CN102804589A

CN102804589A - 电动机驱动装置

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Publication number: CN102804589A
Application number: CN2009801599756A
Authority: CN
Inventors: 野口好保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: CN102804589B; DE112009004992T5; KR20120011017A; US8653777B2; JPWO2010150339A1; JP5283752B2; US20120098475A1; WO2010150339A1

Abstract

具有：多个停电检测阈值，其是与该电动机驱动装置的设置环境相对应而确定的；选择电路，其从所述多个停电检测阈值中选择出指定的停电检测阈值；以及比较判定电路，其对向电动机驱动电路输入的交流电源的检测电压和所述选择出的停电检测阈值进行比较，对是否发生了停电进行判定。由此，由于可以与设置环境相对应而选择用于确定交流电源输入中断即停电的检测基准的停电检测阈值，所以无论在何种设置环境下，均可以可靠地执行发生了交流电源输入中断即停电的情况下的异常结束处理。

Description

电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电动机驱动装置。

背景技术

电动机驱动装置在功能上由下述部分构成，即：电动机驱动电路，其设置在交流电源和电动机之间；控制电路，其运算并生成控制信号，该控制信号用于使该电动机驱动电路以期望的方式驱动上述电动机；以及内部电路的动作电源生成系统。上述内部电路的动作电源生成系统构成为，根据平滑用电容器的充电电压，生成上述控制电路或驱动电路等内部电路所需的控制用电压，其中，该平滑用电容器用于将对从上述交流电源供给的交流电压进行整流后得到的电压平滑化，该驱动电路在上述电动机驱动电路内根据上述控制信号生成针对多个开关元件的驱动信号。如果为该电源结构，则在发生了交流电源断开、即停电的情况下，向内部电路的电源供给不是立刻中断，而是利用储存在平滑用电容器中的能量，在停电后仍然持续较短时间。

安装在工作机械中的电动机驱动装置具有如下结构：利用该电源结构，在发生了交流电源输入中断、即停电的情况下，为了防止因惯性旋转的电动机而造成工作机械的损坏等，而使控制电路将电动机强制停止。

即，控制电路构成为可以执行异常结束处理，即，将利用平滑用电容器的充电电压生成的控制用电压作为动作电压，与针对电动机驱动电路的控制信号的运算输出控制并行地，对平滑用电容器的充电电压的变化进行监视，如果检测出该充电电压成为小于阈值的低电压的情况，则判断为检测出停电的发生，在平滑用电容器的充电电压降低至无法生成控制用电压的电压(即，控制电路无法动作的电压)附近为止的期间内，运算并生成使电动机强制停止的控制信号，向电动机驱动电路内的驱动电路输出。

专利文献1：日本特开2006-296154号公报

发明内容

但是，由于在安装有电动机驱动装置的工作机械中所使用的电动机特性是多种多样的，另外，该工作机械等所使用的电源环境也是多种多样的，所以例如如下述所示出现无法确保上述的异常结束处理的执行时间的情况。

即，有时在工作机械中，成为在连接有电动机驱动装置的交流电源上，还连接有风扇或泵等外部设备的结构。并且，在风扇或泵所使用的电动机中，存在下述电动机，即，在刚停电后因惯性继续旋转的期间内，进行发电动作。

在这种情况下，向电动机驱动装置供给的交流电压，不是因发生停电而迅速降低至零电平，而是逐渐地降低，所以平滑用电容器的充电电压也逐渐地降低。即，上述的判断停电发生的低电压的检测定时与没有同时设置风扇或泵等的情况相比延迟。此时，由于残留于平滑用电容器中的能量，减少至小于或等于直至完成异常结束处理为止生成控制用电压所需的量，所以无法确保异常结束处理的执行时间。

为了在发生了停电的情况下，无论在何种设置环境下均可以可靠地执行异常结束处理，而必须延长平滑用电容器的充电电压从检测出对上述停电发生进行判断的低电压的定时至降低到无法生成控制用电压的电压附近的定时为止的时间。但是，在为了应对这一需求而提高平滑用电容器的容量的情况下，除了导致成本增加之外，还导致形状尺寸的增大。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，获得一种电动机驱动装置，其具有无论在哪种设置环境下均可以可靠地执行发生了交流电源输入中断即停电的情况下的异常结束处理的结构。

为了解决上述课题，实现目的，本发明的特征在于，具有：多个停电检测阈值，其是与该电动机驱动装置的设置环境相对应而确定的；选择电路，其从所述多个停电检测阈值中选择出指定的停电检测阈值；以及比较判定电路，其对向电动机驱动电路输入的交流电源的检测电压和所述选择出的停电检测阈值进行比较，对是否发生了停电进行判定。

发明的效果

本发明所涉及的电动机驱动装置可以与设置环境相对应而选择用于确定交流电源输入中断即停电的检测基准的停电检测阈值，因此具有下述效果，即，无论在何种设置环境下，均可以可靠地执行发生了停电的情况下的异常结束处理。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的结构的框图。

图2是表示图1所示的停电检测处理部的结构例的框图。

图3是说明选择了2个电压阈值中较小一个的情况下的停电发生时的动作的时序图。

图4是说明选择了2个电压阈值中较大一个的情况下的停电发生时的动作例的时序图。

图5是作为本发明的实施例2而示出图1所示的停电检测处理部的其他结构例的框图。

图6是说明图5所示的比较判定电路的结构以及动作的流程图。

图7是说明选择了比停电时的检测电压的脉动周期长的时间阈值的情况下的停电检测动作例的时序图。

图8是说明选择了比停电时的检测电压的脉动周期短的时间阈值的情况下的停电检测动作例的时序图。

符号的说明

1电动机驱动装置

2交流电源

3电动机(M)

4电动机驱动电路

5电压检测电路

6控制电路

7整流电路

8平滑用电容器

9控制用电压生成电路

10、20停电检测处理部

10a阈值发生电路

10b、20b选择电路

10c、20c比较判定电路

11开关

12风扇或泵等外部设备

20a时间阈值存储电路

具体实施方式

下面，基于附图，详细说明本发明所涉及的电动机驱动装置的实施例。此外，本发明并不受本实施例限定。

实施例1

图1是表示本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的结构的框图。图1所示的本实施例1所涉及的电动机驱动装置1，在具有设置于交流电源2和电动机(M)3之间的电动机驱动电路4、电压检测电路5、控制电路6、整流电路7、平滑用电容器8、控制用电压生成电路9的情况下，在控制电路6中设置追加了功能的停电检测处理部10，另外，设置有附随于停电检测处理部10的开关11。

另外，在图1中，对于安装本实施例1所涉及的电动机驱动装置1的工作机械，作为其设置环境，示出了在电动机驱动装置1所使用的交流电源2上，还连接有风扇或泵等外部设备12的情况。

电动机驱动电路4具有：全波整流电路，其对从三相的交流电源2供给的三相的交流电压进行全波整流；多个开关元件，其配置在与该全波整流电路的正极侧及负极侧连接的正负母线之间；以及驱动电路，其根据来自控制电路6的控制信号，使上述多个开关元件对上述正负母线之间的直流电压进行开关，该电动机驱动电路4供给使电动机3以任意速度旋转的驱动电流。

整流电路7对从交流电源2的三相线中的二相线得到的二相电压进行例如全波整流。平滑用电容器6将由整流电路7整流后的包含脉动的整流电压进行平滑化。控制用电压生成电路9具有DC-DC变换电路，根据平滑用电容器6的充电电压，生成控制电路6及电动机驱动电路4内的驱动电路等内部电路的动作所需的控制用电压。

电压检测电路5具有对从三相的交流电源2供给的三相的交流电压进行全波整流的全波整流电路，将该全波整流电路的输出直流电压作为检测电压值向控制电路6内的停电检测处理部10输出。

图2是表示图1所示的停电检测处理部的结构例的框图。如图2所示，本实施例1所涉及的停电检测处理部10例如具有电压阈值生成电路10a、选择电路10b、以及比较判定电路10c。

电压阈值生成电路10a构成为，可以利用设置在控制用电压生成电路9所生成的控制用电压和接地之间的电阻分压电路与齐纳二极管的组合，作为停电检测阈值而生成大于或等于2个电压阈值。所生成的电压阈值的值主要是根据该电动机驱动装置1的设置环境而确定的。具体地说，如图1所示，对应于在所使用的交流电源2上是否还连接有风扇或泵等外部设备12，以及在连接有外部设备12的情况下，该风扇或泵的电动机有无再生能力、再生能力的程度等而确定。

作为电压阈值的种类数量，原则上具有第1电压阈值和第2电压阈值这2种即可。第1电压阈值适用于没有连接外部设备12的情况，或者虽然连接有外部设备12但其所使用的电动机的再生能力可以忽视的情况等。第2电压阈值适用于连接有外部设备12，且其所使用的电动机的再生能力无法忽视的情况等。该情形下的大小关系为(第1电压阈值)＜(第2电压阈值)。

其中，在连接有外部设备12，且其所使用的电动机的再生能力无法忽视的情况下，可以与平滑用电容器8的容量和外部设备12所使用的电动机的再生能力的程度之间的平衡相对应，较细致地确定电压阈值。即，将上述第1电压阈值设定为最低值，将第2电压阈值分割为多个。这样，在连接有外部设备12的环境中，可以更可靠地检测出开始异常结束处理的适当的定时。

对于开关11，以与电动机驱动装置1的设置环境相对应而确定出使用哪个电压阈值并指定该电压阈值的方式，在装置设置时预先设定。此外，开关11可以是以1对1的关系指定电压阈值的类型，另外，也可以是以数字值指定1个电压阈值的类型。

选择电路10b从由电压阈值生成电路10a生成的大于或等于2个电压阈值中，选择从开关11指定的1个电压阈值，并向比较判定电路10c输出。比较判定电路10c对电压检测电路5检测出的电压值和来自选择电路10b的电压阈值进行比较，在(电压值)＞(电压阈值)的情况下，判定为没有发生停电，将输出设为例如高电平，另外，在(电压值)＜(电压阈值)的情况下，判定为发生了停电，在本例中将输出设为低电平。

控制电路6执行异常结束处理，即，将控制用电压生成电路9生成的控制用电压作为动作电压，与针对电动机驱动电路4的控制信号的运算输出控制并行地，对停电检测处理部10的输出变化、即比较判定电路10c的输出变化进行监视，如果检测出该输出电平为低电平，则判断为检测出发生停电，运算并生成使电动机3强制停止的控制信号，向电动机驱动电路4内的驱动电路输出。

此外，如果为慎重起见而进行附注，则如下所述：如果交流电源输入中断，在电动机启动电路4中，全波整流电路的输出消失，母线电压也消失，从多个开关元件向电动机3供给的驱动电流消失，但电动机3因惯性在短时间内持续旋转，进行发电动作，因此，产生母线电压，多个开关元件成为可控制的状态。因此，在控制用电压生成电路9可以生成控制用电压的期间内，如果从控制电路6向电动机驱动电路4内的驱动电路施加使电动机3强制停止的控制信号，则可以使电动机3强制停止。

下面，参照图1和图2，同时利用图3和图4，说明停电发生时的动作。此外，图3是说明选择了2个电压阈值中较小者的情况下的停电发生时的动作的时序图。图4是说明选择了2个电压阈值中较大者的情况下的停电发生时的动作例的时序图。在图3和图4中，示出了电压阈值生成电路10a生成2个电压阈值A、B的情况下的动作。在2个电压阈值A、B中，电压阈值A与上述第1电压阈值对应，电压阈值B与上述第2电压阈值对应。

在图3中，在没有连接外部设备12的情况下，或者，连接有外部设备12但其所使用的电动机的再生能力可以忽视的情况下等，如图3(1)所示，如果发生停电，则向电动机驱动装置1输入的交流电源2的电压电平迅速地下降至零电平。在这种设置环境中，开关11设定为对电压值较小的电压阈值A进行指定。

由于比较判定电路10c对电压检测电路5检测出的交流电源2的电压值和选择电路10b选择出的电压阈值A之间的大小进行比较，所以在停电发生之前，输出保持高电平。如果发生停电，则虽然电压阈值A为较小的电压电平，但由于在停电发生后的短时间内，电压检测电路5的检测电压小于电压阈值A，所以比较判定电路10c在停电发生后的短时间内将输出下降至低电平(图3(2))，向控制电路6输出“停电被检出a”。控制电路6响应于停电被检出a而开始异常结束处理15(图3(4))。

在该定时，如图3(3)、(4)所示，由于在平滑电容器8中残存有比较多的积蓄能量，所以直至控制用电压生成电路9无法利用平滑用电容器8的充电电压生成控制用电压的定时b为止的期间16，比执行异常结束处理15所需的期间长。

图3所示的动作方式是所谓的标准动作。平滑电容器8的容量值，通常在图3所示的动作方式的标准动作中确定为，可以确保比执行异常结束处理15所需的期间长的期间16。并且，电压阈值A设定为，相对于控制用电压生成电路9所生成的控制用电压的范围而确保有裕度的低电压值，以防止由噪声等引起的错误检测。

下面，在图4中，在连接有外部设备12，且其所使用的电动机的再生能力无法忽视的情况下等，如图4(1)所示，如果发生停电，则向电动机驱动装置1输入的交流电源2的电压电平，在再生电力的影响下缓慢地下降至零电平。在这种设置环境中，开关11设定为对电压值较大的电压阈值B进行指定。

比较判定电路10c在发生停电之前将输出设为高电平。如果发生停电，则由于电压阈值B为较大的电压电平，所以在停电发生后的较早的定时下，电压检测电路5的检测电压小于电压阈值B，比较判定电路10c将输出下降至低电平(图4(2))，向控制电路6输出“停电被检出a”。控制电路6响应于停电被检出a而开始异常结束处理17(图4(4))。

在该定时下，如图4(3)、(4)所示，由于在平滑电容器8中残存有比较多的积蓄能量，所以直至控制用电压生成电路9无法利用平滑用电容器8的充电电压生成控制用电压的定时b为止的期间18，比执行异常结束处理17所需的期间长。在此情况下，如果选择了电压阈值A，则利用电压阈值A检测出停电的定时迟于利用电压阈值B检测出的定时，因此，平滑电容器8中残存的积蓄能量大量减少。因此，期间18变得比执行异常结束处理17所需的期间短，控制电路6在异常结束处理17完成前变为无法进行动作。由于在设置时选择电压阈值B，所以控制电路6可以在成为无法进行动作之前，使异常结束处理17完成。

此外，在图2中，示出了利用电阻分压电路和齐纳二极管的组合生成大于或等于2个电压阈值的电压阈值生成电路10a，但也可以取代电压阈值生成电路10a，而使用以数字值的形式存储大于或等于2个电压阈值的电压阈值存储电路，比较判定电路10c具有D/A变换器，将从选择电路10b输入的数字值形式的电压阈值变换为模拟值，并进行比较判定。另外，也可以使比较判定电路10c具有A/D变换器，利用微型计算机等进行数字值形式下的比较判定。

如上述所示，根据本实施例1，由于可以与设置环境相对应而选择用于确定由交流电源输入中断引起的停电的检测基准的电压阈值，所以无论在何种设置环境下，均可以可靠地执行发生了停电的情况下的异常结束处理。

实施例2

图5是作为本发明的实施例2而示出图1所示的停电检测处理部的其他结构例的框图。如图5所示，实施例2所涉及的电动机驱动装置在图1所示的电动机驱动装置1的结构的基础上，改变了标号的停电检测处理部20具有时间阈值存储电路20a、选择电路20b、以及比较判定电路20c。

此前示出的图3(1)和图4(1)是向电压检测电路5输入的交流电源的电压波形。停电发生时的输入电压在图3(1)中迅速下降，在图4(1)中缓慢地下降。电压检测电路5所检测出的电源电压是通过全波整流电路整流后的直流电压，在该直流电压上重叠有脉动成分。停电发生时的该脉动成分的周期，在向电压检测电路5输入的输入电压为图3(1)所示的波形时变短，在向电压检测电路5输入的输入电压为图4(1)所示的波形时变长。

因此，在时间阈值存储电路20a中，作为与设置环境相对应的停电检测阈值，而存储有大于或等于2个时间阈值。与实施例1相同地，如图1所示，对应于在所使用的交流电源2上是否连接有风扇或泵等外部设备12，以及在连接有外部设备12的情况下，该风扇或泵的电动机有无再生能力、再生能力的程度等而确定。

作为时间阈值的种类数量，与实施例1相同地，原则上具有第1时间阈值和第2时间阈值这2种即可。第1时间阈值适用于没有连接外部设备12的情况，或者虽然连接有外部设备12但其所使用的电动机的再生能力可以忽视的情况等。第2时间阈值适用于连接有外部设备12，且其所使用的电动机的再生能力无法忽视的情况等。该情形下的大小关系为(第1时间阈值)＜(第2时间阈值)。

其中，在连接有外部设备12，且其所使用的电动机的再生能力无法忽视的情况下，可以与平滑用电容器8的容量和外部设备12所使用的电动机的再生能力的程度之间的平衡相对应，较细致地确定时间阈值。即，将上述第1时间阈值设定为最低值，将第2时间阈值分割为多个。这样，在连接有外部设备12的环境中，可以更可靠地检测出开始异常结束处理的适当的定时。

另外，对于实施例2中的开关11，以与电动机驱动装置1的设置环境相对应而确定出使用哪个时间阈值并指定该时间阈值的方式，在装置设置时预先设定。选择电路20b从存储在时间阈值生成电路20a中的大于或等于2个时间阈值中，读出从开关11指定的1个时间阈值，向比较判定电路20c输出。

比较判定电路20c按照例如图6所示的结构和流程，进行停电检测。此外，图6是说明图5所示的比较判定电路的结构以及动作的流程图。首先示出结构。在图6中，比较判定电路20c具有：采样保持电路，其以规定的间隔对电压检测电路5检测出的电源电压进行采样并保持；比较电路，其对该采样保持电路所保持的采样值和规定的判定阈值之间的大小逐一进行比较；计时器，其被按照从选择电路20b输入的时间阈值进行设定；计数器，其对小于判定阈值的采样值的个数进行计数；以及检测处理部(ST1～ST8)，其使用上述要素进行停电发生的检测处理。

下面，具体地说明检测处理部(ST1～ST8)的动作。在ST1中，对比较电路的比较结果成为(采样值)＜(判定阈值)的情况进行监视。如果检测出(采样值)＜(判定阈值)(ST1：是)，则与该定时同步地，将从选择电路20b输入的时间阈值向计时器中设置并启动计时器，另外，使计数器递进1(ST2)，对关于下一个采样值的比较结果进行监视(ST3)。

在ST3中的监视结果不是(采样值)＜(判定阈值)的情况下(ST3：否)，将计时器和计数器复位(ST4)，向此前的ST1的监视处理跳转。另外，在ST3中的监视结果为(采样值)＜(判定阈值)的情况下(ST3：是)，对计时器值进行调查并对是否处于时间阈值的时间内进行判断(ST5)，在没有处于时间阈值的时间内的情况下(ST5：否)，将计时器和计数器复位(ST4)，向此前的ST1的监视处理跳转。

另一方面，在(采样值)＜(判定阈值)(ST3：是)，且处于时间阈值的时间内的情况下(ST5：是)，使计数器递进1(ST6)，对计数值是否成为规定值进行判断(ST7)。在不是计数值＝规定值的情况下(ST7：否)，返回ST3。由于如果针对连续的采样值进行ST3～ST7的反复处理，则成为计数值＝规定值(ST7：是)，所以在该定时输出“停电被检出”(ST8)，结束本流程。此外，“规定值”当然是大于或等于2的采样次数，但是基于“设置环境”、“采样间隔”、“时间阈值”等而确定的。另外，“时间阈值”例如如图7和图8所示，是根据与检测电压的脉动周期之间的关系确定的。

下面，参照图7和图8，具体说明按照图6所示的流程进行的停电检测动作。此外，图7是说明选择了比停电时的检测电压的脉动周期长的时间阈值的情况下的停电检测动作例的时序图。图8是说明选择了比停电时的检测电压的脉动周期短的时间阈值的情况下的停电检测动作例的时序图。在图7和图8中，示出了某个电压值的判定阈值30和由脉动波形表示的检测电压31之间的关系。

在图7中，在检测电压31首次小于判定阈值30的定时33，将比检测电压31的脉动周期长的时间阈值34向计时器中设置并启动计时器，在计数器中设定为值1。检测电压31在时间阈值34的时间内反转为上升，在定时35处超过判定阈值30，在时间阈值34的末端附近的定时36处小于判定阈值30。在此情形下，由于在定时35处将计时器和计数器复位，所以时间阈值34被清除。因此，在定时36处没有检测出停电，而是将新的较长的时间阈值37向计时器中设置并启动计时器，在计数器中设定为值1。

在该新设定的较长的时间阈值37的时间内，由于检测电压31在小于或等于判定阈值30的范围内变化，所以计数器朝向规定值反复增加计数。即使在检测电压31反转为上升的时间阈值37的末端定时38处，检测电压31也小于或等于判定阈值30，由于计数器的计数值超过规定值，所以检测出停电的发生。

在图8中，在检测电压31首次小于判定阈值30的定时40，将比检测电压31的脉动周期短的时间阈值41向计时器中设置并启动计时器，在计数器中设定为值1。检测电压31在时间阈值41的时间内反转为上升，但在时间阈值41的末端定时42处仍小于判定阈值30。在此期间，计数器朝向规定值反复增加计数。在此情形下，由于在时间阈值41的末端定时42处计数器的计数值超过规定值，所以检测出停电的发生。

如上述所示，在选择比脉动周期长的时间阈值的情况下，由于在该时间阈值的时间内，出现脉动的峰值超过判定阈值的情况，所以存在无法进行停电检测的情况。另一方面，在选择比脉动周期短的时间阈值的情况下，即使出现脉动的峰值超过判定阈值的情况，只要在时间阈值的时间内小于阈值，则也可以进行停电检测，因此，可以以大于或等于时间阈值的差的程度将停电的检测定时提前。

如上述所示，根据本实施例2，由于可以取代电压阈值，与设置环境相对应而选择时间阈值，所以与实施例1相同地，无论在何种设置环境下，均可以可靠地执行发生了停电的情况下的异常结束处理。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的电动机驱动装置，适用于无论在何种设置环境下均可以可靠地执行发生了交流电源输入中断即停电的情况下的异常结束处理的电动机驱动装置。

Claims

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，具有：

多个停电检测阈值，其是与该电动机驱动装置的设置环境相对应而确定的；

选择电路，其从所述多个停电检测阈值中选择出指定的停电检测阈值；以及

比较判定电路，其对向电动机驱动电路输入的交流电源的检测电压和所述选择出的停电检测阈值进行比较，对是否发生了停电进行判定。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，

所述停电检测阈值为电压阈值，所述比较判定电路在所述检测电压小于所述电压阈值时判定为发生停电。

3.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，

所述停电检测阈值为时间阈值，所述比较判定电路在所述时间阈值的时间内，所述检测电压连续小于判定阈值时，判定为发生停电。