交流电动机驱动系统的制作方法_2

文档序号:9916859阅读:来源:国知局
的电压值与预先确定的再生结束电压值相比变为低电压为止。利用该再生 动作,将由交流电动机16产生的再生功率再生至系统电源10。
[0041 ]图2是表示交流电动机驱动系统1内的充放电控制部2的框图。图2所示的充放电控 制部2具备动力运行时控制部21、再生时控制部3、电流指令值汇总部22以及控制信号生成 部23。
[0042]动力运行时控制部21将电压由于交流电动机16的动力运行动作而下降的直流母 线12的直流母线电压值Vdc(由直流电压值检测部18检测)作为输入,将蓄电设备侧放电电 流指令值lb*和动力运行时功率补偿动作标志Fb输出,该蓄电设备侧放电电流指令值lb*是 对用于从蓄电设备17放电的放电电流进行控制的指令值,该动力运行时功率补偿动作标志 Fb决定从蓄电设备17放电的期间。
[0043]再生时控制部3将电压由于交流电动机16的再生动作而上升的直流母线12的直流 母线电压值Vdc(由直流电压值检测部18检测)作为输入,将蓄电设备侧充电电流指令值la* 和再生时功率补偿动作标志Fa输出,该蓄电设备侧充电电流指令值la*是对用于充电至蓄 电设备17的充电电流进行控制的指令值,该再生时功率补偿动作标志Fa决定对蓄电设备17 充电的期间。
[0044] 电流指令值汇总部22使用蓄电设备侧充电电流指令值la*和蓄电设备侧放电电流 指令值Ib*,生成蓄电设备17的充放电电流的指令值即汇总充放电电流指令值Ic*。
[0045] 控制信号生成部23利用来自电流指令值汇总部22的汇总充放电电流指令值Ic*和 来自充放电电流值检测部19的蓄电设备17的充放电电流值Ic,以使差异最终消除的方式减 小汇总充放电电流指令值I c *与充放电电流值I c的差异,在来自动力运行时控制部21的动 力运行时功率补偿动作标志Fb或者来自再生时控制部3的再生时功率补偿动作标志Fa的期 间,生成对充放电电路15进行控制的控制信号。
[0046] 图3(a)~(c)是表示功率P、直流母线电压值Vdc、再生时功率补偿动作标志Fa的随 时间的变化的图。在图3(a)中,从交流电动机16经由逆变器14再生的再生功率Pload(t)的 随时间的变化用粗线表示。图1所示的交流电动机驱动系统1的一个功能是:对于再生功率 Pload(t),通过将图3(a)中由格线表示的部分的纵轴所示的功率、即充电功率|Pc(t)|充电 至蓄电设备17,从而抑制为由转换器11再生的功率不超过图3(a)所示的功率阈值PthA,由 此限制由转换器11将该电力变换为热而消耗、或者向系统电源10再生的电力的峰值。
[0047]图3(a)中用粗线表示的再生功率Pload(t)是在交流电动机16进行停止或快速的 减速动作的情况下产生的波形的示意性例子。在图3(a)中,用正数表示交流电动机16的动 力运行功率,用负数表示再生功率。另外,用正数表示向蓄电设备17的充电功率以及充电电 流,用负数表示放电功率以及放电电流。
[0048]在此,图3(a)中用斜线表示的部分中的功率Pcnv(t)用下述的式(1)定义。
[0049] [公式 1]
[0050] Pcnv(t) = Pload(t)-Pc(t) ---(1)
[00511功率Pcnv (t)表示转换器11的直流母线12侧的功率。在功率Pcnv (t)为正数值的情 况下,表示转换器11以功率值|pcnv(t)|从系统电源10将电力变换而输出至直流母线12。相 反,在功率Pcnv(t)为负数值的情况下,表示转换器11以功率值| Pcnv(t) |从直流母线12将 电力变换为热而消耗、或者将电力再生至系统电源10。
[0052]在功率Pcnv(t)为负值并且转换器11为电阻再生型转换器的情况下,如前所述,直 流母线12的直流母线电压值Vdc(t)在短路开始电压值与短路结束电压值之间变动,同时, 功率pcnv(t)由转换器11内的电阻器消耗。
[0053]在功率Pcnv(t)为负值并且转换器11为电源再生型转换器的情况下,如前所述,直 流母线12的直流母线电压值Vdc(t)在再生开始电压值与再生结束电压值之间变动,同时, 功率pcnv(t)经由转换器11内的AC电抗器再生至系统电源10。
[0054]图4是示意性地表示功率Pcnv(t)为负值的情况下的直流母线12的直流母线电压 值Vdc (t)的波形的图。图4 (a)表示功率值| Pcnv (t) |相对较大的情况下的波形,图4 (b)表示 功率值|Pcnv(t)|相对较小的情况下的波形。在图4(a)及图4(b)中,用粗虚线表示的直流母 线电压值Vdc是直流母线电压值Vdc (t)的时间平均值,例如,能够使直流母线电压值Vdc (t) 通过低通滤波器(LPF: Low Pass Fi 1 ter)而得到。直流母线电压值Vdc (t)由直流电压值检 测部18检测。
[0055] 将图4(a)与图4(b)进行对比,在功率值|Pcnv(t)|相对较大的情况下,作为时间平 均值的直流母线电压值Vdc变高,在功率值| Pcnv(t) |相对较小的情况下,作为时间平均值 的直流母线电压值Vdc变低。另外,直流母线电压值Vdc(t)的波形由功率Pcnv(t)向平滑电 容器13的充电、和从平滑电容器13向转换器11的放电形成,因此直流母线电压值Vdc不仅依 赖于功率值|p cnv(t) |,还依赖于平滑电容器13的静电电容值C。
[0056] 另外,上述低通滤波器的传递函数与后述的充电电流指令值生成部4的传递函数 进行合成,因此在合成后的特性中,必须注意交流电动机驱动系统1的稳定性。通常,为了确 保充电电流指令值生成部4的传递函数的自由度,上述低通滤波器的传递函数越是低阶的 特性,则越好。如果能够使用一阶的低通滤波器得到期望的直流母线电压值Vdc,则优选采 用一阶的低通滤波器。
[0057]此外,在图4(a)及图4(b)中,直流母线电压值Vdc(t)落入短路开始电压值(或再生 开始电压值)与短路结束电压值(或再生结束电压值)的范围内,但值得注意的是,在实际的 动作中,由于动作速度的限制、与系统电源10的相位之间的时间关系,也存在直流母线电压 值Vdc(t)位于该范围以外的情况。
[0058]在此,在前述的图3以及后述的图10中,图示为再生动作时的直流母线电压值Vdc 与再生动作前的直流母线电压值相比上升,但根据在此之前的说明可知,再生动作时的直 流母线电压值Vdc由短路开始电压值(或再生开始电压值)与短路结束电压值(或再生结束 电压值)之间的相互关系确定。即,在短路开始电压值(或再生开始电压值)稍高于再生动作 前的直流电压值,另一方面,短路结束电压值(或再生结束电压值)大幅低于再生动作前的 直流母线电压值的情况下,再生动作时的直流母线电压值Vdc与再生动作前的直流母线电 压值相比下降。
[0059] 图5是表示功率值|Pcnv(t)|与直流母线电压值Vdc的关系的图。如上述说明所示, 平滑电容器13的静电电容值为C的情况下的功率值| Pcnv(t) |与直流母线电压值Vdc的关系 由图5(a)的粗实线表示。同样,平滑电容器13的静电电容值为C1、C2的情况下的关系由图5 (a)的虚线表示。
[0060] 通常,在图5(a)中,C1<C<C2的关系成立,但也有静电电容值C1与C2的差不太大 的情况或如下情况,即,根据直流电压值检测部18的分辨率、所使用的LPF的特性,不考虑平 滑电容器13的静电电容值的差,用一种静电电容值C代表功率值|Pcnv(t)|与直流母线电压 值Vdc的关系。
[0061] 如图5(a)所示,在平滑电容器13的静电电容值为C的情况下,如果要将来自交流电 动机16的再生功率中的、向转换器11输入的功率抑制为小于或等于功率阈值|PthA|,则直 流母线12的电压值应当小于或等于电压阈值VthA。在图3(a)及图3(b)中,示出该再生动作 中的来自交流电动机16的再生功率Pload(t)、向转换器11输入的功率Pcnv(t)以及直流母 线12的直流母线电压值Vdc的波形的随时间的变化。
[0062]在向转换器11输入的功率被抑制为功率阈值PthA的期间,即,在图3(a)所示的充 电功率Pc(t)被充电至蓄电设备17的期间(图3(a)中由Ta表示的期间),直流母线12的直流 母线电压值Vdc变为电压阈值VthA(参照图3(b))。图5(b)是调换了图5(a)的横轴与纵轴的 图。从图5(b)也可以看出,通过将电力充电至蓄电设备17以将直流母线12的直流母线电压 值Vdc保持为小于或等于电压阈值VthA,从而能够将向转换器11输入的功率值| Pcnv(t) |抑 制为小于或等于功率阈值I PthA |。
[0063]图2所示的再生时控制部3根据直流母线12的直流母线电压值Vdc和再生时的电压 阈值(电压指令值)VthA,生成与充电功率Pc(t)对应的蓄电设备侧充电电流指令值la*。从 直流电压值检测部18输入至再生时控制部3的直流母线12的直流母线电压值Vdc,被输入至 再生时控制部3内的充电电流指令值生成部4和再生时功率补偿动作控制部5。
[0064]另一方面,再生时功率/电压换算部6具备再生时电压阈值生成变换部61、静电电 容值储存部62以及再生时功率阈值储存部63。
[0065]再生时功率阈值储存部63对再生时的功率阈值PthA进行储存,该功率阈值PthA是 要使转换器11再生的功率的上限值。
[0066]静电电容值储存部62对平滑电容器13的静电电容值C进行储存。
[0067]再生时电压阈值生成变换部61根据来自再生时功率阈值储存部63的再生时的功 率阈值PthA和来自静电电容值储存部62的静电电容值C,基于图5 (a)所示的对应关系,生成 再生时的电压阈值VthA。再生时电压阈值生成变换部61通过查询表(LUT: LookUp Tab 1 e)的 读出、基于近似式的计算等,图5(a)所示的对应关系,生成并输出再生时的电压阈值VthA。 作为再生时功率/电压换算部6的输出即再生时电压阈值生成变换部61的输出的、再生时的 电压阈值VthA,被输出至充电电流指令值生成部4、再生时功率补偿动作控制部5以及充电 电流指令值换算部7。
[0068] 此外,关于静电电容值C和再生时的功率阈值PthA,根据交流电动机驱动系统1的 作业负载、逆变器的结构进行适当设定即可,具备能够由用户将各自的值输入至再生时功 率阈值储存部63以及静电电容值储存部62的结构即可。
[0069] 再生时功率补偿动作控制部5基于来自直流电压值检测部18的直流母线电压值 Vdc,生成表示对蓄电设备17开始充电的定时的再生时功率补偿动作开始信号Sa。另外,再 生时功率补偿动作控制部5使用直流母线电压值Vdc和再生时的电压阈值VthA,生成表示对 蓄电设备17充电的期间的再生时功率补偿
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