JPS61128781A - インバ−タ駆動電動機の制動方式 - Google Patents

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、インバータ誘導電動機におけるパワー素子の
故障等に起因する障害から電動機を保護するための方式
に関するものである。

〔従来の技術〕

工作機主軸ドライブでは、高速化が進み、数ＫＷクラス
では２〜３万ｒｐ−１数百Ｗクラスでは１０〜２０万ｒ
ｐ−の高速運転が行われている。

高速回転中に、負荷装置の故障、周波数変換装置の故障
などの原因により、変換装置のパワー素子に過電流が流
れた場合、変換装置は過電流検出を行い、パワー素子の
駆動信号を停止し、素子を破壊から、または１つの素子
の破壊が他の素子へ拡大することから保護している。

パワー素子の駆動信号停止後は、電動機は惰走し、機械
摩擦などにより減速し、停止する。

もし、過電流の原因が負荷装置の故障、破壊などの場合
には急停止し、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
る駆動系においては負荷装置を惰走させることは危険で
ある。

従来、電動機の制動方法としては、電動機を駆動する周
波数変換装置とは別に、整流装置、電流制限用抵抗、及
び電動機端子切り換え用の電磁接触機などを備えており
、事故発生後、直ちに専用の制動装置に切り換えて急制
動を行っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この方法は、専用のブレーキ装置を必要
とするので駆動システムが大がかりなものとなり、コス
トアンプになっていた。

これに対して、専用のブレーキ装置を使用せずに、電動
機を駆動している周波数変換装置を利用した制動方式が
望まれているが、一旦、過電流検出信号によりパワー素
子の駆動信号を停止してしまうと、過電流の原因が不明
となる。従って、この周波数変換装置のパワー素子に、
ブレーキのための制動電流を流すための駆動信号を印加
することができなかった。

本発明は、電動機の制動電流を、この電動機を駆動して
いる周波数変換装置を利用して電動機に印加し、制動を
行うことによりパワー素子の故障等に起因する障害から
電動機を保護することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、過電流検出後、過電流の原因となったパワー
素子を選別し、過電流検出が負荷装置の異常か又はパワ
ー素子の破壊かを判別し、パワー素子の破壊の場合には
、その破壊の状況を判別し、その破壊の状態がパワー素
子の導通である場合は前記周波数変換装置により、破壊
したパワー素子と他の１つのパワー素子を利用して電動
機に制動電流を印加して制動を行い、パワー素子の破壊
の状態が非導通であれば、前記周波数変換装置により、
破壊していない残りのパワー素子の一組によって電動機
に制動電流を印加し制動を行うようにしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明すインバー
タによる誘導電動機の駆動システムの一例を第１図に示
す、インバータ主回路は、直流電源（１５）　、平滑用
コンデンサ（１４）、パワートランジスタ（２）〜（７
）及びダイオード（８）〜（１３）により構成されてお
り、パワートランジスタ（２）〜（７）をオン・オフす
ることにより、誘導電動機ｔｌｌに印加する電圧、電流
及び周波数を制御してｙ、導電動機の速度制御を行う。

次にインバータ制御回路について説明する。

信号処理回路（１９）は、速度指令（２０）により、電
動機に印加すべき周波数及び電圧を演算し、電圧／周波
数の比を一定とするように、パルス幅及びパルス周波数
を決定する。また、本実施例では三相の誘導電動機であ
るので、三相のＰＷＭ　（パルス幅変！ｊｌ）信号（１
８）を発生する。

ベースドライバー回路（１７）は、主回路電源と制御電
源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、パワートランジスタの過電流を検出する過電流検出
回路などから構成されており、ＰＷＭ信号（１８）から
トランジスタベース駆動信号（１６）を作る。

また、保護回路（２１）は、ペースドライバー回路（１
７）からの過電流検出信号（２２）により、ペースドラ
イバー回路（１７）のベース信号をオフするベースブロ
ック信号（２３）を送出し、パワートランジスタをオフ
する。

第２図は、ペースドライバー回路（１７）を更に詳しく
説明するための回路図である。第２図において、（２４
）はベース駆動回路であり、過電流検出口ｉ１　（２５
）は、パワートランジスタ、例えば第１図におけるパワ
ートランジスタ（２）〜（７）の過電流を検出し、保護
回路に過電流検出信号を送出する。　（２６）はフォト
カブラ（２Ｂ）、　（２９）の出力信号を整形するため
の整形コンパレータ、（２７）は過電流検出用コンパレ
ータ、（３０）はゲート回路である。なお、過電流検出
の詳細な動作説明は、実願昭５７−１３７９８８号の明
細書に詳述されている。

パワートランジスタ　（第２図ではパワトランジスタ（
２）の場合を示している）に過″１ｌｔ２ｉｔが流れる
と、過電流検出用コンパレータ（２７）が、フォトカブ
ラ（２９）を駆動し、過電流検出信号（２２ａ）　〜（
２２ｆ）を出力する。保護回路（２１）は、この過電流
検出信号（２２ａ）　〜（２２ｆ）により、ベースブ０
７り信号（２３ａ）〜（２３ｆ）を作り、ゲート回路（
３０）のベースブロック信号をＯレベルにすることによ
りベース駆動信号をブロックし、パワートランジスタを
オフする。

以上、インバータの主回路、制御回路の構成及び動作の
概要を説明した。

次に、本発明による保護方式について説明する。

いま、インバータにより誘導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、保護回路が作動して
ベースブロックとなり、誘導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な
どが考えられるが、過電流の原因はベースブロック時に
は不明である。電動機を惰走状態から急停止させるため
に直流制動を行う、直流制動は一般に、第１図における
インバータのパワートランジスタ＋２１．　＋３１゜（
４）のうちの一つと、それと異なるアームのパワートラ
ンジスタ＋５１．　＋６１．　＋７１のうちの一つとに
直流電流を印加する。

誘導電動機は、制動トルクを発生し、惰走から急停止す
る。パワートランジスタが正常なときの直流制動時のパ
ワートランジスタのベース駆動信号は、第３図（ａｌに
示すように与える０例えば、パワートランジスタ＋２１
．　＋７１にパルス幅制御したベース駆動信号を与える
と、パワートランジスタ（２）。

（ηと、ダイオード（１１）、　（１０）により、チジ
フパー回路を構成し、第３図（Ｃ１に示すような直流電
流が誘導電動機に印加される。

過電流検出後、ベースブロック信号を解除して、上記直
流制動を行うためには、過電流の原因を明確にしなけれ
ばならない、もし、過電流の原因が、例えば上述の例に
おいて、パワートランジスタ（５）の破壊の場合には、
上記の例に示したようにパワートランジスタ（２）、（
７）を使った直流制動を行うことができない、というの
は、パワートランジスタ（５）が破壊して、導通状態と
なっているとすれば、パワートランジスタ（２）がオン
した時、パワートランジスタ（２）、（５）により電源
を短絡することになり、過電流が流れ、再び過電流検出
、ベースブロックとなる。

また、パワートランジスタ＋２１．　＋５１が破壊して
、非導通となる場合がある。この場合は、直流制動用の
ベース駆動信号を印加しても、電流が流れない。

従って、過電流検出後は、過電流の原因を判別する必要
がある。過電流の原因としては次の（ａ１１山）が考え
られる。

ｔａ＋　　負荷状態の異常 （ｂｌ　　パワートランジスタの破壊 またパワートランジスタの破壊の状態としては、発明者
らの経験によれば次の（Ｃ１，＋（１１となる。

ｆｏｌ　　コレクタ・エミッタ間が導通状態となる。

ｆｄｌ　　コレクタ・エミッタ間が不導通状態となる。

次に、過電流原因及びパワートランジスタの破壊状態の
判別機能を有する本発明の保護回路について説明する。

第４図はインバータの制御回路であり、（１０１）は第
１図における信号処理回路（１９）及び保護回路（２１
）をマイクロプロセッサ処理するマイクロプロセッサ演
算処理回路、（１０２）〜（１０７）はベースブロック
制御回路であり、インバータのパワートランジスタ６個
のそれぞれのベース信号を制御する−　（２２ａ）〜（
２２ｆ）は、第２図における過電流検出信号（２２ａ）
〜（２２ｆ）と同じ各ベースドライバー回路からの信号
である。

いま、過電流検出により、過電流検出信号（２２ａ）〜
（２２ｆ）のうちの１つ、例えば（２２ａ）が出力した
とすると、サイリスタ（１１２）がオンし、ベースブロ
ック信号（２３ａ）〜（２３ｆ）のうちの１つ、例えば
（２３ａ）が零電圧になり、トランジスタ（２）のベー
スドライブ信号はベースブロックされる。マイクロプロ
セッサ演算処理回路（１０１）は、入力ボート（１１５
）により、サイリスターアノード電圧の状態を入力し、
過電流検出信号の発生したパワートランジスタを捜す、
サイリスターアノード電圧はサイリスクがオンしていれ
ば、零電圧であり、オフしている場合は■。であるので
、容易に判別することができる。

過電流検出信号の発生したパワートランジスタが、第５
図（δ）に示すトランジスタ（２）であったとする、以
下、この場合の例について、過電流の原因判別方法につ
いて、第７図〜第１０図のフローチャートで説明する。

なお、この処理はマイクロプロセッサ演算処理回路（１
０１）で行い、フローチャートの番号は処理ステップを
表わす。

２０１、過電流（フローチャートでは「ＯＣ」と略記す
る）の原因を判別するモードに、マイクロプロセッサ演
算処理回路の処理を切り換える。

２０２、　　過電流により、ベースブロック（フローチ
ャートではｒＢ、ＢＪと略記する）したトランジスタを
選別するために、入力ポート（１１５）から、ベースブ
ロック制御回路の状態を入力する。この例では、トラン
ジスタ（２）がベースブロックされている。

２０３、過電流判別を行うために、全トランジスタを一
度ベースブロックする。このため、出力ボート（１１４
）に、オン信号を出力する。こうすると、例えばＯＲゲ
ート（１１０）により、サイリスク（１１２）はオンし
、カソード電圧は零となる。

２０４、　　パワートランジスタが破壊した場合、導通
状態かどうか、前述のｆｃｌの項目を判別し、処理を行
う、その詳細なフローチャートを第８図に示す。

２１３、　　）ランリスク（２）のベースブロックを解
除するために、出力ボート（１１３）からトランジスタ
（１１１）をオンするための信号を数ｍｓの間、出力す
る。トランジスタ（１１１）がオンすると、サイリスタ
（１１２）は保持電流以下となり、ターンオフし、トラ
ンジスタ（１１１）がオフしても、サイリスク（１１２
）は導通することはない。

２１４、　　）ランジスタ伐）に破壊判別用のベース信
号（第６図）を印加する。

２１５、過電流信号があるか否かを人力ポート（１１５
）にてチェックする。過電流信号があれば、ステップ２
１６へ、なければ２２０のステップを行う。

２１６、　　）ランリスク（２）をベースブロックし、
次の処理に対して準備する。

２１７、　　トランジスタ（５）はベースブロック中で
あるにもかかわらず、トランジスタ（２）をドライブす
ると過電流になるということは、トランジスタ（５）が
破壊して、導通状態になっていることになる。

２１８、　　トランジスタ（３）（又はトランジスタ（
４）でもよい）をベースブロック解除する。トランジス
タ（３）を使用して、制動電流を制御する。

２１９、　　トランジスタ（３）に制動電流を印加すｊ
ための信号を印加する。その信号波形を第３図ｆａ＋に
示す。

２２０、２２１．　　）ランリスク（２）をトランジス
タ（５）に変更して、ステップ２１６．２１７と同様の
処理を行う。

２２２、過電流検出信号を入カポ−）　（１１５）によ
りチェックする。

２２３、過電流検出信号があると、トランジスタ（５）
をベースブロックし、次の処理の準備を行う。

２２４、２２５．２２６．　　トランジスタ（２）をト
ランジスタ（５）に変更してステップ２１７．２１８．
２１９と同様の処理を行う、なお、このときの等価回路
は第５図中）となる、同図中（１２０）は電動機インダ
クタンスである。

２２７、過電流検出信号がない場合には、トランジスタ
は正常か又は破壊して、コレクタとエミッタ間が断線し
て非導通状態であることになる。従って次の判別モード
２０５．を実行する。

２０５、　　このステップは、前述の過電流の原因が負
荷の異常がどうかを判別する。詳細な処理を第９図に示
す。

２２８、　　トランジスタ（２）、（５１のベースブロ
ックを解除する。

２２９、　　）ランリスク１２＋、　（５１に、破壊判
別用の信号を与える。即ち、トランジスタ＋２１．　＋
５１で電源短絡回路を作り、過電流を検出する。もし、
過電流でなければトランジスタ＋２＋、　ｆ６＋のいず
れかのトランジスタが非導通で破壊していることになる
。

２３０、過電流検出信号をチェックする。過電流信号が
あれば、トランジスタ（２１，＋５１は破壊していない
ことになり、過電流の原因は負荷の異常による過電流と
判定する。

過電流信号がなければ、トランジスタ＋２１．　＋５１
のいずれかの非導通破壊となる。

２３１、　　）ランリスタ（２１，＋５１をベースブロ
ックし、次の処理の準備を行う。

２３２、　　トランジスタは破壊していないと判定し、
過電流の原因は負荷の異常とする。

２３３、　　トランジスタ＋２１．　＋６１のベースブ
ロックを解除する。

２３４、　　トランジスタ＋２１．　＋６１に、第３図
＋ａ＋に示す制動用の信号を与える。

２３５、　　）ランリスタ（２１，ｆｉｌをベースブロ
ックし、トランジスタ１２１．　（６１のどちらが非導
通破壊かをチェックするために、ステップ２０６．の処
理を行う。

詳細なフローチャートを第１０図に示す。

２０６、　　）ランリスタｔ２１．　ｆｉｌのどちらの
トランジスタが非導通で破壊したかを判定する。

２３６、　　）ランリスタ（２１，１６１のベースブロ
ックを解除する。

２３７、　　トランジスタ（２）、（６）に、第６図に
示すベース信号を与える。トランジスタ（２１，＋６１
と電動機の巻線で、電源を短絡する。

巻線のインピーダンスに比べ、ベース駆動信号を長くと
っているので、ベース駆動中に過電流となる。

２３８、過電流検出信号をチェックする。過電流があれ
ば、トランジスタ（２）は破壊していないと判定する。

過電流がない場合は、トランジスタ（５）が破壊してい
ると判定する。

２３９、　　）ランリスタ＋２１．　（６１をベースブ
ロックし、次の処理の準備をする。

２４Ｇ、　　トランジスタ（５）が上記の原因のうち、
ｆｄｌの破壊であると判定する。

２４１、　　）ランリスタ＋２１．１６１をベースブロ
ック解除する。

２４２、　　）ランリスタ＋２１．１６１に制動を行う
ための第３図ｔａｔに示すベース駆動信号を与え、トラ
ンジスタ（２）、（６）を利用して制動を行う。

２４４、　　）ランリスタ（２）が前記（ｄｌの破壊で
あると判定する。

２４５、２４６．　　トランジスタ（５１，＋３１のベ
ースブロックを解除し、トランジスタ（５１，１３１を
利用して制動を行う。

２０７、制動電流の印加は、電動機の停止まで４１！続
する。電動機の停止は、回転数のチェックあるいは制動
電流の変動により確認する。

２０８、電動機の停止を確認後、全トランジスタをベー
スブロックする。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、故障したインバータ
のパワー素子の状況を判別して、その状況に応じて、ブ
レーキ電流を印加すべきパワー素子を決定し、電動機の
惰走による故障、破壊から電動機を保護することができ
るという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はインバータによる誘導電動機の駆動システムの
構成を示す回路図、第２図はベースドライバー回路の詳
細回路図、第３図は動作波形図、第４１Ｅは本発明によ
るインバータの制御回路図、第５図は破壊トランジスタ
を示す回路図、第６図は破壊判別用ベース信号の波形図
、第７図〜第１０図は本発明の処理フローチャートであ
る。 （ｌ）：電動機 （２）〜（′ｎ：パワートランジスタ （８１〜（１３）　：ダイオード （１４）　：コンデンサ （１５）　：直流電源 （１６）　ｊ　）ランリスタベース駆動信号（１７）　
ｉペースドライバー回路 （１Ｂ）　：　Ｐ　ＷＭ信号 （１９）　：信号処理回路 （２０）　：速度指令 （２１）　：保護回路 特許出願人　　株式会社　安用電機製作所代　理　人　
　小　堀　　益　（ほか１名）Ｍ１図 箪２図 ｃｃ 第３図 第５図 （ｂ） １＠・Ｃ Ｑｍｓ 第７図 第９図 ２０７へ 第１０図 ２０７へ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電動機を駆動するための出力を制御するための周波
   数変換装置と、変換器の出力電流を制御するための電流
   制御手段と、変換器の過電流検出手段と、この過電流検
   出により変換器駆動信号を停止して変換器を過電流から
   保護する手段とを備えたインバータ駆動電動機制御装置
   において、過電流検出後、過電流の原因となったパワー
   素子を選別し、過電流検出が負荷装置の異常か又はパワ
   ー素子の破壊かを判別し、パワー素子の破壊の場合には
   、その破壊の状況を判別し、その破壊の状態がパワー素
   子の導通である場合は前記周波数変換装置により、破壊
   したパワー素子と他の１つのパワー素子を利用して電動
   機に制動電流を印加して制動を行い、パワー素子の破壊
   の状態が非導通であれば、前記周波数変換装置により、
   破壊していない残りのパワー素子の一組によって電動機
   に制動電流を印加し制動を行うことを特徴とするインバ
   ータ駆動電動機の制動方式。