JPS594951B2 - Overheat protection device for regenerative braking resistor in chopper control system - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チョッパ制御方式における回生制動用抵抗の
過熱保護装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an overheat protection device for a regenerative braking resistor in a chopper control system.

チョッパ制御方式は、一定の電圧を制（財）された間隔
をもつて断続的に供給し、供給される電流の平均値を制
仰する方式であろが、高速大電流容量のスイッチング装
置の開発とともに、極めて高頻５ 度のチョッパ制（財
）が可能となわ、その結果、広い範囲に］わ正確な電流
制（財）が可能となわ、特に間欠運転に対する弱点がな
いためもあシ、サーボコントロール駆動電動機用にしば
しば使用されている。The chopper control method is a method in which a constant voltage is intermittently supplied at controlled intervals and the average value of the supplied current is controlled. At the same time, extremely high-frequency chopper control is possible, and as a result, accurate current control over a wide range is possible, especially since there is no weakness to intermittent operation. Often used for servo-controlled drive motors.

１０このチョッパ制御方式が電動機の制動用にも使用可
能なことは当然であわ、回生制動、発電制動逆相（又は
逆転）制動等の各種制動方式に現に使用されていろが、
特に、電動機及び、駆動系の有する運動エネルギーを抵
抗中で熱に変換する回生制御５ 動方式にあつては、抵
抗器の熱容量を如何にするか、又、抵抗器の過熱保護を
如何にするかについて困難な問題がある。10 It goes without saying that this chopper control method can also be used for braking electric motors, and it is currently used in various braking methods such as regenerative braking, dynamic braking, and reverse phase (or reverse) braking.
In particular, in the case of a regenerative control system that converts the kinetic energy of the motor and drive system into heat in a resistor, the heat capacity of the resistor should be determined, and the overheating protection of the resistor should be determined. There are difficult questions about this.

チョッパ制（２）方式を使用しない場合における通常の
用途にあつては、回生制動が使用される、頻度は低く、
又、クレーン用等そ２０の頻度の高い場合でもデューテ
ィサイクルはおおよそ想定されており、単位時間当り抵
抗に流入する電流の累積量はかなわな精度をもつて推定
可能であるに反し、本来的に間欠的運転がなされるサー
ボコントロール駆動電動機の制動にチョッパ制２５（財
）方式が使用される場合は、単位時間当サ抵抗に与えら
れる電流の累積量（正確には電流の二乗の時間に対する
積分値）の想定が困難だからである。したがつて、従来
技術にあつては信頼しうる過熱保護装置が得難かつたこ
とが現実である。３０本発明の目的はチョッパ制（財）
される電動機の回生制動用抵抗の信頼しうる過熱保護装
置を提供することにあり、イ回生制動用抵抗に電流を流
すパワートランジスタ等よりなるスイッチング装置に対
しインバータとして動作するインバータ回路を３５設け
、口このインバータ回路の一方の電極は電圧降下用抵抗
を介して給電装置（電源）に接続し、ハ電圧降下用抵抗
とインバータ回路との接続点は更に二つに分岐し、二＝
方の分岐には、限流抵抗と逆流防止用ダイオードとより
なる並列回路を接続し、ホ他方の分岐には、比較器を接
続し、へ上記の並列回路にはコンデンサを接続し、卜上
記の比較器には基準電圧を印加し、チ上記のスイツチン
グ装置の他方の電極と上記インバータ回路の他方の電極
と前記コンデンサの他方の電極とを互に接続して同電位
とすることを要旨とする。In normal applications when the chopper system (2) method is not used, regenerative braking is used, but the frequency is low.
In addition, even in the case of high frequency applications such as those for cranes20, the duty cycle is approximately assumed, and the cumulative amount of current flowing into the resistor per unit time can be estimated with reasonable accuracy. When the chopper system is used to brake a servo-controlled drive motor that operates intermittently, the cumulative amount of current applied to the resistor per unit time (more precisely, the integral of the square of the current over time) This is because it is difficult to estimate the Therefore, the reality is that it has been difficult to obtain reliable overheat protection devices in the prior art. 30 The purpose of the present invention is the chopper system (foundation)
An object of the present invention is to provide a reliable overheat protection device for a regenerative braking resistor of an electric motor, which is provided with 35 inverter circuits that operate as an inverter for a switching device such as a power transistor that causes current to flow through the regenerative braking resistor. One electrode of this inverter circuit is connected to the power supply device (power supply) via a voltage drop resistor, and the connection point between the voltage drop resistor and the inverter circuit is further branched into two.
A parallel circuit consisting of a current limiting resistor and a reverse current prevention diode is connected to one branch, a comparator is connected to the other branch, a capacitor is connected to the above parallel circuit, and a capacitor is connected to the above parallel circuit. A reference voltage is applied to the comparator, and the other electrode of the switching device, the other electrode of the inverter circuit, and the other electrode of the capacitor are connected to each other to have the same potential. do.

この構成における特有の作用効果は、イ回生制動用抵抗
に電流が流れている期間のみ、コンデンサが充電され、
口回生制動用抵抗に電流が流れていない期間はこのコン
デンサに蓄えられた電気が限流抵抗とインバータ回路と
を通じて放電し、ハチヨツパ制御の周期をもつて上記の
充放電を繰Ｖ）？させ、電圧降下用抵抗と限流抵抗の値
を適当に選択して、コンデンサの電圧が回生制動用抵抗
の温度を代表しうるようになし、二このコンデンサの電
圧をモニターすることにより回生制動用抵抗の温度をモ
ニターし、この抵抗の過熱保護をなすものである。以下
、図面を参照しつつ、本発明の一実施例について説明し
、本発明の構成と特有の効果とを更に明らかにする。第
１図は本発明の一実施例の接続図である。The unique effect of this configuration is that the capacitor is charged only during the period when current is flowing through the regenerative braking resistor.
During the period when no current is flowing through the regenerative braking resistor, the electricity stored in this capacitor is discharged through the current limiting resistor and the inverter circuit, and the above charging and discharging is repeated with a period of Hachiyotsupa control. The values of the voltage drop resistor and current limiting resistor are selected appropriately so that the voltage of the capacitor can represent the temperature of the regenerative braking resistor, and the voltage of the capacitor is monitored. It monitors the temperature of the resistor and protects it from overheating. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings to further clarify the configuration and unique effects of the present invention. FIG. 1 is a connection diagram of an embodiment of the present invention.

図に訃いて、Ｒ１は回生制動用抵抗であり，．Ｔ，は回
生制動回路閉成用スイツチング装置であり通常パワート
ランジスタが使用される。Ｄ１はダイオードであり、そ
のアノードは抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続されて
卦り、そのカソードは回生制動用抵抗Ｒ１とパワートラ
ンジスタよりなるスイツチング装置Ｔ１のコレクタに接
続される。ダイオードＤ１のアノードは、又、ダイオー
ドＤ２のアノードにも接続されて楓 ダイオードＤ２の
カソードは抵抗Ｒ３を介して接続されるとともに他のト
ランジスタＴ２のベースに接続される。以上説明せる抵
抗Ｒ２，Ｒ３とダイオードＤｌ，Ｄ２とトランジスタＴ
２とで、一つのインバータ回路１ＮＶ（一点鎖線で囲ま
れた回路）を構成している。トランジスタＴ２のコレク
タには抵抗Ｒ４を介して電源Ｖｃｃが接続され、トラン
ジスタＴ２のエミツタは接地されている。抵抗Ｒ４とト
ランジスタＴ２のコレクタとの接続点は二つに分岐され
、その一つにはダイオードＤ３のアノードと抵抗Ｒ５の
一端とが並列に接続され、ダイオードＤ３のカソードと
抵抗Ｒ５の他端とはコンデンサＣ１に接続され、コンデ
ンサＣ１の他の電極は接地される。上記に分岐された他
の一つは比較器ＣＯＭＰの一つの端子に入力？れ、比較
器ＣＯＭＰの他の端子には基準電圧Ｒが印加される。以
上の回路構成を有する回路の動作を、第２図に示すチヨ
ツパ制倒のタイムチヤートを参照しつつ、説明する。In the figure, R1 is a regenerative braking resistor. T, is a switching device for closing the regenerative braking circuit, and usually a power transistor is used. D1 is a diode whose anode is connected to the power supply Vcc via a resistor R2, and whose cathode is connected to the collector of a switching device T1 consisting of a regenerative braking resistor R1 and a power transistor. The anode of diode D1 is also connected to the anode of diode D2, and the cathode of diode D2 is connected via resistor R3 and to the base of another transistor T2. Resistors R2 and R3, diodes Dl and D2, and transistor T that can be explained above
2 constitute one inverter circuit 1NV (circuit surrounded by a dashed line). The collector of the transistor T2 is connected to the power supply Vcc via a resistor R4, and the emitter of the transistor T2 is grounded. The connection point between the resistor R4 and the collector of the transistor T2 is branched into two, one of which has the anode of the diode D3 and one end of the resistor R5 connected in parallel, and the cathode of the diode D3 and the other end of the resistor R5. is connected to capacitor C1, and the other electrode of capacitor C1 is grounded. Is the other branched above input to one terminal of the comparator COMP? The reference voltage R is applied to the other terminal of the comparator COMP. The operation of the circuit having the above circuit configuration will be explained with reference to the time chart for suppressing the chopper shown in FIG.

第２図にち〜いて、Ｔｌ，Ｔ２Ｖは、夫々、トランジス
タＴｌ，Ｔ２の導通状態、不導通状態を示し、Ｃ１はコ
ンデンサＣ１の電圧を示す。まず、パワートランジスタ
Ｔ１が閉路して回生制動回路が閉成されると、回生制動
用抵抗Ｒ１には制動電流１が流入し、１２Ｒ，をもつて
表示される熱が発生し抵抗Ｒ，の温度は上昇する。それ
とともに、電源、Ｖｃｃから抵抗Ｒ２とダイオードＤ，
とパワートランジスタＴ１とを通じて電流が流れる。パ
ワートランジスタＴ１が開路している状態にあつては、
電源Ｖｃｃからは抵抗Ｒ２とダイオードＤ２と抵抗Ｒ３
とを通じて僅少な電流が流れて卦楓 トランジスタＴ２
のベースは相当の正電位にあるため、トランジスタＴ２
は導通状態にある。しかし、パワートランジスタＴ，が
閉路すると抵抗Ｒ３への電流が遮断されトランジスタＴ
２のベース電位は零電位に降下しトランジスタＴ２は不
導通状態に移行する。トランジスタＴ２が不導通状態に
移行すると、電源Ｖｃｃ一抵抗Ｒ４−ダイオードＤ３−
コンデンサＣ１一接地の回路が閉成▲れ、コンデンサＣ
１の電圧は上昇する。この期間は第２図の時間軸にイで
示す期間に対応する。通常のチヨツパ制倒方式に卦いて
はこの期間は５０１ｎｓｅｃ程度である。ここで、抵抗
Ｒ，の値を適当に選択することによジ、この期間にち一
けるコンデンサＣ１の電圧上昇率を回生制動用抵抗Ｒ１
の温度上昇率に比較的近似させることができる。この第
２図の時間軸にイで示す期間が終了すると、チヨツパ制
（財）シーケンスにしたがつてパワートランジスタＴ１
は開路する。In FIG. 2, Tl and T2V indicate the conductive state and non-conductive state of the transistors Tl and T2, respectively, and C1 indicates the voltage of the capacitor C1. First, when the power transistor T1 is closed and the regenerative braking circuit is closed, a braking current 1 flows into the regenerative braking resistor R1, and heat expressed as 12R, is generated, and the temperature of the resistor R, will rise. At the same time, from the power supply, Vcc, resistor R2 and diode D,
A current flows through the power transistor T1 and the power transistor T1. When the power transistor T1 is open,
From the power supply Vcc, resistor R2, diode D2, and resistor R3
A small amount of current flows through the transistor T2.
Since the base of T2 is at a fairly positive potential, the transistor T2
is in a conducting state. However, when the power transistor T is closed, the current to the resistor R3 is cut off and the transistor T
The base potential of transistor T2 drops to zero potential and transistor T2 transitions to a non-conducting state. When transistor T2 transitions to a non-conducting state, power supply Vcc - resistor R4 - diode D3 -
The circuit between capacitor C1 and ground is closed, and capacitor C
1 voltage increases. This period corresponds to the period indicated by A on the time axis in FIG. In the normal chiyotupa suppression method, this period is about 501 nsec. Here, by appropriately selecting the value of the resistor R, the rate of voltage increase of the capacitor C1 after this period can be controlled by the regenerative braking resistor R1.
can be relatively approximated to the temperature rise rate of When the period indicated by A on the time axis of FIG. 2 ends, the power transistor T1
is open.

ここで回生制動回路は開路され、回生制動用抵抗Ｒ１へ
の制動電流Ｉの流人は中止し、抵抗Ｒ１は冷却される。
それとともに、電源Ｖｃｃ一抵抗Ｒ２−ダイオードＤ１
−パワートランジスタＴ１一接地の回路は開路され、電
源Ｖｃｃ一抵抗Ｒ２−ダイオードＤ２一抵抗Ｒ３一接地
の回路が閉成され、トランジスタＴ２のベース電位は上
りこれを導通化する。以上説明せるとシシ、図に卦いで
１ＮＶで示す一点鎖線で囲まれた回路は一つのインバー
タ回路を構成し、パワートランジスタＴ１の導通・不導
通状態とトランジスタＴ２の導通・不導通状態とは互に
逆になる。ここで、コンデンサＣ１ 一抵抗Ｒ５５一ト
ランジスタＴ２一接地の回路が閉成され、コンデンサＣ
，に蓄えられた電気は抵抗Ｒ５とトランジスタＴ２とを
通して放電され、コンデンサＣ１の電圧は次第に低下す
る。この期間は第２図の時間軸に口で．示す期間に対応
する。通常のチヨ ＩＣツパ制（財）方式にあつてはこ
の期間は４５０ｍｓｅｃ程度である。ここで、抵抗Ｒ５
の値を適当に選択することにより、この期間に｝けるコ
ンデンサｑの電…降下率を回生制動用抵抗Ｒ１の冷却率
に近似させることができる。
１．ここで注意を要することは期間口の終期にむける
コンデンサＣ，の電圧が期間イの始期に｝けるそれと必
らずしも一致しないことである。期間イと期間口の割合
によ漫次第に上昇する場合とほぼ平衡していて上昇しな
い場合とがあることである。２・この期間口が終了する
と、チヨツパ制（財）のシーケンスにしたがつて、パワ
ートランジスタＴ，は再び閉路し、期間イの状態にもど
り、回生制動用抵抗Ｒ，が再加熱されるとともにコンデ
ンサＣ，の電田も再び上昇する。Here, the regenerative braking circuit is opened, the flow of braking current I to the regenerative braking resistor R1 is stopped, and the resistor R1 is cooled.
At the same time, power supply Vcc - resistor R2 - diode D1
- The circuit of power transistor T1 - ground is opened, the circuit of power supply Vcc - resistor R2 - diode D2 - resistor R3 - ground is closed, and the base potential of transistor T2 rises to make it conductive. To explain the above, in the figure, the circuit surrounded by the dashed line indicated by 1NV constitutes one inverter circuit, and the conducting/non-conducting state of the power transistor T1 and the conducting/non-conducting state of the transistor T2 are mutually exclusive. The opposite is true. Here, a circuit of capacitor C1, resistor R55, transistor T2, and ground is closed, and capacitor C
, is discharged through resistor R5 and transistor T2, and the voltage of capacitor C1 gradually decreases. This period is shown on the time axis in Figure 2. corresponds to the indicated period. In the normal Chiyo IC Tsupa system, this period is about 450 msec. Here, resistance R5
By appropriately selecting the value of , it is possible to approximate the rate of charge drop of the capacitor q during this period to the cooling rate of the regenerative braking resistor R1.
1. What needs to be noted here is that the voltage of capacitor C toward the end of period A does not necessarily match that at the beginning of period A. Depending on the ratio of period A to period E, there are cases in which it increases gradually, and cases in which it is almost balanced and does not increase. 2. When this period ends, the power transistor T, closes again according to the sequence of the chopping system, returning to the state of period A, the regenerative braking resistor R, is reheated, and the capacitor C, electric field also rises again.

この期間は第２図の時間２軸ハで示す期間に対応する。
この期間ハが終了すると、チヨツパ制（財）のシーケン
スにしたがつて、パワートランジスタＴ１は再び開路し
、期間口の状態にもどシ、回生匍］動抵抗Ｒ１が再冷却
？れるとともにコンデンサＣ，の５電圧も再び降下する
。This period corresponds to the period indicated by C on the time axis of FIG. 2.
When this period ends, the power transistor T1 is opened again according to the flowchart sequence, returning to the state at the beginning of the period, and the regenerative dynamic resistor R1 is re-cooled. At the same time, the voltage across capacitor C also drops again.

この期間は第２図の時間軸二に．示す期間に対応する。
以下、同様にして、期間ホ、へ・・・・・・と進行する
。This period is shown on time axis 2 in Figure 2. corresponds to the indicated period.
Thereafter, in the same manner, the period E, H, etc. progresses.

ところで、回生制動用抵抗Ｒ，に与えられる単位時間当
ジ熱量は１２Ｒ１によつて表わ▲れる。しこかも、回生
制動の制動電流１は回転体が運動エネルギーを失なうに
つれて減少する。すなわち、チヨツピングサイクルがイ
、口、・・・・・・と進行するにつれて、各チヨツピン
グサイクル当りの回生制動用抵抗Ｒ１の温度上昇率は低
下する。一方、第２図にＣｌＶで示すコンデンサＣ１の
電王上昇率も、コンデンサＣ１の電圧の絶対値が上昇す
るにつれて流入する電流値が減少するから、次第に低下
し、これら二つの上昇率は定性的には近似させうると考
えられる。更に、本発明が実施される場合は、電動機の
慣性重量をはじめ、すべての定数が固定される関係上、
上記してあると｝り、電圧降下用抵抗Ｒ４と限流抵抗Ｒ
５とを適当に選択することによジ、第２図にＣｌＶで示
すコンデンサＣ１の電圧の変化を回生制動用抵抗Ｒ１の
温度に近似させることができる。したがつて、コンデン
サＣ１の電王を比較器ＣＯＭＰに印加し、同時に基準電
田を与えてふ一けば、比較器ＣＯＭＰの出力として、回
生制動用抵抗Ｐ１の温度過上昇を検出することができる
。By the way, the amount of heat per unit time given to the regenerative braking resistor R is expressed by 12R1. Moreover, the braking current 1 of regenerative braking decreases as the rotating body loses kinetic energy. That is, as the stepping cycle progresses, the rate of temperature rise of the regenerative braking resistor R1 per each stepping cycle decreases. On the other hand, the rate of increase in the voltage of the capacitor C1 shown in ClV in Fig. 2 also gradually decreases as the absolute value of the voltage of the capacitor C1 increases, the value of the current flowing into the capacitor C1 decreases, and these two rates of increase are qualitatively It is thought that it can be approximated. Furthermore, when the present invention is implemented, all constants including the inertia weight of the electric motor are fixed;
As stated above, voltage drop resistor R4 and current limiting resistor R
By appropriately selecting 5 and 5, it is possible to approximate the change in the voltage of the capacitor C1, indicated by ClV in FIG. 2, to the temperature of the regenerative braking resistor R1. Therefore, by applying the voltage of the capacitor C1 to the comparator COMP and simultaneously applying the reference voltage, it is possible to detect the excessive temperature rise of the regenerative braking resistor P1 as the output of the comparator COMP. .

一方、回生制動用抵抗Ｒ１の温度上舛やコンデンサＣ１
の電圧上昇が、チヨツピングサイクルすなわち期間イと
期間口との割合に依存することは自明である。よつて、
回生制動用抵抗Ｒ１の温度過上昇を検出した場合は、チ
ヨツパサイクルを変更して、期間イと期間口の割合を小
さくすれば、回生制動用抵抗Ｒ１を過熱から保護するこ
とができる。以上説明せるとふ一楓本発明によれば、チ
ヨツパ制（財）される電動機の回生制動用抵抗の信頼し
うる過熱保護装置を提供することができる。On the other hand, the temperature rise of the regenerative braking resistor R1 and the capacitor C1
It is obvious that the voltage rise depends on the chopping cycle, that is, the ratio of period A to period In. Then,
When an excessive rise in temperature of the regenerative braking resistor R1 is detected, the chopper cycle is changed to reduce the ratio of the period A and the period ENT to protect the regenerative braking resistor R1 from overheating. In summary, according to the present invention, it is possible to provide a reliable overheat protection device for a regenerative braking resistor of an electric motor that is subjected to chipping.

次に、本発明に係る、チヨツパ制仰方式にち・ける回生
制動用抵抗の過熱保護装置の適用される主回路の数例を
示す。Next, several examples of main circuits to which the overheat protection device for a regenerative braking resistor based on the chopper control system according to the present invention is applied will be shown.

第３図は、４個のトランジスタＱと４個のフライホイー
ルダイオードＤとをもつてワード・レオナード回路を構
成して直流電動機Ｍを可逆的にチヨツパ制仰する回路に
本発明を適用した回路例である。FIG. 3 shows an example of a circuit in which the present invention is applied to a circuit that configures a Ward-Leonard circuit with four transistors Q and four flywheel diodes D to perform reversible chopper control on a DC motor M. It is.

な｝、Ｃ２は回生制動電流回路用コンデンサである。第
４図は６個のトランジスタＱと６個のフライホイールダ
イオードＤとよりなるインバータを電源とした交流電動
機ＡＣＭをチヨツパ制倒する回路に本発明を適用しｉこ
回路例である。C2 is a capacitor for the regenerative braking current circuit. FIG. 4 shows an example of a circuit in which the present invention is applied to a circuit for overpowering an AC motor ACM whose power source is an inverter comprising six transistors Q and six flywheel diodes D.

なあ一、Ｃ２は回生制動電流回路用コンデンサである。
第３図、第４図とも主回路の動作は公知であり、又、本
発明の構成には直接影響をもたないから、主回路の動作
の説明は省略する。By the way, C2 is a capacitor for the regenerative braking current circuit.
The operation of the main circuit in both FIGS. 3 and 4 is well known and has no direct influence on the structure of the present invention, so a description of the operation of the main circuit will be omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例の接続図であり、第２図はチ
ヨツパ制仰のタイムチヤートである。FIG. 1 is a connection diagram of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a time chart of the power control.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ チョッパ制御される電動機の回生制動回路に直列に
接続される回生制動用抵抗と、該回生制動回路を閉成す
るスイッチング装置と、該スイッチング装置に対するイ
ンパータ回路と、該インバータ回路の一方の電極に電圧
降下用抵抗を介して接続される給電装置と、該電圧降下
用抵抗の他方の電極に前記インパータ回路と並列に接続
される限流抵抗と逆流防止用ダイオードとよりなる並列
回路と、該並列回路に直列に接続されるコンデンサと、
前記電圧降下用抵抗の他方の電極から更に分岐して接続
される比較器と、該比較器に基準電圧を供給する基準電
源とよりなり、前記スイッチング装置の他方の電極と前
記インバータ回路の他方の電極と前記コンデンサの他方
の電極とは互に接続されている。 チョッパ制御方式における回生制動用抵抗の過熱保護装
置。[Claims] 1. A regenerative braking resistor connected in series to a regenerative braking circuit of a chopper-controlled electric motor, a switching device that closes the regenerative braking circuit, an inverter circuit for the switching device, and an inverter. A power supply device connected to one electrode of the circuit via a voltage drop resistor, and a current limiting resistor and a reverse current prevention diode connected to the other electrode of the voltage drop resistor in parallel with the inverter circuit. a parallel circuit, a capacitor connected in series to the parallel circuit,
It consists of a comparator further branched and connected from the other electrode of the voltage drop resistor, and a reference power source that supplies a reference voltage to the comparator, and the other electrode of the switching device and the other electrode of the inverter circuit. The electrode and the other electrode of the capacitor are connected to each other. Overheat protection device for regenerative braking resistor in chopper control system.