JP4735918B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体スイッチング素子で構成されたインバータ装置によって駆動されるモータのダイナミックブレーキ回路の故障検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式同期電動機等によって代表されるインバータ駆動モータを非常時に停止させるためには、インバータの動作を停止させ、慣性で回転するモータの給電線に発生する電力を制動抵抗器で短絡して熱エネルギーとして消費させ、エネルギー吸収させて制動をかけるダイナミックブレーキ等と称される方式が用いられている。
ところが、非常停止が指示されたときにダイナミックブレーキ回路が故障していた場合にモータはフリーラン状態になり、機械等の摩擦力で停止するまで惰走距離がのびる為、モータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路故障を検出できる方法が必要とされている。
従来の技術として、特開平７−３２２６６３「サーボ制御装置のＤＢ回路故障検出方法」がある。この出願によれば、交直変換器の出力側コンデンサに充電された直流電圧を交流に変換するトランジスタインバータに接続されたモータと、このモータに接続されたダイナミックブレーキ回路からなるサーボモータ制御装置のダイナミックブレーキ回路故障検出方法において、前記出力側コンデンサに低電圧を充電して前記トランジスタインバータの上側アームのパワートランジスタから前記ダイナミックブレーキ回路を通して下側アームのパワートランジスタに直流を流し、その後このダイナミックブレーキ回路を不動作にして、動作時および不動作時の各電流値から前記ダイナミックブレーキ回路の故障を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、サーボモータを通常運転する前に、主回路の平滑コンデンサに低電圧を充電する等、通常の運転で行わない処理をわざわざ行わなければならないという問題があった。
そこで本発明はサーボモータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路の故障を主回路の平滑コンデンサに低電圧を充電する等の特別な処理なしに簡単に検出できるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、交流電圧を直流電圧に変換された直流電圧を平滑する平滑部と、平滑部に接続されモータに電力を供給する複数の半導体スイッチング素子を有するインバータ部と、複数の半導体スイッチング素子を所望のタイミングでスイッチングさせる制御部と、インバータ部の出力に接続するものであって制動抵抗とスイッチ素子との直列接続体と整流器とを含むダイナミックブレーキ回路と、スナバ抵抗とスナバコンデンサとの直列接続体を前記スイッチ素子に並列に接続したスナバ回路と、平滑部の正極とスナバ回路とを接続する充電抵抗と、を備えたモータ制御装置であって、制御部が、モータの実運転前に、平滑部の正極から、充電抵抗、スナバコンデンサ、制動抵抗を介して平滑部の負極に至る充電閉回路を形成させてスナバコンデンサの充電開始をすると共に、充電抵抗、スナバ抵抗、制動抵抗の各抵抗値と、スナバコンデンサの容量値とに基づいて予め決定される所定時間を、スナバコンデンサの充電開始から経過した場合のみ、ダイナミックブレーキ回路における制動抵抗または整流器が故障したと判断し、モータの実運転を行わないことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における制御部が、充電閉回路を形成させる際、平滑部の負側に接続される半導体スイッチング素子のうち少なくとも１つを点弧させるものである。
請求項３記載の発明は、スナバコンデンサの充電電圧を検出して検出電圧を制御部に出力する電圧検出部をさらに備え、制御部が、検出電圧に基づいてスナバコンデンサの充電が完了したか否かを判断することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５によってこの発明の実施の形態を更に詳細に説明する。図１〜図４は、いずれもスナバ回路１８のスナバコンデンサ１７を充電する充電回路を設けた例を示す回路図である。
図５は故障検出方法のフローチャートを示し、以下の説明では各段階を（ＳＴＥＰ）であらわしている。図１において、３相交流電源１に６個のダイオード２を接続したブリッジ回路３の出力の正極４と負極５には平滑コンデンサ６の正極と負極とが接続されている。この平滑コンデンサ６と並列にサイリスタ、トランジスタ等の半導体スイッチング素子７を２個直列接続した組を３組接続してインバータ部を形成する。各半導体スイッチング素子７にはそれぞれフライホイールダイオード８が逆接続され、半導体スイッチング素子７の中間接続点９は各相の出力点となされ、モータ１０の各相の給電線１１が接続されている。モータ１０は半導体スイッチング素子７のスイッチングタイミングに応じた特性で位相制御等がなされる。このモータ１０に制動をかけるため、給電線１１に接続されたダイオード１２の３相ブリッジ回路１３と半導体制動スイッチであるサイリスタ１４と制動抵抗器１５とを直列接続したダイナミックブレーキ回路が設けられている。また、サイリスタ１４と並列にスナバ抵抗器１６とスナバコンデンサ１７を直列接続したスナバ回路１８が接続されている。サイリスタ１４のゲート電極には、パルストランス１９を用いた点弧回路が接続されている。そして、サイリスタ１４の正極側と平滑コンデンサ６の正極側との間には、本発明による高抵抗値の充電抵抗器２０からなる充電回路２１が接続されている。
以上の回路において、いま制御電源が投入され（ｓｔｅｐ１）、モータ運転指令の読み込みがされ（ｓｔｅｐ２）、インバータ部の運転に先立ってスナバコンデンサ１７を充電する（ｓｔｅｐ３）場合は、インバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧すればよい。そうすると、平滑コンデンサ６の正極→充電回路２１の充電抵抗器２０→スナバ回路１８のスナバ抵抗器１６→スナバコンデンサ１７→制動抵抗器１５→３相ブリッジ回路１３の負側アームダイオード→給電線１１→半導体スイッチング素子７→平滑コンデンサ６の負極の閉じた充電回路が形成され、平滑コンデンサ６のチャージがスナバコンデンサ１７に充電される。充電終了後のスナバコンデンサ１７の両端の電圧、すなわち、サイリスタ１４の両端の電圧は、平滑コンデンサ６の電圧と等しくなる。この場合の充電時定数τは式（１）となる。
τ＝（Ｒ１５＋Ｒ１６＋Ｒ２０）×Ｃ１７ （１）
電圧検出兼絶縁部２５は前記スナバコンデンサ１７がある一定電圧以上充電されたことを検出し制御部２４へ信号を絶縁し伝達する。制御部２４はインバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内（ｓｔｅｐ４）に電圧検出兼絶縁部２５からの前記スナバコンデンサ１７充電電圧の情報があるかないか（ｓｔｅｐ５）でモータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路の制動抵抗、整流器等の異常を検出する。つまり制御部２４は、インバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内に電圧検出兼絶縁部２５からの前記スナバコンデンサ１７充電電圧の情報がある場合（ｓｔｅｐ６）には、ダイナミックブレーキ回路の制動抵抗器、整流器等は正常と判断し、サーボモータを通常運転を開始する。（ｓｔｅｐ７）
一方制御部２４は、インバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内に電圧検出兼絶縁部２５からの前記スナバコンデンサ１７充電電圧の情報がない場合には、ダイナミックブレーキ回路の制動抵抗器、整流器等は故障している（異常）と判断し（ｓｔｅｐ８）、異常状態を表示あるいは周辺機器へ出力し、サーボモータを通常運転を開始しない。（ｓｔｅｐ９）
ダイナミックブレーキ回路のスイッチング素子として、本発明の実施の形態ではサイリスタを用いたが、サイリスタに限定されるものではなく、トライアック、トランジスタ等の半導体スイッチング素子はもちろんのこと、機械的スイッチ（例えば、リレー）でもよい。さらに、これらの半導体スイッチング素子等のドライブ方法はフォトカプラーの他に、パルストランス、やリレーコイルに電流を流す方法でもよい。充電回路上の抵抗器はこの回路内であればどこにあってもよく、また、充電手段による電流制御によって充電時間が調節可能であれば、この抵抗器は無くてもよい。また、本発明の実施の形態では充電回路の開閉用スイッチとして、インバータ部のトランジスタ（第１半導体スイッチング素子）で兼用させているが、もちろん充電回路の開閉専用の第３のスイッチング素子を別に外部に設けてもよい。
図２は、図１に示す例の点弧回路を変更した場合の例を示している。
図３は、図１の変形例の回路を示している。
図４は、図３の回路のサイリスタ１４の点弧回路として、パルストランス１９を用いた回路に代えて、フォトダイオードとフォトサイリスタとから成るフォトカプラー２２を用いた例を示している。図２〜図４のその他の部分は図１の各部と同一であるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【０００６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、制御部２４はインバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内（ｓｔｅｐ４）に電圧検出兼絶縁部２５からのスナバコンデンサ１７充電電圧の情報があるかないか（ｓｔｅｐ５）でモータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路の制動抵抗、整流器等の異常を検出するので、サーボモータを通常運転する前に主回路の平滑コンデンサに低電圧を充電する等の特別な処理なしに簡単に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体インバータ装置ダイナミックブレーキ回路の故障検出方法の１実施形態を示す回路図。
【図２】図１とは異なるサイリスタ点弧回路を有する半導体インバータ装置ダイナミックブレーキ回路の故障検出方法の１実施形態を示す回路図。
【図３】図１の変形例を示す回路図。
【図４】図２の変形例を示す回路図。
【図５】故障検出方法のフローチャート。
【符号の説明】
１ ３相交流電源
２、１２、２４ ダイオード
３ ３相ブリッジ回路
４ ３相ブリッジ回路の出力の正極
５ ３相ブリッジ回路の出力の負極
６ 平滑コンデンサ
７ 半導体スイッチング素子（パワートランジスタ）
８ フライホイールダイオード
９ 中間接続点
１０ モータ
１１ 給電線
１２ ３相ブリッジ回路内のダイオード
１３ ３相ブリッジ回路
１４ 半導体制動スイッチ（サイリスタ）
１５ 制動抵抗器
１６ スナバ抵抗器
１７ スナバコンデンサ
１８ スナバ回路
１９ パルストランス
２０ 充電抵抗器
２１ 充電回路
２２ フォトダイオードとフォトサイリスタから成るフォトカプラー
２３ ３相ブリッジ回路内のダイオードと等価なダイオード
２４ 制御部
２５ 電圧検出兼絶縁部
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体スイッチング素子で構成されたインバータ装置によって駆動されるモータのダイナミックブレーキ回路の故障検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式同期電動機等によって代表されるインバータ駆動モータを非常時に停止させるためには、インバータの動作を停止させ、慣性で回転するモータの給電線に発生する電力を制動抵抗器で短絡して熱エネルギーとして消費させ、エネルギー吸収させて制動をかけるダイナミックブレーキ等と称される方式が用いられている。
ところが、非常停止が指示されたときにダイナミックブレーキ回路が故障していた場合にモータはフリーラン状態になり、機械等の摩擦力で停止するまで惰走距離がのびる為、モータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路故障を検出できる方法が必要とされている。
従来の技術として、特開平７−３２２６６３「サーボ制御装置のＤＢ回路故障検出方法」がある。この出願によれば、交直変換器の出力側コンデンサに充電された直流電圧を交流に変換するトランジスタインバータに接続されたモータと、このモータに接続されたダイナミックブレーキ回路からなるサーボモータ制御装置のダイナミックブレーキ回路故障検出方法において、前記出力側コンデンサに低電圧を充電して前記トランジスタインバータの上側アームのパワートランジスタから前記ダイナミックブレーキ回路を通して下側アームのパワートランジスタに直流を流し、その後このダイナミックブレーキ回路を不動作にして、動作時および不動作時の各電流値から前記ダイナミックブレーキ回路の故障を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、サーボモータを通常運転する前に、主回路の平滑コンデンサに低電圧を充電する等、通常の運転で行わない処理をわざわざ行わなければならないという問題があった。
そこで本発明はサーボモータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路の故障を主回路の平滑コンデンサに低電圧を充電する等の特別な処理なしに簡単に検出できるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、交流電圧を直流電圧に変換された直流電圧を平滑する平滑部と、平滑部に接続されモータに電力を供給する複数の半導体スイッチング素子を有するインバータ部と、複数の半導体スイッチング素子を所望のタイミングでスイッチングさせる制御部と、インバータ部の出力に接続するものであって制動抵抗とスイッチ素子との直列接続体と整流器とを含むダイナミックブレーキ回路と、スナバ抵抗とスナバコンデンサとの直列接続体を前記スイッチ素子に並列に接続したスナバ回路と、平滑部の正極とスナバ回路とを接続する充電抵抗と、を備えたモータ制御装置であって、制御部が、モータの実運転前に、平滑部の正極から、充電抵抗、スナバコンデンサ、制動抵抗を介して平滑部の負極に至る充電閉回路を形成させてスナバコンデンサの充電開始をすると共に、充電抵抗、スナバ抵抗、制動抵抗の各抵抗値と、スナバコンデンサの容量値とに基づいて予め決定される所定時間を、スナバコンデンサの充電開始から経過した場合のみ、ダイナミックブレーキ回路における制動抵抗または整流器が故障したと判断し、モータの実運転を行わないことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における制御部が、充電閉回路を形成させる際、平滑部の負側に接続される半導体スイッチング素子のうち少なくとも１つを点弧させるものである。
請求項３記載の発明は、スナバコンデンサの充電電圧を検出して検出電圧を制御部に出力する電圧検出部をさらに備え、制御部が、検出電圧に基づいてスナバコンデンサの充電が完了したか否かを判断することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５によってこの発明の実施の形態を更に詳細に説明する。図１〜図４は、いずれもスナバ回路１８のスナバコンデンサ１７を充電する充電回路を設けた例を示す回路図である。
図５は故障検出方法のフローチャートを示し、以下の説明では各段階を（ＳＴＥＰ）であらわしている。図１において、３相交流電源１に６個のダイオード２を接続したブリッジ回路３の出力の正極４と負極５には平滑コンデンサ６の正極と負極とが接続されている。この平滑コンデンサ６と並列にサイリスタ、トランジスタ等の半導体スイッチング素子７を２個直列接続した組を３組接続してインバータ部を形成する。各半導体スイッチング素子７にはそれぞれフライホイールダイオード８が逆接続され、半導体スイッチング素子７の中間接続点９は各相の出力点となされ、モータ１０の各相の給電線１１が接続されている。モータ１０は半導体スイッチング素子７のスイッチングタイミングに応じた特性で位相制御等がなされる。このモータ１０に制動をかけるため、給電線１１に接続されたダイオード１２の３相ブリッジ回路１３と半導体制動スイッチであるサイリスタ１４と制動抵抗器１５とを直列接続したダイナミックブレーキ回路が設けられている。また、サイリスタ１４と並列にスナバ抵抗器１６とスナバコンデンサ１７を直列接続したスナバ回路１８が接続されている。サイリスタ１４のゲート電極には、パルストランス１９を用いた点弧回路が接続されている。そして、サイリスタ１４の正極側と平滑コンデンサ６の正極側との間には、本発明による高抵抗値の充電抵抗器２０からなる充電回路２１が接続されている。
以上の回路において、いま制御電源が投入され（ｓｔｅｐ１）、モータ運転指令の読み込みがされ（ｓｔｅｐ２）、インバータ部の運転に先立ってスナバコンデンサ１７を充電する（ｓｔｅｐ３）場合は、インバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧すればよい。そうすると、平滑コンデンサ６の正極→充電回路２１の充電抵抗器２０→スナバ回路１８のスナバ抵抗器１６→スナバコンデンサ１７→制動抵抗器１５→３相ブリッジ回路１３の負側アームダイオード→給電線１１→半導体スイッチング素子７→平滑コンデンサ６の負極の閉じた充電回路が形成され、平滑コンデンサ６のチャージがスナバコンデンサ１７に充電される。充電終了後のスナバコンデンサ１７の両端の電圧、すなわち、サイリスタ１４の両端の電圧は、平滑コンデンサ６の電圧と等しくなる。この場合の充電時定数τは式（１）となる。
τ＝（Ｒ１５＋Ｒ１６＋Ｒ２０）×Ｃ１７ （１）
電圧検出兼絶縁部２５は前記スナバコンデンサ１７がある一定電圧以上充電されたことを検出し制御部２４へ信号を絶縁し伝達する。制御部２４はインバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内（ｓｔｅｐ４）に電圧検出兼絶縁部２５からの前記スナバコンデンサ１７充電電圧の情報があるかないか（ｓｔｅｐ５）でモータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路の制動抵抗、整流器等の異常を検出する。つまり制御部２４は、インバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内に電圧検出兼絶縁部２５からの前記スナバコンデンサ１７充電電圧の情報がある場合（ｓｔｅｐ６）には、ダイナミックブレーキ回路の制動抵抗器、整流器等は正常と判断し、サーボモータを通常運転を開始する。（ｓｔｅｐ７）
一方制御部２４は、インバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内に電圧検出兼絶縁部２５からの前記スナバコンデンサ１７充電電圧の情報がない場合には、ダイナミックブレーキ回路の制動抵抗器、整流器等は故障している（異常）と判断し（ｓｔｅｐ８）、異常状態を表示あるいは周辺機器へ出力し、サーボモータを通常運転を開始しない。（ｓｔｅｐ９）
ダイナミックブレーキ回路のスイッチング素子として、本発明の実施の形態ではサイリスタを用いたが、サイリスタに限定されるものではなく、トライアック、トランジスタ等の半導体スイッチング素子はもちろんのこと、機械的スイッチ（例えば、リレー）でもよい。さらに、これらの半導体スイッチング素子等のドライブ方法はフォトカプラーの他に、パルストランス、やリレーコイルに電流を流す方法でもよい。充電回路上の抵抗器はこの回路内であればどこにあってもよく、また、充電手段による電流制御によって充電時間が調節可能であれば、この抵抗器は無くてもよい。また、本発明の実施の形態では充電回路の開閉用スイッチとして、インバータ部のトランジスタ（第１半導体スイッチング素子）で兼用させているが、もちろん充電回路の開閉専用の第３のスイッチング素子を別に外部に設けてもよい。
図２は、図１に示す例の点弧回路を変更した場合の例を示している。
図３は、図１の変形例の回路を示している。
図４は、図３の回路のサイリスタ１４の点弧回路として、パルストランス１９を用いた回路に代えて、フォトダイオードとフォトサイリスタとから成るフォトカプラー２２を用いた例を示している。図２〜図４のその他の部分は図１の各部と同一であるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【０００６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、制御部２４はインバータ部の負側アームの何れかの半導体スイッチング素子７を点弧後から充電時定数τから規定される一定時間以内（ｓｔｅｐ４）に電圧検出兼絶縁部２５からのスナバコンデンサ１７充電電圧の情報があるかないか（ｓｔｅｐ５）でモータを通常運転する前にダイナミックブレーキ回路の制動抵抗、整流器等の異常を検出するので、サーボモータを通常運転する前に主回路の平滑コンデンサに低電圧を充電する等の特別な処理なしに簡単に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体インバータ装置ダイナミックブレーキ回路の故障検出方法の１実施形態を示す回路図。
【図２】図１とは異なるサイリスタ点弧回路を有する半導体インバータ装置ダイナミックブレーキ回路の故障検出方法の１実施形態を示す回路図。
【図３】図１の変形例を示す回路図。
【図４】図２の変形例を示す回路図。
【図５】故障検出方法のフローチャート。
【符号の説明】
１ ３相交流電源
２、１２、２４ ダイオード
３ ３相ブリッジ回路
４ ３相ブリッジ回路の出力の正極
５ ３相ブリッジ回路の出力の負極
６ 平滑コンデンサ
７ 半導体スイッチング素子（パワートランジスタ）
８ フライホイールダイオード
９ 中間接続点
１０ モータ
１１ 給電線
１２ ３相ブリッジ回路内のダイオード
１３ ３相ブリッジ回路
１４ 半導体制動スイッチ（サイリスタ）
１５ 制動抵抗器
１６ スナバ抵抗器
１７ スナバコンデンサ
１８ スナバ回路
１９ パルストランス
２０ 充電抵抗器
２１ 充電回路
２２ フォトダイオードとフォトサイリスタから成るフォトカプラー
２３ ３相ブリッジ回路内のダイオードと等価なダイオード
２４ 制御部
２５ 電圧検出兼絶縁部
Claims (3)
- 交流電圧を直流電圧に変換された該直流電圧を平滑する平滑部と、該平滑部に接続されモータに電力を供給する複数の半導体スイッチング素子を有するインバータ部と、前記複数の半導体スイッチング素子を所望のタイミングでスイッチングさせる制御部と、前記インバータ部の出力に接続するものであって制動抵抗とスイッチ素子との直列接続体と整流器とを含むダイナミックブレーキ回路と、スナバ抵抗とスナバコンデンサとの直列接続体を前記スイッチ素子に並列に接続したスナバ回路と、前記平滑部の正極と前記スナバ回路とを接続する充電抵抗と、を備えたモータ制御装置であって、
前記制御部が、前記モータの実運転前に、前記平滑部の正極から、前記充電抵抗、前記スナバコンデンサ、前記制動抵抗を介して前記平滑部の負極に至る充電閉回路を形成させて前記スナバコンデンサの充電開始をすると共に、
前記充電抵抗、前記スナバ抵抗、前記制動抵抗の各抵抗値と、前記スナバコンデンサの容量値とに基づいて予め決定される所定時間を、前記スナバコンデンサの充電開始から経過した場合のみ、前記ダイナミックブレーキ回路における前記制動抵抗または前記整流器が故障したと判断し、前記モータの実運転を行わないことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記制御部が、前記充電閉回路を形成させる際、前記平滑部の負側に接続される前記半導体スイッチング素子のうち少なくとも１つを点弧させることを特徴とするモータ制御装置。
- 前記スナバコンデンサの充電電圧を検出して検出電圧を前記制御部に出力する電圧検出部をさらに備え、
前記制御部が、前記検出電圧に基づいて前記スナバコンデンサの充電が完了したか否かを判断することを特徴とするモータ制御装置。
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| JPH0821861A (ja) * | 1994-07-08 | 1996-01-23 | Toshiba Corp | 電力変換装置の故障検出回路 |
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2001
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