JP6308551B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置に関するもので、複数台の発電制動装置を適用する場合に各発電制動装置の動作タイミングを合わせる電動機の制御装置を提案するものである。

図２に一例として従来技術のブロック図を示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
インバータ装置１６’は、整流器１２と平滑コンデンサ１３と電力変換器１４とにより構成される。

整流器１２は、交流電源１１の交流電力を整流し直流電力を出力する。平滑コンデンサ１３は、整流器１２の出力である直流電力を平滑化する。電力変換器１４は、平滑コンデンサ１３の直流電力を電動機１５に供給する。

発電制動装置１ａ’は、電圧検出器１７ａ’と比較器１８ａ’と駆動回路４ａ’とスイッチング素子３ａと制動抵抗２ａとにより構成され、発電制動装置１ａ’と同じ発電制動装置１ｂ’は、電圧検出器１７ｂ’と比較器１８ｂ’と駆動回路４ｂ’とスイッチング素子３ｂと制動抵抗２ｂとにより構成され、インバータ装置１６’の平滑コンデンサ１３とそれぞれ並列に接続する。

電圧検出器１７ａ’は、平滑コンデンサ１３の直流電圧を検出する。比較器１８ａ’は、電圧検出器１７ａ’の検出した平滑コンデンサ１３の直流電圧と直流電圧の制限値Ｖｄｂとを入力し、平滑コンデンサ１３の直流電圧が直流電圧の制限値Ｖｄｂより大きければ１を、平滑コンデンサ１３の直流電圧が直流電圧の制限値Ｖｄｂより小さければ０を出力する。

駆動回路４ａ’は、比較器１８ａ’の出力を入力し、比較器１８ａ’の出力が１ならスイッチング素子３ａをオンする信号を出力し、比較器１８ａ’の出力が０ならスイッチング素子３ａをオフする信号を出力する。

スイッチング素子３ａと制動抵抗２ａとは直列接続し、平滑コンデンサ１３と並列に接続する。スイッチング素子３ａは、駆動回路４ａ’の出力によりオン／オフし、スイッチング素子３ａがオンの時は、制動抵抗２ａにより平滑コンデンサ１３の直流電力を消費する。

ここで、従来技術の電動機の制御装置の動作について説明する。
インバータ装置１６’により電動機１５を急減速または急停止した場合や回生運転をした場合に、電動機１５は回生電力を発生する。整流器１２はダイオード整流であり、平滑コンデンサ１３の直流電力を交流電源１１に戻せない。よって、回生電力が発生すると、平滑コンデンサ１３の直流電圧が上昇する。そこで、発電制動装置１ａ’は、直流電圧の制限値Ｖｄｂより平滑コンデンサ１３の直流電圧が大きい場合はスイッチング素子３ａをオンし、制動抵抗２ａにより平滑コンデンサ１３の直流電力を消費することで、平滑コンデンサ１３の直流電圧が過電圧とならないようにする。

発電制動装置１ｂ’の電圧検出器１７ｂ’と比較器１８ｂ’と駆動回路４ｂ’とスイッチング素子３ｂと制動抵抗２ｂとは、発電制動装置１ａ’の電圧検出器１７ａ’と比較器１８ａ’と駆動回路４ａ’とスイッチング素子３ａと制動抵抗２ａと同じ動作となる。

インバータ装置１６’と電動機１５とにより発生される回生電力を発電制動装置１ａ’の１台では消費できない場合は、発電制動装置１ｂ’が必要となる。さらに必要となれば３台以上の発電制動装置を適用する。

これは、回生電力に応じた発電制動装置をその都度設計するよりも、任意の回生電力に応じた発電制動装置を数機種準備し必要な回生電力に応じて複数台適用する方が、設計期間の短縮化や管理・保守に有利となるためである。

特開平１１−３０８８８１号公報

発電制動装置１ａ’と発電制動装置１ｂ’とは、それぞれ平滑コンデンサ１３の直流電圧を検出して直流電圧の制限値Ｖｄｂと比較することにより、スイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｂとをオン／オフさせている。理想的にはスイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｂとは同時にオン／オフするはずであるが、実際には部品公差や温度等の周囲環境により電圧検出器１７ａ’と電圧検出器１７ｂ’ とが検出する直流電圧の値にずれが生じる。よって、比較器１８ａ’と比較器１８ｂ’との結果に違いが出ることにより、スイッチング素子３ａのオン／オフとスイッチング素子３ｂのオン／オフのタイミングがずれる。スイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｂとのオン／オフのタイミングがずれると、どちらかの発電制動装置の負担が大きくなり、負担が大きい発電制動装置に含まれる部品の劣化をはやめ、各発電制動装置の寿命に差が生じることとなる。

上記問題点を解決するために、請求項１に示す如く、交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流器と、該整流器に並列接続する平滑コンデンサと、前記直流電力を電動機に供給する電力変換器とからなるインバータ装置と、直列接続して前記平滑コンデンサと並列接続した制動抵抗とスイッチング素子と、前記平滑コンデンサの直流電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記直流電圧の制限値とを比較し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より大きい場合は１を出力し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より小さい場合は０を出力する比較器と、該比較器の出力が０の場合に前記スイッチング素子をオフする信号を出力し前記比較器の出力が１の場合に前記スイッチング素子をオンする信号を出力する駆動回路とからなる発電制動装置とにより構成された電動機の制御装置において、前記電圧検出器と前記比較器と前記駆動回路との代わりに前記平滑コンデンサの直流電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記直流電圧の制限値とを比較し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より大きい場合は１を出力し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より小さい場合は０を出力する比較器と、該比較器の出力を通信で送信する第1送信機とを前記インバータ装置に具備し、該第１送信機の出力が受信できた場合に受信した値を出力し前記第１送信機の出力が受信できなかった場合に０を出力する第２受信機と、該第２受信機の出力が０の場合に前記スイッチング素子をオフする信号を出力し前記第２受信機の出力が１の場合に前記スイッチング素子をオンする信号を出力する駆動回路とを前記発電制動装置に具備したものである。

また、請求項２に示す如く、前記発電制動装置の異常を検出した場合に０と１とを除いた異常の内容を示す任意の値を出力し前記発電制動装置が正常の場合に１を出力する異常検出器と、該異常検出器の出力を通信で送信する第２送信機とを前記発電制動装置に具備し、該第２送信機の出力が受信できた場合に受信した値を出力し前記第２送信機の出力が受信できなかった場合に０を出力する第１受信機と、該第１受信機の出力が０または前記異常の内容を示す任意の値の場合は前記発電制動装置が異常と判定し前記第１受信機の出力が１の場合は前記発電制動装置が正常と判定する異常判定器とを前記インバータ装置に具備したものである。

本発明により、並列接続した各発電制動装置のスイッチング素子のオン／オフするタイミングを合わせることができる。

本発明の実施例１を示した説明図である。 従来の技術の一例を示した説明図である。

本発明により、並列接続した各発電制動装置のスイッチング素子のオン／オフするタイミングを合わせることができるとともに、発電制動装置の信頼性およびメンテナンス性の向上ができた。

図１は、本発明の請求項１および請求項２に関する１実施例である。
図２の従来技術と構成が異なるのは、駆動回路４ａと駆動回路４ｂと電圧検出器１７と比較器１８とである。
また、異常検出器５ａと異常検出器５ｂと異常判定器６と第１送信機７と第１受信機８と第２送信機９ａと第２送信機９ｂと第２受信機１０ａと第２受信機１０ｂとが追加されている。

インバータ装置１６は、整流器１２と平滑コンデンサ１３と電力変換器１４と電圧検出器１７と比較器１８と第１送信機７と第１受信機８と異常判定器６とにより構成される。

電圧検出器１７は、平滑コンデンサ１３の直流電圧を検出する。比較器１８は、電圧検出器１７の検出した平滑コンデンサ１３の直流電圧と直流電圧の制限値Ｖｄｂとを入力し、平滑コンデンサ１３の直流電圧が直流電圧の制限値Ｖｄｂより大きければ１を、平滑コンデンサ１３の直流電圧が直流電圧の制限値Ｖｄｂより小さければ０を出力する。第１送信機７は、比較器１８の出力を第２受信機１０ａへ通信で送信する。

発電制動装置１ａは、第２受信機１０ａと駆動回路４ａとスイッチング素子３ａと制動抵抗２ａと異常検出器５ａと第２送信機９ａとにより構成され、発電制動装置１ａと同じ発電制動装置１ｂは、第２受信機１０ｂと駆動回路４ｂとスイッチング素子３ｂと制動抵抗２ｂと異常検出器５ｂと第２送信機９ｂとにより構成され、インバータ装置１６の平滑コンデンサ１３とそれぞれ並列に接続する。

第２受信機１０ａは、第１送信機７の出力を受信できた場合に受信した値を出力し、第１送信機７の出力を受信できなかった場合に０を出力する。駆動回路４ａは、第２受信機１０ａの出力を入力し、第２受信機１０ａの出力が１ならスイッチング素子３ａをオンする信号を出力し、第２受信機１０ａの出力が０ならスイッチング素子３ａをオフする信号を出力する。

異常検出器５ａは、スイッチング素子３ａの過熱や過電流等の発電制動装置１ａの異常を検出した場合に０と１とを除いた異常の内容を示す任意の値を出力し、発電制動装置１ａが正常の場合に１を出力する。第２送信機９ａは、異常検出器５ａの出力を第１受信機８へ通信で送信する。

第１受信機８は、第２送信機９ａの出力を受信できた場合に受信した値を出力し、第２送信機９ａの出力を受信できなかった場合に０を出力する。異常判定器６は、第１受信機８の出力が０または異常の内容を示す任意の値の場合に発電制動装置１ａは異常であると判定し、第１受信機８の出力が１の場合に発電制動装置１ａは正常であると判定する。

発電制動装置１ｂの第２受信機１０ｂと駆動回路４ｂとスイッチング素子３ｂと制動抵抗２ｂと異常検出器５ｂと第２送信機９ｂとは、発電制動装置１ａの第２受信機１０ａと駆動回路４ａとスイッチング素子３ａと制動抵抗２ａと異常検出器５ａと第２送信機９ａと同じ動作となる。

以下に、並列接続した各発電制動装置のスイッチング素子のオン／オフするタイミングを合わせることができる理由を説明する。

従来の技術では、各発電制動装置の電圧検出器１７ａ’と電圧検出器１７ｂ’とで平滑コンデンサ１３の直流電圧を検出し、各発電制動装置の比較器１８ａ’と比較器１８ｂ’とで各発電制動装置のスイッチング素子のオン／オフを決定している。そのため、各発電制動装置が検出する直流電圧のずれによりスイッチング素子のオン／オフするタイミングが合わなかった。

本発明においては、インバータ装置１６内の電圧検出器１７で平滑コンデンサ１３の直流電圧を検出し、比較器１８で各発電制動装置のスイッチング素子のオン／オフを決定する。これにより、比較器１８により出力される各発電制動装置のスイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｂとのオン／オフする信号が同じとなることからタイミングを合わせることが可能となる。

以上より、スイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｂとのオン／オフのタイミングが合うことにより、発電制動装置１ａと発電制動装置１ｂとの負担が等しくなり、各発電制動装置に含まれる部品の劣化も同等となる。これにより、比較的短寿命部品についての定期交換を同じ時期とすることができる。

次に、発電制動装置の信頼性の向上が可能となる理由を説明する。

インバータ装置１６と発電制動装置１ａとの通信線が断線した場合、第１送信機７と第２受信機１０ａとの通信と、第２送信機９ａと第１受信機８との通信とが切断される。さらに、インバータ装置１６と発電制動装置１ａの少なくともどちらかが故障した場合も、第１送信機７と第２受信機１０ａとの通信と、第２送信機９ａと第１受信機８との通信とが切断されることがある。

通信が切断すると、インバータ装置１６の第１受信機８は発電制動装置１ａの第２送信機９ａの出力を受信できないため０を出力する。インバータ装置１６の異常判定器６は、第１受信機８の出力が０なので、発電制動装置１ａは異常であると判定する。

さらに、発電制動装置１ａの第２受信機１０ａはインバータ装置１６の第１送信機７の出力を受信できないため０を出力する。発電制動装置１ａの駆動回路４ａは、第２受信機１０ａの出力が０なのでスイッチング素子３ａをオフする信号を出力する。

以上より、インバータ装置１６は、通信線の断線または発電制動装置１ａの故障を検知することができるため、インバータ装置１６の直流電圧が過電圧となる前に運転を停止することができる。さらに、発電制動装置１ａは、通信線の断線を検知するとともに、その際に、スイッチング素子３ａが誤ってオンすることを防ぐことができる。これらにより、発電制動装置の信頼性が向上される。

次に、発電制動装置のメンテナンス性の向上が可能となる理由を説明する。

異常検出器５ａは発電制動装置１ａの異常を検出し、その異常を示す任意の値を出力している。異常検出器５ａの出力は、通信により第２送信機９ａから第１受信機８を介してインバータ装置１６の異常判定器６に入力される。

この異常判定器６に入力された異常を示す任意の値から、例えば、インバータ装置１６に含まれる表示器や、外部のタッチパネル等に発電制動装置１ａの異常を表示できるようにすると、発電制動装置１ａを見なくてもその異常を簡単に知ることが可能となる。一般的に、インバータ装置１６や発電制動装置１ａは、制御盤の中に配置されていることが多いため、発電制動装置１ａの異常を制御盤面等で確認できれば、異常への対応を迅速に行うことができる。これにより、発電制動装置のメンテナンス性が向上される。

発電制動装置１ｂの第２受信機１０ｂと異常検出器５ｂと第２送信機９ｂとは、発電制動装置１ａの第２受信機１０ａと異常検出器５ａと第２送信機９ａと同じ動作となり、発電制動装置１ｂについても同様の効果が期待できる。

本発明により、並列接続した各発電制動装置のスイッチング素子のオン／オフするタイミングを合わせることができるとともに、発電制動装置の信頼性およびメンテナンス性の向上ができることから、産業上の利用の可能性は大いにある。

１ａ，１ｂ，１ａ’，１ｂ’ 発電制動装置
２ａ，２ｂ 制動抵抗
３ａ，３ｂ スイッチング素子
４ａ，４ｂ，４ａ’，４ｂ’ 駆動回路
５ａ，５ｂ 異常検出器
６ 異常判定器
７ 第１送信機
８ 第１受信機
９ａ，９ｂ 第２送信機
１０ａ，１０ｂ 第２受信機
１１ 交流電源
１２ 整流器
１３ 平滑コンデンサ
１４ 電力変換器
１５ 電動機
１６，１６’ インバータ装置
１７，１７ａ’，１７ｂ’ 電圧検出器
１８，１８ａ’，１８ｂ’ 比較器

Claims (2)

1. 交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流器と、該整流器に並列接続する平滑コンデンサと、前記直流電力を電動機に供給する電力変換器とからなるインバータ装置と、直列接続して前記平滑コンデンサと並列接続した制動抵抗とスイッチング素子と、前記平滑コンデンサの直流電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記直流電圧の制限値とを比較し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より大きい場合は１を出力し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より小さい場合は０を出力する比較器と、該比較器の出力が０の場合に前記スイッチング素子をオフする信号を出力し前記比較器の出力が１の場合に前記スイッチング素子をオンする信号を出力する駆動回路とからなる発電制動装置とにより構成された電動機の制御装置において、
   前記電圧検出器と前記比較器と前記駆動回路との代わりに前記平滑コンデンサの直流電圧を検出する電圧検出器と、該電圧検出器の出力と前記直流電圧の制限値とを比較し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より大きい場合は１を出力し前記電圧検出器の出力が前記直流電圧の制限値より小さい場合は０を出力する比較器と、該比較器の出力を通信で送信する第1送信機とを前記インバータ装置に具備し、該第１送信機の出力が受信できた場合に受信した値を出力し前記第１送信機の出力が受信できなかった場合に０を出力する第２受信機と、該第２受信機の出力が０の場合に前記スイッチング素子をオフする信号を出力し前記第２受信機の出力が１の場合に前記スイッチング素子をオンする信号を出力する駆動回路とを前記発電制動装置に具備したことを特徴とする電動機の制御装置。
   
2. 前記発電制動装置の異常を検出した場合に０と１とを除いた異常の内容を示す任意の値を出力し前記発電制動装置が正常の場合に１を出力する異常検出器と、該異常検出器の出力を通信で送信する第２送信機とを前記発電制動装置に具備し、該第２送信機の出力が受信できた場合に受信した値を出力し前記第２送信機の出力が受信できなかった場合に０を出力する第１受信機と、該第１受信機の出力が０または前記異常の内容を示す任意の値の場合は前記発電制動装置が異常と判定し前記第１受信機の出力が１の場合は前記発電制動装置が正常と判定する異常判定器とを前記インバータ装置に具備したことを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
   

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