CN105471237B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机控制装置。该电动机控制装置具有：PWM整流器，其将交流电力转换为直流电力；LCL滤波器，其设置于三相交流电源与PWM整流器之间；冷却风扇，其用于冷却LCL滤波器；温度检测部，其检测LCL滤波器的温度；警报检测部，其在温度检测值为规定值以上的情况下检测为警报状态；时间测量部，其测量从PWM整流器的通常动作开始起的经过时间；以及保护部，其在从警报检测部通知了警报状态的情况下，根据经过时间来判别警报发生原因、即警报状态是由于LCL滤波器的动力线的反向连接而产生的还是由于上述冷却风扇的停止而产生的，并进行与该警报发生原因相应的保护动作。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动机控制装置，尤其涉及一种具有LCL滤波器的保护功能的电动机控制装置。

背景技术

在对机床、锻压机床、注射成型机、工业机械、机器人等的电动机进行驱动的电动机控制装置中，使用将三相交流电源的交流电力转换为直流电力的整流器以及将整流器所输出的直流电力转换为电动机驱动用的交流电力的逆转换器。

近年来，由于要求电源高次谐波和降低无效电力，使用脉宽调制(PWM)的整流器(PWM整流器)得到广泛应用。

如上述那样的PWM整流器进行基于PWM的开关控制，因此向与三相交流电源之间的路径输出包含几kHz以上的高频的矩形波的交流电压。为了只使矩形波中的电源频率成分通过，通常在PWM整流器与三相交流电源之间设置低通滤波器。

图1中示出以往的电动机控制装置的结构图。以往的电动机控制装置1000具备将来自三相交流电源20的交流电力转换为直流电力的PWM整流器110以及将直流电力转换为用于驱动电动机30的交流电力的逆转换器180。并且，在三相交流电源20与PWM整流器110之间设置有LCL滤波器120作为低通滤波器，该LCL滤波器120将阻尼电阻123与和电容器124串联连接，在阻尼电阻123的一端处具备电感A部121和电感B部122。另外，该LCL滤波器120大多还具备用于冷却LCL滤波器120的各元件的冷却风扇130。

为了抑制从PWM整流器110侧流入的高频电流的波动并且降低LCL滤波器120的体积、成本，该LCL滤波器120通常采用PWM整流器110侧的电感B部122的电感大、三相交流电源侧的电感A部121的电感小的非对称结构。

图2A～图2D中示出LCL滤波器120的三相交流电源20侧和PWM整流器110侧的电压及电流的波形。图2A是表示三相交流电源侧的电压的经时变化的曲线图，图2B是表示三相交流电源侧的电流的经时变化的曲线图，图2C是表示PWM整流器侧的电压的经时变化的曲线图，图2D是表示PWM整流器侧的电流的经时变化的曲线图。

在将非对称结构的LCL滤波器120的动力线以与图1相反的方式进行了连接的情况下、即在PWM整流器110侧连接有电感小的电感A部121、在三相交流电源20侧连接有电感大的电感B部122的情况下，无法充分抑制从PWM整流器110侧流入的高频电流的波动，因此导致LCL滤波器120的发热变大。

图3A中示出在如上所述的电动机控制装置中正常地连接了LCL滤波器120的动力线的情况下的电流波形，图3B中示出将LCL滤波器120的动力线反向地连接的情况下的电流波形。如图3B所示，可知在将LCL滤波器的动力线反向地连接了的情况下，流通波动未得到抑制的电流。在这样的电流持续流通的情况下，假定流通原本不包含波动的电流而设计的电感A部121的芯部可能会发生异常噪音、异常发热。与此同时，波动所流入的阻尼电阻123、电容器124也可能会受到损伤、发生异常发热。

在该情况下，温度急剧上升，因此需要使PWM整流器的动作尽快停止。因此，以往，设置对LCL滤波器内的元件的温度进行检测的温度检测部来检测LCL滤波器的异常(例如日本专利公开公报特开2013-246683号(JP2013-246683A))。图4是作为以往的电动机控制装置的其它例的电动机控制装置2000的结构图。如图4所示，LCL滤波器120将阻尼电阻123与电容器124串联连接，在阻尼电阻123的一端处具备电感A部121和电感B部122。温度传感器125例如设置于阻尼电阻123的附近，向温度检测部140输出与检测出的温度有关的信息。由温度检测部140检测出的温度检测结果被发送到判定部150，判定部150基于温度检测结果来控制PWM整流器110。例如，在由温度检测部140检测出的温度超过规定值(或者预先存储的正常时的温度)的情况下，使PWM整流器110的动作停止，进行LCL滤波器120的保护。

以往，像这样获取LCL滤波器的温度信息，在温度为规定值以上的情况下检测为异常，使PWM整流器的动作停止。

另外，如图4所示，LCL滤波器120中大多具备冷却用风扇130。不仅在LCL滤波器的动力线的反向连接时LCL滤波器120的温度上升，还由于冷却用风扇130停止而使LCL滤波器120的温度上升，可能会导致成为异常的温度。

冷却风扇130性能越高，则因冷却风扇130停止导致的温度上升越大。另外，电感A部121与电感B部122的电感的大小之比越大，则因LCL滤波器120的动力线的反向连接导致的温度上升越大。

在考虑到LCL滤波器120的体积、降低成本的情况下，大多将冷却风扇130设计为具备所需最小限度的性能。对此，大多将电感A部121与电感B部122的电感的大小之比设计得尽可能大。其结果是，LCL滤波器120的动力线的反向连接时的损失比冷却风扇130停止时的损失大。其结果是，因LCL滤波器120的动力线的反向连接导致的温度上升比因冷却风扇130停止导致的温度上升大。

因此，关于从检测到由温度检测部140检测出的LCL滤波器120内的元件的温度超过规定值的状态(警报状态)起直到达到导致LCL滤波器120内的元件破损的温度为止的时间，LCL滤波器120的动力线的反向连接时的该时间比冷却风扇130停止时的该时间短。若在LCL滤波器120的动力线的反向连接时继续PWM整流器110的动作，则LCL滤波器120内的元件破损的可能性高。

如上所述，在LCL滤波器120的动力线的反向连接时，需要使PWM整流器110立即停止，与此相对，在冷却风扇130停止时，无需使PWM整流器110立即停止。即，即使因冷却风扇130停止导致LCL滤波器120内的元件成为异常的温度，在该情况下，温度也不会急剧上升。因此，如果是进行电动机30的控制停止的程度的短时间，则无需使PWM整流器110的动作立即停止。另外，当使PWM整流器110立即停止时，在使用电动机控制装置的加工中发生一些故障(工件、工具的破损等)的可能性高，因此，期望的是极力避免PWM整流器的立即停止。

发明内容

然而，在以往的电动机控制装置中，无论使LCL滤波器成为异常的温度的原因是什么样的原因都使PWM整流器立即停止，因此存在如下问题：在使用电动机控制装置的加工中发生一些故障的可能性提高。

本发明的一个实施例所涉及的电动机控制装置的特征在于，具有：PWM整流器，其将从三相交流电源供给的交流电力转换为直流电力；LCL滤波器，其设置于三相交流电源与PWM整流器之间；冷却风扇，其用于冷却LCL滤波器；温度检测部，其检测LCL滤波器的温度；警报检测部，其在上述温度检测部的温度检测值为规定值以上的情况下检测为警报状态；时间测量部，其测量从PWM整流器的通常动作开始起的经过时间；以及保护部，其在从上述警报检测部通知了警报状态的情况下，根据由时间测量部测量出的经过时间来判别警报发生原因、即警报状态是由于LCL滤波器的动力线的反向连接而产生的还是由于冷却风扇的停止而产生的，并进行与该警报发生原因相应的保护动作。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点通过以下的与附图相关联的实施方式的说明变得更加明确。在该附图中，

图1是以往的电动机控制装置的结构图，

图2A是表示LCL滤波器的三相交流电源侧的电压的波形的图，

图2B是表示LCL滤波器的三相交流电源侧的电流的波形的图，

图2C是表示LCL滤波器的PWM整流器侧的电压的波形的图，

图2D是表示LCL滤波器的PWM整流器侧的电流的波形的图，

图3A是表示将LCL滤波器的动力线正常地连接的情况下的电流波形的图，

图3B是表示将LCL滤波器的动力线反向地连接的情况下的电流波形的图，

图4是以往的电动机控制装置的其它例所涉及的结构图，

图5是本发明的实施例所涉及的电动机控制装置的结构图，

图6是用于说明本发明的实施例所涉及的电动机控制装置中的异常原因判定过程的流程图，

图7是用于说明本发明的实施例所涉及的电动机控制装置中的保护动作过程的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明所涉及的电动机控制装置。但是，需要注意的是，本发明的技术范围并不限定于这些实施方式，还包括权利要求书中记载的技术方案及其等同物。

首先，使用附图来说明本发明的实施例所涉及的电动机控制装置。图5是本发明的实施例所涉及的电动机控制装置的结构图。本发明的实施例所涉及的电动机控制装置101具有：PWM整流器1，其将从三相交流电源20供给的交流电力转换为直流电力；LCL滤波器2，其设置于三相交流电源20与PWM整流器1之间；冷却风扇3，其用于冷却LCL滤波器2；温度检测部4，其检测LCL滤波器2的温度；警报检测部5，其在温度检测部4的温度检测值为规定值以上的情况下检测为警报状态；时间测量部6，其测量从PWM整流器1的通常动作开始起的经过时间；以及保护部7，其在从上述警报检测部5通知了警报状态的情况下，根据由时间测量部6测量出的经过时间来判别警报发生原因、即警报状态是由于LCL滤波器2的动力线的反向连接而产生的还是由于冷却风扇3的停止而产生的，并进行与该警报发生原因相应的保护动作。

本发明的实施例所涉及的电动机控制装置101还具备：逆转换器8，其与作为PWM整流器1的直流侧的直流环节相连接，对直流环节的直流电力与作为电动机的驱动电力或者再生电力的交流电力相互进行电力转换；以及动力切断部9，其设置于三相交流电源20与LCL滤波器2之间，其中，保护部7在从警报检测部5通知了警报状态并且由上述时间测量部6测量出的经过时间小于规定时间的情况下，判定为LCL滤波器2的动力线为反向连接，对PWM整流器1通知PWM停止指令，并且对动力切断部9通知供给切断指令，保护部7在从警报检测部5通知了警报状态并且由时间测量部6测量出的经过时间为规定时间以上的情况下，判定为冷却风扇3停止，对逆转换器8通知电动机停止指令，之后，在电动机30停止之后，对PWM整流器通知PWM停止指令，并且对动力切断部9通知供给切断指令。

温度检测部4使用温度传感器25来检测LCL滤波器2的元件的温度。具体地说，温度检测部4检测在LCL滤波器2的动力线反向连接时温度上升大的电感A部21、电感B部22、阻尼电阻23、电容器24中的某一个元件的温度或者该元件附近的温度。在图5中示出了将温度传感器25设置于阻尼电阻23的附近的例子，但并不限于此。

在由温度检测部4检测出的温度检测值为规定值以上的情况下，警报检测部5对保护部7通知警报状态。在此，将规定值设定为与LCL滤波器2的元件的耐受量相应的值。

时间测量部6测量从PWM整流器1开始通常动作起的经过时间。

在PWM整流器1开始通常动作之后，LCL滤波器2中流通基于PWM的高频电流。因此，保护部7在从警报检测部5通知了警报状态的情况下，根据经过时间来区分LCL滤波器2成为异常的原因。

如上所述，因LCL滤波器2的动力线的反向连接导致的温度上升比因冷却风扇3的停止导致的温度上升大，因此如以下那样地判定LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的原因。

在警报检测部5通知了警报状态并且经过时间小于规定时间的情况下，判定为发生上述异常是由于LCL滤波器2的动力线的反向连接而产生的。

在警报检测部5通知了警报状态并且经过时间为规定时间以上的情况下，判定为上述异常是由于冷却风扇3的停止而产生的。

在此，根据构成LCL滤波器2的电感B部22的电感的大小与构成LCL滤波器2的电感A部21的电感的大小之比以及冷却风扇3的性能来设定规定时间。

在如上述那样判定LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的原因时，保护部7进行以下的保护动作。

在LCL滤波器2内的元件的温度异常是由于LCL滤波器2的动力线的反向连接而产生的情况下，保护部7对PWM整流器1通知PWM停止指令并且对动力切断部9通知供给切断指令来进行PWM整流器1的立即停止。

另一方面，在LCL滤波器2内的元件的温度异常的是由于冷却风扇3的停止的情况下，保护部7对逆转换器8通知电动机停止指令。之后，在从逆转换器8通知了电动机停止状态后，对PWM整流器1通知PWM停止指令并且对动力切断部9通知供给切断指令来进行PWM整流器1的停止。

通过使用本发明的电动机控制装置来进行保护动作，在无需使PWM整流器1立即停止的冷却风扇停止时，能够使电动机进行控制停止，在该情况下，不存在使用电动机控制装置进行加工时发生故障的可能性。

接着，使用图6示出的流程图来说明使用本发明的实施例所涉及的电动机控制装置来判定LCL滤波器的异常原因的过程。首先，在步骤S101中，PWM整流器1进行通常动作来使电动机30工作。

接着，在步骤S102中，时间测量部6测量从PWM整流器1开始通常动作起的经过时间。由时间测量部6测量出的经过时间被通知给保护部7。

接着，在步骤S103中，判断是否从警报检测部5对保护部7通知了警报状态。在未从警报检测部5对保护部7通知警报状态的情况下，能够判断为来自温度检测部4的设置于LCL滤波器2的温度传感器25的温度检测结果表示LCL滤波器2内的元件的温度未成为异常的温度。在该情况下，返回到步骤S103，通过判断是否存在从警报检测部5对保护部7的警报状态的通知来继续进行LCL滤波器2内的元件的温度的监视。

另一方面，在从警报检测部5对保护部7通知了警报状态的情况下，能够判断为来自温度检测部4的设置于LCL滤波器2的温度传感器25的温度检测结果表示LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度。在该情况下，区分LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因是LCL滤波器2的动力线的反向连接还是冷却风扇3的停止。

在此，在步骤S104中，判断从PWM整流器1开始通常动作起的经过时间是否小于规定时间。在从PWM整流器1开始通常动作起的经过时间小于规定时间的情况下，在步骤S105中判定为LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因是LCL滤波器2的动力线的反向连接。

另一方面，在从PWM整流器1开始通常动作起的经过时间为规定时间以上的情况下，在步骤S106中判定为LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因是冷却风扇3的停止。

在像以上那样判定了LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因之后，保护部7基于该判定结果来进行LCL滤波器2的保护动作。

接着，使用图7示出的流程图来说明使用本发明的实施例所涉及的电动机控制装置的LCL滤波器的保护动作的过程。首先，在步骤S201中，判定LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因是否是LCL滤波器2的动力线的反向连接。判定过程如上所述。

在LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因是LCL滤波器2的动力线的反向连接的情况下，在步骤S202中，保护部7对PWM整流器1通知PWM停止指令并且对动力切断部9通知供给切断指令，来进行PWM整流器1的立即停止。

另一方面，在LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因不是LCL滤波器2的动力线的反向连接的情况下、即LCL滤波器2内的元件的温度成为异常的温度的原因是冷却风扇3的停止的情况下，在步骤S203中，保护部7对逆转换器8通知电动机停止指令。

接着，在步骤S204中，判断是否从逆转换器8对保护部7通知了电动机停止状态。在未从逆转换器8对保护部7通知电动机停止状态的情况下，保护部7等待从逆转换器8通知电动机停止状态。

另一方面，在从逆转换器8对保护部7通知了电动机停止状态的情况下，保护部7对PWM整流器1通知PWM停止指令并且对动力切断部9通知供给切断指令，来进行PWM整流器1的停止。

如以上那样，根据本发明的实施例所涉及的电动机控制装置，根据从PWM整流器的通常动作起的经过时间来判定LCL滤波器的温度异常的原因，在该异常是由于无需使PWM整流器的动作立即停止的冷却风扇停止而产生的时，在对电动机进行控制停止之后，进行PWM动作的停止、动力切断。因此，能够将使用电动机控制装置的加工的故障抑制在最小限度，并且能够进行LCL滤波器的保护。

如以上说明的那样，根据本发明的实施例所涉及的电动机控制装置，能够将伴随PWM整流器的立即停止而发生的使用电动机控制装置的加工的故障抑制在最小限度，并且能够进行LCL滤波器的保护。

Claims (2)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具有：

PWM整流器，其将从三相交流电源供给的交流电力转换为直流电力；

LCL滤波器，其设置于三相交流电源与上述PWM整流器之间；

冷却风扇，其用于冷却上述LCL滤波器；

温度检测部，其检测上述LCL滤波器的温度；

警报检测部，其在上述温度检测部的温度检测值为规定值以上的情况下检测为警报状态；

时间测量部，其测量从上述PWM整流器的通常动作开始起的经过时间；以及

保护部，其在从上述警报检测部通知了警报状态的情况下，根据由时间测量部测量出的经过时间来判别警报发生原因、即上述警报状态是由于上述LCL滤波器的动力线的反向连接而产生的还是由于上述冷却风扇的停止而产生的，并进行与该警报发生原因相应的保护动作，

其中，上述保护部在从上述警报检测部通知了警报状态并且由上述时间测量部测量出的经过时间小于规定时间的情况下，判定为上述LCL滤波器的动力线为反向连接，

上述保护部在从上述警报检测部通知了警报状态并且由上述时间测量部测量出的经过时间为规定时间以上的情况下，判定为上述冷却风扇停止。

2.一种电动机控制装置，其特征在于，具有：

PWM整流器，其将从三相交流电源供给的交流电力转换为直流电力；

LCL滤波器，其设置于三相交流电源与上述PWM整流器之间；

冷却风扇，其用于冷却上述LCL滤波器；

温度检测部，其检测上述LCL滤波器的温度；

警报检测部，其在上述温度检测部的温度检测值为规定值以上的情况下检测为警报状态；

时间测量部，其测量从上述PWM整流器的通常动作开始起的经过时间；以及

保护部，其在从上述警报检测部通知了警报状态的情况下，根据由时间测量部测量出的经过时间来判别警报发生原因、即上述警报状态是由于上述LCL滤波器的动力线的反向连接而产生的还是由于上述冷却风扇的停止而产生的，并进行与该警报发生原因相应的保护动作，

该电动机控制装置还具备：

逆转换器，其与作为上述PWM整流器的直流侧的直流环节相连接，对上述直流环节的直流电力与作为电动机的驱动电力或者再生电力的交流电力相互进行电力转换；以及

动力切断部，其设置于三相交流电源与上述LCL滤波器之间，

其中，上述保护部在从上述警报检测部通知了警报状态并且由上述时间测量部测量出的经过时间小于规定时间的情况下，判定为上述LCL滤波器的动力线为反向连接，对上述PWM整流器通知PWM停止指令，并且对上述动力切断部通知供给切断指令，

上述保护部在从上述警报检测部通知了警报状态并且由上述时间测量部测量出的经过时间为规定时间以上的情况下，判定为上述冷却风扇停止，对上述逆转换器通知电动机停止指令，之后，在电动机停止之后，对上述PWM整流器通知PWM停止指令，并且对上述动力切断部通知供给切断指令。