三相誘導電動機 回生ブレーキ

工業高校、高校３年生徒です。宜しくお願いいたします。
課題研究でＶＶＶＦインバータを製作しようと考えています。
現在、並列運転方式の補助電源装置を研究、製作しています。
前回、三相誘導電動機が発電する仕組みを質問しまして、回答の結果理解することが出来ました。参考書やインターネットで調べた結果、のっていなかったので質問します。
質問内容ですが、回生ブレーキの際、電源側より高い電圧を加える必要があるとのことですが、どのような条件で電源側よりモータ側の電圧が上がるのですか？またモータ側の電圧を上げるにはどのようにしたらよいですか？電圧を上げる際に、コンバータなど使用しない条件でお願いします。
回生ブレーキの際の計算式などがあるのですか？
電圧型インバータで、周波数を下げると電源側に回生されると参考書に書いてありますが、計算式がのっていませんでした。
質問がたくさんあってすいません。
興味があるので是非教えてください。

No.1 ベストアンサー 回答者： fujiyama32 回答日時： 2009/08/22 17:52

標準モータ（カゴ形モータ）をVVVFインバータで可変速運転する場合、原理的

な考え方で説明しますと、「V/f一定制御方式(*1)」により可変速運転しません
と、モータが焼損する恐れがあります。
「V/f一定制御方式」とはインバータの出力周波数と同時に出力電圧の比を一定
の値にしてモータの運転電流が過電流にならないようにする制御方式です。
（単純に周波数のみを下げただけではインピーダンスが小さくなりモータには
過電流が流れ、過熱してしまうためで、過電流が流れないように同時に電圧も
低くする必要があります。）

インバータを運転しますとインバータの出力周波数と出力電圧をあらかじめ
定められた加速時間により設定された運転周波数まで上昇させ、連続運転に移行
します。
インバータに停止指令を与えますと、インバータは定められた減速時間により
徐々に出力周波数を下げます。この時、同時に出力電圧も小さくなります。

ところが、モータには負荷装置が組み合わされていますので、慣性モーメント(*2)
があります。減速を開始したことを短時間的に考えますと出力周波数を下げても、
慣性モーメントの影響によりほん少し高い状態の回転速度で回転しています。
出力周波数に比例した出力電圧も少し下げた状態ですのでモータの逆起電圧の方
が高い状態となります。
この状態を単純に言えばモータが装置の慣性モーメントの持つエネルギーにより
回転されて発電機状態で回転していることになります。

この回転エネルギーが回生エネルギー(電力)となりインバータの直流中間回路
に戻ってきます。
直流中間回路にはコンデンサが接続されていますので、コンデンサに充電しよう
としますが、コンデンサ容量には限度がありますので、直流中間回路部の電圧が
上昇し、過電圧になります。
過電圧状態には限度がありますので、直流中間回路部に制動用抵抗器と制動用
トランジスタを設け、直流中間回路の電圧を監視しています。
直流中間回路の電圧がある電圧以上になりますとトランジスタをONして制動用
抵抗器にて回生エネルギー(電力)を放電させています。
インバータが減速を開始しますと、制動用抵抗器にて回生エネルギーを放電
させることにより、減速がスムーズに行われ停止状態となります。
なお、慣性モーメントが小さい場合は、モータの損失やインバータ回路の損失
およびコンデンサの吸収分で制動用回路が動作せずに停止する場合もあります。

(*1)V/f一定制御方式
市販されている初期のVVVFインバータでは、この方式により製作販売されていま
したが、種々の欠点があり、現在ではこの方式に、より高度な制御方法を加えた
方式のインバータが主流になっています。

(*2)慣性モーメント
直線運動している物体には移動しようとしてもなかなか移動しません。逆に移動
している物体は止めようとしてもなかなか止まりません。
このような現象を物体には[慣性]があり、慣性が大きい、慣性が小さいといって
ます。
回転運動している回転体も同様に[慣性モーメント]が大きい、小さいという表現
をします。

回生ブレーキの実験
実験するなら、モータに直径の大きい厚みのある円板をカップリングで連結して
回転、停止させます。
減速状態の時、直流中間回路への流入する電流や電圧を測定します。

ただし、課題研究で製作しようとVVVFインバータの制御回路がどこまでの機能が
組み込まれているのか不明ですので、場合により故障する恐れがありますので
注意が必要です。

また、高速で円板が回転しますので、円板の周辺には飛散防止板を設けるなど危険
防止策を講じてから行って下さい。
加えて、先生の指導を仰ぎ、その指示に従って実験されることをお勧めします。

この回答へのお礼

細かい指導までありがとうございました。
今までで一番分かりやすかったです。
本当にありがとうございました。

お礼日時：2009/08/22 19:02