JP7324140B2 - Motor drive with precharging circuit - Google Patents
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Description
本発明は、予備充電回路を有するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive having a precharging circuit.
工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータの駆動を制御するモータ駆動装置においては、交流電源から入力される交流電力を整流回路にて直流電力に変換してDCリンクへ出力し、さらにインバータにてDCリンクにおける直流電圧を交流電力に変換し、この交流電力をモータの駆動電力として供給している。「直流リンク部」とは、整流回路の直流出力側とインバータの直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「DCリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」、または「直流中間回路」などとも別称されることもある。 In machine tools, forging machines, injection molding machines, industrial machines, or motor drive devices that control the drive of motors in various robots, AC power input from an AC power supply is converted into DC power by a rectifier circuit and converted to DC power. The DC voltage is output to the link, and the DC voltage in the DC link is converted into AC power by an inverter, and this AC power is supplied as driving power for the motor. A "DC link" refers to a circuit portion that electrically connects the DC output side of a rectifier circuit and the DC input side of an inverter. , or may also be called a "direct current intermediate circuit".
DCリンクには、整流回路の直流出力の脈動分を抑える機能とともに直流電力を蓄積する機能を有するコンデンサ(DCリンクコンデンサ)が設けられる。直流リンクコンデンサは平滑コンデンサとも称される。 The DC link is provided with a capacitor (DC link capacitor) that has a function of suppressing pulsation of the DC output of the rectifier circuit and a function of accumulating DC power. A DC link capacitor is also called a smoothing capacitor.
DCリンクに設けられるコンデンサは、モータ駆動装置の起動直後からモータの駆動開始前(すなわちインバータによる電力変換動作開始前)までに所定の大きさの電圧に充電しておく必要がある。この充電は、一般に予備充電(または初期充電)と称される。 A capacitor provided in the DC link needs to be charged to a predetermined level of voltage from immediately after the motor drive device starts to before the motor starts to drive (that is, before the inverter starts the power conversion operation). This charging is commonly referred to as pre-charging (or initial charging).
コンデンサにエネルギーが蓄積されていない状態から予備充電が開始された直後は、整流回路からDCリンクに大きな突入電流が出力される。コンデンサの静電容量が大きいほど、より大きな突入電流が発生する。この突入電流対策として、整流回路の交流入力側または直流出力側に、予備充電回路(初期充電回路)が設けられるのが一般的である。予備充電回路は、例えば充電抵抗とこの充電抵抗に並列接続された充電抵抗バイパススイッチとを有する。コンデンサの予備充電期間中は、充電抵抗パイパススイッチが開放(オフ)されることで充電抵抗が電流経路に含まれることになる。モータ駆動装置がモータを駆動する通常動作期間中は、充電抵抗バイパススイッチが閉成(オン)されることで充電抵抗がバイパスされた電流経路が形成される。 A large inrush current is output from the rectifier circuit to the DC link immediately after pre-charging is started in a state where no energy is stored in the capacitor. The larger the capacitance of the capacitor, the larger the inrush current. As a countermeasure against this inrush current, a preliminary charging circuit (initial charging circuit) is generally provided on the AC input side or the DC output side of the rectifier circuit. The precharging circuit has, for example, a charging resistor and a charging resistor bypass switch connected in parallel with the charging resistor. During the precharging period of the capacitor, the charging resistor is included in the current path by opening (turning off) the charging resistor bypass switch. During normal operation when the motor driving device drives the motor, the charging resistor bypass switch is closed (turned on) to form a current path in which the charging resistor is bypassed.
また、DCリンクに設けられたコンデンサには大容量のエネルギーが蓄積させることから、モータ駆動装置の動作終了後や異常発生時は、作業員の感電を防ぐために、DCリンクに設けられたコンデンサに蓄積された電荷をできるだけ早く除去することが望まれる。このため、コンデンサに蓄積された電荷を短時間に放電させるために、モータ駆動装置のDCリンクには放電回路が設けられる。放電回路は、例えば放電用スイッチとこの放電用スイッチに直列接続された放電抵抗とを有する。放電用スイッチが閉成されると(閉動作)、放電抵抗とコンデンサとが電気的に接続されてDCリンクにおける直流電力を放電する放電動作が行われ、放電回路内のスイッチが開放されると(開動作)、放電抵抗とコンデンサとの電気的接続が切断されて放電動作は行われず、非放電動作状態となる。 In addition, since a large amount of energy is accumulated in the capacitor provided in the DC link, the capacitor provided in the DC link should It is desirable to remove the accumulated charge as quickly as possible. For this reason, a discharge circuit is provided in the DC link of the motor drive device in order to discharge the charge accumulated in the capacitor in a short period of time. The discharge circuit has, for example, a discharge switch and a discharge resistor connected in series with the discharge switch. When the discharge switch is closed (close operation), the discharge resistor and capacitor are electrically connected to perform a discharge operation to discharge the DC power in the DC link, and when the switch in the discharge circuit is opened (opening operation), the electrical connection between the discharge resistor and the capacitor is cut off, no discharge operation is performed, and a non-discharge operation state is established.
予備充電動作が完了してモータ駆動装置がモータを駆動する通常動作期間中においては、充電抵抗バイパススイッチは閉成(オン)した状態を維持する。通常動作期間中に、モータ、当該モータを駆動するためのモータ駆動装置、あるいは当該モータが設けられた機械に何らかの異常が発生すると、モータ駆動装置内の制御部は、モータを非常停止させるための非常停止信号を受信する。非常停止信号を受信した制御部は、モータ駆動装置の交流電源側に設けられた開閉部である電磁接触器を開放させ、放電用スイッチを閉成させる。これにより、放電抵抗とコンデンサとが電気的に接続され、DCリンクにおける直流電力が放電抵抗に流入して熱として消費される(放電動作)。その後、モータ駆動装置内の制御部がモータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信すると、制御部は、電磁接触器を閉成させ、充電抵抗バイパススイッチを開放させ、放電用スイッチを開放させる。これにより、充電抵抗及び整流回路を介して流れる電流により、DCリンクに設けられたコンデンサが所定の充電電圧まで充電される(予備充電動作)。コンデンサが所定の充電電圧まで充電されると、充電抵抗バイパススイッチを閉成して予備充電を完了する。 During normal operation when the pre-charging operation is completed and the motor driver drives the motor, the charging resistance bypass switch remains closed (on). If any abnormality occurs in the motor, the motor driving device for driving the motor, or the machine provided with the motor during the normal operation period, the control unit in the motor driving device causes the motor to stop in an emergency. Receive an emergency stop signal. Upon receiving the emergency stop signal, the control unit opens an electromagnetic contactor, which is an opening/closing unit provided on the AC power supply side of the motor drive device, and closes the discharge switch. As a result, the discharge resistor and the capacitor are electrically connected, and DC power in the DC link flows into the discharge resistor and is consumed as heat (discharge operation). After that, when the control unit in the motor drive device receives an emergency stop cancellation signal for canceling the emergency stop of the motor, the control unit closes the electromagnetic contactor, opens the charging resistor bypass switch, and discharges the switch. open up. As a result, the capacitor provided in the DC link is charged up to a predetermined charging voltage by the current flowing through the charging resistor and the rectifying circuit (pre-charging operation). When the capacitor is charged to a predetermined charging voltage, the charging resistor bypass switch is closed to complete precharging.
予備充電回路や放電回路を備えたモータ駆動装置として様々なものが知られている。 2. Description of the Related Art Various types of motor driving devices are known which are equipped with a pre-charging circuit and a discharging circuit.
例えば、n相(nは2以上の自然数)の巻線をm組(mは2以上の自然数)設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置であって、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記n相各相に対応してnセット設けた、前記m組の電力変換器と、各組について、前記永久磁石のN極の向きに定めたd軸及び前記d軸より電気角で90°進んだ方向に定めたq軸からなるdq軸の回転座標系上で、前記巻線に流れる電流を制御するdq軸電流制御を実行して、前記スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するスイッチング制御部と、前記スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出部と、前記スイッチング素子が故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態を検出する運転状態検出部と、を備え、前記スイッチング制御部は、前記故障検出部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組については、前記dq軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障した前記スイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相の前記スイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせ、前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組については、前記dq軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、前記運転状態検出部により検出した故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態に応じて、前記d軸の電流成分を変化させる交流回転機の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, a control device for an AC rotating machine having a stator provided with m sets (m is a natural number of 2 or more) of windings of n phases (n is a natural number of 2 or more) and a rotor provided with permanent magnets, A switching element on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the power supply and a switching element on the negative electrode side connected to the negative electrode side of the DC power supply are connected in series, and the connection point of the series connection is connected to the winding of the corresponding phase. n sets of series circuits are provided corresponding to each of the n phases; dq-axis current control for controlling the current flowing through the windings is performed on a dq-axis rotating coordinate system consisting of the q-axis determined in a direction advanced by 90 degrees in electrical angle to turn each of the switching elements on and off. a switching control unit for controlling; a fault detection unit for detecting short-circuit and open-circuit faults in each of the switching elements; a detection unit, wherein, when the failure detection unit detects a failure of the switching element, the switching control unit performs the dq-axis current control for the set of power converters in which the switching element has failed. stop the on/off control of the switching element by at least the switching element of each phase on the same positive side or negative side as the failed switching element is turned on in the case of a short circuit failure, and turned off in the case of an open failure and for the pair of power converters in which the switching element has not failed, the on/off control of the switching element by the dq-axis current control is continued, and the winding of the failed pair detected by the operating state detection unit is continued. A control device for an AC rotating machine is known that changes the current component of the d-axis according to the state of the AC rotating machine related to a line (see, for example, Patent Document 1).
例えば、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段(SD*#;*=c,u,v,w:#=p,n)と、前記温度検出手段によって検出された温度(Vf)を入力として、前記スイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かの判断結果を出力する状態判断手段(38,40,62)と、前記温度検出手段及び前記状態判断手段が備えられる第1の領域とは異なる第2の領域に備えられ、前記スイッチング素子を制御する制御手段(14)と、前記状態判断手段から出力された判断結果を前記制御手段に伝達する伝達手段(18)と、を備え、前記制御手段は、前記伝達手段を介して伝達された前記判断結果に基づき、前記スイッチング素子の制御を変更する処理を行う処理手段を備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 For example, temperature detection means (SD*#; *=c, u, v, w: #=p, n) for detecting the temperature of the switching element and the temperature (Vf) detected by the temperature detection means are used as inputs. , a state determining means (38, 40, 62) for outputting a determination result as to whether or not the temperature-related state of the switching element is a specific state; and the temperature detecting means and the state determining means. Control means (14) provided in a second area different from the area, for controlling the switching element, and transmission means (18) for transmitting the judgment result output from the state judgment means to the control means. A driving device for a switching element is known, wherein the control means comprises a processing means for performing a process of changing the control of the switching element based on the judgment result transmitted via the transmission means. (See Patent Document 2, for example).
例えば、磁束を変化させるために磁化する永久磁石を備えたモータと、コンデンサを介して直流電源から供給される直流電力を、前記モータを駆動するための交流電力に変換するインバータと、前記インバータから前記永久磁石を磁化するための磁化電流を出力させる磁化電流出力手段と、前記コンデンサから前記直流電源に流れる電流を遮断する電流遮断手段と、前記磁化電流出力手段により前記インバータから前記磁化電流を出力するために、前記電流遮断手段による遮断をして、前記インバータを制御することにより前記インバータの直流側に印加される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、前記コンデンサを放電させることにより、前記昇圧手段により昇圧された前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えたことを特徴とするモータドライブ装置が知られている(例えば、特許文献3参照。)。 For example, a motor equipped with a permanent magnet that is magnetized to change magnetic flux, an inverter that converts DC power supplied from a DC power supply via a capacitor into AC power for driving the motor, and Magnetizing current output means for outputting a magnetizing current for magnetizing the permanent magnet, current interrupting means for interrupting a current flowing from the capacitor to the DC power supply, and outputting the magnetizing current from the inverter by the magnetizing current output means. In order to do so, boosting means for boosting the DC voltage applied to the DC side of the inverter by interrupting the current by the current interrupting means and controlling the inverter; There is known a motor drive device comprising DC voltage control means for controlling the DC voltage boosted by the voltage boosted by the motor drive device (see, for example, Patent Document 3).
例えば、エネルギー蓄積要素と、固定子巻線が星形結線された交流モータと、前記エネルギー蓄積要素と前記交流モータとの間で電力を授受するように半導体スイッチがオンオフ制御される電力変換器と、によってモータ駆動装置を構成し、少なくとも2台の前記モータ駆動装置を、前記エネルギー蓄積要素を直流リンク部として並列に接続してなるモータ駆動システムにおいて、第1の電力変換器により駆動される第1の交流モータ、及び、第2の電力変換器により駆動される第2の交流モータの、各固定子巻線の中性点と前記直流リンク部の一端との間に接続された二次電池と、第1の電力変換器と第1の交流モータとの間に接続されたスイッチと、第1の電力変換器の交流側と前記スイッチとの間に接続される交流電源と、前記スイッチをオフにした状態で、第1の電力変換器を整流器動作させて前記直流リンク部に直流電力を蓄積し、かつ、第2の電力変換器を動作させて、第2の交流モータをリアクトルとして利用しつつ前記直流リンク部の直流電力により前記二次電池を充電するように制御する制御手段と、第2の交流モータの温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段による温度検出値に応じて前記二次電池の充電電流を制御することを特徴とするモータ駆動システムが知られている(例えば、特許文献4参照。)。 For example, an energy storage element, an AC motor in which the stator windings are star-connected, and a power converter in which a semiconductor switch is on/off controlled so as to transfer power between the energy storage element and the AC motor. , wherein at least two motor driving devices are connected in parallel with the energy storage element as a direct-current link portion, in a motor driving system in which a first power converter drives a first A secondary battery connected between a neutral point of each stator winding of one AC motor and a second AC motor driven by a second power converter and one end of the DC link section. a switch connected between a first power converter and a first AC motor; an AC power supply connected between the AC side of the first power converter and said switch; In the OFF state, the first power converter is operated as a rectifier to store DC power in the DC link unit, and the second power converter is operated to use the second AC motor as a reactor. and a temperature detection means for detecting the temperature of the second AC motor, wherein the control means controls the temperature of the second AC motor. A motor drive system is known that controls the charging current of the secondary battery according to a temperature value detected by a detecting means (see, for example, Patent Document 4).
例えば、入力交流電圧を受け交流―直流電力変換を行うコンバータと、直流電力を受電し直流-交流電力変換を行うインバータと、該コンバータと該インバータとの間のDCリンク部に並列接続した充放電制御回路とコンデンサとを備え、該コンデンサから該充放電制御回路を通して該DCリンク部へ電気エネルギーを供給するモータ駆動装置であって、前記充放電制御回路は、前記コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを放電する時に、コンデンサの電圧を降圧し放電する回路と昇圧し放電する回路を有する、あるいは、昇圧し放電する回路を有することを特徴とする、モータ制御装置が知られている(例えば、特許文献5参照。)。 For example, a converter that receives an input AC voltage and performs AC-DC power conversion, an inverter that receives DC power and performs DC-AC power conversion, and a charging/discharging device connected in parallel to a DC link section between the converter and the inverter A motor drive device comprising a control circuit and a capacitor, wherein electrical energy is supplied from the capacitor to the DC link section through the charge/discharge control circuit, wherein the charge/discharge control circuit supplies the electrical energy stored in the capacitor. 2. Description of the Related Art A motor control device is known that has a circuit that steps down and discharges the voltage of a capacitor when discharging and a circuit that steps up and discharges the voltage of a capacitor, or has a circuit that steps up and discharges the voltage of a capacitor (see, for example, Patent Documents 5).
モータを非常停止させるための非常停止信号及び非常停止を解除するための非常停止解除信号のモータ駆動装置内の制御部への入力は、モータ駆動装置の上位制御装置におけるラダープログラムによって制御され、あるいは作業者が上位制御装置の非常停止ボタンを操作することによっても制御される。ラダープログラムに不備があったり、作業者が非常停止ボタンを頻繁に操作すると、モータ駆動装置内の制御部に非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されることになる。この結果、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチ及び放電回路内の放電用スイッチの閉成及び開放が繰り返され、予備充電回路が破損する可能性がある。例えば予備充電回路においては、充電抵抗バイパススイッチが開放されると充電抵抗には電流が流れるので充電抵抗は発熱し、温度が上昇する。充電抵抗バイパススイッチが閉成されると充電抵抗がバイパスされた電流経路が形成され、充電抵抗には電流が流れないので発熱せず、時間の経過とともに充電抵抗の温度は徐々に低下する。しかしながら、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチの閉成及び開放が短時間のうちの繰り返されると、充電抵抗を十分に冷却させることができず、充電抵抗に熱が蓄積され続け、温度は上昇していく。一般に、放電回路内の放電抵抗は熱による消費を想定した抵抗であるので熱耐量が比較的大きいが、予備充電回路内の充電抵抗は、閉成及び開放の頻繁な切替えを想定していないため、熱耐量が低い。このため、非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されることにより充電抵抗バイパススイッチの閉成及び開放が繰り返されて充電抵抗の温度が上昇し続けると、最終的には充電抵抗が溶断し、予備充電回路の破損に至る。したがって、非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されても発熱による破損を回避できる予備充電回路を有するモータ駆動装置が望まれている。 The input of the emergency stop signal for emergency stop of the motor and the emergency stop release signal for canceling the emergency stop to the control unit in the motor drive device is controlled by the ladder program in the host control device of the motor drive device, or It is also controlled by the operator operating the emergency stop button of the host controller. If there is an error in the ladder program or if the operator frequently presses the emergency stop button, the emergency stop signal and the emergency stop release signal may be alternately input to the control unit in the motor drive device in a short period of time. Become. As a result, the charging resistor bypass switch in the precharging circuit and the discharging switch in the discharging circuit are repeatedly closed and opened, possibly damaging the precharging circuit. For example, in a pre-charging circuit, when a charging resistor bypass switch is opened, current flows through the charging resistor, causing the charging resistor to generate heat and raise its temperature. When the charging resistor bypass switch is closed, a current path is formed in which the charging resistor is bypassed, and no current flows through the charging resistor, so no heat is generated, and the temperature of the charging resistor gradually decreases over time. However, if the charging resistor bypass switch in the pre-charging circuit is repeatedly closed and opened within a short period of time, the charging resistor cannot be sufficiently cooled, and heat continues to accumulate in the charging resistor, resulting in an increase in temperature. continue. In general, the discharge resistor in the discharge circuit is assumed to be consumed by heat, so its heat resistance is relatively large. , low heat resistance. Therefore, when the emergency stop signal and the emergency stop release signal are alternately input in a short period of time, the charging resistor bypass switch is repeatedly closed and opened, and the temperature of the charging resistor continues to rise. , the charging resistor melts, leading to damage to the pre-charging circuit. Therefore, there is a demand for a motor driving device having a pre-charging circuit that can avoid damage due to heat generation even if an emergency stop signal and an emergency stop release signal are alternately input in a short period of time.
本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路と、整流回路の直流出力側であるDCリンクに設けられるコンデンサと、DCリンクにおける直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、充電抵抗バイパススイッチと充電抵抗バイパススイッチに並列接続された充電抵抗とを有する予備充電回路であって、充電抵抗バイパススイッチもしくは充電抵抗と整流回路とを介して流れる電力によりコンデンサを予備充電する予備充電回路と、DCリンクに設けられる放電回路であって、放電回路とコンデンサとが電気的に接続されることでコンデンサに蓄積された直流電力を放電する放電動作と放電回路とコンデンサとの電気的接続が切断される非放電動作とが選択的に切り替えられる放電回路と、充電抵抗の推定温度を逐次計算する温度推定部と、予備充電回路及び放電回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、推定温度が所定の温度閾値を超えた場合、放電回路が非放電動作を維持するよう制御する。 According to one aspect of the present disclosure, a motor drive device includes a rectifier circuit that converts AC power input from an AC power source into DC power and outputs the DC power, and a capacitor that is provided in a DC link on the DC output side of the rectifier circuit. , an inverter that converts DC power in a DC link into AC power for driving a motor and outputs the AC power, a charging resistor bypass switch, and a charging resistor connected in parallel to the charging resistor bypass switch, a preliminary charging circuit comprising: A pre-charging circuit for pre-charging a capacitor with power flowing through a charging resistor bypass switch or a charging resistor and a rectifying circuit, and a discharging circuit provided in a DC link, wherein the discharging circuit and the capacitor are electrically connected. The discharging circuit selectively switches between the discharging operation of discharging the DC power accumulated in the capacitor and the non-discharging operation of disconnecting the electrical connection between the discharging circuit and the capacitor, and the estimated temperature of the charging resistor is sequentially calculated. and a controller for controlling the pre-charge circuit and the discharge circuit, wherein the controller controls the discharge circuit to maintain the non-discharge operation when the estimated temperature exceeds a predetermined temperature threshold. .
本開示の一態様によれば、非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されても発熱による破損を回避できる予備充電回路を有するモータ駆動装置を実現することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to realize a motor drive device having a pre-charging circuit that can avoid damage due to heat generation even if an emergency stop signal and an emergency stop cancellation signal are alternately input in a short period of time. .
以下図面を参照して、予備充電回路を有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明において、「閉成(クローズ)」と「閉動作」と「閉状態」とは同義であり、「開放(オープン)」と「開動作」と「開状態」とは同義である。 A motor drive device having a precharging circuit will be described below with reference to the drawings. In order to facilitate understanding, the scales of these drawings are appropriately changed. The form shown in the drawing is an example of implementation and is not limited to the illustrated embodiment. Further, in the following description, "close", "close operation" and "closed state" are synonymous, and "open", "open operation" and "open state" are synonymous. be.
図1は、本開示の第1及び第2の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。はじめに第1の実施形態によるモータ駆動装置1の構成について説明するが、図1に示す構成は、後述する第2の実施形態にも適用可能である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a motor drive device according to first and second embodiments of the present disclosure. First, the configuration of the
一例として、交流電源2に接続されたモータ駆動装置1により、交流モータ(以下、単に「モータ」と称する。)3を制御する場合について示す。本実施形態においては、モータ3の種類は特に限定されず、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、交流電源2及びモータ3の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。図示の例では、交流電源2及びモータ3をそれぞれ三相としている。交流電源2の一例を挙げると、三相交流400V電源、三相交流200V電源、三相交流600V電源、単相交流100V電源などがある。モータ3が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。
As an example, a case where a
図1に示すように、モータ駆動装置1は、整流回路11と、コンデンサ12と、インバータ13と、予備充電回路14と、放電回路15と、温度推定部16と、制御部17と、開閉部19と、制御部用電源部23とを備える。
As shown in FIG. 1, the
また、本実施形態では、モータ駆動装置1は、モータ3を非常停止させるための非常停止信号及びモータ3の非常停止を解除するための非常停止解除信号を生成する信号生成部18をさらに備える。なお、信号生成部18については、モータ駆動装置1の外部に設けてもよく、例えばモータ駆動装置1を統括制御する上位制御装置(図示せず)に設けてもよい。信号生成部18がモータ駆動装置1の内部あるいは外部のいずれにある場合であっても、信号生成部18は、例えばラダープログラムに従って非常停止信号及び非常停止解除信号を生成し、あるいは作業者がモータ駆動装置1や上位制御装置などに設けられた非常停止ボタンを操作することによって生成される。信号生成部18により生成された非常停止信号及び非常停止解除信号は、制御部17に入力される。
In this embodiment, the
整流回路11は、交流電源2から入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力する順変換器である。整流回路11は、交流電源2から三相交流電力が供給される場合は三相ブリッジ回路で構成され、交流電源2から単相交流電力が供給される場合は単相ブリッジ回路で構成される。整流回路11の例としては、ダイオード整流回路、120度通電型整流回路、及びPWMスイッチング制御方式の整流回路などがある。例えば、整流回路11がPWMスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、上位制御装置(図示せず)から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、IGBT、FET、サイリスタ、GTO、SiC、トランジスタなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
The
整流回路11の直流出力側とインバータ13の直流入力側とを電気的に接続するDCリンクには、コンデンサ12が設けられる。コンデンサ12は、DCリンクにおいてエネルギー(直流電力)を蓄積する機能及び整流回路11の直流側の出力の脈動分を抑える機能を有する。コンデンサ12に電荷が充電されることにより、DCリンクに直流電力が蓄積されることになる。DCリンクに設けられるコンデンサ12の例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。
A
インバータ13は、DCリンクにおける直流電力をモータ3の駆動のための交流電力に変換して出力する。図示の例では、モータ3は三相交流モータであるので、インバータ13は、三相ブリッジ回路として構成される。モータ3が単相モータである場合はインバータ13は、単相ブリッジ回路として構成される。インバータ13の例としては、内部に半導体スイッチング素子を備えるPWMインバータなどがある。インバータ13がPWMインバータで構成される場合は、半導体スイッチング素子及びこれに逆並列に接続された還流ダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、IGBT、FET、サイリスタ、GTO、SiC、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。
The
モータ駆動装置1によるモータ3の駆動開始前までにコンデンサ12を予備充電(初期充電)するために、予備充電回路(初期充電回路)14が設けられる。図1に示す例では、予備充電回路14は、整流回路11の交流入力側に設けられる。予備充電回路14は、充電抵抗バイパススイッチ31と充電抵抗バイパススイッチ31に並列接続された充電抵抗32とを有する。充電抵抗バイパススイッチ31が開放(オフ)されると、充電抵抗32が電流経路に含まれることになる。充電抵抗バイパススイッチ31が閉成(オン)されると、充電抵抗32をバイパスした電流経路(すなわち充電抵抗32を含まない電流経路)が形成される。図1に示す例では、交流電源2は三相交流であるので、充電抵抗バイパススイッチ31及び充電抵抗32は、各相ごとに設けられる。充電抵抗バイパススイッチ31の例としては、IGBT、FET、サイリスタ、GTO、SiC、トランジスタなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどの機械式スイッチなどがある。充電抵抗バイパススイッチ31の開閉は、制御部17によって制御される。
A preliminary charging circuit (initial charging circuit) 14 is provided for preliminary charging (initial charging) of the
制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17は、予備充電回路14に対しては予備充電動作を実行するよう制御し、開閉部19に対しては閉成(オン)するよう制御する。予備充電期間中、充電抵抗バイパススイッチ31は、制御部17から開指令を受信して開放(オフ)する。予備充電期間中は、充電抵抗バイパススイッチ31は開状態を維持するので、充電抵抗32が電流経路に含まれることになり、交流電源2からの交流電力は、開閉部19及び充電抵抗32を介して整流回路11に入力される。整流回路11は、入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力されてコンデンサ12へ流れ込み、コンデンサ12は所定の充電電圧になるまで充電される(予備充電動作)。予備充電期間中は、交流電源2から整流回路11へ流れる電流は充電抵抗32を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。コンデンサ12が所定の充電電圧まで充電されると、制御部17は充電抵抗バイパススイッチ31に対して閉指令を出力し、これを受けて充電抵抗バイパススイッチ31は開から閉に切り替えられて充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成され、予備充電回路14による予備充電動作を完了する。予備充電動作の完了後は、交流電源2からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を介して整流回路11に入力される。
When the
放電回路15は、DCリンクにおいてコンデンサ12と並列に設けられる。放電回路15とコンデンサ12とが電気的に接続されてDCリンクにおける直流電力を放電する放電動作と、放電回路15とコンデンサ12との電気的接続が切断される非放電動作と、が選択的に切り替えられる。このため、放電回路15は、放電用スイッチ34とこの放電用スイッチ34に直列接続された放電抵抗33とを有する。図1に示す例では、放電回路15内において、高電位側に放電抵抗33、低電位側に放電用スイッチ34を設けたが、これらは入れ替えて設けてもよい。放電用スイッチ34の例としては、IGBT、FET、サイリスタ、GTO、SiC、トランジスタなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどの機械式スイッチなどがある。図1に示す例では、放電用スイッチ34を半導体スイッチング素子で構成している。放電回路15の放電用スイッチ34の開閉は、制御部17によって制御される。制御部17の制御により放電用スイッチ34が閉成されると放電抵抗33とコンデンサ12とが電気的に接続され、DCリンクにおける直流電力が放電抵抗33に流入して熱として消費される(放電動作)。制御部17の制御により放電用スイッチ34が開放されると放電抵抗33とコンデンサ12との電気的接続が切断され、非放電動作状態となる。
A
開閉部19は、電流経路を閉路もしくは開放するものとして、電磁接触器、リレー、もしくは半導体スイッチング素子のいずれかを有する。図1に示す例では、整流回路11の交流入力側に予備充電回路14が設けられるので、開閉部19は、交流電源2と予備充電回路14との間に設けられる。
The switching
温度推定部16は、予備充電回路14内の充電抵抗32の推定温度を逐次計算する。温度推定部16による充電抵抗32の推定温度の計算処理の詳細については後述する。
The
制御部17は、インバータ13、予備充電回路14、放電回路15、及び開閉部19の各動作を制御する。制御部17は、制御部用電源部23により供給される制御電圧によって駆動される。制御部用電源部23は、整流回路11の整流動作とは別に、交流電源2から供給される交流電圧を整流し、制御電圧レベル(例えば5[V]や24[V]など)まで降圧させたものを制御部17に供給する。
The
制御部17は、インバータ13に対して電力変換指令を出力してインバータ13の電力変換動作を制御することで、モータ3の駆動を制御する。より詳細には次の通りである。制御部17は、モータ3の(回転子の)回転速度、モータ3の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ3の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ13は、制御部17から受信した電力変換指令に従い、モータ3を駆動するための交流電力を出力する。モータ3は、インバータ13から供給される例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御される。よって結局のところ、制御部17によるモータ3の制御は、インバータ13の電力変換動作を制御することで実現される。制御部17は、予め規定された動作プログラムに従い、インバータ13内の電力変換を制御することで、モータ3が所定の動作パターンに従って動作するよう制御する。
The
また、制御部17は、予備充電回路14に対して充電指令を出力して充電抵抗バイパススイッチ31の開閉動作を制御する。より詳細には、制御部17は、信号生成部18から非常停止解除信号を受信した場合、充電抵抗バイパススイッチ31を開放してコンデンサ12が所定の充電電圧に達するまで予備充電動作を実行し、さらにコンデンサ12が充電電圧に達した後は充電抵抗バイパススイッチ31を閉成して予備充電動作を完了するよう、予備充電回路14を制御する。
Further, the
また、制御部17は、放電回路15に対して放電指令を出力して放電用スイッチ34の開閉動作を制御する。ただし、温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が所定の温度閾値を超えた場合、放電回路15が非放電動作を維持するように、すなわち放電用スイッチ34が開状態を維持するように制御する。なお、制御部17による放電回路15の制御の詳細については後述する。
The
また、制御部17は、開閉部19に対して開閉指令を出力して開閉部19の開閉動作を制御する。
Further, the
上述した温度推定部16、制御部17、及び信号生成部18は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置1内やモータ駆動装置1が設けられた機械内にある例えばMPUやDSPなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、温度推定部16、制御部17、及び信号生成部18を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、温度推定部16、制御部17、及び信号生成部18の各機能を実現するソフトウェアプログラムを記憶媒体に格納してもよい。
The
図1に示す例では、予備充電回路14を整流回路11の交流入力側に設けたが、この代替例として、予備充電回路14を整流回路11の直流出力側に設けてもよい。図2は、本開示の第1及び第2の実施形態によるモータ駆動装置において、予備充電回路を整流回路の直流出力側に設けた場合を示す図である。図2では第1の実施形態によるモータ駆動装置1の構成について説明するが、図2に示す構成は、後述する第2の実施形態にも適用可能である。
In the example shown in FIG. 1, the
図2に示すように、整流回路11の直流出力側に予備充電回路14が設けられる場合、充電抵抗バイパススイッチ31及び充電抵抗32が1組設けられる。
As shown in FIG. 2, when the
図2において、制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17は、予備充電回路14に対しては予備充電動作を実行するよう制御し、開閉部19に対して閉成するよう制御する。予備充電期間中は、充電抵抗バイパススイッチ31は開状態を維持するので、充電抵抗32が電流経路に含まれることになり、整流回路11から出力された電流は充電電流として充電抵抗32を介してコンデンサ12へ流れ込み、コンデンサ12は所定の充電電圧になるまで充電される(予備充電動作)。予備充電期間中は、整流回路11から出力される電流は充電抵抗32を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。コンデンサ12が所定の充電電圧まで充電されると、制御部17は充電抵抗バイパススイッチ31に対して閉指令を出力し、これを受けて充電抵抗バイパススイッチ31は開から閉に切り替えられて充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成され、予備充電回路14による予備充電動作を完了する。予備充電動作の完了後は、整流回路11から出力される直流で電力は、充電抵抗バイパススイッチ31を介してインバータ13(及びコンデンサ12)に入力される。
In FIG. 2, when the
続いて、本開示の第1及び第2の実施形態によるモータ駆動装置1における温度推定部16の計算処理及びこの計算結果に基づく制御部17による放電回路15の選択的実行の具体例について、従来のモータ駆動装置と比較しながら説明する。
Subsequently, a specific example of selective execution of the
図3は、従来のモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。ここでは、一例として、図3に示すようなタイミングでモータ駆動装置内の制御部が非常停止信号及び非常停止解除信号を受信した場合について説明する。 FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of an opening/closing unit, a pre-charging circuit, and a discharging circuit in a conventional motor drive device. Here, as an example, a case where the control unit in the motor drive device receives the emergency stop signal and the emergency stop cancellation signal at the timing shown in FIG. 3 will be described.
時刻t1までのモータ3の非常停止中は、開閉部及び予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチは開状態にあり、また、放電回路とコンデンサとは電気的に接続されている。時刻t1でモータ駆動装置内の制御部が非常停止解除信号を受信すると、制御部の制御により、予備充電回路による予備充電動作及び放電回路による非放電動作が実行される。すなわち、時刻t1から時刻t2までの予備充電期間中は、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチは開動作を実行し、開閉部は閉動作を実行し、放電回路とコンデンサとの電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗に充電電流が流れてコンデンサが充電され、DCリンク電圧が徐々に上昇する。なお、充電抵抗に流れる充電電流は、実際には正負に振動する減衰傾向を示すが、説明を簡明にするために図3では正側の包絡線で示している。また、充電抵抗に充電電流が流れるので、充電抵抗の温度は徐々に上昇する。 During the emergency stop of the motor 3 up to time t1 , the charging resistor bypass switch in the switching section and the precharging circuit is open, and the discharging circuit and the capacitor are electrically connected. When the control unit in the motor drive device receives the emergency stop cancellation signal at time t1 , the pre-charging operation by the pre-charging circuit and the non-discharging operation by the discharging circuit are executed under the control of the control unit. That is, during the precharging period from time t1 to time t2 , the charging resistor bypass switch in the precharging circuit performs an opening operation, the switch section performs a closing operation, and the electrical connection between the discharge circuit and the capacitor is The connection will be closed. As a result, during the preliminary charging period, charging current flows through the charging resistor to charge the capacitor, and the DC link voltage gradually increases. Note that the charging current flowing through the charging resistor actually shows a tendency to oscillate positively and negatively and attenuate, but is shown by a positive-side envelope in FIG. 3 for the sake of simplicity of explanation. Also, since the charging current flows through the charging resistor, the temperature of the charging resistor gradually rises.
時刻t2でコンデンサは所定の充電電圧に到達するので、制御部の制御により、充電抵抗バイパススイッチは閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ動作の準備が完了する。これ以降、充電抵抗には電流が流れないので、充電抵抗の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。 At time t2 , the capacitor reaches a predetermined charging voltage, so that the charging resistor bypass switch closes under the control of the controller to complete the pre-charging operation. This completes the preparation for motor operation. Since no current flows through the charging resistor after this point, the temperature of the charging resistor changes from rising to falling after a while.
時刻t3でモータ駆動装置内の制御部が非常停止信号を受信すると、制御部の制御により、開閉部及び予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチによる開動作が実行され、放電回路とコンデンサとが電気的に接続されて放電回路による放電動作が実行される。これにより、DCリンク電圧は急激に低下して0[V]になる。また、充電抵抗には電流が流れないので、充電抵抗の温度は引き続き低下する。 When the control unit in the motor drive device receives the emergency stop signal at time t3 , the opening operation is performed by the switching unit and the charging resistor bypass switch in the precharging circuit under the control of the control unit, and the discharging circuit and the capacitor are connected. It is electrically connected and a discharge operation is performed by a discharge circuit. As a result, the DC link voltage abruptly drops to 0 [V]. Also, since no current flows through the charging resistor, the temperature of the charging resistor continues to drop.
時刻t4でモータ駆動装置内の制御部が非常停止解除信号を受信すると、制御部の制御により、開閉部による閉動作が実行され、放電回路による非放電動作が実行される。すなわち、時刻t4から時刻t5までの予備充電期間中は、開閉部は閉動作を実行し、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチは引き続き開動作を実行し、放電回路とコンデンサとの電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗に充電電流が流れてコンデンサが充電され、DCリンク電圧が徐々に上昇する。また、充電抵抗に充電電流が流れるので、充電抵抗の温度は低下から上昇に転じる。 When the controller in the motor drive device receives the emergency stop cancel signal at time t4 , the controller performs a closing operation by the opening/closing part and a non-discharge operation by the discharge circuit. That is, during the pre-charging period from time t4 to time t5 , the switch closes, the charging resistor bypass switch in the pre-charging circuit continues to open, and the electricity between the discharge circuit and the capacitor connection is terminated. As a result, during the preliminary charging period, charging current flows through the charging resistor to charge the capacitor, and the DC link voltage gradually increases. Also, since the charging current flows through the charging resistor, the temperature of the charging resistor changes from decreasing to increasing.
ここで、モータ駆動装置内の制御部が非常停止信号を受信する時刻t3と非常停止解除信号を受信する時刻t4との間が短い場合は、時刻t4の時点でも充電抵抗は十分に冷却されておらず、充電抵抗の温度は依然として高い。このように充電抵抗の温度が高い状態で時刻t4に予備充電動作が開始されると、充電抵抗において熱の蓄積がさらに進む。この結果、時刻t4以降は、時刻t4の時点における充電抵抗の温度に、さらに温度が重畳された形で上昇していく。 Here, if the time t3 at which the controller in the motor drive device receives the emergency stop signal and the time t4 at which it receives the emergency stop release signal is short, the charging resistance is sufficiently high even at time t4 . It is not cooled and the temperature of the charging resistor is still high. When the pre-charging operation is started at time t4 in the state where the temperature of the charging resistor is high in this way, the accumulation of heat in the charging resistor further progresses. As a result, after time t4 , the temperature of the charging resistor at time t4 is further superimposed on the temperature of the charging resistor to increase.
時刻t5でコンデンサは所定の充電電圧に到達するので、制御部の制御により、充電抵抗バイパススイッチは閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ動作の準備が完了する。これ以降、充電抵抗には電流が流れないので、充電抵抗の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。ただし、これより前の時刻t4の近傍で充電抵抗の熱の蓄積があったため、高い温度からの温度低下となる。例えば時刻t6以降も、モータ駆動装置内の制御部が非常停止信号及び非常停止解除信号を短い時間の間に交互に受信すると、放電回路による放電動作と予備充電回路の予備充電動作が頻繁に実行され、充電抵抗を十分に冷却しきれず充電抵抗における熱の蓄積がさらに進み、充電抵抗の温度が重畳され上昇してことになる。 At time t5 , the capacitor reaches the predetermined charging voltage, so that the control section closes the charging resistor bypass switch to complete the pre-charging operation. This completes the preparation for motor operation. Since no current flows through the charging resistor after this point, the temperature of the charging resistor changes from rising to falling after a while. However, since heat was accumulated in the charging resistor in the vicinity of time t4 before this, the temperature drops from a high temperature. For example, even after time t6 , when the control section in the motor drive alternately receives the emergency stop signal and the emergency stop cancellation signal for a short period of time, the discharge operation by the discharge circuit and the precharge operation by the precharge circuit are frequently performed. However, the charging resistor cannot be sufficiently cooled, and heat accumulation in the charging resistor further progresses, and the temperature of the charging resistor is superimposed and increased.
このように、従来のモータ駆動装置においては、非常停止信号の受信に伴い放電回路による放電動作が実行されると、コンデンサに蓄積された電力が全て放電されDCリンク電圧は0[V]になる。その後、すぐに非常停止解除信号が受信されると予備充電回路により予備充電動作が行われるが、この予備充電動作は、コンデンサの電圧(すなわちDCリンク電圧)が0[V]から所定の充電電圧になるまで実行されるので、充電抵抗には多くの充電電流が流れる。充電抵抗に流れる充電電流が多いほど、充電抵抗に蓄積される熱量が増える。大量の熱を蓄積した充電抵抗は既に高温の状態にあり、このよう状態において非常停止解除信号の受信に伴い予備充電回路による予備充電動作が実行されてさらに充電電流が流れると、充電抵抗の温度の重畳が進む。非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されることにより充電抵抗バイパススイッチの閉成及び開放が繰り返されて充電抵抗の温度が上昇し続けると、最終的には充電抵抗が溶断し、予備充電回路の破損に至る。 As described above, in the conventional motor drive device, when the discharging operation is executed by the discharge circuit in response to the reception of the emergency stop signal, all the power accumulated in the capacitor is discharged and the DC link voltage becomes 0 [V]. . After that, when the emergency stop cancellation signal is immediately received, the precharging operation is performed by the precharging circuit. , so a lot of charging current flows through the charging resistor. As the charging current flowing through the charging resistor increases, the amount of heat accumulated in the charging resistor increases. The charging resistor, which has accumulated a large amount of heat, is already in a high temperature state, and in such a state, when the pre-charging operation is performed by the pre-charging circuit in response to the reception of the emergency stop cancellation signal and charging current further flows, the temperature of the charging resistor rises. is superimposed. When the emergency stop signal and the emergency stop release signal are alternately input in a short period of time, the closing and opening of the charging resistor bypass switch are repeated, and the temperature of the charging resistor continues to rise. The resistance melts, leading to damage to the pre-charging circuit.
そこで、本実施形態では、モータ駆動装置1の制御部17が非常停止信号を受信した時点で充電抵抗32に既に熱がある程度蓄積されていた場合には、放電回路15は放電動作を実行せず非放電動作を実行を維持する。これにより、この次に実行される予備充電回路14による予備充電動作において充電抵抗32に流れる充電電流を抑制し、充電抵抗32の大幅な温度上昇を回避する。モータ駆動装置1の制御部17が非常停止信号を受信した時点で充電抵抗32に熱がある程度蓄積されているか否かの判定は、モータ駆動装置1の制御部17が非常停止信号を受信した時点において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が所定の温度閾値を超えているか否かに基づいて行われる。より詳細には、制御部17は、非常停止信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていた場合は、放電回路15が非放電動作を維持するよう制御する。一方で、制御部17は、非常停止信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていない場合は、放電回路15が放電動作を実行するよう制御する。また、いずれの場合においてもその後、制御部17が非常停止解除信号を受信したときは、制御部17は、放電回路15が非放電動作を実行するよう制御する。なお、設定される温度閾値の例については後述する。
Therefore, in the present embodiment, if a certain amount of heat has already been accumulated in the charging
図4は、本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路及び開閉部の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flow chart showing the operation flow of the pre-charging circuit, the discharging circuit, and the switching unit in the motor driving device according to the first embodiment of the present disclosure.
上述したように、モータ駆動装置1において、制御部17は非常停止解除信号を受信した時点において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。制御部17が非常停止解除信号を受信するタイミングは特に限定されないので、温度推定部16は、制御部17がいつ非常停止解除信号を受信しても当該タイミングの充電抵抗32の推定温度を制御部17に提供できるよう、充電抵抗32の推定温度を所定の周期で逐次計算する。温度推定部16による推定温度の計算周期が短いほど、計算された充電抵抗32の推定温度の精度は高い。なお、温度推定部16による充電抵抗32の推定温度の計算処理の詳細については後述する。
As described above, in the
ステップS101において、制御部17は、信号生成部18から非常停止解除信号を受信したか否かを判定する。ステップS101において非常停止解除信号を受信したと判定された場合は、ステップS102へ進む。
In step S<b>101 , the
ステップS102において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう制御する。これにより、充電抵抗32が電流経路に含まれることになる。
In step S<b>102 , the
ステップS103において、制御部17は、開閉部19を閉成するよう制御する。これにより、開閉部19は閉状態を維持しかつ充電抵抗バイパススイッチ31は開状態を維持した状態になるので、交流電源2からの交流電力は、開閉部19及び充電抵抗32を介して整流回路11に入力される。整流回路11は、入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力する。整流回路11から出力された電流は充電電流としてコンデンサ12へ流れ込み、コンデンサ12は所定の充電電圧になるまで充電される(予備充電動作)。なお、ステップS103の実行開始時点では、制御部17が放電回路15内の放電用スイッチ34を開放するよう制御することで、放電抵抗33とコンデンサ12との電気的接続は切断されている。
In step S103, the
ステップS104において、制御部17は、予備充電回路14による予備充電動作が完了したか否かを判定する。コンデンサ12の電圧(DCリンク電圧)が所定の充電電圧に達した場合、制御部17は、予備充電回路14による予備充電動作が完了したと判定し、ステップS105へ進む。
In step S104, the
ステップS105において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を閉成するよう制御する。これにより、充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成され、交流電源2からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を介して整流回路11に入力される。整流回路11は、入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力し、インバータ13は、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給する。
In step S105, the
ステップS106において、制御部17は、モータ3の回転速度、モータ3の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ3の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ13は、制御部17から受信した電力変換指令に従い、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給する。モータ3は、インバータ13から供給される交流電力に基づいて駆動される。
In step S106, the
ステップS107において、制御部17は、信号生成部18から非常停止信号を受信したか否かを判定する。ステップS107において非常停止信号を受信したと判定された場合は、ステップS108へ進むとともに、制御部17は、その時点で温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度を、温度推定部16から取得する。
In step S<b>107 , the
ステップS108において、制御部17は、開閉部19を開放するよう制御する。
In step S108, the
ステップS109において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう制御する。なお、開閉部19は開放されているので、モータ駆動装置1は交流電源2からは電気的に切り離されており、交流電源2からの交流電力が、充電抵抗32を介してモータ駆動装置1に流れ込むことはない。
In step S<b>109 , the
ステップS110において、制御部17は、非常停止信号を受信した時点(すなわちステップS107において制御部17が非常停止信号を受信したと判定した時点)において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップS110において、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていると判定された場合はステップS111へ進み、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップS112へ進む。
In step S110, the
ステップS110において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップS111において、制御部17は、放電回路15が非放電動作を維持するよう制御する。より詳細には、制御部17は、放電回路15内の放電用スイッチ34の開放を維持するよう制御することで、放電抵抗33とコンデンサ12との電気的接続を切断し、非放電動作状態を維持する。この結果、DCリンクにおける直流電力(すなわちコンデンサ12に蓄積されていた直流電力)が放電抵抗33に流入することはない。なお、ステップS102の実行開始時点で制御部17が放電回路15内の放電用スイッチ34を開放するよう制御することで既に非放電動作状態となっているので、ステップS111における制御部17の放電回路15に対する制御は、この非放電動作状態を変更するものではない。したがってDCリンク電圧が急激に低下することはない。
When it is determined in step S110 that the estimated temperature of the charging
ステップS111の実行後は、ステップS101へ戻る。ステップS111の実行後すぐにステップS101において非常停止解除信号を受信したと判定されてステップS103及びS104の予備充電動作が実行されても、DCリンク電圧は大きく低下していない(すなわち0[V]になっていない)ので、充電抵抗32に流れる電流はごく僅かであり、充電抵抗32に対する熱の蓄積は少なく、充電抵抗32の急激な温度上昇を回避することができる。
After execution of step S111, the process returns to step S101. Immediately after the execution of step S111, even if it is determined in step S101 that an emergency stop cancellation signal has been received and the pre-charging operation of steps S103 and S104 is executed, the DC link voltage does not drop significantly (that is, 0 [V] ), the current flowing through the charging
一方、ステップS110において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合は、ステップS112において、制御部17は、放電回路15が放電動作を実行するよう制御する。より詳細には、制御部17は、放電回路15内の放電用スイッチ34を閉成するよう制御することで、放電抵抗33とコンデンサ12とを電気的に接続する。これにより、ステップS102から続いていた放電回路15の非放電動作状態は放電動作状態に切り替えられ、DCリンクにおける直流電力(すなわちコンデンサ12に蓄積されていた直流電力)が放電抵抗33に流入して熱として消費され、DCリンク電圧は急激に低下して0[V]になる。
On the other hand, if it is determined in step S110 that the estimated temperature of the charging
ステップS112が実行されるのはステップS110において充電抵抗32の推定温度は温度閾値を超えていないと判定される場合であり、この場合は充電抵抗32の熱の蓄積は軽微であると考えらえる。ステップS112の実行後は、ステップS101へ戻る。ステップS112の実行後すぐにステップS101において非常停止解除信号を受信したと判定されてステップS103及びS104の予備充電動作が実行され、充電抵抗32に多くの充電電流が流れたとしても、この時点では充電抵抗32の熱の蓄積は軽微であるので、充電抵抗32が溶断するほどに温度に達することはない。
Step S112 is executed when it is determined in step S110 that the estimated temperature of the charging
続いて、温度推定部16による充電抵抗32の推定温度の計算処理の詳細について説明する。
Next, details of calculation processing of the estimated temperature of the charging
図5は、本開示の第1~第4の実施形態によるモータ駆動装置における温度推定部による推定温度計算処理を説明する図であって、(A)は充電抵抗の推定温度を例示し、(B)は推定温度の比較に用いられる温度閾値の設定例を示す。 FIG. 5 is a diagram for explaining the estimated temperature calculation process by the temperature estimator in the motor drive device according to the first to fourth embodiments of the present disclosure, (A) exemplifies the estimated temperature of the charging resistor, ( B) shows an example of setting a temperature threshold used for comparison of estimated temperatures.
例えばモータ駆動装置1の設計段階において、実験により、予備充電回路14を接続したモータ駆動装置1において予備充電動作を実行し、充電抵抗32の推定温度の計算に必要な各種パラメータを取得する。そして、取得したパラメータを用いて推定温度計算処理に用いられる計算式をソフトウェアプログラム上に規定する。このようにして作成されたソフトウェアプログラムを温度推定部16の機能を実現する演算処理装置にインストールしておく。演算処理装置がこのソフトウェアプログラムに従って動作することで、充電抵抗32の推定温度が算出される。
For example, at the stage of designing the
1回の予備充電動作により、充電抵抗32の推定温度は図5(A)に例示するように推移する。予備充電動作が開始される時刻t11までは、開閉部19及び予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31は開状態にある。時刻t11でモータ駆動装置1内の制御部17の制御により、充電抵抗バイパススイッチ31が開動作を実行し開閉部19が閉動作を実行して予備充電回路14による予備充電動作が開始されると、充電抵抗32が電流経路に含まれることになるので充電抵抗32に充電電流が流れ、充電抵抗32の温度は、ある熱時定数にて徐々に上昇する。時刻t12でコンデンサ12は所定の充電電圧に到達するので、制御部17の制御により、充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。時刻t12以降は充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成されているので充電抵抗32には電流は流れないが、充電抵抗32の温度はしばらく上昇し、時刻t13で充電抵抗32の温度は低下に転じる。
Due to one pre-charging operation, the estimated temperature of the charging
時刻t11で予備充電動作が開始されてから予備充電動作完了後しばらく経過した時刻t13までの間の充電抵抗32の温度上昇が続く時間を、「温度上昇持続時間U」と称する。すなわち、温度上昇持続時間Uは、「1回の予備充電動作により充電抵抗32の温度上昇が持続する時間」として規定される。
The time during which the temperature rise of the charging
本実施形態では、一例として、温度上昇持続時間Uの期間中における充電抵抗32の推定温度Tupが下記式1に従って推移すると規定する。
In this embodiment, as an example, it is stipulated that the estimated temperature T up of the charging
温度上昇持続時間U以外の期間は、充電抵抗32の温度は低下することになるが、本実施形態では、一例として、温度上昇持続時間U以外の期間における充電抵抗32の推定温度Tdownが下記式2に従って推移すると規定する。
The temperature of the charging
式1及び式2において、Triseは1回の予備充電動作で上昇する充電抵抗32の最大値として規定される温度上昇値を示し、τは充電抵抗32が有する熱時定数であり、T0は予備充電動作開始時点の充電抵抗32の推定温度であり、Tairはモータ駆動装置1が設置される環境の温度である。これらパラメータのうちの温度上昇値Trise及び熱時定数τ並びに温度上昇持続時間Uについては、実験により、予備充電回路14を接続したモータ駆動装置1において予備充電動作を実行し、事前に取得しておく。そして、温度推定部16の機能を実現するソフトウェアプログラムには、取得したパラメータを用いて式1及び式2を規定する。また、このソフトウェアプログラムでは、制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信した時点から温度上昇持続時間Uが経過するまでの間は式1に従って推定温度が計算され、それ以外の時間については、式2に従って推定温度が計算されるように規定しておく。また、式1における予備充電動作開始時点の充電抵抗32の推定温度については、初期値T0としてモータ駆動装置1が設置される環境の温度Tairを設定しておき、それ以降は、当該予備充電動作開始時点の直前に計算された推定温度が設定されるよう、規定しておく。このようにして作成されたソフトウェアプログラムを温度推定部16の機能を実現する演算処理装置にインストールしておく。なお、実験により取得された上記各パラメータを不揮発性メモリ(図示せず)に記憶しておき、温度推定部16に係るソフトウェアプログラムが動作したときに、不揮発性メモリから上記各パラメータを呼び出すようにしてもよい。
In
なお、上述のように、推定温度の初期値T0としてモータ駆動装置1が設置される環境の温度Tairを設定したが、モータ駆動装置1の電源を一旦オフした後、再度電源を投入した場合、充電抵抗32の温度(推定温度)が慣用の温度Tairをよりも高い可能性もある。そこで、不揮発性メモリにリアルタイムクロックの時間と推定温度(すなわちTupまたはTdown)とを記録しておき、モータ駆動装置1の電源の再投入の段階で式2で表されるTdownに、不揮発性メモリに最後に推定温度が記録された時間から現在時刻までの経過時間を代入して現在時刻における推定温度を求め、この推定温度が現在の環境温度Tairよりも高い場合は、現在時刻における推定温度を使用するようにしてもよい。
As described above, the temperature T air of the environment in which the
なお、充電抵抗32の交流電源2側の電圧(換言すればモータ駆動装置1に入力される交流電圧)の大きさ如何によって、温度上昇値Trise、熱時定数τ、及び温度上昇持続時間Uは変化する。そこで、充電抵抗32の交流電源2側の種々の電圧とこれらパラメータとの関係をソフトウェアプログラム内に規定しておき、モータ駆動装置1が実際の運用される際のモータ駆動装置1に入力される交流電圧に対応した温度上昇値Trise、熱時定数τ及び温度上昇持続時間Uを選択して温度推定部16による推定温度計算処理を実行するようにしてもよい。この場合はまず、実験により、予備充電回路14を接続したモータ駆動装置1において、充電抵抗32の交流電源2側の種々の電圧の下で予備充電動作を実行し、各電圧と温度上昇値Trise、熱時定数τ及び温度上昇持続時間Uとの関係を示すテーブルを事前に取得しておく。そして、温度推定部16の機能を実現するソフトウェアプログラム内にこのテーブルを規定しておき、モータ駆動装置1が実際の運用される際のモータ駆動装置1に入力される交流電圧に対応した温度上昇値Trise、熱時定数τ及び温度上昇持続時間Uがテーブルから選択されるよう当該ソフトウェアプログラムを規定しておけばよい。このようなソフトウェアプログラムを用いることで、温度推定部16により高精度の推定温度を計算することができる。
The temperature rise value T rise , the thermal time constant τ, and the temperature rise duration U changes. Therefore, the relationship between various voltages on the AC power supply 2 side of the charging
モータ駆動装置1の実際の運用時において、温度推定部16は、式1及び2に従って、充電抵抗32の推定温度を逐次計算する。式2におけるモータ駆動装置1が設置される環境の温度Tairは、モータ駆動装置1の近傍に置かれた温度計によって測定されたものを用いてもよく、あるいは、モータ駆動装置1に既に内蔵されている温度計によって測定されたものを用いてもよく、あるいは、モータ駆動装置1が設置される環境の実際の温度に近い予め規定された一定温度(定数)を用いてもよい。制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信した時点から温度上昇持続時間Uが経過するまでの間は、温度推定部16は式1に従って充電抵抗32の推定温度Tupを計算し、それ以外の時間では温度推定部16は式2に従って充電抵抗32の推定温度Tdownを計算する。制御部17が非常停止信号を受信した時点が温度上昇持続時間Uの期間中に含まれる場合は、温度推定部16が式1に従って計算した充電抵抗32の推定温度Tupが温度閾値との比較に用いられる。一方、制御部17が非常停止信号を受信した時点が温度上昇持続時間U以外の期間中に含まれる場合は、温度推定部16が式2に従って計算した充電抵抗32の推定温度Tdownが温度閾値との比較に用いられる。
During actual operation of the
温度閾値は、図5(B)に示すように、例えば、充電抵抗32が有する最大温度定格から実験で取得した充電抵抗32の温度上昇値Triseを減算した値に設定すればよい。またさらに、温度閾値を、充電抵抗32が有する最大温度定格から充電抵抗32の温度上昇値Trise及びマージンを減算した値に設定に設定すれば、より確実に発熱による破損を回避することができる。なお、充電抵抗32が有する最大温度定格は、例えば充電抵抗32の諸元データが規定された規格表の値を用いればよい。
As shown in FIG. 5B, the temperature threshold may be set to a value obtained by subtracting the temperature rise value T rise of the charging
なお、式1及び式2は一例であり、他の計算式に基づいて充電抵抗32の推定温度を計算してもよい。
また、図1に示す例では、予備充電回路14を整流回路11の交流入力側に設けたので充電抵抗32が三相交流の各相ごとに設けられるが、温度推定部16が計算した推定温度は、このうちの1相分の充電抵抗32の推定温度に相当する。図2に示すように整流回路11の直流出力側に予備充電回路14が設けられる場合は、充電抵抗32は1個だけ設けられるので、温度推定部16が計算した推定温度は当該充電抵抗32の推定温度に相当する。
Further, in the example shown in FIG. 1, since the
図6は、本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。ここでは、一例として、モータ駆動装置1内の制御部17が、時刻t3及びt5で非常停止信号を受信し、時刻t1及びt4で非常停止解除信号を受信し、特に時刻t3で非常停止信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていた場合について説明する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the opening/closing unit, the pre-charging circuit and the discharging circuit in the motor driving device according to the first embodiment of the present disclosure. Here, as an example, the
時刻t1までのモータ3の非常停止中は、開閉部19及び予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31は開状態にあり、また、放電回路15とコンデンサ12とは電気的に接続されている。
During the emergency stop of the motor 3 until time t1 , the
時刻t1でモータ駆動装置1内の制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17の制御により、予備充電回路14による予備充電動作及び放電回路15による非放電動作が実行される。すなわち、時刻t1から時刻t2までの予備充電期間中は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31は開動作を実行し、開閉部19は閉動作を実行し、放電回路15とコンデンサ12との電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗32に充電電流が流れてコンデンサ12が充電され、DCリンク電圧が徐々に上昇する。なお、充電抵抗32に流れる充電電流は、実際には正負に振動する減衰傾向を示すが、説明を簡明にするために図6では正側の包絡線で示している。また、充電抵抗32に充電電流が流れるので、充電抵抗32の温度は徐々に上昇する。
When the
時刻t2でコンデンサ12は所定の充電電圧に到達するので、制御部17の制御により、充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ3の動作準備が完了する。これ以降、充電抵抗32には電流が流れないので、充電抵抗32の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。
At time t 2 , the
時刻t3でモータ駆動装置1内の制御部17が非常停止信号を受信すると、制御部17は、時刻t3の時点で温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度を、温度推定部16から取得する。図6に示す例では、時刻t3の時点で温度推定部16が計算した充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定されるとしたので、制御部17の制御により、放電回路15とコンデンサ12との電気的接続が切断された状態である非放電動作が維持されるとともに、開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31については開動作が実行される。なお、時刻t1の時点で制御部17が放電回路15内の放電用スイッチ34を開放するよう制御することで既に非放電動作状態となっているので、時刻t3の時点における制御部17の放電回路15に対する制御は、この非放電動作状態を変更するものではない。したがってDCリンク電圧が急激に低下することはない。
When the
時刻t4でモータ駆動装置1内の制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17の制御により、開閉部19による閉動作が実行される。このとき、充電抵抗バイパススイッチ31は開放されているので、充電抵抗32には電流が流れる。しかしながら、放電回路15による非放電動作が実行されているので、DCリンク電圧は大きくは低下していない(0[V]になっていない)ので、充電抵抗32に流れる充電電流はごく僅かであるので、充電抵抗32に対する熱の蓄積は少なく、充電抵抗32の急激な温度上昇はない。
When the
時刻t5でコンデンサ12は所定の充電電圧に到達するので、制御部17の制御により、充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ3の動作準備が完了する。これ以降、充電抵抗32には電流が流れないので、充電抵抗32の温度はさらに低下する。このように、本開示の第1の実施形態によるモータ駆動装置1においては、制御部17が非常停止信号を受信した時点で充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたので、放電回路15は放電動作を実行せず非放電動作を実行を維持し、この次に実行される予備充電回路14による予備充電動作において充電抵抗32に流れる充電電流を抑制するので、充電抵抗32の温度上昇を回避することができる。
At time t 5 , the
続いて、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第2の実施形態は、モータ駆動装置の制御部が非常停止解除信号を受信したときにDCリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えているか否かに応じて予備充電回路の動作内容を変更するという点で、第1の実施形態とは相違する。 Next, a motor drive device according to a second embodiment of the present disclosure will be described. In the second embodiment, the operating contents of the pre-charging circuit are changed according to whether or not the voltage of the DC link exceeds a predetermined voltage threshold when the control unit of the motor drive device receives the emergency stop release signal. This point is different from the first embodiment.
図1または図2に示すように、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置1の構成は、第1の実施形態と同様である。ただし、本開示の第2の実施形態では、制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信したときの動作内容が、第1の実施形態とは相違する。より詳細には次の通りである。
As shown in FIG. 1 or 2, the configuration of a
制御部17は、信号生成部18から非常停止解除信号を受信したときにDCリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えていない場合は、充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう予備充電回路14を制御する。また、制御部17は、信号生成部18から非常停止解除信号を受信したときにDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていた場合は、充電抵抗バイパススイッチ31の閉成を維持するよう予備充電回路14を制御する。DCリンクの電圧は、コンデンサ12の正負両極の間に印加される電圧を検出する電圧検出部(図1及び図2では図示せず)によって検出される。
The
既に説明した第1の実施形態では、図6に示すように時刻t3で制御部17が非常停止信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていた場合、制御部17の制御により、放電回路15とコンデンサ12との電気的接続が切断された状態である非放電動作が維持されるとともに、開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31については開動作が実行され、さらにその後、時刻t4で制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17の制御により、開閉部19による閉動作が実行される。このとき、充電抵抗バイパススイッチ31は閉成されているので、充電抵抗32には電流が流れる。図6に示すように第1の実施形態では時刻t4の時点では放電回路15は非放電動作状態にあるので、コンデンサ12の電圧は低下していないはずである。しかしながら、コンデンサ12が自然放電してコンデンサ12の電圧が大きく低下している可能性もある。この場合、充電抵抗32には大きな突入電流が発生し、整流回路11内のダイオードやコンデンサ12が破壊される恐れがある。
In the already described first embodiment, when the estimated temperature of the charging
そこで、第2の実施形態では、制御部17が非常停止解除信号を受信したときにおいて、コンデンサ12が自然放電により大きく電圧が低下しているか否かを判定する。コンデンサ12が自然放電により大きく電圧が低下しているか否かの判定は、モータ駆動装置1の制御部17が非常停止解除信号を受信した時点においてDCリンクの電圧(すなわちコンデンサ12の正負両極の間の電圧が所定の電圧閾値を超えているか否かに基づいて行われる。電圧閾値は、例えばコンデンサ12の電圧低下により発生する突入電流が、整流回路11内のダイオードやコンデンサ12の破壊をもたらすことになるような電圧以上の値に設定すればよい。そして、制御部17は、DCリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定した場合は、コンデンサ12の電圧が自然放電により大きく低下していると考えられるので、充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう予備充電回路14を制御して予備充電動作を行い、この予備充電動作によりコンデンサ12が所定の充電電圧に達したとき、充電抵抗バイパススイッチ31を閉成するよう予備充電回路14を制御して予備充電動作を完了する。これにより、制御部17がさらに次に非常停止解除信号を受信したときに実行されることになる予備充電動作において充電抵抗32に流れる電流を抑制することができる。このように第2の実施形態によれば、充電抵抗32の溶断による破壊並びに整流回路11内のダイオード及びコンデンサ12の破壊をより確実に防ぐことができる。
Therefore, in the second embodiment, when the
図7は、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路及び開閉部の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flow chart showing the operation flow of the pre-charging circuit, the discharging circuit, and the switching unit in the motor driving device according to the second embodiment of the present disclosure.
第2の実施形態においても、第1の実施形態同様、モータ駆動装置1において、制御部17は非常停止解除信号を受信した時点において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。制御部17が非常停止解除信号を受信するタイミングは特に限定されないので、温度推定部16は、制御部17がいつ非常停止解除信号を受信しても当該タイミングの充電抵抗32の推定温度を制御部17に提供できるよう、充電抵抗32の推定温度を所定の周期で逐次計算する。
In the second embodiment, as in the first embodiment, in the
ステップS201において、制御部17は、信号生成部18から非常停止解除信号を受信したか否かを判定する。ステップS201において非常停止解除信号を受信したと判定された場合は、ステップS202へ進む。
In step S<b>201 , the
ステップS202において、制御部17は、非常停止解除信号を受信した時点(すなわちステップS201において制御部17が非常停止解除信号を受信したと判定した時点)におけるDCリンクの電圧が、所定の電圧閾値を超えているか否かを判定する。ステップS202においてDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていると判定された場合はステップS204へ進み、DCリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定された場合はステップS203へ進む。
In step S202, the
ステップS202においてDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定された場合は、ステップS203において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう制御し、その後、ステップS204へ進む。
When it is determined in step S202 that the DC link voltage does not exceed the voltage threshold, in step S203, the
一方、ステップS202においてDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていると判定された場合は、予備充電回路14の充電抵抗バイパススイッチ31は閉状態を維持したまま、ステップS204へ進む。
On the other hand, if it is determined in step S202 that the voltage of the DC link exceeds the voltage threshold, the charging
ステップS204において、制御部17は、開閉部19を閉成するよう制御する。先のステップS202においてDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定された場合は、充電抵抗32を介する予備充電動作が実行される。すなわち、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31は開状態にあるので、充電抵抗32が電流経路に含まれることになり、交流電源2からの交流電力は、開閉部19及び充電抵抗32を介して整流回路11に入力される。整流回路11は、入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力する。整流回路11から出力された電流は充電電流としてコンデンサ12へ流れ込み、コンデンサ12は所定の充電電圧になるまで充電される(充電抵抗32を介する予備充電動作)。
In step S204, the
一方、先のステップS202においてDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていると判定された場合は、充電抵抗32を介さない予備充電動作が実行される。すなわち、予備充電回路14の充電抵抗バイパススイッチ31は閉状態を維持しているので、充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成され、交流電源2からの交流電力は、充電抵抗32には流れず、開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を流れて整流回路11に入力される。整流回路11は、入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力する。整流回路11から出力された電流は充電電流としてコンデンサ12へ流れ込み、コンデンサ12は所定の充電電圧になるまで充電される(充電抵抗32を介さない予備充電動作)。
On the other hand, if it is determined in step S202 that the DC link voltage exceeds the voltage threshold, a pre-charging operation that does not involve the charging
なお、充電抵抗32を介する予備充電動作が行われる場合及び充電抵抗32を介さない予備充電動作が行われる場合のいずれにおいても、ステップS204の実行開始時点では、制御部17が放電回路15内の放電用スイッチ34を開放するよう制御することで、放電抵抗33とコンデンサ12との電気的接続は切断されている。
It should be noted that in both the case where the preliminary charging operation is performed via the charging
ステップS205において、制御部17は、予備充電回路14による予備充電動作が完了したか否かを判定する。コンデンサ12の電圧(DCリンク電圧)が所定の充電電圧に達した場合、制御部17は、予備充電回路14による予備充電動作が完了したと判定し、ステップS206へ進む。
In step S205, the
ステップS206において、制御部17は、予備充電回路14の充電抵抗バイパススイッチ31が開状態にあるか否かを判定する。ステップS206において充電抵抗バイパススイッチ31が開状態にあると判定された場合はステップS207へ進み、充電抵抗バイパススイッチ31が開状態にあると判定されなかった場合(すなわち充電抵抗バイパススイッチ31が閉状態にある場合)はステップS208へ進む。
In step S206, the
ステップS206において充電抵抗バイパススイッチ31が開状態にあると判定された場合は、ステップS207において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を閉成するよう制御する。先のステップS202においてDCリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定されて充電抵抗バイパススイッチ31が開動作し充電抵抗32を介した予備充電動作が行われた場合は、ステップS207の処理を経ることによって、当該予備充電動作完了後は、充電抵抗バイパススイッチ31が閉成されて充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成され、交流電源2からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を介して整流回路11に入力されることになる。その後、ステップS208へ進む。
If it is determined in step S206 that the charging
ステップS206において充電抵抗バイパススイッチ31が開状態にあると判定されなかった場合は、予備充電回路14の充電抵抗バイパススイッチ31は閉状態を維持したまま、ステップS208へ進む。この場合も、交流電源2からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を介して整流回路11に入力される。
If it is not determined in step S206 that the charging
整流回路11は、共に閉状態にある開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を介して入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力し、インバータ13は、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給する。ステップS208において、制御部17は、モータ3の回転速度、モータ3の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ3の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ13は、制御部17から受信した電力変換指令に従い、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給する。モータ3は、インバータ13から供給される交流電力に基づいて駆動される。
The rectifying
ステップS209において、制御部17は、信号生成部18から非常停止信号を受信したか否かを判定する。
In step S<b>209 , the
ステップS209において非常停止信号を受信したと判定された場合は、ステップS210へ進むとともに、制御部17は、その時点で温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度を、温度推定部16から取得する。
If it is determined in step S209 that an emergency stop signal has been received, the process proceeds to step S210, and the
ステップS210において、制御部17は、開閉部19を開放するよう制御する。
In step S210, the
ステップS211において、制御部17は、非常停止信号を受信した時点(すなわちステップS209において制御部17が非常停止信号を受信したと判定した時点)において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップS211において、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合はステップS212へ進み、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップS213へ進む。
In step S211, the
ステップS211において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップS212において、制御部17は、放電回路15が非放電動作を維持するよう制御する。より詳細には、制御部17は、放電回路15内の放電用スイッチ34の開放を維持するよう制御することで、放電抵抗33とコンデンサ12との電気的接続を切断し、非放電動作状態を維持する。ステップS212における放電回路15による非放電動作は、ステップS210において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定される限りは、予備充電回路14の動作内容に関わらず、必ず実行される。ステップS212の実行後は、ステップS201へ戻る。
When it is determined in step S211 that the estimated temperature of the charging
一方、ステップS211において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合は、ステップS213において、制御部17は、放電回路15が放電動作を実行するよう制御する。これにより、ステップS202から続いていた放電回路15の非放電動作状態は放電動作状態に切り替えられ、DCリンクにおける直流電力(すなわちコンデンサ12に蓄積されていた直流電力)が放電抵抗33に流入して熱として消費され、DCリンク電圧は急激に低下して0[V]になる。ステップS213の実行後は、ステップS201へ戻る。
On the other hand, if it is determined in step S211 that the estimated temperature of the charging
図8は、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。ここでは、一例として、モータ駆動装置1内の制御部17が、時刻t3及びt5で非常停止信号を受信し、時刻t1及びt4で非常停止解除信号を受信し、特に時刻t3で非常停止信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えている場合について説明する。
FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the opening/closing unit, the pre-charging circuit and the discharging circuit in the motor driving device according to the second embodiment of the present disclosure. Here, as an example, the
時刻t1までのモータ3の非常停止中は、開閉部19及び予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31は開状態にあり、また、放電回路15とコンデンサ12とは電気的に接続されている。
During the emergency stop of the motor 3 until time t1 , the
時刻t1でモータ駆動装置1内の制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17は、非常停止解除信号を受信した時刻t1の時点におけるDCリンクの電圧が電圧閾値を超えているか否かを判定する。図8に示す例では、時刻t1の時点でDCリンクの電圧が0[V]であり電圧閾値を超えていないので、制御部17は、予備充電回路14の充電抵抗バイパススイッチ31が開動作するよう制御する。また、制御部17の制御により、放電回路15による非放電動作が実行される。すなわち、時刻t1から時刻t2までの予備充電期間中は、開閉部19は閉動作を実行し、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31は開動作を実行し、放電回路15とコンデンサ12との電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗32に充電電流が流れてコンデンサ12が充電され、DCリンク電圧が徐々に上昇する。なお、充電抵抗32に流れる充電電流は、実際には正負に振動する減衰傾向を示すが、説明を簡明にするために図8では正側の包絡線で示している。また、充電抵抗32に充電電流が流れるので、充電抵抗32の温度は徐々に上昇する。
When the
時刻t2でコンデンサ12は所定の充電電圧に到達するので、制御部17の制御により、充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ3の動作準備が完了する。これ以降、充電抵抗32には電流が流れないので、充電抵抗32の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。
At time t 2 , the
時刻t3でモータ駆動装置1内の制御部17が非常停止信号を受信すると、制御部17は、時刻t3の時点で温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度を温度推定部16から取得する。図8に示す例では、時刻t3の時点で温度推定部16が計算した充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていると判定されるとしたので、制御部17の制御により、放電回路15とコンデンサ12との電気的接続が切断された状態である非放電動作が維持されるとともに、充電抵抗バイパススイッチ31については閉動作が維持され、開閉部19については開動作が実行される。なお、時刻t2の時点で制御部17が充電抵抗バイパススイッチ31を閉成するよう制御することで充電抵抗バイパススイッチ31は既に閉動作しているので、時刻t3の時点における制御部17の予備充電回路14に対する制御は、充電抵抗バイパススイッチ31による閉動作を変更するものではない。また、時刻t1の時点で制御部17が放電回路15内の放電用スイッチ34を開放するよう制御することで既に非放電動作状態となっているので、時刻t3の時点における制御部17の放電回路15に対する制御は、この非放電動作状態を変更するものではない。したがってDCリンク電圧が急激に低下することもない。
When the
時刻t4でモータ駆動装置1内の制御部17が信号生成部18から非常停止解除信号を受信すると、制御部17は、非常停止解除信号を受信した時刻t1の時点におけるDCリンクの電圧が電圧閾値を超えているか否かを判定する。図8に示す例では、時刻t3の時点でDCリンクの電圧がほぼ満充電に近い電圧であることから電圧閾値を超えており、したがって、制御部17は、予備充電回路14の充電抵抗バイパススイッチ31の閉動作を維持するよう制御する。また、制御部17の制御により、開閉部19による閉動作が実行される。このように充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作の実行が維持されているので、充電抵抗32には電流が流れない。よって、充電抵抗32に対する熱の蓄積は少なく、充電抵抗32の温度はさらに低下する。
When the
時刻t5でコンデンサ12は所定の充電電圧に到達するので、予備充電動作を完了する。なお、既に、充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作を実行しているので、予備充電動作の完了際の予備充電回路14の動作に変更はない。これにより、モータ3の動作準備が完了する。これ以降も、充電抵抗32には電流が流れないので、充電抵抗32の温度はさらに低下する。このように、本開示の第2の実施形態によるモータ駆動装置1においては、制御部17が非常停止解除信号を受信した時点でDCリンクの電圧が電圧閾値を超えており充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えている場合は、充電抵抗バイパススイッチ31は閉動作の実行を維持しかつ放電回路15は放電動作を実行しない(すなわち非放電動作を維持する)ので、この次に実行される予備充電回路14による予備充電動作において充電抵抗32に電流は流れないので、コンデンサ12の自然放電があっても、充電抵抗32の温度上昇を回避することができる。
At time t5 ,
続いて、本開示の第3及び第4の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第3及び第4の実施形態は、上述した第1及び第2の実施形態において、作業者に充電抵抗の温度が高くなっていることを注意喚起するためのアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えるものである。 Subsequently, motor drive devices according to third and fourth embodiments of the present disclosure will be described. In the third and fourth embodiments, in the above-described first and second embodiments, an alarm output unit that outputs an alarm for alerting the operator that the temperature of the charging resistor is high is further added. Be prepared.
まず、本開示の第3の実施形態によるモータ駆動装置について、図9~図11を参照して説明する。第3の実施形態は、上述した第1及び第2の実施形態において、モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときに推定温度が温度閾値を超えていた場合にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えたものである。 First, a motor drive device according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG. In the third embodiment, in the above-described first and second embodiments, an alarm is generated when the estimated temperature exceeds the temperature threshold when an emergency stop cancellation signal for canceling the emergency stop of the motor is received. It further comprises an alarm output unit for outputting.
図9は、本開示の第3及び第4の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。図9に示す構成は、後述する第4の実施形態にも適用可能である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a motor drive device according to third and fourth embodiments of the present disclosure; The configuration shown in FIG. 9 can also be applied to a fourth embodiment, which will be described later.
図9に示すように、第3の実施形態によるモータ駆動装置1は、制御部17が非常停止解除信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていた場合にアラームを出力するアラーム出力部21をさらに備える。制御部17が非常停止解除信号を受信したときに充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、放電回路15は放電動作ではなく非放電動作を実行するので、コンデンサ12に電荷が蓄積された状態が維持されるので、作業員の感電の恐れがあることから、アラーム出力部21によりアラームを出力することで作業者に注意喚起する。例えば、アラーム出力部21から出力されるアラームを用いて、作業者に放電回路15が非放電動作状態にあるのでコンデンサ12に電荷が蓄積されて感電の恐れがあることを報知するための報知部(図示せず)を設けてもよい。報知部の手段の例としては、モータ駆動装置1やその上位制御装置に付属のディスプレイ、パソコン、携帯端末及びタッチパネルなどのディスプレイなどがある。また例えば、報知部を、音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよい。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせて実現してもよい。
As shown in FIG. 9, the
アラーム出力部21は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置1内やモータ駆動装置1が設けられた機械内にある例えばMPUやDSPなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、アラーム出力部21の機能を実現することができる。またあるいは、アラーム出力部21の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、アラーム出力部21の機能を実現するソフトウェアプログラムを記憶媒体に格納してもよい。なお、アラーム出力部21以外の回路構成要素については図1または図2に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
The alarm output unit 21 may be constructed, for example, in the form of a software program, or may be constructed by combining various electronic circuits and software programs. For example, when constructing these in a software program format, an arithmetic processing unit such as an MPU or DSP in the
図10は、本開示の第1の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第3の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路、開閉部及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart showing the operation flow of the pre-charging circuit, the discharging circuit, the opening/closing unit, and the alarm output unit in the motor drive device according to the third embodiment in which the alarm output unit is further provided in the first embodiment of the present disclosure; be.
図10に示すステップS101~S110及びS112の各処理は、図4を参照して説明したステップS101~S110及びS112の各処理とそれぞれ同様である。 Each process of steps S101 to S110 and S112 shown in FIG. 10 is the same as each process of steps S101 to S110 and S112 described with reference to FIG.
ステップS110において、制御部17は、非常停止信号を受信した時点(すなわちステップS107において制御部17が非常停止信号を受信したと判定した時点)において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップS110において、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていると判定された場合はステップS300へ進み、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップS112へ進む。
In step S110, the
ステップS110において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップS300において、次段のステップS111において放電回路15が非放電動作を実行することを作業者に注意喚起するために、アラームを出力する。その後、モータ駆動装置1は動作を終了する。
If it is determined in step S110 that the estimated temperature of the charging
図11は、本開示の第2の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第3の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路、開閉部及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart showing the operation flow of the pre-charging circuit, the discharging circuit, the opening/closing unit, and the alarm output unit in the motor drive device according to the third embodiment, in which the alarm output unit is further provided in the second embodiment of the present disclosure; be.
図10に示すステップS201~S211及びS213の各処理は、図7を参照して説明したステップS201~S211及びS213の各処理とそれぞれ同様である。 Each process of steps S201 to S211 and S213 shown in FIG. 10 is the same as each process of steps S201 to S211 and S213 described with reference to FIG.
ステップS211において、制御部17は、非常停止信号を受信した時点(すなわちステップS209において制御部17が非常停止信号を受信したと判定した時点)において温度推定部16により計算された充電抵抗32の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップS211において、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていると判定された場合はステップS300へ進み、充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップS213へ進む。
In step S211, the
ステップS211において充電抵抗32の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップS300において、さらに後段のステップS212において放電回路15が非放電動作を実行することを作業者に注意喚起するために、アラームを出力する。その後、モータ駆動装置1は動作を終了する。
If it is determined in step S211 that the estimated temperature of the charging
次に、本開示の第4の実施形態によるモータ駆動装置について、図9及び図12を参照して説明する。第4の実施形態は、上述した第1及び第2の実施形態において、所定の時間期間の間に予備充電回路により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えたものである。 Next, a motor drive device according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 9 and 12. FIG. In the fourth embodiment, in the first and second embodiments described above, an alarm is generated when the number of pre-charging operations performed by the pre-charging circuit during the predetermined time period exceeds a predetermined number of times threshold. is further provided with an alarm output unit for outputting
図9に示すように、第4の実施形態によるモータ駆動装置1は、所定の時間期間の間に予備充電回路14により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合にアラームを出力するアラーム出力部22をさらに備える。温度上昇持続時間Uの期間中に制御部17に非常停止信号と非常停止解除信号とが交互に入力されると、当該温度上昇持続時間Uの期間中に予備充電動作が複数回実行され、充電抵抗32に熱が蓄積されて温度が上昇し、溶断により破壊される可能性が高くなる。そこで、温度上昇持続時間Uの期間中に予備充電回路14により実行される予備充電動作の回数が所定の回数閾値を超えた場合、アラーム出力部21によりアラームを出力することで作業者に注意喚起する。
As shown in FIG. 9, the
例えば、充電抵抗32が有する最大温度定格が150[℃]、温度上昇持続時間Uが60[秒]、充電抵抗32の温度上昇値Triseが10[℃。]である場合、13回の予備充電動作があると、780(=13×60)[秒]で充電抵抗32は最大温度定格150(=13×10+20)[℃]に達する。
For example, the maximum temperature rating of the charging
アラームを出力するか否かの判定に用いられる回数閾値Kthは、充電抵抗32の最大定格温度をTmax[℃]、としたとき、下記式3のように表される。
The number threshold K th used for determining whether to output an alarm is expressed by the following equation 3, where T max [° C.] is the maximum rated temperature of the charging
よって、アラーム出力部22は、「U×Kth[秒]」の間に、温度上昇持続時間Uの期間中に予備充電回路14により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合、アラームを出力する。なお、温度上昇持続時間Uは、上述のように実験により予め取得されるものである。例えば、アラーム出力部22から出力されるアラームを用いて、充電抵抗32が溶断による破損の恐れがあることを報知するための報知部(図示せず)を設けてもよい。報知部の手段の例としては、モータ駆動装置1やその上位制御装置に付属のディスプレイ、パソコン、携帯端末及びタッチパネルなどのディスプレイなどがある。また例えば、報知部を、音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよい。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせて実現してもよい。
Therefore, the alarm output unit 22 determines that the number of pre-charging operations performed by the
アラーム出力部22は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置1内やモータ駆動装置1が設けられた機械内にある例えばMPUやDSPなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、アラーム出力部22の機能を実現することができる。またあるいは、アラーム出力部22の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、アラーム出力部22の機能を実現するソフトウェアプログラムを記憶媒体に格納してもよい。なお、アラーム出力部22以外の回路構成要素については図1または図2に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
The alarm output unit 22 may be constructed, for example, in the form of a software program, or may be constructed by combining various electronic circuits and software programs. For example, when constructing these in a software program format, an arithmetic processing unit such as an MPU or DSP in the
図12は、本開示の第1または第2の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第4の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。 FIG. 12 is a flow chart showing the operation flow of the pre-charging circuit and the alarm output section in the motor drive device according to the fourth embodiment in which the alarm output section is further provided in the first or second embodiment of the present disclosure.
第4の実施形態によるモータ駆動装置1におけるアラーム出力部22は、図4を参照して説明した第1の実施形態または図7を参照して説明した第2の実施形態によるモータ駆動装置1における予備充電回路14、放電回路15、制御部17及び開閉部19の動作に並行して実行される。図12では、予備充電回路14、制御部17、開閉部19及びアラーム出力部22の動作についてのみ示す。
The alarm output unit 22 in the
ステップS401において、アラーム出力部22は、予備充電回路14による予備充電動作の回数iとして、初期値である0(ゼロ)を設定する。
In step S<b>401 , the alarm output unit 22 sets 0 (zero), which is an initial value, as the number i of preliminary charging operations performed by the
ステップS402において、制御部17は、信号生成部18から非常停止解除信号を受信したか否かを判定する。ステップS402において非常停止解除信号を受信したと判定された場合は、ステップS403へ進む。
In step S<b>402 , the
ステップS403において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう制御する。これにより、充電抵抗32が電流経路に含まれることになる。
In step S403, the
ステップS404において、制御部17は、開閉部19を閉成するよう制御する。これにより、開閉部19は閉状態を維持しかつ充電抵抗バイパススイッチ31は開状態を維持するので、交流電源2からの交流電力は、開閉部19及び充電抵抗32を介して整流回路11に入力され、予備充電回路14による予備充電動作が開始される。この後、充電抵抗32に電流が流れて温度が上昇する温度上昇持続時間Uに入る。アラーム出力部22は、ステップS404の開始時点からの経過時間を計測する。
In step S404, the
ステップS405において、制御部17は、予備充電回路14による予備充電動作が完了したか否かを判定する。コンデンサ12の電圧(DCリンク電圧)が所定の充電電圧に達した場合、制御部17は、予備充電回路14による予備充電動作が完了したと判定し、ステップS406へ進む。
In step S405, the
ステップS406において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を閉成するよう制御する。これにより、充電抵抗32をバイパスした電流経路が形成され、交流電源2からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部19及び充電抵抗バイパススイッチ31を介して整流回路11に入力される。整流回路11は、入力された交流電力を直流電力に変換してDCリンクへ出力し、インバータ13は、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給する。
In step S406, the
ステップS407において、制御部17は、モータ3の回転速度、モータ3の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ3の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ13は、制御部17から受信した電力変換指令に従い、DCリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ3に供給する。モータ3は、インバータ13から供給される交流電力に基づいて駆動される。
In step S407, the
ステップS408において、制御部17は、信号生成部18から非常停止信号を受信したか否かを判定する。ステップS408において、非常停止信号を受信したと判定された場合はステップS409へ進み、非常停止信号を受信しなかったと判定された場合はステップS407へ戻る。
In step S<b>408 , the
ステップS409において、制御部17は、予備充電回路14内の充電抵抗バイパススイッチ31を開放するよう制御する。これにより、充電抵抗32が電流経路に含まれることになる。
In step S409, the
ステップS410において、アラーム出力部22は、現在、温度上昇持続時間Uの期間中であるか否かを判定する。上述のように、アラーム出力部22は、ステップS404における予備充電動作開始時点からの経過時間を計測しており、この計測した経過時間が温度上昇持続時間U以内であるか否かに基づいて、温度上昇持続時間Uの期間中であるか否かを判定する。ステップS410において、温度上昇持続時間Uの期間中であると判定された場合はステップS411へ進み、温度上昇持続時間Uの期間中であると判定されなかったと判定された場合はステップS402へ戻る。 In step S410, the alarm output unit 22 determines whether or not the temperature rise duration U is currently in progress. As described above, the alarm output unit 22 measures the elapsed time from the start of the preliminary charging operation in step S404, and based on whether the measured elapsed time is within the temperature rise duration time U, It is determined whether or not the temperature rise duration U is in progress. If it is determined in step S410 that the temperature rise duration U is in effect, the process proceeds to step S411, and if it is determined that the temperature rise duration U is not in effect, the process returns to step S402.
ステップS411において、アラーム出力部22は、予備充電回路14による予備充電動作の回数iを1だけインクリメントする。
In step S<b>411 , the alarm output unit 22 increments the number i of preliminary charging operations by the
ステップS412において、アラーム出力部22は、予備充電回路14による予備充電動作の回数iが回数閾値Kth以上であるか否かを判定する。ステップS412において、予備充電動作の回数iが回数閾値Kth以上であると判定された場合はステップS413へ進み、予備充電動作の回数iが回数閾値Kth未満であると判定された場合はステップS402へ戻る。
In step S412, the alarm output unit 22 determines whether or not the number i of pre-charging operations performed by the
ステップS413において、アラーム出力部22はアラームを出力する。その後、アラーム出力部22の処理を終了する。 In step S413, the alarm output unit 22 outputs an alarm. After that, the processing of the alarm output unit 22 ends.
1 モータ駆動装置
2 交流電源
3 モータ
11 整流回路
12 コンデンサ
13 インバータ
14 予備充電回路
15 放電回路
16 温度推定部
17 制御部
18 信号生成部
19 開閉部
21、22 アラーム出力部
23 制御部用電源部
31 充電抵抗バイパススイッチ
32 充電抵抗
33 放電抵抗
34 放電用スイッチ
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
前記整流回路の直流出力側であるDCリンクに設けられるコンデンサと、
前記DCリンクにおける直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、
充電抵抗バイパススイッチと前記充電抵抗バイパススイッチに並列接続された充電抵抗とを有する予備充電回路であって、前記充電抵抗バイパススイッチもしくは前記充電抵抗と前記整流回路とを介して流れる電力により前記コンデンサを予備充電する予備充電回路と、
前記DCリンクに設けられる放電回路であって、前記放電回路と前記コンデンサとが電気的に接続されることで前記コンデンサに蓄積された直流電力を放電する放電動作と前記放電回路と前記コンデンサとの電気的接続が切断される非放電動作とが選択的に切り替えられる放電回路と、
前記充電抵抗の推定温度を逐次計算する温度推定部と、
前記予備充電回路及び前記放電回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記推定温度が所定の温度閾値を超えた場合、前記放電回路が前記非放電動作を維持するよう制御する、モータ駆動装置。 a rectifier circuit that converts AC power input from an AC power source into DC power and outputs the DC power;
a capacitor provided in a DC link on the DC output side of the rectifier circuit;
an inverter that converts the DC power in the DC link into AC power for driving a motor and outputs the AC power;
A pre-charging circuit having a charging resistor bypass switch and a charging resistor connected in parallel to the charging resistor bypass switch, wherein power flowing through the charging resistor bypass switch or the charging resistor and the rectifying circuit powers the capacitor. a preliminary charging circuit for preliminary charging;
a discharge circuit provided in the DC link, wherein the discharge circuit and the capacitor are electrically connected to discharge DC power accumulated in the capacitor; a discharge circuit selectively switched between a non-discharge operation in which electrical connection is cut;
a temperature estimator that sequentially calculates an estimated temperature of the charging resistor;
a control unit that controls the preliminary charging circuit and the discharging circuit;
with
The motor drive device, wherein the controller controls the discharge circuit to maintain the non-discharge operation when the estimated temperature exceeds a predetermined temperature threshold.
前記制御部は、前記モータを非常停止させるための非常停止信号を受信したときは、前記開閉部を開放するよう制御し、前記モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときは、前記開閉部を閉成するよう制御する、請求項1~9のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 further comprising an opening and closing unit for opening and closing an electric circuit between the AC power supply and the rectifier circuit;
When receiving an emergency stop signal for emergency stop of the motor, the control unit controls to open the opening and closing unit, and when receiving an emergency stop cancellation signal for canceling the emergency stop of the motor. The motor driving device according to any one of claims 1 to 9, wherein the opening/closing portion is controlled to be closed.
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