JP2011155803A - 停電検出機能を有するモータ駆動装置 - Google Patents

停電検出機能を有するモータ駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的簡潔な構成で停電耐量に応じた停電検出を正確に達成する。
【解決手段】カウンタ入力演算器４０において、電源電圧振幅に応じて定まる停電耐量に反比例する値をカウンタ入力値として決定し、カウンタ４２へ供給する。カウンタ４２では一定周期で入力値を積算し出力する。比較器４４において、カウンタ４２の出力が閾値を超えていれば停電と判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源の停電または瞬時電圧低下を検出する停電検出機能を備えたモータ駆動装置に関する。
工作機械や産業機械、ロボット等を駆動するモータ駆動装置において、商用入力電源に停電もしくは瞬時電圧低下（以下、停電および瞬時電圧低下を総称して“停電”と表記する）が発生し、入力電源電圧が低下した場合、正常な運転を継続できなくなる。このため、停電の発生を検出し駆動装置の動作を切り換え、モータ駆動装置、加工対象、もしくは加工に使用するツール等を保護する必要がある（特許文献１−３）。
停電検出法として、例えば、下記特許文献４に記載されているように、三相交流入力電圧をそれと等価な二相座標上の電圧ベクトルに変換し、そのベクトルの振幅を計算することによって、入力電圧の振幅を計算し、その値が所定の基準電圧値を下回る状態が、所定の基準時間継続したことをもって停電とするような方法がある。
しかしながら、モータ駆動装置が正常な運転を継続しうる時間、いわゆる停電耐量は印加される電源電圧振幅によって異なるため、特許文献４に記載されているように電圧振幅を単一の基準値と比較して停電を検出する方法では、モータ駆動装置の保護ができない場合や、逆に、過剰な保護になってしまう場合がある。
これに対する方策として、下記特許文献５では、異なる基準電圧と基準時間を持つ電圧低下検出部を複数個持ち、これらの検出部の論理和により停電を検出することが提案されている。
この提案手法に従い、電圧低下検出部の個数を増やせばモータ駆動装置の停電耐量に応じた停電検出を行うことができるが、駆動装置の演算部の計算負荷が大きくなり好ましくない。
特開平８−２２７３０７号公報 特開平１０−２６３９７３号公報 特開平１１−１７８２４５号公報 特開２００６−１４５４６号公報 特開２００５−１９２３５３号公報
したがって本発明の目的は、比較的簡潔な構成により、停電耐量に応じた停電検出を正確に達成することのできる停電検出機能を備えたモータ駆動装置を提供することにある。
本発明によれば、三相交流入力電源を直流電源に変換する整流器と、該直流電源を所望の周波数の交流電源に変換する少なくとも１つの逆変換器を有するモータ駆動装置であって、前記三相交流電源の電圧振幅を検出する電圧振幅検出部と、前記電圧検出部が検出した電圧振幅値に応じて決定される停電耐量に反比例する値をカウンタ入力値として決定するカウンタ入力決定部と、前記カウンタ入力決定部が決定したカウンタ入力値を所定の周期で積算するカウンタと、前記カウンタの出力を所定の閾値と比較することによって前記停電または瞬時電圧低下を検出する停電検出部とを具備するモータ駆動装置が提供される。
前記カウンタ入力値がゼロであるとき、前記カウンタの出力はその初期値にリセットされる。
本発明の一実施形態に係る停電検出機能を備えるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 入力電圧振幅と停電耐量との関係を示すグラフである。 停電検出部２４の詳細な構成を示す機能ブロック図である。 入力電圧振幅とカウンタ入力との関係を示すグラフである。
図１は本発明の一実施形態に係る停電検出機能を備えるモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
図１において、このモータ駆動装置１０は、商用三相交流１２を直流に変換する整流器１４、スイッチ３０を介して整流器１４の出力にその入力が並列に接続され整流器１４が出力する直流を周波数可変の三相交流に変換する複数の逆変換器１６、および複数の逆変換器１６の出力にそれぞれ接続された複数のモータ１８を含んで構成される。電圧検出回路２０は三相交流１２の瞬時電圧を検出する。電圧振幅演算器２２は、電圧検出回路が検出した瞬時電圧から前述の特許文献４（特開２００６−１４５４６）に記載されているように等価な二相座標上の電圧ベクトルを算出して電圧振幅を算出する。電圧検出回路２０および電圧振幅演算器２２に代えて、三相交流１２を整流し、そのピーク電圧から電圧振幅を算出する構成を採用しても良い。停電検出部２４の機能については後述するが、停電検出部２４が商用三相交流１２の停電を検出すると、上位制御装置２６は直流電流切換指令２８を出して、整流器１４と逆変換器１６の間のスイッチ３０を遮断し、スイッチ３２を導通させて、逆変換器１６へ供給される直流源を整流器１４から蓄電器３４へと切り換える。それと共に、モータ駆動指令３６により、逆変換器１６の動作を駆動装置、加工対象、ツール等を保護する動作に切り換える。
モータ駆動装置１０が正常運転を継続することができる時間、すなわち停電耐量は三相交流電源１２の電圧振幅に応じて異なる。図２は入力電圧振幅と停電耐量との関係を示す。図２の例では入力電圧振幅が定格の８５％以上であれば停電耐量は無限大、すなわち正常運転を続けることができ、定格の７０％まで低下した場合、回路中のコンデンサ（図示せず）のキャパシタンスおよびモータ１８の巻線のインダクタンス等に蓄わえられているエネルギによりその後１０msec間は正常運転が可能であり、定格の０％まで低下した場合には３msec間は正常運転が可能である。入力電圧振幅と停電耐量の関係は装置ごとに異なるので、予め実際に測定しておく。
本願明細書では、各入力電圧振幅において正常運転の継続が可能であった時間から、停電時の切換動作開始までにに要する時間と、必要があればさらに一定のマージンを加えたものを差し引いた時間を「停電耐量」と定義する。したがって、図２に示した例で、例えば入力電圧振幅が定格の７０％まで低下してその後一定である状態を仮定すれば、この場合には、電圧低下から１０msec経過後に切り換え動作を開始することとすれば、正確な停電検出が達成できたことになる。また、定格の０％まで低下したときはその３msec後に切り換え動作を開始すれば良いことになる。
図３は図１の停電検出部２４の構成を示す機能ブロック図である。カウンタ入力演算器４０は電圧振幅演算器２２（図１）からの電圧振幅の値から、予め測定され記憶されている図２の関係を用いて停電耐量を決定し、決定された停電耐量に反比例する値をカウンタ入力値として決定して出力する。カウンタ４２はカウンタ入力演算器４０からのカウンタ入力値を一定周期で積算する。比較器４４はカウンタ４２の出力を所定の閾値と比較しその結果を出力する。カウンタ４２の出力が閾値を超えていれば停電と判定され、閾値以下であれば停電ではないと判定される。
停電耐量をＱ〔msec〕、カウンタ４２の積算周期をＴ〔msec〕、任意の定数をａとするとき、カウンタ入力値および閾値は
カウンタ入力値＝ａ／Ｑ
閾値＝ａ／Ｔ
に設定される。この様に設定すると、停電耐量Ｑが有限の値になるまで入力電圧振幅が低下し、その後一定、すなわち停電耐量Ｑが一定となる状態を仮定すれば、Ｔ（msec）ごとにカウンタ４２にはａ／Ｑが加算されるので閾値ａ／Ｔに達するまでにかかる時間ｔについては
ａ／Ｔ＝（ａ／Ｑ）×（ｔ／Ｔ）
の関係が成立する。したがって
ｔ＝Ｑ
となり、停電耐量Ｑに相当する時間が経過した後にカウンタ４２の出力は閾値に達することになる。
実際には入力電圧振幅は刻々変化し、それに応じて停電耐量Ｑも刻々変わるので、それに応じた値ａ／Ｑをカウンタに加算して閾値ａ／Ｔで停電を判定することにより、比較的簡潔な構成で正確な停電検出が可能となる。
ａ＝１００としたときの入力電圧振幅とカウンタ入力値ａ／Ｑの関係を図４に示す。図２の関係を予め記憶する代わりに図４の関係を予め記憶しておくことで、カウンタ入力演算器４０の構成は一層簡潔になる。
カウンタ入力演算器４０の出力がゼロ、すなわち電源電圧が正常運転継続可能な領域に復帰した場合（前述の例では電源電圧が８５％以上になった場合）は、カウンタ積算値をクリアする。カウンタ積算値をクリアしない場合、再度電圧が低下した場合に、実際の停電耐量よりも短い時間で停電が検出されてしまうことになるが、こうすることによりこれを回避できる。

Claims (2)

  1. 三相交流入力電源を直流電源に変換する整流器と、該直流電源を所望の周波数の交流電源に変換する少なくとも１つの逆変換器を有するモータ駆動装置であって、
    前記三相交流電源の電圧振幅を検出する電圧振幅検出部と、
    前記電圧検出部が検出した電圧振幅値に応じて決定される停電耐量に反比例する値をカウンタ入力値として決定するカウンタ入力決定部と、
    前記カウンタ入力決定部が決定したカウンタ入力値を所定の周期で積算するカウンタと、
    前記カウンタの出力を所定の閾値と比較することによって停電または瞬時電圧低下を検出する停電検出部とを具備するモータ駆動装置。
  2. 前記カウンタ入力値がゼロであるとき、前記カウンタの出力はその初期値にリセットされる請求項１記載のモータ駆動装置。
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