CN1592068A

CN1592068A - 浪涌电压抑制装置

Info

Publication number: CN1592068A
Application number: CNA2004100582121A
Authority: CN
Inventors: 松原俊介; 君岛正巳; 山田裕一
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2005-03-09
Also published as: US20050047050A1; JP2005073439A; JP3742636B2; EP1511148A2

Abstract

在连接逆变器和电动机的U、V、W相的各动力线间、以及这些动力线和地之间，分别连接半导体浪涌吸收元件。这些半导体浪涌吸收元件，具有其两端子间一达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特性。

Description

浪涌电压抑制装置

技术领域

本发明，涉及控制由逆变器PWM控制电动机时在电动机中发生的浪涌电压的浪涌电压抑制装置。

背景技术

在由逆变器PWM(脉冲宽度调制)控制电动机进行驱动控制的场合，是由PWM控制的功率晶体管等开关元件的开关，从直流电压产生交流电压，并将该交流电压加到电动机的各相线圈上，来驱动控制电动机的。

在PWM控制这样的电动机的场合，由于是用开关元件ON/OFF控制直流电压，所以，在连接电动机的动力线长的情况下，该动力线所拥有电感变大，而在电动机内的3相线圈间和3相线圈与地之间产生浪涌电压。存在有由于浪涌电压、而造成在电动机内的3相线圈间和3相线圈与地之间的绝缘劣化的问题。

作为防止由该浪涌电压引起的绝缘劣化的方法，传统上，是采用这样的方法：在逆变器和电动机之间设置用电抗器和电容器构成的滤波器，来消除该浪涌电压。

另外，在特开平8-23682号公报中所公布的浪涌电压抑制装置中，在接往电动机3相线圈的动力线上连接3相二极管桥，将电容和电阻并联到3相二极管桥的输出，使该电容器成为被充电到逆变器输出电压的最大值的状态。而后，一发生浪涌电压，就通过3相二极管桥由电容器吸收该浪涌的能量，另外，这个被吸收能量，由与电容并联的电阻、或在逆变器正负直流母线端子上所连接的电抗器等消耗掉。

然而，在由使用电抗器和电容器构成的滤波器来抑制浪涌电压的方法中，存在这样的问题：需要扩大设置滤波器装置所需要的场地，故此，成本高。

另外，在通过3相二极管桥将浪涌电压吸收到电容器中的在上述特开平8-23682号公报中所公布的方法中，存在这样的问题：在电阻中总流有电流、白白地消耗能量。

发明内容

本发明，是抑制在由PWM控制的逆变器所驱动的电动机中发生的浪涌电压的浪涌电压抑制装置；是做成：通过将具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件、连接到电动机的动力线，来抑制在电动机的相间和相与地之间发生的浪涌电压。

更具体地说，是将上述半导体浪涌吸收元件，连接到电动机的动力线的相间和各相与地之间，来构成浪涌电压抑制装置。或者，是将上述半导体浪涌吸收元件，连接到电动机的动力线的相间或各相与地之间，来构成浪涌电压抑制装置。更进一步，是将上述半导体浪涌吸收元件一边的端子分别连接到电动机的动力线上，将另一边的端子，连接到一边的端子被连接到了地的半导体浪涌吸收元件的另一边的端子来构成浪涌电压抑制装置。

另外，将电动机的动力线的各相连接到3相全波整流电路，将上述半导体浪涌吸收元件连接到该全波整流电路的正端子和负端子之间、正端子和地之间以及负端子和地之间、来构成浪涌电压抑制装置。或者，将电动机的动力线的各相连接到3相全波整流电路，在该全波整流电路的正端子和负端子之间，连接上述半导体浪涌吸收元件，或者在正端子和地之间以及负端子和地之间连接上述半导体浪涌吸收元件、来构成浪涌电压抑制装置。

将这个半导体浪涌吸收元件安装在印刷电路基板上，构成为使其将该印刷电路基板收纳入密闭结构的框体内，以防止在半导体浪涌吸收元件和印刷电路基板上粘附切削粉和切削油。再者，还做成使其与附属于电动机的端子箱公用这个筐体。

若依据本发明，可以提供杜绝无谓的能量消耗、小型且只吸收浪涌能量的浪涌电压抑制装置。若依据本发明，由于结构简单设置场地也小，能确实地吸收浪涌能量，可以防止电动机各相间以及各相与地之间的绝缘劣化。

附图说明

本发明的上述的以及其他的目的和特征，从参照附图的以下实施例子的说明中会更加清楚。这些图中：

图1是本发明第1实施方式的主要部分框图。

图2是本发明第2实施方式的主要部分框图。

图3是本发明第3实施方式的主要部分框图。

图4是本发明第4实施方式的主要部分框图。

图5是本发明第5实施方式的主要部分框图。

图6是本发明第6实施方式的主要部分框图。

图7是本发明第7实施方式的主要部分框图。

图8A和图8B是各实施方式中的半导体浪涌吸收元件的实际安装方式的例子说明图，图8A是取掉了筐体顶盖时的平面图，图8B是取掉了筐体侧板时的侧面图。

图9是各实施方式中的半导体浪涌吸收元件的另外的例子说明图。

具体实施方式

图1是本发明第1实施方式的主要部分框图。

符号1是由PWM控制将直流电压变换为交流电压的逆变器，这是历来众所周知的装置。将功率晶体管等开关元件Q和二极管D并联连接的组对，在U、V、W各相中被串联连接到直流电源的正、负端子之间。来自该逆变器1的各相的输出，由将功率晶体管等开关元件Q和二极管D并联连接的组对的串接点取出，经由各动力线4u、4v、4w，分别被连接到电动机2的U、V、W相的各线圈。再者，逆变器1内的符号C，是直流电源的电容。

而后，具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件3(3a～3f)被连接到各相间和各相与地之间。亦即，在U相的动力线4u和V相的动力线4v间连接有半导体浪涌吸收元件3a，在V相的动力线4v和W相的动力线4w间连接有半导体浪涌吸收元件3b，在U相的动力线4u和W相的动力线4w间连接有半导体浪涌吸收元件3c。在U相、V相、W相的各动力线4u、4v、4w和地之间分别连接有半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f。

这个半导体浪涌吸收元件3，串接多个半导体浪涌吸收元件，做成使其可获得所希望的箝位电压，例如电动机的耐压电压为1000V的场合，可以串接多个半导体浪涌吸收元件来调整为使其将箝位电压做成为不满1000V的、如700V。

根据PWM信号开关元件Q进行开关动作来驱动电动机2，由于由这个开关动作而产生的浪涌电压，当半导体浪涌吸收元件3的两端间的电压达到预先所设定的箝位电压以上时，该半导体浪涌吸收元件3导通流过电流、将动力线4的电压箝位到所设定的希望电压，来吸收浪涌电压。

例如，U相和V相的动力线4u、4v间的电压，由于浪涌电压，一旦达到在半导体浪涌吸收元件3a中所设定的箝位电压(例如700V)以上，由于该半导体浪涌吸收元件3a导通流过电流，所以，动力线4u、4v间的电压，不超过箝位电压，可以防止U相和V相的线圈间的绝缘劣化。

同样，V相和W相间、U相和W相间的电压，由于浪涌电压，一旦超过半导体浪涌吸收元件3b、3c的箝位电压，各半导体浪涌吸收元件3b、3c导通、流过电流吸收浪涌电压。另外，各相与地之间的电压，一旦超过半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f中所设定的箝位电压，通过各半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f导通而流过电流，来吸收浪涌电压，所以，可以防止由浪涌电压所造成的各相间的绝缘劣化、各相与地之间的绝缘劣化。

而且，各半导体浪涌吸收元件3(3a～3f)，由于其两端子间的电压只消耗由开关元件Q的开关动作等产生的浪涌能量，所以，没有无谓白白地消耗，效率高。

图2是本发明第2实施方式的主要部分框图。

该第2实施方式，取消了图1所示的第1实施方式中的在各相动力线4u、4v、4w间设置的半导体浪涌吸收元件3a、3b、3c，只在各相的动力线4u、4v、4w与地之间设置半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f。当各相的动力线4u、4v、4w与地之间的电压达到半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f的箝位电压以上时，各半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f导通吸收浪涌电压。

图3是本发明第3实施方式的主要部分框图。

该第3实施方式，取消了图1所示的第1实施方式中的在各相动力线4u、4v、4w与地之间设置的半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f，只在各相的动力线4u、4v、4w之间设置半导体浪涌吸收元件3a、3b、3c。当在各相间由于浪涌电压使电压达到箝位电压以上时，半导体浪涌吸收元件3a、3b、3c导通，吸收浪涌电压。

上述的第1～第3实施方式，是根据电动机的技术规格和性质来使用，根据需要可以使用其中某一种方式。

图4是本发明第4实施方式的主要部分框图。

该第4实施方式，是做成：减少半导体浪涌吸收元件3的数目，且能达到与图1所示的第1实施方式同样的功能。在这个第4实施方式中，在连接逆变器1的各相输出和电动机的各相线圈的各相动力线4u、4v、4w上连接着半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f的一边的端子。另一方面，这些元件3d、3e、3f另一边的端子与半导体浪涌吸收元件3g的一边的端子相连接。而后，这个元件3g的另一边的端子被连接到地。

结果，U相的动力线4u，经由两个半导体浪涌吸收元件3d和3g的串联回路被连接到地。同样，V相的动力线4v，经由两个半导体浪涌吸收元件3e和3g的串联回路被连接到地、W相的动力线4w，经由两个半导体浪涌吸收元件3f和3g的串联回路被连接到地。

另外，U相和V相的动力线4u、4v间经由半导体浪涌吸收元件3d和3e连接、V相和W相的动力线4v、4w间经由半导体浪涌吸收元件3e和3f连接、U相和W相的动力线4u、4w间经由半导体浪涌吸收元件3d和3f连接。

例如，假定各相间的箝位电压和各相与地之间的箝位电压为700V，图1所示的各半导体浪涌吸收元件3a～3f，为使总箝位电压为700V必须连接多个半导体浪涌吸收元件。

另一方面，为了用图4所示的第4实施方式达到与上述的第1实施方式的例子同样的功能，各半导体浪涌吸收元件3d～3g的箝位电压是350V即可。即，U-V相间由于是经由半导体浪涌吸收元件3d和3e连接的，所以，箝位电压为700V，同样，V-W相间、U-W相间也是经由半导体浪涌吸收元件3e和3f、半导体浪涌吸收元件3d和3f连接的，所以这些各相间的电压被箝位到700V。

另外，各相动力线4u、4v、4w，由于是经由各半导体浪涌吸收元件3d、3e、3f和半导体浪涌吸收元件3g被连接到地，所以，各相对于地也被箝位到700V，通过这些半导体浪涌吸收元件3d～3g吸收浪涌电压。

比较该图4所示的第4实施方式和图1所示的第1实施方式，显而易见，半导体浪涌吸收元件3数目，第4实施方式这方从6个减少到了4个。再者，第4实施方式的各半导体浪涌吸收元件3d～3g，各自的箝位电压，与图1所示的第1实施方式的半导体浪涌吸收元件3相比，为其1/2即可，所以，可以减少构成半导体浪涌吸收元件3的半导体浪涌吸收元件的数目，就整体而言，由于减少了半导体浪涌吸收元件的数目，故此，可以廉价地构成。

图5是本发明第5实施方式的主要部分框图。

这个第5实施方式，是做成：通过3相全波整流电路5检测电压来吸收浪涌电压。

3相全波整流电路5的输入端子，被分别连接到U、V、W各相的动力线，输出端子之间，由半导体浪涌吸收元件3h连接，与此同时，该3相全波整流电路5的正侧输出端子经由半导体浪涌吸收元件3j被连接到地。另外，3相全波整流电路5的负端子经由半导体浪涌吸收元件3i被连接到地。再者，3相全波整流电路5中的符号D，是构成该3相全波整流电路5的二极管。

在不发生浪涌电压、通常的场合，由3相全波整流电路5所整流出的直流电压不超过各半导体浪涌吸收元件3h、3j、3i的箝位电压，半导体浪涌吸收元件3h、3j、3i不导通。

另一方面，由于浪涌电压，当相间电压超过半导体浪涌吸收元件3h的箝位电压时，半导体浪涌吸收元件3h导通吸收浪涌电压。另外，当对于地发生正的浪涌电压而超过半导体浪涌吸收元件3j的箝位电压时，该半导体浪涌吸收元件3j导通吸收该浪涌电压。同样，当对于地发生负的浪涌电压而超过半导体浪涌吸收元件3i的箝位电压时，该半导体浪涌吸收元件3i导通吸收该浪涌电压。

图6是本发明的第6实施方式，这个第6实施方式，是不设置在图5所示的第5实施方式中、被连接到3相全波整流电路5的输出端子间、箝位相间电压的半导体浪涌吸收元件3h，其他与图5的第5实施方式是同样的，作用也只是没有3相全波整流电路5的输出端子间的半导体浪涌吸收元件3h的作用，其他与第5实施方式是同样的。

图7是本发明的第7实施方式，这个第7实施方式，是取除了在图5所示的第5实施方式中、3相全波整流电路5的输出端子和地间的半导体浪涌吸收元件3i、3j。作用和在第5实施方式说明过的3相全波整流电路5的输出端子间的半导体浪涌吸收元件3h的作用是同样的。

该第5～第7中所示的实施方式，也是根据电动机的技术规格选择性地适用。

图8A和图8B，是在上述的各实施方式中、半导体浪涌吸收元件3的实际安装方式的例子说明图。图8A是取掉筐体13的顶盖时的平面图，图8B是取掉筐体13的侧板时的侧面图。

半导体浪涌吸收元件3，被安装在印刷电路基板10上，该印刷电路基板10被收纳在密闭结构的筐体13中。动力线电缆11通过导线连接器14被安装到该筐体13，由导线连接器14的部分取出U、V、W相的动力线4u、4v、4w和地线4g，由印刷电路基板10所设的螺丝12将其拧到印刷电路基板10上，来与各半导体浪涌吸收元件3进行电气连接。

筐体13，在这个实施方式中是做成密闭结构。由于该逆变器和电动机是作为机床等的驱动来使用、被配置在周围环境差的场所，做成密闭结构，为的是由机床加工所产生的切削粉和切削油等，不粘附在印刷电路基板10和半导体浪涌吸收元件等上。如果是使用环境良好的场所，也未必要用密闭结构来构成筐体。

图9是与附属于电动机2的端子箱公用收容实际安装半导体浪涌吸收元件3的印刷电路基板10的筐体13。在电动机2中，设有收容连接该电动机的线圈和动力线4u、4v、4w的端子的端子箱，将这个端子箱作为收纳安装了半导体浪涌吸收元件3的印刷电路基板10的筐体13来公用。

Claims

1.一种浪涌电压抑制装置，

抑制在由PWM控制的逆变器所驱动的电动机中发生的浪涌电压，其特征为：

通过将具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件，连接到电动机的动力线，来抑制在电动机的相间或相与地之间发生的浪涌电压。

2.一种浪涌电压抑制装置，

将具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件，连接到了电动机的动力线的相间和各相与地之间。

3.一种浪涌电压抑制装置，

将具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件，连接到了电动机的动力线的相间或各相与地之间。

4.一种浪涌电压抑制装置，

将具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件的一边的端子，分别连接到电动机的各相的动力线上，将另一边的端子，连接到将一边端子连接到了地之间的半导体浪涌吸收元件的另一边的端子。

5.一种浪涌电压抑制装置，

将电动机的动力线的各相连接到3相全波整流电路，

在上述全波整流电路的正端子和负端子之间、正端子与地之间以及负端子与地之间，连接具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件。

6.一种浪涌电压抑制装置，

将电动机的动力线的各相连接到3相全波整流电路，

在上述全波整流电路的正端子和负端子之间，连接具有一旦达到规定的电压以上就流过电流并箝位电压的特征的半导体浪涌吸收元件，或者，在正端子和地之间以及负端子和地之间连接上述半导体浪涌吸收元件。

7.权利要求项1至6中任一项记载的浪涌电压抑制装置，其特征为：

上述半导体浪涌吸收元件安装在印刷电路基板上，该印刷电路基板收纳入密闭结构的框体。

8.权利要求项7记载的浪涌电压抑制装置，其特征为：

将上述密闭结构的框体与附属于电动机的端子箱公用。