領域において、モータ100の交流電圧も低下する。
The voltage Ecf of the
本実施例によれば、モータ100の回転数が上昇した際に交流電圧を下げることにより、銅損および鉄損の合計損失を最小化でき、モータ100を高効率に運転できる。
According to the present embodiment, the total loss of the copper loss and the iron loss can be minimized by reducing the AC voltage when the rotation speed of the
本実施例は、実施例1乃至8いずれかの電力変換装置を搭載した鉄道車両である。以下、実施例1乃至8との相違点を中心に説明する。 The present embodiment is a railway vehicle equipped with the power conversion device according to any one of the first to eighth embodiments. Hereinafter, the difference from the first to eighth embodiments will be mainly described.
図16は、本実施例にかかる電気鉄道車両の交流電動機駆動システムの構成図であり、交流電動機駆動システムを用いた鉄道車両を示す。鉄道車両の交流電動機駆動システムでは、架線11から集電装置を介して電力が供給され、電力変換装置1を経由して交流電力がモータ100に供給されることによりモータ100を駆動する。モータ100は、鉄道車両の車軸と連結されており、モータ100により鉄道車両の走行が制御される。電気的なグランドはレール12を介して接続されている。なお、架線11の電圧は直流および交流のどちらでもよい。
FIG. 16 is a configuration diagram of an AC motor drive system for an electric railway vehicle according to the present embodiment, and shows a railway vehicle using the AC motor drive system. In an AC motor drive system for a railway vehicle, electric power is supplied from an
本実施例によれば、鉄道車両を高効率に運転できる。 According to this embodiment, the railway vehicle can be driven with high efficiency.
上記実施例では、誘導電動機を例に説明したが、これに限らず、永久磁石式電動機やスイッチトリラクタンスなどにも、本発明は適用できる。また、上記実施例では、鉄道車両を例に説明したが、電気自動車やハイブリッドカーなどにも、本発明は適用できる。 In the above embodiment, the induction motor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a permanent magnet motor, switched reluctance, and the like. In the above embodiment, the railway vehicle has been described as an example, but the present invention can also be applied to an electric vehicle, a hybrid car, and the like.
1 電力変換装置
2 インバータ
3 昇圧回路
4 直流電源
5 コンデンサ
8 降圧回路
9 蓄電装置
10 モータ制御部
11 架線
12 レール
13 コンバータ
14 車輪
15 リアクトル
16 変圧器
17 ゲート・ドライバー
18 交流電源
100 モータ
601 インバータのスイッチング素子
602 昇圧回路のスイッチング素子
603 降圧回路のスイッチング素子
604 コンバータのスイッチング素子
801 インバータの半導体モジュール
802 昇圧回路の半導体モジュール
803 降圧回路の半導体モジュール
804 コンバータの半導体モジュール
901 インバータのダイオード
902 昇圧回路のダイオード
903 降圧回路のダイオード
904 コンバータのダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧を上昇させた後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that converts power supplied from a power source to drive an AC rotary motor,
The power converter according to claim 1, wherein after increasing the output voltage according to an increase in the rotational speed of the AC rotary motor, the output voltage is decreased according to the increase in the rotational speed.
前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧が最大値に達した後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1,
A power conversion device, wherein after the output voltage reaches a maximum value as the rotational speed of the AC rotary motor increases, the output voltage is decreased as the rotational speed increases.
前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力が下降する運転領域で、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-2,
The power converter according to claim 1, wherein the output voltage is decreased according to the increase in the rotation speed in an operation region where the output is decreased according to the increase in the rotation speed of the AC rotary motor.
当該電力変換装置が、昇圧回路を搭載することを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-3,
The power converter is equipped with a booster circuit.
当該電力変換装置が、降圧回路を搭載することを特徴する電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-3,
A power converter, wherein the power converter is equipped with a step-down circuit.
当該電力変換装置が、蓄電池を搭載することを特徴する電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-3,
The said power converter device mounts a storage battery, The power converter device characterized by the above-mentioned.
前記電源が交流電源であり、
当該電力変換装置が、前記交流電力を直流電力に変換するコンバータを搭載することを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-3,
The power source is an AC power source;
The said power converter device mounts the converter which converts the said alternating current power into direct-current power, The power converter device characterized by the above-mentioned.
当該電力変換装置のインバータに並列接続されるコンデンサの電圧を、前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って下降させることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-7,
The voltage of the capacitor | condenser connected in parallel with the inverter of the said power converter device is dropped according to the raise of the rotation speed of the said AC rotary motor, The power converter device characterized by the above-mentioned.
前記交流回転電動機が、誘導機、永久磁石式同期電動機またはスイッチトリラクタンス電動機であることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device in any one of Claims 1-8,
The AC rotating motor is an induction machine, a permanent magnet synchronous motor, or a switched reluctance motor.
前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧を上昇させた後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを特徴とする電力変換方法。 A power conversion method for converting electric power supplied from a power source into electric power for driving an AC rotary motor,
A power conversion method comprising: increasing an output voltage according to an increase in the rotational speed of the AC rotating motor; and then decreasing the output voltage according to the increase in the rotational speed.
前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力電圧が最大値に達した後に、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを特徴とする電力変換方法。 The power conversion method according to claim 11,
A power conversion method characterized in that after the output voltage reaches a maximum value as the rotational speed of the AC rotary motor increases, the output voltage is decreased as the rotational speed increases.
前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って出力が下降する運転領域で、当該回転数の上昇に従って出力電圧を下降させることを特徴とする電力変換方法。 The power conversion method according to any one of claims 11 to 12,
A power conversion method, wherein an output voltage is decreased in accordance with an increase in the rotation speed in an operation region in which an output is decreased in accordance with an increase in the rotation speed of the AC rotary motor.
前記電源からの電力を昇圧回路により昇圧して供給することを搭載することを特徴とする電力変換方法。 In the power conversion method in any one of Claims 11-13,
A power conversion method comprising mounting the power from the power source after being boosted by a booster circuit.
前記電源からの電力を降圧回路により降圧して供給することを特徴する電力変換方法。 In the power conversion method in any one of Claims 11-13,
A power conversion method, wherein power from the power supply is stepped down and supplied by a step-down circuit.
前記電源からの電力に、蓄電池の電圧を印加して供給することを特徴する電力変換方法。 In the power conversion method in any one of Claims 11-13,
A power conversion method comprising applying a voltage of a storage battery to power from the power source and supplying the power.
前記電源からの交流電力をコンバータにより直流電圧に変換して供給することを特徴とする電力変換方法。 In the power conversion method in any one of Claims 11-13,
A power conversion method, wherein AC power from the power source is converted into a DC voltage by a converter and supplied.
電力変換するインバータに並列接続されるコンデンサの電圧を、前記交流回転電動機の回転数の上昇に従って下降させることを特徴とする電力変換方法。 In the power conversion method in any one of Claims 11-17,
A power conversion method characterized in that the voltage of a capacitor connected in parallel to an inverter for power conversion is lowered as the rotational speed of the AC rotary motor increases.
前記交流回転電動機が、誘導機、永久磁石式同期電動機またはスイッチトリラクタンス電動機であることを特徴とする電力変換方法。 In the power conversion method in any one of Claims 11-18,
The AC rotating motor is an induction machine, a permanent magnet synchronous motor, or a switched reluctance motor.
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