JPH0530771A - インバータ駆動誘導電動機の直流制動方法 - Google Patents

インバータ駆動誘導電動機の直流制動方法

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JPH0530771A
JPH0530771A JP3148991A JP14899191A JPH0530771A JP H0530771 A JPH0530771 A JP H0530771A JP 3148991 A JP3148991 A JP 3148991A JP 14899191 A JP14899191 A JP 14899191A JP H0530771 A JPH0530771 A JP H0530771A
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JP
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inverter
switching element
overcurrent
braking
arm
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JP3148991A
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Toru Kai
徹 甲斐
Eiji Watanabe
英司 渡辺
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 電圧形インバータの主回路を構成するスイッ
チング素子の各アームまたは直流電圧母線の正側あるい
は負側に接続された単数の電流検出手段と、この電流が
設定レベルを超えたことを検出して、インバータ駆動信
号を停止してインバータを過電流から保護する手段とを
備え、過電流検出後、各スイッチング素子に診断信号を
順次印加し、過電流を検出したときに同じアームの対に
なるスイッチング素子の破壊と判断し、そのスイッチン
グ素子とその素子が接続されている逆の電圧母線に接続
されている他のアームのスイッチング素子とに直流制動
電流を流すための駆動信号を印加して、直流制動を行
う。 【効果】 電流検出回路を付加するというシンプルな回
路構成で、高速運転中にインバータ素子が破壊した場合
でも電動機に直流制動電流を印加することができるの
で、安全な駆動装置を構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インバータ駆動誘導電
動機におけるインバータのスイッチング素子の故障や負
荷装置等に起因した過電流発生時に電動機を停止させる
制動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータによりコンプレッサや工作機
スピンドルのドライブは高速化が進み、数KWクラスの
電動機では5〜10万rpm、数百Wクラスの電動機で
は20〜50万rpmの高速運転が行われている。高速
運転中に負荷装置の故障、インバータの故障などの原因
によりインバータのスイッチング素子に過電流が流れた
場合、インバータは過電流検出保護を行い、スイッチン
グ素子の駆動信号を停止し、インバータの出力を遮断す
る。このため電動機は惰走し、機械摩擦等により減速停
止する。過電流の原因が負荷装置の故障や破損の場合
は、急停止して工具の飛び出しや被加工物の飛散を防止
しなければならない。また可動範囲が限定されている駆
動系では電動機の惰走は許されない。また最近では高速
運転用の軸受として磁気軸受が適用される例が多い。磁
気軸受システムは本質的に駆動周波数範囲に機械共振点
を持つため、共振点通過を速やかに行わなければならな
い。このため電動機が惰走により緩やかに減速して共振
点を通過することは避けなければならない。
【0003】従来、電動機の制動方法は、インバータと
は別に整流装置、電流制限抵抗、および電動機端子切替
用電磁接触器からなる制動装置を備え、事故発生後、イ
ンバータからこの制動装置に切り替えて制動を行ってい
た。しかしながら、この方法は、専用の制動装置を必要
とし、サイズが大きくなり、コストアップにつながって
いた。これに対して、専用の制動装置を使用せずに、イ
ンバータのスイッチング素子を利用して制動を行う方法
が用いられている。この方法は、インバータのスイッチ
ング素子の任意の組合せ、例えば図1においてスイッチ
ング素子2と他のアームのスイッチング素子6あるいは
スイッチング素子7を利用し、それぞれをオンオフ制御
して直流電流を制御し、電動機を制動する。高速運転時
に過電流が発生した場合、過電流の原因が例えば前述の
スイッチング素子の対となる素子5,4あるいは3の破
壊によるものとすると、上記制動方法では、直流電流を
制御することができないため、再び過電流となり、制動
を行うことができない。この不具合点を改善する方法と
して、特開昭61−150683号公報では、過電流検
出後、一旦インバータの駆動信号を停止し、破壊したス
イッチング素子を選別し、破壊していない素子を利用し
て直流電流を制御し制動を行う方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、特開昭61
−150683号公報に記載された方法では、インバー
タの全スイッチング素子、例えば3相インバータでは、
6回路の過電流検出回路を必要とし、さらに上アームの
過電流検出信号はそれぞれ電気的にフォトカプラ等を利
用して絶縁しなければならないため、回路構成が複雑と
なり、部品点数が増加し、小型化、低コスト化の障害に
なっている。そこで本発明が解決すべき課題は、事故発
生時に高速で回転する電動機をインバータのスイッチン
グ素子を利用して直流制動する方法において、簡単な回
路構成と診断方法により破壊したスイッチング素子を選
別することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明のインバータ駆動誘導電動機の直流制動方法
は、電圧形インバータの主回路を構成するスイッチング
素子の各アームに設けたそれぞれ単数の電流検出手段
と、この電流が設定レベルを超えたことを検出して、イ
ンバータ駆動信号を停止してインバータを過電流から保
護する手段とを備え、過電流検出後、各スイッチング素
子に診断信号を順次印加し、過電流を検出したときに同
じアームの対になるスイッチング素子の破壊と判断し、
そのスイッチング素子とその素子が接続されている逆の
電圧母線に接続されている他のアームのスイッチング素
子とに直流制動電流を流すための駆動信号を印加して、
直流制動を行うことを特徴とする。前記電流検出手段
は、インバータ主回路の直流電圧母線の正側または負側
に接続して全体の過電流を検出するようにしてもよい。
【0006】
【作用】上記手段により、インバータを構成するスイッ
チング素子が破壊した場合でも簡単な回路構成と短時間
の診断により、高速運転中の電動機を安全に、しかも短
時間に制動、停止させることができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明を実施例を参照しながら具体的
に説明する。図1は本発明の実施例の構成を示す回路図
である。同図において、1は駆動電動機、2〜7はスイ
ッチング素子で、トランジスタの例を示しているが、F
ETやIGBTで構成される場合もある。8〜13はフ
ライホイールダイオード、14は平滑コンデンサ、15
はインバータの主回路直流電圧であり、一般的にはダイ
オード整流回路で構成される。また16〜18はアーム
の電流検出用抵抗、21〜23は電流の検出信号であ
る。31はインバータ信号処理回路、32はベースドラ
イバー回路、33はアーム電流検出回路である。
【0008】次にインバータの基本動作を説明する。信
号処理回路31は速度指令34により電動機に印加すべ
き周波数および電圧を演算し、電圧/周波数の比を一定
とするようにパルス幅およびパルス周波数を決定し、ス
イッチング素子の駆動信号35を出力する。ベースドラ
イバー回路32は主回路電源と制御電源(図示せず)を
絶縁するためのパルストランスあるいはフォトカプラお
よび波形整形・増幅回路から構成されており、ベースド
ライブ信号37を出力する。アーム電流検出回路33は
抵抗16〜18に流れる電流21〜23を入力し、スイ
ッチング素子の定格電流を超えると過電流信号36を出
力し、スイッチング素子駆動信号35を遮断する。
【0009】図2はアーム電流検出回路33をさらに詳
しく説明する回路構成例である。41〜43は比較器
で、設定値45の電圧と入力21〜23を比較し、入力
が設定値を超えるとLOWレベルの信号を出力する。4
6は制御電源と主回路電源とを電気的に絶縁するフォト
カプラであり、入力が設定値を超えると、すなわち抵抗
16〜18を流れる電流が過電流になると、過電流信号
36をLOWレベルで出力する。
【0010】次に、本発明の破壊したスイッチング素子
の選別方法について説明する。いま、インバータにより
電動機を高速運転しているとき、インバータに過電流が
流れると、アーム電流検出回路33から過電流信号36
が出力され、信号処理回路31により駆動信号35が遮
断され、電動機は惰走状態となる。インバータに過電流
が流れる原因としては、負荷装置の異常あるいはインバ
ータのパワートランジスタの破壊(ショート)などが考
えられる。特に、パワートランジスタの破壊は、運転時
の発熱によりジャンクション温度が限界値を超えた場
合、短時間であるが過電流が流れて、安全動作領域を超
えた場合などが考えられる。破壊の結果は、本発明らの
経験によれば、パワートランジスタがベース制御能力を
失し、常に導通状態となる。さて、ここで惰走状態の電
動機を停止させるために直流制動を行う。直流制動は、
電動機を駆動しているインバータを利用するが、前述の
ように破壊したパワートランジスタが直流制動を印加す
るように予め設計されたパワートランジスタと同じアー
ムの場合には使用できない。従って、破壊したパワート
ランジスタを選別する必要がある。
【0011】次に、過電流で破壊したパワートランジス
タを選別する本発明を説明する。インバータの各スイッ
チング素子2〜7に図3に示す診断信号を駆動信号3
5,ベースドライバー回路32およびベースドライブ信
号37を通して順次1素子ずつ印加する。一方、アーム
電流検出回路33の出力信号を監視しておき、診断信号
を印加した素子とアーム電流検出回路出力との対比によ
り、破壊したスイッチング素子を選別する。
【0012】図4は破壊素子の選別のフローチャートを
示したものである。ステップ100で破壊素子チェック
がスタートすると、ステップ110で、診断信号を印加
するスイッチング素子番号Nを設定する。Nは2からス
タートする。次にステップ120で短絡電流検出回路信
号をチェックする。ステップ130では短絡電流検出回
路の信号が過電流かどうかを判断する。過電流でなけれ
ばステップ140によりチェックが完了するまで以上の
処理を繰り返す。チェックが完了するとステップ150
で異常なしの処理を行い、ステップ160で直流制動を
開始する。前記のステップ130で過電流があれば、ス
テップ170で破壊したスイッチング素子の選別を行
う。例えば、N=2の番号のスイッチング素子に診断信
号を印加したときに過電流が検出されたときは、同じア
ームのスイッチング素子5が破壊されたと判定する。破
壊素子の選別が完了すると、破壊した素子と、破壊した
素子と異なるアームの、異なる電圧母線に接続されたス
イッチング素子を利用して直流電流を流し、制動を行
う。例えば、破壊したスイッチング素子が6の場合はス
イッチング素子2(または4)に駆動信号を与えると、
スイッチング素子2、モータ巻線51とフライホイルダ
イオード9によるチョッパ回路を構成し、直流電源が印
加される。
【0013】図5Aの実線はチョッパ回路の構成を示し
ており、Bは駆動信号(a) ,印加電圧(b) ,および電流
波形(c) を示したものである。この例では、スイッチン
グ素子6が破壊(ショート)した場合を示しており、こ
のときはスイッチング素子2に図5Bの(a)に示す駆
動信号を印加し、誘導電動機の巻線51に直流電流を流
す。同スイッチング素子2がオンのときには巻線51に
2 の電流が流れ、スイッチング素子2がオフのときは
巻線51の逆起電力によりダイオード11を通して巻線
51にi11の電流が流れる。したがって、図5Bの
(c)に示すように三角波状の直流電流が流れることに
なり、電動機への制動電流はその平均値となる。
【0014】なお、最近ではインバータのスイッチング
素子とドライバーと保護回路をモジュール化したインテ
リジェントモジュールが製作され始めている。このモジ
ュールは前述のアーム電流検出回路を内蔵しており、こ
の検出回路を利用すれば、本発明の技術はより簡単なハ
ード構成で実現することができる。さらに図1の60に
示す抵抗だけで検出抵抗16〜18を代用して電流検出
を行うこともできる。
【0015】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、電
流検出回路を付加することにより、シンプルな回路構成
で、高速運転中にインバータ素子が破壊した場合でも電
動機に直流制動電流を印加することができるので、安全
な駆動装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の構成を示す回路図である。
【図2】 アーム電流検出回路の例を示す回路図であ
る。
【図3】 診断信号の波形図である。
【図4】 破壊したスイッチング素子選別のフローチャ
ートである。
【図5】 Aは直流電流を制御して直流制動を行う回路
構成例、Bは各部の波形例である。
【符号の説明】
1 モータ、2〜7 スイッチング素子、8〜13 フ
ライホイルダイオード、14 平滑コンデンサ、15
インバータ主回路電源、16〜18 アーム電流検出用
抵抗、31 インバータ信号処理回路、32 ベースド
ライバー回路、33 アーム電流検出回路、41〜43
比較器、46 フォトカプラ、51 モータ巻線、6
0 電流検出用抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧形インバータの主回路を構成するス
    イッチング素子の各アームに設けたそれぞれ単数の電流
    検出手段と、この電流が設定レベルを超えたことを検出
    して、インバータ駆動信号を停止してインバータを過電
    流から保護する手段とを備え、過電流検出後、各スイッ
    チング素子に診断信号を順次印加し、過電流を検出した
    ときに同じアームの対になるスイッチング素子の破壊と
    判断し、そのスイッチング素子とその素子が接続されて
    いる逆の電圧母線に接続されている他のアームのスイッ
    チング素子とに直流制動電流を流すための駆動信号を印
    加して、直流制動を行うことを特徴とするインバータ駆
    動誘導電動機の直流制動方法。
  2. 【請求項2】 電圧形インバータの主回路の直流電圧母
    線の正側または負側に接続された単数の電流検出手段
    と、この電流が設定レベルを超えたことを検出して、イ
    ンバータ駆動信号を停止してインバータを過電流から保
    護する手段とを備え、過電流検出後、各スイッチング素
    子に診断信号を順次印加し、過電流を検出したときに同
    じアームの対になるスイッチング素子の破壊と判断し、
    そのスイッチング素子とその素子が接続されている逆の
    電圧母線に接続されている他のアームのスイッチング素
    子とに直流制動電流を流すための駆動信号を印加して、
    直流制動を行うことを特徴とするインバータ駆動誘導電
    動機の直流制動方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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