JP2016019336A - Motor drive system and dc short-circuit detection device for motor drive system - Google Patents

Motor drive system and dc short-circuit detection device for motor drive system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive system presenting equal effects to monitoring at two positions by monitoring a discharge current from a short-circuit detection capacitor of small capacity which is connected to a DC link capacitor in a three-level inverter in parallel, with a current sensor at one position in place of monitoring a discharge current from the DC link capacitor with current sensors at two positions in the case of DC short-circuiting, and a DC short-circuit detection device for the motor drive system.SOLUTION: In a DC short-circuit detection device 20, between P and C, a first charging circuit is provided which includes a connection point P1 where a short-circuit detection capacitor CP2 and a forward diode D1 are connected in series from a P pole side. In C and B, a second charging circuit is provided which includes a connection point P2 where a forward diode D2 and a short-circuit detection capacitor CN2 are connected in series from a C pole side. Further, between the second connection point and the first connection point, a discharging circuit is provided in which a third diode and a current sensor CT are connected in series from the side of the second connection point.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、電動機駆動システム及び電動機駆動システムの直流短絡検出装置に関する。   The present invention relates to an electric motor drive system and a DC short-circuit detection device for the electric motor drive system.

図5は、従来の、電動機駆動システムの直流短絡検出装置で、直流短絡検出方法を示す。3レベルインバータの場合、2つの直流リンク(P極ーC極間)及び(C極ーN極間)の直流短絡を監視するには、直流リンクコンデンサ(平滑コンデンサ)CP1及びCN1に対する充放電電流を監視する必要がある。   FIG. 5 shows a DC short-circuit detection method in a conventional DC short-circuit detection device for an electric motor drive system. In the case of a three-level inverter, in order to monitor the DC short-circuit between two DC links (between P pole and C pole) and (between C pole and N pole), charging / discharging currents for DC link capacitors (smoothing capacitors) CP1 and CN1 Need to be monitored.

図5において、Vu、Vv,Vwは電動機側に接続される。直流リンクコンデンサCP1は図示しない電源側コンバータから充電電流1aによって充電され、電動機通常運転時、当該直流リンクコンデンサCP1の放電電流1bはU相インバータ30、V相インバータ40及びW相インバータ50に供給される。同様に、直流リンクコンデンサCN1は充電電流2aによって充電され、電動機通常運転時、当該直流リンクコンデンサCN1の放電電流2bはU相インバータ30、V相インバータ40及びW相インバータ50に供給される。   In FIG. 5, Vu, Vv, and Vw are connected to the motor side. The DC link capacitor CP1 is charged by a charging current 1a from a power supply side converter (not shown), and the discharge current 1b of the DC link capacitor CP1 is supplied to the U-phase inverter 30, the V-phase inverter 40, and the W-phase inverter 50 during normal operation of the motor. The Similarly, the DC link capacitor CN1 is charged by the charging current 2a, and the discharge current 2b of the DC link capacitor CN1 is supplied to the U-phase inverter 30, the V-phase inverter 40, and the W-phase inverter 50 during normal operation of the motor.

直流リンクコンデンサCP1の充電電流1a及び放電電流1bは電流センサCT1によって検出される。同様に直流リンクコンデンサCN1の充電電流2a及び放電電流2bは、電流センサCT2によって検出される。   The charging current 1a and discharging current 1b of the DC link capacitor CP1 are detected by the current sensor CT1. Similarly, the charging current 2a and discharging current 2b of the DC link capacitor CN1 are detected by the current sensor CT2.

これら2箇所の電流センサCT1及びCT2で検出された信号は、監視回路(図示しない)によって監視され、上記直流リンクに接続されるインバータ、例えばU相インバータ30内で何らかの理由によりIGBTQ1、IGBTQ2、IGBTQ3の同時スイッチングが発生し、CP1からIGBTQ1→IGBTQ2→IGBTQ3→ダイオードD9の直流短絡回路間に短絡が発生した場合、直流リンクコンデンサの電流を監視し、健全インバータV相、W相アームのゲートブロックでの被害拡大を防止している。3レベルインバータの場合の直流リンクは、2個直列接続(P極ーC極間、C極ーN極間)されているので、2つの直流リンクの電流を2箇所で監視していた。   Signals detected by these two current sensors CT1 and CT2 are monitored by a monitoring circuit (not shown), and are connected to the DC link, for example, the U-phase inverter 30, for some reason IGBTQ1, IGBTQ2, IGBTQ3. When a short circuit occurs between CP1 and IGBTQ1 → IGBTQ2 → IGBTQ3 → diode D9, the DC link capacitor current is monitored, and the healthy inverter V-phase and W-phase arm gate blocks Preventing the spread of damage. Since two DC links in the case of a three-level inverter are connected in series (between P pole and C pole, between C pole and N pole), the currents of the two DC links were monitored at two locations.

特許第4769390号公報(全体)Japanese Patent No. 4769390 (Overall)

直流短絡時、直流リンクコンデンサCP1及びCN1からの放電電流をそれぞれ2箇所に配置した電流センサで監視していたが、放電電流は大電流となることから、装置の小型化に伴う経済性及びスペースファクターの改善が切望されていた。   At the time of DC short-circuit, the discharge currents from the DC link capacitors CP1 and CN1 were monitored by current sensors arranged at two locations, respectively. However, since the discharge current becomes a large current, the economy and space associated with the downsizing of the device Improvement of the factor was anxious.

本発明は上記に鑑みて為されたものであり、直流短絡時、直流リンクコンデンサCP1及びCN1からの放電電流をそれぞれ2箇所で監視する替わりに、直流リンクコンデンサに並列に接続した小容量の短絡検知コンデンサからの放電電流を1箇所で監視し、上記2箇所監視と同等の効果を有する電動機駆動システム及び電動機駆動システムの直流短絡検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above. When a DC short circuit occurs, instead of monitoring discharge currents from the DC link capacitors CP1 and CN1 at two locations, a small-capacity short circuit connected in parallel to the DC link capacitor. An object of the present invention is to provide a motor drive system and a DC short-circuit detection device for the motor drive system that monitor the discharge current from the sensing capacitor at one place and have the same effect as the above-mentioned two-place monitoring.

上記目的を達成するために、本発明の電動機駆動システムは、直流電源を供給するP極、C極及びN極を有する電源部と、前記電源部を構成するP極及びC極間に接続された第1の直流リンクコンデンサ並びにC極及びN極間に接続された第2の直流リンクコンデンサと、前記第1の直流リンクコンデンサ及び前記第2の直流リンクコンデンサの電流を監視するために、前記P極及びC極間に、P極側から第1の短絡検知コンデンサ及び順方向に配置された第1のダイオードが直列に接続された第1の接続点を有する第1の充電回路と、前記C極及びN極間に、C極側から順方向に配置された第2のダイオード及び第2の短絡検知コンデンサが直列に接続された第2の接続点を有する第2の充電回路と、前記第2の接続点及び前記第1の接続点の間に、当該第2の接続点側から第3のダイオード及び電流センサが直列に接続された放電回路と、を備え、直流短絡発生時、放電電流を1箇所で監視できるようにしたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an electric motor drive system of the present invention is connected between a P pole, a C pole and an N pole for supplying DC power, and a P pole and a C pole constituting the power supply section. In order to monitor the current of the first DC link capacitor and the second DC link capacitor connected between the C pole and the N pole, and the current of the first DC link capacitor and the second DC link capacitor, A first charging circuit having a first connection point in which a first short-circuit detecting capacitor and a first diode arranged in a forward direction are connected in series from the P pole side between the P pole and the C pole; A second charging circuit having a second connection point in which a second diode and a second short-circuit detection capacitor arranged in a forward direction from the C pole side are connected in series between the C pole and the N pole; Second connection point and the first connection A discharge circuit in which a third diode and a current sensor are connected in series from the second connection point side, so that the discharge current can be monitored in one place when a DC short-circuit occurs. Features.

この発明によれば、直流短絡時、直流リンクコンデンサCP1・CN1からの放電電流を2箇所で監視する替わりに、直流リンクコンデンサに並列に接続された小容量の短絡検知コンデンサからの放電電流を1箇所で監視し、上述した2か所監視と同等の効果を有する電動機駆動システム及び電動機駆動システムの直流短絡検出装置を提供することができる。   According to the present invention, instead of monitoring the discharge current from the DC link capacitors CP1 and CN1 at two locations when a DC short circuit occurs, the discharge current from the small-capacity short-circuit detection capacitor connected in parallel to the DC link capacitor is 1 It is possible to provide a motor drive system and a DC short-circuit detection device for the motor drive system that are monitored at locations and have the same effect as the above-described two-site monitoring.

本発明の実施例1に係る電動機駆動システムの回路図(充電電流)。1 is a circuit diagram (charging current) of an electric motor drive system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係る電動機駆動システムの回路図(放電電流)。The circuit diagram (discharge current) of the electric motor drive system which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る直流リンクコンデンサの容量と短絡検知コンデンサの容量を説明する図。The figure explaining the capacity | capacitance of the DC link capacitor | condenser which concerns on Example 1 of this invention, and the capacity | capacitance of a short circuit detection capacitor | condenser. 本発明の実施例1に係る直流リンクコンデンサ電流(メイン電流)と短絡検知コンデンサ電流を説明する図。The figure explaining the DC link capacitor current (main current) and short circuit detection capacitor current concerning Example 1 of the present invention. 従来の電動機駆動システムの直流短絡検出装置の回路図。The circuit diagram of the DC short circuit detection apparatus of the conventional motor drive system.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係る電動機駆動システム100の回路図で、充電電流の経路が示されている。電動機駆動システム100は、P極、C極及びN極を有する直流電源入力部と、当該直流電源入力部から入力された直流電源のリプル電流を処理する直流リンク部10と、直流短絡検出装置20及びインバータ部30〜50を有して構成される。   FIG. 1 is a circuit diagram of an electric motor drive system 100 according to a first embodiment of the present invention, in which a charging current path is shown. The motor drive system 100 includes a DC power input unit having P poles, C poles, and N poles, a DC link unit 10 that processes a ripple current of the DC power input from the DC power input unit, and a DC short circuit detection device 20. And inverter units 30-50.

直流電源入力部は、P極ーC極間(以下、PーC間と称する。)にE[V]、C極ーN極間(以下、C−N間と称する。)にE[V]が供給される。   The DC power source input section is E [V] between P pole and C pole (hereinafter referred to as between P and C), and E [V between C pole and N pole (hereinafter referred to as between C and N). ] Is supplied.

直流リンク部10は、PーC間に接続された直流リンクコンデンサCP1(第1の直流リンクコンデンサ)及びC―N間に接続された直流リンクコンデンサCN1(第2の直流リンクコンデンサ)を有して構成される。直流リンクコンデンサCP1及びCN1には、ブリーダ抵抗が並列に接続される場合があるが、ここでは省略してある。また、直流電源に混入する高調波成分を除去するためにスナバ回路を当該直流リンク部10に並列に接続する場合もあるが、本発明の趣旨に直接関係がないため省略してある。   The DC link unit 10 includes a DC link capacitor CP1 (first DC link capacitor) connected between P and C and a DC link capacitor CN1 (second DC link capacitor) connected between C and N. Configured. A bleeder resistor may be connected in parallel to the DC link capacitors CP1 and CN1, but is omitted here. Further, a snubber circuit may be connected in parallel to the DC link unit 10 in order to remove harmonic components mixed in the DC power supply, but it is omitted because it is not directly related to the gist of the present invention.

直流短絡検出装置20には、P極及びC極間に、P極側から短絡検知コンデンサCP2(第1の短絡検知コンデンサ)及び順方向に配置されたダイオードD1(第1のダイオード)が直列に接続された接続点P1(第1の接続点)を有する第1の充電回路が設けられている。また、C極及びN極間に、C極側から順方向に配置されたダイオードD2(第2のダイオード)及び短絡検知コンデンサCN2(第2の短絡検知コンデンサ)が直列に接続された接続点P2(第2の接続点)を有する第2の充電回路が設けられている。さらに、前記第2の接続点及び前記第1の接続点の間に、当該第2の接続点側から第3のダイオード及び電流センサCTが直列に接続された放電回路が設けられている。   In the DC short-circuit detection device 20, a short-circuit detection capacitor CP2 (first short-circuit detection capacitor) and a diode D1 (first diode) arranged in the forward direction are connected in series between the P-pole and the C-pole from the P-pole side. A first charging circuit having a connected connection point P1 (first connection point) is provided. Further, a connection point P2 in which a diode D2 (second diode) and a short-circuit detection capacitor CN2 (second short-circuit detection capacitor) arranged in the forward direction from the C-pole side are connected in series between the C-pole and the N-pole. A second charging circuit having (second connection point) is provided. Furthermore, a discharge circuit in which a third diode and a current sensor CT are connected in series from the second connection point side is provided between the second connection point and the first connection point.

インバータ部は、U相インバータ部30、V相インバータ部40及びW相インバータ部50を有して構成される。これら各インバータ部の構成は共通であるため、U相インバータ部30の構成を説明する。   The inverter unit includes a U-phase inverter unit 30, a V-phase inverter unit 40, and a W-phase inverter unit 50. Since the configuration of each inverter unit is common, the configuration of the U-phase inverter unit 30 will be described.

U相インバータ部30は、4個のスイッチング素子Q1〜Q4が、供給される直流電源E[V]、E[V]の両端に対して直列に接続される。スイッチング素子Q1〜Q4としては、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などが使用される。このスイッチング素子Q1〜Q4にはそれぞれ逆並列にダイオードD4〜D7(還流ダイオード)が接続される。また、本実施例に示す3レベルインバータには、各相の出力電圧(この場合U相)を中性点C0にクランプするためのクランプダイオードD8及びD9が接続される。   In the U-phase inverter unit 30, four switching elements Q1 to Q4 are connected in series to both ends of DC power supplies E [V] and E [V] to be supplied. As the switching elements Q1 to Q4, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. Diodes D4 to D7 (freewheeling diodes) are connected in antiparallel to the switching elements Q1 to Q4, respectively. Also, clamp diodes D8 and D9 for clamping the output voltage of each phase (in this case, the U phase) to the neutral point C0 are connected to the three-level inverter shown in the present embodiment.

以上の構成を有し、スイッチング素子Q1〜Q4を、設定されたタイミングでオン、オフスイッチングすることにより、U相電圧Vuが生成される。   With the above configuration, the U-phase voltage Vu is generated by switching the switching elements Q1 to Q4 on and off at a set timing.

V相インバータ部40及びW相インバータ部50はU相インバータ部30と同様に構成されており、当該インバータ部を構成するスイッチング素子を設定されたタイミングでオン、オフスイッチングすることにより、V相電圧Vv及びW相電圧Vwが生成される。   The V-phase inverter unit 40 and the W-phase inverter unit 50 are configured in the same manner as the U-phase inverter unit 30, and the V-phase voltage is changed by switching on and off the switching elements constituting the inverter unit at a set timing. Vv and W phase voltage Vw are generated.

以上の処理により3相交流電圧Vu,Vv、Vwが生成され、負荷(図示しない)に対して3相交流電力が供給される。   Through the above processing, three-phase AC voltages Vu, Vv, Vw are generated, and three-phase AC power is supplied to a load (not shown).

以上の構成を有する電動機駆動システム100のPーC間にE[V]、C−N間にE[V]が供給されると、直流リンクコンデンサCP1に充電電流1a1が流れると共に、上述した第1の充電回路により、短絡検知コンデンサCP2に充電電流1a2が流れる。   When E [V] is supplied between PCs of electric motor drive system 100 having the above configuration, and E [V] is supplied between CNs, charging current 1a1 flows through DC link capacitor CP1, and the above-described first The charging current 1a2 flows through the short-circuit detecting capacitor CP2 by the charging circuit 1.

同様に、直流リンクコンデンサCN1に充電電流2a1が流れると共に、上述した第2の充電回路により、短絡検知コンデンサCN2に充電電流2a2が流れる。   Similarly, the charging current 2a1 flows through the DC link capacitor CN1, and the charging current 2a2 flows through the short-circuit detection capacitor CN2 by the above-described second charging circuit.

図2は、本発明の実施例1に係る電動機駆動システムの回路図で、電動機通常運転時の放電電流の経路が示されている。図2中の直流リンクコンデンサCP1の放電電流1b1、および直流リンクコンデンサCN1の放電電流2b1は、図5の直流リンクコンデンサCP1の放電電流経路1bと直流リンクコンデンサCN1の放電電流経路2bと同じ作用をするためここでは、電動機通常運転時の短絡検知コンデンサCP2及びCN2からの放電電流の経路を説明する。   FIG. 2 is a circuit diagram of the electric motor drive system according to the first embodiment of the present invention, and shows a path of a discharge current during normal operation of the electric motor. The discharge current 1b1 of the DC link capacitor CP1 in FIG. 2 and the discharge current 2b1 of the DC link capacitor CN1 have the same action as the discharge current path 1b of the DC link capacitor CP1 and the discharge current path 2b of the DC link capacitor CN1 in FIG. Therefore, here, the path of the discharge current from the short-circuit detection capacitors CP2 and CN2 during normal operation of the motor will be described.

短絡検知コンデンサCP2に充電された電荷に基づく放電電流1b2(実線矢印)は、短絡検知コンデンサCP2からインバータ部30〜50に供給され、当該インバータ部30〜50により交流電流となり負荷に供給された後、中性点C0→ダイオードD2→ダイオードD3→電流センサCTの経路を経て短絡検知コンデンサCP2に帰還する。   The discharge current 1b2 (solid arrow) based on the electric charge charged in the short-circuit detection capacitor CP2 is supplied from the short-circuit detection capacitor CP2 to the inverter units 30 to 50, and is converted into an alternating current by the inverter units 30 to 50 and supplied to the load. Then, the signal is fed back to the short-circuit detection capacitor CP2 via a neutral point C0 → diode D2 → diode D3 → current sensor CT.

同様に、短絡検知コンデンサCN2に充電された電荷に基づく放電電流2b2(破線矢印)は、短絡検知コンデンサCN2→ダイオードD3→電流センサCT→ダイオードD1→中性点C0→インバータ部30〜50に供給され、当該インバータ部30〜50により交流電流となり負荷に供給された後、短絡検知コンデンサCN2に帰還する。   Similarly, the discharge current 2b2 (broken arrow) based on the electric charge charged in the short-circuit detection capacitor CN2 is supplied to the short-circuit detection capacitor CN2, the diode D3, the current sensor CT, the diode D1, the neutral point C0, and the inverter units 30 to 50. Then, an alternating current is supplied to the load by the inverter units 30 to 50 and then fed back to the short-circuit detection capacitor CN2.

以上、説明したように、電動機通常運転時、短絡検知コンデンサCP2及びCN2からの放電電流1b2及び2b2は、何れも電流センサCTを経由することから、1箇所の電流センサCTで短絡検知コンデンサCP2及びCN2からの放電電流を検出することができる。   As described above, during normal operation of the motor, the discharge currents 1b2 and 2b2 from the short-circuit detection capacitors CP2 and CN2 both pass through the current sensor CT. The discharge current from CN2 can be detected.

図3は、本発明の実施例1に係る直流リンクコンデンサ(CP1及びCN1)の容量と短絡検知コンデンサ(CP2及びCN2)の容量を説明する図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the capacity of the DC link capacitors (CP1 and CN1) and the capacity of the short circuit detection capacitors (CP2 and CN2) according to the first embodiment of the present invention.

一般的な直流リンクコンデンサ容量に対する短絡検知コンデンサ容量の容量割合は、0.1%程度に設定される。例えば、3.3[kV]の電圧を出力するインバータ装置において、1BNK(UVW相)分の直流リンクコンデンサ容量が2000[μF](PーC間、C−N間)とすれば、短絡検知コンデンサ容量は、2[μF]となる。   The capacity ratio of the short-circuit detection capacitor capacity to the general DC link capacitor capacity is set to about 0.1%. For example, in an inverter device that outputs a voltage of 3.3 [kV], if the DC link capacitor capacity for 1 BNK (UVW phase) is 2000 [μF] (between PC and C-N), short circuit detection The capacitor capacity is 2 [μF].

本実施例1においても、図3に示すように、上記同様のコンデンサ容量を用いている。上記電圧を出力するために3[kV]×2の直流リンク電圧とし、4000[kVA]の装置を想定した場合の、電動機駆動システム(装置)出力電力(皮相電力)Po及び電動機駆動システム(装置)出力電流Ioは、下式(1)〜(3)で示される。
直流リンク電圧Vpc=Vcn=3[kV]・・・・・・・・・ ・(1)
装置出力電力Po=4000[kVA]・・・・・・・ ・・・・・(2)
装置出力電流Io=4000kVA/(√3×3300V)
=700[Arms]・・・・・・・ ・・・・・(3)
[rms]は(root mean square value:実行値)のことで、上記式(3)は、電流の実行値が700[A]であることを示す。
Also in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the same capacitor capacity as described above is used. The motor drive system (device) output power (apparent power) Po and the motor drive system (device) are assumed when a DC link voltage of 3 [kV] × 2 is used to output the voltage, and a device of 4000 [kVA] is assumed. ) The output current Io is expressed by the following formulas (1) to (3).
DC link voltage Vpc = Vcn = 3 [kV] (1)
Device output power Po = 4000 [kVA] (2)
Device output current Io = 4000 kVA / (√3 × 3300 V)
= 700 [Arms] ... (3)
[rms] is (root mean square value: effective value), and the above formula (3) indicates that the effective value of current is 700 [A].

図3に示す直流リンクコンデンサCP1、CP2を接続する配線インダクタンス、及び当該直流リンクコンデンサとインバータ部を接続するBUSバー(図示しない)のインダクタンス及び短絡検知コンデンサCP2及びCN2のインダクタンスを無視すれば、短絡検知コンデンサCP2及びCN2からの放電電流値ICP2及びICN2は、直流リンクコンデンサCP1及びCN1からの放電電流値に対するコンデンサの容量比で示される。   If the wiring inductance connecting the DC link capacitors CP1 and CP2 shown in FIG. 3, the inductance of the BUS bar (not shown) connecting the DC link capacitor and the inverter unit, and the inductances of the short-circuit detection capacitors CP2 and CN2 are ignored, The discharge current values ICP2 and ICN2 from the sensing capacitors CP2 and CN2 are indicated by the capacitance ratio of the capacitor to the discharge current values from the DC link capacitors CP1 and CN1.

すなわち、当該装置短絡時の短絡検知コンデンサCP2及びCN2の放電電流ICP2及びICN2は、上式(3)で示される装置出力電流値Ioに対する直流リンクコンデンサCP1及びCN1と、短絡検知コンデンサCP2及びCN2とのコンデンサ容量比で示すことができ、下式(4)〜(5)で示すことができる。
直流リンクコンデンサCP1容量:短絡検知コンデンサCP2容量
=2000μF:2μF=1000:1・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
短絡検知コンデンサ電流ICP2=Io/1000=0.7[Arms]・・・(5)
なお、直流リンクコンデンサCN1容量:短絡検知コンデンサCN2容量は上記(4)同様に算出され、短絡検知コンデンサ電流ICN2は上式(5)と同様に算出される。
That is, the discharge currents ICP2 and ICN2 of the short-circuit detection capacitors CP2 and CN2 when the device is short-circuited are the DC link capacitors CP1 and CN1 and the short-circuit detection capacitors CP2 and CN2 with respect to the device output current value Io expressed by the above equation (3). The capacitor capacity ratio can be expressed by the following formulas (4) to (5).
DC link capacitor CP1 capacitance: short-circuit detection capacitor CP2 capacitance = 2000 μF: 2 μF = 1000: 1 (4)
Short-circuit detection capacitor current ICP2 = Io / 1000 = 0.7 [Arms] (5)
The DC link capacitor CN1 capacity: short circuit detection capacitor CN2 capacity is calculated in the same manner as in the above (4), and the short circuit detection capacitor current ICN2 is calculated in the same manner as in the above equation (5).

本実施例1に係る電動機駆動システム100で直流短絡が発生した場合には、直流リンクコンデンサCP1及びCP2から放電電流が短絡電流として流れるが、当該短絡電流は上記(3)式で示すように700[Arms]以上の大電流になるため、この大電流を電流センサで検出するには、容量の大きな電流センサが必要になるが、当該直流短絡発生時、短絡検知コンデンサCP2及びCN2から電流センサに流れる電流は、上記(5)式で示すように0.7Armsとなり、直流リンクコンデンサCP1及びCN2からの放電電流に比べて1/1000の放電電流が短絡電流として流れるにすぎない。   When a DC short-circuit occurs in the motor drive system 100 according to the first embodiment, a discharge current flows as a short-circuit current from the DC link capacitors CP1 and CP2, and the short-circuit current is 700 as shown by the above equation (3). Since a large current exceeding [Arms] is required, a large-capacity current sensor is required to detect this large current with the current sensor. However, when the DC short circuit occurs, the short circuit detection capacitors CP2 and CN2 change the current sensor to the current sensor. The flowing current is 0.7 Arms as shown in the above formula (5), and only 1/1000 of the discharge current flows as a short-circuit current compared to the discharge currents from the DC link capacitors CP1 and CN2.

すなわち、短絡検知コンデンサCP2の容量は直流リンクコンデンサCP1の容量より小さな容量に設定することができ、かつ、短絡検知コンデンサCN2の容量は直流リンクコンデンサCN1の容量より小さな容量に設定することができることにより、小容量の電流センサで当該電動機駆動システム100の直流短絡を検出することが可能になる。   That is, the capacitance of the short-circuit detection capacitor CP2 can be set smaller than the capacitance of the DC link capacitor CP1, and the capacitance of the short-circuit detection capacitor CN2 can be set smaller than the capacitance of the DC link capacitor CN1. Thus, it is possible to detect a DC short circuit of the electric motor drive system 100 with a small-capacity current sensor.

図4は、上述した直流リンクコンデンサCP1から流れる直流リンクコンデンサ電流ICP1と短絡検知コンデンサCP2から流れる放電電流ICP2(図2に示す放電電流1b2相当)を図示したものである。ここでは、直流リンクコンデンサ電流ICP1を構成するメイン電流Ir、Is、Itは、下式(6)〜(8)により算出される。また、そのときの最大電流ICP1mは、上記(3)式から、下式(9)により算出される。
Ir=ICP1m・sinωt・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6)
Is=ICP1m・sin(ωt−2π/3)・・・・・・・・・・・(7)
It=ICP1m・sin(ωt−4π/3)・・・・・・・・・・・(8)
ICP1m=√2Io=√2×700=990[A]・・・・・・・・・(9)
同様に短絡検知コンデンサ電流ICP2は、上記メイン電流Ir、Is、Itに対して1/1000の電流が流れるため、その電流を、メイン電流Ir/1000、Is/1000、It/1000として図示してある。そのときの最大電流ICP2mは、上記(5)式から下式(10)により算出される。
ICP2m=√2Io/1000=0.99[A]・・・・・・・・・・(10)
以上算出された電流値を図4に示す。
FIG. 4 illustrates the DC link capacitor current ICP1 flowing from the DC link capacitor CP1 and the discharge current ICP2 (corresponding to the discharge current 1b2 shown in FIG. 2) flowing from the short circuit detection capacitor CP2. Here, the main currents Ir, Is, It constituting the DC link capacitor current ICP1 are calculated by the following equations (6) to (8). Further, the maximum current ICP1m at that time is calculated by the following equation (9) from the above equation (3).
Ir = ICP1m · sin ωt (6)
Is = ICP1m · sin (ωt−2π / 3) (7)
It = ICP1m · sin (ωt−4π / 3) (8)
ICP1m = √2Io = √2 × 700 = 990 [A] (9)
Similarly, since the short-circuit detection capacitor current ICP2 is 1/1000 of the main current Ir, Is, It, the current flows as main currents Ir / 1000, Is / 1000, It / 1000. is there. The maximum current ICP2m at that time is calculated from the above equation (5) by the following equation (10).
ICP2m = √2Io / 1000 = 0.99 [A] (10)
The calculated current value is shown in FIG.

以上の説明で明らかなように、本実施例によれば、3レベルインバータによる電動機駆動システムの直流短絡検出装置において、直流短絡時、直流リンクコンデンサCP1・CP2からの放電電流(大電流)を2箇所で監視する替わりに、短絡検知コンデンサからの放電電流(小電流)を1箇所で監視し、2箇所監視と同等の効果を有する電動機駆動システム及び電動機駆動システムの直流短絡検出装置を提供することができる。   As is apparent from the above description, according to the present embodiment, in the DC short-circuit detecting device of the motor drive system using the three-level inverter, when the DC short-circuit is detected, the discharge current (large current) from the DC link capacitors CP1 and CP2 is 2 To provide a motor drive system and a DC short-circuit detection device for a motor drive system having the same effect as two-position monitoring by monitoring discharge current (small current) from a short-circuit detection capacitor at one place instead of monitoring at a place. Can do.

10 直流リンク部
20 直流短絡検出装置
30〜50 インバータ部
CP1 C−P間に接続された直流リンクコンデンサ(平滑コンデンサ)
CP2 C−P間に接続された短絡検知コンデンサ
CN1 C−N間に接続された直流リンクコンデンサ(平滑コンデンサ)
CN2 C−N間に接続された短絡検知コンデンサ
CT 電流センサ
Q1〜Q4 スイッチング素子
D1〜D3 ダイオード
D4〜D7 ダイオード(還流ダイオード)
D8〜D9 クランプダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 DC link part 20 DC short circuit detection apparatus 30-50 Inverter part CP1 DC link capacitor (smoothing capacitor) connected between CP
CP2 Short-circuit detection capacitor connected between CP and CN1 DC link capacitor (smoothing capacitor) connected between CN
CN2 Short-circuit detection capacitor CT connected between C-N Current sensors Q1 to Q4 Switching elements D1 to D3 Diodes D4 to D7 Diode (freewheeling diode)
D8 ~ D9 Clamp diode

Claims (5)

直流電源を供給するP極、C極及びN極を有する直流電源入力部と、
前記直流電源入力部を構成するP極及びC極間に接続された第1の直流リンクコンデンサ並びにC極及びN極間に接続された第2の直流リンクコンデンサと、
前記第1の直流リンクコンデンサ及び前記第2の直流リンクコンデンサの電流を監視するために前記P極及びN極間に設けられた直流短絡検出装置と、
前記直流電源の供給を受けて交流電源に変換するインバータ部と、
を備えたことを特徴とする電動機駆動システム。
A DC power supply input section having P pole, C pole and N pole for supplying DC power;
A first DC link capacitor connected between the P pole and the C pole constituting the DC power supply input unit, and a second DC link capacitor connected between the C pole and the N pole;
A DC short-circuit detecting device provided between the P pole and the N pole in order to monitor currents of the first DC link capacitor and the second DC link capacitor;
An inverter unit that receives supply of the DC power and converts it into AC power;
An electric motor drive system comprising:
前記直流短絡検出装置は、
前記P極及びC極間に、P極側から第1の短絡検知コンデンサ及び順方向に配置された第1のダイオードが直列に接続された第1の接続点を有する第1の充電回路と、
前記C極及びN極間に、C極側から順方向に配置された第2のダイオード及び第2の短絡検知コンデンサが直列に接続された第2の接続点を有する第2の充電回路と、
前記第2の接続点及び前記第1の接続点の間に、当該第2の接続点側から第3のダイオード及び電流センサが直列に接続された放電回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の電動機駆動システム。
The DC short-circuit detection device is
A first charging circuit having a first connection point in which a first short-circuit detecting capacitor and a first diode arranged in a forward direction are connected in series from the P pole side between the P pole and the C pole;
A second charging circuit having a second connection point in which a second diode and a second short-circuit detecting capacitor arranged in a forward direction from the C pole side are connected in series between the C pole and the N pole;
A discharge circuit in which a third diode and a current sensor are connected in series from the second connection point side between the second connection point and the first connection point;
The motor drive system according to claim 1, further comprising:
前記第1の短絡検知コンデンサの容量は、前記第1の直流リンクコンデンサの容量より小さな容量に設定され、かつ、前記第2の短絡コンデンサ容量は、前記第2の直流コンデンサの容量より小さな容量に設定されることを特徴とする請求項2記載の電動機駆動システム。   The capacity of the first short-circuit detecting capacitor is set to be smaller than the capacity of the first DC link capacitor, and the second short-circuit capacitor capacity is smaller than the capacity of the second DC capacitor. The electric motor drive system according to claim 2, wherein the electric motor drive system is set. 直流電源を供給するP極、C極及びN極を有する直流電源入力部と、前記直流電源入力部を構成するP極及びC極間に接続された第1の直流リンクコンデンサ並びにC極及びN極間に接続された第2の直流リンクコンデンサと、前記第1の直流リンクコンデンサ及び前記第2の直流リンクコンデンサの電流を監視するために前記P極及びN極間に設けられた直流短絡検出装置と、前記直流電源の供給を受けて交流電源に変換するインバータ部と、を備えた電動機駆動システムの前記直流短絡検出装置であって、
前記P極及びC極間に、P極側から第1の短絡検知コンデンサ及び順方向に配置された第1のダイオードが直列に接続された第1の接続点を有する第1の充電回路と、
前記C極及びN極間に、C極側から順方向に配置された第2のダイオード及び第2の短絡検知コンデンサが直列に接続された第2の接続点を有する第2の充電回路と、
前記第2の接続点及び前記第1の接続点の間に、当該第2の接続点側から第3のダイオード及び電流センサが直列に接続された放電回路と、
を備えたことを特徴とする電動機駆動システムの直流短絡検出装置。
DC power supply input section having P pole, C pole and N pole for supplying DC power supply, first DC link capacitor connected between P pole and C pole constituting the DC power supply input section, and C pole and N pole A second DC link capacitor connected between the poles, and a DC short circuit detection provided between the P pole and the N pole to monitor the current of the first DC link capacitor and the second DC link capacitor. A DC short-circuit detection device of an electric motor drive system comprising: a device; and an inverter unit that receives the supply of the DC power and converts the AC power into an AC power source,
A first charging circuit having a first connection point in which a first short-circuit detecting capacitor and a first diode arranged in a forward direction are connected in series from the P pole side between the P pole and the C pole;
A second charging circuit having a second connection point in which a second diode and a second short-circuit detecting capacitor arranged in a forward direction from the C pole side are connected in series between the C pole and the N pole;
A discharge circuit in which a third diode and a current sensor are connected in series from the second connection point side between the second connection point and the first connection point;
An apparatus for detecting a DC short circuit in an electric motor drive system.
前記第1の短絡検知コンデンサの容量は、前記第1の直流リンクコンデンサの容量より小さな容量に設定され、かつ、前記第2の短絡検知コンデンサ容量は、前記第2の直流コンデンサの容量より小さな容量に設定されることを特徴とする請求項4記載の電動機駆動システムの直流短絡検出装置。   The capacity of the first short circuit detection capacitor is set to be smaller than the capacity of the first DC link capacitor, and the capacity of the second short circuit detection capacitor is smaller than the capacity of the second DC capacitor. The DC short-circuit detection device for an electric motor drive system according to claim 4, wherein
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