JP5363607B2 - Ｄｃリンク低電圧アラーム検出レベル可変機能を有するモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、三相交流電源から直流電源を供給するコンバータ部と直流電源から周波数可変の三相交流電源を供給するインバータ部とを具備するモータ駆動装置に関する。

商用の三相交流電力を直流電力に変換してモータ等を駆動する駆動装置が広く知られている。このような駆動装置において、交流電源の停電があった場合に機器を安全に運転するためには、瞬間的な停電（以下、「瞬時停電」という。）であっても停電が生じたことを正確に検知することが重要である。そこで、交流電源の瞬時停電を検知するための電源装置が知られている（例えば、特許文献１）。

図１に、従来のモータ駆動装置を示す。従来のモータ駆動装置１００は、交流電源１０１と、交流電源１０１からの三相交流電圧Ｖ_R、Ｖ_S、Ｖ_Tを直流電圧に変換する直流電源回路１０３と、を有する。直流電源回路１０３は、交流電源１０１から受電した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１０２と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１０７と、直流電圧の波形を平滑化するＤＣリンク平滑用コンデンサ１０４とを備えている。コンバータ１０２から出力される直流電力は、直流電源線１０５、１０６を介してインバータ１０７に供給され、インバータ１０７から出力される交流電力によりモータ１１３の駆動が行われる。

モータ駆動装置１００は、瞬時停電を検出するための瞬停検出回路１０８を備えており、瞬停検出回路１０８は、レベル変換回路１０９と、制御部１１０と、を有する。レベル変換回路１０９は、三相交流電圧Ｖ_R、Ｖ_S、Ｖ_Tの全ての電圧を制御部１１０で測定可能なレベルに変換する。制御部１１０では、レベル変換回路１０９で変換された交流電圧に基づいて、瞬時停電の有無を検出し、瞬時停電が検出された場合には瞬停検出信号１１１を出力する。従来のモータ駆動装置１００は、このような構成により、瞬時停電を検出するというものである。この従来技術においては、ＡＣ／ＤＣ変換を行う直流電源回路の入力側における交流電源の瞬時停電を検出する点について報告されているが、瞬時停電検出後、コンバータ部の内部のパワー素子の破損に対する保護や連続運転維持に関しては記載されていない。

ここで、瞬時停電が起こった場合には、ＤＣリンク平滑用コンデンサ１０４の両端子間の電圧であるＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低下し、その後に停電から復帰した場合に、ＤＣリンク平滑用コンデンサ１０４に突入電流と呼ばれる電流が流れる。この場合、ＤＣリンク電圧の低下量が大きいほど、また、ＤＣリンク平滑用コンデンサ１０４、１１２の総容量が大きいほど、突入電流が大きくなる。

図２及び図３を用いて、ＤＣリンク電圧の低下量と、突入電流との関係について説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＤＣリンク電圧の低下量が大きい場合の交流電圧、ＤＣリンク電圧及び交流電流の時間変化を示し、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＤＣリンク電圧の低下量が小さい場合の交流電圧、ＤＣリンク電圧及び交流電流の時間変化を示す。ここで、図２及び図３のそれぞれの場合において、ＤＣリンク平滑用コンデンサの容量は同一とする。

図２（ａ）は、交流電圧Ｖ_R，Ｖ_S，Ｖ_Tの時間変化であり、時刻ｔ₀で停電が発生し、時刻ｔ₁で停電から復帰するものとする。瞬時停電期間である時刻ｔ₀〜ｔ₁［ｓ］の期間は交流電圧Ｖ_R，Ｖ_S，Ｖ_Tが０［Ｖ］となっている。

図２（ｂ）は、ＤＣリンク電圧Ｖ_DC［Ｖ］の時間変化であり、時刻ｔ₀まではほぼ一定の電圧となっていたところ、瞬時停電が発生した時刻ｔ₀から電圧が低下し始めることがわかる。その後、時刻ｔ₁で電源が復帰した後は、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCは増加し始め、その後、一定期間増減（リンギング）を繰り返しながら一定の値に収束する。

図２（ｃ）は、交流電流Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_Tの時間変化であり、瞬時停電期間である時刻ｔ₀〜ｔ₁［ｓ］の期間は交流電流Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_Tが０［Ａ］となっている。時刻ｔ₁で電源が復帰した後は、突入電流が流れる。この突入電流が発生した場合であっても装置に影響が出ないように、コンバータ部を構成する素子は大電流に対して耐性のあるパワー素子を用いる必要がある。特に、ＩＥＣ６０２０４−１規格では、交流電源の瞬時停電が最大で３［ｍｓ］継続した場合でも機器が安全に動作することが要求されている。従って、交流電源の瞬時停電の開始から３［ｍｓ］後に停電から復帰した場合であってもコンバータが正常に動作することが望ましいといえる。

次に、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が、図２に示した場合に比べて小さい場合におけるＤＣリンク電圧の低下量と、突入電流との関係について説明する。図３（ａ）は、交流電圧Ｖ_R，Ｖ_S，Ｖ_Tの時間変化であり、時刻ｔ₀で停電が発生し、時刻ｔ₁で停電から復帰するものとする。瞬時停電期間である時刻ｔ₀〜ｔ₁［ｓ］の期間は交流電圧Ｖ_R，Ｖ_S，Ｖ_Tが０［Ｖ］となっている点は、図２（ａ）と同様である。

図３（ｂ）は、ＤＣリンク電圧Ｖ_DC［Ｖ］の時間変化であり、時刻ｔ₀まではほぼ一定の電圧となっていたところ、瞬時停電が発生した時刻ｔ₀から電圧が低下し始め、その後一定の値に収束する。

図３（ｃ）は、交流電流Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_Tの時間変化であり、瞬時停電期間である時刻ｔ₀〜ｔ₁［ｓ］の期間は交流電流Ｉ_R，Ｉ_S，Ｉ_Tが０［Ａ］となっている。時刻ｔ₁で電源が復帰した後は、突入電流が流れるが、図２（ｃ）の場合に比べて、突入電流の大きさは小さい。このように、瞬時停電の際に生じる突入電流の大きさは、ＤＣリンク電圧の低下量の大きさによって大きく変動する。突入電流の大きさＩは、ＤＣリンク電圧の低下量の時間変化率ｄＶ_DC／ｄｔ及びＤＣリンク平滑用コンデンサの容量Ｃにより、Ｉ＝Ｃ×（ｄＶ_DC／ｄｔ）のように表すことができる。

次に、瞬時停電が生じた場合のＤＣリンク電圧Ｖ_DCの変動について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が大きい場合と、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が小さい場合の両者について、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCと、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が所定の範囲内か否かを判断するためのパワー素子の破壊に到るレベルとの関係を示した図である。ここで、パワー素子の破壊に到るレベルとは、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下によって生じる突入電流によりコンバータ部のパワー素子が破壊される電圧レベルである。ＤＣリンク電圧Ｖ_DCがパワー素子の破壊に到るレベル以下となった場合には、パワー素子が破壊される突入電流が流れることを防止するため、アラームを発生する。これにより、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下によって生じる突入電流に起因するパワー素子の破壊を抑制することができる。

図４（ａ）は、ＤＣリンク電圧の低下量が大きい場合のＤＣリンク電圧の時間変化を示し、図４（ｂ）はＤＣリンク電圧の低下量が小さい場合のＤＣリンク電圧の時間変化を示す。ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が大きい場合は、図４（ａ）に示すように、時刻ｔ₀〜ｔ₁の期間に停電が生じたものとすると、停電後にＤＣリンク電圧Ｖ_DCが瞬時停電前のＤＣリンク電圧Ｖ_DC0に比べて低下する。ＤＣリンク電圧Ｖ_DCは、時刻ｔ₀以降に突入電流によりパワー素子の破壊に到るレベルＶ_Bを下回り、パワー素子が破壊されることがわかる。

ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が小さい場合は、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ₀〜ｔ₁の期間に停電が生じたものとすると、停電後にＤＣリンク電圧Ｖ_DCが瞬時停電前のＤＣリンク電圧Ｖ_DC0に比べて低下する。突入電流によりパワー素子の破壊に到るレベルＶ_Bを下回ることなく、パワー素子が破壊される可能性はないことがわかる。

上記の通り、瞬時停電時にＤＣリンク電圧が低下した場合、電源が復帰した際に、電源からＤＣリンクに向かって突入電流が流れる。コンバータ部を構成するパワー素子は、瞬時停電の際に突入電流による影響を受けないことが必要である。一般的には、この突入電流で破損しないように、コンバータ部には、十分な耐量を持つ整流用パワー素子を使用する。突入電流が大きくなるのは、ＤＣリンク平滑用コンデンサの容量が大きく、かつ、瞬停時に、ＤＣリンク電圧が低下している場合であるため、最悪の条件を考えると、通常の動作においては、過剰マージンを持つ素子を選定する必要があった。また、近年では多軸化が進み、ユニットの並列接続によってＤＣリンク平滑用コンデンサの容量が増大しており、過剰マージンを持つパワー素子を選定することが困難となってきた。

特開２００８−１２８８９７号公報

本発明の課題は、ＩＥＣ６０２０４−１の要求にある瞬時停電３ｍｓ以上のコンバータの運転継続の条件を満たしつつ、瞬時停電回復後の突入電流によりパワー素子を破損させることのないように、保護レベルを可変とすることで、適切なパワー素子を選定可能とするモータ駆動装置を提供することにある。

本発明のモータ駆動装置は、交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、該コンバータ部が変換した直流電力を周波数可変の交流電力に変換するインバータ部と、から成るモータ駆動装置において、コンバータ部は交流電源の各相電圧を監視し停電を検出する電源電圧監視部と、ＤＣリンク電圧を監視し低電圧を検出するＤＣリンク電圧検出手段と、コンバータ部およびインバータ部に搭載されているＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量を算出し、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを算出する手段と、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを必要に応じて可変させる手段と、ＤＣリンク電圧を監視しＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを下回った場合にはアラームを発生させてコンバータ部を保護する手段と、を有し、交流電源の電源電圧監視部が停電を検出した場合にはＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルをＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量に応じて上げることを特徴とする。

本発明のモータ駆動装置は、ＩＥＣ６０２０４−１の要求にある瞬時停電３ｍｓ以上のコンバータの運転継続の条件を満たしつつ、瞬時停電回復後の突入電流によりパワー素子を破損させることのないように、保護レベルを可変とすることで、適切なパワー素子を選定可能とするモータ駆動装置を提供することができる。

さらに、ＤＣリンク低電圧アラーム検出レベル可変機能により、通常時の低電圧アラームの検出レベルを下げることが可能となり、これにより通常動作時の誤作動による低電圧アラームの発生が起きにくくなる効果も期待できる。

従来のモータ駆動装置の構成図である。 ＤＣリンク電圧の低下量が大きい場合について、瞬時停電が生じた場合の交流電圧、ＤＣリンク電圧、交流電流の時間変化を表す図である。 ＤＣリンク電圧の低下量が小さい場合について、瞬時停電が生じた場合の交流電圧、ＤＣリンク電圧、交流電流の時間変化を表す図である。 瞬時停電が生じた場合のＤＣリンク電圧とパワー素子が破壊に到る電圧レベルとの関係を表す図である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置において、瞬時停電が生じた場合のＤＣリンク電圧とＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルとの関係を表す図である。 本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例３に係るモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例３に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例４に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係るモータ駆動装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図５に本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の構成図を示す。本発明のモータ駆動装置１は、交流電源１３の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部１０と、コンバータ部１０が変換した直流電力を周波数可変の交流電力に変換するインバータ部３０と、から成るモータ駆動装置において、コンバータ部１０は、交流電源１３の各相電圧を監視し停電を検出する電源電圧監視部３と、ＤＣリンク電圧を監視し低電圧を検出するＤＣリンク電圧検出手段４と、コンバータ部１０およびインバータ部３０に搭載されているＤＣリンク平滑用コンデンサ（１７、１８）の総容量を算出するコンデンサ総容量算出手段６と、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを必要に応じて可変させるためのＤＣリンク低電圧アラーム検出レベル（ＬＶレベル）設定手段８と、ＤＣリンク電圧を監視しＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを下回った場合にはアラームを発生させてコンバータ部１０を保護するアラーム発生手段７と、を有し、交流電源の電源電圧監視部３が停電を検出した場合にはＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルをＤＣリンク平滑用コンデンサ（１７、１８）の総容量に応じて上げることを特徴とする。

交流電源１３は、リアクトル１６を介して、コンバータ部１０に三相の交流電圧Ｖ_R、Ｖ_S、Ｖ_Tを供給する。コンバータ部１０に入力された交流電圧は、交流−直流変換回路１１で直流電圧に変換され、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８により直流電圧の波形が平滑化される。コンバータ部１０は、交流−直流変換回路１１を備えており、交流−直流変換回路１１はパワー素子１１ａ（トランジスタ等）及びダイオード１１ｂを備えている。直流電力はコンバータ部１０に接続されたインバータ部３０に供給され、直流−交流変換回路１４によって交流電源１３の周波数と異なる周波数の交流電力に変換された後、モータ１５に供給される。以上のようにして、交流電源１３から供給された交流電力がコンバータ部１０及びインバータ部３０を介してモータ１５に供給されて、モータ１５が駆動される。

実施例１に係るモータ駆動装置１は、コンバータ部１０内に、第１制御回路２を備えている。第１制御回路２は、交流電源１３の停電を検出すると共に、コンバータ部１０のＤＣリンク電圧測定部２０のＤＣリンク電圧を監視し、ＤＣリンク電圧が所定の値以下となった場合にアラームを発生する。第１制御回路２は、電源電圧監視部３と、ＤＣリンク電圧検出手段４と、第１メモリ領域５と、コンデンサ総容量算出手段６と、アラーム発生手段７と、ＤＣリンク低電圧アラーム検出レベル（ＬＶレベル）設定手段８と、第１通信手段２４と、これらを制御するＣＰＵ２３と、を備えている。

さらに、実施例１に係るモータ駆動装置１は、インバータ部３０内に、第２制御回路２６を備えている。第２制御回路２６は、第２メモリ領域５１と、第２通信手段２５とを備えている。

電源電圧監視部３は、交流電圧測定部１９においてコンバータ部１０に入力される電圧を測定し、停電の有無を検出する。停電を検出した場合には、ＣＰＵ２３に停電検出信号を送信する。

ＤＣリンク電圧検出手段４は、ＤＣリンク電圧測定部２０の電圧を測定することにより、コンバータ部１０に設置された第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の両端の端子間電圧であるＤＣリンク電圧Ｖ_DCを測定する。

第１メモリ領域５は、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の容量値を予め格納し、第２メモリ領域５１は、第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値を予め格納している。

コンデンサ総容量算出手段６は、第１メモリ領域５及び第２メモリ領域５１から取得した第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の容量値及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値に基づいて、後述するＤＣリンク低電圧アラーム検出レベル（以下、単に「低電圧アラーム検出レベル」ともいう。）を可変させるために、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の容量値と第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値の合計の容量値である総容量値を算出し、算出した総容量値に基づいて低電圧アラーム検出レベルを算出する。

アラーム発生手段７は、ＤＣリンク電圧検出手段４が検出したＤＣリンク電圧Ｖ_DCと、所定の低電圧アラーム検出レベルＶ_Aとの大小関係を比較し、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低電圧アラーム検出レベルＶ_A以下となった場合にアラームを発生する。

ＬＶレベル設定手段８は、アラーム発生手段７がアラームを発生するか否かの判断基準となる低電圧アラーム検出レベルＶ_Aを設定する。低電圧アラーム検出レベルＶ_Aの設定方法については後述する。

次に、実施例１に係るモータ駆動装置の動作手順について図６のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１０１において、コンデンサ総容量算出手段６が、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７と第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の各容量値をそれぞれ第１メモリ領域５及び第２メモリ領域５１から読み出して、これらの合計である総容量値を算出し、瞬時停電時におけるＤＣリンク低電圧アラームレベルを算出、設定する。

次に、ステップＳ１０２において、ＤＣリンク電圧検出手段４が、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCを監視する。

次に、ステップＳ１０３において、電源電圧監視部３が、交流電圧測定部１９において交流電源１３が出力する交流電圧Ｖ_R、Ｖ_S、Ｖ_Tの全ての電圧を測定することにより、各相電圧を監視する。ステップＳ１０４において、電源電圧監視部３が、上記の各相電圧の監視結果に基づいて、交流電源１３の停電の有無を検出する。停電が検出されなかった場合には、ステップＳ１０３に戻って、各相電圧の監視を継続する。停電を検出した場合には、ＣＰＵ２３に停電が検出されたことを示す停電検出情報を送信する。

電源電圧監視部３が、停電を検出した場合には、ステップＳ１０５において、ＬＶレベル設定手段８が、低電圧アラーム検出レベルを変更する。低電圧アラーム検出レベルの変更方法について図７を用いて説明する。低電圧アラーム検出レベルは、コンバータ部１０のＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量がパワー素子に影響を与える水準に達したか否かを判断するための基準電圧である。即ち、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低電圧アラーム検出レベル以下となるような場合には、パワー素子に大電流が流れこむ恐れがあるため、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCを監視することにより大電流によってパワー素子が破壊されるのを未然に防ぐものである。

突入電流の大きさは、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量とＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量によって大きく異なる。そこで、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量に着目し、低下量が大きい場合と小さい場合の２通りの場合に分けて、低電圧アラーム検出レベルの変更方法について説明する。

ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が大きい場合について図７（ａ）を用いて説明する。図７（ａ）は、ＤＣリンク電圧Ｖ_DC及び低電圧アラーム検出レベルの時間変化を示しており、横軸が時間［ｓ］を示し、縦軸が電圧［Ｖ］を示している。図７（ａ）において、時刻ｔ₀〜ｔ₁の期間に停電（瞬時停電）が生じたものとする。

停電発生前におけるＤＣリンク電圧をＶ_DC0、停電発生前における低電圧アラーム検出レベルをＶ_ANとすると、低電圧アラーム検出レベルＶ_ANはＤＣリンク電圧Ｖ_DC0に比べて所定のマージン分だけ低い電圧に設定される。このマージンをＶ_M0とすると、Ｖ_M0は次式で表される。
Ｖ_M0＝Ｖ_DC0−Ｖ_AN （１）

停電が発生していない状態ではＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低下することは稀であるため、マージンＶ_M0は比較的大きく設定することができる。即ち、停電発生前の低電圧アラーム検出レベルＶ_ANは比較的小さな値に設定することができる。

時刻ｔ₀において停電が発生すると、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低下する。ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量の最大値をＶ_DCLとし、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCがＶ_DCLだけ低下すると、発生する突入電流が大きく、コンバータ部１０内のパワー素子が破壊されるとする。本発明では、停電後に低電圧アラーム検出レベルを、停電前のＶ_ANからＶ_ALに上げている。そして、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低下してＶ_ALまで下がったときにアラームを発生させてパワー素子の破壊を防ぐようにしている。

ここで、停電後にＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低電圧アラーム検出レベルＶ_ALに到達するまでのマージンをＶ_M1とすると、
Ｖ_M1＝Ｖ_DC0−Ｖ_AL （２）
と表すことができる。本発明では、交流電源１３の交流電圧を監視する電源電圧監視部３が停電を検出した場合にはＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルをＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量に応じて上げているので、以下の式が成立する。
Ｖ_AL＞Ｖ_AN （３）
式（１）〜（３）より、Ｖ_M1＜Ｖ_M0であることがわかる。即ち、停電後にＤＣリンク電圧Ｖ_DCが停電後の低電圧アラーム検出レベルＶ_ALに達するまでのマージン電圧Ｖ_M1は、停電発生前にＤＣリンク電圧Ｖ_DCが停電前の低電圧アラーム検出レベルＶ_ANに達するまでのマージン電圧Ｖ_M0よりも小さい。このように停電後の低電圧アラーム検出レベルを停電前の低電圧アラーム検出レベルから上げることによって、停電後のＤＣリンク電圧の低下量が、コンバータ部のパワー素子が破壊される突入電流が発生するレベルに達する前に、ＤＣリンク電圧の低下量を検出することができるので、突入電流耐性が過剰に高くないパワー素子を用いた場合であっても、ＤＣリンク電圧の低下によって発生する突入電流によるパワー素子の破壊を防ぐことができ、結果として適切なマージンを持つパワー素子を選定することができる。
さらに、停電発生前には、通常時のＤＣリンク電圧Ｖ_DC0と低電圧アラームレベルＶ_ANとの間のマージン電圧Ｖ_M0を比較的大きくすることができるので、通常動作時の誤動作による低電圧アラームの発生を抑制することができる。

次に、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が小さい場合における低電圧アラーム検出レベルの変更方法について図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ｂ）は、ＤＣリンク電圧Ｖ_DC及び低電圧アラーム検出レベルの時間変化を示いる。図７（ｂ）において、時刻ｔ₀〜ｔ₁の期間に停電（瞬時停電）が生じたものとする。停電発生前におけるＤＣリンク電圧Ｖ_DC0、低電圧アラーム検出レベルＶ_AN、マージンＶ_M0は、上述のＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量が大きい場合と同様である。

時刻ｔ₀において停電が発生すると、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低下する。ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの低下量の最大値をＶ_DCSとし、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCがＶ_DCSだけ低下しても、発生する突入電流が小さく、コンバータ部１０内のパワー素子は破壊されないものとする。即ち、停電後にＤＣリンク電圧Ｖ_DCがＶ_DCSだけ低下しても、低電圧アラーム検出レベルＶ_ALには達していないため、アラームを発生させる必要がない。

以上のようにして、本発明においては、ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量に応じて低電圧アラーム検出レベルを変更しているので、パワー素子の破壊が生じるようなＤＣリンク電圧の低下を正確に検知することができ、適切なマージンを持つパワー素子を選定することができる。

次に、図６のステップＳ１０６において、ＣＰＵ２３が、ＤＣリンク電圧検出手段４から測定されたＤＣリンク電圧Ｖ_DCのデータを受け取り、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCがＬＶレベル設定手段８によって変更された低電圧アラーム検出レベルＶ_A以下となっているか否かを判断する。

測定されたＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低電圧アラーム検出レベルＶ_A以下となった場合には、想定以上のＤＣリンク電圧の低下が生じたことなり、ＤＣリンク電流の低下によって生じる大きな突入電流によりパワー素子が影響を受ける恐れがあるため、ステップＳ１０７において、アラームを発生する。

一方、測定されたＤＣリンク電圧Ｖ_DCが低電圧アラーム検出レベルＶ_A以下となっていない場合には、ステップＳ１０２に戻って、ＤＣリンク電圧Ｖ_DCの監視を行う。

アラーム発生後は、ステップＳ１０８において、システムの保護動作を行う。

以上説明したとおり、実施例１に係るモータ駆動装置によれば、瞬時停電回復後の突入電流によりパワー素子を破損させることのないように、低電圧アラーム検出レベルを可変としているので、適切なパワー素子を選定することができる。

次に、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置について説明する。本発明の実施例２に係るモータ駆動装置は、実施例１と同様の構成を有する。実施例２に係るモータ駆動装置は、コンバータ部１０の第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の容量およびインバータ部３０の第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量を予めコンバータ部１０およびインバータ部３０の各ユニット内部の第１メモリ領域５及び第２メモリ領域５１に格納しておき、該各ユニットが任意の数量、並列に接続された場合に、各ユニット間の第１通信手段２４及び第２通信手段２５を用いてコンバータ部１０の第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の容量及びインバータ部３０の第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量の合計である総容量をコンバータ部１０の内部のＣＰＵ２３により算出し、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを決定する機能を有する点を特徴とする。

実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順について、図を用いて説明する。図８は、実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０１において、上記各ユニット間の第１通信手段２４及び第２通信手段２５を用いて、並列に接続された複数のユニットのそれぞれにおけるコンバータ部１０の第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７の容量及びインバータ部３０の第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量の合計である総容量をコンバータ部１０の内部のＣＰＵ２３により算出する。

次に、ステップＳ２０２において、ＤＣリンク電圧検出手段４がＤＣリンク電圧の監視を行う。ステップＳ２０２〜Ｓ２０８の動作手順は、図６に示した実施例１のステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様であるので詳細な説明は省略する。

実施例２に係るモータ駆動装置においては、通信手段を用いて複数のコンバータ部及びインバータ部が並列に接続されている場合に、通信手段を用いて各ユニット内のＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量を算出しているので、低電圧アラーム検出レベルを正確に設定することができ、パワー素子の保護レベルを適切なレベルに設定することができる。

次に、本発明の実施例３に係るモータ駆動装置について説明する。図９は本発明の実施例３に係るモータ駆動装置１ａの構成図である。実施例１に係るモータ駆動装置１の構成と同一の構成には同一の符号を付している。実施例３に係るモータ駆動装置１ａが、実施例１に係るモータ駆動装置１と異なっている点は、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の総容量をモータ駆動装置１ａに接続される上位コントローラ９の制御変数として設定可能であり、その設定値を用いて瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを決定する機能を有する点である。その他の構成は実施例１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

上位コントローラ９は、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値を入力することができるので、これらの総容量値によって決められる低電圧アラーム検出レベルの大きさを任意に設定することができる。例えば、第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値が外部環境等の影響により変化した場合に第１メモリ領域５及び第２メモリ領域５１に記憶されている容量値とは異なる容量値を上位コントローラ９から入力することにより、ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量値を設定することができる。あるいは、実際の総容量値とは異なる容量値を入力することにより、低電圧アラーム検出レベルを任意に設定することもできる。

次に、実施例３に係るモータ駆動装置の動作手順について、図を用いて説明する。図１０は、実施例３に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３０１において、上位コントローラ９から第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値を入力する。

次に、ステップＳ３０２において、ＤＣリンク電圧検出手段４がＤＣリンク電圧の監視を行う。ステップ３０５を除いて、ステップＳ３０２〜Ｓ３０８の動作手順は、図６に示した実施例１のステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様であるので詳細な説明は省略する。

ステップＳ３０５において、ＬＶレベル設定手段８は、第１メモリ領域５及び第２メモリ領域５１に格納された容量値の代わりに、入力された第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値に基づいて低電圧アラーム検出レベルを設定する。入力された第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の容量値から低電圧アラーム検出レベルを設定する手順は実施例１と同様である。

実施例３に係るモータ駆動装置においては、ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量値を上位コントローラにより任意に設定することができるので、低電圧アラーム検出レベルを任意に設定することができ、パワー素子の保護レベルを任意のレベルに設定することができる。

次に、本発明の実施例４に係るモータ駆動装置について説明する。実施例４に係るモータ駆動装置は、モータ駆動装置の予備充電時の予備充電回路の時定数により第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の総容量を算出し、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを決定する機能を有する点を特徴とする。実施例４に係るモータ駆動装置の構成は、実施例１に係るモータ駆動装置１の構成と同様である。

実施例４に係るモータ駆動装置において、コンバータ部１０は抵抗２１及びサイリスタ２２を備えた並列回路１２を有している（図５参照）。抵抗２１は第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８と共に閉回路を構成し、これが予備充電回路を構成し、閉回路の時定数から第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８の総容量値を算出することができる。このようにして算出される容量値は実際の素子の特性を反映していると推測されるため、正確な容量値を算出することができ、このような容量値に基づいて低電圧アラーム検出レベルを適性に算出することができる。

次に、実施例４に係るモータ駆動装置の動作手順について、図を用いて説明する。図１１は、実施例４に係るモータ駆動装置の動作手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４０１において、モータ駆動装置の予備充電時の予備充電回路の時定数により、即ち、抵抗２１と第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ１７及び第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ１８との閉回路の時定数に基づいて容量値を算出する。

次に、ステップＳ４０２において、ＤＣリンク電圧検出手段４がＤＣリンク電圧の監視を行う。ステップＳ４０２〜Ｓ４０８の動作手順は、図６に示した実施例１のステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様であるので詳細な説明は省略する。

実施例４に係るモータ駆動装置においては、ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量値を抵抗とＤＣリンク平滑用コンデンサからなる閉回路を用いて算出するようにしているので、実際のＤＣリンク平滑用コンデンサの容量値を用いて低電圧アラーム検出レベルを設定することができ、パワー素子の保護レベルを実際のＤＣリンク平滑用コンデンサの特性に適合したレベルに設定することができる。

以上説明した実施例においては、ＤＣリンク電圧が低電圧アラーム検出レベル以下となったときにアラームを発生する場合について説明したが、アラームの発生とともに、あるいはアラーム発生の代わりにモータ駆動装置をスイッチ等（図示せず）により強制的に停止するようにしてもよいし、補助回路等（図示せず）を入力電源側に挿入しておき、電源の回復時にプリチャージ動作を行うようにしてもよい。

１ モータ駆動装置
２ 第１制御回路
３ 電源電圧監視部
４ ＤＣリンク電圧検出手段
５ 第１メモリ領域
６ コンデンサ総容量算出手段
７ アラーム発生手段
８ ＬＶレベル設定手段
９ 上位コントローラ
１０ コンバータ部
１１ 交流−直流変換回路
１２ 並列回路
１３ 交流電源
１４ 直流−交流変換回路
１５ モータ
１６ リアクトル
１７ 第１ＤＣリンク平滑用コンデンサ
１８ 第２ＤＣリンク平滑用コンデンサ
１９ 交流電圧測定部
２０ ＤＣリンク電圧測定部
２１ 抵抗
２２ サイリスタ
２３ ＣＰＵ
２４ 第１通信手段
２５ 第２通信手段
２６ 第２制御回路
３０ インバータ部
５１ 第２メモリ領域

Claims (4)

1. 交流電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、該コンバータ部が変換した直流電力を周波数可変の交流電力に変換するインバータ部と、から成るモータ駆動装置において、
   前記コンバータ部は、
   交流電源の各相電圧を監視し停電を検出する電源電圧監視部と、
   ＤＣリンク電圧を監視し低電圧を検出するＤＣリンク電圧検出手段と、
   前記コンバータ部および前記インバータ部に搭載されているＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量を算出する手段と、
   瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを必要に応じて可変させる手段と、
   前記ＤＣリンク電圧を監視し前記ＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを下回った場合にはアラームを発生させて前記コンバータ部を保護する手段と、を有し、
   前記交流電源の前記電源電圧監視部が停電を検出した場合には前記ＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを前記ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量に応じて上げることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記コンバータ部のＤＣリンク平滑用コンデンサの容量および前記インバータ部のＤＣリンク平滑用コンデンサの容量を予め前記コンバータ部および前記インバータ部の各ユニット内部のメモリ領域に格納しておき、該各ユニットが任意の数量、並列に接続された場合に、各ユニット間の通信手段を用いて前記コンバータ部および前記インバータ部に搭載されているＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量を前記コンバータ部の内部のＣＰＵにより算出し、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを決定する機能を有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量を前記モータ駆動装置に接続される上位コントローラの制御変数として設定可能であり、その設定値を用いて瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを決定する機能を有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記コンバータ部は、抵抗及びサイリスタを備えた並列回路をさらに有し、
   前記抵抗は、前記コンバータ部および前記インバータ部に搭載されているＤＣリンク平滑用コンデンサと共に構成する閉回路である予備充電回路を構成し、
   モータ駆動装置の予備充電時の前記予備充電回路の時定数により前記ＤＣリンク平滑用コンデンサの総容量を算出し、瞬時停電時のＤＣリンク低電圧アラーム検出レベルを決定する機能を有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。

Images