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JP2014150719A - Power converter - Google Patents

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JP2014150719A
JP2014150719A JP2014085525A JP2014085525A JP2014150719A JP 2014150719 A JP2014150719 A JP 2014150719A JP 2014085525 A JP2014085525 A JP 2014085525A JP 2014085525 A JP2014085525 A JP 2014085525A JP 2014150719 A JP2014150719 A JP 2014150719A
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power
motor
power supply
phase inverter
phase
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Application number
JP2014085525A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Osawa
博 大沢
Masahiko Hanazawa
昌彦 花澤
Koichi Okamura
幸一 岡村
Kenji Baba
謙二 馬場
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter which generates a predetermined brake torque for decelerating an AC motor both during high speed rotation and low speed rotation of the AC motor being driven by a multiple inverter not having a power regeneration function, and allows for energy saving and cost reduction.SOLUTION: In a power converter including a multiwinding transformer 4 generating a plurality of power supply voltages from a system power supply, and a plurality of multiple inverters 1-3 consisting of a series connection of a plurality of single phase inverter units, generating a single phase voltage from the power supply voltage, and driving an AC motor 5 by these multiple inverters 1-3, a power regeneration device 9 is connected between the AC motor 5 and the system power supply via a step-down transformer 7. Furthermore, other power regeneration device 12 is connected, as required, between the non-output side terminals of the multiple inverters 1-3 and the system power supply.

Description

本発明は、多重インバータからなる電力変換装置に関する。特に本発明は、電力回生機能を持たない単相インバータユニットを複数台、直列に接続してなる多重インバータによって交流電動機を駆動する場合に、交流電動機の停止または減速を電気的に補助する機能を備えた電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device including multiple inverters. In particular, the present invention has a function of electrically assisting the stop or deceleration of the AC motor when the AC motor is driven by a multiple inverter formed by connecting a plurality of single-phase inverter units having no power regeneration function in series. The present invention relates to a power conversion device provided.

定格電圧が3.3[kV]や6.6[kV]等の多相交流電動機を可変速駆動する高圧大容量の電力変換装置として、複数台の単相インバータユニットの出力側を直列に接続して一相分の多重インバータを構成し、この多重インバータを相数分用いて多相交流電動機を駆動するものが知られている。   The output side of multiple single-phase inverter units is connected in series as a high-voltage, large-capacity power converter that drives a multi-phase AC motor with a rated voltage of 3.3 [kV] or 6.6 [kV]. A multi-phase inverter for one phase is configured, and a multi-phase AC motor is driven by using this multi-inverter for the number of phases.

図4は、この種の電力変換装置の構成図である。
図4において、1,2,3は多重インバータであり、それぞれ、単相インバータユニット11,12、単相インバータユニット21,22、単相インバータユニット31,32によって構成されている。例えば、多重インバータ1は、二つの単相インバータユニット11,12の各一端を直列に接続すると共に、一方の単相インバータユニット11の出力側の他端を負荷装置としての三相交流電動機5に接続し、かつ、他方の単相インバータユニット12の出力側の他端を共通接続点(多重インバータの中性点)N0に接続して構成される。上述した単相インバータユニット11,12の接続状態は、他の多重インバータ2,3における単相インバータユニット21,22及び31,32についても同様である。
なお、多重インバータ1〜3の構成はあくまで一例を示したものであり、1台の多重インバータが3台以上の単相インバータユニットを直接に接続して構成される場合もある。
FIG. 4 is a configuration diagram of this type of power conversion device.
In FIG. 4, reference numerals 1, 2, and 3 denote multiple inverters, which are constituted by single-phase inverter units 11 and 12, single-phase inverter units 21 and 22, and single-phase inverter units 31 and 32, respectively. For example, the multi-inverter 1 connects each one end of two single-phase inverter units 11 and 12 in series and the other end on the output side of one single-phase inverter unit 11 to a three-phase AC motor 5 as a load device. The other end on the output side of the other single-phase inverter unit 12 is connected to a common connection point (neutral point of multiple inverter) N0. The connection state of the single-phase inverter units 11 and 12 described above is the same for the single-phase inverter units 21, 22 and 31 and 32 in the other multiple inverters 2 and 3.
Note that the configurations of the multiple inverters 1 to 3 are merely examples, and there are cases where one multiple inverter is configured by directly connecting three or more single-phase inverter units.

ここで、多重インバータ内で複数台の単相インバータユニットを直列接続するためには、個々の単相インバータユニットの入力側を電気的に絶縁する必要がある。このため、単相インバータユニット11,12,21,22,31,32の入力側は、多巻線変圧器4の二次巻線4bにそれぞれ接続されている。なお、多巻線変圧器4の一次巻線4aは、図示されていない三相交流電源(系統電源)に接続されており、複数の二次巻線4bから単相の電源電圧を生成するものである。   Here, in order to connect a plurality of single-phase inverter units in series in the multiple inverter, it is necessary to electrically insulate the input side of each single-phase inverter unit. For this reason, the input sides of the single-phase inverter units 11, 12, 21, 22, 31, 32 are connected to the secondary winding 4 b of the multi-winding transformer 4. The primary winding 4a of the multi-winding transformer 4 is connected to a three-phase AC power supply (system power supply) not shown, and generates a single-phase power supply voltage from a plurality of secondary windings 4b. It is.

図5は、例えば図4における単相インバータユニット11の構成例を示している。なお、他の単相インバータユニット12,21,22,31,32の構成も同一である。
単相インバータユニット11は、三相交流電力を直流電力に変換するダイオード整流器101と、直流電力を単相交流電力に変換するIGBTインバータ102と、直流中間回路に接続されて直流電圧を平滑するコンデンサ103とから構成されている。
FIG. 5 shows a configuration example of the single-phase inverter unit 11 in FIG. 4, for example. The other single-phase inverter units 12, 21, 22, 31, 32 also have the same configuration.
The single-phase inverter unit 11 includes a diode rectifier 101 that converts three-phase AC power to DC power, an IGBT inverter 102 that converts DC power to single-phase AC power, and a capacitor that is connected to a DC intermediate circuit and smoothes the DC voltage. 103.

図5に示す単相インバータユニット11は、交流−直流変換用にダイオード整流器101を用いているため、直流中間回路からダイオード整流器101の系統電源側(多巻線変圧器4の二次巻線4b側)に電力回生することはできない。従って、仮にIGBTインバータ102が単相交流側から直流中間回路側に電力回生するならば、直流中間回路の電圧が異常に上昇し、最悪の場合には、単相インバータユニット11が過電圧により破壊されることになる。   Since the single-phase inverter unit 11 shown in FIG. 5 uses the diode rectifier 101 for AC-DC conversion, the DC power supply side of the diode rectifier 101 from the DC intermediate circuit (the secondary winding 4b of the multi-winding transformer 4). Power) cannot be regenerated. Therefore, if the IGBT inverter 102 regenerates power from the single-phase AC side to the DC intermediate circuit side, the voltage of the DC intermediate circuit rises abnormally, and in the worst case, the single-phase inverter unit 11 is destroyed by overvoltage. Will be.

一般に、交流電動機を電気的な手段により急速に減速させようとするとき、交流電動機を発電機動作させて電力回生することが行われる。しかし、前述したように、単相インバータユニットにダイオード整流器を使用している場合には、単相インバータユニットを介して系統電源側に電力回生することはできない。
このように電力回生ができない場合には、交流電動機の減速に非常に長い時間を必要とするので、所望の加減速特性が得られないという問題が生じる。
そこで、特許文献1に開示されるモジュラー型多相可調節電源では、単相インバータユニット内のダイオード整流器に代えて電力回生が可能なIGBTを使用した電力変換器を使用することにより、系統電源に電力を回生可能としている。
In general, when an AC motor is to be rapidly decelerated by electric means, the AC motor is operated as a generator to regenerate power. However, as described above, when a diode rectifier is used for the single-phase inverter unit, power cannot be regenerated to the system power supply side via the single-phase inverter unit.
When power regeneration cannot be performed in this way, a very long time is required for the deceleration of the AC motor, so that there is a problem that a desired acceleration / deceleration characteristic cannot be obtained.
Therefore, in the modular multi-phase adjustable power source disclosed in Patent Document 1, a power converter using an IGBT capable of power regeneration is used instead of the diode rectifier in the single-phase inverter unit. Electricity can be regenerated.

一方、負荷トルクによってある程度の減速効果が得られる用途では、補助的な電力回生機能、または制動抵抗による電力消費機能を付加するだけで十分な場合もある。このような機能を備えた電力変換装置としては、特許文献2〜特許文献5に記載された従来技術が知られている。   On the other hand, in applications where a certain degree of deceleration effect can be obtained by the load torque, it may be sufficient to add an auxiliary power regeneration function or a power consumption function using a braking resistor. As power converters having such a function, conventional techniques described in Patent Documents 2 to 5 are known.

すなわち、特許文献2に示されるインバータ装置では、多重インバータに直列に三相インバータを接続し、この三相インバータ内に直流電圧検出回路及び放電回路を設けている。そして、このインバータ装置は、電力回生時における直流電圧の上昇を直流電圧検出回路により検出し、回生電力を放電回路内の抵抗によって消費させている。
また、特許文献3には、特定の単相インバータユニットや、多重インバータに直列に接続された三相インバータに回生電力の消費機能を持たせた多重電力変換装置が示されている。
That is, in the inverter device shown in Patent Document 2, a three-phase inverter is connected in series to a multiplex inverter, and a DC voltage detection circuit and a discharge circuit are provided in the three-phase inverter. In this inverter device, a DC voltage increase during power regeneration is detected by a DC voltage detection circuit, and the regenerative power is consumed by a resistor in the discharge circuit.
Patent Document 3 discloses a multiple power conversion device in which a specific single-phase inverter unit or a three-phase inverter connected in series to a multiple inverter has a function of consuming regenerative power.

特許文献4には、多重電力変換器の中性点と誘導電動機の中性点との間に抵抗を接続し、多重電力変換器の出力電圧零相成分を制御することにより、回生電力を前記抵抗によって消費させる技術が記載されている。また、この特許文献4には、中性点の取り出しが困難な場合に、誘導電動機の入力側に接続した降圧変圧器から中性点を取り出すことも開示されている。
更に特許文献4には、前記抵抗に代えて回生電力変換器を接続し、この回生電力変換器により、電力を系統電源側へ回生する技術も開示されている。
In Patent Document 4, a resistor is connected between the neutral point of the multiple power converter and the neutral point of the induction motor, and the output voltage zero phase component of the multiple power converter is controlled, whereby the regenerative power is A technique for consuming by resistance is described. Patent Document 4 also discloses that a neutral point is taken out from a step-down transformer connected to the input side of the induction motor when it is difficult to take out the neutral point.
Further, Patent Document 4 discloses a technology in which a regenerative power converter is connected instead of the resistor, and power is regenerated to the system power supply side by the regenerative power converter.

また、特許文献5には、図6に示す電力変換装置が開示されている。図6において、図4と同一の構成部品には同一の番号を付してある。
図6において、多重インバータ1,2,3の出力側に接続された交流電動機5の入力端子5u,5v,5wには、スイッチ61及び抵抗器62からなる電力消費回路6が接続されている。上記スイッチ61をオンすることにより、入力端子5u,5v,5wにはスター結線された抵抗器62の各一端がそれぞれ接続される。このスイッチ61は通常はオフしており、交流電動機5を減速する場合(制動トルクを発生させる場合)にオンするものである。
Patent Document 5 discloses a power conversion device shown in FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 6, a power consumption circuit 6 including a switch 61 and a resistor 62 is connected to input terminals 5 u, 5 v, 5 w of an AC motor 5 connected to the output side of multiple inverters 1, 2, 3. When the switch 61 is turned on, each end of the star-connected resistor 62 is connected to the input terminals 5u, 5v, and 5w. This switch 61 is normally turned off, and is turned on when the AC motor 5 is decelerated (when braking torque is generated).

すなわち、スイッチ61がオンすると、その入力端子間に電圧が生じていれば、抵抗器62に電流が流れて電力が消費される。この消費電力は、多重インバータ1〜3だけから、または交流電動機5だけから供給することができると共に、多重インバータ1〜3及び交流電動機5の両方から供給することも可能である。次に、これらの各ケースについて具体的に説明する。   That is, when the switch 61 is turned on, if a voltage is generated between its input terminals, a current flows through the resistor 62 and power is consumed. This power consumption can be supplied only from the multiple inverters 1 to 3 or from the AC motor 5, and can also be supplied from both the multiple inverters 1 to 3 and the AC motor 5. Next, each of these cases will be specifically described.

抵抗器62により所定の電力が消費されるケースには、上述した三つのケースがある。
ケース1は、交流電動機5が無負荷運転しているケースであり、この場合には、抵抗器62による消費電力がすべて多重インバータ1〜3から供給される。ケース2は、交流電動機5が発電機動作して抵抗器62の消費電力と等しい電力を出力しているケースであり、この場合には、抵抗器62による消費電力がすべて交流電動機5から供給される。ケース3は、交流電動機5による発電電力が抵抗器62による消費電力より少ないケースであり、この場合には、抵抗器62による消費電力が多重インバータ1〜3及び交流電動機5の両方から供給される。
There are three cases as described above as cases where predetermined power is consumed by the resistor 62.
Case 1 is a case where the AC motor 5 is operating without load, and in this case, all the power consumed by the resistor 62 is supplied from the multiple inverters 1 to 3. Case 2 is a case in which the AC motor 5 operates as a generator and outputs power equal to the power consumption of the resistor 62. In this case, all of the power consumed by the resistor 62 is supplied from the AC motor 5. The Case 3 is a case where the power generated by the AC motor 5 is less than the power consumed by the resistor 62. In this case, the power consumed by the resistor 62 is supplied from both the multiple inverters 1 to 3 and the AC motor 5. .

上記ケース2,ケース3の場合、交流電動機5は自身の発電電力によって減速する。従って、スイッチ61をオンして抵抗器62にて電力を消費することにより、交流電動機5の発電電力がケース2,ケース3の条件を満たす減速レートであれば、多重インバータ1〜3側に電力を回生せずに交流電動機5を減速することができる。つまりこの場合は、前述したような単相インバータユニットの過電圧破壊を生じることはない。   In the case 2 and case 3, the AC motor 5 is decelerated by its own generated power. Accordingly, by turning on the switch 61 and consuming electric power at the resistor 62, if the generated electric power of the AC motor 5 is a deceleration rate that satisfies the conditions of Case 2 and Case 3, the electric power is supplied to the multiple inverters 1 to 3 side. The AC motor 5 can be decelerated without regenerating. That is, in this case, the overvoltage breakdown of the single-phase inverter unit as described above does not occur.

この従来技術では、上記ケース2が、多重インバータ1〜3に電力回生することなく最も大きな制動トルクを発生させる条件となる。すなわち、抵抗器62による消費電力がすべて交流電動機5の発電電力によって賄われる場合に、最も大きな制動トルクを得ることができる。   In this prior art, the case 2 is a condition for generating the largest braking torque without power regeneration in the multiple inverters 1 to 3. That is, when the power consumed by the resistor 62 is all covered by the power generated by the AC motor 5, the largest braking torque can be obtained.

通常、抵抗器62の消費電力は電圧の2乗に比例する。一方、交流電動機5の磁束を一定に保つためには、交流電動機5の端子電圧Vと周波数fとをほぼ比例させる必要があり、よく知られているV/f一定制御が一般的に利用されている。従って、このV/f一定制御を前提にすると、抵抗器62による消費電力は周波数fの2乗に比例する。これらのことから、周波数fと回転速度とがほぼ比例する交流電動機では、図7の実線で示すように、抵抗器62による消費電力は回転速度の2乗にほぼ比例する。
一方、制動トルクの上限は消費電力を電動機の回転角速度により除算して求めることができるから、その特性は、図7の破線に示すように速度に比例することになる。
Usually, the power consumption of the resistor 62 is proportional to the square of the voltage. On the other hand, in order to keep the magnetic flux of the AC motor 5 constant, it is necessary to make the terminal voltage V of the AC motor 5 and the frequency f substantially proportional, and the well-known V / f constant control is generally used. ing. Therefore, assuming this constant V / f control, the power consumption by the resistor 62 is proportional to the square of the frequency f. For these reasons, in an AC motor in which the frequency f and the rotation speed are approximately proportional, the power consumption by the resistor 62 is approximately proportional to the square of the rotation speed, as shown by the solid line in FIG.
On the other hand, the upper limit of the braking torque can be obtained by dividing the power consumption by the rotational angular speed of the motor, so that the characteristic is proportional to the speed as shown by the broken line in FIG.

特開2001−103766号公報(段落[0018]〜[0026]、図1、図2等)Japanese Patent Laid-Open No. 2001-103766 (paragraphs [0018] to [0026], FIG. 1, FIG. 2, etc.) 特開2000−50643号公報(段落[0031]〜[0035]、図7等)JP 2000-50643 A (paragraphs [0031] to [0035], FIG. 7 etc.) 特開2001−238455号公報(段落[0006]〜[0009]、図1、図4等)JP 2001-238455 A (paragraphs [0006] to [0009], FIG. 1, FIG. 4 etc.) 特開2005−33903号公報(段落[0009]〜[0022]、図1,図4,図5等)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-33903 (paragraphs [0009] to [0022], FIGS. 1, 4, 5, etc.) 特開2000−50636号公報(段落[0052]〜[0057]、図8等)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-50636 (paragraphs [0052] to [0057], FIG. 8, etc.)

特許文献1に係る従来技術によれば、交流電動機を急減速することは可能である。しかし、電動機を減速させるための制動トルクとして必ずしも大トルクを要求されない用途では、過剰仕様となって装置が大形化・高コスト化する。
特許文献2,特許文献3に係る従来技術では、高速時に交流電動機の磁束を大きく弱めるために、制御の安定性が悪くなる。
特許文献4に係る従来技術では、中性点を引き出せない交流電動機には適用不可能である。また、降圧変圧器を使用して等価的な中性点を生成する場合には、この降圧変圧器に零相電流が流れるため、降圧トランスが大容量化する。
また、特許文献2〜特許文献4に係る従来技術には、交流電動機の高速回転時における制動トルクが小さいという共通の欠点もある。
According to the prior art according to Patent Document 1, it is possible to rapidly decelerate the AC motor. However, in applications that do not necessarily require a large torque as a braking torque for decelerating the electric motor, the specification becomes excessive and the size and cost of the device increases.
In the prior arts related to Patent Documents 2 and 3, since the magnetic flux of the AC motor is greatly weakened at a high speed, the control stability is deteriorated.
The prior art according to Patent Document 4 is not applicable to an AC motor that cannot extract a neutral point. Further, when an equivalent neutral point is generated using a step-down transformer, a zero-phase current flows through the step-down transformer, so that the capacity of the step-down transformer is increased.
In addition, the related arts disclosed in Patent Documents 2 to 4 have a common drawback that the braking torque during the high speed rotation of the AC motor is small.

図6,図7に示した特許文献5に係る従来技術では、図7から明らかなように、交流電動機の高速回転時に大きな制動トルクを得ることができるが、低速回転時には制動トルクが小さくなる。
例えば、交流電動機の定格速度において定格の10%の制動トルクを得ようとする場合には、図6の抵抗器62に流れる電流は定格電流の10%となる。この場合、電力消費回路6内のスイッチ61としては、機械的なスイッチやGTO,IGBT等の半導体スイッチを使用可能であるが、高圧・小電流の特殊仕様が要求されるため、高コスト化の原因となる。
In the prior art according to Patent Document 5 shown in FIG. 6 and FIG. 7, as is clear from FIG. 7, a large braking torque can be obtained when the AC motor rotates at high speed, but the braking torque decreases at low speed.
For example, when the braking torque of 10% of the rating is to be obtained at the rated speed of the AC motor, the current flowing through the resistor 62 in FIG. 6 is 10% of the rated current. In this case, as the switch 61 in the power consumption circuit 6, a mechanical switch or a semiconductor switch such as GTO or IGBT can be used. However, since high voltage / small current special specifications are required, the cost increases. Cause.

そこで、本発明の目的は、電力回生機能を持たない多重インバータからなる電力変換装置において、交流電動機の高速回転時、低速回転時の何れの場合にも、交流電動機を減速させるための所定の制動トルクを発生させることにある。
また、本発明の他の目的は、省エネルギー化及びコストの低減を可能にした電力変換装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a predetermined braking for decelerating the AC motor in both cases of high-speed rotation and low-speed rotation of the AC motor in the power conversion device composed of multiple inverters having no power regeneration function. It is to generate torque.
Another object of the present invention is to provide a power converter capable of saving energy and reducing costs.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、系統電源から複数の電源電圧を生成する多巻線変圧器と、前記電源電圧から単相電圧を生成する単相インバータユニットを複数台直列に接続した複数台の多重インバータと、を備え、前記複数台の多重インバータにより交流電動機を駆動するための電力変換装置であって、前記多重インバータが前記系統電源への電力回生機能を持たない電力変換装置において、
前記交流電動機と前記系統電源との間に、降圧変圧器を介して電力回生装置を接続したことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is a series of a multi-winding transformer that generates a plurality of power supply voltages from a system power supply and a plurality of single-phase inverter units that generate a single-phase voltage from the power supply voltage. A plurality of multiple inverters connected to the power converter, and a power converter for driving an AC motor by the multiple multiple inverters, wherein the multiple inverters do not have a power regeneration function for the system power supply. In the conversion device,
A power regeneration device is connected between the AC motor and the system power supply via a step-down transformer.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電力変換装置において、前記多重インバータの非出力側の端子と前記系統電源との間に、別の電力回生装置を接続したことを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the power conversion device according to claim 1, wherein another power regeneration device is connected between the non-output side terminal of the multiple inverter and the system power supply. .

請求項1に係る発明によれば、電力回生装置により交流電動機の発電電力を消費させて交流電動機を減速させる制動トルクを発生させることができる。
請求項2に係る発明によれば、交流電動機の全速度範囲にわたり、多重インバータを介して電力回生することなく交流電動機を減速させる制動トルクを発生させることができる。
According to the invention which concerns on Claim 1, the braking torque which consumes the electric power generated by the AC motor and decelerates the AC motor can be generated by the power regeneration device.
According to the invention which concerns on Claim 2, the braking torque which decelerates an AC motor can be generated over the full speed range of an AC motor, without regenerating electric power via a multiple inverter.

本発明の第1実施形態の構成図である。It is a block diagram of 1st Embodiment of this invention. 図1における電力回生装置の構成図である。It is a block diagram of the electric power regeneration apparatus in FIG. 本発明の第2実施形態の構成図である。It is a block diagram of 2nd Embodiment of this invention. 電力変換装置の従来技術を示す構成図である。It is a block diagram which shows the prior art of a power converter device. 図4における単相インバータの構成図である。It is a block diagram of the single phase inverter in FIG. 特許文献5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 5. FIG. 図6に示した従来技術における、交流電動機の回転速度と、消費電力及び制動トルク上限値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotational speed of an alternating current motor, power consumption, and a braking torque upper limit in the prior art shown in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
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に係る発明に相当する。図1において、図4と同一の構成部品には同一の番号を付してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention, and corresponds to the invention according to claim 1. 1, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

図1において、前記同様に多重インバータ1,2,3は、それぞれ、単相インバータユニット11,12、単相インバータユニット21,22、単相インバータユニット31,32によって構成されている。例えば、多重インバータ1は、二つの単相インバータユニット11,12の出力側の一端を直列に接続すると共に、一方の単相インバータユニット11の出力側の他端を三相交流電動機5に接続し、かつ、他方の単相インバータユニット12の出力側の他端を中性点N0に接続して構成される。上述した単相インバータユニット11,12の接続状態は、他の多重インバータ2,3における単相インバータユニット21,22、及び31,32についても同様である。ここで、交流電動機5は、中性点が引き出されていないものとする。
なお、個々の多重インバータ1,2,3を構成する単相インバータユニットの台数は3台以上であっても良い。
In FIG. 1, the multiple inverters 1, 2, 3 are constituted by single-phase inverter units 11, 12, single-phase inverter units 21, 22, and single-phase inverter units 31, 32, respectively. For example, the multiple inverter 1 has one end on the output side of two single-phase inverter units 11 and 12 connected in series and the other end on the output side of one single-phase inverter unit 11 connected to the three-phase AC motor 5. And the other end of the output side of the other single-phase inverter unit 12 is connected to a neutral point N0. The connection state of the single-phase inverter units 11 and 12 described above is the same for the single-phase inverter units 21 and 22 and 31 and 32 in the other multiple inverters 2 and 3. Here, it is assumed that the AC motor 5 has no neutral point.
The number of single-phase inverter units constituting each of the multiple inverters 1, 2, 3 may be three or more.

単相インバータユニット11,12,21,22,31,32の入力側は、多巻線変圧器4の複数の二次巻線4bに接続されている。多巻線変圧器4の一次巻線4aは、図示されていない三相交流電源(系統電源)に接続されている。多巻線変圧器4は、複数の二次巻線4bから単相の電源電圧をそれぞれ生成するものである。
ここで、単相インバータユニット11,12,21,22,31,32は、例えば前述した図5のように、ダイオード整流器101及びIGBTインバータ102によって構成されており、系統電源側へ電力を回生する機能を備えていない。
The input sides of the single-phase inverter units 11, 12, 21, 22, 31, 32 are connected to a plurality of secondary windings 4 b of the multi-winding transformer 4. The primary winding 4a of the multi-winding transformer 4 is connected to a three-phase AC power supply (system power supply) not shown. The multi-winding transformer 4 generates a single-phase power supply voltage from a plurality of secondary windings 4b.
Here, the single-phase inverter units 11, 12, 21, 22, 31, and 32 are configured by the diode rectifier 101 and the IGBT inverter 102, for example, as shown in FIG. 5 described above, and regenerate power to the system power supply side. It has no function.

多重インバータ1〜3に接続された交流電動機5の入力端子5u,5v,5wには、降圧変圧器7を介して電力回生装置9が接続されている。このように、入力端子5u,5v,5wと電力回生装置9との間には降圧変圧器7が接続されているので、電力回生装置9としては、例えば交流電圧の定格が440[V]級の標準的な電力変換器を使用することができる。この電力回生装置9は、電力変換ユニット90及び変圧器94から構成されている。   A power regeneration device 9 is connected to the input terminals 5 u, 5 v, 5 w of the AC motor 5 connected to the multiple inverters 1 to 3 via a step-down transformer 7. Thus, since the step-down transformer 7 is connected between the input terminals 5u, 5v, 5w and the power regeneration device 9, the power regeneration device 9 has, for example, an AC voltage rating of 440 [V] class. Standard power converters can be used. The power regeneration device 9 includes a power conversion unit 90 and a transformer 94.

図2は、電力回生装置9の構成例を示している。図2において、電力変換ユニット90は一般に知られているものであり、交流−直流−交流変換を行うための電力変換器91,92と、直流中間回路のコンデンサ93とからなっている。この実施形態では、交流電動機5の減速時に電力回生装置9を作動させることで、入力端子5u,5v,5wから吸収した電力を系統電源側に回生でき、制動トルクを得ることができる。   FIG. 2 shows a configuration example of the power regeneration device 9. In FIG. 2, a power conversion unit 90 is generally known and includes power converters 91 and 92 for performing AC-DC-AC conversion and a capacitor 93 of a DC intermediate circuit. In this embodiment, by operating the power regeneration device 9 when the AC motor 5 is decelerated, the power absorbed from the input terminals 5u, 5v, 5w can be regenerated to the system power supply side, and the braking torque can be obtained.

次に、図3は本発明の第2実施形態を示しており、請求項2に係る発明に相当する。
この実施形態が図1,図2の第1実施形態と異なる部分は、多重インバータ1〜3の非出力側と系統電源との間に電力回生装置12が追加されていることである。
電力回生装置12は、図1,図2に示した電力回生装置9と同様に、直流中間回路を有する電力変換ユニット120と、この電力変換ユニット120と系統電源との間に接続された変圧器124とから構成されている。なお、電力変換ユニット120の構成は図2の電力変換ユニット90と同様であり、2台の電力変換器(図2の電力変換器91,92に相当)及びコンデンサ(同じくコンデンサ93に相当)からなるものとする。
Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention and corresponds to the invention according to claim 2.
1 and FIG. 2 is different from the first embodiment in that a power regeneration device 12 is added between the non-output side of the multiple inverters 1 to 3 and the system power supply.
Similar to the power regeneration device 9 shown in FIGS. 1 and 2, the power regeneration device 12 includes a power conversion unit 120 having a DC intermediate circuit, and a transformer connected between the power conversion unit 120 and the system power supply. 124. The configuration of the power conversion unit 120 is the same as that of the power conversion unit 90 of FIG. 2, and includes two power converters (corresponding to the power converters 91 and 92 of FIG. 2) and capacitors (also corresponding to the capacitor 93). Shall be.

ここで、電力回生装置12の仕様上の特徴について説明する。
電力変換ユニット120内の2台の電力変換器として、交流電圧の定格が標準的な440[V]のものを使用すると仮定する。また、交流電動機5は、定格電圧が3.3[kV]の誘導電動機であると仮定する。誘導電動機の一般的な励磁電流は電動機定格電流の30[%]弱程度なので、減速時の電流は電動機定格電流の30[%]であるとする。
Here, the characteristic features of the power regeneration device 12 will be described.
Assuming that two power converters in the power conversion unit 120 have a standard AC voltage rating of 440 [V]. The AC motor 5 is assumed to be an induction motor having a rated voltage of 3.3 [kV]. Since the general excitation current of an induction motor is about 30 [%] of the motor rated current, the current during deceleration is 30 [%] of the motor rated current.

このとき、電力回生装置12が回生可能な電力は、交流電動機5の定格電圧に対する電力変換ユニット120内の電力変換器の定格電圧の比が13.3[%](=440/3300)であり、減速時の電流の定格電流に対する比が30[%]であるため、これらの13.3[%]と30[%]とを乗じれば、定格容量の4[%]となる。
いま、交流電動機5が定格速度で運転されていれば、定格トルクの4[%]の制動トルクが得られるが、交流電動機5が定格速度の50[%]速度で運転されていれば、速度に反比例して定格トルクの8[%]の制動トルクを得ることができる。
At this time, the power that can be regenerated by the power regeneration device 12 is such that the ratio of the rated voltage of the power converter in the power conversion unit 120 to the rated voltage of the AC motor 5 is 13.3 [%] (= 440/3300). Since the ratio of the current during deceleration to the rated current is 30 [%], when these 13.3 [%] and 30 [%] are multiplied, 4 [%] of the rated capacity is obtained.
If the AC motor 5 is operated at the rated speed, a braking torque of 4 [%] of the rated torque can be obtained. If the AC motor 5 is operated at the speed of 50 [%] of the rated speed, the speed is increased. A braking torque of 8% of the rated torque can be obtained in inverse proportion to.

従って、本実施形態では、特に高速時に大きな制動トルクが得られる電力回生装置9と、低速時に大きな制動トルクが得られる電力回生装置12とを組み合わせることにより、電力回生装置9,12の構成要素として標準的な低電圧仕様の電力変換器を使用し、全速度範囲にわたって十分な制動トルクを得ることができる。   Therefore, in the present embodiment, by combining the power regeneration device 9 that can obtain a large braking torque at a high speed and the power regeneration device 12 that can obtain a large braking torque at a low speed, the power regeneration devices 9 and 12 are configured as components. A standard low voltage power converter can be used to obtain sufficient braking torque over the entire speed range.

なお、電力回生装置9に代えて、スイッチや抵抗器からなる構成簡単な電力消費回路を用いても良い。この場合、電力回生装置12のみによって電力が回生されるため、省エネルギー効果は少なくなるが、全速度範囲において十分な制動トルクが得られるという効果は維持される。   Instead of the power regeneration device 9, a power consuming circuit having a simple configuration including a switch and a resistor may be used. In this case, since the electric power is regenerated only by the electric power regeneration device 12, the energy saving effect is reduced, but the effect that a sufficient braking torque is obtained in the entire speed range is maintained.

1,2,3:多重インバータ
11,12,21,22,31,32:単相インバータユニット
4:多巻線変圧器
4a:一次巻線
4b:二次巻線
5:三相交流電動機
5u,5v,5w:入力端子
7:降圧変圧器
9,12:電力回生装置
90,120:電力変換ユニット
91,92:電力変換器
93:コンデンサ
94,124:変圧器
N0:中性点
1, 2, 3: Multiple inverters 11, 12, 21, 22, 31, 32: Single phase inverter unit 4: Multi-winding transformer 4a: Primary winding 4b: Secondary winding 5: Three-phase AC motor 5u, 5v, 5w: Input terminal 7: Step-down transformer 9, 12: Power regeneration device 90, 120: Power conversion unit 91, 92: Power converter 93: Capacitor 94, 124: Transformer N0: Neutral point

Claims (2)

系統電源から複数の電源電圧を生成する多巻線変圧器と、前記電源電圧から単相電圧を生成する単相インバータユニットを複数台直列に接続した複数台の多重インバータと、を備え、前記複数台の多重インバータにより交流電動機を駆動するための電力変換装置であって、前記多重インバータが前記系統電源への電力回生機能を持たない電力変換装置において、
前記交流電動機と前記系統電源との間に、降圧変圧器を介して電力回生装置を接続したことを特徴とする電力変換装置。
A multi-winding transformer that generates a plurality of power supply voltages from a system power supply, and a plurality of multiple inverters in which a plurality of single-phase inverter units that generate a single-phase voltage from the power supply voltage are connected in series. In a power conversion device for driving an AC motor by multiple multiplex inverters, the multiplex inverter does not have a power regeneration function to the system power supply,
A power converter, wherein a power regeneration device is connected between the AC motor and the system power supply via a step-down transformer.
請求項1に記載した電力変換装置において、
前記多重インバータの非出力側の端子と前記系統電源との間に、別の電力回生装置を接続したことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 1,
Another power regeneration device is connected between the non-output side terminal of the multiple inverter and the system power supply.
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