WO2019207788A1 - モータ制御装置および機械装置 - Google Patents

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control device
circuit
resistor
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覚 寺島
直樹 天野
尚史 堀尾
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device and a mechanical device having a function of suppressing an inrush current.
  • a motor control device incorporated in a mechanical device such as a transport device used in a factory is provided with an inrush current suppression circuit in addition to a converter circuit that rectifies an AC power supply, a main circuit capacitor, and an inverter circuit (for example, see Patent Document 1).
  • the main circuit capacitor is energized through the inrush current suppression circuit.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a motor control device that has a rush current suppression circuit and can discharge a main circuit capacitor with a configuration with a reduced device scale. To do.
  • the present invention includes an upper and lower arm having a first switching element in at least one of an upper arm and a lower arm, and converts AC power into DC power.
  • a converter circuit ; and a capacitor connected to an output terminal of the converter circuit.
  • the present invention provides a protection circuit including a discharge circuit having a resistor and a second switching element connected in parallel to each other by being connected in series with each other, and an inrush current suppressing circuit for suppressing an inrush current to the capacitor by the resistor.
  • the circuit includes a control unit that controls the first switching element and the second switching element.
  • the motor control device has an effect that the main circuit capacitor can be discharged with a configuration in which the scale of the device is suppressed while having an inrush current suppression circuit.
  • FIG. 1 The figure which shows the structure of the mechanical apparatus concerning Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. The figure which shows the structure of the motor control apparatus concerning Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 4 The figure which shows the structure of the machine apparatus concerning Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a mechanical device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the mechanical device 100 includes a motor 102 and a motor control device 10 ⁇ / b> A that drives the motor 102.
  • the motor control device 10 ⁇ / b> A converts the power supplied from the AC power supply 101 into AC power for driving the motor 102 and applies the AC power to the motor 102. That is, the AC power source 101 is connected to the input end of the motor control device 10A, and the motor 102 is connected to the output end of the motor control device 10A.
  • the AC power source 101 is shown as having three phases in FIG. 1, it may be a single phase.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the motor control device 10A according to the first embodiment.
  • the motor control device 10A includes a converter circuit 1A that converts alternating current power into direct current power, a capacitor 2 provided on the output side of the converter circuit 1A, a protection circuit 7A, and a motor 102 that converts direct current power into alternating current power. And an inverter circuit 4 to be driven.
  • the capacitor 2 is a main circuit capacitor, and both ends thereof are connected to input terminals 41 and 42 of the inverter circuit 4.
  • the converter circuit 1A is described as converting three-phase AC power into DC power. However, when the AC power supply 101 is single-phase, the converter circuit 1A converts single-phase AC power into DC power.
  • Converter circuit 1A, capacitor 2, protection circuit 7A, and inverter circuit 4 constitute a main circuit.
  • the motor control device 10A includes a control unit 50 that controls the main circuit and an abnormality detection unit 51 that outputs an abnormality signal.
  • the abnormality detection unit 51 outputs an abnormality signal to the control unit 50 when detecting an abnormality occurring inside the motor control device 10A.
  • Input terminals 201, 202, and 203 of converter circuit 1A are provided corresponding to the R phase, S phase, and T phase of AC power supply 101, respectively. Then, the R-phase, S-phase, and T-phase signals of the AC power supply 101 are input to the input terminals 201, 202, and 203, respectively.
  • the converter circuit 1A is constituted by an upper arm portion constituted by three upper arms of switching elements 11, 12, and 13 which are first switching elements, and three lower arms of diode elements 24, 25 and 26.
  • the R-phase upper and lower arms are composed of an R-phase upper arm that is the switching element 11 and an R-phase lower arm that is the diode element 24.
  • the R-phase upper arm and the R-phase lower arm are connected in series with each other, and an input terminal 201 is connected to an electrical connection point between the R-phase upper arm and the R-phase lower arm.
  • the S-phase upper and lower arms and the T-phase upper and lower arms have the same configuration, and the R-phase upper and lower arms, the S-phase upper and lower arms, and the T-phase upper and lower arms are connected in parallel to each other to form a three-phase upper and lower arm.
  • the protection circuit 7A is a circuit for protecting the main circuit, and includes an inrush current suppression circuit 3A and a discharge circuit for suppressing an inrush current flowing to the capacitor 2.
  • the inrush current is a current that flows from the AC power supply 101 to the capacitor 2 immediately after the AC power supply 101 is turned on.
  • the protection circuit 7 ⁇ / b> A includes a resistance 30 and a switching element 31 that is a second switching element connected in series to the resistance 30 between the input terminal 41 and the input terminal 42 of the inverter circuit 4.
  • the resistor 30 and the switching element 31 constitute a discharge circuit.
  • the inrush current suppression circuit 3 ⁇ / b> A includes a resistor 30 and a switching element 32 that is a third switching element connected in parallel to the resistor 30.
  • Both the resistor 30 and the switching element 32 are provided on a DC bus 501 connected between the positive output terminal 401 of the converter circuit 1 ⁇ / b> A and the input terminal 41 of the inverter circuit 4.
  • the switching element 31 is connected between the positive output terminal 401 and the negative output terminal 402 of the converter circuit 1A. Further, the negative output terminal 402 of the converter circuit 1 ⁇ / b> A and the input terminal 42 of the inverter circuit 4 are connected via a direct current bus 502. Therefore, the resistor 30 and the switching element 31 connected in series with each other are connected in parallel with the capacitor 2.
  • the switching element 32 of the inrush current suppression circuit 3 ⁇ / b> A is turned off by the control unit 50. Is controlled. At this time, the switching element 31 is controlled to be in an OFF state by the control unit 50, and conduction is cut off. Therefore, the current value of the inrush current immediately after the AC power supply 101 is turned on is reduced by the inrush current passing through the resistor 30. And the capacitor
  • the control unit 50 controls the switching element 32 to be turned on, and the capacitor 2 is charged via the switching element 32. In this manner, the current value of the inrush current flowing to the capacitor 2 can be suppressed by the inrush current suppressing circuit 3A configured by the switching element 32 and the resistor 30.
  • the abnormality detection unit 51 outputs an abnormality signal to the control unit 50.
  • the control unit 50 that has received the abnormal signal turns off the switching elements 11, 12, 13 and the switching element 32 by outputting a cut-off signal, cuts off the conduction of the respective elements, and outputs a discharge permission signal.
  • the switching element 31 is controlled to be in an on state and is made conductive.
  • a current flows through a discharge circuit including the resistor 30 and the switching element 31 connected in series, and the capacitor 2 is discharged.
  • the resistor 30 provided for suppressing the inrush current can also function as a discharge resistor.
  • the power supply can be quickly shut down to discharge the main circuit capacitor.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device 10X according to the comparative example.
  • the motor control device 10X includes a converter circuit 1X that converts AC power into DC power, a capacitor 2 that is provided on the output side of the converter circuit 1X, an inrush current suppression circuit 3X, and a motor that converts DC power into AC power. And an inverter circuit 4 for driving the capacitor 2 and a resistor 5 for discharging the capacitor 2.
  • Converter circuit 1 ⁇ / b> X has an upper arm portion constituted by three upper arms of switching elements 21, 22 and 23 and a lower arm portion constituted by three lower arms of diode elements 24, 25 and 26.
  • the inrush current suppression circuit 3X includes a resistor 35 and a switching element 36 that is a thyristor connected in parallel.
  • the resistor 5 is provided to discharge the capacitor 2 when an abnormality occurs in the motor control device 10X. However, since the discharge resistor 5 is increased in size, the motor control device 10X is increased in size.
  • the switching element 31 is added to the inrush current suppression circuit 3A, but the resistor 30 of the inrush current suppression circuit 3A is used as the discharge resistor of the capacitor 2. Can also be used together, so that the discharge resistor 5 is not necessary.
  • the switching element 31 is smaller in size than the resistor 5. Therefore, the motor control device 10A can be reduced in size as compared with the motor control device 10X, and the main circuit capacitor can be discharged with a configuration in which the device scale is suppressed.
  • the switching element 31 is added.
  • the discharging resistor 5 needs to have a large resistance value, so that the cost is often high.
  • the cost can be reduced correspondingly, so that the cost can be reduced as compared with the motor control device 10X according to the comparative example. .
  • the upper arm of the converter circuit 1A is configured by a switching element. Therefore, when an abnormality occurs, the converter is turned off by turning off the switching element of the upper arm. The current flowing through the circuit 1A can be cut off.
  • the upper and lower arms of the converter circuit are not composed of switching elements, that is, when the upper and lower arms are composed of only a rectifier element such as a diode, the converter circuit is positioned outside the motor control device between the converter circuit and the AC power supply.
  • the contactor and the host controller for dealing with an abnormality are not necessary.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device 10B that is a first modification according to the first embodiment.
  • the motor control device 10B is different from the motor control device 10A in the configuration of the converter circuit 1B.
  • the converter circuit 1B includes an upper arm portion constituted by three upper arms of diode elements 21, 22, and 23, and a lower arm constituted by three lower arms of switching elements 14, 15, and 16, which are first switching elements. It has an arm part.
  • the control unit 50 of the motor control device 10B controls the switching elements 14, 15 and 16 to be in an ON state and conducts them, and the AC power supply 101 is turned on, the capacitor 2 is charged. At this time, the switching element 31 is controlled to be in an OFF state by the control unit 50, and conduction is cut off.
  • the abnormality detection unit 51 outputs an abnormality signal to the control unit 50.
  • the control unit 50 Upon receiving the abnormal signal, the control unit 50 outputs the cutoff signal to turn off the switching elements 14, 15, 16 and the switching element 32, shuts off the conduction of the respective elements, and outputs a discharge permission signal.
  • the switching element 31 is controlled to be in an on state and is made conductive. Thereby, a current flows through the resistor 30 and the switching element 31 connected in series, and the capacitor 2 is discharged. That is, when the switching element 31 is turned on, the resistor 30 provided for suppressing the inrush current can also function as a discharge resistor.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device 10 ⁇ / b> C that is a second modification according to the first embodiment.
  • the motor control device 10C is different from the motor control device 10A in the configuration of the converter circuit 1C.
  • Converter circuit 1 ⁇ / b> C has an upper arm portion constituted by three upper arms of switching elements 11, 12, and 13 and a lower arm portion constituted by three lower arms of switching elements 14, 15, and 16.
  • the control unit 50 of the motor control device 10C controls the switching elements 11 to 16, which are the first switching elements, to be in an on state and are turned on, and the AC power supply 101 is turned on, the capacitor 2 is charged. .
  • the switching element 31 is controlled to be in an OFF state by the control unit 50, and conduction is cut off.
  • the abnormality detection unit 51 outputs an abnormality signal to the control unit 50.
  • the control unit 50 that has received the abnormal signal turns off the switching elements 11 to 16 and the switching element 32 by outputting a cut-off signal, cuts off the conduction of the respective elements, and outputs a discharge permission signal.
  • the switching element 31 is controlled to be in an on state to be conducted. Thereby, a current flows through the resistor 30 and the switching element 31 connected in series, and the capacitor 2 is discharged. That is, when the switching element 31 is turned on, the resistor 30 provided for suppressing the inrush current can also function as a discharge resistor.
  • At least one of the upper arm and the lower arm may be configured with a switching element.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the motor control device 20 according to the second embodiment of the present invention.
  • the motor control device 20 is different from the motor control device 10A according to the first embodiment in the configuration of an inrush current suppression circuit 3B and a protection circuit 7B.
  • the inrush current suppression circuit 3A of the motor control device 10A is provided on the DC bus 501 connected to the positive output terminal 401 of the converter circuit 1A, and the third switching element 32 and the resistor 30 are connected in parallel to each other. It is configured.
  • the inrush current suppression circuit 3B according to the second embodiment is configured by connecting the third switching element 33 and the resistor 30 in series with each other, and is connected in parallel with the switching element 13 of the converter circuit 1A. Is different.
  • the protection circuit 7B includes an inrush current suppression circuit 3B connected in parallel to the switching element 13 of the converter circuit 1A.
  • the inrush current suppression circuit 3B is connected in series to the switching element 33 that is a third switching element and the switching element 33.
  • the resistor 30 is provided. Note that the switching element 33 and the resistor 30 are electrically connected at a connection point 37.
  • the protection circuit 7B includes the resistor 30 and the switching element 31 as the second switching element as a discharge circuit connected between the DC bus 501 and the DC bus 502. That is, the discharge circuit of the protection circuit 7B includes the resistor 30 of the inrush current suppression circuit 3B and the switching element 31 provided between the connection point 37 and the DC bus 502.
  • the DC bus 501 is connected between the positive output terminal 401 of the converter circuit 1A and the input terminal 41 of the inverter circuit 4, and the DC bus 502 is connected to the negative output terminal 402 of the converter circuit 1A and the input terminal of the inverter circuit 4. 42.
  • the positive output terminal 401 of the converter circuit 1A and the input terminal 41 of the inverter circuit 4 are connected, and the negative output terminal 402 of the converter circuit 1A and the input terminal 42 of the inverter circuit 4 are connected. Therefore, the discharge circuit having the resistor 30 and the switching element 31 connected in series with each other is connected in parallel with the capacitor 2.
  • the control unit 50 controls the switching elements 11, 12, and 13 to be in the off state and controls the switching element 33 to be in the on state. . Further, the switching element 31 is controlled to be in an off state. In this case, the inrush current flows through the resistor 30 and charging of the capacitor 2 is started.
  • the control unit 50 switches the switching element 33 to the off state, the switching elements 11, 12, and 13 to the on state, and the capacitor 2 is driven by the current not through the resistor 30. Charging starts. In this way, it is possible to suppress the inrush current having a large current value generated when the power is turned on from flowing to the capacitor 2.
  • the switching element 31 When the control unit 50 controls the switching elements 11, 12, and 13 to be in an on state and the capacitor 2 is charged, the switching element 31 is controlled to be in an off state by the control unit 50 and the conduction is cut off. Has been. In this state, when an abnormality occurs in the motor control device 20, the abnormality detection unit 51 outputs an abnormality signal to the control unit 50. The control unit 50 that has received the abnormal signal turns off the switching elements 11, 12, 13 and the switching element 33 by outputting a cut-off signal, cuts off the conduction of the respective elements, and outputs a discharge permission signal. As a result, the switching element 31 is controlled to be in an on state and is made conductive. Thereby, a current flows through the resistor 30 and the switching element 31 connected in series, and the capacitor 2 is discharged. That is, when the switching element 31 is turned on, the resistor 30 provided for suppressing the inrush current can also function as a discharge resistor.
  • the inrush current suppression circuit 3B is provided so as to be in parallel with the switching element 13 of the T-phase upper arm, but it goes without saying that it may be provided in parallel with the R phase and the S phase. Yes.
  • An inrush current suppression circuit 3B is provided in parallel with any of the switching elements constituting the upper and lower arms of the converter circuit 1A, and a discharge circuit is connected between the DC buses on the output side of the converter circuit 1A using the resistance of the inrush current suppression circuit 3B. What is necessary is just to provide.
  • the resistor 30 of the inrush current suppression circuit 3B that suppresses the inrush current of the AC flowing from the AC power supply 101 to the capacitor 2 immediately after the power is turned on can be used as the discharging resistor of the capacitor 2. Can be used together. That is, in the motor control device 20 as well, the discharging resistor 5 is not required, so that the size can be reduced and the main circuit capacitor can be discharged with a configuration in which the device scale is suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the mechanical device 200 according to the third embodiment of the present invention.
  • the mechanical device 200 is different from the mechanical device 100 in that a host controller 103 is added and the motor control device 10A is replaced with a motor control device 10D.
  • the host controller 103 is a controller that controls the motor control device 10D, and can detect an abnormality inside the mechanical device 200 based on an alarm signal from a detector or a sensor.
  • a specific example of the abnormality inside the mechanical device 200 is a mechanical abnormality of the mechanical device 200.
  • the host controller 103 detects an abnormality, it outputs an abnormality occurrence signal to the motor control device 10D.
  • the abnormality detected by the host controller 103 may include an abnormality that occurs inside the motor control device 10D.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a motor control device 10D according to the third embodiment.
  • the motor control device 10D according to the third embodiment is different from the motor control device 10A in that a signal detection unit 52 is provided instead of the abnormality detection unit 51, and the configuration of the other motor control device 10D is the same. This is the same as the motor control device 10A.
  • the signal detection unit 52 receives an abnormality occurrence signal from the host controller 103
  • the signal detection unit 52 outputs an abnormality signal to the control unit 50.
  • the operation of the control unit 50 that has received the abnormal signal is the same as that described in the first and second embodiments.
  • the resistor 30 can function as a discharge resistor.
  • the above effect can be obtained by replacing the converter circuit 1A of the motor control device 10D of FIG. 8 with the converter circuit 1B of FIG. 4 or the converter circuit 1C of FIG. Further, the above effect can be obtained even if the protection circuit 7A of the motor control device 10D of FIG. 8 is replaced with the protection circuit 7B of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a mechanical device 300 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the mechanical device 300 controls motor control devices 311 to 31n that convert electric power supplied from the AC power supply 101, motors 301 to 30n that are driven by the motor control devices 311 to 31n, and motor control devices 311 to 31n, respectively.
  • a host controller 310 is provided.
  • the host controller 310 is generated in the mechanical device 300 based on a signal such as a signal for notifying abnormality from each of the motor control devices 311 to 31n and an alarm signal from a detector or sensor other than the motor control devices 311 to 31n. Abnormalities can be detected. When the host controller 310 detects an abnormality, it outputs an abnormality occurrence signal to the motor control devices 311 to 31n.
  • a signal such as a signal for notifying abnormality from each of the motor control devices 311 to 31n and an alarm signal from a detector or sensor other than the motor control devices 311 to 31n. Abnormalities can be detected.
  • the host controller 310 detects an abnormality, it outputs an abnormality occurrence signal to the motor control devices 311 to 31n.
  • Each of the motor control devices 311 to 31n has the same configuration as the motor control device 10D according to the third embodiment and includes a signal detection unit 52.
  • the signal detection unit 52 of the motor control devices 311 to 31n When the signal detection unit 52 of the motor control devices 311 to 31n receives the abnormality occurrence signal from the host controller 310, it outputs an abnormality signal to the control unit 50 of each of the motor control devices 311 to 31n, and each of the motor control devices 311 to 31n. Discharge the main circuit capacitor.
  • the host controller 310 stops all the motor control devices 311 to 31n, and the entire mechanical device 300 Can be stopped.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

モータ制御装置（１０Ａ）は、上アームもしくは下アームの少なくともいずれか一方に第１のスイッチング素子（１１，１２，１３）を有する上下アームから構成され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路（１Ａ）と、コンバータ回路（１Ａ）の出力端子（４０２）に接続されたコンデンサ（２）と、互いに直列接続することによりコンデンサ（２）と並列接続される抵抗（３０）および第２のスイッチング素子（３１）を有する放電回路と、抵抗（３０）によりコンデンサ（２）への突入電流を抑制する突入電流抑制回路（３Ａ）とを含んだ保護回路（７Ａ）と、第１のスイッチング素子（１１，１２，１３）および第２のスイッチング素子（３１）を制御する制御部（５０）と、を備える。

Description

モータ制御装置および機械装置
　本発明は、突入電流を抑制する機能を備えたモータ制御装置および機械装置に関する。
　従来、工場で使用される搬送装置といった機械装置に組み込まれているモータ制御装置には、交流電源を整流するコンバータ回路、主回路コンデンサおよびインバータ回路に加えて突入電流抑制回路が設けられている（例えば、特許文献１参照）。電源が投入されると、主回路コンデンサは、突入電流抑制回路を介して通電状態になる。
　機械装置またはモータ制御装置に異常が発生したときには、二次災害を防止するために、電源を遮断してから、主回路コンデンサを放電する必要がある。そして、電源遮断後に主回路コンデンサを放電するためには、放電抵抗を有する放電回路が必要となる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１－２３８４５９号公報 実開平１－１０９２９３号公報
　しかし、突入電流抑制回路を備えたモータ制御装置において、突入電流抑制回路に加えて主回路コンデンサを放電するための放電抵抗を設けるとモータ制御装置の大型化につながり、機械装置も大きくなってしまうという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、突入電流抑制回路を有した上で、装置規模を抑えた構成で主回路コンデンサを放電することができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上アームもしくは下アームの少なくともいずれか一方に第１のスイッチング素子を有する上下アームから構成され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路の出力端子に接続されたコンデンサとを備える。さらに、本発明は、互いに直列接続することによりコンデンサと並列接続される抵抗および第２のスイッチング素子を有する放電回路と、抵抗によりコンデンサへの突入電流を抑制する突入電流抑制回路とを含んだ保護回路と、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を制御する制御部とを備える。
　本発明にかかるモータ制御装置は、突入電流抑制回路を有した上で、装置規模を抑えた構成で主回路コンデンサを放電することができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる機械装置の構成を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置の構成を示す図 比較例にかかるモータ制御装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる第一の変形例となるモータ制御装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる第二の変形例となるモータ制御装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２にかかるモータ制御装置の構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかる機械装置の構成を示す図 実施の形態３にかかるモータ制御装置の構成を示す図 本発明の実施の形態４にかかる機械装置の構成を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置および機械装置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。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる機械装置１００の構成を示す図である。機械装置１００は、モータ１０２と、モータ１０２を駆動するモータ制御装置１０Ａとを備える。モータ制御装置１０Ａは、交流電源１０１から供給された電力をモータ１０２を駆動するための交流電力に変換してモータ１０２に印加する。すなわち、モータ制御装置１０Ａの入力端に交流電源１０１が接続され、モータ制御装置１０Ａの出力端にモータ１０２が接続される。交流電源１０１は、図１では三相であるとして示すが、単相であってもかまわない。
　図２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａの構成を示す図である。モータ制御装置１０Ａは、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路１Ａと、コンバータ回路１Ａの出力側に設けられたコンデンサ２と、保護回路７Ａと、直流電力を交流電力に変換してモータ１０２を駆動するインバータ回路４とを備える。コンデンサ２は、主回路コンデンサであり、インバータ回路４の入力端子４１および４２に両端が接続されている。以下では、コンバータ回路１Ａは三相の交流電力を直流電力に変換するとして説明するが、交流電源１０１が単相の場合は、コンバータ回路１Ａは単相の交流電力を直流電力に変換する。コンバータ回路１Ａ、コンデンサ２、保護回路７Ａおよびインバータ回路４は主回路を構成する。
　さらに、モータ制御装置１０Ａは、上記主回路を制御する制御部５０と、異常信号を出力する異常検出部５１とを備える。異常検出部５１は、モータ制御装置１０Ａの内部で発生する異常を検出すると、異常信号を制御部５０に出力する。
　次に、モータ制御装置１０Ａの回路接続の詳細を説明する。コンバータ回路１Ａの入力端子２０１，２０２，２０３は、交流電源１０１のＲ相，Ｓ相，Ｔ相の各相に対応して設けられている。そして、交流電源１０１のＲ相，Ｓ相，Ｔ相の信号は、入力端子２０１，２０２，２０３にそれぞれ入力される。
　ここで、コンバータ回路１Ａは、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子１１，１２，１３の３つの上アームにより構成された上アーム部と、ダイオード素子２４，２５，２６の３つの下アームにより構成された下アーム部を有する。図２において、Ｒ相上下アームは、スイッチング素子１１であるＲ相上アームおよびダイオード素子２４であるＲ相下アームから構成される。Ｒ相上アームとＲ相下アームとは互いに直列接続されており、Ｒ相上アームとＲ相下アームとの電気的接続点に入力端子２０１が接続されている。Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームも同様の構成であり、Ｒ相上下アーム、Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームが互いに並列に接続されて三相上下アームが構成される。
　保護回路７Ａは、上記主回路を保護するための回路であり、コンデンサ２へ流れる突入電流を抑制するための突入電流抑制回路３Ａおよび放電回路を有する。突入電流は、交流電源１０１の電源投入直後に、交流電源１０１からコンデンサ２へ流れる電流である。保護回路７Ａは、インバータ回路４の入力端子４１と入力端子４２との間に抵抗３０および抵抗３０に直列接続された第２のスイッチング素子であるスイッチング素子３１を備える。抵抗３０およびスイッチング素子３１は放電回路を構成する。突入電流抑制回路３Ａは、抵抗３０および抵抗３０に並列接続された第３のスイッチング素子であるスイッチング素子３２を備える。抵抗３０およびスイッチング素子３２は共に、コンバータ回路１Ａの正極側出力端子４０１と、インバータ回路４の入力端子４１との間に接続された直流母線５０１上に設けられている。スイッチング素子３１は、コンバータ回路１Ａの正極側出力端子４０１と、負極側出力端子４０２との間に接続される。また、コンバータ回路１Ａの負極側出力端子４０２と、インバータ回路４の入力端子４２とは直流母線５０２を介して接続されている。したがって、互いに直列接続された抵抗３０およびスイッチング素子３１は、コンデンサ２と並列接続されている。
　制御部５０が、スイッチング素子１１，１２，１３をオン状態に制御して導通させて、交流電源１０１の電源が投入されるとき、突入電流抑制回路３Ａのスイッチング素子３２は制御部５０によりオフ状態に制御されている。このとき、スイッチング素子３１は制御部５０によりオフ状態に制御されていて導通が遮断されている。そのため、交流電源１０１の電源が投入された直後の突入電流の電流値は、突入電流が抵抗３０を介することにより低減される。そして、電流値が低減された突入電流によりコンデンサ２が充電される。交流電源１０１の電源投入後の時間経過により電流が安定すると、制御部５０によりスイッチング素子３２がオン状態に制御され、コンデンサ２はスイッチング素子３２を介して充電される。このようにして、スイッチング素子３２と抵抗３０とから構成される突入電流抑制回路３Ａにより、コンデンサ２へ流れる突入電流の電流値を抑制することができる。
　次に、スイッチング素子３２がオン状態でコンデンサ２が充電されている状態において、モータ制御装置１０Ａの内部で異常が発生すると、異常検出部５１が制御部５０に異常信号を出力する。異常信号を受け取った制御部５０は、遮断信号を出力することによりスイッチング素子１１，１２，１３およびスイッチング素子３２をオフ状態にして、それぞれの素子の導通を遮断すると共に、放電許可信号を出力することによりスイッチング素子３１をオン状態に制御して導通させる。これにより、直列接続された抵抗３０およびスイッチング素子３１で構成される放電回路を介して電流が流れ、コンデンサ２が放電される。すなわち、スイッチング素子３１をオン状態にすることにより、突入電流の抑制のために設けられた抵抗３０を放電抵抗としても機能させることが可能になる。このように、モータ制御装置１０Ａによれば、異常が発生すると速やかに電源を遮断して、主回路コンデンサを放電させることができる。
　モータ制御装置１０Ａにより得られる効果を比較例にかかるモータ制御装置１０Ｘと対比して説明する。図３は、比較例にかかるモータ制御装置１０Ｘの構成を示す図である。モータ制御装置１０Ｘは、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路１Ｘと、コンバータ回路１Ｘの出力側に設けられたコンデンサ２と、突入電流抑制回路３Ｘと、直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するインバータ回路４と、コンデンサ２の放電用の抵抗５とを備える。コンバータ回路１Ｘは、スイッチング素子２１，２２，２３の３つの上アームにより構成された上アーム部と、ダイオード素子２４，２５，２６の３つの下アームにより構成された下アーム部を有する。突入電流抑制回路３Ｘは、並列接続された抵抗３５およびサイリスタであるスイッチング素子３６で構成されている。そして、抵抗５は、モータ制御装置１０Ｘに異常が発生したときにコンデンサ２を放電するために設けられている。しかし、放電用の抵抗５はサイズが大きくなるので、モータ制御装置１０Ｘの大型化につながっていた。
　これに対して、実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａにおいては、突入電流抑制回路３Ａにスイッチング素子３１が追加されているが、突入電流抑制回路３Ａの抵抗３０をコンデンサ２の放電用抵抗としても併用できるので、放電用の抵抗５は不要となる。そして、通常、放電抵抗は抵抗値の大きなものが必要となるため、抵抗５に比べてスイッチング素子３１はサイズが小さい。したがって、モータ制御装置１０Ａは、モータ制御装置１０Ｘに比べて小型化が図れ、装置規模を抑えた構成で主回路コンデンサを放電することが可能となる。
　また、モータ制御装置１０Ａにおいては、スイッチング素子３１が追加されているが、通常、放電用の抵抗５は抵抗値が大きいものが必要となるため、コストも高いことが多い。実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａでは、放電用の抵抗５が不要となるため、その分コストを削減できるので、比較例にかかるモータ制御装置１０Ｘに比べて低コスト化を図ることもできる。
　また、実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａにおいては、コンバータ回路１Ａの上アームがスイッチング素子で構成されているため、異常が発生したときに上アームのスイッチング素子をオフ状態にすることでコンバータ回路１Ａに流れる電流を遮断することができる。一方、コンバータ回路の上下アームがスイッチング素子で構成されていない場合、すなわち上下アームがダイオードなどの整流素子のみで構成されている場合、コンバータ回路と交流電源との間のモータ制御装置の外部に位置して異常が発生したときに交流電源を遮断するコンタクタと、コンタクタを制御する上位コントローラを設ける必要がある。しかし、実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａによれば、異常発生時の対応のためのコンタクタおよび上位コントローラは不要になる。
　図４は、実施の形態１にかかる第一の変形例となるモータ制御装置１０Ｂの構成を示す図である。モータ制御装置１０Ｂがモータ制御装置１０Ａと異なるのは、コンバータ回路１Ｂの構成である。コンバータ回路１Ｂは、ダイオード素子２１，２２，２３の３つの上アームにより構成された上アーム部と、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子１４，１５，１６の３つの下アームにより構成された下アーム部を有する。
　モータ制御装置１０Ｂの制御部５０が、スイッチング素子１４，１５，１６をオン状態に制御して導通させて、交流電源１０１の電源が投入されると、コンデンサ２が充電される。このとき、スイッチング素子３１は制御部５０によりオフ状態に制御されていて導通が遮断されている。この状態において、モータ制御装置１０Ｂの内部で異常が発生すると、異常検出部５１が制御部５０に異常信号を出力する。異常信号を受け取った制御部５０は、遮断信号を出力することによりスイッチング素子１４，１５，１６およびスイッチング素子３２をオフ状態にして、それぞれの素子の導通を遮断すると共に、放電許可信号を出力することによりスイッチング素子３１をオン状態に制御して導通させる。これにより、直列接続された抵抗３０およびスイッチング素子３１を介して電流が流れてコンデンサ２が放電される。すなわち、スイッチング素子３１をオン状態にすることにより、突入電流の抑制のために設けられた抵抗３０を放電抵抗としても機能させることが可能になる。
　図５は、実施の形態１にかかる第二の変形例となるモータ制御装置１０Ｃの構成を示す図である。モータ制御装置１０Ｃがモータ制御装置１０Ａと異なるのは、コンバータ回路１Ｃの構成である。コンバータ回路１Ｃは、スイッチング素子１１，１２，１３の３つの上アームにより構成された上アーム部と、スイッチング素子１４，１５，１６の３つの下アームにより構成された下アーム部を有する。
　モータ制御装置１０Ｃの制御部５０が、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子１１～１６をオン状態に制御して導通させて、交流電源１０１の電源が投入されると、コンデンサ２が充電される。このとき、スイッチング素子３１は制御部５０によりオフ状態に制御されていて導通が遮断されている。この状態において、モータ制御装置１０Ｃの内部で異常が発生すると、異常検出部５１が制御部５０に異常信号を出力する。異常信号を受け取った制御部５０は、遮断信号を出力することによりスイッチング素子１１～１６およびスイッチング素子３２をオフ状態にして、それぞれの素子の導通を遮断すると共に、放電許可信号を出力することによりスイッチング素子３１をオン状態に制御して導通させる。これにより、直列接続された抵抗３０およびスイッチング素子３１を介して電流が流れてコンデンサ２が放電される。すなわち、スイッチング素子３１をオン状態にすることにより、突入電流の抑制のために設けられた抵抗３０を放電抵抗としても機能させることが可能になる。
　以上説明したように、本実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが備えるコンバータ回路は、上アームもしくは下アームの少なくともいずれか一方がスイッチング素子で構成されていればよい。
実施の形態２．
　実施の形態２にかかる機械装置の構成も図１の機械装置１００と同様であるが、モータ制御装置１０Ａがモータ制御装置２０に置き換わる。図６は、本発明の実施の形態２にかかるモータ制御装置２０の構成を示す図である。モータ制御装置２０が実施の形態１にかかるモータ制御装置１０Ａと異なるのは、突入電流抑制回路３Ｂおよび保護回路７Ｂの構成である。モータ制御装置１０Ａの突入電流抑制回路３Ａは、コンバータ回路１Ａの正極側出力端子４０１に接続された直流母線５０１上に設けられ、第３のスイッチング素子３２と抵抗３０とが互いに並列に接続されて構成されている。これに対して、実施の形態２にかかる突入電流抑制回路３Ｂは、第３のスイッチング素子３３と抵抗３０とが互いに直列に接続されて構成され、コンバータ回路１Ａのスイッチング素子１３と並列に接続されている点が異なる。
　保護回路７Ｂは、コンバータ回路１Ａのスイッチング素子１３に並列接続された突入電流抑制回路３Ｂを備え、突入電流抑制回路３Ｂは、第３のスイッチング素子であるスイッチング素子３３と、スイッチング素子３３に直列接続された抵抗３０とを備える。なお、スイッチング素子３３と抵抗３０とは接続点３７で電気的に接続されるとする。さらに保護回路７Ｂは、抵抗３０と第２のスイッチング素子であるスイッチング素子３１とを、直流母線５０１と直流母線５０２との間に接続された放電回路として備える。すなわち、保護回路７Ｂの放電回路は、突入電流抑制回路３Ｂの抵抗３０と、接続点３７と直流母線５０２との間に設けられたスイッチング素子３１と、を備える。直流母線５０１は、コンバータ回路１Ａの正極側出力端子４０１とインバータ回路４の入力端子４１との間に接続され、直流母線５０２は、コンバータ回路１Ａの負極側出力端子４０２とインバータ回路４の入力端子４２との間に接続されている。
　また、コンバータ回路１Ａの正極側出力端子４０１と、インバータ回路４の入力端子４１とは接続され、コンバータ回路１Ａの負極側出力端子４０２と、インバータ回路４の入力端子４２とは接続されている。したがって、互いに直列接続された抵抗３０およびスイッチング素子３１を有する放電回路は、コンデンサ２と並列接続されている。
　実施の形態２にかかるモータ制御装置２０では、交流電源１０１の電源を投入するとき、制御部５０によりスイッチング素子１１、１２、１３をオフ状態に制御して、スイッチング素子３３をオン状態に制御する。さらに、スイッチング素子３１はオフ状態に制御される。この場合、突入電流は抵抗３０を介して流れることになり、コンデンサ２に充電が開始される。電源投入後、時間が経過して電流が安定すると、制御部５０によりスイッチング素子３３がオフ状態に、スイッチング素子１１、１２、１３がオン状態に切り替えられ、コンデンサ２は抵抗３０を介さない電流により充電が開始される。このようにして、電源投入時に発生する電流値の大きい突入電流がコンデンサ２に流れることを抑制することができる。
　制御部５０が、スイッチング素子１１，１２，１３をオン状態に制御して導通させて、コンデンサ２が充電される状態では、スイッチング素子３１は制御部５０によりオフ状態に制御されていて導通が遮断されている。この状態において、モータ制御装置２０の内部で異常が発生すると、異常検出部５１が制御部５０に異常信号を出力する。異常信号を受け取った制御部５０は、遮断信号を出力することによりスイッチング素子１１，１２，１３およびスイッチング素子３３をオフ状態にして、それぞれの素子の導通を遮断すると共に、放電許可信号を出力することによりスイッチング素子３１をオン状態に制御して導通させる。これにより、直列接続された抵抗３０およびスイッチング素子３１を介して電流が流れてコンデンサ２が放電される。すなわち、スイッチング素子３１をオン状態にすることにより、突入電流の抑制のために設けられた抵抗３０を放電抵抗としても機能させることが可能になる。
　なお、図６のモータ制御装置２０のコンバータ回路１Ａを、図４のコンバータ回路１Ｂまたは図５のコンバータ回路１Ｃと置き換えても上記と同様な効果が得られる。
　実施の形態２にかかるモータ制御装置２０ではＴ相上アームのスイッチング素子１３と並列になるように突入電流抑制回路３Ｂを設けたが、Ｒ相、Ｓ相と並列に設けても良いことは言うまでもない。突入電流抑制回路３Ｂをコンバータ回路１Ａの上下アームを構成するいずれかのスイッチング素子と並列に設け、突入電流抑制回路３Ｂの抵抗を用いて、コンバータ回路１Ａの出力側の直流母線間に放電回路を設ければよい。
　実施の形態２にかかるモータ制御装置２０によれば、電源投入直後の交流電源１０１からコンデンサ２へ流れる交流の突入電流を抑制する突入電流抑制回路３Ｂの抵抗３０をコンデンサ２の放電用抵抗としても併用できる。すなわち、モータ制御装置２０においても、放電用の抵抗５は不要となるので、小型化が図れ、装置規模を抑えた構成で主回路コンデンサを放電することが可能となる。
実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３にかかる機械装置２００の構成を示す図である。機械装置２００が機械装置１００と異なるのは、上位コントローラ１０３が追加されて、モータ制御装置１０Ａがモータ制御装置１０Ｄに置き換わっていることである。
　上位コントローラ１０３は、モータ制御装置１０Ｄを制御するコントローラであり、検出器またはセンサからのアラーム信号などに基づいて、機械装置２００内部の異常を検出することができる。機械装置２００内部の異常の具体例には、機械装置２００の機械的な異常がある。上位コントローラ１０３は、異常を検出すると異常発生信号をモータ制御装置１０Ｄに出力する。なお、上位コントローラ１０３が検出する異常には、モータ制御装置１０Ｄの内部で発生する異常が含まれていてもよい。
　図８は、実施の形態３にかかるモータ制御装置１０Ｄの構成を示す図である。実施の形態３にかかるモータ制御装置１０Ｄがモータ制御装置１０Ａと異なるのは、異常検出部５１の代りに信号検出部５２が備えられていることであり、それ以外のモータ制御装置１０Ｄの構成はモータ制御装置１０Ａと同じである。信号検出部５２は、上位コントローラ１０３から異常発生信号を受け取ると、制御部５０に異常信号を出力する。異常信号を受け取った制御部５０の動作は、実施の形態１および２で説明したのと同様である。モータ制御装置１０Ｄによれば、機械装置２００内部の異常が発生した場合にも、抵抗３０を放電抵抗としても機能させることが可能になる。
　なお、図８のモータ制御装置１０Ｄのコンバータ回路１Ａを、図４のコンバータ回路１Ｂまたは図５のコンバータ回路１Ｃと置き換えても上記効果が得られる。また、図８のモータ制御装置１０Ｄの保護回路７Ａを、図６の保護回路７Ｂと置き換えても上記効果が得られる。
実施の形態４．
　図９は、本発明の実施の形態４にかかる機械装置３００の構成を示す図である。機械装置３００は、交流電源１０１から供給された電力を変換するモータ制御装置３１１～３１ｎと、モータ制御装置３１１～３１ｎのそれぞれが駆動するモータ３０１～３０ｎと、モータ制御装置３１１～３１ｎを制御する上位コントローラ３１０を備える。
　上位コントローラ３１０は、モータ制御装置３１１～３１ｎのそれぞれからの異常を通知する信号、モータ制御装置３１１～３１ｎ以外の検出器またはセンサなどからのアラーム信号といった信号に基づいて、機械装置３００内で発生した異常を検出することができる。上位コントローラ３１０は、異常を検出すると異常発生信号をモータ制御装置３１１～３１ｎに出力する。モータ制御装置３１１～３１ｎのそれぞれは、実施の形態３にかかるモータ制御装置１０Ｄと同様の構成で、信号検出部５２を備えている。モータ制御装置３１１～３１ｎの信号検出部５２は、上位コントローラ３１０から異常発生信号を受け取ると、モータ制御装置３１１～３１ｎそれぞれの制御部５０に異常信号を出力して、モータ制御装置３１１～３１ｎそれぞれの主回路コンデンサを放電する。
　機械装置３００においては、モータ制御装置３１１～３１ｎのいずれかのモータ制御装置に異常が発生した場合であっても、上位コントローラ３１０がモータ制御装置３１１～３１ｎを全て停止させて、機械装置３００全体を停止することができる。
　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。
　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｘ　コンバータ回路、２　コンデンサ、３Ａ，３Ｂ，３Ｘ　突入電流抑制回路、４　インバータ回路、５，３０，３５　抵抗、７Ａ，７Ｂ　保護回路、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｘ，２０，３１１～３１ｎ　モータ制御装置、１１～１６，２１～２３，３１～３３，３６　スイッチング素子、２４～２６　ダイオード素子、３７　接続点、４１，４２　入力端子、５０　制御部、５１　異常検出部、５２　信号検出部、１００，２００，３００　機械装置、１０１　交流電源、１０２，３０１～３０ｎ　モータ、１０３，３１０　上位コントローラ、２０１，２０２，２０３　入力端子、４０１　正極側出力端子、４０２　負極側出力端子、５０１，５０２　直流母線。

Claims (5)

  1. 　上アームもしくは下アームの少なくともいずれか一方に第１のスイッチング素子を有する上下アームから構成され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
    　前記コンバータ回路の出力端子に接続されたコンデンサと、
    　互いに直列接続することにより前記コンデンサと並列接続される抵抗および第２のスイッチング素子を有する放電回路と、前記抵抗により前記コンデンサへの突入電流を抑制する突入電流抑制回路とを含んだ保護回路と、
    　前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を制御する制御部と、
    　を備えるモータ制御装置。
  2. 　前記突入電流抑制回路は、前記コンバータ回路の正極側の前記出力端子に接続された直流母線上に設けられ、前記抵抗に並列接続された第３のスイッチング素子を備える請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記突入電流抑制回路は、前記第１のスイッチング素子に並列に設けられ、前記抵抗に直列接続された第３のスイッチング素子を備える請求項１に記載のモータ制御装置。
  4. 　異常を検出すると前記制御部に異常信号を出力する異常検出部を備え、
    　前記制御部は前記異常信号を受け取ると、前記第１のスイッチング素子をオフ状態に、前記第２のスイッチング素子をオン状態に制御する請求項１から３のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
  5. 　請求項１から３のいずれか１つに記載のモータ制御装置と、
    　異常を検出すると異常発生信号を出力して前記モータ制御装置を制御する上位コントローラと、
    　を備える機械装置。
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