CN108988695A - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于探测漏电流大的逆变换器的电动机驱动装置。电动机驱动装置具备：正变换器，其将交流电源的交流电力变换为直流；直流环节电容器；多个逆变换器，将直流环节的直流电力变换为用于电动机驱动的交流电力；诊断用指令部，其对多个逆变换器中的一台逆变换器进行指示以使其进行电力变换；交流电压检测部，其检测正变换器的交流输入侧的交流电压峰值；直流电压检测部，其检测直流环节电容器的直流电压值；计算部，其计算直流电压值与交流电压峰值之差；存储部，其将计算出的差与逆变换器对应关联地进行存储；以及漏电流判定部，其将存储部中存储的差中的最大的差时的逆变换器判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于探测漏电流大的逆变换器的电动机驱动装置。
背景技术
在对机床、锻压机械、注射成型机、产业机械、或者各种机器人内的电动机进行驱动的电动机驱动装置中，在由正变换器将从交流电源供给的交流电力暂时变换为直流电力后再由逆变换器变换为交流电力，并将该交流电力用作针对各驱动轴设置的电动机的驱动电力。逆变换器为了对与多个驱动轴对应地分别设置的各电动机单独地供给驱动电力来对电动机进行驱动控制，而被设置与电动机的台数相同的台数。另一方面，以成本降低、占有空间减少为目的，大多针对多个逆变换器设置一台正变换器。
在这样的电动机驱动装置中，在对逆变换器进行PWM开关控制时，由于电动机和电动机动力线缆等中存在的寄生电容而发生漏电流。漏电流会引起电动机驱动装置或其周边装置的错误动作、故障，因此针对其对此很重要。
例如日本特开2001-211653号公报所记载的那样，已知一种多轴驱动装置中的漏电流降低方法，该多轴驱动装置具备由电动机的驱动部和包括半导体开关元件并且用于对所述驱动部进行控制的变换电路构成的多组驱动电路，具备对所述各组的变换电路中的所述半导体开关元件的开关定时进行控制的控制装置，该多轴驱动装置中的漏电流降低方法的特征在于，预先独立地测定在所述各组驱动电路中发生的漏电流的模式，预先选出测定出的多个漏电流模式中的、能够通过使定时偏移来相互消除的漏电流模式的组合，所述控制装置以使被选出的组合的漏电流模式相互消除的方式对所述变换电路中的开关元件的开关定时进行控制。
例如日本特开2009-115754号公报所记载的那样，已知一种电设备中的泄漏电流测定装置，其特征在于，具备：对地电压测定单元，其对用于驱动电设备的开关电源的三相各相的对地电压进行测定；零相电流测定单元，其用于测定零相电流，该零相电流是从上述开关电源通过被供电的电线和/或包括电动机的电设备而流动的对地泄漏电流；信号处理单元，其计算由上述对地电压测定单元测定出的各相的对地电压与由上述零相电流测定单元测定出的零相电流之间的相位差；以及运算单元，其基于由上述信号处理单元计算出的相位差、由上述对地电压测定单元测定出的对地电压、由上述零相电流测定单元测定出的零相电流以及上述电设备的额定对地电压的值，来运算流过上述电设备的对地绝缘电阻的漏电流。
例如日本特开2008-086154号公报所记载的那样，已知一种逆变器的泄漏电流降低方法，在用于驱动负载的逆变器与同所述逆变器连接的交流电源之间，将连接在所述交流电源的输出线间的一组第一电容器和第二电容器相互串联连接，对在所述第一电容器同所述第二电容器的连接点与接地之间连接的开关的导通/非导通进行控制。
发明内容
在采取漏电流对策时需要测定漏电流。漏电流是由于在存在有寄生电容的情况下对用于向电动机供给驱动电力的逆变换器进行高速的PWM开关控制而发生的，因此频率非常高。因而，难以直接对漏电流本身进行测定。在使用逆变换器驱动电动机时，多少都会发生漏电流。在通过多个逆变换器对多个电动机供给驱动电力的电动机驱动装置中，掌握发生最大的漏电流的逆变换器与电动机的组在针对电动机驱动装置采取有效的漏电流对策方面是非常重要的。这样，期望一种能够容易且准确地探测发生最大的漏电流的逆变换器与电动机的组的技术。
本公开的一个方式是一种电动机驱动装置，具备：正变换器，其将从交流电源输入的交流电力变换为直流电力并向直流环节输出；直流环节电容器，其设置于所述直流环节；多个逆变换器，针对各电动机分别设置各逆变换器，各逆变换器基于所接收到的指令进行将直流环节的直流电力变换为用于电动机驱动的交流电力的电力变换动作；诊断用指令部，其针对各逆变换器依次进行仅对多个逆变换器中的一台逆变换器进行指示以使该一台逆变换器进行电力变换动作的处理；交流电压检测部，其检测正变换器的交流输入侧的交流电压的峰值；直流电压检测部，其检测在直流环节电容器的两端施加的直流电压值；计算部，其计算由直流电压检测部检测出的直流电压值与由交流电压检测部检测出的交流电压的峰值之差；存储部，其将由计算部计算出的差与在直流电压检测部检测出计算该差所使用的直流电压值时被诊断用指令部指示了进行电力变换动作的逆变换器对应关联地进行存储；以及漏电流判定部，其将与存储部中存储的差中的最大的差对应关联地存储的逆变换器判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。
附图说明
通过参照以下添附的附图将更明确地理解本发明。
图1是表示一个实施方式的电动机驱动装置的图。
图2是对流过直流环节电容器的漏电流的电流路径进行说明的电路图。
图3A是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动进行说明的概要图，例示逆变换器内的开关元件不进行开关动作时的正变换器的交流输入侧的交流电压波形与直流环节电容器的两端的直流电压波形的关系。
图3B是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动进行说明的概要图，例示在逆变换器内的开关元件进行了开关动作时的正变换器的交流输入侧的交流电压波形与直流环节电容器的两端的直流电压波形的关系。
图4是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动时的电流的流动进行说明的图(之一)。
图5是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动时的电流的流动进行说明的图(之二)。
图6是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动时的电流的流动进行说明的图(之三)。
图7是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动的模拟结果的图。
图8是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的正变换器的交流输入侧的交流电压的变动的模拟结果的图。
图9是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的正变换器的交流输入侧的交流电抗器中的交流电流的流动的模拟结果的图。
图10是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的流入直流环节电容器的电荷量的模拟结果的图。
图11是表示一个实施方式的电动机驱动装置的动作流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来对用于探测漏电流大的逆变换器的电动机驱动装置进行说明。在各图中，对同样的构件附加了同样的附图标记。另外，在不同的图中附加相同的附图标记的构件意味着是具有相同的功能的结构要素。另外，为了容易理解，这些图适当地变更了比例尺。此外，一般地，在驱动电动机时多少都会发生漏电流，但是在本公开中，存在以下情形：将“发生了引起错误动作、破损的程度的漏电流”仅表达为“发生了漏电流”或“存在漏电流的发生”，将“没有发生引起错误动作、破损的程度的漏电流”仅表达为“没有发生漏电流”或“没有漏电流的发生”。
图1是表示一个实施方式的电动机驱动装置的图。在此，作为一例，对由电动机驱动装置1控制三相交流的多个电动机2-n(n为正整数)的情况进行说明。关于电动机2-n的种类，并不特别地限定于本实施方式，例如可以是感应电动机，也可以是同步电动机。另外，交流电源3和电动机2的相数并不特别地限定于本实施方式，例如也可以是单相。在图1所示的实施方式中，将交流电源3设为三相交流电源，将电动机2-n设为三相交流电动机。
在对一个实施方式的伺服电动机驱动装置1进行说明之前，说明针对电动机2的驱动控制。电动机驱动装置1与一般的伺服电动机驱动装置同样地，对在直流环节的直流电力与电动机2-n的驱动电力或作为再生电力的交流电力之间进行电力变换的逆变换器13-n(n为正整数)进行控制。电动机驱动装置1基于电动机2-n的(转子的)速度(速度反馈)、流过电动机2-n的绕组的电流(电流反馈)、规定的转矩指令以及电动机2-n的动作程序等，例如由上位控制器(未图示)生成用于控制电动机2-n的速度、转矩、或转子的位置的开关指令。基于由电动机驱动装置1生成的开关指令，对逆变换器13-n的电力变换动作进行控制。
如图1所示，一个实施方式的电动机驱动装置1具备正变换器11、直流环节电容器12、逆变换器13-n(n为正整数)、诊断用指令部14、交流电压检测部15、直流电压检测部16、计算部17、存储部18以及漏电流判定部19。另外，电动机驱动装置1具备用于通知漏电流判定部19的判定结果的通知部20。在此，将三相的交流电源3的各相设为R相、S相以及T相，将接地点设为N。
一个实施方式的电动机驱动装置1具有一台正变换器11。正变换器11将从三相的交流电源3输入的交流电力变换为直流电力并向直流环节输出。作为正变换器11的例子，有二极管整流电路、120度通电型整流电路、或在内部具备开关元件的PWM开关控制方式的整流电路等。在正变换器11为二极管整流电路的情况下，对从交流电源3输入的交流电流进行整流，向作为直流侧的直流环节输出直流电流。在正变换器11为120度通电型整流电路、PWM开关控制方式的整流电路的情况下，正变换器11能够实现为将从交流电源3输入的交流电力变换为直流电力并向直流侧输出、在电动机减速时将直流环节的直流电力变换为交流电力并向交流电源3侧返回的、能够进行交直双向变换的电力变换器。在正变换器11为PWM开关控制方式的整流电路的情况下，由开关元件和与其逆并联地连接的二极管的桥电路构成。在该情况下，作为开关元件的例子，有IGBT、晶闸管、GTO(Gate Turn-OFF thyristor：门极关断晶闸管)、晶体管等，但是开关元件的种类本身并不限定于本实施方式，也可以是其它的开关元件。
直流环节电容器(也称为平滑电容器)12设置于将正变换器11的直流输出侧与逆变换器13-n的直流输入侧连接的直流环节。直流环节电容器12具有抑制正变换器11的直流输出的脉冲成分的功能和在直流环节中蓄积直流电力的功能。
为了对多个电动机2-n单独地供给驱动电力来对电动机2-n进行驱动控制，逆变换器13-n例如被设置与电动机2-n的台数相同的台数(在图示的例子中为n台)。
逆变换器13-n与直流环节连接，逆变换器13-n基于从上位控制器(未图示)接收到的开关指令来对各开关元件进行接通和断开控制，由此在直流环节的直流电力与电动机2-n的驱动电力或作为再生电力的交流电力之间进行电力变换。逆变换器13-n由开关元件和与其逆并联地连接的二极管的桥电路构成，例如基于PWM开关控制方式对各开关元件进行接通和断开控制。作为开关元件的例子，有FET等单极性晶体管、双极性晶体管、IGBT、晶闸管、GTO等，但是开关元件的种类本身并不限定于本实施方式，也可以是其它的开关元件。在本实施方式中，由于将与电动机驱动装置1连接的电动机2-n设为三相交流电动机，因此逆变换器13-n被构成为三相的桥电路，但是在电动机2-n为单相交流电动机的情况下，逆变换器13-n由单相的桥电路构成。
在针对电动机2-n的通常的运转模式中，逆变换器13-n基于从上位控制器接收到的开关指令来使内部的开关元件进行开关动作，将从正变换器11经由直流环节供给的直流电力变换为用于驱动电动机2-n的期望的电压和期望频率的交流电力并输出(逆变换动作)。由此，电动机2-n基于被供给的电压可变和频率可变的交流电力进行动作。另外，在电动机2-n减速时发生再生电力，基于从上位控制器接收到的开关指令来使内部的开关元件进行开关动作，将由电动机2-n发生的交流的再生电力变换为直流电力并向直流环节(正变换动作)返回。另外，在后面记述详细内容，根据本公开的一个方式，不是针对电动机2-n的通常的运转模式，而是在用于判定(确定)漏电流大的逆变换器的模式(以下称为“诊断模式”。)中，通过诊断由指令部14针对各逆变换器13-n依次进行仅使多个逆变换器13-n中的一台逆变换器进行电力变换动作的处理。
诊断用指令部14在诊断模式中针对各逆变换器13-n依次进行仅对多个逆变换器13-n中的一台逆变换器进行指示以使该一台逆变换器进行电力变换动作的处理。更具体地说，诊断用指令部14对一台逆变换器输出用于使其内部的开关元件进行开关动作来将直流环节中的直流电力变换为交流的驱动电力的指令(接通和断开的开关指令)，并且对该一台逆变换器以外的逆变换器输出用于不将从正变换器11供给的直流电力变换为交流电力的指令(即，仅断开的开关指令)。诊断用指令部14针对多个逆变换器13-n中的每一台逆变换器进行该指令处理。因而，在诊断模式中，在某个时间点，只有一台逆变换器进行电力变换动作，因此只有与进行电力变换动作的该一台逆变换器连接的电动机被驱动。
交流电压检测部15检测正变换器11的交流输入侧的交流电压的峰值。交流电压的峰值是交流电压的有效值的倍。由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值被发送到计算部17。
直流电压检测部16检测在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值。由直流电压检测部16检测出的直流电压值被发送到计算部17。
计算部17计算由直流电压检测部16检测出的直流电压值与由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值的差。在后面记述由计算部17进行的差的计算处理的详细内容。
存储部18将由计算部17计算出的差与在直流电压检测部16检测出计算该差所使用的直流电压值时被诊断用指令部14指示了进行电力变换动作的逆变换器对应关联地进行存储。如上述那样，在诊断模式的某个时间点，只有一台逆变换器进行电力变换动作，因此只有与进行电力变换动作的该一台逆变换器连接的电动机被驱动。因此，交流电压检测部15检测与正在进行电力变换动作的一台逆变换器连接的电动机被驱动时的正变换器11的交流输入侧的交流电压的峰值，直流电压检测部16检测在与正在进行电力变换动作的一台逆变换器连接的电动机被驱动时在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值。计算部17计算在与正在进行电力变换动作的一台逆变换器连接的电动机被驱动时由直流电压检测部16检测出的直流电压值与由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值之差。存储部18将由计算部17计算出的差与被诊断用指令部14指示了进行电力变换动作的逆变换器的识别信息一起进行存储。存储部18例如由例如EEPROM(注册商标)等那样的电可擦除可存储的非易失性存储器、或者例如DRAM、SRAM等那样的能够高速地读写的随机存取存储器构成。或者，存储部18也可以被设置为电动机驱动装置1在通常的运转模式中驱动电动机2-n时使用的存储装置的一部分区域。在后面记述由存储部18进行的差的存储处理的详细内容。
漏电流判定部19将与存储部18中所存储的差之中最大的差对应关联地存储的逆变换器(换言之，在直流电压检测部16检测出由计算部17计算最大的差时所使用的直流电压值时，被诊断用指令部14指示了进行电力变换动作的逆变换器)判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。基于漏电流判定部19的判定结果，电动机驱动装置1的用户能够掌握被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。在后面记述漏电流判定部19对漏电流的判定处理的详细内容。
通知部20通知由漏电流判定部19判定为发生了最大的漏电流的逆变换器的识别信息。作为通知部20的例子，有个人电脑、移动终端、触摸面板等显示器、附属于设置在电动机驱动装置1内的数值控制装置(未图示)的显示器等。例如，将被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器的识别信息例如用文字、图案显示于显示器。另外，例如可以通过音频、扬声器、蜂鸣器、时钟等那样的发出声音的音响设备来实现通知部20，利用声音来通知被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器的识别信息。或者，关于通知部20，也可以采用利用打印机打印输出到纸面等上来显示的方式，例如也可以将被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器的识别信息与其发生时刻一起进行显示。或者，还可以将它们适当地组合来实现通知部20。此外，也可以将与由漏电流判定部19输出的判定结果相关的数据保存到存储装置，将该数据在进一步的用途中使用。
基于漏电流判定部19的判定结果，电动机驱动装置1的用户能够容易且准确地掌握被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。例如，能够经由通知部20而掌握了“被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器”的用户，例如能够进行使与连接于该逆变换器的电动机连接的线缆、将交流电源3与电动机驱动装置1连接的线缆***那样的设计变更。另外，存在以下情形：在电动机驱动装置1中设置用于吸收在正变换器11的交流输入侧(即，交流电源3与正变换器11之间)发生的噪声的噪声吸收电路(未图示)。经由通知部20获知了“发生了(引起错误动作、破损的程度的)漏电流”的用户，还能够进行将该噪声吸收电路变换为具有不同的噪声吸收特性的部件这样的设计变更。
上述的诊断用指令部14、交流电压检测部15、直流电压检测部16、计算部17、存储部18、漏电流判定部19以及通知部20例如可以通过软件程序形式来构建，或者也可以通过各种电子电路与软件程序的组合来构建。例如在通过软件程序形式构建这些部件的情况下，通过设置用于按照该软件程序进行动作的计算机、或者由与电动机驱动装置1连接的数值控制装置内的运算处理装置使该软件程序进行动作，能够实现上述各部的功能。或者，也可以将诊断用指令部14、交流电压检测部15、直流电压检测部16、计算部17、存储部18、漏电流判定部19以及通知部20实现为写入有用于实现各部的功能的软件程序的半导体集成电路。
另外，例如在设置多个电动机驱动装置1并且经由通信网络将各电动机驱动装置1的控制***进行了连接的情况下，也可以在云服务器上共享各电动机驱动装置1中的漏电流判定部19的判定结果。
另外，例如在将包括具备电动机驱动装置1的机床的多个制造单元经由通信网络进行连接的情况下，也可以在处于制造单元的上位的单元控制器、或处于该单元控制器的更上位的生产管理装置中共享各电动机驱动装置1中的漏电流判定部19的判定结果。
制造单元是将制造产品的多个机床灵活地进行组合所得到的集合。制造单元例如由多个或多个种类的机床构建，但是制造单元中的机床的个数不被限定。例如，制造单元可以是通过多个机床对某个工件依次进行处理来形成最终的产品的生产线。另外，例如制造单元也可以是将通过两个以上的机床各自进行了处理的两个以上的工件(元件)在制造工序的中途通过其它的机床进行组合来完成最终的工件(产品)的生产线。另外，例如也可以通过由两个以上的制造单元将进行了处理的两个以上的工件进行组合来完成最终的工件(产品)。制造单元和单元控制器例如经由因特网等那样的通信网络以能够通信的方式相互连接。制造单元配置于制造产品的工厂。与此相对地，单元控制器可以配置于制造单元被配置的工厂，或者配置于与工厂不同的建筑物。例如，单元控制器也可以配置于处于制造单元被配置的工厂的场地内的其它的建筑物。
另外，生产管理装置被设置于单元控制器的上位。生产管理装置与单元控制器以能够相互通信的方式进行连接，对单元控制器指示生产计划。生产管理装置例如也可以配置于处于离工厂很远的地方的办公室。在该情况下，单元控制器与生产管理装置例如经由因特网的通信网络以能够通信的方式相互连接。
在这样的生产***中，也可以使设置于单元控制器或生产管理装置的显示器装置作为通知部20进行动作，在该显示器装置显示“被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器的识别信息”。或者，也可以代替显示器装置或与显示器装置一起通过作为通知部20进行动作的音响设备发生警报音、蜂鸣来向用户通知判定结果。由此，在工厂工作的操作者、管理者能够容易地掌握要进行以漏电流降低为目的的设计变更的电动机驱动装置1。
接着，参照图2～图10详细地说明由计算部17进行的差的计算处理、由存储部18进行的差的存储处理以及漏电流判定部19的判定处理。
图2是对流过直流环节电容器的漏电流的电流路径进行说明的电路图。
在各电动机2-n及电动机动力线缆等中存在寄生电容。在图2中，用附图标记200表示寄生电容。当逆变换器13-n内的开关元件进行高速的开关动作以供给用于驱动电动机2-n的交流电力时，漏电流经由交流电源3、正变换器11、逆变换器13-n以及寄生电容200进行流动。在图2中，用粗虚线的箭头表示由于电动机2-1的驱动所发生的漏电流流动的路径的一例。图2所示的电流路径只是一例，实际上，由于逆变换器13-1的上侧臂和下侧臂处的各开关元件的接通和断开状态的组合等，由于电动机2-1的驱动所发生的漏电流流过的电流路径时时刻刻地改变。
当由于电动机2-1的驱动而发生漏电流时，其中的一部分漏电流也流过直流环节电容器12。在图2中，用粗的一点划线的箭头表示例如由于电动机2-1的驱动而发生的漏电流流过粗虚线的箭头所示的电流路径时的、直流环节电容器12中的漏电流流动的路径的一例。此外，如果由于电动机2-1的驱动而发生的漏电流流动的在正变换器11中的电流路径改变，则与其相应地，流入直流环节电容器12的漏电流的在正变换器11中的电流路径也改变。由于漏电流流入直流环节电容器12，从而在直流环节电容器12的两端施加的电压发生变动。
图3A是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动进行说明的概要图，例示在逆变换器内的开关元件不进行开关动作时的正变换器的交流输入侧的交流电压波形与直流环节电容器的两端的直流电压波形的关系。图3B是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动进行说明的概要图，例示在逆变换器内的开关元件进行了开关动作时的正变换器的交流输入侧的交流电压波形与直流环节电容器的两端的直流电压波形的关系。在图3A和图3B中，用实线表示正变换器11的交流输入侧的三相交流电压波形，用一点划线表示直流环节电容器12的两端的直流电压波形。
在电动机驱动装置1中，在正变换器11将从三相(R相、S相以及T相)的交流电源3输入的交流电力变换为直流电力并向直流环节输出且逆变换器13-n内部的开关元件不进行开关动作从而没有进行电力变换动作的状态下，如图3A所示，正变换器11输出到直流环节侧的直流电压的值与交流输入侧的交流电压的峰值(交流电压的有效值的倍)相同。之后，当逆变换器13-n使其内部的开关元件进行开关动作来进行电力变换动作时，经由交流电源3、正变换器11、逆变换器13-n以及寄生电容200流动漏电流，漏电流的一部分也流过直流环节电容器12。因此，如图3B所示，在直流环节电容器12的两端施加的电压发生变动。即，直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位发生变动。此外，一般地，直流环节电容器12的静电容量非常大，因此电压变动幅度并不那么大。如图3B所示，在直流环节电容器12的两端施加的电压发生了变动的情况下，发生交流电压峰值超过直流环节电容器12的正侧直流电位和负侧直流电位的定时(图中的P和Q)，发生从交流电源3流入直流环节电容器12的电流。通过流入直流环节电容器12的电流进一步对直流环节电容器12充电，其结果，在直流环节电容器12的两端施加的电压发生变动。更详细地对在直流环节电容器12的两端施加的电压的变动与漏电流的关系进行说明则如下面那样。
图4～图6是对伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动时的电流的流动进行说明的图。一般地，在电动机驱动装置1中，在正变换器11的交流输入侧设置交流电抗器21。另外，存在主要为了去除噪声而在直流环节的正侧直流电位和负侧直流电位与接地之间连接Y电容器(线旁路电容器)的情况。在图4～图6所示的例子中，在直流环节的正侧直流电位与接地之间连接有静电容量CPG的Y电容器31P，在直流环节的负侧直流电位与接地之间连接有静电容量CNG的Y电容器31N。将寄生电容200的静电容量设为CMOTOR。另外，在图4～图6所示的例子中，为了使说明简单，电动机和逆变换器各自设为一台，各自用参照标记2-1和13-1表示。
当逆变换器13-1内的开关元件进行高速的开关动作以供给用于电动机驱动的交流电力时，经由交流电源3、正变换器11、逆变换器13-1以及寄生电容200流动漏电流。该漏电流也流过直流电容器12，如图4所示，在直流环节电容器12的两端施加的电压发生变动、即直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位发生变动。当直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位发生变动时，与该变动量相应的电压被施加于交流电抗器21，由此在交流电抗器21中发生能量，各电流如图5所示那样流动，电流还流入直流环节电容器12以及Y电容器31P和31N。由于Y电容器31P和31N的电感的影响，直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位上升，因此如图6所示那样向与图5时相反的方向流动。
这样，在逆变换器13-1内的开关元件进行高速的开关动作时，通过在直流环节电容器12、寄生电容200以及Y电容器31P和31N的各个之间进行电荷的交换，从而直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位发生变动。但是，直流环节电容器12的静电容量压倒性地大于Y电容器31P的静电容量，因此在直流环节电容器12的两端施加的电压VPN几乎没有变化。因此，电荷的交换能够近似于在寄生电容200与Y电容器31P和31N之间进行。在此，当假定为在寄生电容200与Y电容器31P和31N之间理想地进行电荷的交换时，寄生电容200中的充电量与Y电容器31P和31N的放电量相等。因此，当将直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位或负侧直流电位的电压变动幅度设为VFALL时，式1成立。
CMOTOR(VPN-VFALL)＝(CPG+CNG)VFALL ...(1)
当将式1变形时得到式2。
从式2可知，基于寄生电容200的静电容量CMOTOR、Y电容器31P的静电容量CPG以及Y电容器31N的静电容量CNG，发生直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位或负侧直流电位的电压变动幅度VFALL。也就是说，由于存在寄生电容200，在逆变换器13-1内的开关元件进行高速的开关动作时发生漏电流，直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位或负侧直流电位发生变动。
如以上说明的那样，在正变换器11将从三相的交流电源3输入的交流电力变换为直流电力并向直流环节输出且逆变换器13-1内部的开关元件不进行开关动作从而没有进行电力变换动作的情况下，如图3A所示那样，正变换器11输出到直流环节侧的直流电压的值成为交流输入侧的交流电压的峰值。也就是说，在该情况下，由直流电压检测部16检测出的直流电压值(即，在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值)与由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值相同。另一方面，当逆变换器13-1内的开关元件进行高速的开关动作时发生漏电流，由于该漏电流而在直流环节电容器12的两端施加的电压发生变动(图3B)。在该情况下，由直流电压检测部16检测出的直流电压值(即，在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值)上升，而大于由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值，并在上升了某种程度时成为固定值。其结果，在直流电压值与交流电压的峰值之间产生差。在本实施方式中，基于由直流电压检测部16检测出的直流电压值与由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值的差，来探测漏电流的发生。认为由直流电压检测部16检测出的直流电压值同由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值之差与漏电流的大小成比例。在漏电流判定部19中，基于由计算部17计算出的差(即，在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值相对于正变换器11的交流输入侧的交流电压的峰值的变动幅度)，来判定发生了最大的漏电流的逆变换器。
在此，对由计算部17计算出的差与漏电流的关系进行说明。当将直流环节电容器12的电压的上升量设为ΔV、将流入直流环节电容器12的漏电流设为i、将直流环节电容器12的电荷增加量设为Q、将直流环节电容器12的静电容量设为C时，式3成立。在式3中，将从直流环节电容器12的电压的上升开始时间点(即，逆变换器13-1内的开关元件的开关动作开始时间点)起直到直流环节电容器12的电压上升并变为大致固定值的时间点为止的时间设为t。
Q＝CΔV …(3)
当将式3变形时得到式4。
如式4所示，直流环节电容器12的电压的上升量ΔV以流入直流环节电容器12的漏电流i的时间积分来表示。当将式4变形时得到式5。
如参照图3B说明的那样，经由寄生电容200、交流电源3以及正变换器11流动的漏电流中的一部分(即，i)流入直流环节电容器12，剩余部分流过逆变换器13-1。流入直流环节电容器12的漏电流i与流过逆变换器13-1的漏电流之比大致为直流环节电容器12与逆变换器13-1的阻抗比的反比。换言之，经由寄生电容200、交流电源3以及正变换器11流动的漏电流I与流入直流环节电容器12的漏电流i处于比例关系。当将其比例系数设为K时，式6成立。
I＝Ki…(6)
当将式5代入式6时得到式7。
从式7可知，经由寄生电容200、交流电源3以及正变换器11流动的漏电流I与由计算部17计算出的差(即，在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值相对于正变换器11的交流输入侧的交流电压的峰值的变动幅度即“直流环节电容器12的电压的上升量”)成比例。因此，在本实施方式中，漏电流判定部19将由计算部17计算出的差最大的逆变换器判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。
在图7～图10中表示对上述的图4～图6所示的一系列动作进行模拟解析得到的结果。在模拟中，在正变换器11将从交流电源3输入的交流电力变换为直流电力并向直流环节输出的状态下，使逆变换器13-1内部的开关元件以规定的时间为间隔进行了开关动作。另外，寄生电容200的静电容量CMOTOR设定为比Y电容器31P和31N的合计的静电容量(CPG+CNG)小的值。
图7是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动的模拟结果的图。在图7中，用虚线表示直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位，用一点划线表示直流环节中的相对于接地电位而言的负侧直流电位，用实线表示施加于寄生电容200的电压。从图7可知，在交流的驱动电流不流过电动机2-1的状态下，对寄生电容200施加直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位或负侧直流电位。例如在逆变换器13-1的下侧臂的三相全部的开关元件接通且上侧臂的三相全部的开关元件断开的状态下，对寄生电容200施加了直流环节中的相对于接地电位而言的负侧直流电位。当从逆变换器13-1的下侧臂的三相全部的开关元件接通且上侧臂的三相全部的开关元件断开的状态转变为下侧臂的三相全部的开关元件断开且上侧臂的三相全部的开关元件接通的状态时，对寄生电容200施加的电压从直流环节中的相对于接地电位而言的负侧直流电位转变为正侧直流电位，该转变现象在图7的模拟结果中也出现了。在该转变时，在寄生电容200中蓄积电荷，但是该电荷是通过直流环节电容器12和Y电容器31P放电而得到的。此外，直流环节电容器12的静电容量压倒性地大于Y电容器31P的静电容量，因此在直流环节电容器12的两端施加的电压VPN几乎没有变化。因此，寄生电容200与Y电容器31P和31N之间的电荷的交换如图7所示那样表现为如下现象：直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位在相同的方向上以几乎相同的量变动。
图8是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的正变换器的交流输入侧的交流电压的变动的模拟结果的图。在图8中，用虚线表示正变换器11的交流输入侧的R相的交流电压，用实线表示正变换器11的交流输入侧的S相的交流电压，用一点划线表示正变换器11的交流输入侧的T相的交流电压。如参照图5说明的那样，当直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位发生变动时，与其变动量相应的电压被施加到交流电抗器21，该情形在图8所示的模拟结果中表现为R相、S相以及T相的各交流电压的变动。
图9是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的正变换器的交流输入侧的交流电抗器中的交流电流的流动的模拟结果的图。在图9中，用虚线表示流过正变换器11的交流输入侧的R相的交流电抗器21的交流电流，用实线表示流过正变换器11的交流输入侧的S相的交流电抗器21的交流电流，用一点划线表示流过正变换器11的交流输入侧的T相的交流电抗器21的交流电流。可知，通过将与直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位的变动量相应的电压施加到交流电抗器21，在交流电抗器21中发生能量，电流如图9所示那样流过交流电抗器21的R相、S相以及T相。另外，此时，如参照图6说明的那样，还可知由于Y电容器31P和31N的电感的影响而发生了逆方向的电流。
图10是表示关于伴随着漏电流的发生而发生的流入直流环节电容器的电荷量的模拟结果的图。通过将与直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位的变动量相应的电压施加到交流电抗器21，流过交流电抗器21的R相、S相以及T相的交流电流被正变换器11变换(整流)为直流电流，从图10可知该电流表现为流入直流环节电容器12的电荷。
如参照图4～图10说明的那样，在存在寄生电容200的状态下，当逆变换器13-1内的开关元件进行高速的开关动作时，有漏电流流动，在直流环节电容器12的两端施加的电压(即，直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位)由于该漏电流而发生变动。在本公开的一个方式中，由计算部17计算由直流电压检测部16检测出的直流电压值(即，在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值)与由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值之差，漏电流判定部19将由计算部17计算出的差最大的逆变换器判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。
图11是表示一个实施方式的电动机驱动装置的动作流程的流程图。
用于探测多个逆变换器13-n中的发生了最大的漏电流的逆变换器的处理在电动机驱动装置1处于诊断模式的情况下执行。在电动机驱动装置1处于针对电动机2-n的通常的运转模式的情况下，切换为诊断模式。例如基于针对与电动机驱动装置1连接的数值控制装置的操作终端的特定的键操作、来自处于数值控制装置的上位的单元控制器的切换指示、来自处于单元控制器的上位的生产管理装置的切换指示来进行从运转模式向诊断模式的切换。在诊断模式中，在步骤S101中，诊断用指令部14对一台逆变换器输出使其内部的开关元件进行开关动作来将从正变换器11经由直流环节供给的直流电力变换为交流的驱动电力的指令(接通和断开的开关指令)，对该一台逆变换器以外的逆变换器输出不将从正变换器11供给的直流电力变换为交流电力那样的指令(即，仅断开的开关指令)。由此，只有从诊断用指令部14接收到指令的一台逆变换器进行电力变换动作，从而只有与该一台逆变换器连接的电动机被驱动。
通过在从诊断用指令部14接收到指令的一台逆变换器中进行高速的PWM开关控制，由此漏电流经由交流电源3、正变换器11、该一台逆变换器以及寄生电容200流动。在直流环节电容器12的两端施加的电压由于该漏电流而发生变动，即，直流环节中的相对于接地电位而言的正侧直流电位和负侧直流电位由于该漏电流而发生变动。交流电压检测部15检测此时的正变换器11的交流输入侧的交流电压的峰值(步骤S102)，直流电压检测部16检测此时的在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值(步骤S103)。此外，步骤S102中的由交流电压检测部15进行的交流电压的峰值的检测处理和步骤S103中的在直流环节电容器12的两端施加的直流电压值的检测处理可以更换顺序执行，或者也可以同时执行。
在步骤S104中，计算部17计算由直流电压检测部16检测出的直流电压值与由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值之差。
在步骤S105中，存储部18将由计算部17计算出的差与在直流电压检测部16检测出计算该差所使用的直流电压值时被诊断用指令部14指示了进行电力变换动作的逆变换器的识别信息一起进行存储。
在接下来的步骤S106中，漏电流判定部19判定是否对所有逆变换器执行了将在从诊断用指令部14接收到指令的一台逆变换器正在进行电力变换动作时由计算部17计算出的差存储到存储部18的处理。在判定为存在未执行的逆变换器的情况下返回到步骤S101。通过对各逆变换器依次执行步骤S101～步骤S106的处理，由此在存储部18中将由计算部17计算出的差与在直流电压检测部16检测出计算该差所使用的直流电压值时被诊断用指令部14指示了进行电力变换动作的逆变换器的识别信息对应关联地进行存储。此外，也可以将步骤S106中的判定处理的执行主体设为诊断用指令部14，来代替此处说明的漏电流判定部19。
在步骤S107中，漏电流判定部19将与存储部18中存储的差中的最大的差对应关联地存储的逆变换器判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。通过通知部20来向用户通知漏电流判定部19的判定结果。基于漏电流判定部19的判定结果，电动机驱动装置1的用户能够容易且准确地掌握被判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。
根据本公开的一个方式，在通过多个逆变换器对多个电动机供给驱动电力的电动机驱动装置中，能够容易且准确地探测发生最大的漏电流的逆变换器与电动机的组。

Claims (2)

1.一种电动机驱动装置，具备：
正变换器，其将从交流电源输入的交流电力变换为直流电力并向直流环节输出；
直流环节电容器，其设置于所述直流环节；
多个逆变换器，针对各电动机分别设置各个逆变换器，各个逆变换器基于接收到的指令进行将所述直流环节的直流电力变换为用于电动机驱动的交流电力的电力变换动作；
诊断用指令部，其针对各所述逆变换器依次进行仅对所述多个逆变换器中的一台逆变换器进行指示以使该一台逆变换器进行所述电力变换动作的处理；
交流电压检测部，其检测所述正变换器的交流输入侧的交流电压的峰值；
直流电压检测部，其检测在所述直流环节电容器的两端施加的直流电压值；
计算部，其计算由所述直流电压检测部检测出的直流电压值与由所述交流电压检测部检测出的交流电压的峰值之差；
存储部，其将由所述计算部计算出的差与在所述直流电压检测部检测出计算该差所使用的直流电压值时被所述诊断用指令部指示了进行所述电力变换动作的逆变换器对应关联地进行存储；以及
漏电流判定部，其将与所述存储部中存储的差中的最大的差对应关联地存储的逆变换器判定为发生了最大的漏电流的逆变换器。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
具备通知部，该通知部用于通知由所述漏电流判定部判定为发生了最大的漏电流的逆变换器的识别信息。
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