JP2020092553A - Motor drive device having pre-charging circuit - Google Patents

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Abstract

To provide a low-cost motor drive device in which it is easy to grasp the behavior of a capacitor voltage value in precharging of a capacitor provided in a DC link unit between a forward converter and an inverse converter and to determine completion of precharging.SOLUTION: A motor dive device 1 includes a forward converter 11 that converts AC power of an AC power supply 2 into DC power and outputs the DC power, a capacitor 12 provided in a DC link unit, which is the DC output side of the forward converter 11, an inverse converter 13 that converts the DC power in the DC link unit into AC power and outputs AC power for driving the motor, a pre-charging circuit 14 having a switch 31 for opening and closing an electric path between the forward converter 11 and the capacitor 12 and a charging resistor 32 connected in parallel with the switch 31, a voltage detection unit 15 that detects a capacitor voltage value that is a potential difference between both ends of the capacitor 12, and a convergence value calculation unit 16 that calculates a convergence value of the capacitor voltage value on the basis of a plurality of capacitor voltage values detected at different timings during the open period of the switch 31.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、予備充電回路を有するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device having a preliminary charging circuit.

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータの駆動を制御するモータ駆動装置においては、交流電源から入力される交流電力を順変換器にて直流電力に変換して直流リンク部へ出力し、さらに逆変換器にて直流リンク部における直流電圧を交流電力に変換し、この交流電力をモータの駆動電力として供給している。「直流リンク部」とは、コンバータの直流出力側とインバータの直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「ＤＣリンク」「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、または「直流中間回路」などとも別称されることもある。 Machine tools, forging machines, injection molding machines, industrial machines, and motor drive devices that control the drive of motors in various robots convert AC power input from an AC power supply into DC power with a forward converter. The voltage is output to the DC link unit, and the inverse converter converts the DC voltage in the DC link unit into AC power, and this AC power is supplied as drive power for the motor. The "DC link section" refers to a circuit section that electrically connects the DC output side of the converter and the DC input side of the inverter, and is a "DC link", a "DC link section", a "DC link", or a "DC link". It may also be referred to as a "DC intermediate circuit".

直流リンク部には、順変換器の直流出力の脈動分を抑える機能とともに直流電力を蓄積する機能を有するコンデンサ（直流リンクコンデンサ）が設けられる。直流リンクコンデンサは平滑コンデンサとも称される。 The DC link unit is provided with a capacitor (DC link capacitor) having a function of suppressing the pulsating component of the DC output of the forward converter and a function of accumulating DC power. The DC link capacitor is also called a smoothing capacitor.

直流リンク部に設けられるコンデンサは、モータ駆動装置の起動直後からモータの駆動開始前（すなわち逆変換器による電力変換動作開始前）までに所定の大きさの電圧に充電しておく必要がある。この充電は、一般に予備充電（または初期充電）と称される（例えば、特許文献１参照）。 The capacitor provided in the DC link unit needs to be charged to a predetermined voltage immediately after the motor drive device is activated and before the motor drive is started (that is, before the power conversion operation by the inverse converter is started). This charging is generally called preliminary charging (or initial charging) (for example, refer to Patent Document 1).

コンデンサにエネルギーが蓄積されていない状態から予備充電が開始された直後は、順変換器から直流リンク部に大きな突入電流が出力される。特にコンデンサの静電容量が大きいほど、より大きな突入電流が発生する。この突入電流対策として、直流リンク部には予備充電回路（初期充電回路）が設けられるのが一般的である。予備充電回路は、スイッチとスイッチに並列接続された充電抵抗とを有する。予備充電回路内のスイッチは、モータ駆動装置の起動直後のコンデンサの予備充電期間中のみ開放（オフ）され、モータ駆動装置がモータを駆動する通常動作期間中は閉成（オン）した状態を維持する。より詳細には、モータ駆動装置の起動直後（電源投入直後）からモータの駆動開始前までの予備充電期間中はスイッチを開放（オフ）することで、順変換器から出力された直流電力が充電抵抗を通じてコンデンサに流れ込み、コンデンサが充電される。この間、順変換器から直流リンク部に出力される直流電流は、充電抵抗を通るので、突入電流の発生を防ぐことができる。コンデンサが所定の大きさの電圧まで充電されると、予備充電回路内のスイッチを開から閉に切り換えて予備充電を完了する。 Immediately after the precharge is started from the state where the energy is not stored in the capacitor, a large inrush current is output from the forward converter to the DC link section. In particular, the larger the capacitance of the capacitor, the larger the inrush current generated. As a measure against this inrush current, a direct charging circuit is generally provided with a preliminary charging circuit (initial charging circuit). The pre-charging circuit has a switch and a charging resistor connected in parallel with the switch. The switch in the pre-charge circuit is opened (OFF) only during the pre-charge period of the capacitor immediately after the motor drive device is started, and remains closed (ON) during the normal operation period when the motor drive device drives the motor. To do. More specifically, the DC power output from the forward converter is charged by opening (off) the switch during the pre-charging period immediately after the motor drive device is started (immediately after the power is turned on) and before the motor drive is started. It flows into the capacitor through the resistor, and the capacitor is charged. During this period, the DC current output from the forward converter to the DC link unit passes through the charging resistor, so that the generation of the inrush current can be prevented. When the capacitor is charged to a predetermined voltage, the switch in the precharge circuit is switched from open to closed to complete the precharge.

例えば、３相交流電圧を整流するダイオードブリッジの出力直流母線間にコンデンサを備え、このコンデンサの両端から直流電圧を得るようにしたコンバータ装置において、前記コンデンサの初期充電時、前記コンデンサの初期充電抵抗を前記コンデンサと直列に接続し、前記コンデンサの両端の直流電圧を検出するコンピュータにより、前記コンデンサ両端の立ち上がり電圧と時間の関係から時定数を導出し、この時定数を前記初期充電抵抗の値で除して、前記コンデンサの容量を算出し、この算出値が負荷の許容電流リップルにより決められる定格値より小さいときに故障表示回路により故障表示をすることを特徴とするコンバータ装置の故障表示方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。 For example, in a converter device in which a capacitor is provided between output DC buses of a diode bridge that rectifies a three-phase AC voltage, and a DC voltage is obtained from both ends of the capacitor, an initial charging resistance of the capacitor when the capacitor is initially charged. Is connected in series with the capacitor, and a computer that detects the DC voltage across the capacitor detects a time constant from the relationship between the rising voltage across the capacitor and time, and this time constant is the value of the initial charging resistance. Then, the capacity of the capacitor is calculated, and when the calculated value is smaller than the rated value determined by the allowable current ripple of the load, the failure display circuit displays a failure display method. It is known (for example, refer to Patent Document 2).

特許第５９３１１４８号公報Japanese Patent No. 5931148 特許第３２３５１３４号公報Japanese Patent No. 3235134

従来、順変換器と逆変換器との間の直流リンク部に設けられるコンデンサを有するモータ駆動装置においては、順変換器の直流出力電圧値とコンデンサ電圧値との差に基づきコンデンサの予備充電が完了したか否かを判定していたため、順変換器の直流出力電圧値及びコンデンサ電圧値をそれぞれ検出するために２つの電圧検出回路が必要であった。また、コンデンサの予備充電期間中におけるコンデンサ電圧値の挙動を事前に把握することができればモータ駆動装置の異常発生を未然に防ぐことも可能である。したがって、順変換器と逆変換器との間の直流リンク部に設けられるコンデンサの予備充電におけるコンデンサ電圧値の挙動の把握及び予備充電完了の判定が容易で低コストのモータ駆動装置が望まれている。 Conventionally, in a motor drive device having a capacitor provided in a DC link section between a forward converter and an inverse converter, pre-charging of the capacitor is performed based on the difference between the DC output voltage value of the forward converter and the capacitor voltage value. Since it was determined whether or not it was completed, two voltage detection circuits were required to detect the DC output voltage value of the forward converter and the capacitor voltage value, respectively. Further, if the behavior of the capacitor voltage value during the preliminary charging period of the capacitor can be grasped in advance, it is possible to prevent the occurrence of an abnormality in the motor drive device. Therefore, there is a demand for a low-cost motor drive device in which it is easy to grasp the behavior of the capacitor voltage value in the preliminary charging of the capacitor provided in the DC link section between the forward converter and the inverse converter and determine the completion of the preliminary charging. There is.

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、順変換器の直流出力側である直流リンク部に設けられるコンデンサと、直流リンク部における直流電力を交流電力に変換してモータ駆動のための交流電力を出力する逆変換器と、順変換器とコンデンサとの間の電路を開閉するスイッチとスイッチに並列接続された充電抵抗とを有する予備充電回路であって、スイッチの開期間中に充電抵抗を介して供給される順変換器からの直流電力によりコンデンサを予備充電し、スイッチが開から閉に切り換えられることでコンデンサの予備充電を完了する予備充電回路と、コンデンサの両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する電圧検出部と、スイッチの開期間中の異なるタイミングにて検出された複数のコンデンサ電圧値に基づき、コンデンサ電圧値の収束値を計算する収束値計算部とを備える。 According to one aspect of the present disclosure, a motor driving device is provided in a forward converter that converts AC power input from an AC power supply into DC power and outputs the DC power, and a DC link unit that is a DC output side of the forward converter. Capacitor, an inverse converter that converts DC power in the DC link section to AC power and outputs AC power for driving the motor, and a switch that opens and closes the electric path between the forward converter and the capacitor, and in parallel with the switch. A precharging circuit having a connected charging resistor, the capacitor being precharged by the DC power from the forward converter supplied through the charging resistor during the opening period of the switch, and the switch is switched from open to closed. The pre-charging circuit completes the pre-charging of the capacitor, the voltage detection unit that detects the capacitor voltage value that is the potential difference between both ends of the capacitor, and the multiple capacitor voltages detected at different timings during the open period of the switch. And a convergence value calculation unit that calculates a convergence value of the capacitor voltage value based on the value.

本開示の一態様によれば、順変換器と逆変換器との間の直流リンク部に設けられるコンデンサの予備充電におけるコンデンサ電圧値の挙動の把握及び予備充電完了の判定が容易で低コストのモータ駆動装置を実現することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is easy and inexpensive to grasp the behavior of the capacitor voltage value in the preliminary charging of the capacitor provided in the DC link section between the forward converter and the inverse converter and to determine the completion of the preliminary charging. A motor drive device can be realized.

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a motor drive device according to an embodiment of the present disclosure. 予備充電期間中のコンデンサ電圧値を例示する図である。It is a figure which illustrates the capacitor voltage value in a precharge period. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第１の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the first mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第２の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the second mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第３の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the third mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第４の形態による予備充電完了判定処理を用いたモータ駆動装置を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a motor drive device using a precharge completion determination process according to a fourth mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第４の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。8 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the fourth mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の変形例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a modification of the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure. 図８に示すモータ駆動装置におけるアラーム出力処理の動作フローを示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an operation flow of alarm output processing in the motor drive device shown in FIG. 8.

以下図面を参照して、予備充電回路を有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。 A motor drive device having a preliminary charging circuit will be described below with reference to the drawings. For ease of understanding, the drawings are scaled accordingly. The embodiment shown in the drawings is one example for carrying out the invention and is not limited to the embodiment shown.

図１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a motor drive device according to an embodiment of the present disclosure.

一例として、交流電源２に接続されたモータ駆動装置１により、交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を制御する場合について示す。本実施形態においては、モータ３の種類は特に限定されず、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。図示の例では、交流電源２及びモータ３をそれぞれ三相としている。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。 As an example, a case where an AC motor (hereinafter simply referred to as “motor”) 3 is controlled by a motor driving device 1 connected to an AC power supply 2 will be described. In this embodiment, the type of the motor 3 is not particularly limited, and may be, for example, an induction motor or a synchronous motor. The number of phases of the AC power supply 2 and the motor 3 is not particularly limited to this embodiment, and may be, for example, three phases or a single phase. In the illustrated example, the AC power supply 2 and the motor 3 have three phases. Examples of the AC power supply 2 include a three-phase AC 400V power supply, a three-phase AC 200V power supply, a three-phase AC 600V power supply, and a single-phase AC 100V power supply. The machine provided with the motor 3 includes, for example, a machine tool, a robot, a forging machine, an injection molding machine, an industrial machine, various electric appliances, a train, an automobile, an aircraft, and the like.

図１に示すように、本実施形態によるモータ駆動装置１は、順変換器１１と、コンデンサ１２と、逆変換器１３と、予備充電回路１４と、電圧検出部１５と、収束値計算部１６とを備える。また、モータ駆動装置１は、充電完了判定部１７と、スイッチ制御部１８と、電流検出部１９と、モータ制御部２０と、速度検出部４１とを備える。 As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 according to the present embodiment includes a forward converter 11, a capacitor 12, an inverse converter 13, a preliminary charging circuit 14, a voltage detection unit 15, and a convergence value calculation unit 16. With. The motor drive device 1 also includes a charging completion determination unit 17, a switch control unit 18, a current detection unit 19, a motor control unit 20, and a speed detection unit 41.

順変換器１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して直流側である直流リンク部へ出力する。順変換器１１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、あるいは内部にスイッチング素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。順変換器１１は、交流電源２が三相である場合は三相のブリッジ回路として構成され、交流電源２が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。順変換器１１がダイオード整流回路である場合は、交流電源２から入力された交流電流を整流し、直流リンク部へ直流電流を出力する。順変換器１１が１２０度通電型整流回路やＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、順変換器１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンク部へ出力するとともに電源回生時には直流リンク部における直流電力を交流電力に変換して交流電源２側へ戻すことができる交直双方向に変換可能である電力変換器として実現される。順変換器１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、半導体スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。なお、順変換器１１の交流入力側には交流リアクトルやＡＣラインフィルタ等が設けられるが、ここでは図示を省略している。 The forward converter 11 converts the AC power input from the AC power supply 2 into DC power and outputs the DC power to the DC link unit on the DC side. Examples of the forward converter 11 include a diode rectifier circuit, a 120-degree conduction type rectifier circuit, and a PWM switching control rectifier circuit having a switching element inside. The forward converter 11 is configured as a three-phase bridge circuit when the AC power supply 2 has three phases, and is configured as a single-phase bridge circuit when the AC power supply 2 has a single phase. When the forward converter 11 is a diode rectifier circuit, it rectifies the AC current input from the AC power supply 2 and outputs a DC current to the DC link unit. When the forward converter 11 is a 120-degree conduction type rectifier circuit or a PWM switching control system rectifier circuit, the forward converter 11 converts the AC power input from the AC power supply 2 into DC power and directs it to the DC link unit. The present invention is realized as a power converter capable of outputting DC power at the time of power regeneration and converting the DC power in the DC link unit into AC power and returning the AC power to the AC power supply 2 side. When the forward converter 11 is a PWM switching control rectifier circuit, it comprises a semiconductor switching element and a diode bridge circuit connected in anti-parallel thereto. In this case, examples of semiconductor switching elements include FETs, IGBTs, thyristors, GTOs, SiCs, and transistors, but the type of semiconductor switching element itself does not limit the present embodiment, and other semiconductor switching elements may be used. It may be. Although an AC reactor, an AC line filter, etc. are provided on the AC input side of the forward converter 11, they are not shown here.

順変換器１１の直流出力側と逆変換器１３の直流入力側とを接続する直流リンク部には、コンデンサ（直流リンクコンデンサ）１２が設けられる。コンデンサ１２は、逆変換器１３が交流電力を生成するために用いられる直流電力を蓄積する機能及び順変換器１１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。直流リンク部に設けられるコンデンサの例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。 A capacitor (DC link capacitor) 12 is provided in the DC link unit that connects the DC output side of the forward converter 11 and the DC input side of the inverse converter 13. The capacitor 12 has a function of accumulating DC power used by the inverse converter 13 to generate AC power and a function of suppressing a pulsating component of the DC output of the forward converter 11. Examples of capacitors provided in the DC link unit include electrolytic capacitors and film capacitors.

逆変換器１３は、直流側から入力された直流電力（すなわち直流リンク部における直流電力）を、モータ３を駆動するための交流電力に変換してモータ３へ出力する。逆変換器１３は、直流電力を交流電力に変換することができる構成を有していればよく、例えば、内部に半導体スイッチング素子を備えるＰＷＭインバータなどがある。逆変換器１３は、モータ３が三相交流モータである場合は三相ブリッジ回路として構成され、モータ３が単相モータである場合は単相ブリッジ回路として構成される。逆変換器１３は、モータ制御部２０からのスイッチング指令を受けて直流リンク部における直流電力をモータを駆動するための交流電力に変換してモータ３へ出力するとともにモータ回生時にはモータ３で回生された交流電力を直流電力に変換して直流リンク部へ戻す。逆変換器１３がＰＷＭインバータで構成される場合は、半導体スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。 The inverse converter 13 converts DC power input from the DC side (that is, DC power in the DC link unit) into AC power for driving the motor 3 and outputs the AC power to the motor 3. The inverse converter 13 only needs to have a configuration capable of converting DC power into AC power, and includes, for example, a PWM inverter having a semiconductor switching element inside. The inverse converter 13 is configured as a three-phase bridge circuit when the motor 3 is a three-phase AC motor, and is configured as a single-phase bridge circuit when the motor 3 is a single-phase motor. The inverse converter 13 receives a switching command from the motor control unit 20, converts DC power in the DC link unit into AC power for driving the motor, outputs the AC power to the motor 3, and regenerates the motor 3 during motor regeneration. The converted AC power is converted to DC power and returned to the DC link unit. When the inverse converter 13 is composed of a PWM inverter, it is composed of a semiconductor switching element and a diode bridge circuit connected in antiparallel thereto. In this case, examples of semiconductor switching elements include FETs, IGBTs, thyristors, GTOs, SiCs, and transistors, but the type of semiconductor switching element itself does not limit the present embodiment, and other semiconductor switching elements may be used. It may be.

モータ駆動装置１によるモータ３の駆動開始前までにＤＣリンクコンデンサ１２を予備充電（初期充電）するために、予備充電回路（初期充電回路）１４が設けられる。予備充電回路１４は、順変換器１１とコンデンサ１２との間の電路を開閉するスイッチ３１とスイッチ３１に並列接続された充電抵抗３２とを有する。スイッチ３１の例としては、サイリスタやＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどの機械式スイッチなどがある。スイッチ３１の開閉は、スイッチ制御部１８によって制御される。 A pre-charging circuit (initial charging circuit) 14 is provided for pre-charging (initial charging) the DC link capacitor 12 before the motor driving device 1 starts driving the motor 3. The pre-charging circuit 14 has a switch 31 that opens and closes an electric path between the forward converter 11 and the capacitor 12, and a charging resistor 32 that is connected in parallel to the switch 31. Examples of the switch 31 include semiconductor switching devices such as thyristors and IGBTs, mechanical switches such as relays, and the like. The opening and closing of the switch 31 is controlled by the switch control unit 18.

モータ駆動装置１の起動直後（電源投入直後）からモータ３の駆動開始前までの予備充電期間中、スイッチ３１は、スイッチ制御部１８から開指令を受信して開放（オフ）する。予備充電期間中は、スイッチ３１は開状態を維持するので、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を介して充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は充電（予備充電）される。予備充電期間中は、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。後述するように充電完了判定部１７によりコンデンサ１２の予備充電が完了したと判定されると、スイッチ制御部１８はスイッチ３１に対して閉指令を出力し、これを受けてスイッチ３１は開から閉に切り替えられ、予備充電回路１４による予備充電を完了する。予備充電完了後は、順変換器１１から出力される電流は、閉状態にあるスイッチ３１を通じて、直流リンク部に接続された逆変換器１３及びコンデンサ１２へ向けて流れることになる。 During the pre-charging period from immediately after the motor drive device 1 is started (immediately after the power is turned on) to before the drive of the motor 3 is started, the switch 31 receives the open command from the switch control unit 18 and opens (OFF). During the pre-charging period, the switch 31 maintains the open state, so the current output from the forward converter 11 flows into the capacitor 12 as the charging current via the charging resistor 32, and the capacitor 12 is charged (pre-charged). .. During the pre-charging period, the current output from the forward converter 11 flows through the charging resistor 32, so that inrush current can be prevented from occurring. As will be described later, when the charging completion determination unit 17 determines that the pre-charging of the capacitor 12 is completed, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31, and in response to this, the switch 31 closes from open. And the preliminary charging by the preliminary charging circuit 14 is completed. After the completion of the pre-charging, the current output from the forward converter 11 flows through the switch 31 in the closed state toward the reverse converter 13 and the capacitor 12 connected to the DC link unit.

スイッチ制御部１８は、予備充電回路１４内のスイッチ３１の開閉を制御する。モータ駆動装置１の起動直後（電源投入直後）からモータ３の駆動開始前までの予備充電期間中、スイッチ制御部１８は、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して開指令を出力する。充電完了判定部１７によりコンデンサの予備充電が完了したと判定されると、スイッチ制御部１８は、スイッチ３１に対して閉指令を出力する。また、充電完了判定部１７によりコンデンサの予備充電が完了したと判定されると、スイッチ制御部１８は、モータ制御部２０に対し、スイッチ３１に対して閉指令を出力したことを通知する。この通知を受けてモータ制御部２０は逆変換器１３の電力変換動作の制御を開始する。 The switch control unit 18 controls opening/closing of the switch 31 in the preliminary charging circuit 14. During the preliminary charging period from immediately after the motor driving device 1 is started (immediately after the power is turned on) to before the driving of the motor 3 is started, the switch control unit 18 outputs an open command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14. When the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor is completed, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31. Further, when the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor is completed, the switch control unit 18 notifies the motor control unit 20 that the closing command is output to the switch 31. Upon receiving this notification, the motor control unit 20 starts controlling the power conversion operation of the inverse converter 13.

モータ制御部２０は、一般的なモータ制御装置と同様、直流リンク部における直流電力とモータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換を行う逆変換器１３を制御することで、モータ３の駆動を制御する。すなわち、モータ駆動装置１内のモータ制御部２０は、速度検出器４１によって検出されたモータ３の（回転子の）回転速度（速度フィードバック）、電流検出部１９によって検出されたモータ３の巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ制御部２０によって作成されたスイッチング指令に基づいて、逆変換器１３による電力変換動作が制御される。 The motor control unit 20 controls the inverse converter 13 that performs power conversion between the DC power in the DC link unit and the AC power that is the drive power of the motor 3 or the regenerative power, as in a general motor control device. Then, the drive of the motor 3 is controlled. That is, the motor control unit 20 in the motor drive device 1 controls the rotational speed (speed feedback) of the motor 3 (rotor) detected by the speed detector 41 and the winding of the motor 3 detected by the current detection unit 19. A switching command for controlling the speed, torque, or the position of the rotor of the motor 3 is generated based on a current (current feedback) flowing through the motor 3, a predetermined torque command, an operation program of the motor 3, and the like. The power conversion operation by the inverse converter 13 is controlled based on the switching command created by the motor control unit 20.

電圧検出部１５は、コンデンサ１２の両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する。このコンデンサ電圧値は、直流リンク電圧値に相当する。予備充電期間中、電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値は、収束値計算部１６へ送られる。なお、予備充電完了後は、電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値は、モータ制御部２０へ送られて逆変換器１３の電力変換動作の制御に用いられてもよい。 The voltage detection unit 15 detects a capacitor voltage value which is a potential difference between both ends of the capacitor 12. This capacitor voltage value corresponds to the DC link voltage value. During the preliminary charging period, the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 is sent to the convergence value calculation unit 16. After the completion of the preliminary charging, the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 may be sent to the motor control unit 20 and used for controlling the power conversion operation of the inverse converter 13.

収束値計算部１６は、予備充電回路１４内のスイッチ３１の開期間中の異なるタイミングにて検出された複数のコンデンサ電圧値に基づき、コンデンサ電圧値の収束値を計算する。収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値は、充電完了判定部１７へ送られる。コンデンサ電圧値の収束値の計算処理の詳細については後述する。 The convergence value calculation unit 16 calculates the convergence value of the capacitor voltage value based on the plurality of capacitor voltage values detected at different timings during the open period of the switch 31 in the precharge circuit 14. The convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 is sent to the charging completion determination unit 17. Details of the calculation process of the converged value of the capacitor voltage value will be described later.

充電完了判定部１７は、収束値計算部１６により計算された収束値に基づき、コンデンサ１２の予備充電が完了したか否かを判定する。コンデンサ１２の予備充電完了判定処理の詳細については後述する。 The charging completion determination unit 17 determines whether or not the preliminary charging of the capacitor 12 is completed based on the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16. Details of the precharge completion determination process for the capacitor 12 will be described later.

収束値計算部１６、充電完了判定部１７、スイッチ制御部１８、及びモータ制御部２０は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ制御装置１内にある例えばＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、収束値計算部１６、充電完了判定部１７、スイッチ制御部１８、及びモータ制御部２０を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。また、収束値計算部１６、充電完了判定部１７、スイッチ制御部１８、及びモータ制御部２０は、例えば工作機械の数値制御装置内に設けられてもよい。また、モータ制御部２０内に、収束値計算部１６、充電完了判定部１７及びスイッチ制御部１８を設けてもよい。また、電圧検出部１５、電流検出部１９及び速度検出部４１については、ディジタル回路とアナログ回路との組み合わせで構成してもよく、アナログ回路のみで構成してもよい。 The convergence value calculation unit 16, the charging completion determination unit 17, the switch control unit 18, and the motor control unit 20 may be constructed in, for example, a software program format, or may be constructed by a combination of various electronic circuits and a software program. Good. For example, when these are constructed in the software program format, the functions of the above-mentioned respective parts can be realized by operating an arithmetic processing unit such as DSP or FPGA in the motor control device 1 according to the software program. Alternatively, the convergence value calculation unit 16, the charging completion determination unit 17, the switch control unit 18, and the motor control unit 20 may be realized as a semiconductor integrated circuit in which a software program that realizes the functions of each unit is written. Further, the convergent value calculation unit 16, the charging completion determination unit 17, the switch control unit 18, and the motor control unit 20 may be provided in, for example, a numerical control device of a machine tool. Further, the convergence value calculation unit 16, the charging completion determination unit 17, and the switch control unit 18 may be provided in the motor control unit 20. Further, the voltage detection unit 15, the current detection unit 19, and the speed detection unit 41 may be configured by combining a digital circuit and an analog circuit, or may be configured by only an analog circuit.

続いて、収束値計算部１６によるコンデンサ電圧値の収束値の計算処理について説明する。 Next, the process of calculating the convergence value of the capacitor voltage value by the convergence value calculation unit 16 will be described.

図２は、予備充電期間中のコンデンサ電圧値を例示する図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a capacitor voltage value during the precharge period.

モータ３の駆動開始前、時刻０で予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が開始されると、コンデンサ１２の両端の電位差であるコンデンサ電圧値は、徐々に上昇し、最終的にはコンデンサ１２の静電容量や順変換器１１の直流出力電圧値などで定まるある一定の収束値に収束する。本実施形態では、予備充電期間中の時間ｔ［ｓ］とコンデンサ電圧値Ｖ［Ｖ］との関係式を、式１で表される関数に近似し、これに基づいて収束値を予測計算する。式１において、Ａ、ｂ及びＤは、コンデンサ１２の静電容量や順変換器１１の直流出力電圧値などで定まる係数である。 When the precharging of the capacitor 12 by the precharging circuit 14 is started at time 0 before the driving of the motor 3 is started, the capacitor voltage value, which is the potential difference between both ends of the capacitor 12, gradually increases, and finally the capacitor 12 is reached. It converges to a certain convergent value determined by the electrostatic capacity of, the DC output voltage value of the forward converter 11, and the like. In the present embodiment, the relational expression between the time t[s] during the pre-charging period and the capacitor voltage value V[V] is approximated to the function expressed by Expression 1, and the convergence value is predicted and calculated based on this function. .. In Expression 1, A, b, and D are coefficients determined by the capacitance of the capacitor 12, the DC output voltage value of the forward converter 11, and the like.

Figure 2020092553
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式１において、時刻ｔを無限大にすると、「Ａｅ-bt」はゼロとなり、したがって、収束値Ｄが得られる。本実施形態では、収束値Ｄを次のようにして計算する。 In Equation 1, when the time t is set to infinity, "Ae- bt " becomes zero, and thus the convergence value D is obtained. In this embodiment, the convergence value D is calculated as follows.

時刻ｔ1、時刻ｔ2、及び時刻ｔ3において電圧検出部１５が検出するコンデンサ電圧値Ｖ1、Ｖ2、及びＶ3は、それぞれ式２、式３、及び式４のように表される。 The capacitor voltage values V 1 , V 2 , and V 3 detected by the voltage detection unit 15 at time t 1 , time t 2 , and time t 3 are expressed by Equation 2, Equation 3, and Equation 4, respectively. ..

Figure 2020092553
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Figure 2020092553
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Figure 2020092553
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式２及び式３を式４へ代入すると、式５が得られる。 By substituting Equation 2 and Equation 3 into Equation 4, Equation 5 is obtained.

Figure 2020092553
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ここで、電圧検出部１５によるコンデンサ電圧値の検出間隔をΔｔ一定（すなわちｔ2−ｔ1＝ｔ3−ｔ2＝Δｔ）であるとしたとき、式５は、式６のように変形することができる。 Here, assuming that the detection interval of the capacitor voltage value by the voltage detection unit 15 is constant Δt (that is, t 2 −t 1 =t 3 −t 2 =Δt), Formula 5 is transformed into Formula 6. be able to.

Figure 2020092553
Figure 2020092553

式６を収束値Ｄについて解くと式７が得られる。 When Equation 6 is solved for the convergence value D, Equation 7 is obtained.

Figure 2020092553
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式７で表されるＤは、式１において時刻ｔを無限大にしたとき（すなわちＡｅ-bt＝０となるとき）におけるコンデンサ電圧Ｖの収束値である。また、式７においてコンデンサ電圧Ｖ1、Ｖ2、及びＶ3が検出されるタイミングである時刻ｔ1、ｔ2、及びｔ3はいずれも、実際にコンデンサ電圧が収束値に収まる時刻よりも前である。つまり、式７から、一定間隔Δｔを有する少なくとも３つのタイミングにて電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値を用いれば、コンデンサ１２の収束値Ｄを予測計算することができることが分かる。そこで、本実施形態では、モータ駆動装置１の起動直後（電源投入直後）からモータ駆動開始前までの予備充電期間中（すなわち予備充電回路１４内のスイッチ３１の開期間中）、収束値計算部１６は、一定間隔Δｔを有する少なくとも３つのタイミングにて電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値を用いて、式７に従って収束値Ｄを計算（予測計算）する。収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値は、充電完了判定部１７に送られ、予備充電完了判定処理に用いられる。 D represented by Expression 7 is a convergent value of the capacitor voltage V when the time t is set to infinity in Expression 1 (that is, Ae −bt =0). Further, the time points t 1 , t 2 and t 3 which are the timings at which the capacitor voltages V 1 , V 2 and V 3 are detected in the equation 7 are all before the time when the capacitor voltage actually falls within the converged value. Is. That is, it can be seen from Expression 7 that the convergent value D of the capacitor 12 can be predicted and calculated by using the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 at at least three timings having the constant interval Δt. Therefore, in the present embodiment, the convergence value calculation unit is provided during the preliminary charging period from immediately after the motor driving device 1 is started (immediately after the power is turned on) to before the motor driving is started (that is, during the opening period of the switch 31 in the preliminary charging circuit 14). 16 calculates the convergence value D (prediction calculation) according to Expression 7 using the capacitor voltage values detected by the voltage detection unit 15 at at least three timings having the constant interval Δt. The convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 is sent to the charging completion determination unit 17 and used for the preliminary charging completion determination processing.

続いて、充電完了判定部１７による予備充電完了判定処理の例について、いくつか列記する。 Next, some examples of preliminary charging completion determination processing by the charging completion determining unit 17 will be listed.

まず、第１の形態による予備充電完了判定処理について説明する。 First, the preliminary charge completion determination process according to the first mode will be described.

第１の形態では、収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値と、電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値と、の差が所定範囲内に収まったとき、充電完了判定部１７は予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したと判定する。 In the first embodiment, when the difference between the convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 and the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 falls within a predetermined range, charging is performed. The completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 is completed.

図３は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第１の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the first mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure.

モータ駆動装置１の起動直後（電源投入直後）からモータ駆動開始前のステップＳ１０１において、収束値計算部１６は、カウンタ（図示せず）のカウント値ｉをゼロ（０）にセットする。 In step S101 immediately after the motor drive device 1 is started (immediately after the power is turned on) and before the motor drive is started, the convergence value calculation unit 16 sets the count value i of the counter (not shown) to zero (0).

ステップＳ１０２において、スイッチ制御部１８は、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して開指令を出力する。スイッチ３１は、スイッチ制御部１８から開指令を受信して開放（オフ）する。後述するステップＳ１０７において予備充電完了と判定されるまで、スイッチ３１は開状態を維持する。この予備充電期間中、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を介して充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は徐々に上昇する。予備充電期間中は、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。 In step S102, the switch control unit 18 outputs an open command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14. The switch 31 receives an open command from the switch control unit 18 and opens (turns off). The switch 31 remains open until it is determined in step S107, which will be described later, that pre-charging is completed. During this preliminary charging period, the current output from the forward converter 11 flows into the capacitor 12 via the charging resistor 32 as a charging current, and the capacitor 12 gradually rises. During the pre-charging period, the current output from the forward converter 11 flows through the charging resistor 32, so that inrush current can be prevented from occurring.

ステップＳ１０３において、電圧検出部１５は、コンデンサ１２の両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する。電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値は、収束値計算部１６へ送られる。 In step S103, the voltage detection unit 15 detects the capacitor voltage value, which is the potential difference across the capacitor 12. The capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 is sent to the convergence value calculation unit 16.

ステップＳ１０４において、収束値計算部１６は、カウンタのカウント値ｉをインクリメントする。 In step S104, the convergence value calculation unit 16 increments the count value i of the counter.

ステップＳ１０５において、収束値計算部１６は、カウンタのカウント値ｉが３になったか否かを判定する。カウンタのカウント値ｉが３になったと判定された場合はステップＳ１０６へ進み、カウンタのカウント値ｉが３になったと判定されなかった場合はステップＳ１０３へ戻る。 In step S105, the convergence value calculation unit 16 determines whether the count value i of the counter has become 3. If it is determined that the count value i of the counter is 3, the process proceeds to step S106, and if it is not determined that the count value i of the counter is 3, the process returns to step S103.

ステップＳ１０１、Ｓ１０４及びＳ１０５のカウンタを用いたカウント処理を設けることにより、電圧検出部１５は、異なる３つのタイミングにてコンデンサ電圧値を検出することになる。ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの一連の処理は、一定周期（すなわち上述の間隔Δｔ）で、３回繰り返し実行される。 By providing the count process using the counters in steps S101, S104, and S105, the voltage detection unit 15 detects the capacitor voltage value at three different timings. A series of processes from step S103 to step S105 is repeatedly executed three times at a constant cycle (that is, the above-mentioned interval Δt).

ステップＳ１０５においてカウンタのカウント値ｉが３になったと判定された場合は、ステップＳ１０６において、収束値計算部１６は、一定間隔Δｔを有する３つのタイミングにて電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値を用いて、式７に従ってコンデンサ電圧値の収束値を計算する。収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値は、充電完了判定部１７に送られる。 When it is determined in step S105 that the count value i of the counter has become 3, in step S106, the convergence value calculation unit 16 detects the capacitor voltage detected by the voltage detection unit 15 at three timings having the constant interval Δt. The value is used to calculate the convergence value of the capacitor voltage value according to Equation 7. The convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 is sent to the charging completion determination unit 17.

ステップＳ１０７において、電圧検出部１５は、コンデンサ１２の両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する。電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値は、充電完了判定部１７へ送られる。 In step S107, the voltage detection unit 15 detects the capacitor voltage value, which is the potential difference across the capacitor 12. The capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 is sent to the charging completion determination unit 17.

ステップＳ１０８において、充電完了判定部１７は、ステップＳ１０６において収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値と、ステップＳ１０７において電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値と、の差が所定範囲内に収まったか否かを判定する。充電完了判定部１７は、ステップＳ１０８においてコンデンサ電圧値の収束値と最新のコンデンサ電圧値との差が所定範囲内に収まったと判定したとき、コンデンサ１２の予備充電が完了したと判定し、この判定結果をスイッチ制御部１８へ通知してステップＳ１０９へ進む。一方、ステップＳ１０８においてコンデンサ電圧値の収束値と最新のコンデンサ電圧値との差が所定範囲内に収まったと判定されなかった場合はステップＳ１０７へ戻る。なお、ステップＳ１０８において充電完了判定部１７による予備充電完了判定処理に用いられる上記「所定範囲」は、電圧検出部１５により検出されるコンデンサ電圧値の振動幅や電圧検出部１５の検出誤差などを考慮し、コンデンサ電圧値の収束値として想定される値の例えば数パーセント程度に設定すればよいが、ここで挙げた数値例はあくまでも一例であり、モータ駆動装置１の運用状況などに応じて上記「所定範囲」を適宜設定すればよい。 In step S108, the charging completion determination unit 17 sets the convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 in step S106 and the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 in step S107. It is determined whether the difference is within a predetermined range. When it is determined in step S108 that the difference between the converged value of the capacitor voltage value and the latest capacitor voltage value is within the predetermined range, the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed, and this determination is made. The result is notified to the switch control unit 18, and the process proceeds to step S109. On the other hand, if it is not determined in step S108 that the difference between the converged value of the capacitor voltage value and the latest capacitor voltage value is within the predetermined range, the process returns to step S107. The “predetermined range” used in the preliminary charge completion determination process by the charge completion determination unit 17 in step S108 is the vibration width of the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15, the detection error of the voltage detection unit 15, and the like. In consideration of this, the value may be set to, for example, about several percent of the value assumed as the converged value of the capacitor voltage value, but the numerical examples given here are merely examples, and the above may be set according to the operating condition of the motor drive device 1. The “predetermined range” may be set appropriately.

ステップＳ１０９において、スイッチ制御部１８は、コンデンサ１２の予備充電が完了したとの通知を受けて、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して閉指令を出力する。これを受けてスイッチ３１は開から閉に切り替えられ、予備充電回路１４による予備充電を完了する。予備充電完了後は、順変換器１１から出力される電流は、閉状態にあるスイッチ３１を通じて、直流リンク部に接続された逆変換器１３及びコンデンサ１２へ向けて流れることになる。 In step S109, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14 in response to the notification that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed. In response to this, the switch 31 is switched from open to closed, and the preliminary charging by the preliminary charging circuit 14 is completed. After the completion of the pre-charging, the current output from the forward converter 11 flows through the switch 31 in the closed state toward the reverse converter 13 and the capacitor 12 connected to the DC link unit.

続いて第２の形態による予備充電完了判定処理について説明する。 Next, the precharge completion determination process according to the second mode will be described.

第２の形態では、電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値に対する収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／コンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったとき、充電完了判定部１７は予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したと判定する。 In the second embodiment, the ratio of the convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 to the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 (that is, the latest capacitor voltage value/capacitor voltage value When the (converged value) is equal to or larger than the predetermined value, the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 is completed.

図４は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第２の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the second mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure.

第２の形態におけるステップＳ２０１からＳ２０７までの処理は、図３を参照して説明した第１の形態におけるステップＳ１０１からＳ１０７までの処理と同様であるので、説明は省略する。 The processes of steps S201 to S207 in the second mode are the same as the processes of steps S101 to S107 in the first mode described with reference to FIG.

ステップＳ２０８において、充電完了判定部１７は、「ステップＳ２０７において電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値」に対する「ステップＳ２０６において収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値」の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／コンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったか否かを判定する。充電完了判定部１７は、ステップＳ２０８において最新のコンデンサ電圧値に対するコンデンサ電圧値の収束値の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／コンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったと判定したとき、コンデンサ１２の予備充電が完了したと判定し、この判定結果をスイッチ制御部１８へ通知してステップＳ２０９へ進む。一方、ステップＳ２０８において最新のコンデンサ電圧値に対するコンデンサ電圧値の収束値の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／コンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったと判定されなかった場合はステップＳ２０７へ戻る。なお、ステップＳ２０８において充電完了判定部１７による予備充電完了判定処理に用いられる上記「所定値」は、電圧検出部１５により検出されるコンデンサ電圧値の振動幅や電圧検出部１５の検出誤差などを考慮し、コンデンサ電圧値の収束値として想定される値の例えば９０パーセント以上の値に設定すればよいが、ここで挙げた数値例はあくまでも一例であり、モータ駆動装置１の運用状況などに応じて上記「所定値」を適宜設定すればよい。 In step S208, the charge completion determination unit 17 determines that the “convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 in step S206” with respect to the “latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 in step S207”. Is determined (that is, the latest capacitor voltage value/convergence value of the capacitor voltage value) is equal to or greater than a predetermined value. When the charging completion determination unit 17 determines in step S208 that the ratio of the convergence value of the capacitor voltage value to the latest capacitor voltage value (that is, the latest capacitor voltage value/convergence value of the capacitor voltage value) is equal to or greater than a predetermined value. , It is determined that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed, the determination result is notified to the switch control unit 18, and the process proceeds to step S209. On the other hand, if it is not determined in step S208 that the ratio of the convergence value of the capacitor voltage value to the latest capacitor voltage value (that is, the latest capacitor voltage value/convergence value of the capacitor voltage value) is equal to or greater than the predetermined value, step S207 Return to. The “predetermined value” used in the preliminary charging completion determination processing by the charging completion determining unit 17 in step S208 is the vibration width of the capacitor voltage value detected by the voltage detecting unit 15, the detection error of the voltage detecting unit 15, and the like. Considering this, the value may be set to, for example, 90% or more of the value assumed as the converging value of the capacitor voltage value, but the numerical examples given here are merely examples, and may be set depending on the operating conditions of the motor drive device 1 or the like. The above "predetermined value" may be set appropriately.

ステップＳ２０９において、スイッチ制御部１８は、コンデンサ１２の予備充電が完了したとの通知を受けて、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して閉指令を出力する。これを受けてスイッチ３１は開から閉に切り替えられ、予備充電回路１４による予備充電を完了する。予備充電完了後は、順変換器１１から出力される電流は、閉状態にあるスイッチ３１を通じて、直流リンク部に接続された逆変換器１３及びコンデンサ１２へ向けて流れることになる。 In step S209, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14 in response to the notification that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed. In response to this, the switch 31 is switched from open to closed, and the preliminary charging by the preliminary charging circuit 14 is completed. After the completion of the pre-charging, the current output from the forward converter 11 flows through the switch 31 in the closed state toward the reverse converter 13 and the capacitor 12 connected to the DC link unit.

続いて第３の形態による予備充電完了判定処理について説明する。 Next, the precharge completion determination process according to the third mode will be described.

第３の形態は、第１の形態及び第２の形態による予備充電完了判定処理の変形例である。第３の形態による予備充電完了判定処理では、複数計算されるコンデンサ１２の収束値のうち最新のコンデンサ１２の収束値に基づき、予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したか否かを判定する。第３の形態を第１の形態の変形例とする場合、収束値計算部１６により計算された最新のコンデンサ電圧値の収束値と、電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値と、の差が所定範囲内に収まったとき、充電完了判定部１７は予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したと判定する。第３の形態を第２の形態の変形例とする場合、電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値に対する収束値計算部１６により計算された最新のコンデンサ電圧値の収束値の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／最新のコンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったとき、充電完了判定部１７は予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したと判定する。ここでは、一例として、第３の形態を第１の形態の変形例とする場合について、図５を参照して説明する。 The third mode is a modified example of the preliminary charging completion determination process according to the first mode and the second mode. In the pre-charge completion determination process according to the third mode, it is determined whether or not the pre-charging of the capacitor 12 by the pre-charging circuit 14 is completed based on the latest convergence value of the capacitor 12 among the calculated convergence values of the capacitor 12. judge. When the third mode is a modified example of the first mode, the convergence value of the latest capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 and the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15, When the difference is within a predetermined range, the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 is completed. When the third mode is a modified example of the second mode, the ratio of the convergence value of the latest capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 to the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 ( That is, when the latest capacitor voltage value/convergence value of the latest capacitor voltage value) exceeds a predetermined value, the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 is completed. Here, as an example, a case where the third mode is a modification of the first mode will be described with reference to FIG.

図５は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第３の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the third mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure.

モータ駆動装置１の起動直後（電源投入直後）からモータ駆動開始前のステップＳ３０１において、収束値計算部１６は、カウンタ（図示せず）のカウント値ｉをゼロ（０）にセットする。 In step S301 immediately after the motor drive device 1 is started (immediately after the power is turned on) and before the motor drive is started, the convergence value calculation unit 16 sets the count value i of the counter (not shown) to zero (0).

ステップＳ３０２において、スイッチ制御部１８は、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して開指令を出力する。スイッチ３１は、スイッチ制御部１８から開指令を受信して開放（オフ）し、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を介して充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は徐々に上昇する。予備充電期間中は、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。 In step S302, the switch control unit 18 outputs an open command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14. The switch 31 receives an open command from the switch controller 18 and opens (turns off), and the current output from the forward converter 11 flows into the capacitor 12 as a charging current via the charging resistor 32, and the capacitor 12 gradually. To rise. During the pre-charging period, the current output from the forward converter 11 flows through the charging resistor 32, so that inrush current can be prevented from occurring.

ステップＳ３０３において、電圧検出部１５は、コンデンサ１２の両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する。電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値は、収束値計算部１６へ送られる。 In step S303, the voltage detection unit 15 detects the capacitor voltage value, which is the potential difference across the capacitor 12. The capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 is sent to the convergence value calculation unit 16.

ステップＳ３０４において、収束値計算部１６は、カウンタのカウント値ｉをインクリメントする。 In step S304, the convergence value calculation unit 16 increments the count value i of the counter.

ステップＳ３０５において、収束値計算部１６は、カウンタのカウント値ｉが３以上になったか否かを判定する。カウンタのカウント値ｉが３以上になったと判定された場合はステップＳ３０６へ進み、カウンタのカウント値ｉが３以上になったと判定されなかった場合はステップＳ３０３へ戻る。 In step S305, the convergence value calculation unit 16 determines whether the count value i of the counter is 3 or more. If it is determined that the count value i of the counter is 3 or more, the process proceeds to step S306, and if it is not determined that the count value i of the counter is 3 or more, the process returns to step S303.

ステップＳ３０１、Ｓ３０４及びＳ３０５のカウンタを用いたカウント処理を設けることにより、電圧検出部１５は、少なくとも３つ以上の異なるタイミングにてコンデンサ電圧値を検出することになる。また、ステップＳ３０３からステップＳ３０５までの一連の処理は、一定の周期（すなわち上述の間隔Δｔ）で、３回以上繰り返し実行される。 By providing the count process using the counters in steps S301, S304, and S305, the voltage detection unit 15 detects the capacitor voltage value at least at three or more different timings. Further, the series of processes from step S303 to step S305 is repeatedly executed three times or more at a constant cycle (that is, the above-mentioned interval Δt).

ステップＳ３０５においてカウンタのカウント値ｉが３以上になったと判定された場合は、ステップＳ３０６において、収束値計算部１６は、一定間隔Δｔを有する直近の３つのタイミングにて電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値を用いて、式７に従ってコンデンサ電圧値の収束値を計算する。ステップＳ３０６において収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値は、その時点で予測計算される最新の値である。収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値（最新の収束値）は、充電完了判定部１７に送られる。 When it is determined in step S305 that the count value i of the counter has become 3 or more, in step S306, the convergence value calculation unit 16 is detected by the voltage detection unit 15 at the latest three timings having the constant interval Δt. The converged value of the capacitor voltage value is calculated according to Equation 7 using the calculated capacitor voltage value. The convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 in step S306 is the latest value predicted and calculated at that time. The convergence value (latest convergence value) of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 is sent to the charging completion determination unit 17.

ステップＳ３０７において、充電完了判定部１７は、ステップＳ３０６において収束値計算部１６により計算されたコンデンサ１２の収束値に基づき、予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したか否かを判定する。図５に示す第３の形態は第１の形態の変形例としたので、ステップＳ３０７では、充電完了判定部１７は、ステップＳ３０６において収束値計算部１６により計算された最新のコンデンサ電圧値の収束値と、ステップＳ３０３において電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値と、の差が所定範囲内に収まったか否かを判定する。充電完了判定部１７は、ステップＳ３０７においてコンデンサ電圧値の収束値と最新のコンデンサ電圧値との差が所定範囲内に収まったと判定したとき、コンデンサ１２の予備充電が完了したと判定し、この判定結果をスイッチ制御部１８へ通知してステップＳ３０８へ進む。一方、ステップＳ３０７においてコンデンサ電圧値の収束値と最新のコンデンサ電圧値との差が所定範囲内に収まったと判定されなかった場合はステップＳ３０３へ戻る。このようにステップＳ３０３からステップＳ３０７までの一連の処理が一定の周期（すなわち上述の間隔Δｔ）で繰り返し実行されることで、最新のコンデンサ１２の収束値に基づき、予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したか否かが判定されることになる。このため、収束値計算部１６は、充電完了判定部１７によりコンデンサ１２の予備充電が完了したと判定されるまで、収束値を計算することになる。 In step S307, the charging completion determination unit 17 determines whether the preliminary charging of the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 is completed based on the convergence value of the capacitor 12 calculated by the convergence value calculation unit 16 in step S306. .. Since the third embodiment shown in FIG. 5 is a modification of the first embodiment, in step S307, the charging completion determination unit 17 converges the latest capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 in step S306. It is determined whether or not the difference between the value and the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 in step S303 is within a predetermined range. When it is determined in step S307 that the difference between the converged value of the capacitor voltage value and the latest capacitor voltage value is within the predetermined range, the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed, and this determination is made. The result is notified to the switch control unit 18, and the process proceeds to step S308. On the other hand, if it is not determined in step S307 that the difference between the converged value of the capacitor voltage value and the latest capacitor voltage value is within the predetermined range, the process returns to step S303. In this way, the series of processes from step S303 to step S307 is repeatedly executed at a constant cycle (that is, the above-mentioned interval Δt), so that the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 with respect to the capacitor 12 based on the latest convergence value of the capacitor 12. It will be determined whether or not the preliminary charging is completed. Therefore, the convergence value calculation unit 16 calculates the convergence value until the charge completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed.

ステップＳ３０８において、スイッチ制御部１８は、コンデンサ１２の予備充電が完了したとの通知を受けて、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して閉指令を出力する。これを受けてスイッチ３１は開から閉に切り替えられ、予備充電回路１４による予備充電を完了する。予備充電完了後は、順変換器１１から出力される電流は、閉状態にあるスイッチ３１を通じて、直流リンク部に接続された逆変換器１３及びコンデンサ１２へ向けて流れることになる。 In step S308, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14 in response to the notification that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed. In response to this, the switch 31 is switched from open to closed, and the preliminary charging by the preliminary charging circuit 14 is completed. After the completion of the pre-charging, the current output from the forward converter 11 flows through the switch 31 in the closed state toward the reverse converter 13 and the capacitor 12 connected to the DC link unit.

なお、図５に示す第３の形態は第１の形態の変形例としたが、第２の形態の変形例とする場合は、ステップＳ３０７において、充電完了判定部１７は、「ステップＳ３０３において電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値」に対する「ステップＳ３０６において収束値計算部１６により計算された最新のコンデンサ電圧値の収束値」の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／最新のコンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったか否かを判定する。この場合、充電完了判定部１７は、「ステップＳ３０３において電圧検出部１５により検出された最新のコンデンサ電圧値」に対する「ステップＳ３０６において収束値計算部１６により計算された最新のコンデンサ電圧値の収束値」の割合（すなわち、最新のコンデンサ電圧値／最新のコンデンサ電圧値の収束値）が所定値以上になったとき、充電完了判定部１７は予備充電回路１４によるコンデンサ１２に対する予備充電が完了したと判定し、ステップＳ３０８へ進む。 Note that the third mode shown in FIG. 5 is a modification of the first mode, but in the case of a modification of the second mode, in step S307, the charging completion determining unit 17 determines that “the voltage in step S303 is Ratio of "convergence value of latest capacitor voltage value calculated by convergence value calculation unit 16 in step S306" to "latest capacitor voltage value detected by detection unit 15" (that is, latest capacitor voltage value/latest capacitor voltage value) It is determined whether or not the convergence value of the voltage value) is equal to or greater than a predetermined value. In this case, the charge completion determination unit 17 determines that the “convergence value of the latest capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 in step S306 with respect to the “latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 in step S303”. When the ratio (i.e., the latest capacitor voltage value/convergence value of the latest capacitor voltage value) exceeds a predetermined value, the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 by the preliminary charging circuit 14 is completed. It is determined and the process proceeds to step S308.

続いて第４の形態による予備充電完了判定処理について説明する。 Next, the preliminary charge completion determination process according to the fourth mode will be described.

第４の形態では、充電完了判定部は、電圧検出部により検出されるコンデンサ電圧値が収束値に到達するまでの予測時間を計算する予測時間計算部を有し、予測時間計算部により計算された予測時間が経過したとき、コンデンサの予備充電が完了したと判定する。 In the fourth mode, the charging completion determination unit includes a prediction time calculation unit that calculates a prediction time until the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit reaches a convergence value, and the calculation is performed by the prediction time calculation unit. When the predicted time has elapsed, it is determined that the pre-charging of the capacitor is completed.

図６は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第４の形態による予備充電完了判定処理を用いたモータ駆動装置を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a motor drive device that uses the precharge completion determination process according to the fourth mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure.

図６に示すように、充電完了判定部１７は、電圧検出部１６により検出されるコンデンサ電圧値が収束値に到達するまでの予測時間を計算する予測時間計算部２１を有する。収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧の収束値は、充電完了判定部１７内の予測時間計算部２１へ送られる。予測時間計算部２１は、コンデンサ電圧値が収束値に到達するまでの予測時間を計算する。例えば、「コンデンサ電圧値の収束値」と「コンデンサ電圧値がその収束値に到達するまでに要する時間」との関係を表すテーブル（表）を実験等により事前に取得して予測時間計算部２１内のメモリに保持しておき、予測時間計算部２１では、このテーブルから、収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧の収束値に対応する時間を読み出してこれを「予測時間」として出力するようにしてもよい。充電完了判定部１７は、予測時間計算部２１により計算された予測時間が経過したとき、コンデンサ１２の予備充電が完了したと判定する。充電完了判定部１７によりコンデンサの予備充電が完了したと判定されると、スイッチ制御部１８は、スイッチ３１に対して閉指令を出力する。また、充電完了判定部１７によりコンデンサの予備充電が完了したと判定されると、スイッチ制御部１８は、モータ制御部２０に対し、スイッチ３１に対して閉指令を出力したことを通知する。これ以外の構成については図１を参照して説明した構成と同様であるので詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 6, the charging completion determination unit 17 includes a predicted time calculation unit 21 that calculates a predicted time until the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 16 reaches a convergence value. The convergence value of the capacitor voltage calculated by the convergence value calculation unit 16 is sent to the estimated time calculation unit 21 in the charging completion determination unit 17. The prediction time calculation unit 21 calculates the prediction time until the capacitor voltage value reaches the convergence value. For example, the predicted time calculation unit 21 may be obtained in advance by experiments or the like by acquiring a table (table) indicating the relationship between the “convergence value of the capacitor voltage value” and the “time required for the capacitor voltage value to reach the convergence value”. The prediction time calculation unit 21 reads out the time corresponding to the convergence value of the capacitor voltage calculated by the convergence value calculation unit 16 from this table and outputs it as the “prediction time”. You may do it. The charge completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed when the estimated time calculated by the estimated time calculation unit 21 has elapsed. When the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor is completed, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31. Further, when the charging completion determination unit 17 determines that the preliminary charging of the capacitor is completed, the switch control unit 18 notifies the motor control unit 20 that the closing command is output to the switch 31. Other configurations are the same as the configurations described with reference to FIG. 1, so detailed description will be omitted.

図７は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置において第４の形態による予備充電完了判定処理を用いた予備充電の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing an operation flow of preliminary charging using the preliminary charging completion determination processing according to the fourth mode in the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure.

モータ駆動装置１の起動直後（電源投入直後）からモータ駆動開始前のステップＳ４０１において、収束値計算部１６は、カウンタ（図示せず）のカウント値ｉをゼロ（０）にセットする。 In step S401 immediately after the motor drive device 1 is started (immediately after the power is turned on) and before the motor drive is started, the convergence value calculation unit 16 sets the count value i of the counter (not shown) to zero (0).

ステップＳ４０２において、スイッチ制御部１８は、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して開指令を出力する。スイッチ３１は、スイッチ制御部１８から開指令を受信して開放（オフ）し、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を介して充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は徐々に上昇する。予備充電期間中は、順変換器１１から出力される電流は充電抵抗３２を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。 In step S402, the switch control unit 18 outputs an open command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14. The switch 31 receives an open command from the switch controller 18 and opens (turns off), and the current output from the forward converter 11 flows into the capacitor 12 as a charging current via the charging resistor 32, and the capacitor 12 gradually. To rise. During the pre-charging period, the current output from the forward converter 11 flows through the charging resistor 32, so that inrush current can be prevented from occurring.

ステップＳ４０３において、電圧検出部１５は、コンデンサ１２の両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する。電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値は、収束値計算部１６へ送られる。 In step S403, the voltage detection unit 15 detects the capacitor voltage value, which is the potential difference across the capacitor 12. The capacitor voltage value detected by the voltage detection unit 15 is sent to the convergence value calculation unit 16.

ステップＳ４０４において、収束値計算部１６は、カウンタのカウント値ｉをインクリメントする。 In step S404, the convergence value calculation unit 16 increments the count value i of the counter.

ステップＳ４０５において、収束値計算部１６は、カウンタのカウント値ｉが３になったか否かを判定する。カウンタのカウント値ｉが３になったと判定された場合はステップＳ４０６へ進み、カウンタのカウント値ｉが３になったと判定されなかった場合はステップＳ４０３へ戻る。 In step S405, the convergence value calculation unit 16 determines whether the count value i of the counter has become 3. If it is determined that the count value i of the counter is 3, the process proceeds to step S406, and if it is not determined that the count value i of the counter is 3, the process returns to step S403.

ステップＳ４０５においてカウンタのカウント値ｉが３になったと判定された場合は、ステップＳ４０６において、収束値計算部１６は、一定間隔Δｔを有する３つのタイミングにて電圧検出部１５により検出されたコンデンサ電圧値を用いて、式７に従ってコンデンサ電圧値の収束値を計算する。収束値計算部１６により計算されたコンデンサ電圧値の収束値は、充電完了判定部１７内の予測時間計算部２１に送られる。 When it is determined in step S405 that the count value i of the counter has become 3, in step S406, the convergence value calculation unit 16 detects the capacitor voltage detected by the voltage detection unit 15 at three timings having the constant interval Δt. The value is used to calculate the convergence value of the capacitor voltage value according to Equation 7. The convergence value of the capacitor voltage value calculated by the convergence value calculation unit 16 is sent to the prediction time calculation unit 21 in the charging completion determination unit 17.

ステップＳ４０７において、予測時間計算部２１は、コンデンサ電圧値が収束値に到達するまでの予測時間を計算する。 In step S407, the prediction time calculation unit 21 calculates the prediction time until the capacitor voltage value reaches the convergence value.

ステップＳ４０８において、充電完了判定部１７は、予測時間計算部２１により計算された予測時間が経過したか否かを判定する。予測時間が経過したと判定された場合はステップＳ４０９へ進み、予測時間が経過したと判定されなかった場合はステップＳ４０８へ戻る。 In step S408, the charging completion determination unit 17 determines whether the estimated time calculated by the estimated time calculation unit 21 has elapsed. When it is determined that the predicted time has elapsed, the process proceeds to step S409, and when it is not determined that the predicted time has elapsed, the process returns to step S408.

ステップＳ４０９において、スイッチ制御部１８は、コンデンサ１２の予備充電が完了したとの通知を受けて、予備充電回路１４内のスイッチ３１に対して閉指令を出力する。これを受けてスイッチ３１は開から閉に切り替えられ、予備充電回路１４による予備充電を完了する。予備充電完了後は、順変換器１１から出力される電流は、閉状態にあるスイッチ３１を通じて、直流リンク部に接続された逆変換器１３及びコンデンサ１２へ向けて流れることになる。 In step S409, the switch control unit 18 outputs a close command to the switch 31 in the preliminary charging circuit 14 in response to the notification that the preliminary charging of the capacitor 12 is completed. In response to this, the switch 31 is switched from open to closed, and the preliminary charging by the preliminary charging circuit 14 is completed. After the completion of the pre-charging, the current output from the forward converter 11 flows through the switch 31 in the closed state toward the reverse converter 13 and the capacitor 12 connected to the DC link unit.

以上説明したように、本開示の実施形態によれば、従来のように順変換器の直流出力電圧値及びコンデンサ電圧値をそれぞれ検出するために２つの電圧検出回路を設けて曜日充電完了を行う必要はなく、１つの電圧検出部１５のみで予備充電完了判定を容易に行うことができ、低コストである。 As described above, according to the embodiment of the present disclosure, two voltage detection circuits are provided to detect the DC output voltage value and the capacitor voltage value of the forward converter as in the related art, and the day of the week charging is completed. There is no need, and the precharge completion determination can be easily made with only one voltage detection unit 15, and the cost is low.

上述の第１から第４の形態の変形例として、収束値計算部１６により計算（予測計算）された収束値を、モータ駆動装置１で発生する異常の検出に用いてもよい。図８は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の変形例を示す図である。 As a modification of the first to fourth embodiments described above, the convergence value calculated (predicted calculation) by the convergence value calculation unit 16 may be used for detecting an abnormality that occurs in the motor drive device 1. FIG. 8 is a diagram showing a modification of the motor drive device according to the embodiment of the present disclosure.

図８に示すように、モータ駆動装置１は、第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３をさらに備える。 As shown in FIG. 8, the motor drive device 1 further includes a first alarm output unit 22 and a second alarm output unit 23.

第１のアラーム出力部２２は、収束値計算部１６により計算された収束値が、予め規定された上限値を上回った場合、第１のアラームを出力する。例えば、何らかの原因で順変換器１１から直流リンク部に定格を超える電圧が出力された場合、予備充電期間中に収束値計算部１６により計算された収束値が上限値を上回る。したがって、予備充電期間中、収束値計算部１６により計算された収束値が、予め規定された上限値を上回った場合、は「順変換器１１から定格を超える電圧が出力されている」という異常が発生している可能性があるので、第１のアラーム出力部２２は第１のアラームを出力する。なお、第１のアラーム出力部２２のアラーム出力処理に用いられる上限値は、正常時に想定されるコンデンサ電圧値の収束値よりも大きい値に設定しておけばよい。 The first alarm output unit 22 outputs the first alarm when the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 exceeds a predetermined upper limit value. For example, when a voltage exceeding the rating is output from the forward converter 11 to the DC link unit for some reason, the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 during the preliminary charging period exceeds the upper limit value. Therefore, during the pre-charging period, when the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 exceeds the upper limit value defined in advance, the abnormality "the converter 11 outputs a voltage exceeding the rating" Therefore, the first alarm output unit 22 outputs the first alarm. It should be noted that the upper limit value used for the alarm output processing of the first alarm output unit 22 may be set to a value larger than the convergence value of the capacitor voltage value assumed during normal operation.

第２のアラーム出力部２３は、収束値計算部１６により計算された収束値が、予め規定された下限値を下回った場合、第２のアラームを出力する。例えば、コンデンサ１２が短絡故障していた場合、予備充電回路１４により予備充電してもコンデンサ電圧値は上昇しない。したがって、予備充電期間中、収束値計算部１６により計算された収束値が、予め規定された下限値を下回った場合は、コンデンサ１２が短絡故障している可能性があるので、第２のアラーム出力部２３は第２のアラームを出力する。第２のアラーム出力部２３のアラーム出力処理に用いられる下限値は、コンデンサ１２の短絡故障の発生を検出できればよいので、正常時のコンデンサ電圧値よりも十分に小さい値に設定しておけばよい。 The second alarm output unit 23 outputs a second alarm when the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 is lower than a predetermined lower limit value. For example, when the capacitor 12 has a short circuit failure, the capacitor voltage value does not rise even if it is precharged by the precharge circuit 14. Therefore, during the pre-charging period, if the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 is lower than the predetermined lower limit value, there is a possibility that the capacitor 12 has a short circuit failure, and the second alarm is generated. The output unit 23 outputs the second alarm. The lower limit value used for the alarm output process of the second alarm output unit 23 may be set to a value that is sufficiently smaller than the normal capacitor voltage value, as long as it is possible to detect the occurrence of a short circuit failure of the capacitor 12. ..

上述した第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。この場合、モータ制御装置１内にある例えばＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現することができる。あるいは、第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。また、第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３はモータ制御部２０内に設けてもよい。 The first alarm output unit 22 and the second alarm output unit 23 described above may be constructed, for example, in a software program format, or may be constructed by a combination of various electronic circuits and a software program. In this case, the functions of the respective parts can be realized by causing the arithmetic processing device such as DSP or FPGA in the motor control device 1 to operate this software program. Alternatively, it may be realized as a semiconductor integrated circuit in which a software program for realizing the functions of the first alarm output unit 22 and the second alarm output unit 23 is written. Further, the first alarm output unit 22 and the second alarm output unit 23 may be provided in the motor control unit 20.

第１のアラーム出力部２２から出力される第１のアラーム及び第２のアラーム出力部２３から出力される第２のアラームを用いて、ユーザに以上の発生を報知させるための報知部（図示せず）を設けてもよい。報知部の手段の例としては、モータ駆動装置１やその上位制御装置に付属のディスプレイ、パソコン、携帯端末及びタッチパネルなどのディスプレイなどがある。例えば「異常発生」といった表示をディスプレイに映し出してもよい。また例えば、報知部を、音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよい。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせて実現してもよい。 Using the first alarm output from the first alarm output unit 22 and the second alarm output from the second alarm output unit 23, a notification unit for notifying the user of the above occurrence (not shown). No) may be provided. Examples of means of the notification unit include a display attached to the motor drive device 1 and its upper control device, a display such as a personal computer, a mobile terminal, and a touch panel. For example, a display such as "abnormality occurred" may be displayed on the display. Further, for example, the notification unit may be realized by an audio device that emits a sound such as a voice, a speaker, a buzzer, or a chime. Alternatively, a printer may be used to print out on a sheet of paper or the like for display. Alternatively, these may be appropriately combined and realized.

また、第１のアラーム出力部２２または第２のアラーム出力部２３から第１のアラームまたは第２のアラームが出力された場合、モータ制御部２０がモータ駆動装置１に対して起動できないように制御をかけるようにしてもよい。また、第１のアラーム出力部２２または第２のアラーム出力部２３から第１のアラームまたは第２のアラームが出力された場合、交流電源２から順変換器１１への交流電力の入力を遮断するかまたは順変換器１１の電力変換動作を停止させることによって、順変換器１１から直流リンク部へ電圧を出力しないようにしてもよい。 In addition, when the first alarm or the second alarm is output from the first alarm output unit 22 or the second alarm output unit 23, the motor control unit 20 controls the motor drive device 1 so that it cannot be activated. You may make a call. Moreover, when the first alarm or the second alarm is output from the first alarm output unit 22 or the second alarm output unit 23, the input of the AC power from the AC power supply 2 to the forward converter 11 is shut off. Alternatively, the power conversion operation of the forward converter 11 may be stopped to prevent the forward converter 11 from outputting a voltage to the DC link unit.

なお、図８では第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３の両方を備える例について示したが、いずれか一方のみのアラーム出力部を備えるようにしてもよい。 Note that FIG. 8 shows an example in which both the first alarm output unit 22 and the second alarm output unit 23 are provided, but only one of them may be provided.

図９は、図８に示すモータ駆動装置におけるアラーム出力処理の動作フローを示すフローチャートである。ここでは、一例として、図３を参照して説明した第１の形態にアラーム出力処理を設けた場合について説明する。 FIG. 9 is a flowchart showing an operation flow of alarm output processing in the motor drive device shown in FIG. Here, as an example, a case where the alarm output process is provided in the first mode described with reference to FIG. 3 will be described.

本変形例におけるステップＳ１０１からＳ１０９までの処理は、図３を参照して説明した通りであるので説明は省略する。 The processing of steps S101 to S109 in this modification is the same as that described with reference to FIG. 3, so description thereof will be omitted.

ステップＳ１０６において収束値計算部１６により収束値を計算した後、ステップＳ５０１において、第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３は、所定のアラーム出力要件を満たすか否かを判定する。すなわち、第１のアラーム出力部２２は収束値計算部１６により計算された収束値が上限値を上回ったか否かを判定し、第２のアラーム出力部２３は収束値計算部１６により計算された収束値が下限値を下回ったか否かを判定する。収束値が上限値を上回ったと判定された場合または収束値が下限値を下回ったと判定された場合はステップＳ５０２へ進み、それ以外の場合はステップＳ１０７へ進む。 After calculating the convergence value by the convergence value calculation unit 16 in step S106, in step S501, the first alarm output unit 22 and the second alarm output unit 23 determine whether or not a predetermined alarm output requirement is satisfied. .. That is, the first alarm output unit 22 determines whether or not the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 exceeds the upper limit value, and the second alarm output unit 23 is calculated by the convergence value calculation unit 16. It is determined whether or not the convergence value is below the lower limit value. If it is determined that the convergence value exceeds the upper limit value or if the convergence value is lower than the lower limit value, the process proceeds to step S502, and otherwise the process proceeds to step S107.

ステップＳ５０２では、第１のアラーム出力部２２または第２のアラーム出力部２３は、第１のアラームまたは第２のアラームを出力する。すなわち、ステップＳ５０１において収束値が上限値を上回ったと判定された場合は第１のアラーム出力部２２は第１のアラームを出力し、ステップＳ５０１において収束値が下限値を下回ったと判定された場合は第２のアラーム出力部２３は第２のアラームを出力する。 In step S502, the first alarm output unit 22 or the second alarm output unit 23 outputs the first alarm or the second alarm. That is, if it is determined in step S501 that the convergence value exceeds the upper limit value, the first alarm output unit 22 outputs the first alarm, and if it is determined in step S501 that the convergence value is below the lower limit value. The second alarm output unit 23 outputs a second alarm.

なお、図９では第１のアラーム出力部２２及び第２のアラーム出力部２３の両方を備える例について示したが、いずれか一方のみのアラーム出力部を備えるようにした場合は、ステップＳ５０１及びＳ５０２では、当該アラーム出力部の処理が実行されることになる。 Although FIG. 9 shows an example in which both the first alarm output unit 22 and the second alarm output unit 23 are provided, when only one of the alarm output units is provided, steps S501 and S502. Then, the processing of the alarm output unit is executed.

また、図９一例として、図３を参照して説明した第１の形態にアラーム出力処理を設けた場合について説明したが、図４を参照して説明した第２の形態、図５を参照して説明した第３の形態、または図７を参照して説明した第４の形態に、アラーム出力処理を設けてもよい。図４を参照して説明した第２の形態にアラーム出力処理を設ける場合、ステップＳ２０６において収束値計算部１６により収束値を計算した後に、ステップＳ５０１及びＳ５０２の処理を実行すればよい。図５を参照して説明した第３の形態にアラーム出力処理を設ける場合、ステップＳ３０６において収束値計算部１６により収束値を計算した後に、ステップＳ５０１及びＳ５０２の処理を実行すればよい。図７を参照して説明した第４の形態にアラーム出力処理を設ける場合、ステップＳ４０６において収束値計算部１６により収束値を計算した後に、ステップＳ５０１及びＳ５０２の処理を実行すればよい。 Further, as an example of FIG. 9, the case where the alarm output processing is provided in the first mode described with reference to FIG. 3 has been described, but with reference to the second mode described with reference to FIG. 4, FIG. Alarm output processing may be provided in the third mode described above or in the fourth mode described with reference to FIG. 7. When the alarm output process is provided in the second mode described with reference to FIG. 4, the process of steps S501 and S502 may be executed after the convergence value calculation unit 16 calculates the convergence value in step S206. When the alarm output process is provided in the third mode described with reference to FIG. 5, the process of steps S501 and S502 may be executed after the convergence value calculation unit 16 calculates the convergence value in step S306. When the alarm output process is provided in the fourth mode described with reference to FIG. 7, the process of steps S501 and S502 may be executed after the convergence value calculation unit 16 calculates the convergence value in step S406.

上述の変形例のように、収束値計算部１６により計算（予測計算）された収束値を、モータ駆動装置１で発生する異常の検出に用いることで、コンデンサの予備充電期間中におけるコンデンサ電圧値の挙動を事前に把握することができ、モータ駆動装置の異常発生を未然に防ぐことができる。 As in the above-described modified example, the convergence value calculated by the convergence value calculation unit 16 (prediction calculation) is used to detect an abnormality that occurs in the motor drive device 1, so that the capacitor voltage value during the preliminary charging period of the capacitor is increased. Can be grasped in advance, and the occurrence of an abnormality in the motor drive device can be prevented.

１ モータ駆動装置
２ 交流電源
３ モータ
１１ 順変換器
１２ コンデンサ
１３ 逆変換器
１４ 予備充電回路
１５ 電圧検出部
１６ 収束値計算部
１７ 充電完了判定部
１８ スイッチ制御部
１９ 電流検出部
２０ モータ制御部
２１ 予測時間計算部
２２ 第１のアラーム出力部
２３ 第２のアラーム出力部
３１ スイッチ
３２ 充電抵抗
４１ 速度検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device 2 AC power supply 3 Motor 11 Forward converter 12 Capacitor 13 Inverse converter 14 Pre-charging circuit 15 Voltage detection unit 16 Convergence value calculation unit 17 Charging completion determination unit 18 Switch control unit 19 Current detection unit 20 Motor control unit 21 Prediction time calculation unit 22 First alarm output unit 23 Second alarm output unit 31 Switch 32 Charging resistance 41 Speed detection unit

Claims (10)

交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、
前記順変換器の直流出力側である直流リンク部に設けられるコンデンサと、
前記直流リンク部における直流電力を交流電力に変換してモータ駆動のための交流電力を出力する逆変換器と、
前記順変換器と前記コンデンサとの間の電路を開閉するスイッチと前記スイッチに並列接続された充電抵抗とを有する予備充電回路であって、前記スイッチの開期間中に前記充電抵抗を介して供給される前記順変換器からの直流電力により前記コンデンサを予備充電し、前記スイッチが開から閉に切り換えられることで前記コンデンサの前記予備充電を完了する予備充電回路と、
前記コンデンサの両端の電位差であるコンデンサ電圧値を検出する電圧検出部と、
前記スイッチの開期間中の異なるタイミングにて検出された複数の前記コンデンサ電圧値に基づき、前記コンデンサ電圧値の収束値を計算する収束値計算部と、
を備える、モータ駆動装置。 A forward converter that converts AC power input from the AC power supply into DC power and outputs the DC power,
A capacitor provided in the DC link part, which is the DC output side of the forward converter,
An inverse converter that converts DC power in the DC link unit to AC power and outputs AC power for driving a motor,
A pre-charging circuit having a switch for opening and closing an electric path between the forward converter and the capacitor, and a charging resistor connected in parallel to the switch, the pre-charging circuit being supplied via the charging resistor during an open period of the switch. A pre-charging circuit that pre-charges the capacitor with direct current power from the forward converter and completes the pre-charging of the capacitor by switching the switch from open to closed;
A voltage detection unit that detects a capacitor voltage value that is a potential difference across the capacitor,
A convergence value calculation unit that calculates a convergence value of the capacitor voltage value based on the plurality of capacitor voltage values detected at different timings during the open period of the switch,
And a motor drive device. 前記収束値計算部は、前記スイッチの開期間中において、一定間隔を有する少なくとも３つのタイミングにて検出された前記コンデンサ電圧値に基づき前記収束値を計算する、請求項１に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1, wherein the convergence value calculation unit calculates the convergence value based on the capacitor voltage values detected at at least three timings having a constant interval during the open period of the switch. .. 前記収束値に基づき、前記コンデンサの前記予備充電が完了したか否かを判定する充電完了判定部をさらに備える、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1, further comprising a charge completion determination unit that determines whether or not the preliminary charging of the capacitor is completed based on the convergence value. 前記充電完了判定部は、前記収束値と前記電圧検出部により検出された最新の前記コンデンサ電圧値との差が所定範囲内に収まったとき、前記コンデンサの前記予備充電が完了したと判定する、請求項３に記載のモータ駆動装置。 The charge completion determination unit determines that the preliminary charging of the capacitor is completed when the difference between the convergence value and the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit falls within a predetermined range, The motor drive device according to claim 3. 前記充電完了判定部は、前記電圧検出部により検出された最新の前記コンデンサ電圧値に対する前記収束値の割合が所定値以上になったとき、前記コンデンサの前記予備充電が完了したと判定する、請求項３に記載のモータ駆動装置。 The charging completion determination unit determines that the preliminary charging of the capacitor is completed when the ratio of the converged value to the latest capacitor voltage value detected by the voltage detection unit is equal to or more than a predetermined value. Item 4. The motor drive device according to Item 3. 前記収束値計算部は、前記充電完了判定部により前記コンデンサの前記予備充電が完了したと判定されるまで、前記収束値を計算する、請求項４または５に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 4, wherein the convergence value calculation unit calculates the convergence value until the charging completion determination unit determines that the preliminary charging of the capacitor is completed. 前記充電完了判定部は、
前記電圧検出部により検出される前記コンデンサ電圧値が前記収束値に到達するまでの予測時間を計算する予測時間計算部を有し、
前記予測時間計算部により計算された前記予測時間が経過したとき、前記コンデンサの前記予備充電が完了したと判定する、請求項３に記載のモータ駆動装置。 The charging completion determination unit,
A prediction time calculation unit that calculates a prediction time until the capacitor voltage value detected by the voltage detection unit reaches the convergence value,
The motor drive device according to claim 3, wherein when the predicted time calculated by the predicted time calculation unit has elapsed, it is determined that the preliminary charging of the capacitor is completed. 前記充電完了判定部により前記コンデンサの前記予備充電が完了したと判定された場合、前記予備充電回路の前記スイッチが開から閉に切り換えられる、請求項３〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor according to any one of claims 3 to 7, wherein the switch of the preliminary charging circuit is switched from open to closed when the charging completion determination unit determines that the preliminary charging of the capacitor is completed. Drive. 前記収束値が、予め規定された上限値を上回った場合、第１のアラームを出力する第１のアラーム出力部をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1, further comprising a first alarm output unit that outputs a first alarm when the converged value exceeds a predetermined upper limit value. 前記収束値が、予め規定された下限値を下回った場合、第２のアラームを出力する第２のアラーム出力部をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1, further comprising a second alarm output unit that outputs a second alarm when the converged value is below a predetermined lower limit value.
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