JP2010233414A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電電流制限手段と回生電力処理回路を有するモータ制御装置、特に回生処理用半導体スイッチング素子の短絡故障に対する回生抵抗器の焼損保護に関する。 The present invention relates to a motor control device having a charging current limiting means and a regenerative power processing circuit, and more particularly to burnout protection of a regenerative resistor against a short circuit failure of a semiconductor switching element for regenerative processing.
従来、サーボアンプやインバータなどのモータ制御装置の中でも特に小型の装置などでは、モータの回生電力を消費する手段として抵抗器によって熱エネルギーに変換する方法が一般的である。 Conventionally, in a motor control device such as a servo amplifier or an inverter, especially a small device, a method of converting heat energy by a resistor is generally used as means for consuming regenerative power of the motor.
図3は従来のモータ制御装置の要部ブロック図である。モータ制御装置は、入力となる交流電源10をダイオードブリッジ1で整流して直流母線に供給すると、インバータ部2は正負直流母線間に接続された平滑用の電解コンデンサ3を電源として、直流電力を交流電力に変換し、モータ11に供給して駆動する。
FIG. 3 is a principal block diagram of a conventional motor control device. When the motor control device rectifies the
一方、モータ制御装置の保護機能として、モータ11からインバータ部2を介して供給される回生電力に対して、正負直流母線間に回生抵抗器4と半導体スイッチング素子5を直列接続して、半導体スイッチング素子5をON、OFF制御することによって回生抵抗器4で熱消費させる。また、電解コンデンサ3の充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する充電電流制限手段6は、並列接続された電流制限抵抗器6aとリレー6bで構成されており、このリレー6bは、電源投入直後に開放状態で電解コンデンサ3の充電電流は電流制限抵抗器6aを流れ、充電終了後にCPU8からの指令によりリレー6bを動作させて電流制限抵抗器6aを短絡する。以後電流はリレー6bを流れる。
On the other hand, as a protection function of the motor control device, the regenerative resistor 4 and the semiconductor switching element 5 are connected in series between the positive and negative DC buses with respect to the regenerative power supplied from the
このように構成されたモータ制御装置において、半導体スイッチング素子5が短絡故障した場合を考えると、ダイオードブリッジ1とリレー6bを通じて回生抵抗器4には電流が連続して流れる。なお、半導体スイッチング素子5がオープン故障した場合には、電解コンデンサ3の両端電圧が異常に上昇するため、CPU8によって過電圧を検出してトリップさせる。
In the motor control device configured as described above, when considering a case where the semiconductor switching element 5 is short-circuited, current continuously flows through the regenerative resistor 4 through the
一般に回生抵抗器4の使い方としては、回生電力発生時に断続的に電流を流すように設計され、それに合わせた容量の抵抗が選定されている。したがって回生抵抗器4に連続して電流を流した場合、抵抗器は過熱し最悪の場合は焼損に至る恐れがある。 In general, the regenerative resistor 4 is designed so that a current is intermittently supplied when regenerative power is generated, and a resistor having a capacity corresponding to the current is selected. Therefore, when a current is continuously supplied to the regenerative resistor 4, the resistor may overheat and in the worst case, burnout may occur.
このため、回生抵抗器の焼損防止機能について、さまざまな提案が従来よりなされている。例えば、特許文献1では半導体スイッチング素子の短絡故障の検出方法について提案されている。
For this reason, various proposals have been made for the function of preventing the burnout of the regenerative resistor. For example,
しかしながら、特許文献1の技術では、短絡故障検出後の保護方法までは記載されておらず、一般的に想定されるのは、モータ制御装置は短絡故障の検出信号を外部に出力し、最終使用者がモータ制御装置と電源の間に設置された電磁接触器等を動作させて電源を遮断するといった使い方である。
However, the technique of
一方、半導体スイッチング素子の短絡故障を検出するとともに、サイリスタ、電流ヒューズなどを追加することで、具体的に回生抵抗器の焼損を防止する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, a method for specifically preventing burnout of the regenerative resistor by detecting a short circuit failure of the semiconductor switching element and adding a thyristor, a current fuse, or the like has been proposed (for example, see Patent Document 2).
あるいは、回生抵抗器自体にヒューズやサーモスタットなどの温度検出素子を内蔵して
過熱を検出するといった方法も従来から実施されている。
上述したように、半導体スイッチング素子の短絡故障に対する回生抵抗器の焼損防止について種々の方法が試みられているが、故障を検出して信号を外部に出力する方法では、電源を遮断して回生抵抗器の焼損を防止する手段は最終使用者に委ねられており、確実に保護できるかどうかは、最終使用者次第となっていた。 As described above, various methods have been tried for preventing the burnout of the regenerative resistor against a short circuit failure of the semiconductor switching element. However, in the method of detecting the failure and outputting the signal to the outside, the power supply is shut off to regenerate the resistance. The means for preventing the burnout of the vessel was left to the end user, and it was up to the end user to ensure that it could be protected.
また、回生抵抗器自体に温度検出素子を内蔵する方法も、回生抵抗器を最終使用者が選定する場合は、最終使用者の判断に委ねられることになり、モータ制御装置単体では保護機能は完結しなかった。また、サイリスタ、電流ヒューズなどを追加すると、コストおよび形状の面から不利である。 Also, the method of incorporating the temperature detection element in the regenerative resistor itself is left to the judgment of the end user when the regenerative resistor is selected by the end user, and the protection function is completed with the motor control unit alone. I did not. In addition, adding a thyristor, a current fuse, etc. is disadvantageous in terms of cost and shape.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、半導体スイッチング素子の短絡故障に対して、最終使用者が外部に特別な保護機能を設ける必要がなく、安価に回生抵抗器を保護できるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and it is not necessary for the end user to provide a special protection function for the short circuit failure of the semiconductor switching element, and the motor control that can protect the regenerative resistor at low cost. An object is to provide an apparatus.
上記の課題を解決するために請求項1に記載のモータ制御装置は、正負直流母線間に接続された平滑用電解コンデンサの充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する電流制限抵抗器とリレーの並列回路からなる充電電流制限手段と、モータからインバータ部を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器と、前記回生抵抗器に直列に接続され、ON動作によって前記回生抵抗器で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器の両端に接続され、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を監視する故障監視手段と、前記半導体スイッチング素子のON/OFF動作を制御し、OFF動作と前記故障監視手段の出力によって短絡故障を検出するマイクロプロセッサ(以下、CPUと称す)を備え、前記CPUは、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を検出すると、前記充電電流制限手段内のリレーを開放して電流制限抵抗器に連続して電流を流し、前記電流制限抵抗器を過負荷断線させることにより前記回生抵抗器の焼損を防止する。
In order to solve the above problems, a motor control device according to
また、請求項2に記載のモータ制御装置は、前記電流制限抵抗器に温度ヒューズを直列接続して内蔵し、前記電流制限抵抗器より先に前記温度ヒューズを溶断させる。 According to a second aspect of the present invention, a temperature control fuse is connected in series to the current limiting resistor and the temperature fuse is blown prior to the current limiting resistor.
請求項1に記載のモータ制御装置によれば、半導体スイッチング素子の短絡故障に対して、電流制限抵抗器を断線させて回生抵抗器を保護することにより新たな部品を追加することなく実現が可能であるため、低コスト化を図ることができる。また、最終使用者の判断に依存することなく、回生抵抗器を保護できる。さらに、従来の構成、部品点数を大きく変えることなく実現できる。 According to the motor control device of the first aspect, it is possible to realize a short circuit failure of the semiconductor switching element without disconnecting the current limiting resistor and protecting the regenerative resistor without adding new components. Therefore, cost reduction can be achieved. Further, the regenerative resistor can be protected without depending on the judgment of the end user. Furthermore, it can be realized without greatly changing the conventional configuration and the number of parts.
また、請求項2に記載のモータ制御装置によれば、電流制限抵抗器より先に温度ヒューズを溶断させるため、確実に回生抵抗器を保護できる。 According to the motor control device of the second aspect, since the thermal fuse is blown before the current limiting resistor, the regenerative resistor can be reliably protected.
正負直流母線間に接続された平滑用電解コンデンサの充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する電流制限抵抗器とリレーの並列回路からなる充電電流制限手段と、モータからインバータ部を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器と、前記回生
抵抗器に直列に接続され、ON動作によって前記回生抵抗器で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器の両端に接続して、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を監視する故障監視手段と、前記半導体スイッチング素子のON/OFF動作を制御し、OFF動作と前記故障監視手段の出力によって短絡故障を検出するマイクロプロセッサ(以下、CPUと称す)を備え、前記CPUは、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を検出すると、前記充電電流制限手段内のリレーを開放して電流制限抵抗器に連続して電流を流し、前記電流制限抵抗器を過負荷断線させることにより前記回生抵抗器の焼損を防止する。以下、具体的な実施の形態について説明する。
Charging current limiting means consisting of a parallel circuit of a current limiting resistor and a relay that limits the charging current of the electrolytic capacitor for smoothing connected between the positive and negative DC buses for a certain period after turning on the power, and supplied from the motor via the inverter unit A regenerative resistor that consumes the regenerative power that is generated by heat, a semiconductor switching element that is connected in series to the regenerative resistor and that consumes the regenerative power by the regenerative resistor by an ON operation, and is connected to both ends of the regenerative resistor A failure monitoring means for monitoring a short-circuit fault of the semiconductor switching element; and a microprocessor for controlling an ON / OFF operation of the semiconductor switching element and detecting a short-circuit fault by an OFF operation and an output of the failure monitoring means (hereinafter referred to as a “short-circuit fault”). The CPU), the CPU detects the short circuit failure of the semiconductor switching element and detects the short circuit failure. Electric current continuously to the current limiting resistor opens the relays in current limiting means, to prevent burnout of the regenerative resistor by overload break the current limiting resistor. Hereinafter, specific embodiments will be described.
(実施の形態1)
図1は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である。図1において、モータ制御装置は、交流電源10を整流して直流母線に供給するダイオードブリッジ1と、直流電力を交流電力に変換するインバータ部2と、正負直流母線間に接続された平滑用の電解コンデンサ3と、モータからインバータ部2を介して供給される回生電力を消費する回生抵抗器4、この回生抵抗器4への通電を制御する半導体スイッチング素子5と、電解コンデンサ3の充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する充電電流制限手段6から構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a main part of a motor control device according to
充電電流制限手段6は、並列接続された電流制限抵抗器6aとリレー6bから成り、電源投入直後はリレー6bが開放状態で、電解コンデンサ3の充電電流は電流制限抵抗器6aを流れ、充電終了後にCPU8からの指令によりリレー6bを閉動作させて電流制限抵抗器6aを短絡することで、以後電流はリレー6bを流れる。
The charging current limiting means 6 comprises a current limiting
一方、モータ11の回生電力により正負直流母線間の電圧が上昇したことを検出したCPU8からの指令によって、半導体スイッチング素子5をONし回生抵抗器4に電流を流す。ここまでは従来と同様である。
On the other hand, in response to a command from the
本発明の特徴は、故障監視手段7とCPU8によって、半導体スイッチング素子5の短絡故障を検出し、充電電流制限手段6のリレー6bを開放状態にして、回生抵抗器4を焼損から保護する点にある。
The feature of the present invention is that the failure monitoring means 7 and the
本発明の故障監視手段7は、例えばフォトカプラとそのフォトカプラに流れる電流を制限する抵抗器を回生抵抗器4と並列に接続してなる構成を持ち、回生抵抗器4の両端の電位差を監視することで半導体スイッチング素子5の導通、不導通を検出してCPU8へ信号を出力する。CPU8は、半導体スイッチング素子5にON指令を出していないにも関わらず、故障監視手段7から半導体スイッチング素子5が導通であることを示す信号を受け取った場合、半導体スイッチング素子5の短絡故障であると認識し、リレー6bをOFF(接点を開放)させる。これにより、回生抵抗器4に流れる電流は、リレー6bと並列接続された電流制限抵抗器6aにも流れるようになる。
The fault monitoring means 7 of the present invention has a configuration in which, for example, a photocoupler and a resistor for limiting the current flowing through the photocoupler are connected in parallel with the regenerative resistor 4, and monitors the potential difference between both ends of the regenerative resistor 4. As a result, the conduction and non-conduction of the semiconductor switching element 5 are detected and a signal is output to the
ここで、回生抵抗器4と電流制限抵抗器6aの設計上の違いについて述べる。回生抵抗器4は、モータ11の回生電力を消費するものであり、モータの種類、負荷の慣性、モータの運転パターンなどにもよるが、ある程度の連続的な通電にも耐えうるように設計するのが一般的である。
Here, the difference in design between the regenerative resistor 4 and the current limiting
それには抵抗器内部の抵抗線の線重量を大きくしなければならず、このため半導体スイッチング素子5の短絡故障が発生して連続的に電流が流れるような状況でも抵抗線は容易に過負荷断線せず、抵抗器が異常に過熱して焼損に至る恐れが生じてしまう。 For this purpose, it is necessary to increase the weight of the resistance wire inside the resistor. For this reason, the resistance wire can be easily overloaded even in a situation where a short circuit failure occurs in the semiconductor switching element 5 and current flows continuously. Otherwise, the resistor may overheat abnormally and may be burned out.
一方の電流制限抵抗器6aは、電源投入時の電解コンデンサ3の充電期間のみ通電され
るため、長時間の通電に耐えうることは考慮に入れる必要がなく、連続通電に対して比較的容易に過負荷断線するように設計することが可能である。このため、回生抵抗器4は電流制限抵抗器6aに比べて高価となる。
Since one current limiting
このように設計された電流制限抵抗器6aを充電電流制限手段6に組み込んで、上記の通り半導体スイッチング素子5が短絡故障したとき、回生抵抗器4に流れる電流を電流制限抵抗器6aにも流すことよって、電流制限抵抗器6aを強制的に過負荷断線させる。
The current limiting
これにより、電源が正常に動作していてもリレー6bは開放状態なので回生抵抗器4への直流電力が遮断され、焼損から保護することができる。また、半導体スイッチング素子5が短絡故障しているため回生電力は引き続き回生抵抗器4にて消費されるため、モータ制御装置とモータとの電気的な接続を遮断する。
Thereby, even if the power supply is operating normally, the
なお、上述の故障監視手段7は、回生抵抗器4の両端の電圧を観測するものであったが、直列接続された回生抵抗器4と半導体スイッチング素子5に流れる電流を検出する方法でも同様の機能は構成できる。
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2における電流制限抵抗器の説明図である。実施の形態1と異なるのは、電流制限抵抗器の構成だけである。
Although the above-described failure monitoring means 7 is for observing the voltage across the regenerative resistor 4, the same applies to the method of detecting the current flowing through the regenerative resistor 4 and the semiconductor switching element 5 connected in series. The function is configurable.
(Embodiment 2)
FIG. 2 is an explanatory diagram of a current limiting resistor according to
実施の形態2の電流制限抵抗器12は、温度ヒューズ13と抵抗器14を直列接続して内蔵している。
The current limiting
実施の形態1と同様に、回生抵抗器4に接続された半導体スイッチング素子5が短絡故障した際に、リレー6bの接点が開放され、回生抵抗器4と電流制限抵抗器12を構成する抵抗器14と温度ヒューズ13にも電流が流れる。このとき、抵抗器14が過負荷で断線するより先に温度ヒューズ13を溶断させる。
Similarly to the first embodiment, when the semiconductor switching element 5 connected to the regenerative resistor 4 is short-circuited, the contact of the
実施の形態1と同様に、電源が正常動作中でもリレー6bは開放状態であり、回生抵抗器4を保護できる。
Similarly to the first embodiment, the
実施の形態1では、電流制限抵抗器6aが直流アークですぐに断線しない恐れがあるため、実施の形態2の電流制限抵抗器12の構成にすれば、充電電流制限手段を溶断によって確実にオープンにできる。したがって、回生抵抗器4を保護することができる。
In the first embodiment, the current limiting
なお、実施の形態1、2は、交流電力を直流電力に変換するモータ制御装置の例で説明したが、モータ制御装置の入力が直流電源であってもよいのは言うまでもない。
Although
本発明のモータ制御装置は、サーボアンプやインバータなどの産業用機器に有用である。 The motor control device of the present invention is useful for industrial equipment such as servo amplifiers and inverters.
1 ダイオードブリッジ
2 インバータ部
3 電解コンデンサ
4 回生抵抗器
5 半導体スイッチング素子
6 充電電流制限手段
6a 電流制限抵抗器
6b リレー
7 故障監視手段
8 CPU
10 交流電源
11 モータ
12 電流制限抵抗器
13 温度ヒューズ
14 抵抗器
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (2)
モータからインバータ部を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器と、
前記回生抵抗器に直列に接続され、ON動作によって前記回生抵抗器で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子と、
前記回生抵抗器の両端に接続され、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を監視する故障監視手段と、
前記半導体スイッチング素子のON/OFF動作を制御し、OFF動作と前記故障監視手段の出力によって短絡故障を検出するマイクロプロセッサ(以下、CPUと称す)を備え、
前記CPUは、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を検出すると、前記充電電流制限手段内のリレーを開放して電流制限抵抗器に連続して電流を流し、前記電流制限抵抗器を過負荷断線させることにより前記回生抵抗器の焼損を防止することを特徴とするモータ制御装置。 A charging current limiting means comprising a parallel circuit of a current limiting resistor and a relay for limiting the charging current of the smoothing electrolytic capacitor connected between the positive and negative DC buses over a certain period after power-on,
A regenerative resistor that consumes regenerative power supplied from the motor via the inverter unit with heat;
A semiconductor switching element connected in series to the regenerative resistor and consuming regenerative power in the regenerative resistor by an ON operation;
Fault monitoring means connected to both ends of the regenerative resistor and monitoring a short-circuit fault of the semiconductor switching element;
A microprocessor (hereinafter referred to as a CPU) that controls the ON / OFF operation of the semiconductor switching element and detects a short-circuit failure by the OFF operation and the output of the failure monitoring means,
When the CPU detects a short-circuit fault of the semiconductor switching element, the CPU opens the relay in the charging current limiting means and continuously supplies a current to the current limiting resistor, thereby overloading the current limiting resistor. A motor control device characterized by preventing burnout of the regenerative resistor.
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