CN117044093A - 冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种冲击电流抑制电路(1)，其抑制与转换器(101)的直流输出侧并联连接的电容器(103)的预充电时的冲击电流，所述转换器将交流电源电压变换为直流电压，其中，冲击电流抑制电路(1)具备：电阻(11)，其设置在转换器(101)的直流输出侧与电容器(103)之间或者设置在转换器(101)的交流输入侧；开关(12)，其选择性地切换形成经由电阻(11)的电路的打开状态和形成不经由电阻(11)的短路电路的关闭状态；交流电源电压检测部(13)，其检测是否向转换器(101)输入了交流电源电压；以及开关控制部(14)，其在从交流电源电压检测部(13)检测到向转换器(101)输入交流电源电压起经过了规定时间之后，将开关(12)从打开状态切换为关闭状态。

Description

冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置。
背景技术
在控制机床、锻压机械、注射成型机、工业机械、或者各种机器人内的电动机的驱动的电动机驱动装置中，通过转换器(整流电路)将从交流电源输入的交流电变换为直流电并输出到DC链路，进而通过逆变器将DC链路中的直流电压变换为交流电，将该交流电作为电动机的驱动电力进行供给。DC链路是指将转换器的直流输出侧与逆变器的直流输入侧电连接的电路部分，有时也被称为“DC链路部”、“直流链路”、“直流链路部”或者“直流中间电路”等。
在DC链路中设置有电容器，该电容器具有抑制转换器的直流输出的脉动量的功能以及蓄积直流电的功能。该电容器有时也被称为“DC链路电容器”或“平滑电容器”。
设置于DC链路的电容器需要在从电动机驱动装置的电源接通后到电动机的驱动开始前(即基于逆变器的电力变换动作开始前)为止预先充电为规定大小的电压。该充电有时也被称为“预充电”或“初始充电”。
电动机驱动装置的电源接通通过将设置于电动机驱动装置内的转换器的交流输入侧的电磁接触器从打开(OFF)切换为闭合(ON)来进行。通过接通电动机的电源，开始电容器的预充电。预充电从电容器中未蓄积能量的状态开始，因此在电动机驱动装置的电源刚刚接通之后，从交流电源经由转换器向DC链路流过大的冲击电流。特别是电容器的静电电容越大，产生越大的冲击电流。因此，一般在DC链路中设置抑制在电动机驱动装置的电源接通之后立即产生的冲击电流的冲击电流抑制电路。冲击电流抑制电路有时也被称为“预充电电路”或“初始充电电路”。
冲击电流抑制电路具有电阻和与电阻并联连接的开关。冲击电流抑制电路设置在转换器的直流输出侧与电容器之间、或者设置在转换器的交流输入侧。在电动机驱动装置的电源刚接通后的电容器的预充电期间，维持开关的触点打开(OFF)的打开状态，在电动机驱动装置驱动电动机的通常动作期间，维持开关的触点闭合(ON)的关闭状态。例如，在冲击电流抑制电路设置于转换器的直流输出侧与电容器之间的情况下，在从电动机驱动装置的电源刚接通之后到电动机的驱动开始前为止的预充电期间，维持使开关打开的打开状态。在此期间，从转换器输出的直流电流通过电阻流入电容器，因此冲击电流被抑制。当直流电流流入电容器而电容器被充电到规定大小的电压时，将冲击电流抑制电路内的开关从打开状态切换为关闭状态，转移到能够驱动电动机的状态。在电动机的驱动期间，处于关闭状态的开关形成不经由电阻的短路电路，因此从转换器输出的直流电流通过处于关闭状态的开关而不是电阻。
例如，已知一种冲击电流抑制电路，其具备：抑制电阻，其抑制流向电容器输入型电源装置中的平滑用电容器的电流；开关部，其与该抑制电阻并联连接；交流输入型光电耦合器，其将发光二极管与所述抑制电阻并联连接，并且在该发光二极管中流过电流时，光电晶体管转移到接通状态；以及控制电路，其在所述光电晶体管的断开状态持续了预先决定的基准时间以上时，将所述开关部控制为接通状态，使所述抑制电阻短路(例如，参照专利文献1)。
例如，已知一种冲击电流抑制电路，其特征在于，设置在电源装置的电源连接侧，作为抑制接通电源时瞬间流过的冲击电流的冲击电流抑制电路，准备相对于所述电源串联地插入的2组热敏电阻，在所述电源接通时自动地选择任意温度较低的热敏电阻并插入(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-232484号公报
专利文献2：日本特开2002-252921号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在电容器的预充电完成后，将冲击电流抑制电路内的开关从打开状态切换为关闭状态时，交流电源与电容器经由转换器而短路，因此在开关中暂时流过大电流。在从打开状态切换为关闭状态时，产生被称为“弹跳(bounce)”的现象。弹跳是指，开关的可动触点与固定触点在短时间内反复碰撞(接触)和排斥(背离)的机械振动现象。弹跳有时也被称为“颤动(chattering)”。在发生弹跳的期间，若可动触点与固定触点接触则通电，若可动触点与固定触点背离则不通电。此时，若尽管可动触点与固定触点背离但它们之间的距离非常短，则可动触点与固定触点之间的由空气引起的绝缘被破坏，产生电弧。电弧使可动触点和固定触点熔化，成为开关故障的原因。
为了抑制将冲击电流抑制电路内的开关从打开状态切换为关闭状态时的电弧的产生，例如有时使用在交流电源电压峰值与DC链路的电压(以下称为“DC链路电压”)之差收敛于规定的设计值内的时间点将开关从打开状态切换为关闭状态的方法。然而，在该方法中，必须设置用于分别检测交流电源电压峰值和DC链路电压的电路以及将交流电源电压峰值与DC链路电压进行比较的电路，存在电路复杂化的问题。
另外，电容器的预充电从开始到结束为止的期间内的DC链路电压按照物理定律发生变化，因此能够推定从预充电开始到交流电源电压峰值与DC链路电压之差收敛于规定的设计值为止的时间。因此，有时使用通过以该推定时间的经过为基准将开关从打开状态切换为关闭状态来抑制电弧的产生的方法。如上所述，电容器的预充电从设置于转换器的交流输入侧的电磁接触器从断开切换为接通的时间点开始。然而，在作业者对电动机驱动装置的设定中，在从转换器的控制部指示开始预充电起到实际将电磁接触器从断开切换为接通为止的一系列动作之间设置了用于电动机驱动装置的安全序列(sequence)的情况下，会产生由安全序列引起的时间延迟。因此，即使以推定时间的经过为基准将开关从打开状态切换为关闭状态，交流电源电压峰值与DC链路电压之差也可能还未收敛于规定的设计值就产生了电弧。
另外，例如，如果根据设置于电动机驱动装置内的转换器的交流输入侧的电磁接触器的辅助触点接通来检测对电动机驱动装置接通了电源，则能够确定电容器的预充电的开始定时，能够避免上述那样的由安全序列引起的时间延迟的问题。然而，必须设置用于检测电磁接触器的辅助触点的接通的电路和配线，存在作业者设计和设定电动机驱动装置的工时增加的问题。
另外，通过设置用于检测针对电动机驱动装置内的转换器的交流电源电压峰值检测电路，也能够检测对电动机驱动装置接通了电源。在这样的交流电源电压峰值检测电路中内置有二极管，但如果因雷击而发生雷击浪涌，则二极管有可能被破坏。
因此，期望开发一种构造容易且长寿命的冲击电流抑制电路，抑制设置在转换器的直流输出侧的电容器的预充电时的冲击电流。
用于解决课题的手段
根据本公开的一个方式的冲击电流抑制电路，其抑制与转换器的直流输出侧并联连接的电容器的预充电时的冲击电流，所述转换器将交流电源电压变换为直流电压，所述冲击电流抑制电路具备：电阻，其设置在转换器的直流输出侧与电容器之间或者设置在转换器的交流输入侧；开关，其与电阻并联连接，选择性地切换形成经由电阻的电路的打开状态和形成不经由电阻的短路电路的关闭状态；交流电源电压检测部，其检测是否向转换器输入了交流电源电压；以及开关控制部，其在从交流电源电压检测部检测到向转换器输入交流电源电压起经过了规定时间之后，将开关从打开状态切换为关闭状态。
另外，根据本公开的一个方式，转换系统具备：转换器，其将交流电源电压变换为直流电压；以及上述冲击电流抑制电路，其与转换器连接。
另外，根据本公开的一个方式，电动机驱动装置具备：上述转换系统；电容器，其与转换系统内的转换器的直流输出侧并联连接；以及逆变器，其经由电容器与转换器的直流输出侧连接，将转换器的直流输出侧的直流电压变换为用于电动机驱动的交流电压并输出。
发明效果
根据本公开的一个方式，能够实现对设置于转换器的直流输出侧的电容器的预充电时的冲击电流进行抑制的构造容易且长寿命的冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置的图。
图2是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置中的交流电源电压检测部的变形例的图。
图3是表示本公开的一实施方式的冲击电流抑制电路内的电阻和开关设置于转换器的交流输入侧的情况的图。
图4是表示本公开的一实施方式的冲击电流抑制电路内的光电耦合器设置于与转换器的交流输入侧连接的三相的电力线的全部的情况的图。
图5是表示本公开的一实施方式的冲击电流抑制电路的动作流程的流程图。
图6是表示根据交流电源电压峰值与DC链路电压的比较结果来判定是否完成电容器的预充电的现有的冲击电流抑制电路的图。
图7是表示根据设置于转换器的交流输入侧的电磁接触器的辅助触点接通来检测电源接通的现有的电动机驱动装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置进行说明。在各附图中，对相同的部件标注相同的参照符号。另外，为了容易理解，这些附图适当变更了比例尺。另外，附图所示的方式是用于实施的一个例子，并不限定于图示的方式。
图1是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置的图。
作为一例，示出了通过与交流电源2连接的电动机驱动装置1000来控制电动机3的情况。在本实施方式中，电动机3的种类没有特别限定，例如可以是感应电动机，也可以是同步电动机。另外，交流电源2和电动机3的相数不特别限定于本实施方式，例如可以是三相，也可以是单相。图1所示的例子将交流电源2和电动机3分别设为三相。作为交流电源2的一例，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。设置有电动机3的机械例如包括机床、机器人、锻压机械、注射成型机、工业机械、各种电器产品、火车、汽车、飞机等。
如图1所示，本公开的一个实施方式的电动机驱动装置1000具备转换系统100、逆变器102以及电容器103。转换系统100具备转换器101和冲击电流抑制电路1。冲击电流抑制电路1有时也被称为“预充电电路”或“初始充电电路”。
另外，电动机驱动装置1000具备对转换系统100内的转换器101的交流输入侧与交流电源2之间的电路进行开闭的电磁接触器104。电磁接触器104通过电磁接触器104的触点闭合(接通)来实现将转换器101的交流输入侧与交流电源2之间电连接的关闭状态，通过电磁接触器104的触点打开(断开)来实现将转换器101的交流输入侧与交流电源2之间电切断的打开状态。在电动机驱动装置1000的电源接通前，电磁接触器104的触点处于打开状态，另外，电容器103未被充电。将电磁接触器104从打开状态切换为关闭状态来接通电动机驱动装置1000的电源时，开始电容器103的预充电。此外，只要能够对转换器101的交流输入侧与交流电源2之间的电路进行开闭，则也可以使用例如继电器、半导体开关元件等来代替电磁接触器104。
转换器101将经由处于关闭状态的电磁接触器104从交流电源2输入的交流电源电压转换为直流电压，将该直流电压输出到作为转换器101的直流输出侧的DC链路。转换器101在交流电源2为三相交流电源的情况下由三相桥电路构成，在交流电源2为单相交流电源的情况下由单相桥电路构成。在图1所示的例子中，将交流电源2设为三相交流电源，因此转换器101由三相桥电路构成。作为转换器101的例子，有二极管整流器、120度通电方式整流器以及PWM开关控制方式整流器等。在图1所示的例子中，转换器101由二极管整流器构成。例如，在转换器101由120度通电方式整流器以及PWM开关控制方式整流器构成的情况下，由开关元件以及与其逆并联连接的二极管的桥电路构成，根据从上位控制装置(未图示)接收到的驱动指令对各开关元件进行接通断开控制，在交直双向进行电力变换。在该情况下，作为开关元件的例子，有FET、IGBT、晶闸管、GTO(Gate Turn-OFF thyristor：栅极关断晶闸管)、晶体管等，但也可以是其他半导体元件。
电容器103与转换器101的直流输出侧并联连接。电容器103有时也被称为“DC链路电容器”或“平滑电容器”。电容器103具有抑制转换器101的直流输出的脉动量的功能以及蓄积逆变器102为了生成交流电而使用的直流电的功能。作为电容器103的例子，例如有电解电容器、薄膜电容器等。
逆变器102经由电容器103与转换器101的直流输出侧连接，将转换器101的直流输出侧的直流电压变换为用于驱动电动机3的交流电压，并将该交流电压向逆变器102的交流输出侧输出。逆变器102由开关元件以及与其反向并联连接的二极管的桥电路构成。逆变器102在电动机3为三相交流电动机的情况下由三相桥电路构成，在电动机3为单相交流电动机的情况下由单相桥电路构成。在图1所示的例子中，将电动机3设为三相交流电动机，因此逆变器102由三相桥电路构成。逆变器102例如通过PWM开关控制方式来控制其电力变换动作。即，逆变器102接受来自上位控制装置(未图示)的PWM开关指令，将DC链路中的直流电压变换为用于驱动电动机3的交流电压并输出到电动机3，并且在电动机再生时将由电动机3再生的交流电压变换为直流电压并输出到DC链路。
与一般的电动机驱动装置同样地，通过上位控制装置(未图示)来控制逆变器102的电力变换动作。即，上位控制装置基于电动机3的速度(速度反馈)、流过电动机3的绕组的电流(电流反馈)、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。基于由上位控制装置生成的PWM开关指令，控制逆变器102的电力变换动作。
为了抑制在电动机驱动装置1000开始驱动电动机3之前对电容器103进行预充电(初始充电)时可能产生的冲击电流，在转换器101的直流输出侧与电容器103之间或者转换器101的交流输入侧设置冲击电流抑制电路1。在图1所示的例子中，冲击电流抑制电路1设置在转换器101的直流输出侧与电容器103之间。更详细而言，在图1所示的例子中，冲击电流抑制电路1设置在转换器101的直流侧正极端子与电容器103的正极端子之间。或者，冲击电流抑制电路1也可以设置在转换器101的直流侧负极端子与电容器103的负极端子之间。
冲击电流抑制电路1具备电阻11、开关12、交流电源电压检测部13以及开关控制部14。
在图1所示的例子中，冲击电流抑制电路1内的电阻11设置在转换器101的直流侧正极端子与电容器103的正极端子之间。此外，虽然在此未图示，但在冲击电流抑制电路1设置于转换器101的直流侧负极端子与电容器103的负极端子之间的情况下，电阻11设置于转换器101的直流侧负极端子与电容器103的负极端子之间。
开关12与电阻11并联连接。开关12通过开关控制部14的控制，选择性地切换可动触点和固定触点开放(断开)的打开状态和可动触点与固定触点闭合(接通)的关闭状态。作为开关12的例子，有晶闸管、IGBT等半导体开关元件、继电器等机械式开关等。在开关12处于打开状态时，形成经由电阻11从转换器101通向电容器103和逆变器102的电路。在开关12处于关闭状态时，形成不经由电阻11的短路电路，即不经由电阻11而将转换器101与电容器103以及逆变器102直接连接。在电动机驱动装置1000的电源接通前，开关12处于打开状态。在电容器103的预充电期间中，开关12维持打开状态，从转换器101输出的电流经由电阻11作为充电电流流入电容器103，电容器103被充电(预充电)。在电容器103的预充电期间中，从转换器101输出的电流流过电阻11，因此能够防止冲击电流的产生。之后，如后所述，通过开关控制部14的控制，开关12从打开状态切换为关闭状态，完成电容器103的预充电。在电容器103的预充电完成后，从转换器101输出的直流电流通过处于关闭状态的开关12流向逆变器102和电容器103，转移到能够驱动电动机3的状态。
交流电源电压检测部13检测是否向转换器101输入了交流电源电压。交流电源电压检测部13具备具有发光元件31以及受光元件32的光电耦合器。发光元件31经由电阻33串联连接在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间(各相电力线的线间)。作为发光元件31的例子，例如有发光二极管(LED)等。在图1所示的例子中，发光元件31的信号输入端子例如连接于R相-S相、S相-T相或T相-R相中的任一相间(线间)。受光元件32的信号输出端子与开关控制部14连接。受光元件32在接收到从发光元件31发出的光时，向开关控制部14输出表示向转换器101输入了交流电源电压的信号。作为受光元件32的例子，例如有光电晶体管、光电IC、光电晶闸管、光电二极管等。
在电动机驱动装置1000的电源接通前，电磁接触器104的触点处于打开状态，因此在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间不产生电位差，因此发光元件31不发光，因此没有来自受光元件32的信号输出。当电磁接触器104从打开状态切换为关闭状态而接通电动机驱动装置1000的电源时，在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间产生电位差，因此发光元件31发光，受光元件32接收该光并输出信号。这样，在交流电源电压检测部13中，基于“从没有受光元件32的信号输出的状态切换为有信号输出的状态”，检测“有交流电源电压向转换器101的输入”。交流电源电压检测部13的检测结果被发送到开关控制部14。
在图1所示的例子中，发光元件31由以导通方向成为反向的方式彼此反向并联连接的两个发光二极管构成。即使发生雷击电涌等而在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间产生过电压(过大的电位差)，对于两个发光二极管中的任一方，也仅施加正向电压程度的电压，因此发光二极管不会被破坏。因此，包含交流电源电压检测部13的冲击电流抑制电路1不会发生故障，寿命长。
在交流电源电压检测部13检测到交流电源电压向转换器101的输入后经过了规定时间之后，开关控制部14将开关12从打开状态切换为所述关闭状态。因此，开关控制部14具有从交流电源电压检测部13检测到交流电源电压向转换器的输入的时间点起开始计时的计时器21。开关控制部14在由计时器21计时的时间达到了上述规定时间时，将开关12从打开状态切换为关闭状态。
关于在开关控制部14内的计时器21的计时时使用的上述“规定时间”，需要在电动机驱动装置1000实际运用之前事先取得。上述“规定时间”例如被设定为从将电磁接触器104从打开状态切换为关闭状态起到经由电阻11的电容器103的预充电完成为止所需的时间。电容器103的预充电完成时的电压例如被设定为比交流电源电压峰值低规定的设计值的值。例如，可以利用交流电源2的电压值、电阻11的电阻值、电容器103、转换器101的损耗、以及各电力线的电阻值和电感等各种参数按照欧姆定律和基尔霍夫定律等物理定律预先计算得到上述“预定时间”。或者，也可以通过实验使电动机驱动装置1000进行动作来取得(测量)上述“规定时间”，或者基于计算机的模拟结果来取得上述“规定时间”。在构建开关控制部14内的计时器21的软件程序上规定所取得的上述“规定时间”。或者，也可以将上述“规定时间”的值存储于例如开关控制部14内的存储部(未图示)，使计时器21读入该存储的“规定时间”来进行计时。存储部由例如EEPROM(注册商标)等那样的能够电擦除/记录的非易失性存储器、或者例如DRAM、SRAM等那样的能够高速读写的随机存取存储器等构成。另外，如果通过可改写的存储器实现存储部，则即使在暂时设定了“规定时间”之后，也能够根据需要变更为适当的值。
开关控制部14和上位控制装置(未图示)可以由模拟电路和运算处理装置的组合构成，或者也可以仅由运算处理装置构成，或者也可以仅由模拟电路构成。例如，在以软件程序形式构建开关控制部14和上位控制装置的情况下，使运算处理装置按照该软件程序进行动作，从而能够实现开关控制部14和上位控制装置的各功能。或者，也可以将开关控制部14以及上位控制装置作为写入了实现各部的功能的软件程序的半导体集成电路来实现。或者，也可以将开关控制部14以及上位控制装置作为写入了实现各部的功能的软件程序的记录介质来实现。例如在转换器101由120度通电方式整流器或PWM开关控制方式整流器构成的情况下，也可以在用于控制该转换器101的电力变换动作的控制装置内设置开关控制部14。或者，开关控制部14例如可以设置在机床的数值控制装置内，也可以设置在控制机器人的机器人控制器内。
图1所示的交流电源电压检测部13内的光电耦合器中的发光元件31由彼此反向并联连接的两个发光二极管构成。作为其变形例，也可以进一步简化发光元件31的结构。图2是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路、转换系统以及电动机驱动装置中的交流电源电压检测部的变形例的图。如图2所示，发光元件31由一个发光二极管构成，非发光的二极管34以导通方向与该发光元件31(发光二极管)相反方向的方式并联连接。图2所示的例子与图1所示的例子相比，具有能够用廉价的非发光的二极管34代替发光二极管的优点。另一方面，图1所示的例子与图2所示的例子相比，具有交流电源电压的检测延迟少的优点。另外，除此以外的电路构成要素与图1所示的电路构成要素相同，因此，对相同的电路构成要素标注相同符号并省略关于该电路构成要素的详细说明。
图3是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路内的电阻和开关设置在转换器的交流输入侧的情况的图。在图3所示的例子中，示出了由冲击电流抑制电路1内的电阻11和开关12构成的组设置在转换器101的交流输入侧的三相中的两相的电力线上的情况。另外，在图3所示的例子中，交流电源电压检测部13内的发光元件31设置在设有由电阻11和开关12构成的组的2相的电力线的相间(线间)。作为该变形例，也可以将交流电源电压检测部13内的光电耦合器的发光元件31设置在设有由电阻11和开关12构成的组的一相的电力线与未设有由电阻11和开关12构成的组的一相的电力线的相间(线间)。另外，也可以将由电阻11和开关12构成的组设置在转换器101的交流输入侧的全部3相的电力线上。另外，除此以外的电路构成要素与图1所示的电路构成要素相同，因此，对相同的电路构成要素标注相同符号并省略关于该电路构成要素的详细说明。
图4是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路内的光电耦合器设置于与转换器的交流输入侧连接的三相的电力线的全部的情况的图。如图4所示，在与转换器的交流输入侧连接的3相的电力线的全部设置交流电源电压检测部13内的光电耦合器的情况下，需要两个光电耦合器。在开关控制部14中，如果取得从两个光电耦合器的受光元件32输出的信号的逻辑和，则在从两个受光元件32中的某一个有信号输出时，能够检测“有向转换器101的交流电源电压的输入”。因此，图4所示的光电耦合器为2个的例子与图1所示的光电耦合器为1个的例子相比，具有检测延迟小的优点。另外，图4所示的光电耦合器为两个的例子具有如下优点：即使在假设存在交流电源2的三相中的一相发生故障的缺相的情况下，也能够利用与剩余的正常的两相电力线连接的光电耦合器检测“有向转换器101的交流电源电压的输入”。此外，在图4所示的例子中，由冲击电流抑制电路1内的电阻11和开关12构成的组设置在转换器101的直流输出侧，但也可以设置在交流输入侧的三相的电力线上或两相的电力线上。除此以外的电路构成要素与图1所示的电路构成要素相同，因此对相同的电路构成要素标注相同符号并省略该电路构成要素的详细说明。
图5是表示本公开的一个实施方式的冲击电流抑制电路的操作流程的流程图。
在电动机驱动装置1000的电源接通前，电磁接触器104的触点处于打开状态，另外，电容器103未被充电。此时，开关12处于打开状态(步骤S201)。
在步骤S202中，交流电源电压检测部13检测是否向转换器101输入了交流电源电压。当电磁接触器104从打开状态切换为关闭状态而接通电动机驱动装置1000的电源时，开始电容器103的预充电。在电容器103的预充电期间，开关12维持打开状态，从转换器101输出的电流经由电阻11作为充电电流流向电容器103。在电容器103的预充电期间，从转换器101输出的电流流过电阻11，因此能够防止冲击电流的产生。另外，当电磁接触器104从打开状态切换为关闭状态时，在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间产生电压，因此发光元件31发光，受光元件32接收该光并输出信号。交流电源电压检测部13在检测到“从没有受光元件32的信号输出的状态切换为有信号输出的状态”时，判定为检测到交流电源电压向转换器101的输入，进入步骤S203。交流电源电压检测部13的检测结果被发送到开关控制部14。
在步骤S203中，开关控制部14内的计时器21从交流电源电压检测部13检测到向转换器输入交流电源电压的时间点(步骤S202)开始计时。
在步骤S204中，开关控制部14判定由计时器21计时的时间是否达到了规定时间。如上所述，“规定时间”是到电动机驱动装置1000的实际运用前为止事先取得的值，例如被设定为从将电磁接触器104从打开状态切换为关闭状态起到经由电阻11的电容器103的预充电完成为止所需的时间。在步骤S204中判定为由计时器21计时的时间达到了规定时间的情况下，进入步骤S205。
在步骤S205中，开关控制部14将开关12从打开状态切换为关闭状态。由此，完成电容器103的预充电。在电容器103的预充电完成后，从转换器101输出的直流电流通过处于关闭状态的开关12流向逆变器102和电容器103，转移到能够驱动电动机3的状态。
如以上说明的那样，根据本公开的一个实施方式，设置从交流电源电压检测部13检测到交流电源电压向转换器101的输入的时间点起开始计时的计时器21，在由计时器21计时的时间达到了规定时间时，将开关12从打开状态切换为关闭状态来完成电容器103的预充电。
图6是表示根据交流电源电压峰值与DC链路电压的比较结果来判定是否完成了电容器的预充电的现有的冲击电流抑制电路的图。图6所示的现有的电动机驱动装置5000具备：转换器501，其将经由电磁接触器504从交流电源2供给的交流电源电压变换为直流电压；逆变器502，其将直流电压变换为用于驱动电动机3的交流电压；电容器503，其设置在转换器501的直流输出侧与逆变器502的直流输入侧之间；电阻511；开关512，其与电阻511并联连接；以及开关控制部514，其控制开关512。以往，在根据交流电源电压峰值与DC链路电压的比较结果来判定是否完成了电容器503的预充电的情况下，必须设置交流电源电压峰值检测部513、DC链路电压检测部515以及用于对交流电源电压峰值与DC链路电压进行比较的比较部521，存在电路复杂化的问题。另外，在交流电源电压峰值检测部513中使用二极管来检测交流电源电压峰值，但如果因雷击而发生雷击浪涌，则二极管有可能被破坏。
与此相对，根据本公开的一个实施方式，如参照图1～图5所说明的那样，设置从交流电源电压检测部13检测到交流电源电压向转换器101的输入的时间点起开始计时的计时器21，在由计时器21计时的时间达到了规定时间时，将开关12从打开状态切换为关闭状态来完成电容器103的预充电。因此，无需设置用于分别检测交流电源电压峰值和DC链路电压的电路以及将交流电源电压峰值与DC链路电压进行比较的电路，构造容易，成本低。另外，在图1、图3以及图4的实施方式的情况下，即使假设发生雷击浪涌等而在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间产生了过电压，由于对交流电源电压检测部13内的2个发光二极管中的某一方仅施加正向电压程度的电压，所以发光二极管也不会被破坏。因此，包含交流电源电压检测部13的冲击电流抑制电路1不会发生故障，寿命长。另外，在本公开的一个实施方式中，即使假设在从转换器101的控制部指示预充电开始起到实际将电磁接触器104从断开切换为接通为止的一系列动作的期间设定了用于电动机驱动装置1000的安全序列，根据本公开的一个实施方式，也在从交流电源电压检测部13检测到向转换器101输入交流电源电压的时间点起达到了规定时间时将开关12从打开状态切换为关闭状态来完成电容器103的预充电，因此不会受到任何该安全序列的影响。
图7是表示根据设置于转换器的交流输入侧的电磁接触器的辅助触点接通来检测电源接通的现有的电动机驱动装置的图。在以根据设置于转换器501的交流输入侧的电磁接触器505的辅助触点516接通来检测对电动机驱动装置5000接通了电源、并在该检测定时开始电容器503的预充电的方式构成电动机驱动装置5000的情况下，必须设置用于检测电磁接触器505的辅助触点516的接通的电路和配线，存在作业者对电动机驱动装置5000的设计和设定的工时增加的问题。
与此相对，根据本公开的一个实施方式，如参照图1～图5所说明的那样，仅通过将光电耦合器的发光元件31串联连接在与转换器101的交流输入侧连接的各相电力线的相间并将光电耦合器的受光元件与开关控制部14连接，就能够容易地构建用于检测对电动机驱动装置1000接通了电源的交流电源电压检测部13，因此能够避免作业者对电动机驱动装置1000的设计和设定的工时的增加。
符号说明
1冲击电流抑制电路
2交流电源
3电动机
11电阻
12开关
13交流电源电压检测部
14开关控制部
21计时器
31发光元件
32受光元件
33电阻
34二极管
100转换系统
101转换器
102逆变器
103电容器
104电磁接触器
1000电动机驱动装置。

Claims (7)

1.一种冲击电流抑制电路，其抑制与转换器的直流输出侧并联连接的电容器的预充电时的冲击电流，所述转换器将交流电源电压变换为直流电压，其特征在于，所述冲击电流抑制电路具备：
电阻，其设置在所述转换器的直流输出侧与所述电容器之间或者设置在所述转换器的交流输入侧；
开关，其与所述电阻并联连接，选择性地切换形成经由所述电阻的电路的打开状态和形成不经由所述电阻的短路电路的关闭状态；
交流电源电压检测部，其检测是否向所述转换器输入了所述交流电源电压；以及
开关控制部，其在从所述交流电源电压检测部检测到向所述转换器输入所述交流电源电压起经过了规定时间之后，将所述开关从所述打开状态切换为所述关闭状态。
2.根据权利要求1所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，
所述开关控制部具有：计时器，其从所述交流电源电压检测部检测到向所述转换器输入所述交流电源电压的时间点起开始计时，
在由所述计时器计时的时间达到了所述规定时间时，所述开关控制部将所述开关从所述打开状态切换为所述关闭状态。
3.根据权利要求1或2所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，
所述交流电源电压检测部具备：光电耦合器，其具有串联连接在与所述转换器的交流输入侧连接的各相电力线的相间的发光元件以及与所述开关控制部连接的受光元件，
所述受光元件在接收到从所述发光元件发出的光时，向所述开关控制部输出表示向所述转换器输入了所述交流电源电压的信号。
4.根据权利要求3所述的冲击电流抑制电路，其特征在于，
所述发光元件由彼此反向并联连接的两个发光二极管构成。
5.一种转换系统，其特征在于，具备：
转换器，其将交流电源电压变换为直流电压；以及
权利要求1～4中的任一项所述的冲击电流抑制电路，其与所述转换器连接。
6.一种电动机驱动装置，其特征在于，具备：
权利要求5所述的转换系统；
电容器，其与所述转换系统内的所述转换器的直流输出侧并联连接；以及
逆变器，其经由所述电容器与所述转换器的直流输出侧连接，将所述转换器的直流输出侧的直流电压变换为用于电动机驱动的交流电压并输出。
7.根据权利要求6所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述电动机驱动装置具备：电磁接触器，其对所述转换系统内的所述转换器的交流输入侧与交流电源之间的电路进行开闭。
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