JP4827656B2 - Motor control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車におけるバッテリー電源、鉄道車両における架線電源等、既存の直流電圧条件の制約の下で作動する電気機械システムにおいて、小型化を実現し、さらに、電気機械システムの作動により適した電圧を得るために、電圧を変換することができるDC/DCコンバータを用いた電動機制御回路に関するものである。 The present invention realizes miniaturization in an electromechanical system that operates under the restrictions of existing DC voltage conditions, such as a battery power supply in an automobile and an overhead wire power supply in a railway vehicle, and is more suitable for the operation of the electromechanical system. The present invention relates to a motor control circuit using a DC / DC converter capable of converting a voltage in order to obtain a voltage.
近年、バッテリーの技術進歩、大型化等に伴い種々なる分野に、バッテリーが採用される傾向にある。例えば、自動車のバッテリーを電源とする電気駆動システム、エンジンとバッテリーによるハイブリッド駆動システム、鉄道車両での電池を電源とする架線レスの電気駆動システム、あるいは、架線区間は架線を電源として、架線から駆動動力を得ると同時にバッテリーを充電し、非架線区間はバッテリーを電源とするハイブリッド駆動システムなどがある。また、一般の自動車を考えた場合、車内電源は12Vのバッテリーのみで、車内で使用する電気機器は12Vをそのまま電源として使用するか、あるいは、DC/DCコンバータで昇降圧を行って電源として使用するかの何れかである。このようにバッテリーを電源とした種々なる用途にDC/DCコンバータが使用されている。また、鉄道車両においても、上述したようにバッテリーを電源として用いる場合に、架線の電源電圧が1500Vである場合には、バッテリーも1500Vという高圧が要求され、DC/DCコンバータも1500Vに対応するものを用いている。 In recent years, there is a tendency for batteries to be used in various fields as the battery technology advances and becomes larger. For example, an electric drive system that uses a battery of an automobile as a power source, a hybrid drive system that uses an engine and a battery, an electric drive system that does not use an overhead wire that uses a battery in a railway vehicle, or an overhead wire section that is driven from an overhead line using the overhead line as a power source There is a hybrid drive system that obtains power and charges the battery at the same time and uses the battery as a power source in the non-overhead section. In addition, when considering a general automobile, the in-vehicle power source is only a 12V battery, and the electrical equipment used in the in-car is used as it is as a power source, or it is used as a power source by stepping up and down with a DC / DC converter. Either. Thus, DC / DC converters are used for various applications using a battery as a power source. Also in the railway vehicle, when the battery is used as the power source as described above, when the power supply voltage of the overhead line is 1500V, the battery is required to have a high voltage of 1500V, and the DC / DC converter corresponds to 1500V. Is used.
このように、車両にバッテリーをはじめ、電気機器を搭載する場合、バッテリーを含めた機器の軽量、小型化が強く要請される。また、電圧調整が可能であることも重要な要素であるとともに、DC/DCコンバータを使用する場合は、軽量、小型化が要求されている。 As described above, when an electric device such as a battery is mounted on a vehicle, it is strongly required to reduce the weight and size of the device including the battery. In addition, voltage adjustment is an important factor, and when a DC / DC converter is used, light weight and downsizing are required.
ここで、変圧器を用いて、出力電圧を電源電圧、例えば、バッテリー電圧の2倍としたDC/DCコンバータについて考えてみる。図26〜図32は、同じバッテリーから、容量が等しく、出力電圧をバッテリー電圧の2倍としたセンタータップ方式のDC/DCコンバータの3種の接続方式を示す。これらの図中、Baはバッテリー、TRa,TRbはトランジスタ、Trは変圧器、Dda,Ddbはダイオード、LRは負荷、Swはスイッチである。トランジスタTRa〜TRbとしては、絶縁ゲート型バイポーラー・トランジスタ(IGBT)を用いられている。一般的に使用されているIGBTは、図29に示すように、コレクタ−エミッタ間にダイオードが逆並列、すなわち、ダイオードのコレクタ側にカソード、エミッタ側にアノードが接続されるように、逆並列にダイオードが接続されている。なお、以下の説明では、特に断らない限り、IGBTには、逆並列にダイオードが接続されているものとして説明し、このダイオードの図示は省略する。 Here, consider a DC / DC converter that uses a transformer to set the output voltage to a power supply voltage, for example, twice the battery voltage. FIG. 26 to FIG. 32 show three types of connection methods of center tap type DC / DC converters having the same capacity and the same output voltage, and the output voltage being twice the battery voltage. In these figures, Ba is a battery, TRa and TRb are transistors, Tr is a transformer, Dda and Ddb are diodes, LR is a load, and Sw is a switch. As the transistors TRa to TRb, insulated gate bipolar transistors (IGBT) are used. As shown in FIG. 29, a commonly used IGBT has a diode in reverse parallel between the collector and the emitter, that is, in reverse parallel so that the cathode is connected to the collector side of the diode and the anode is connected to the emitter side. A diode is connected. In the following description, unless otherwise specified, it is assumed that a diode is connected in reverse parallel to the IGBT, and the illustration of this diode is omitted.
図26は、非特許文献1に記載されているような、センタータップ接続方式のDC/DCコンバータの一例の回路図である。バッテリーBaの電圧はE、バッテリーBaの(+)端子は、変圧器Trの1次巻線の中間点の端子Cに接続され、1次巻線の両端子ABには、それぞれトランジスタTRa,TRbのコレクタが、バッテリーBaの(−)端子には、トランジスタTRa,TRbのエミッタが接続され、トランジスタTRa,TRbは交互に一定周期でON−OFFする。バッテリー電圧は、トランジスタTRaのON時には変圧器Trの1次巻線の上半分、トランジスタTRbのON時には変圧器の1次巻線Trの下半分に印加される。変圧器の1次2次間は絶縁されており、変圧器の1次2次の巻線比は1:2、2次側の中間点の端子C’は接地されている。
FIG. 26 is a circuit diagram of an example of a center tap connection type DC / DC converter as described in
2次巻線の端子A’,B’には、それぞれダイオードDda,Ddbのアノード側が接続され、ダイオードDda,Ddbのカソード側は、負荷LRの(+)端子で互いに接続され、負荷LRの(−)側は中間点の端子C’に接続されている。2次側巻線には、トランジスタTRa,TRbのON−OFFによって交流矩形波電圧が誘起される。2次巻線電圧は、ダイオードDda,Ddbによって整流され、負荷LRの両端には、巻線比が1:2であるので、バッテリー電圧Eの2倍の直流出力電圧2Eが現れる。なお、図26において、スイッチSwは、負荷電流をON−OFFするために設けられたものである。
The anodes of the diodes Dda and Ddb are connected to the terminals A ′ and B ′ of the secondary winding, respectively, and the cathodes of the diodes Dda and Ddb are connected to each other at the (+) terminal of the load LR. The −) side is connected to the terminal C ′ at the midpoint. An AC rectangular wave voltage is induced in the secondary winding by ON / OFF of the transistors TRa and TRb. The secondary winding voltage is rectified by the diodes Dda and Ddb, and the winding ratio is 1: 2 across the load LR, so that a
図27は、図26において、接地されていた2次巻線の中間点の端子C’をバッテリーBaの(+)端子に、負荷LRの(−)端子を変圧器Trの2次巻線の中間点の端子C’から、バッテリーBaの(−)端子に接続変更をしたものである。すなわち、バッテリーBaとDC/DCコンバータの2次側が直列に接続されていることになる。バッテリー電圧がEであるので、負荷LRの電圧を2Eにするためには、DC/DCコンバータは電圧Eだけを分担すればよい。出力容量が等しいという条件としているので、負荷LRに流れる電流は、図26の場合と等しい。したがって、DC/DCコンバータは、図26の場合と比べて、電流は等しく、電圧が1/2であるので、DC/DCコンバータの容量は1/2でよいことになり、大幅な軽量、小型化が実現できる。
In FIG. 27, the terminal C ′ at the midpoint of the secondary winding that is grounded in FIG. 26 is the (+) terminal of the battery Ba, and the (−) terminal of the load LR is the secondary winding of the transformer Tr. The connection is changed from the terminal C ′ at the intermediate point to the (−) terminal of the battery Ba. That is, the battery Ba and the secondary side of the DC / DC converter are connected in series. Since the battery voltage is E, the DC / DC converter only has to share the voltage E in order to make the voltage of the
図28は、図27の変圧器Trを1次,2次の巻線を有する2巻線変圧器から、単巻変圧器に置き換えたものであり、特許文献1にも記載されているものである。DC/DCコンバータの中で重量的に最も大きな部分を占める変圧器をより小型化できる効果がある。変圧器Trを単巻変圧器に置き換えても機能的には、図27と同じである。しかしながら、この回路では、ベースにバッテリー電圧Eがあり、Eより高い電圧しか得ることができない。 FIG. 28 is obtained by replacing the transformer Tr in FIG. 27 with a single-winding transformer from a two-winding transformer having primary and secondary windings. is there. There is an effect that the transformer occupying the largest part in weight in the DC / DC converter can be further downsized. Even if the transformer Tr is replaced with a self-winding transformer, it is functionally the same as FIG. However, in this circuit, there is a battery voltage E at the base, and only a voltage higher than E can be obtained.
図30により、2巻線変圧器と単巻変圧器の関係を説明する。 The relationship between the two-winding transformer and the single-winding transformer will be described with reference to FIG.
図30(A)は、巻線比2:1の2巻線変圧器である。1次電圧2E,電流Iとすれば、2次電圧E,電流2Iで、容量は2EI(kVA)である。
FIG. 30A shows a two-winding transformer having a winding ratio of 2: 1. Assuming that the
図30(B)は、巻線比2:1の単巻線変圧器である。1次電圧2E,電流Iとすれば、2次電圧E,電流2Iで、容量は2EI(kVA)である。1次巻線と2次巻線が分離されていないことを除けば、機能上は、図30(A)の2巻線変圧器と同じである。この図30(B)において、巻線の端子A−C間を流れる電流は、1次電流Iと2次電流2Iの差のI(上向き)である。巻線の端子C−B間を流れる電流は、1次電流のみであるからIである。したがって、巻線を2分割した図30(C)の2巻線変圧器と等価であるから、2巻線変圧器と考えて表現すれば、1次電圧E、電流Iで、2次電圧E、電流Iとなり、容量はEI(kVA)である。このことは、巻線比2:1の変圧器は、単巻変圧器にすれば容量、重量、寸法が約1/2になることを意味し、車両搭載用としては大きなメリットがあることが分かる。
FIG. 30B shows a single winding transformer having a winding ratio of 2: 1. Assuming that the
DC/DCコンバータの出力電圧の制御は、従来はトランジスタTRa,TRbの導通幅(ON幅)を変えることで行われている。図31は、基本的なDC/DCコンバータを説明するための構成図である。図中、Baはバッテリー、TRa,TRbはトランジスタ、Trは変圧器、Dda,Ddbはダイオード、Lはインダクタンス、Caはキャパシタ、LRは負荷である。トランジスタTRa,TRbはスイッチングトランジスタとして動作し、インダクタンスLはエネルギー蓄積インダクタンス、キャパシタCaはエネルギー蓄積キャパシタとして動作する。トランジスタTRa,TRbは図26〜図28のトランジスタTRa,TRbと同様に、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御される Conventionally, the output voltage of the DC / DC converter is controlled by changing the conduction width (ON width) of the transistors TRa and TRb. FIG. 31 is a configuration diagram for explaining a basic DC / DC converter. In the figure, Ba is a battery, TRa and TRb are transistors, Tr is a transformer, Dda and Ddb are diodes, L is an inductance, Ca is a capacitor, and LR is a load. The transistors TRa and TRb operate as switching transistors, the inductance L operates as an energy storage inductance, and the capacitor Ca operates as an energy storage capacitor. Similarly to the transistors TRa and TRb in FIGS. 26 to 28, the transistors TRa and TRb are alternately controlled to be opened and closed so that there is no period of conduction.
出力電圧波形を図32に示す。上側の波形は、端子A’−B’間の交流電圧波形で、トランジスタTRaおよびTRbの導通幅をtとした場合の波形を示す。下側の2段に図示した波形は、上段がDC/DCコンバータの出力D−G間、下段がフィルタで平滑後の負荷LRの両端F―G間の直流波形を示す。出力電圧の平均値は次式で与えられる。
e=(t/T)・E
したがって、導通幅tを制御することによって、出力電圧を制御できる。
The output voltage waveform is shown in FIG. The upper waveform is an AC voltage waveform between the terminals A ′ and B ′ and shows a waveform when the conduction width of the transistors TRa and TRb is t. The waveforms shown in the lower two stages are DC waveforms between the outputs DG of the DC / DC converter in the upper stage and between the ends FG of the load LR after the lower stage is smoothed by a filter. The average value of the output voltage is given by
e = (t / T) · E
Therefore, the output voltage can be controlled by controlling the conduction width t.
このような変圧器1次側での電圧制御方法では、2次側電圧には多くの高調波成分が含まれ、この高調波成分が後に接続される機器(負荷)に悪影響を与えないように、高調波成分を除去し電圧を平滑にするためにDC/DCコンバータの出力と、負荷の間にインダクタンスLとキャパシタCaで構成される低域濾波フィルタを挿入する必要がある。このフィルタは鉄心入りのリアクトルを使用するため、どうしても形状、質量とも大型になるのは避けられず、車載用としては好ましくない。しかも、従来のDC/DCコンバータでは、そのままの回路で、回生制動動作を行わせることはできないものであった。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、DC/DCコンバータとして、従来型と略同様な機能を有するとともに、電圧制御を行うことができ、出力波形が良好で、軽量小型化された、DC/DCコンバータを用いた電動機駆動回路を提供することを目的とする。さらに、付加回路を採用することによって、回生制動をも行うように発展させた電動機駆動回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and as a DC / DC converter, it has substantially the same function as a conventional type, can perform voltage control, has a good output waveform, and is lightweight and downsized. Another object is to provide an electric motor drive circuit using a DC / DC converter. It is another object of the present invention to provide an electric motor drive circuit that has been developed to perform regenerative braking by employing an additional circuit.
請求項1に記載の発明は、単巻変圧器の中間点の端子に直流電源の一方の極が接続され、前記単巻変圧器の両端の端子にそれぞれスイッチング素子を介して前記直流電源の他方の極が接続され、前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、少なくとも1つの選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, one pole of a DC power supply is connected to a terminal at the midpoint of the autotransformer, and the other end of the DC power supply is connected to terminals at both ends of the autotransformer via switching elements, respectively. And a plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends and the terminals at both ends of the autotransformer and with respect to the terminal at the intermediate point are respectively selected. It is connected to one terminal of the electric motor through a circuit, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the electric motor, and the switching elements are alternately arranged so that there is no period of conduction. Each of the selection circuits is capable of opening / closing control, and includes a unidirectional element that allows current to flow in a direction of driving the electric motor, and at least one selection circuit includes the switching circuit. Characterized in that it is intended to be opened and closed controlled in synchronization with the opening and closing control of the child.
請求項2に記載の発明は、単巻変圧器の中間点の端子に直流電源の一方の極が接続され、前記単巻変圧器の両端の端子よりも内側であって前記中間点の端子に対して対称の位置に設けられた端子にそれぞれスイッチング素子を介して前記直流電源の他方の極が接続され、前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであることを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, one pole of a DC power source is connected to a terminal at the midpoint of the autotransformer, and is located inside the terminals at both ends of the autotransformer and to the terminal at the midpoint. The other poles of the DC power supply are connected to terminals provided at symmetrical positions with respect to each other via switching elements, and the intermediate point is between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends. A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical with respect to the terminal of the motor are respectively connected to one terminal of the motor via a selection circuit, and the other pole of the DC power source is the other terminal of the motor The switching elements are alternately controlled to be opened / closed so that there is no conduction period, and each of the selection circuits is capable of opening / closing control and drives the electric motor. To current Flow has a unidirectional element, wherein the one in which connected the selection circuit to the tap terminal provided at positions symmetrical are synchronized to switching control to the switching control of the switching element.
請求項3に記載の発明は、単巻変圧器の中間点の端子に直流電源の一方の極が接続され、前記単巻変圧器の両端の端子にそれぞれスイッチング素子を介して前記直流電源の他方の極が接続され、前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、かつ、少なくとも1つの選択回路においては、前記一方向性素子に並列に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, one pole of a DC power supply is connected to a terminal at the midpoint of the autotransformer, and the other end of the DC power supply is connected to terminals at both ends of the autotransformer via switching elements, respectively. And a plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends and the terminals at both ends of the autotransformer and with respect to the terminal at the intermediate point are respectively selected. It is connected to one terminal of the electric motor through a circuit, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the electric motor, and the switching elements are alternately arranged so that there is no period of conduction. Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows a current to flow in the direction of driving the electric motor, and is provided at the symmetrical position. Connect to The selection circuit is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element, and at least one selection circuit can be controlled to open and close in parallel to the unidirectional element. A unidirectional element that allows a current to flow in a direction opposite to the direction is connected, and the motor is driven and regenerative braking is performed by opening and closing the unidirectional element.
請求項4に記載の発明は、単巻変圧器の中間点の端子に直流電源の一方の極が接続され、前記単巻変圧器の両端の端子よりも内側であって前記中間点の端子に対して対称の位置に設けられた端子にそれぞれスイッチング素子を介して前記直流電源の他方の極が接続され、前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、かつ、少なくとも1つの選択回路においては、前記一方向性素子に並列に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, one pole of a direct current power source is connected to a terminal at the midpoint of the autotransformer, inside the terminals at both ends of the autotransformer and to the terminal at the midpoint The other poles of the DC power supply are connected to terminals provided at symmetrical positions with respect to each other via switching elements, and the intermediate point is between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends. A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical with respect to the terminal of the motor are respectively connected to one terminal of the motor via a selection circuit, and the other pole of the DC power source is the other terminal of the motor The switching elements are alternately controlled to be opened / closed so that there is no conduction period, and each of the selection circuits is capable of opening / closing control and drives the electric motor. To current A selection circuit having a unidirectional element to flow and connected to a tap terminal provided at the symmetrical position is controlled to be opened and closed in synchronization with the opening and closing control of the switching element, and at least one selected In the circuit, open / close control is possible in parallel with the unidirectional element, and unidirectional elements that flow current in the direction opposite to the direction are connected. It is characterized by driving and regenerative braking.
請求項5に記載の発明は、単巻変圧器の中間点の端子に直流電源の一方の極が接続され、前記単巻変圧器の両端の端子にそれぞれスイッチング素子を介して前記直流電源の他方の極が接続され、前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、かつ、前記タップ端子とは異なる1以上のタップ端子と前記一方の端子との間に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする。 According to the fifth aspect of the present invention, one pole of a DC power supply is connected to a terminal at the midpoint of the autotransformer, and the other end of the DC power supply is connected to terminals at both ends of the autotransformer via switching elements, respectively. And a plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends and the terminals at both ends of the autotransformer and with respect to the terminal at the intermediate point are respectively selected. It is connected to one terminal of the electric motor through a circuit, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the electric motor, and the switching elements are alternately arranged so that there is no period of conduction. Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows a current to flow in the direction of driving the electric motor, and is provided at the symmetrical position. Connect to The selected circuit is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element, and can be controlled between one or more tap terminals different from the tap terminal and the one terminal. A unidirectional element for supplying a current in a direction opposite to the direction is connected, and the motor is driven and regenerative braking is performed by opening / closing control of the unidirectional element.
請求項6に記載の発明は、単巻変圧器の中間点の端子に直流電源の一方の極が接続され、前記単巻変圧器の両端の端子よりも内側であって前記中間点の端子に対して対称の位置に設けられた端子にそれぞれスイッチング素子を介して前記直流電源の他方の極が接続され、前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、かつ、前記タップ端子とは異なる1以上のタップ端子と前記一方の端子との間に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする。 According to the sixth aspect of the present invention, one pole of a DC power source is connected to a terminal at the midpoint of the autotransformer, and is located inside the terminals at both ends of the autotransformer and to the terminal at the midpoint. The other poles of the DC power supply are connected to terminals provided at symmetrical positions with respect to each other via switching elements, and the intermediate point is between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends. A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical with respect to the terminal of the motor are respectively connected to one terminal of the motor via a selection circuit, and the other pole of the DC power source is the other terminal of the motor The switching elements are alternately controlled to be opened / closed so that there is no conduction period, and each of the selection circuits is capable of opening / closing control and drives the electric motor. To current The selection circuit connected to the tap terminal provided at the symmetrical position has a unidirectional element to flow and is controlled to be opened and closed in synchronization with the opening and closing control of the switching element, and the tap terminal Between the one or more different tap terminals and the one terminal, a unidirectional element that allows current to flow in the direction opposite to the direction is connected between the one terminal and the switching control of these unidirectional elements. Thus, the motor is driven and regenerative braking is performed.
請求項7に記載の発明は、請求項3ないし6のいずれか1項に記載の電動機駆動回路において、前記電動機が鉄道車両に搭載された電動機であり、前記直流電源が前記鉄道車両に搭載されたバッテリーであって、前記回生制動時の回生電流を前記バッテリーに吸収させることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the electric motor drive circuit according to any one of
請求項8に記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の電動機駆動回路において、前記単巻変圧器の中間点の端子もタップ端子とすることを特徴とする。この場合、中間点の端子は、対称軸上であることから、本明細書では、対称の位置に含まれるものとする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the motor drive circuit according to any one of the first to seventh aspects, a terminal at an intermediate point of the autotransformer is also a tap terminal. In this case, since the terminal at the intermediate point is on the axis of symmetry, in this specification, it is assumed that it is included in the symmetrical position.
本発明によれば、電動機の駆動時において、単巻変圧器の入力側の中間点の端子に接続された直流電源を中間点の端子の両側の巻線に交互に電流を流すようにしたバッテリー側のトランジスタに対して、単巻変圧器の出力側に接続された選択回路とを同期して開閉することによって、出力電圧を制御でき、さらに、導通率制御を組み合わせることも可能であり、より円滑な出力電圧制御ができる。さらに、選択回路として、電動機の駆動方向とは逆方向に電流を流すスイッチング素子を組み合わせることによって、回生制動も可能である。 According to the present invention, when the electric motor is driven, a battery in which a direct current power source connected to the intermediate point terminal on the input side of the autotransformer is caused to alternately flow current to the windings on both sides of the intermediate point terminal. The output voltage can be controlled by synchronously opening and closing the selection circuit connected to the output side of the autotransformer with respect to the transistor on the side, and it is also possible to combine conductivity control, Smooth output voltage control is possible. Furthermore, regenerative braking is also possible by combining switching elements that allow current to flow in the direction opposite to the driving direction of the motor as the selection circuit.
バッテリー側のトランジスタの導通率を変える従来方式の出力電圧制御方式は、出力電圧の高調波成分を除去するため、LCフィルタが大型になる嫌いがあったが、ここで提案の単巻変圧器の巻線に設けた各タップに半導体スイッチを接続し、これらを順次切り替えてゆく電圧ステップ切り替え方式では、高調波の少ない直流電圧が得られ、フィルタは、小型または不要となる。半導体スイッチの数は増えるが、冷却フィンの共通化が可能で、全体として軽量小型化が可能である。 The conventional output voltage control method that changes the conductivity of the transistor on the battery side did not like the large size of the LC filter in order to remove the harmonic component of the output voltage. In the voltage step switching method in which a semiconductor switch is connected to each tap provided in the winding and these are sequentially switched, a DC voltage with less harmonics can be obtained, and the filter becomes small or unnecessary. Although the number of semiconductor switches increases, the cooling fins can be shared, and the overall weight can be reduced.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の機能を有する部材または要素には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the member or element which has the same function, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明に用いられるDC/DCコンバータにおける負荷の駆動時の基本的な構成に対応する構成を説明するためのものである。図中、図26〜図28と同様の部分には同じ符号を付して、説明を省略する。THa,THbは、半導体スイッチング素子であり、この半導体スイッチング素子の一例としては、上述したIGBTや、弁作用のある整流素子、例えばサイリスタ等が用いられる。図28の回路では、DC/DCコンバータ不動作時において、スイッチSwがなければ、常にバッテリーBaからダイオードDda,Ddbを通して負荷LRに電流が流れた状態になり、回路動作上好ましくない。スイッチSwを図28に示すように、ダイオードDda,Ddbと負荷LRの間に入れれば問題ないが、無接点回路として構成した回路に機械的スイッチを入れるのは保護用遮断器以外、回路構成上好ましくない。単巻変圧器Trの巻線の両側端子に接続されているダイオードDda,Ddbを、半導体スイッチング素子THa,THbで置き換えることによって、この問題を解消できるだけでなく、半導体スイッチング素子THa,THbをトランジスタTRa,TRbと関連付けて制御すること、すなわち、「同期点弧方式」と呼ぶことができる新しい方式を提供するもので、幅広い応用が可能となる。しかし、図1の回路では、同期点呼方式を採用しても、出力電圧は2Eであり、半導体スイッチング素子THa,THbをダイオードとした図28の回路と変わりはない。 FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration corresponding to a basic configuration at the time of driving a load in a DC / DC converter used in the present invention. In the figure, the same parts as those in FIGS. THa and THb are semiconductor switching elements. As an example of the semiconductor switching element, the above-described IGBT or a rectifying element having a valve action, such as a thyristor, is used. In the circuit of FIG. 28, when the DC / DC converter is not operated, if the switch Sw is not provided, a current always flows from the battery Ba to the load LR through the diodes Dda and Ddb, which is not preferable in terms of circuit operation. As shown in FIG. 28, there is no problem if the switch Sw is inserted between the diodes Dda and Ddb and the load LR. It is not preferable. By replacing the diodes Dda and Ddb connected to both terminals of the winding of the autotransformer Tr with semiconductor switching elements THa and THb, not only can this problem be solved, but the semiconductor switching elements THa and THb can be replaced with the transistor TRa. , TRb and control, that is, a new method that can be called a “synchronous ignition method” is provided, and a wide range of applications are possible. However, even if the synchronous call system is adopted in the circuit of FIG. 1, the output voltage is 2E, which is the same as the circuit of FIG. 28 in which the semiconductor switching elements THa and THb are diodes.
図2は、本発明の第1の実施の形態を説明するための構成図であり、図3は、その動作説明図である。図中、Baはバッテリー、TRa,TRbはトランジスタ、Trは変圧器、LRは負荷、THa1〜THa3,THb1〜THb3,THnは半導体スイッチング素子である。トランジスタTRa,TRbとしては、上述したものと同様に絶縁ゲート型バイポーラー・トランジスタ(IGBT)を用いることができる。本発明の実施の形態の説明においても、特に断らない限り、IGBTには、逆並列にダイオードが接続されているものとして説明し、このダイオードの図示は省略している。半導体スイッチング素子THa1〜THa3,THb1〜THb3,THnの一例としては、上述したIGBTや、弁作用のある整流素子、例えばサイリスタ等を用いることができる。負荷LRとしては、直流電動機に限られるものではなく、インバータ電動機等も含まれるが、要は、DC/DCコンバータの直流出力によって駆動でき、回生制動時に直流電圧が出力できれば足りるものである。 FIG. 2 is a block diagram for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operation thereof. In the figure, Ba is a battery, TRa and TRb are transistors, Tr is a transformer, LR is a load, THa1 to THa3, THb1 to THb3, and THn are semiconductor switching elements. As the transistors TRa and TRb, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) can be used as described above. In the description of the embodiment of the present invention, unless otherwise specified, the IGBT is described as having a diode connected in antiparallel, and the diode is not shown. As an example of the semiconductor switching elements THa1 to THa3, THb1 to THb3, THn, the above-described IGBT or a rectifying element having a valve action, such as a thyristor, can be used. The load LR is not limited to a direct current motor, but includes an inverter motor and the like. In short, it is sufficient that the load LR can be driven by a direct current output of a DC / DC converter and can output a direct current voltage during regenerative braking.
第1の実施の形態の回路動作について説明する。この回路は、図1に示したDC/DCコンバータの単巻変圧器Trの巻線の両側端子に加えて、巻線の中間に幾つかのタップ端子(この例では、C点とP,Q,R,S点の4箇所であるが、タップ端子の数と位置は、これに限られるものではなく、この例よりも多くても少なくてもよく、中間点のタップ端子は必ずしも設けなくてもよい。)を設けるとともに、巻線両端端子A,P,R,C,B,Q,Sのそれぞれに半導体スイッチング素子THa1〜THa3,THb1〜THb3,THnを接続し、これらの半導体スイッチング素子を、単巻変圧器Trの巻線両端端子A,Bとバッテリー(−)端子間に接続されたトランジスタTRa、TRbと関連を持たせてON−OFFするようにしたものである。高調波成分を増やすことなくDC/DCコンバータの出力電圧を制御することができる。 The circuit operation of the first embodiment will be described. In addition to the both side terminals of the winding of the autotransformer Tr of the DC / DC converter shown in FIG. 1, this circuit has several tap terminals (in this example, the point C and P, Q , R and S points, but the number and position of the tap terminals are not limited to this, and may be more or less than this example, and the tap terminals at the intermediate points are not necessarily provided. The semiconductor switching elements THa1 to THa3, THb1 to THb3, and THn are connected to the winding end terminals A, P, R, C, B, Q, and S, respectively. The transistors TRa and TRb connected between the winding end terminals A and B of the autotransformer Tr and the battery (−) terminal are associated with each other and turned on and off. The output voltage of the DC / DC converter can be controlled without increasing the harmonic component.
なお、この例では、タップ端子間の巻線数が均等となるように、タップ端子を設けた。しかし、必ずしも均等となるようにしなければならないものではなく、適度の巻線数でタップ端子を設ければよい。また、アース側を(−)電位としたから、半導体スイッチング素子THa1〜THa3,THb1〜THb3,THnは、負荷LRに正電圧を与える方向となるように接続している。もちろん、逆方向でもよい。また、タップ端子PとQ,RとSは、それぞれ中間点のタップ端子Cに対して、対称の位置にある。 In this example, the tap terminals are provided so that the number of windings between the tap terminals is equal. However, it does not necessarily have to be equal, and tap terminals may be provided with an appropriate number of windings. In addition, since the ground side is set to the (−) potential, the semiconductor switching elements THa1 to THa3, THb1 to THb3, and THn are connected so that a positive voltage is applied to the load LR. Of course, the reverse direction is also acceptable. The tap terminals P and Q, and R and S are in symmetrical positions with respect to the tap terminal C at the intermediate point.
まず、トランジスタTRa,TRbと半導体スイッチング素子THa1,THb1が同期して開閉される場合の動作について説明する。この動作形態は、図1に示したDC/DCコンバータの動作と同様であり、単巻変圧器Trの両端は、選択回路、この実施の形態では、半導体スイッチング素子THa1,THb1を介して負荷(電動機)に接続されている。トランジスタTRa,TRbは、交互に所定の時間Tだけ導通し、単巻変圧器Trに矩形波の交流電圧を誘起する。図3の最上段に示すように、トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THb1を閉じ、次の半サイクルは、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THa1を閉じるように制御すれば、負荷LRには2Eの電圧が加わる。すなわち、図1の動作と同様に2Eの電圧が出力される。 First, the operation when the transistors TRa and TRb and the semiconductor switching elements THa1 and THb1 are opened and closed in synchronization will be described. This mode of operation is the same as that of the DC / DC converter shown in FIG. 1, and both ends of the autotransformer Tr are connected to a load (through a selection circuit, in this embodiment, semiconductor switching elements THa1 and THb1). Connected to the motor). The transistors TRa and TRb are alternately conducted for a predetermined time T, and induce a rectangular wave AC voltage in the autotransformer Tr. As shown in the uppermost stage of FIG. 3, if the semiconductor switching element THb1 is closed in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THa1 is closed in synchronization with the transistor TRb in the next half cycle, the load LR A voltage of 2E is applied. That is, a voltage of 2E is output as in the operation of FIG.
次に、トランジスタTRaと同期して、半導体スイッチング素子THb1に代えて半導体スイッチング素子THb2を閉じ、トランジスタTRbと同期して、半導体スイッチング素子THa1に代えて半導体スイッチング素子THa2を閉じるように制御すれば、図3の上から2段目に示すように、負荷LRには、5E/3の電圧が加わる。 Next, in synchronization with the transistor TRa, the semiconductor switching element THb2 is closed instead of the semiconductor switching element THb1, and the semiconductor switching element THa2 is closed instead of the semiconductor switching element THa1 in synchronization with the transistor TRb. As shown in the second stage from the top in FIG. 3, a voltage of 5E / 3 is applied to the load LR.
以下同様に、トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THb3を閉じ、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THa3を閉じるように制御すれば、図3の上から3段目に示すように、負荷LRには4E/3の電圧が加わる。 Similarly, if control is performed so that the semiconductor switching element THb3 is closed in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THa3 is closed in synchronization with the transistor TRb, as shown in the third stage from the top of FIG. A voltage of 4E / 3 is applied to.
さらに、トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THnを閉じ、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THnを閉じるように制御すれば、図3の上から4段目に示すように、負荷LRにはEの電圧が加わる。なお、出力電圧Eを得るためには、トランジスタTRa,TRbを開のままで、半導体スイッチング素子THnを閉じたままとしてもよい。 Further, if the semiconductor switching element THn is closed in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THn is closed in synchronization with the transistor TRb, as shown in the fourth stage from the top in FIG. E voltage is applied. In order to obtain the output voltage E, the transistors TRa and TRb may be left open and the semiconductor switching element THn may be closed.
さらに、トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THa3を閉じ、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THb3を閉じるように制御すれば、図3の上から5段目に示すように、負荷LRには2E/3の電圧が加わる。 Furthermore, if the semiconductor switching element THa3 is closed in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THb3 is closed in synchronization with the transistor TRb, the load LR has a load LR as shown in the fifth row from the top in FIG. A voltage of 2E / 3 is applied.
さらに、トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THa2を閉じ、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THb2を閉じるように制御すれば、図3の最下段に示すように、負荷LRにはE/3の電圧が加わる。 Further, if control is performed so that the semiconductor switching element THa2 is closed in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THb2 is closed in synchronization with the transistor TRb, as shown in the lowermost stage of FIG. Voltage is applied.
この電圧制御方法を「ステップ電圧制御」と呼ぶことにする。ステップ電圧制御では、出力電圧波形は、ほぼ直流でサイクルの切り替わり点で電圧の切れ込みが出るが、僅かのキャパシタを接続することで、吸収可能で、導通率制御のように大きなフィルタを必要としない。さらに、出力電圧制御に使用される半導体スイッチの数が増えるが、任意の瞬間に通電している素子は1個のみであるので、単純な整流回路の2個の場合と比較して、損失の増加はない、したがって、構成的にも1個の冷却フィンに全部の半導体スイッチを取り付けるような方法が採用可能である。 This voltage control method is referred to as “step voltage control”. In step voltage control, the output voltage waveform is almost direct current, and the voltage cuts out at the switching point of the cycle, but it can be absorbed by connecting a few capacitors, and does not require a large filter as in the conductivity control. . Furthermore, although the number of semiconductor switches used for output voltage control increases, since only one element is energized at any moment, the loss is reduced compared to the case of two simple rectifier circuits. There is no increase, and therefore, it is possible to adopt a method in which all semiconductor switches are attached to one cooling fin in terms of structure.
上述したステップ電圧制御では、電圧を連続的に変えることはできないが、ステップ電圧制御に導通率制御を併用すれば、連続的な電圧制御も可能である。図4に電圧制御の一実施例における中途の経過を示す。トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THa3が導通し、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THb3が導通して、電圧2E/3を出力している状態から、上のステップに電圧を上げる場合、トランジスタTRaに同期して先ず半導体スイッチング素子THa3を導通させ、その後、時間をおいて導通率tで半導体スイッチング素子THnを導通させる。次の半サイクルは、トランジスタTRbに同期して先ず半導体スイッチング素子THb3を導通させ、その後、導通率tで半導体スイッチング素子THnを導通させる、このときの出力電圧eは、次式で与えられる。
e=(E/3)・(t/T)+(2E/3)
導通率tを0から100%に順次変化させることにより電圧を2E/3からEへ連続的に制御できる。他のステップについても同様である。このように導通率を制御する方法では、出力電圧に高調波成分を含むが、その大きさは(1/ステップ数)小さく、したがって、フィルタも小さくてすむ。
In the above-described step voltage control, the voltage cannot be changed continuously, but continuous voltage control is also possible if continuity control is used in combination with step voltage control. FIG. 4 shows an intermediate process in one embodiment of voltage control. In the case where the semiconductor switching element THa3 is turned on in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THb3 is turned on in synchronization with the transistor TRb to output the
e = (E / 3) · (t / T) + (2E / 3)
By sequentially changing the conductivity t from 0 to 100%, the voltage can be continuously controlled from 2E / 3 to E. The same applies to the other steps. In the method for controlling the continuity in this way, a harmonic component is included in the output voltage, but the magnitude is small (1 / number of steps), and therefore the filter can be small.
図5は、第1の実施の形態における他の実施例を説明するための構成図である。図中、THa0,THb0は半導体スイッチング素子である。この実施例では、単巻変圧器Trの両端の端子よりも内側であって中間点の端子に対して対称の位置に設けられた端子に、トランジスタTRa,TRbが接続されている。換言すれば、図2で説明した単巻変圧器の両端A,Bのそれぞれ外側に、同じ巻線数で出力側の端子F,Gが設けられているものである(すなわち、タップ端子F,Gは端子Cを対称点として対称の位置にある。)。この実施例では、この外側の巻線の巻線比に応じた電圧が加算できるので、2Eの電圧よりも高い出力電圧を得ることができる。動作については、図2で説明した実施例と同様であるので、説明を省略する。 FIG. 5 is a configuration diagram for explaining another example of the first embodiment. In the figure, THa0 and THb0 are semiconductor switching elements. In this embodiment, transistors TRa and TRb are connected to terminals provided inside the both ends of the autotransformer Tr and symmetrically with respect to the intermediate terminal. In other words, the terminals F and G on the output side are provided with the same number of windings on the outer sides of both ends A and B of the autotransformer described in FIG. 2 (that is, tap terminals F, G is in a symmetrical position with the terminal C as a symmetry point.) In this embodiment, since a voltage corresponding to the turn ratio of the outer winding can be added, an output voltage higher than the voltage of 2E can be obtained. Since the operation is the same as that of the embodiment described with reference to FIG.
上述した電動機駆動回路の応用例について以下に説明する。 An application example of the above-described motor drive circuit will be described below.
誘導電動機の回転数は、電源周波数と電動機の極数により決まる、しかし、周波数を変えるだけで、電動機に加わる電圧をそのままにしておけば、電動機の本来の目的であるトルクの発生させるために必要な磁束が、周波数の増加と共に減少するので、発生可能なトルクも減少する。したがって、周波数に対して電動機の発生トルクを一定に維持しようとすれば、周波数を変えるだけでなく、電動機に加わる電圧についても周波数に比例して変える必要がある(別の見方をすれば、加えられる交流電圧の半波の面積が一定になるようにする)。この目的のために開発されたのがVVVF(Variable Voltage Variable Frequency )インバータである。電源電圧の制約がなく、周波数に比例して電圧をどこまでも増加させることができるならば、発生するトルクもどこまでも一定に維持できる、しかし、実際の応用を考えた場合、電源電圧に限りがあるので、電動機に加える電圧をどこまでも周波数に比例して増加して行くことはできない。 The number of revolutions of the induction motor is determined by the power supply frequency and the number of poles of the motor. However, if the voltage applied to the motor is left as it is just by changing the frequency, it is necessary to generate the torque that is the original purpose of the motor. As the magnetic flux decreases with increasing frequency, the torque that can be generated also decreases. Therefore, if the generated torque of the motor is kept constant with respect to the frequency, it is necessary not only to change the frequency, but also to change the voltage applied to the motor in proportion to the frequency. The area of the half-wave of the AC voltage generated is constant). A VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter has been developed for this purpose. If there is no restriction on the power supply voltage and the voltage can be increased in proportion to the frequency, the generated torque can be kept constant as much as possible. However, considering the actual application, the power supply voltage is limited. The voltage applied to the motor cannot be increased in proportion to the frequency.
一般的には、次のような方法によっている、図6にしたがって説明する。先ず、周波数(電動機回転数に略比例)と電圧を比例して変化させることができる領域Aでは、トルク一定になるように(略電動機電流一定)、周波数と電圧を比例させて増加させ(V/F一定)電動機を加速する。これ以上は、電圧を増加させることはできないので、以後は電圧一定で周波数のみを変える。 In general, a description will be given according to FIG. First, in the region A in which the frequency (substantially proportional to the motor rotation speed) and the voltage can be changed in proportion, the frequency and the voltage are increased proportionally (V) so that the torque is constant (substantially the motor current is constant). / F constant) Accelerate the motor. Since the voltage cannot be increased beyond this, only the frequency is changed at a constant voltage thereafter.
領域Bでは、出力パワー一定になるように周波数を変える、電動機に加わる電圧は変えることができないので、電動機の出すことのできるトルクは、周波数の増加と共に低下する。したがって、一定パワー制御のままでは、やがて、必要なトルクより、電動機の出し得るトルクが小となり、電動機は失速してしまう。 In the region B, the frequency applied to the electric motor that changes the frequency so that the output power becomes constant cannot be changed. Therefore, the torque that can be generated by the electric motor decreases as the frequency increases. Therefore, with constant power control, the torque that can be generated by the electric motor will eventually become smaller than the required torque, and the electric motor will stall.
領域Cでは、これを避けるために、失速する手前で、出力一定とするパワー制御を、トルクを電動機が失速しない範囲で出し得るトルク内に抑える制御、すなわち、電動機の特性を考慮した制御に切換える(電動機トルクを周波数の自乗に比例して下げる)。電動機の加速が終了すれば、加速トルクは必要なくなり、電動機は負荷トルクとバランスした一定周波数、一定電圧で回転するようにVVVFインバータは制御する。 In the region C, in order to avoid this, the power control that makes the output constant before the stall is switched to the control that suppresses the torque within the torque that can be output within the range where the motor does not stall, that is, the control that considers the characteristics of the motor. (The motor torque is reduced in proportion to the square of the frequency). When the acceleration of the motor is completed, the acceleration torque is no longer necessary, and the VVVF inverter controls the motor to rotate at a constant frequency and a constant voltage balanced with the load torque.
VVVFインバータをV/F一定で制御したときの誘導電動機の回転数とトルクの関係図7に示す。各カーブに示されて周波数は夫々のカーブに対するVVVFインバータの周波数を意味する。カーブと横軸(トルク0の軸)との交点が各周波数に対応した同期速度を示し、同期速度ではトルクは零である。同期速度より左側のカーブは駆動トルクを示し、同期速度と電動機回転数の差(すなわち、すべり周波数)が増加するに従って、トルクは増加し、あるすべり周波数で最大となり、それから先はすべり周波数の増加と共にトルクは減少する。この最大トルクを停動トルクと呼び、最大トルクより右側が安定域で電動機としての使用範囲である。同期速度より右側のカーブは回生ブレーキトルクを示し、駆動トルクと同じように、トルクは同期速度と電動機の回転数の差(この場合は負のすべり周波数の絶対値)が増加するに従って増加し、あるすべり周波数で最大となり、それから先は減少する。最大トルクより左側が安定域でブレーキとしての使用範囲である。 FIG. 7 shows the relationship between the rotational speed and torque of the induction motor when the VVVF inverter is controlled at a constant V / F. The frequency shown in each curve means the frequency of the VVVF inverter for each curve. The intersection of the curve and the horizontal axis (axis of torque 0) indicates the synchronous speed corresponding to each frequency, and the torque is zero at the synchronous speed. The curve to the left of the synchronous speed shows the drive torque. As the difference between the synchronous speed and the motor speed (ie, the slip frequency) increases, the torque increases, reaches a maximum at a certain slip frequency, and then increases the slip frequency. As the torque decreases. This maximum torque is called stationary torque, and the right side of the maximum torque is the range of use as an electric motor in the stable region. The curve to the right of the synchronous speed shows the regenerative braking torque, and the torque increases as the difference between the synchronous speed and the motor speed (in this case, the absolute value of the negative slip frequency) increases, just like the drive torque. It becomes maximum at a certain slip frequency, and then decreases. The left side of the maximum torque is the stable range and the range of use as a brake.
停止している誘導電動機を起動、加速するためには、負荷トルクだけでなく被駆動体の慣性に打勝って加速できるだけの加速トルクが必要で、このトルクを発生できる周波数と電圧を与える必要がある。例えば、図7の例では、必要なすべり周波数は10Hz程度であるので、起動時はすべり周波数の10Hzに等しい周波数とV/F一定を満足する電圧を与えれば、必要なトルクを出せることがわかる。これによって電動機は回転を始め、VVVFインバータの周波数、電圧が変化しないとすると、動作点はトルクカーブ上をすべり周波数が小となる方向(右向き)に移動し、発生するトルクは回転の上昇とともに低下する。これに対して、VVVFインバータの発生周波数を、すべり周波数が常に一定になるように上げて行けば、トルク一定線上を右に移動し、一定トルク加速を行うことができる。 In order to start and accelerate a stopped induction motor, not only the load torque but also the acceleration torque that can be accelerated by overcoming the inertia of the driven body is required, and it is necessary to give the frequency and voltage that can generate this torque. is there. For example, in the example of FIG. 7, since the necessary slip frequency is about 10 Hz, it can be understood that the necessary torque can be produced by applying a voltage satisfying a frequency equal to the slip frequency of 10 Hz and a constant V / F at the time of startup. . As a result, if the motor starts rotating and the frequency and voltage of the VVVF inverter do not change, the operating point slides on the torque curve in the direction of decreasing frequency (toward the right), and the generated torque decreases with increasing rotation. To do. On the other hand, if the generated frequency of the VVVF inverter is increased so that the slip frequency is always constant, it can be moved to the right on the constant torque line and constant torque acceleration can be performed.
高速で回転している電動機に、例えば、図7のブレーキ減速トルクを発生させるためには、電動機の回転数において、図7のブレーキ減速トルクを発生させるトルクカーブに対応する周波数と電圧をVVVFインバータから与える必要がある。電動機は、このブレーキトルクにより減速される。VVVFインバータの周波数、電圧が変化しないとすると、トルクカーブ上の動作点は左に移動し発生するトルクは回転の低下とともに低下する。これに対してVVVFインバータの発生周波数を、負のすべり周波数が常に一定になるように下げて行けば、トルク一定線上を左に移動し、一定トルクでの回生ブレーキを作動できる。なお、回生ブレーキを安定に作動させるためには、VVVFインバータの直流側に回生エネルギーを吸収する能力が要求される。 For example, in order to generate the brake deceleration torque shown in FIG. 7 in the motor rotating at high speed, the frequency and voltage corresponding to the torque curve for generating the brake deceleration torque shown in FIG. Need to give from. The electric motor is decelerated by this brake torque. Assuming that the frequency and voltage of the VVVF inverter do not change, the operating point on the torque curve moves to the left, and the generated torque decreases as the rotation decreases. On the other hand, if the generated frequency of the VVVF inverter is lowered so that the negative slip frequency is always constant, the regenerative braking at a constant torque can be operated by moving to the left on the constant torque line. In order to stably operate the regenerative brake, the DC side of the VVVF inverter is required to have the ability to absorb regenerative energy.
一般に、電動機の速度制御を行う場合、電圧と周波数の関係は、V/Fを一定に保つように制御が行われる。電圧の制御には、大きく分類すると、PWM(Pulse width modulation)とPAM(Pulse amplitude modulation)の2種類がある。 Generally, when controlling the speed of an electric motor, the relationship between voltage and frequency is controlled so as to keep V / F constant. Voltage control can be broadly classified into two types: PWM (Pulse width modulation) and PAM (Pulse amplitude modulation).
PWM方式のVVVFインバータで誘導電動機等の交流電動機を駆動する場合、どのような制御が行われるかを図8,図9に従って説明する。図9の波形図は、各部の波形を纏めて示したものてある。最上段に三角波と120°の位相差を持った、3相U,V,W相のVVVFインバータの出力相電圧に対応する3つの正弦波の波形を示す。三角波は変調波、3つの正弦波は被変調波とも呼ばれる。三角波は一定振幅で、周波数は、1kHz以上の一定周波数の場合(非同期)、あるいは、正弦波周波数と一定の比を持ち、変調波と同期した波形の場合とがある。電動機Mの起動時は必要な加速トルクを発生するすべり周波数と電圧(振幅)に対応した、120°の位相差を持った、3つの正弦波を被変調波として与えられる。以後、電動機Mのすべり周波数が一定になるように、3つの被変調正弦波の電圧(振幅)と周波数の比を一定に保ちながら、正弦波の振幅が三角波の振幅に略等しくなるまで、電動機Mの加速に応じて変えるように制御する。図9は、三角波のパルス数(パルス数とは被変調波の正弦波の半波の中に含まれる三角波の±の山の数を言う)9で、正弦波と同期している場合を示したものである。 Description will be made of what control is performed when an AC motor such as an induction motor is driven by a PWM VVVF inverter according to FIGS. The waveform diagram of FIG. 9 collectively shows the waveforms of the respective parts. Waveforms of three sine waves corresponding to the output phase voltages of the three-phase U, V, and W-phase VVVF inverters having a phase difference of 120 ° from the triangular wave are shown in the uppermost stage. The triangular wave is also called a modulated wave, and the three sine waves are also called modulated waves. The triangular wave has a constant amplitude and a frequency of 1 kHz or more (asynchronous), or a waveform having a constant ratio with the sine wave frequency and synchronized with the modulation wave. When the motor M is started, three sine waves having a phase difference of 120 ° corresponding to the slip frequency and voltage (amplitude) for generating the necessary acceleration torque are given as modulated waves. Thereafter, the electric motor M is kept until the amplitude of the sine wave becomes substantially equal to the amplitude of the triangular wave while keeping the ratio of the voltage (amplitude) and frequency of the three modulated sine waves constant so that the slip frequency of the electric motor M becomes constant. It controls to change according to the acceleration of M. FIG. 9 shows a case where the number of triangular waves is 9 (the number of pulses means the number of ± crests of triangular waves included in the half of the sine wave of the modulated wave) 9 and is synchronized with the sine wave. It is a thing.
図9のA点についてみると、U相の正弦波の瞬時値のみが、三角波より大で、V相とW相の正弦波の瞬時値は三角波より小である。この瞬間におけるVVVFインバータの各構成素子の導通状態は図8(A)に示してある。(U相正弦波>三角波)であるので、トランジスタTRuはON、トランジスタTRxはOFFである。電動機MのU相端子は(+)側に接続される。(V相正弦波<三角波)、(W相正弦波<三角波)であるので、トランジスタTRy,TRzはON、トランジスタTRv,TRwはOFFで、電動機MのV相及びW相の各端子は零電位に落とされる。これによって、図8(A)に示した太線の回路で、電源Baから電動機Mに電流が流れ、電動機Mにはトルクを発生する。 As for point A in FIG. 9, only the instantaneous value of the U-phase sine wave is larger than the triangular wave, and the instantaneous value of the V-phase and W-phase sine waves is smaller than the triangular wave. The conduction state of each component of the VVVF inverter at this moment is shown in FIG. Since (U-phase sine wave> triangular wave), the transistor TRu is ON and the transistor TRx is OFF. The U-phase terminal of the electric motor M is connected to the (+) side. Since (V-phase sine wave <triangular wave) and (W-phase sine wave <triangular wave), the transistors TRy and TRz are ON, the transistors TRv and TRw are OFF, and the V-phase and W-phase terminals of the motor M are at zero potential. Is dropped. As a result, in the thick line circuit shown in FIG. 8A, a current flows from the power source Ba to the motor M, and torque is generated in the motor M.
図9のB点にくると、U,V,W各相の正弦波全てが三角波より小となり、点Aで、ONであったトランジスタTRuもOFFとなり、トランジスタTRxがONとなる、電動機Mは電源から切り離され、今までトランジスタTRuを通って電動機MのU相に流れ込んでいた電流は、トランジスタTRuがOFFになっても電動機Mのインダクタンスがあるので直ぐには零とならず、トランジスタTRxの逆並列ダイオードを通って図8(B)に太線で示した回路で閉ループができ、電流が流れ次第に減衰する。一方、インダクタンスに蓄えられていたエネルギーは太線の回路でキャパシタCaの電圧を突き上げる。時間が経過して、再びU相正弦波が三角波より高くなると、図8(A)の状態に戻る。 When the point B in FIG. 9 is reached, all the sine waves of the U, V, and W phases are smaller than the triangular wave, and at point A, the transistor TRu that was turned on is also turned off, and the transistor TRx is turned on. The current that has been disconnected from the power supply and has flown into the U phase of the electric motor M through the transistor TRu until now does not immediately become zero because the inductance of the electric motor M is present even when the transistor TRu is turned off. A closed loop is formed in the circuit shown by a thick line in FIG. 8B through the parallel diode, and the current gradually attenuates as the current flows. On the other hand, the energy stored in the inductance pushes up the voltage of the capacitor Ca in a thick line circuit. When the time elapses and the U-phase sine wave becomes higher than the triangular wave again, the state returns to the state of FIG.
三角波とV相正弦波の交点C点においては、今までON状態にあった、トランジスタTRyがOFFする。今までトランジスタTRyを通って電動機MのV相巻線に流れていた電流は、図8(C)に示す様に、電動機Mのインダクタンス、TRvの逆並列ダイオードを通して上向きに流れ、トランジスタTru経由で閉ループができ時間とともに減衰する。一方、電源から電動機Mに流れ込む電流はV相に流れていた分減少する。 At the intersection point C between the triangular wave and the V-phase sine wave, the transistor TRy, which has been in the ON state until now, is turned OFF. The current that has flowed through the transistor TRy to the V-phase winding of the motor M until now flows upward through the inductance of the motor M and the antiparallel diode of TRv, as shown in FIG. A closed loop is created and decays with time. On the other hand, the current flowing from the power source into the motor M is reduced by the amount flowing in the V phase.
この点を経過すると、V相正弦波も三角波より大となり、D点においては、トランジスタTRu,TRvが夫々ONとなり、電源(+)側に接続される。トランジスタTRx,TRyはOFFである。トランジスタTRzはON状態を継続しているので、図8(D)の太線で示した回路で電動機Mに電流が流れる。この状態はW相正弦波と三角波が交差し、U、V、W相の正弦波が何れも三角波より大になる点までの時間継続する。 After this point, the V-phase sine wave becomes larger than the triangular wave, and at point D, the transistors TRu and TRv are respectively turned on and connected to the power supply (+) side. The transistors TRx and TRy are OFF. Since the transistor TRz continues to be in the ON state, a current flows through the electric motor M in the circuit indicated by the thick line in FIG. This state continues for a period of time until the W-phase sine wave and the triangular wave intersect and the U, V, and W-phase sine waves become larger than the triangular wave.
時間が経過して、動作点がこの交点より右側に移動すると、例えばE点においては、U,V,W相の正弦波が何れも三角波より大となるので、今までONであったトランジスタTRzもOFFとなる。今まで、トランジスタTRzを通して流れていた電流は、電動機Mのインダクタンスのために直ぐには零とならず、トランジスタTRwの逆並列ダイオードを通して太線で示した閉ループを形成する電流は徐々に減衰する。この状態は、W相正弦波と三角波の交点まで継続し、交点を超えると図8(D)の状態に戻る。 When the operating point moves to the right side from this intersection after a lapse of time, for example, at point E, the U, V, and W phase sine waves are larger than the triangular wave, so the transistor TRz that has been turned on until now. Is also OFF. Until now, the current flowing through the transistor TRz does not immediately become zero due to the inductance of the motor M, and the current forming the closed loop indicated by the bold line through the antiparallel diode of the transistor TRw gradually attenuates. This state continues until the intersection of the W-phase sine wave and the triangular wave. When the intersection is exceeded, the state returns to the state of FIG.
以後、U,V,W相正弦波と三角波の交点がくるごとに作動するトランジスタが切換わる。この関係を纏めて示したのが、図9の上から2番目から4番目の波形で、電動機MのU,V,W相各端子の電位の時間的変化を示している。移相差120°を持った3つの矩形粗密波である。例えば、U相の波形についてみれば、矩形粗密波の上側の線がトランジスタTRuがONの状態を示し、電動機MのU相端子は、電源(+)側に接続されるので(+)電位、下側の線はトランジスタTRxがONの状態を示し、電動機MのU相端子は電源(−)側に接続されるので零電位を示す。 Thereafter, each time the intersection of the U, V, W phase sine wave and the triangular wave comes, the transistor that operates is switched. This relationship is collectively shown in the second to fourth waveforms from the top in FIG. 9, and shows temporal changes in the potentials of the U, V, and W phase terminals of the electric motor M. Three rectangular dense waves with a phase shift of 120 °. For example, regarding the U-phase waveform, the upper line of the rectangular dense wave indicates the state in which the transistor TRu is ON, and the U-phase terminal of the motor M is connected to the power source (+) side. The lower line indicates a state in which the transistor TRx is ON, and the U-phase terminal of the electric motor M is connected to the power source (−) side and thus indicates a zero potential.
図9の下側の3つの波形は、上から、U−V、V−W、W−Uの端子間電圧を示す。中央が密で、両端が粗の矩形波で与えられる。近似的には正弦波とみることができる。 The three waveforms on the lower side of FIG. 9 indicate the inter-terminal voltages of UV, VW, and WU from the top. It is given by a square wave with a dense center and coarse ends. Approximately, it can be seen as a sine wave.
再び、図6に戻り、変調波とVVVF出力周波数の関係がどのようになっているかを説明する。図6の領域A、一定トルク加速領域で誘導電動機MはVVVFインバータにより、V/F一定加速される。一般に、低速度域では変調波は非同期でkHzオーダーの比較的高い周波数が使用される。加速に従い変調波は同期に切換えられ、9パルス、3パルスとなり、領域Aの最後に1パルスとなり領域Bに入る。領域Bの一定パワー加速領域は、電圧一定、周波数のみが変えられる。変調波は同期方式の1パルスである。領域Cは、電動機特性領域制御で1パルス変調、トルクが電動機の停動トルクを超えないように1/F2 に比例してトルクを下げる。 Returning to FIG. 6 again, the relationship between the modulation wave and the VVVF output frequency will be described. In the region A of FIG. 6, the constant torque acceleration region, the induction motor M is accelerated at a constant V / F by the VVVF inverter. In general, in the low speed region, the modulation wave is asynchronous and a relatively high frequency on the order of kHz is used. According to the acceleration, the modulation wave is switched to synchronization, becomes 9 pulses and 3 pulses, and enters the region B as 1 pulse at the end of the region A. In the constant power acceleration region of the region B, only the voltage is constant and only the frequency is changed. The modulation wave is a single pulse of a synchronous system. In the area C, one-pulse modulation is performed by the motor characteristic area control, and the torque is reduced in proportion to 1 / F 2 so that the torque does not exceed the stationary torque of the motor.
9パルス、3パルス及び1パルスの各部波形を 図10、図11及び図12に示す。
図9と同様に、変調波である三角波と被変調波U、V、W相電圧に対応する120度の位相差を持った正弦波との切りあいを示す。次の2〜4段目までの三つの波形は図9と同様に図8の電動機MのU,V,W端子の電位の変化を示した矩形の粗密波で、最上段の波形の切りあいに対応しており、正弦波>三角波で、VVVFの電動機各相アームに対応する上側のトランジスタがONでバッテリーの(+)電位、正弦波<三角波で、VVVFの電動機各相アームに対応する下側のトランジスタがONでバッテリーのG電位となる。次の5〜7段目までの三つの波形は、図9と同様に、図8の電動機MのU−V,V−W,W−U端子間の電圧の変化を示した波形で、U−V端子間電圧は2段目のU端子の電位を示した波形と3段目のV端子の電位を示した波形との差である。以下同様である。最後の3段は電動機端子と三相巻線の中性点との間の電圧で電動機の相電圧を示す。
The waveform of each part of 9 pulses, 3 pulses and 1 pulse is shown in FIGS.
Similarly to FIG. 9, a cut-off between a triangular wave that is a modulated wave and a sine wave having a phase difference of 120 degrees corresponding to the modulated waves U, V, and W phase voltages is shown. The next three waveforms up to the second to fourth stages are rectangular close-packed waves indicating changes in the potentials of the U, V, and W terminals of the motor M in FIG. 8 as in FIG. The upper transistor corresponding to each phase arm of the VVVF motor is ON when the sine wave> triangular wave and the (+) potential of the battery, the sine wave <triangular wave, and the lower phase corresponding to each phase arm of the VVVF motor. When the transistor on the side is ON, it becomes the G potential of the battery. The next three waveforms up to the fifth to seventh stages are waveforms showing changes in voltage between the U-V, V-W, and W-U terminals of the electric motor M in FIG. The voltage between the −V terminals is the difference between the waveform indicating the potential of the U terminal at the second stage and the waveform indicating the potential of the V terminal at the third stage. The same applies hereinafter. The last three stages indicate the phase voltage of the motor by the voltage between the motor terminal and the neutral point of the three-phase winding.
PWM制御の最も大きいメリットは、1つのPWM変換器で電圧制御と周波数制御を同時に行うことができるので、回路構成が簡単になることである。PWMで切り出された電圧波形には、上述したように基本波成分に加えて、多くの高調波成分が含まれ、電動機の内部損失増加の原因となる。汎用機を使用した一般の応用では、電動機の枠番を上げる方法で対応しているが、車両搭載用では、重量、寸法の点からこのような方法をとることができない。また、一般的な電動機では、巻線のインダクタンスがフィルタの役目をして、流れる電流は正弦波に近い形に整形される。しかし、電源電圧12V程度の低電圧で使用する高速電動機の場合は、巻線の巻数が非常に少なくなり、インダクタンスも小さいので、定格回転に近い領域(定格周波数付近)は別として、回転数の低い領域(周波数の低い領域)では、巻線のインダクタンスによる平滑効果が期待できない。このため、電圧波形に含まれる高調波成分により、流れる電流、さらには、空隙磁束にも高調波成分が含まれ、回転子には、この高調波磁束を打ち消すための反作用磁束を発生させるために、高調波電流が流れ回転子に抵抗損を発生し、回転子発熱の原因となる。 The greatest merit of PWM control is that the circuit configuration is simplified because voltage control and frequency control can be performed simultaneously with one PWM converter. The voltage waveform cut out by PWM includes many harmonic components in addition to the fundamental wave component as described above, and causes an increase in internal loss of the motor. In general applications using a general-purpose machine, a method of increasing the frame number of the electric motor is used, but such a method cannot be taken from the viewpoint of weight and dimensions when mounted on a vehicle. Moreover, in a general electric motor, the inductance of the winding acts as a filter, and the flowing current is shaped to be close to a sine wave. However, in the case of a high-speed motor used at a low voltage of about 12 V, the number of turns of the winding is very small and the inductance is also small. In a low region (low frequency region), a smoothing effect due to winding inductance cannot be expected. For this reason, the harmonic component included in the voltage waveform includes a harmonic component in the flowing current and also in the gap magnetic flux, and the rotor generates a reaction magnetic flux for canceling out this harmonic magnetic flux. The harmonic current flows, causing resistance loss in the rotor, which causes heat generation of the rotor.
一方、PAM制御の場合は、電圧制御と周波数制御がそれぞれ別個の変換器で行われ、回路構成が複雑となる。電圧制御変換器には、チョッパーあるいはDC/DCコンバータが使用され、周波数制御変換器には、180°矩形波、120°矩形波、あるいは、含有割合の高い第5、第7等の低次高調波を除去した変調方式を使用したインバータが使用される。インバータ出力電圧の基本波に対する高調波の含有割合は変調方式で決まり、電圧に関係ないが、周波数の低い領域では、電圧制御変換器によりインバータに加わる電圧は低く抑えられるので、高調波の絶対値は低く抑えられ、回転子に発生する損失も僅かである。回転の上昇とともに、電圧は上昇し、高調波の絶対値は増加し、損失も増加傾向を示すが、周波数が定格周波数に近づくに従って、インダクタンスは小さいとは言いながらも、高い周波数成分の、高調波電流に対してはフィルタ効果が期待できる。したがって、含有割合の多い低次高調波を除去するような変調方式をとれば、回転子の損失は全速度域に亘り低<抑えることができる制御方式が実現できる、しかし、どんなに性能が良くても、大型のものでは自動車に搭載は困難である。したがって、電圧制御変換器をいかに小さくできるかがポイントとなる。かかる観点から、上述した単巻変圧器方式のDC/DCコンバータを用いた電動機駆動回路は、自動車搭載用として、有利である。 On the other hand, in the case of PAM control, voltage control and frequency control are performed by separate converters, and the circuit configuration becomes complicated. The voltage control converter uses a chopper or a DC / DC converter, and the frequency control converter uses a 180 ° rectangular wave, a 120 ° rectangular wave, or a fifth, seventh, etc. low-order harmonic having a high content ratio. An inverter using a modulation scheme that eliminates waves is used. The harmonic content of the inverter output voltage relative to the fundamental wave is determined by the modulation method and is not related to the voltage, but in the low frequency range, the voltage applied to the inverter by the voltage controlled converter is kept low, so the absolute value of the harmonics Is kept low, and the loss generated in the rotor is small. As the rotation increases, the voltage rises, the absolute value of the harmonics increases, and the loss tends to increase, but as the frequency approaches the rated frequency, the inductance decreases, but the higher frequency component harmonics. A filter effect can be expected for wave current. Therefore, if a modulation method that removes low-order harmonics with a high content ratio is used, a control method can be realized in which the loss of the rotor can be kept low over the entire speed range, but no matter how good the performance is. However, it is difficult to mount large-sized ones on automobiles. Therefore, the point is how small the voltage controlled converter can be. From this point of view, the motor drive circuit using the above-described autotransformer type DC / DC converter is advantageous for use in automobiles.
図13は、自動車のバッテリーを電源として、PAM方式のVFインバータと、ここで提案するDC/DCコンバータを、高速交流電動機の可変電圧(VV:Variable Voltage)電源に使用する場合の本発明の電動機制御回路の1例である。図中の符号は図2と同様であり、THc1,THd1も図2の半導体スイッチング素子THa1,THb1と同様である。また、VFインバータを構成するTRu〜TRzはスイッチングトランジスタである。なお、図14はDC/DCコンバータの各部電圧電流波形を示したものである。図14の最上段の交流電圧は、単巻変圧器の中間点の端子Cを基準としたA点の電圧を示す。バッテリー電圧をEとすれば、トランジスタTRaがON時のA点電位は−E、トランジスタTRbがON時のA点電位は+Eである。単巻変圧器のタップ端子Xの位置を端子Aと中間点のタップ端子Cの中間点とし、タップ端子Yの位置を端子Bと中間点のタップ端子Cの中間点とした(しかし、タップ端子の位置および数はこの実施例に限られるものではない。)。また、単巻変圧器Trは、図5で説明したように、入力側よりも外側に、端子F,Gが設けられてもよい。以下の実施例でも同様である。 FIG. 13 shows a motor of the present invention when a PAM-type VF inverter and a DC / DC converter proposed here are used as a variable voltage (VV) power source of a high-speed AC motor using a vehicle battery as a power source. It is an example of a control circuit. The reference numerals in the figure are the same as those in FIG. 2, and THc1 and THd1 are also the same as the semiconductor switching elements THa1 and THb1 in FIG. Further, TRu to TRz constituting the VF inverter are switching transistors. FIG. 14 shows the voltage current waveform of each part of the DC / DC converter. The uppermost AC voltage in FIG. 14 indicates the voltage at point A with reference to terminal C at the midpoint of the autotransformer. If the battery voltage is E, the potential at point A when the transistor TRa is ON is -E, and the potential at point A when the transistor TRb is ON is + E. The position of the tap terminal X of the autotransformer is the intermediate point between the terminal A and the intermediate tap terminal C, and the position of the tap terminal Y is the intermediate point between the terminal B and the intermediate tap terminal C (but the tap terminal The position and number of are not limited to this embodiment.) Further, as described in FIG. 5, the autotransformer Tr may be provided with terminals F and G outside the input side. The same applies to the following embodiments.
第1のモードでは、トランジスタTRaと同期して半導体スイッチング素子THa2、トランジスタTRbと同期して半導体スイッチング素子THb2に点弧信号が与えられる。D点の電位はE/2となる。半導体スイッチング素子THa2,THb2に流れる電流をIとすると、単巻変圧器の巻線Y−B間には上向きにI、巻線C−B間には下向きにY−B間電流Iとアンペアターンが等しくなる電流I/2が流れ、結果的に巻線Y−B間には上向きにI/2、巻線C−Y間には下向きにI/2、すなわち、トランジスタTRb,TRaには逆並列に接続されたダイオード部にI/2、バッテリ−にI/2の電流が流れる。電動機が加速するに従って電流は変化するが、図14では一定として示してある。PAMインバータは、加速に応じてトルク一定になるような周波数制御が行われる。 In the first mode, an ignition signal is applied to the semiconductor switching element THa2 in synchronization with the transistor TRa and to the semiconductor switching element THb2 in synchronization with the transistor TRb. The potential at point D is E / 2. Assuming that the current flowing through the semiconductor switching elements THa2 and THb2 is I, the current I and the ampere turn between Y and B are upward I between the windings Y and B of the autotransformer and downward between the windings CB. Current I / 2 flows, and as a result, I / 2 is turned upward between the windings Y-B and I / 2 is turned downward between the windings CY, that is, the transistors TRb and TRa are reversed. A current of I / 2 flows through the diode parts connected in parallel, and a current of I / 2 flows through the battery. Although the current changes as the motor accelerates, it is shown as constant in FIG. The PAM inverter is frequency-controlled so that the torque becomes constant according to acceleration.
第2のモードでは、半導体スイッチング素子THnに点弧信号が与えられ、D点はバッテリーに直結され、その電位はEである。半導体スイッチング素子THnに流れる電流をIとすると、負荷へはバッテリーから直接電流が流れるので、単巻変圧器の巻線C−B、C−A間には励磁電流のみが流れる。負荷電流と比べて、小さいので、図9には示してない。バッテリーにはIの電流が流れる。 In the second mode, an ignition signal is given to the semiconductor switching element THn, the point D is directly connected to the battery, and its potential is E. Assuming that the current flowing through the semiconductor switching element THn is I, since the current flows directly from the battery to the load, only the exciting current flows between the windings CB and CA of the autotransformer. Since it is smaller than the load current, it is not shown in FIG. A current of I flows through the battery.
第3のモードでは、半導体スイッチング素子THa2,THb2に点弧信号が与えられるが、ここでは最初のモードのように、半導体スイッチング素子THa2、THb2の点弧信号は、トランジスタTRb、TRaと必ずしも同期する必要なく、自由に与えることができるし、また、半導体スイッチング素子THa2,THb2に同時に与えてもよい。トランジスタTRaの導通時、半導体スイッチング素子THb2が導通し、仮に、半導体スイッチング素子THa2に点弧信号が与えられていても、電位の低い方は逆電位が加わるので、電位の高いほうのみが導通する。D点の電位は3E/2、巻線A−Y間には下向きに電流I、巻線C−A間には上向きに3I/2が流れ、結果的に巻線C−A間にはI/2、C−Y間にはIが流れる。 In the third mode, ignition signals are given to the semiconductor switching elements THa2 and THb2. Here, as in the first mode, the ignition signals of the semiconductor switching elements THa2 and THb2 are not necessarily synchronized with the transistors TRb and TRa. It is unnecessary and can be given freely, or may be given simultaneously to the semiconductor switching elements THa2 and THb2. When the transistor TRa is turned on, the semiconductor switching element THb2 is turned on. Even if an ignition signal is given to the semiconductor switching element THa2, the reverse potential is applied to the lower potential, so that only the higher potential is turned on. . The potential at point D is 3E / 2, current I flows downward between windings A and Y, and 3I / 2 flows upward between windings C-A. As a result, I is between windings C-A. / 2, I flows between CY.
第4のモードでは、半導体スイッチング素子THa1、THb1に点弧信号が与えれる。トランジスタTRaの導通時に半導体スイッチング素子THb1が導通し、D点電位は2E、巻線A−B間には下向きに電流I、巻線C−A間には上向きに2Iが流れ、結果的に巻線C−A間にはI、巻線C−B間にはIが流れる。 In the fourth mode, an ignition signal is given to the semiconductor switching elements THa1 and THb1. When the transistor TRa is turned on, the semiconductor switching element THb1 is turned on, the potential at the point D is 2E, the current I flows downward between the windings A and B, and 2I flows upward between the windings C-A. I flows between the lines C-A and I flows between the windings C-B.
図13の電動機制御回路における逆変換モード、すなわち、回生制動モードについて、波形図である図15を参照して説明する。DC/DCコンバータのトランジスタTRa、TRbには点弧信号が与えられ、交互に導通し動作状態にあるとする。電動機は高速回転中でキャパシタCaは最大電圧で充電された状態にあり、減速指令が与えられると、VFインバータはその周波数を下げる方向に制御され、キャパシタCaの電位は突き上げられる。トランジスタTRbが導通中であるとすると、半導体スイッチング素子THb1と逆並列に接続されている半導体スイッチング素子THd1を点弧すると、キャパシタCa(+)→インダクタンスL→半導体スイッチング素子THd1→トランジスタTRb→キャパシタCa(−)なる回路で電流が流れ、インダクタンスLにエネルギーが蓄えられる(図15のTRb電流)。トランジスタTRbの点弧信号がOFFされ、流れていた電流が切られると、インダクタンスLにL・dI/dtなる電流を流し続けようとする電圧が発生する。キャパシタCa(+)→半導体スイッチング素子THd1→端子B→巻線B−C→バッテリー→キャパシタCa(−)なる回路で電流が流れ、同時に、巻線A−C間にB−C間に流れた電流とアンペアターンの等しい電流Iが、端子A→巻線A−C→バッテリー→トランジスタTRaのダイオード部→端子Aの回路で、A→Cの方向に流れ、バッテリーは結果的に2Iの電流で充電される。トランジスタTRaのダイオード側にのみ電流が流れるが、トランジスタTRaには点弧信号を与えておく。インダクタンスLに発生する電圧L・dI/dtは時間とともに減衰するので、バッテリーへの充電電流も時間とともに減少する、図15では一定値で示してある。 The reverse conversion mode, that is, the regenerative braking mode in the motor control circuit of FIG. 13 will be described with reference to FIG. 15 which is a waveform diagram. It is assumed that the ignition signals are given to the transistors TRa and TRb of the DC / DC converter, which are alternately turned on and in an operating state. The motor is rotating at high speed and the capacitor Ca is charged with the maximum voltage. When a deceleration command is given, the VF inverter is controlled to decrease its frequency, and the potential of the capacitor Ca is pushed up. Assuming that the transistor TRb is conducting, when the semiconductor switching element THd1 connected in antiparallel with the semiconductor switching element THb1 is fired, the capacitor Ca (+) → the inductance L → the semiconductor switching element THd1 → the transistor TRb → the capacitor Ca A current flows through the circuit (−), and energy is stored in the inductance L (TRb current in FIG. 15). When the ignition signal of the transistor TRb is turned off and the current that has been flowing is cut off, a voltage is generated that tries to keep the current of L · dI / dt flowing through the inductance L. Current flows in the circuit of capacitor Ca (+) → semiconductor switching element THd1 → terminal B → winding BC → battery → capacitor Ca (−), and at the same time, between the windings AC and BC. The current I equal to the ampere turn flows in the direction of A → C in the circuit of terminal A → winding AC → battery → diode portion of transistor TRa → terminal A, and the battery has a current of 2I as a result. Charged. A current flows only on the diode side of the transistor TRa, but an ignition signal is given to the transistor TRa. Since the voltage L · dI / dt generated in the inductance L attenuates with time, the charging current to the battery also decreases with time. FIG. 15 shows a constant value.
電流が規定値まで減少したところで、半導体スイッチング素子THa1に点弧信号を与えると、今まで導通していた半導体スイッチング素子THd1に逆電圧が加わり、半導体スイッチング素子THd1はOFFする。同時に、バッテリーへの充電電流は零となる。今度は、キャパシタCa(+)→インダクタンスL→半導体スイッチング素子THa1→トランジスタTRa→キャパシタCa(−)なる回路で電流が流れ、インダクタンスLにエネルギーが蓄えられる。トランジスタTRaの点弧信号がOFFされ、流れていた電流は切られる、したがって、インダクタンスLにL・dI/dtなる電流を流し続けようとする電圧が発生する。キャパシタCa(+)→半導体スイッチング素子THa1→巻線A−C→バッテリー→キャパシタCa(−)なる回路で電流が流れ、同時に、巻線B−C間にA−C間に流れた電流とアンペアターンの等しい電流Iが巻線B−C→バッテリー→トランジスタTRbのダイオード部→巻線B−Cの回路で、B→Cの方向に流れ、バッテリーは結果的に2Iの電流で充電される。以後、同様な経過が交互に繰り返され、バッテリの充電によって回生制動が行われる。 When an ignition signal is given to the semiconductor switching element THa1 when the current has decreased to a specified value, a reverse voltage is applied to the semiconductor switching element THd1 that has been conducted so far, and the semiconductor switching element THd1 is turned OFF. At the same time, the charging current to the battery becomes zero. This time, current flows through the circuit of capacitor Ca (+) → inductance L → semiconductor switching element THa1 → transistor TRa → capacitor Ca (−), and energy is stored in inductance L. The ignition signal of the transistor TRa is turned off, and the current that has been flowing is cut off. Therefore, a voltage is generated to keep the current of L · dI / dt flowing through the inductance L. Current flows in the circuit of capacitor Ca (+) → semiconductor switching element THa1 → winding A−C → battery → capacitor Ca (−), and at the same time, the current and ampere flowing between A and C between windings B and C. The current I having the same turn flows in the direction of B → C in the circuit of winding BC → battery → diode portion of transistor TRb → winding BC, and the battery is eventually charged with a current of 2I. Thereafter, the same process is repeated alternately, and regenerative braking is performed by charging the battery.
回転速度の低下とともに、電動機の誘起電圧は低下するので、キャパシタCaの電圧も低下する。したがって、インダクタンスLへの充電パワーも低下する。このため、エネルギー量を確保するために充電時間を長く取る必要がある。しかし、蓄えられるエネルギーの絶対量は速度の低下とともに減少するので、L・dI/dtの減衰勾配が大となり、バッテリーへの充電は電動機速度の低下とともに短くなる。 As the rotational speed decreases, the induced voltage of the motor decreases, so the voltage of the capacitor Ca also decreases. Therefore, the charging power to the inductance L also decreases. For this reason, in order to ensure the amount of energy, it is necessary to take long charge time. However, since the absolute amount of stored energy decreases as the speed decreases, the attenuation gradient of L · dI / dt increases, and the charging of the battery decreases as the motor speed decreases.
図16は、本発明の電動機制御回路を電気鉄道車両に応用した一実施例である。なお、図16では、電動機の駆動時に用いられるタップ端子と半導体スイッチング素子よりなる回路の図示を省略してあるが、図2や図13と同様に適宜の数と位置にこれらが設けられているものである。図16において、PTは架線からパワーを受けるためのパンタグラフ、FilLはEMI(電磁干渉)の原因となる高調波電流が外部(架線側)に流出するのを阻止するためのフィルタリアクトルで、キャパシタCaと対でEMIフィルターを構成する。最近の直流電車の駆動システムは、インバータ電動機として誘導電動機を用いで構成される。VVVFインバータと誘導電動機の関係について、説明を簡単にするために、誘導電動機は2極とすると、VVVFインバータの発生する周波数fと、誘導電動機の回転周波数fmの関係を、f>fmとすれば、パワーはVVVFインバータから誘導電動機方向に流れ、誘導電動機は電動機として動作し電車は加速する。逆に、f<fmであれば、誘導電動機は発電機となり、パワーは誘導電動機からVVVFインバータ方向に流れ、誘導電動機には、ブレーキ力が働き電車は減速する。所謂、回生制動である。 FIG. 16 shows an embodiment in which the electric motor control circuit of the present invention is applied to an electric railway vehicle. In FIG. 16, illustration of a circuit composed of a tap terminal and a semiconductor switching element used when driving the electric motor is omitted, but these are provided in appropriate numbers and positions as in FIG. 2 and FIG. 13. Is. In FIG. 16, PT is a pantograph for receiving power from an overhead wire, and FilL is a filter reactor for preventing harmonic current that causes EMI (electromagnetic interference) from flowing out to the outside (the overhead wire side). An EMI filter is configured in pairs. A recent DC train drive system includes an induction motor as an inverter motor. In order to simplify the explanation of the relationship between the VVVF inverter and the induction motor, assuming that the induction motor has two poles, the relationship between the frequency f generated by the VVVF inverter and the rotation frequency fm of the induction motor is f> fm. The power flows from the VVVF inverter toward the induction motor, the induction motor operates as a motor, and the train accelerates. Conversely, if f <fm, the induction motor becomes a generator, the power flows from the induction motor in the direction of the VVVF inverter, a braking force acts on the induction motor, and the train decelerates. This is so-called regenerative braking.
誘導電動機にブレーキ力が働き、電車が円滑に減速するためには、誘導電動機に発生するパワーを吸収してくれる受け皿があってのことである。現在の直流架線給電システムでの回生制動方式は、この回生パワーの受け皿を、パンタグラフPTを介して、たまたま同じ架線給電システム内で、架線からパワーをとり加速運転している電車に期待している。電車が架線からパワーをとり走行している状態を、鉄道用語では力行という。以後、力行という言葉を使用する。したがって、運良く、力行中で、回生パワーを吸収してくれる電車がある場合は良いが、このような電車がない場合は、キャパシタCaの電圧を突き上げ、過電圧検知が動作し、回生ブレーキを諦め、車上搭載の抵抗器を受け皿としたダイナミックブレーキに、あるいは、摩擦ブレーキに切り替えられる。回生失効と呼ばれ、現実に相当高い頻度で発生している。 In order for the braking force to work on the induction motor and the train to decelerate smoothly, there is a saucer that absorbs the power generated by the induction motor. The regenerative braking system in the current DC overhead line power supply system expects this regenerative power tray to train that takes acceleration from the overhead line and happens to accelerate in the same overhead line power supply system via the pantograph PT. . The state where a train is running with power from an overhead line is called power running in railway terms. From now on, the term “powering” will be used. Therefore, it is good if there is a train that is lucky and powering and absorbs the regenerative power. However, if there is no such train, the voltage of the capacitor Ca is raised, the overvoltage detection is activated, and the regenerative brake is given up. It can be switched to a dynamic brake using a resistor mounted on the vehicle as a saucer or a friction brake. This is called regenerative revocation, and it occurs at a fairly high frequency in reality.
この回生失効で無駄に熱となるエネルギーの回収、および、摩擦ブレーキの多用による摩擦ブレーキ部品の消耗に対する保守費用の低減等のために、車上にバッテリーを搭載しようという提案がなされている。構成をシンプルにするには、バッテリー電圧と架線給電システムの電圧を等しくするのが望ましいが、最も一般的である1500V直流架線給電方式に適用する場合、高圧のバッテリーは扱いが難しく、バッテリーは非常に大きなバックパワーを持っているため、安全面でも危険が伴う、このため、各所でなされている提案は、バッテリー電圧を比較的低く設定している。上述した単巻変圧器を使用したDC/DCコンバータを用いた電動機制御回路はこの要求にマッチしたものである。 Proposals have been made to mount a battery on the vehicle in order to recover wasteful heat energy due to regenerative expiration and reduce maintenance costs for wear of friction brake parts due to heavy use of friction brakes. In order to simplify the configuration, it is desirable to make the battery voltage equal to the voltage of the overhead power supply system, but when applied to the most common 1500V DC overhead power supply system, the high voltage battery is difficult to handle and the battery is very Because of its large back power, there is also a danger in terms of safety. For this reason, the proposals made in various places set the battery voltage relatively low. The motor control circuit using the DC / DC converter using the autotransformer described above matches this requirement.
VVVFインバータでの回生制動は、VVVFインバータ自体が制御能力を持っており、一般的にはブレーキ力がブレーキ開始から停止付近まで一定になるように、実際には電動機電流一定の制御が行われ、回生電流は、ブレーキ開始点が最大で速度の低下とともに直線的に減少し速度0で回生電流も0となる。これに対して、DC/DCコンバータの制御は、導通率制御のような対応は一切不要で、周期的にトランジスタTRa,TRbを交互にON−OFFし、これに同期して半導体スイッチング素子THa1,THb1のゲートに信号を与え、キャパシタCaの電圧に拮抗する電圧を端子D点にひたすら発生させておけば、VVVFインバータの制御に応じて回生電流は巻線B−C経由でバッテリー、巻線A−C経由でバッテリーへ自動的に流れ込み、バッテリーに吸収される。 In the regenerative braking by the VVVF inverter, the VVVF inverter itself has a control capability, and in general, the motor current is actually controlled to be constant so that the braking force is constant from the start to the stop of the brake. The regenerative current is the maximum at the brake start point and decreases linearly with a decrease in speed, and at zero speed, the regenerative current becomes zero. On the other hand, the control of the DC / DC converter does not require any correspondence such as the continuity control, and the transistors TRa and TRb are alternately turned on and off alternately, and the semiconductor switching elements THa1 and THa1 are synchronized with this. If a signal is given to the gate of THb1 and a voltage antagonizing the voltage of the capacitor Ca is generated at the terminal D point, the regenerative current is supplied to the battery, the winding A via the winding BC in accordance with the control of the VVVF inverter. Automatically flows into the battery via -C and is absorbed by the battery.
バッテリーに吸収されたエネルギー量は、次の運転時の電車の加速エネルギーとして再利用される。都市内交通の場合、ブレーキ時にバッテリーに回収されるエネルギー量はバッテリーの充放電効率を考慮に入れても、加速に必要な全エネルギー量の30〜40%に相当し、電車の空調、照明等で消費するには多すぎる量である。したがって、次の力行時に充電分を加速エネルギーの一部に利用する方法が最も望ましい解決方法である。バッテリーからの放出方法としては、架線とバッテリーから同時に並列に給電する方法がある。架線とバッテリーからの夫々のパワーの分担は、架線電圧に対して、DC/DCコンバータの出力電圧を制御することにより変えることができる。DC/DCコンバータの電圧は、DC/DCコンバータで一般に行われるトランジスタTRa,TRbの導通率を制御する方法、半導体スイッチング素子THc1,THd1の点弧位置をトランジスタTRa,TRbに対して制御する方法があるが、どちらもDC/DCコンバータの出力電圧の脈動が大きく、安定な制御のためには電流の脈動を小さく抑えることが必要で、そのためフィルタインダクタンスが大きくなる。 The amount of energy absorbed by the battery is reused as the acceleration energy of the train during the next driving. In the case of urban traffic, the amount of energy recovered by the battery during braking is equivalent to 30-40% of the total energy required for acceleration, taking into account the charge / discharge efficiency of the battery. Too much to consume. Therefore, the most preferable solution is to use the charged portion as part of the acceleration energy at the next powering. As a discharge method from the battery, there is a method of supplying power in parallel from the overhead wire and the battery at the same time. The sharing of power from the overhead line and the battery can be changed by controlling the output voltage of the DC / DC converter with respect to the overhead line voltage. As for the voltage of the DC / DC converter, there are a method for controlling the conduction ratios of the transistors TRa and TRb generally performed in the DC / DC converter, and a method for controlling the firing positions of the semiconductor switching elements THc1 and THd1 with respect to the transistors TRa and TRb. However, in both cases, the pulsation of the output voltage of the DC / DC converter is large, and it is necessary to keep the pulsation of the current small for stable control, so that the filter inductance becomes large.
図16の電動機制御回路では、半導体スイッチング素子THnのアノード側をバッテリーの(+)端子に接続し、カソード側を電動機制御回路THa1、THb1のカソードと一括してD点に接続している。これにより、力行時に、半導体スイッチング素子THnが導通状態にあれば、D点には常時バッテリー電圧が印加され、半導体スイッチング素子THa1、THb1の点弧位置を、トランジスタTRa,TRbに対して制御すれば、バッテリー電圧Eとその2倍の2Eの中間の任意の電圧を得ることができる。DC/DCコンバータの出力電圧の脈動は、前述の方法と比べて1/2となるのでフィルタインダクタンスを小型化できる利点がある。 In the motor control circuit of FIG. 16, the anode side of the semiconductor switching element THn is connected to the (+) terminal of the battery, and the cathode side is connected to point D together with the cathodes of the motor control circuits THa1 and THb1. As a result, if the semiconductor switching element THn is in a conducting state during powering, a battery voltage is always applied to the point D, and the ignition positions of the semiconductor switching elements THa1 and THb1 are controlled with respect to the transistors TRa and TRb. Any voltage intermediate between the battery voltage E and twice that of 2E can be obtained. Since the pulsation of the output voltage of the DC / DC converter is ½ compared to the above-described method, there is an advantage that the filter inductance can be reduced.
図16の電動機制御回路の力行時の動作を説明する。図17は、力行100%導通時の電圧波形を示す。DC/DCコンバータはトランジスタTRa,TRbが交互に導通を繰り返し、A点の電位はトランジスタTRbのON時は2E、トランジスタTRaのON時はG電位である。D点の電位は、力行時には、例えば、半導体スイッチング素子THnには、点弧信号が与えられ導通状態にあるので、ベースとしてバッテリー電圧Eが与えられている。半導体スイッチング素子THa1,THb1をトランジスタTRb,TRaに同期して導通させること、あるいは、半導体スイッチング素子THa1,THb1に同時に点弧信号を与えることにより100%の出力電圧2Eが得られる。
The operation during powering of the motor control circuit of FIG. 16 will be described. FIG. 17 shows a voltage waveform at the time of 100% power running. In the DC / DC converter, the transistors TRa and TRb repeat conduction alternately, and the potential at the point A is 2E when the transistor TRb is ON, and the G potential when the transistor TRa is ON. At the time of powering, for example, the semiconductor switching element THn is supplied with an ignition signal and is in a conductive state, so that the battery voltage E is applied as a base. The semiconductor switching elements THa1 and THb1 are turned on in synchronization with the transistors TRb and TRa, or an ignition signal is simultaneously applied to the semiconductor switching elements THa1 and THb1, whereby an
図18は、半導体スイッチング素子THa1,THb1をトランジスタTRb,TRaに同期させず、αなる位相角を以って導通させる。位相角αを変えることにより、D点電圧をEと2Eの間で自由に変えることができる。 In FIG. 18, the semiconductor switching elements THa1 and THb1 are made conductive with a phase angle of α without being synchronized with the transistors TRb and TRa. By changing the phase angle α, the D point voltage can be freely changed between E and 2E.
図19は、回生制動のための半導体スイッチング素子をタップ端子に接続した実施例の電動機制御回路を示す。図19においても、電動機の駆動時に用いられるタップ端子と半導体スイッチング素子よりなる回路の図示を省略してある。単巻変圧器Trの巻線端子AとC、BとCの間に設けられたタップ端子X,Yに、図13で説明したDC/DCコンバータの逆変換動作をさせるための半導体スイッチング素子THc1、THd1を巻線両端端子A,Bから、タップ端子X,Yに接続変更したものである。タップ端子X,Yに図13と同様に、半導体スイッチング素子THa2,THb2が並列に接続されていてもよい。バッテリーは、充電電圧と放電電圧との間に比較的大きな電圧差があり、バッテリー放電時のDC/DCコンバータの出力電圧を正常時の架線給電電圧変動範囲の上限付近に選定した場合、回生充電時のDC/DCコンバータの出力端子電圧は、回生制動時の制限電圧を超えて過電圧検知回路を動作させ、回生打切りとなる可能性も考えておかなければならない。図19の電動機制御回路では、X,Yなる中間タップを設けることにより、バッテリーの放電充電電圧の変動を補償して、DC/DCコンバータの出力電圧を負荷電動機側から見て、略一定にしようとするものである。これにより力行、回生共安定な動作が可能となる。 FIG. 19 shows an electric motor control circuit of an embodiment in which a semiconductor switching element for regenerative braking is connected to a tap terminal. Also in FIG. 19, illustration of the circuit which consists of a tap terminal and a semiconductor switching element used at the time of the drive of an electric motor is abbreviate | omitted. Semiconductor switching element THc1 for causing tap terminals X and Y provided between winding terminals A and C, and B and C of autotransformer Tr to perform the reverse conversion operation of the DC / DC converter described in FIG. , THd1 is changed from the winding end terminals A and B to the tap terminals X and Y. Similarly to FIG. 13, semiconductor switching elements THa2 and THb2 may be connected in parallel to the tap terminals X and Y. The battery has a relatively large voltage difference between the charge voltage and the discharge voltage. If the output voltage of the DC / DC converter at the time of battery discharge is selected near the upper limit of the normal feeder voltage fluctuation range, the battery is regeneratively charged. It is also necessary to consider the possibility that the output terminal voltage of the DC / DC converter at the time exceeds the limit voltage at the time of regenerative braking and causes the overvoltage detection circuit to operate, resulting in regenerative termination. In the motor control circuit of FIG. 19, by providing intermediate taps of X and Y, it is possible to compensate for fluctuations in the discharge charge voltage of the battery and make the output voltage of the DC / DC converter substantially constant when viewed from the load motor side. It is what. Thereby, stable operation is possible for both power running and regeneration.
図20の波形図で、図19の電動機制御回路の逆変換動作について説明する、巻線A−Cと巻線X−C(巻線B−Cと巻線Y−C)の巻線比をrとする。端子Xの電位はトランジスタTRbのON時はE+rE、トランジスタTRaのON時はE−rEである。逆変換時、半導体スイッチング素子THnはOFFとする。トランジスタTRb,TRaに同期して、半導体スイッチング素子THc1、THd1を導通させれば、端子Dは、電圧E+rEに対向する。ここで、電動機駆動用VVVFインバータが回生ブレーキ動作に入れば、キャパシタCaの電圧は突き上げられ、E+rEを超えたところで、インダクタンスLを通して、仮にトランジスタTRaが導通、半導体スイッチング素子THd1に点弧信号が加えられているとすると、キャパシタCa(+)→インダクタンスL→半導体スイッチング素子THd1→端子Y→巻線Y−C→端子C→バッテリー→キャパシタCa(−)なる回路で電流Iが流れる、巻線A−Cには、巻線Y−Cに流れた電流Iとアンペアターンの等しい電流rIが、A−Cの方向に流れ、バッテリーにはI+Irなる電流が流れ込む。次の半サイクルに切り替わる手前で、半導体スイッチング素子THc1を点弧すると、半導体スイッチング素子THd1に流れていた電流がTHc1に移り、キャパシタCa(+)→インダクタンスL→半導体スイッチング素子THc1→端子X→巻線X−A→端子A→トランジスタTRa→キャパシタCa(−)なる回路で電流Iが流れる。バッテリー充電電流も零となる。次の、サイクルに入るとトランジスタTRaがOFFされ、インダクタンスにL・di/dtが誘起し、キャパシタCaの電圧に加算され、キャパシタCa(+)→インダクタンスL→半導体スイッチング素子THc1→端子X→巻線X−C→端子C→バッテリー−キャパシタCa(−)なる回路で電流Iが流れる、巻線B−Cには、巻線X−Cに流れた電流Iとアンペアターンの等しい電流rIが、B−Cの方向に流れ、バッテリーにはI+Irなる電流が流れ込む。以下同様な経過をたどる。 FIG. 20 is a waveform diagram illustrating the reverse conversion operation of the motor control circuit of FIG. 19. The winding ratio between winding AC and winding XC (winding BC and winding YC) is shown in FIG. Let r. The potential of the terminal X is E + rE when the transistor TRb is ON, and E−rE when the transistor TRa is ON. At the time of reverse conversion, the semiconductor switching element THn is turned off. If the semiconductor switching elements THc1 and THd1 are turned on in synchronization with the transistors TRb and TRa, the terminal D faces the voltage E + rE. Here, if the VVVF inverter for driving the motor enters the regenerative braking operation, the voltage of the capacitor Ca is pushed up. When the voltage exceeds E + rE, the transistor TRa is turned on through the inductance L, and an ignition signal is applied to the semiconductor switching element THd1. Assuming that the current is flowing in the circuit of capacitor Ca (+) → inductance L → semiconductor switching element THd1 → terminal Y → winding YC → terminal C → battery → capacitor Ca (−), winding A In -C, a current rI having an ampere-turn equal to the current I flowing in the winding Y-C flows in the direction of AC, and a current I + Ir flows into the battery. When the semiconductor switching element THc1 is fired before switching to the next half cycle, the current flowing through the semiconductor switching element THd1 moves to THc1, and the capacitor Ca (+) → inductance L → semiconductor switching element THc1 → terminal X → winding. A current I flows in a circuit of line X-A → terminal A → transistor TRa → capacitor Ca (−). Battery charging current is also zero. In the next cycle, the transistor TRa is turned off, L · di / dt is induced in the inductance, and added to the voltage of the capacitor Ca, and the capacitor Ca (+) → inductance L → semiconductor switching element THc1 → terminal X → winding. The current I flows in the circuit of the line X-C → terminal C → battery-capacitor Ca (−). In the winding BC, a current rI having an ampere-turn equal to the current I flowing in the winding X-C is obtained. It flows in the direction of B-C, and a current of I + Ir flows into the battery. The same process is followed below.
図21は、図19と同じ効果を持たせるための、もう一つの実施例である。バッテリー充電時のDC/DCコンバータの出力電圧を正常時の架線給電電圧変動範囲の上限付近に選定し、力行時の電圧低下を補償するために、単巻変圧器の巻線両側端子A、Bの外側に夫々巻線A−X’、B−Y’を追加し、DC/DCコンバータの出力電圧を負荷電動機側からみて、略一定にしようとするものである。 FIG. 21 shows another embodiment for providing the same effect as FIG. In order to select the output voltage of the DC / DC converter when charging the battery near the upper limit of the normal feeder voltage fluctuation range during normal operation, and to compensate for the voltage drop during power running, both winding terminals A and B of the autotransformer Windings AX ′ and BY ′ are added to the outside of the DC / DC converter, respectively, so that the output voltage of the DC / DC converter is substantially constant when viewed from the load motor side.
図22は、直流直巻電動機の速度制御に本発明の電動機制御回路を用いた実施例を示す。直流直巻電動機は回転子である電機子Mと、固定子である界磁巻線MFから構成される。界磁巻線MFに電流を流すことにより磁界が作られ、この磁界と電機子電流の間で回転力を発生し電動機は回転する。電動機を逆転させるためには、逆転器RVを切替え、今まで閉じていた接点を開き、開いていた接点を閉じる。これによって界磁巻線MFに流れる電流の方向を変える。さらに、電流の流れる方向が逆になることにより、磁界の方向も逆転し、回転子に逆回転方向の回転力を発生させる。また、ブレーキ時は、電動機の誘起電圧の方向を変えないで電流の方向を逆にする必要があるので、やはり逆転器RVによる界磁の接続を切替える。 FIG. 22 shows an embodiment in which the motor control circuit of the present invention is used for speed control of a DC series motor. The DC series motor includes an armature M as a rotor and a field winding MF as a stator. A magnetic field is created by passing a current through the field winding MF, and a rotational force is generated between the magnetic field and the armature current, so that the motor rotates. In order to reverse the motor, the reverser RV is switched, the contact that has been closed is opened, and the contact that has been opened is closed. This changes the direction of the current flowing through the field winding MF. Furthermore, when the direction of current flow is reversed, the direction of the magnetic field is also reversed, causing the rotor to generate a rotational force in the reverse rotation direction. Further, at the time of braking, since it is necessary to reverse the direction of the current without changing the direction of the induced voltage of the motor, the field connection by the reverser RV is also switched.
直流直巻電動機の速度制御には、加える電圧を電動機の加速に従って徐々に上昇させる制御が必要である、図22において、加速運転を行うには、各巻線端子に接続されている半導体スイッチング素子THa1,THa2,THb1,THb2,THnを選択して使用する。トランジスタTRa,TRbを1/2周期毎に交互に導通させることにより、インバータを作動させ、トランジスタTRaに同期して半導体スイッチング素子THa2、トランジスタTRbに同期して半導体スイッチング素子THb2を交互に導通させることにより、直流電動機には最低のステップ電圧E/2を直接(図23)、あるいは、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THa1とTHa2の導通率制御、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THb1とTHb2の導通率制御を交互に行うことより零から最低ステップ電圧E/2までの電圧を徐々に与える(図24)。 In order to control the speed of the DC series motor, the applied voltage needs to be gradually increased according to the acceleration of the motor. In FIG. 22, in order to perform the acceleration operation, the semiconductor switching element THa1 connected to each winding terminal. , THa2, THb1, THb2, and THn are selected and used. The transistors TRa and TRb are alternately turned on every 1/2 cycle to operate the inverter, and the semiconductor switching element THa2 is turned on in synchronization with the transistor TRa and the semiconductor switching element THb2 is turned on alternately in synchronization with the transistor TRb. Thus, the DC motor has the lowest step voltage E / 2 directly (FIG. 23), or the conduction rate control of the transistor TRa and the semiconductor switching elements THa1 and THa2, and the conduction rate of the transistor TRb and the semiconductor switching elements THb1 and THb2. By alternately performing the control, a voltage from zero to the lowest step voltage E / 2 is gradually applied (FIG. 24).
電動機の加速に応じて、電流が減少するので、基準の電流値まで減少したことを目安に、次のステップ、すなわち、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THn、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THnを交互に導通させることにより、直流電動機には次のステップ電圧Eを直接、あるいは、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THa2と半導体スイッチング素子THnの導通率制御、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THb2と半導体スイッチング素子THnの導通率制御を交互に行い、次ステップ電圧Eまでの電圧を徐々に与える、同様に、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THb2、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THa2を交互に導通させることにより、直流電動機には次のステップ電圧3E/2を直接、あるいは、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THnと半導体スイッチング素子THb2の導通率制御、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THnと半導体スイッチング素子THa2の導通率制御を交互に行い、さらなるステップ電圧3E/2までの電圧を徐々に与える。最後は、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THb1、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THa1を交互に導通させ直接、あるいは、トランジスタTRa、半導体スイッチング素子THb2と半導体スイッチング素子THb1の導通率制御、および、トランジスタTRb、半導体スイッチング素子THa2と半導体スイッチング素子THa1の導通率制御を交互に行い、最大電圧2Eが加えられ、電動機は電圧2Eでさらに加速され、負荷とバランスした速度、電流で回転を継続する。
Since the current decreases in accordance with the acceleration of the motor, the next step, that is, the transistor TRa, the semiconductor switching element THn, and the transistor TRb, the semiconductor switching element THn are alternated with reference to the decrease to the reference current value. To the DC motor, the next step voltage E is applied directly to the DC motor or the conduction ratio control of the transistor TRa, the semiconductor switching element THa2 and the semiconductor switching element THn, and the transistor TRb, the semiconductor switching element THb2 and the semiconductor switching element. The conduction rate control of THn is alternately performed, and the voltage up to the next step voltage E is gradually applied. Similarly, the transistor TRa, the semiconductor switching element THb2, the transistor TRb, and the semiconductor switching element THa2 are alternately switched. By allowing the DC motor to pass, the
回生制動への切り替えは、一旦、半導体スイッチング素子THa,THbをOFFして電流を零とし、但し、DC/DCコンバータは無負荷で動作を継続する。界磁巻線の接続を切替え、次いで、トランジスタTRaの導通時は半導体スイッチング素子THc1を、トランジスタTRbの導通時は半導体スイッチング素子TRd1を夫々同期して導通させ、直流電動機の残留磁気により、直流電動機電機子M(+)端子→直巻界磁MF→電流断続防止インダクタL→半導体スイッチング素子THc1→トランジスタTRa(あるいは、半導体スイッチング素子THd1→トランジスタTRbを半周期毎交互に)→点G→直流電動機(−)端子なる回路で、電流を立ち上げる(図25)。電流断続防止用インダクタンスLに流れる電流Iは次第に増加し、インダクタンスLにエネルギーが蓄えられる、規定値まで増加したところで、図25では、たまたま、トランジスタTRbが導通の1/2周期で、X点に対応、X点では、トランジスタTRaの導通に同期して半導体スイッチング素子THc1を導通せず、半導体スイッチング素子THd1を導通したままとする。 In switching to regenerative braking, the semiconductor switching elements THa and THb are turned off once to make the current zero, however, the DC / DC converter continues to operate with no load. The connection of the field windings is switched, and then the semiconductor switching element THc1 is turned on synchronously when the transistor TRa is turned on, and the semiconductor switching element TRd1 is turned on synchronously when the transistor TRb is turned on. Armature M (+) terminal → Series winding field MF → Current interruption preventing inductor L → Semiconductor switching element THc1 → Transistor TRa (or semiconductor switching element THd1 → Transistor TRb alternately every half cycle) → Point G → DC motor A current is raised in a circuit (−) terminal (FIG. 25). The current I flowing through the current interrupt prevention inductance L gradually increases, and energy is stored in the inductance L. When the current I increases to a specified value, in FIG. Correspondingly, at the point X, the semiconductor switching element THc1 is not turned on in synchronization with the conduction of the transistor TRa, and the semiconductor switching element THd1 is kept turned on.
インダクタンスLに蓄えられたエネルギーにより、単巻変圧器のB端子電圧は突き上げられ、巻線B−A間には、キャパシタCaの電圧+L・dI/dtなる電圧が加わり、キャパシタCa(+)端子→電流断続防止インダクタL→半導体スイッチング素子THd1→単巻変圧器Tr巻線B−A→トランジスタTRa→点G→キャパシタCa(−)端子なる径路で電流Iが流れる。これに対して、単巻変圧器にはA−Cなる方向に、B−A方向の電流Iとアンペアターンの等しい電流、C点は単巻変圧器の中間点であるので巻数はB−A間の1/2、したがって2Iなる電流が流れ、結果的に、単巻変圧器B−C間にB−C方向にI,A−C間にA−C方向にIなる電流が流れ、両者の和2Iなる電流がバッテリーBaに充電電流として流入する。 この電流は、L・dI/dtが時間とともに減少するので、Lに流れる電流は減少傾向を示す。 The B terminal voltage of the autotransformer is pushed up by the energy stored in the inductance L, and the voltage of the capacitor Ca + L · dI / dt is added between the windings B-A, and the capacitor Ca (+) terminal. → Current interrupt prevention inductor L → Semiconductor switching element THd1 → Single-turn transformer Tr winding BA → Transistor TRa → Point G → Capacitor Ca (−) terminal A current I flows through the path. On the other hand, in the autotransformer, in the direction of A-C, the current I in the B-A direction is equal to the ampere turn, and the point C is an intermediate point of the autotransformer, so the number of turns is B-A. As a result, a current of 1/2, 2I, flows between the autotransformers B-C, and a current of I flows in the B-C direction between the autotransformers B-C. Current 2I flows into the battery Ba as a charging current. In this current, since L · dI / dt decreases with time, the current flowing through L tends to decrease.
トランジスタTRaの導通の1/2周期の末期、図25のY点、半導体スイッチング素子THc1を導通,半導体スイッチング素子THd1には逆電圧が加わるので直ちに電流零、バッテリー充電電流も零となる。キャパシタCa(+)端子→電流断続防止インダクタL→半導体スイッチング素子THc1→トランジスタTRa→点G→キャパシタCa(−)端子なる径路で電流が流れ、Lにエネルギーが蓄えられ、電流は増加する。 At the end of the half cycle of the conduction of the transistor TRa, the Y point in FIG. 25, the semiconductor switching element THc1 is turned on, and a reverse voltage is applied to the semiconductor switching element THd1, so the current is zero immediately and the battery charging current is also zero. Current flows through a path of capacitor Ca (+) terminal → current interrupt prevention inductor L → semiconductor switching element THc1 → transistor TRa → point G → capacitor Ca (−) terminal, energy is stored in L, and current increases.
TRaの導通信号をOFFすると単巻変圧器Trの巻線A−C間には、キャパシタCaの電圧+L・dI/dtなる電圧とバッテリーBaの電圧の差電圧が、C−A方向に加わり、巻線B−C間にB−C方向の電圧を発生、巻線B−C→バッテリーBa→G点→トランジスタTRbのダイオード部→巻線B−C方向に電流が流れる、この電流に対して、単巻変圧器Trの巻線A−C間には、B−C間に流れる電流によって単巻変圧器内に発生する磁界を打消す方向に、アンペアターンの等しい電流が流れ、バッテリーには両電流の和が充電電流として流れる。この電流は、L・dI/dtが時間とともに減少するので、Lに流れる電流は減少傾向を示す。 When the conduction signal of TRa is turned OFF, a voltage difference between the voltage of the capacitor Ca + L · dI / dt and the voltage of the battery Ba is added in the direction C−A between the windings AC of the autotransformer Tr. A voltage in the B-C direction is generated between the windings B-C, a current flows in the direction of the winding B-C, the battery Ba, the point G, the diode portion of the transistor TRb, and the winding B-C. Between the windings A and C of the autotransformer Tr, a current having an equal ampere flow flows in the direction of canceling out the magnetic field generated in the autotransformer due to the current flowing between B and C. The sum of both currents flows as the charging current. In this current, since L · dI / dt decreases with time, the current flowing through L tends to decrease.
以後、1/2周期毎に同様な経過をたどる。電動機から見れば、回生制動が作動するので、その速度は次第に低下し、誘起起電力も速度の低下とともに低下する。電動機の制動力は速度の低下とは無関係に一定に保つ必要があるので、電動機電流を一定にするように制御する必要がある。一方、バッテリー電圧は、ほぼ一定であるので、インダクタンスLによる突き上げ電圧を大きくしてやる必要がある。したがって、電動機の電流が一定になるように、Lへのエネルギー蓄積時間を長くするように制御を行う必要がある。電動機速度の低下とともに、バッテリーへの充電電流の時間幅は狭くなり充電電流は減少してゆく。 Thereafter, the same process is followed every half cycle. From the viewpoint of the electric motor, since regenerative braking operates, the speed gradually decreases, and the induced electromotive force also decreases as the speed decreases. Since the braking force of the motor needs to be kept constant regardless of the decrease in speed, it is necessary to control the motor current to be constant. On the other hand, since the battery voltage is substantially constant, it is necessary to increase the push-up voltage due to the inductance L. Therefore, it is necessary to perform control so as to increase the energy storage time in L so that the electric current of the motor becomes constant. As the motor speed decreases, the time width of the charging current to the battery narrows and the charging current decreases.
なお、回生制動に用いる半導体スイッチング素子(上述した実施例では、THc1,THd1)は、電動機の駆動電圧を得るための半導体スイッチング素子(上述した実施例では、THa0〜THa3,THb0〜THb3,THn等)の複数に並列に設けて、選択して用いてもよい。もちろん、すべての電動機の駆動電圧を得るための半導体スイッチング素子に並列に設けて、選択して用いてもよい。これらの場合は、中間タップCに対して対称のタップに接続した半導体スイッチング素子が選択される。また、図19で説明したように、電動機の駆動電圧を得るための半導体スイッチング素子が接続されるタップ端子とは別異のタップ端子に、回生制動に用いる半導体スイッチング素子を接続するようにしてもよい。 The semiconductor switching elements used for regenerative braking (THc1, THd1 in the above-described embodiment) are semiconductor switching elements for obtaining the drive voltage of the motor (THa0-THa3, THb0-THb3, THn, etc. in the above-described embodiments). ) May be selected and used in parallel. Of course, it may be selected and used in parallel with semiconductor switching elements for obtaining drive voltages of all electric motors. In these cases, a semiconductor switching element connected to a tap symmetrical to the intermediate tap C is selected. Further, as described in FIG. 19, the semiconductor switching element used for regenerative braking may be connected to a tap terminal different from the tap terminal to which the semiconductor switching element for obtaining the driving voltage of the electric motor is connected. Good.
本発明においては、上述したように、タップ端子を有する単巻変圧器を用いて、同期点弧方式を採用したことにより、動作電圧の制御が可能となるとともに、回生制動を行う場合には、安定な回生制動が可能であり、自動車用、あるいは、電気鉄道車両用として有効である。 In the present invention, as described above, by using the auto-transformer having a tap terminal and adopting the synchronous ignition method, the operation voltage can be controlled, and when regenerative braking is performed, Stable regenerative braking is possible, and it is effective for automobiles or electric railway vehicles.
Ba:バッテリー、TRa,TRb…トランジスタ、THa0〜THa3,THb0〜THb3,THn:半導体スイッチング素子、Tr:単巻変圧器、LR:負荷、L:インダクタンス、Ca:キャパシタ、M:電動機、TRu〜TRz:トランジスタ。 Ba: battery, TRa, TRb ... transistor, THa0 to THa3, THb0 to THb3, THn: semiconductor switching element, Tr: autotransformer, LR: load, L: inductance, Ca: capacitor, M: electric motor, TRu to TRz : Transistor.
Claims (8)
前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、
前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、
前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、
少なくとも1つの選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであることを特徴とする電動機駆動回路。 One pole of the DC power supply is connected to the terminal of the midpoint of the autotransformer, and the other pole of the DC power supply is connected to the terminals at both ends of the autotransformer via switching elements, respectively.
A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends and symmetrical with respect to the terminal at the intermediate point are respectively connected to the motor via a selection circuit. Connected to one terminal, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the motor,
The switching elements are alternately controlled to be opened and closed so that there is no conduction period.
Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows current to flow in the direction of driving the electric motor,
An electric motor driving circuit, wherein at least one selection circuit is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element.
前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、
前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、
前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、
前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであることを特徴とする電動機駆動回路。 One pole of a DC power supply is connected to the terminal of the midpoint of the autotransformer, and is provided at a position symmetrical to the terminals of the midpoint inside the terminals at both ends of the autotransformer. The other pole of the DC power supply is connected to each terminal via a switching element,
A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends and symmetrical with respect to the terminal at the intermediate point are respectively connected to the motor via a selection circuit. Connected to one terminal, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the motor,
The switching elements are alternately controlled to be opened and closed so that there is no conduction period.
Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows current to flow in the direction of driving the electric motor.
An electric motor driving circuit, wherein a selection circuit connected to a tap terminal provided at the symmetrical position is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element.
前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、
前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、
前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、
前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、
かつ、少なくとも1つの選択回路においては、前記一方向性素子に並列に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする電動機駆動回路。 One pole of the DC power supply is connected to the terminal of the midpoint of the autotransformer, and the other pole of the DC power supply is connected to the terminals at both ends of the autotransformer via switching elements, respectively.
A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends and symmetrical with respect to the terminal at the intermediate point are respectively connected to the motor via a selection circuit. Connected to one terminal, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the motor,
The switching elements are alternately controlled to be opened and closed so that there is no conduction period.
Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows current to flow in the direction of driving the electric motor,
The selection circuit connected to the tap terminal provided at the symmetrical position is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element,
In addition, in the at least one selection circuit, a unidirectional element that can be controlled to open and close and flows a current in a direction opposite to the direction is connected in parallel to the unidirectional element. An electric motor drive circuit characterized in that the electric motor is driven and regeneratively braked by opening and closing control.
前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、
前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、
前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、
前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、
かつ、少なくとも1つの選択回路においては、前記一方向性素子に並列に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする電動機駆動回路。 One pole of a DC power supply is connected to the terminal of the midpoint of the autotransformer, and is provided at a position symmetrical to the terminals of the midpoint inside the terminals at both ends of the autotransformer. The other pole of the DC power supply is connected to each terminal via a switching element,
A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends and symmetrical with respect to the terminal at the intermediate point are respectively connected to the motor via a selection circuit. Connected to one terminal, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the motor,
The switching elements are alternately controlled to be opened and closed so that there is no conduction period.
Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows current to flow in the direction of driving the electric motor.
The selection circuit connected to the tap terminal provided at the symmetrical position is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element,
In addition, in the at least one selection circuit, a unidirectional element that can be controlled to open and close and flows a current in a direction opposite to the direction is connected in parallel to the unidirectional element. An electric motor drive circuit characterized in that the electric motor is driven and regeneratively braked by opening and closing control.
前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、
前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、
前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、
前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、
かつ、前記タップ端子とは異なる1以上のタップ端子と前記一方の端子との間に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする電動機駆動回路。 One pole of the DC power supply is connected to the terminal of the midpoint of the autotransformer, and the other pole of the DC power supply is connected to the terminals at both ends of the autotransformer via switching elements, respectively.
A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends and symmetrical with respect to the terminal at the intermediate point are respectively connected to the motor via a selection circuit. Connected to one terminal, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the motor,
The switching elements are alternately controlled to be opened and closed so that there is no conduction period.
Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows current to flow in the direction of driving the electric motor,
The selection circuit connected to the tap terminal provided at the symmetrical position is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element,
In addition, one or more tap terminals different from the tap terminal and the one terminal are connected with a unidirectional element capable of opening / closing control and flowing a current in a direction opposite to the direction. An electric motor drive circuit for driving an electric motor and performing regenerative braking by controlling opening and closing of a directional element.
前記単巻変圧器の前記両端の端子および前記両端の端子間であって前記中間点の端子に対して対称の1以上の位置に設けられた複数のタップ端子がそれぞれ選択回路を介して電動機の一方の端子に接続され、前記直流電源の前記他方の極が前記電動機の他方の端子に接続されてなり、
前記スイッチング素子は、ともに導通する期間が存在しないように交互に開閉制御されるものであり、
前記それぞれの選択回路は、開閉制御が可能であって前記電動機を駆動する方向に電流を流す一方向性素子を有し、
前記対称の位置に設けられたタップ端子に接続された選択回路が前記スイッチング素子の開閉制御に同期して開閉制御されるものであり、
かつ、前記タップ端子とは異なる1以上のタップ端子と前記一方の端子との間に、開閉制御が可能であって前記方向とは逆方向に電流を流す一方向性素子が接続され、これら一方向性素子の開閉制御により、電動機の駆動と回生制動を行うものであることを特徴とする電動機駆動回路。 One pole of a DC power supply is connected to the terminal of the midpoint of the autotransformer, and is provided at a position symmetrical to the terminals of the midpoint inside the terminals at both ends of the autotransformer. The other pole of the DC power supply is connected to each terminal via a switching element,
A plurality of tap terminals provided at one or more positions symmetrical between the terminals at both ends of the autotransformer and the terminals at both ends and symmetrical with respect to the terminal at the intermediate point are respectively connected to the motor via a selection circuit. Connected to one terminal, the other pole of the DC power supply is connected to the other terminal of the motor,
The switching elements are alternately controlled to be opened and closed so that there is no conduction period.
Each of the selection circuits has a unidirectional element that can be controlled to open and close and that allows current to flow in the direction of driving the electric motor.
The selection circuit connected to the tap terminal provided at the symmetrical position is controlled to be opened and closed in synchronization with the switching control of the switching element,
In addition, one or more tap terminals different from the tap terminal and the one terminal are connected with a unidirectional element capable of opening / closing control and flowing a current in a direction opposite to the direction. An electric motor drive circuit for driving an electric motor and performing regenerative braking by controlling opening and closing of a directional element.
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