モータ制御装置およびシステム
【課題】回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができるモータ制御装置を得ること。
【解決手段】母線電圧を生成するコンバータ回路と、両端に印加される前記母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧に変換してモータへ供給するインバータ回路と、前記インバータ回路に並列に接続されて両端に前記母線電圧が印加される回生抵抗器および回生トランジスタの直列回路を備える回生回路と、前記モータからの回生電力により前記母線電圧が所定値を超えたときに、該回生電力を前記回生抵抗器に消費させるため、前記回生トランジスタをオンさせる制御手段とを備えたモータ制御装置において、前記制御手段は、前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する。
【解決手段】母線電圧を生成するコンバータ回路と、両端に印加される前記母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧に変換してモータへ供給するインバータ回路と、前記インバータ回路に並列に接続されて両端に前記母線電圧が印加される回生抵抗器および回生トランジスタの直列回路を備える回生回路と、前記モータからの回生電力により前記母線電圧が所定値を超えたときに、該回生電力を前記回生抵抗器に消費させるため、前記回生トランジスタをオンさせる制御手段とを備えたモータ制御装置において、前記制御手段は、前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ方式でモータを駆動制御するモータ制御装置および前記モータ制御装置の複数台を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータは、高速運転から減速運転になると、発電機として動作する。そのため、インバータ方式でモータを駆動制御するモータ制御装置では、モータからの回生電力により母線電圧が上昇するのを抑制するために、正極母線と負極母線との間に、モータからの回生電力を消費処理する回生回路を設けている。この回生回路は、両端に母線電圧が印加される回生トランジスタおよび回生抵抗器の直列回路を備えている。また、回生回路の動作電圧として、回生トランジスタをオンさせると判断する母線電圧（回生トランジスタのオン電圧と称されている）と、回生トランジスタをオフさせると判断する母線電圧（回生トランジスタのオフ電圧と称されている）とを定めている。
【０００３】
ここで、従来のモータ制御装置において行われている回生電力の消費処理方法は、母線電圧が回生トランジスタのオン電圧になると、母線電圧が回生トランジスタのオフ電圧以下になるまで、回生トランジスタを連続してオンさせる方法である。
【０００４】
また、モータからの回生電力の消費処理は、複数台のモータ制御装置を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムにおいても必要であり、種々の提案がなれている（例えば、特許文献１〜３等）。
【０００５】
特許文献１に記載された回生電力の消費処理方法は、モータ制御システムを制御するためのシステムコントローラが備えられており、前記システムコントローラが各モータ制御装置から転送される回生負荷情報より、回生負荷の大きいモータ制御装置の回生回路の動作レベルを上げ、回生負荷の小さいモータ制御装置の回生回路の動作レベルを下げることによって、各モータ制御装置の回生回路の動作レベルを均等にする方法である。
【０００６】
特許文献２に記載された回生電力の消費処理方法は、互いの母線が並列に接続された複数台のモータ制御装置間で、回生トランジスタのオン、オフの状態を示す回生トランジスタの駆動信号の状態を送受信し、いずれか１台でもオン信号が存在すれば、並列に接続された複数台のモータ制御装置全ての回生トランジスタをオンさせることで、回生回路の負荷を均等にする方法である。
【０００７】
特許文献３に記載された回生電力の消費処理方法は、回生回路の状態に応じてモータ制御装置の回生回路を構成する回生トランジスタのオン電圧をそれぞれのモータ制御装置において独立して可変とする方法であり、コントローラや他のモータ制御装置との間の信号伝送を不要にして回路構成の簡略化を可能にするとともに、各モータ制御装置の回生抵抗による消費電力を均等化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−８９２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２５３２１３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１０１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のモータ制御装置での回生電力の消費処理方法では、回生抵抗器に連続して回生電流が流れるので、回生抵抗器の小規模化、低容量化が困難であり、コストの低減が困難である。
【００１０】
また、特許文献１や特許文献２に記載された従来技術は、何れも各モータ制御装置の回生負荷を均等化するために、システムコントローラとモータ制御装置との間、または、各モータ制御装置の相互間で情報のやりとりが必要であり、信号伝送システム等の回路構成が複雑になるという問題があった。特許文献３に記載された従来技術は、これらの回路構成の簡略化を可能にするとともに、各モータ制御装置の回生トランジスタのオン電圧を独立して可変とすることにより回生負荷の均等化を実現している。
【００１１】
しかし、特許文献３に記載の方法では、複数台のモータ制御装置を共通母線にて接続するシステム構成において、例えば、複数台のモータ制御装置の回生回路のうち１つの回生回路の負荷が１００％となった場合に、他モータ制御装置の回生回路に余力を持たせたまま保護機能が作動する場合がある。
【００１２】
例えば、母線電圧を部品のばらつきにより一番高く検出してしまうモータ制御装置（仮にＡとする）では、回生電力がモータから返ってきたときに一番早く回生処理を行い、回生負荷率が上昇し、回生トランジスタのオン電圧レベルを上げる処理が行われる。また、モータ制御装置Ａ以外の回生動作を行っていないモータ制御装置は、回生負荷率が低下するため、回生トランジスタのオン電圧レベルは低下し、回生処理が行われやすくなる。
【００１３】
但し、この場合に、モータから返ってきている回生電力が、システム内の全ての回生回路の回生トランジスタをオンしてもモータ制御装置Ａの回生トランジスタのオン電圧レベルとして設定できる最大値以下に母線電圧が下がらない電力であった場合、モータ制御装置Ａおよび残りの全てのモータ制御装置で同時に回生処理が行われる。しかし、モータ制御装置Ａを含む全てのモータ制御装置の回生回路ではまだ回生負荷率に余力がある状態であるにも関わらず、モータ制御装置Ａの回生負荷率が保護レベルとなり、保護機能が作動してしまう場合がある。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、上記発明によるモータ制御装置を用いて全ての回生回路の能力を最大限に使用して回生電力の消費処理が行えるモータ制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ制御装置は、母線電圧を生成するコンバータ回路と、両端に印加される前記母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧に変換してモータへ供給するインバータ回路と、前記インバータ回路に並列に接続されて両端に前記母線電圧が印加される回生抵抗器および回生トランジスタの直列回路を備える回生回路と、前記モータからの回生電力により前記母線電圧が所定値を超えたときに、該回生電力を前記回生抵抗器に消費させるため、前記回生トランジスタをオンさせる制御手段とを備えたモータ制御装置において、前記制御手段は、前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回生抵抗器には、回生電流が連続して流れずに断続して流れるので、回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができる。したがって、モータ制御装置のコストの低減が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、回生電力の消費処理動作を説明するタイムチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２によるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３として、回生トランジスタのオン時間割合を回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する方法の他の例を説明する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置およびシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、モータ制御装置２の交流入力端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には三相交流電源１が接続され、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには負荷としてモータ１０が接続されている。
【００２１】
モータ制御装置２は、コンバータ回路３と、回生回路６と、電圧型インバータ回路９と、母線電圧検出回路１１と、回生トランジスタ駆動回路１２と、インバータ駆動回路１３と、演算部１４とを備えている。
【００２２】
コンバータ回路３は、ダイオードスタック４と、主回路コンデンサ５とで構成される。ダイオードスタック４は、交流入力端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から給電される三相交流電圧を直流電圧へ変換する。ダイオードスタック４の正極出力端に正極母線Ｐが接続され、ダイオードスタック４の負極出力端に負極母線Ｎが接続される。主回路コンデンサ５は、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に接続され、ダイオードスタック４の出力電圧を平滑し、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に所定の母線電圧を形成する。
【００２３】
電圧型インバータ回路９は、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に、上下アームスイッチング素子の３組が並列に接続され、各スイッチング素子がインバータ駆動回路１３からの駆動信号により母線電圧をスイッチングすることで、母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧へ変換し、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗからモータ１０へ駆動信号を出力する。
【００２４】
モータ１０は、力行動作と回生動作とを行う。モータ１０が回生動作を行う場合には、その回生電力が電圧型インバータ回路９を介して主回路コンデンサ５を充電し母線電圧を上昇変化させる。
【００２５】
回生回路６は、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に直列に接続された回生トランジスタ７および回生抵抗器８を備えている。この実施の形態１では、回生トランジスタ７は、モータ１０からの回生電力により母線電圧が所定の上昇変化をした場合、回生トランジスタ駆動回路１２から供給されるオン時間幅が変化する駆動信号によりオン・オフ駆動される。これによって、モータ１０からの回生電力が回生抵抗器８で消費される。
【００２６】
母線電圧検出回路１１は、母線電圧を検出し演算部１４に出力する。回生トランジスタ駆動回路１２は、演算部１４からのこの実施の形態１による駆動指令信号に従ってオン時間幅が変化する駆動信号を生成し回生トランジスタ７をオン・オフ駆動する。インバータ駆動回路１３は、演算部１４からのＰＷＭ電圧指令に従って電圧型インバータ回路９の各スイッチング素子にスイッチング動作を行わせる。
【００２７】
演算部１４は、モータ１０の運転を制御する制御手段として、検出されたモータ１０の回転速度や電流値といったフィードバック情報からＰＷＭ電圧指令を演算しインバータ駆動回路１３に与える処理を行う。
【００２８】
また、演算部１４は、回生電力を消費する処理を行う制御手段として、母線電圧に対する回生回路６の動作電圧である回生トランジスタ７のオン電圧およびオフ電圧が予め定められていて、母線電圧検出回路１１にて検出された母線電圧の変化を予め定められた回生回路６の動作電圧と比較し、母線電圧が回生トランジスタ７のオン電圧を超えると、回生トランジスタ７をオンさせて回生電力を回生抵抗器８に消費させる処理（母線電圧を回生トランジスタ７のオフ電圧以下に引き下げる処理）を行う。
【００２９】
一般に行われている回生電力の消費処理方法は、回生トランジスタ７を、母線電圧が回生トランジスタ７のオフ電圧以下に降下するまでの間、継続してオン動作させ、母線電圧が回生トランジスタ７のオフ電圧以下に降下するとオフ動作させる方法である。
【００３０】
これに対しこの実施の形態１による回生電力の消費処理方法は、母線電圧が回生トランジスタ７のオフ電圧以下に降下するまでの間、回生トランジスタ７の導通時間（オン時間割合）を回生回路６の状態である回生負荷率に応じて可変させる方法である。この実施の形態１による演算部１４は、そのような内容の駆動指令信号を生成し回生トランジスタ駆動回路１２に与える。
【００３１】
ここで、回生負荷率は、例えば、予め設定されている回生トランジスタ７のオン電圧と回生トランジスタ７のオン時間幅とに基づき算出される。また、回生トランジスタ７のオン時間割合は、回生処理動作を規定する単位時間の幅を１００％として決定する。
【００３２】
以下、図２を参照して、この実施の形態による回生電力の消費処理動作について具体的に説明する。図２は、回生電力の消費処理動作を説明するタイムチャートである。図２では、（１）母線電圧に対する回生回路の動作電圧と、（２）回生回路の状態である回生負荷率と、（３）回生トランジスタのオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）状態と、が示されている。等間隔で示す時刻ｔ０〜ｔ７は、それぞれ回生電力を消費する処理動作を規定する単位時間の開始／終了と回生トランジスタ７のオン時間割合とを決定する時刻である。この例において、時刻ｔ０は、回生電力の処理動作開始時刻であり、時刻ｔ６は、回生電力の処理動作の終了を認識する時刻である。
【００３３】
図２（１）において、回生電力の処理動作開始時刻ｔ０以前における母線電圧２１は、母線にモータ１０から回生電力から返ってきていない場合の母線電圧である。時刻ｔ０〜ｔ７における母線電圧２２は、母線にモータ１０から返ってきた回生電力による母線電圧である。母線電圧２２は、時刻ｔ０の直前で母線電圧２１から急上昇し、時刻ｔ０以降、この実施の形態１による消費処理により降下変化するパターンで示されている。
【００３４】
そして、図２（１）に示すように、回生回路６の動作電圧として、回生トランジスタ７のオフ電圧２３が、母線電圧２１よりも高い所定電圧に設定されている。回生トランジスタ７のオン電圧２４は、オフ電圧２３よりも高い所定電圧であり、回生回路６の回生電力処理能力やモータ１０から返って来る回生電力の大きさなどを勘案して定められる。
【００３５】
図２（２）では、回生電力の消費処理に用いる回生負荷率として、大きさ（％）が、第１の判定負荷率２６＜第２の判定負荷率２８＜第３の判定負荷率３０の関係にある３つの判定負荷率２６，２８，３０を用いる例が示されている。
【００３６】
さて、図２（１）（２）（３）において、回生電力の処理動作開始時刻ｔ０までは、回生トランジスタ７はオフしていて回生負荷率２５は０％である。この状態で、モータ１０から回生電力が返ってきて、母線電圧２１が回生トランジスタ７のオン電圧２４を超える母線電圧２２に上昇したことが検出されると、時刻ｔ０にて回生トランジスタ７をオンさせ回生電力の消費処理動作が開始される。回生負荷率２５は、回生抵抗器８が有する熱時定数と流れた電流値とにより上昇する。なお、第１の判定負荷率２６は、例えば６０％である。判定負荷率２６になると、単位時間当たりのオン時間割合が例えば８０％になるように制御される。このときの制御方法は図２（３）に示すように連続してオンし８０％の場合もあれば、ＰＷＭ信号のようにさらに細分化して単位時間当たりのオン時間割合が合計８０％の場合もある。また、オン時間割合は、前述したように、時刻ｔ０〜ｔ７のタイミングで判断される。回生トランジスタ７がオンしている間での母線電圧２２は、オン電圧２４からオフ電圧２３に向かって降下していく。
【００３７】
図２（２）において、時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２の演算タイミングにおける回生負荷率２５は、第１の判定負荷率２６を超えていない。したがって、図２（３）に示すように、時刻ｔ０，ｔ１間と、時刻ｔ１，ｔ２間と、時刻ｔ２，ｔ３間との各単位時間では回生トランジスタ７のオン時間割合は１００％となる。次に、回生トランジスタ７のオン時間割合を決定する時刻ｔ３において第１の判定負荷率２６を超えているため、時刻ｔ３にて演算される回生トランジスタ７のオン時間割合は８０％となる。
【００３８】
時刻ｔ３，ｔ４間の単位時間内では、例えば母線電圧２２は回生電力の影響を受け続けているため、回生トランジスタ７がオフすると、母線電圧２２が上昇に転ずる。一方、回生負荷率２５は、降下していき、時刻ｔ４では負荷率２７に低下する。
【００３９】
処理動作を規定する時刻ｔ４において母線電圧２２は、未だオフ電圧２３以下になっておらず、負荷率２７は予め定めた第２の判定負荷率２８（例えば７０％）を超えているため、時刻ｔ４，ｔ５間における回生トランジスタ７のオン時間割合は例えば７０％と決定され回生処理が実施される。これによって、次の時刻ｔ４，ｔ５間の単位時間内では、母線電圧２２は下降に転ずる。一方、回生負荷率２５は、負荷率２７から上昇する。
【００４０】
時刻ｔ４，ｔ５間の単位時間内では、母線電圧２２は未だ回生電力の影響を受け続けているため、回生トランジスタ７がオフすると、母線電圧２２が上昇に転ずる。一方、回生負荷率２５は、降下していき、時刻ｔ５では負荷率２９に低下する。
【００４１】
処理動作を規定する時刻ｔ５のタイミングにおいては、母線電圧２２は、未だオフ電圧２３以下になっておらず、負荷率２９は予め定めた第３の判定負荷率３０（例えば８０％）を超えているため、時刻ｔ５，ｔ６間における回生トランジスタ７のオン時間割合は例えば５０％と決定され回生処理が実施される。これによって、次の時刻ｔ５，ｔ６間の単位時間内では、母線電圧２２は下降に転ずる。図示例では、母線電圧２２はオフ電圧２３以下に降下している。
【００４２】
処理動作を規定する時刻ｔ６のタイミングにおいて母線電圧２２がオフ電圧２３以下になっているため、回生電力の消費処理を終了したと判断し、回生トランジスタ７をオンさせずオフ状態を継続する。回生負荷率２５は、降下していく。
【００４３】
以上のように、この実施の形態１では、母線電圧が回生トランジスタ７のオン電圧を超えると、回生トランジスタ７のオン時間割合を、回生負荷率が小さい場合は大きくし、回生負荷率が大きい場合は小さくする制御が行えるように、複数の判定負荷率を用意し、検出された母線電圧に応じて選択し、判定負荷率間の大きさに応じて回生トランジスタ７のオン時間割合を可変させることで、回生電力の消費処理を行う。
【００４４】
なお、回生トランジスタのオン時間割合を回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する方法は、図２に示す方法に限定されるものではない。例えば、後述する図４に示す方法なども可能である。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２によるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図３では、複数台のモータ制御装置を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムの一例として、２台のモータ制御装置５４，５５を、互いの正極母線Ｐおよび負極母線Ｎ同士を接続した構成例が示されている。
【００４６】
図３において、モータ制御装置５４の動作電源は、交流入力端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に接続される三相交流電源４１である。モータ制御装置５４の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには負荷としてモータ５２が接続されている。モータ制御装置５４は、コンバータ回路４２と、回生回路４４と、電圧型インバータ回路４７と、母線電圧検出回路４８と、回生トランジスタ駆動回路４９と、インバータ駆動回路５０と、演算部５１とを備えている。なお、各構成要素は、符号は変えてあるが、図１に示したモータ制御装置２の同一名称要素と同じ働きを行う。
【００４７】
モータ制御装置５５の動作電源は、三相交流電源４１ではなく、互いの正極母線Ｐおよび負極母線Ｎ同士を接続した共通母線の母線電圧である。モータ制御装置５５の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには負荷としてモータ６６が接続されている。モータ制御装置５５は、コンバータ回路５６と、回生回路６０と、電圧型インバータ回路６５と、母線電圧検出回路６１と、回生トランジスタ駆動回路６２と、インバータ駆動回路６３と、演算部６４とを備えている。なお、各構成要素は、符号は変えてあるが、図１に示したモータ制御装置２の同一名称要素と同じ働きを行う。
【００４８】
但し、図３に示す構成では、モータ制御装置５５のコンバータ回路５６におけるダイオードスタック６７は、省略可能である。３台以上となる場合には、追加するモータ制御装置は前段の母線電圧を動作電源とする構成である。
【００４９】
図３に示すシステムでは、モータ制御装置５４の演算部５１と、モータ制御装置５５の演算部６４とが、互いに独立に、回生トランジスタ４６，５８の各オン時間割合をそれぞれの回生負荷率に応じて可変制御することにより、回生電力の消費処理を互いに独立して行う。具体的には、図２にて説明した方法や後述する図４に示す方法で回生トランジスタ４６，５８の各オン時間割合をそれぞれの回生負荷率に応じて可変制御することで、回生電力の消費処理を行う。
【００５０】
この実施の形態２によれば、システムを構成している全ての回生回路に負荷が分散し、特定の回生回路への負荷集中が防止され回生過負荷状態を回避することができ、全ての回生回路の能力を最大限に使用することができる。したがって、従来技術のように、上位コントローラとモータ制御装置間またはモータ制御装置の相互間で信号をやりとりする必要がなくなり、簡単な回路構成で、母線共通システムを実現できる。
【００５１】
また、従来、回生処理能力値や回生抵抗値の異なった回生回路を搭載するモータ制御装置を用いて共通母線システムを構成した場合、回生処理能力や許容回生電力消費量が低い回生回路が過負荷状態になるため、保護機能が動作し、システム全体が停止する問題があった。従来、この問題に対して、全てのモータ制御装置の回生回路、又は、回生処理能力の低い一部のモータ制御装置の回生回路を無効化し、別付けの回生回路を付属することによって解決していた。
【００５２】
この問題に対し実施の形態２によれば、回生処理能力の低いモータ制御装置の回生トランジスタのオン時間割合が短くなることで回生負荷率の上昇を防ぎ、したがって保護機能が動作せず、他のモータ制御装置の回生回路にて残回生電力を処理していくため、特別な調整や付加装置が必要とならない。
【００５３】
さらに、共通母線システムが適用されるアプリケーション、例えば、産業装置においては、複数軸の各モータを対応する各モータ制御装置が独立して駆動しており、全てのモータが同時に動き出し、同時に止まる（回生電力を返す）運転パターンは稀であり、全軸の稼動タイミングが違う運転パターンが一般的である。
【００５４】
このようなアプリケーションにおいては、その運転パターンの内容から発生する回生電力の実効値は容易に算出することができる。この実効電力値が、共通母線システムを構成している複数台のモータ制御装置の回生処理能力の合算値以下であった場合、実効回生電力が消費できる回生能力値になるように、予め不要な回生回路を除去すること、又は、回生能力の低い回生抵抗器を使用することが可能であり、コストの低減効果をもたらすことができる。
【００５５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３として、回生トランジスタのオン時間割合を回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する方法の他の例を説明する特性図である。図３において、縦軸は回生トランジスタのオン時間割合であり、横軸は回生負荷率である。
【００５６】
縦軸では、オン時間割合１００％と保護用オン時間割合ＤＲとが示されている。オン時間割合１００％は、回生処理動作の単位時間の時間幅と等しい時間割合である。保護用オン時間割合ＤＲは、回生処理動作の単位時間の時間内において過回生として保護機能が動作しない所定時間割合である。保護用オン時間割合ＤＲは、予め設定された消費可能電力値と回生トランジスタのオン電圧と既知である回生抵抗器の値とを式（１）に適用して算出される。
【００５７】
ＤＲ＝消費可能電力値÷｛（回生トランジスタのオン電圧）２／回生抵抗値｝｝
…（１）
【００５８】
また、横軸では、第１の負荷率ＬＩＰと第２の負荷率ＬＣＰとが示されている。第１の負荷率ＬＩＰは、回生抵抗器にて消費することができる回生電力の許容値以内の所定負荷率である。第２の負荷率ＬＣＰは、回生トランジスタのオン時間割合を１００％に維持できる限界の負荷率である。
【００５９】
図４において、モータ制御装置の演算部は、回生トランジスタのオン時間割合を、回生負荷率が第２の負荷率ＬＣＰになるまで単位時間の幅と等しい１００％の時間割合とすることを継続し、回生負荷率が第２の負荷率ＬＣＰから第１の負荷率ＬＩＰになるまでの間１００％の時間割合から保護用オン時間幅ＤＲに向かって関数的に減少させ、回生負荷率が第１の負荷率ＬＩＰになると、保護用オン時間割合ＤＲとする、または、保護用オン時間割合ＤＲ以下の所定時間幅にする制御を行う。
【００６０】
この実施の形態３による回生トランジスタのオン時間幅の制御方法によれば、回生電力の消費処理を回生回路で消費することができる回生電力の許容値を超えないように実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができるモータ制御装置として有用であり、特に、共通母線構成のモータ制御システムに適用して、全ての回生回路の能力を最大限に使用して回生電力の消費処理が行えるモータ制御システムを構築するのに適している。
【符号の説明】
【００６２】
１，４１ 三相交流電源
２，５４，５５ モータ制御装置
３，４２，５６ コンバータ回路
４，５３，６７ ダイオードスタック
５，４３，５７ 主回路コンデンサ
６，４４，６０ 回生回路
７，４５，５９ 回生抵抗器
８，４６，５８ 回生トランジスタ
９，４７，６５ 電圧型インバータ
１０，５２，６６ モータ
１１，４８、６１ 母線電圧検出回路
１２，４９，６２ 回生トランジスタ駆動回路
１３，５０，６３ インバータ駆動回路
１４，５１，６４ 演算部
２１ 回生電力が返っていないときの母線電圧
２２ 回生電力が返ってきたときの母線電圧
２３ 回生トランジスタのオフ電圧（回生トランジスタをオフさせると判断する母線電圧）
２４ 回生トランジスタのオン電圧（回生トランジスタをオンさせると判断する母線電圧）
２５ 回生負荷率
２６，２８，３０ 判定負荷率
Ｐ 正極母線
Ｎ 負極母線
ＤＲ 保護用オン時間割合
ＬＩＰ 第１の回生負荷率
ＬＣＰ 第２の回生負荷率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ方式でモータを駆動制御するモータ制御装置および前記モータ制御装置の複数台を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータは、高速運転から減速運転になると、発電機として動作する。そのため、インバータ方式でモータを駆動制御するモータ制御装置では、モータからの回生電力により母線電圧が上昇するのを抑制するために、正極母線と負極母線との間に、モータからの回生電力を消費処理する回生回路を設けている。この回生回路は、両端に母線電圧が印加される回生トランジスタおよび回生抵抗器の直列回路を備えている。また、回生回路の動作電圧として、回生トランジスタをオンさせると判断する母線電圧（回生トランジスタのオン電圧と称されている）と、回生トランジスタをオフさせると判断する母線電圧（回生トランジスタのオフ電圧と称されている）とを定めている。
【０００３】
ここで、従来のモータ制御装置において行われている回生電力の消費処理方法は、母線電圧が回生トランジスタのオン電圧になると、母線電圧が回生トランジスタのオフ電圧以下になるまで、回生トランジスタを連続してオンさせる方法である。
【０００４】
また、モータからの回生電力の消費処理は、複数台のモータ制御装置を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムにおいても必要であり、種々の提案がなれている（例えば、特許文献１〜３等）。
【０００５】
特許文献１に記載された回生電力の消費処理方法は、モータ制御システムを制御するためのシステムコントローラが備えられており、前記システムコントローラが各モータ制御装置から転送される回生負荷情報より、回生負荷の大きいモータ制御装置の回生回路の動作レベルを上げ、回生負荷の小さいモータ制御装置の回生回路の動作レベルを下げることによって、各モータ制御装置の回生回路の動作レベルを均等にする方法である。
【０００６】
特許文献２に記載された回生電力の消費処理方法は、互いの母線が並列に接続された複数台のモータ制御装置間で、回生トランジスタのオン、オフの状態を示す回生トランジスタの駆動信号の状態を送受信し、いずれか１台でもオン信号が存在すれば、並列に接続された複数台のモータ制御装置全ての回生トランジスタをオンさせることで、回生回路の負荷を均等にする方法である。
【０００７】
特許文献３に記載された回生電力の消費処理方法は、回生回路の状態に応じてモータ制御装置の回生回路を構成する回生トランジスタのオン電圧をそれぞれのモータ制御装置において独立して可変とする方法であり、コントローラや他のモータ制御装置との間の信号伝送を不要にして回路構成の簡略化を可能にするとともに、各モータ制御装置の回生抵抗による消費電力を均等化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−８９２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２５３２１３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１０１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のモータ制御装置での回生電力の消費処理方法では、回生抵抗器に連続して回生電流が流れるので、回生抵抗器の小規模化、低容量化が困難であり、コストの低減が困難である。
【００１０】
また、特許文献１や特許文献２に記載された従来技術は、何れも各モータ制御装置の回生負荷を均等化するために、システムコントローラとモータ制御装置との間、または、各モータ制御装置の相互間で情報のやりとりが必要であり、信号伝送システム等の回路構成が複雑になるという問題があった。特許文献３に記載された従来技術は、これらの回路構成の簡略化を可能にするとともに、各モータ制御装置の回生トランジスタのオン電圧を独立して可変とすることにより回生負荷の均等化を実現している。
【００１１】
しかし、特許文献３に記載の方法では、複数台のモータ制御装置を共通母線にて接続するシステム構成において、例えば、複数台のモータ制御装置の回生回路のうち１つの回生回路の負荷が１００％となった場合に、他モータ制御装置の回生回路に余力を持たせたまま保護機能が作動する場合がある。
【００１２】
例えば、母線電圧を部品のばらつきにより一番高く検出してしまうモータ制御装置（仮にＡとする）では、回生電力がモータから返ってきたときに一番早く回生処理を行い、回生負荷率が上昇し、回生トランジスタのオン電圧レベルを上げる処理が行われる。また、モータ制御装置Ａ以外の回生動作を行っていないモータ制御装置は、回生負荷率が低下するため、回生トランジスタのオン電圧レベルは低下し、回生処理が行われやすくなる。
【００１３】
但し、この場合に、モータから返ってきている回生電力が、システム内の全ての回生回路の回生トランジスタをオンしてもモータ制御装置Ａの回生トランジスタのオン電圧レベルとして設定できる最大値以下に母線電圧が下がらない電力であった場合、モータ制御装置Ａおよび残りの全てのモータ制御装置で同時に回生処理が行われる。しかし、モータ制御装置Ａを含む全てのモータ制御装置の回生回路ではまだ回生負荷率に余力がある状態であるにも関わらず、モータ制御装置Ａの回生負荷率が保護レベルとなり、保護機能が作動してしまう場合がある。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【００１５】
また、本発明は、上記発明によるモータ制御装置を用いて全ての回生回路の能力を最大限に使用して回生電力の消費処理が行えるモータ制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ制御装置は、母線電圧を生成するコンバータ回路と、両端に印加される前記母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧に変換してモータへ供給するインバータ回路と、前記インバータ回路に並列に接続されて両端に前記母線電圧が印加される回生抵抗器および回生トランジスタの直列回路を備える回生回路と、前記モータからの回生電力により前記母線電圧が所定値を超えたときに、該回生電力を前記回生抵抗器に消費させるため、前記回生トランジスタをオンさせる制御手段とを備えたモータ制御装置において、前記制御手段は、前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回生抵抗器には、回生電流が連続して流れずに断続して流れるので、回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができる。したがって、モータ制御装置のコストの低減が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、回生電力の消費処理動作を説明するタイムチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２によるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３として、回生トランジスタのオン時間割合を回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する方法の他の例を説明する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置およびシステムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、モータ制御装置２の交流入力端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には三相交流電源１が接続され、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには負荷としてモータ１０が接続されている。
【００２１】
モータ制御装置２は、コンバータ回路３と、回生回路６と、電圧型インバータ回路９と、母線電圧検出回路１１と、回生トランジスタ駆動回路１２と、インバータ駆動回路１３と、演算部１４とを備えている。
【００２２】
コンバータ回路３は、ダイオードスタック４と、主回路コンデンサ５とで構成される。ダイオードスタック４は、交流入力端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３から給電される三相交流電圧を直流電圧へ変換する。ダイオードスタック４の正極出力端に正極母線Ｐが接続され、ダイオードスタック４の負極出力端に負極母線Ｎが接続される。主回路コンデンサ５は、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に接続され、ダイオードスタック４の出力電圧を平滑し、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に所定の母線電圧を形成する。
【００２３】
電圧型インバータ回路９は、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に、上下アームスイッチング素子の３組が並列に接続され、各スイッチング素子がインバータ駆動回路１３からの駆動信号により母線電圧をスイッチングすることで、母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧へ変換し、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗからモータ１０へ駆動信号を出力する。
【００２４】
モータ１０は、力行動作と回生動作とを行う。モータ１０が回生動作を行う場合には、その回生電力が電圧型インバータ回路９を介して主回路コンデンサ５を充電し母線電圧を上昇変化させる。
【００２５】
回生回路６は、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間に直列に接続された回生トランジスタ７および回生抵抗器８を備えている。この実施の形態１では、回生トランジスタ７は、モータ１０からの回生電力により母線電圧が所定の上昇変化をした場合、回生トランジスタ駆動回路１２から供給されるオン時間幅が変化する駆動信号によりオン・オフ駆動される。これによって、モータ１０からの回生電力が回生抵抗器８で消費される。
【００２６】
母線電圧検出回路１１は、母線電圧を検出し演算部１４に出力する。回生トランジスタ駆動回路１２は、演算部１４からのこの実施の形態１による駆動指令信号に従ってオン時間幅が変化する駆動信号を生成し回生トランジスタ７をオン・オフ駆動する。インバータ駆動回路１３は、演算部１４からのＰＷＭ電圧指令に従って電圧型インバータ回路９の各スイッチング素子にスイッチング動作を行わせる。
【００２７】
演算部１４は、モータ１０の運転を制御する制御手段として、検出されたモータ１０の回転速度や電流値といったフィードバック情報からＰＷＭ電圧指令を演算しインバータ駆動回路１３に与える処理を行う。
【００２８】
また、演算部１４は、回生電力を消費する処理を行う制御手段として、母線電圧に対する回生回路６の動作電圧である回生トランジスタ７のオン電圧およびオフ電圧が予め定められていて、母線電圧検出回路１１にて検出された母線電圧の変化を予め定められた回生回路６の動作電圧と比較し、母線電圧が回生トランジスタ７のオン電圧を超えると、回生トランジスタ７をオンさせて回生電力を回生抵抗器８に消費させる処理（母線電圧を回生トランジスタ７のオフ電圧以下に引き下げる処理）を行う。
【００２９】
一般に行われている回生電力の消費処理方法は、回生トランジスタ７を、母線電圧が回生トランジスタ７のオフ電圧以下に降下するまでの間、継続してオン動作させ、母線電圧が回生トランジスタ７のオフ電圧以下に降下するとオフ動作させる方法である。
【００３０】
これに対しこの実施の形態１による回生電力の消費処理方法は、母線電圧が回生トランジスタ７のオフ電圧以下に降下するまでの間、回生トランジスタ７の導通時間（オン時間割合）を回生回路６の状態である回生負荷率に応じて可変させる方法である。この実施の形態１による演算部１４は、そのような内容の駆動指令信号を生成し回生トランジスタ駆動回路１２に与える。
【００３１】
ここで、回生負荷率は、例えば、予め設定されている回生トランジスタ７のオン電圧と回生トランジスタ７のオン時間幅とに基づき算出される。また、回生トランジスタ７のオン時間割合は、回生処理動作を規定する単位時間の幅を１００％として決定する。
【００３２】
以下、図２を参照して、この実施の形態による回生電力の消費処理動作について具体的に説明する。図２は、回生電力の消費処理動作を説明するタイムチャートである。図２では、（１）母線電圧に対する回生回路の動作電圧と、（２）回生回路の状態である回生負荷率と、（３）回生トランジスタのオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）状態と、が示されている。等間隔で示す時刻ｔ０〜ｔ７は、それぞれ回生電力を消費する処理動作を規定する単位時間の開始／終了と回生トランジスタ７のオン時間割合とを決定する時刻である。この例において、時刻ｔ０は、回生電力の処理動作開始時刻であり、時刻ｔ６は、回生電力の処理動作の終了を認識する時刻である。
【００３３】
図２（１）において、回生電力の処理動作開始時刻ｔ０以前における母線電圧２１は、母線にモータ１０から回生電力から返ってきていない場合の母線電圧である。時刻ｔ０〜ｔ７における母線電圧２２は、母線にモータ１０から返ってきた回生電力による母線電圧である。母線電圧２２は、時刻ｔ０の直前で母線電圧２１から急上昇し、時刻ｔ０以降、この実施の形態１による消費処理により降下変化するパターンで示されている。
【００３４】
そして、図２（１）に示すように、回生回路６の動作電圧として、回生トランジスタ７のオフ電圧２３が、母線電圧２１よりも高い所定電圧に設定されている。回生トランジスタ７のオン電圧２４は、オフ電圧２３よりも高い所定電圧であり、回生回路６の回生電力処理能力やモータ１０から返って来る回生電力の大きさなどを勘案して定められる。
【００３５】
図２（２）では、回生電力の消費処理に用いる回生負荷率として、大きさ（％）が、第１の判定負荷率２６＜第２の判定負荷率２８＜第３の判定負荷率３０の関係にある３つの判定負荷率２６，２８，３０を用いる例が示されている。
【００３６】
さて、図２（１）（２）（３）において、回生電力の処理動作開始時刻ｔ０までは、回生トランジスタ７はオフしていて回生負荷率２５は０％である。この状態で、モータ１０から回生電力が返ってきて、母線電圧２１が回生トランジスタ７のオン電圧２４を超える母線電圧２２に上昇したことが検出されると、時刻ｔ０にて回生トランジスタ７をオンさせ回生電力の消費処理動作が開始される。回生負荷率２５は、回生抵抗器８が有する熱時定数と流れた電流値とにより上昇する。なお、第１の判定負荷率２６は、例えば６０％である。判定負荷率２６になると、単位時間当たりのオン時間割合が例えば８０％になるように制御される。このときの制御方法は図２（３）に示すように連続してオンし８０％の場合もあれば、ＰＷＭ信号のようにさらに細分化して単位時間当たりのオン時間割合が合計８０％の場合もある。また、オン時間割合は、前述したように、時刻ｔ０〜ｔ７のタイミングで判断される。回生トランジスタ７がオンしている間での母線電圧２２は、オン電圧２４からオフ電圧２３に向かって降下していく。
【００３７】
図２（２）において、時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２の演算タイミングにおける回生負荷率２５は、第１の判定負荷率２６を超えていない。したがって、図２（３）に示すように、時刻ｔ０，ｔ１間と、時刻ｔ１，ｔ２間と、時刻ｔ２，ｔ３間との各単位時間では回生トランジスタ７のオン時間割合は１００％となる。次に、回生トランジスタ７のオン時間割合を決定する時刻ｔ３において第１の判定負荷率２６を超えているため、時刻ｔ３にて演算される回生トランジスタ７のオン時間割合は８０％となる。
【００３８】
時刻ｔ３，ｔ４間の単位時間内では、例えば母線電圧２２は回生電力の影響を受け続けているため、回生トランジスタ７がオフすると、母線電圧２２が上昇に転ずる。一方、回生負荷率２５は、降下していき、時刻ｔ４では負荷率２７に低下する。
【００３９】
処理動作を規定する時刻ｔ４において母線電圧２２は、未だオフ電圧２３以下になっておらず、負荷率２７は予め定めた第２の判定負荷率２８（例えば７０％）を超えているため、時刻ｔ４，ｔ５間における回生トランジスタ７のオン時間割合は例えば７０％と決定され回生処理が実施される。これによって、次の時刻ｔ４，ｔ５間の単位時間内では、母線電圧２２は下降に転ずる。一方、回生負荷率２５は、負荷率２７から上昇する。
【００４０】
時刻ｔ４，ｔ５間の単位時間内では、母線電圧２２は未だ回生電力の影響を受け続けているため、回生トランジスタ７がオフすると、母線電圧２２が上昇に転ずる。一方、回生負荷率２５は、降下していき、時刻ｔ５では負荷率２９に低下する。
【００４１】
処理動作を規定する時刻ｔ５のタイミングにおいては、母線電圧２２は、未だオフ電圧２３以下になっておらず、負荷率２９は予め定めた第３の判定負荷率３０（例えば８０％）を超えているため、時刻ｔ５，ｔ６間における回生トランジスタ７のオン時間割合は例えば５０％と決定され回生処理が実施される。これによって、次の時刻ｔ５，ｔ６間の単位時間内では、母線電圧２２は下降に転ずる。図示例では、母線電圧２２はオフ電圧２３以下に降下している。
【００４２】
処理動作を規定する時刻ｔ６のタイミングにおいて母線電圧２２がオフ電圧２３以下になっているため、回生電力の消費処理を終了したと判断し、回生トランジスタ７をオンさせずオフ状態を継続する。回生負荷率２５は、降下していく。
【００４３】
以上のように、この実施の形態１では、母線電圧が回生トランジスタ７のオン電圧を超えると、回生トランジスタ７のオン時間割合を、回生負荷率が小さい場合は大きくし、回生負荷率が大きい場合は小さくする制御が行えるように、複数の判定負荷率を用意し、検出された母線電圧に応じて選択し、判定負荷率間の大きさに応じて回生トランジスタ７のオン時間割合を可変させることで、回生電力の消費処理を行う。
【００４４】
なお、回生トランジスタのオン時間割合を回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する方法は、図２に示す方法に限定されるものではない。例えば、後述する図４に示す方法なども可能である。
【００４５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２によるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図３では、複数台のモータ制御装置を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムの一例として、２台のモータ制御装置５４，５５を、互いの正極母線Ｐおよび負極母線Ｎ同士を接続した構成例が示されている。
【００４６】
図３において、モータ制御装置５４の動作電源は、交流入力端子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に接続される三相交流電源４１である。モータ制御装置５４の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには負荷としてモータ５２が接続されている。モータ制御装置５４は、コンバータ回路４２と、回生回路４４と、電圧型インバータ回路４７と、母線電圧検出回路４８と、回生トランジスタ駆動回路４９と、インバータ駆動回路５０と、演算部５１とを備えている。なお、各構成要素は、符号は変えてあるが、図１に示したモータ制御装置２の同一名称要素と同じ働きを行う。
【００４７】
モータ制御装置５５の動作電源は、三相交流電源４１ではなく、互いの正極母線Ｐおよび負極母線Ｎ同士を接続した共通母線の母線電圧である。モータ制御装置５５の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには負荷としてモータ６６が接続されている。モータ制御装置５５は、コンバータ回路５６と、回生回路６０と、電圧型インバータ回路６５と、母線電圧検出回路６１と、回生トランジスタ駆動回路６２と、インバータ駆動回路６３と、演算部６４とを備えている。なお、各構成要素は、符号は変えてあるが、図１に示したモータ制御装置２の同一名称要素と同じ働きを行う。
【００４８】
但し、図３に示す構成では、モータ制御装置５５のコンバータ回路５６におけるダイオードスタック６７は、省略可能である。３台以上となる場合には、追加するモータ制御装置は前段の母線電圧を動作電源とする構成である。
【００４９】
図３に示すシステムでは、モータ制御装置５４の演算部５１と、モータ制御装置５５の演算部６４とが、互いに独立に、回生トランジスタ４６，５８の各オン時間割合をそれぞれの回生負荷率に応じて可変制御することにより、回生電力の消費処理を互いに独立して行う。具体的には、図２にて説明した方法や後述する図４に示す方法で回生トランジスタ４６，５８の各オン時間割合をそれぞれの回生負荷率に応じて可変制御することで、回生電力の消費処理を行う。
【００５０】
この実施の形態２によれば、システムを構成している全ての回生回路に負荷が分散し、特定の回生回路への負荷集中が防止され回生過負荷状態を回避することができ、全ての回生回路の能力を最大限に使用することができる。したがって、従来技術のように、上位コントローラとモータ制御装置間またはモータ制御装置の相互間で信号をやりとりする必要がなくなり、簡単な回路構成で、母線共通システムを実現できる。
【００５１】
また、従来、回生処理能力値や回生抵抗値の異なった回生回路を搭載するモータ制御装置を用いて共通母線システムを構成した場合、回生処理能力や許容回生電力消費量が低い回生回路が過負荷状態になるため、保護機能が動作し、システム全体が停止する問題があった。従来、この問題に対して、全てのモータ制御装置の回生回路、又は、回生処理能力の低い一部のモータ制御装置の回生回路を無効化し、別付けの回生回路を付属することによって解決していた。
【００５２】
この問題に対し実施の形態２によれば、回生処理能力の低いモータ制御装置の回生トランジスタのオン時間割合が短くなることで回生負荷率の上昇を防ぎ、したがって保護機能が動作せず、他のモータ制御装置の回生回路にて残回生電力を処理していくため、特別な調整や付加装置が必要とならない。
【００５３】
さらに、共通母線システムが適用されるアプリケーション、例えば、産業装置においては、複数軸の各モータを対応する各モータ制御装置が独立して駆動しており、全てのモータが同時に動き出し、同時に止まる（回生電力を返す）運転パターンは稀であり、全軸の稼動タイミングが違う運転パターンが一般的である。
【００５４】
このようなアプリケーションにおいては、その運転パターンの内容から発生する回生電力の実効値は容易に算出することができる。この実効電力値が、共通母線システムを構成している複数台のモータ制御装置の回生処理能力の合算値以下であった場合、実効回生電力が消費できる回生能力値になるように、予め不要な回生回路を除去すること、又は、回生能力の低い回生抵抗器を使用することが可能であり、コストの低減効果をもたらすことができる。
【００５５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３として、回生トランジスタのオン時間割合を回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する方法の他の例を説明する特性図である。図３において、縦軸は回生トランジスタのオン時間割合であり、横軸は回生負荷率である。
【００５６】
縦軸では、オン時間割合１００％と保護用オン時間割合ＤＲとが示されている。オン時間割合１００％は、回生処理動作の単位時間の時間幅と等しい時間割合である。保護用オン時間割合ＤＲは、回生処理動作の単位時間の時間内において過回生として保護機能が動作しない所定時間割合である。保護用オン時間割合ＤＲは、予め設定された消費可能電力値と回生トランジスタのオン電圧と既知である回生抵抗器の値とを式（１）に適用して算出される。
【００５７】
ＤＲ＝消費可能電力値÷｛（回生トランジスタのオン電圧）２／回生抵抗値｝｝
…（１）
【００５８】
また、横軸では、第１の負荷率ＬＩＰと第２の負荷率ＬＣＰとが示されている。第１の負荷率ＬＩＰは、回生抵抗器にて消費することができる回生電力の許容値以内の所定負荷率である。第２の負荷率ＬＣＰは、回生トランジスタのオン時間割合を１００％に維持できる限界の負荷率である。
【００５９】
図４において、モータ制御装置の演算部は、回生トランジスタのオン時間割合を、回生負荷率が第２の負荷率ＬＣＰになるまで単位時間の幅と等しい１００％の時間割合とすることを継続し、回生負荷率が第２の負荷率ＬＣＰから第１の負荷率ＬＩＰになるまでの間１００％の時間割合から保護用オン時間幅ＤＲに向かって関数的に減少させ、回生負荷率が第１の負荷率ＬＩＰになると、保護用オン時間割合ＤＲとする、または、保護用オン時間割合ＤＲ以下の所定時間幅にする制御を行う。
【００６０】
この実施の形態３による回生トランジスタのオン時間幅の制御方法によれば、回生電力の消費処理を回生回路で消費することができる回生電力の許容値を超えないように実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、回生電力の消費処理を小規模でかつ低容量の回生抵抗器を使用して行うことができるモータ制御装置として有用であり、特に、共通母線構成のモータ制御システムに適用して、全ての回生回路の能力を最大限に使用して回生電力の消費処理が行えるモータ制御システムを構築するのに適している。
【符号の説明】
【００６２】
１，４１ 三相交流電源
２，５４，５５ モータ制御装置
３，４２，５６ コンバータ回路
４，５３，６７ ダイオードスタック
５，４３，５７ 主回路コンデンサ
６，４４，６０ 回生回路
７，４５，５９ 回生抵抗器
８，４６，５８ 回生トランジスタ
９，４７，６５ 電圧型インバータ
１０，５２，６６ モータ
１１，４８、６１ 母線電圧検出回路
１２，４９，６２ 回生トランジスタ駆動回路
１３，５０，６３ インバータ駆動回路
１４，５１，６４ 演算部
２１ 回生電力が返っていないときの母線電圧
２２ 回生電力が返ってきたときの母線電圧
２３ 回生トランジスタのオフ電圧（回生トランジスタをオフさせると判断する母線電圧）
２４ 回生トランジスタのオン電圧（回生トランジスタをオンさせると判断する母線電圧）
２５ 回生負荷率
２６，２８，３０ 判定負荷率
Ｐ 正極母線
Ｎ 負極母線
ＤＲ 保護用オン時間割合
ＬＩＰ 第１の回生負荷率
ＬＣＰ 第２の回生負荷率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母線電圧を生成するコンバータ回路と、
両端に印加される前記母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧に変換してモータへ供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路に並列に接続されて両端に前記母線電圧が印加される回生抵抗器および回生トランジスタの直列回路を備える回生回路と、
前記モータからの回生電力により前記母線電圧が所定値を超えたときに、該回生電力を前記回生抵抗器に消費させるため、前記回生トランジスタをオンさせる制御手段と
を備えたモータ制御装置において、
前記制御手段は、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が小さい場合は大きくする制御を行い、前記回生負荷率が大きい場合は小さくする制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記回生抵抗器で消費できる回生電力の許容値に近い第１の負荷率と該第１の負荷率よりも小さい第２の負荷率とを定め、かつ、過回生として保護機能が起動されない所定時間割合を前記回生トランジスタの保護用オン時間割合に設定し、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が前記第２の負荷率になるまで前記単位時間の割合と等しい１００％の時間割合とすることを継続し、前記回生負荷率が前記第２の負荷率から前記第１の負荷率になるまでの間前記１００％の時間割合から前記保護用オン時間割合に向かって関数的に減少させ、前記回生負荷率が前記第１の負荷率になると前記保護用オン時間割合とする、または、前記保護用オン時間割合以下の所定時間割合にする
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
複数台のインバータ方式モータ制御装置を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムにおいて、
前記複数台のインバータ方式モータ制御装置は、それぞれ請求項１に記載のモータ制御装置であり、
前記複数台のモータ制御装置における前記制御手段は、それぞれ独立に、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する
ことを特徴とするモータ制御システム。
【請求項５】
前記複数台のモータ制御装置における前記制御手段は、それぞれ独立に、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が小さい場合は大きくする制御を行い、前記回生負荷率が大きい場合は小さくする制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項６】
前記複数台のモータ制御装置における前記制御手段は、それぞれ独立に、
前記回生抵抗器で消費できる回生電力の許容値に近い第１の負荷率と該第１の負荷率よりも小さい第２の負荷率とを定め、かつ、過回生として保護機能が起動されない所定時間幅を前記回生トランジスタの保護用オン時間割合に設定し、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が前記第２の負荷率になるまで前記単位時間の割合と等しい１００％の時間割合とすることを継続し、前記回生負荷率が前記第２の負荷率から前記第１の負荷率になるまでの間前記１００％の時間割合から前記保護用オン時間割合に向かって関数的に減少させ、前記回生負荷率が前記第１の負荷率になると前記保護用オン時間割合とする、または、前記保護用オン時間割合以下の所定時間割合にする
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項１】
母線電圧を生成するコンバータ回路と、
両端に印加される前記母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧に変換してモータへ供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路に並列に接続されて両端に前記母線電圧が印加される回生抵抗器および回生トランジスタの直列回路を備える回生回路と、
前記モータからの回生電力により前記母線電圧が所定値を超えたときに、該回生電力を前記回生抵抗器に消費させるため、前記回生トランジスタをオンさせる制御手段と
を備えたモータ制御装置において、
前記制御手段は、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が小さい場合は大きくする制御を行い、前記回生負荷率が大きい場合は小さくする制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記回生抵抗器で消費できる回生電力の許容値に近い第１の負荷率と該第１の負荷率よりも小さい第２の負荷率とを定め、かつ、過回生として保護機能が起動されない所定時間割合を前記回生トランジスタの保護用オン時間割合に設定し、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が前記第２の負荷率になるまで前記単位時間の割合と等しい１００％の時間割合とすることを継続し、前記回生負荷率が前記第２の負荷率から前記第１の負荷率になるまでの間前記１００％の時間割合から前記保護用オン時間割合に向かって関数的に減少させ、前記回生負荷率が前記第１の負荷率になると前記保護用オン時間割合とする、または、前記保護用オン時間割合以下の所定時間割合にする
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
複数台のインバータ方式モータ制御装置を互いの母線が共通母線となるように接続したモータ制御システムにおいて、
前記複数台のインバータ方式モータ制御装置は、それぞれ請求項１に記載のモータ制御装置であり、
前記複数台のモータ制御装置における前記制御手段は、それぞれ独立に、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生回路の状態である回生負荷率に応じて可変制御する
ことを特徴とするモータ制御システム。
【請求項５】
前記複数台のモータ制御装置における前記制御手段は、それぞれ独立に、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が小さい場合は大きくする制御を行い、前記回生負荷率が大きい場合は小さくする制御を行う
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項６】
前記複数台のモータ制御装置における前記制御手段は、それぞれ独立に、
前記回生抵抗器で消費できる回生電力の許容値に近い第１の負荷率と該第１の負荷率よりも小さい第２の負荷率とを定め、かつ、過回生として保護機能が起動されない所定時間幅を前記回生トランジスタの保護用オン時間割合に設定し、
前記回生トランジスタのオン時間割合を、前記回生負荷率が前記第２の負荷率になるまで前記単位時間の割合と等しい１００％の時間割合とすることを継続し、前記回生負荷率が前記第２の負荷率から前記第１の負荷率になるまでの間前記１００％の時間割合から前記保護用オン時間割合に向かって関数的に減少させ、前記回生負荷率が前記第１の負荷率になると前記保護用オン時間割合とする、または、前記保護用オン時間割合以下の所定時間割合にする
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７５８７１（Ｐ２０１２−１７５８７１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７６４６（Ｐ２０１１−３７６４６）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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