CN105490577A - 具有直流链路残留能量的放电功能的电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有直流链路残留能量的放电功能的电动机控制装置，其具备：PWM整流器，其将三相交流输入电源侧的交流电力变换为直流电力，或者将直流输出侧的直流电力变换为交流电力；平滑电容器，其设置在PWM整流器的直流输出侧即直流链路中；直流电压检测部，其检测平滑电容器的直流电压；LCL滤波器，其连接到PWM整流器的交流电源侧；动力切断部，其连接到LCL滤波器的交流电源侧；控制部，其在通过动力切断部切断了动力的情况下，通过控制PWM整流器使电流流过LCL滤波器，并使平滑电容器中蓄积的能量放电，使直流电压下降到所希望的值。

Description

具有直流链路残留能量的放电功能的电动机控制装置
技术领域
本发明涉及电动机控制装置，尤其涉及具有设置在直流链路中的平滑电容器中蓄积的能量的放电功能的电动机控制装置。
背景技术
在对机床、锻压机械、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，使用了将三相交流输入电源的交流电力变换为直流电力的整流器，以及将整流器所输出的直流电力变换为电动机驱动用交流电力的逆变换器。
近年来，根据对电源高次谐波和无效功率的减小的要求，不断扩大了使用脉冲宽度调制(PWM)的整流器(PWM整流器)的应用。
图1表示一般的电动机控制装置的框图。电动机控制装置1000通过PWM整流器101将从三相交流输入电源即交流电源20供给的交流电力变换为直流电力，并通过逆变换器107将变换后的直流电力变换为交流电力来驱动电动机30。
在PWM整流器101的直流输出侧即直流链路中，设置有用于将直流电压平滑化的平滑电容器102。
此外，在PWM整流器101的交流电源侧，为了使由于半导体开关的导通/断开而发生的高频不流出到交流电源20侧，在PWM整流器101和交流电源20之间连接有LCL滤波器104。
LCL滤波器104具备：串联连接的阻尼电阻Ru、Rv、Rw和电容器Cu、Cv、Cw、设置在阻尼电阻Ru、Rv、Rw的一端的第一电感Lau、Lav、Law和第二电感Lbu、Lbv、Lbw。
此外，在交流电源20和LCL滤波器104之间设置有动力切断部105。动力切断部105进行交流电源20和LCL滤波器104的连接和切断。
在这样的电动机控制装置1000中，根据电源电压、电源电流、直流电压来生成PWM整流器控制信号，并据此来适当导通/断开PWM整流器101的半导体开关，由此能够产生功率因数1的电力，并且将作为PWM整流器101的输出的直流电压保持在所希望的值。然而，原理上需要设PWM整流器101的直流电压为交流电源20的峰值以上，将PWM整流器101的直流电压升压。
结果，即使在停止电动机控制装置1000，将动力切断部105开路来断开电动机控制装置1000与交流电源20的情况下，在平滑电容器102中能量未发生放电而残留，PWM整流器101的直流输出侧即直流链路成为高电压。因此，在进行电动机控制装置1000的检修/部件更换等维护的情况下，必须等待直到平滑电容器102中残留的能量通过自然放电来放电为止，存在作业效率差的问题。
因此，报告了在PWM整流器的直流输出侧即直流链路中设置放电电阻和开关，使残留的能量放电的方法(例如，日本专利第5340476号(JP5340476B)。以下称为“专利文献1”)。图2中表示了专利文献1的电动机控制装置的框图。专利文献1的电动机控制装置2000，在PWM整流器101的直流输出侧即直流链路中具备放电电阻R和开关SW。在停止电动机控制装置2000的通常运转，并通过动力切断部105断开交流电源20与电动机控制装置2000之后，通过使直流链路的开关SW导通，使电流i流过放电电阻R，使平滑电容器102中蓄积的能量放电。根据该现有技术，能够在短时间内使平滑电容器102中残留的能量放电，因此，提高了维护性。然而，由于需要具备放电电阻和开关，因此，存在电动机控制装置的尺寸变大、成本也增加的问题。
此外，还已知有通过使电流流过连接到逆变换器的电动机，使平滑电容器中残留的能量放电的方法(例如，日本专利公开公报特开平8-182400号(JP8-182400A)。以下称为“专利文献2”)。图3表示专利文献2的电动机控制装置的框图。专利文献2的电动机控制装置3000在停止电动机控制装置3000的通常运转，并通过动力切断部105断开交流电源20与电动机控制装置3000之后，通过控制逆变换器107，使电流流过电动机30，并通过电动机线圈的电阻部分使平滑电容器102中蓄积的能量放电。该现有的电动机控制装置3000能够使平滑电容器102中残留的能量放电而不会使成本增加。然而，存在以下问题，由于电流流过电动机30导致电动机30可能会非意图地旋转，产生危险状态。
在现有的电动机控制装置中，为了使平滑电容器中残留的能量放电而在直流链路中设置放电电阻和开关的方法中，存在电动机控制装置的尺寸变大、成本也增加的问题。此外，在使电流流过电动机的方法中，存在电动机可能会非意图地旋转，产生危险状态的问题。
发明内容
本发明一实施例的电动机控制装置，具备：PWM整流器，其将三相交流输入电源侧的交流电力变换为直流电力，或者将直流输出侧的直流电力变换为交流电力；平滑电容器，其设置在PWM整流器的直流输出侧即直流链路中；直流电压检测部，其检测平滑电容器的直流电压；LCL滤波器，其连接到PWM整流器的交流电源侧；动力切断部，其连接到LCL滤波器的交流电源侧；控制部，其在通过动力切断部切断了动力的情况下，通过控制PWM整流器使电流流过LCL滤波器，并使平滑电容器中蓄积的能量放电，使直流电压下降到所希望的值。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图关联的以下实施方式的说明而更加明确。附图中，
图1是一般的电动机控制装置的框图，
图2是专利文献1的电动机控制装置的框图，
图3是专利文献2的电动机控制装置的框图，
图4是本发明实施例1和2的电动机控制装置的框图，
图5是用于说明本发明实施例1的电动机控制装置的动作顺序的流程图，
图6是用于说明本发明实施例2的电动机控制装置的动作顺序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的电动机控制装置。然而，本发明的技术的范围不受限于这些实施方式，还要留意请求专利保护的范围中记载的发明及其等价物所涉及的方面。
[实施例1]
首先，使用附图说明本发明实施例1的电动机控制装置。图4是本发明实施例1的电动机控制装置的框图。本发明实施例1的电动机控制装置101具有：PWM整流器1、平滑电容器2、直流电压检测部3、LCL滤波器4、动力切断部5和控制部6。
PWM整流器1将三相交流输入电源即交流电源20侧的交流电力变换为直流电力，或者将直流输出侧的直流电力变换为交流电力。PWM整流器1能够由例如6个开关元件以及与它们并联连接的二极管而构成。此外，通过来自控制部6的PWM整流器控制信号来控制PWM整流器1。
平滑电容器2设置在PWM整流器1的直流输出侧即直流链路中，使直流链路的电压平滑化。
直流电压检测部3检测设置在直流链路中的平滑电容器2的直流电压。由直流电压检测部3检测出的直流电压值被通知给控制部6。
LCL滤波器4连接到PWM整流器1的交流电源20侧。LCL滤波器4具备：串联连接的阻尼电阻Ru、Rv、Rw和电容器Cu、Cv、Cw；设置在阻尼电阻Ru、Rv、Rw的一端的第一电感Lau、Lav、Law和第二电感Lbu、Lbv、Lbw。
动力切断部5连接到LCL滤波器4的交流电源20侧，并按照来自控制部6的控制信号来进行交流电源20和LCL滤波器4的连接或切断。
控制部6，在通过动力切断部5切断了动力(交流电力)的情况下，通过控制PWM整流器1来使电流iu、iv、iw流过LCL滤波器4，并使其在流过阻尼电阻Ru、Rv、Rw时变换为热能。其结果，能够使平滑电容器2中蓄积的能量放电，并使直流电压下降到所希望的值。在图4所示的例中示出了三相电流中的u相电流iu和v相电流iv流入PWM整流器1，w相电流iw从PWM整流器1流出的例子，然而，这只是一例，并不限于这样的例子。
这样，根据本发明实施例1的电动机控制装置101，能够在停止电动机控制装置101的通常运转，并通过动力切断部5断开交流电源20和电动机控制装置101之后，通过控制PWM整流器1使电流流过LCL滤波器4，并通过LCL滤波器4的阻尼电阻使平滑电容器2中蓄积的能量放电。其结果，能够使平滑电容器2的端子间电压即直流电压下降到所希望的值，例如能够下降到不具有触电危险性的能够安全进行维护作业的电压。
接着，使用图5所示的流程图来说明本发明实施例1的电动机控制装置的动作顺序。首先，在步骤S101中，停止电动机控制装置101的通常运转。
接着，在步骤S102中，根据来自控制部6的控制信号，通过动力切断部5断开交流电源20和电动机控制装置101。接着，在步骤S103中，通过控制PWM整流器1来使电流iu、iv、iw流过LCL滤波器4，并通过LCL滤波器4的阻尼电阻Ru、Rv、Rw使平滑电容器2中蓄积的能量放电。通过来自控制部6的PWM整流器控制信号来控制PWM整流器1的动作。
接着，在步骤S104中，控制部6从直流电压检测部3接收直流链路的直流电压的检测结果，并判断检测出的直流电压是否下降到所希望的值。这里，所希望的值是能够安全地进行维护作业的电压。例如，不具有触电危险性的电压。
在检测出的直流电压未下降到所希望的值的情况下，返回到步骤S103来继续进行平滑电容器2的放电。另一方面，在检测出的直流电压下降到所希望的值的情况下，结束一连串处理。
如上所述，根据本发明实施例1的电动机控制装置，由于无需在电动机控制装置中设置放电电阻、开关，因此，能够提高维护性而不增大电动机控制装置的尺寸且不提高成本。此外，由于未使电流流过电动机，因此，也能够安全地提高维护性而不会使电动机进行非意图动作。
[实施例2]
接着，说明本发明实施例2的电动机控制装置。实施例2的电动机控制装置102的结构，与图4所示的实施例1的电动机控制装置101相同，具有：PWM整流器1、平滑电容器2、直流电压检测部3、LCL滤波器4、动力切断部5、控制部6。实施例2的电动机控制装置102与实施例1的电动机控制装置101的区别点在于，控制部6在通过动力切断部5切断动力之前，通过控制PWM整流器1，使直流链路的直流电压下降到交流电源20的峰值。实施例2的电动机控制装置的其他结构与实施例1的电动机控制装置中的结构相同，因此，省略详细说明。
如一般的电动机控制装置的说明所述，直流链路的直流电压被升压。因此，在本发明实施例2的电动机控制装置中，在通过动力切断部5将电动机控制装置102与交流电源20断开之前，通过使直流电压预先下降到交流电源20的峰值，能够将LCL滤波器4中消耗的能量抑制到最小限度，因此，能够将阻尼电阻Ru、Rv、Rw的发热抑制到最小限度。
接着，使用图6所示的流程图来说明本发明实施例2的电动机控制装置102的动作顺序。首先，在步骤S201中，停止电动机控制装置102的通常运转。
接着，在步骤S202中，控制部6一边将直流电压检测部3检测出的直流电压和交流电源20的峰值进行比较，一边控制PWM整流器1。接着，在步骤S203中，判断直流电压是否下降到交流电源20的峰值。在检测出的直流电压未下降到交流电源20的峰值的情况下，返回到步骤S202，通过控制PWM整流器1而使直流电压下降为交流电源20的峰值。
接着，在步骤S204中，根据来自控制部6的控制信号，通过动力切断部5断开交流电源20和电动机控制装置102。接着，在步骤S205中，通过控制PWM整流器1来使电流iu、iv、iw流过LCL滤波器4，并通过LCL滤波器4的阻尼电阻Ru、Rv、Rw使平滑电容器2中蓄积的能量放电。通过来自控制部6的PWM整流器控制信号来控制PWM整流器1的动作。
接着，在步骤S206中，控制部6从直流电压检测部3接收直流链路的直流电压的检测结果，并判断检测出的直流电压是否下降到所希望的值。
在检测出的直流电压未下降到所希望的值的情况下，返回到步骤S205来继续进行平滑电容器2的放电。另一方面，在检测出的直流电压下降到所希望的值的情况下，结束一连串处理。
如上所述，在本发明实施例2的电动机控制装置中，在通过动力切断部将电动机控制装置从交流电源断开之前，通过控制PWM整流器使升压后的直流链路的直流电压预先下降到交流电源的峰值，由此，能够将LCL滤波器中消耗的能量抑制到最小限度，因此，能够将LCL滤波器内的电阻的发热抑制到最小限度。
根据本发明一实施例的电动机控制装置，能够不产生电动机控制装置的尺寸增大和成本增高，并且安全地使直流链路中残留的能量放电。

Claims (2)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，
具备：
PWM整流器，其将三相交流输入电源侧的交流电力变换为直流电力，或者将直流输出侧的直流电力变换为交流电力；
平滑电容器，其设置在所述PWM整流器的直流输出侧即直流链路中；
直流电压检测部，其检测所述平滑电容器的直流电压；
LCL滤波器，其连接到所述PWM整流器的交流电源侧；
动力切断部，其连接到所述LCL滤波器的交流电源侧；以及
控制部，其在通过所述动力切断部切断了动力的情况下，通过控制所述PWM整流器使电流流过所述LCL滤波器，并使所述平滑电容器中蓄积的能量放电，使所述直流电压下降到所希望的值。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述控制部，在通过所述动力切断部切断动力之前，通过控制所述PWM整流器使所述直流电压下降到三相交流输入电源的峰值。
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