JP2007236107A - Power supply protection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源の保護回路に関し、特に平滑用コンデンサがショートモードで故障したときに、交流電源を遮断するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a protection circuit for an AC power supply, and more particularly to a motor control device that cuts off an AC power supply when a smoothing capacitor fails in a short mode.
従来のモータ制御装置は、交流入力を直流出力に電力変換し、この直流電圧を電源として、インバータ部をスイッチング動作させ、モータに印加する電圧を制御してモータ電流を制御している。 A conventional motor control device converts an AC input into a DC output and uses the DC voltage as a power source to switch the inverter unit to control the voltage applied to the motor to control the motor current.
図3に示すように、交流電源31をダイオードブリッジ32で整流し、突入電流抑制抵抗器33を通して平滑用コンデンサ34に接続することにより、平滑用コンデンサ34の両端には交流電源31のピーク値にほぼ等しい直流電圧が得られる。平滑用コンデンサ34の端子間電圧が所定値を超えてかつモータを駆動させるための信号が制御回路(図示せず)から入力された時にリレー37が閉じる。
As shown in FIG. 3, the
インバータ部35では平滑用コンデンサ34の両端の直流電圧をスイッチング動作することによりモータ36に流れる電流を制御してモータ制御を実現していた (例えば、特許文献1参照)。
解決しようとする問題点は、平滑用コンデンサがショートモードで故障したとき、突入電流抑制抵抗器が整流後の直流ラインにあるため、突入電流抑制抵抗器はアークの発生によって容易に断線せず、安全に電源を遮断できない点である。 The problem to be solved is that when the smoothing capacitor fails in the short mode, the inrush current suppression resistor is in the DC line after rectification, so the inrush current suppression resistor is not easily disconnected by the occurrence of an arc, The point is that the power supply cannot be shut off safely.
このとき、平滑用コンデンサがオープンモードで故障すれば被害は最小限ですむが、ショートモードで故障すると、大電流が継続して突入電流抑制抵抗器に流れ、異常発熱して破壊するなどの問題が発生する。 At this time, if the smoothing capacitor fails in the open mode, the damage will be minimal, but if it fails in the short mode, a large current will continue to flow through the inrush current suppression resistor, causing abnormal heat generation and destruction. Will occur.
また、平滑用コンデンサは、長時間使用するうちに電解液が減り、最悪の場合にはショートモードで故障する可能性があった。 In addition, the smoothing capacitor has a possibility that the electrolytic solution is reduced after being used for a long time, and in the worst case, it may break down in a short mode.
従来のように、突入電流抑制抵抗器を直流ラインに配置すると、入力が3相電源であっても、突入電流抑制抵抗器は1つで済むメリットがある反面、平滑用コンデンサがショートモードで故障したとき、突入電流抑制抵抗器に大電流が流れ、アークの発生によって突入電流抑制抵抗器がすぐに破壊せず、電源を安全に遮断することができなかった。 If an inrush current suppression resistor is placed on the DC line as in the past, even if the input is a three-phase power supply, there is an advantage that only one inrush current suppression resistor is required, but the smoothing capacitor fails in the short mode. When this occurs, a large current flows through the inrush current suppression resistor, and the inrush current suppression resistor is not immediately destroyed by the occurrence of an arc, and the power supply cannot be safely shut off.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、平滑用コンデンサがショートモードで故障した場合であっても、電源を遮断できる安全性の高い電源保護回路を安価に提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an inexpensive and highly safe power protection circuit that can shut off power even when a smoothing capacitor fails in a short mode. .
上記の課題を解決するために本発明は、交流入力を直流出力に変換するダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの出力端に接続された平滑用コンデンサと、交流電源端子の一方と前記ダイオードブリッジ入力端子の一方の間に設けて過電流を遮断する過電流保護手段とを備え、前記リレーは、平滑用コンデンサの端子間電圧が所定値を超えてかつ
モータを駆動させるための信号が制御回路から入力された時に閉じ、前記過電流保護手段は、前記リレーが開のときに平滑用コンデンサの充電電流を熱消費し、平滑用コンデンサがショートモードで故障したときは、交流の過電流によって電気的にオープンにすることで交流電源と遮断する電源保護回路である。
In order to solve the above problems, the present invention provides a diode bridge for converting an AC input into a DC output, a smoothing capacitor connected to an output terminal of the diode bridge, one of AC power supply terminals, and the diode bridge input terminal The relay is provided with an overcurrent protection means for interrupting overcurrent, and the relay inputs a signal for driving the motor when the voltage across the terminals of the smoothing capacitor exceeds a predetermined value from the control circuit. When the relay is open, the overcurrent protection means heats up the charging current of the smoothing capacitor, and when the smoothing capacitor fails in the short mode, the overcurrent protection means is electrically It is a power protection circuit that shuts off AC power by opening it.
また、交流電源が3相のとき、リレーは2接点タイプで、2つ目の接点は、残り2相の一方とダイオードブリッジ入力端子間に接続され、前記2接点は同じ動作をする。 When the AC power supply is three-phase, the relay is a two-contact type, the second contact is connected between one of the remaining two phases and the diode bridge input terminal, and the two contacts perform the same operation.
本発明の電源保護回路によれば、過電流保護手段は正常時には突入電流を抑制して、平滑用コンデンサがショートモードで故障するとリレーは開状態となり、過電流保護手段に大電流が流れる。ところが交流電流なので必ずゼロクロスするためアークは発生せず、過電流保護手段は速やかに電気的にオープンとなり、安全性が向上する。 According to the power protection circuit of the present invention, the overcurrent protection means suppresses the inrush current when it is normal, and when the smoothing capacitor fails in the short mode, the relay is opened and a large current flows through the overcurrent protection means. However, since it is an alternating current, it always causes zero crossing, so no arc is generated, and the overcurrent protection means is quickly electrically opened, improving safety.
また、交流電源が3相の場合でも過電流保護手段は1つでよく、リレーを2接点タイプに置き換えるだけで部品点数が増加することなく、同様の効果が安価に得られる。 Further, even when the AC power supply is three-phase, only one overcurrent protection means is required, and the same effect can be obtained at low cost without increasing the number of parts simply by replacing the relay with a two-contact type.
また、過電流保護手段に電流遮断型ヒューズを用いれば、突入電流抑制抵抗器の焼失を防止でき、温度遮断型ヒューズを用いれば、突入電流抑制抵抗器の異常発熱に対しても安全に電源を遮断できる。 In addition, if a current interrupting fuse is used as the overcurrent protection means, the inrush current suppression resistor can be prevented from being burned out. If a temperature interrupting fuse is used, the power supply can be safely turned off even if the inrush current suppression resistor overheats. Can be blocked.
この電源保護回路を用いることで、平滑用コンデンサがショートモードで故障しても、インバータ部および直流電源などの破壊を防止でき、安全性および信頼性の向上したモータ制御装置を安価に得ることができる。 By using this power protection circuit, even if the smoothing capacitor fails in the short mode, it is possible to prevent the inverter and the DC power source from being destroyed, and to obtain a motor control device with improved safety and reliability at a low cost. it can.
交流入力を直流出力に変換するダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの出力端に接続された平滑用コンデンサと、交流電源端子の一方と前記ダイオードブリッジ入力端子の一方の間に設けて過電流を遮断する過電流保護手段とを備え、前記リレーは、平滑用コンデンサの端子間電圧が所定値を超えてかつモータを駆動させるための信号が制御回路から入力された時に閉じ、前記過電流保護手段は、前記リレーが開のときに平滑用コンデンサの充電電流を熱消費し、平滑用コンデンサがショートモードで故障したときは、交流の過電流によって電気的にオープンにすることで交流電源と遮断する。また、交流電源が3相のとき、リレーは2接点タイプで、2つ目の接点は、残り2相の一方とダイオードブリッジ入力端子間に接続され、前記2接点は同じ動作をする。 A diode bridge that converts AC input to DC output, a smoothing capacitor connected to the output terminal of the diode bridge, and provided between one of the AC power supply terminals and one of the diode bridge input terminals to block overcurrent. Overcurrent protection means, the relay is closed when the voltage between the terminals of the smoothing capacitor exceeds a predetermined value and a signal for driving the motor is input from the control circuit, the overcurrent protection means, When the relay is open, the charging current of the smoothing capacitor is consumed by heat. When the smoothing capacitor fails in the short mode, it is disconnected from the AC power source by being opened electrically by an AC overcurrent. When the AC power supply is three-phase, the relay is a two-contact type, the second contact is connected between one of the remaining two phases and the diode bridge input terminal, and the two contacts perform the same operation.
実施例1のモータ制御装置の入力電源は、単相電源である。 The input power supply of the motor control device according to the first embodiment is a single-phase power supply.
図1において、交流電源11の一方は、過電流保護手段13を介してダイオードブリッジ12の入力側に接続され、交流電源11の他方は、ダイオードブリッジ12の他の入力側に直接接続され、交流電力を直流電力に変換する。
In FIG. 1, one of the
過電流保護手段13は、突入電流抑制抵抗器13aと、電流遮断型ヒューズ13bとで構成され、直列に接続している。突入電流抑制抵抗器13aとしては、巻線タイプの抵抗器が一般的である。
The overcurrent protection means 13 includes an inrush
ダイオードブリッジ12の正電圧出力端子12aは、平滑用コンデンサ14の正電極端子4aに接続され、整流ダイオード12の負電圧出力端子12bは、平滑用コンデンサ14の負電極端子14bにそれぞれ接続される。
The positive
過電流保護手段13の両端にはリレー17が接続されており、電源投入時は開状態で、平滑用コンデンサ14の充電電流を過電流保護手段13で熱消費する。そして、平滑用コンデンサ14の端子間電圧が所定値を超えてかつモータを駆動させるための信号が制御回路(図示せず)から入力された時に閉じる。リレー17の開閉制御は、従来と同様に、平滑用コンデンサ14の端子間電圧を検出する検出回路(図示せず)およびモータを駆動させるための信号を出力する制御回路で制御される。
A relay 17 is connected to both ends of the overcurrent protection means 13. When the power is turned on, the relay 17 is open and the charging current of the
インバータ部15は、IGBTからなり、制御回路から出力されるゲートドライブ信号に基づいてPWM駆動される。
The
ところで、モータ制御装置の入力が、交流100Vで設計されている場合、平滑用コンデンサ14は、定格電圧160V(サージ電圧200V,活性電圧220V程度)タイプが通常使用される。これよりも高い定格電圧、例えば350Vのものを使用することもできるが、形状が大きくなり、値段も高くなるため、必要最小限の使用電圧のものが一般的に選定される。
By the way, when the input of the motor control device is designed with an alternating current of 100 V, the
交流100Vが接続された場合、過電流保護手段13、ブリッジダイオード12を介して、平滑用コンデンサ14の両端は交流100Vの波高値である直流約140Vに充電され、この直流電圧を電源としてインバータ部15はスイッチング動作を行い、モータ16に流れる電流を変化させることによりモータ制御を実現する。
When AC 100V is connected, both ends of the
しかしながら、モータ制御装置に誤って交流200Vを接続してしまった場合、過電流保護手段13、ダイオードブリッジ12を介して平滑用コンデンサ14の両端は交流200Vの波高値である直流約280Vまで充電され、平滑用コンデンサ14は、絶対最大電圧を超えて破壊に至る。
However, if AC 200V is accidentally connected to the motor control device, both ends of the
このとき、平滑用コンデンサ14がショートモードで破壊した場合、平滑用コンデンサ14の端子間電圧が降下してリレー17は開状態となり、過電流保護手段13およびダイオードブリッジ12に大電流が流れる。
At this time, when the
ところが、本発明では、過電流保護手段13を交流電源11とブリッジダイオード12間に配置しており、過電流保護手段13に流れる過電流はゼロクロスする交流電流であるためアークが発生せず、過電流保護手段13は速やかにオープン状態となるため、安全に交流電源11と遮断できる。
However, in the present invention, the overcurrent protection means 13 is disposed between the
なお、本発明の過電流保護手段は、アークの影響を受けず速やかにオープン状態にできるため突入電流抑制抵抗器のみで構成してもよい。また、実施例1の電流遮断型ヒューズを突入電流抑制抵抗器の発熱を検出する温度遮断型ヒューズに置き換えれば、突入電流抑制抵抗器の異常発熱に対しても遮断でき、安全性を確保することができる。 In addition, since the overcurrent protection means of this invention can be made into an open state rapidly, without being influenced by an arc, you may comprise only an inrush current suppression resistor. In addition, if the current interrupting fuse of Example 1 is replaced with a temperature interrupting fuse that detects the heat generation of the inrush current suppression resistor, it is possible to interrupt the abnormal heat generation of the inrush current suppression resistor and to ensure safety. Can do.
実施例2のモータ制御装置の入力電源は、3相電源である。実施例1と比べて、リレー、ダイオードブリッジの構成および接続方法が異なり、以下、相違点を中心に説明する。 The input power supply of the motor control apparatus according to the second embodiment is a three-phase power supply. Compared with the first embodiment, the configuration and connection method of the relay and the diode bridge are different, and the following description will focus on the differences.
図2において、3相交流電源21をダイオードブリッジ22で直流に電力変換する。直流電力に変換した後の構成および動作は実施例1と同じである。
In FIG. 2, a three-phase
リレー27は、同時に同じ動作をする2接点タイプで、3相ラインの内、2相のラインとブリッジダイオード22の入力間に接続する。一方のライン間には過電流保護手段23
を接続している。
The
Is connected.
このリレー27の配置が本発明の特徴であり、過電流保護手段23を1つ設けるだけで突入電流抑制と過電流遮断の両方が容易に実現できる。
The arrangement of the
まず、初期動作について説明する。交流電源21を投入すると、平滑用コンデンサ24は所定値に充電されておらず、リレー27は開状態である。
First, the initial operation will be described. When the
このため、平滑用コンデンサ24の端子間電圧が所定値に上昇するまで、2相による電力変換で平滑用コンデンサ24を充電する。
For this reason, the
平滑用コンデンサ24がフルチャージするまでの充電電流は、過電流保護手段23である突入電流抑制抵抗器で熱として消費される。
The charging current until the
そして、平滑用コンデンサ24の端子間電圧が所定値を超えてかつモータを駆動させるための信号が制御回路(図示せず)から入力されるとリレー27が閉じ、通常の3相による電力変換に移行する。
When the voltage between the terminals of the
ところで、モータ制御装置の交流入力200Vに対して、交流400Vの倍電圧が印加されると、実施例1と同様に平滑用コンデンサ24が破壊する。このとき、ショートモードで故障すると、端子間電圧が降下してリレー27が開状態となり、過電流保護手段23に過電流が流れる。実施例1と同様にこの過電流は交流電流なのでアークを発生せず、過電流保護手段23である突入電流抑制抵抗器は容易にオープン(断線)して速やかに電源を遮断することができる。
By the way, when a double voltage of AC 400V is applied to the AC input 200V of the motor control device, the smoothing
実施例2の過電流保護手段は、突入電流抑制抵抗器のみの構成で説明したが、実施例1と同様、電流遮断型ヒューズあるいは温度遮断型ヒューズを突入電流抑制抵抗器に直列接続しても同様に実施できる。 The overcurrent protection means of the second embodiment has been described with the configuration of only the inrush current suppression resistor. However, as in the first embodiment, a current interrupting fuse or a temperature interrupting fuse may be connected in series to the inrush current suppression resistor. The same can be done.
なお、2つの実施例ともモータ制御装置を用いて説明したが、モータ制御装置に限定するものではなく、交流入力を直流電力に変換した後に平滑用コンデンサを用いる装置であれば、同様に実施できる。 Although the two embodiments have been described using the motor control device, the present invention is not limited to the motor control device, and any device that uses a smoothing capacitor after converting AC input to DC power can be similarly implemented. .
本発明の電源保護回路は、交流入力を直流電力に変換して使用する制御装置に最適であり、特に3相交流電源を用いる産業用途などに有用である。 The power supply protection circuit of the present invention is most suitable for a control device that uses AC input converted into DC power, and is particularly useful for industrial applications using a three-phase AC power supply.
11,21 交流電源
12,22 ダイオードブリッジ
13,23 過電流保護手段
13a 突入電流抑制抵抗器
13b 電流遮断型ヒューズ
14,24 平滑用コンデンサ
15,25 インバータ部
16,26 モータ
17,27 電源リレー
11, 21
Claims (5)
The motor control apparatus carrying the power supply protection circuit of any one of Claims 1-4.
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