JP5867032B2 - 並列インバータ装置 - Google Patents
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Description
図4は、特許文献1に記載された従来技術の構成図であり、201a,201bはインバータ、202a,202bはインバータ201a,201bによりそれぞれ個別に駆動される交流電動機、203はコントローラ、204はマスタステーション、205a,205b,206a,206bはリモートステーション、207aは速度センサ、208aは速度制御器、209a,209bは電流制御器、210a,210bは電流センサ、211a,211bは半導体スイッチング素子の動作により直流/交流変換を行う電力変換器(インバータ部)、220は伝送ラインである。
なお、図4において、N*は速度指令値、Ia *,Ib *はインバータ201a,201bの電流指令値、Ia,Ibは同じく電流検出値である。
図5は、特許文献2に記載された従来技術の構成図であり、100は並列インバータ装置、101は交流電源、102は交流電動機、103は速度センサ、110−1,110−2はコンバータ、120−1,120−2は平滑コンデンサ、130−1,130−2はインバータ、131−1,131−2は通信回路、132−1,132−2はPWM発生回路、133−1,133−2は状態監視回路、134−1,134−2は電力変換器(PWMインバータ部)、140−1,140−2は電流センサ、150は制御回路である。
この対策としては、電力変換器211a,211bの電流容量マージンとして横流分を余計に確保する必要があり、その電流値が大きい場合には、電力変換器の容量が増大し、コストが高くなるという問題がある。
また、瞬間的な横流を抑制するためにはACリアクトルや相間リアクトルを設置しなくてはならず、これが装置全体の大型化や重量化、コスト上昇を招いていた。
しかし、これらの接続形態をとったとしても、制御信号の伝送遅延によって全てのインバータの電圧指令値が時間的に一致しない場合があり、各インバータの出力電圧に誤差が生じることがある。この場合、並列接続された電力変換器の出力ケーブルが有する配線インダクタンスを介して過大な横流が電力変換器間に流れ、半導体スイッチング素子が破壊される等の問題があった。
前記インバータは、半導体スイッチング素子の動作により直流/交流変換を行って前記負荷に交流電圧を供給する電力変換器と、その制御手段と、をそれぞれ備え、
3台以上のインバータのうち1台のインバータを、当該1台のインバータ内の電力変換器に対する電圧指令値を制御手段が演算するマスターインバータとし、他のインバータを、前記電圧指令値に従って当該他のインバータ内の電力変換器を駆動するスレーブインバータとすると共に、
前記電圧指令値をマスターインバータからスレーブインバータに伝送する伝送手段を備え、
マスターインバータの制御手段は、演算した電圧指令値を伝送時間が最長となるスレーブインバータに伝送する際の伝送時間だけ電圧指令値を遅延させる遅延手段を有し、この遅延手段により遅延させた電圧指令値を自己の電力変換器に与え、
スレーブインバータ内の制御手段は、前記遅延手段により遅延させた電圧指令値に同期した電圧指令値を自己の電力変換器にそれぞれ与えるように、マスターインバータまたは他のスレーブインバータから伝送された電圧指令値を遅延させる遅延手段を備えたものである。
図1は、本実施形態の基本的な構成を示すブロック図であり、この並列インバータ装置は、並列に接続された2台のインバータ2a,2bがその出力を合計して1台の誘導電動機等の交流電動機1を駆動するためのものである。なお、インバータ2a,2b及び交流電動機1は三相構成であるが、図1では単線図にて表してある。
なお、インバータの並列数は、電動機1及びインバータの定格電流に応じて決まるものである。
また、座標変換部10は三相電流成分を回転座標上のd,q軸電流成分に変換し、座標変換部14はd,q軸電圧成分を三相電圧成分に変換するものであるが、これらの構成及び動作は周知であるため、詳述を省略する。
ここで、スレーブインバータ2bにおける機能の一部は、マスターインバータ2aの機能を用いて実現しても良い。
マスターインバータ2aにおいて、速度指令生成部5は、電動機1が停止状態から加速して目的の速度まで到達し、所定の条件に従って減速停止するまでの速度指令値ωrを生成する。速度制御部7は、速度指令値ωrと電動機の速度ωmとの偏差を比例−積分演算して電動機1の発生トルク分のq軸電流指令値iqrを出力する。
一般的に、伝送手段18としてシリアル伝送を適用した場合、電圧指令値vur,vvr,vwrがマスターインバータ2aからスレーブインバータ2bのマイコン内のメモリに転送されるまでに一定の時間が必要になる。通常、電力変換器のスイッチング周波数は数[kHz]であるのに対し、マイコンは数10[μs]から数100[μs]の更新周期で各種の制御演算を実行している。
これにより、マスターインバータ2aの横流制御部16aに入力される電圧指令値vur,vvr,vwrと、スレーブインバータ2bの横流制御部16bに入力される電圧指令値vur,vvr,vwrとの間に時間遅延が生じなくなり、マスターインバータ2aとスレーブインバータ2bとの出力電圧誤差を極めて小さくすることができる。
伝送手段18は、インバータ2a,2b内のマイコン等による割り込み制御により、定周期T8にて電圧指令値vur,vvr,vwrを送受信する。周期T8は電力変換器4a,4bのスイッチング周期T0の整数倍(図示例では8倍)とし、マスターインバータ2aからの電圧指令値vur,vvr,vwrの送信開始のタイミングとスイッチングのタイミングが同時になるようにする。ここで、電力変換器4a,4bのスイッチング周期T0は同一とする。
そして、マスターインバータ2aから電圧指令値vur,vvr,vwrが送信されたタイミングにスレーブインバータ2bの割込み開始のタイミングが一致するようにスイッチングのタイミングを調整して同期誤差Teをゼロにすることで、マスターインバータ2aから特別な同期信号を送信しなくとも、両インバータ2a,2bのスイッチングタイミングを同期させることができる。
このような場合には、マスターインバータ2aと、伝送時間が最長となるスレーブインバータ(例えば2d)を除くスレーブインバータ(同じく2b,2c)とに遅延器をそれぞれ設け、各遅延器による遅延時間をマスターインバータ2aからの伝送時間に応じて調整することにより、全てのインバータの電圧指令値を同期させて出力電圧誤差を最も小さくすることができる。
2a,2b,2c,2d:インバータ
3:回転位置検出部
4a,4b:電力変換器
5:速度指令生成部
6:回転速度検出部
7:速度制御部
8a,8b:電流検出器
9:総電流検出部
10,14:座標変換部
11:一次周波数演算部
12:電気角演算部
13a:d軸電流制御部
13b:q軸電流制御部
15:遅延器
16a,16b:横流制御部
17a,17b:ゲート駆動信号生成部
18:伝送手段
Claims (4)
- 並列接続された3台以上のインバータにより単一の負荷に交流電圧を供給する並列インバータ装置において、
前記インバータは、半導体スイッチング素子の動作により直流/交流変換を行って前記負荷に交流電圧を供給する電力変換器と、その制御手段と、をそれぞれ備え、
3台以上のインバータのうち1台のインバータを、当該1台のインバータ内の電力変換器に対する電圧指令値を制御手段が演算するマスターインバータとし、他のインバータを、前記電圧指令値に従って当該他のインバータ内の電力変換器を駆動するスレーブインバータとすると共に、
前記電圧指令値をマスターインバータからスレーブインバータに伝送する伝送手段を備え、
マスターインバータの制御手段は、演算した電圧指令値を伝送時間が最長となるスレーブインバータに伝送する際の伝送時間だけ電圧指令値を遅延させる遅延手段を有し、この遅延手段により遅延させた電圧指令値を自己の電力変換器に与え、
スレーブインバータ内の制御手段は、前記遅延手段により遅延させた電圧指令値に同期した電圧指令値を自己の電力変換器にそれぞれ与えるように、マスターインバータまたは他のスレーブインバータから伝送された電圧指令値を遅延させる遅延手段を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項1に記載した並列インバータ装置において、
前記スレーブインバータは、自己の電力変換器のスイッチングタイミングを前記マスターインバータの電力変換器のスイッチングタイミングに同期させる同期手段を備えたことを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項1または2に記載した並列インバータ装置において、
前記マスターインバータは、自己の電力変換器のスイッチングタイミングに同期して電圧指令値を一定周期で送信すると共に、
前記マスターインバータによる電圧指令値の送信開始から送信完了までの時間と、前記スレーブインバータによる電圧指令値の受信開始から受信完了までの時間と、が等しくなるように制御することを特徴とする並列インバータ装置。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載した並列インバータ装置において、
前記遅延手段は、前記マスターインバータに対する電圧指令値の大きさと前記スレーブインバータに対する電圧指令値の大きさとが等しくなるように遅延時間を調整することを特徴とする並列インバータ装置。
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