JP6689478B1 - Converter and motor control system - Google Patents
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Abstract
コンバータ(1)は、パワーモジュール(21)と、平滑コンデンサ(22)と、母線電流検出部(25)と、制御部(26)と、を備える。パワーモジュール(21)は、交流電源(3)から供給される交流電圧を整流し、整流した電圧を直流電源端子(14)から出力する。母線電流検出部(25)は、直流電源端子(14)と平滑コンデンサ(22)との間に流れる電流である母線電流を検出する。制御部(26)は、交流電源(3)の電圧位相に基づいて複数のスイッチング素子(Q1〜Q6)を制御してモータ(5)の回生電力を交流電源(3)へ出力する。制御部(26)は、母線電流検出部(25)によって検出された母線電流の絶対値に基づいて、モータ(5)の力行時およびモータ(5)の回生時のうち少なくともいずれかである場合において交流電源(3)に停電が発生したか否かを判定する停電検出部(33)を備える。The converter (1) includes a power module (21), a smoothing capacitor (22), a bus current detector (25), and a controller (26). The power module (21) rectifies the AC voltage supplied from the AC power supply (3) and outputs the rectified voltage from the DC power supply terminal (14). The bus current detector (25) detects a bus current which is a current flowing between the DC power supply terminal (14) and the smoothing capacitor (22). The control unit (26) controls the plurality of switching elements (Q1 to Q6) based on the voltage phase of the AC power supply (3) and outputs the regenerative power of the motor (5) to the AC power supply (3). The control unit (26), based on the absolute value of the bus current detected by the bus current detection unit (25), is at least one of power running of the motor (5) and regeneration of the motor (5). A power failure detection unit (33) for determining whether or not a power failure has occurred in the AC power supply (3).
Description
本発明は、交流電源とモータ駆動装置との間に配置されて電力変換を行うコンバータおよびモータ制御システムに関する。 The present invention relates to a converter and a motor control system that are arranged between an AC power supply and a motor drive device to convert electric power.
交流電源とモータ駆動装置との間に配置されるコンバータは、複数の整流素子がブリッジ接続されたブリッジ整流回路を含むパワーモジュールとパワーモジュールの出力電圧を平滑化する平滑コンデンサとを備える。交流電源からコンバータへ供給される交流電圧はパワーモジュールで整流され、整流された電圧が平滑コンデンサで平滑化される。 The converter arranged between the AC power supply and the motor drive device includes a power module including a bridge rectifier circuit in which a plurality of rectifier elements are bridge-connected, and a smoothing capacitor that smoothes an output voltage of the power module. The AC voltage supplied from the AC power supply to the converter is rectified by the power module, and the rectified voltage is smoothed by the smoothing capacitor.
モータ駆動装置によって駆動されるモータは、一般的に、加速時に電力を消費し、減速時には誘導起電力を発生する。そのため、モータ駆動装置は、モータを発電機として動作させる。なお、以下において、モータの加速動作を「モータ力行」または「力行」と記載し、モータの減速動作を「モータ回生」または「回生」と記載する。 A motor driven by a motor drive device generally consumes electric power during acceleration and generates induced electromotive force during deceleration. Therefore, the motor drive device operates the motor as a generator. In the following, the acceleration operation of the motor will be referred to as "motor power running" or "power running", and the deceleration operation of the motor will be referred to as "motor regeneration" or "regeneration".
モータ力行時には、コンバータによって平滑化された電圧がモータ駆動装置へ印加される。モータ駆動装置は、コンバータから供給される直流電圧を直流交流変換によって交流電圧へ変換し、変換した交流電圧をモータに印加することによって、モータを駆動する。 During motor power running, the voltage smoothed by the converter is applied to the motor drive device. The motor drive device drives the motor by converting the DC voltage supplied from the converter into an AC voltage by DC / AC conversion and applying the converted AC voltage to the motor.
モータ回生時には、モータで発生した誘導起電力がモータ駆動装置による交流直流変換によって直流電圧へ変換され、変換された直流電圧がコンバータの平滑コンデンサへ供給される。モータからモータ駆動装置へ印加される電圧が大きい場合、モータ駆動装置からコンバータへ印加される直流電圧が平滑コンデンサまたはコンバータのパワーモジュールの許容電圧を超える場合がある。この場合、コンバータの平滑コンデンサまたはパワーモジュールが故障する可能性があるため、コンバータは、平滑コンデンサまたはパワーモジュールが破損しないようモータの誘導起電力によって生じる電力である回生電力を処理する機能を有する。 During motor regeneration, the induced electromotive force generated in the motor is converted into DC voltage by AC-DC conversion by the motor drive device, and the converted DC voltage is supplied to the smoothing capacitor of the converter. When the voltage applied from the motor to the motor drive device is large, the DC voltage applied from the motor drive device to the converter may exceed the allowable voltage of the smoothing capacitor or the power module of the converter. In this case, since the smoothing capacitor or the power module of the converter may fail, the converter has a function of processing regenerative electric power that is power generated by the induced electromotive force of the motor so as not to damage the smoothing capacitor or the power module.
回生電力の処理方式には、回生電力を抵抗器により熱消費させる抵抗回生方式と交流電源に回生電力を戻す電源回生方式とがある。近年、工作機械およびロボットといった産業機械には、省エネルギー化の観点から電源回生方式を適用したコンバータの採用が増えている。電源回生方式を適用したコンバータは、各整流素子にスイッチング素子が並列に接続された回路を含むパワーモジュールを有しており、各スイッチング素子のオンオフが制御されることで、回生電力が交流電源へ供給される。 The regenerative power processing method includes a resistance regenerative method in which regenerative power is consumed by a resistor by heat and a power source regenerative method in which regenerative power is returned to an AC power source. In recent years, converters to which a power regeneration system is applied are increasing in industrial machines such as machine tools and robots from the viewpoint of energy saving. A converter that applies the power regeneration method has a power module that includes a circuit in which a switching element is connected in parallel to each rectifying element, and by controlling the on / off of each switching element, regenerative power is supplied to an AC power source. Supplied.
電源回生方式を適用したコンバータは、モータ力行時またはモータ回生時に交流電源からの電力供給が停止する停電が発生した場合、停電開始時または復電開始時においてパワーモジュールに過電流が流れてパワーモジュールが劣化または故障する可能性がある。また、かかるコンバータを適用した工作機械およびロボットといった産業機械において、力行時または回生時に交流電源に停電が発生した場合、送り軸または主軸などが過度に回転し、ツールまたはワークなどが破損する可能性がある。 A converter that applies the power regeneration system has a power module that generates an overcurrent at the start of a power failure or power recovery when a power failure occurs when the power supply from the AC power supply stops during motor power running or motor regeneration. May deteriorate or malfunction. Also, in industrial machines such as machine tools and robots to which such converters are applied, if a power failure occurs in the AC power supply during power running or regeneration, the feed axis or spindle may rotate excessively, and tools or workpieces may be damaged. There is.
特許文献1には、回生時に交流電源に停電が発生したことを検出することができるコンバータ制御装置が開示されている。かかるコンバータ制御装置は、平滑コンデンサの端子間にチョッパを介して回生用抵抗が接続され、電圧形PWM(Pulse Width Modulation)コンバータとチョッパとの協調制御によって回生電力を分担処理する。そして、このコンバータ制御装置は、モータ回生時において、母線電流と回生用抵抗に流れるチョッパ電流との比率から交流電源に停電が発生したことを検出する。
しかしながら、特許文献1に記載された技術は、交流電源に停電が発生したことを検出するために複数の電流検出手段が必要であり複数の電流検出手段の出力から交流電源に停電が発生したことを検出するため、構成が複雑であるといった課題がある。
However, the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、交流電源に停電が発生したことを簡易な構成で検出することができるコンバータを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a converter that can detect occurrence of a power failure in an AC power supply with a simple configuration.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のコンバータは、交流電源とモータを制御するモータ駆動装置との間に配置されるコンバータであって、パワーモジュールと、平滑コンデンサと、母線電流検出部と、制御部と、を備える。パワーモジュールは、交流電源から供給される交流電圧を整流する複数の整流素子と、複数の整流素子のうち対応する整流素子に各々並列に接続される複数のスイッチング素子と、複数の整流素子によって整流された電圧を出力する2つの直流電源端子とを有する。平滑コンデンサは、2つの直流電源端子に接続され、パワーモジュールによって整流された電圧を平滑化する。母線電流検出部は、2つの直流電源端子のうち1つと平滑コンデンサとの間に流れる電流である母線電流を検出する。制御部は、交流電源の電圧位相に基づいて複数のスイッチング素子を制御することによってパワーモジュールにモータの回生電力を交流電源へ出力させる。制御部は、母線電流検出部によって検出された母線電流の絶対値に基づいて、モータの力行時およびモータの回生時のいずれかである場合において交流電源に停電が発生したか否かを判定する停電検出部を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, a converter of the present invention is a converter arranged between an AC power supply and a motor drive device that controls a motor, and includes a power module and a smoothing capacitor. A busbar current detection unit and a control unit are provided. The power module includes a plurality of rectifying elements that rectify an AC voltage supplied from an AC power source, a plurality of switching elements that are respectively connected in parallel to corresponding rectifying elements among the plurality of rectifying elements, and a plurality of rectifying elements. And two DC power supply terminals for outputting the generated voltage. The smoothing capacitor is connected to the two DC power supply terminals and smoothes the voltage rectified by the power module. The bus current detector detects a bus current, which is a current flowing between one of the two DC power supply terminals and the smoothing capacitor. The control unit causes the power module to output the regenerative power of the motor to the AC power supply by controlling the plurality of switching elements based on the voltage phase of the AC power supply. The control unit determines, based on the absolute value of the busbar current detected by the busbar current detection unit, whether or not a power failure has occurred in the AC power supply when the motor is running or when the motor is regenerating. Equipped with a power failure detection unit.
本発明にかかるコンバータは、交流電源に停電が発生したことを簡易な構成で検出することができる、という効果を奏する。 The converter according to the present invention has the effect of being able to detect the occurrence of a power failure in the AC power supply with a simple configuration.
以下に、本発明の実施の形態にかかるコンバータおよびモータ制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a converter and a motor control system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態1.
実施の形態1にかかるモータ制御システムの構成について説明する。図1は、実施の形態1にかかるモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかるモータ制御システム100は、交流電源3から出力された3相の交流電圧を用いて、モータ5を制御する。モータ制御システム100は、交流電源3から出力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ1と、コンバータ1から出力された直流電圧を用いてモータ5を制御するモータ駆動装置4とを備える。
The configuration of the motor control system according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a motor control system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
交流電源3は、3相交流電源であり、例えば、発電装置と送電設備を含む。交流電源3から供給される3相の交流電圧は、R相の交流電圧であるR相電圧VR、S相の交流電圧であるS相電圧VS、およびT相の交流電圧であるT相電圧VTである。以下において、R相電圧VR、S相電圧VS、およびT相電圧VTをまとめて電源電圧VRSTと記載する場合がある。モータ5は、例えば、工作機械およびロボットといった産業機械を構成するモータであるが、産業機械を構成するモータ以外のモータであってもよい。The AC power supply 3 is a three-phase AC power supply, and includes, for example, a power generator and power transmission equipment. The three-phase AC voltage supplied from the AC power source 3 is an R-phase voltage V R that is an R-phase AC voltage, an S-phase voltage V S that is an S-phase AC voltage, and a T-phase that is a T-phase AC voltage. The voltage is V T. In the following, the R-phase voltage V R , the S-phase voltage V S , and the T-phase voltage V T may be collectively referred to as the power supply voltage V RST . The motor 5 is, for example, a motor that constitutes an industrial machine such as a machine tool and a robot, but may be a motor other than the motor that constitutes the industrial machine.
コンバータ1は、入力電源である交流電源3にリアクトル2を介して接続される。コンバータ1は、交流電源3から供給される交流電圧を直流電圧へ変換し、変換した直流電圧をモータ駆動装置4へ供給する。モータ駆動装置4は、電力変換を行う電力変換部40と、電力変換部40を制御するモータ制御部41とを備える。モータ制御部41は、コンバータ1から供給される直流電圧を電力変換部40によってモータ5の制御速度に応じた交流電圧へ変換させ、変換させた交流電圧を電力変換部40からモータ5へ供給させることによってモータ5を可変速制御する。
The
コンバータ1は、モータ5が減速する際にモータ5に発生した誘導起電力を回生電力として交流電源3へ出力する電源回生機能を有している。モータ5に発生した誘導起電力は、モータ駆動装置4によって交流電力から直流電力へ変換され、モータ駆動装置4によって変換された直流電力はコンバータ1へ供給される。コンバータ1は、モータ駆動装置4から供給される直流電力を交流電力へ変換し、変換した交流電力を交流電源3へ出力する。以下において、モータ制御システム100における回生時の動作を電源回生動作と記載し、モータ制御システム100における力行時の動作を力行動作と記載する場合がある。また、電源回生動作時にモータ5に発生する誘導起電力を回生電力と記載する場合がある。
The
電源回生機能を有するコンバータの制御方式には、PWM制御方式と120度通電回生方式がある。コンバータ1は、120度通電回生方式のコンバータであり、電源回生コンバータとも呼ばれる。
There are a PWM control method and a 120-degree energization regeneration method as a control method for a converter having a power regeneration function. The
コンバータ1は、図1に示すように、パワーモジュール21と、平滑コンデンサ22と、母線電圧検出部23と、電源位相検出部24と、母線電流検出部25と、制御部26と、駆動回路27とを備える。
As shown in FIG. 1, the
パワーモジュール21は、交流電源端子11〜13と、正極側の直流電源端子14と、負極側の直流電源端子15と、複数の整流素子D1〜D6と、複数のスイッチング素子Q1〜Q6とを備える。交流電源端子11は、リアクトル2を介して交流電源3のR相電源端子に接続され、交流電源端子12は、リアクトル2を介して交流電源3のS相電源端子に接続され、交流電源端子13は、リアクトル2を介して交流電源3のT相電源端子に接続される。複数の整流素子D1〜D6は、ブリッジ接続されてブリッジ整流回路を構成する。
The
直流電源端子14と直流電源端子15との間には、直列に接続されたスイッチング素子Q1,Q2と、直列に接続されたスイッチング素子Q3,Q4と、直列に接続されたスイッチング素子Q5,Q6とが互いに並列に接続される。直流電源端子14には、上アームを構成するスイッチング素子Q1,Q3,Q5のコレクタ端子が接続され、直流電源端子15には、下アームを構成するスイッチング素子Q2,Q4,Q6のエミッタ端子が接続される。直流電源端子14は、モータ駆動装置4の正極側の直流電源端子17に接続され、直流電源端子15は、モータ駆動装置4の負極側の直流電源端子18に接続される。
Between the DC
スイッチング素子Q1のエミッタ端子とスイッチング素子Q2のコレクタ端子は、交流電源端子11に接続される。スイッチング素子Q3のエミッタ端子とスイッチング素子Q4のコレクタ端子とは、交流電源端子12に接続される。スイッチング素子Q5のエミッタ端子とスイッチング素子Q6のコレクタ端子とは、交流電源端子13に接続される。
The emitter terminal of the switching element Q1 and the collector terminal of the switching element Q2 are connected to the AC
スイッチング素子Q1〜Q6の各々には、整流素子D1〜D6のうち対応する整流素子が並列に接続される。整流素子D1〜D6の各々は、アノード端子がスイッチング素子Q1〜Q6のうち対応するスイッチング素子のエミッタ端子に接続され、カソード端子がスイッチング素子Q1〜Q6のうち対応するスイッチング素子のコレクタ端子に接続される。 A corresponding rectifying element among the rectifying elements D1 to D6 is connected in parallel to each of the switching elements Q1 to Q6. Each of the rectifying elements D1 to D6 has an anode terminal connected to an emitter terminal of a corresponding switching element among the switching elements Q1 to Q6 and a cathode terminal connected to a collector terminal of a corresponding switching element among the switching elements Q1 to Q6. It
整流素子D1とスイッチング素子Q1とはR相における正側のパワー素子を構成し、整流素子D2とスイッチング素子Q2とはR相における負側のパワー素子を構成する。また、整流素子D3とスイッチング素子Q3とはS相における正側のパワー素子を構成し、整流素子D4とスイッチング素子Q4とはS相における負側のパワー素子を構成する。また、整流素子D5とスイッチング素子Q5とはT相における正側のパワー素子を構成し、整流素子D6とスイッチング素子Q6とはT相における負側のパワー素子を構成する。なお、図1に示すパワーモジュール21は、交流電源3が3相交流電源である場合の構成の一例であるが、交流電源3が単相電源であってもよい。この場合、コンバータ1のパワーモジュール21は4組のパワー素子で構成される。
The rectifying element D1 and the switching element Q1 form a positive-side power element in the R phase, and the rectifying element D2 and the switching element Q2 form a negative-side power element in the R phase. The rectifying element D3 and the switching element Q3 form a positive power element in the S phase, and the rectifying element D4 and the switching element Q4 form a negative power element in the S phase. Further, the rectifying element D5 and the switching element Q5 form a positive power element in the T phase, and the rectifying element D6 and the switching element Q6 form a negative power element in the T phase. Note that the
スイッチング素子Q1〜Q6は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)に代表される半導体スイッチング素子である。また、整流素子D1〜D6は、ダイオードである。以下において、スイッチング素子Q1〜Q6の各々を個別に区別せずに示す場合、スイッチング素子Qと記載し、整流素子D1〜D6の各々を個別に区別せずに示す場合、整流素子Dと記載する場合がある。 The switching elements Q1 to Q6 are semiconductor switching elements represented by a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The rectifying elements D1 to D6 are diodes. In the following, when each of the switching elements Q1 to Q6 is shown without distinction, it is referred to as a switching element Q, and when each of the rectifying elements D1 to D6 is shown without individually distinguishing, it is referred to as a rectifying element D. There are cases.
平滑コンデンサ22は、直流電源端子14と直流電源端子15との間に配置され、パワーモジュール21によって整流された電圧を平滑化する。母線電圧検出部23は、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCの瞬時値、すなわち直流電源端子14と直流電源端子15との間の電圧の瞬時値である母線電圧VPNを検出する。母線電圧検出部23は、母線電圧VPNを示す情報を制御部26へ出力する。The smoothing
電源位相検出部24は、交流電源3の電源電圧VRSTから交流電源3の電圧位相を検出する。なお、電源位相検出部24は、交流電源3とリアクトル2との間の電源電圧VRSTから交流電源3の電圧位相を検出するが、リアクトル2と交流電源端子11,12,13の電源電圧VRSTから交流電源3の電圧位相を検出するように配置されてもよい。The power
電源位相検出部24は、交流電源3の電圧位相を示す電源位相検出信号θを制御部26へ出力する。電源位相検出部24から出力される電源位相検出信号θには、R−S線間位相検出信号θR−Sと、S−R線間位相検出信号θS−Rと、S−T線間位相検出信号θS−Tと、T−S線間位相検出信号θT−Sと、T−R線間位相検出信号θT−Rと、R−T線間位相検出信号θR−Tが含まれる。The power supply
R−S線間位相検出信号θR−Sは、R相のS相に対する電位差であるR−S線間電圧VR−Sの位相を示し、S−R線間位相検出信号θS−Rは、S相のR相に対する電位差であるS−R線間電圧VS−Rの位相を示す。R−S線間電圧VR−SとS−R線間電圧VS−Rとは、共にR相とS相との間の電圧であるが、基準になる相が互いに異なるため、位相が互いに180度ずれている。The R-S line phase detection signal θ R-S indicates the phase of the R-S line voltage V R-S that is the potential difference between the R phase and the S phase, and the S-R line phase detection signal θ S-R Indicates the phase of the S-R line voltage V S-R , which is the potential difference between the S phase and the R phase. The R-S line voltage V R-S and the S-R line voltage V S-R are both voltages between the R phase and the S phase, but since the reference phases are different from each other, the phases are different. 180 degrees from each other.
S−T線間位相検出信号θS−Tは、S相のT相に対する電位差であるS−T線間電圧VS−Tの位相を示し、T−S線間位相検出信号θT−Sは、T相のS相に対する電位差であるT−S線間電圧VT−Sの位相を示す。S−T線間電圧VS−TとT−S線間電圧VT−Sとは、共にS相とT相との間の電圧であるが、基準になる相が互いに異なるため、位相が互いに180度ずれている。The S-T line phase detection signal θ S-T indicates the phase of the S-T line voltage V S-T , which is the potential difference between the S phase and the T phase, and the T-S line phase detection signal θ T-S. Indicates the phase of the T-S line voltage V T-S , which is the potential difference between the T phase and the S phase. The S-T line voltage V S-T and the T-S line voltage V T-S are both voltages between the S phase and the T phase, but since the reference phases are different from each other, the phases are different. 180 degrees from each other.
T−R線間位相検出信号θT−Rは、T相のR相に対する電位差であるT−R線間電圧VT−Rの位相を示し、R−T線間位相検出信号θR−Tは、R相のT相に対する電位差であるR−T線間電圧VR−Tの位相を示す。T−R線間電圧VT−RとR−T線間電圧VR−Tとは、共にR相とT相との間の電圧であるが、基準になる相が互いに異なるため、位相が互いに180度ずれている。The T-R line phase detection signal θ T-R indicates the phase of the T-R line voltage V T-R which is the potential difference between the T phase and the R phase, and the R-T line phase detection signal θ R-T indicates the phase of a potential difference across the T-phase of the R-phase R-T line voltage V R-T. The T-R line voltage V T-R and the R-T line voltage V R-T are both voltages between the R phase and the T phase, but since the reference phases are different from each other, the phases are different. 180 degrees from each other.
母線電流検出部25は、パワーモジュール21の直流電源端子14と平滑コンデンサ22の正極端子との間に配置され、パワーモジュール21の直流電源端子14と平滑コンデンサ22との間の直流母線に流れる電流の瞬時値である母線電流IPNを検出する。なお、母線電流検出部25は、パワーモジュール21の直流電源端子14と平滑コンデンサ22の正極端子との間に代えて、パワーモジュール21の直流電源端子15と平滑コンデンサ22の負極端子との間に配置されてもよい。The busbar
次に、制御部26について説明する。制御部26は、ベース駆動信号生成部31と、回生制御部32と、停電検出部33と、条件設定部34を備える。制御部26は、プロセッサ、メモリ、およびAD(Analog-to-Digital)変換器などを含む。プロセッサ、メモリ、およびAD変換器は、例えば、バスによって互いにデータの送受信が可能である。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、ベース駆動信号生成部31、回生制御部32、停電検出部33、および条件設定部34の機能を実行する。
Next, the
プロセッサは、例えば、処理回路の一例であり、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、およびシステムLSI(Large Scale Integration)のうち1つ以上を含む。メモリは、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、およびEEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)のうち1つ以上を含む。なお、ベース駆動信号生成部31、回生制御部32、停電検出部33、および条件設定部34は、それぞれ一部または全部がASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)などのハードウェアで構成されてもよい。また、制御部26は、電源位相検出部24の一部または全部を含む構成であってもよい。
The processor is, for example, an example of a processing circuit, and includes one or more of a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), and a system LSI (Large Scale Integration). The memory includes at least one of a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and an EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). . It should be noted that the base drive
ベース駆動信号生成部31は、電源位相検出信号θに基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6を駆動するためのベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを生成する。ベース駆動信号生成部31は、生成したベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを回生制御部32へ出力する。The base drive
ベース駆動信号SRPは、スイッチング素子Q1を駆動するための信号であり、ベース駆動信号SRNは、スイッチング素子Q2を駆動するための信号である。ベース駆動信号SSPは、スイッチング素子Q3を駆動するための信号であり、ベース駆動信号SSNは、スイッチング素子Q4を駆動するための信号である。ベース駆動信号STPは、スイッチング素子Q5を駆動するための信号であり、ベース駆動信号STNは、スイッチング素子Q6を駆動するための信号である。The base drive signal S RP is a signal for driving the switching element Q1, and the base drive signal S RN is a signal for driving the switching element Q2. The base drive signal S SP is a signal for driving the switching element Q3, and the base drive signal S SN is a signal for driving the switching element Q4. The base drive signal S TP is a signal for driving the switching element Q5, and the base drive signal S TN is a signal for driving the switching element Q6.
回生制御部32は、母線電流IPNおよび母線電圧VPNに基づいて、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを出力信号として駆動回路27へ出力する。駆動回路27は、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを増幅してスイッチング素子Q1〜Q6のベースへ出力する。ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNによってスイッチング素子Q1〜Q6のオンとオフとが切り替えられることで、コンバータ1において電源回生動作が実行される。かかる電源回生動作によってコンバータ1から交流電源3へ回生電力が出力される。The
回生制御部32は、例えば、交流電源3の電源電圧VRSTと母線電圧VPNとの差が予め設定された値以上になった場合、または母線電流IPNの絶対値が予め設定された値以下になった場合に、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを出力信号として駆動回路27へ出力する。また、回生制御部32は、例えば、交流電源3の電源電圧VRSTと母線電圧VPNとの差が予め設定された値未満であり且つ母線電流IPNの絶対値が予め設定された値を超える場合には、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを駆動回路27へ出力しない。この場合、コンバータ1において、スイッチング素子Q1〜Q6はすべてオフであり、電源回生動作は行われない。The
次に、電源位相検出部24およびベース駆動信号生成部31の動作について図2を用いて説明する。図2は、実施の形態1にかかる電源位相検出部とベース駆動信号生成部の動作を示すタイムチャートである。図2においては、モータ回生時における、線間電圧、R−S線間位相検出信号θR−S、S−R線間位相検出信号θS−R、S−T線間位相検出信号θS−T、T−S線間位相検出信号θT−S、T−R線間位相検出信号θT−R、R−T線間位相検出信号θR−T、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STN、およびR相、T相、S相に流れる電流の各々の時間変化が示されている。Next, the operations of the power
電源位相検出部24は、R相電圧VR、S相電圧VS、およびT相電圧VTに基づいて、R−S線間電圧VR−S、S−R線間電圧VS−R、S−T線間電圧VS−T、T−S線間電圧VT−S、T−R線間電圧VT−R、およびR−T線間電圧VR−Tを検出する。以下、R−S線間電圧VR−S、S−R線間電圧VS−R、S−T線間電圧VS−T、T−S線間電圧VT−S、T−R線間電圧VT−R、およびR−T線間電圧VR−Tの各々を個別に区別せずに示す場合、単に線間電圧と記載する場合がある。The power supply
電源位相検出部24は、各線間電圧のゼロクロス点を検出して、R−S線間位相検出信号θR−S、S−R線間位相検出信号θS−R、S−T線間位相検出信号θS−T、T−S線間位相検出信号θT−S、T−R線間位相検出信号θT−R、およびR−T線間位相検出信号θR−Tを生成する。以下、R−S線間位相検出信号θR−S、S−R線間位相検出信号θS−R、S−T線間位相検出信号θS−T、T−S線間位相検出信号θT−S、T−R線間位相検出信号θT−R、およびR−T線間位相検出信号θR−Tの各々を個別に区別せずに示す場合、線間位相検出信号と記載する場合がある。The power supply
図2に示す例では、電源位相検出部24は、線間電圧が正の値である位相区間ではHighレベルになり線間電圧が負の値である位相区間ではLowレベルになるように、各線間電圧に対する線間位相検出信号を生成する。3相交流電源である交流電源3の線間電圧の波形は、正弦波であるため、線間位相検出信号がHighレベルである位相区間の中央で線間電圧は最大になり、線間位相検出信号のLowレベルの位相区間の中央で線間電圧は最小になる。ベース駆動信号生成部31は、電源位相検出部24によって生成される各線間位相検出信号によって、最大電圧を示す相と最小電圧を示す相を算出することができる。
In the example illustrated in FIG. 2, the power supply
次に、ベース駆動信号生成部31の動作について説明する。ベース駆動信号生成部31は、電源位相検出部24から出力される6つの線間位相検出信号に基づいて、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを生成する。Next, the operation of the base
以下において、スイッチング素子Qのオンとオフとの切り替えをスイッチング動作と記載し、また、コンバータ1の回生動作時においてスイッチング素子Qを介して流れる電流を回生電流と呼ぶ。また、図1には、交流電源3からコンバータ1に向かう向きの矢印で示したR相電流IR、S相電流IS、およびT相電流ITを示しており、矢印で示す向きに流れる電流をプラス方向の電流として扱い、その逆方向の電流をマイナス方向の電流として扱う。また、コンバータ1内の電流としてコンバータ1からモータ駆動装置4へ向かう向きに流れる電流をプラス方向の電流として扱い、その逆方向の電流をマイナス方向の電流として扱う。Hereinafter, switching on and off of the switching element Q will be described as a switching operation, and a current flowing through the switching element Q during the regenerative operation of the
ベース駆動信号生成部31は、T−S線間電圧VT−Sの瞬時値が最も大きい時刻t0〜t2の第1区間において、ベース駆動信号SSN,STPをHighレベルにし、残りのベース駆動信号をLowレベルにする。これにより、第1区間において、T相の正側のスイッチング素子Q5とS相の負側のスイッチング素子Q4とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。この場合、交流電源3のT相とS相とに平滑コンデンサ22の正極端子と負極端子とが交流電源3の電源インピーダンスを介して接続された状態となる。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Q5,Q4を介して電流がT相とS相とに流れる。第1区間において、T相に流れる電流であるT相回生電流IrTはマイナス方向に流れ、S相に流れる電流であるS相回生電流IrSはプラス方向に流れる。The base drive
ベース駆動信号生成部31は、R−S線間電圧VR−Sの瞬時値が最も大きい時刻t2〜t4の第2区間において、ベース駆動信号SRP,SSNをHighレベルにし、残りのベース駆動信号をLowレベルにする。これにより、第2区間において、R相の正側のスイッチング素子Q1とS相の負側のスイッチング素子Q4とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Q1,Q4を介して電流がR相とS相とに流れる。第2区間において、R相に流れる電流であるR相回生電流IrRはマイナス方向に流れ、S相回生電流IrSはプラス方向に流れる。The base drive
ベース駆動信号生成部31は、R−T線間電圧VR−Tの瞬時値が最も大きい時刻t4〜t6の第3区間において、ベース駆動信号SRP,STNをHighレベルにし、残りのベース駆動信号をLowレベルにする。これにより、第3区間において、R相の正側のスイッチング素子Q1とT相の負側のスイッチング素子Q6とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Q1,Q6を介して電流がR相とT相とに流れる。第3区間において、R相回生電流IrRはマイナス方向に流れ、T相回生電流IrTはプラス方向に流れる。The base drive
ベース駆動信号生成部31は、S−T線間電圧VS−Tの瞬時値が最も大きい時刻t6〜t8の第4区間において、ベース駆動信号SSP,STNをHighレベルにし、残りのベース駆動信号をLowレベルにする。これにより、第4区間において、S相の正側のスイッチング素子Q3とT相の負側のスイッチング素子Q6とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Q3,Q6を介して電流がS相とT相とに流れる。第4区間において、S相回生電流IrSはマイナス方向に流れ、T相回生電流IrTはプラス方向に流れる。The base drive
ベース駆動信号生成部31は、S−R線間電圧VS−Rの瞬時値が最も大きい時刻t8〜t10の第5区間において、ベース駆動信号SSP,SRNをHighレベルにし、残りのベース駆動信号をLowレベルにする。これにより、第5区間において、S相の正側のスイッチング素子Q3とR相の負側のスイッチング素子Q2とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Q3,Q2を介して電流がS相とR相とに流れる。第5区間において、S相回生電流IrSはマイナス方向に流れ、R相回生電流IrRはプラス方向に流れる。The base drive
ベース駆動信号生成部31は、T−R線間電圧VT−Rの瞬時値が最も大きい時刻t10〜t12の第6区間において、ベース駆動信号STP,SRNをHighレベルにし、残りのベース駆動信号をLowレベルにする。これにより、第6区間において、T相の正側のスイッチング素子Q5とR相の負側のスイッチング素子Q2とがオンに維持され、残りのスイッチング素子がオフに維持される。そのため、オンの状態になっているスイッチング素子Q5,Q2を介して電流がT相とR相とに流れる。第6区間において、T相回生電流IrTはマイナス方向に流れ、R相回生電流IrRはプラス方向に流れる。The base drive
なお、コンバータ1と交流電源3との間に流れる回生電流には、リアクトル2のインピーダンスによって制限がかけられる。また、スイッチング素子Q1〜Q6のスイッチング動作が行われている場合であっても、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが交流電源3の電源電圧VRST以下である場合、回生電流は流れない。回生電流は、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCと交流電源3の電源電圧VRSTとの電圧差を利用することで流れる。The regenerative current flowing between
このように、コンバータ1は120度通電回生方式による電源回生動作を行うため、各スイッチング素子Qのスイッチング動作は120度区間の開始時と終了時だけでよい。そのため、コンバータ1は、PWM回生方式のコンバータと比べて、各スイッチング素子Qのスイッチング損失を大幅に低減できる。また、コンバータ1は、PWM回生方式のコンバータと比べて、スイッチング動作回数が少ないため、スイッチングノイズも小さくでき低コストで構成できる。また、PWM回生方式のコンバータでは、常時スイッチング動作が必要なのに対し、コンバータ1は、モータ力行時、スイッチング動作による電源回生動作を停止させ、パワーモジュール21の整流ブリッジ回路にて交流直流変換を行うため、スイッチング素子Qのスイッチング損失低減を図ることができる。なお、コンバータ1は、PWM回生方式のコンバータであってもよい。
As described above, since the
次に、モータ制御システム100における力行動作について説明する。モータ制御システム100のモータ駆動装置4は、モータ力行時において、コンバータ1から出力される直流電圧を交流電圧へ変換し、変換した交流電圧をモータ5に供給してモータ5を可変速制御する。この場合、モータ駆動装置4がコンバータ1から出力される直流電圧を交流電圧へ変換すると、コンバータ1の平滑コンデンサ22の電圧が低下する。平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが交流電源3の電源電圧VRSTよりも大きくなると、交流電源3からの電源電圧VRSTがリアクトル2を介してパワーモジュール21へ入力される。パワーモジュール21の整流素子D1〜D6は、交流電源3からリアクトル2を介して入力される電源電圧VRSTを整流し、整流後の電圧を平滑コンデンサ22へ出力する。Next, the power running operation in the
図3は、実施の形態1にかかるモータ制御システムにおけるモータ力行時の動作を説明するための図である。図3に示す例では、スイッチング素子Q1,Q4がオンであり、R相回生電流IrRが交流電源3からモータ駆動装置4へ向かう方向に流れ、S相回生電流IrSがモータ駆動装置4から交流電源3へ向かう方向に流れる。なお、以下において、交流電源3とコンバータ1との間に流れる電流を力行電流と記載する。FIG. 3 is a diagram for explaining an operation during power running of the motor in the motor control system according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 3, the switching elements Q1 and Q4 are on, the R-phase regenerative current Ir R flows in the direction from the AC power supply 3 to the motor driving device 4, and the S-phase regenerative current Ir S is flowing from the motor driving device 4. It flows in the direction toward the AC power supply 3. In addition, below, the electric current which flows between the alternating current power supply 3 and the
図4は、実施の形態1にかかるモータ制御システムのモータ力行時における交流電源の電源電圧とコンバータ内に流れる電流との関係を示す図である。図4では、モータ制御システムのモータ力行時における、線間電圧、R相力行電流IpR、S相力行電流IpS、T相力行電流IpT、整流素子D1,D2,D3,D4,D5,D6に流れる電流ID1,ID2,ID3,ID4,ID5,ID6、および母線電流IPNの時間変化が示されている。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the power supply voltage of the AC power supply and the current flowing in the converter during the motor power running of the motor control system according to the first embodiment. In FIG. 4, the line voltage, the R-phase powering current Ip R , the S-phase powering current Ip S , the T-phase powering current Ip T , the rectifying elements D1, D2, D3, D4, D5 during the motor powering of the motor control system. Time changes of the currents I D1 , I D2 , I D3 , I D4 , I D5 , I D6 flowing through D6 , and the bus current I PN are shown.
R相力行電流IpRは、モータ力行時において交流電源3のR相とコンバータ1との間に流れる電流である。S相力行電流IpSは、モータ力行時において交流電源3のS相とコンバータ1との間に流れる電流である。T相力行電流IpTは、モータ力行時において交流電源3のT相とコンバータ1との間に流れる電流である。R相力行電流IpR、S相力行電流IpS、およびT相力行電流IpTは、整流素子D1〜D6を介して交流電源3と平滑コンデンサ22との間に流れる。The R-phase power running current Ip R is a current flowing between the R phase of the AC power supply 3 and the
図4に示すように、モータ力行時において、コンバータ1は、次のように動作する。時刻t0〜t2の区間において、整流素子D5,D4が導通状態になり、整流素子D5には交流電源3から平滑コンデンサ22へ向かう方向に電流が流れ、整流素子D4には平滑コンデンサ22から交流電源3へ向かう方向に電流が流れる。時刻t2〜t4の区間において、整流素子D1,D4が導通状態になり、整流素子D1には交流電源3から平滑コンデンサ22へ向かう方向に電流が流れ、整流素子D4には平滑コンデンサ22から交流電源3へ向かう方向に電流が流れる。時刻t4〜t6の区間において、整流素子D1が導通状態になり、整流素子D1,D6には交流電源3から平滑コンデンサ22へ向かう方向に電流が流れ、整流素子D6には平滑コンデンサ22から交流電源3へ向かう方向に電流が流れる。
As shown in FIG. 4, during power running of the motor, the
時刻t6〜t8の区間において、整流素子D3,D6が導通状態になり、整流素子D3には交流電源3から平滑コンデンサ22へ向かう方向に電流が流れ、整流素子D6には平滑コンデンサ22から交流電源3へ向かう方向に電流が流れる。時刻t8〜t10の区間において、整流素子D3,D2が導通状態になり、整流素子D3には交流電源3から平滑コンデンサ22へ向かう方向に電流が流れ、整流素子D2には平滑コンデンサ22から交流電源3へ向かう方向に電流が流れる。時刻t10〜t12の区間において、整流素子D5,D2が導通状態になり、整流素子D5には交流電源3から平滑コンデンサ22へ向かう方向に電流が流れ、整流素子D2には平滑コンデンサ22から交流電源3へ向かう方向に電流が流れる。
During the period from time t6 to time t8, the rectifying elements D3 and D6 are in a conductive state, a current flows in the rectifying element D3 in the direction from the AC power source 3 to the smoothing
図4に示すように、パワーモジュール21内の各整流素子Dは、交流電源3の電源周期の1/3の期間だけ導通状態になり電流を流す。また、この半分の期間、すなわち交流電源3の電源周期の1/6の期間で、電圧値が最大となる線間電圧が切り替わるため、導通状態になる整流素子Dの組み合わせが切り替わる。例えば、時刻t2〜t6の区間のうち、時刻t2〜t4の区間は、整流素子D1と整流素子D4が導通し電流が流れているが、時刻t4〜t6の区間は、整流素子D1と整流素子D6が導通し電流が流れている。
As shown in FIG. 4, each rectifying element D in the
次に、モータ回生時におけるコンバータ1の電源回生動作について説明する。図5は、実施の形態1にかかるコンバータのスイッチング動作による電源回生動作を説明するための図である。モータ回生時、モータ駆動装置4は、モータ5の回生電力を、交流電力から直流電力へ変換し、交流電力へ変換した回生電力を平滑コンデンサ22へ供給する。これにより、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが上昇し、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが交流電源3の電源電圧VRSTよりも大きくなる。Next, the power regeneration operation of the
コンバータ1の回生制御部32は、交流電源3の電源電圧VRSTと母線電圧VPNとの差が予め定められた値以上となると、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNを駆動回路27へ出力し、パワーモジュール21のスイッチング動作による電源回生動作を開始させる。コンバータ1において、スイッチング動作による電源回生動作が開始されると、パワーモジュール21の各スイッチング素子Qにて、平滑コンデンサ22の直流電力が交流電力へ変換され、変換された交流電力が回生電力としてリアクトル2を介して交流電源3へ出力される。When the difference between the power supply voltage V RST of the AC power supply 3 and the bus voltage V PN becomes a predetermined value or more, the
図6は、実施の形態1にかかるモータ制御システムのモータ回生時における交流電源の電源電圧とコンバータ内に流れる電流との関係を示す図である。図6では、モータ回生時における、線間電圧、R相回生電流IrR、S相回生電流IrS、T相回生電流IrT、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6に流れる電流IQ1,IQ2,IQ3,IQ4,IQ5,IQ6、および母線電流IPNの時間変化が示されている。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the power supply voltage of the AC power supply and the current flowing in the converter during motor regeneration of the motor control system according to the first embodiment. In FIG. 6, during motor regeneration, the line voltage, the R-phase regenerative current Ir R , the S-phase regenerative current Ir S , the T-phase regenerative current Ir T , and the currents flowing through the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. Time changes of I Q1 , I Q2 , I Q3 , I Q4 , I Q5 , I Q6 , and the bus current I PN are shown.
図6に示すように、コンバータ1の電源回生時において、スイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6に電流IQ1,IQ2,IQ3,IQ4,IQ5,IQ6が流れることで、コンバータ1と交流電源3との間にR相回生電流IrR、S相回生電流IrS、およびT相回生電流IrTが流れ、回生電力がコンバータ1から交流電源3へ出力される。As shown in FIG. 6, during regeneration of the power supply of the
図6に示すように、パワーモジュール21内の各スイッチング素子Qは、交流電源3の電源周期の1/3の期間だけオンになり回生電流を流す。また、この半分の期間、すなわち交流電源3の電源周期の1/6の期間で、電圧値が最大となる線間電圧が切り替わるため、オンになるスイッチング素子Qの組み合わせが切り替わる。例えば、時刻t2〜t6の区間のうち、時刻t2〜t4の区間は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q4がオンになり回生電流が流れているが、時刻t4〜t6の区間は、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q6がオンになり回生電流が流れている。
As shown in FIG. 6, each switching element Q in the
次に、モータ力行時およびモータ回生時にコンバータ1に流れる母線電流IPNについて説明する。図7は、実施の形態1にかかるモータ制御システムがモータを駆動する場合におけるモータ制御システムの状態を示す図である。図7においては、モータ速度N、モータトルクTout、モータ出力Pout、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDC、母線電流IPN、および電源電圧VRSTの時間変化が示されている。モータ速度Nは、モータ5に設けられた回転軸の回転速度である。モータトルクToutは、モータ5のトルクである。モータ出力Poutは、モータ5の出力である。Next, the bus current I PN flowing through the
まず、図7に示すモータ力行区間について説明する。モータ力行区間は、時刻t20〜t23の区間であり、モータ制御システム100によって力行動作が行われている区間である。時刻t20はモータ5が加速し始めた時刻であり、時刻t23はモータ速度Nが目標速度に到達した時刻である。モータ力行区間では、モータトルクToutにより、モータ速度Nが大きくなり、また、モータ出力Poutが大きくなるにつれて、母線電流IPNが大きくなっている。モータトルクToutが小さくなると、モータ出力Poutが一定になり、母線電流IPNのピーク値も一定になる。First, the motor power running section shown in FIG. 7 will be described. The motor powering section is a section from time t20 to t23, and is a section in which the
次に、モータ一定速度区間について説明する。モータ一定速度区間は、時刻t23〜t24の区間であり、モータ速度Nが一定速度になっている区間である。モータ一定速度区間では、モータ力行区間と異なり、モータ出力Poutが低いため、母線電流IPNはほとんど流れていない。Next, the motor constant speed section will be described. The motor constant speed section is a section from time t23 to t24, and is a section in which the motor speed N is a constant speed. In the motor constant speed section, unlike the motor power running section, the motor output P out is low, and therefore the bus current IPN hardly flows.
次に、モータ回生区間について説明する。モータ回生区間は、時刻t24〜t27の区間であり、モータ制御システム100によって電源回生動作が行われている区間である。時刻t24は、モータ5が減速し始めた時刻であり、時刻t27はモータ5が停止した時刻である。モータ5が減速し始めると、モータ5の回生電力が平滑コンデンサ22に流れ込むため、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが上昇する。Next, the motor regeneration section will be described. The motor regeneration section is a section from time t24 to t27, and is a section in which the
端子間電圧VDCが予め定められた値を超えると、コンバータ1は電源回生動作を開始する。電源回生動作が開始されると、平滑コンデンサ22からパワーモジュール21へ回生電流が流れ込み、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが小さくなる。時刻t24においては、モータ減速時のモータ出力Poutの絶対値が大きいため、大きな回生電流が流れるが、モータ速度Nが低減するにつれてモータ出力Poutの絶対値が小さくなり、回生電流も小さくなる。When inter-terminal voltage VDC exceeds a predetermined value,
次に、交流電源3に停電が発生した場合について説明する。モータ力行時、モータ一定速度時、またはモータ回生時において交流電源3からのモータ制御システム100への電力供給が停止する停電が発生した場合、パワーモジュール21内の整流素子Dまたはスイッチング素子Qに大きな電流が流れる。そのため、コンバータ1は、交流電源3に停電が発生したことを検出する停電検出部33を備える。
Next, a case where a power failure occurs in the AC power supply 3 will be described. When a power failure occurs in which the power supply from the AC power supply 3 to the
まず、モータ力行時に交流電源3に停電が発生した場合について説明する。図8は、図7に示すモータ力行区間で交流電源に停電が発生した場合におけるモータ制御システムの状態を示す図である。図8において、時刻t21〜t22の期間は、停電期間である。時刻t21は、交流電源3からのコンバータ1への電力供給が停止した時刻、すなわち停電開始時刻である。また、図8において、時刻t22は、交流電源3に発生した停電が終了した時刻、すなわち、復電開始時刻である。
First, a case where a power failure occurs in the AC power supply 3 during power running of the motor will be described. FIG. 8 is a diagram showing a state of the motor control system when a power failure occurs in the AC power supply in the motor power running section shown in FIG. 7. In FIG. 8, the period from time t21 to t22 is a power failure period. Time t21 is a time when the power supply from the AC power supply 3 to the
図8に示すように、モータ力行時に交流電源3が停止すると、コンバータ1へ電力が供給されなくなるため、母線電流IPNが流れなくなる。この間にもモータ駆動装置4からモータ5へ電力が供給され続けるため、平滑コンデンサ22に蓄積された電力がコンバータ1からモータ駆動装置4へ供給される。その結果、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが急激に低下する。As shown in FIG. 8, when the AC power supply 3 is stopped during the power running of the motor, the power is not supplied to the
その後、時刻t22において、交流電源3が停電から復旧すると、交流電源3の電源電圧VRSTが平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCよりも大きくなるため、交流電源3から整流素子D1〜D6を介して平滑コンデンサ22へ電流が流れ込む。平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCは、図7に示す場合に比べて小さいため、図7に示す場合に比べて大きな正方向の母線電流IPNが流れる。かかる母線電流IPNは、交流電源3の電源電圧VRSTと平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCとの電位差が大きいほど大きくなる。After that, at time t22, when the AC power supply 3 recovers from the power failure, the power supply voltage V RST of the AC power supply 3 becomes larger than the inter-terminal voltage VDC of the smoothing
そのため、交流電源3の電源電圧VRSTと平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCとの電位差が大きいほど、整流素子D1〜D6に大きな電流が流れる。また、モータ一定速度区間においても、モータ出力Poutの状態によっては、モータ力行時の場合と同様の原理で、整流素子D1〜D6に大きな電流が流れる場合がある。Therefore, as the potential difference between the power supply voltage V RST of the AC power supply 3 and the voltage VDC between the terminals of the smoothing
次に、モータ回生時に停電が発生した場合について説明する。図9は、図7に示すモータ回生区間で交流電源に停電が発生した場合におけるモータ制御システムの状態を示す図である。図9において、時刻t25〜t26の期間は、停電期間である。時刻t25は停電開始時刻であり、時刻t26は復電開始時刻である。モータ回生時には、回生エネルギーによって平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCが上昇するが、交流電源3が停止すると、図9に示すように、平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCと交流電源3の電源電圧VRSTとの電位差が図7に示す場合に比べて大きくなるため、図7に示す場合に比べて大きな負方向の母線電流IPNが流れる。Next, a case where a power failure occurs during motor regeneration will be described. FIG. 9 is a diagram showing a state of the motor control system when a power failure occurs in the AC power supply in the motor regeneration section shown in FIG. 7. In FIG. 9, the period from time t25 to t26 is a power failure period. Time t25 is the power failure start time, and time t26 is the power recovery start time. When the motor is regenerative, but inter-terminal voltage V DC of the smoothing
母線電流IPNは、交流電源3の電源電圧VRSTと平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCとの電位差が大きいほど大きくなる。そのため、交流電源3の電源電圧VRSTと平滑コンデンサ22の端子間電圧VDCとの電位差が大きいほど、スイッチング素子Q1〜Q6に大きな電流が流れる。なお、交流電源3の電圧位相に応じてスイッチング素子Q1〜Q6のうちどの組み合わせのスイッチング素子に電流が流れるかが決まる。The bus current I PN increases as the potential difference between the power supply voltage V RST of the AC power supply 3 and the inter-terminal voltage V DC of the smoothing
このように、モータ力行時またはモータ一定速度時に交流電源3に停電が発生した場合、復電開始時に整流素子D1〜D6に大きな電流が流れる。また、モータ回生時に交流電源3に停電が発生した場合、停電開始時にスイッチング素子Q1〜Q6に大きな電流が流れる。 In this way, when a power failure occurs in the AC power supply 3 during power running of the motor or at a constant motor speed, a large current flows through the rectifying elements D1 to D6 at the start of power recovery. When a power failure occurs in the AC power supply 3 during motor regeneration, a large current flows through the switching elements Q1 to Q6 at the start of the power failure.
停電検出部33は、モータ回生時、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値が予め設定された第1閾値Ith1以上であるか否かを判定する。停電検出部33は、モータ回生時、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上である場合、交流電源3に停電が発生したと判定し、電源回生動作の停止を決定し、電源回生動作を停止するための回生停止指令を回生制御部32およびモータ制御部41へ出力する。The power
また、停電検出部33は、モータ回生時に、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値が予め設定された第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であるか否かを判定する。停電検出部33は、モータ回生時、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であると判定した場合、交流電源3に停電が発生したと判定し、電源回生動作の停止を決定し、電源回生動作を停止するための回生停止指令を回生制御部32およびモータ制御部41へ出力する。In addition, during the motor regeneration, the power
回生制御部32は、停電検出部33から回生停止指令が出力された場合、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNの駆動回路27への出力を停止してパワーモジュール21による電源回生動作を停止する。これにより、コンバータ1は、スイッチング素子Q1〜Q6の故障を抑制することができる。上述した第1閾値Ith1は、例えばパワーモジュール21の定格電流の値に設定される。The
また、モータ制御部41は、停電検出部33から回生停止指令が出力された場合、電力変換部40を制御して電力変換部40からモータ5への交流電力の出力を停止させる。これにより、コンバータ1は、スイッチング素子Q1〜Q6の故障を抑制することができる。
When the power
また、停電検出部33は、モータ力行時、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上であるか否かを判定する。停電検出部33は、モータ力行時、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上である場合、交流電源3に停電が発生したと判定し、力行動作の停止を決定する。停電検出部33は、力行動作の停止を決定すると、力行動作を停止するための力行停止指令をモータ制御部41へ出力する。モータ力行時において停電検出部33によって、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上である場合に交流電源3に停電が発生したとの判定は、交流電源3に停電が発生した後に交流電源3から電力供給が再開されたタイミングで検出される。したがって、この場合、停電検出部33による停電が発生したとの判定には、復電開始の判定も含まれる。Further, the power
また、停電検出部33は、モータ力行時に、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であるか否かを判定する。停電検出部33は、モータ力行時、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であると判定した場合、交流電源3に停電が発生したと判定し、力行動作の停止を決定する。停電検出部33は、力行動作の停止を決定すると、力行動作を停止するための力行停止指令をモータ制御部41へ出力する。Further, the power
モータ制御部41は、停電検出部33から力行停止指令が出力された場合、電力変換部40を制御して電力変換部40からモータ5への交流電力の出力を停止させる。これにより、モータ駆動装置4は、整流素子D1〜D6の故障を抑制することができる。また、モータ駆動装置4は、例えば、産業機械の送り軸または主軸が過度に回転するによるツールまたはワークの破損などを防ぐことができる。
When a power running stop command is output from the power
なお、停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上である場合にのみ交流電源3に停電が発生したと判定したり、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下である場合にのみ交流電源3に停電が発生したと判定したりすることもできる。Incidentally, the
また、停電検出部33は、モータ回生時において、回生停止指令をモータ制御部41へ出力しないこともできる。これにより、例えば、交流電源3が停電している期間である停電時間が短い場合において、モータ5の回生電力を平滑コンデンサ22に蓄積することができる。この場合、停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1よりも長い第2時間Tth2の間において第2閾値Ith2以下になった場合に、回生停止指令をモータ制御部41へ出力することもできる。これにより、交流電源3の停電時間が長い場合に、平滑コンデンサ22に回生電力が過度に溜ることを防止することができる。The power
条件設定部34は、停電検出部33による停電の判定条件を受け付け、受け付けた判定条件を停電検出部33に設定する。例えば、条件設定部34は、不図示の入力装置または端末装置から有線または無線によってコンバータ1へ送信される判定条件情報を受け付け、受け付けた判定条件情報に基づいて、停電検出部33による停電の判定条件を停電検出部33に設定する。判定条件情報には、例えば、上述した第1閾値Ith1、第2閾値Ith2、第1時間Tth1、および第2時間Tth2の各々を示す情報が含まれる。条件設定部34によって、停電検出部33に設定される第1閾値Ith1、第2閾値Ith2、第1時間Tth1、および第2時間Tth2を変更することができる。
The
図10は、実施の形態1にかかるコンバータの停電検出部による処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図10に示すように、停電検出部33は、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの情報を取得する(ステップS10)。停電検出部33は、取得した母線電流IPNの情報に基づいて母線電流IPNの絶対値を算出する(ステップS11)。FIG. 10 is a flowchart showing an example of a processing procedure by the power failure detection unit of the converter according to the first embodiment, and is repeatedly executed, for example, in a preset cycle. As illustrated in FIG. 10, the power
次に、停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上であるか否かを判定する(ステップS12)。停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上ではないと判定した場合(ステップS12:No)、母線電流IPNの絶対値が予め設定された第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であるか否かを判定する(ステップS13)。Next, the power
停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上であると判定した場合(ステップS12:Yes)、または母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であると判定した場合(ステップS13:Yes)、モータ回生中であるか否かを判定する(ステップS14)。ステップS14において、停電検出部33は、例えば、電源回生動作中であるか否かを示す情報を含む状態信号を回生制御部32から取得し、取得した状態信号に基づいて、モータ回生中であるか否かを判定する。Power
停電検出部33は、モータ回生中ではないと判定した場合(ステップS14:No)、モータ力行中であるか否かを判定する(ステップS15)。ステップS15において、停電検出部33は、例えば、力行動作中であるか否かを示す情報を含む状態信号をモータ制御部41から取得し、取得した状態信号に基づいて、力行動作中であるか否かを判定する。
When the power
停電検出部33は、モータ回生中であると判定した場合(ステップS14:Yes)、電源回生動作の停止を決定し(ステップS16)、回生制御部32とモータ制御部41とへ回生停止指令を出力する(ステップS17)。ステップS17において、停電検出部33は、回生制御部32およびモータ制御部41のいずれか一方のみへ回生停止指令を出力することもできる。
When the power
停電検出部33は、モータ力行中であると判定した場合(ステップS15:Yes)、力行動作の停止を決定し(ステップS18)、モータ制御部41とへ力行停止指令を出力する(ステップS19)。停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下ではないと判定した場合(ステップS13:No)、モータ力行中でないと判定した場合(ステップS15:No)、ステップS17の処理が終了した場合、またはステップS19の処理が終了した場合、図10に示す処理を終了する。When it is determined that the motor is in the power running state (step S15: Yes), the power
図11は、実施の形態1にかかるコンバータの回生制御部による処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図11に示すように、回生制御部32は、停電検出部33から回生停止指令を取得したか否かを判定する(ステップS20)。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a processing procedure performed by the regeneration control unit of the converter according to the first embodiment, and is repeatedly executed, for example, in a preset cycle. As shown in FIG. 11, the
回生制御部32は、停電検出部33から回生停止指令を取得したと判定した場合(ステップS20:Yes)、電源回生動作を停止する(ステップS21)。ステップS21において、回生制御部32は、ベース駆動信号SRP,SRN,SSP,SSN,STP,STNの駆動回路27への出力を停止し、複数のスイッチング素子Q1〜Q6をオフすることによって電源回生動作を停止する。回生制御部32は、停電検出部33から回生停止指令を取得していないと判定した場合(ステップS20:No)、またはステップS21の処理が終了した場合、図11に示す処理を終了する。When it is determined that the regeneration stop command is acquired from the power failure detection unit 33 (step S20: Yes), the
図12は、実施の形態1にかかるモータ駆動装置のモータ制御部による処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図12に示すように、モータ制御部41は、停電検出部33から力行停止指令を取得したか否かを判定する(ステップS30)。モータ制御部41は、停電検出部33から力行停止指令を取得したと判定した場合(ステップS30:Yes)、電力変換部40を制御して電力変換部40からモータ5への電力供給を停止して電力変換部40による力行動作を停止させる(ステップS31)。
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a processing procedure by the motor control unit of the motor drive device according to the first embodiment, and is repeatedly executed, for example, in a preset cycle. As shown in FIG. 12, the
モータ制御部41は、停電検出部33から力行停止指令を取得していないと判定した場合(ステップS30:No)、停電検出部33から回生停止指令を取得したか否かを判定する(ステップS32)。モータ制御部41は、停電検出部33から回生停止指令を取得したと判定した場合(ステップS32:Yes)、電力変換部40を制御して電力変換部40による電源回生動作を停止させる(ステップS33)。
When determining that the power running stop command has not been acquired from the power failure detection unit 33 (step S30: No), the
モータ制御部41は、停電検出部33から回生停止指令を取得していないと判定した場合(ステップS32:No)、ステップS31の処理が終了した場合、またはステップS33の処理が終了した場合、図12に示す処理を終了する。
When the
以上のように、実施の形態1にかかるコンバータ1は、入力電源である交流電源3とモータ5を可変速制御するモータ駆動装置4との間に配置され、パワーモジュール21と、平滑コンデンサ22と、母線電流検出部25と、制御部26とを備える。パワーモジュール21は、交流電源3から供給される交流電圧を整流する複数の整流素子D1〜D6と、複数の整流素子D1〜D6のうち対応する整流素子に各々並列に接続される複数のスイッチング素子Q1〜Q6と、複数の整流素子D1〜D6によって整流された電圧を出力する2つの直流電源端子14,15とを備える。平滑コンデンサ22は、2つの直流電源端子14,15に接続され、パワーモジュール21によって整流された電圧を平滑化する。母線電流検出部25は、直流電源端子14または直流電源端子15と平滑コンデンサ22との間に流れる電流である母線電流IPNを検出する。制御部26は、交流電源3の電圧位相に基づいて複数のスイッチング素子Q1〜Q6を制御してモータ5の回生電力を交流電源3へ出力する。制御部26は、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値に基づいて、モータ5の力行時およびモータ5の回生時のうち少なくともいずれかである場合において交流電源3に停電が発生したか否かを判定する。これにより、コンバータ1は、交流電源3に停電が発生したことを簡易な構成で検出することができる。例えば、コンバータ1では、停電検出のために母線電流検出部25以外の電流検出手段を設けなくてもよいことから、停電検出に複数の電流検出手段を用いるコンバータに比べ、コンバータ1の製造コストを低減することができる。また、電源回生機能を有する一般的なコンバータは、入力電源からコンバータへ入力される入力電流を監視し、監視結果に基づいて入力電流を直流電流へ変換する変換手段を有するが、コンバータ1では、かかる変換手段を用いなくてもよいため、一般的なコンバータに比べて、構成を簡易にすることができる。また、コンバータ1は、母線電流IPNの絶対値に基づいて、停電が発生したことを検出するため、力行時と回生時とで異なる閾値を用いずに、交流電源3に停電が発生したことを検出することができる。As described above, the
また、停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1を超える場合に、交流電源3に停電が発生したと判定する。これにより、コンバータ1は、力行時と回生時とで異なる閾値を用いずに交流電源3に停電が発生したことを精度よく検出することができる。第1閾値Ith1は、予め設定された値の一例である。Also, the power
また、停電検出部33は、母線電流IPNの絶対値が予め設定された第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下である場合に、交流電源3に停電が発生したと判定する。これにより、コンバータ1は、力行時と回生時とで異なる閾値を用いずに交流電源3に停電が発生したことを精度よく検出することができる。第2閾値Ith2は、予め設定された値の一例である。Also, the power
また、コンバータ1は、停電検出部33による停電の判定条件を受け付け、受け付けた判定条件を停電検出部33に設定する条件設定部34を備える。停電検出部33は、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値が判定条件を満たす場合に、交流電源3に停電が発生したと判定する。判定条件は、例えば、上述した第1閾値Ith1、第2閾値Ith2、第1時間Tth1、および第2時間Tth2の少なくとも一つである。これにより、コンバータ1のユーザは、停電検出の感度を変更することができる。例えば、コンバータ1の保護に重きを置きたいユーザは、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2をパワーモジュール21の定格電流より低い値に設定し、産業機械の稼働効率を上げるために停電の誤検出を避けたいユーザは、第1閾値Ith1および第2閾値Ith2をパワーモジュール21の定格電流より高い値に設定する、といった利用が可能となる。Further, the
また、制御部26は、モータ回生時に複数のスイッチング素子Q1〜Q6を制御する回生制御部32を備える。停電検出部33は、交流電源3に停電が発生したと判定した場合、回生停止指令を回生制御部32へ出力する。回生制御部32は、停電検出部33から回生停止指令が出力された場合、複数のスイッチング素子Q1〜Q6の制御を停止する。これにより、コンバータ1は、スイッチング素子Q1〜Q6の故障を抑制することができる。
The
また、停電検出部33は、交流電源3に停電が発生したと判定した場合、力行停止指令をモータ駆動装置4へ出力し、モータ駆動装置4からモータ5への電力供給をモータ停止指令によって停止させる。これにより、コンバータ1は、モータ力行時に停電が発生した場合に、モータ駆動装置4の動作を停止させることができ、整流素子D1〜D6の故障を抑制することができる。
When the power
実施の形態2.
実施の形態2にかかるモータ制御システムは、さらにパワーモジュールの故障予知を行う点で実施の形態1にかかるモータ制御システムと異なる。以下においては、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態1のモータ制御システム100と異なる点を中心に説明する。
The motor control system according to the second embodiment is different from the motor control system according to the first embodiment in that failure prediction of the power module is further performed. In the following, components having the same functions as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and the description will focus on the points different from the
図13は、実施の形態2にかかるモータ制御システムの構成の一例を示す図である。図13に示すように、実施の形態2にかかるモータ制御システム100Aは、コンバータ1Aと、モータ駆動装置4と、上位制御装置6とを備える。コンバータ1Aは、停電検出部33を有する制御部26に代えて、停電検出部33Aを有する制御部26Aを備える点で、コンバータ1と異なる。
FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of the motor control system according to the second embodiment. As shown in FIG. 13, a
停電検出部33Aは、停電検出部33の機能に加え、カウンタ情報を生成し、生成したカウンタ情報を上位制御装置6へ送信する機能を有する。カウンタ情報には、第1カウンタ値N1と第2カウンタ値N2とが含まれる。第1カウンタ値N1は、モータ力行時に交流電源3に停電が発生した回数を示し、第2カウンタ値N2は、モータ回生時に交流電源3に停電が発生した回数を示す。
In addition to the function of the power
モータ力行時に交流電源3に停電が発生した場合、整流素子Dに過電流が流れるため、第1カウンタ値N1は、整流素子Dの過電流カウンタ値と呼ぶこともできる。また、モータ回生時に交流電源3に停電が発生した場合、スイッチング素子Qに過電流が流れるため、第2カウンタ値N2は、スイッチング素子Qの過電流カウンタ値と呼ぶこともできる。 When a power failure occurs in the AC power supply 3 during power running of the motor, an overcurrent flows through the rectifying element D, so the first counter value N1 can also be referred to as an overcurrent counter value of the rectifying element D. Further, when a power failure occurs in the AC power supply 3 during motor regeneration, an overcurrent flows in the switching element Q, so the second counter value N2 can also be referred to as an overcurrent counter value of the switching element Q.
停電検出部33Aは、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上であるか否かを判定する。停電検出部33Aは、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上である場合、母線電流IPNの符号が正であるか否かを判定する。停電検出部33Aは、母線電流IPNの符号が正であると判定した場合、第1カウンタ値N1をカウントアップする。また、停電検出部33Aは、母線電流IPNの符号が正ではないと判定した場合、第2カウンタ値N2をカウントアップする。停電検出部33Aは、第1カウンタ値N1と第2カウンタ値N2とを含むカウンタ情報を上位制御装置6へ出力する。なお、停電検出部33Aは、第1カウンタ値N1および第2カウンタ値N2のうちカウントアップしたカウンタ値を含むカウンタ情報を上位制御装置6へ出力することもできる。The power
上位制御装置6は、モータ動作指令およびモータ停止指令をモータ駆動装置4へ送信してモータ駆動装置4を制御する。モータ駆動装置4は、モータ動作指令を受信すると、モータ5の制御を開始し、モータ停止指令を受信するとモータ5の制御を停止する。 The host controller 6 controls the motor drive device 4 by transmitting a motor operation command and a motor stop command to the motor drive device 4. The motor drive device 4 starts controlling the motor 5 when receiving the motor operation command, and stops controlling the motor 5 when receiving the motor stop command.
上位制御装置6は、コンバータ1Aから出力されるカウンタ情報に基づいて、パワーモジュール21の故障が発生する可能性があるか否かを判定する故障予知部60を備える。故障予知部60は、第1カウンタ値N1が第1カウンタ閾値Nth1以上である場合、パワーモジュール21の整流素子Dが故障する可能性が高いと判定する。また、故障予知部60は、第2カウンタ値N2が第2カウンタ閾値Nth2以上である場合、パワーモジュール21のスイッチング素子Qが故障する可能性が高いと判定する。なお、第1カウンタ閾値Nth1および第2カウンタ閾値Nth2は任意に設定することができ、例えば、パワーモジュール21のメーカが提示する寿命特性などによって決定される。
The host controller 6 includes a
故障予知部60は、パワーモジュール21の整流素子Dまたはスイッチング素子Qが故障する可能性が高い場合、パワーモジュール故障警告をモータ制御システム100Aのユーザへ通知する。パワーモジュール故障警告は、パワーモジュール21が故障の可能性があることを示す情報である。故障予知部60は、例えば、不図示の表示装置に故障警告情報を表示したり、不図示の通信部を介してユーザの端末装置へ送信したりすることができる。
When there is a high possibility that the rectifying element D or the switching element Q of the
図14は、実施の形態2にかかるコンバータの停電検出部によるカウンタ処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図14に示すように、停電検出部33Aは、母線電流検出部25によって検出された母線電流IPNの情報を取得する(ステップS40)。停電検出部33Aは、取得した母線電流IPNの情報に基づいて母線電流IPNの絶対値を算出する(ステップS41)。FIG. 14 is a flowchart showing an example of a counter processing procedure by the power failure detection unit of the converter according to the second embodiment, which is repeatedly executed, for example, in a preset cycle. As shown in FIG. 14, the power
次に、停電検出部33Aは、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上であるか否かを判定する(ステップS42)。停電検出部33Aは、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上であると判定した場合(ステップS42:Yes)、母線電流IPNの符号が正であるか否かを判定する(ステップS43)。なお、母線電流IPNの符号は、母線電流IPNの極性を示す。Next, the power
停電検出部33Aは、母線電流IPNの符号が正であると判定した場合(ステップS43:Yes)、第1カウンタ値N1に1を加算することで第1カウンタ値N1をカウントアップする(ステップS44)。また、停電検出部33Aは、母線電流IPNの符号が正ではないと判定した場合(ステップS43:No)、第2カウンタ値N2に1を加算することで第2カウンタ値N2をカウントアップする(ステップS45)。Power
停電検出部33Aは、ステップS44の処理またはステップS45の処理が終了した場合、第1カウンタ値N1と第2カウンタ値N2を含むカウンタ情報を上位制御装置6へ出力する(ステップS46)。停電検出部33Aは、ステップS46の処理が終了した場合、または母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上ではないと判定した場合(ステップS42:No)、図14に示す処理を終了する。When the process of step S44 or the process of step S45 ends, the power
図15は、実施の形態2にかかる上位制御装置の故障予知部による故障予知処理手順の一例を示すフローチャートであり、例えば、予め設定された周期で繰り返し実行される。図15に示すように、故障予知部60は、コンバータ1Aからカウンタ情報を取得したか否かを判定する(ステップS50)。
FIG. 15 is a flowchart showing an example of a failure prediction processing procedure by the failure prediction unit of the host controller according to the second embodiment, which is repeatedly executed at a preset cycle, for example. As illustrated in FIG. 15, the
故障予知部60は、カウンタ情報を取得したと判定した場合(ステップS50:Yes)、カウンタ情報に含まれる第1カウンタ値N1が第1カウンタ閾値Nth1以上であるか否かを判定する(ステップS51)。故障予知部60は、第1カウンタ値N1が第1カウンタ閾値Nth1以上ではないと判定した場合(ステップS51:No)、カウンタ情報に含まれる第2カウンタ値N2が第2カウンタ閾値Nth2以上であるか否かを判定する(ステップS52)。
When the
故障予知部60は、第1カウンタ値N1が第1カウンタ閾値Nth1以上であると判定した場合(ステップS51:Yes)、または第2カウンタ値N2が第2カウンタ閾値Nth2以上であると判定した場合(ステップS52:Yes)、パワーモジュール故障警告をモータ制御システム100Aのユーザへ通知する(ステップS53)。ステップS53において、故障予知部60は、例えば、不図示の表示装置に故障警告情報を表示したり、不図示の通信部を介してユーザの端末装置へ送信したりすることができる。
When the
故障予知部60は、カウンタ情報を取得していないと判定した場合(ステップS50:No)、第2カウンタ値N2が第2カウンタ閾値Nth2以上ではないと判定した場合(ステップS52:No)、または、ステップS53の処理が終了した場合、図15に示す処理を終了する。
The
上述した例では、上位制御装置6に故障予知部60を備えるが、コンバータ1Aに故障予知部60を備える構成であってもよい。図16は、実施の形態2にかかるモータ制御システムの構成の他の例を示す図である。図16に示すように、コンバータ1Aの制御部26Aは、図13に示す構成に加え、故障予知部60を備える。
In the example described above, the host control device 6 includes the
図16に示す故障予知部60は、図13に示す故障予知部60と同様に、停電検出部33Aから出力されるカウンタ情報に基づいて、パワーモジュール21の故障が発生する可能性があるか否かを判定する。具体的には、故障予知部60は、第1カウンタ値N1が第1カウンタ閾値Nth1以上である場合および第2カウンタ値N2が第2カウンタ閾値Nth2以上である場合、パワーモジュール21のスイッチング素子Qが故障する可能性があると判定する。故障予知部60は、パワーモジュール21の整流素子Dまたはスイッチング素子Qが故障する可能性がある場合、パワーモジュール故障警告をモータ制御システム100Aのユーザへ通知する。
Similar to the
なお、停電検出部33Aによる第1カウンタ値N1および第2カウンタ値N2のアップのタイミングは上述したタイミングに限定されない。例えば、停電検出部33Aは、母線電流IPNの絶対値が第1閾値Ith1以上でない場合、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下であるか否かを判定する。停電検出部33Aは、母線電流IPNの絶対値が第1時間Tth1の間において第2閾値Ith2以下である場合、母線電流IPNの符号が正であれば第1カウンタ値N1をカウントアップし、母線電流IPNの符号が負であれば第2カウンタ値N2をカウントアップする。In addition, the timing of upsampling of the first counter value N1 and the second counter value N2 by the power
制御部26Aのハードウェア構成は、制御部26のハードウェア構成と同様である。停電検出部33Aの機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、停電検出部33Aは、それぞれ一部または全部がASICやFPGA等のハードウェアで構成されてもよい。また、故障予知部60のハードウェア構成は、制御部26のハードウェア構成と同様である。故障予知部60の機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって実行される。なお、故障予知部60は、それぞれ一部または全部がASICやFPGA等のハードウェアで構成されてもよい。
The hardware configuration of the
以上のように、実施の形態2にかかるモータ制御システム100Aは、コンバータ1Aと、モータ駆動装置4と、モータ駆動装置4を制御する上位制御装置6とを備える。コンバータ1Aの停電検出部33Aは、停電が発生したと判定した場合、第1カウンタ値N1および第2カウンタ値N2のうち母線電流IPNの極性に応じたカウンタ値をカウントアップし、第1カウンタ値N1および第2カウンタ値N2のうち少なくともカウントアップしたカウンタ値を含むカウンタ情報を出力する。上位制御装置6の故障予知部60は、停電検出部33Aから出力されるカウンタ情報に基づいて、パワーモジュール21の故障予知を行う。これにより、コンバータ1Aのパワーモジュール21が故障して産業機械が停止する前に、ユーザへパワーモジュール21が故障の可能性があることを示す情報を通知することができる。As described above, the
また、コンバータ1Aは、停電検出部33Aによる停電の発生の判定結果に基づいて、パワーモジュール21の故障予知を行う故障予知部60を備える。停電検出部33Aは、停電が発生したと判定した場合、第1カウンタ値N1および第2カウンタ値N2のうち母線電流IPNの極性に応じたカウンタ値をカウントアップする。故障予知部60は、第1カウンタ値N1および第2カウンタ値N2に基づいて、パワーモジュール21の故障予知を行う。これにより、コンバータ1Aのパワーモジュール21が故障して産業機械が停止する前に、ユーザへパワーモジュール21が故障の可能性があることを示す情報を通知することができる。The converter 1A also includes a
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments show an example of the content of the present invention, and can be combined with other known techniques, and the configurations of the configurations are possible without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change parts.
1,1A コンバータ、2 リアクトル、3 交流電源、4 モータ駆動装置、5 モータ、6 上位制御装置、11,12,13 交流電源端子、14,15 直流電源端子、21 パワーモジュール、22 平滑コンデンサ、23 母線電圧検出部、24 電源位相検出部、25 母線電流検出部、26,26A 制御部、27 駆動回路、31 ベース駆動信号生成部、32 回生制御部、33,33A 停電検出部、34 条件設定部、40 電力変換部、41 モータ制御部、60 故障予知部、100,100A モータ制御システム、D,D1,D2,D3,D4,D5,D6 整流素子、IPN 母線電流、N1 第1カウンタ値、N2 第2カウンタ値、Q,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 スイッチング素子。1, 1A converter, 2 reactor, 3 AC power supply, 4 motor drive device, 5 motor, 6 upper control device, 11, 12, 13 AC power supply terminal, 14, 15 DC power supply terminal, 21 power module, 22 smoothing capacitor, 23 Bus voltage detection unit, 24 power supply phase detection unit, 25 bus current detection unit, 26, 26A control unit, 27 drive circuit, 31 base drive signal generation unit, 32 regeneration control unit, 33, 33A power failure detection unit, 34 condition setting unit , 40 power conversion unit, 41 motor control unit, 60 failure prediction unit, 100, 100A motor control system, D, D1, D2, D3 , D4, D5, D6 rectifying element, I PN bus current, N1 first counter value, N2 Second counter value, Q, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 Switching element.
Claims (9)
前記交流電源から供給される交流電圧を整流する複数の整流素子と、前記複数の整流素子のうち対応する整流素子に各々並列に接続される複数のスイッチング素子と、前記複数の整流素子によって整流された電圧を出力する2つの直流電源端子とを有するパワーモジュールと、
前記2つの直流電源端子に接続され、前記パワーモジュールによって整流された電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記2つの直流電源端子のうち1つと前記平滑コンデンサとの間に流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出部と、
前記交流電源の電圧位相に基づいて前記複数のスイッチング素子を制御することによって前記パワーモジュールに前記モータの回生電力を前記交流電源へ出力させる制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記母線電流検出部によって検出された母線電流の絶対値に基づいて、前記モータの力行時および前記モータの回生時のいずれかである場合において前記交流電源に停電が発生したか否かを判定する停電検出部を備える
ことを特徴とするコンバータ。A converter arranged between an AC power supply and a motor drive device for controlling a motor,
A plurality of rectifying elements that rectify the AC voltage supplied from the AC power source, a plurality of switching elements that are respectively connected in parallel to the corresponding rectifying elements of the plurality of rectifying elements, and rectified by the plurality of rectifying elements. A power module having two DC power supply terminals for outputting a fixed voltage,
A smoothing capacitor that is connected to the two DC power supply terminals and smoothes the voltage rectified by the power module;
A bus current detector that detects a bus current that is a current flowing between one of the two DC power supply terminals and the smoothing capacitor;
A control unit that causes the power module to output regenerative power of the motor to the AC power supply by controlling the plurality of switching elements based on the voltage phase of the AC power supply,
The control unit is
Based on the absolute value of the bus current detected by the bus current detection unit, it is determined whether a power failure has occurred in the AC power supply when the motor is running or when the motor is regenerating. A converter that is equipped with a power failure detection unit.
前記力行時および前記回生時のうち少なくともいずれかである場合において前記母線電流の絶対値が予め設定された値を超える場合に、前記停電が発生したと判定する
ことを特徴とする請求項1に記載のコンバータ。The power failure detection unit,
The power failure is determined to occur when the absolute value of the bus bar current exceeds a preset value in at least one of the power running time and the regenerative time. The converter described.
前記力行時および前記回生時のうち少なくともいずれかである場合において前記母線電流の絶対値が予め設定された時間において予め設定された値以下である場合に、前記停電が発生したと判定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のコンバータ。The power failure detection unit,
When the absolute value of the bus current is equal to or less than a preset value at a preset time in at least one of the power running and the regenerative, it is determined that the power failure has occurred. The converter according to claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
前記停電検出部は、
前記力行時および前記回生時のうち少なくともいずれかである場合において前記母線電流の絶対値が前記判定条件を満たす場合に、前記停電が発生したと判定する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のコンバータ。A condition setting unit that receives the determination condition of the power failure by the power failure detection unit and sets the received determination condition in the power failure detection unit,
The power failure detection unit,
The power failure is determined to have occurred when the absolute value of the busbar current satisfies the determination condition in at least one of the power running time and the regenerative time. The converter described in any one.
前記回生時に前記複数のスイッチング素子を制御する回生制御部を備え、
前記停電検出部は、
前記回生時において前記停電が発生したと判定した場合、回生停止指令を前記回生制御部へ出力し、
前記回生制御部は、
前記停電検出部から前記回生停止指令が出力された場合、前記複数のスイッチング素子の制御を停止する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のコンバータ。The control unit is
A regeneration control unit that controls the plurality of switching elements during the regeneration,
The power failure detection unit,
If it is determined that the power failure has occurred during the regeneration, output a regeneration stop command to the regeneration control unit,
The regeneration control unit,
The converter according to any one of claims 1 to 4, wherein when the regenerative stop command is output from the power failure detection unit, control of the plurality of switching elements is stopped.
前記モータの力行時において前記停電が発生したと判定した場合、モータ停止指令を前記モータ駆動装置へ出力し、前記モータ駆動装置から前記モータへの電力供給を前記モータ停止指令によって停止させる
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載のコンバータ。The power failure detection unit,
When it is determined that the power failure has occurred during powering of the motor, a motor stop command is output to the motor drive device, and power supply from the motor drive device to the motor is stopped by the motor stop command. The converter according to any one of claims 1 to 5.
前記停電検出部は、
前記停電が発生したと判定した場合、第1カウンタ値および第2カウンタ値のうち前記母線電流の極性に応じたカウンタ値をカウントアップし、
前記故障予知部は、
前記第1カウンタ値および前記第2カウンタ値に基づいて、前記パワーモジュールの故障予知を行う
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載のコンバータ。Based on the determination result of the occurrence of the power failure by the power failure detection unit, a failure prediction unit that performs failure prediction of the power module,
The power failure detection unit,
When it is determined that the power failure has occurred, the counter value of the first counter value and the second counter value corresponding to the polarity of the bus current is counted up,
The failure prediction unit,
The failure prediction of the power module is performed based on the 1st counter value and the 2nd counter value. The converter according to any one of claims 1 to 6 characterized by things.
前記停電が発生したと判定した場合、第1カウンタ値および第2カウンタ値のうち前記母線電流の極性に応じたカウンタ値をカウントアップし、前記第1カウンタ値および前記第2カウンタ値のうち少なくとも一方を含むカウンタ情報を出力する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載のコンバータ。The power failure detection unit,
When it is determined that the power failure has occurred, a counter value corresponding to the polarity of the bus current in the first counter value and the second counter value is counted up, and at least the first counter value and the second counter value The converter according to any one of claims 1 to 6, wherein counter information including one is output.
前記モータ駆動装置と、
前記モータ駆動装置を制御する上位制御装置と、を備え、
前記コンバータは、
前記カウンタ情報を前記上位制御装置へ出力し、
前記上位制御装置は、
前記カウンタ情報に基づいて、前記パワーモジュールの故障予知を行う
ことを特徴とするモータ制御システム。The converter according to claim 8,
The motor drive device;
A host controller for controlling the motor drive device,
The converter is
Outputting the counter information to the host controller,
The upper control device,
A motor control system, which predicts a failure of the power module based on the counter information.
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