CN101483402A - 具有动态制动电路故障检测功能的电动机驱动装置 - Google Patents

具有动态制动电路故障检测功能的电动机驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有在切断同步电动机(4)的励磁时，通过同步电动机(4)的发电制动产生减速转矩的动态制动电路(5)的电动机驱动装置(1)，其具有：动态制动电路故障检测功能；对输入交流电源进行整流而得到的直流电源(2)；通过在直流电源(2)上连接的功率晶体管(A～F)的开关，在同步电动机(4)的线圈和动态制动电路(5)上以规定时间施加电压的电压施加单元(2、3、10、11)；检测从功率晶体管(A～F)流出的电流值的电流检测单元(6)；和根据通过所述电流检测单元(6)检测出的电流值和预先设定的阈值判定动态制动电路(5)有无故障的故障判定单元(11)。由此，不追加接点信号以及控制电路地检测动态制动电路的故障。

Description

具有动态制动电路故障检测功能的电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及具有动态制动电路故障检测功能的电动机驱动装置，特别涉及能够检测动态制动电路的故障(接点的焊接或者接点动作不良、电阻断开、连接电缆未连接)的电动机驱动装置。
背景技术
图7是现有技术的电动机驱动装置的方框结构图。
在图7中全体表示的电动机驱动装置101中，直流电源102把从未图示的交流电源供给的交流变换为直流。从直流电源102输出的直流电力通过由功率晶体管A～F组成的功率晶体管单元103供给同步电动机104(以下记为电动机)。动态制动电路105在电动机104的旋转中切断供给电动机104的动力时，切换作为继电器的接点的开关S1、S2，以便通过动态制动电路105内的电阻器Ru、Rv、Rw消耗电力。
功率晶体管单元103内的功率晶体管A～F，接收功率晶体管控制信号SIG2、即导通/关断(ON/OFF)功率晶体管A～F的信号，该功率晶体管控制信号SIG2从接收从电动机驱动控制电路110输出的动态制动电路控制信号SIG1的故障检测电路111供给，控制电动机104的驱动、停止。电流检测部106检测从功率晶体管单元103流向电动机104的电流。
故障检测电路111接收从电动机驱动控制电路110输出的动态制动电路控制信号SIG1和从动态制动电路105输出的接点状态信号SIG70、即根据开关S1、S2的导通/关断状态表示电动机104的驱动、停止状态的信号，根据这些信号检测动态制动电路105的故障(接点的焊接或者接点动作不良、电阻断开、连接电缆未连接)。在电动机104的控制时，为确认动态制动电路105的动作，一般的方法是使用接点状态信号SIG70，该接点状态信号SIG70表示作为动态制动电路105内的硬件的开关S1、S2的接点的状态。
另外，在不使用接点状态信号的方法中，有例如专利文献1中公开的那样，在电动机动作开始时降低直流电压，检查动态制动电路的动作或不动作的方法。
【专利文献1】日本专利第3383965号公报(参照权利要求书的“权利要求1”、说明书的段落号码[0003]～[0006]、图1、图2)
但是，具有为了追加硬件的接点信号而使装置成本增加的问题。另一方面，即使在不使用接点信号的专利文献1中表示的方法中，具有如下问题：为了进行用于得到故障检测所需要的低电压的电源电压的控制，需要追加控制电路，由此装置成本增加。
发明内容
因此，为解决上述由于两个硬件的追加、即接点信号以及控制电路的追加而引起的成本增加问题而做出本发明，其目的是提供一种具有不追加上述两种硬件地，检测动态制动电路的故障的动态制动电路故障检测功能的电动机驱动装置。
另外，本发明的另一目的是，在电动机停止中能够用短时间确认动态制动的动作。
实现上述目的的第一方式的电动机驱动装置，具有在切断同步电动机的励磁时通过电动机的发电制动产生减速转矩的动态制动电路，所述电动机驱动装置具有：对输入交流电源进行整流后得到的直流电源；通过在直流电源上连接的功率晶体管的开关，在所述同步电动机的线圈和动态制动电路上在规定时间施加电压的电压施加单元；检测从功率晶体管流出的电流值的电流检测单元；和根据通过所述电流检测单元检测出的电流值和预先设定的阈值判定动态制动电路有无故障的故障判定单元，所述电动机驱动装置具有动态制动电路故障检测功能。
在上述电动机驱动装置中，特征为，从所述直流电源施加电压的所述规定时间，作为在使功率晶体管导通后流过电动机线圈的过渡电流不超过流过动态制动用电阻的电流的范围的时间。
在上述电动机驱动装置中，特征为，从所述直流电源施加电压的所述规定时间，作为比所述电流检测单元检测电流时产生的电流检测延迟时间长的时间。
在上述电动机驱动装置中，特征为，所述阈值，根据动态制动电路的电阻值、或者所述同步电动机的电感而变更。
在上述电动机驱动装置中，特征为，使用电动机驱动控制电路内置的过电流检测电路作为所述电流检测单元，在动态制动电路的故障检查中，设定所述阈值作为过电流检测电平。
根据第一至第五方式所述的发明，能够提供不追加动态制动电路内的接点信号以及为动态制动电路的故障检测而使用的控制电路，便能够检测故障，因此具有廉价的动态制动电路故障检测功能的电动机驱动装置。
根据第一至第五方式所述的发明，能够在电动机停止中用短时间确认动态制动的动作。
附图说明
图1是本发明的第一实施形态的电动机驱动装置的概略结构图。
图2是表示图1中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路的故障检测处理的流程图。
图3是表示图1中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路控制信号的模式和流过的电流的第一具体例(没有电流检测延迟的场合)的时序图，(A)是表示从故障检测电路输出的功率晶体管的导通/关断信号的时序图，(B)是表示动态制动电路不接触时的电流波形的时序图，(C)是表示动态制动电路接触时的电流波形的时序图。
图4是表示图1中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路控制信号的模式和流过的电流的第二具体例(有电流检测延迟的场合)的时序图，(A)是表示从故障检测电路输出的功率晶体管的导通/关断信号的时序图，(B)是表示动态制动电路不接触时的电流波形的时序图，(C)是表示动态制动电路接触时的电流波形的时序图。
图5是本发明的第二实施形态的电动机驱动装置的概略结构图。
图6是表示图5中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路的故障检测处理的流程图。
图7是现有技术的电动机驱动装置的方框结构图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施形态。
图1是本发明的第一实施形态的电动机驱动装置的概略结构图。
在图1中全体表示的电动机驱动装置1中，直流电源2对从未图示的交流电源供给的交流进行整流，变换为直流。从直流电源2输出的直流电力通过由功率晶体管A～F组成的功率晶体管单元3供给同步电动机(以下记为电动机)4。动态制动电路5在电动机4的旋转中切断供给电动机4的动力时，切换作为继电器的接点的开关S1、S2，以便通过动态制动电路5内的电阻器Ru、Rv、Rw消耗电力。
功率晶体管单元3内的功率晶体管A～F接收功率晶体管控制信号SIG2，该功率晶体管控制信号SIG2从接收从电动机驱动控制电路10输出的动态制动电路控制信号SIG1的故障检测电路11供给，控制电动机4的驱动、停止。电流检测部6检测从功率晶体管单元3流向电动机4的电流，向故障检测电路11输入把该电流值进行模拟/数字变换后的电流信号SIG10。
故障检测电路11接收从电动机驱动控制电路10输出的动态制动电路控制信号SIG1和从电流检测部6输出的电流信号SIG10，根据这些信号检测动态制动电路5的故障(接点的焊接或者接点动作不良、电阻断开、连接电缆未连接)。
图2是表示图1中表示的电动机驱动装置1中的动态制动电路的故障检测处理的流程图。通过一般的计算机，即具有CPU、输入输出接口、RAM、ROM、磁盘等的故障检测电路11执行该处理。
在步骤201中，以规定时间Δt向功率晶体管A～F输入检查用的功率晶体管控制信号SIG2。从直流电源2向动态制动电路5施加电压的规定时间Δt，被设定为在使功率晶体管导通后流过电动机线圈的过渡电流不超过流过动态制动用电阻的电流的范围的时间。
在步骤202中，用电流检测部6检测从功率晶体管A～F输出的电流，接收模拟/数字变换后的电流信号SIG10(电流值I)。
在步骤203中，动态制动电路5判别从电动机驱动控制电路10输出的动态制动电路控制信号SIG1现在是否为连接指令，在判别结果是“是”时，前进到步骤214，在判别结果是“否”时，前进到步骤204。
在步骤204中，比较通过步骤202的执行而接收到的电流值I与阈值TH，在I<TH时前进到步骤205，在I≧TH时结束本例行程序。这里，阈值TH也可以根据动态制动电路5的电阻值Ru、Rv、Rw或者电动机的电感Lu、Lv、Lw变更。另外，作为电流检测部6使用电动机驱动控制电路10内置的未图示的过电流检测电路，在动态制动电路5的故障检测中，也可以把过电流检测电平设定为阈值。
在步骤205中，判定为动态制动电路5故障，用图1中未图示的显示器或者打印机显示“在不连接指令情况下，动态制动电路故障”。
在步骤214中，比较通过步骤202的执行而接收到的电流值I和阈值TH，在I>TH时前进到步骤215，在I≦TH时结束本例行程序(routine)。
在步骤215中，判定为动态制动电路5故障，用图1中未图示的显示器或者打印机显示“在连接指令情况下，动态制动电路故障”。
图3是表示图1中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路控制信号的模式和流过的电流的第一具体例(没有电流检测延迟的场合)的时序图，(A)是表示从故障检测电路输出的功率晶体管的导通/关断信号的时序图，(B)是表示动态制动电路不接触时的电流波形的时序图，(C)是表示动态制动电路接触时的电流波形的时序图。在图3的(A)～(C)中，横轴表示时间，(A)的纵轴表示导通/关断，(B)以及(C)的纵轴表示电流波形。
通常，在电动机4旋转中切断供给电动机4的动力时，动态制动电路5与电动机动力线连接，通过动态制动电路5内的电阻器Ru、Rv、Rw消耗电动机4的能量，谋求缩短电动机的制动距离。
另一方面，电动机4驱动时，将动态制动电路5从作为电动机驱动电路的功率晶体管单元3切断，仅电动机4连接电动机驱动用的功率晶体管单元3。
在电动机4驱动时，成为用于把动态制动电路5连接到电动机动力线的接点被焊接的故障，而不能从电动机动力线切断动态制动电路5时，因为电动机4驱动用电流Iu、Iv、Iw流入动态制动电路5，所以成为不能进行希望的电流控制、或者动态制动电路5的电阻过热、或者发生过电流报警的不适当的情况。
在本发明中提供具有在驱动电动机4之前向功率晶体管A～F输入动态制动动作检查用的控制信号SIG2，确认动态制动电路5被正常地切断或者正常地连接的功能的电动机驱动装置1。
具体说，对输入交流电源进行整流，得到用于驱动电动机4的直流电源2，对于电动机4的各相U、V、W，以适当的时间通过功率晶体管A～F向电动机线圈Lu、Lv、Lw施加来自直流电源2的电压，通过电流检测部6检测从功率晶体管A～F流向电动机4的线圈电阻ru、rv、rw的电流Iu、Iv、Iw，由此进行动态制动电路5的故障检测。
在从直流电源2向功率晶体管A～F、动态制动电路5、以及电动机4施加电压Vdc时，从施加起t时间后通过功率晶体管A～F流过的电流I(Iu、Iv、Iw)用下式表示。
I＝Vdc/r{1-exp(-r/L*t)}+Vdc/R  (式1)
式中，
r：电动机线圈电阻
L：电动机电感
R：动态制动电路电阻。
此外，如果限于开关(switching)后不久的过渡状态，则认为r/L*t<<1，(式1)可近似为下面的(式2)。
     (式2)
其中，第一项Vdc/L*t表示流过电动机4的线圈Lu、Lv、Lw的电流I(Iu、Iv、Iw)，第二项Vdc/R表示流过动态制动电路5的电流I(Iu、Iv、Iw)。具有在动态制动电路5被切断时和连接时，流过的电流I(Iu、Iv、Iw)仅差Vdc/R这样的第一特性。
图4是表示图1中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路控制信号的模式和流过的电流的第二具体例(有电流检测延迟的场合)的时序图，(A)是表示从故障检测电路输出的功率晶体管的导通/关断信号的时序图，(B)是表示动态制动电路不接触时的电流波形的时序图，(C)是表示动态制动电路接触时的电流波形的时序图。图4的(A)～(C)中，横轴表示时间，(A)的纵轴表示导通/关断，(B)以及(C)的纵轴表示电流波形。
另外，因为流过电动机4的线圈Lu、Lv、Lw的电流(第一项)I(Iu、Iv、Iw)具有大的电感分量，所以有在使功率晶体管A～F导通后的上升中花费时间这样的第二特性。
从直流电源2施加电压的规定时间Δt，被设定为比电流检测部6检测电流时产生的电流检测的延迟时间δ长的时间。
根据第一特性以及第二特性，在开关(switching)功率晶体管A～F后不久(Δt秒后)，检测从功率晶体管A～F流过的电流I(Iu、Iv、Iw)，把比Vdc/R小而比Vdc/L*Δt大的电流作为阈值，当尽管发出了把动态制动电路5连接在电动机4的线圈Lu、Lv、Lw的指令，但流过功率晶体管A～F的电流I(Iu、Iv、Iw)比阈值小时，判断为作为连接动态制动电路5的继电器的接点的开关S1、S2的接点动作不良、动态制动电路5内的电阻断开、向电动机动力线的连接电缆未连接等故障。
另外，当尽管发出了从电动机4的线圈Lu、Lv、Lw切断动态制动电路5的指令，但流过功率晶体管A～F的电流I(Iu、Iv、Iw)比阈值大时，判断为连接动态制动电路5的接点被焊接这样的故障。
此外，作为电流值的判定方法，也可以使用在原来的电动机驱动控制电路60中附加的未图示的过电流检测电路。
在使用以下说明的图5中表示的过电流检测电路7时，也可以切换应用动态制动电路5的检查用的阈值(过电流检测电平)和通常时(电动机驱动时)的过电流检测电平。
图5是本发明的第二实施形态的电动机驱动装置的概略结构图。
在图5中全体表示的电动机驱动装置51中，从直流电源52输出的直流电力通过由功率晶体管A～F组成的功率晶体管单元53供给电动机54。动态制动电路55在同步电动机(以下记为电动机)54的旋转中切断供给电动机54的动力时，切换开关S1、S2，以便通过动态制动电路55内的电阻器Ru、Rv、Rw消耗电力。
功率晶体管单元53内的功率晶体管A～F接收功率晶体管控制信号SIG2，该功率晶体管控制信号SIG2从接收从电动机驱动控制电路60输出的动态制动电路控制信号SIG1的故障检测电路61供给，控制电动机54的驱动、停止。电流检测部56检测从功率晶体管单元53流向电动机54的电流。过电流检测电路57比较通过电流检测部56检测出并进行模拟/数字变换后的电流值、和从故障检测电路61向过电流检测电路57输入的过电流阈值，向故障检测电路61输入过电流状态信号SIG50。
故障检测电路61接收从电动机驱动控制电路60输出的动态制动电路控制信号SIG1和从过电流检测电路57输出的过电流状态信号SIG50，根据这些信号检测动态制动电路55的故障(接点的焊接或者接点动作不良、电阻断开、连接电缆未连接)。
图6是表示图5中表示的电动机驱动装置中的动态制动电路的故障检测处理的流程图。通过一般的计算机，即具有CPU、输入输出接口、RAM、ROM、磁盘等的故障检测电路61执行该处理。
在步骤601中，把过电流检测阈值从通常控制用的阈值THNM变更为动态制动故障检测用的阈值THTM。
在步骤602中，以规定时间Δt向功率晶体管A～F输入检查用的功率晶体管控制信号SIG2。这里规定时间Δt被设定为比电流检测的延迟时间δ充分长(Δt>>δ)的时间。
在步骤603中，接收从过电流检测电路57输出的过电流状态信号SIG50，该过电流检测电路57接收到用电流检测部6检测从功率晶体管A～F输出的电流并进行模拟/数字变换后的电流值I。过电流状态信号SIG50比较电流值I和检测模式的阈值THTM，在I<THTM时判定为非过电流状态，输出电平0，在I≧THTM时判定为过电流状态，输出电平1。
在步骤604中，动态制动电路55判别从电动机驱动控制电路60输出的动态制动电路控制信号SIG1现在是否是连接指令，在判别结果是“是”时前进到步骤615，在判别结果是“否”时前进到步骤605。
在步骤605中，在通过步骤603的执行而接收到的过电流状态信号SIG50是电平0时前进到步骤607，在电平1时前进到步骤606。
在步骤606中，判定为动态制动电路55故障，用图5中未图示的显示器或者打印机显示“在不连接指令情况下，动态制动电路故障”。
在步骤607中，把过电流检测阈值从动态制动故障检测用的阈值THTM变更为通常控制用的阈值THNM，结束本例行程序。
在步骤615中，在通过步骤603的执行而接收到的过电流状态信号SIG50是电平0时前进到步骤616，在电平1时前进到步骤607。
在步骤616中，判定为动态制动电路55故障，用图5中未图示的显示器或者打印机显示“在连接指令的情况下，动态制动电路故障”。

Claims (5)

1.一种具有动态制动电路故障判定功能的电动机驱动装置，具有用于在切断同步电动机的励磁时通过电动机的发电制动产生减速转矩的动态制动电路，其特征在于，具有：
对输入交流电源进行整流后得到的直流电源；
通过在直流电源上连接的功率晶体管的开关，在所述同步电动机的线圈和动态制动电路上施加规定时间电压的电压施加单元；
检测从功率晶体管流出的电流值的电流检测单元；和
根据通过所述电流检测单元检测出的电流值和预先设定的阈值判定动态制动电路有无故障的故障判定单元。
2.根据权利要求1所述的具有动态制动电路故障判定功能的电动机驱动装置，其特征在于，
从所述直流电源施加电压的所述规定时间，作为在使功率晶体管导通后流过电动机线圈的过渡电流不超过流过动态制动用电阻的电流的范围的时间。
3.根据权利要求1或2所述的具有动态制动电路故障判定功能的电动机驱动装置，其特征在于，
从所述直流电源施加电压的所述规定时间，作为比所述电流检测单元检测电流时产生的电流检测延迟时间长的时间。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的具有动态制动电路故障判定功能的电动机驱动装置，其特征在于，
所述阈值，根据动态制动电路的电阻值、或者所述同步电动机的电感而变更。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的具有动态制动电路故障判定功能的电动机驱动装置，其特征在于，
使用电动机驱动控制电路内置的过电流检测电路作为所述电流检测单元，在动态制动电路的故障检查中，设定所述阈值作为过电流检测电平。
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