JP2008252966A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生電力処理回路がショートモードで故障しても、交流電源と遮断でき、回生処理能力のアップが容易にできる安全性の高いモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】交流電源１１の一方とダイオードブリッジ１４の入力端子の一方間に設けられ過電流を遮断する過電流保護回路１２と、過電流保護回路１２の両端に接続したリレー１３と、ダイオードブリッジ１４の出力端子間に直列に接続された回生電力処理回路１７および電流検出回路１８と、回生電力処理回路１７の回生用スイッチング素子１７ｂおよびリレー１３をオンオフ制御する制御回路１６とを備え、制御回路１６は、平滑用コンデンサ１５の端子電圧が所定電圧を超えたときにリレー１３を閉状態に、電流検出回路１８を介して回生用スイッチング素子１７ｂの動作信号と異なる一定信号を検出したときリレー１３を開状態に制御し、過電流保護回路１７を交流の過電流によって電気的にオープンにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源の保護に関し、特に回生用スイッチング素子がショートモードで故障したときに、交流電源と遮断するモータ駆動装置に関する。

産業用途のモータ駆動装置では、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。

一方、モータを急減速、急停止させると、モータが発電機として作用し、回生電力が平滑用コンデンサに印加されて異常発熱する。この異常発熱を防止するため、モータ駆動装置には、平滑用コンデンサの端子間に回生処理回路を内蔵あるいは外付けされ、必要に応じた回生処理能力を確保している。

回生電力発生時に、回生電力放電素子としての回生抵抗器に直列接続したスイッチ素子が短絡故障していると、回生抵抗器が発熱焼損する。このため、従来の回生電力処理回路は、スイッチ素子がオフしているにもかかわらず、電流検出器で電流を検出すれば、スイッチ素子が短絡故障していると判断し、回生抵抗器をバイパスする回路のサイリスタをＯＮさせ、ヒューズを溶断して、回生電力処理回路を保護していた。

一方、上述のヒューズや電流検出器を用いると高価になるため、スイッチ素子の短絡故障を検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に基づき、突入電流抑制素子に並列接続したスイッチ接点を開放する制御手段とを備え、突入電流抑制素子よりも定格容量の大きな回生電力放電素子を保護して、安価に構成した交流−直流変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１２９２９号公報

解決しようとする問題点は、上述した特許文献１のように、回生電力処理回路の短絡故障の検出手段にサーモスタットを用いると装置の構成が複雑になる点であり、回生電力の処理能力が不足する場合に、簡単に処理能力をアップさせることができない点である。

また、突入電流抑制抵抗器を直流電圧に変換された後に設けているため、直流の大電流で突入電流抑制抵抗器を電気的にオープンさせようとしてもアークによって容易に断線せず、交流電源を保護できない点である。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、回生電力処理回路のスイッチ素子がショートモードで故障しても、交流電源と遮断でき、回生処理能力のアップが容易にできる安全性の高いモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明は、回生抵抗器と回生用スイッチング素子を直列接続した回生電力処理回路で回生電力を放電処理するモータ駆動装置において、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間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られ過電流を遮断する過電流保護回路と、前記過電流保護回路の両端に接続した
リレーと、前記ダイオードブリッジの出力端子間に直列に接続された回生電力処理回路および電流検出回路と、前記回生電力処理回路の回生用スイッチング素子および前記リレーをオンオフ制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記平滑用コンデンサの端子電圧が所定電圧を超えたときに前記リレーを閉状態に、前記電流検出回路を介して前記回生用スイッチング素子の動作信号と異なる一定信号を検出したとき前記リレーを開状態に制御し、前記過電流保護回路を交流の過電流によって電気的にオープンにすることを特徴とするモータ駆動装置である。

また、前記過電流保護回路を、少なくとも突入電流抑制抵抗器または前記突入電流抑制抵抗器と直列接続した電流遮断型ヒューズにより構成してもよい。

また、前記過電流保護回路を、突入電流抑制抵抗器と直列接続され、前記突入電流抑制抵抗器の異常発熱を検出する温度遮断型ヒューズにより構成してもよい。

さらに、前記回生電力処理回路の回生抵抗器に、新たな回生抵抗器を並列に外部接続したモータ駆動装置である。

本発明のモータ駆動装置によれば、制御回路は、電流検出回路を介して回生用スイッチング素子の動作信号と異なる一定信号を検出したとき、回生用スイッチング素子の短絡故障を検出する。このとき、過電流保護回路の両端に接続したリレーを開状態にするため、交流の過電流が過電流保護回路に流れて電気的にオープンとなり、モータ駆動装置は交流電源と遮断され、安全性が確保される。

また、過電流保護回路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交流電源と遮断できる。

さらに、モータ駆動装置が内蔵している回生抵抗器に、新たな回生抵抗器を並列に外部接続することで、上記の効果に加えて回生処理能力を向上させることができる。

このように、回生用スイッチング素子がショートモードで故障しても、交流電源と遮断でき、回生処理能力のアップが容易にできる安全性の高いモータ駆動装置を得ることができる。

回生抵抗器と回生用スイッチング素子を直列接続した回生電力処理回路で回生電力を放電処理するモータ駆動装置において、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間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られ過電流を遮断する過電流保護回路と、前記過電流保護回路の両端に接続したリレーと、前記ダイオードブリッジの出力端子間に直列に接続された回生電力処理回路および電流検出回路と、前記回生電力処理回路の回生用スイッチング素子および前記リレーをオンオフ制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記平滑用コンデンサの端子電圧が所定電圧を超えたときに前記リレーを閉状態に、前記電流検出回路を介して前記回生用スイッチング素子の動作信号と異なる一定信号を検出したとき前記リレーを開状態に制御し、前記過電流保護回路を交流の過電流によって電気的にオープンにする。

以下、実施例１におけるモータ駆動装置のブロック図を用いて説明する。実施例１のモ
ータ駆動装置の入力電源は、単相電源である。

図１において、１１は交流電源、１２は過電流保護回路、１３はリレー、１４はダイオードブリッジ、１５は平滑用コンデンサ、１６は制御回路、１７は回生電力処理回路、１８は電流検出回路、１９はインバータ回路である。

交流電源１１の一方は、過電流保護回路１２を介してダイオードブリッジ１４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１４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。

ダイオードブリッジ１４の出力端子には、平滑用コンデンサ１５、さらに従来と同様のインバータ回路１９がそれぞれ並列に接続されている。この制御回路１６は、駆動回路（図示せず）をスイッチング制御してインバータ回路１９に接続された３相モータ２０を駆動制御する。

過電流保護回路１２は、突入電流抑制抵抗器１２ａと、電流遮断型ヒューズ１２ｂとで構成され、直列接続している。突入電流抑制抵抗器１２ａは、巻線タイプの抵抗器が一般的である。また、過電流保護回路１２の両端には従来と同様のリレー１３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１５の充電電流を突入電流抑制抵抗器１２ａで熱消費する。

一方、回生電力処理回路１７は、ダイオード１７ｃを並列接続した回生抵抗器１７ａと回生用スイッチング素子１７ｂとで構成され、回生抵抗器１７ａと回生用スイッチング素子１７ｂは直列接続されている。この回生電力処理回路１７には、さらに電流検出回路１８が直列接続され、ダイオードブリッジ１４の出力端子間に接続している。

また、回生抵抗器１７ａは、回生電力を処理するため突入電流抑制抵抗器１２ａよりも電流容量を大きくする必要があり、一般的に放熱器を備えている。回生用スイッチング素子１７ｂには、絶縁ゲート型のスイッチング素子を用いる。

制御回路１６は、平滑用コンデンサ１５の端子間電圧が所定値を超えると、リレー１３を開状態から閉状態に切り替える。また、回生電力によって平滑用コンデンサ１５の端子間電圧が規定以上に上昇すると、回生用スイッチング素子１７ｂのゲートをオンオフ動作させ、回生抵抗器１７ａに電流を流すことで回生電力を消費させる。

ところで、回生用スイッチング素子１７ｂがショートモードで破壊していると、電流検出回路１８に大電流が流れる。制御回路１６は、回生用スイッチング素子１７ｂのゲートをオンオフ信号と、電流検出回路１８から得られる信号とを比較しており、大電流が常時流れ、オンオフしていない信号を検出すると、回生用スイッチング素子１７ｂがショートモードで故障していると判断し、リレー１３を閉状態から開状態に切り替える。

本発明のモータ駆動装置の過電流保護回路１２は、交流電源１１とダイオードブリッジ１４間に配置しているため、流れる過電流は交流電流であり、過電流保護回路１２の電流遮断型ヒューズ１２ｂが速やかにオープン状態となり、安全に交流電源１１とモータ駆動装置を遮断できる。

なお、本発明の過電流保護回路１２に流れる過電流はゼロクロスする交流電流であり、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１２ａのみで構成してもよい。また、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。

さらに、駆動する機器の用途によっては、モータ駆動装置に内蔵した回生抵抗器では、回生処理能力が不足する場合がある。本発明のモータ駆動装置は、特許文献１のように回生抵抗器にサーモスタットを併設する必要はなく、外部に新たな回生抵抗器を並列に接続するだけで回生処理能力をアップさせることができ、短絡故障も検出することができる。

また、図示はしないが、３相入力であっても同様に実施できる。この場合、過電流保護回路を交流入力側に２つ設け、それぞれにリレーを並列に接続し、制御回路でリレーを同時に開閉すればよい。

本発明のモータ駆動装置は、交流入力を直流出力に電力変換してモータを駆動制御する産業用途などに有用である。

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置のブロック構成図

符号の説明

１１ 交流電源
１２ 過電流保護回路
１２ａ 突入電流抑制抵抗器
１２ｂ 電流遮断型ヒューズ
１３ リレー
１４ ダイオードブリッジ
１５ 平滑用コンデンサ
１６ 制御回路
１７ 回生電力処理回路
１７ａ 回生抵抗器
１７ｂ 回生用スイッチング素子
１７ｃ ダイオード
１８ 電流検出回路
１９ インバータ回路
２０ ３相モータ

Claims (4)

1. 回生抵抗器と回生用スイッチング素子を直列接続した回生電力処理回路で回生電力を放電処理するモータ駆動装置において、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間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られ過電流を遮断する過電流保護回路と、前記過電流保護回路の両端に接続したリレーと、前記ダイオードブリッジの出力端子間に直列に接続された回生電力処理回路および電流検出回路と、前記回生電力処理回路の回生用スイッチング素子および前記リレーをオンオフ制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記平滑用コンデンサの端子電圧が所定電圧を超えたときに前記リレーを閉状態に、前記電流検出回路を介して前記回生用スイッチング素子の動作信号と異なる一定信号を検出したとき前記リレーを開状態に制御し、前記過電流保護回路を交流の過電流によって電気的にオープンにすることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記過電流保護回路を、少なくとも突入電流抑制抵抗器または前記突入電流抑制抵抗器と直列接続した電流遮断型ヒューズにより構成した請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記過電流保護回路を、突入電流抑制抵抗器と直列接続され、前記突入電流抑制抵抗器の異常発熱を検出する温度遮断型ヒューズにより構成した請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記回生電力処理回路の回生抵抗器に、新たな回生抵抗器を並列に外部接続した請求項１に記載のモータ駆動装置。