JP6247189B2 - 直流リンク残留エネルギーの放電機能を有するモータ制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、直流リンクに設けられた平滑コンデンサに蓄積されたエネルギーの放電機能を有するモータ制御装置に関する。
工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、ロボット等のモータを駆動するモータ制御装置では、三相交流入力電源の交流電力を直流電力に変換する整流器、及び整流器の出力した直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換する逆変換器が用いられる。
近年、電源高調波および無効電力の低減への要求からパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いた整流器（ＰＷＭ整流器）の適用が広がっている。
図１に一般的なモータ制御装置のブロック図を示す。モータ制御装置１０００は、三相交流入力電源である交流電源２０から供給される交流電力をＰＷＭ整流器１０１で直流電力に変換し、変換された直流電力を逆変換器１０７で交流電力に変換してモータ３０を駆動している。
ＰＷＭ整流器１０１の直流出力側である直流リンクには、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ１０２が設けられる。
また、ＰＷＭ整流器１０１の交流電源側には、半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより発生する高周波が交流電源２０側に流出しないようにするためにＰＷＭ整流器１０１と交流電源２０との間にＬＣＬフィルタ１０４が接続される。
ＬＣＬフィルタ１０４は、直列接続されたダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒw及びコンデンサＣu，Ｃv，Ｃwと、ダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒwの一端に設けられた第１インダクタンスＬau，Ｌav，Ｌaw及び第２インダクタンスＬbu，Ｌbv，Ｌbwと、を備えている。
さらに、交流電源２０とＬＣＬフィルタ１０４との間には、動力遮断部１０５が設けられている。動力遮断部１０５は、交流電源２０及びＬＣＬフィルタ１０４の接続及び遮断を行う。
このようなモータ制御装置１０００では、電源電圧、電源電流、直流電圧からＰＷＭ整流器制御信号を生成し、それに従いＰＷＭ整流器１０１の半導体スイッチを適宜ＯＮ／ＯＦＦすることで力率１の電力を発生するとともに、ＰＷＭ整流器１０１の出力である直流電圧を所望の値に保つことが可能となる。ただし、ＰＷＭ整流器１０１の直流電圧は原理的に交流電源２０の波高値以上にする必要があり、昇圧されている。
その結果、モータ制御装置１０００を停止し、動力遮断部１０５をオープンにしてモータ制御装置１０００と交流電源２０とを切り離した場合であっても、平滑コンデンサ１０２にはエネルギーが放電されずに残ったままになり、ＰＷＭ整流器１０１の直流出力側である直流リンクは高電圧となる。このため、モータ制御装置１０００の点検・部品交換等の保守を行う場合には、自然放電により平滑コンデンサ１０２に残留したエネルギーが放電されるまで待たなければならず作業の効率が悪いという問題がある。
そこで、ＰＷＭ整流器の直流出力側である直流リンクに放電抵抗及びスイッチを設けて残留したエネルギーを放電させる方法が報告されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係るモータ制御装置のブロック図を図２に示す。特許文献１に係るモータ制御装置２０００は、ＰＷＭ整流器１０１の直流出力側である直流リンクに放電抵抗ＲとスイッチＳＷを備える。モータ制御装置２０００の通常運転を停止し、動力遮断部１０５により、交流電源２０とモータ制御装置２０００とを切り離した後、直流リンクのスイッチＳＷをＯＮすることにより放電抵抗Ｒに電流ｉが流れ、平滑コンデンサ１０２に蓄積されたエネルギーを放電する。この従来技術によれば、平滑コンデンサ１０２に残留したエネルギーを短時間で放電することができるため保守性は向上するが、放電抵抗とスイッチを備える必要があるため、モータ制御装置のサイズが大きくなり、コストも増加してしまうという問題がある。
また、逆変換器に接続されるモータに電流を流すことにより、平滑コンデンサに残留したエネルギーを放電させる方法も知られている（例えば、特許文献２）。特許文献２に係るモータ制御装置のブロック図を図３に示す。特許文献２に係るモータ制御装置３０００は、モータ制御装置３０００の通常運転を停止し、動力遮断部１０５により、交流電源２０とモータ制御装置３０００とを切り離した後、逆変換器１０７を制御することによりモータ３０に電流を流し、モータ巻線の抵抗分により平滑コンデンサ１０２に蓄積されたエネルギーを放電する。この従来のモータ制御装置３０００は、コストを増加させることなく平滑コンデンサ１０２に残留したエネルギーを放電することが可能であるが、モータ３０に電流を流すことによりモータ３０が意図せずして回転してしまう可能性があり、危険な状態が生じうるという問題がある。
従来のモータ制御装置において、平滑コンデンサに残留したエネルギーを放電するため、直流リンクに放電抵抗とスイッチを設ける方式では、モータ制御装置のサイズが大きくなり、コストも増加してしまうという問題があった。また、モータに電流を流す方式では、モータが意図せず回転してしまう可能性があり、危険な状態が生じうるという問題があった。
本発明の一実施例に係るモータ制御装置は、三相交流入力電源側の交流電力を直流電力に変換し、または直流出力側の直流電力を交流電力に変換するＰＷＭ整流器と、ＰＷＭ整流器の直流出力側である直流リンクに設けられた平滑コンデンサと、平滑コンデンサの直流電圧を検出する直流電圧検出部と、ＰＷＭ整流器の交流電源側に接続されるＬＣＬフィルタと、ＬＣＬフィルタの交流電源側に接続される動力遮断部と、動力遮断部により動力が遮断された場合に、ＰＷＭ整流器を制御することによりＬＣＬフィルタに電流を流し、平滑コンデンサに蓄積されたエネルギーを放電して、直流電圧を所望の値まで低下させる制御部と、を有することを特徴とする。
本発明の一実施例に係るモータ制御装置によれば、モータ制御装置のサイズアップ及びコストアップを生じることなく、かつ安全に直流リンクに残留したエネルギーを放電させることができる。
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施例１に係るモータ制御装置のブロック図である。本発明の実施例１に係るモータ制御装置１０１は、ＰＷＭ整流器１と、平滑コンデンサ２と、直流電圧検出部３と、ＬＣＬフィルタ４と、動力遮断部５と、制御部６と、を有する。
まず、本発明の実施例１に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施例１に係るモータ制御装置のブロック図である。本発明の実施例１に係るモータ制御装置１０１は、ＰＷＭ整流器１と、平滑コンデンサ２と、直流電圧検出部３と、ＬＣＬフィルタ４と、動力遮断部５と、制御部６と、を有する。
ＰＷＭ整流器１は、三相交流入力電源である交流電源２０側の交流電力を直流電力に変換し、または直流出力側の直流電力を交流電力に変換する。ＰＷＭ整流器１は、例えば６個のスイッチング素子及びこれらと並列に接続されたダイオードにより構成することができる。また、ＰＷＭ整流器１は制御部６からのＰＷＭ整流器制御信号により制御される。
平滑コンデンサ２は、ＰＷＭ整流器１の直流出力側である直流リンクに設けられ、直流リンクの電圧を平滑化する。
直流電圧検出部３は、直流リンクに設けられた平滑コンデンサ２の直流電圧を検出する。直流電圧検出部３が検出した直流電圧値は制御部６に通知される。
ＬＣＬフィルタ４は、ＰＷＭ整流器１の交流電源２０側に接続される。ＬＣＬフィルタ４は、直列接続されたダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒw及びコンデンサＣu，Ｃv，Ｃwと、ダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒwの一端に設けられた第１インダクタンスＬau，Ｌav，Ｌaw及び第２インダクタンスＬbu，Ｌbv，Ｌbwと、を備えている。
動力遮断部５は、ＬＣＬフィルタ４の交流電源２０側に接続され、制御部６からの制御信号に従って、交流電源２０とＬＣＬフィルタ４との接続または遮断を行う。
制御部６は、動力遮断部５により動力（交流電力）が遮断された場合に、ＰＷＭ整流器１を制御することによりＬＣＬフィルタ４に電流ｉu，ｉv，ｉwを流し、ダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒwを流れる際に熱エネルギーに変換させる。その結果、平滑コンデンサ２に蓄積されたエネルギーを放電し、直流電圧を所望の値まで低下させることができる。図４に示した例では、三相の電流のうち、ｕ相電流ｉu及びｖ相電流ｉvがＰＷＭ整流器１に流入し、ｗ相電流ｉwがＰＷＭ整流器１から流出する例を示したが、これは一例であって、このような例には限られない。
このように、本発明の実施例１に係るモータ制御装置１０１によれば、モータ制御装置１０１の通常運転を停止し、動力遮断部５により、交流電源２０とモータ制御装置１０１とを切り離した後、ＰＷＭ整流器１を制御することによりＬＣＬフィルタ４に電流を流し、ＬＣＬフィルタ４のダンピング抵抗により平滑コンデンサ２に蓄積されたエネルギーを放電することができる。その結果、平滑コンデンサ２の端子間電圧である直流電圧を所望の値、例えば、感電の危険性のない安全に保守作業ができる電圧まで下げることができる。
次に、本発明の実施例１に係るモータ制御装置の動作手順について、図５に示したフローチャート用いて説明する。まず、ステップＳ１０１において、モータ制御装置１０１の通常運転を停止する。
次に、ステップＳ１０２において、制御部６からの制御信号により、動力遮断部５により、交流電源２０とモータ制御装置１０１を切り離す。次に、ステップＳ１０３において、ＰＷＭ整流器１を制御することによりＬＣＬフィルタ４に電流ｉu，ｉv，ｉwを流し、ＬＣＬフィルタ４のダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒwにより平滑コンデンサ２に蓄積されたエネルギーを放電する。ＰＷＭ整流器１の動作は制御部６からのＰＷＭ整流器制御信号により制御される。
次に、ステップＳ１０４において、制御部６が直流リンクの直流電圧の検出結果を直流電圧検出部３から受信し、検出した直流電圧は所望の値まで低下しているか否かを判断する。ここで、所望の値は、安全に保守作業ができる電圧である。例えば、感電の危険性のない電圧である。
検出した直流電圧が所望の値まで低下していなかった場合は、ステップＳ１０３に戻って平滑コンデンサ２の放電を継続して行う。一方、検出した直流電圧が所望の値まで低下している場合は、一連の処理を終了する。
以上のように、本発明の実施例１に係るモータ制御装置によれば、モータ制御装置に放電抵抗やスイッチを設ける必要がないため、モータ制御装置のサイズアップ及びコストアップなしに保守性を向上させることができる。また、モータに電流を流さないため、モータが意図せず動作してしまうことがなく、安全に保守性を向上させることもできる。
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るモータ制御装置について説明する。実施例２に係るモータ制御装置１０２の構成は、図４に示した実施例１に係るモータ制御装置１０１と同様であって、ＰＷＭ整流器１と、平滑コンデンサ２と、直流電圧検出部３と、ＬＣＬフィルタ４と、動力遮断部５と、制御部６と、を有する。実施例２に係るモータ制御装置１０２が実施例１に係るモータ制御装置１０１と異なっている点は、制御部６が、動力遮断部５により動力が遮断される前に、ＰＷＭ整流器１を制御することにより、直流リンクの直流電圧を交流電源２０の波高値まで下げておく点である。実施例２に係るモータ制御装置のその他の構成は、実施例１に係るモータ制御装置における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の実施例２に係るモータ制御装置について説明する。実施例２に係るモータ制御装置１０２の構成は、図４に示した実施例１に係るモータ制御装置１０１と同様であって、ＰＷＭ整流器１と、平滑コンデンサ２と、直流電圧検出部３と、ＬＣＬフィルタ４と、動力遮断部５と、制御部６と、を有する。実施例２に係るモータ制御装置１０２が実施例１に係るモータ制御装置１０１と異なっている点は、制御部６が、動力遮断部５により動力が遮断される前に、ＰＷＭ整流器１を制御することにより、直流リンクの直流電圧を交流電源２０の波高値まで下げておく点である。実施例２に係るモータ制御装置のその他の構成は、実施例１に係るモータ制御装置における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
一般的なモータ制御装置の説明でも述べた通り、直流リンクの直流電圧は昇圧されている。そこで、本発明の実施例２に係るモータ制御装置においては、動力遮断部５によりモータ制御装置１０２が交流電源２０と切り離される前に、直流電圧を予め交流電源２０の波高値まで下げておくことにより、ＬＣＬフィルタ４で消費するエネルギーを最小限に抑えることができるため、ダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒwの発熱を最小限に抑えることができる。
次に、本発明の実施例２に係るモータ制御装置１０２の動作手順について、図６に示したフローチャート用いて説明する。まず、ステップＳ２０１において、モータ制御装置１０２の通常運転を停止する。
次に、ステップＳ２０２において、制御部６が、直流電圧検出部３が検出した直流電圧と交流電源２０の波高値とを比較しながらＰＷＭ整流器１を制御する。次に、ステップ２０３において、直流電圧が交流電源２０の波高値まで低下しているか否かを判断する。検出した直流電圧が交流電源２０の波高値まで低下していなかった場合は、ステップＳ２０２に戻って、ＰＷＭ整流器１を制御することにより、直流電圧を交流電源２０の波高値になるように下げる。
次に、ステップＳ２０４において、制御部６からの制御信号に基づいて、動力遮断部５により、交流電源２０とモータ制御装置１０２とを切り離す。次に、ステップＳ２０５において、ＰＷＭ整流器１を制御することによりＬＣＬフィルタ４に電流ｉu，ｉv，ｉwを流し、ＬＣＬフィルタ４のダンピング抵抗Ｒu，Ｒv，Ｒwにより平滑コンデンサ２に蓄積されたエネルギーを放電する。ＰＷＭ整流器１の動作は制御部６からのＰＷＭ整流器制御信号により制御される。
次に、ステップＳ２０６において、制御部６が直流リンクの直流電圧の検出結果を直流電圧検出部３から受信し、検出した直流電圧は所望の値まで低下しているか否かを判断する。
検出した直流電圧が所望の値まで低下していなかった場合は、ステップＳ２０５に戻って平滑コンデンサ２の放電を継続して行う。一方、検出した直流電圧が所望の値まで低下している場合は、一連の処理を終了する。
以上のように、本発明の実施例２に係るモータ制御装置においては、動力遮断部によりモータ制御装置が交流電源から切り離される前に、ＰＷＭ整流器を制御することにより、昇圧されている直流リンクの直流電圧を予め交流電源の波高値まで下げておくことにより、ＬＣＬフィルタで消費するエネルギーを最小限に抑えることができるため、ＬＣＬフィルタ内の抵抗の発熱を最小限に抑えることができる。
１ ＰＷＭ整流器
２ 平滑コンデンサ
３ 直流電圧検出部
４ ＬＣＬフィルタ
５ 動力遮断部
６ 制御部
７ 逆変換器
２０ 交流電源
３０ モータ
１０１ 実施例１に係るモータ制御装置
１０２ 実施例２に係るモータ制御装置
２ 平滑コンデンサ
３ 直流電圧検出部
４ ＬＣＬフィルタ
５ 動力遮断部
６ 制御部
７ 逆変換器
２０ 交流電源
３０ モータ
１０１ 実施例１に係るモータ制御装置
１０２ 実施例２に係るモータ制御装置
Claims (1)
- 三相交流入力電源側の交流電力を直流電力に変換し、または直流出力側の直流電力を交流電力に変換するＰＷＭ整流器と、
前記ＰＷＭ整流器の直流出力側である直流リンクに設けられた平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記ＰＷＭ整流器の交流電源側に接続されるＬＣＬフィルタと、
前記ＬＣＬフィルタの交流電源側に接続される動力遮断部と、
前記動力遮断部により動力が遮断された場合に、前記ＰＷＭ整流器を制御することにより前記ＬＣＬフィルタに電流を流し、前記平滑コンデンサに蓄積されたエネルギーを放電して、前記直流電圧を所望の値まで低下させる制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記動力遮断部により動力が遮断される前に、前記ＰＷＭ整流器を制御することにより、前記直流電圧を三相交流入力電源の波高値まで下げておく、
ことを特徴とするモータ制御装置。
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