WO2021084584A1 - コンバータおよびモータ制御システム - Google Patents

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隆馬 波多野
良知 林
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • regenerative power processing methods There are two types of regenerative power processing methods: a resistance regeneration method in which the regenerative power is consumed by a resistor and a power supply regeneration method in which the regenerative power is returned to the AC power supply.
  • a resistance regeneration method in which the regenerative power is consumed by a resistor
  • a power supply regeneration method in which the regenerative power is returned to the AC power supply.
  • industrial machines such as machine tools and robots are increasingly adopting converters to which the power regeneration method is applied from the viewpoint of energy saving.
  • the converter to which the power regeneration method is applied has a power module including a circuit in which switching elements are connected in parallel to each rectifying element, and by controlling the on / off of each switching element, the regenerated power is converted to an AC power supply. Be supplied.
  • the figure for demonstrating the operation at the time of motor power running in the motor control system which concerns on Embodiment 1. The figure which shows the relationship between the power supply voltage of an AC power source and the current which flows in a converter at the time of motor power running of the motor control system which concerns on Embodiment 1.
  • the corresponding rectifying elements of the rectifying elements D1 to D6 are connected in parallel to each of the switching elements Q1 to Q6.
  • the anode terminal is connected to the emitter terminal of the corresponding switching element of the switching elements Q1 to Q6, and the cathode terminal is connected to the collector terminal of the corresponding switching element of the switching elements Q1 to Q6.
  • the regeneration control unit 32 outputs the base drive signals S RP , S RN , S SP , S SN , S TP , and S TN to the drive circuit 27 as output signals based on the bus current I PN and the bus voltage V PN.
  • the drive circuit 27 amplifies the base drive signals S RP , S RN , S SP , S SN , S TP , and S TN and outputs them to the bases of the switching elements Q1 to Q6.
  • the power supply regeneration operation is executed in the converter 1 by switching the switching elements Q1 to Q6 on and off by the base drive signals S RP , S RN , S SP , S SN , S TP , and S TN. By such a power supply regeneration operation, the regenerative power is output from the converter 1 to the AC power supply 3.
  • Supply phase detector 24 R-phase voltage V R, on the basis of the S-phase voltage V S, and T-phase voltage V T, R-S line voltage V R-S, S-R line voltage V S-R , it detects the voltage between the S-T line V S-T, T-S line voltage V T-S, T-R line voltage V T-R, and R-T line voltage V R-T.
  • the voltage between the R-S line V R-S, S-R line voltage V S-R, S-T line voltage V S-T, T-S line voltage V T-S, T-R line during voltage V T-R, and when indicating each of R-T line voltage V R-T without individually distinguished sometimes simply referred to as a line voltage.
  • Supply phase detector 24 detects the zero-cross point of the line voltages, R-S line between the phase detection signal ⁇ R-S, S-R line between the phase detection signal ⁇ S-R, S-T line between phases generating a detection signal ⁇ S-T, T-S line between the phase detection signal ⁇ -T S, T-R line between the phase detection signal ⁇ T-R, and R-T line between the phase detection signal ⁇ R-T.
  • each line of the power supply phase detection unit 24 has a high level in the phase section where the line voltage is a positive value and a low level in the phase section where the line voltage is a negative value.
  • the base drive signal generation unit 31 can calculate a phase indicating the maximum voltage and a phase indicating the minimum voltage from each line phase detection signal generated by the power supply phase detection unit 24.
  • the base drive signal generation unit 31 generates base drive signals S RP , S RN , S SP , S SN , S TP , and S TN based on the six line phase detection signals output from the power supply phase detection unit 24. To do.
  • switching between on and off of the switching element Q will be referred to as a switching operation, and the current flowing through the switching element Q during the regenerative operation of the converter 1 will be referred to as a regenerative current.
  • FIG. 1 indicated by the direction of the arrow from the AC power source 3 to the converter 1 R-phase current I R, shows the S-phase current I S, and T-phase currents I T, flows in the direction indicated by the arrow Treat the current as a positive current and treat the opposite current as a negative current.
  • the current flowing in the direction from the converter 1 to the motor drive device 4 is treated as a positive current
  • the current in the opposite direction is treated as a negative current.
  • the R-S line voltage V R-S instantaneous value is the largest time t2 second section ⁇ t4 of, and the base drive signals S RP, the S SN to the High level, the remainder of the base Set the drive signal to Low level.
  • the switching element Q1 on the positive side of the R phase and the switching element Q4 on the negative side of the S phase are kept on, and the remaining switching elements are kept off. Therefore, a current flows in the R phase and the S phase via the switching elements Q1 and Q4 that are in the ON state.
  • the R-phase regenerative current Ir R which is the current flowing in the R-phase, flows in the negative direction
  • the S-phase regenerative current Ir S flows in the positive direction.
  • Base drive signal generating unit 31 in the third section of the instantaneous value is the greatest time t4 ⁇ t6 of R-T line voltage V R-T, and the base drive signals S RP, the S TN to High level, the remainder of the base Set the drive signal to Low level.
  • the switching element Q1 on the positive side of the R phase and the switching element Q6 on the negative side of the T phase are kept on, and the remaining switching elements are kept off. Therefore, a current flows between the R phase and the T phase via the switching elements Q1 and Q6 that are in the ON state.
  • the R-phase regenerative current Ir R flows in the negative direction
  • the T-phase regenerative current Ir T flows in the positive direction.
  • the base drive signal generation unit 31 sets the base drive signals S SP and S RN to the high level in the fifth section from time t8 to t10 when the instantaneous value of the SR line voltage VSR is the largest, and sets the remaining bases. Set the drive signal to Low level.
  • the switching element Q3 on the positive side of the S phase and the switching element Q2 on the negative side of the R phase are kept on, and the remaining switching elements are kept off. Therefore, a current flows in the S phase and the R phase via the switching elements Q3 and Q2 that are in the ON state.
  • the S-phase regenerative current Ir S flows in the negative direction
  • the R-phase regenerative current Ir R flows in the positive direction.
  • Base drive signal generating unit 31 in the sixth section of the instantaneous value of the largest time t10 ⁇ t12 of the T-R line voltage V T-R, and the base drive signals S TP, the S RN to High level, the remainder of the base Set the drive signal to Low level.
  • the switching element Q5 on the positive side of the T phase and the switching element Q2 on the negative side of the R phase are kept on, and the remaining switching elements are kept off. Therefore, a current flows between the T phase and the R phase via the switching elements Q5 and Q2 that are in the ON state.
  • the T-phase regenerative current Ir T flows in the negative direction
  • the R-phase regenerative current Ir R flows in the positive direction.
  • the regenerative current flowing between the converter 1 and the AC power supply 3 is limited by the impedance of the reactor 2. Further, even when the switching elements Q1 to Q6 are switched, if the voltage between the terminals of the smoothing capacitor 22 V DC is equal to or less than the power supply voltage VRST of the AC power supply 3, the regenerative current does not flow. The regenerative current flows by utilizing the voltage difference between the terminal voltage VDC of the smoothing capacitor 22 and the power supply voltage VRST of the AC power supply 3.
  • the rectifying elements D3 and D6 are in a conductive state, a current flows through the rectifying element D3 in the direction from the AC power supply 3 to the smoothing capacitor 22, and the rectifying element D6 is connected to the AC power supply from the smoothing capacitor 22. Current flows in the direction toward 3.
  • the rectifying elements D3 and D2 are in a conductive state, a current flows through the rectifying element D3 in the direction from the AC power supply 3 to the smoothing capacitor 22, and the rectifying element D2 is connected to the AC power supply from the smoothing capacitor 22. Current flows in the direction toward 3.
  • the regenerative control unit 32 of the converter 1 has base drive signals S RP , S RN , S SP , S SN , The S TP and S TN are output to the drive circuit 27, and the power supply regeneration operation by the switching operation of the power module 21 is started.
  • the power supply regeneration operation by the switching operation is started in the converter 1
  • the DC power of the smoothing capacitor 22 is converted into AC power by each switching element Q of the power module 21, and the converted AC power is a reactor as the regenerated power. It is output to the AC power supply 3 via 2.
  • the first counter value N1 can also be called an overcurrent counter value of the rectifying element D.
  • the second counter value N2 can also be called an overcurrent counter value of the switching element Q.
  • the power failure detection unit 33A outputs counter information including the first counter value N1 and the second counter value N2 to the host control device 6.
  • the power failure detection unit 33A can also output counter information including the counter value counted up from the first counter value N1 and the second counter value N2 to the host control device 6.
  • Power failure detecting section 33A when the absolute value of the bus current I PN is the second threshold Ith2 less during the first hour Tth1, the first counter value N1 is counted up if the sign of the bus current I PN positive If the sign of the bus current I PN is negative, the second counter value N2 is counted up.

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Abstract

コンバータ（１）は、パワーモジュール（２１）と、平滑コンデンサ（２２）と、母線電流検出部（２５）と、制御部（２６）と、を備える。パワーモジュール（２１）は、交流電源（３）から供給される交流電圧を整流し、整流した電圧を直流電源端子（１４）から出力する。母線電流検出部（２５）は、直流電源端子（１４）と平滑コンデンサ（２２）との間に流れる電流である母線電流を検出する。制御部（２６）は、交流電源（３）の電圧位相に基づいて複数のスイッチング素子（Ｑ１～Ｑ６）を制御してモータ（５）の回生電力を交流電源（３）へ出力する。制御部（２６）は、母線電流検出部（２５）によって検出された母線電流の絶対値に基づいて、モータ（５）の力行時およびモータ（５）の回生時のうち少なくともいずれかである場合において交流電源（３）に停電が発生したか否かを判定する停電検出部（３３）を備える。

Description

コンバータおよびモータ制御システム
　本発明は、交流電源とモータ駆動装置との間に配置されて電力変換を行うコンバータおよびモータ制御システムに関する。
　交流電源とモータ駆動装置との間に配置されるコンバータは、複数の整流素子がブリッジ接続されたブリッジ整流回路を含むパワーモジュールとパワーモジュールの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサとを備える。交流電源からコンバータへ供給される交流電圧はパワーモジュールで整流され、整流された電圧が平滑コンデンサで平滑化される。
　モータ駆動装置によって駆動されるモータは、一般的に、加速時に電力を消費し、減速時には誘導起電力を発生する。そのため、モータ駆動装置は、モータを発電機として動作させる。なお、以下において、モータの加速動作を「モータ力行」または「力行」と記載し、モータの減速動作を「モータ回生」または「回生」と記載する。
　モータ力行時には、コンバータによって平滑化された電圧がモータ駆動装置へ印加される。モータ駆動装置は、コンバータから供給される直流電圧を直流交流変換によって交流電圧へ変換し、変換した交流電圧をモータに印加することによって、モータを駆動する。
　モータ回生時には、モータで発生した誘導起電力がモータ駆動装置による交流直流変換によって直流電圧へ変換され、変換された直流電圧がコンバータの平滑コンデンサへ供給される。モータからモータ駆動装置へ印加される電圧が大きい場合、モータ駆動装置からコンバータへ印加される直流電圧が平滑コンデンサまたはコンバータのパワーモジュールの許容電圧を超える場合がある。この場合、コンバータの平滑コンデンサまたはパワーモジュールが故障する可能性があるため、コンバータは、平滑コンデンサまたはパワーモジュールが破損しないようモータの誘導起電力によって生じる電力である回生電力を処理する機能を有する。
　回生電力の処理方式には、回生電力を抵抗器により熱消費させる抵抗回生方式と交流電源に回生電力を戻す電源回生方式とがある。近年、工作機械およびロボットといった産業機械には、省エネルギー化の観点から電源回生方式を適用したコンバータの採用が増えている。電源回生方式を適用したコンバータは、各整流素子にスイッチング素子が並列に接続された回路を含むパワーモジュールを有しており、各スイッチング素子のオンオフが制御されることで、回生電力が交流電源へ供給される。
　電源回生方式を適用したコンバータは、モータ力行時またはモータ回生時に交流電源からの電力供給が停止する停電が発生した場合、停電開始時または復電開始時においてパワーモジュールに過電流が流れてパワーモジュールが劣化または故障する可能性がある。また、かかるコンバータを適用した工作機械およびロボットといった産業機械において、力行時または回生時に交流電源に停電が発生した場合、送り軸または主軸などが過度に回転し、ツールまたはワークなどが破損する可能性がある。
　特許文献１には、回生時に交流電源に停電が発生したことを検出することができるコンバータ制御装置が開示されている。かかるコンバータ制御装置は、平滑コンデンサの端子間にチョッパを介して回生用抵抗が接続され、電圧形ＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）コンバータとチョッパとの協調制御によって回生電力を分担処理する。そして、このコンバータ制御装置は、モータ回生時において、母線電流と回生用抵抗に流れるチョッパ電流との比率から交流電源に停電が発生したことを検出する。
特開平６－２０５５８６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された技術は、交流電源に停電が発生したことを検出するために複数の電流検出手段が必要であり複数の電流検出手段の出力から交流電源に停電が発生したことを検出するため、構成が複雑であるといった課題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、交流電源に停電が発生したことを簡易な構成で検出することができるコンバータを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のコンバータは、交流電源とモータを制御するモータ駆動装置との間に配置されるコンバータであって、パワーモジュールと、平滑コンデンサと、母線電流検出部と、制御部と、を備える。パワーモジュールは、交流電源から供給される交流電圧を整流する複数の整流素子と、複数の整流素子のうち対応する整流素子に各々並列に接続される複数のスイッチング素子と、複数の整流素子によって整流された電圧を出力する２つの直流電源端子とを有する。平滑コンデンサは、２つの直流電源端子に接続され、パワーモジュールによって整流された電圧を平滑化する。母線電流検出部は、２つの直流電源端子のうち１つと平滑コンデンサとの間に流れる電流である母線電流を検出する。制御部は、交流電源の電圧位相に基づいて複数のスイッチング素子を制御することによってパワーモジュールにモータの回生電力を交流電源へ出力させる。制御部は、母線電流検出部によって検出された母線電流の絶対値に基づいて、モータの力行時およびモータの回生時のいずれかである場合において交流電源に停電が発生したか否かを判定する停電検出部を備える。
　本発明にかかるコンバータは、交流電源に停電が発生したことを簡易な構成で検出することができる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかるモータ制御システムの構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる電源位相検出部とベース駆動信号生成部の動作を示すタイムチャート 実施の形態１にかかるモータ制御システムにおけるモータ力行時の動作を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御システムのモータ力行時における交流電源の電源電圧とコンバータ内に流れる電流との関係を示す図 実施の形態１にかかるコンバータのスイッチング動作による電源回生動作を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御システムのモータ回生時における交流電源の電源電圧とコンバータ内に流れる電流との関係を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御システムがモータを駆動する場合におけるモータ制御システムの状態を示す図 図７に示すモータ力行区間で交流電源に停電が発生した場合におけるモータ制御システムの状態を示す図 図７に示すモータ回生区間で交流電源に停電が発生した場合におけるモータ制御システムの状態を示す図 実施の形態１にかかるコンバータの停電検出部による処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかるコンバータの回生制御部による処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかるモータ駆動装置のモータ制御部による処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかるモータ制御システムの構成の一例を示す図 実施の形態２にかかるコンバータの停電検出部によるカウンタ処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかる上位制御装置の故障予知部による故障予知処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２にかかるモータ制御システムの構成の他の例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかるコンバータおよびモータ制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　実施の形態１にかかるモータ制御システムの構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかるモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかるモータ制御システム１００は、交流電源３から出力された３相の交流電圧を用いて、モータ５を制御する。モータ制御システム１００は、交流電源３から出力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１と、コンバータ１から出力された直流電圧を用いてモータ５を制御するモータ駆動装置４とを備える。
　交流電源３は、３相交流電源であり、例えば、発電装置と送電設備を含む。交流電源３から供給される３相の交流電圧は、Ｒ相の交流電圧であるＲ相電圧ＶＲ、Ｓ相の交流電圧であるＳ相電圧ＶＳ、およびＴ相の交流電圧であるＴ相電圧ＶＴである。以下において、Ｒ相電圧ＶＲ、Ｓ相電圧ＶＳ、およびＴ相電圧ＶＴをまとめて電源電圧ＶＲＳＴと記載する場合がある。モータ５は、例えば、工作機械およびロボットといった産業機械を構成するモータであるが、産業機械を構成するモータ以外のモータであってもよい。
　コンバータ１は、入力電源である交流電源３にリアクトル２を介して接続される。コンバータ１は、交流電源３から供給される交流電圧を直流電圧へ変換し、変換した直流電圧をモータ駆動装置４へ供給する。モータ駆動装置４は、電力変換を行う電力変換部４０と、電力変換部４０を制御するモータ制御部４１とを備える。モータ制御部４１は、コンバータ１から供給される直流電圧を電力変換部４０によってモータ５の制御速度に応じた交流電圧へ変換させ、変換させた交流電圧を電力変換部４０からモータ５へ供給させることによってモータ５を可変速制御する。
　コンバータ１は、モータ５が減速する際にモータ５に発生した誘導起電力を回生電力として交流電源３へ出力する電源回生機能を有している。モータ５に発生した誘導起電力は、モータ駆動装置４によって交流電力から直流電力へ変換され、モータ駆動装置４によって変換された直流電力はコンバータ１へ供給される。コンバータ１は、モータ駆動装置４から供給される直流電力を交流電力へ変換し、変換した交流電力を交流電源３へ出力する。以下において、モータ制御システム１００における回生時の動作を電源回生動作と記載し、モータ制御システム１００における力行時の動作を力行動作と記載する場合がある。また、電源回生動作時にモータ５に発生する誘導起電力を回生電力と記載する場合がある。
　電源回生機能を有するコンバータの制御方式には、ＰＷＭ制御方式と１２０度通電回生方式がある。コンバータ１は、１２０度通電回生方式のコンバータであり、電源回生コンバータとも呼ばれる。
　コンバータ１は、図１に示すように、パワーモジュール２１と、平滑コンデンサ２２と、母線電圧検出部２３と、電源位相検出部２４と、母線電流検出部２５と、制御部２６と、駆動回路２７とを備える。
　パワーモジュール２１は、交流電源端子１１～１３と、正極側の直流電源端子１４と、負極側の直流電源端子１５と、複数の整流素子Ｄ１～Ｄ６と、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６とを備える。交流電源端子１１は、リアクトル２を介して交流電源３のＲ相電源端子に接続され、交流電源端子１２は、リアクトル２を介して交流電源３のＳ相電源端子に接続され、交流電源端子１３は、リアクトル２を介して交流電源３のＴ相電源端子に接続される。複数の整流素子Ｄ１～Ｄ６は、ブリッジ接続されてブリッジ整流回路を構成する。
　直流電源端子１４と直流電源端子１５との間には、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とが互いに並列に接続される。直流電源端子１４には、上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のコレクタ端子が接続され、直流電源端子１５には、下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタ端子が接続される。直流電源端子１４は、モータ駆動装置４の正極側の直流電源端子１７に接続され、直流電源端子１５は、モータ駆動装置４の負極側の直流電源端子１８に接続される。
　スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とスイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子は、交流電源端子１１に接続される。スイッチング素子Ｑ３のエミッタ端子とスイッチング素子Ｑ４のコレクタ端子とは、交流電源端子１２に接続される。スイッチング素子Ｑ５のエミッタ端子とスイッチング素子Ｑ６のコレクタ端子とは、交流電源端子１３に接続される。
　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各々には、整流素子Ｄ１～Ｄ６のうち対応する整流素子が並列に接続される。整流素子Ｄ１～Ｄ６の各々は、アノード端子がスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうち対応するスイッチング素子のエミッタ端子に接続され、カソード端子がスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうち対応するスイッチング素子のコレクタ端子に接続される。
　整流素子Ｄ１とスイッチング素子Ｑ１とはＲ相における正側のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ２とスイッチング素子Ｑ２とはＲ相における負側のパワー素子を構成する。また、整流素子Ｄ３とスイッチング素子Ｑ３とはＳ相における正側のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ４とスイッチング素子Ｑ４とはＳ相における負側のパワー素子を構成する。また、整流素子Ｄ５とスイッチング素子Ｑ５とはＴ相における正側のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ６とスイッチング素子Ｑ６とはＴ相における負側のパワー素子を構成する。なお、図１に示すパワーモジュール２１は、交流電源３が３相交流電源である場合の構成の一例であるが、交流電源３が単相電源であってもよい。この場合、コンバータ１のパワーモジュール２１は４組のパワー素子で構成される。
　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）およびＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）に代表される半導体スイッチング素子である。また、整流素子Ｄ１～Ｄ６は、ダイオードである。以下において、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の各々を個別に区別せずに示す場合、スイッチング素子Ｑと記載し、整流素子Ｄ１～Ｄ６の各々を個別に区別せずに示す場合、整流素子Ｄと記載する場合がある。
　平滑コンデンサ２２は、直流電源端子１４と直流電源端子１５との間に配置され、パワーモジュール２１によって整流された電圧を平滑化する。母線電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣの瞬時値、すなわち直流電源端子１４と直流電源端子１５との間の電圧の瞬時値である母線電圧ＶＰＮを検出する。母線電圧検出部２３は、母線電圧ＶＰＮを示す情報を制御部２６へ出力する。
　電源位相検出部２４は、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴから交流電源３の電圧位相を検出する。なお、電源位相検出部２４は、交流電源３とリアクトル２との間の電源電圧ＶＲＳＴから交流電源３の電圧位相を検出するが、リアクトル２と交流電源端子１１，１２，１３の電源電圧ＶＲＳＴから交流電源３の電圧位相を検出するように配置されてもよい。
　電源位相検出部２４は、交流電源３の電圧位相を示す電源位相検出信号θを制御部２６へ出力する。電源位相検出部２４から出力される電源位相検出信号θには、Ｒ－Ｓ線間位相検出信号θＲ－Ｓと、Ｓ－Ｒ線間位相検出信号θＳ－Ｒと、Ｓ－Ｔ線間位相検出信号θＳ－Ｔと、Ｔ－Ｓ線間位相検出信号θＴ－Ｓと、Ｔ－Ｒ線間位相検出信号θＴ－Ｒと、Ｒ－Ｔ線間位相検出信号θＲ－Ｔが含まれる。
　Ｒ－Ｓ線間位相検出信号θＲ－Ｓは、Ｒ相のＳ相に対する電位差であるＲ－Ｓ線間電圧ＶＲ－Ｓの位相を示し、Ｓ－Ｒ線間位相検出信号θＳ－Ｒは、Ｓ相のＲ相に対する電位差であるＳ－Ｒ線間電圧ＶＳ－Ｒの位相を示す。Ｒ－Ｓ線間電圧ＶＲ－ＳとＳ－Ｒ線間電圧ＶＳ－Ｒとは、共にＲ相とＳ相との間の電圧であるが、基準になる相が互いに異なるため、位相が互いに１８０度ずれている。
　Ｓ－Ｔ線間位相検出信号θＳ－Ｔは、Ｓ相のＴ相に対する電位差であるＳ－Ｔ線間電圧ＶＳ－Ｔの位相を示し、Ｔ－Ｓ線間位相検出信号θＴ－Ｓは、Ｔ相のＳ相に対する電位差であるＴ－Ｓ線間電圧ＶＴ－Ｓの位相を示す。Ｓ－Ｔ線間電圧ＶＳ－ＴとＴ－Ｓ線間電圧ＶＴ－Ｓとは、共にＳ相とＴ相との間の電圧であるが、基準になる相が互いに異なるため、位相が互いに１８０度ずれている。
　Ｔ－Ｒ線間位相検出信号θＴ－Ｒは、Ｔ相のＲ相に対する電位差であるＴ－Ｒ線間電圧ＶＴ－Ｒの位相を示し、Ｒ－Ｔ線間位相検出信号θＲ－Ｔは、Ｒ相のＴ相に対する電位差であるＲ－Ｔ線間電圧ＶＲ－Ｔの位相を示す。Ｔ－Ｒ線間電圧ＶＴ－ＲとＲ－Ｔ線間電圧ＶＲ－Ｔとは、共にＲ相とＴ相との間の電圧であるが、基準になる相が互いに異なるため、位相が互いに１８０度ずれている。
　母線電流検出部２５は、パワーモジュール２１の直流電源端子１４と平滑コンデンサ２２の正極端子との間に配置され、パワーモジュール２１の直流電源端子１４と平滑コンデンサ２２との間の直流母線に流れる電流の瞬時値である母線電流ＩＰＮを検出する。なお、母線電流検出部２５は、パワーモジュール２１の直流電源端子１４と平滑コンデンサ２２の正極端子との間に代えて、パワーモジュール２１の直流電源端子１５と平滑コンデンサ２２の負極端子との間に配置されてもよい。
　次に、制御部２６について説明する。制御部２６は、ベース駆動信号生成部３１と、回生制御部３２と、停電検出部３３と、条件設定部３４を備える。制御部２６は、プロセッサ、メモリ、およびＡＤ（Analog-to-Digital）変換器などを含む。プロセッサ、メモリ、およびＡＤ変換器は、例えば、バスによって互いにデータの送受信が可能である。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、ベース駆動信号生成部３１、回生制御部３２、停電検出部３３、および条件設定部３４の機能を実行する。
　プロセッサは、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）、およびシステムＬＳＩ（Large　Scale　Integration）のうち１つ以上を含む。メモリは、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）のうち１つ以上を含む。なお、ベース駆動信号生成部３１、回生制御部３２、停電検出部３３、および条件設定部３４は、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）またはＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）などのハードウェアで構成されてもよい。また、制御部２６は、電源位相検出部２４の一部または全部を含む構成であってもよい。
　ベース駆動信号生成部３１は、電源位相検出信号θに基づいて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を駆動するためのベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを生成する。ベース駆動信号生成部３１は、生成したベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを回生制御部３２へ出力する。
　ベース駆動信号ＳＲＰは、スイッチング素子Ｑ１を駆動するための信号であり、ベース駆動信号ＳＲＮは、スイッチング素子Ｑ２を駆動するための信号である。ベース駆動信号ＳＳＰは、スイッチング素子Ｑ３を駆動するための信号であり、ベース駆動信号ＳＳＮは、スイッチング素子Ｑ４を駆動するための信号である。ベース駆動信号ＳＴＰは、スイッチング素子Ｑ５を駆動するための信号であり、ベース駆動信号ＳＴＮは、スイッチング素子Ｑ６を駆動するための信号である。
　回生制御部３２は、母線電流ＩＰＮおよび母線電圧ＶＰＮに基づいて、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを出力信号として駆動回路２７へ出力する。駆動回路２７は、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを増幅してスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のベースへ出力する。ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮによってスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオンとオフとが切り替えられることで、コンバータ１において電源回生動作が実行される。かかる電源回生動作によってコンバータ１から交流電源３へ回生電力が出力される。
　回生制御部３２は、例えば、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと母線電圧ＶＰＮとの差が予め設定された値以上になった場合、または母線電流ＩＰＮの絶対値が予め設定された値以下になった場合に、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを出力信号として駆動回路２７へ出力する。また、回生制御部３２は、例えば、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと母線電圧ＶＰＮとの差が予め設定された値未満であり且つ母線電流ＩＰＮの絶対値が予め設定された値を超える場合には、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを駆動回路２７へ出力しない。この場合、コンバータ１において、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６はすべてオフであり、電源回生動作は行われない。
　次に、電源位相検出部２４およびベース駆動信号生成部３１の動作について図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１にかかる電源位相検出部とベース駆動信号生成部の動作を示すタイムチャートである。図２においては、モータ回生時における、線間電圧、Ｒ－Ｓ線間位相検出信号θＲ－Ｓ、Ｓ－Ｒ線間位相検出信号θＳ－Ｒ、Ｓ－Ｔ線間位相検出信号θＳ－Ｔ、Ｔ－Ｓ線間位相検出信号θＴ－Ｓ、Ｔ－Ｒ線間位相検出信号θＴ－Ｒ、Ｒ－Ｔ線間位相検出信号θＲ－Ｔ、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮ、およびＲ相、Ｔ相、Ｓ相に流れる電流の各々の時間変化が示されている。
　電源位相検出部２４は、Ｒ相電圧ＶＲ、Ｓ相電圧ＶＳ、およびＴ相電圧ＶＴに基づいて、Ｒ－Ｓ線間電圧ＶＲ－Ｓ、Ｓ－Ｒ線間電圧ＶＳ－Ｒ、Ｓ－Ｔ線間電圧ＶＳ－Ｔ、Ｔ－Ｓ線間電圧ＶＴ－Ｓ、Ｔ－Ｒ線間電圧ＶＴ－Ｒ、およびＲ－Ｔ線間電圧ＶＲ－Ｔを検出する。以下、Ｒ－Ｓ線間電圧ＶＲ－Ｓ、Ｓ－Ｒ線間電圧ＶＳ－Ｒ、Ｓ－Ｔ線間電圧ＶＳ－Ｔ、Ｔ－Ｓ線間電圧ＶＴ－Ｓ、Ｔ－Ｒ線間電圧ＶＴ－Ｒ、およびＲ－Ｔ線間電圧ＶＲ－Ｔの各々を個別に区別せずに示す場合、単に線間電圧と記載する場合がある。
　電源位相検出部２４は、各線間電圧のゼロクロス点を検出して、Ｒ－Ｓ線間位相検出信号θＲ－Ｓ、Ｓ－Ｒ線間位相検出信号θＳ－Ｒ、Ｓ－Ｔ線間位相検出信号θＳ－Ｔ、Ｔ－Ｓ線間位相検出信号θＴ－Ｓ、Ｔ－Ｒ線間位相検出信号θＴ－Ｒ、およびＲ－Ｔ線間位相検出信号θＲ－Ｔを生成する。以下、Ｒ－Ｓ線間位相検出信号θＲ－Ｓ、Ｓ－Ｒ線間位相検出信号θＳ－Ｒ、Ｓ－Ｔ線間位相検出信号θＳ－Ｔ、Ｔ－Ｓ線間位相検出信号θＴ－Ｓ、Ｔ－Ｒ線間位相検出信号θＴ－Ｒ、およびＲ－Ｔ線間位相検出信号θＲ－Ｔの各々を個別に区別せずに示す場合、線間位相検出信号と記載する場合がある。
　図２に示す例では、電源位相検出部２４は、線間電圧が正の値である位相区間ではＨｉｇｈレベルになり線間電圧が負の値である位相区間ではＬｏｗレベルになるように、各線間電圧に対する線間位相検出信号を生成する。３相交流電源である交流電源３の線間電圧の波形は、正弦波であるため、線間位相検出信号がＨｉｇｈレベルである位相区間の中央で線間電圧は最大になり、線間位相検出信号のＬｏｗレベルの位相区間の中央で線間電圧は最小になる。ベース駆動信号生成部３１は、電源位相検出部２４によって生成される各線間位相検出信号によって、最大電圧を示す相と最小電圧を示す相を算出することができる。
　次に、ベース駆動信号生成部３１の動作について説明する。ベース駆動信号生成部３１は、電源位相検出部２４から出力される６つの線間位相検出信号に基づいて、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを生成する。
　以下において、スイッチング素子Ｑのオンとオフとの切り替えをスイッチング動作と記載し、また、コンバータ１の回生動作時においてスイッチング素子Ｑを介して流れる電流を回生電流と呼ぶ。また、図１には、交流電源３からコンバータ１に向かう向きの矢印で示したＲ相電流ＩＲ、Ｓ相電流ＩＳ、およびＴ相電流ＩＴを示しており、矢印で示す向きに流れる電流をプラス方向の電流として扱い、その逆方向の電流をマイナス方向の電流として扱う。また、コンバータ１内の電流としてコンバータ１からモータ駆動装置４へ向かう向きに流れる電流をプラス方向の電流として扱い、その逆方向の電流をマイナス方向の電流として扱う。
　ベース駆動信号生成部３１は、Ｔ－Ｓ線間電圧ＶＴ－Ｓの瞬時値が最も大きい時刻ｔ０～ｔ２の第１区間において、ベース駆動信号ＳＳＮ，ＳＴＰをＨｉｇｈレベルにし、残りのベース駆動信号をＬｏｗレベルにする。これにより、第１区間において、Ｔ相の正側のスイッチング素子Ｑ５とＳ相の負側のスイッチング素子Ｑ４とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。この場合、交流電源３のＴ相とＳ相とに平滑コンデンサ２２の正極端子と負極端子とが交流電源３の電源インピーダンスを介して接続された状態となる。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Ｑ５，Ｑ４を介して電流がＴ相とＳ相とに流れる。第１区間において、Ｔ相に流れる電流であるＴ相回生電流ＩｒＴはマイナス方向に流れ、Ｓ相に流れる電流であるＳ相回生電流ＩｒＳはプラス方向に流れる。
　ベース駆動信号生成部３１は、Ｒ－Ｓ線間電圧ＶＲ－Ｓの瞬時値が最も大きい時刻ｔ２～ｔ４の第２区間において、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＳＮをＨｉｇｈレベルにし、残りのベース駆動信号をＬｏｗレベルにする。これにより、第２区間において、Ｒ相の正側のスイッチング素子Ｑ１とＳ相の負側のスイッチング素子Ｑ４とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４を介して電流がＲ相とＳ相とに流れる。第２区間において、Ｒ相に流れる電流であるＲ相回生電流ＩｒＲはマイナス方向に流れ、Ｓ相回生電流ＩｒＳはプラス方向に流れる。
　ベース駆動信号生成部３１は、Ｒ－Ｔ線間電圧ＶＲ－Ｔの瞬時値が最も大きい時刻ｔ４～ｔ６の第３区間において、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＴＮをＨｉｇｈレベルにし、残りのベース駆動信号をＬｏｗレベルにする。これにより、第３区間において、Ｒ相の正側のスイッチング素子Ｑ１とＴ相の負側のスイッチング素子Ｑ６とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Ｑ１，Ｑ６を介して電流がＲ相とＴ相とに流れる。第３区間において、Ｒ相回生電流ＩｒＲはマイナス方向に流れ、Ｔ相回生電流ＩｒＴはプラス方向に流れる。
　ベース駆動信号生成部３１は、Ｓ－Ｔ線間電圧ＶＳ－Ｔの瞬時値が最も大きい時刻ｔ６～ｔ８の第４区間において、ベース駆動信号ＳＳＰ，ＳＴＮをＨｉｇｈレベルにし、残りのベース駆動信号をＬｏｗレベルにする。これにより、第４区間において、Ｓ相の正側のスイッチング素子Ｑ３とＴ相の負側のスイッチング素子Ｑ６とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６を介して電流がＳ相とＴ相とに流れる。第４区間において、Ｓ相回生電流ＩｒＳはマイナス方向に流れ、Ｔ相回生電流ＩｒＴはプラス方向に流れる。
　ベース駆動信号生成部３１は、Ｓ－Ｒ線間電圧ＶＳ－Ｒの瞬時値が最も大きい時刻ｔ８～ｔ１０の第５区間において、ベース駆動信号ＳＳＰ，ＳＲＮをＨｉｇｈレベルにし、残りのベース駆動信号をＬｏｗレベルにする。これにより、第５区間において、Ｓ相の正側のスイッチング素子Ｑ３とＲ相の負側のスイッチング素子Ｑ２とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Ｑ３，Ｑ２を介して電流がＳ相とＲ相とに流れる。第５区間において、Ｓ相回生電流ＩｒＳはマイナス方向に流れ、Ｒ相回生電流ＩｒＲはプラス方向に流れる。
　ベース駆動信号生成部３１は、Ｔ－Ｒ線間電圧ＶＴ－Ｒの瞬時値が最も大きい時刻ｔ１０～ｔ１２の第６区間において、ベース駆動信号ＳＴＰ，ＳＲＮをＨｉｇｈレベルにし、残りのベース駆動信号をＬｏｗレベルにする。これにより、第６区間において、Ｔ相の正側のスイッチング素子Ｑ５とＲ相の負側のスイッチング素子Ｑ２とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Ｑ５，Ｑ２を介して電流がＴ相とＲ相とに流れる。第６区間において、Ｔ相回生電流ＩｒＴはマイナス方向に流れ、Ｒ相回生電流ＩｒＲはプラス方向に流れる。
　なお、コンバータ１と交流電源３との間に流れる回生電流には、リアクトル２のインピーダンスによって制限がかけられる。また、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作が行われている場合であっても、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴ以下である場合、回生電流は流れない。回生電流は、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣと交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴとの電圧差を利用することで流れる。
　このように、コンバータ１は１２０度通電回生方式による電源回生動作を行うため、各スイッチング素子Ｑのスイッチング動作は１２０度区間の開始時と終了時だけでよい。そのため、コンバータ１は、ＰＷＭ回生方式のコンバータと比べて、各スイッチング素子Ｑのスイッチング損失を大幅に低減できる。また、コンバータ１は、ＰＷＭ回生方式のコンバータと比べて、スイッチング動作回数が少ないため、スイッチングノイズも小さくでき低コストで構成できる。また、ＰＷＭ回生方式のコンバータでは、常時スイッチング動作が必要なのに対し、コンバータ１は、モータ力行時、スイッチング動作による電源回生動作を停止させ、パワーモジュール２１の整流ブリッジ回路にて交流直流変換を行うため、スイッチング素子Ｑのスイッチング損失低減を図ることができる。なお、コンバータ１は、ＰＷＭ回生方式のコンバータであってもよい。
　次に、モータ制御システム１００における力行動作について説明する。モータ制御システム１００のモータ駆動装置４は、モータ力行時において、コンバータ１から出力される直流電圧を交流電圧へ変換し、変換した交流電圧をモータ５に供給してモータ５を可変速制御する。この場合、モータ駆動装置４がコンバータ１から出力される直流電圧を交流電圧へ変換すると、コンバータ１の平滑コンデンサ２２の電圧が低下する。平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴよりも大きくなると、交流電源３からの電源電圧ＶＲＳＴがリアクトル２を介してパワーモジュール２１へ入力される。パワーモジュール２１の整流素子Ｄ１～Ｄ６は、交流電源３からリアクトル２を介して入力される電源電圧ＶＲＳＴを整流し、整流後の電圧を平滑コンデンサ２２へ出力する。
　図３は、実施の形態１にかかるモータ制御システムにおけるモータ力行時の動作を説明するための図である。図３に示す例では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンであり、Ｒ相回生電流ＩｒＲが交流電源３からモータ駆動装置４へ向かう方向に流れ、Ｓ相回生電流ＩｒＳがモータ駆動装置４から交流電源３へ向かう方向に流れる。なお、以下において、交流電源３とコンバータ１との間に流れる電流を力行電流と記載する。
　図４は、実施の形態１にかかるモータ制御システムのモータ力行時における交流電源の電源電圧とコンバータ内に流れる電流との関係を示す図である。図４では、モータ制御システムのモータ力行時における、線間電圧、Ｒ相力行電流ＩｐＲ、Ｓ相力行電流ＩｐＳ、Ｔ相力行電流ＩｐＴ、整流素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６に流れる電流ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ４，ＩＤ５，ＩＤ６、および母線電流ＩＰＮの時間変化が示されている。
　Ｒ相力行電流ＩｐＲは、モータ力行時において交流電源３のＲ相とコンバータ１との間に流れる電流である。Ｓ相力行電流ＩｐＳは、モータ力行時において交流電源３のＳ相とコンバータ１との間に流れる電流である。Ｔ相力行電流ＩｐＴは、モータ力行時において交流電源３のＴ相とコンバータ１との間に流れる電流である。Ｒ相力行電流ＩｐＲ、Ｓ相力行電流ＩｐＳ、およびＴ相力行電流ＩｐＴは、整流素子Ｄ１～Ｄ６を介して交流電源３と平滑コンデンサ２２との間に流れる。
　図４に示すように、モータ力行時において、コンバータ１は、次のように動作する。時刻ｔ０～ｔ２の区間において、整流素子Ｄ５，Ｄ４が導通状態になり、整流素子Ｄ５には交流電源３から平滑コンデンサ２２へ向かう方向に電流が流れ、整流素子Ｄ４には平滑コンデンサ２２から交流電源３へ向かう方向に電流が流れる。時刻ｔ２～ｔ４の区間において、整流素子Ｄ１，Ｄ４が導通状態になり、整流素子Ｄ１には交流電源３から平滑コンデンサ２２へ向かう方向に電流が流れ、整流素子Ｄ４には平滑コンデンサ２２から交流電源３へ向かう方向に電流が流れる。時刻ｔ４～ｔ６の区間において、整流素子Ｄ１が導通状態になり、整流素子Ｄ１，Ｄ６には交流電源３から平滑コンデンサ２２へ向かう方向に電流が流れ、整流素子Ｄ６には平滑コンデンサ２２から交流電源３へ向かう方向に電流が流れる。
　時刻ｔ６～ｔ８の区間において、整流素子Ｄ３，Ｄ６が導通状態になり、整流素子Ｄ３には交流電源３から平滑コンデンサ２２へ向かう方向に電流が流れ、整流素子Ｄ６には平滑コンデンサ２２から交流電源３へ向かう方向に電流が流れる。時刻ｔ８～ｔ１０の区間において、整流素子Ｄ３，Ｄ２が導通状態になり、整流素子Ｄ３には交流電源３から平滑コンデンサ２２へ向かう方向に電流が流れ、整流素子Ｄ２には平滑コンデンサ２２から交流電源３へ向かう方向に電流が流れる。時刻ｔ１０～ｔ１２の区間において、整流素子Ｄ５，Ｄ２が導通状態になり、整流素子Ｄ５には交流電源３から平滑コンデンサ２２へ向かう方向に電流が流れ、整流素子Ｄ２には平滑コンデンサ２２から交流電源３へ向かう方向に電流が流れる。
　図４に示すように、パワーモジュール２１内の各整流素子Ｄは、交流電源３の電源周期の１／３の期間だけ導通状態になり電流を流す。また、この半分の期間、すなわち交流電源３の電源周期の１／６の期間で、電圧値が最大となる線間電圧が切り替わるため、導通状態になる整流素子Ｄの組み合わせが切り替わる。例えば、時刻ｔ２～ｔ６の区間のうち、時刻ｔ２～ｔ４の区間は、整流素子Ｄ１と整流素子Ｄ４が導通し電流が流れているが、時刻ｔ４～ｔ６の区間は、整流素子Ｄ１と整流素子Ｄ６が導通し電流が流れている。
　次に、モータ回生時におけるコンバータ１の電源回生動作について説明する。図５は、実施の形態１にかかるコンバータのスイッチング動作による電源回生動作を説明するための図である。モータ回生時、モータ駆動装置４は、モータ５の回生電力を、交流電力から直流電力へ変換し、交流電力へ変換した回生電力を平滑コンデンサ２２へ供給する。これにより、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが上昇し、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴよりも大きくなる。
　コンバータ１の回生制御部３２は、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと母線電圧ＶＰＮとの差が予め定められた値以上となると、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを駆動回路２７へ出力し、パワーモジュール２１のスイッチング動作による電源回生動作を開始させる。コンバータ１において、スイッチング動作による電源回生動作が開始されると、パワーモジュール２１の各スイッチング素子Ｑにて、平滑コンデンサ２２の直流電力が交流電力へ変換され、変換された交流電力が回生電力としてリアクトル２を介して交流電源３へ出力される。
　図６は、実施の形態１にかかるモータ制御システムのモータ回生時における交流電源の電源電圧とコンバータ内に流れる電流との関係を示す図である。図６では、モータ回生時における、線間電圧、Ｒ相回生電流ＩｒＲ、Ｓ相回生電流ＩｒＳ、Ｔ相回生電流ＩｒＴ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６に流れる電流ＩＱ１，ＩＱ２，ＩＱ３，ＩＱ４，ＩＱ５，ＩＱ６、および母線電流ＩＰＮの時間変化が示されている。
　図６に示すように、コンバータ１の電源回生時において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６に電流ＩＱ１，ＩＱ２，ＩＱ３，ＩＱ４，ＩＱ５，ＩＱ６が流れることで、コンバータ１と交流電源３との間にＲ相回生電流ＩｒＲ、Ｓ相回生電流ＩｒＳ、およびＴ相回生電流ＩｒＴが流れ、回生電力がコンバータ１から交流電源３へ出力される。
　図６に示すように、パワーモジュール２１内の各スイッチング素子Ｑは、交流電源３の電源周期の１／３の期間だけオンになり回生電流を流す。また、この半分の期間、すなわち交流電源３の電源周期の１／６の期間で、電圧値が最大となる線間電圧が切り替わるため、オンになるスイッチング素子Ｑの組み合わせが切り替わる。例えば、時刻ｔ２～ｔ６の区間のうち、時刻ｔ２～ｔ４の区間は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４がオンになり回生電流が流れているが、時刻ｔ４～ｔ６の区間は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ６がオンになり回生電流が流れている。
　次に、モータ力行時およびモータ回生時にコンバータ１に流れる母線電流ＩＰＮについて説明する。図７は、実施の形態１にかかるモータ制御システムがモータを駆動する場合におけるモータ制御システムの状態を示す図である。図７においては、モータ速度Ｎ、モータトルクＴｏｕｔ、モータ出力Ｐｏｕｔ、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣ、母線電流ＩＰＮ、および電源電圧ＶＲＳＴの時間変化が示されている。モータ速度Ｎは、モータ５に設けられた回転軸の回転速度である。モータトルクＴｏｕｔは、モータ５のトルクである。モータ出力Ｐｏｕｔは、モータ５の出力である。
　まず、図７に示すモータ力行区間について説明する。モータ力行区間は、時刻ｔ２０～ｔ２３の区間であり、モータ制御システム１００によって力行動作が行われている区間である。時刻ｔ２０はモータ５が加速し始めた時刻であり、時刻ｔ２３はモータ速度Ｎが目標速度に到達した時刻である。モータ力行区間では、モータトルクＴｏｕｔにより、モータ速度Ｎが大きくなり、また、モータ出力Ｐｏｕｔが大きくなるにつれて、母線電流ＩＰＮが大きくなっている。モータトルクＴｏｕｔが小さくなると、モータ出力Ｐｏｕｔが一定になり、母線電流ＩＰＮのピーク値も一定になる。
　次に、モータ一定速度区間について説明する。モータ一定速度区間は、時刻ｔ２３～ｔ２４の区間であり、モータ速度Ｎが一定速度になっている区間である。モータ一定速度区間では、モータ力行区間と異なり、モータ出力Ｐｏｕｔが低いため、母線電流ＩＰＮはほとんど流れていない。
　次に、モータ回生区間について説明する。モータ回生区間は、時刻ｔ２４～ｔ２７の区間であり、モータ制御システム１００によって電源回生動作が行われている区間である。時刻ｔ２４は、モータ５が減速し始めた時刻であり、時刻ｔ２７はモータ５が停止した時刻である。モータ５が減速し始めると、モータ５の回生電力が平滑コンデンサ２２に流れ込むため、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが上昇する。
　端子間電圧ＶＤＣが予め定められた値を超えると、コンバータ１は電源回生動作を開始する。電源回生動作が開始されると、平滑コンデンサ２２からパワーモジュール２１へ回生電流が流れ込み、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが小さくなる。時刻ｔ２４においては、モータ減速時のモータ出力Ｐｏｕｔの絶対値が大きいため、大きな回生電流が流れるが、モータ速度Ｎが低減するにつれてモータ出力Ｐｏｕｔの絶対値が小さくなり、回生電流も小さくなる。
　次に、交流電源３に停電が発生した場合について説明する。モータ力行時、モータ一定速度時、またはモータ回生時において交流電源３からのモータ制御システム１００への電力供給が停止する停電が発生した場合、パワーモジュール２１内の整流素子Ｄまたはスイッチング素子Ｑに大きな電流が流れる。そのため、コンバータ１は、交流電源３に停電が発生したことを検出する停電検出部３３を備える。
　まず、モータ力行時に交流電源３に停電が発生した場合について説明する。図８は、図７に示すモータ力行区間で交流電源に停電が発生した場合におけるモータ制御システムの状態を示す図である。図８において、時刻ｔ２１～ｔ２２の期間は、停電期間である。時刻ｔ２１は、交流電源３からのコンバータ１への電力供給が停止した時刻、すなわち停電開始時刻である。また、図８において、時刻ｔ２２は、交流電源３に発生した停電が終了した時刻、すなわち、復電開始時刻である。
　図８に示すように、モータ力行時に交流電源３が停止すると、コンバータ１へ電力が供給されなくなるため、母線電流ＩＰＮが流れなくなる。この間にもモータ駆動装置４からモータ５へ電力が供給され続けるため、平滑コンデンサ２２に蓄積された電力がコンバータ１からモータ駆動装置４へ供給される。その結果、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが急激に低下する。
　その後、時刻ｔ２２において、交流電源３が停電から復旧すると、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴが平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣよりも大きくなるため、交流電源３から整流素子Ｄ１～Ｄ６を介して平滑コンデンサ２２へ電流が流れ込む。平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣは、図７に示す場合に比べて小さいため、図７に示す場合に比べて大きな正方向の母線電流ＩＰＮが流れる。かかる母線電流ＩＰＮは、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣとの電位差が大きいほど大きくなる。
　そのため、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣとの電位差が大きいほど、整流素子Ｄ１～Ｄ６に大きな電流が流れる。また、モータ一定速度区間においても、モータ出力Ｐｏｕｔの状態によっては、モータ力行時の場合と同様の原理で、整流素子Ｄ１～Ｄ６に大きな電流が流れる場合がある。
　次に、モータ回生時に停電が発生した場合について説明する。図９は、図７に示すモータ回生区間で交流電源に停電が発生した場合におけるモータ制御システムの状態を示す図である。図９において、時刻ｔ２５～ｔ２６の期間は、停電期間である。時刻ｔ２５は停電開始時刻であり、時刻ｔ２６は復電開始時刻である。モータ回生時には、回生エネルギーによって平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣが上昇するが、交流電源３が停止すると、図９に示すように、平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣと交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴとの電位差が図７に示す場合に比べて大きくなるため、図７に示す場合に比べて大きな負方向の母線電流ＩＰＮが流れる。
　母線電流ＩＰＮは、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣとの電位差が大きいほど大きくなる。そのため、交流電源３の電源電圧ＶＲＳＴと平滑コンデンサ２２の端子間電圧ＶＤＣとの電位差が大きいほど、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に大きな電流が流れる。なお、交流電源３の電圧位相に応じてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうちどの組み合わせのスイッチング素子に電流が流れるかが決まる。
　このように、モータ力行時またはモータ一定速度時に交流電源３に停電が発生した場合、復電開始時に整流素子Ｄ１～Ｄ６に大きな電流が流れる。また、モータ回生時に交流電源３に停電が発生した場合、停電開始時にスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６に大きな電流が流れる。
　停電検出部３３は、モータ回生時、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値が予め設定された第１閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判定する。停電検出部３３は、モータ回生時、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上である場合、交流電源３に停電が発生したと判定し、電源回生動作の停止を決定し、電源回生動作を停止するための回生停止指令を回生制御部３２およびモータ制御部４１へ出力する。
　また、停電検出部３３は、モータ回生時に、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値が予め設定された第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であるか否かを判定する。停電検出部３３は、モータ回生時、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であると判定した場合、交流電源３に停電が発生したと判定し、電源回生動作の停止を決定し、電源回生動作を停止するための回生停止指令を回生制御部３２およびモータ制御部４１へ出力する。
　回生制御部３２は、停電検出部３３から回生停止指令が出力された場合、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮの駆動回路２７への出力を停止してパワーモジュール２１による電源回生動作を停止する。これにより、コンバータ１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の故障を抑制することができる。上述した第１閾値Ｉｔｈ１は、例えばパワーモジュール２１の定格電流の値に設定される。
　また、モータ制御部４１は、停電検出部３３から回生停止指令が出力された場合、電力変換部４０を制御して電力変換部４０からモータ５への交流電力の出力を停止させる。これにより、コンバータ１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の故障を抑制することができる。
　また、停電検出部３３は、モータ力行時、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判定する。停電検出部３３は、モータ力行時、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上である場合、交流電源３に停電が発生したと判定し、力行動作の停止を決定する。停電検出部３３は、力行動作の停止を決定すると、力行動作を停止するための力行停止指令をモータ制御部４１へ出力する。モータ力行時において停電検出部３３によって、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上である場合に交流電源３に停電が発生したとの判定は、交流電源３に停電が発生した後に交流電源３から電力供給が再開されたタイミングで検出される。したがって、この場合、停電検出部３３による停電が発生したとの判定には、復電開始の判定も含まれる。
　また、停電検出部３３は、モータ力行時に、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であるか否かを判定する。停電検出部３３は、モータ力行時、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であると判定した場合、交流電源３に停電が発生したと判定し、力行動作の停止を決定する。停電検出部３３は、力行動作の停止を決定すると、力行動作を停止するための力行停止指令をモータ制御部４１へ出力する。
　モータ制御部４１は、停電検出部３３から力行停止指令が出力された場合、電力変換部４０を制御して電力変換部４０からモータ５への交流電力の出力を停止させる。これにより、モータ駆動装置４は、整流素子Ｄ１～Ｄ６の故障を抑制することができる。また、モータ駆動装置４は、例えば、産業機械の送り軸または主軸が過度に回転するによるツールまたはワークの破損などを防ぐことができる。
　なお、停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上である場合にのみ交流電源３に停電が発生したと判定したり、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下である場合にのみ交流電源３に停電が発生したと判定したりすることもできる。
　また、停電検出部３３は、モータ回生時において、回生停止指令をモータ制御部４１へ出力しないこともできる。これにより、例えば、交流電源３が停電している期間である停電時間が短い場合において、モータ５の回生電力を平滑コンデンサ２２に蓄積することができる。この場合、停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１よりも長い第２時間Ｔｔｈ２の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下になった場合に、回生停止指令をモータ制御部４１へ出力することもできる。これにより、交流電源３の停電時間が長い場合に、平滑コンデンサ２２に回生電力が過度に溜ることを防止することができる。
　条件設定部３４は、停電検出部３３による停電の判定条件を受け付け、受け付けた判定条件を停電検出部３３に設定する。例えば、条件設定部３４は、不図示の入力装置または端末装置から有線または無線によってコンバータ１へ送信される判定条件情報を受け付け、受け付けた判定条件情報に基づいて、停電検出部３３による停電の判定条件を停電検出部３３に設定する。判定条件情報には、例えば、上述した第１閾値Ｉｔｈ１、第２閾値Ｉｔｈ２、第１時間Ｔｔｈ１、および第２時間Ｔｔｈ２の各々を示す情報が含まれる。条件設定部３４によって、停電検出部３３に設定される第１閾値Ｉｔｈ１、第２閾値Ｉｔｈ２、第１時間Ｔｔｈ１、および第２時間Ｔｔｈ２を変更することができる。
　図１０は、実施の形態１にかかるコンバータの停電検出部による処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図１０に示すように、停電検出部３３は、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの情報を取得する（ステップＳ１０）。停電検出部３３は、取得した母線電流ＩＰＮの情報に基づいて母線電流ＩＰＮの絶対値を算出する（ステップＳ１１）。
　次に、停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上ではないと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、母線電流ＩＰＮの絶対値が予め設定された第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
　停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、または母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であると判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、モータ回生中であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、停電検出部３３は、例えば、電源回生動作中であるか否かを示す情報を含む状態信号を回生制御部３２から取得し、取得した状態信号に基づいて、モータ回生中であるか否かを判定する。
　停電検出部３３は、モータ回生中ではないと判定した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、モータ力行中であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、停電検出部３３は、例えば、力行動作中であるか否かを示す情報を含む状態信号をモータ制御部４１から取得し、取得した状態信号に基づいて、力行動作中であるか否かを判定する。
　停電検出部３３は、モータ回生中であると判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、電源回生動作の停止を決定し（ステップＳ１６）、回生制御部３２とモータ制御部４１とへ回生停止指令を出力する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、停電検出部３３は、回生制御部３２およびモータ制御部４１のいずれか一方のみへ回生停止指令を出力することもできる。
　停電検出部３３は、モータ力行中であると判定した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、力行動作の停止を決定し（ステップＳ１８）、モータ制御部４１とへ力行停止指令を出力する（ステップＳ１９）。停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下ではないと判定した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、モータ力行中でないと判定した場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１７の処理が終了した場合、またはステップＳ１９の処理が終了した場合、図１０に示す処理を終了する。
　図１１は、実施の形態１にかかるコンバータの回生制御部による処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図１１に示すように、回生制御部３２は、停電検出部３３から回生停止指令を取得したか否かを判定する（ステップＳ２０）。
　回生制御部３２は、停電検出部３３から回生停止指令を取得したと判定した場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、電源回生動作を停止する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、回生制御部３２は、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮの駆動回路２７への出力を停止し、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオフすることによって電源回生動作を停止する。回生制御部３２は、停電検出部３３から回生停止指令を取得していないと判定した場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）、またはステップＳ２１の処理が終了した場合、図１１に示す処理を終了する。
　図１２は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置のモータ制御部による処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図１２に示すように、モータ制御部４１は、停電検出部３３から力行停止指令を取得したか否かを判定する（ステップＳ３０）。モータ制御部４１は、停電検出部３３から力行停止指令を取得したと判定した場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、電力変換部４０を制御して電力変換部４０からモータ５への電力供給を停止して電力変換部４０による力行動作を停止させる（ステップＳ３１）。
　モータ制御部４１は、停電検出部３３から力行停止指令を取得していないと判定した場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、停電検出部３３から回生停止指令を取得したか否かを判定する（ステップＳ３２）。モータ制御部４１は、停電検出部３３から回生停止指令を取得したと判定した場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、電力変換部４０を制御して電力変換部４０による電源回生動作を停止させる（ステップＳ３３）。
　モータ制御部４１は、停電検出部３３から回生停止指令を取得していないと判定した場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、ステップＳ３１の処理が終了した場合、またはステップＳ３３の処理が終了した場合、図１２に示す処理を終了する。
　以上のように、実施の形態１にかかるコンバータ１は、入力電源である交流電源３とモータ５を可変速制御するモータ駆動装置４との間に配置され、パワーモジュール２１と、平滑コンデンサ２２と、母線電流検出部２５と、制御部２６とを備える。パワーモジュール２１は、交流電源３から供給される交流電圧を整流する複数の整流素子Ｄ１～Ｄ６と、複数の整流素子Ｄ１～Ｄ６のうち対応する整流素子に各々並列に接続される複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、複数の整流素子Ｄ１～Ｄ６によって整流された電圧を出力する２つの直流電源端子１４，１５とを備える。平滑コンデンサ２２は、２つの直流電源端子１４，１５に接続され、パワーモジュール２１によって整流された電圧を平滑化する。母線電流検出部２５は、直流電源端子１４または直流電源端子１５と平滑コンデンサ２２との間に流れる電流である母線電流ＩＰＮを検出する。制御部２６は、交流電源３の電圧位相に基づいて複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御してモータ５の回生電力を交流電源３へ出力する。制御部２６は、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値に基づいて、モータ５の力行時およびモータ５の回生時のうち少なくともいずれかである場合において交流電源３に停電が発生したか否かを判定する。これにより、コンバータ１は、交流電源３に停電が発生したことを簡易な構成で検出することができる。例えば、コンバータ１では、停電検出のために母線電流検出部２５以外の電流検出手段を設けなくてもよいことから、停電検出に複数の電流検出手段を用いるコンバータに比べ、コンバータ１の製造コストを低減することができる。また、電源回生機能を有する一般的なコンバータは、入力電源からコンバータへ入力される入力電流を監視し、監視結果に基づいて入力電流を直流電流へ変換する変換手段を有するが、コンバータ１では、かかる変換手段を用いなくてもよいため、一般的なコンバータに比べて、構成を簡易にすることができる。また、コンバータ１は、母線電流ＩＰＮの絶対値に基づいて、停電が発生したことを検出するため、力行時と回生時とで異なる閾値を用いずに、交流電源３に停電が発生したことを検出することができる。
　また、停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１を超える場合に、交流電源３に停電が発生したと判定する。これにより、コンバータ１は、力行時と回生時とで異なる閾値を用いずに交流電源３に停電が発生したことを精度よく検出することができる。第１閾値Ｉｔｈ１は、予め設定された値の一例である。
　また、停電検出部３３は、母線電流ＩＰＮの絶対値が予め設定された第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下である場合に、交流電源３に停電が発生したと判定する。これにより、コンバータ１は、力行時と回生時とで異なる閾値を用いずに交流電源３に停電が発生したことを精度よく検出することができる。第２閾値Ｉｔｈ２は、予め設定された値の一例である。
　また、コンバータ１は、停電検出部３３による停電の判定条件を受け付け、受け付けた判定条件を停電検出部３３に設定する条件設定部３４を備える。停電検出部３３は、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値が判定条件を満たす場合に、交流電源３に停電が発生したと判定する。判定条件は、例えば、上述した第１閾値Ｉｔｈ１、第２閾値Ｉｔｈ２、第１時間Ｔｔｈ１、および第２時間Ｔｔｈ２の少なくとも一つである。これにより、コンバータ１のユーザは、停電検出の感度を変更することができる。例えば、コンバータ１の保護に重きを置きたいユーザは、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２をパワーモジュール２１の定格電流より低い値に設定し、産業機械の稼働効率を上げるために停電の誤検出を避けたいユーザは、第１閾値Ｉｔｈ１および第２閾値Ｉｔｈ２をパワーモジュール２１の定格電流より高い値に設定する、といった利用が可能となる。
　また、制御部２６は、モータ回生時に複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御する回生制御部３２を備える。停電検出部３３は、交流電源３に停電が発生したと判定した場合、回生停止指令を回生制御部３２へ出力する。回生制御部３２は、停電検出部３３から回生停止指令が出力された場合、複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の制御を停止する。これにより、コンバータ１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の故障を抑制することができる。
　また、停電検出部３３は、交流電源３に停電が発生したと判定した場合、力行停止指令をモータ駆動装置４へ出力し、モータ駆動装置４からモータ５への電力供給をモータ停止指令によって停止させる。これにより、コンバータ１は、モータ力行時に停電が発生した場合に、モータ駆動装置４の動作を停止させることができ、整流素子Ｄ１～Ｄ６の故障を抑制することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２にかかるモータ制御システムは、さらにパワーモジュールの故障予知を行う点で実施の形態１にかかるモータ制御システムと異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１のモータ制御システム１００と異なる点を中心に説明する。
　図１３は、実施の形態２にかかるモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図１３に示すように、実施の形態２にかかるモータ制御システム１００Ａは、コンバータ１Ａと、モータ駆動装置４と、上位制御装置６とを備える。コンバータ１Ａは、停電検出部３３を有する制御部２６に代えて、停電検出部３３Ａを有する制御部２６Ａを備える点で、コンバータ１と異なる。
　停電検出部３３Ａは、停電検出部３３の機能に加え、カウンタ情報を生成し、生成したカウンタ情報を上位制御装置６へ送信する機能を有する。カウンタ情報には、第１カウンタ値Ｎ１と第２カウンタ値Ｎ２とが含まれる。第１カウンタ値Ｎ１は、モータ力行時に交流電源３に停電が発生した回数を示し、第２カウンタ値Ｎ２は、モータ回生時に交流電源３に停電が発生した回数を示す。
　モータ力行時に交流電源３に停電が発生した場合、整流素子Ｄに過電流が流れるため、第１カウンタ値Ｎ１は、整流素子Ｄの過電流カウンタ値と呼ぶこともできる。また、モータ回生時に交流電源３に停電が発生した場合、スイッチング素子Ｑに過電流が流れるため、第２カウンタ値Ｎ２は、スイッチング素子Ｑの過電流カウンタ値と呼ぶこともできる。
　停電検出部３３Ａは、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判定する。停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上である場合、母線電流ＩＰＮの符号が正であるか否かを判定する。停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの符号が正であると判定した場合、第１カウンタ値Ｎ１をカウントアップする。また、停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの符号が正ではないと判定した場合、第２カウンタ値Ｎ２をカウントアップする。停電検出部３３Ａは、第１カウンタ値Ｎ１と第２カウンタ値Ｎ２とを含むカウンタ情報を上位制御装置６へ出力する。なお、停電検出部３３Ａは、第１カウンタ値Ｎ１および第２カウンタ値Ｎ２のうちカウントアップしたカウンタ値を含むカウンタ情報を上位制御装置６へ出力することもできる。
　上位制御装置６は、モータ動作指令およびモータ停止指令をモータ駆動装置４へ送信してモータ駆動装置４を制御する。モータ駆動装置４は、モータ動作指令を受信すると、モータ５の制御を開始し、モータ停止指令を受信するとモータ５の制御を停止する。
　上位制御装置６は、コンバータ１Ａから出力されるカウンタ情報に基づいて、パワーモジュール２１の故障が発生する可能性があるか否かを判定する故障予知部６０を備える。故障予知部６０は、第１カウンタ値Ｎ１が第１カウンタ閾値Ｎｔｈ１以上である場合、パワーモジュール２１の整流素子Ｄが故障する可能性が高いと判定する。また、故障予知部６０は、第２カウンタ値Ｎ２が第２カウンタ閾値Ｎｔｈ２以上である場合、パワーモジュール２１のスイッチング素子Ｑが故障する可能性が高いと判定する。なお、第１カウンタ閾値Ｎｔｈ１および第２カウンタ閾値Ｎｔｈ２は任意に設定することができ、例えば、パワーモジュール２１のメーカが提示する寿命特性などによって決定される。
　故障予知部６０は、パワーモジュール２１の整流素子Ｄまたはスイッチング素子Ｑが故障する可能性が高い場合、パワーモジュール故障警告をモータ制御システム１００Ａのユーザへ通知する。パワーモジュール故障警告は、パワーモジュール２１が故障の可能性があることを示す情報である。故障予知部６０は、例えば、不図示の表示装置に故障警告情報を表示したり、不図示の通信部を介してユーザの端末装置へ送信したりすることができる。
　図１４は、実施の形態２にかかるコンバータの停電検出部によるカウンタ処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図１４に示すように、停電検出部３３Ａは、母線電流検出部２５によって検出された母線電流ＩＰＮの情報を取得する（ステップＳ４０）。停電検出部３３Ａは、取得した母線電流ＩＰＮの情報に基づいて母線電流ＩＰＮの絶対値を算出する（ステップＳ４１）。
　次に、停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、母線電流ＩＰＮの符号が正であるか否かを判定する（ステップＳ４３）。なお、母線電流ＩＰＮの符号は、母線電流ＩＰＮの極性を示す。
　停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの符号が正であると判定した場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、第１カウンタ値Ｎ１に１を加算することで第１カウンタ値Ｎ１をカウントアップする（ステップＳ４４）。また、停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの符号が正ではないと判定した場合（ステップＳ４３：Ｎｏ）、第２カウンタ値Ｎ２に１を加算することで第２カウンタ値Ｎ２をカウントアップする（ステップＳ４５）。
　停電検出部３３Ａは、ステップＳ４４の処理またはステップＳ４５の処理が終了した場合、第１カウンタ値Ｎ１と第２カウンタ値Ｎ２を含むカウンタ情報を上位制御装置６へ出力する（ステップＳ４６）。停電検出部３３Ａは、ステップＳ４６の処理が終了した場合、または母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上ではないと判定した場合（ステップＳ４２：Ｎｏ）、図１４に示す処理を終了する。
　図１５は、実施の形態２にかかる上位制御装置の故障予知部による故障予知処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図１５に示すように、故障予知部６０は、コンバータ１Ａからカウンタ情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ５０）。
　故障予知部６０は、カウンタ情報を取得したと判定した場合（ステップＳ５０：Ｙｅｓ）、カウンタ情報に含まれる第１カウンタ値Ｎ１が第１カウンタ閾値Ｎｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ５１）。故障予知部６０は、第１カウンタ値Ｎ１が第１カウンタ閾値Ｎｔｈ１以上ではないと判定した場合（ステップＳ５１：Ｎｏ）、カウンタ情報に含まれる第２カウンタ値Ｎ２が第２カウンタ閾値Ｎｔｈ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。
　故障予知部６０は、第１カウンタ値Ｎ１が第１カウンタ閾値Ｎｔｈ１以上であると判定した場合（ステップＳ５１：Ｙｅｓ）、または第２カウンタ値Ｎ２が第２カウンタ閾値Ｎｔｈ２以上であると判定した場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、パワーモジュール故障警告をモータ制御システム１００Ａのユーザへ通知する（ステップＳ５３）。ステップＳ５３において、故障予知部６０は、例えば、不図示の表示装置に故障警告情報を表示したり、不図示の通信部を介してユーザの端末装置へ送信したりすることができる。
　故障予知部６０は、カウンタ情報を取得していないと判定した場合（ステップＳ５０：Ｎｏ）、第２カウンタ値Ｎ２が第２カウンタ閾値Ｎｔｈ２以上ではないと判定した場合（ステップＳ５２：Ｎｏ）、または、ステップＳ５３の処理が終了した場合、図１５に示す処理を終了する。
　上述した例では、上位制御装置６に故障予知部６０を備えるが、コンバータ１Ａに故障予知部６０を備える構成であってもよい。図１６は、実施の形態２にかかるモータ制御システムの構成の他の例を示す図である。図１６に示すように、コンバータ１Ａの制御部２６Ａは、図１３に示す構成に加え、故障予知部６０を備える。
　図１６に示す故障予知部６０は、図１３に示す故障予知部６０と同様に、停電検出部３３Ａから出力されるカウンタ情報に基づいて、パワーモジュール２１の故障が発生する可能性があるか否かを判定する。具体的には、故障予知部６０は、第１カウンタ値Ｎ１が第１カウンタ閾値Ｎｔｈ１以上である場合および第２カウンタ値Ｎ２が第２カウンタ閾値Ｎｔｈ２以上である場合、パワーモジュール２１のスイッチング素子Ｑが故障する可能性があると判定する。故障予知部６０は、パワーモジュール２１の整流素子Ｄまたはスイッチング素子Ｑが故障する可能性がある場合、パワーモジュール故障警告をモータ制御システム１００Ａのユーザへ通知する。
　なお、停電検出部３３Ａによる第１カウンタ値Ｎ１および第２カウンタ値Ｎ２のアップのタイミングは上述したタイミングに限定されない。例えば、停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１閾値Ｉｔｈ１以上でない場合、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下であるか否かを判定する。停電検出部３３Ａは、母線電流ＩＰＮの絶対値が第１時間Ｔｔｈ１の間において第２閾値Ｉｔｈ２以下である場合、母線電流ＩＰＮの符号が正であれば第１カウンタ値Ｎ１をカウントアップし、母線電流ＩＰＮの符号が負であれば第２カウンタ値Ｎ２をカウントアップする。
　制御部２６Ａのハードウェア構成は、制御部２６のハードウェア構成と同様である。停電検出部３３Ａの機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、停電検出部３３Ａは、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアで構成されてもよい。また、故障予知部６０のハードウェア構成は、制御部２６のハードウェア構成と同様である。故障予知部６０の機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、故障予知部６０は、それぞれ一部または全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアで構成されてもよい。
　以上のように、実施の形態２にかかるモータ制御システム１００Ａは、コンバータ１Ａと、モータ駆動装置４と、モータ駆動装置４を制御する上位制御装置６とを備える。コンバータ１Ａの停電検出部３３Ａは、停電が発生したと判定した場合、第１カウンタ値Ｎ１および第２カウンタ値Ｎ２のうち母線電流ＩＰＮの極性に応じたカウンタ値をカウントアップし、第１カウンタ値Ｎ１および第２カウンタ値Ｎ２のうち少なくともカウントアップしたカウンタ値を含むカウンタ情報を出力する。上位制御装置６の故障予知部６０は、停電検出部３３Ａから出力されるカウンタ情報に基づいて、パワーモジュール２１の故障予知を行う。これにより、コンバータ１Ａのパワーモジュール２１が故障して産業機械が停止する前に、ユーザへパワーモジュール２１が故障の可能性があることを示す情報を通知することができる。
　また、コンバータ１Ａは、停電検出部３３Ａによる停電の発生の判定結果に基づいて、パワーモジュール２１の故障予知を行う故障予知部６０を備える。停電検出部３３Ａは、停電が発生したと判定した場合、第１カウンタ値Ｎ１および第２カウンタ値Ｎ２のうち母線電流ＩＰＮの極性に応じたカウンタ値をカウントアップする。故障予知部６０は、第１カウンタ値Ｎ１および第２カウンタ値Ｎ２に基づいて、パワーモジュール２１の故障予知を行う。これにより、コンバータ１Ａのパワーモジュール２１が故障して産業機械が停止する前に、ユーザへパワーモジュール２１が故障の可能性があることを示す情報を通知することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１，１Ａ　コンバータ、２　リアクトル、３　交流電源、４　モータ駆動装置、５　モータ、６　上位制御装置、１１，１２，１３　交流電源端子、１４，１５　直流電源端子、２１　パワーモジュール、２２　平滑コンデンサ、２３　母線電圧検出部、２４　電源位相検出部、２５　母線電流検出部、２６，２６Ａ　制御部、２７　駆動回路、３１　ベース駆動信号生成部、３２　回生制御部、３３，３３Ａ　停電検出部、３４　条件設定部、４０　電力変換部、４１　モータ制御部、６０　故障予知部、１００，１００Ａ　モータ制御システム、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６　整流素子、ＩＰＮ　母線電流、Ｎ１　第１カウンタ値、Ｎ２　第２カウンタ値、Ｑ，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６　スイッチング素子。

Claims (9)

  1. 　交流電源とモータを制御するモータ駆動装置との間に配置されるコンバータであって、
    　前記交流電源から供給される交流電圧を整流する複数の整流素子と、前記複数の整流素子のうち対応する整流素子に各々並列に接続される複数のスイッチング素子と、前記複数の整流素子によって整流された電圧を出力する２つの直流電源端子とを有するパワーモジュールと、
    　前記２つの直流電源端子に接続され、前記パワーモジュールによって整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
    　前記２つの直流電源端子のうち１つと前記平滑コンデンサとの間に流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出部と、
    　前記交流電源の電圧位相に基づいて前記複数のスイッチング素子を制御することによって前記パワーモジュールに前記モータの回生電力を前記交流電源へ出力させる制御部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記母線電流検出部によって検出された母線電流の絶対値に基づいて、前記モータの力行時および前記モータの回生時のいずれかである場合において前記交流電源に停電が発生したか否かを判定する停電検出部を備える
    　ことを特徴とするコンバータ。
  2. 　前記停電検出部は、
    　前記力行時および前記回生時のうち少なくともいずれかである場合において前記母線電流の絶対値が予め設定された値を超える場合に、前記停電が発生したと判定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
  3. 　前記停電検出部は、
    　前記力行時および前記回生時のうち少なくともいずれかである場合において前記母線電流の絶対値が予め設定された時間において予め設定された値以下である場合に、前記停電が発生したと判定する
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のコンバータ。
  4. 　前記停電検出部による前記停電の判定条件を受け付け、受け付けた前記判定条件を前記停電検出部に設定する条件設定部を備え、
    　前記停電検出部は、
    　前記力行時および前記回生時のうち少なくともいずれかである場合において前記母線電流の絶対値が前記判定条件を満たす場合に、前記停電が発生したと判定する
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のコンバータ。
  5. 　前記制御部は、
    　前記回生時に前記複数のスイッチング素子を制御する回生制御部を備え、
    　前記停電検出部は、
    　前記回生時において前記停電が発生したと判定した場合、回生停止指令を前記回生制御部へ出力し、
    　前記回生制御部は、
    　前記停電検出部から前記回生停止指令が出力された場合、前記複数のスイッチング素子の制御を停止する
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のコンバータ。
  6. 　前記停電検出部は、
    　前記モータの力行時において前記停電が発生したと判定した場合、モータ停止指令を前記モータ駆動装置へ出力し、前記モータ駆動装置から前記モータへの電力供給を前記モータ停止指令によって停止させる
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のコンバータ。
  7. 　前記停電検出部による前記停電の発生の判定結果に基づいて、前記パワーモジュールの故障予知を行う故障予知部を備え、
    　前記停電検出部は、
    　前記停電が発生したと判定した場合、第１カウンタ値および第２カウンタ値のうち前記母線電流の極性に応じたカウンタ値をカウントアップし、
    　前記故障予知部は、
    　前記第１カウンタ値および前記第２カウンタ値に基づいて、前記パワーモジュールの故障予知を行う
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のコンバータ。
  8. 　前記停電検出部は、
    　前記停電が発生したと判定した場合、第１カウンタ値および第２カウンタ値のうち前記母線電流の極性に応じたカウンタ値をカウントアップし、前記第１カウンタ値および前記第２カウンタ値のうち少なくとも一方を含むカウンタ情報を出力する
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のコンバータ。
  9. 　請求項８に記載のコンバータと、
    　前記モータ駆動装置と、
    　前記モータ駆動装置を制御する上位制御装置と、を備え、
    　前記コンバータは、
    　前記カウンタ情報を前記上位制御装置へ出力し、
    　前記上位制御装置は、
    　前記カウンタ情報に基づいて、前記パワーモジュールの故障予知を行う
    　ことを特徴とするモータ制御システム。
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