KR20060003884A

KR20060003884A - Ａｃ 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법

Info

Publication number: KR20060003884A
Application number: KR1020057019818A
Authority: KR
Inventors: 나오키 시마
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2006-01-11
Also published as: JP2004320945A; TWI280393B; CN1778033A; US7301737B2; TW200508638A; WO2004093302A2; US20070064359A1; WO2004093302A3

Abstract

모터 동력선 단선 검출의 딜레이를 감소시킬 수 있는 단선 검출 방법이 제공된다. 전류 검출기와 토크 제어기를 가지는 AC 서보 드라이버용 모터 전력선 단선 검출 방법은 다음과 같이 수행된다. 토크 전류 성분(9)은 전류 검출기(4, 5)가 검출한 3상 교류 전류로부터 추출되고, 토크 지령(1)은 토크 전류 성분(9)과 비교된다. 토크 지령과 토크 전류 성분의 차이가 설정치(21)를 초과하면 모터 동력선이 단선된 것으로 인식한다.

Description

ＡＣ 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법{AC SERVO DRIVER MOTOR POWER LINE DISCONNECTION DETECTION METHOD}

본 발명은, AC 서보 드라이버에 있어서, 모터 동력선이 단선되었을 때의 검출 방법에 관한 것이다.

종래부터, 모터의 단선 검출 장치로는, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 「교류 모터 제어 회로의 이상 검출 장치」를 들 수 있다.

도 3은 일본국 특개평 9-172791호 공보에 공지된 교류 모터 제어 회로의 시스템 구성도로, 배터리(112)로부터 3상 교류 모터(110)에 전력을 공급하는 회로에서 전류 센서 등의 이상을 검출하는 것이다.

도면에서, IPM(114)의 동작을 제어하는 컨트롤러(116)는, CPU(118), ROM(120), RAM(l22), I/O 포트(port)(124) 및 A/D 컨버터(126)를 내장하고, ROM(120)은 CPU(118)에 의해 실행되어야 하는 제어 프로그램이나 고정 파라미터를 격납하고, RAM(122)은 CPU(118)에 작업 영역을 제공한다. I/O 포트(124) 및 A/D 컨버터(126)는 각각 외부로부터 디지털 또는 아날로그의 정보를 입력하는 수단이다. 여기서는, 모터(110)로부터 출력되는 토크를 나타내는 토크 지령치나, 모터(110)에 부설되어 그 회전자의 회전에 따라 신호를 발생시키는 리졸버 (resolver)(128)의 출력이, I/O 포트(124)로부터 입력되어 있다. A/D 컨버터(126)는, 모터(110)의 각 상에 대응하여 설치되는 전류 센서(130u, 130v, 130w)의 출력(ius, ivs, iws)을 아날로그로부터 디지털로 변환하여 컨트롤러(116)에 입력한다.

CPU(118)는, 토크 지령치에 상당하는 토크가 모터(110)로부터 출력되도록 IPM(l14)에 대해 제어 신호를 공급한다. 이때, CPU(118)는, 리졸버(128)의 출력 신호(회전수 내지 회전 각도)나, 전류 센서(130u, 130v, 130w)의 출력(ius, ivs, iws)(각 상 전류 순간치)을 검출하고, 통상의 운전 제어 중에 이상 검출 루틴으로 이행하면, 각 상 전압 지령치에서 각 상 전류의 추정치(iuc, ivc, iwc)를 구하여, 각 상 출력 전류치(ius, ivs, iws)와의 편차 ｜iuc-ius｜, ｜ivc-ivs｜, ｜iwc-iws｜와, 각 임계치 △Ⅰ1u, △Ⅰ1v, △Ⅰ1w와의 비교에 의해서 이상을 판정하는 것이다.

또한, 그 밖의 검사 장치로는, 일본국 특개평 5-137380호 공보에 개시의 「모터 제어 장치」가 있다. 도 4는 그 회로도로, 제어 회로(207a)는, 구동 회로(205)를 제어하고, 모터 기동 지령(210)을 받으면 동작하여, 모터의 기동 전에 단선 검출 회로(212)에 대해 단선 검출 지령(213)을 부여하고, 과전류 검출 신호에 의해 회로의 이상을 확인하여, 이상이 없는 경우는 모터(201)를 기동하고, 이상을 검출한 경우는 모터(201)의 기동을 정지하는 것으로, 이 경우의 단선 검출 회로(212)의 단선 검출 신호(214)는, 직류를 인가하여 각 상의 통전 시험을 행하는 것으로, 통전시킨 상(相)에서는, 경로에 이상이 없는 한 무제어의 직류 전류가 흐르기 때문에 과전류 상태로 되는 것을 이용하여, 과전류 검출에 의해 실시한다.

그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 모터 단선을 직접적으로 검출할 수 없고, 모터 단선에 의해 속도 검출치가 속도 지령치에 추종하지 않게 된 결과, 토크 지령은 큰 값으로 된다. 토크 지령치가 큰 값을 연속으로 계속 취함으로써, 과부하 알람으로서 검출되었으므로, 특허문헌에 나타나는 이상 검출의 경우는, 운전 중의 이상 검출에 있어서의 딜레이 시간이 크고, 모터를 조합한 기계의 가동부가 폭주하여 기계에 손상을 주는 경우가 발생한다는 문제가 있었다.

또한, 운전 전의 신속한 동력선의 단선 검출을 할 수 없으므로, 수직축 구동용의 모터 동력선이 단선된 것과 같은 경우에, 기계(mechanical) 브레이크 해방 후에 작업(work)이 저하해 버린다는 문제도 있었다.

그래서, 본 발명의 제1 발명은, 운전 중에 모터 동력선 단선의 유무를 바로 검출하여, 기계를 손상시키기 전에 안전하게 정지시킬 수 있는 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 발명은, 운전 전의 기계 브레이크 유지 중에 모터 동력선 단선의 유무를 안전하게 검출하고, 단선이 검출되면 기계 브레이크를 해방하지 않고 작업이 저하하는 것을 방지할 수 있는 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명 1은, 전류 검출기와, 토크 제어기를 구비한 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법에 있어서, 상기 전류 검출기가 검출한 3상 교류 전류로부터 토크 전류 성분을 추출하는 처리를 하고, 토크 지령과 상기 토크 전류 성분을 비교하여, 상기 토크 지령과 상기 토크 전류 성분의 차이가 설정치를 넘은 경우, 모터 동력선이 단선되어 있다고 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 2는 전류 검출기와, 토크 제어기를 구비한 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법에 있어서, 모터에 토크를 발생시키지 않는 자화(磁化) 전류가 흐르도록 3상 교류 전압을 인가하고, 그 결과 모터에 흐르는 전류를 전류 검출기에 의해 검출하여, 자화 전류 성분을 추출하고, 지령한 상기 자화 전류와 비교하여, 상기 자화 전류와 상기 자화 전류 성분의 차이가 설정치를 넘은 경우, 모터 동력선이 단선되어 있다고 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 3은, 상기 모터 동력선의 단선을 인식한 경우는, 파워 변환기에서 모터로의 인가 출력을 차단하고, 브레이크 기구를 작동시켜 모터를 정지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 4는 상기 모터 동력선의 단선을 인식한 경우는, 기계 브레이크를 해방하지 않고, 모터를 기동하지 않는 것을 특징으로 한다.

이 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법에 의하면, 모터 운전 중의 단선 검사에 있어서, 토크 전류 지령(Iqref)과 토크 전류 검출치(Iqfb)의 차이를 설정치와 비교하여 모터 동력선의 단선을 판단하기 때문에 신속한 단선 검출에 의해서 사후의 안전 대처가 가능하게 된다.

혹은, 운전 전의 모터 정지 상태 그대로의 단선 검사에 있어서, 이쪽은 d축 전류를 이용하여, 모터에 토크를 발생시키지 않는 d축 전류를 흐르게 하고, d축 전류 지령(Idref)과 d축 전류 검출치(Idref)의 차이를 설정치와 비교하여, 단선을 판단하기 때문에, 기계 브레이크를 유지한 채로의 운전 전의 단선 검사를 안전하게 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명 1에 관한 모터 동력선 단선 검출 방법을 적용하는 AC 서보 드라이버의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 2는 본 발명 2에 관한 모터 동력선 단선 검출 방법을 적용하는 AC 서보 드라이버의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 3은 종래의 교류 모터 제어 회로의 이상 검출 장치의 구성도이다.

도 4는 종래의 모터 제어 장치의 회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 토크 지령 2 : 전류 변환기

3 : qref 4 : 전류 검출기

5 : 전류 검출기 6 : Iufb

7 : Ivf 8 : d-q 변환기

9 : Iqfb 10 : Idfb

11 : 전압 변환기 12 : Vqref

13 : 전압 변환기 14 : Vdref

15 : d-q 변환기 16 : Vuref

17 : Vvref 18 : Vwref

19 : 파워 변환기 20 : 절대치 회로

21 : 검출 레벨 설정기 22 : 비교기

23 : 단선 검출 신호 24 : 자화 전류 지령 발생기

25 : dref

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전동기 제어 장치의 블록도이다. 도 1에서, 토크 지령(1)을 전류 변환기(2)에 의해 Iqref(3)으로 변환한다.

모터 U상 전류, V상 전류는 각각 전류 검출기(4), 전류 검출기(5)에 의해 Iufb(6), Ivfb(7)로 변환된다. Iufb(6), Iufb(7)와 양자를 가산하여 부호 반전한 것을 d-q 변환기(8)에 의해, Iqfb(9), Idfb(l0)로 변환한다.

Iqref(3)와 Iqfb(9)의 차분을 전압 변환기(11)에 의해 Vqref(12)로 변환한다. 또한 Idfb(10)의 부호 반전한 것을 전압 변환기(13)에 의해 Vdref(14)로 변환한다.

Vqref(12)와 Vdref(14)를 d-q 변환기(15)에 의해 Vuref(16), Vvref(17), Vwref(18)로 변환하여, 각각을 파워 변환기(19)로 U상 전압, V상 전압, W상 전압으로 변환하여 모터에 인가한다.

Iqref(3)와 Iqfb(9)의 차분을 절대치 회로(20)에서 절대치를 구한 것과 검출 레벨 설정기(21)의 설정치를 비교기(22)로 비교하여, 그 결과를 단선 검출 신호(23)로 한다.

다음에 동작에 관해서 설명한다.

모터 동력선이 운전 동작중 단선되면 모터에 전류가 흐르지 않게 되어, Iufb(6), Ivfb(7)가 제로로 되고, Iqfb(9)도 제로로 된다. 또한, 모터 동력선이 단선되면 속도 제어기 등의 상위 제어 루프의 제어량이 변화하고, 그 출력인 토크 지령(1)은 반드시 제로 이외의 값이 된다. 또한, Iqref(3)도 제로 이외의 값이 된다. 따라서 Iqref(3)와 Iqfb(9)에 차이가 발생하여, 절대치 회로(20) 출력의 편차 절대치와, 미리 소정치로 설정되어 있는 검출 레벨 설정기(21)의 설정치를 비교기(22)로 비교하여, 설정치를 넘으면 단선 검출 신호(23)가 출력된다.

단선 검출 신호가 상위 제어부에 입력되면, 인버터(19)의 출력을 차단하여, 브레이크를 작동시켜 모터를 정지시킨다.

다음에, 본 발명의 제2의 실시 형태에 대해서 도면에 의거해 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 모터 동력선 단선 검출 방법을 적용하는 AC 서보 드라이버의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 2에서, 토크 지령(1)을 전류 변환기(2)에 의해 Iqref(3)로 변환한다. 자화 전류 지령 발생기(24)에서 Idref(25)가 출력된다.

모터 U상 전류, V상 전류는 각각 전류 검출기(4), 전류 검출기(5)에 의해 Iufb(6), Ivfb(7)로 변환된다. Iufb(6), Iufb(7)와 양자를 가산하여 부호 반전한 것을 d-q 변환기(8)에 의해, Iqfb(9), Idfb(l0)으로 변환한다.

Iqref(3)와 상기 Iqfb(9)의 차분을 전압 변환기(11)에 의해 Vqref(12)로 변환한다. Idref(25)와 Idfb(10)의 차분을 전압 변환기(13)에 의해 Vdref(14)로 변 환한다.

Vqref(12)와 Vdref(14)를 d-q 변환기(15)에 의해 Vuref(16), Vvref(17), Vwref(18)로 변환하고, 각각을 파워 변환기(19)로 U상 전압, V상 전압, W상 전압으로 변환하여 모터에 인가한다.

상기 Idref(25)와 상기 Idfb(10)의 차분을 절대치 회로(20)로 절대치를 구한 것과 검출 레벨 설정기(21)의 설정치를 비교기(22)로 비교하여, 그 결과를 단선 검출 신호(23)로 한다.

다음에 동작에 관해서 설명한다.

운전 전에, 모터에 토크를 발생시키지 않은 d축 전류가 흐르게 하기 위해, 자화 전류 지령 발생기(24)에서 출력되는 제로가 아닌 전류 지령 Idref(25)은, 전압 변환기(13), d-q 변환기(15), 파워 변환기(19)를 통해서 모터에 전류를 흐르게 하고자 하는데, 모터 동력선이 단선해 있으면 전류가 흐르지 않고, 전류 검출기(4), 전류 검출기(5)에서, 전류는 제로로 검출된다. 그리고 d-q 변환기(8)를 통해서 출력되는 Idfb(10)도 제로로 된다. 따라서, Idref(25)와 Idfb(10)에 차이가 발생하여, 그 차의 절대치를 절대치 회로에서 출력하고, 검출 레벨 설정기(21)의 설정치와 비교기(22)에 의해 비교하여, 설정치를 넘으면 단선 검출 신호(23)가 출력된다.

상위 제어부는 단선 검출 신호(23)가 입력되지 않으면, 기계 브레이크를 해방하여 모터를 기동하는데, 단선 검출 신호(23)가 입력되면 상위 제어부는, 기계 브레이크를 유지한 채로, 모터 기동을 행하지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전류 검출기로부터 직접적으로 모터 동력선의 단선을 검출하므로, 단선 검출의 딜레이 시간을 작게 하는 것이 가능하게 되어 모터 동력선이 단선되어도 바로 검출하여, 기계를 손상시키기 전에 안전하게 정지시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 운전 전 기계 브레이크 유지 중에 모터 동력선의 단선의 유무를 검출할 수 있게 되므로, 단선되어 있는 경우는 기계 브레이크를 해방하지 않도록 하는 것이 가능해져, 작업이 저하하는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

전류 검출기와, 토크 제어기를 구비한 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법에 있어서,

상기 전류 검출기가 검출한 3상 교류 전류로부터 토크 전류 성분을 추출하는 처리를 하고, 토크 지령과 상기 토크 전류 성분을 비교하여, 상기 토크 지령과 상기 토크 전류 성분의 차가 설정치를 넘은 경우, 모터 동력선이 단선해 있다고 인식하는 것을 특징으로 하는 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법.
전류 검출기와, 토크 제어기를 구비한 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법에 있어서,

모터에 토크를 발생시키지 않는 자화 전류가 흐르도록 3상 교류 전압을 인가하고, 그 결과 모터에 흐르는 전류를 전류 검출기에 의해 검출하고, 자화 전류 성분을 추출해, 지령한 상기 자화 전류와 비교하여, 상기 자화 전류와 상기 자화 전류 성분의 차가 설정치를 넘은 경우, 모터 동력선이 단선해 있다고 인식하는 것을 특징으로 하는 AC 서보 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법.
제 1항에 있어서, 상기 모터 동력선의 단선을 인식한 경우는, 파워 변환기에서 모터로의 인가 출력을 차단하고, 브레이크 기구를 작동시켜 모터를 정지시키는 것을 특징으로 하는 AC 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법.
제 2항에 있어서, 상기 모터 동력선의 단선을 인식한 경우는, 기계 브레이크를 해방하지 않고, 모터를 기동하지 않는 것을 특징으로 하는 AC 드라이버의 모터 동력선 단선 검출 방법.