JPH04197098A

JPH04197098A - 誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JPH04197098A
Application number: JP2326819A
Authority: JP
Inventors: Motosumi Yura; 元澄由良
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、工作機械の主軸などを駆動する誘導電動機の
制御装置に関する。　　゛（従来の技術）近年、工作機械の主軸なとはそれまでの直流電動機に代
わり誘導電動機で駆動される例か多く、この誘導電動機
を半導体素子によって構成されたインバータを用いて可
変速駆動することか一般である。

第７図は、インバータによる誘導電動機の制御装置の従
来例を示す図である。マグネ・ントスイ・ンチ５ａか整
流回路４に接続されている。整流回路４には平滑コンデ
ンサ７、直列に接続されたマグネットスイッチ５ｂ及び
抵抗８、並びにインノ＼−タ２が並列に接続されている
。誘導電動機６はインバータ２に接続されている。制御
回路３は直流電流検出器１．マグネットスイッチ５ａ、
５ｂ及びインバータ２と接続されている。

直流電流検出器１はインバータ２に人力される直流電流
を監視しており、その検出値を入力している制御回路３
はその検出値が所定値を越えた場合に異常状態と判断し
、インバータ２内のトランジスタを駆動するドライブ信
号を一斉にオフする。それと同時に制御回路３はマグネ
ットスイッチ５ａをオフし、マグネットスイッチ５ｂを
オンする。この結果、誘導電動機６に流れる電流は瞬時
にτになり平滑コンデンサ７に蓄えられている電荷は抵
抗８を通して速やかに放電し、その後の回路の焼損等の
障害を未然に防止している。

装置全体の交流電源か停電してしまった場合も運転の継
続が困難となるため、同様に８導電動機６に流れる電流
をオフするのが一般的である。最近では、このような場
合にインバータ２の直流平滑コンデンサに残留している
電力を用いて回生制動によって制動することが提案され
ている。すなわち、誘導電動機６の持つ運動エネルギー
か直流平滑コンデンサに回生されるため直流平滑コンデ
ンサか充電され直流電圧か上昇するので、この電圧か許
容値以上になった場合には誘導電動機６に直流を供給し
て直流ブレーキに切り換え、その後直流電圧の下がった
後に再ひ回生制動に切り換えるというように直流ブレー
キと回生制動を併用することによって停電時にも誘導電
動機６を確実に制動停止させる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上述した従来の誘導電動機の制御装置は、イ
ンバータの過電流発生時には誘導電動機の電流を平にす
るように制御しているため、誘導電動機の原理上、過電
流が発生した後はフリーラン状態て回転し続けることに
なり、工作機械の主軸においては、加工対象物に悪影響
を与えるたけでなく、工作機械を操作するオペレータに
対しても非常に危険であるという問題点があった。

本発明は上述のような事情から成されたものてあり、本
発明の目的は、過電流か検出された場合に速やかに誘導
電動機を制動して停止させることができる誘導電動機の
制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、工作機械の主軸などを駆動する誘導電動機の
制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、複
数の半導体素子のそれぞれに付随し、当該半導体素子に
流れる電流が所定値以上である場合に異常信号を発生す
る複数の過電流検出手段と、前記異常信号に基づいて前
記複数の半導体素子のうち正常な半導体素子を選択し・
、選択した半導体素子に対して前記誘導電動機に電流を
供給して停止させるように制御を行なう制御回路とを具
備することによって達成される。

（作用）本発明にあっては、インバータを構成する複数の半導体
素子の各々に過電流の場合に異常信号を発生する過電流
検出手段を設けることにより異常素子を特定できるので
、正常な素子を選択して誘導電動機に直流電流を供給す
ることによって直流ブレーキをかけることがてき、速や
かに制動停止させることができる。

（実施例）以下、図面に基ついて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第１図は本発明における誘導電動機の制御装置の一実施
例を示す図であり、第２図は第１図におけるＩＧＢＴ（
Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートハイポーラトランジスタ
）モジュール９の一素子について示した図である。第３
図はＩＧＢＴのチップの構造を示す断面図である。第１
図に示す実施例においてマグネットスイ・ンチ５ａ、５
ｂ。

整為回路４．平滑コンデンサ７及び抵抗８については従
来例と同様であるので説明を省略する。インバータ２３
は３個のＩＧＢＴモジュール９より構成される。ＩＧＢ
Ｔモジュール９のそれぞれのコンパレータの出力信号は
選択回路２０及びオア回路２１に送られる。選択回路２
０は、どの素子で異常が発生しているか判断して制御回
路３１に信号を送る。オア回路２１は、Ａ１ｆｆ流状態
が発生しているか判断して信号を制御回路３１に送る。

制御回路３１はオア回路２１からの信号により過電流状
態が発生したことを認識し、選択回路２０からの信号に
よりどの素子が動作継続可能か認識する。そして瞬時に
動作可能でない素子のドライブ信号をオフすると同時に
動作継続可能な素子の組合せによって８導電動機６の一
相に直流電流を供給し直流ブレーキにより誘導電動機６
を制動する。さらに、この直流電流は、８導電動機６の
電流を検出する電流検出器２２によってフィードバック
制御されて所定値に制御される。

第２図の回路を説明する。Ｉ　ＧＢＴ９１は主回路のエ
ミッタ端子ｌＯ、ゲートドライブ信号を接続するために
設けられたエミッタ信号端子１１及び電流検出端子１２
を有する。ＩＧＢＴ９１のゲート信号入力端子１６には
ドライブ信号が送られておりコレクタ端子１９には電圧
が印加されている。抵抗２４の一端は電源１８により電
圧が印加され、その他端はコンパレータ１５の逆相入力
端子及び定電圧ダイオード１４の一端に共通に接続され
ている。定電圧ダイオード１４の他端、シャント抵抗１
３の一端及び電源１８の負極はエミッタ信号端子１１に
接続されている。コンパレータ１５の正相入力端子はシ
ャント抵抗１３の他端及び電流検出端子１２のそれぞれ
に共通に接続されている。

ＩＧＢＴ９１のチップの構造は第３図に示すように多数
（数１００万程度）の数μｍのセルか多数並列接続され
ることにより大電流の制御を実現している。電流検出端
子１２は、ＩＧＢＴのチップにおける多数のセルのうち
一部のセルのエミッタを独立させて取り出したものであ
り、ＩＧＢＴ９１のエミッタ電流の一部を分流して取り
出すものである。ＩＧＢＴのチップの電流分布は十分均
一であると考えられることにより電流検出端子に流れる
電流ｉｅは（１）式のように表される。

（ただし、ｉＥはエミッタ端子の電流、１ｃはコレクタ
端子の電流、Ｎはセルの総数、ｎは電流検出端子を割り
当てたセルの数である。）定電圧ダイオード１４は基準
電圧を設定するためのものであり、シャント抵抗１３の
両端の電圧と基準電圧とをコンパレータ１５により比較
した出力信号により、ＪＧＢＴ９１に流れる電流が所定
値を越えたことを検出することがてきる。尚、コンパレ
ータ１５等を動作させるための電源１８はＩＧＢＴ９１
のケート信号端子１６をドライブする電源（図示せず）
と共有にすることがてきる。

本発明の実施例における動作例を第４図（Ａ）及び（Ｂ
）　に基づいて説明する。そこで、短絡モートによりＩ
ＧＢＴ９３が破壊され過電流が検出されたとする。この
ときＩＧＢＴ９３．ＩＧＢＴ９４を通して上下短絡が発
生する可能性があるため、ＩＧＢＴ９４を瞬時にオフす
る。次に、過電流が検出されていない素子の中から例え
ばＩＧＢＴ９１．ＩＧＢＴ９Ｇを選択し同図（Ｂ）に実
線で示した経路で直流電流を供給する。ＩＧＢＴ９３が
短絡モートて破壊されていることを想定しているためＩ
ＧＢＴ９６をオンすると同図（Ｂ）中の点線の経路で電
流が流れる可能性かあるので、ＩＧＢＴ９１には連続的
なオン信号を与えＩＧＢＴ９５には電流検出器２２から
の出力に応しテＰＷＭ（ＰＩＩＬＳＥ　ＷＩＤＴＨＭＯ
ＤＵＬＡＴＩＯＮ）制御されたオン信号を与えて直流電
流を所定値に制御する。素子の選択の組合せは多数考え
られるか、その例を表にして第５図に示す。

第６図は、本発明における宮人導電動機の制御装置の動
作を示すタイムチャートである。同図中の■の時点に至
るまでは正常に動作しており、ＩＧＢＴ９１〜９６のゲ
ートドライブ信号はＰＷＭ制御され誘導電動機６には３
相正弦波電流か供給されている。

■の時点はＩＧＢＴ９３に過電流か流れた時点てあり、
オア回路２１の出力か１となり制御回路３１に人力され
る。この信号を受けた制御回路３１は■の時点において
ゲートトライブイ８号をオフすることによりＩＧＢＴ９
１〜９６をオフにし、誘導電動機に流れる電流を零にし
ている。次に、制御回路３１は■の時点において選択回
路２０からの出力を読取り、この出力からＴＧＢＴ９３
が異常であることを認識し１ＧＢＴ９１゜ＩＧＢＴ９６
の組合せにより直流ブレーキを開始する。

尚、以上において説明した実施例では誘導電動機に直流
電流を供給するものであるが、本発明は直流に限定され
るものでなく、例えは単相交流電流を供給する場合にお
いても同様の制動を行なうことかできる。

（発明の効果）以上のように本発明の誘導電動機の制御装置によれば、
インバータを構成する半導体素子が破壊したような場合
でも、過電流を検出して正常な素子のみを選択して制御
を行なうことにより、フリーランすることなく安全に誘
導電動機を制動停止させることかできるので、工作機械
の主軸等の駆動制御に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における誘導電動機の制御装置の一実施
例を示す図、第２図は第１図のＩＧＢＴモジュール９の
一素子について示す図、第３図はＩＧＢＴのチップの構
造を示す断面図、第４図（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一
実施例の動作を説明するための図、第５図はインバータ
２３において制動処理を行なうときの素子の組合せを示
す図、第６図は本発明の一実施例の動作を示すタイムチ
ャート、第７図はインバータによる誘導電動機の制御装
置の従来例を示す図である。１・・・直流電流検出器、２．２３・・・インバータ、
３．３１・・・制御回路、４・・・整流回路、５ａ、５
ｂ・・・マグネットスイッチ、６・・・誘導電動機、７
・・・平滑コンデンサ、８．２４・・・抵抗、９・・・
ＴＧＢＴモジュール、１０・・・エミッタ端子、１１・
・・エミッタ信号端子、１２・・・電流検出端子、１３
・・・シャント抵抗、１４・・・定電圧タイオート、１
５・・・コンパレータ、１６・・・ケートイ言号端子、
１８・・・電源、１９・・・コレクタ端子、２０・・・
選択回路、２１・・・オア回路、２２・・・電流検出器
、９１，９２，９３゜９４．９５．９６・・・ＩＧＢＴ
。出願人代理人　　　安　形　雄　三苓２図　　′。佑３　図１（ｙＢＷ３１：て過電流力＼°冷生塾４　図塾５　図若６　図

Claims

【特許請求の範囲】１、複数の半導体素子を用いて誘導電動機に流れる電流
を制御する誘導電動機の制御装置において、前記半導体
素子のぞれぞれに付随し、当該半導体素子に流れる電流
が所定値以上である場合に異常信号を発生する複数の過
電流検出手段と、前記異常信号に基づいて前記複数の半
導体素子のうち正常な半導体素子を選択し、選択した半
導体素子に対して前記誘導電動機に電流を供給して停止
させるように制御を行なう制御回路とを具備するように
したことを特徴とする誘導電動機の制御装置。２、前記複数の半導体は絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタまたは金属−酸化膜−半導体型電界効果トランジス
タであり、前記過電流検出手段は前記半導体のチップ中
に設けられた端子よりエミッタ電流の一部を分流した電
流を検出するようにした請求項１に記載の誘導電動機の
制御装置。