CN105281643B - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

电动机控制装置具备：整流器；平滑电容器，其设置于整流器的输出侧的直流环节；逆变换器，其将直流环节的直流电力与电动机侧的交流电力进行电力变换；初始充电单元，其在电动机驱动开始之前用来自整流器的直流电流对平滑电容器充电；电流检测单元，其检测整流器的输入侧的交流电流的检测值；电流变换单元，其输出将检测值变换为与直流环节的电流相当的值而得到的变换值；电流累计单元，其输出对上述变换值进行累计而得到的累计值；警告输出单元，其在累计值为第一阈值以上的情况下输出警告；切断单元，其能够根据指令来切断向整流器的交流电力；以及保护单元，其在警告输出时指示切断单元切断交流电力。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种将从三相交流电源供给的交流电力变换为直流电力来输出到直流环节(DC link)之后再变换为用于驱动电动机的交流电力来供给至电动机的电动机控制装置，特别涉及一种具有用于对设置于直流环节的平滑电容器充电的充电电阻的保护单元的电动机控制装置。
背景技术
在对机床、锻压设备、注射成型机、产业设备或各种机器人内的电动机进行驱动的电动机控制装置中，将从交流电源侧输入的交流电力暂且变换为直流电力，之后再变换为交流电力，将该交流电力用作针对每个驱动轴设置的电动机的驱动电力。
图7是表示一般的电动机控制装置的结构的图。电动机控制装置100具备整流器11和逆变换器12，对连接于该逆变换器12的交流侧的电动机2的速度、转矩或转子的位置进行控制，其中，该整流器11对来自三相交流输入电源3的交流电力进行整流来输出直流电力，该逆变换器12与作为整流器11的直流侧的直流环节连接，将从整流器11输出的直流电力变换为要作为电动机2的驱动电力而供给的具有期望电压和期望频率的交流电力，或者将从电动机2再生的交流电力变换为直流电力。此外，图中以L表示整流器11的三相交流输入侧的交流电抗器。
为了对与多个驱动轴对应地分别设置的各电动机2单独地供给驱动电力来对电动机2进行驱动控制，并联连接与电动机2的个数相同个数的逆变换器12。在各逆变换器12的直流输入侧分别设置有平滑电容器32。此外，在图7中为了简明化而将电动机2的个数设为一个，因而，逆变换器12为一个。另一方面，以降低电动机控制装置100的成本、占有空间为目的来针对多个逆变换器12设置一个整流器11的情况多。
平滑电容器32需要从电动机控制装置100刚启动之后起直到开始驱动电动机2为止(即逆变换器12的电力变换动作开始前)充电。下面，将开始驱动电动机2之前的平滑电容器32的充电称为“初始充电”。在初始充电开始时平滑电容器32中未蓄积能量的状态下，大的涌流流过整流器11。特别是，平滑电容器32的容量越大则产生越大的涌流。作为针对该涌流的对策，一般是在电动机控制装置100中在整流器11与平滑电容器32之间或者在整流器11的三相交流输入侧设置初始充电单元13。在图7所示的例子中，示出了在整流器11与平滑电容器32之间设置初始充电单元13的情况。在此虽未图示，但是例如在并联连接有多个逆变换器12的情况下，与此相应地平滑电容器32也具有彼此并联连接的关系，而在初始充电单元13设置于整流器11与平滑电容器32之间的情况下，在整流器11与这些平滑电容器32之间设置一个初始充电单元13。另外，例如，在此虽未图示，但是在初始充电单元13设置于整流器11的三相交流输入侧的情况下，与逆变换器12的连接个数无关地，对整流器11的三相交流输入侧的三相中的至少二相分别设置初始充电单元13。
初始充电单元13具有开关部33以及与开关部33并联连接的充电电阻31。开关部33仅在电动机控制装置100刚启动之后的平滑电容器32的初始充电期间内开路(断开)，在电动机控制装置100驱动电动机2的通常动作期间内维持闭路(接通)的状态。更具体地说，通过在从电动机控制装置100刚启动之后到开始驱动电动机2之前的初始充电期间内使开关部33开路(断开)，从整流器11输出的直流电力通过充电电阻31后流入到平滑电容器32，平滑电容器32被充电。当平滑电容器32被充电到规定的电压时，使开关部33闭路(接通)来完成初始充电动作。之后，逆变换器12开始电力变换动作来对电动机2供给驱动电力，电动机2基于该驱动电力进行驱动。
这样，在平滑电容器32的初始充电期间内使开关部33开路(断开)，因此从整流器11输出的直流电力流过充电电阻31而在充电电阻31中作为热在某种程度上被消耗，因此初始充电期间内的过大的涌流的产生得以抑制。然而，若因电流流过充电电阻31而产生的热过大，则导致充电电阻31熔断。一般来说，充电电阻31具有被定义为耐得住熔断的热量的瞬时负荷耐受量(下面，有时单纯称为“耐受量”。)。当产生瞬时负荷耐受量以上的热量的直流电流持续流过充电电阻31时，充电电阻31会熔断。
在初始充电期间内流过充电电阻31的直流电流依赖于平滑电容器32的容量，而且充电电阻31中产生的热量依赖于流过充电电阻31的直流电流，因此，能够设置于电动机控制装置100的平滑电容器32的最大容量是根据充电电阻31所具有的耐受量来决定的。在设计电动机控制装置100时，设计者通常会考虑充电电阻31所具有的耐受量与在该耐受量下能够设置的平滑电容器的最大容量的关系性，在不超过该最大容量的范围内选定平滑电容器32。
当设计者错误地选定了不满足上述设计必要条件的容量的平滑电容器32(即容量超过了根据充电电阻31所具有的耐受量而决定的平滑电容器32的最大容量的平滑电容器32)时，会有耐受量以上的直流电流流过充电电阻31，从而产生充电电阻31熔断之类的初始充电单元的异常。例如，在设计者以驱动多个电动机2为目的来设计设置有多个逆变换器12的电动机控制装置100的情况下，或者在之后的维护等中将平滑电容器32更换为容量大的平滑电容器或追加了新的平滑电容器32这样的情况下，有时将多个平滑电容器32的容量合成所得的容量超过根据充电电阻31所具有的耐受量而决定的平滑电容器32的最大容量(下面，有时将这种状态简单称为“平滑电容器32的容量过大”。)。
或者，即使在设计出满足上述的设计必要条件的电动机控制装置100的情况下，例如当由于整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而直流环节发生短路时，在初始充电期间内也会有耐受量以上的直流电流流过充电电阻31，从而产生充电电阻31熔断之类的初始充电单元的异常。
如以上所说明的那样，作为耐受量以上的直流电流流过充电电阻31的主要原因，有平滑电容器32的容量过大以及因整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而引起的直流环节的短路。此外，在此说明了初始充电单元13设置在整流器11与平滑电容器32之间的情况，但是在初始充电单元13设置于整流器11的三相交流输入侧的情况下，也同样地产生充电电阻31的熔断的问题。
如日本特开2000-152643号公报所记载的那样，以往以来，作为检测初始充电单元的异常的技术，存在如下技术：将对初始充电单元的输出电流进行时间积分所得的值与使在逆变器的直流侧的两端连接的电容器的容量乘以电压所得的值进行比较，在比较的结果为这两个值存在规定的设定值以上的差的情况下，判定为初始充电单元存在异常，切断用于充电动作的电路。
另外，或者，如日本特开2013-205257号公报所记载的那样，存在如下技术：根据被预充电的电容器的电压上升特性来检测时间常数，基于检测出的时间常数来判定预充电电路或电容器的故障，其中，该时间常数是根据在负荷的输入侧并联连接的电容器的容量和预充电电路的电阻值来确定的。
根据上述的以往技术，存在以下问题：虽然能够检测以因整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而引起的直流环节的短路为主要原因的初始充电单元的异常，但是无法检测以平滑电容器32的容量过大为主要原因的初始充电单元的异常。如上所述，在设计者以驱动多个电动机2为目的来设计设置有多个逆变换器12的电动机控制装置100的情况下，或者在之后的维护等中将平滑电容器32变更为容量大的平滑电容器或追加新的平滑电容器32的情况下，将多个平滑电容器32的容量合成所得的容量有可能会超过根据充电电阻31所具有的耐受量而决定的平滑电容器32的最大容量。即使将平滑电容器32并联连接或者更换为容量不同的平滑电容器，平滑电容器32的两端的直流电压值也不变，因此在上述的以往技术中无法检测以“平滑电容器32的容量过大”为主要原因的初始充电单元的异常。如果无法检测初始充电单元的异常，则无法适当地保护初始充电单元(特别是充电电阻)。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够可靠地保护用于设置于直流环节的平滑电容器的初始充电的初始充电单元的电动机控制装置。
为了实现上述目的，电动机控制装置具备：整流器，其对从三相交流输入侧供给的交流电力进行整流来输出直流电力；平滑电容器，其设置于作为整流器的直流输出侧的直流环节；逆变换器，其将直流环节中的直流电力与作为电动机的驱动电力或再生电力的交流电力的相互之间进行电力变换；初始充电单元，其具有开关部以及与开关部并联连接的充电电阻，在开始驱动电动机之前，该初始充电单元使开关部开路来经由充电电阻用从整流器输出的直流电流对平滑电容器充电；电流检测单元，其检测整流器的三相交流输入侧的交流电流值并输出交流电流检测值；电流变换单元，其输出将交流电流检测值变换为与直流环节中的直流电流相当的值而得到的变换值；电流累计单元，其输出对在利用初始充电单元对平滑电容器充电的充电期间内从电流变换单元输出的变换值进行累计而得到的累计值；警告输出单元，其在累计值为第一阈值以上的情况下输出警告；切断单元，其能够根据接收到的指令来切断向整流器的交流电力的供给；以及保护单元，在警告输出单元输出了警告时，该保护单元指示切断单元切断交流电力的供给。
在此，第一阈值被设定为比由于流过充电电阻的电荷量而导致该充电电阻熔断的该电荷量小的值。
另外，电动机控制装置也可以还具备：电压检测单元，其检测平滑电容器的直流电压值并输出直流电压检测值；以及电压上升值计算单元，其计算直流电压上升值，该直流电压上升值是直流电压检测值从利用初始充电单元对平滑电容器开始充电时起的上升量，在该情况下，警告输出单元在上述累计值为第一阈值以上且直流电压上升值小于第二阈值的情况下，输出警告。
在此，第二阈值被设定为比在上述累计值达到第一阈值的情况下的直流电压上升值的最小值小的值。
另外，电动机控制装置也可以还具备主要原因判别单元，在警告输出单元输出了警告时，该主要原因判别单元基于直流电压上升值来判别初始充电单元的警告产生主要原因。
在此，在警告输出单元输出了警告时的直流电压上升值小于第三阈值的情况下，主要原因判别单元判定为警告产生主要原因在于直流环节的短路，在警告输出单元输出了警告时的直流电压上升值为第三阈值以上的情况下，主要原因判别单元判定为警告产生主要原因在于设置于直流环节的平滑电容器的容量过大。
另外，第三阈值根据电压检测单元所具有的检测误差而被设定为小于第二阈值的值。
电流变换单元计算交流电流检测值的电流峰值或对交流电流检测值进行三相二相变换而得到的二相坐标上的向量范数(vector norm)，来作为上述变换值。
附图说明
通过参照以下的附图会更明确地理解本发明。
图1是基于第一实施例的电动机控制装置的原理框图。
图2是例示三相交流电流的图。
图3A和图3B是说明三相二相变换的图。
图4是基于第二实施例的电动机控制装置的原理框图。
图5是基于第三实施例的电动机控制装置的原理框图。
图6是在整流器的三相交流输入侧设置有初始充电单元的电动机控制装置的原理框图。
图7是表示一般的电动机控制装置的结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明具有充电电阻的保护单元的电动机控制装置。然而，希望理解的是，本发明并不限定于附图或以下说明的实施方式。
图1是基于第一实施例的电动机控制装置的原理框图。以后，设在不同的附图中标注有相同参照标记的结构要素是指具有相同的功能的结构要素。
此外，在第一实施例～第三实施例中，在电动机控制装置1的三相交流输入侧连接有三相交流输入电源3，在电动机控制装置1的交流电动机侧连接有三相的电动机2。此外，在第一实施例～第三实施例中均说明对一个电动机2进行驱动控制的电动机控制装置1，但是驱动控制的电动机2的个数在本发明中没有特别限定，也能够将本发明应用于对多个电动机2进行驱动控制的电动机控制装置。另外，由电动机控制装置驱动的电动机2的种类在本发明中也没有特别限定，例如既可以是感应电动机也可以是同步电动机。
根据第一实施例，电动机控制装置1具备整流器11、逆变换器12、平滑电容器32、初始充电单元13、电流检测单元21、电流变换单元22、电流累计单元23、警告输出单元24、切断单元25以及保护单元26。
整流器11对从商用的三相交流输入电源3所存在的三相交流输入侧供给的交流电力进行整流，对作为整流器11的直流输出侧的直流环节输出直流电力。在本发明中，所使用的整流器11的实施方式没有特别限定，例如有带120度通电再生功能的三相全波整流电路或PWM控制方式的整流电路等。在整流器11的三相交流输入侧连接有交流电抗器L。
逆变换器12将直流环节中的直流电力与作为电动机2的驱动电力或再生电力的交流电力的相互之间进行电力变换。逆变换器12构成为例如PWM逆变器等那样的在内部具有开关元件的变换电路。逆变换器12基于从上级控制装置(未图示)接收到的电动机驱动指令使内部的开关元件进行开关动作，来将从直流环节侧供给的直流电力变换为用于驱动电动机2的具有期望电压和期望频率的三相交流电力。电动机2基于所供给的电压可变且频率可变的三相交流电力进行动作。另外，在电动机2制动时产生再生电力，逆变换器12基于从上级控制装置接收到的电动机驱动指令，将电动机2中产生的作为再生电力的交流电力变换为直流电力后返给直流环节。此外，在利用电动机控制装置1对多个电动机2进行驱动控制的情况下，为了对各电动机2单独地供给驱动电力来对电动机2进行驱动控制，并联连接与电动机2的个数相同个数的逆变换器12。
在整流器11的三相交流输入侧设置有能够根据接收到的指令来切断向整流器11的交流电力的供给的切断单元25。切断单元25一般设置于电动机控制装置1的输入级，以在紧急时保护电动机控制装置1内的整流器11、逆变换器12，在例如从上级控制装置(未图示)接收到切断指令时使切断单元25内的开闭开关(未图示)开路，来切断交流电力向整流器11的供给。另外，在第一实施例中，如后所述那样在从保护单元26接收到切断指令时也使切断单元25内的开闭开关(未图示)开路，来切断交流电力向整流器11的供给。
平滑电容器32设置于将整流器11的直流侧与逆变换器12的直流侧进行连接的直流环节。平滑电容器32具有抑制整流器11或逆变换器12的直流输出的脉动量的功能，还具有暂时地蓄积从整流器11或逆变换器12输出的直流电力的功能。
此外，在图1中示出了设置有一个逆变换器12的例子，但是例如在并联连接有多个逆变换器12的情况下，在各逆变换器12的直流输入侧分别设置平滑电容器32，因而，平滑电容器32也具有彼此并联连接的关系。
初始充电单元13用于在从电动机控制装置1启动后到实际开始对电动机进行驱动的控制之前的期间以从整流器11输出的直流电流对平滑电容器32充电，在第一实施例中，初始充电单元13设置在整流器11与平滑电容器32之间。作为其代替例，也可以如后所述那样将初始充电单元13设置于整流器11的三相交流输入侧。另外，在图1中示出了设置有一个逆变换器12的例子，但是例如在并联连接有多个逆变换器12的情况下，平滑电容器32也具有彼此并联连接的关系，因此在整流器11与这些平滑电容器32之间设置一个初始充电单元13。
初始充电单元13具有开关部33以及与开关部33并联连接的充电电阻31。开关部33例如由机械开关或者IGBT或晶闸管等半导体开关元件构成。
开关部33仅在电动机控制装置1刚启动之后的平滑电容器32的初始充电期间内开路(断开)，在电动机控制装置1驱动电动机2的通常动作期间内维持闭路(接通)的状态。更具体地说，在从电动机控制装置1刚启动之后到开始驱动电动机2之前的初始充电期间内使开关部33开路(断开)，由此，从整流器11输出的直流电流通过充电电阻31后流入到平滑电容器32，平滑电容器32被充电。当平滑电容器32被充电到规定的电压时，使开关部33闭路(接通)来完成初始充电动作。在该初始充电动作完成之后，逆变换器12开始电力变换动作来对电动机2供给驱动电力，电动机2基于该驱动电力进行驱动。
电流检测单元21检测整流器11的三相交流输入侧的交流电流值并输出交流电流检测值。为了检测在电动机控制装置1对电动机2的驱动控制中使用的交流电流值，一般在电动机控制装置1中设置有电流检测单元21，而在第一实施例中，由电流检测单元21输出的交流电流检测值还被送到电流变换单元22。
电流变换单元22将交流电流检测值变换为与直流环节中的直流电流相当的值后输出。下面，将由电流变换单元22输出的值简单称为“变换值”。由电流变换单元22输出的变换值被送到电流累计单元23。
电流变换单元22例如计算对交流电流检测值进行三相二相变换而得到的二相坐标上的向量范数，将其作为上述变换值来输出。图2是例示三相交流电流的图，图3A是说明三相二相变换的图。如图2所示的UVW三相的交流电流在三相坐标上表示为如图3A那样的电流向量。当对该三相坐标上的电流向量进行三相二相变换时，变为如图3B所示的二相坐标上的电流向量，将该向量范数用作上述变换值。此外，在图示的例子中，作为三相二相变换使用了αβ变换，但是也可以使用dq变换。
在本第一实施例中，电流变换单元22计算向量范数来作为上述变换值，但是作为其代替例，也可以计算交流电流检测值的电流峰值，将其作为上述变换值来输出。
电流累计单元23输出对在利用初始充电单元13对平滑电容器32充电的充电期间内从电流变换单元22输出的变换值进行累计而得到的值。下面，将由电流累计单元23输出的值简单称为“累计值”。由电流累计单元23输出的累计值被送到警告输出单元24。
具体地说，上述“累计值”是通过对在“从电动机控制装置1的启动时间点到平滑电容器32的充电完成时间点”的初始充电期间内从电流变换单元22输出的变换值进行积分来求出的，其单位是电荷的单位即“Q(库仑)”。在初始充电期间内逆变换器12还未进行电力变换动作，因此从整流器11输出的直流电流一边被充电电阻31限制一边流入到平滑电容器32而被蓄积。因而，由电流累计单元23输出的上述“累计值”能够视为与“通过充电电阻31后流入到平滑电容器32的电荷量”相当。
警告输出单元24判定从电流累计单元23接收到的累计值是否为第一阈值以上，在接收到的累计值为第一阈值以上的情况下输出警告。
在此，说明警告输出单元24中的警告输出处理中使用的第一阈值的设定。如上所述，在初始充电期间内流过充电电阻31的直流电流依赖于平滑电容器32的容量，而且充电电阻31中产生的热量依赖于流过充电电阻31的直流电流，因此能够设置于电动机控制装置1的平滑电容器32的最大容量是根据充电电阻31所具有的耐受量来决定的。当将能够设置于电动机控制装置1的平滑电容器32的最大容量设为CMAX[F]、将施加到整流器11的三相交流输入侧的交流电压的规格上限值的峰值设为VMAX[V]时，充电电阻31(R[Ω])的瞬时负荷耐受量JMAX[J]如式1所示。
在初始充电期间内由于整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而直流环节发生短路的情况下，当将到瞬时负荷耐受量为JMAX[J]的充电电阻31熔断为止的时间设为TSHT[秒]、将充电电阻31的电阻值设为R[Ω]时，式2的关系式成立。
当将式2代入到式1时，能够得到表示到充电电阻31熔断为止的时间TSHT[秒]的式3。
在直流环节短路的情况下流过充电电阻31的电流ISHT[A]如式4所示。
因此，使用式3和式4来如式5那样表示在直流环节发生短路的情况下到充电电阻31熔断为止流入到平滑电容器32的电荷量QSHT[C]。
用式5表示的电荷量QSHT[C]是指“由于流过充电电阻31的电荷量而导致充电电阻31熔断的该电荷量”。因此，在第一实施例中，为了避免在从电动机控制装置1的启动时间点到平滑电容器32的充电完成时间点的初始充电期间内充电电阻31由于流过充电电阻31的直流电流而熔断，如式6所示那样将第一阈值Th1设定为低于“由于流过充电电阻31的电荷量而导致充电电阻31熔断的该电荷量QSHT[C]”的值，将该第一阈值Th1用作用于判定是否存在充电电阻31熔断的可能性的判断条件。
警告输出单元24在判定为上述累计值为第一阈值Th1以上的情况下，由于充电电阻31熔断的可能性高，因此输出警告，在除此以外的情况下不输出警告。
在从警告输出单元24输出了警告时，保护单元26对切断单元25输出交流电力的供给的切断指令。接收到该切断指令的切断单元25使其内部的开闭开关(未图示)开路，来切断向整流器11的交流电力的供给。当交流电力的输入被切断时，不再从整流器11输出直流电力，从结果来讲，直流电流不再流过初始充电单元13，因此能够保护初始充电单元13。如上所述，作为耐受量以上的直流电流流过充电电阻31的主要原因，有平滑电容器32的容量过大以及因整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而引起的直流环节的短路，但是根据第一实施例，将对整流器11的三相交流输入侧的交流电流检测值实施上述的计算处理而得到的值与第一阈值Th1进行比较，来探测出存在充电电阻31熔断的可能性，因此不会受到整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障、平滑电容器32的容量过大之类的过大的直流电流流过充电电阻31的主要原因(即警告产生主要原因)的影响。与警告产生主要原因的内容无关地，在输出了表示存在充电电阻31熔断的可能性的警告时保护单元26对切断单元25输出交流电力的供给的切断指令，因此能够防止耐受量以上的直流电流流过充电电阻31，从而能够可靠地保护初始充电单元。
图4是基于第二实施例的电动机控制装置的原理框图。第二实施例对图1的第一实施例中的电动机控制装置1进一步追加了电压检测单元27和电压上升值计算单元28，除了上述第一阈值Th1以外还将第二阈值Th2用作用于判定是否存在充电电阻31熔断的可能性的判断条件，其中，该电压检测单元27检测施加到平滑电容器32的两端的直流电压值并输出直流电压检测值，该电压上升值计算单元28计算直流电压上升值，该直流电压上升值是直流电压检测值从利用初始充电单元13对平滑电容器32开始充电时起的上升量。此外，除此以外的电路结构要素与图1所示的电路结构要素相同，因此对相同的电路结构要素标注相同标记并省略对该电路结构要素的详细说明。
在上述的第一实施例中，在考虑第一阈值Th1与到直流环节发生短路而充电电阻31熔断为止流入到平滑电容器32的电荷量QSHT[C]相等的情况时，在设置于电动机控制装置1的平滑电容器32的容量处于从CMAX/2到最大容量CMAX的范围内的情况下，尽管没有故障，但是警告输出单元24输出警告。因此，在第二实施例中，通过将直流电压上升值与第二阈值Th2的大小关系进行比较来提高故障的检测精度，该直流电压上升值是直流电压检测值从利用初始充电单元13对平滑电容器32开始充电时起的上升量。
一般来说，平滑电容器32的直流电压检测值使用于电动机控制装置1对电动机2的驱动控制，在电动机控制装置1中一般设置有用于检测该直流电压值的电压检测单元27。在第二实施例中，由电压检测单元27输出的直流电压检测值还被送到电压上升值计算单元28。
电压上升值计算单元28计算直流电压上升值，该直流电压上升值是直流电压检测值从利用初始充电单元13对平滑电容器32开始充电时起的上升量。
警告输出单元24判定从电流累计单元23接收到的累计值是否为第一阈值Th1以上，并且判定从电压上升值计算单元28接收到的直流电压上升值是否小于第二阈值Th2。在累计值为第一阈值Th1以上且直流电压上升值小于第二阈值Th2的情况下，警告输出单元24输出警告。
在此，说明警告输出单元24中的警告输出处理中使用的第二阈值Th2的设定。在与如上所述那样设定的第一阈值Th1相同的量的电荷量流入到平滑电容器32的情况下，从利用初始充电单元13对平滑电容器32开始充电时起的直流电压上升值变为最小值ΔVDCMIN[V](下面，简单称为“直流电压上升值的最小值”。)是在设置于电动机控制装置1的平滑电容器32的容量为最大容量CMAX[F]时。即在该情况下，式7的关系式成立。
Th1＝CMAX·ΔVDCMIN …(7)
当将式7进行变形时，得到式8。
如果是没有产生故障的状态，则由电压上升值计算单元计算出的直流电压上升值不会小于上述最小值ΔVDCMIN[V]。反过来说，在由电压上升值计算单元计算出的直流电压上升值小于上述最小值ΔVDCMIN[V]的情况下，可以说产生了某种故障。因而，在第二实施例中，如式9所示，将第二阈值Th2设定为比在与第一阈值Th1相同的量的电荷量流入到平滑电容器32的情况下的直流电压上升值的最小值ΔVDCMIN[V]小的值。如上所述，“通过充电电阻31后流入到平滑电容器32的电荷量”与由电流累计单元23计算为“累计值”的值等效，因此可以说“与第一阈值Th1相同的量的电荷量流入到平滑电容器32的情况”与“由电流累计单元23计算出的累计值达到第一阈值Th1的情况”为相同含义。因而，能够将上述第二阈值Th2的定义换言为“被设定为比在由电流累计单元23计算出的累计值达到第一阈值Th1的情况下的直流电压上升值的最小值小的值”。
在第二实施例中，通过将第一阈值Th1和第二阈值Th2用作用于判定是否存在充电电阻31熔断的可能性的判断条件，来更高精度地判定是否存在充电电阻熔断的可能性。警告输出单元24在判定为上述累计值为第一阈值Th1以上且直流电压上升值小于第二阈值Th2的情况下，由于充电电阻31熔断的可能性高，因此输出警告，在除此以外的情况下不输出警告。根据第二实施例，能够更高精度地检测充电电阻熔断的可能性，因此能够与平滑电容器32的容量过大、因整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而引起的直流环节的短路之类的主要原因无关地，由保护单元对切断单元输出交流电力的供给的切断指令，因此能够更可靠地防止瞬时负荷耐受量以上的直流电流流过充电电阻。
图5是基于第三实施例的电动机控制装置的原理框图。第三实施例对图4所示的第二实施例中的电动机控制装置1进一步追加了用于判别警告产生主要原因的主要原因判别单元29。此外，除此以外的电路结构要素与图4所示的电路结构要素相同，因此对相同的电路结构要素标注相同标记并省略对该电路结构要素的详细说明。
在从警告输出单元24输出了警告时，主要原因判别单元29基于第三阈值Th3和由电压上升值计算单元28计算出的直流电压上升值来判别初始充电单元13的警告产生主要原因。第三阈值Th3根据电压检测单元27所具有的检测误差而被设定为小于第二阈值Th2的值。
在此，说明主要原因判别单元29中的警告产生主要原因判别处理中使用的第三阈值Th3。在由于整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而直流环节发生短路的情况下，理想的是，电压上升值计算单元28计算出的直流电压上升值为0，但是实际上，由于电压检测单元27的直流电压的检测误差而该直流电压上升值不会为0。另外，警告输出单元24在累计值为第一阈值Th1以上且直流电压上升值小于第二阈值Th2的情况下输出警告，因此如果如式10所示那样将第三阈值Th3设定为大于0且小于第二阈值Th2的值，则在作为累计值为第一阈值Th1以上且直流电压上升值小于第二阈值Th2而输出警告的情况下，主要原因判别单元29能够通过判定此时的直流电压上升值是否小于第三阈值Th3来判别故障主要原因是否为直流环节的短路。
在输出了警告时电压上升值计算单元28计算出的直流电压上升值小于第三阈值Th3的情况下，主要原因判别单元29判定为警告产生主要原因在于直流环节的短路，在该直流电压上升值为第三阈值Th3以上的情况下，主要原因判别单元29判定为警告产生主要原因在于设置于直流环节的上述平滑电容器的容量过大。也可以将主要原因判别单元29的判定结果显示在例如设置于电动机控制装置1的显示器(未图示)上或者保存在存储单元(未图示)中。由此，设计者、作业人员能够获知警告产生主要原因，因此易于采取电动机控制装置1的维护、设计变更等适当的应对。例如，作业人员在从主要原因判别单元29处获知了警告产生主要原因在于直流环节的短路的情况下，能够立即采取更换或修理成为故障的原因的整流器11、逆变换器12的开关元件之类的应对。另外，在例如设计者从主要原因判别单元29处获知了警告产生主要原因在于平滑电容器32的容量过大的情况下，能够立即采取更换为更小容量的平滑电容器32之类的应对。
在上述的各实施例中，将初始充电单元13设置在整流器11与平滑电容器32之间，但是即使作为其代替例将初始充电单元13设置于整流器11的三相交流输入侧，也能够实现本发明。图6是在整流器的三相交流输入侧设置有初始充电单元的电动机控制装置的原理框图。在图6所示的例子中，说明了在参照图1说明的第一实施例中的电动机控制装置中将初始充电单元13移设到整流器11的三相交流输入侧的交流电抗器L与切断单元25之间的情况，但是也能够同样地应用于第二实施例和第三实施例。在初始充电单元13中，对三相中的至少二相设置将充电电阻31与开关部33并联连接而成的组。此外，在图示的例子中对三相均设置。在初始充电期间内使开关部33开路(断开)，在电动机控制装置1驱动电动机2的通常动作期间内维持使开关部33闭路(接通)的状态。更具体地说，在从电动机控制装置1刚启动之后到开始驱动电动机2之前的初始充电期间内使开关部33开路(断开)，由此，来自三相交流输入电源3的交流电流通过充电电阻31后被输入到整流器11而被整流，从整流器11输出的直流电流流入到平滑电容器32，平滑电容器32被充电。当平滑电容器32被充电到规定的电压时，使开关部33闭路(接通)来完成初始充电动作。之后，逆变换器12开始电力变换动作来对电动机2供给驱动电力，电动机2基于该驱动电力进行驱动。此外，除此以外的电路结构要素与上述的各实施例中的电路结构要素相同，因此对相同的电路结构要素标注相同标记并省略对该电路结构要素的详细说明。
此外，在上述的各实施例中说明的电流变换单元22、电流累计单元23、警告输出单元24、保护单元26以及主要原因判别单元29既可以例如由软件程序形式来构建，或者也可以由各种电子电路与软件程序的组合来构建。例如在以软件程序形式构建这些单元的情况下，电动机控制装置1内的运算处理装置按照该软件程序进行动作，由此实现上述的各单元的功能。另外，也能够通过在现有的电动机控制装置中将涉及这些单元的软件程序追加地安装到该电动机控制装置内的运算处理装置来应用本发明。
根据本发明，能够实现能够可靠地保护用于设置于直流环节的平滑电容器的初始充电的初始充电单元的电动机控制装置。
根据第一实施例，将第一阈值设定为比“由于流过充电电阻的电荷量而导致充电电阻熔断的该电荷量”低的值，将该第一阈值与对整流器的三相交流输入侧的交流电流检测值实施规定的计算处理而得到的值进行比较，来判定是否存在充电电阻熔断的可能性，因此能够与平滑电容器32的容量过大、因整流器11、逆变换器12的开关元件等的故障而引起的直流环节的短路之类的主要原因无关地，由保护单元对切断单元输出交流电力的供给的切断指令，因此能够防止瞬时负荷耐受量以上的直流电流流过充电电阻。
根据第二实施例，除了上述的第一阈值以外还将第二阈值用作用于判定是否存在充电电阻熔断的可能性的判断条件，因此能够更高精度地检测充电电阻熔断的可能性，因而，能够更可靠地防止瞬时负荷耐受量以上的直流电流流过充电电阻。
根据第三实施例，能够使用第三阈值和直流电压上升值来判别警告产生主要原因，其中，该第三阈值是根据电压检测单元所具有的检测误差而被设定为小于第二阈值的值，该直流电压上升值是直流电压检测值从平滑电容器32的充电开始时起的上升量，因此设计者、作业人员能够容易地获知警告产生主要原因，从而能够迅速地采取电动机控制装置的维护、设计变更等适当的应对。

Claims (9)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：
整流器，其对从三相交流输入侧供给的交流电力进行整流来输出直流电力；
平滑电容器，其设置于作为上述整流器的直流输出侧的直流环节；
逆变换器，其将上述直流环节中的直流电力与作为电动机的驱动电力或再生电力的交流电力的相互之间进行电力变换；
初始充电单元，其具有开关部以及与上述开关部并联连接的充电电阻，在开始驱动电动机之前，该初始充电单元使上述开关部开路来经由上述充电电阻用从上述整流器输出的直流电流对上述平滑电容器充电；
电流检测单元，其检测上述整流器的三相交流输入侧的交流电流值并输出交流电流检测值；
电流变换单元，其输出将上述交流电流检测值变换为与上述直流环节中的直流电流相当的值而得到的变换值；
电流累计单元，其输出对在利用上述初始充电单元对上述平滑电容器充电的充电期间内从上述电流变换单元输出的变换值进行累计而得到的累计值；
警告输出单元，其在上述累计值为第一阈值以上的情况下输出警告；
切断单元，其能够根据接收到的指令来切断向上述整流器的交流电力的供给；以及
保护单元，在上述警告输出单元输出了上述警告时，该保护单元指示上述切断单元切断交流电力的供给。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述第一阈值被设定为比由于流过上述充电电阻的电荷量而导致该充电电阻熔断的该电荷量小的值。
3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，还具备：
电压检测单元，其检测上述平滑电容器的直流电压值并输出直流电压检测值；以及
电压上升值计算单元，其计算直流电压上升值，该直流电压上升值是上述直流电压检测值从利用上述初始充电单元对上述平滑电容器开始充电时起的上升量，
其中，上述警告输出单元在上述累计值为上述第一阈值以上且上述直流电压上升值小于第二阈值的情况下，输出上述警告。
4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述第二阈值被设定为比在上述累计值达到上述第一阈值的情况下的上述直流电压上升值的最小值小的值。
5.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，
还具备主要原因判别单元，在上述警告输出单元输出了上述警告时，该主要原因判别单元基于上述直流电压上升值来判别上述初始充电单元的警告产生主要原因。
6.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，
还具备主要原因判别单元，在上述警告输出单元输出了上述警告时，该主要原因判别单元基于上述直流电压上升值来判别上述初始充电单元的警告产生主要原因。
7.根据权利要求5或6所述的电动机控制装置，其特征在于，
在上述警告输出单元输出了上述警告时的上述直流电压上升值小于第三阈值的情况下，上述主要原因判别单元判定为警告产生主要原因在于上述直流环节的短路，在上述警告输出单元输出了上述警告时的上述直流电压上升值为第三阈值以上的情况下，上述主要原因判别单元判定为警告产生主要原因在于设置于上述直流环节的上述平滑电容器的容量过大。
8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述第三阈值根据上述电压检测单元所具有的检测误差而被设定为小于上述第二阈值的值。
9.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述电流变换单元计算上述交流电流检测值的电流峰值或对上述交流电流检测值进行三相二相变换而得到的二相坐标上的向量范数，来作为上述变换值。
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