CN110556791B - 电动机驱动装置 - Google Patents

电动机驱动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110556791B
CN110556791B CN201910470997.XA CN201910470997A CN110556791B CN 110556791 B CN110556791 B CN 110556791B CN 201910470997 A CN201910470997 A CN 201910470997A CN 110556791 B CN110556791 B CN 110556791B
Authority
CN
China
Prior art keywords
link
voltage
power
value
short
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910470997.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110556791A (zh
Inventor
佐藤谅典
堀越真一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Publication of CN110556791A publication Critical patent/CN110556791A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110556791B publication Critical patent/CN110556791B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/025—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power interruption
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/16—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/03—AC-DC converter stage controlled to provide a defined DC link voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种电动机驱动装置，其具有直流环节电容器的短路判定部。电动机驱动装置具备：转换器，其将交流电源的交流电力转换为直流电力后向输出；逆变器，其将直流环节的直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力后输出；多个直流环节电容器，该多个直流环节电容器彼此串联连接；多个电阻，该多个电阻彼此串联连接，且与多个直流环节电容器并联连接；直流环节电压检测部；通电元件，其被连接在将直流环节电容器之间连接的任一个连接点与将电阻之间连接的任一个连接点之间，在被施加电压超过规定值的情况下通电；以及短路判定部，其在直流环节电压值超过上限值或低于下限值的情况下判定为多个直流环节电容器中的至少一个发生了短路。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种具有直流环节电容器的短路判定部的电动机驱动装置。
背景技术
在驱动机床、锻造机械、注射成型机、工业机械或各种机器人内的电动机的电动机驱动装置中，利用转换器将从交流电源供给的交流电力转换为直流电力后向直流环节输出，并且利用逆变器将直流环节中的直流电力转换为交流电力后将该交流电力供给至针对每个驱动轴设置的电动机来作为驱动电力。
在直流环节中设置直流环节电容器，该直流环节电容器具有抑制转换器的直流输出的脉动成分的功能以及蓄积直流电力的功能。直流环节电容器也称作平滑电容器。一般来说，由于直流环节电容器具有耐压，因此很多时候使多个直流环节电容器串联连接以承受直流环节中的大的直流电压。
例如，如日本专利第4021431号公报所记载的那样，已知如下一种转换器装置，其经由具有能够充入所述电动机的再生电力的蓄电部的直流环节而与对电动机进行驱动的逆变器电路连接，并且将从电源供给的交流电力转换为直流电力后经由所述直流环节供给到所述逆变器电路，所述转换器装置的特征在于，具备：电压检测部，其检测所述直流环节的直流环节电压；电压保持部，其保持在由所述蓄电部开始进行所述再生电力的充电时检测出的直流环节电压；以及充电停止部，当前检测出的直流环节电压超过将所述电压保持部中保持的直流环节电压与规定电位差相加所得到的上限电压时，所述充电停止部停止对所述蓄电部的充电。
例如，如日本专利第5689497号公报所记载的那样，已知如下一种电动机驱动装置，其特征在于，具有：转换器部，其将从主电源输入的交流电压转换为直流电压；直流环节部，其对从所述转换器部输出的直流电压进行整流；逆变器部，其利用半导体开关元件将由所述直流环节部进行整流后的直流电压转换为用于驱动电动机的交流电压；电压施加部，其相对于主电源独立地设置，对所述直流环节部施加电压；电压检测部，其检测由所述电压施加部施加电压后的所述直流环节部的电压；以及异常判定部，其基于在由所述电压检测部检测出的电压的规定时间的范围测量出的值、以及电压随时间的变化的变化率，来判定所述直流环节部有无异常。
例如，如日本特开2014-131446号公报所记载的那样，已知如下一种电力转换装置，其特征在于，具备：转换器电路(2)，其对来自交流电源(7)的电压进行整流；逆变器电路(6)，其与上述转换器电路(2)的输出并联连接，通过多个开关元件(Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz)的开关动作将来自上述转换器电路(2)的电力转换为规定的电压和频率的交流电力，并将该交流电力输出至电动机(8)；逆变器电路控制部(13)，其控制上述多个开关元件(Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz)的开关动作；直流环节部(3)，其将上述转换器电路(2)与逆变器电路(6)连接，且具有第一电容器(3a)，该第一电容器(3a)与上述逆变器电路(6)的输入并联连接，用于使通过上述多个开关元件(Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz)的开关动作产生的电压的脉动平滑；串联电路(5)，其与上述第一电容器(3a)并联连接，且具有串联连接的第二电容器(4c)和开关(5a)；以及开关控制部(14)，其控制上述开关(5a)的开闭，以抑制上述直流环节部(3)的过电压。
例如，如日本特开2007-295686号公报所记载的那样，已知如下一种直接型交流电力转换装置，其特征在于，具备：转换器部(1)，其将三相交流输入电压转换为直流电压；逆变器部(2)，其将由上述转换器部(1)进行转换所得到的上述直流电压转换为规定的三相交流输出电压；正极侧的第一直流环节部(L1)和负极侧的第二直流环节部(L2)，其将上述转换器部(1)与上述逆变器部(2)连接；以及钳位电路(3、13、23)，其连接在上述第一直流环节部(L1)与上述第二直流环节部(L2)之间，具有至少两个电容元件(C1、C2、C3)，其中，在上述各电容元件(C1、C2、C3)串联连接在上述第一直流环节部(L1)与上述第二直流环节部(L2)之间的状态下，上述钳位电路(3、13、23)利用来自上述逆变器部(2)的再生电流来使上述各电容元件(C1、C2、C3)充电，另一方面，在上述各电容元件(C1、C2、C3)并联连接在上述第一直流环节部(L1)与上述第二直流环节部(L2)之间的状态下，上述钳位电路(3、13、23)使上述电容元件(C1、C2、C3)放电。
例如，如英国专利第2520121号说明书所记载的那样，已知针对串联连接的多个直流环节电容器的各直流环节电容器设置短路检测机构来探测短路故障。
发明内容
当设置于电动机驱动装置内的转换器与逆变器之间的直流环节的、串联连接的多个直流环节电容器中的任一个发生短路故障时，没有短路故障的正常的直流环节电容器会被施加比以往高的高电压。当持续长时间地对正常的(即当初没有发生短路故障的)直流环节电容器施加耐压以上的过电压时，有时会发生损坏或起火。其结果是，具有发生如电动机、驱动该电动机的电动机驱动装置、组入有由该电动机驱动装置驱动的电动机的机械、系统等发生损坏或变形之类的一些故障的问题。因此，提前探测直流环节电容器的短路故障是非常重要的。例如，也可以考虑针对串联连接的多个直流环节电容器的各直流环节电容器设置短路检测部来探测短路故障。然而，针对每个直流环节电容器设置短路检测部会招致电路安装面积的增加、部件个数的增加、成本的增加，并不优选。因而，期望一种能够以低成本提前探测在电动机驱动装置内的转换器与逆变器之间的直流环节设置的、串联连接的多个直流环节电容器的短路故障来确保安全的技术。
根据本公开的一个方式，电动机驱动装置具备：转换器，其将从交流电源输入的交流电力转换为直流电力后向直流环节输出；逆变器，其将直流环节中的直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力后输出；多个直流环节电容器，所述多个直流环节电容器彼此串联连接且设置于直流环节；多个电阻，所述多个电阻彼此串联连接且与多个直流环节电容器并联连接；直流环节电压检测部，其基于施加于多个电阻中的任一个电阻的电压来检测直流环节电压值，该直流环节电压值是施加于直流环节的正负两极端子的电压的值；通电元件，其被连接在将直流环节电容器之间连接的连接点中的任一个连接点与将电阻之间连接的连接点中的任一个连接点之间，该通电元件仅在被施加的电压超过规定值的情况下通电；以及短路判定部，在直流环节电压值超过规定的上限值的情况下或者低于规定的下限值的情况下，该短路判定部判定为多个直流环节电容器中的至少一个发生了短路。
附图说明
通过参照以下的附图，能够更明确地理解本发明。
图1是表示基于本公开的实施方式的电动机驱动装置的图。
图2是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中利用齐纳二极管来构成通电元件的情况的图。
图3是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中利用压敏电阻来构成通电元件的情况的图。
图4是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中，两个直流环节电容器中的下侧的直流环节电容器发生了短路故障时的电流的流动的图。
图5是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中，两个直流环节电容器中的上侧的直流环节电容器发生了短路故障时的电流的流动的图。
图6是表示基于本公开的实施方式的电动机驱动装置的动作流程的流程图。
图7是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中将分压电阻设为n个的情况的图。
图8是说明以往的电动机驱动装置中的直流环节电容器的短路检测方法的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明具有直流环节电容器的短路判定部的电动机驱动装置。为了容易理解，适当地变更这些附图的比例尺。附图所示的方式是用于实施的一个例子，并不限定于图示的实施方式。
图1是表示基于本公开的实施方式的电动机驱动装置的图。
作为一例，对通过与交流电源2连接的电动机驱动装置1来控制一个单绕线式的交流电动机(以下简称为“电动机”。)3的情况进行说明。关于电动机3的个数，不对本实施方式特别地进行限定，可以为除此以外的个数。此外，关于交流电源2和电动机3的相数，不对本实施方式特别地进行限定，例如可以为三相，也可以为单相。若列举交流电源2的一例，则有三相交流400V电源、三相交流200V电源、三相交流600V电源、单相交流100V电源等。另外，关于电动机3的种类，也不对本实施方式特别地进行限定，例如可以为感应电动机，也可以为同步电动机。在此，设置电动机3的机械例如包括机床、机器人、锻造机械、注射成型机、产业机械、各种电器、电车、汽车、飞机等。
与通常的电动机驱动装置同样地，电动机驱动装置1通过控制在直流环节中的直流电力与作为电动机3的驱动电力或再生电力的交流电力之间进行电力转换的逆变器12，来控制电动机3的驱动。电动机驱动装置1内的电动机控制部20基于由速度检测器31检测出的电动机3的(转子的)旋转速度(速度反馈)、由电流检测器32检测出的电动机3的绕线中流动的电流(电流反馈)、规定的转矩指令、电动机3的动作程序等，来生成用于控制电动机3的速度、转矩或转子的位置的开关指令。基于由电动机控制部20生成的开关指令，来控制逆变器12的电力转换动作。
如图1所示，电动机驱动装置1具备转换器11、逆变器12、多个直流环节电容器13、多个电阻14、直流环节电压检测部15、通电元件16、短路判定部17、切断部18以及电动机控制部20。
转换器11将从交流电源2输入的交流电力转换为直流电力后向直流侧的直流环节输出。作为转换器11的例子，有二极管整流电路、120度通电型整流电路、或者在内部具备开关元件的PWM开关控制方式的整流电路等。在交流电源2为三相的情况下，转换器11构成为三相的桥电路，在交流电源2为单相的情况下，转换器11构成为单相桥电路。在转换器11为二极管整流电路的情况下，将从交流电源2输入的交流电流整流后向直流环节输出直流电流。在转换器11为120度通电型整流电路、PWM开关控制方式的整流电路的情况下，转换器11实现为能够进行交直双向转换的电力转换器，该电力转换器能够将从交流电源2输入的交流电力转换为直流电力后向直流环节输出，并且在电源再生时能够将直流环节中的直流电力转换为交流电力后向交流电源2侧送回。在转换器11为PWM开关控制方式的整流电路的情况下，该转换器11包括开关元件以及与其反向并联连接的二极管的桥电路。在该情况下，作为开关元件的例子，有IGBT、晶闸管、GTO(Gate Turn-OFF thyristor：门极可关断晶闸管)、晶体管等，但开关元件的种类自身并不限定本实施方式，也可以为其它开关元件。转换器11的直流输出侧与逆变器12的直流输入侧经由直流环节并联连接。此外，在转换器11的交流输入侧设置交流电抗器、AC线路滤波器等，但在此省略图示。
逆变器12将直流环节中的直流电力转换为用于驱动电动机3的交流电力后输出。逆变器12包括开关元件以及与其反向并联连接的二极管的桥电路。在电动机3为三相的情况下，逆变器12构成为三相的桥电路，在电动机3为单相的情况下，逆变器12构成为单相桥电路。逆变器12基于从电动机控制部20接收到的开关指令来对各开关元件进行接通断开控制，由此在直流环节中的直流电力与作为电动机3的驱动电力或再生电力的交流电力之间进行电力转换。更具体地说，逆变器12基于从电动机控制部20接收到的开关指令来使内部的开关元件进行开关动作，将经由直流环节从转换器11供给的直流电力转换为用于驱动电动机3的期望的电压和期望的频率的交流电力后输出(反向转换动作)。由此，电动机3基于所供给的电压可变及频率可变的交流电力进行动作。另外，在电动机3减速时产生再生电力，但基于从电动机控制部20接收到的开关指令使内部的开关元件进行开关动作，来将在电动机3中产生的交流的再生电力转换为直流电力后送回直流环节(正向转换动作)。作为开关元件的例子，有IGBT、晶闸管、GTO、晶体管等，但开关元件的种类自身并不限定本实施方式，也可以为其它开关元件。
在直流环节设置彼此串联连接的多个直流环节电容器13。直流环节电容器13具有抑制转换器11的直流输出的脉动成分的功能以及蓄积直流电力的功能。作为直流环节电容器13的例子，例如有电解电容器、薄膜电容器等。一般来说，由于直流环节电容器具有耐压，因此使多个电容器串联连接以承受直流环节中的大的直流电压。在图示的例子中，作为一例，两个直流环节电容器C1及C2串联连接。直流环节电容器13的个数可以为三个以上。
另外，在直流环节设置彼此串联连接的多个电阻(以下有时称作“分压电阻”。)14。在直流环节中，彼此串联连接的多个电阻14与彼此串联连接的多个直流环节电容器13并联连接。在图示的例子中，作为一例，三个电阻(R1、R2、R3)串联连接。其中，电阻R1被用作用于检测直流环节电压的电压检测电阻。列举各电阻值的一例，R1＝100Ω，R2＝500kΩ，R3＝500kΩ，但也可以为在此例示的电阻值以外的电阻值。
直流环节电压检测部15检测施加于直流环节的正负两极端子的电压(即、转换器11的直流输出侧的电压或逆变器12的直流输入侧的电压)的值即直流环节电压值，一般来说，为了在电动机驱动装置1中进行直流环节电压的固定控制而设置该直流环节电压检测部15。直流环节中的直流电压为大的电压，不能直接施加到直流环节电压检测部15的检测端子之间。因此，一般来说，利用串联连接的多个电阻14对向直流环节的正负两极端子施加的电压进行分压，利用直流环节电压检测部15对施加于所述多个电阻14中的任一个电阻(在图1的例子中为电阻R1)的电压进行检测。直流环节电压检测部15输出根据欧姆定律对检测出的电压值进行换算所得到的值，来作为直流环节电压值。在图1所示的例子中，按照下述式1来计算直流环节电压值。
直流环节电压值＝施加于电阻R1的电压值×(电阻R1的电阻值+电阻R2的电阻值+电阻R3的电阻值)/电阻R1的电阻值···(1)
从直流环节电压检测部15输出的直流环节电压值被发送至电动机控制部20以被用于直流环节电压的固定控制，并且，在本实施方式中被用于后述的短路判定部17中的短路判定处理。
通电元件16被连接在将直流环节电容器之间连接的连接点中的任一个连接点与将电阻之间连接的连接点中的任一个连接点之间。通电元件16仅在被施加的电压超过规定值的情况下通电，例如是齐纳二极管、压敏电阻(Varistor)等。在后文中叙述通电元件16的详情。
在由直流环节电压检测部15检测出的直流环节电压值超过规定的上限值的情况下或低于规定的下限值的情况下，短路判定部17判定为多个直流环节电容器13中的至少一个发生了短路。短路判定部17的判定结果被发送至切断部18。在后文中叙述短路判定部17的短路判定处理的详情。
在短路判定部17判定为多个电容器13中的至少一个发生了短路的情况下，切断部18将交流电力从交流电源2向转换器11流入的切断。作为切断部18的例子，有电磁接触器、继电器、功率半导体开关元件等。例如，在切断部18由电磁接触器构成的情况下，当由短路判定部17判定为多个电容器13中的至少一个发生了短路时，短路判定部17向切断部18输出切断指令(开指令)来使电磁接触器的触点分离，将电力从交流电源2向转换器11供给切断。由此，将电力从交流电源2经由转换器11向直流环节的流动可靠地切断，电流不流入没有发生短路故障的正常的电容器，该电容器不被施加电压，因此不会损坏，能够确保安全。优选的是，在由短路判定部17判定为多个电容器13中的至少一个发生了短路之后尽早执行利用切断部18进行的切断动作。在后文中叙述切断部18的切断处理的详情。
接下来，对通电元件16的详情进行说明。
图2是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中利用齐纳二极管来构成通电元件的情况的图。如图2所示，通电元件16能够由两个齐纳二极管D1及D2构成，所述两个齐纳二极管D1及D2以成为反偏压的方向朝向彼此相反的方向的方式串联连接。齐纳二极管也称作稳压二极管(Reference Diode)。齐纳二极管在被向正偏压方向施加电压的情况下，示出与通常的二极管大致相同的特性，但在向反偏压方向施加的电压超过击穿电压(齐纳电压)的情况下，示出由于雪崩击穿急剧地流过电流的特性。通电元件16是将齐纳二极管D1和齐纳二极管D2以成为反偏压的方向朝向彼此相反的方向的方式串联连接来构成的。通过这样的结构，在从电阻R2与电阻R3的连接点朝向直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点的方向及其相反方向上都是，仅在施加的电压超过规定值(齐纳二极管的击穿电压值)的情况下通电。例如，对通电元件16向电阻R2与电阻R3的连接点为正且直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点为负的方向施加的电压相对于齐纳二极管D1为反偏压，相对于齐纳二极管D2为正偏压。当该电压超过齐纳二极管D1的击穿电压时，齐纳二极管D1(即通电元件16)通电，电流沿从电阻R2与电阻R3的连接点朝向直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点的方向流动。相反地，对通电元件16向电阻R2与电阻R3的连接点为负且直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点为正的方向施加的电压相对于齐纳二极管D1为正偏压，相对于齐纳二极管D2为反偏压。当该电压超过齐纳二极管D2的击穿电压时，齐纳二极管D2(即通电元件16)通电，电流沿从直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点朝向电阻R2与电阻R3的连接点的方向流动。
图3是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中利用压敏电阻来构成通电元件的情况的图。如图3所示，通电元件16能够由压敏电阻Rv构成，该压敏电阻Rv在被施加的电压为规定值以下的情况下示出规定的电阻值，在被施加的电压超过规定值的情况下示出比规定的电阻值低的电阻值。压敏电阻Rv也称作“Variable Resistor：可变电阻”，是电阻值根据电压而变化的非线性电阻。作为压敏电阻Rv的材料，有氧化锌、钛酸锶、碳化矽(Silicon Carbide)等。例如，当对由压敏电阻Rv构成的通电元件16施加的电压超过规定值时，通电元件16通电。
接下来，参照图4和图5更详细地说明短路判定部17的短路判定处理和切断部18的切断处理。
图4是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中，两个直流环节电容器中的下侧的直流环节电容器发生了短路故障时的电流的流动的图。在直流环节电容器C1及C2均没有发生短路故障的正常状态下，电阻R2和电阻R3的连接点与直流环节电容器C1和直流环节电容器C2的连接点为大致相同的电位，因而通电元件16几乎未被施加电压。当下侧的直流环节电容器C2发生短路故障时，直流环节电容器C2的两端电压为零，且直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点的电位为零。也就是说，在通电元件16的两端产生电阻R2与电阻R3的连接点为高电位且直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点为低电位(零电位)这样的电位差。当施加于通电元件16的电压超过规定值(例如在通电元件16由齐纳二极管D1及D2构成的情况下为击穿电压)时，通电元件16通电，其结果是，从转换器11流出的电流如图中用粗虚线表示的那样经由电阻R1、电阻R2、通电元件16以及短路的直流环节电容器C2流动。此时，由直流环节电压检测部15检测出的直流环节电压值超过上限值，因此短路判定部17判定为两个电容器C1及C2中的一个电容器(即下侧的电容器C2)发生了短路。
图5是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中，两个直流环节电容器中的上侧的直流环节电容器发生了短路故障时的电流的流动的图。在直流环节电容器C1及C2均没有发生短路故障的正常状态下，电阻R2和电阻R3的连接点与直流环节电容器C1和直流环节电容器C2的连接点为大致相同的电位，因而通电元件16几乎未被施加电压。当上侧的直流环节电容器C1发生短路故障时，直流环节电容器C1的两端电压为零，且直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点的电位与直流环节中的正极侧为相同的电位。也就是说，在通电元件16的两端产生电阻R2与电阻R3的连接点为低电位且直流环节电容器C1与直流环节电容器C2的连接点为高电位这样的电位差。当施加于通电元件16的电压超过规定值(例如在通电元件16由齐纳二极管构成的情况下为击穿电压)时，通电元件16通电，其结果是，从转换器11流出的电流如图中用粗虚线表示的那样经由短路的直流环节电容器C1、通电元件16以及电阻R3流动。此时，由直流环节电压检测部15检测出的直流环节电压值低于下限值，因此短路判定部17判定为两个电容器C1及C2中的一个电容器(即上侧的电容器C1)发生了短路。
在此，对被用于短路判定部17的短路判定处理的上限值和下限值进行说明。在多个直流环节电容器13均正常的情况下，直流环节电压值理想地为固定值，但实际上由于转换器11和逆变器12的电力转换动作(开关动作)等产生小的变动(ripple)。即，多个直流环节电容器13均正常的情况下的直流环节电压值以收敛于由最大值和最小值划定的规定范围内的方式变动。然而，当多个直流环节电容器13中的至少一个发生短路时，如上述的那样，直流环节电压值成为偏离上述规定的范围的值。因此，在本实施方式中，将被用于短路判定部17的短路判定处理的上限值设定为比在多个直流环节电容器13均正常的情况下能够得到的直流环节电压值的上述规定范围中的最大值大的值，将被用于短路判定部17的短路判定处理中的下限值设定为比在多个直流环节电容器13均正常的情况下能够得到的直流环节电压值的上述规定范围中的最小值小的值。在直流环节电压值超过像这样设定的上限值的情况下或低于下限值的情况下，短路判定部17判定为多个直流环节电容器13中的至少一个发生了短路。
图6是表示基于本公开的实施方式的电动机驱动装置的动作流程的流程图。
在基于本实施方式的电动机驱动装置1中，在利用电动机控制部20控制逆变器12的电力转换动作来进行电动机3的驱动的情况下，在步骤S101中，短路判定部17将由直流环节电压检测部15检测出的直流环节电压值与规定的上限值进行比较，来判定直流环节电压是否超过上限值。在步骤S101中由短路判定部17判定为直流环节电压值超过上限值的情况下，进入步骤S103，反之进入步骤S102。
在步骤S102中，短路判定部17将直流环节电压检测部15检测出的直流环节电压值和规定的下限值进行比较，来判定直流环节电压是否低于下限值。在步骤S102中由短路判定部17判定为直流环节电压值低于下限值的情况下，进入步骤S103，反之返回步骤S101。
此外，步骤S101中的直流环节电压是否超过上限值的判定处理和步骤S102中的直流环节电压是否低于下限值的判定处理可以交替地执行。
在步骤S103中，短路判定部17判定为多个直流环节电容器13中的至少一个发生了短路。短路判定部17的判定结果被发送至切断部18。
在步骤S104中，切断部18接受由短路判定部17进行的短路判定，来将交流电力从交流电源2向转换器11的流入切断。由此，能够将电力从交流电源2经由转换器11朝向直流环节的流动可靠地切断，电流不流入没有发生短路故障的正常的电容器，该正常的电容器不被施加电压，因此不会损坏，能够确保安全。
在图1～图6所示的例子中，作为一例示出三个分压电阻(R1、R2、R3)串联连接的情况，但分压电阻的个数只要为多个即可，可以为任意个数。
图7是表示在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置中将分压电阻设为n个的情况的图。在图7所示的例子中，在将n设为2以上的正整数时，k为2以上且n以下的整数。在图7所示的例子中，作为一例，将电压检测电阻设为电阻R1，如上述那样，电压检测电阻为n个分压电阻中的任一个分压电阻即可。通电元件16被连接在将直流环节电容器C1和直流环节电容器C2连接的连接点与将电阻Rk-1和电阻Rk连接的连接点之间。此外，在图8中，上述电路结构要素以外的电路结构要素与图1所示的电路结构要素相同，因此对相同的电路结构要素标注相同的标记，并且省略关于该电路结构要素的详细说明。
图8是说明以往的电动机驱动装置中的直流环节电容器的短路检测方法的图。在图8中，以往的电动机驱动装置101具备：转换器111，其将从交流电源2输入的交流电力转换为直流电力后向直流环节输出；逆变器112，其将直流环节中的直流电力转换为用于驱动电动机3的交流电力后输出；多个直流环节电容器C1及C2，所述多个直流环节电容器C1及C2彼此串联连接且设置于直流环节；多个电阻R1及R2，所述多个电阻R1及R2彼此串联连接；以及直流环节电压检测部113，其基于施加于电阻R1的电压来检测直流环节电压值。电动机驱动装置101内的电动机控制部120基于由速度检测器131检测出的电动机3的旋转速度、由电流检测器132检测出的流过电动机3的绕线的电流、规定的转矩指令以及电动机3的动作程序等，生成用于控制电动机3的速度、转矩或转子的位置的开关指令。基于由电动机控制部120生成的开关指令，来控制利用逆变器112进行的电力转换动作。在以往的电动机驱动装置101中，例如针对直流环节电容器C1及C2的各直流环节电容器中设置短路检测部114-1及114-2来探测短路故障。然而，针对每个直流环节电容器C1及C2设置作为短路检测专用的硬件的短路检测部114-1及114-2会招致电路安装面积的增加、部件个数的增加、成本的增加。
针对该点，在基于本公开的实施方式的电动机驱动装置1中，为了用于检测直流环节电容器13的短路故障而设置的硬件只有通电元件16，无需像以往那样针对各个直流环节电容器13分别设置短路检测专用的硬件，因此能够将电路安装面积及部件个数的增加抑制在最小限度，从而成本低。另外，对利用短路判定部17进行短路判定处理时使用的直流环节电压进行检测的直流环节电压检测部15能够延用通常为了在电动机驱动装置1中进行直流环节电压的固定控制而设置的电压检测器，无需另外设置新的短路检测用的测定器，因此能够以低成本探测电容器的短路故障。
上述的短路判定部17和电动机控制部20例如可以通过软件程序形式来构建，或者也可以通过各种电子电路与软件程序的组合来构建。在该情况下，例如能够在ASIC、DSP等运算处理装置中运行该软件程序来实现各部的功能。或者，也可以实现为写入了实现短路判定部17和电动机控制部20的功能的软件程序的半导体集成电路。另外，短路判定部17也可以设置在电动机控制部20内。
根据本公开的一个方式，能够实现以低成本提前探测在转换器与逆变器之间的直流环节设置的、串联连接的多个直流环节电容器的短路故障来确保安全的电动机驱动装置。

Claims (4)

1.一种电动机驱动装置，具备：
转换器，其将从交流电源输入的交流电力转换为直流电力后向直流环节输出；
逆变器，其将所述直流环节中的直流电力转换为用于驱动电动机的交流电力后输出；
多个直流环节电容器，所述多个直流环节电容器彼此串联连接且设置于所述直流环节；
多个电阻，所述多个电阻彼此串联连接且与所述多个直流环节电容器并联连接；
直流环节电压检测部，其基于施加于所述多个电阻中的任一个电阻的电压来检测直流环节电压值，所述直流环节电压值是施加于所述直流环节的正负两极端子的电压的值；
通电元件，其被连接在作为将所述直流环节电容器之间连接的连接点中的任一个连接点的第一连接点与作为将所述电阻之间连接的连接点中的任一个连接点的第二连接点之间，所述通电元件被配置为：在经由所述第一连接点和所述第二连接点施加到所述通电元件的第一极性的电压高于规定值的情况下，使第一方向的第一电流流过所述第一连接点和所述第二连接点之间的第一电流路径；以及在经由所述第一连接点和所述第二连接点施加到所述通电元件的第二极性的电压高于所述规定值的情况下，使第二方向的第二电流流过所述第一连接点和所述第二连接点之间的第二电流路径，其中，所述第一电流路径和所述第二电流路径为同一电流路径；以及
短路判定部，在所述直流环节电压值超过规定的上限值的情况下或者低于规定的下限值的情况下，所述短路判定部判定为所述多个直流环节电容器中的至少一个发生了短路。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
还具备切断部，在所述短路判定部判定为所述多个直流环节电容器中的至少一个发生了短路的情况下，所述切断部将交流电力从所述交流电源向所述转换器的流入切断。
3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述通电元件包括以成为反偏压的方向互为反向的方式串联连接的两个齐纳二极管，
所述规定值为所述齐纳二极管的击穿电压值。
4.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述通电元件包括压敏电阻，所述压敏电阻在被施加的电压为所述规定值以下的情况下示出规定电阻值，在被施加的电压超过所述规定值的情况下示出比所述规定电阻值低的电阻值。
CN201910470997.XA 2018-05-31 2019-05-31 电动机驱动装置 Active CN110556791B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-105100 2018-05-31
JP2018105100A JP6694006B2 (ja) 2018-05-31 2018-05-31 Ｄｃリンクコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110556791A CN110556791A (zh) 2019-12-10
CN110556791B true CN110556791B (zh) 2021-02-26

Family

ID=68576337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910470997.XA Active CN110556791B (zh) 2018-05-31 2019-05-31 电动机驱动装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11005409B2 (zh)
JP (1) JP6694006B2 (zh)
CN (1) CN110556791B (zh)
DE (1) DE102019003697A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018080508A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-03 Power Integrations, Inc. Single-wire bus multi-group fault communication for half-bridge inverter modules
DE102018114641A1 (de) * 2018-06-19 2019-12-19 Vacon Oy Sicherheitskonzept für Gleichstromzwischenkreiskondensatoren
DK3811481T3 (da) * 2018-12-21 2023-07-10 Siemens Gamesa Renewable Energy As Fremgangsmåde til bestemmelse af en lokalitet for en kortslutningsfejl i en generatoranordning, generatoranordning, vindmølle, computerprogram og elektronisk læsbart medium
US12046991B2 (en) * 2019-07-23 2024-07-23 Tmeic Corporation Multiplex power conversion system having means to prevent failure spread
CN113759181B (zh) * 2020-06-01 2024-08-16 台达电子工业股份有限公司 直流链电容电压不平衡的检测装置
JP7319954B2 (ja) * 2020-10-21 2023-08-02 コーセル株式会社 電源装置
TR202019557A2 (tr) * 2020-12-02 2021-05-21 Akim Metal Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi Faz-toprak arasinda kisa-devre olan elektri̇k motor sürücüleri̇ni̇n i̇lk enerji̇ veri̇ldi̇ği̇nde zarar görmesi̇ni̇ engelleyen si̇stem ve yöntem
CN113176470B (zh) * 2021-03-19 2023-03-14 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 限制电力系统短路电流直流分量的快速开关装置及限流方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106301144A (zh) * 2015-06-29 2017-01-04 发那科株式会社 电动机驱动装置
CN107241013A (zh) * 2016-03-29 2017-10-10 Ls 产电株式会社 用于平衡逆变器中的直流链路电容器的电压的装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5689497A (en) 1979-12-20 1981-07-20 Yuri Roll Kikai Kk Continuous cutting rewinding device for base raw sheet in calendar operation
JP2566556B2 (ja) * 1986-04-22 1996-12-25 三菱電機株式会社 直流コンデンサの異常検出器
JPH09251049A (ja) * 1996-03-15 1997-09-22 Asuko Kk 電解コンデンサの動作状態診断方法及び電解コンデンサの動作状態診断装置
US5771163A (en) * 1996-11-19 1998-06-23 Sansha Electric Manufacturing Company, Limited AC-DC converter apparatus
JP3357627B2 (ja) * 1999-04-09 2002-12-16 株式会社三社電機製作所 アーク加工装置用電源装置
DE10232145A1 (de) * 2002-07-13 2004-01-29 Rexroth Indramat Gmbh Zwischenkreiskondensator-Kurzschlussüberwachung
JP4021431B2 (ja) * 2004-08-10 2007-12-12 ファナック株式会社 コンバータ装置、インバータ装置及びｄｃリンク電圧の制御方法
JP5101881B2 (ja) * 2006-02-24 2012-12-19 三菱電機株式会社 系統連系インバータ装置
JP4049189B2 (ja) * 2006-04-24 2008-02-20 ダイキン工業株式会社 直接形交流電力変換装置
AT504439B8 (de) * 2007-05-10 2008-09-15 Siemens Ag Oesterreich Schaltungsanordnung mit wenigstens zwei in serie geschalteten kondensatoren
US8253424B2 (en) * 2009-09-11 2012-08-28 Sma Solar Technology Ag Topology surveying a series of capacitors
US8975899B2 (en) * 2009-09-11 2015-03-10 Sma Solar Technology Ag Inverter device comprising a topology surveying a series of capacitors
JP6075067B2 (ja) * 2012-12-28 2017-02-08 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
JP5689497B2 (ja) * 2013-04-22 2015-03-25 ファナック株式会社 Ｄｃリンク部異常検出機能を備えたモータ駆動装置
CN104283441B (zh) * 2013-07-12 2017-08-11 尼得科控制技术有限公司 一种直流电源及提供直流电源的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106301144A (zh) * 2015-06-29 2017-01-04 发那科株式会社 电动机驱动装置
CN107241013A (zh) * 2016-03-29 2017-10-10 Ls 产电株式会社 用于平衡逆变器中的直流链路电容器的电压的装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6694006B2 (ja) 2020-05-13
DE102019003697A1 (de) 2019-12-05
CN110556791A (zh) 2019-12-10
JP2019213283A (ja) 2019-12-12
US20190372504A1 (en) 2019-12-05
US11005409B2 (en) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110556791B (zh) 电动机驱动装置
US9998061B2 (en) Motor control device and motor control method
CN110176898B (zh) 具备dc链路部的电容器的短路判定部的电动机驱动装置
TWI383575B (zh) Winding switch of AC motor and its winding switching system
US9787084B2 (en) Motor driving device
JP6636207B2 (ja) 電動機の駆動装置および冷凍サイクル適用機器
CN110120775B (zh) 具有dc连接部的电容器短路判定部的电动机驱动装置
US9294024B2 (en) Motor drive device having function of detecting abnormality of DC link unit
JP2018107880A (ja) 電力変換器制御装置
JP2017135955A (ja) 放電機能を有するモータ駆動装置
US20190020263A1 (en) Power conversion device
JP6289597B1 (ja) 車両用電源装置および車両用電源装置の制御方法
WO2016157391A1 (ja) 駆動装置、マトリクスコンバータ及びエレベータシステム
JP2019138656A (ja) Ｄｃリンク部のコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置
JPWO2016035159A1 (ja) 車載型充電装置
CN107968617B (zh) 旋转电机的控制装置以及控制方法
JP2012115143A (ja) 電力変換装置
JP2012239247A (ja) モータ制御装置
JP2010142066A (ja) ロボット
JP2020080610A (ja) モータ駆動システム
JP4766241B2 (ja) 直流電圧降圧回路および電力変換装置
JP6927900B2 (ja) Ｄｃリンク部のコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置
CN114245962A (zh) 功率转换装置和功率转换装置的控制方法
US20230143105A1 (en) Motor drive device that calculates insulation resistance value of motor
JP2015216745A (ja) 過電圧保護回路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant