JPH10164862A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
- Publication number
- JPH10164862A JPH10164862A JP8321215A JP32121596A JPH10164862A JP H10164862 A JPH10164862 A JP H10164862A JP 8321215 A JP8321215 A JP 8321215A JP 32121596 A JP32121596 A JP 32121596A JP H10164862 A JPH10164862 A JP H10164862A
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- Japan
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- power
- circuit
- voltage
- capacitor
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- Inverter Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機からの回生電力を簡単な回路で、有効
に利用することができる電力変換装置を提供すること。 【解決手段】 交流電力を直流電力に変換する整流器2
と、この整流器2の出力する直流電力を平滑するコンデ
ンサ3と、平滑された直流電力を任意の周波数・電圧の
交流電力に変換し電動機に供給するインバータブリッジ
14と、コンデンサ3に昇降圧回路9を介して接続され
た電力蓄積回路10とにより電力変換装置を構成する。
に利用することができる電力変換装置を提供すること。 【解決手段】 交流電力を直流電力に変換する整流器2
と、この整流器2の出力する直流電力を平滑するコンデ
ンサ3と、平滑された直流電力を任意の周波数・電圧の
交流電力に変換し電動機に供給するインバータブリッジ
14と、コンデンサ3に昇降圧回路9を介して接続され
た電力蓄積回路10とにより電力変換装置を構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源を一旦直
流電源に変換し、更に任意の交流電源に変換するととも
に回生電力を有効に活用できる電力変換装置に関する。
流電源に変換し、更に任意の交流電源に変換するととも
に回生電力を有効に活用できる電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の電力制御素子の急速な発展により
インバータ装置は、電動機の可変速分野に広く使われて
いる。インバータ装置の主回路の基本回路は、図3に示
すように、交流電源1を整流器2で直流に変換する。整
流器2で変換された電力は電源の周波数にもよるが電圧
リップルを持っているので、平滑コンデンサ3で完全な
直流電圧に平滑される。この平滑された直流電圧は、イ
ンバータブリッジ4により、任意の周波数および電圧を
持った交流電源に変換され、電動機5を駆動するもので
ある。
インバータ装置は、電動機の可変速分野に広く使われて
いる。インバータ装置の主回路の基本回路は、図3に示
すように、交流電源1を整流器2で直流に変換する。整
流器2で変換された電力は電源の周波数にもよるが電圧
リップルを持っているので、平滑コンデンサ3で完全な
直流電圧に平滑される。この平滑された直流電圧は、イ
ンバータブリッジ4により、任意の周波数および電圧を
持った交流電源に変換され、電動機5を駆動するもので
ある。
【0003】インバータ装置で電動機5を可変速運転を
することで、工作物の加工精度および加工効率向上が可
能である。しかし、図3に示すインバータ装置において
は、交流電源1から電動機5へは電力を移すことは可能
であるが、電動機5からの回生電力を消費したり、電源
側に戻すことは出来ない。
することで、工作物の加工精度および加工効率向上が可
能である。しかし、図3に示すインバータ装置において
は、交流電源1から電動機5へは電力を移すことは可能
であるが、電動機5からの回生電力を消費したり、電源
側に戻すことは出来ない。
【0004】電動機5から発生する電力は回生電力とい
い、電動機5の回転速度が、インバータ装置から給電さ
れる電力の周波数で決まる同期速度を上回った場合に発
生する。たとえば、クレーン用途の場合、巻き上げ運転
と巻き下げ運転が必ずあり、巻き下げ運転の場合、上述
した回生運転状態となる。この回生電力はインバータ装
置の直流回路電圧を上昇させ、やがてインバータ装置の
過電圧保護に至り運転停止となる。したがって、回生電
力を何らかの方法で処理する必要がある。
い、電動機5の回転速度が、インバータ装置から給電さ
れる電力の周波数で決まる同期速度を上回った場合に発
生する。たとえば、クレーン用途の場合、巻き上げ運転
と巻き下げ運転が必ずあり、巻き下げ運転の場合、上述
した回生運転状態となる。この回生電力はインバータ装
置の直流回路電圧を上昇させ、やがてインバータ装置の
過電圧保護に至り運転停止となる。したがって、回生電
力を何らかの方法で処理する必要がある。
【0005】従来、回生電力の処理方法としては、 (1)図4に示す様に、インバータ装置の直流回路に、
スイッチング素子6と抵抗器7との直列回路からなる抵
抗放電回路を設け、インバータ装置の直流電圧が上昇
し、ある値以上になったら、スイッチング素子6をON
し抵抗器7で回生エネルギーを熱に変えて消費する方
式。
スイッチング素子6と抵抗器7との直列回路からなる抵
抗放電回路を設け、インバータ装置の直流電圧が上昇
し、ある値以上になったら、スイッチング素子6をON
し抵抗器7で回生エネルギーを熱に変えて消費する方
式。
【0006】(2)図5に示すように、インバータ装置
の整流器2の部分を、インバータブリッジ4と同一回路
であるコンバータブリッジ8にて構成して電源回生を行
う方式がある。
の整流器2の部分を、インバータブリッジ4と同一回路
であるコンバータブリッジ8にて構成して電源回生を行
う方式がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図4に示される回路構
成としては、抵抗器7とスイッチング素子6それぞれ1
個からなり簡単な回路で構成でき、低価格である。しか
し、回生電力を全て抵抗器7で熱に変換して捨てるの
で、エネルギーの無駄であり、省エネルギーの考え方か
ら逆行する。および抵抗器の寸法が大きいため、取付ス
ペースおよび周囲の温度を上昇させる問題がある。
成としては、抵抗器7とスイッチング素子6それぞれ1
個からなり簡単な回路で構成でき、低価格である。しか
し、回生電力を全て抵抗器7で熱に変換して捨てるの
で、エネルギーの無駄であり、省エネルギーの考え方か
ら逆行する。および抵抗器の寸法が大きいため、取付ス
ペースおよび周囲の温度を上昇させる問題がある。
【0008】図5に示される回路構成では電源に電力を
戻すので、回生電力は有効利用される利点があるが、回
路構成がスイッチング素子および高速ダイオードが6組
必要となり、ダイオードのみの整流器に比べ複雑で価格
的にも高価となる。また、インバータ直流電圧をスイッ
チング素子で、パルス状の電圧に変換し電源に電力を戻
すため、電源電圧にパルス電圧が重畳し、同一電源に接
続される他の機器に悪影響を与える可能性がある。本発
明の目的は、電動機からの回生電力を簡単な回路で有効
に利用することができる電力変換装置を提供することで
ある。
戻すので、回生電力は有効利用される利点があるが、回
路構成がスイッチング素子および高速ダイオードが6組
必要となり、ダイオードのみの整流器に比べ複雑で価格
的にも高価となる。また、インバータ直流電圧をスイッ
チング素子で、パルス状の電圧に変換し電源に電力を戻
すため、電源電圧にパルス電圧が重畳し、同一電源に接
続される他の機器に悪影響を与える可能性がある。本発
明の目的は、電動機からの回生電力を簡単な回路で有効
に利用することができる電力変換装置を提供することで
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の電力変換
装置は、交流電力を直流電力に変換する整流器と、この
整流器の出力する直流電力を平滑するコンデンサと、平
滑された直流電力を任意の周波数・電圧の交流電力に変
換し電動機に供給するインバータブリッジと、コンデン
サに昇降圧回路を介して接続された電力蓄積回路とを有
することを特徴とする。
装置は、交流電力を直流電力に変換する整流器と、この
整流器の出力する直流電力を平滑するコンデンサと、平
滑された直流電力を任意の周波数・電圧の交流電力に変
換し電動機に供給するインバータブリッジと、コンデン
サに昇降圧回路を介して接続された電力蓄積回路とを有
することを特徴とする。
【0010】上記手段によれば、電力蓄積回路に蓄えら
れて回生電力を有効に利用することができる。請求項2
記載の電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換する
整流器と、この整流器の出力する直流電力を平滑するコ
ンデンサと、平滑された直流電力を任意の周波数・電圧
の交流電力に変換するインバータブリッジと、コンデン
サの両端に接続された電圧検出回路と、コンデンサに昇
降圧回路を介して接続された電力蓄積回路とを有し、昇
降圧回路は前記コンデンサ電圧が所定の基準電圧より大
となった際に、コンデンサ側から直流電力を電力蓄積回
路に移し、コンデンサ電圧が基準電圧が小となった場合
には、電力蓄積回路からコンデンサ側に直流電力を移す
ことを特徴とするものである。
れて回生電力を有効に利用することができる。請求項2
記載の電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換する
整流器と、この整流器の出力する直流電力を平滑するコ
ンデンサと、平滑された直流電力を任意の周波数・電圧
の交流電力に変換するインバータブリッジと、コンデン
サの両端に接続された電圧検出回路と、コンデンサに昇
降圧回路を介して接続された電力蓄積回路とを有し、昇
降圧回路は前記コンデンサ電圧が所定の基準電圧より大
となった際に、コンデンサ側から直流電力を電力蓄積回
路に移し、コンデンサ電圧が基準電圧が小となった場合
には、電力蓄積回路からコンデンサ側に直流電力を移す
ことを特徴とするものである。
【0011】上記手段によれば、電動機からインバータ
ブリッチに流入した回生電力を電力蓄積回路に蓄積で
き、この回生時に蓄積した電力を力行時に電力蓄積回路
からインバータブリッチを介して電動機に供給すること
によって、回生時の回生電力を有効に力行時に使うこと
ができ、省エネルギーに適した電力変換装置を提供する
ことができる。
ブリッチに流入した回生電力を電力蓄積回路に蓄積で
き、この回生時に蓄積した電力を力行時に電力蓄積回路
からインバータブリッチを介して電動機に供給すること
によって、回生時の回生電力を有効に力行時に使うこと
ができ、省エネルギーに適した電力変換装置を提供する
ことができる。
【0012】請求項3記載の電力変換装置は、昇降圧回
路として降圧/昇圧チョッパ回路を用いたものである。
請求項4記載の電力変換装置は、電力蓄積回路としてコ
ンデンサを用いたものである。請求項5記載の電力変換
装置は、電力蓄積回路としてバッテリーを用いたもので
ある。
路として降圧/昇圧チョッパ回路を用いたものである。
請求項4記載の電力変換装置は、電力蓄積回路としてコ
ンデンサを用いたものである。請求項5記載の電力変換
装置は、電力蓄積回路としてバッテリーを用いたもので
ある。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の電力変換装置の実
施例を示す主回路構成図である。インバータ装置の主回
路の基本回路は、交流電源1を整流器2で直流に変換す
る。整流器2で変換された電力は電源の周波数にもよる
が電圧リップルを持っているので、平滑コンデンサ3で
完全な直流電圧に平滑される。この平滑された直流電圧
は、インバータブリッジ4により、任意の周波数および
電圧を持った交流電源に変換され、電動機5を駆動する
ものである。
施例を示す主回路構成図である。インバータ装置の主回
路の基本回路は、交流電源1を整流器2で直流に変換す
る。整流器2で変換された電力は電源の周波数にもよる
が電圧リップルを持っているので、平滑コンデンサ3で
完全な直流電圧に平滑される。この平滑された直流電圧
は、インバータブリッジ4により、任意の周波数および
電圧を持った交流電源に変換され、電動機5を駆動する
ものである。
【0014】9は昇降圧チョッパ回路で、10が電力の
蓄積をする電力蓄積回路である。昇降圧チョッパ回路9
は、2組のスイッチング素子9a,9bと、フライホイ
ルダイオード9c,9dとリアクトル9eからなり、ス
イッチング素子9aとフライホイルダイオード9cが降
圧チョッパを構成し、スイッチング素子9b、フライホ
イルダイオード9dが昇圧チョッパを構成する。
蓄積をする電力蓄積回路である。昇降圧チョッパ回路9
は、2組のスイッチング素子9a,9bと、フライホイ
ルダイオード9c,9dとリアクトル9eからなり、ス
イッチング素子9aとフライホイルダイオード9cが降
圧チョッパを構成し、スイッチング素子9b、フライホ
イルダイオード9dが昇圧チョッパを構成する。
【0015】電流検出器11はインバータ装置から昇降
圧チョッパ回路9に流入するパルス電流IDCを検出す
る。図2は、図1の昇降圧チョッパ回路9の制御回路の
構成図である。以下、回路の説明を行う。
圧チョッパ回路9に流入するパルス電流IDCを検出す
る。図2は、図1の昇降圧チョッパ回路9の制御回路の
構成図である。以下、回路の説明を行う。
【0016】図中VDCは、インバータ装置の主回路の
直流電圧信号であり、平滑コンデンサ3の両端より検出
される。また、VRはインバータ装置との電力授受を開
始する電圧基準信号で、通常電源電圧の尖頭値より高め
の値である。
直流電圧信号であり、平滑コンデンサ3の両端より検出
される。また、VRはインバータ装置との電力授受を開
始する電圧基準信号で、通常電源電圧の尖頭値より高め
の値である。
【0017】9fは状態判別回路で、たとえば、クレー
ン用途の巻き下げ動作においては、インバータ装置の直
流電圧が回生電力により上昇し、直流電圧信号VDC>
電圧基準信号VRの状態となったとき、状態判別回路9
fは、インバータブリッチ4から電力蓄積回路10へ電
力が移行させるよう、スイッチング素子9aからなる降
圧チョッパ回路を動作させるゲート回路9g1を有効と
する。
ン用途の巻き下げ動作においては、インバータ装置の直
流電圧が回生電力により上昇し、直流電圧信号VDC>
電圧基準信号VRの状態となったとき、状態判別回路9
fは、インバータブリッチ4から電力蓄積回路10へ電
力が移行させるよう、スイッチング素子9aからなる降
圧チョッパ回路を動作させるゲート回路9g1を有効と
する。
【0018】また、9hは演算器で、電圧基準信号VR
と直流電圧信号VDCの偏差を演算し、電流基準信号I
Rを出力する。9jは平滑回路で、電流検出器11で検
出されるインバータブリッジ4から昇降圧チョッパ回路
9に流入するパルス電流IDCを平均化し信号IFとし
て出力する。この信号IFは、電流基準信号IRと比較
され、更に三角波発信器9kの三角波と比較されてゲー
ト回路9g1のゲート信号となり、スイッチング素子9
aを駆動する。
と直流電圧信号VDCの偏差を演算し、電流基準信号I
Rを出力する。9jは平滑回路で、電流検出器11で検
出されるインバータブリッジ4から昇降圧チョッパ回路
9に流入するパルス電流IDCを平均化し信号IFとし
て出力する。この信号IFは、電流基準信号IRと比較
され、更に三角波発信器9kの三角波と比較されてゲー
ト回路9g1のゲート信号となり、スイッチング素子9
aを駆動する。
【0019】以上、インバータ直流電圧を監視し、基準
電圧VRに対し偏差が増大した場合電流を多く流すよう
に降圧チョッパ回路のスイッチング素子9aにゲート信
号を与える。したがって、インバータブリッジ4の主回
路電力はチョッパ回路9によって電流制御され、電力蓄
積回路10に移る。電力蓄積回路10は、チョッパ回路
9から流出される電流を電力として蓄えることが出来る
回路で、一般的にはコンデンサやバッテリーなどであ
る。
電圧VRに対し偏差が増大した場合電流を多く流すよう
に降圧チョッパ回路のスイッチング素子9aにゲート信
号を与える。したがって、インバータブリッジ4の主回
路電力はチョッパ回路9によって電流制御され、電力蓄
積回路10に移る。電力蓄積回路10は、チョッパ回路
9から流出される電流を電力として蓄えることが出来る
回路で、一般的にはコンデンサやバッテリーなどであ
る。
【0020】以上により、回生電力が電動機5からイン
バータ装置の直流回路に流入し直流電圧を上昇させよう
とするにもかかわらず、直流電圧を一定に保ち過電圧保
護動作に至ることなく安定したクレーンの巻き下げ運転
を継続することが出来る。
バータ装置の直流回路に流入し直流電圧を上昇させよう
とするにもかかわらず、直流電圧を一定に保ち過電圧保
護動作に至ることなく安定したクレーンの巻き下げ運転
を継続することが出来る。
【0021】クレーン運転の場合、巻き下げつまり回生
動作が連続することはなく、巻き下げが完了したら次は
巻き上げ、つまり力行動作となる。力行動作とは、電流
の流れから見ればインバータ装置から電動機5に流れる
状態を言い、通常の電動機としての動作である。
動作が連続することはなく、巻き下げが完了したら次は
巻き上げ、つまり力行動作となる。力行動作とは、電流
の流れから見ればインバータ装置から電動機5に流れる
状態を言い、通常の電動機としての動作である。
【0022】先の回生動作で蓄えた電力が電力蓄積回路
10に残っている場合、回生動作の場合とは逆に電力蓄
積回路10からインバータ装置の主回路の電力を供給す
る動作を行う。
10に残っている場合、回生動作の場合とは逆に電力蓄
積回路10からインバータ装置の主回路の電力を供給す
る動作を行う。
【0023】力行運転の場合インバータ装置の直流電圧
は高くて電源電圧の尖頭値である。したがって、直流電
圧信号VDC<電圧基準信号VRとなる。よって、制御
回路は電力蓄積回路10からインバータ装置へ電力を移
動させるよう、スイッチング素子9b等からなる昇圧チ
ョッパ回路を動作させるべくゲート回路9g2を有効と
する。
は高くて電源電圧の尖頭値である。したがって、直流電
圧信号VDC<電圧基準信号VRとなる。よって、制御
回路は電力蓄積回路10からインバータ装置へ電力を移
動させるよう、スイッチング素子9b等からなる昇圧チ
ョッパ回路を動作させるべくゲート回路9g2を有効と
する。
【0024】昇圧チョッパ回路の動作は、スイッチング
素子9bがONすると、電力蓄積回路10からリアクト
ル9eを介し電流が流れる。次にスイッチング素子がO
FFするとリアクトル9eに蓄積されたエネルギーがフ
ライホイルダイオード9cを通り、インバータ装置の平
滑コンデンサ3を充電し循環する。
素子9bがONすると、電力蓄積回路10からリアクト
ル9eを介し電流が流れる。次にスイッチング素子がO
FFするとリアクトル9eに蓄積されたエネルギーがフ
ライホイルダイオード9cを通り、インバータ装置の平
滑コンデンサ3を充電し循環する。
【0025】回生時の動作と同様に、直流電圧信号VD
Cと電圧基準信号VRの偏差信号により電流指令信号を
発生させ電流信号IFと比較し、スイッチング素子9c
のON/OFFの比率を制御することにより、電力蓄積
回路10の電力をインバータ装置に戻すことができ、蓄
えておいた回生電力を力行のための電力に有効利用でき
るとともに、電力蓄積回路10の電力を放出すること
で、次回回生電力の吸収を可能な状態とすることができ
る。
Cと電圧基準信号VRの偏差信号により電流指令信号を
発生させ電流信号IFと比較し、スイッチング素子9c
のON/OFFの比率を制御することにより、電力蓄積
回路10の電力をインバータ装置に戻すことができ、蓄
えておいた回生電力を力行のための電力に有効利用でき
るとともに、電力蓄積回路10の電力を放出すること
で、次回回生電力の吸収を可能な状態とすることができ
る。
【0026】
【発明の効果】以上のように本考案の電力変換装置によ
れば、クレーン用途など力行/回生運転の繰り返し動作
の場合、電動機からの回生電力を一旦蓄え、次回の力行
運転の時に使うことができるため、従来の抵抗放電方式
に比べ大幅な省エネルギー効果を得ることが可能なほ
か、主回路の電流制御素子の数も従来のPWMコンバー
タ方式に比べ1/3にすることができ、小形、低価格な
電力変換器を提供することが可能である。
れば、クレーン用途など力行/回生運転の繰り返し動作
の場合、電動機からの回生電力を一旦蓄え、次回の力行
運転の時に使うことができるため、従来の抵抗放電方式
に比べ大幅な省エネルギー効果を得ることが可能なほ
か、主回路の電流制御素子の数も従来のPWMコンバー
タ方式に比べ1/3にすることができ、小形、低価格な
電力変換器を提供することが可能である。
【図1】本発明の一実施例である電力変換装置の主回路
の構成図
の構成図
【図2】図1に示されるの電力変換装置の制御回路の構
成図
成図
【図3】従来の電力変換装置の主回路の構成図
【図4】従来の電力変換装置の主回路の構成図
【図5】従来の電力変換装置の主回路の構成図
1は交流電源、2は整流器、3は平滑コンデンサ、4は
インバータブリッジ、5は電動機、6はスイッチング素
子、7は抵抗器、8はコンバータブリッジ、9は昇降圧
チョッパ、10は電力蓄積回路、11は電流検出器であ
る。
インバータブリッジ、5は電動機、6はスイッチング素
子、7は抵抗器、8はコンバータブリッジ、9は昇降圧
チョッパ、10は電力蓄積回路、11は電流検出器であ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 交流電力を直流電力に変換する整流器
と、この整流器の出力する直流電力を平滑するコンデン
サと、平滑された直流電力を任意の周波数・電圧の交流
電力に変換し電動機に供給するインバータブリッジと、
前記コンデンサに昇降圧回路を介して接続された電力蓄
積回路とを有する電力変換装置。 - 【請求項2】 交流電力を直流電力に変換する整流器
と、この整流器の出力する直流電力を平滑するコンデン
サと、平滑された直流電力を任意の周波数・電圧の交流
電力に変換し電動機に供給するインバータブリッジと、
前記コンデンサの両端に接続された電圧検出回路と、前
記コンデンサに昇降圧回路を介して接続された電力蓄積
回路とを有し、前記昇降圧回路は前記コンデンサ電圧が
所定の基準電圧より大となった際に、前記コンデンサ側
から直流電力を前記電力蓄積回路に移し、前記コンデン
サ電圧が前記基準電圧が小となった場合には、前記電力
蓄積回路から前記コンデンサ側に直流電力を移すことを
特徴とする電力変換装置。 - 【請求項3】 前記昇降圧回路は降圧/昇圧チョッパ回
路であることを特徴とする請求項1記載の電力変換装
置。 - 【請求項4】 前記電力蓄積回路はコンデンサであるこ
とを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項5】 前記電力蓄積回路はバッテリーであるこ
とを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8321215A JPH10164862A (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8321215A JPH10164862A (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10164862A true JPH10164862A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18130099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8321215A Pending JPH10164862A (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10164862A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2005117804A (ja) * | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
| KR100667870B1 (ko) | 2005-01-17 | 2007-01-11 | 이성룡 | 양방향 전력제어가 가능한 고효율 직류전력변환기 |
| JP2007166775A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Ogawa Seisakusho:Kk | 電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムおよびその制御方法 |
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