JP2008252967A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入時の過電圧印加に速やかに対応して電解コンデンサを保護し、回生処理機能を備えた安価なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】直流母線部１３に、平滑用の電解コンデンサ１４と、一方をコンバータ部１１に接続し他方を電解コンデンサ１４に接続した電流抑制抵抗器１５と第１のリレー１６とを有する電流抑制回路と、電解コンデンサ１４の端子電圧を検出する電圧検出回路１９と、電解コンデンサ１４に並列に接続され回生電力を消費する回生処理回路とを備え、回生処理回路は、回生抵抗器１７とノーマルクローズである第２リレー１８とを直列に接続して構成され、電源投入直後の電解コンデンサ１４に印加される電圧を、電流抑制抵抗器１５と回生抵抗器１７により分圧し、電圧検出回路１９が許容電圧（しきい値）以内であると判断されたときのみ、第１のリレー１６を閉動作、第２のリレー１８を開動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流抑制回路と回生処理回路を有するモータ制御装置の平滑用電解コンデンサの保護に関する。

従来のモータ制御装置のブロック図を図４に示しており、主回路部は、コンバータ部４１、インバータ部４２および直流母線部４３で構成されている。直流母線部４３は、電解コンデンサ４４への充電電流を抑制する電流抑制抵抗器４５、電流抑制抵抗器４５に並列に接続されノーマルオープンである第１のリレー４６、回生運転時に直流母線部４３の回生電力を消費する回生抵抗器４７、回生抵抗器４７の通電切替手段として半導体スイッチング素子４８、正負直流母線間の電圧を検出する電圧検出回路４９などから構成され、その動作は以下の通りである。

まず、主電源が投入されたとき、第１のリレー４６は開放状態であるので電流抑制抵抗器４５を通じて電流が流れ、電解コンデンサ４４は徐々に充電される。電圧検出回路４９は正負直流母線間すなわち電解コンデンサ４４両端の電圧を検出し、検出した電圧値が所定の範囲にあれば電解コンデンサ４４の充電が完了したと見なし、第１のリレー４６を閉動作させて、電流抑制抵抗器４５を短絡する。その後、外部からの指令に従ってインバータ部４２をスイッチング動作させてモータを駆動する。

また、電圧検出回路４９は、正負直流母線間の電圧値が所定値を超えた場合、モータが回生運転状態であると見なし、半導体スイッチング素子４８をオンオフ動作させ、回生抵抗器４７に電流を流し回生電力を消費させる。

以上のような構成のモータ制御装置において、例えば主電源の電圧切り替えタップの故障や配線のミスなどによって電源電圧が過大となると、電解コンデンサ４４に耐圧を超えた電圧が印加されることになり、電解コンデンサ４４の防爆弁が作動して電解液の噴出や、短絡破壊を起こすといった事故が発生することが考えられる。

これに対して、過大電圧による事故を防止するために、インバータ装置に電源開閉手段を設け、設定値以上の電圧を検出した場合は正負直流母線部を電源から遮断し、電解コンデンサやその他の素子を保護する方法が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３２７１７４号公報

しかしながら、電源の電圧タップの故障や配線のミスなどは主として機器の設置時に発生するものであり、その場合は電源投入時にはすでにモータ制御装置には過大な電圧が印加されていることになる。

電源が投入されてから、モータ制御装置内部の制御電源が立上り、電圧検出回路やその他の制御回路が動作して保護機能が働くまでにはタイムラグが生じるため、この間に電解コンデンサなどが破壊してしまうことが考えられる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電源投入時の過電圧印加に速やかに対応して電解コンデンサを保護することができるモータ制御装置を安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のモータ制御装置は、正負直流母線間に接続された電解コンデンサと、一方はコンバータ部に他方は前記電解コンデンサに接続され電解コンデンサの充電電流を抑制する電流抑制抵抗器と、電流抑制抵抗器に並列接続されたノーマルオープンである第１のリレーと、正負直流母線間の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電解コンデンサに並列に接続され回生電力を消費する回生処理回路とを備え、前記回生処理回路は回生抵抗器とノーマルクローズである第２のリレーとを直列に接続して構成され、電源投入直後の前記電解コンデンサに印加される電圧を、前記電流抑制抵抗器と前記回生抵抗器により分圧し、前記電圧検出回路によって印加電圧が許容電圧以内であると判断されたときのみ、第１のリレーを閉動作、第２のリレーを開動作させる。

また、前記電流抑制抵抗器に温度ヒューズを直列接続して内蔵したモータ制御装置である。

また、前記第２のリレーに半導体スイッチング素子を並列接続したモータ制御装置である。

さらに、前記電流抑制抵抗器と回生抵抗器の抵抗比率を概ね１：２に設定することにより電源電圧過大時に電解コンデンサに印加される電圧を、確実にコンデンサの耐圧以下に低減するモータ制御装置である。

本発明の請求項１に記載のモータ制御装置によれば、電源投入直後の電解コンデンサに印加される電圧が許容電圧を超えると、第２のリレーは閉状態のままであり、電流抑制抵抗器が過熱断線して電解コンデンサへの過大電圧印加を防止することができる。また、回生運転の頻度が少ない用途に限定すれば、第２のリレーをオンオフ制御するだけで回生電力処理が可能になる。さらに、電流抑制抵抗器や回生抵抗器などは、従来の構成要素をそのまま使用できるため、安価に構成することができる。

また、請求項２に記載のモータ制御装置によれば、電流抑制抵抗器に温度ヒューズを内蔵することで、電流抑制抵抗による遮断を確実に実現することができる。

また、請求項３に記載のモータ制御装置によれば、第２のリレーに半導体スイッチング素子を並列に接続して、回生電力処理時の回生抵抗器への通電の切り替えには半導体スイッチング素子を用い、第２リレーを電源投入時に補助的に用いれば、回生運転の頻度が高い用途にも使用することができる。

さらに、請求項４に記載のモータ制御装置によれば、電源投入時の過大電圧印加に対して確実に電解コンデンサの耐圧以下に電圧を低減し、電解コンデンサを保護することができる。

本発明のモータ制御装置は、正負直流母線間に接続された電解コンデンサと、一方はコンバータ部に他方は前記電解コンデンサに接続され電解コンデンサの充電電流を抑制する電流抑制抵抗器と、電流抑制抵抗器に並列接続されたノーマルオープンである第１のリレーと、正負直流母線間の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電解コンデンサに並列に接続され回生電力を消費する回生処理回路とを備え、前記回生処理回路は回生抵抗器とノーマルクローズである第２のリレーとを直列に接続して構成され、電源投入直後の前記電解コンデンサに印加される電圧を、前記電流抑制抵抗器と前記回生抵抗器により分圧し、前
記電圧検出回路によって印加電圧が許容電圧以内であると判断されたときのみ、第１のリレーを閉動作、第２のリレーを開動作させる。以下、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるモータ制御装置の要部ブロック図である。従来と大きく異なる点は、回生処理回路の構成であり、従来の半導体スイッチング素子に換えて第２のリレーを用いる点である。

図１において、１１はコンバータ部、１２はインバータ部、１３は直流母線部である。直流母線部１３には、電解コンデンサ１４、電流抑制抵抗器１５に第１のリレー１６を並列接続して成る電流抑制回路と、回生抵抗器１７と第２のリレー１８を直列接続して成る回生処理回路と、正負直流母線間すなわち電解コンデンサ１４の端子電圧を検出する電圧検出回路１９が接続されている。

電源が投入されると、第１のリレー１６は、ノーマルオープン接続されているため電流抑制抵抗器１５を通じて電流が流れ、電解コンデンサ１４を充電する。同時に第２のリレー１８がノーマルクローズ接続されているため、回生抵抗器１７へも電流が流れ、正負直流母線間の電圧は電流抑制抵抗器１５と回生抵抗器１７により分圧される。

それぞれの抵抗値を例えば、電流抑制抵抗器を２０Ω、回生抵抗器を４０Ωに選定すると、正負直流母線間の電圧すなわち電解コンデンサ１４両端電圧は、電源電圧に対して２／３に分圧されることになる。

以降、具体例としてＡＣ２００Ｖ入力のモータ制御装置を動作について説明する。主電源がＡＣ２００Ｖ入力仕様の場合、電解コンデンサ１４には、耐圧４００Ｖのものが通常は選定される。

まず、主電源（ＡＣ２００Ｖ）が投入されると、コンバータ部１１で整流され、従来構成であれば、正負直流母線間の電圧は約ＤＣ２８０Ｖとなるが、本発明の構成によれば、電流抑制抵抗器１５と回生抵抗器１７の抵抗比率で２／３に分圧されて、約ＤＣ１８７Ｖとなる。

電圧検出回路１９の許容電圧であるしきい値は、電圧変動を考慮してＤＣ２４０Ｖ程度に設定する。検出電圧がしきい値以下であれば、接続投入された主電源が正常であるとみなし、電圧検出回路１９は、第１のリレー１６を開状態から閉状態に、第２のリレーを閉状態から開状態に動作させ、その後通常のモータ制御に移行する。

次に、通常動作以降の回生電力処理動作について説明する。通常のモータ制御中に回生電力が発生すると正負直流母線間の電圧が上昇する。電圧検出回路１９は、主電源が正常接続された以降に、回生電圧のしきい値を超えると、第２のリレー１８を開状態から閉状態に動作させる。第２のリレーの閉動作によって、正負直流母線間に回生抵抗器１７が接続された形となり、回生抵抗器１７によって回生電力を処理することができる。この間、第２のリレーは閉動作、開動作を繰り返すことから、回生処理頻度が少ない用途に適している。

一方、主電源に間違って倍電圧のＡＣ４００Ｖが接続されると、電圧検出回路１９は正常時の２倍の約ＤＣ３７４Ｖを検出するため、第１のリレー１６と第２のリレー１８はノーマル状態を保持したままとなり、電流抑制抵抗器１５と回生抵抗器１７に継続して電流が流れ、電流抑制抵抗器１５が過熱断線し正側直流母線を遮断する。

そこで、確実に電流抑制回路がオープン状態になるように、上述した実施の形態１における電流抑制回路を図２に示すように構成する。すなわち、電流抑制抵抗器２５に温度ヒューズ３０を直列接続して内蔵あるいは密着させ、第１のリレー２６を並列に接続する。

電源投入時に誤接続によって過大電圧が印加されたとき、電流抑制抵抗器２５に連続電流が流れることにより発熱し、温度ヒューズ３０がいち早く溶断して、正側直流母線を遮断し電解コンデンサへの過大電圧印加を回避することができる。

加えて、電流抑制抵抗器１５と回生抵抗器１７の電流容量の比率を概ね１：２にしてもよく、この分圧比によって、より確実に電解コンデンサへの過大電圧の印加を防止することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２について図３を用いて説明する。実施の形態１との構成上の相違点は、回生処理回路の第２リレーに半導体スイッチング素子を並列接続した点である。以下、電源投入時および回生処理動作を中心に説明する。

図３において、回生処理回路の第２のリレー３８に半導体スイッチング素子４０を並列に接続している。第２のリレー３８は、電源投入時にはノーマルクローズ接続であり、実施の形態１と同様に電圧検出回路３９により正負直流母線間の電圧を検出し、電圧が正常と判断されれば第２のリレーを開動作させ、以降開状態を保持する。

一方、主電源の接続が正常であり、通常のモータ制御状態において、回生状態が発生すると正負直流母線間の電圧が上昇する。電圧検出回路３９は、検出電圧が回生電圧のしきい値を超えると、半導体スイッチング素子４０をオンオフ動作させる。これによって、回生抵抗器３７は回生電力を消費し、正負直流母線間の電圧の上昇を抑制する。

このように、実施の形態２では、第２リレー３８を電源投入時に補助的に用いることで、回生運転の頻度が高い用途にも使用することができる。

なお、電流抑制抵抗器および回生抵抗器の抵抗比率および電流容量ついては、実施の形態１と同様であり説明を省略する。

このように、実施の形態１および実施の形態２で用いる構成部品は、基本的に従来の構成部品と同じであり、安価に構成することができる。

本発明のモータ制御装置は、異なる主電源（例えばＡＣ２００Ｖ系とＡＣ４００Ｖ系）が混在する海外でのＦＡ用途の機器などに有用である。

本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の要部ブロック図 本発明の実施の形態１における他の電流抑制回路の説明図 本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置の要部ブロック図 本発明の従来例におけるモータ制御装置の要部ブロック図

符号の説明

１１，４１ コンバータ部
１２，４２ インバータ部
１３，４３ 直流母線部
１４，４４ 電解コンデンサ
１５，２５，４５ 電流抑制抵抗器
１６，２６，４６ 第１のリレー
１７，３７, ４７ 回生抵抗器
１８，３８ 第２のリレー
１９，３９, ４９ 電圧検出回路
３０ 温度ヒューズ
４０ 半導体スイッチング素子

Claims (4)

1. 主回路部にコンバータ部とインバータ部と直流母線部を有するモータ制御装置において、正負直流母線間に接続された電解コンデンサと、一方はコンバータ部に他方は前記電解コンデンサに接続され電解コンデンサの充電電流を抑制する電流抑制抵抗器と、前記電流抑制抵抗器に並列接続されたノーマルオープンである第１のリレーと、正負直流母線間の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電解コンデンサに並列に接続され回生電力を消費する回生処理回路とを備え、前記回生処理回路は回生抵抗器とノーマルクローズである第２のリレーとを直列に接続して構成され、電源投入直後の前記電解コンデンサに印加される電圧を、前記電流抑制抵抗器と前記回生抵抗器により分圧し、前記電圧検出回路によって印加電圧が許容電圧以内であると判断されたときのみ、第１のリレーを閉動作、第２のリレーを開動作させることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電流抑制抵抗器に温度ヒューズを直列接続して内蔵した請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記第２のリレーに半導体スイッチング素子を並列接続した請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記電流抑制抵抗器と回生抵抗器の抵抗比率を概ね１：２に設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。