CN108988735B - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电动机驱动装置，具备：整流器，其将从交流电源输入的交流电力变换为直流电力并且向直流环节输出；直流环节电容器，其设置于直流环节；逆变换器，其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并且输出；直流电压检测部，其检测施加于直流环节电容器的两端的直流电压值；交流电压检测部，其检测整流器的交流输入侧的交流电压的峰值；以及漏电流检测部，其基于由直流电压检测部检测出的直流电压值和由交流电压检测部检测出的交流电压的峰值来检测由于电动机驱动引起的漏电流的发生。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种检测漏电流的发生的电动机驱动装置。
背景技术
在机床、锻造设备、注塑成型机、产业设备、或各种机器人内的电动机进行驱动的电动机驱动装置中，由整流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，并且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。
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误动作、故障，因此对其对策很重要。
例如日本特开2001-218474号公报所记载的那样，已知一种逆变器的接地检测方法，所述方法的特征在于：在由二极管对交流电源进行整流并且变换为直流后由多组半导体桥对由电容器平滑后的直流母线的电流进行切换并且作为交流电力进行输出的逆变器中，在该逆变器的停止时，对逆变器输出端的至少一相与所述直流母线中的一方的极之间的电位差和基准电压进行比较，由此检测逆变器输出端的接地。
例如日本特开平05-336759号公报所记载的那样，已知如下一种逆变器装置，其具备：变换器部，其对所输入的交流进行整流；平滑单元，其利用该变换器部的整流输出被充电，并且对上述整流输出进行平滑处理；电流限制单元，其限制该平滑单元的充电电流的大小；PWM逆变器部，其对上述平滑单元的平滑输出进行PWM控制并且向负载供给交流；电压检测单元，其检测上述平滑单元的两端的电压；以及判定单元，其根据该电压检测单元的检测输出比规定的电压大还是小来判定是正常还是异常。
例如日本实开平02-088478号公报中所记载的那样，已知一种驱动控制装置，其具备：变换器，其与交流电源连接并且输出直流电压；以及逆变器，其将从该变换器输出的直流电压变换为交流电压，所述驱动控制装置的特征在于其具备：第一开闭单元，其***于上述交流电源与变换器间；第二开闭单元，其***于上述变换器的正负输出侧母线中的任一方；电阻器，其***于上述正负输出侧母线中的至少任一方；检测单元，其检测上述正负输出侧母线间的电压；接地检测单元，其在该检测单元的输出电压高于基准电压时输出信号；第一开闭控制单元，其基于该接地检测单元的输出信号来开启上述第一开闭单元；以及第二开闭控制单元，其在从上述第一开闭单元的闭合开始起经过了规定时间后闭合上述第二开闭单元。
发明内容
发明要解决的问题
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。因而，在电动机驱动装置的领域中期望一种能够容易且准确地检测漏电流的发生状况的技术。
本公开的一个方式的电动机驱动装置具备：整流器，其将从交流电源输入的交流电力变换为直流电力并且向直流环节输出；直流环节电容器，其设置于直流环节；逆变换器，其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并且输出；直流电压检测部，其检测施加于直流环节电容器的两端的直流电压值；交流电压检测部，其检测整流器的交流输入侧的交流电压的峰值；以及漏电流检测部，其基于由直流电压检测部检测出的直流电压值和由所述交流电压检测部检测出的交流电压的峰值来检测由于电动机驱动引起的漏电流的发生。
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是表示基于一个实施方式的电动机驱动装置的图。
图2A是说明伴随漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动的概要图，并且例示逆变换器内的开关元件不进行开关动作时的整流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之间的关系。
图2B为说明伴随漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动的概要图，并且例示逆变换器内的开关元件进行开关动作时的整流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之间的关系。
图3是说明伴随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的图(其1)。
图4是表示伴随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的图(其2)。
图5是说明伴随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的图(其3)。
图6是示意性地表示伴随漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压的图。
图7是表示关于伴随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是表示关于伴随漏电流的发生而发生的整流器的交流输入侧的交流电压的变动的模拟结果的图。
图9是表示关于伴随漏电流的发生而发生的整流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是表示基于一个实施方式的变形例的电动机驱动装置的图。
具体实施方式
以下参照附图来说明检测漏电流的发生的电动机驱动装置。在各附图中，对同样的构件标注同样的参照标记。另外，设为在不同的附图中标注有相同参照标记的是指为具有相同功能的结构要素。另外，为了容易理解，这些附图适当地变更比例尺。
图1是表示基于一个实施方式的电动机驱动装置的图。在此，作为一例，对利用电动机驱动装置1控制三相交流的电动机2的情况进行说明，但关于电动机2的种类并不特别限定于本实施方式，例如可以为感应电动机，也可以为同步电动机。另外，关于交流电源3和电动机2的相数也不特别限定于本实施方式，例如可以为单相。此外，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的驱动电力或为再生电力的交流电力之间进行电力变换的逆变换器13进行控制。电动机驱动装置1基于电动机2的(转子的)速度(速度反馈)、流过电动机2的绕组的电流(电流反馈)、规定的转矩指令、以及电动机2的动作程序等，例如由上位控制器(未图示)来生成用于控制电动机2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，对由逆变换器13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具备整流器11、直流环节电容器12、逆变换器13、直流电压检测部14、交流电压检测部15、漏电流检测部16、通知部17。在此，将三相的交流电源3的各相设为R相、S相和T相，将接地点设为N。
整流器11将从交流电源3输入来的交流电力变换为直流电力并且向直流环节输出。作为整流器11的例子具有二极管整流电路、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。在整流器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，并且向作为直流侧的直流环节输出直流电流。在整流器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，整流器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且向直流侧输出，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且向交流电源3侧返回的、能够交直双向地进行变换的电力变换器。在整流器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具有IGBT、晶闸管、GTO(Gate Turn-OFF thyristor：门关断晶闸管)、晶体管等，但开关元件的种类本身并不限定于本实施方式，也可以是其它开关元件。此外，在本实施方式中，将交流电源3设为三相交流电源，因此整流器11构成为三相的桥电路，但在交流电源3为单相的情况下，整流器11由单相的桥电路构成。
直流环节电容器(也称作平滑电容器)12设置于将整流器11的直流输出侧与逆变换器13连接的直流输入侧的直流环节中。直流环节电容器12具有抑制整流器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。
逆变换器13与直流环节连接，逆变换器13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断开控制，由此在直流环节的直流电力与电动机2的驱动电力或为再生电力的交流电力之间进行电力变换。逆变换器13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断开控制。逆变换器13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，将经由直流环节从整流器11供给的直流电力变换为用于驱动电动机2的期望的电压和期望的频率的交流电力，并且输出(逆变换动作)。由此，电动机2基于所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的减速时发生再生电力，但基于从上位控制器接收到的开关指令使内部的开关元件进行开关动作，并且将在电动机2发生的交流的再生电力变换为直流电力，返回直流环节(正变换动作)。作为开关元件的例子具有IGBT、晶闸管、GTO、晶体管等，但关于开关元件的种类本身不限定于本实施方式，可以为其它开关元件。此外，在本实施方式中，将与电动机驱动装置1连接的电动机2设为三相交流电动机，因此逆变换器13构成为三相的桥电路，但在电动机2为单相交流电动机的情况下，逆变换器13由单相的桥电路构成。
直流电压检测部14检测施加于直流环节电容器12的两端的直流电压值。由直流电压检测部14检测出的直流电压值发送到漏电流检测部16。
交流电压检测部15检测整流器11的交流输入侧的交流电压的峰值。交流电压的峰值为交流电压的有效值的
Figure GDA0002424784790000061
倍。由交流电压检测部15检测出的流电压的峰值发送到漏电流检测部16。
漏电流检测部16基于由直流电压检测部14检测出的直流电压值和由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值来检测由于电动机驱动引起的漏电流的发生。更详细地说，漏电流检测部16具有用于计算由直流电压检测部14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的计算部21。漏电流检测部16基于由计算部21计算出的直流电压值与交流电压的峰值之差来检测漏电流的发生。在之后对由漏电流检测部16进行的漏电流的检测处理的详情进行叙述。
通知部17在由漏电流检测部16检测到由于电动机驱动引起的漏电流的发生的情况下，对用户通知检测到了漏电流。作为通知部17的例子具有个人计算机、移动终端、触摸面板等的显示器、附属于设置于电动机驱动装置1内的数值控制装置(未图示)的显示器等。通过文字、图案在显示器中显示例如“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”或“没有发生(引起误动作、故障的程度的)漏电流”。另外，例如可以利用扬声器、蜂鸣器、铃等这样的发出声音的音响设备来实现通知部17，例如可以在“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”的情况下使音响设备发出声音，在“没有发生(引起误动作、故障的程度的)漏电流”的情况下，不使音响设备发出特别的声音。或者，关于通知部17，可以采取使用打印机来打印输出于纸张等进行显示的方式，例如可以在发生了漏电流的时刻的同时显示“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”。另外，可以适当地组合这些来实现通知部17。此外，将关于由漏电流检测部16输出来的检测结果有关的数据保存在存储装置中，并且将该数据用于进一步的用途中。
通过漏电流检测部16的检测结果，电动机驱动装置1的用户能够容易且准确地获知漏电流的发生状况。例如经由通知部17获知了“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”的用户能够进行例如将与电动机2连接的线缆、连接交流电源3与电动机驱动装置1的线缆***之类的设计变更。另外，有时在电动机驱动装置1中设置有用于吸收在整流器11的交流输入侧(即交流电源3与整流器11之间)发生的噪声的噪声吸收电路(未图示)。经由通知部17获知了“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”的用户也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电路的设计变更。
上述的直流电压检测部14、交流电压检测部15、漏电流检测部16和通知部17例如可以由软件程序形式来构建，或者可以由各种电子电路和软件程序的组合来构建。在例如由软件程序形式来构建这些的情况下，通过设置用于使这些根据该软件程序进行动作的计算机、或在与电动机驱动装置1连接的数值控制装置内的运算处理装置中运行该软件程序能够实现上述的各部的功能。或者，可以将直流电压检测部14、交流电压检测部15、漏电流检测部16和通知部17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，在例如设置有多个电动机驱动装置1，并且各电动机驱动装置1的控制***经由通信网络进行连接的情况下，可以在云服务器上共享各电动机驱动装置1中的漏电流检测部16的检测结果。
另外，例如在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，在处于制造单元的上位的单元控制器或处于比该单元控制器更上位的生产管理装置中共享各电动机驱动装置1中的漏电流检测部16的检测结果。
制造单元为灵活地组合用于制造产品的多个机床而成的集合。制造单元例如由多个或多种机床来构建，但不限定制造单元中的机床的个数。例如，制造单元能够是利用多个机床依次对某个工件进行处理而成为最终的产品的制造线。另外，例如制造单元可以为通过在制造工序的途中利用其它机床组合被两个以上的机床各自处理后的两个以上的工作物(部件)来完成最终的工作物(产品)的制造线。另外，例如可以通过组合由两个以上的制造单元处理后的两个以上的工作物来完成最终的工作物(产品)。制造单元和单元控制器能够经由例如内部网等那样的通信网络来可通信地彼此连接。制造单元配置于用于制造产品的工厂中。相对于此，单元控制器可以配置于用于配置制造单元的工厂中，或者也可以配置于与工厂不同的建筑物中。例如，单元控制器可以配置于处于配置有制造单元的工厂的场地中的其它建筑物中。
另外，在单元控制器的上位设置生产管理装置。生产管理装置与单元控制器可彼此通信地连接，并且向单元控制器指令生产计划。生产管理装置可以配置于例如处于工厂的远处的办公室中。在该情况下，单元控制器与生产管理装置例如经由英特网的通信网络而可通信地彼此连接。
在这样的生产***中，可以使设置于单元控制器或生产管理装置中的显示器装置作为通知部17进行动作，并且使在该显示器装置中显示“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”或“没有发生(引起误动作、故障的程度的)漏电流”的检测结果。或者，可以代替显示器装置或与显示器装置一起，作为通知部17进行动作的音响设备发出警报声、蜂鸣声来将检测结果通知给用户。由此，在工厂工作的操作者、管理者能够容易地获知应该进行以降低漏电流为目的的设计变更的电动机驱动装置1。
接着，对由漏电流检测部16进行的漏电流的检测处理的详情进行说明。
在电动机2和电动机电源线缆等中存在寄生电容。在图1中，以附图标记200表示寄生电容。当逆变换器13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、整流器11、逆变换器13和寄生电容200流过漏电流。在图1中，用粗的虚线的箭头表示由于电动机2的驱动引起的漏电流流动的路径的一例。图1所示的电流路径只是一例，实际上由于电动机2的驱动引起的漏电流流动的电流路径由于逆变换器13的上侧臂和下侧臂中的各开关元件的接通断开状态的组合等而时时刻刻变化。
当发生由于电动机2的驱动引起的漏电流时，其中的一部分的漏电流也流向直流环节电容器12。在图1中，由粗的一点划线的箭头表示例如由于电动机2的驱动引起的漏电流在由粗的虚线的箭头表示的电流路径中流过时的、直流环节电容器12中的漏电流流动的路径的一例。此外，如果整流器11中的由于电动机2的驱动引起的漏电流流动的电流路径发生变化，则与此相应地整流器11中的流入直流环节电容器12的漏电流的电流路径也变化。由于漏电流流入直流环节电容器12，施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动。
图2A为说明伴随漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动的概要图，并且例示逆变换器内的开关元件不进行开关动作时的整流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之间的关系。图2B为说明伴随漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压变动的概要图，并且例示逆变换器内的开关元件进行开关动作时的整流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之间的关系。在图2A和图2B中，以实线表示整流器11的交流输入侧的三相交流电压波形，以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，在整流器11将从三相(R相、S相和T相)的交流电源3输入的交流电力变换为直流电力来向直流环节输出，并且在逆变换器13中内部的开关元件不进行开关动作因而不进行电力变换动作的状态下，如图2A所示，整流器11向直流环节侧输出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
Figure GDA0002424784790000091
倍)相同。之后，当逆变换器13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，漏电流流过交流电源3、整流器11、逆变换器13和寄生电容200，漏电流的一部分也流向直流环节电容器12。因此，如图2B所示，施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动。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，一般来讲，直流环节电容器12的静电电容非常大，因此电压变动幅度不那么大。如图2B所示，在施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动的情况下，在高于直流环节电容器12的正侧直流电位和负侧直流电位的定时(在图中为P和Q)产生交流电压峰值，产生从交流电源3流入直流环节电容器12的电流。由于流入向直流环节电容器12的电流，直流环节电容器12进一步被充电，其结果是，施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动。当更详细地进行说明时，施加于直流环节电容器12的两端的电压的变动与漏电流之间的关系如下所示。
图3～图5为说明伴随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的图。一般来讲，在电动机驱动装置1中，在整流器11的交流输入侧设置交流电抗器18。另外，有时主要以去除噪声为目的而在直流环节的正侧直流电位和负侧直流电位与地之间连接Y电容器(旁路电容器)。在图3～图5所示的例子中，在直流环节的正侧直流电位与地之间连接静电电容CPG的Y电容器31P，在直流环节的负侧直流电位与地之间连接有静电电容CNG的Y电容器31N。将寄生电容200的静电电容设为CMOTOR。
当逆变换器13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，漏电流流过交流电源3、整流器11、逆变换器13和寄生电容200。该漏电流也流过直流电容器12，如图3所示，施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动，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，相应于该变动量的电压施加于交流电抗器18，由此在交流电抗器18产生能量，如图4所示，流过各电流，电流也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5所示，电流以与图4时相反的方向流过。
这样，在进行逆变换器13内的开关元件的高速的开关动作时，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，由此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的静电电容压倒性地大于Y电容器31P的静电电容，因此施加于直流环节电容器12的两端的电压VPN几乎不发生变化。因而，电荷的交换能够近似地在寄生电容200与Y电容器31P和31N之间进行。在此，当假定在寄生电容200与Y电容器31P和31N之间能够进行理想的电荷的交换时，寄生电容200中的充电量与Y电容器31P和31N的放电量相等。因而，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)
当对式1进行变形时得到式2。
Figure GDA0002424784790000111
根据式2可知，基于寄生电容200的静电电容CMOTOR和Y电容器31P的静电电容CPG和Y电容器31N的静电电容CNG，产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。
如以上所说明的那样，在整流器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来向直流环节输出，并且逆变换器13的内部的开关元件不进行开关动作而没有进行电力变换动作的情况下，如图2A所示，整流器11向直流环节侧输出的直流电压的值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14检测出的直流电压值(即施加于直流环节电容器12的两端的直流电压值)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，施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动(图2B)。在该情况下，由直流电压检测部14检测出的直流电压值(即施加于直流环节电容器12的两端的直流电压值)上升，比由交流电压检测部15检测出的交流电压的峰值大，其结果是，在直流电压值与交流电压的峰值之间产生差。因而，在本实施方式中，利用漏电流检测部16内的计算部21计算由直流电压检测部14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，并且基于该差来检测漏电流的发生。
由直流电压检测部14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与漏电流的大小成比例。参照图6来对此进行说明。
图6为示意性地表示伴随漏电流的发生而发生的直流环节电容器的电压的图。在整流器11将从交流电源3输入来的交流电力变换为直流电力来向直流环节输出并且逆变换器13中的开关元件没有进行开关动作的时刻t1之前，整流器11向直流环节侧输出的直流电压的值与交流输入侧的交流电压的峰值相同。之后，当在时刻t1逆变换器13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，漏电流流过交流电源3、整流器11、逆变换器13和寄生电容200，并且其一部分也流入直流环节电容器12。其结果是，直流环节电容器12的电压开始上升，在由直流电压检测部14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间产生差。流入了漏电流的直流环节电容器12的电压以某程度上升了，但为固定值。在此，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的静电电容设为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点(即作为逆变换器13内的开关元件的开关动作开始时点的时刻t1)起到C支撑电容器12的电压上升而成为大致固定值的时点为止的时间设为t。
Q＝CΔV…(3)
当对式3进行变形时得到式4。
Figure GDA0002424784790000121
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。当对式4进行变形时得到式5。
Figure GDA0002424784790000131
如参照图2B所说明的那样，经由寄生电容200、交流电源3和整流器11流动的漏电流中的一部分(即i)流入直流环节电容器12，其余部分流过逆变换器13。流入直流环节电容器12的漏电流i与流过逆变换器13的漏电流之比大致与直流环节电容器12与逆变换器13的阻抗比成反比例。换言之，经由寄生电容200、交流电源3和整流器11流过的漏电流I与流入直流环节电容器12的漏电流i处于比例关系。当将该比例系数设为K时，式6成立。
I＝Ki…(6)
当将式5代入式6时，得到式7。
Figure GDA0002424784790000132
根据式7可知，经由寄生电容200、交流电源3和整流器11流过的漏电流I与直流环节电容器12的电压的上升量成比例。由于流入漏电流而发生的直流环节电容器12的电压以某种程度上升后饱和，在由直流电压检测部14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间产生差。在本实施方式中，利用漏电流检测部16内的计算部21计算由直流电压检测部14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，并且基于该差来检测漏电流的发生。在式7中，直流环节电容器12的静电电容C、由直流电压检测部14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即ΔV(直流环节电容器12的电压的上升量)、以及从直流环节电容器12的电压的上升开始时点起到直流环节电容器12的电压上升而成为大致固定值的时点为止的时间t均为能够测定的参数。另一方面，式7中的比例系数K为取决于电动机驱动装置1的电源线、地线的配线阻抗等的参数。
在图7～图10中示出对上述的图3～图6所示的一系列的动作进行了模拟解析得到的结果。在模拟中，在整流器11将从交流电源3输入来的交流电力变换为直流电力并且向直流环节输出的状态下，以规定的时间间隔使逆变换器13内的开关元件进行开关动作。另外，寄生电容200的静电电容CMOTOR设定为比Y电容器31P和31N的合计的静电电容(CPG+CNG)小的值。
图7为表示关于伴随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，以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，以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，以实线表示施加于寄生电容200的电压。如根据图7可知的那样，在交流的驱动电流不流过电动机2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的下侧臂的三相所有的开关元件接通而上侧臂的三相所有的开关元件断开的状态下，对寄生电容200施加直流环节中的相对于接地电位而言的负侧直流电位。在从逆变换器13的下侧臂的三相所有的开关元件接通而上侧臂的三相所有的开关元件断开的状态转移到下侧臂的三相所有的开关元件断开而上侧臂的三相所有的开关元件断开的状态的情况下，施加于寄生电容200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移到正侧直流电位，但该转移现象也出现在图7的模拟结果中。在该转移时，在寄生电容200中蓄积电荷，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的静电电容压倒性地大于Y电容器31P的静电电容，因此施加于直流环节电容器12的两端的电压VPN几乎不发生变化。因而，如图7所示寄生电容200与Y电容器31P和31N之间的电荷的交换表现为如下现象：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方向上以几乎相同的量变动。
图8为表示关于伴随漏电流的发生而发生的整流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，以虚线表示整流器11的交流输入侧的R相的交流电压，以实线表示整流器11的交流输入侧的S相的交流电压，以一点划线表示整流器11的交流输入侧的T相的交流电压。如参照图5所说明的那样，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，相应于该变动量的电压施加于交流电抗器18，这在图8所示的模拟结果中表现为R相、S相和T相的各交流电压的变动。
图9为表示关于伴随漏电流的发生而发生的整流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，以虚线表示流过整流器11的交流输入侧的R相的交流电抗器18的交流电流，以实线表示流过整流器11的交流输入侧的S相的交流电抗器18的交流电流，以一点划线表示流过整流器11的交流输入侧的T相的交流电抗器18的交流电流。对交流电抗器18施加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的电压，由此在交流电抗器18中产生能量，如图9所示可知，在交流电抗器18的R相、S相和T相流过电流。另外，此时还可知：如参照图6所说明的那样，由于Y电容器31P和31N的电感的影响产生了逆方向的电流。
图10为表示关于伴随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。根据图10可知：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于交流电抗器18，由此流过交流电抗器18的R相、S相和T相的交流电流经由整流器11变换(整流)为直流电流，但该电流表现为流入直流环节电容器12的电荷。
如参照图3～图10所说明的那样，当在存在寄生电容200的状态下逆变换器13内的开关元件进行高速的开关动作时流过漏电流，由于该漏电流，施加于直流环节电容器12的两端的电压发生变动，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。
一般来说，在驱动电动机时会或多或少地发生漏电流。由于电动机驱动引起的漏电流越大，则引起电动机驱动装置或其***装置的误动作、故障的可能性越高。另外，也发生不会引起电动机驱动装置或其***装置的误动作、故障的程度的漏电流。因而，可以设定用于漏电流检测的阈值，基于该阈值，将“引起误动作、故障的程度的漏电流的发生”与“不引起误动作、故障的漏电流的发生”分开。
图11为表示基于一个实施方式的变形例的电动机驱动装置的图。本变形例在图1所示的电动机驱动装置1中的漏电流检测部16内还设置有在由计算部21计算出的差超过了预先规定的阈值的情况下判定为发生了由于电动机驱动引起的漏电流的判定部22。用于漏电流检测部16内的判定部22的判定处理的阈值在考虑安全性的情况下多少具有余量，并且设定为比引起电动机驱动装置1或其***装置的误动作、故障的程度的漏电流的值小的值即可。在由计算部21计算出的差超过了阈值的情况下判定部22判定为发生了由于电动机驱动引起的漏电流(引起误动作、故障的程度的漏电流)，在没有超过阈值的情况下判定部22判定为没有发生由于电动机驱动引起的漏电流(引起误动作、故障的程度的漏电流)。判定结果发送到通知部17。通知部17对用户通知“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”或“没有发生(引起误动作、故障的程度的)漏电流”。例如，经由通知部17获知了“发生了(引起误动作、故障的程度的)漏电流”的用户例如也能够进行使与电动机2连接的线缆、连接交流电源3和电动机驱动装置1的线缆***之类的设计变更、更换噪声吸收电路之类的设计变更。
根据本公开的一个方式，能够实线一种能够容易且准确地检测漏电流的发生状况的电动机驱动装置。

Claims (3)

1.一种电动机驱动装置，具备：
整流器，其将从交流电源输入的交流电力变换为直流电力并且向直流环节输出；
交流电抗器，其设置于整流器的交流输入侧；
直流环节电容器，其设置于所述直流环节；
逆变换器，其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并且输出；
直流电压检测部，其检测施加于直流环节电容器的两端的直流电压值；
交流电压检测部，其检测所述整流器的交流输入侧的交流电压的峰值；以及
漏电流检测部，其基于由所述直流电压检测部检测出的直流电压值和由所述交流电压检测部检测出的交流电压的峰值来检测由于电动机驱动引起的漏电流的发生，
其中，所述漏电流检测部具有计算部，所述计算部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，
基于由所述计算部计算出的差来检测由于电动机驱动引起的漏电流的发生。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述漏电流检测部还具有判定部，在由所述计算部计算出的差超过了预先规定的阈值的情况下，所述判定部判定为发生了由于电动机驱动引起的漏电流。
3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述电动机驱动装置具备通知部，在由所述漏电流检测部检测到由于电动机驱动引起的漏电流的发生的情况下，所述通知部通知发生了漏电流。
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