JP3704400B2

JP3704400B2 - モータのインバータ駆動制御装置における異常診断方法

Info

Publication number: JP3704400B2
Application number: JP19164296A
Authority: JP
Inventors: 俊介松原; 裕一山田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: DE69739139D1; EP0848492A1; JPH1023795A; WO1998001944A1; EP0848492A4; EP0848492B1; US6160414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータをインバータによって駆動制御する駆動制御装置における故障等の異常診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気回路における回路部品や素子の故障等の異常を検出する方法としては、テスター、電流計、電圧計等によって異常発生と想定される箇所に流れる電流や、電圧、抵抗等を測定し、その異常を検出する方法が一般的である。インバータによってモータを駆動制御するインバータ駆動制御装置における異常時においても同様な方法によってその異常を検出し診断していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したテスター等による異常検出方法では、異常と想定される箇所を覆うカバーや、その他測定に邪魔になる部材を取り外し測定しなければならず、測定した結果異常でなければ、再度取り外したものを組み立て、他の箇所を同様に測定しなければならない。そのため、異常検出診断に時間と手間がかかるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、モータをインバータによって駆動制御する駆動制御装置における各部の異常を簡単に検出診断できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インバータにおける選択したスイッチング素子をオンにして選択された巻線に電流を流す。そのとき流れる電流をモータ及びモータに接続されたケーブルに流れる電流を検出する電流検出回路で検出し、検出した電流の状態、特に、該電流の立ち上がり波形の傾きから、該電流が流れる回路部材の異常を診断する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、モータをインバータで駆動制御するときの駆動制御装置の要部回路図であり、端子Ｌ１（＋），Ｌ２（−）間には、図示しないダイオードブリッジ回路等で三相交流電源から直流に変換した直流電源が接続されている。Ｃは直流に変換された電圧を平滑するコンデンサーである。上記端子Ｌ１，Ｌ２間には、モータの各相毎にスイッチング素子（トランジスタ）とダイオードを並列に接続した回路が２組直列に接続されている。即ち、スイッチング素子ＴｒａとダイオードＤａの並列回路とスイッチング素子ＴｒｂとダイオードＤｂの並列回路が直列に接続され上記端子Ｌ１，Ｌ２間に接続され、同様にスイッチング素子ＴｒｃとダイオードＤｃの並列回路とスイッチング素子ＴｒｄとダイオードＤｄの並列回路を直列に接続した回路、及びスイッチング素子ＴｒｅとダイオードＤｅの並列回路とスイッチング素子ＴｒｆとダイオードＤｆの並列回路を直列に接続した回路がそれぞれ上記端子Ｌ１，Ｌ２間に接続されている。
【０００７】
２組のスイッチング素子とダイオードの並列回路の直列接続点は、それぞれモータのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の巻線端子に接続されている。このスイッチング素子とダイオードで構成される回路によってインバータを構成している。そして、図１の回路ではＲ相とＳ相の電流を検出するための電流検出回路ＩＲ、ＩＳが設けられ、検出された電流値はフィードバックされ、モータに流す電流のフィードバック制御に利用される。又、Ｔ相に流れる電流は電流検出回路ＩＲ、ＩＳで検出された電流値から合成された電流のフィードバック制御に利用される。
【０００８】
上述した図１の回路は、インバータで駆動制御されるモータの駆動制御装置の一般的な回路であり、従来の回路と何等相違するものではない。
そこで、異常診断を行う場合、まず、スイッチング素子Ｔｒａとスイッチング素子Ｔｒｄであるトランジスタのベースに図２（ａ）に示すように制御パルスを入力し、スイッチング素子Ｔｒａ，Ｔｒｄをオンにする。そうすると、直流電源のプラス端子Ｌ１からスイッチング素子Ｔｒａ、モータＭのＲ相、Ｓ相、スイッチング素子Ｔｒｄ、直流電源のマイナス端子Ｌ２と電流が流れ、Ｒ相の電流検出回路ＩＲ及びＳ相の電流検出回路ＩＳで電流が検出されフィードバックされる。このフィードバック電流をオシロスコープで読み取る。この電流が流れる回路に異常がなければ、Ｒ相の電流検出回路ＩＲで検出される電流ｉｒは図２（ｂ）に示すような立ち上がり波形となる。又、Ｓ相の電流検出回路ＩＳで検出される電流ｉｓは流れる向きが異なることから、符号が逆で大きさ傾きが同一（ｉｒ＝−ｉｓ）の立ち上がり波形となる。
【０００９】
制御パルスがオフとなるとモータの巻線に蓄積されたエネルギーにより、ダイオードＤｂ、モータのＲ相、Ｓ相、ダイオードＤｃと流れコンデンサＣを充電する。このときの電流も、電流検出回路ＩＲ，ＩＳによって図２（ｂ）、（ｃ）に示すように検出される。
インバータの構成、モータの構成及び直流電源の電圧が決まれば、この電流ｉｒ、ｉｓの波形の傾きは計算によって求められ基準値が求められる。この基準値と測定値が大きくことならなければ、電流検出回路ＩＲ，ＩＳのゲインを調整することによって検出電流波形の傾きを基準値に合わせ調整することができる。
【００１０】
電流検出回路ＩＲ，ＩＳで検出される電流ｉｒ，ｉｓの波形の傾きのどちらか一方が基準Ａとなる傾きと同一で、他方が図２（ｄ）に示すように非常に小さいか「０」であるような場合には、傾きが非常に小さいか、「０」を検出した電流検出回路が異常であると特定することができる。又、電流検出回路ＩＲ，ＩＳで検出される電流ｉｒ，ｉｓの波形の傾きが共に「０」もしくは非常に小さい場合には、電流検出回路ＩＲ，ＩＳが共に異常か、スイッチング素子Ｔｒａ、Ｔｒｄのいずれか、もしくは、このとき流れる予定の回路におけるケーブルもしくはＲ相、Ｓ相の巻線の断線等の異常であると推定することができる。このときには、オンにするスイッチング素子の組み合わせを変えて電流を測定し、異常箇所を特定すればよい。例えば次のようになる。簡潔にするために符号だけで説明すると、

上記（ａ）のときには、電流検出回路ＩＲ，ＩＳは正常に動作しており、スイッチング素子Ｔｒａ，Ｔｒｄ、Ｒ相、Ｓ相の巻線、ケーブルも正常であることを意味するので、後は、オンさせるスイッチング素子を変えてスイッチング素子Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｅ、Ｔｒｆ及びＴ相の巻線、Ｔ相のケーブルの異常を検出すればよい。例えば、スイッチング素子ＴｒａとＴｒｆをオンにして電流検出回路ＩＲで検出される電流ｉｒの波形の傾きが基準値であれば、Ｔ相の巻線、Ｔ相のケーブル及びスイッチング素子Ｔｒｆも正常であることが特定できる。しかし、電流検出回路ＩＲで検出される電流ｉｒの波形の傾きが「０」もしくは小さい場合には、Ｔ相の巻線、Ｔ相のケーブルもしくはスイッチング素子Ｔｒｆが異常であることを意味し、このときは、スイッチング素子ＴｒｅとＴｒｂをオンにして電流検出回路ＩＲで検出される電流ｉｒの波形の傾きが基準Ａの傾きと同じであれば、スイッチング素子Ｔｒｆが異常であるものと推定することができる。
【００１１】
又、上記（ｄ）の場合には、オンするスイッチング素子の組み合わせを変えて、検出電流波形の傾きが基準Ａの傾きと合致する場合を求める。基準Ａと傾きが合致する電流波形が得られれば、その電流を検出した電流検出回路は正常に作動していることを意味するから、それに基づいて、オンするスイッチングを変えて順次電流波形を検出し、その傾きが基準Ａの傾きと一致するか否かを求め、異常箇所を診断することになる。
【００１２】
なお、オンするスイッチング素子の組み合わせを変えても、検出電流波形の傾きが小さいか「０」である場合には、電流検出回路ＩＲ，ＩＳがともに異常であることが大であると推定することができる。
又、図２（ｅ）に示すように、電流検出回路ＩＲもしくはＩＳで検出される電流の傾きが基準Ａの傾きとことなり大きい場合には、電流を検出した電流検出回路ＩＲもしくはＩＳの一方もしくは両方は正常に作動していることを意味し、この電流が流れる回路上において、ケーブルが短絡しているかモータの巻線が短絡しているかを意味する。
【００１３】
例えば、スイッチング素子Ｔｒａ，Ｔｒｄをオンにして、電流をスイッチング素子Ｔｒａ，Ｒ相ケーブル、Ｒ相巻線、Ｓ相巻線、Ｓ相ケーブル、スイッチング素子Ｔｒｄと流し、その電流を電流検出回路ＩＲ，ＩＳで検出し、検出された電流波形が図２（ｅ）に示すような傾きで基準Ａよりも大きい傾きであるような場合には、Ｒ相のケーブルか、Ｓ相のケーブルか、Ｒ相の巻線か、Ｓ相の巻線において短絡が生じているものと推定できる。このような場合、例えば、スイッチング素子Ｔｒａ，Ｔｒｆをオンにして、電流をスイッチング素子Ｔｒａ，Ｒ相ケーブル、Ｒ相巻線、Ｔ相巻線、Ｔ相ケーブル、スイッチング素子Ｔｒｆと流し、このとき電流検出回路ＩＲで検出される電流波形の傾きが基準Ａの傾きと同等であれば、短絡が生じているのはＳ相の巻線かＳ相のケーブルにあると推定できる。また、逆に、電流検出回路ＩＲで検出される電流波形の傾きが図２（ｅ）に示すように基準Ａよりも大きい場合には、Ｒ相のケーブルかＲ相巻線において短絡が生じていると推定できる。
【００１４】
また、図２及び前述したように、スイッチング素子をオフにしたときモータの巻線に蓄積されたエネルギーはダイオード（Ｄａ〜Ｄｆ）を介して直流電源の平滑コンデンサＣに返却される。そのため、スイッチング素子をオンにしたときの電流の立ち上がりは基準Ａと同等で、異常はないが、スイッチング素子をオフにしたときの検出電流の立ち下がりが基準Ａとは異なっている場合には、そのとき流れるダイオードに異常があるものと推察することができる。
【００１５】
以上のようにして、インバータによってモータを駆動制御する駆動制御装置において、インバータのスイッチング素子を選択的に切り替えてオンにしてモータに電流を流し、駆動制御装置に存在する電流検出回路からの検出電流を用いて、該電流検出回路の故障等の異常、モータの各巻線の異常、ケーブルの異常、さらにはインバータのスイッチング素子の異常、ダイオード異常等を簡単に検出し診断することができる。
【００１６】
【発明の効果】
インバータを用いたモータの駆動制御装置において、電流検出回路の異常を簡単に検出診断することができ、さらには、モータの巻線、ケーブル、インバータのスイッチング素子、ダイオードの異常も検出診断することができることから、保守性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を適用するインバータを用いたモータの駆動制御装置の要部回路図である。
【図２】図２は、同実施形態における検出電流の説明図である。
【符号の説明】
Ｔｒａ〜Ｔｒｆスイッチング素子
Ｄａ〜Ｄｆダイオード
ＩＲＲ相電流検出回路
ＩＳＳ相電流検出回路

Claims

モータをインバータで駆動制御する駆動制御装置において、モータの巻線に電流を流すようにインバータにおける選択した２つのスイッチング素子をオンにして選択された巻線に電流を流し、そのときモータ及びモータに接続されたケーブルに流れる電流を検出する電流検出回路で検出される電流の状態によって、該電流が流れる回路部材の異常を診断することを特徴とするモータのインバータ駆動制御装置における異常診断方法。
インバータで駆動制御されるモータにおいて、モータの巻線に電流を流すようにインバータにおける選択したスイッチング素子をオン、オフにして選択された巻線に電流を流し、そのときモータ及びモータに接続されたケーブルに流れる電流を検出する電流検出回路で検出される電流の立ち上がり波形の傾きから、該電流が流れる回路部材の異常を診断することを特徴とするモータのインバータ駆動制御装置における異常診断方法。