JP3460209B2 - 電動機駆動回路の遮断制御方法 - Google Patents

電動機駆動回路の遮断制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大容量の駆動装置への
適用あるいは連続回生モードで運転される電動機応用分
野への適用に有用な電動機制御方法に関し、電源回生可
能なコンバータ部と電動機負荷を駆動するインバータ部
の保護の可能な電動機制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電源回生可能なコンバータ部の主
回路としては、サイリスタを逆並列に接続したデュアル
コンバータ、あるいはたとえば、特開昭62−2881
などに示されるように、三相全波整流回路のダイオード
に自己消弧可能なパワースイッチング素子を並列接続し
た回路などがあり、このコンバータ部出力に接続された
インバータ部によって電動機を駆動している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来例では、コンバー
タ部とインバータ部はそれぞれ独立して制御されてお
り、コンバータ部の直流電圧出力部には、大容量の平滑
コンデンサが接続されている。したがって、コンバータ
部の出力インピーダンスは非常に小さいため、電源回生
モードではコンバータ部は短絡状態となる。そのため、
三相入力電源部には三相リアクトルが必要であった。ま
た、平滑コンデンサを削除した場合、コンバータ部を不
用意にしゃ断すると、インバータ部に接続された電動機
の運転状況によっては、蓄積エネルギーの放電パスを失
い、インバータ部に過大な電圧を発生し、パワースイッ
チング素子を破壊してしまう。本発明は、コンバータ部
に接続されたインバータ部によって、電動機のような力
行、回生モードで動作する負荷を駆動する場合に、コン
バータ部とインバータ部を連動した形で制御することに
よって、電源回生可能なコンバータ部の構成をより簡素
化でき、インバータ部の過電圧の発生を防止できる制御
方法を与えることを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項1記載の発明は三相全波整流回路と回生用ト
ランジスタインバータ回路とが並列に接続され、コンバ
ータ出力電力が所定値以上の時に自動回生運転に入る自
動回生機能付きコンバータ部と、コンバータ部出力端子
間に接続された小容量のスナバコンデンサと、スナバコ
ンデンサ両端に接続され三相交流を電動機に出力するイ
ンバータ部と、インバータ部に接続され電動機を抵抗を
介して短絡するダイナミックブレーキ回路とから構成さ
れる電動機駆動回路に対し、回路異常時及び電源異常時
に電動機駆動回路を遮断させる制御方法であって、最初
に、前記異常信号を受け直ちにインバータ部の動作を停
止させ、ほぼ同時にダイナミックブレーキ回路をオン動
作し、ダイナミックブレーキ信号のオン動作後一定時間
が経過するまではコンバータ部の回生用トランジスタを
遮断しないようにするものである。また、請求項1の異
常信号は、コンバータ部の出力過電流、コンバータ部の
出力電圧異常低下、インバータ部の出力過電流のいずれ
かを検知して発生するものである異常信号は、コンバー
タ部の入力過電流、コンバータ部の出力過電流、コンバ
ータ部の出力電圧異常低下、インバータ部の出力過電流
のいずれかを検知して発生するものである。
【0005】
【作用】本発明によるとコンバータ部の出力側の平滑コ
ンデンサを削除することによって、コンバータ部の電源
回生動作時でも、インバータ部の負荷である電動機の巻
線インピーダンス分がコンバータ部にシリーズに接続さ
れるので、コンバータ部の電流は基本的にインバータ部
で制御されている電流を越えることはない。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は本発明の全体構成図である。同図において、1は三
相入力電源、2、3はACCT(交流変流器)、4はコ
ンバータ部、5はリアクトルで、PWM制御のインバー
タ部において、高周波電流の平滑を行うが、これがなく
ても制御可能である。6はスナバコンデンサで、インバ
ータ部のスイッチング素子がオフする場合の過渡的なサ
ージ電圧を吸収する。7はインバータ部の過電流を検出
するための抵抗器、8はインバータ部、9、10はDC
CT(直流変流器)、11はDB(ダイナミックブレー
キ)回路、12はコンバータ部入力側の過電流検出回
路、13は三相入力電源の位相判別回路、14、15は
それぞれコンバータ部およびインバータ部のパワースイ
ッチング素子であるトランジスタをオンオフ制御するベ
ース駆動回路である。ただし、パワースイッチング素子
としてはトランジスタに限定されるものではなく、MO
SFET、IGBT、GTOなどの自己消弧可能な素子
であればよい。16は抵抗器7の端子電圧降下によって
インバータ部8の過電流を検出する過電流検出回路であ
る。なお、過電流検出回路16は抵抗器7のかわりにホ
ール素子を用いた絶縁形のもの、その他DC/DCコン
バータタイプのものなどでもよい。17はインバータ部
の直流入力電圧が低電圧状態か過電圧状態かを検出する
電圧検出回路である。18は保護シーケンス回路、19
はPWM(パルス幅変調)回路、20は電流マイナール
ープのフィードバック信号を与える電流検出回路、21
は速度制御ループを構成する場合の速度アンプ、22は
速度フィードバック信号を与える速度検出回路、23は
電流指令回路である。なお、本回路構成は駆動電動機、
たとえば、同期電動機、誘導電動機、あるいは直流電動
機などによってその回路構成が異なるが、特に限定はし
ない。ただし、直流電動機を駆動する場合は、インバー
タ部8の構成が変わるが、その構成方法はよく知られて
いるのでここでは特に言及しない。24、25、26は
電流アンプ、27、28は反転アンプ、29はインバー
タの負荷である電動機である。電動機としては同期電動
機、誘導電動機、あるいは直流電動機なども用いられ
る。30は速度制御、位置制御あるいは交流電動機のベ
クトル制御等に必要な信号を出力する検出器である。図
2は保護シーケンス回路18の詳細図である。31はセ
ット・リセット回路、32はOR回路、33は順序回
路、34はAND回路、63はインバータ・ゲートであ
る。つぎに、回路動作について説明する。図1において
コンバータ部のダイオード41、42、43および4
4、45、46は三相全波整流回路を構成する。トラン
ジスタ35、36、37および38、39、40はイン
バータ部の負荷である電動機が回生モードで運転されて
いるときの回生電流の通電パスを与える。これらのトラ
ンジスタは図3に示すように三相入力電源の120°通
電位相でオン・オフ信号が与えられる。図3の各信号の
Hレベルにある場合がオン信号を示したものである。た
とえば、トランジスタ35は図3の三相入力電源R相の
電圧位相が30°〜150°の間でオン状態となる。回
生モードでの電流パスはコンバータ部のP側に接続され
たトランジスタの中で三相入力電圧の最大電圧位相にあ
るものと、N側に接続されたトランジスタの中で最小の
電圧位相にあるものを、次々に切替え制御することによ
って構成される。図4は保護シーケンス回路18のタイ
ムチャートを示したものである。同図の(a)は三相入
力電源の投入、しゃ断時のシーケンスである。先ず、電
源をオンすると図1に示す位相判別回路13からACO
Nなる信号を出力する。時間t1の後、コンバータ部4
で三相全波整流した直流出力電圧が立ち上がり、電圧検
出回路17の低電圧検出信号UVが解除されると、図2
のセット・リセット回路31の出力信号であるREAD
Y信号がオンする。なお、セット・リセット回路31は
リセット信号が優先であり、セット信号とリセット信号
が同時にオンする場合は、リセット信号が有効となる。
READY信号がオンすると、P(ON)信号が有効と
なり、位相判別回路13は、コンバータ部4のトランジ
スタを制御する図3に示す信号をベース駆動回路14に
与え、トランジスタを駆動する。さらに、時間t2の
後、DB(OFF)信号がオンして、DB回路11が解
除されDB回路11と電動機29との間の接続が解放さ
れる。インバータ部8のPWM信号は、DB回路11が
解除された後、すなわち、時間t3の後にINV(O
N)信号のオンでベース駆動回路15に与えられ、電動
機29の運転が可能となる。次に電源しゃ断時は、ま
ず、インバータ部8の動作をオフにするとともに、ほぼ
同時にDB回路11をオンする。t4はインバータをオ
フしてからDBをオンするまでの時間である。その後、
時間t5の後、P(ON)信号をオフし、コンバータ部
4のスイッチング素子の動作を停止する。t6はACO
N信号がオフしてから、主回路DC電圧の低電圧検出信
号UVが働くまでの時間である。しかし、電源しゃ断時
の最悪条件として、たとえば停電時などにインバータ部
8の運転中に電源が落とされる場合が想定される。この
場合は、図4(a)のACON信号の点線(アブノーマ
ル)で示したタイミングでインバータ部8の運転を停止
し、DB回路を直ちにオンする必要がある。この間は1
0μsec程度の短時間で制御しなければならない。t
7は停電等の異常時に、INV(ON)信号よりも、先
にAC入力電源がしゃ断される時間を示したものであ
る。特に電動機29が回生モードにある時に、電源オフ
が突然発生したならば、回生電流のバイパス先は6のス
ナバコンデンサのみであるので、数μF〜10μF程度
の容量のスナバコンデンサは急速に充電され、過電圧に
至ってしまう。この様な非常時でも、電源オフからDB
動作までの期間が短時間で実行されれば過電圧による破
壊は避けられる。図4の(b)は通常運転時の保護シー
ケンスの代表例を示したものである。同図でBB信号は
インバータ部8を任意のタイミングでオフするためのベ
ースブロック信号である。BB信号オンでインバータ部
8の運転は停止する。また、IOC(I)信号は代表的
な異常検出信号の一つでインバータ部8の過電流検出信
号を示す。異常検出信号はこれに限定されるものではな
く、サーボアンプや汎用的インバータに採用されている
ものを含む。その追加は図2のOR回路32で容易に行
うことができる。ここでは、IOC(I)信号が発生し
た場合を代表例として述べる。この時も、電源しゃ断時
と同様に、先ず、インバータ部8をオフ(INV(O
N)信号がオフ)し、次に、時間t4の後DB回路11
をオン(DB(OFF)信号がオフ)する。その後、時
間t5の後P(ON)信号をオフする。なお、停電時の
バックアップ対策としては、図5に示すような保護回路
を別に設けることによって、過大な電圧の発生を抑制す
ることができる。同図において、59は抵抗器、60は
トランジスタ、61はインバータ・ゲート、62はベー
ス駆動回路である。三相入力電源オフのときは、インバ
ータ部8の直流入力端子を抵抗器59を介して短絡す
る。
【0007】
【発明の効果】本発明では、三相入力電源部にリアクト
ルを設ける必要がなく、また、コンバータ出力部の平滑
コンデンサは不要であり、かつコンバータの制御が簡単
であるので、装置の小形化と低コスト化が可能となる。
なお、インバータの過電圧保護のため、DB回路の付加
が必要となるが、現在のサーボモータ駆動装置等はDB
回路が内蔵されているのが一般的である。したがって、
コンバータ部、インバータ部およびDB回路の動作タイ
ミングを適切に制御すれば、簡単な構成で電源回生可能
な電動機の制御装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための電動機制御装置の全体
構成図。
【図2】保護シーケンス回路。
【図3】位相判別回路の信号タイムチャート。
【図4】保護シーケンス回路のタイムチャート。
【図5】停電等の非常時の過電圧保護回路。
【符号の説明】
1 三相入力電源 2、3 ACCT 4 コンバータ部 5 リアクトル 6 スナバコンデンサ 7、59 抵抗器 8 インバータ部 9、10 DCCT 11 DB回路 12、16 過電流検出回路 13 位相判別回路 14、15、62 ベース駆動回路 17 電圧検出回路 18 保護シーケンス回路 19 PWM回路 20 電流検出回路 21 速度アンプ 22 速度検出回路 23 電流指令回路 24、25、26 電流アンプ 27、28 反転アンプ 29 電動機 30 検出器 31 セット・リセット回路 32 OR回路 33 順序回路 34 AND回路 35、36、37、38、39、40、47、48、4
9、50、51、52、60 トランジスタ 41、42、43、44、45、46、53、54、5
5、56、57、58ダイオード 61、63 インバータ・ゲート

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三相全波整流回路と回生用トランジスタ
    インバータ回路とが並列に接続され、コンバータ出力電
    力が所定値以上の時に自動回生運転に入る自動回生機能
    付きコンバータ部と、コンバータ部出力端子間に接続さ
    れた小容量のスナバコンデンサと、スナバコンデンサ両
    端に接続され三相交流を電動機に出力するインバータ部
    と、インバータ部に接続され電動機を抵抗を介して短絡
    するダイナミックブレーキ回路とから構成される電動機
    駆動回路に対し、回路異常時及び電源異常時に電動機駆
    動回路を遮断させる制御方法であって、 最初に、前記異常信号を受け直ちにインバータ部の動作
    を停止させ、ほぼ同時にダイナミックブレーキ回路をオ
    ン動作し、 ダイナミックブレーキ信号のオン動作後一定時間が経過
    するまではコンバータ部の回生用トランジスタを遮断し
    ないようにする ことを特徴とした電動機駆動回路の遮断
    制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の異常信号は、コンバータ部の
    出力過電流、コンバータ部の出力電圧異常低下、インバ
    ータ部の出力過電流のいずれかを検知して発生するもの
    である 請求項1記載の電動機駆動回路の遮断制御方法。
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